KR102344050B1 - 습식 냉각탑을 위한 공기 대 공기 열 교환기 바이패스 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

냉각탑은 증발 매질 위로 고온 액체를 분배하는 액체 분배 시스템을 따라 증발 매질을 갖는다. 냉각탑은 각각이 제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제1 통로 세트 및 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제2 통로 세트를 갖는 한 쌍의 열 교환기 모듈을 포함한다. 열 교환기 모듈은 열을 제1 공기 스트림으로부터 제2 공기 스트림으로 전달한다. 냉각탑은 제1 열 교환기 모듈과 제2 열 교환기 모듈 사이에서 연장하는 제1 우회 흐름 경로를 더 포함하되, 우회 도어가 이를 통과하는 공기 흐름을 조절한다.

Description

습식 냉각탑을 위한 공기 대 공기 열 교환기 바이패스 장치 및 방법{AIR-TO-AIR HEAT EXCHANGER BYPASS FOR WET COOLING TOWER APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 일반적으로 냉각탑 또는 다른 열 방출 장치 등을 위한 백연 방지에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 냉각탑에 있어서의 비용 효율적이고 효과적인 백연 방지를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

증기 구동 터빈을 이용하는 발전에 있어서, 물이 버너에 의해 가열되어 증기를 생성하고, 이것이 터빈을 구동하여 전기를 생성한다. 이 공정을 위해 필요한 정수(clean water)의 양을 최소화하기 위하여, 증기는 열을 제거함에 의해 반드시 물로 재변환되어야 해서, 공정에서 물은 재사용될 수 있다. 대형 빌딩을 위한 공조 시스템에서, 빌딩 내부의 공기는 냉각된 냉매 가스를 함유하는 코일을 통과하도록 되어, 빌딩 내부의 열을 냉매 가스로 전달시킨다. 데워진 냉매는 빌딩 외부로 파이프로 보내지고, 여기서 잉여 열은 냉매로부터 제거되어, 냉매 가스는 재냉각될 수 있고, 냉각 공정은 계속된다.

전술한 공정 및 잉여 열 방출의 단계를 필요로 하는 수개의 다른 공정 모두에서, 냉각탑이 채용된다. 습식형 냉각탑에서, 물은 양수되어 가열된 증기, 냉매 또는 다른 가열된 액체 또는 가스를 함유하는 콘덴서 코일로 통과되어, 열을 물로 전달한다. 다음으로 물은 냉각탑의 열교환부로 양수되고, 박판 재료 또는 스플레쉬 바(splash bar)로 구성된 냉각탑 매질 위로 분무된다. 물이 냉각탑 매질 아래로 흐르므로, 주변 공기는 가열된 물을 통과하게 되고, 열은 현열 전달 및 증발 열전달 모두에 의해 물에서 공기로 전달된다. 공기는 다음으로 냉각탑으로부터 나오게 되어, 주위 공기로 소산된다.

냉각탑은 이러한 잉여 열을 소산하는 고도로 효과적이고 비용 효율적인 수단으로, 이러한 목적으로 널리 이용된다. 그러나, 냉각탑에 대한 인지된 단점은 특정 대기 조건 하에서 가열된 수원으로부터 기류로 증발하는 수분에 의해 냉각탑의 상부에서 구현되는 백연이 생성될 수 있다는 점이다. 냉각탑이 발전소와 같이 매우 큰 경우에, 백연은 냉각탑 주변에 낮게 깔리는 안개를 초래할 수 있다. 벽연은 또한 차가운 온도가 백연내의 수분을 얼게 하는 경우에 냉각탑 주변 도로의 결빙을 초래할 수 있다.

냉각탑에 의해 초래되는 백연을 제한 또는 제거하려는 시도가 있어왔다. 그러한 시도는 예를 들면, 주변 공기가 탑의 바닥에서 들어와서 온수가 충진 팩(fill pack) 상에서 아래로 분무되는 경우 충진 팩을 통해 위로 올라가게 되는 것 외에, 주변 공기가 온수 분무 헤드 아래의 고립된 열 도전 통로를 통해 냉각탑으로 운반되는 백연 방지 냉각탑을 포함한다. 알루미늄, 구리 등과 같은 열 도전 재료로부터 제조되는 이러한 통로는 수분이 공기 중으로 기화되지 않고도 주변 공기가 열의 일부를 흡수하도록 한다. 탑의 상부에, 습식으로 실려 가열된 공기 및 건식으로 가열된 공기가 혼합되어 백연을 감소시킨다.

다른 예로는 온수가 냉각탑에 제공되기 전에 부분적으로 냉각되는 백연 방지 시스템이다. 온수의 부분 냉각은 공기 또는 물과 같은 개별 냉각 매질과 함께 동작하는 개별 열 교환기를 이용하여 수행된다. 개별 열 교환기는 냉각탑의 효율을 감소시키므로, 백연이 냉각탑에 의해 생성될 것 같은 대기 조건이 존재하는 경우에만 채용되어야 한다.

습식형 탱각탑에서의 백연을 감소하기 위하여 설계된 시스템의 다른 예가 “Technical Paper Number TP93 01” of the Cooling Tower Institute 1993 Annual Meeting, “Plume Abatement and Water Conservation with the Wet/Dry Cooling Tower,” Paul A. Lindahl, Jr., et al. 에서 볼 수 있다. 이 논문에서 설명된 시스템에서, 공기가 흐름에 연결되는 열 교환 핀을 횡단하게 되는 경우에 먼저 온수가 건 공기 냉각 부분을 통해 양수된다. 부분적으로 냉각된 물은 다음으로 건 공기 냉각 부분 아래에 위치된 충진 팩 위로 분무되며, 공기는 물을 더욱 냉각하기 위하여 충진 팩을 통과하게 된다. 습 공기는 다음으로 탑 내에서 위로 올라가게 되고, 건식 냉각 공정으로부터의 가열된 건 공기와 혼합되고, 탑 상부로 배출되게 된다.

