KR102030664B1 - 모듈형 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모듈형 냉각탑에 관한 것으로서, 특히, 냉각수를 냉각시키는 냉각탑을 개선하여 냉각수를 고르게 분사시킬 수 있도록 하며, 각 구성요소를 모듈화 하여 제작한 후 설치장소에서 냉각탑의 규모에 대응하여 각각의 모듈을 일체화 하여 설치하기 위한 것으로서, 설치면으로부터 상방향을 향하여, 냉각수를 저수할 수 있는 수조(100)와, 냉각수와 공기 상호간에 열교환을 실시하는 충진재(200)와, 배관(310)으로부터 냉각수를 하측으로 분사하는 노즐(320)이 마련된 냉각수 순환설비(300)와, 응축된 공기에 포함된 수분을 포집하는 엘리미네이터(400)와, 상기 엘리미네이터(400)를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 팬(500)을 포함하는 냉각탑에 있어서; 상기 충진재(200)와 상기 수조(100) 사이에는, 측벽에 형성되어 외부 공기가 도입되는 공기 흡입구(600)와; 상기 공기 흡입구(600)의 개구 방향을 따라 오목한 단면 형상으로 설치되되, 하부면(710)이 상방향으로 유동하는 공기를 양분 시키는 동시에, 내외부의 압력차를 이용하여 상부면(720)이 상기 공기 흡입구(600)로 도입된 공기를 중앙으로 안내하는 안내 가이드(700)가 추가로 마련되어, 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시키며, 냉각탑에 대한 생산성은 물론 운반 및 설치 편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

모듈형 냉각탑{Cooling tower of module type}

본 발명은 모듈형 냉각탑에 관한 것으로서 특히, 냉각수를 냉각시키는 냉각탑을 개선하여 냉각수를 고르게 분사시킬 수 있도록 하며, 각 구성요소를 모듈화 하여 제작한 후 설치장소에서 냉각탑의 규모에 대응하여 각각의 모듈을 일체화 하여 설치하기 위한 것으로써, 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시키며, 냉각탑에 대한 생산성은 물론 운반 및 설치 편의성을 극대화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화력 발전소나 화학 공장을 비롯하여 다양한 산업 현장에서는 설비의 냉각을 위하여 다량의 냉각수를 필요로 하며, 많은 양의 냉각수를 연속적으로 공급하였다가 단순히 유출시키기는 어렵다.

이 때문에, 별도로 냉각수 순환설비를 마련하여 온도가 상승한 냉각수를 냉각시킨 후 다시 순환하도록 하는 것이 보통이며, 이와 같이 냉각수에 대한 순환식 냉각을 실시하기 위하여 냉각탑이 널리 사용되고 있다.

냉각탑은 고온의 냉각수를 공기와 접촉시켜 냉각수의 증발 시 발생하는 증발잠열을 이용하여 냉각수의 온도를 저감시키며, 열교환 방식에 따라 향류형과 직교류형으로 구분될 수 있으며, 외기 공급 방식에 따라 자연 급기식과 강제 급기식으로 구분될 수도 있는 것이다.

도 1은 종래의 냉각탑을 도시하는 정단면도로서, 종래의 냉각탑은 도 1에 도시한 바와 같이, 하부 설치면으로부터 상방향을 향하여, 냉각수를 저수할 수 있는 수조(10)와, 냉각수와 공기 상호간에 열교환을 실시하는 충진재(20)와, 배관(31)으로부터 냉각수를 분사하는 노즐(32)이 마련된 냉각수 순환설비(30)와, 응축된 공기에 포함된 수분을 포집하는 엘리미네이터(40)와, 상기 엘리미네이터(40)를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 팬(50)을 포함하고 있다.

이러한 구성에 따라, 종래의 냉각탑은 냉각수 순환설비(30)를 통해 순환하는 고온의 냉각수가 배관(31)으로부터 노즐(32)을 통해 하측으로 분사되면, 분사된 고온의 냉각수는 충진재(20)를 하측으로 통과하게 된다.

이때, 상기 충진재(20)의 하부 측벽에 형성된 공기 흡입구를 통과하여 유입된 외부 공기는 상기 충진재(20)를 통과하여 상측으로 상승하게 된다.

이에 따라, 상기 충진재(20) 내에서는 고온의 냉각수와 저온의 외기가 상호 열교환을 실시하게 되며, 이후, 상기 충진재(20)를 통과하여 상승하는 공기는 엘리미네이터(40)에서 수분이 제거된 후 팬(50)을 통해 외부로 배출된다.

그리고, 증발잠열에 의하여 온도가 떨어진 저온의 냉각수는 수조(10)를 통해 수집되어 다시 냉각수 순환설비(30)로 보내져 순환되는 것이다.

상술한 바와 같이 구성 및 작용하는 종래의 냉각탑은 다음과 같은 몇몇 기술적인 문제점이 있었다.

첫째, 외부 공기를 냉각탑의 중앙까지 공급하기 어려웠다.

즉, 종래의 냉각탑에 있어서 외부 공기는 충진재(20)의 하부 측벽에 형성된 공기 흡입구를 통해 유입되는데, 이와 같이 유입된 외부 공기는 대부분 바로 상승하고 극히 일부만이 냉각탑의 중앙까지 도달하게 된다.

