KR101340269B1 - 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉동기에서 배출되는 고온의 냉각수를 회전 동작하는 분사 노즐을 통해 열교환부로 공급하고, 상기 열교환부는 송풍팬에 의해 공급되는 외부의 공기와 상기 분사 노즐을 통해 공급되는 상기 고온의 냉각수가 열교환되도록 하며, 이후 상기 냉동기로 순환되도록 하는 냉각탑으로서, 상기 냉각수를 상기 냉각탑의 내측 상부에서 하부로 배출하는 배출관; 상기 배출관에서 낙하하는 냉각수에 의해 회전력을 발생시키는 회전력 발생 수단; 상기 회전력 발생 수단을 회전시킨 후 낙하하는 상기 냉각수를 수집한 후 상기 분사 노즐 측으로 전달하는 냉각수 수집부; 및 상기 회전력 발생 수단의 회전력을 상기 송풍팬으로 전달하여 상기 송풍팬이 회전하도록 하는 기어 박스를 포함하는 냉각탑을 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 냉각탑으로 유입되는 냉각수를 낙하시켜, 냉각수의 위치 에너지를 회전력으로 변환하고 이를 이용하여 내부의 송풍팬이 회전되도록 하므로, 냉각탑의 동작에 필요로 하는 에너지가 절감되는 효과가 있다.

Description

냉각탑{Cooling tower}

본 발명은 냉각탑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부에서 유입되는 냉각수를 낙하시키고, 이를 이용하여 얻은 회전력을 이용하여 송풍팬이 회전되도록 하는 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로, 건물의 냉난방을 위해 규모가 작은 건물에서는 소형 냉동기나 에어컨을 주로 사용한다. 반면에, 상대적으로 규모가 큰 건물에서는 냉각탑을 이용한 중, 대형 냉동기를 사용한다.

냉각탑은 건물의 옥상에 설치되어 냉동기로부터 배출되는 고온의 냉각수를 식혀준 후 다시 냉동기로 투입한다.

냉각탑은 고온이 된 냉각수로부터 열을 제거하기 위하여 다양한 형태의 구조와 방법 등이 적용되고 있는데, 공기를 이용하여 냉각하는 방식이 광범위하게 사용되고 있다.

이와 같이 공기를 이용하는 방식으로는, 주로, 고온의 냉각수를 대기 속에 분무하거나 물방울 지어 떨어지게 하고, 이때 공기의 자연 통풍이나 송풍기 등에 의한 강제통풍으로 냉각수를 냉각시키는 방법이 사용되고 있다.

이러한 냉각탑은 열교환 방식에 따라 대향류형(counter flow type)과 직교류형(cross flow type)으로 대별되는데, 대향류형 냉각탑은 흘러내리는 고온의 냉각수와 외부로부터 흡입된 공기가 서로 역방향으로 마주치면서 고온의 냉각수가 냉각되도록 하는 방식이고, 직교류형 냉각탑은 흘러내리는 고온의 냉각수와 외부로부터 흡입된 공기가 직교하도록 교차하면서 고온의 냉각수가 냉각되도록 하는 방식이다.

상기와 같은 냉각탑의 동작 시, 냉각탑이 포함하고 있는 구성 요소들을 동작시키기 위해서는 많은 에너지가 필요하였다. 즉, 냉각탑으로 냉각수를 유입하는 과정, 유입된 고온의 냉각수를 공기와 열교환하며 냉각하는 과정 등에서 많은 에너지가 사용되므로, 전체적인 유지 관리 비용이 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 전체적인 유지 관리 비용의 저감을 위해 냉각탑에서 사용되는 에너지 소모량을 줄일 필요성이 있다.