전술한 시스템이 습식 냉각탑 백연 문제에 대한 유용한 해결책을 제공하지만, 이들 모두는 복잡하고 고가의 습식 및 건 공기 가열 전달 메카니즘의 구축을 필요로 한다. 더욱이, 그러한 탑이 "비백연" 방지 모드에서 동작하는 경우, 열 교환 팩을 통해 공기를 끌어오는데 더 많은 팬 에너지가 소비되어, 탑에 대한 동작 비용의 현저한 증가를 초래한다. 따라서, 탑이 현저한 비용 증가 없이 "비-방지" 모드에서 동작될 수 있도록 하는 저가의 백연 방지 방법 및 장치가 필요하다.

냉각탑과 관련된 다른 인지된 문제점은 냉각을 위해 이용되는 물이 오염물로 집중될 수 있다는 점이다. 물이 냉각탑으로부터 외부로 기화하는 경우, 추가 물이 추가되나, 물 내의 오염물이 기화로 인하여 제거되지 않으므로 이들이 더욱 집중된다는 점을 잘 알아야 한다. 물을 처리하기 위하여 화학물질이 냉각수에 추가되는 경우, 이들 화학물질은 고도로 집중될 수 있는데, 이는 환경에 노출되는 경우에 바람직하지 않을 수 있다. 일상적으로 신선한 물이 사용 불가이거나 고가인 상황에서 해수 또는 폐수가 증발된 물을 대체하는데 이용되는 경우, 소금 및 물내의 고형물이 냉각 물 순환시 또한 축적될 수 있다. 이들 오염물이 더욱 집중됨에 따라, 이들은 얇은 증발 시트들 사이에서 두껍게 달라붙게 될 수 있어, 탑 냉각 효율을 감쇄시킨다.

전술한 문제점을 방지하기 위하여, 집중된 오염물을 갖는 물의 일부를 블로우다운(blowdown)하고 이를 소스로부터의 신선한 물로 대체하는 것이 일반적이다. 이것이 냉각탑 물 내의 오염물이 너무 집중되는 것을 방지하는 동안, 블로우다운 공정 동안 물을 배출하는 환경적인 폐해가 있을 수 있다. 따라서 냉각탑에서의 물 소비를 감소하기 위한 시도가 있어왔다.

Houx 등의 미국 특허 제4,076,771는 냉각탑에서의 물 소비를 감소하는 현재의 종래 기술을 설명한다. 이 특허에서 설명된 시스템에서, 냉각탑 증발 열 전달 매질 및 현열 전달 코일 부분 둘다가 동일 시스템에서 제공된다. 코일의 현열 전달은 공정 물의 냉각을 제공하나 어떠한 물도 소비하지 않는다.

전술한 특허가 종래 기술의 냉각탑을 넘어서는 현저한 이점을 제시하나, 냉각탑 물 저장소로 다시 재위치시키기 위하여 백연으로부터 물을 재포착하기 위한 메카니즘이 개발된다면 바람직할 것으로, 이는 현열 전달을 위한 코일 부분을 필요로 하지 않는다.

주목되는 별개 문제점은 음료용 식수를 생성할 수 있는 바다물의 담수화 및 다른 공급물의 정화이다. 습한 기류으로부터 정화된 물을 제거하기 위한 수개의 접근법이 개발되었다. 주요 상용 공정은 다단계 플래시 증류, 다중 효용 증류, 증기 압축 증류 및 역삼투를 포함한다. 국제 담수화 협회를 위해 O.K. Buros에 의해 준비되고, Research Department Saline Water Conversion Corporation, 1990에 의해 수정 및 재간행된 “The Desalting ABC’s”참조. 담수화를 위한 저온수 또는 폐열을 이용하는 시스템의 예가 아래를 포함한다:

“Zero Discharge Desalination”, Lu, et al., Proceedings from the ADA North American Biennial Conference and Exposition, August 2000. 이 논문은 냉각 기류으로부터 담수를, 저등급 폐열 소스로부터 난습기류를 생산하는 장치에 대한 정보를 제공한다. 담수는 두 기류를 분리하는 벽을 따라 응축된다. 또한, 냉각수가 난습 공기에 분무되어 응축을 증진한다.

“Open Multiple Effect Desalination with Low Temperature Process Heat”, Baumgartner, et al., International Symposium on Desalination and Water Re-Use, Vol. 4, 1991. 이 논문은 플라스틱 튜브 내부에 냉각 수돗물 및 튜브 외부에 흐르는 난습 공기를 사용하는 담수화를 위해 이용되는 플라스틱 튜브 열 교환기에 대한 정보를 제공한다. 냉각 튜브 외부에서 응축을 형성한다.

현재 사용되는 다른 냉각탑은 배타적 물 보존을 위해 특별히 디자인된다. 물 보존을 위하여, 유출 공기로부터 증기를 응축하기 위하여 냉각탑 응축기의 건식 경로를 통해 항상 건 공기를 흘리는 냉각탑이 존재한다. 이들 탑이 물을 보존하는 동안, 일반적으로 냉각이 열 교환에 대해 비효율적이 될 수 있으므로, 냉각탑의 열 성능은 영향을 받는다.

