KR102177011B1 - 냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대향류식 냉각탑에서 냉각수의 흐름을 이용하여 냉각팬의 회전력을 발생시키는 냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑에 관한 것이다.
본 발명의 냉각탑용 냉각팬 구동장치는, 냉각수가 수직낙하하도록 배치되는 유입관; 냉각탑 본체의 상부에 설치되고, 상기 유입관을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각탑 본체 내부로 전달하는 분기관; 상기 분기관 내부에 설치되어 상기 분기관으로 유입되는 냉각수에 의해 회전하는 임펠러; 및 상기 임펠러와 연결되어 회전하는 냉각팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑{Apparatus for operating cooling fan and cooling tower with the cooling fan}

본 발명은 냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대향류식 냉각탑에서 냉각수의 흐름을 이용하여 냉각팬의 회전력을 발생시키는 냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로 냉각탑이란 중앙 집중식 냉방시스템의 실내기, 즉 실내 에어컨에서 냉방에 사용되고 고온화된 냉각수의 온도를 낮추는 장치로서, 크게 냉각수와 외기가 접촉할 때 발생하는 열전달에 의해 냉각수의 온도를 낮추는 개방형과 폐회로 상의 냉각수에 뿌려지는 증발수의 증발잠열을 이용해 냉각수의 온도를 낮추는 폐쇄형 두 가지가 있다.

이 중에서 개방형 냉각탑은 다시 대향류식(Counter Flow Type) 냉각탑, 직교류식(Cross Flow Type) 냉각탑, 무동력 냉각탑 등으로 나누어지며, 특히 대향류식 냉각탑은 측벽 하단에 개방된 흡입구를 통해 유입되어 충전재를 상향 통과하는 외부 공기와 충전재 위쪽에 배치된 분사노즐에서 분사되어 중력에 의해 충전재를 통해 낙하하는 냉각수를 서로 대향시킴으로써 상대적으로 저온인 외기와 상대적으로 고온인 냉각수의 접촉 시 발생하는 열전달에 의해 냉각수를 냉가시키는 원리를 이용하는 것이다.

대향류식 냉각탑에서 공기는 수직 상방향으로 유동하고 냉각수는 수직 하방향으로 유동하면서 공기와 냉각수가 접촉하여 열교환이 이루어지고, 직교류식 냉각탑에서 공기는 거의 수평으로 유동하고 냉각수는 수직 하향으로 유동한다.

도 1은 조앨의 기술에 의한 대향류식 냉각탑을 도시환 반단면도이며, 도 2는 도 1에서 도시한 대향류식 냉각탑을 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 종래의 기술에 의한 대향류식 냉각탑(1)은 외부 골격을 이루며 외부로부터 공기가 유입되는 흡입구(11)가 측면에 형성되고, 유입된 공기가 외부로 유출되는 토출구(13)가 상부에 형성된 몸체(3)와, 몸체(3) 상부에 설치되어 외부의 공기를 몸체(3) 내부로 유입시켜 외부로 토출되도록 하는 팬(5)과, 공기조화설비(미도시)로부터 분사관(15)으로 순환되는 냉각수를 분사하는 분사노즐(7)과, 분사노즐(7)의 하부로 설치되어 분사된 냉각수를 흡수하는 충전재(9)와, 충전재(9)를 통과하여 낙하하는 물방울이 저장되는 집수조(19)로 이루어지며, 분사노즐(7) 상부로는 토출되는 외기에 의하여 냉각수가 외부로 비산하는 것을 방지하는 엘리미네이터(17)가 설치된다.

몸체(3)는 원통형 또는 직육면체형의 케이스로서 측면 하단에 외기가 내부로 흡입되는 흡입구(11)가 형성되어 있고, 흡입된 외기가 외부로 토출되는 외기 토출구(13)가 상부에 형성되어 있다.