이에 따라, 냉각탑에 있어서 외곽 측에 위치하는 충진재(20)에서는 냉각수와 외부 공기 상호간에 원활한 열교환이 이루어지지만, 냉각탑에 있어서 대략 중앙에서는 열교환이 거의 이루어지지 않게 됨으로써, 냉각탑의 전체적인 냉각 효율이 떨어지는 것이었다.

둘째, 냉각탑의 제조 이후, 냉각탑을 설치장소로 운반하거나 설치하기에 곤란하였다.

냉각탑의 경우 요구되는 냉각 능력에 따라 수 미터 미만의 높이나 길이를 갖는 소형으로부터, 때에 따라서는 높이나 길이가 수십 미터에 이르는 대형으로 제작되고 있다.

이 때문에, 제조업체에서 냉각탑을 제조한 후, 이 냉각탑을 설치장소까지 운반하기 곤란하고, 설치장소로 냉각탑을 운반하였다 하더라도 설치에 많은 어려움이 발생하고 있었다.

셋째, 외부 공기를 냉각탑의 중앙까지 공급하기 위한 별도의 덕트를 배치할 경우, 덕트의 하부에는 냉각수가 도달하지 않는 영역이 발생할 우려가 있다.

즉, 추가로 덕트가 마련될 경우, 덕트는 떨어지는 냉각수를 가로막게 되어 덕트의 하부에 냉각수가 도달하지 않는 영역이 발생하게 됨으로써, 이러한 영역에 위치하는 충진재에서는 열교환이 이루어지지 않아 냉각수에 대한 냉각 효율을 증대시키는 데에 한계가 있는 것이었다.

국내 등록특허공보 제10-1483195호 국내 등록특허공보 제10-1483200호 국내 등록특허공보 제10-1645960호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 기존에 냉각수가 고르게 분사되지 않던 영역에도 냉각수를 분사시킬 수 있어 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시키며, 각 구성요소를 모듈화 하여 제작한 후 설치장소에서 냉각탑의 규모에 대응하여 각각의 모듈을 일체화 하여 설치할 수 있음으로써, 냉각탑에 대한 생산성은 물론 운반 및 설치 편의성을 극대화시킬 수 있도록 하는 모듈형 냉각탑을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 설치면으로부터 상방향을 향하여, 냉각수를 저수할 수 있는 수조와, 냉각수와 공기 상호간에 열교환을 실시하는 충진재와, 배관으로부터 냉각수를 하측으로 분사하는 노즐이 마련된 냉각수 순환설비와, 응축된 공기에 포함된 수분을 포집하는 엘리미네이터와, 상기 엘리미네이터를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 팬을 포함하는 냉각탑에 있어서; 상기 충진재와 상기 수조 사이에는, 측벽에 형성되어 외부 공기가 도입되는 공기 흡입구와; 상기 공기 흡입구의 개구 방향을 따라 오목한 단면 형상으로 설치되되, 하부면이 상방향으로 유동하는 공기를 양분 시키는 동시에, 내외부의 압력차를 이용하여 상부면이 상기 공기 흡입구로 도입된 공기를 중앙으로 안내하는 안내 가이드가 추가로 마련됨으로써 달성된다.

여기에서, 상기 안내 가이드에는 상기 안내 가이드 내부로 떨어지는 냉각수를 상기 상부면이 수집하여 상기 하부면 아래로 분사하는 분사수단이 추가로 마련되는 것이 양호하다.

그리고, 상기 분사수단은 상기 안내 가이드의 설치 방향과 나란한 장축을 가진 장방형 또는 타원형의 분사 영역으로 냉각수를 분사하는 것이 좋을 것이다.

또한, 사각기둥 형태의 프레임을 포함하여 상기 수조를 분할된 형태로 구성하는 제1모듈과; 사각기둥 형태의 프레임을 포함하여 상기 충진재와 상기 안내 가이드 및 상기 공기 흡입구가 마련된 제2모듈과; 사각기둥 형태의 프레임을 포함하여 상기 냉각수 순환설비를 분할된 형태로 구성하며, 상기 엘리미네이터가 마련된 제3모듈을 포함하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 그리고 상기 제3모듈은 수평방향으로 둘 이상이 배열되어 상호간에 결합 가능한 수평결합수단을 포함하며; 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 그리고 상기 제3모듈은 수직방향으로 적층 배열되어 상호간에 결합 가능한 수직결합수단을 포함하는 것이 바람직할 것이다.

이상과 같은 본 발명은 기존에 냉각수가 고르게 분사되지 않던 영역에도 냉각수를 분사시킬 수 있어 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시키며, 각 구성요소를 모듈화 하여 제작한 후 설치장소에서 냉각탑의 규모에 대응하여 각각의 모듈을 일체화 하여 설치할 수 있음으로써, 냉각탑에 대한 생산성은 물론 운반 및 설치 편의성을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 종래의 냉각탑을 도시하는 정단면도
도 2는 본 발명의 모듈형 냉각탑을 도시하는 정단면도,
도 3은 본 발명의 모듈형 냉각탑을 도시하는 측단면도,
도 4는 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 안내 가이드를 도시하는 사시도,
도 5는 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 공기 흡입구 및 안내 가이드를 도시하는 요부 확대 정단면도,
도 6은 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 안내 가이드를 도시하는 평면도,
도 7은 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 각각의 모듈을 도시하는 정단면도,
도 8은 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 프레임을 도시하는 사시도,
도 9는 본 발명의 모듈형 냉각탑에 대한 변형예를 도시하는 정단면도.