증가된 열 성능을 위한 일반적 해결책은 동작 비용을 증가시키는 팬 출력을 증가시키거나 자본 비용을 증가시키는 탑의 계획 영역을 증가시키거나 또는 둘 다를 증가시키는 것이다. 비용 증가를 완화하기 위하여 증가된 팬 출력 또는 계획 영역을 제한하는 디자인이 매우 바람직하다. 전술한 것들은 백연 방지 및 비방지 모드 모두에서 효과적으로 동작할 수 있고 동작 비용을 현저히 증가시키지 않으면서 사계절 조건에서 원하는 열 교환을 효과적으로 제공할 수 있는 냉각탑 등에 대한 필요성이 있음을 보여준다.

본 발명의 일 측면에서, 수직축을 갖는 냉각탑이 제공되며, 이는 상기 수직축을 따라 제1 위치에 위치된 증발 매질; 상기 증발 매질 위로 고온 액체를 분배시키는 액체 분배 시스템; 제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제1 통로 세트 및 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제2 통로 세트를 갖는 제1 열 교환기 모듈; 제3 흐름 덕트와 유체 소통하는 제3 통로 세트 및 제4 흐름 덕트와 유체 소통하는 제4 통로 세트를 갖는 제2 열 교환기 모듈; 상기 제1 열 교환기 모듈과 상기 제2 열 교환기 모듈 사이에서 연장하는 제1 우회 흐름 경로; 및 공기가 상기 제1, 제2, 제3, 제4 통로 및 우회 흐름 경로를 통해 상기 냉각탑을 통과하도록 하는 기류 발생기를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 냉각탑내의 공기 스트림의 열 콘텐트를 감소하기 위한 방법이 제공되며, 이는 제1 공기 스트림이 제1 열 교환기 모듈의 제1 통로 세트를 통과하도록 하는 단계; 제2 공기 스트림이 제1 열 교환기 모듈의 분리된 제2 통로 세트를 통과하도록 하는 단계; 제3 공기 스트림이 제2 열 교환기 모듈의 제3 통로 세트 및 제1 우회 경로를 통과하도록 하는 단계; 제4 공기 스트림이 제2 열 교환기 모듈의 분리된 제4 통로 세트 및 제2 우회 경로를 통과하도록 하는 단계; 및 상기 제1 공기 스트림으로부터 제2 공기 스트림으로 열을 전달하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 냉각탑이 제공되며, 이는 제1 열 교환기 모듈의 제1 통로 세트를 통과하도록 하기 위한 수단; 제2 공기 스트림이 제1 열 교환기 모듈의 분리된 제2 통로 세트를 통과하도록 하기 위한 수단; 제3 공기 스트림이 제2 열 교환기 모듈의 제3 통로 세트를 통과하도록 하기 위한 수단; 제4 공기 스트림이 제2 열 교환기 모듈의 분리된 제4 통로 세트를 통과하도록 하기 위한 수단 및 상기 제1 공기 스트림으로부터 상기 제2 공기 스트림으로 열을 전달하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 수직축을 갖는 냉각탑이 제공되며, 이는 상기 수직축을 따라 제1 위치에 위치된 증발 매질; 상기 증발 매질 위로 고온 액체를 분배시키는 액체 분배 시스템; 제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제1 통로 세트 및 상기 제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제2 통로 세트를 갖는 제1 열 교환기 모듈; 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제3 통로 세트 및 상기 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제4 통로 세트를 갖는 제2 열 교환기 모듈; 상기 제2 열 교환기 모듈을 제1 위치 및 제2 위치로 이동시키는 리프팅 장치; 및 공기가 상기 제1, 제2, 제3, 제4 통로 및 우회 흐름 경로를 통해 상기 냉각탑을 통과하도록 하는 기류 발생기를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 수직축을 갖는 냉각탑이 제공되며, 이는 상기 수직축을 따라 제1 위치에 위치된 증발 매질; 상기 증발 매질 위로 고온 액체를 분배시키는 액체 분배 시스템; 제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제1 통로 세트 및 상기 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제2 통로 세트를 갖는 제1 열 교환기 모듈; 제3 흐름 덕트와 유체 소통하는 제3 통로 세트 및 상기 제4 흐름 덕트와 유체 소통하는 제4 통로 세트를 갖는 제2 열 교환기 모듈; 상기 제1 덕트를 통과하는 흐름을 조절하는 상기 제1 흐름 덕트 내에 배치된 습식 경로 댐퍼; 및 공기가 상기 흐름 덕트 및 상기 통로를 통과하도록 하는 기류 발생기를 포함한다.

이하의 상세한 설명이 보다 잘 이해되도록 및 당해 분야에 대한 본 기여가 보다 잘 이해되도록 본 발명의 보다 중요한 특징이 다소 넓게 강조되었다. 물론, 본 발명의 추가 특징이 아래에 설명되고, 첨부된 청구 범위의 요지를 형성할 것이다.

이와 관련하여, 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 구성 상세 및 이하의 상세한 설명 또는 도시된 도면에서 제공된 구성 요소의 배치에 국한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예로 실시되고 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 요약 외에도 여기서 채용된 어법 및 용어는 설명을 목적으로 하는 것으로 제한적 의미로 간주되어서는 안된다.