팬(5)은 몸체(3) 상단의 토출구(13)에 설치되어 흡입구(11)를 통해 화살표 방향으로 외기를 흡인하여 토출구(13)를 통해 외부로 배출시키는 역할을 한다. 분사노즐(7)은 충전재(9)와 엘리미네이터(17) 사이에 배치된 분사관(15)에 복수 개가 설치되어 중앙냉방 시스템의 실내 에어컨(10)에서 분사관(15)을 통해 유입되는 냉각수를 충전재(9) 위에 분사하도록 되어 있다. 여기에서 엘리미네이터(17)는 일종의 메시 필터로 충전재에서 떨어져 나온 분진이나 입자가 큰 수포를 잡아 걸러 주는 역할을 한다. 그리고 충전재(9)는 분사노즐(7)과 외기 흡입구(11) 사이에 배치되어 분사노즐(7)에서 분사된 냉각수를 분산시켜 낙하를 방해하거나 수직 필름면에 접하여 수막을 넓게 형성하도록 함으로써 외기와의 접촉면을 최대로 늘려 고온의 냉각수가 용이하게 열을 방출할 수 있도록 해준다.

팬(5)이 작동하면 흡입구(11)를 통하여 외부 공기가 유입되고, 상승하면서 충전재(9)를 통과하고 토출구(13)를 통하여 외부로 토출된다. 그리고 고온 상태의 냉각수는 분사관(15)을 통하여 유입되어 분사관(15)에 구비되는 하나 이상의 분사노즐(7)을 통하여 분사되어 공기와 접촉하여 냉각하면서 충전재(19)를 통과하고 자유 낙하하여 집수조(19)로 집수된다.

대향류식 냉각탑에서 공기와 냉각수의 유동방향은 반대로서 서로 접촉하면서 열교환이 이루어져 냉각수가 냉각되며, 공기가 원활하게 흡입되어 충전재를 통과하도록 하기 위하여 집수조(19)와 충전재(9) 사이에는 공간부(18)를 마련한다. 즉 충전재(9)는 집수조(19)로부터 이격되어 집수조(19) 상부에 설치된다.

그러나 전술한 일반적인 냉각탑의 경우 팬(5)의 회전을 위하여 모터와 같은 별도의 구동장치가 필요하므로 냉각탑의 전체 설치 비용이 증가하게 되고, 이러한 구동장치는 전기 등을 소비하게 되므로 냉각탑의 유지비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 도 3에 도시된 바와 같이 모터와 같은 별도의 구동장치 없이 냉각수의 흐름을 이용하는 팬구동방식의 냉각탑이 개발되었다.

그러나 냉각수의 흐름을 이용하는 팬구동방식의 냉각탑의 경우 냉각수의 흐름을 팬의 구동을 위한 회전력으로 변환하기 위한 구조가 복잡하고 동력 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0867410호(2008.11.06.) 대한민국 등록특허공보 제10-1333060호(2013.11.26.)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 설치 비용 및 유지 비용을 감소시키면서 냉각팬을 회전시키기 위한 동력 효율을 극대화시킬 수 있는 냉각탑용 냉각팬 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각탑용 냉각팬 구동장치는, 냉각수가 수직낙하하도록 배치되는 유입관; 냉각탑 본체의 상부에 설치되고, 상기 유입관을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각탑 본체 내부로 전달하는 분기관; 상기 분기관 내부에 설치되어 상기 분기관으로 유입되는 냉각수에 의해 회전하는 임펠러; 및 상기 임펠러와 연결되어 회전하는 냉각팬을 포함한다.

구체적으로 상기 분기관은, 상단이 상기 유입관과 연결되고 하부에 상기 냉각팬이 배치되는 수직관과, 상기 수직관과 냉각탑 본체를 연결하는 다수의 연결관으로 이루어지며, 상기 임펠러는, 상기 수직관 내부에 회전가능하게 설치되고 하단이 상기 냉각팬과 연결되는 회전축과, 상기 회전축에 형성되는 복수의 회전날개로 이루어지고, 상기 유입관, 수직관, 회전축은 일직선을 이루도록 위치한다.

그리고 상기 유입관과 분기관을 연결하고, 상기 임펠러를 회전하가능하게 지지하며, 상기 유입관에서 분기관으로 흐르는 냉각수에 회전류(vortex)를 형성하기 위한 복수의 볼텍스홀이 형성되는 연결부재를 더 포함한다.

본 발명의 냉각탑용 냉각팬 구동장치는 별도의 구동모터를 사용하지 않으므로써 설치 비용 및 유지 비용을 감소킬 수 있으며, 냉각팬을 회전시키기 위한 동력 발생 구조를 단순화하고 냉각팬을 회전시키기 위한 동력 및 동력 효율을 극대화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 대향류식 냉각탑을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 냉각탑의 단면도.
도 3은 종래의 냉각수의 흐름을 이용하는 팬구동방식의 냉각탑의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 구동장치를 별도로 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 구동장치의 분해사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연결부재를 별도로 나타낸 사시도.