본 발명은 상기한 필요성을 해결하기 위한 것으로서, 냉각탑으로 유입되는 냉각수를 하향으로 분사 낙하시켜, 이를 회전력으로 변환하고 이를 이용하여 내부의 송풍팬이 회전되도록 하는 냉각탑을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉동기에서 배출되는 고온의 냉각수를 회전 동작하는 분사 노즐을 통해 열교환부로 공급하고, 상기 열교환부는 송풍팬에 의해 공급되는 외부의 공기와 상기 분사 노즐을 통해 공급되는 상기 고온의 냉각수가 열교환되도록 하며, 이후 상기 냉동기로 순환되도록 하는 냉각탑으로서, 상기 냉각수를 상기 냉각탑의 내측 상부에서 하부로 배출하는 배출관; 상기 배출관에서 낙하하는 냉각수에 의해 회전력을 발생시키는 회전력 발생 수단; 상기 회전력 발생 수단을 회전시킨 후 낙하하는 상기 냉각수를 수집한 후 상기 분사 노즐 측으로 전달하는 냉각수 수집부; 및 상기 회전력 발생 수단의 회전력을 상기 송풍팬으로 전달하여 상기 송풍팬이 회전하도록 하는 기어 박스를 포함하는 냉각탑을 제공한다.

상기 회전력 발생 수단은 물레방아 형태의 수차 또는 프로펠러 형태의 회전 블레이드를 포함할 수 있다

상기 회전력 발생 수단의 회전력 전달 방향을 변환하는 보조 기어 박스를 더 포함할 수 있다.

상기 냉동기에서 상기 고온의 냉각수를 상기 배출관으로 공급하는 경로상에 설치되고, 상기 냉동기에서 배출되는 고온의 냉각수를 일시 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 냉각탑으로 유입되는 냉각수를 낙하시켜, 냉각수의 위치 에너지를 회전력으로 변환하고 이를 이용하여 내부의 송풍팬이 회전되도록 하므로, 송풍팬의 회전을 위해 별도의 에너지를 필요로 하지 않고 냉각탑의 동작에 필요로 하는 에너지가 절감되어, 전체적인 유지 관리 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑의 형태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑의 구성을 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑의 형태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑(100)은 배출관(20), 수차(110), 기어 박스(120) 및 냉각수 수집부(130)를 포함한다.

우선, 냉각탑(100)의 구성에 대해 살펴보기로 한다.

냉각탑(100)은 건물의 외부에 설치되어, 냉방기에서 배출되는 고온의 냉각수를 냉각시킨다. 여기서, 냉각탑(100)이 설치되는 위치는 건물의 옥상이 일반적이다.

냉각탑(100)은 냉각탑 구성 요소들이 내측에 배치되는 냉각탑 본체(10), 냉동기에서 배출되는 고온의 냉각수를 미세 물줄기 형태로 분사하는 분사 노즐(30), 상기 분사 노즐(30)에 의해 분사된 냉각수와 외부의 공기가 서로 열교환이 이루어지는 열교환부(40) 및 분사 노즐(30)을 통해 분사되는 냉각수에 대하여 외부의 공기를 공급되도록 하는 송풍팬(50)을 포함한다.

따라서, 분사 노즐(30)을 통해 배출되는 냉각수가 열교환부(40)로 공급된 후, 송풍팬(50)에 의해 공급되는 외부의 공기에 의해 열교환되며 온도가 저하된 후, 다시 냉동기로 공급되어 냉방에 사용될 수 있다. 송풍팬(50)은 후술하는 회전력 발생 수단에서 발생된 회전력에 의해 회전 동작이 이루어진다.

이때, 분사 노즐(30)은 수직으로 설치되어 있는 축의 하단부에 일정한 각간격으로 복수의 분무 로드가 수평으로 배치되어 구성된다. 분무 로드는 소정의 길이를 갖고, 하면으로 복수의 분무구가 형성되어, 고온의 냉각수가 분무구를 통해 분사될 수 있도록 구성된다.

분사 노즐(30)을 통해 공급된 냉각수는 열교환부(40)로 공급된다. 열교환부(40)는 소정의 크기를 갖는 열교환판이 복수로 배치되어 이루어질 수 있다.

여기서, 분사 노즐(30)과 열교환부(40)는 사용자의 필요에 따라 다양한 구성으로 이루어질 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

열교환부(40)의 하부에는 냉각수 순환부(60)가 배치된다.

냉각수 순환부(60)는 열교환부(40)에서 열교환에 의해 온도가 저하된 냉각수를 수집한 후, 다시 냉동기로 순환 공급한다.

냉각수 순환부(60)는 냉각수의 수집을 용이하게 한다면, 다양한 형태로 형성될 수 있다.

