KR101327119B1 - 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각탑의 냉각장치에 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여, 별도의 전기모터 송풍팬 없이, 공기를 유통시키며 냉각수를 냉각하는 것으로, 송풍을 위한 팬 장치 몸체에 냉각수가 흐르는 유로(流路)를 형성하고, 팬 날개에 다수의 물 분사 노즐을 장착하고, 노즐에서 분사되는 물의 분사력을 이용하여, 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 팬을 회전시켜 공기를 유통하며, 동시에 유통되는 공기속으로 냉각수를 분사 비산시켜 증발잠열로 냉각수를 냉각시키는 것으로, 별도의 에너지를 사용하지 않고, 냉각수의 분사력으로 팬을 회전시키고, 팬의 회전으로 유통되는 공기에, 냉각수를 분사 비산시켜, 송풍과 냉각을 동시에 병행시키는 에너지 절약형 친환경 냉각장치에 관한 것이다.

Description

냉각탑 {COOLING TOWER}

본 발명은 냉각탑의 냉각수를 냉각하기 위하여, 대기와 접촉시켜 물을 냉각시키는 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 전기모터 송풍팬 없이, 냉각수 순환펌프에 의해 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여, 송풍팬을 회전시켜 공기를 유통하며, 동시에 물을 분사 비산시켜 냉각시킬 수 있도록 한, 수압을 이용한 강제통풍식 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대부분 냉각탑의 냉각장치는 냉각수를 충진재에 살수하여 천천히 흘러내리게 하고, 전기모터 송풍팬를 돌려 공기를 강제로 유통시켜, 냉각수를 냉각시키는 강제통풍방식으로, 무거운 전기모터가 냉각장치 상부에 설치되어, 진동발생의 원인이 되고, 미관에도 좋지않은 문제점이 있게 된다.

또한, 전기모터 배선의 합선과 누전 등으로, 화재와 전기 안전사고가 일어나는 문제점도 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 냉각장치에 공급되는 냉각수 순환펌프의 수압을 이용하여, 유로(流路)가 형성된 팬(FAN)에 다수의 물 분사 노즐을 장착한 팬 장치로, 노즐에서 분사되는 물의 분사력을 이용하여, 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 팬 장치를 회전시켜 공기를 유통하며, 유통되는 공기속으로 냉각수를 분사 비산시켜 증발잠열로 물을 냉각하는 것으로서, 전기모터 송풍팬 사용 없이 냉각수 순환펌프에서 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여, 유통되는 공기에 작은 물방울을 접촉시켜, 공기유통과 냉각수 냉각을 동시에 병행시키는 에너지 절약형 친환경 냉각장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각장치(10)는, 냉각수 순환펌프를 매개로 냉각장치에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(102)과; 상기 공급관의 단부에 설치되어 공급관과 유로로 연결되는 팬 몸체(201)와 팬 날개(202)의 단부 유로(203)에 장착된 일직선분사노즐(204); 상기 일직선분사노즐에서 분사되는 일직선분사 냉각수(205)의 분사력이 인접한 물 분사판(104)에 바로 인가되어, 팬을 회전시켜 공기가 유통되도록 하는 팬 장치(200); 상기 팬 장치 외부에 설치된 케이스(103)와 하측의 냉각수 분사장치(301); 상기 분사장치 외주면과 일정한 간격을 두고 설치된 비산체(304,305,306); 상기 비산체 하측의 충진재(401)와 하부수조(402) 등으로 구성되어;

송풍을 위한 별도의 전기모터 송풍팬 없이, 상기 팬 장치(200)의 팬 날개(202) 단부 유로(203)에 일직선분사노즐(204)을 장착하여, 상기 노즐의 냉각수 분사력을 극대화하고, 극대화된 물 분사력이 인접한 물 분사판(104)에 바로 인가되어 분사력 손실을 최소화하여, 팬의 회전력을 확보하는 것으로, 냉각수 순환펌프에 의해 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여, 송풍과 냉각을 동시에 병행시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 분사장치(301) 외주면 외측에 상기노즐로부터 분사된 냉각수를 비산시키는 비산체(304,305,306)가 적어도 한 개 이상 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 도 2 와 같이 상기 냉각장치의 내부에 한 개 이상의 팬 장치(200)가 수직으로 배열 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 도 3 과 같이 상기 냉각장치의 팬 장치가 냉각실(300) 하측에 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 도 4 와 같이 상기 팬 장치(200)와 상기 분사장치(301)를 일체형으로 결합시켜 두 장치 모두가 회전되며 냉각수가 분사 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 도 5 와 같이 상기 팬 장치의 팬 날개(201) 중간 부분 유로에 다수의 원형분사노즐(302)이 장착되고, 팬 날개 끝 단부 유로(203)에는 일직선분사노즐(204)이 장착되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각탑의 냉각수 수압을 이용한 냉각장치의 발명효과는,

