KR102369562B1 - 단열성능이 향상된 대용량 하부수조를 갖는 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명의 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑에 관한 것으로서, 냉각탑의 내부 하측에 설치되어 열교환이 이루어져 낙하하는 냉각수를 수용함으로써 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수가 냉각탑의 외부로 유출되도록 하는 냉각수조를 포함하고, 냉각수조의 내부는 적어도 하나의 격판에 의해 복수 개의 공간으로 분할되고, 냉각수는 복수 개의 공간 중 어느 하나의 공간으로 유입되며, 어느 하나의 공간으로 유입된 냉각수는 복수 개의 공간 중 다른 하나의 공간으로 유입됨으로써 대용량으로 저장된 냉각수가 냉각탑 내부의 열기에 의해 온도가 상승되는 것이 방지되어 냉각 효율이 상승된 냉각탑에 관한 것이다.

Description

단열성능이 향상된 대용량 하부수조를 갖는 냉각탑 {COOLING TOWER WITH LARGE WATER BASIN HAVING ENHANCED INSULATION}

본 발명은 냉매의 응축에 사용된 물을 재사용할 수 있도록 냉각시키는 냉각탑에 관한 것이다.

산업의 발전과 인간의 복지 향상은 많은 에너지 사용을 초래하였으며, 이에 따라 발생하는 열의 제거 및 적정한 온도 유지를 위해서는 발생된 열을 지속적으로 냉각해주어야 한다. 냉각탑은 냉각수, 예를 들면, 공조 장치 또는 냉동기, 즉 냉동사이클을 유동하는 냉매의 응축에 사용된 냉각수를 공기와 접촉시켜서 냉각시키는 역할을 한다. 이와 같은 냉각탑은, 고온의 냉각수를 열교환하기 위하여 공기중으로 냉각수를 분사하거나 유동하는 냉각수가 송풍되는 공기와 접촉하도록 한다. 이를 위해 냉각탑은, 충진재, 충진재에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치, 및 충진재의 표면을 따라서 유동하는 냉각수와 접촉하도록 공기를 유동시키는 송풍장치, 및 열교환이 이루어진 냉각수가 저장되는 하부수조 등을 포함할 수 있다.

이러한 냉각탑의 선행기술로서, 대한민국 공개특허공보 제10-1722513 “냉각탑 수조 냉각시스템 및 냉각방법”등이 있다.

한편, 냉각수를 이용하는 냉각시스템은 냉각 과정에서 증발, 비산, 누수 등으로 인해 냉각수의 양이 지속적으로 감소하게 된다. 이에 따라, 냉각수의 양을 상시로, 혹은 주기적으로 체크하여 냉각수의 양이 일정기준 이하로 판단되는 경우 냉각탑에 냉각수를 보충함으로써 냉각을 지속한다.

물류센터, 전산센터, 클린룸 등 냉각시스템의 연속성이 중요한 건물에는 별도의 냉각수 탱크를 구비하여 건물 내에 단수 등 비상 상황이 발생하여도 냉각수 탱크로부터 냉각탑으로 냉각수를 공급하여 일정시간 냉각시스템이 가동될 수 있도록 함으로써 안정적으로 냉각 시스템을 가동하고 있다.

그러나, 이렇게 냉각수 탱크를 이용하는 경우, 탱크가 외기에 노출되어 동절기에 동파 등의 문제가 발생할 수 있고, 방수 또는 누수 등의 문제가 생길 수 있으며 냉각수 탱크가 설치될 별도의 공간이 필요하므로 공간을 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 있다. 또한, 별도의 냉각수 탱크의 이용은 탱크 내부 청소, 파손 관리 등 추가적인 관리 업무가 요구되어 시스템이 비효율적인 문제가 있다.

열교환이 이루어진 냉각수가 저장되는 냉각수조를 대용량으로 제작하고, 대용량 냉각수조의 내부를 복수 개의 공간으로 분할하여 열교환이 이루어진 냉각수를 복수 개의 공간에 분리하여 저장함으로써, 대용량으로 저장된 냉각수가 냉각탑 내부의 열기에 의해 온도가 상승되는 것이 방지되어 냉각 효율이 상승된 냉각탑을 제공하는 데에 있다.