도 2는 본 발명의 모듈형 냉각탑을 도시하는 정단면도이며, 도 3은 본 발명의 모듈형 냉각탑을 도시하는 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 안내 가이드를 도시하는 사시도이다.

또한, 도 5는 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 공기 흡입구 및 안내 가이드를 도시하는 요부 확대 정단면도이며, 도 6은 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 안내 가이드를 도시하는 평면도이다.

그리고, 도 7은 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 각각의 모듈을 도시하는 정단면도로서, 도 7의 (a)는 제3모듈을, 도 7의 (b) 및 (c)는 제2모듈을, 도 7의 (d)는 제1모듈을, 그리고 도 7의 (e)는 제4모듈을 각각 나타내고, 도 8은 본 발명의 모듈형 냉각탑에 있어서 프레임을 도시하는 사시도로서, 도 8의 (a)는 원형 단면을 가진 수평결합수단 및 수직결합수단을, 도 8의 (b)는 직사각형 단면을 가진 수평결합수단 및 수직결합수단을 각각 나타낸다.

마지막으로, 도 9는 본 발명의 모듈형 냉각탑에 대한 변형예를 도시하는 정단면도이다.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 모듈형 냉각탑은 기존에 냉각수가 고르게 분사되지 않던 영역에도 냉각수를 분사시킬 수 있어 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시키며, 각 구성요소를 모듈화 하여 제작한 후 설치장소에서 냉각탑의 규모에 대응하여 각각의 모듈을 일체화 하여 설치할 수 있음으로써, 냉각탑에 대한 생산성은 물론 운반 및 설치 편의성을 극대화시킬 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 모듈형 냉각탑은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 설치면으로부터 상방향을 향하여, 냉각수를 저수할 수 있는 수조(100)와, 냉각수와 공기 상호간에 열교환을 실시하는 충진재(200)와, 배관(310)으로부터 냉각수를 하측으로 분사하는 노즐(320)이 마련된 냉각수 순환설비(300)와, 응축된 공기에 포함된 수분을 포집하는 엘리미네이터(400)와, 상기 엘리미네이터(400)를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 팬(500)을 포함하는 냉각탑에 있어서; 상기 충진재(200)와 상기 수조(100) 사이에는, 측벽에 형성되어 외부 공기가 도입되는 공기 흡입구(600)와; 상기 공기 흡입구(600)의 개구 방향을 따라 오목한 단면 형상으로 설치되되, 하부면(710)이 상방향으로 유동하는 공기를 양분 시키는 동시에, 내외부의 압력차를 이용하여 상부면(720)이 상기 공기 흡입구(600)로 도입된 공기를 중앙으로 안내하는 안내 가이드(700)가 추가로 마련되는 것으로써 달성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 모듈형 냉각탑은 수조(100), 충진재(200), 냉각수 순환설비(300), 엘리미네이터(400), 그리고 팬(500)을 포함하는 냉각탑에 있어서, 공기 흡입구(600) 및 안내 가이드(700)가 추가로 마련되는 것에 기술적인 특징이 있다.

우선, 본 발명에 있어서 수조(100)는 냉각탑의 최하부에 위치하는 것으로 열교환을 마친 냉각수가 떨어져 모이는 용기 형상의 구성이다.

상기 수조(100)는 금속소재로 제작될 수 있으며, 필요에 따라서는 FRP(Fiber Reinforced Plastic, 섬유강화플라스틱)로 제작하여 경량이면서도 높은 강성을 보유하는 것도 가능할 것이다.

따라서, 상기 수조(100)는 바닥면과 소정 높이의 측면으로 형성될 수 있을 것이다.

상기 수조(100)의 상측에는 충진재(200)가 소정의 두께를 가지고 마련되며, 상기 충진재(200)는 외부 공기와 냉각수가 원활하게 접촉하도록 하여 상호 열교환에 의해 냉각수의 냉각을 실시하는 구성이다.

여기에서, 상기 충진재(200)는 크게 스플래쉬 타입(splash type)과 필름 타입(film type)으로 구분될 수 있으며, 본 발명에 있어서 상기 충진재(200)의 타입에 제한은 없을 것이다.

이와 같은 충진재(200)는 다공성 패널을 대략 허니컴 형상으로 여러 겹 부착하여 제작될 수 있을 것이다.

다음으로 냉각수 순환설비(300)는 수냉식으로 냉각을 실시하는 설비에 배관된 것으로, 설비의 냉각에 사용된 고온의 냉각수를 냉각탑으로 순환시키며, 냉각탑에서 냉각수의 냉각이 이루어진다.

물론, 냉각탑에서 냉각된 냉각수는 반복적으로 순환하게 될 것이다.

이때, 냉각탑에는 고온의 냉각수를 공급하기 위한 배관(310)이 대략 수평하게 마련되어 있으며, 이러한 배관(310)에는 다수의 노즐(320)이 마련되어 있어 고온의 냉각수가 상기 배관(310)을 통해 이동하여 노즐(320)로 분사될 수 있는 것이다.

상기 노즐(320)이 냉각수를 분사하는 방향은 대략 하측을 향할 것이며, 상기 노즐(320)은 분사 영역의 넓이에 대응하여 서로 적절한 간격을 두고 다수가 마련되어, 노즐(320)과 그 이웃하는 노즐(320)에서 분사된 냉각수가 중첩되지 않도록 하면서, 냉각수가 분사되지 않는 영역은 가급적 발생치 않도록 한다.