첫째, 본 발명은 냉각장치에 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여 공기를 유통하므로, 별도의 추가적인 에너지소비 없이 공기 유통과 냉각을 병행시켜 경제적인 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 별도의 전기모터 송풍팬을 없애, 구조를 간단하게 할 수 있고, 소형제작이 가능하여 제조원가와 설치비를 줄일 수 있고, 유지보수가 편리해지는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 냉각 장치에 전기를 직접 사용하지 않으므로, 전기합선, 누전 등과 같은, 전기 안전사고의 문제점을 해소하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치를 다단으로 구성하는 것을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치를 냉각실 하측에 구성하는 것을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치와 분사장치가 일체로 결합되어 구성되는 것을 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치에 원형분사노즐과 직선분사노즐이 같이 장착되어 구성되는 것을 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 팬 장치 날개 끝에 장착된 일직선분사노즐과 일직선으로 분사되는 물줄기 모양을 나타내는 요부확대도,
도 7은 본 발명의 분사장치에 장착된 원형분사노즐과 물이 원형으로 분산되는 모양을 나타내는 요부확대도,
도 8은 본 발명의 팬 장치 물 분사판에 물걸림 돌출부가 부설된 것을 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 팬 장치 물 분사판에 물걸림 홈을 부설한 것을 나타내는 평면도이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 구성을 나타내는 단면도, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치를 다단으로 구성하는 것을 나타내는 단면도, 도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치를 냉각실 하측에 구성하는 것을 나타내는 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치와 분사장치가 일체로 결합되어 구성되는 것을 나타내는 단면도, 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉각장치의 팬 장치에 원형분사노즐과 직선분사노즐이 같이 장착되어 구성되는 것을 나타내는 단면도, 도 6은 본 발명의 팬 장치 날개 끝에 장착된 일직선분사노즐과 일직선으로 분사되는 물줄기 모양을 나타내는 요부확대도, 도 7은 본 발명의 분사장치에 장착된 원형분사노즐과 물이 원형으로 분산되는 모양을 나타내는 요부확대도, 도 8은 본 발명의 팬 장치 물 분사판에 물걸림 돌출부가 부설된 것을 나타내는 평면도, 도 9는 본 발명의 팬 장치 물 분사판에 물걸림 홈을 부설한 것을 나타내는 평면도를 나타낸다.

본 발명에 따른 냉각탑의 냉각장치는 별도의 전기모터 송풍팬 없이, 냉각수 순환펌프에 의해 냉각장치에 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여, 공기를 유통시키며, 냉각수를 냉각하도록 구현된다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1에 도시한 냉각탑의 냉각장치(10)는, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(102)과, 상기 냉각수 공급관을 통해 공급되는 냉각수가, 팬 장치(200)의 팬 날개(202)의 유로(203) 단부에 장착된 일직선분사노즐(204)로 냉각수가 일직선(205)으로 분사되어, 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로 팬 장치(200)를 회전시켜 공기를 유입(A)하고, 분사장치(301)의 원형분사노즐(302)를 통해 냉각수를 원형(303)으로 넓게 분산 분사하여 비산체(304,305,306)에 충돌시켜, 1차 비산체(304)에 부딪혀 작은 물방울을 만들고, 다시 2차 비산체(305)에 부딪혀 더 작은 물방울을 만들고, 다시 3차 비산체(306)에 부딪치게 하여 더욱 작은 물방울을 만들며, 동시에 냉각수 분사력의 반작용으로 회전하는 팬 장치(200)에 의해, 유통되는 공기와 작은 물방울을 접촉시켜 1차 냉각되도록 하고, 이어 하부 충진재(401)에 낙하되어 흘러내리며 한번 더 냉각되어, 하부수조(402)로 담수되며, 냉각수 순환을 위한, 유출구(403) 등의 구조를 포함하여 구성된다.