또한, 냉각탑 내부에 냉각수를 대용량으로 온도변화를 최소화하여 저장함으로써, 냉각수 탱크의 설치 및 운용이 불필요하여 설치 및 관리비용, 그리고 공간 활용성이 상승된 냉각탑을 제공하는 데에 있다.

이에 더해, 냉각탑 내부에 대용량 냉각수가 저장됨에 따라 냉각탑의 하부 하중이 증가하고, 이에 따라 태풍 등 강풍 발생 시 안전성을 확보할 수 있는 냉각탑을 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑은 내부가 비어 있는 각기둥 또는 원기둥 형태의 케이싱; 상기 케이싱의 내부 상측에 설치되어 외부로부터 유입된 온수가 하방으로 낙하되도록 상기 외부로부터 유입된 온수를 상기 케이싱의 내부에 분사하는 급수부; 상기 케이싱의 측면에 형성된 흡기구를 통하여 상기 케이싱의 내부로 흡입된 후에 상승하여 상기 케이싱의 상면에 형성된 배기구를 통하여 상기 케이싱의 외부로 배출되는 공기의 흐름을 형성하는 송풍부; 상기 급수부와 상기 흡기구 사이의 케이싱 내부 공간에 설치되어 상기 송풍부에 의해 형성된 공기 흐름에 따라 상승하는 공기와 상기 급수부로부터 낙하하는 온수간의 열교환을 통해 상기 급수부로부터 낙하하는 온수를 냉각수로 전환하는 열교환부; 및 상기 케이싱의 내부 하측에 설치되어 상기 열교환부로부터 낙하하는 냉각수를 수용함으로써 냉각수를 저장하고, 상기 저장된 냉각수가 상기 케이싱의 외부로 유출되도록 하는 냉각수조를 포함하고, 상기 냉각수조의 내부는 적어도 하나의 격판에 의해 복수 개의 공간으로 분할되고, 상기 열교환부로부터 낙하하는 냉각수는 상기 복수 개의 공간 중 어느 하나의 공간으로 유입되며, 상기 어느 하나의 공간으로 유입된 냉각수는 상기 케이싱의 외부로 유출되기 위해 상기 복수 개의 공간 중 다른 하나의 공간으로 유입된다.

상기 냉각수조의 내부에는 상기 냉각수조의 내부를 상하로 분할하는 격판이 설치되어 있고, 상기 격판에 의해 상기 냉각수조의 내부는 상기 냉각수조의 내부 상측에 해당하는 제1 수조공간과 상기 냉각수조의 내부 하측에 해당하는 제2 수조공간으로 분할되며, 상기 격판에는 상기 격판을 상하 방향으로 관통하는 상하연통공이 형성되어 있고, 상기 제1 수조공간에 저장된 냉각수는 상기 상하연통공을 통하여 상기 제2 수조공간으로 유입되며, 상기 냉각수조의 측벽 중 상기 제2 수조공간을 형성하는 측벽에는 상기 제2 수조공간에 저장된 냉각수를 외부로 유출되도록 하기 위한 냉각수유출관이 매립될 수 있다.

상기 격판은 상면이 상기 제1 수조공간의 바닥면의 역할을 하는 상부금속층; 단열소재로 제작되어 상기 상부금속층 아래에 배치되는 수평단열층; 및상기 수평단열층 아래에 배치되며, 하면이 제2 수조공간의 상면의 역할을 하는 하부금속층이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.

상기 냉각수조의 측벽 중 상기 제2 수조공간을 형성하는 측벽은 상기 케이싱의 외부를 향하는 외부금속층; 상기 케이싱의 내부를 향하는 내부금속층; 및 단열소재로 제작되어 상기 외부금속층과 상기 내부금속층 사이에 배치되는 수직단열층이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.