그리고, 냉각탑 내에 배치되는 배관(310)의 입구에는 별도의 미도시한 밸브를 두어 이 밸브에 의하여 냉각수가 상기 배관(310)으로 공급되는 여부를 단속할 수 있을 것이다.

따라서, 냉각탑의 설치나 기타 유지보수 등을 이유로 상기 밸브를 폐쇄하여 일시적으로 배관(310)에 냉각수가 공급되는 것을 제한할 수 있게 된다.

다음으로, 엘리미네이터(400)는 상술한 냉각수 순환설비(300)의 배관(310) 상측에 위치하는 것으로, 외부로 배출되는 공기 중에 포함되어 있는 수분, 즉 미세한 물입자를 포집하여 제거하기 위한 것이다.

이러한 엘리미네이터(400)는 그 내부에 협소한 유로가 지그재그 형태로 형성되는 것이 바람직할 것이며, 이에 따라 공기 중에 포함된 물입자가 복잡하게 형성된 유로를 통과하는 과정에서 유로의 표면에 부착될 수 있는 것이다.

이와 같이 엘리미네이터(400)의 상측에는 상기 엘리미네이터(400)를 통과한 공기를 냉각탑 외부로 배출시키기 위한 팬(500)이 마련되며, 이러한 팬(500)의 풍량이나 개수에 제한은 없을 것이며, 미도시 하였지만 상기 팬(500)의 회전축은 대략 수직하게 형성될 것이다.

이러한 냉각탑의 기본 구성에 따라, 냉각수 순환설비(300)의 노즐(320)을 통해 하측으로 분사된 고온의 냉각수는 충진재(200)에서 외부 공기와 열교환을 실시하게 됨으로써, 냉각된 냉각수는 수조(100)를 통해 다시 냉각수 순환설비(300)로 보내지는 것이다.

이와 함께, 냉각수와 열교환을 마친 공기는 엘리미네이터(400)에서 수분이 제거된 후, 팬(500)을 통해 냉각탑 외부로 배출되는 것이다.

특히, 본 발명에 있어서는 상술한 냉각탑의 기본 구성에 공기 흡입구(600) 및 안내 가이드(700)가 추가로 마련되어 있는 것에 기술적인 특징이 있다.

상기 공기 흡입구(600)는 냉각탑을 구성하는 측벽에 형성되는 것으로, 상술한 충진재(200)와 상술한 수조(100)의 사이 공간으로 외부 공기를 도입하기 위하여 형성된 통공이다.

도 2와 같이 상기 공기 흡입구(600)는 정면 및 배면에 형성되며, 좌측면 및 우측면에는 도 3과 같이 공기 흡입구(600)가 형성되어 있지 않다.

그리고, 상기 안내 가이드(700)는 상기 공기 흡입구(600)의 개구 방향을 따라 형성되는 것으로, 상기 안내 가이드(700)의 양단은 도 3과 같이 냉각탑의 정면 및 배면을 연결하여 설치된다.

이때, 상기 공기 흡입구(600)의 형상은 원형이나 사각형 등 형상에 제한은 없을 것이며, 다만 도면에 예시한 바와 같이 장변이 수평하게 위치하고 단변이 수직하게 위치하는 직사각형이 가장 바람직할 것이다.

물론, 직사각형 단면의 공기 흡입구(600)의 모서리를 모따기 하거나 적절한 반경으로 라운드 처리하는 것도 가능할 것이다.

이와 같이 형성된 공기 흡입구(600)의 하측에는 상기 공기 흡입구(600)의 개구 방향을 따라 안내 가이드(700)가 마련된다.

상기 안내 가이드(700)는 대략 오목한 단면 형상을 가지는 것으로 V자 형상이나 U자 형상 등 그 형상에 제한을 없을 것이며, 다만, 그 내부로 외부 공기가 이동할 수 있을 정도의 깊이를 가지고 있으면 좋다.

도면에는 대략 V자 형상의 단면을 지닌 안내 가이드(700)를 예시하였으며, 이러한 안내 가이드(700)는 하나의 평판형 패널을 V자 형상으로 구부려 절곡하거나, 혹은 두 평판형 패널을 서로 용접하여 V자 형상으로 제작할 수 있을 것이다.

이에 따라, 상기 안내 가이드(700)의 아래쪽 면인 하부면(710)은 도 5와 같이 상방향으로 유동하는 공기를 양분 시키는 역할을 하게 되며, 위쪽 면인 상부면(720)은 상기 공기 흡입구(600)를 통하여 냉각탑 내부로 도입된 공기를 냉각탑의 대략 중앙까지 안내하는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 안내 가이드(700)의 상부면(720)이 공기 흡입구(600)로 유입된 공기를 냉각탑의 중앙까지 안내하는 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 4에 화살표로 나타낸 바와 같이 냉각탑의 측벽에 형성된 공기 흡입구(600)로 외부의 차가운 공기가 유입되면, 차가운 공기는 하강하게 되어 안내 가이드(700)의 상부면(720)에 도달하게 된다.

이때, 냉각탑 안에서는 도 5와 같이 뜨거운 공기가 상승하고 있기 때문에, 이와 같이 상승하는 뜨거운 공기는 안내 가이드(700)의 하부면(710)에서 분기되어 화살표 ⓐ로 나타낸 바와 같이 상승하게 된다.