상기 팬 장치(200)의 일직선분사노즐(204)은 노즐 단부의 분사구가 일직선(204A)으로, 분사력 손실 없이 냉각수가 일직선(205)으로 강력하게 분사되어 그 분사력의 반작용에 의한 팬 장치의 회전력을 극대화 할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 분사 장치(301)의 원형분사노즐(302)은 노즐 단부의 분사구가 나팔형으로, 분사력 보다는 냉각수가 원형(303)으로 넓게 퍼지게 분산 분사하고, 인접한 비산체에 부딪히게 하여 작은 물방울을 만들고, 유통되는 공기와의 접촉시켜 냉각을 극대화할 수 있도록 구성된다.

이어, 상기 하부장치(400)는 상부의 냉각실(300)에서 1차 냉각되어 낙하하는 작은 물방울이, 하측 충진재(401)에 흡수되어 낙수 소음을 줄이고, 울퉁불퉁한 표면 사이로 천천히 흘러내리며 한번 더 냉각되어 하부수조(402)로 배수되도록 구성된다.

이를 위해, 상기 팬 장치(200)는 상기 냉각수 공급관(102)의 단부에 베어링(206)을 매개로 냉각수가 유로로 공급되며, 회전 가능한 상태로 설치되는 팬 몸체(201))와, 상기 팬 몸체(201)의 외주면에 설치되어 연동되는 다수 개의 팬 날개 (202)및, 상기 냉각수 공급관에서 공급되는 냉각수를 분사하는 다수 개의 일직선분사노즐(204)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 팬 몸체(201) 및 팬 날개(202)에 장착되는 노즐(204)은 그 개수 및 방향, 크기 등을 다양하게 변형 설계할 수가 있으며, 이를 통해 분사되는 물의 방향 및 수량, 수압 등을 조절함과 아울러, 팬 장치(200)의 회전속도도 조절할 수가 있게 된다.

또한, 상기 팬 장치(200)에 구비되는 노즐은 냉각수의 분사력에 의해 팬 장치를 회전시켜 공기가 공급되도록 하는 일직선분사노즐(204)로, 팬 날개와 나란히 수평 방향일 때, 작용에 대한, 반작용의 힘이 최대로 인가되어 고속회전이 되므로, 냉각수 분사 각도를 조정하면, 팬 장치(200)의 회전속도를 조절할 수도 있게 된다.

또, 상기 팬 몸체(201)의 회전을 위한 베어링(206)은 누수가 방지되어 수압이 유지되어야만 냉각수가 강하게 분사되면서 팬의 회전력을 확보할 수 있는 목적을 달성하기 위해, 누수 방지를 위해 세라믹 볼베어링 내륜에 리데나(Oil Seal)를 부설하고 외륜에 실드(Shield)를 장착하여, 운전시 장착된 실드(Shield)가 수압에 의해 상기 리데나에 밀착되어, 최소의 마찰 저항으로 누수를 효과적으로 차단하여, 고속으로 회전하게 하는 구조를 갖도록 구성된다.

이어, 상기 냉각실(300)은 소정 공간부를 갖는 원형 형상으로 이루어진 상태에서, 그 내부의 일정 지점에 상기 팬 장치(200)가 설치되도록 이루어지며, 이에 상기 팬 장치(200)의 회전에 따른 공기유입 및 다수 개의 원형분사노즐(302)을 통한 냉각수의 분산(303) 분사를 매개로, 그 내부에서 유통되는 공기와 접촉하여 냉각되고, 하부 충진재(401)에서 다시 한번 냉각된 후, 하부수조(402)를 거처 냉각수 유출구(403)로 공급되도록 하는 역할을 행한다.