상기 수직단열층은 상기 수평단열층의 말단으로부터 하방으로 꺾여져 연속되는 형태로 형성될 수 있다.

상기 격판은 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 깔때기 형상을 가지고, 상기 상하연통공이 상기 깔때기 형상의 말단부에 형성됨으로써 상기 제1 수조공간의 냉각수가 상기 깔때기 형상의 경사면을 따라 상기 제2 수조공간으로 유입되도록 할 수 있다.

상기 격판은 상기 냉각수조의 중간 높이보다 높은 위치에 설치됨으로써 상기 제2 수조공간의 내부 체적은 상기 제1 수조공간의 내부 체적보다 클 수 있다.

열교환이 이루어진 냉각수가 저장되는 냉각수조를 대용량으로 제작하고, 대용량 냉각수조의 내부를 복수 개의 공간으로 분할하여 열교환이 이루어진 냉각수를 복수 개의 공간에 분리하여 저장함으로써, 대용량으로 저장된 냉각수가 냉각탑 내부의 열기에 의해 온도가 상승되는 것이 방지되어 냉각 효율이 상승되는 효과가 있다.

또한, 냉각탑 내부에 냉각수를 대용량으로 온도변화를 최소화하여 저장함으로써, 냉각수 탱크의 설치 및 운용이 불필요하여 설치 및 관리비용, 그리고 공간 활용성이 상승되는 효과가 있다.

이에 더해, 냉각탑 내부에 대용량 냉각수가 저장됨에 따라 냉각탑의 하부 하중이 증가하고, 이에 따라 태풍 등 강풍 발생 시 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 냉각수 탱크를 구비하는 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 냉각탑의 일부를 구조를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 냉각수조의 다양한 실시 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 냉각수조의 일 실시 형태를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 단열성능이 향상된 대용량 하부수조를 갖는 냉각탑에 관한 것으로, 간략하게 ‘냉각탑’으로 호칭될 수 있다.

도 1은 종래의 냉각수탱크를 구비하는 냉각시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 살펴보면, 종래의 냉각수탱크(120)를 구비하는 냉각시스템은 냉각탑(110), 냉각수탱크(120), 펌프(130) 및 냉동기(140)를 포함하도록 구성된다.

냉각탑(110)은 냉동기(140)의 응축기에 사용하는 냉각수를 재차 사용하기 위해 응축기에서의 사용으로 인해 따뜻해진 냉각용수를 실외공기와 직접 접촉시켜 냉각하고, 다시 냉동기로 공급한다.

따뜻한 물을 공기에 접속시키면 물의 일부가 증발하는데, 이때 증발에 필요한 열을 빼앗아 수온을 내린다. 냉각탑은 이 현상을 이용하여 탑 위에서 물을 흘려보내고 밑에서 공기를 불어넣도록 되어있다.

냉각수탱크(120)는 이렇게 냉각과정에서 증발되는 냉각수를 보충하기 위해 냉각수로 사용될 물을 저장한다. 이는, 단수 등으로 냉각탑(110)에 원활하게 냉각수가 보충되지 않아 냉각 시스템에 장애가 생기기 위한 것을 방지하기 위한 것으로서, 물류센터, 전산센터, 클린룸 등 건물 내부 장비의 연속적 냉각이 중요한 건물에 주로 설치되어 냉각 시스템의 냉각 연속성을 도모한다.

펌프(130)는 냉각수가 냉동기(140) 및 냉각탑(110)으로 이동하기 위한 압력을 제공한다.

냉동기(140)는 저온에서 증발하기 쉬운 냉매를 증발기에서 증발시키고 그 증발열로 증발기의 주위 공기나 물 등에서 열을 제거하기 위해서 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 다시 증발기의 순으로 냉매를 순환시키는 냉각장치이다. 냉동기(140)는 가정용 전기냉장고, 식품냉동용 냉동창고, 공기냉각장치(에어컨) 등 다방면에 사용되고 있다. 냉동기(140)의 응축기에서 냉각수에 의한 열교환이 이루어지며, 응축기로부터 열을 흡수하여 따뜻해진 냉각수는 냉각탑(110)에 의해 냉각되어 재사용된다.