본 발명의 냉각탑용 냉각팬 구동장치는 대향류식 냉각탑에서 냉각수의 흐름을 이용하여 냉각팬의 회전력을 발생시키는 냉각탑용 냉각팬 구동장치 및 냉각탑에 관한 것으로, 별도의 구동모터를 사용하지 않으므로써 설치 비용 및 유지 비용을 감소킬 수 있으며, 냉각팬을 회전시키기 위한 동력 발생 구조를 단순화하고 냉각팬을 회전시키기 위한 동력 및 동력 효율을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각탑은 냉각탑 본체(100), 분사노즐(155), 충전재(140), 엘리미네이터(160), 냉각팬 구동장치 및 냉각팬(500)으로 이루어진다. 냉각탑 본체(100)의 내부구조 및 분사노즐(155), 충전재(140), 엘리미네이터(160)는 도 3을 참조할 수 있으며, 그 형상 및 구조를 한정하지 않고 다양하게 변경할 수 있다.

냉각탑 본체(100)는 외관 및 골격을 형성하며 외부로부터 공기가 유입되는 흡입구(103)가 그 측면에 형성되고, 유입된 공기가 외부로 유출되는 토출구(108)가 상부에 형성된다. 냉각탑 본체(100)의 상부에는 냉각팬 구동장치가 설치되고, 도 4에 도시된 바와 같이 토출구(108)에 냉각팬(500)이 배치된다.

그리고 냉각탑 본체(100)의 내부에는 냉각수를 분사하는 분사노즐(155)이 구비되며, 분사노즐(155)에 의해 하방으로 분사되는 냉각수는 상방으로 이동하는 외기와 접촉하여 냉각된다.

충전재(140)는 분사노즐(155)과 외기 흡입구(103) 사이에 배치되어 분사노즐(155)에서 분사된 냉각수를 분산시켜 낙하를 방해하거나 수직 필름면에 접하여 수막을 넓게 형성하도록 함으로써 외기와의 접촉면을 증가시켜 고온의 냉각수와 효과적으로 열전달이 이루어지도록 한다.

냉각탑 본체(100)의 하부에는 낙하하는 냉각수가 저장되는 집수조(120)가 형성된다. 즉 집수조(120)는 분사노즐(155)을 통해 분사되어 외기와 접촉하여 냉각되면서 충전재(140)를 통과한 냉각수가 자유 낙하하여 집수되는 부분이다.

그리고 분사노즐(155)의 상부에는 토출되는 외기에 의하여 냉각수가 외부로 비산하는 것을 방지하는 엘리미네이터(160)가 설치된다.

상술한 구성으로 이루어지는 냉각탑은 냉각팬 구동장치에 의해 냉각팬(500)이 작동함으로써, 흡입구(103)를 통해 외부 공기가 유입되어 상승하면서 충전재(140)를 통과하고 토출구(108)를 통해 외부로 토출된다.

구체적으로 냉각팬(500)을 회전시키기 위한 냉각탑용 냉각팬 구동장치는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 유입관(410), 분기관(420), 연결부재(430) 및 임펠러(440)로 이루어진다.

유입관(410)은 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수가 수직낙하하도록 토출구(108) 상부에 배치된다. 유입관(410)으로 냉각수를 공급하기 위하여 유입관(410) 상단에 냉각수 공급호스(미도시)가 연결된다. 유입관(410)으로 유입되어 유입관(410)을 통과하는 냉각수는 중력 방향으로 수직낙하함으로써 저항을 최소화하고 동력을 발생시키기 위한 에너지를 최대화할 수 있다.

분기관(420)은 냉각탑 본체(100)의 상부에 설치되고, 유입관(410)을 통해 유입되는 냉각수를 냉각탑 본체(100) 내부로 전달한다.

구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 분기관(420)은 수직관(421)과 다수의 연결관(422)으로 이루어진다. 수직관(421)은 상단이 연결부재(430)에 의해 유입관(410)과 연결되고 하부에 냉각팬(500)이 배치된다. 그리고 수직관(421)의 내부에는 임펠러(440)가 설치된다. 연결관(422)은 수직관(421)과 냉각탑 본체(100)를 연결한다.