따라서, 당업자라면 본 발명이 기초로 하는 개념이 본 발명의 수개의 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템의 디자인을 위한 기초로 활용될 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 청구 범위는 본 발명의 기술 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 그러한 등가물 구성을 포함하는 것으로 간주된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 최대 열 성능 모드에서의 냉각탑의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백연 방지 모드의 도 1에 도시된 냉각탑의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부분 백연 방지 모드의 도 1에 도시된 냉각탑의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환 모듈이 기계적으로 상승된 냉각탑의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환 모듈이 기계적으로 하강된 도 5에 도시된 냉각탑의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환 모듈이 기계적으로 회전된 냉각탑의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환 모듈이 기계적으로 회전된 도 7에 도시된 냉각탑의 개략도이다.
도 9는 습식 덕트 댐퍼를 갖는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑의 개략도이다.
도 10은 열 교환 모듈에 위치된 습식 덕트 댐퍼를 갖는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각탑의 개략도이다.

유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호가 표시된 도면을 참조로, 도 1 내지 도 3은 냉각탑 장치로서, 일반적으로 10으로 표시되고, 지지 프레임 어셈블리(12) 및 내부에 기류 발생기(축방향 팬)(16)이 동작하는 쉬라우드(14)를 갖는다. 냉각탑(10)은 일반적으로 제거기(15)에 의해 분리되는 습식, 직접 냉각 부분(11) 및 건식, 간접 냉각 부분(13)을 포함한다. 냉각탑(10)은 각각이 건 공기 덕트(20) 및 습 공기 덕트(22)와 유체 소통하는, 직렬로 위치되고 배향되는 복수개의 열 교환 모듈(18)을 포함한다. 개별 교환기 모듈(18)은 바람직하게는 대체로 다이아몬드 형상 또는 다이아몬드 구성을 가지나, 다르게는 임의의 기능적인 기하학적 구조도 가능하다. 전술한 것처럼, 냉각탑(10)은 또한 따뜻한, 습 공기 또는 유출물이 경유하는 일련의 따뜻한 공기 또는 습 공기 덕트(22)를 따라서 각각이 공기 주입구 또는 댐퍼(38)를 갖는 일련의 주위(ambient) 또는 건 공기 덕트(20)를 포함한다. 도시된 것처럼 주위 공기 덕트(20)는 개별 교환기 팩 모듈(18)에 연결되어, 공기 덕트(20)가 화살표로 도시된 것처럼 교환기 모듈을 통해 경로(17)와 소통한다. 따뜻한 공기 덕트(22)는 또한 도시된 것처럼 개별 교환기 모듈에 연결되나, 따뜻한 공기 덕트(22)는 개별 경로(19)와 소통한다. 통로(17, 19)의 경로는 개별 열 교환 모듈을 통해 유출물의 습 공기가 흐를 수 있다. 주위 공기 덕트(20) 및 따뜻한 공기 덕트(22) 모두는 열 교환기 모듈(18) 아래에 위치된다. 편의를 위해, 덕트는 하나의 공기 경로를 하나의 모듈에 공급하는 것으로 정의되는데, 즉 냉각탑 베이(bay)가 구획되거나 분할될 수 있다. 두개의 인접 모듈이 하나의 공통 덕트에 의해 공급될 수 있다. 그러나, 모듈은 매 1/2 베이 마다 습 공기 및 건 공기 경로를 교대하도록 배치될 수 있다. 도 1에서 예를 들면 덕트는 좌에서 우로 22, 20, 20, 22, 22, 20, 20, 22, 20, 20 및 22로 번호가 정해진다. 다르게는, 이들은 좌에서 우로 22, 20, 22, 20, 22, 20, 22, 20, 22, 20, 22, 및 20로 읽혀질 수 있다.

열 교환 모듈(18)에 대해 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 각각의 모듈은 기체 응축 열 교환기 팩이다. 각각의 열 교환기 모듈(18)은 서로 접합된 박판으로 구성되어, 두개의 상이한 공기 스트림에 대해 제1 경로(17) 및 제2 경로(19)를 갖는 팩을 형성한다. 양호한 실시예에서, 두개의 공기 스트림은 각각의 열 교환기 모듈(18)에 서로에 대해 직각으로 진입하고 박판에 의해 분리를 유지한다.

박판은 통로(19)를 통과하는 가열된 물 함유 공기 스트림으로부터 증기를 응축하고, 열을 통로(17)를 통과하는 차가운 공기 스트림에 전달하는 것을 돕기 위한 형상인 상대적으로 얇은 합성 수지 재료이다. 양호한 실시예에서, 재료는 두께가 0.005 내지 0.040 인치이나, 바람직하게는 두께가 0.015 내지 0.020 인치이다. 표면은 공기 스트림 흐름에 대해 최소량의 저항으로 공기 스트림 각각에 대해 제공되는 연장된 표면 영역을 제공하도록 직조될 수 있다. 다른 직조 패턴은 제한적이지 않게 골프 공 질감과 유사한 딤플(dimples)과 같은 질감 및 플라스틱 판내에 엠보싱 처리된 스크린 패턴과 유사한 그리드 질감을 포함할 수 있다. 이러한 증가된 표면적은 박판의 열 전달 능력을 강화하고, 판 표면 부근의 속도 변동을 증가시켜서, 개별 공기 스트림의 국부 혼합을 개선한다. 공기 스트림의 증가된 변동 및 결과적 국부 혼합은 또한 판의 열 전달 능력을 개선한다.

도시된 것처럼, 각각의 열 교환 모듈(18)은 서로에 대해 오프셋되어, 인접 모듈(18)은 상기 모듈의 인접 포인트가 실질적으로 분리되어 있도록 고도가 변한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 냉각탑(10)은 또한 인접 열 교환 모듈 사이에 위치된 일련의 공기 바이패스 도어(24)를 포함한다. 5개의 공기 바이패스 도어가 도시되지만, 탑(10)의 크기에 의존하여 다소의 바이패스 도어(24)가 채용될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 일반적으로 26으로 표시된 일련의 건식 덕트 벤트 도어가 각 건식 덕트(20)의 바닥에 위치되어, 따뜻한 유출물이 상기 덕트(20)로 흐르는 것을 제어하도록 동작한다.