도 1에는 냉동기(140)가 건물의 지하에 도시되어 있으나, 이는 도시의 편의를 위한 것일 뿐, 냉동기(140)는 건물의 설계 및 필요에 따라 건물 내부에 하나 이상 설치될 수 있다. 이에 더해, 냉동기(140)와 냉각탑(110) 사이에 직선으로 표시된 경로 또한 도시의 편의를 위한 것일 뿐, 건물 내부에 설치된 냉동기(140)의 위치에 따라 냉동기(140)와 냉각탑(110) 사이의 냉각수의 이동 경로가 결정될 것임이 통상에 기술자에게 자명할 것이다.

이렇게, 종래의 냉각수탱크(120)를 포함하는 냉각 시스템은 냉각수탱크(120)의 설치에 필요한 공간이 필요하여 공간의 활용성이 저하되었고, 별도로 설치된 냉각수탱크(120)를 관리하기 위한 인력 및 시간이 요구되어 자원이 비효율적으로 사용되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(110)은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 것으로서, 냉각탑(110)에 대용량의 냉각수조를 설치하여 많은 양의 냉각수를 보관할 수 있게 하여 별도의 냉각수탱크(120)가 불필요하다. 이에 따라, 냉각수탱크(120)의 설치에 필요한 공간 및 관리에 필요한 시간 및 인력이 절약될 수 있다.

한편, 냉각수조(250)에 냉각수를 대용량 저장하게 되면 상대적으로 냉각수가 냉각탑(110) 내부에 체류되는 시간이 길어지게 된다. 냉각탑(110)은 송풍 장치 동작과 냉동기에서의 사용에 의한 온수의 유입 및 분사로 인해 냉각탑(110)의 하부보다 상부 측이 더 높은 온도를 갖는다. 따라서, 냉각탑(110)의 상부 측에 가깝게 저장된 냉각수는 장기간 냉각탑(110)에 체류됨에 따라 온도가 상승될 수 있으며, 이는 냉각효율 저하를 야기할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(110)은 대용량의 냉각수를 온도 변화를 최소화하며 저장 및 토출함으로써 높은 냉각효율을 획득할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(110)의 구성을 도시하는 도 2 내지 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑(110)을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(110)은 케이싱(210), 급수부(220), 송풍부(230), 열교환부(240), 및 냉각수조(250)를 포함하도록 구성된다.

케이싱(210)은 냉각탑(110)을 구성하는 구성 부품이 설치되는 소정의 공간을 정의한다. 보다 구체적으로, 케이싱(210)은 냉각탑(110)의 외관을 정의하는 것으로, 내부가 비어있는 각기둥 또는 원기둥 형태로 형성된다.

케이싱(210)에는 흡기구(211) 및 배기구(212)가 형성된다. 흡기구(211)는 케이싱(210)의 내부로 공기가 흡입되는 곳이고, 배기구(212)는 케이싱(210)의 외부로 공기가 배출되는 곳이다. 도 2에는, 흡기구(211)가 케이싱(210)의 측면에 형성되고, 배기구(212)가 케이싱(210)의 상면 중앙부에 형성된 냉각탑(110)이 본 발명의 실시예로서 도시된다.

또한, 케이싱(210)의 상면에는 팬 스택(213)이 구비된다. 팬 스택(213)은 배기구(212)를 통하여 배출되는 공기를 안내하는 역할을 한다. 팬 스택(213)은 케이싱(210)의 상면에서 소정의 길이만큼 상방으로 연장되고, 그 상하면이 개방되는 다면체, 예를 들면 원통 형상으로 형성될 수 있다.