연결부재(430)는 유입관(410)과 분기관(420)을 연결하고, 임펠러(440)를 회전가능하게 지지한다. 그리고 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 연결부재(430)에는 유입관(410)에서 분기관(420)으로 흐르는 냉각수에 회전류(vortex)를 형성하기 위한 복수의 볼텍스홀(431)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 연결부재(430)에는 세 개의 볼텍스홀(431)이 형성된다. 볼텍스홀(431)을 통과하는 냉각수는 볼텍스홀(431)의 형상에 의해 그 흐름이 방향성을 갖고 휘어지게 된다. 즉 볼텍스홀(431)의 일측 벽면은 경사면으로 형성되어 경사면에 의해 유도되는 냉각수의 흐름에 의해 회전류가 형성된다. 도 7(b)는 볼텍스홀(431)의 구조를 보여주기 위하여 연결부재(430)의 일부분을 절단하여 나타낸 단면도이다.

임펠러(440)는 분기관(420) 내부에 설치되어 분기관(420)으로 유입되는 냉각수에 의해 회전한다. 구체적으로 임펠러(440)는 수직관(421) 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축(441)과 회전축(441)에 형성되는 복수의 회전날개(442)로 이루어진다.

전술한 유입관(410), 수직관(421), 회전축(441)은 일직선을 이루도록 위치함으로써 냉각수의 유입부터 유입된 냉각수가 임펠러(440)를 회전시키기까지 냉각수의 흐름이 꺾이지 않고 수직낙하함으로써 저항을 최소화하여 임펠러(440)를 회전시키기 위한 냉각수의 수력을 극대화시킬 수 있다. 또한, 볼텍스홀(431)을 통과하는 냉각수에 회전류를 형성함으로써 냉각수의 흐름 속도를 증가시키고 냉각수에 의해 회전날개(442)에 작용하는 항력을 높일 수 있다.

냉각팬(500)은 임펠러(440)와 연결되어 회전한다. 즉 냉각팬(500)은 회전축(441)과 연결되어 회전하게 된다. 상술한 바와 같이 별도의 구동모터 없이 단순화된 구조로 유입되는 냉각수를 이용하여 냉각팬(500)을 회전시킴으로써 냉각팬(500)을 회전시키기 위한 동력 및 동력 효율을 극대화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 냉각탑용 냉각팬 구동장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

100 : 냉각탑 본체,
103 : 흡입구,
108 : 토출구,
120 : 집수조,
140 : 충전재,
155 : 분사노즐,
160 : 엘리미네이터,
410 : 유입관,
420 : 분기관,
421 : 수직관,
422 : 연결관,
430 : 연결부재,
431 : 볼텍스홀,
440 : 임펠러,
441 : 회전축,
442 : 회전날개,
500 : 냉각팬,

Claims (4)

1. 냉각수가 수직낙하하도록 배치되는 유입관;
   냉각탑 본체의 상부에 설치되고, 상기 유입관을 통해 유입되는 냉각수를 상기 냉각탑 본체 내부로 전달하는 분기관;
   상기 분기관 내부에 설치되어 상기 분기관으로 유입되는 냉각수에 의해 회전하는 임펠러;
   상기 임펠러와 연결되어 회전하는 냉각팬 및
   상기 유입관과 분기관을 연결하고, 상기 임펠러를 회전하가능하게 지지하며, 상기 유입관에서 분기관으로 흐르는 냉각수에 회전류(vortex)를 형성하기 위한 복수의 볼텍스홀이 형성되고, 상기 볼텍스홀의 일측 벽면은 경사면으로 형성되는 연결부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각탑용 냉각팬 구동장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 분기관은,
   상단이 상기 유입관과 연결되고 하부에 상기 냉각팬이 배치되는 수직관과,
   상기 수직관과 냉각탑 본체를 연결하는 다수의 연결관으로 이루어지며,
   상기 임펠러는,
   상기 수직관 내부에 회전가능하게 설치되고 하단이 상기 냉각팬과 연결되는 회전축과,
   상기 회전축에 형성되는 복수의 회전날개로 이루어지고,
   상기 유입관, 수직관, 회전축은 일직선을 이루는 것을 특징으로 하는 냉각탑용 냉각팬 구동장치.
3. 삭제
4. 청구항 1의 냉각팬 구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.

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