도 1 내지 도 3에 도시되고 전술한 것처럼, 간접 열 교환 모듈(18)은 도시된 것처럼 역류 배치인 필 시트 또는 임의의 열 교환기 매질 등과 같은 증발 매질(30)을 포함하는 직접 냉각 부분(11) 위의 간접 냉각 부분(13) 내에 위치된다. 직접 증발 부분(11)은 온수가 흐르는 일련의 도관 및 노즐(33)을 포함하는 온수 분배 시스템(32)을 더 포함한다. 동작 동안, 차가운 공기 벡터(34)로 표현되는 차가운 건 공기가 증발 매질(30) 아래의 냉각탑에 진입한다.

다시 도 1을 참조로 구체적으로, 냉각탑(10)은 최대 열 성능 동작 모드 또는 위치에서 도시된다. 최대 열 성능에 의해, 열 교환 모듈(18)은 서로에 대해 오프셋되어, 인접 모듈은 상기 모듈의 인접 포인트가 전술한 것처럼 실질적으로 분리되어 있도록 고도가 변한다. 상기 최대 열적 성능 위치에서, 건식 댐퍼(38)가 닫힌 동안 각각의 바이패스 도어(24)가 개방되고, 유사하게 각각의 벤트 도어(26)가 개방된다.

따라서, 이러한 최대 열적 성능 모드에서의 동작 동안, 열원으로부터의 온수가 도관을 통해 분무 노즐(33)로 양수되고, 증발 매질(30)에 걸쳐 분무된다. 한편, 축방향 팬(또는 팬들)(16)은 증발 매질(30)을 통해 벡터 및 화살표(34)로 나타낸 것처럼 냉각 주변 공기의 공기 흐름을 끌어당긴다. 증발 매질(30)에서, 공기는 가열되고, 습기는 공기 스트림으로 증발된다. 가열된 물 함유 공기는 다음으로 화살표(36)로 표시된 것처럼 건 및 습 공기 흐름 덕트(20, 22)를 통하도록 향하게 된다. 이러한 모드에서, 주변 공기는 건식 댐퍼(38)가 닫혀 있으므로, 건식 덕트(20)를 통해 탑(10)으로 진입하는 것이 방지된다.

화살표 36로 나타낸 것처럼, 가열된 물 함유 공기는 건 공기 덕트(20) 및 습 공기 덕트(22) 모두에 진입하고 통과하여 흐른다. 바이패스 도어(24) 개방은 덕트(20 및 22)로부터의 가열된 물 함유 공기(36)가 열 교환 모듈(18)을 역으로 통과하는 것을 방지하는 것을 허용한다. 보다 구체적으로, 열 교환 모듈(18)을 우회하는 공기 또는 유출물은 열 교환기 모듈(18)을 통과해야 하는 공기의 양을 감소시켜서, 각 모듈(18)을 통과하는 공기 속도가 작아지고, 결과적으로 압력 강하가 적다. 더욱이, 공기가 바이패스 도어(24)를 통과하고 열 교환 모듈(18)이 공통 플리넘(40)에 진입하므로, 도어(24) 및 모듈(18)을 통과하는 속도는 공통 압력 강하를 제공하기 위하여 조절될 것이다.

도 2를 참조로 구체적으로, 냉각탑(10)은 백연 방지 모드에 있거나 또는 도 1에 도시된 것처럼 부분적으로 최대 성능 모드에 있다. 백연 방지 모드에 의해, 공기 바이패스 도어(24)는 건식 덕트 벤트 도어(26)에 따라 닫히고, 건식 댐퍼(38)는 부분적으로 또는 완전히 개방된다. 동작 동안, 직접 열 교환 부분(11)은 도 1에 도시된 최대 열적 모드와 연관하여 논의된 것과 유사하게 동작한다. 가열된 물 함유 공기 또는 유출물이 제거기(15)를 통과하고, 간접 열 교환 부분(13)에 진입함에 따라, 벤트 도어가 닫혀 유출물 공기 흐름이 습식 덕트(22)를 통과하여 열 교환 모듈(18)로 진입하도록 한다. 전술한 것처럼, 댐퍼는 부분적으로 도는 완전히 개방되고, 유출물은 다음으로 습식 덕트(22)를 통과하고, 열 교환 모듈(18)의 전술한 공기 흐름 통로(19) 중 하나에 진입한다. 한편, 전술한 것처럼, 주위, 건 공기는 댐퍼(38)를 통해 건 공기 덕트(20)에 진입하여, 제2 공기 스트림을 생성한다. 주위, 건 공기는 다음으로 열 교환기 모듈(18)의 개별 공기 흐름 통로(17)를 통과하여 바람직하게는 유출물 흐름에 수직으로 향하게 된다. 주위, 건 공기는 열 교환기 모듈(18) 상에 냉각 표면을 생성하도록 기능하여, 열이 제1 공기 스트림으로부터 제2 공기 스트림으로 전달되도록 한다. 주위, 건 공기는 또한 유출물 또는 제1 공기 스트림으로부터의 물 증기가 그 위에 응축하도록 하기 위하여 열 교환기 모듈(18) 상에 냉각 표면을 제공한다. 유출물로부터의 응축물은 냉각탑의 열 교환 냉각부의 교환기 모듈(18)로부터 떨어진다. 두개의 공기 스트림이 교환 모듈(18)을 빠져나옴에 따라, 이들은 플리넘(40) 내에서 결합되고, 쉬라우드(14)를 통해 빠져나온다.