냉각수 순환부(60)에 의해 수집된 냉각수의 순환을 용이하게 하기 위해 순환 모터(M1)가 포함된다. 순환 모터(M1)는 냉각수 순환부(60)에서 수집된 냉각수를 가압하여 냉동기 측으로 공급될 수 있도록 한다.

상기한 냉각탑은 직교류형 냉각탑으로서, 본 발명은 직교류형 냉각탑에 적용하는 것으로 상정하여 설명하지만, 대향류형 냉각탑에도 적용될 수 있다.

본 발명의 구성 요소를 살펴보기로 한다.

외부의 냉동기에서 냉기 발생에 사용된 냉각수는 별도의 순환 파이프(미도시)를 통해 냉각탑(100)으로 유입된다.

순환 파이프를 통해 유입되는 냉각수는 우선 냉각탑(100)의 내측 상부로 유입된 후, 배출관(20)을 통해 냉각탑(100)의 내측 하부로 배출된다. 여기서, 배출관(20)은 냉각탑(100)의 내측 상부에 위치된다.

여기서, 유입되는 냉각수는 소정의 압력 상태이고, 배출관(20)은 분사 배출되는 냉각수가 소정의 분사압력 상태를 유지하도록 한다. 이를 위해, 배출관(20)의 출구는 순환 파이프보다 직경이 작게 형성되지만 냉각수에 포함된 이물질에 의해 막히지 않을 정도의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

배출관(20)을 통해 분사되는 냉각수는 배출관(20)의 설치 위치에 의해 소정의 높이 에너지를 갖는다. 또한, 배출관(20)에서 분사되는 냉각수는 소정의 분사 에너지를 갖는다.

배출된 냉각수는 회전력 발생 수단에 충돌하며 회전력을 발생시킨다.

여기서, 회전력 발생 수단은 물레방아 형태의 수차(110) 또는 프로펠러(propeller) 형태의 회전 블레이드(112)를 포함한다. 낙하하는 냉각수에 의해 회전력을 발생시킬 수 있다면, 회전력 발생 수단으로는 수차(110) 또는 회전 블레이드(112) 이외에도 다양한 형태의 구성 요소가 사용될 수 있다.

회전력 발생 수단으로서 수차가 사용되는 경우에는 다음과 같이 동작이 이루어진다.

수차(110)는 냉각탑(100)의 내측에 회전 가능하고, 회전축이 수평을 이루는 상태로 배치된다. 수차(110)는 중심에 회전축이 부착된 상태에서 냉각탑(100)의 내측에서 열교환부(40)의 상부 측에 배치된다. 배출관(20)을 통해 배출되어 낙하하는 냉각수에 의해 회전할 수 있다면, 수차(110)의 형태는 다양하게 변경될 수 있다.

수차(110)는 배출관(20)을 통해 배출되어 낙하하는 냉각수에 의해 회전하며 회전력을 발생시킨다. 수차(110)의 회전력은 송풍팬(50)으로 전달되어, 송풍팬(50)이 회전하도록 한다.

여기서, 냉각탑(100)의 내부 구조 상, 수차(110)에 연결되어 있는 회전축은 송풍팬(50)의 회전축과 일치되기 어려우므로, 기어 박스(120)를 통해 수차(110)의 회전력을 송풍팬(50)으로 전달하는 것이 바람직하다.

기어 박스(120)는 수차(110)의 중심축 상에 연결되어 있는 회전축과 송풍팬(50)의 회전축을 서로 연결하여, 수차(110)의 회전력을 송풍팬(50)으로 전달한다.

이때, 기어 박스(120)는 소정의 기어비를 가질 수 있다. 따라서, 수차(110)의 1회전 시, 송풍팬(50)은 1회 이상의 회전을 할 수 있다.

여기서, 수차(110)의 회전축이 송풍팬(50)의 회전축과 평행하다면 구동 벨트를 이용하여 수차(110)의 회전력을 전달할 수도 있다.

본 실시예에서는 회전력을 얻기 위해 수차(110)가 사용되고 있지만, 사용자의 필요에 따라서는 회전 블레이드가 사용될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 회전력 발생 수단으로서 회전 블레이드(112)가 사용되고 있음을 도시하고 있다.

여기서, 회전 블레이드(112)는 프로펠러(propeller) 형태일 수 있다. 회전 블레이드(112)는 낙하하는 냉각수가 블레이드 표면에 접촉하면 회전하며 회전력을 발생시킨다.

