KR102099856B1 - 냉각장치 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

실시 예는 내부로 분사된 공급수가 흡입공기와 접촉하여 냉각되는 하우징; 상기 하우징 내부로 상기 흡입공기를 유입시키는 송풍기; 상기 하우징 내부에서 냉각된 냉각수가 수용되는 저수조; 및 상기 송풍기의 하부에 배치되는 회수모듈을 포함하고, 상기 회수모듈은 상기 저수조와 연결되어 상기 냉각수가 순환되는 냉각배관을 포함하는 냉각장치를 개시한다.

Description

냉각장치{COOLING APPARATUS}
실시 예는 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 냉각탑과 같은 냉각장치는 물과 공기의 열교환에 의해 냉각수 또는 냉기를 얻도록 하는 것으로서, 냉각수를 얻고자 할 때에는 공기가 냉매로 사용되어 냉각수를 얻을 수 있다.
즉, 제철소의 특성상 강을 제조하기까지 사용되는 다양한 설비들은 고열이 발생하기 때문에 각각의 설비에 대한 냉각 작용이 요구되고 있으며, 이러한 냉각을 위한 수단으로서 주로 냉각수를 사용하여 설비의 열에 의한 변형을 억제하거나 방지하고 있다.
도 1을 참조하면, 냉각탑은 하우징(11)의 내부에 배치되어 고온 공급수를 분사하는 분사노즐(12)과, 분사노즐(12)의 하측에 배치되어 고온 공급수를 고르게 분산시켜 낙하시키는 필러(filler, 17)와, 분사노즐(12)의 상측에 배치된 송풍기(15)와, 하우징(11)의 하부에 배치되어 송풍기(15)의 흡입력에 의해 외부의 차가운 공기를 유입되는 유입구(13)와, 필러(17)의 하측에 대응 배치되어 고온 공급수가 냉각되어 생산된 냉각수를 저장하는 저수조(14)를 포함한다.
고온 공급수는 필러(17)를 통해 균일하게 분산되어 필러(17)의 하측으로 낙하된다. 이때, 송풍기(15)의 흡입력에 의해 하우징(11)의 하부에 위치하는 유입구(13)를 통해 외부의 차가운 공기가 유입되면, 외부의 공기가 필러(17)의 하측으로 낙하된 고온 공급수와 접촉된다. 따라서, 고온 공급수는 외부로부터 유입된 공기에 의해 냉각되어 냉각수가 되고, 냉각수는 하우징(11)의 하부에 마련된 저수조(14)에 저장된다.
유입된 공기는 가열된 고온 공급수에 의해 수분을 함유하는 기체 상태의 증발수가 된다. 비중이 작은 증발수는 하우징(11)의 상측 방향으로 비산된다. 종래의 하우징(11)의 경우 상측이 개방되어 있어, 비산되는 증발수는 하우징(11)의 상측으로 방출된다.
그러나, 냉각탑의 상측으로 방출된 증발수의 양 만큼 고온 공급수의 손실이 발생한다. 따라서, 고온 공급수를 추가적으로 보충해주거나 냉각수를 추가적으로 제조해야 하는 문제점이 있다. 또한, 냉각탑의 외부로 방출되는 증발수는 백연(하얀색 연기)이기 때문에, 대기 오염을 일으키는 가스로 오해하는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해 노즐의 상부에 엘리미테이터(16)가 배치되나, 기존의 엘리미네이터(16)는 증발수의 수분을 회수하기 역부족인 문제가 있다.
실시 예는 증발수를 회수하여 냉각수 손실을 최소화할 수 있는 냉각장치를 제공한다.
또한, 냉각탑에서 발생되는 연기의 외부 비산을 최대한 억제할 수 있는 냉각장치를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
실시 예에 따른 냉각장치는, 내부로 분사된 공급수가 흡입공기와 접촉하여 냉각되는 하우징; 상기 하우징 내부로 상기 흡입공기를 유입시키는 송풍기; 상기 하우징 내에서 냉각된 냉각수가 수용되는 저수조; 및 상기 송풍기의 하부에 배치되는 회수모듈을 포함하고, 상기 회수모듈은, 상기 저수조와 연결되어 상기 냉각수가 순환되는 냉각배관을 포함한다.