급수부(220)는 케이싱(210) 내부에서 흡기구(211) 상단에 배치되며, 외부로부터 유입된 온수(즉, 냉동기(140)의 응축기에서의 사용에 의해 온도가 상승한 냉각수)가 하방으로 낙하되도록 외부로부터 유입된 온수를 케이싱(210)의 내부에 분사한다. 본 발명의 실시예에서, 급수부(220)는 냉각수인입배관(221), 급수파이프(222) 및 분사노즐(223)을 포함하도록 구성될 수 있다.

냉각수인입배관(221)은 냉동기(140)의 응축기에서의 사용에 의해 온도가 상승한 냉각수를 케이싱(210)의 내부로 인입하는 배관이다. 급수파이프(222)는 냉각수인입배관(221)을 통해 케이싱(210)의 내부로 인입된 온수가 흡기구(211)를 통하여 흡입되는 공기와 열교환되기 위해 흐르는 곳이며, 온수가 열교환부(240) 전면에 고르게 분포될 수 있도록 한다. 분사노즐(223)은 급수파이프(222)를 흐르는 온수를 열교환부(240)로 분사함으로써 열교환이 이루어지도록 한다.

송풍부(230)는 흡기구(211)를 통하여 케이싱(210)의 내부로 흡입되고, 배기구(212)를 통하여 케이싱(210)의 외부로 배출되는 공기의 흐름을 형성한다. 송풍부(230)는 송풍팬(231) 및 송풍모터(232)를 포함하도록 구성될 수 있다.

송풍팬(231)은 케이싱(210)의 내외부로 공기를 유동시키는 역할을 한다. 즉, 송풍팬(231)이 회전하면 흡기구(211)를 통하여 케이싱(210)의 내부로 공기가 흡입되고, 흡기구(211)를 통하여 흡입되어 온수와 열교환된 공기가 배기구(212)를 통하여 케이싱(210)의 외부로 배출된다. 본 발명의 일 실시예에서, 송풍팬(231)은 축류형팬이 사용될 수 있다. 송풍모터(232)는 송풍팬(231)의 회전을 위한 구동력을 제공한다.

열교환부(240)는 급수부(220)와 흡기구(211) 사이에 배치되며, 열교환부(240)에서는 송풍부(230)에 의해 형성된 공기 흐름에 따라 상승하는 공기과 급수부(220)로부터 낙하하는 온수간의 열교환을 통해 급수부(220)로부터 낙하하는 온수를 냉각수로 전환한다.

본 발명의 일 실시예에서, 열교환부(240)는 충진재로 구성될 수 있다. 분사노즐(223)을 통해 분사된 온수가 열교환부(240)의 충진재의 표면 또는 사이의 공간을 따라 유동하면서 흡기구(211)를 통하여 흡입되는 공기와 접촉되어 열교환된다. 충진재로는 목재, 대나무, 염화비닐, 폴리에스터수지, 금속박판, 석면판, 도기관 등이 사용될 수 있다.

냉각수조(250)는 흡기구(211)의 하단에 배치되며, 열교환부(240)에서 열교환되어 낙하하는 냉각수를 수용함으로써 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수가 케이싱(210)의 외부로 유출되도록 한다. 냉각수조(250)의 내부는 적어도 하나의 격판(253)에 의해 복수 개의 공간으로 분할된다. 열교환부(240)에서 열교환되어 낙하한 냉각수는 복수 개의 공간 중 어느 하나의 공간으로 유입되고, 어느 하나의 공간으로 유입된 냉각수는 복수 개의 공간 중 다른 공간에 저장된 냉각수가 케이싱(210)의 외부로 유출됨에 따라 다른 공간으로 유입된다.

본 발명의 일 실시예에서, 냉각수조(250)는 냉각수조(250)의 내부 상측에 해당하는 제1 수조공간(251)과 냉각수조(250)의 내부 하측에 해당하는 제2 수조공간(252)으로 분할될 수 있다. 이렇게, 냉각수조(250)가 복수 개의 공간으로 분할되고, 하나의 공간에 저장된 냉각수가 다른 공간으로 유입될 수 있도록 함으로써 각 영역사이의 열교환을 최소화하면서 냉각수의 배출이 원활하도록 할 수 있다.