이 모드에서, 건식 공기 덕트(20)로의 입구 상의 건식 댐퍼(38)는 최대 백연 방지까지 완전 개방될 수 있거나 또는 건 공기 흡기를 감소시키고 습식 부분(11) 공기 흐름을 증가시키기 위하여 스로틀될 수 있다. 그러나, 주위 온도가 상승함에 따라, 냉각은 충분할 수 있으나, 일부 백연 방지가 여전히 필요할 수 있다.

도 3을 참조로, 냉각탑(10)이 부분 백연 방지 위치에 있는 것으로 도시되며, 이 위치에서는 여전히 백연 방지를 제공하면서, 도 2에 도시된 위치에 비교하여 습식 부분(11) 성능을 더 제공한다. 공기 바이패스 도어(24) 및 건식 덕트 벤트 도어(26) 모두가 도 2에 도시된 배향에서 닫히는 반면에, 습식 덕트 내의 공기 바이패스 도어(24)는 개방되고, 건식 덕트내의 건식 덕트 도어(26) 및 공기 바이패스 도어(24)는 도 3에 도시된 부분 방지 모드에서 닫힌다. 건 공기 덕트로의 입구 상의 건식 댐퍼(38)는 최대 백연 방지로 완전 개방될 수 있거나 또는 건 공기 흡기를 감소시키고 습식 부분 공기 흐름을 증가시키기 위하여 스로틀될 수 있다. 그러나, 주위 온도가 상승함에 따라, 냉각은 충분할 수 있으나, 일부 백연 방지가 여전히 필요할 수 있다. 구체적으로, 이 모드에서, 건식 주위 공기는 건식 덕트(20) 및 열 교환 모듈(18)의 통로(17)를 통과하여 흐르고, 습식 유출물의 일부는, 습식 유출물의 나머지가 통로(19)를 통과하여 흐르는 동안 바이패스 도어(24)가 열려있기 때문에, 열 교환 모듈(18)을 우회한다. 다시, 유출물 우회는 상이한 공기 경로를 통과하는 압력 손실이 감소되도록 한다. 습식 부분을 통과하는 공기 흐름이 증가되고 이는 열 성능을 강화한다.

도 4를 참조로, 본 발명의 다른 실시예가 도시된다. 도시된 것처럼, 냉각탑(10)은 도 1 내지 도 3과 연관하여 설명되고 개시된 실시예의 것과 그 동작 및 기능 면에서 매우 유사하나, 이 다른 실시예에서는, 모듈(18)이 동일 고도에 위치된다. 도 4에 도시된 것처럼, 상기 모듈(18)의 인접 지점들 사이에 공간을 생성하기 위하여 다른 열 교환기 모듈(18)의 고도를 상승시키는 대신에, 모듈(18)은 바이패스 도어(24)에 의해 제어되는 우회 경로(70)를 생성하는 인접 모듈(18)을 분리하기 위하여 다르게 회전된다. 다르게는, 다이아몬드가 회전될 필요없이 다이아몬드 사이의 공간을 생성하기 위하여 베이 간격이 증가될 수 있다. 다이아몬드 사이의 공간은 바이패스 도어에 맞춰질 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조로, 본 발명의 다른 대체 실시예가 도시되며, 여기서는 열 교환 모듈(18)은 기계적 선형 리프팅 장치(50)를 통해 기계적으로 상승되고 하강된다. 리프팅 장치(50)는 동력 구동 로드, 스크류 잭, 도르래(block and tackle), 유압식 실린더 또는 모듈(18)의 고도가 개조될 수 있도록 하는 다른 장치일 수 있다. 도 5는 최대 열 모드에서의 냉각탑(10)을 도시하는데, 여기서 다른 모듈(18)이 상승되어, 모듈(18)이 우회 경로(52)를 생성하는 다른 고도에 위치된다. 이 모드에서, 건 공기 댐퍼(38)는 닫히고, 건 덕트 벤트 도어(26)은 개방되어 유출물이 모듈(18)을 우회하도록 하고, 따라서 최대 열적 성능을 제공한다.

다르게는, 도 6은 백연 방지 모드에서의 냉각탑을 도시하는데, 여기서 모듈(18)은 동일 고도에 위치되어, 우회 경로를 차단한다. 이 모드에서, 주변 공기 댐퍼(38)가 개방되는 동안 건식 덕트 벤트 도어(26)가 닫히는 것은 습식 유출물이 다른 통로(19)를 통과하여 습식 덕트(22)만 통해 흐르는 동안 냉각 공기가 건식 덕트(20)를 통과하여 모듈의 통로(17)로 흘러가도록 한다.

도 7 및 도 8을 참조로, 본 발명의 다른 대체 실시예가 도시된다. 이 실시예는 도 5 및 도 6에 도시된 것과 유사하나, 대신 열 교환기 모듈(18)이 상이한 고도로 이동 또는 이전하며, 모듈(18)은 우회 루트(54)를 생성하도록 회전된다. 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 냉각탑(10)은 케이블, 도르레 바퀴(sheave) 및 선형 리프팅 장치와 같은 리프팅 기계적 시스템(56)을 갖는다. 도 7에 도시된 것처럼, 냉각탑(10)은 최대 열적 성능 모드에 있어서, 열 교환기 모듈(18)은 상향으로 회전하여 우회 경로(54)를 제공한다.