회전 블레이드(112)는 열교환부(40)의 상부에 배치된다. 이때, 회전 블레이드(112)는 회전축이 수직 상태로 배치될 수 있다.

회전 블레이드(112)의 회전력이 기어 박스(120)로 전달될 때, 회전력 전달 방향 변환을 용이하게 하기 위해 보조 기어 박스(122)가 사용될 수 있다.

수차(110)의 회전에 사용된 냉각수는 냉각수 수집부(130)에 의해 수집되어, 분사 노즐(30)로 공급된다.

여기서, 냉각수 수집부(130)는 수차(110)의 하부에 배치된다. 냉각수 수집부(130)는 소정의 직경을 갖는 깔대기 형태일 수 있다.

냉각수 수집부(130)는 수차(110)의 회전에 사용된 냉각수를 수집한 후, 분사 노즐(30)로 공급한다. 여기서, 냉각수 수집부(130)에 의해 수집된 냉각수의 공급을 원활하기 위해, 분사 노즐(30)의 중심축이 냉각수 공급관의 역할을 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 수차(110)의 회전력은 송풍팬(50)으로 전달되도록 구성되어 있지만, 송풍팬(50) 대신 분사 노즐(30) 측으로 전달되도록 구성될 수도 있고, 분사 노즐(30)과 송풍팬(50)으로 동시에 공급되도록 구성될 수도 있다.

한편, 순환 파이프를 통해 유입되는 냉각수를 임시 저장하는 임시 저장조가 배치될 수 있다.

임시 저장조는 냉각수를 임시 저장한 후, 필요시에 배출한다. 즉, 냉동기 동작 정도가 적어, 냉각수의 유입량이 적은 경우에는 수차(110)의 회전에 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 유입되는 냉각수를 임시 저장하여 저장 용량이 일정 이상이 되었을 때 배출하여 수차(110)가 용이하게 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 냉동기에서 배출된 후 냉각탑으로 유입되는 냉각수를 냉각탑 상부에서 하부로 낙하시키며 얻은 에너지로 분사 노즐을 회전시키도록 구성되어 있어, 송풍팬의 회전을 위해 별도의 에너지를 필요로 하지 않고, 이에 따라 냉각탑의 동작에 필요로 하는 에너지가 절감되는 효과가 있다. 또한, 별도의 감압 기구를 사용하지 않고도 냉각탑으로 유입되는 냉각수의 압력을 저하시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 냉각탑 본체
20: 배출관
40: 열교환부
100: 냉각탑
110: 수차
112: 회전 블레이드
120: 기어 박스
130: 냉각수 수집부

Claims (4)

1. 냉동기에서 배출되는 고온의 냉각수를 회전 동작하는 분사 노즐을 통해 열교환부로 공급하고, 상기 열교환부는 송풍팬에 의해 공급되는 외부의 공기와 상기 분사 노즐을 통해 공급되는 상기 고온의 냉각수가 열교환되도록 하며, 이후 상기 냉동기로 순환되도록 하는 냉각탑으로서,
   상기 냉각수를 상기 냉각탑의 내측 상부에서 하부로 배출하는 배출관;
   상기 배출관에서 낙하하는 냉각수에 의해 회전력을 발생시키는 회전력 발생 수단;
   깔대기 형태로서 상기 회전력 발생 수단의 하부에 배치되고 상기 회전력 발생 수단을 회전시킨 후 낙하하는 상기 냉각수를 수집한 후 상기 분사 노즐 측으로 전달하는 냉각수 수집부; 및
   상기 회전력 발생 수단의 회전력을 상기 송풍팬으로 전달하여 상기 송풍팬이 회전하도록 하는 기어 박스를 포함하는 냉각탑.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전력 발생 수단은 물레방아 형태의 수차 또는 프로펠러 형태의 회전 블레이드를 포함하는 냉각탑.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전력 발생 수단의 회전력 전달 방향을 변환하는 보조 기어 박스를 더 포함하는 냉각탑.
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉동기에서 상기 고온의 냉각수를 상기 배출관으로 공급하는 경로상에 설치되고, 상기 냉동기에서 배출되는 고온의 냉각수를 일시 저장하는 임시 저장부를 더 포함하는 냉각탑.
   
   
   

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