이 외에도 냉각탑(110)은 급수부(220)에 의해 분사된 온수가 냉각탑(110)의 외부로 방출되는 것을 방지하기 위한 비산제거기(260), 구동부의 정해진 회전수를 위한 감속장치인 감속기(미도시), 감속비를 위한 벨트인 V-벨트(미도시) 등을 포함할 수 있다. 본 구성들은 통상의 냉각탑(110)에서 필요에 의해 일반적으로 사용될 수 있는 구성인 바, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수조(250)를 보다 구체적으로 도시한다. 도 3을 참조하면, 냉각수조(250)는 냉각수조(250)를 상하로 분할하기 위해 냉각수조(250)를 가로지르도록 설치되는 격판(253)을 포함할 수 있다. 도 3은 격판(253) 및 격판(253)에 의해 분단된 냉각수조(250)의 상하부를 분리하여 도시하였지만, 이는 냉각수조(250)의 내부를 보다 명확하게 도시하기 위함일 뿐, 각각 별도의 상부구조물, 격판(253) 및 하부구조물이 조립되어 냉각수조(250)를 형성하는 것으로 한정하기 위한 것은 아니다. 오히려, 일체형으로 형성된 사각통 형상의 수조에 격판(253)을 삽입하여 사각통 내부에서 접합시켜 수조의 외부에 결합부가 형성되지 않도록 하는 것이 냉각수조(250)의 누수나 파손 등의 위험을 줄일 수 있어 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 냉각수조(250)의 측벽의 안쪽면에는 측벽을 따라 연속적으로 형성된 돌기 혹은 서로 이격되어 형성된 복수 개의 거치돌기가 배치될 수 있다. 이렇게 형성된 거치돌기 상에 격판(253)을 거치함으로써 냉각수조(250) 내부에 제1 수조공간(251) 및 제2 수조공간(252)을 구획할 수 있다. 이렇게 거치돌기를 이용하여 격판(253)을 거치하는 것은, 추후 냉각수조(250)의 바닥면 청소나, 제2 수조공간(252)에 설치된 각종 배관 등의 수리 시 간편하게 격판(253)을 제거할 수 있어 편리하다.

거치돌기에는 합성 고무 등의 탄성이 있는 물질을 이용하여 격판(253)이 거치되는 부분을 패킹함으로써 단열성능을 증가시킬 수도 있다.

격판(253)에는 격판(253)을 관통하는 상하연통공(254)이 형성된다. 상하연통공(254)을 통해 제1 수조공간(251)에 저장된 냉각수가 제2 수조공간(252)으로 유입될 수 있다.

냉각수조(250)의 제1 수조공간(251)은 격판(253)의 상면과 냉각수조(250)의 상부측벽(310)에 의해 정의되고, 제2 수조공간(252)은 격판(253)의 하면과 냉각수조(250)의 하부측벽(320)에 의해 정의된다.

제1 수조공간(251)을 정의하는 냉각수조(250)의 상부측벽(310)에는 측벽을 관통하는 하나 이상의 보충관(280)이 설치될 수 있다. 보충관(280)은 냉각수조(250)에 저장된 냉각수의 양이 일정 이하인 경우 냉각수 보충을 위해 외부에서 유입되는 냉각수가 투입되는 관이다. 보충관(280)은 냉각수조(250)에 냉각수 보충이 이루어지는 임계수위보다 높은 위치에 설치함으로써 제1 수조공간(251)에 저장된 냉각수가 보충관(280)을 통해 역류하는 것을 방지하고, 보충관(280)을 통한 냉각수의 유입이 원활하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 제1 수조공간(251)에는 냉각수조(250)에 저장된 냉각수의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서(미도시)가 설치될 수 있다.