상기 회수모듈은, 이격 배치되는 복수 개의 격벽; 및 상기 복수 개의 격벽 사이에 배치되는 복수 개의 엘리미네이터를 포함할 수 있다.
상기 회수모듈은, 상기 격벽은 결합된 제1플레이트와 제2플레이트를 포함하고, 상기 제1플레이트와 제2플레이트는 서로 이격되어 공간부를 형성하고, 상기 냉각배관은 상기 공간부에 배치될 수 있다.
상기 냉각배관에서 배출된 냉각수는 상기 공급수와 함께 상기 하우징 내부로 분사될 수 있다.
상기 송풍기에 의해 낙하되어 상기 공간부에 포집된 증류수는 상기 하우징 내부로 분사될 수 있다.
상기 하우징의 내부로 상기 공급수를 분사하는 노즐, 및 상기 노즐의 하부에 배치되는 필러를 포함할 수 있다.
상기 저수조의 냉각수를 설비로 공급하는 제1배관; 및 상기 저수조의 냉각수를 상기 냉각배관으로 공급하는 제2배관을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 증발수 회수율을 향상시켜 냉각수 손실을 최소화할 수 있다. 따라서, 따라서, 냉각수를 제조하기 위한 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각탑에서 발생되는 백색 연기의 외부 비산을 최대한 억제할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 냉각장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각장치의 개념도이고,
도 3a은 회수모듈의 개념도이고,
도 3b는 회수모듈의 일부 사시도이고,
도 4는 냉각수의 흐름을 보여주는 개념도이고,
도 5는 공간부에 증류수가 포집되는 과정을 보여주는 도면이고,
도 6은 격벽의 제1 변형예이고,
도 7은 격벽의 제2 변형예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각장치의 개념도이고, 도 3은 회수모듈의 개념도이고, 도 3a은 회수모듈의 개념도이고, 도 3b는 회수모듈의 일부 사시도이다.
도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 냉각장치는 하우징(110), 송풍기(150), 분사모듈(120), 회수모듈(170), 저수조(160)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 원통 형상 또는 사각 박스 형상으로 제작될 수 있으며, 하부에는 외부로부터 차가운 공기가 유입되는 유입구(111)가 형성될 수 있다. 이때, 외부에서 유입되는 차가운 공기는 송풍기(150)의 흡입력에 의해 유입될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 하우징(110)의 기본 구성은 기존의 냉각탑에 사용되는 다양한 하우징 구조가 모두 적용될 수 있다.
분사모듈(120)은 유입구(111)의 상측에 배치될 수 있다. 분사모듈(120)은 고온 공급수를 공급하는 펌프부(121), 공급배관(122), 고온 공급수를 분사하는 복수의 분사노즐(123), 및 분사노즐(123)의 하측에 배치되어 복수의 분사노즐(123)로부터 분사된 고온 공급수를 균일하게 분산시켜 분사시키는 필러(130)를 포함할 수 있다. 고온 공급수의 온도는 50℃내지 80℃일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
필러(130)는 분사노즐(123)로부터 분사된 고온 공급수가 고르게 분산되어 낙하될 수 있도록 다수의 개구부를 가지는 그물망 형상으로 제작될 수 있다. 필러(130)는 세라믹 재료를 이용하여 그물망 형상으로 제작할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
분사노즐(123)을 통해 분사된 고온 공급수는 필러를 통해 고르게 분산되어 필러(130)의 하측으로 분사될 수 있다. 분사된 고온 공급수는 유입구(111)로 유입된 공기와 접촉할 수 있다.
이로 인해, 고온 공급수는 유입된 공기에 의해 냉각되어 저온 공급수(이하 냉각수)가 되고, 냉각수는 하우징(110)의 하부에 마련된 저수조(160)에 낙하되어 저장될 수 있다.
유입된 공기는 고온 공급수에 의해 가열되어 수분을 함유하는 기체 상태의 증발수가 될 수 있다. 비중이 작은 증발수는 송풍기(150)를 향해 비산될 수 있다.