상기 비산체(304,305,306)는 상기 분사장치(301)의 외주면에서 일정거리를 두고 설치되어 상기 분사장치(301)의 원형분사노즐(302)로부터 분사된 냉각수를 비산시키는 역할을 행하게 되는데, 본 발명의 실시예에서 상기 비산체는 상기 냉각실(300) 내부에 간격을 두고 세겹으로 설치되어, 내측 비산체(304) 및 중간 비산체(305) 외측 비산체(306)로 구성되게 된다.

상기 비산체는 대략 철망이 관 형상을 갖도록 형성됨이 바람직하며, 상기 내측 비산체(304) 구멍이 가장 넓고, 중간 비산체(305)와 외측 비산체(306)는 차례대로 조금씩 좁은 철망으로 형성되어 구성된다.

또, 상기 비산체(304,305,306)는 그 사용환경에 따라 설치 개수 및 철망의 간격 등을 다양하게 변형 설계할 수가 있음은 물론이다.

도 2 에 도시한 상기 팬 장치(200)는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 한 개 이상의 팬이 수직으로 배치되어 구성될 수가 있으며, 이는 공기의 유통량을 늘려, 분사 및 비산되는 냉각수 물방울과 공기와의 접촉 면적을 확대하여 냉각 능력을 더욱 향상시킬 수가 있게 구성된다.

또, 도 3 에 도시된 상기 팬 장치(200)는 본 발명의 또 다른 실시예로, 누전의 위험이 있는 전기모터 송풍팬이 아니므로, 물이 떨어지는 냉각실(300) 하측에 아무 제약 없이 팬을 설치한 것으로, 소형 밀폐식 냉각장치의 구성에 유익하게 적용할 수도 있다.

한편, 도 4 는 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각탑의 팬 장치(200)와 분사장치(301)를 일체형으로 결합시켜 팬과 분사장치가 화살표와 같이 회전하며 냉각수를 분사할 수 있게 구성된다.

또한, 분사장치(301)를 다단으로 연결하여 조립할 수 있게 하여, 분사장치(301) 크기를 조절하여 냉각장치가 설치되도록 구성할 수도 있다.

한편, 도 5 에 도시한 냉각장치는 본 발명의 또 다른 팬 장치의 구성을 나타내는 단면도로, 냉각수의 냉각을 위해, 물을 넓게 분사하는 다수의 원형분사 노즐(302)과, 팬 장치(200)에 회전력을 인가하여 공기를 유통하기 위한 일직선분사노즐(204)을 팬 날개(202) 유로(203) 단부에 장착하여 구조를 간단하게 하며 냉각 능력을 더욱 향상시킬 수가 있게 구성된다.

또, 도 6 에 도시한 상기 팬 장치(200)의 일직선분사노즐(204)은, 상기 노즐 단부의 분사구가 일직선(204a)으로, 냉각수가 일직선(205)으로 분사되어, 분사력 손실을 최소화하며 인접한 물 분사판(104)에 분사력을 인가하여, 그 분사력의 작용에 대한 반작용으로, 팬 장치(200)의 회전력을 극대화 할 수 있도록 구성된다.

또, 도 7 에 상기 분사장치(301)의 원형분사노즐(302)은, 상기 노즐 단부의 분사구가 나팔형으로, 분사력 보다는 냉각수가 원형방향(302a)으로 분사력이 인가되어, 냉각수가 원형(303)으로 퍼지며 분산되게 하여, 유통되는 공기와의 접촉시켜 냉각을 극대화 할 수 있도록 구성된다.

또한, 도 8 과 도 9 는 상기 팬 장치(200)의 일직선분사노즐(204)에서 분사되는 냉각수 물줄기의 힘이 인가되는 물 분사판(104)에 물 걸림턱(104a), 물 걸림홈(104b)을 부설하여,작용과 반작용에 의한 팬의 회전력을 극대화할 수 있도록 구현된다.

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 냉각탑의 냉각장치는 냉각수 순환펌프에 의해 공급되는 냉각수의 수압을 이용하는 팬 장치를 매개로, 냉각수를 냉각시키는데 있어서는, 상기 냉각수 공급관(102)의 수량조절 밸브(101)를 개방하여 상기 팬 장치(200)에 냉각수가 공급되도록 한다.