제2 수조공간(252)을 정의하는 냉각수조(250)의 하부측벽(320)에는 측벽을 관통하는 냉각수유출관(270)이 설치된다. 냉각수유출관(270)은 열교환부(240)에서 냉각이 완료된 냉각수가 냉동기에서의 사용을 위해 냉각탑(110) 외부로 배출되는 통로이다. 냉각수유출관(270)은 하부측벽(320)의 하단에 설치될수록 냉각수조(250)에 저장된 냉각수의 압력에 의해 냉각수의 배출이 원활하므로, 하부측벽(320)의 하단에 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 의도치 않게 냉각수조(250)에 과도한 양의 냉각수가 유입되는 경우, 냉각수가 냉각수조(250)를 넘어 흡기구(211)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이는, 냉각탑(110) 주변에 원치 않는 물웅덩이를 생성하게 되고, 이로 인해 작업자가 미끄러지거나, 주변 전기설비와의 관계에서 문제를 일으켜 사고가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 냉각수조(250)의 하부측벽(320)에는 배수관(291) 및 넘침관(292)이 설치될 수 있다. 배수관(291)은 냉각수조(250)에 저장된 냉각수가 일정 수위 이상이면 개방되어 냉각수조(250)에 저장된 냉각수를 외부로 배출하기 위한 관이다. 넘침관(292)은 냉각수조(250)에 저장된 냉각수가 일정 수위 이상이고, 배수관(291)의 개방에도 냉각수의 수위가 원활하게 감소하지 않는 경우 개방되어 배수관(291)과 함께 냉각수조(250)에 저장된 냉각수를 외부로 배출하여 냉각수가 냉각탑(110) 외부로 넘치는 것을 방지한다.

본 발명의 일 실시예에서, 격판(253)은 상면이 제1 수조공간(251)의 바닥면의 역할을 하는 상부금속층(330), 단열소재로 제작되어 상부금속층(330) 아래에 배치되는 수평단열층(340), 및 수평단열층(340) 아래에 배치되며 하면이 제2 수조공간(252)의 상면의 역할을 하는 하부금속층(350)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상부금속층(330) 및 하부금속층(350)은 지속적으로 냉각수에 노출되므로, 습기에 의해 녹슬거나 변질되지 않는 금속, 예컨대 스테인리스 등이 이용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상부금속층(330) 및 하부금속층(350)은 서로 같은 재질일 수 있으며, 상부금속층(330) 및 하부금속층(350)은 모두 냉각탑(110)의 케이싱의 재료와 동일한 재료가 사용될 수 있다.

한편, 수평단열층(340)은 냉각수조(250) 내부에 설치되어 제1 수조공간(251)과 제2 수조공간(252) 사이의 열전달을 저해할 수 있는 소재, 예를 들면 스티로폼, 경질폴리우레탄폼 등이 사용될 수 있다. 수평단열층(340)의 재료는 제1 수조공간(251)과 제2 수조공간(252) 사이의 열전달을 방지할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 업계에서 사용되는 단열재 중 여러 조건에 따라 용이하게 채택되어 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 냉각수조의 다양한 실시 형태를 도시한 도면이다. 도 4a는 도 3에 도시된 바와 같이, 편평한 격판(253)이 수조 내부에 수조 바닥면에 평행하도록 설치되어 냉각수조(250)의 내부를 구획하는 냉각수조(250)를 도시한다.

도 4b는 격판(253)이 평면이 아닌 아래쪽으로 갈수록 단면적이 작아지는 깔때기 형상을 갖도록 제작되어 수조 내부에 결합한 냉각수조(250)를 도시한다. 도 4c는 도 4b의 냉각수조(250)를 측면에서 바라봤을 때의 내부 모습을 도시한 도면이다.