도 8은 백연 방지 모드에 있는 냉각탑을 다르게 도시하는데, 여기서 모듈(18)은 하향으로 회전되어, 이웃 지점이 인접하여, 바이패스를 닫고 습식 유출물이 각 모듈을 통해 흐르도록 하며, 열린 댐퍼(38)는 건식 주위 공기가 건 공기 덕트(20)를 통과하여 모듈로 흐르는 것을 가능하게 한다.

탑을 냉각하기 위한 일부 어플리케이션은 일년의 차가운 또는 겨울 기간 동안 열 부하를 감쇠할 수 있다. 예를 들면, 빌딩의 공조 시스템은 여름 기간에 비해 겨울 기간 동안 현저하게 낮은 열 부하를 가질 수 있다. 더욱이, 많은 공정은 셋 포인트라 칭하는 최소 냉수 온도 한계점을 갖는다. 따라서, 냉수 온도가 반드시 상술한 셋 포인트를 유지하거나 또는 그 위가 되어야 한다.

공조 시스템의 예에서, 냉각 장치는 종종 50℉에 셋포인트를 갖는다. 결빙 기후에서, 암시적 최소 냉수 온도는 냉각 시스템에서의 얼음 형성을 방지하기 위한 공정과 무관하게 어느 정도 결빙 위 예를 들면 40℉이다. 매우 추운 날에는, 냉각은 최소 셋포인트를 유지하도록 제한되어야 한다. 이는 건 공기 흐름을 유지하거나 또는 이상적으로 증가시키는 동안 습식 부분 공기 흐름을 감쇄시키는 본 발명의 습식 댐퍼와 같은 메카니즘을 채용함에 의해 달성될 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조로, 본 발명의 다른 실시예가 도시되는데, 여기서 냉각 타워는 습식 부분 댐퍼 도어를 갖는 것으로 도시된다. 댐퍼가 도 9 및 도 10에 도시된 실시예와 결부하여 상세히 설명되는 동안, 필요한 경우 또는 어플리케이션에서 정당한 경우, 습식 댐퍼가 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예 각각에서 채용될 수 있음이 주목된다. 도 1 내지 도 8에 도시된 것처럼, 습식 부분 공기 흐름을 제한하는 댐퍼 도어(202)가 채용된다.

도 9를 참조로, 일반적으로 200으로 표시되는 냉각탑이 습식 덕트(22)를 통해 가로질러 흐르는 공기를 제어하는 습식 덕트 댐퍼 도어(202)를 갖는 것이 도시된다. 도 9에 도시된 탑(200)은 도 2에 도시된 것과 유사하나, 습식 댐퍼 도어(202)가 부분적으로 닫힌 것만 다르다.

예를 들면 도 2에 도시된 것처럼 정상 동작 동안, 습식 덕트 댐퍼 도어(202)는 습식 덕트(22)를 통해 가로지르는 공기 흐름을 현저하게 제한하지 않도록 열련 위치에서 동작된다. 냉수 온도가 전술한 셋포인트 아래로 떨어지는 위험한 상태에 있는 경우, 습식 덕트 댐퍼 도어(202)는 부분적으로 닫히고, 습식 공기 경로에 저항을 추가하여, 습식 공기 흐름을 감쇄시킨다. 주위 습구 온도가 더 차가워질수록, 습식 덕트 댐퍼 도어(202)가 닫힌 위치쪽으로 증가식으로 조정될 수 있어서, 습 공기 흐름을 더욱 제한하고, 냉수 셋포인트 온도를 유지한다.

도 9에서 알 수 있듯이, 습식 덕트 댐퍼 도어(202)는 건식 덕트 벤트 도어와 동일한 고도에 도시된다. 이것은 탑의 측면을 따른 서비스 통로(service walkway)가 제공되는 경우에 특히 양호한 배치이다. 그러나, 다른 배치 및 배향이 채용될 수 있는데, 여기서는 습식 덕트 댐퍼 도어(202)가 덕트 내의 어떠한 곳에도 심지어 공기-대 공기 열 교환기의 습식 경로 방출에도 위치될 수 있다. 유사하게, 습식 덕트 댐퍼 도어(202)는 습식 덕트(22) 아래에 위치되거나 설치될 수 있다.

도 10을 참조로, 댐퍼 도어(310)가 공기 대 공기 열 교환기의 상부에 위치되며, 이들은 습 및 건 공기 스트림의 혼합을 돕기 위하여 흐름 방향 배플(baffle)의 역할을 할 수 있다. 도 9에 도시된 실시예와 유사하게, 습식 덕트 댐퍼는 부분적으로 닫히며, 이러한 개념은 또한 도 6 및 도 8에 도시된 구성에 적용된다. 습식 덕트(22)에서의 흐름을 방해하기 위하여 습식 댐퍼를 부분적으로 닫음에 의해, 습식 냉각이 감소되고, 최소 냉수 온도(셋포인트) 아래로 온도가 떨어지는 가능성이 최소화된다.

도 10에서, 소위 루버(louver) 또는 블레이드형 댐퍼인 도면에서의 건 공기 덕트 댐퍼와 유사한 댐퍼(320)가 사용될 수 있다. 다른 대체 실시예는 공기 대 공기 열 교환기의 습 공기 경로 방출측 상의 힌지되는 도어이다.

본 발명의 많은 특징 및 이점이 상세한 설명으로부터 명백하며, 따라서 첨부된 특허청구범위로써 본 발명의 기술 사상 및 범위내에 있는 본 발명의 그러한 모든 특징 및 이점 전부를 포함하도록 의도한다. 또한, 수개의 개조 및 변형이 당업자에게는 용이하게 발생할 수 있으므로, 본 발명을 정확하게 도시되고 설명된 구성 및 동작에 국한하려는 것은 아니며, 따라서 모든 적절한 개조물 및 등가물이 본 발명의 범위내에 있는 것으로 간주될 수 있다.