그 결과, 안내 가이드(700)의 하부면(710) 양 옆에서 상승하는 뜨거운 공기의 속도가 안내 가이드(700)의 상부면(720) 내부의 차가운 공기 보다 빠르기 때문에, 안내 가이드(700) 내부의 차가운 공기가 바로 빠져나가지 못하고 압력 차이에 의해 와류를 발생시키게 된다.

즉, 상기 안내 가이드(700) 내부의 차가운 공기 중 대부분은 도 5의 화살표 ⓑ로 나타낸 바와 같이 와류에 의해 안내 가이드(700) 안으로 다시 들어가고, 상기 안내 가이드(700) 내부의 차가운 공기 중 일부만이 도 5의 화살표 ⓒ로 나타낸 바와 같이 안내 가이드(700) 밖으로 나갈 수 있는 것이다.

이에 따라, 상기 안내 가이드(700)의 상부면(720) 내부에서 차가운 공기는 도 5에 있어서 상기 안내 가이드(700)의 중심 수직선을 기준으로 대칭되는 형태로 와류가 발생하면서 냉각탑의 측벽으로부터 중앙을 향하여 나아갈 수 있는 것이다.

따라서, 상기 안내 가이드(700)를 밀폐한 단면의 덕트 형상으로 형성하거나 혹은 별도의 덮개와 같은 추가 구성 없이도, 그 내측과 외측의 압력 차이만으로 차가운 공기를 측벽으로부터 중심에 이르기까지 원활하게 공급하는 것이 가능한 것이다.

하지만, 본 발명에 있어서 상술한 안내 가이드(700)가 추가 구성됨에 따라, 상기 안내 가이드(700)에 의해 그 하측에는 냉각수가 고르게 도달하지 않을 가능성이 존재한다.

이를 해소하고자, 본 발명에 있어서 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 안내 가이드(700)에는 상기 안내 가이드(700) 내부로 떨어지는 냉각수를 상기 상부면(720)이 수집하여 상기 하부면(710) 아래로 분사하는 분사수단(730)이 추가로 마련되는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상기 안내 가이드(700)는 그 내부로 떨어지는 냉각수를 수집하게 될 것이고, 이렇게 상기 안내 가이드(700)에 있어서 상부면(720)에 수집된 냉각수를 상기 안내 가이드(700) 밖으로 배출시킬 필요가 있을 것이다.

하지만, 본 발명에 있어서는 안내 가이드(700) 내부의 냉각수를 별도로 배출시킬 필요가 없으며, 안내 가이드(700) 내부의 냉각수를 이용하여 추가적인 노즐과 같은 분사수단(730)으로 냉각수를 그 아래로 분사시키는 것이 가능할 것이다.

이때, 상기 분사수단(730)의 분사 유량은 상기 안내 가이드(700)의 크기에 비례하여 적절하게 냉각수를 분사할 수 있도록 설계하여, 상기 안내 가이드(700) 내에 냉각수가 부족하거나 넘치는 일이 없도록 하는 것이 좋을 것이다.

특히, 본 발명에 있어서 상기 분사수단(730)은 상기 안내 가이드(700)의 설치 방향과 나란한 장축을 가진 장방형 또는 타원형의 분사 영역(A)으로 냉각수를 분사하는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상기 분사수단(730)은 일반적으로 냉각수를 소정의 원형 영역 내에 분사할 것이다.

하지만 본 발명에 있어서는 상기 분사수단(730)이 냉각수를 분사하는 분사 영역(A)이 장방형 또는 도 6에 예시한 타원형으로 형성되도록 노즐 구멍의 형상을 설계하고, 특히, 이 장방형 또는 타원형의 분사 영역(A)은 상술한 안내 가이드(700)의 설치 방향과 나란하게 배열되도록 하는 것이다.

이에 따라, 길이방향으로 배치된 상기 안내 가이드(700)에 의해 냉각수가 도달하지 않은 영역에 대해서만 상기 분사수단(730)이 냉각수를 국부적으로 분사하는 것이 가능해진다.

지금까지는, 본 발명의 냉각탑에 있어서 외부 공기를 측벽으로부터 중앙까지 안내하거나, 안내 가이드(700)에 의해 냉각수가 도달하지 않는 영역에 냉각수를 공급하기 위한 구성에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 본 발명의 냉각탑에 대한 모듈화에 대하여 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 있어서는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 사각기둥 형태의 프레임(800)을 포함하여 상기 수조(100)를 분할된 형태로 구성하는 제1모듈(M1)과; 사각기둥 형태의 프레임(800)을 포함하여 상기 충진재(200)와 상기 안내 가이드(700) 및 상기 공기 흡입구(600)가 마련된 제2모듈(M2)과; 사각기둥 형태의 프레임(800)을 포함하여 상기 냉각수 순환설비(300)를 분할된 형태로 구성하며, 상기 엘리미네이터(400)가 마련된 제3모듈(M3)을 포함하는 것이 바람직할 것이다.

상기 제1모듈(M1), 상기 제2모듈(M2), 그리고 상기 제3모듈(M3)은 모두 도 8에 예시한 사각기둥 형태의 프레임(800)을 기본적으로 포함하게 된다.

상기 프레임(800)은 각 모듈의 골격을 이루게 되는 것이며, 이러한 모듈은 제조업체에서 다양한 구성요소를 그 내부에 장착하여 제작한 후, 설치장소로 옮겨지고 용이하게 서로를 연결하여 냉각탑을 완성시키는 것이 가능할 것이다.