회수모듈(170)은 분사모듈(120)의 상측에 배치되어 비산되는 증발수를 포집할 수 있다. 따라서, 증발수를 회수할 수 있어 냉각수 손실을 최소화할 수 있다. 따라서, 따라서, 냉각수를 제조하기 위한 비용을 절감할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실시 예에 따른 회수모듈(170)은 증발수가 유입되는 복수 개의 흡입구(170a), 증발수가 배출되는 복수 개의 배출구(170b), 및 흡입구(170a)와 배출구(170b) 사이에 배치되는 엘리미네이터(172), 및 복수 개의 배출구(170b) 사이에 배치되는 냉각배관(173)을 포함할 수 있다.
증발수는 복수 개의 흡입구(170a)로 유입되고 엘리미네이터(172)를 거쳐 복수 개의 배출구(170b)로 배출될 수 있다. 이때, 공기에 포함된 수분은 엘리미네이터(172)에 의해 1차 포집될 수 있다.
엘리미네이터(172)는 V자 형상의 얇은 플레이트를 반복하여 적층하는 구조일 수 있다. 그러나, 이에 한정하지 않고 엘리미네이터(172)는 수분이 비산되는 것을 방지할 수 있는 다양한 구조로 제작될 수 있다.
엘리미네이터(172)는 PVC와 같은 플라스틱 재질일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 다양한 금속 재질이 적용될 수도 있다.
냉각배관(173)은 복수 개의 배출구(170b) 사이에 배치될 수 있다. 냉각배관(173)에는 냉각수가 순환될 수 있다. 따라서, 복수 개의 배출구(170b) 사이의 벽면은 냉각되어 공기 중에 포함된 수분이 액화될 수 있다. 따라서, 수분을 2차 포집할 수 있다.
실시 예에 따르면 엘리미네이터(172)에 의한 1차 포집과 냉각배관(173)에 의해 2차 포집이 수행되므로 증발수 회수율이 개선될 수 있다.
회수모듈(170)은 제1 방향으로 이격된 복수 개의 격벽(171) 사이에 복수 개의 엘리미네이터(172)가 배치된 구조일 수 있다. 복수 개의 엘리미테이터는 제1 방향으로 이격 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 전술한 바와 같이 플레이트를 다양한 방식으로 반복하여 적층할 수 있다.
복수 개의 격벽(171)은 금속 재질일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 격벽(171)이 금속 재질인 경우 금속 배관의 차가운 냉기가 엘리미네이터(172)로 전달될 수 있어 1차 포집 효율이 더 개선될 수 있다.
각각의 격벽(171)은 한 쌍의 플레이트로 구성될 수 있다. 예시적으로 격벽(171)은 제1플레이트(171a)와 제2플레이트(171b)가 접합된 구조일 수 있다. 이때, 제1플레이트(171a)와 제2플레이트(171b)의 하부는 서로 접합된 상태일 수 있으나, 제1플레이트(171a)와 제2플레이트(171b)의 상부는 서로 이격되어 공간부(P1)를 형성할 수 있다.
예시적으로 제1플레이트(171a)와 제2플레이트(171b)는 Y자 형상을 형성할 수 있다. 따라서, 격벽(171)과 격벽(171) 사이는 하부보다 상부가 더 좁아질 수 있다. 즉, 복수 개의 배출구(170b)의 폭은 복수 개의 유입구(111)의 폭보다 좁아질 수 있다. 따라서, 유입된 증발수가 격벽(171)과 접촉할 확률이 높아지므로 2차 포집 효율이 개선될 수 있다.
도 4를 참조하면, 냉각수 펌프(161)는 설비와 연결된 제1배관(162)과 냉각배관(173)에 연결된 제2배관(174)에 각각 냉각수를 공급할 수 있다. 냉각수는 제2배관(174)을 통해 복수 개의 냉각배관(173)을 순환하면서 격벽(171)과 열교환할 수 있다. 제3배관(176)은 냉각배관(173)과 공급배관(122)을 연결할 수 있다. 따라서, 냉각배관(173)을 순환하면서 가열된 냉각수는 분사모듈(120)의 공급배관(122)으로 이동하여 고온 공급수와 함께 분사될 수 있다. 따라서, 냉각배관(173)을 순환한 냉각수는 차가운 공기에 의해 다시 냉각될 수 있다.