Claims (19)

1. 수직축을 갖는 냉각탑으로서,
   상기 수직축을 따라 제1 위치에 위치된 증발 매질;
   상기 증발 매질 위로 고온 액체를 분배시키는 액체 분배 시스템;
   제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제1 통로 세트 및 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제2 통로 세트를 갖고 제1 공기 스트림으로부터 제2 공기 스트림으로 열을 전달하는 제1 열 교환기 모듈;
   제3 흐름 덕트와 유체 소통하는 제3 통로 세트 및 제4 흐름 덕트와 유체 소통하는 제4 통로 세트를 갖고 제3 공기 스트림으로부터 제4 공기 스트림으로 열을 전달하는 제2 열 교환기 모듈;
   상기 제2 열 교환기 모듈을 제2 위치 및 제3 위치로 이동시키는 리프팅 장치;
   공기가 상기 제1, 제2, 제3, 제4 통로 및 우회 흐름 경로를 통해 상기 냉각탑을 통과하도록 하는 기류 발생기; 및
   상기 제2 흐름 덕트 내에 위치되고, 상기 제2 흐름 덕트를 통과하는 제2 공기 흐름 스트림의 흐름을 조절하는 제1 벤트 도어; 및
   상기 제1 흐름 덕트 내에 배치되고, 상기 제1 흐름 덕트를 통과하는 습한 공기 흐름을 조절하는 습식 덕트 댐퍼 도어를 포함하는,
   냉각탑.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 열 교환기 모듈이 상기 제2 위치에 있는 경우, 상기 제1 열 교환기 모듈과 상기 제2 열 교환기 모듈 사이에서 연장하는 제1 우회 흐름 경로를 포함하는, 냉각탑.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 열 교환기 모듈이 상기 제3 위치로 전환되는 경우, 상기 우회 흐름 경로는 밀봉되는, 냉각탑.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 흐름 덕트 내에 위치된 제2 벤트 도어를 더 포함하되, 상기 제2 벤트 도어는 상기 제3 흐름 덕트를 통과하는 상기 제3 공기 스트림의 흐름을 조절하는, 냉각탑.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 열 교환기 모듈은 다이아몬드 형태를 가지며, 상기 제2 열 교환기 모듈은 다이아몬드 형태를 가지는, 냉각탑.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 흐름 덕트 상에 제1 댐퍼 도어를 더 포함하는, 냉각탑.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 제4 흐름 덕트 상에 제2 댐퍼 도어를 더 포함하는, 냉각탑.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 기류 발생기는 상기 제1 공기 스트림이 상기 제1 통로 세트를 통과하도록 하고, 상기 기류 발생기는 상기 제2 공기 스트림이 상기 제2 통로 세트를 통과하도록 하는, 냉각탑.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 리프팅 장치는 선형 리프팅 장치인, 냉각탑.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 리프팅 장치는 유압식 실린더인, 냉각탑.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 리프팅 장치는 동력 구동 로드인, 냉각탑.
13. 수직축을 갖는 냉각탑으로서,
    상기 수직축을 따라 제1 위치에 위치된 증발 매질;
    상기 증발 매질 위로 고온 액체를 분배시키는 액체 분배 시스템;
    제1 흐름 덕트와 유체 소통하는 제1 통로 세트 및 제2 흐름 덕트와 유체 소통하는 제2 통로 세트를 갖고 제1 공기 스트림으로부터 제2 공기 스트림으로 열을 전달하는 제1 열 교환기 모듈;
    제3 흐름 덕트와 유체 소통하는 제3 통로 세트 및 제4 흐름 덕트와 유체 소통하는 제4 통로 세트를 갖고 제3 공기 스트림으로부터 제4 공기 스트림으로 열을 전달하는 제2 열 교환기 모듈;
    상기 제1 흐름 덕트를 통과하는 흐름을 조절하는 상기 제1 흐름 덕트내에 배치된 습식 경로 댐퍼;
    공기가 상기 흐름 덕트 및 상기 통로를 통과하도록 하는 기류 발생기; 및
    상기 제2 흐름 덕트 내에 위치되고, 상기 제2 흐름 덕트를 통과하는 제2 공기 흐름 스트림의 흐름을 조절하는 제1 벤트 도어를 포함하는,
    냉각탑.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 열 교환기 모듈과 상기 제2 열 교환기 모듈 사이를 연장하는 제1 우회 흐름 경로를 더 포함하는, 냉각탑.
15. 청구항 14에 있어서, 상기 제1 열 교환기 모듈은 다이아몬드 형태를 가지며, 상기 제2 열 교환기 모듈은 다이아몬드 형태를 가지는, 냉각탑.
16. 청구항 14에 있어서, 상기 제1 열 교환기 모듈은 상기 수직축을 따라 제2 위치에 위치되고, 상기 제2 열 교환기 모듈은 수직 축을 따라 상기 제2 위치 위에 있는 제3 위치에 위치되는, 냉각탑.
17. 청구항 16에 있어서, 상기 제2 및 제3 위치는 상기 수직축을 따라 상기 제1 위치에 수직으로 위에 위치되는, 냉각탑.
18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 열 교환기 모듈과 상기 냉각탑의 벽 사이에 연장하는 제2 우회 흐름 경로; 및
    상기 제2 우회 흐름 경로 내에 위치된 제2 바이패스 도어
    를 더 포함하는, 냉각탑.
19. 청구항 14에 있어서, 상기 증발 매질은 역류 증발 매질인, 냉각탑.

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