도 2 및 도 3에는 좌우방향 및 앞뒤방향으로 3개씩의 모듈이 각각 위치하는 것을 예시하였지만, 냉각수에 대하여 요구되는 냉각탑의 냉각 능력에 따라 2개 또는 3개를 초과하는 모듈이 서로 횡방향으로 결합하여 하나의 층을 형성할 수 있을 것이다.

예를 들어, 좌우방향으로 4개의 모듈이, 그리고 앞뒤방향으로 3개의 모듈이 서로 연결되도록 하여, 하나의 층에 총 12개의 모듈이 마련될 수도 있을 것이다.

이와 다르게, 좌우방향으로 5개의 모듈이 그리고 앞뒤방향으로 6개의 모듈이 서로 연결되도록 하여 하나의 층에 총 30개의 모듈이 마련되는 등이 있을 수 있다.

도 2 및 도 3에는 좌우방향으로 3개의 모듈이 그리고 앞뒤방향으로 3개의 모듈이 서로 연결되도록 하여 하나의 층에 총 9개의 모듈이 마련되는 것을 예시한 것이다.

이를 위해, 각 모듈의 프레임(800)은 미리 정해진 가로, 세로, 높이 치수를 가지도록 규격화 하여 동일하게 제작되는 것이 바람직할 것이다.

물론, 필요에 따라서는 프레임(800)의 가로 및 세로 치수는 동일하지만 높이가 서로 다르게 제작하는 것도 가능할 것이다.

예를 들어, 도 7에 있어서 제1모듈(M1)을 형성하는 프레임(800)과 제3모듈(M3)을 형성하는 프레임은 동일한 높이를 가지는 것으로 제1모듈(M1)과 제3모듈(M3)은 프레임(800)을 공유할 수 있을 것이다.

하지만, 제2모듈(M2)을 형성하는 프레임(800)은 상기 제1모듈(M1)이나 상기 제3모듈(M3)에 비해 높이가 다소 높게 형성될 수 있는 것이다.

이와 같이 모듈에 따라 높이를 다르게 설정하는 것은 해당 모듈 내에 장착되는 구성요소의 수나 크기에 따라 적절하게 설계될 수 있을 것이다.

따라서, 필요에 따라서, 각각의 모듈에 있어서 가로 및 세로 치수 모두 동일한 규격으로 제작하고, 높이만 서로 다른 프레임(800)을 이용하여 각각의 모듈을 제작하는 것도 가능할 것이다.

이와 같이 각 모듈에 적합한 프레임(800)을 규격화 하여 제작한 이후, 각 모듈에 요구되는 구성부품을 프레임(800) 내에 설치할 수 있을 것이다.

즉, 도 7의 (d)에 예시한 제1모듈(M1)은 냉각탑의 최하부에 위치하는 것으로 상기 수조(100)를 분할된 형태로 포함하고 있다.

이때, 상기 제1모듈(M1)은 프레임(800)에 철재 측벽을 모두 형성한 후, 측벽 하부에 서로를 연결하는 구멍을 형성하여, 다수의 제1모듈(M1)이 서로 수평하게 다수 연결되더라도 수조(100)를 공유할 수 있도록 하는 것이 가능하다.

이와는 다르게, 예를 들어 프레임(800) 하나의 넓이에 맞도록 FRP 소재의 수조(100)를 형성한 후, 수조(100) 하부를 서로 연통시키는 것도 가능할 것이다.

필요에 따라서는 다수의 제1모듈(M1)이 서로 연결되어 하나의 층을 형성한 넓은 면적의 FRP 수조(100)를 제조한 후, 이를 모듈의 개수로 분할하여 각각의 제1모듈(M1) 내에 설치하는 것도 가능할 것이다.

이와 같이 여러 개로 분할 형성된 수조(100)의 경우, 설치 장소에서 분할되어 있는 수조를 연결하는 작업이 필요할 수 있을 것이다.

다음으로, 도 7의 (b) 및 (c)에 예시한 제2모듈(M2)은 상기 제1모듈(M1)의 상측에 적층되는 것이다.

필요에 따라서는, 냉각탑의 냉각 능력에 따라 도 2 및 도 3에 예시한 바와 같이 제2모듈(M2)만을 2단으로 적층 구성할 수도 있을 것이다.

상기 제2모듈(M2) 내에는 프레임(800) 내에 상술한 충진재(200)와 상기 안내 가이드(700) 및 상기 공기 흡입구(600)가 마련된다.

이에 따라, 상기 충진재(200) 및 상기 안내 가이드(700)는 상기 프레임(800)에 대응하여 다수로 분할 형성될 수 있을 것이며, 상기 안내 가이드(700)의 상측에 각각 공기 흡입구(600)가 형성될 것이다.

이와 같이 여러 개로 분할 형성된 안내 가이드(700)의 경우에도, 설치 장소에서 서로를 연결하는 작업이 필요할 수 있을 것이다.

그리고, 도 7의 (b)에는 안내 가이드(700)의 하부에 분사수단(730)이 마련된 제2모듈(M2)을 도시하고 있으며, 도 7의 (c)에는 안내 가이드(700)의 하부에 분사수단(730)이 마련되지 않은 제2모듈(M2)을 도시하고 있다.

예를 들어, 본 발명의 냉각탑은 필요에 따라 도 2 및 도 3과 같이 2층 이상의 제2모듈(M2)을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 상부에 위치하는 제2모듈(M2)에는 분사수단(730)이 요구되지만, 하부에 위치하는 제2모듈(M2)에는 분사수단(730)이 필요치 않게 된다.