이에, 상기 팬 장치(200) 측으로 공급된 냉각수는, 유로가 형성된 팬 날개 끝의 일직선분사노즐(204)을 통해 분사되게 되는데, 냉각수가 상기 팬 날개(202)의 회전방향과 같이 수평방향으로 분사됨에 따라, 물 분사력에 의한 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 상기 팬 장치(200)가 회전되면서 공기를 하측(A)으로 유입하여 상측(B)으로 유출시키게 된다.

또, 상기 분사장치(301)에 장착된 다수의 원형분사노즐(302)에 의해 냉각수가 원형으로 분산되어 분사되면서, 상기 냉각실(300)의 내측 비산체(304)에 1차로 부딪혀 비산되고,다시 중간 비산체(305)에 부딪혀 2차로 잘게 비산되고, 비산된 물방울이 또다시 외측 비산체(306)에 3차로 부딪혀 더욱 작은 물방울로 비산되면서, 팬 장치(200)의 회전으로 유입된 공기와 교차하여 교반이 이루어지게 되며, 이에 물방울 표면이 기화되며 냉각되어 아래로 낙하(C)되고, 또다시 충진재(401)를 통과하면서 한번 더 냉각되어 하부수조(402)를 통해 냉각수 유출구로(403)로 순환 공급되게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 냉각장치는 냉각수 순환펌프의 수압을 이용해, 별도의 추가적인 에너지 소비 없이 송풍과 냉각을 동시에 병행할 수가 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상술한 바와 같은 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형 내지 조정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 본 발명의 모든 변형을 포함한다.

10: 냉각장치 100: 냉각수 유입구
101: 수량 조절밸브 102: 냉각수 공급관
103: 외부 케이스 104: 물 분사판
104a:물걸림 돌출부 104b: 물걸림 홈
105: 공기 유입구 200: 팬 장치
201: 팬 몸체 202: 팬 날개
203: 유로 204: 일직선분사노즐
204a: 일직선으로 분사되는 물방향
205: 일직선으로 분사되는 물줄기 206: 베어링
300: 냉각실 301: 분사장치
302: 원형분사노즐 302a: 원형으로 분사되는 물방향
303: 원형으로 분사되는 물줄기 304; 1차 분사체
305: 2차 분사체 306: 3차 분사체
400: 하부장치 401: 충진재
402: 하부수조 403: 냉각수 유출구
A: 공기유입방향 B: 공기배출방향
C: 물흐르는 방향

Claims (6)

1. 냉각탑의 냉각장치에 있어서,
   냉각수를 공급하는 냉각수 공급관과;
   상기 공급관의 단부에 설치되어 유로로 연결된 팬 몸체와 팬 날개의 유로 단부에 장착된 일직선분사노즐;
   상기 일직선분사노즐에서 분사되는 냉각수의 분사력이 인접한 물 분사판에 인가되어, 팬을 회전시켜 공기가 유통되도록 하는 팬 장치;
   상기 팬 장치 외부에 설치된 케이스와 하측의 냉각수 분사장치;
   상기 분사장치 외주면과 일정한 간격을 두고 설치된 비산체;
   상기 비산체 하측의 충진재와 하부수조 등으로 구성되어;
   송풍을 위한 별도의 전기모터 송풍팬 없이, 상기 팬 장치의 팬 날개 유로 단부에 일직선분사노즐을 장착하여, 상기 노즐의 물 분사력을 극대화하고, 극대화된 물 분사력이 인접한 물 분사판에 바로 인가되어, 물 분사력 손실을 최소화하여, 팬의 회전력을 확보하는 것으로, 냉각수 순환펌프에 의해 공급되는 냉각수의 수압을 이용하여, 송풍과 냉각을 동시에 병행시키는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 분사장치에서 분사되는 냉각수를 비산시키는 비산체가 적어도 한 개 이상 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
   
   
   
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 팬 장치와 상기 분사장치를 일체형으로 결합시켜 두 장치 모두를 회전시키며 냉각수가 분사 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
   
   
   
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 팬 장치의 팬 날개 중간 부분 유로에 다수의 원형분사노즐이 장착되고, 팬 날개 유로 단부에는 일직선분사노즐이 장착되어 구성된 것을 특징으로 하는 냉각장치.

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