이때, 냉각배관(173)에 공급되는 냉각수의 온도를 낮추기 위해 별도의 냉각모듈(175)이 더 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 냉각배관(173)에 공급되는 냉각수의 온도가 더 낮아져 2차 포집 효율이 더 개선될 수 있다. 냉각모듈(175)은 펠티어 소자와 같이 유체를 냉각할 수 있는 다양한 장치가 모두 적용될 수 있다.
도 5는 공간부에 증류수가 포집되는 과정을 보여주는 도면이고, 도 6은 격벽의 제1 변형예이고, 도 7은 격벽의 제2 변형예이다.
도 5를 참조하면, 회수모듈(170)을 통과한 증발수는 회전하는 송풍기(150)에 부딪혀 낙하할 수 있다. 이때, 낙하된 증발수는 격벽(171)의 공간부(P1)로 저장될 수 있다. 공간부(P1)에 포집된 수분은 액화되어 회수모듈(170)의 하부로 떨어질 수 있다. 즉, 격벽(171)의 공간부(P1)는 낙하하는 증발수를 포집하는 드레인 배관 역할을 수행할 수 있다.
공간부(P1)에는 냉각배관(173)이 배치되므로 낙하된 증발수는 공간부(P1)와 냉각배관(173)의 틈(d1)으로 포집될 수 있다. 따라서, 공간부(P1)와 냉각배관(173)의 접촉면적은 넓히면서 낙하된 증발수의 포집량은 늘릴 수 있도록 공간부(P1)는 다양한 형상을 가질 수도 있다.
예시적으로 도 6과 같이 공간부(P1)는 냉각배관(173)이 배치되는 제1공간부(P11)와 제1공간부(P11) 상에 배치되는 제2공간부(P12)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 냉각배관(173)은 제1공간부(P11)와 밀착하여 열전달이 용이하면서도 제2공간부(P12)로 낙하된 증발수가 포집될 수 있다.
공간부(P1)에 포집된 증발수는 별도의 배관에 의해 공급배관(122)에 전송될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 도 7과 같이 격벽(171)의 제1플레이트(171a) 및 제2플레이트(171b)가 전체적으로 이격된 경우 공간부(P1)로 유입된 수분은 제1플레이트(171a)와 제2플레이트(171b) 사이의 틈(P13)으로 낙하될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 내부로 분사된 공급수가 흡입공기와 접촉하여 냉각되는 하우징;
    상기 하우징 내부로 상기 흡입공기를 유입시키는 송풍기;
    상기 하우징 내부에서 냉각된 냉각수가 수용되는 저수조; 및
    상기 송풍기의 하부에 배치되는 회수모듈을 포함하고,
    상기 회수모듈은 상기 저수조와 연결되어 상기 냉각수가 순환되는 냉각배관을 포함하고,
    상기 회수모듈은,
    이격 배치되는 복수 개의 격벽; 및
    상기 복수 개의 격벽 사이에 배치되는 복수 개의 엘리미네이터를 포함하고,
    상기 격벽은 결합된 제1플레이트와 제2플레이트를 포함하고,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 하부는 접합되고 상부는 서로 이격되어 공간부를 형성하고,
    상기 냉각배관은 상기 공간부에 배치되며,
    상기 복수 개의 격벽 사이는 하부보다 상부가 좁게 형성되는 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각배관에서 배출된 냉각수는 상기 공급수와 함께 상기 하우징 내부로 분사되는 냉각장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공간부는 상기 송풍기에 의해 낙하된 수분을 포집하는 냉각장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내부로 상기 공급수를 분사하는 공급배관, 및
    상기 공급배관의 하부에 배치되는 필러를 포함하는 냉각장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저수조의 냉각수를 설비로 공급하는 제1배관;
    상기 저수조의 냉각수를 상기 냉각배관으로 공급하는 제2배관; 및
    상기 냉각배관을 상기 공급배관과 연결하는 제3배관을 포함하는 냉각장치.
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