따라서, 제2모듈(M2)을 2가지 타입으로 제작한 후, 분사수단(730)이 있는 제2모듈(M2)을 상부에 배치하고, 분사수단(730)이 없는 제2모듈(M2)을 하부에 배치하여, 2단의 제2모듈(M2)을 형성하여 냉각탑을 구성하는 것이 가능할 것이다.

물론 요구되는 냉각 성능에 따라서 3단 이상의 제2모듈(M2)을 형성하는 것도 가능하다.

이뿐 아니라, 별도로 도시하진 않았지만, 필요에 따라 하부에 위치하는 제2모듈(M2)에 안내 가이드(700)도 배제하는 것도 가능할 것이며, 도 7의 (e)에 도시한 바와 같이 제2모듈(M2)을 변형시킨 제4모듈(M4)을 도 9에 예시한 바와 같이 제1모듈(M1)과 제2모듈(M2) 사이에 적용하는 것도 가능할 것이다.

도 9에 예시한 본 발명에 따른 모듈형 냉각탑에 대한 변형예의 경우, 프레임(800) 내에 오직 충진재(200)가 채워져 있으며, 이 충진재(200)의 하부에 비교적 넓은 영역의 공기 흡입구(601)만이 형성되는 구성인 것이다.

이러한 구성에 따르면, 도 9와 같이 제4모듈(M4)의 공기 흡입구(601)로 유입된 외부 공기는 제4모듈(M4)에 마련된 충진재(200)를 거치면서 1차적으로 열교환을 실시하며, 이후 제2모듈(M2)을 통과하면서 2차적으로 열교환을 실시하여 앞서 설명한 작용을 할 수 있을 것이다.

그리고, 제3모듈(M3)은 상술한 제2모듈(M2)의 상측에 적층되는 것으로, 상기 냉각수 순환설비(300)를 분할된 형태로 포함하고 있다.

즉, 상기 제3모듈(M3)에는 프레임(800)을 가로질러 냉각수 순환설비(300)의 배관(310)이 배열되며, 배관(310)에는 수 개의 노즐(320)이 위치하도록 구성된다.

이와 같이 여러 개로 분할 형성된 배관(310) 또한 설치 장소에서 서로를 연결하는 작업이 필요할 수 있을 것이며, 이때, 퀵커플러 등의 기계요소가 적용된다면 배관(310)을 서로 용이하게 연결할 수 있을 것이다.

게다가, 본 발명에 있어서, 상기 제1모듈(M1), 상기 제2모듈(M2), 그리고 상기 제3모듈(M3)은 수평방향으로 둘 이상이 배열되어 상호간에 결합 가능한 수평결합수단을 포함하며; 상기 제1모듈(M1), 상기 제2모듈(M2), 그리고 상기 제3모듈(M3)은 수직방향으로 적층 배열되어 상호간에 결합 가능한 수직결합수단을 포함하는 것이 바람직할 것이다.

상기 수평결합수단이나 수직결합수단은 예를 들어 암수가 한 쌍으로 이루어진 다양한 주지의 연결부재가 될 수 있을 것이며, 사각 기둥 형상의 프레임(800)을 서로 용이하게 연결할 수 있는 구성이면 좋을 것이다.

추가적으로, 서로의 연결 상태를 고정시키거나, 혹은 연결을 용이하게 분리할 수 있는 구성이면 더욱 바람직할 것이다.

도 8의 (a)에는 수평결합수단의 예로 수평결합홈(911) 및 수평결합돌기(912)가 마련되고, 수직결합수단의 예로 수직결합홈(921) 및 수직결합돌기(922)가 마련되되, 돌기와 홈이 원형 단면을 가진 것을 도시하였다.

즉, 수평결합돌기(912)는 프레임(800)의 측면에 대략 수평하게 둘 이상이 위치하는 것으로 원기둥 형상으로 돌출 형성되며, 그 선단은 단면이 작아지도록 테이퍼지게 형성하여 그 이웃한 프레임(800)의 수평결합홈(911) 내에 용이하게 삽입될 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

그리고, 수직결합돌기(922)는 프레임(800)의 하면에 대략 수직하게 위치하는 것으로 원기둥 형상으로 돌출 형성되며, 그 선단은 단면이 작아지도록 테이퍼지게 형성하여 수직결합홈(921) 내에 용이하게 삽입될 수 있도록 하는 것이 좋다.

도 8의 (b)에는 오직 수평결합돌기(912) 및 수직결합돌기(922)가 직사각형 단면을 가진 사각기둥 형상으로 형성되고, 수평결합홈(911) 및 수직결합홈(921)가 이에 대응하여 직사각형 단면으로 형성된 것에 차이가 있다.

하지만, 수평결합수단이나 수직결합수단을 원형으로 형성하지 않고 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 방향성을 가진 직사각형으로 형성한다면, 냉각탑의 설치 장소에서 프레임(800)이 잘못된 방향으로 조립되는 것을 방지할 수 있다는 큰 이점을 지니게 된다.

위에서는 암수 형상으로 이루어진 수평결합수단이나 수직결합수단을 예시하였지만, 이에 국한되는 것은 아니며 그 이외의 다양한 기계요소가 적용될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명을 모듈화 하는 것에 의해, 대용량의 냉각탑이 요구되는 경우, 제조업체에서는 각각의 모듈별로 제작을 완료한 후, 비교적 소형의 모듈 상태로 손쉽게 운반하는 것이 가능해지며, 설치장소에서 서로를 조립함으로써, 요구되는 냉각 능력에 따라 대용량의 냉각탑도 편리하게 설치하는 것이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 모듈형 냉각탑은 도 7에 도시된 바와 같이, 제1모듈(M1), 제2모듈(M2), 그리고 제3모듈(M3) 각각을 제조업체에서 제작한 후, 설치장소로 용이하게 운반하여, 서로를 상하좌우로 배열하여 간단하게 설치하는 것이 가능해진다.

이때, 제2모듈(M2)을 변형시킨 제4모듈(M4)을 제1모듈(M1)과 제2모듈(M2) 사이에 적층시킬 수도 있을 것이다.

이때, 동일 높이, 즉 같은 층에 위치하는 모듈들은 서로에 수평결합수단에 의해 연결되며, 동일 수직선상에 위치하는 모듈들은 서로에 수직결합수단에 의해 연결됨으로써, 상호간의 연결 작업이 빠른 시간 내에 편리하게 이루어지는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명의 모듈형 냉각탑은 공기 흡입구(600) 및 안내 가이드(700)가 형성되어 있어 공기 흡입구(600)로 들어오는 차가운 공기를 안내 가이드(700)를 통해 냉각탑의 중앙까지 공급하는 것이 가능하여 높은 열교환 효율을 얻는 것이 가능하다.

이뿐 아니라, 안내 가이드(700)에는 별도의 분사수단(730)을 마련하여 안내 가이드(700) 내에 떨어진 냉각수를 다시 그 하부로 분사시킬 수 있음으로써, 안내 가이드(700)에 의해 가려진 영역에 대해서도 냉각수를 고르게 분사할 수 있어 높은 열교환 효율을 얻는 것이 가능한 것이다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명의 모듈형 냉각탑은 기존에 냉각수가 고르게 분사되지 않던 영역에도 냉각수를 분사시킬 수 있어 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시키며, 각 구성요소를 모듈화 하여 제작한 후 설치장소에서 냉각탑의 규모에 대응하여 각각의 모듈을 일체화 하여 설치할 수 있음으로써, 냉각탑에 대한 생산성은 물론 운반 및 설치 편의성을 극대화시킬 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

100 : 수조 200 : 충진재
300 : 냉각수 순환설비 310 : 배관
320 : 노즐 400 : 엘리미네이터
500 : 팬 600, 601 : 공기 흡입구
700 : 안내 가이드 710 : 상부면
720 : 하부면 730 : 분사수단
800 : 프레임 911 : 수평결합홈
912 : 수평결합돌기 921 : 수직결합홈
922 : 수직결합돌기 M1 : 제1모듈
M2 : 제2모듈 M3 : 제3모듈
M4 : 제4모듈

Claims (5)

1. 설치면으로부터 상방향을 향하여, 냉각수를 저수할 수 있는 수조와, 냉각수와 공기 상호간에 열교환을 실시하는 충진재와, 배관으로부터 냉각수를 하측으로 분사하는 노즐이 마련된 냉각수 순환설비와, 응축된 공기에 포함된 수분을 포집하는 엘리미네이터와, 상기 엘리미네이터를 통과한 공기를 외부로 배출시키는 팬을 포함하는 냉각탑에 있어서;
   상기 충진재와 상기 수조 사이에는, 측벽에 형성되어 외부 공기가 도입되는 공기 흡입구와;
   상기 공기 흡입구의 하측에 개구 방향을 따라 오목한 단면 형상으로 양단이 서로 마주보는 두 측벽에 연결 설치되되, 하부면이 상방향으로 유동하는 공기를 양분 시키는 동시에, 내외부의 공기 흐름에 대한 속도차이에 의해 발생하는 압력차를 이용하여 상부면이 상기 공기 흡입구로 도입된 공기를 중앙으로 안내하는 안내 가이드가 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 모듈형 냉각탑.
2. 제1항에 있어서, 상기 안내 가이드에는 상기 안내 가이드 내부로 떨어지는 냉각수를 상기 상부면이 수집하여 상기 하부면 아래로 분사하는 분사수단이 추가로 마련되는 것을 특징으로 하는 모듈형 냉각탑.
3. 제2항에 있어서, 상기 분사수단은 상기 안내 가이드의 설치 방향과 나란한 장축을 가진 장방형 또는 타원형의 분사 영역으로 냉각수를 분사하는 것을 특징으로 하는 모듈형 냉각탑.
4. 제3항에 있어서, 사각기둥 형태의 프레임을 포함하여 상기 수조를 분할된 형태로 구성하는 제1모듈과;
   사각기둥 형태의 프레임을 포함하여 상기 충진재와 상기 안내 가이드 및 상기 공기 흡입구가 마련된 제2모듈과;
   사각기둥 형태의 프레임을 포함하여 상기 냉각수 순환설비를 분할된 형태로 구성하며, 상기 엘리미네이터가 마련된 제3모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 냉각탑.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 그리고 상기 제3모듈은 수평방향으로 둘 이상이 배열되어 상호간에 결합 가능한 수평결합수단을 포함하며;
   상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 그리고 상기 제3모듈은 수직방향으로 적층 배열되어 상호간에 결합 가능한 수직결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 냉각탑.

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