도 4b를 참조하면, 격판(253)의 상면이 아래 방향으로 경사지는 깔때기 모양을 가지고, 깔때기 형상의 말단부에 상하연통공(254)이 형성되어 있다. 이는 단수 등의 상황으로 냉각수가 보충되지 않는 상황에서 지속적으로 냉각이 수행되어 냉각수조(250)에 저장된 냉각수의 수위가 격판(253)의 높이와 같거나, 격판(253)의 높이보다 낮을 때 열교환부(240)에서 열교환되어 낙하하는 냉각수가 격판(253)위에 고이는 일 없이 격판(253)에 형성된 경사를 타고 내려가 상하연통공(254)을 통해 냉각수조(250)의 제2 수조공간(252)으로 보다 잘 유입되도록 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 냉각수조(250)의 측벽 중 제2 수조공간(252)을 정의하는 하부측벽(320)은 케이싱(210)의 외부를 향하는 외부금속층(370), 케이싱(210)의 내부를 향하는 내부금속층(360) 및 단열소재로 제작되어 외부금속층(370)과 내부금속층(360) 사이에 배치되는 수직단열층(380)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제2 수조공간(252)을 둘러싼 측벽부(즉, 하부측벽(320))은 삼중층으로 구성된 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 외부금속층(370)과 내부금속층(360)은 서로 같은 재질일 수 있으며, 외부금속층(370)과 내부금속층(360)은 모두 냉각탑(110)의 케이싱(210)의 재료와 동일한 재료로 제작될 수 있다.

수직단열층(380)은 제2 수조공간(252)에 저장된 냉각수가 냉각탑(110) 외부의 열기에 의해 가열되는 것을 방지하기 위한 것으로서 외부에서 제2 수조공간(252)으로의 열전달을 저해할 수 있는 소재, 예를 들면 스티로폼, 경질폴리우레탄폼 등이 사용될 수 있다. 수직단열층(380)의 재료는 냉각수조(250)의 측벽으로부터 제2 수조공간(252)으로의 열전달을 방지할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 업계에서 사용되는 단열재 중 여러 조건에 따라 용이하게 채택되어 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 수직단열층(380)은 수평단열층(340)의 말단으로부터 하방으로 꺾여져 연속되는 형태로 형성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수조(250)를 도시한다. 도 5를 참조하여 살펴보면, 도 5는 수직단열층(380)이 수평단열층(340)의 말단으로부터 하방으로 꺾여져 연속되는 형태를 가진다. 이러한 수평단열층(340) 및 수직단열층(380)을 둘러싸도록 상부금속층(330), 하부금속층(350), 외부금속층(370) 및 내부금속층(360)이 연속적으로 형성된‘ㄷ’형태의 구조물이 냉각수조(250)의 내부에 삽입됨으로써 제1 수조공간(251) 및 제2 수조공간(252)을 형성한 모습을 도시한다.

도 5와 같이, 수직단열층(380)과 수평단열층(340)이 연속하여 형성되는 경우, 수직단열층(380)과 수평단열층(340) 사이에 금속층이 개입되지 않아, 수직단열층(380)과 수평단열층(340) 사이의 금속층을 통해 열이 전달되는 것을 방지하여 보다 단열효과가 상승되는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 냉각탑(110)에 의하면, 냉각수조(250)는 상단의 제1 수조공간(251)과 하단의 제2 수조공간(252)으로 구획되고, 제2 수조공간(252)은 수평단열층(340)을 포함하는 3중 구조의 격판(253) 및 수직단열층(380)을 포함하는 하부측벽(320)으로 둘러쌓여 있어 외부로부터의 열전달이 상당 부분 차단된다.

이로 인해, 냉각수조(250)를 대용량으로 설치하여 대량의 냉각수를 저장함에 따라 열교환부(240)에 의해 냉각이 이루어진 냉각수가 외부로 토출되기까지 장시간 소요되더라도, 냉각수조(250)의 하단의 제2 수조공간(252)의 내부는 높은 단열성을 가지므로 외부의 열기나, 냉각탑(110) 내부의 가열된 공기 등에 의해 온도가 상승하지 않고 냉각상태를 유지할 수 있어, 냉각 효율이 증대될 수 있다. 이러한 점을 고려하면, 격판(253)은 냉각수조(250)의 중간보다 높은 위치에 설치됨으로써 단열성능이 우수한 제2 수조공간(252)의 내부 체적이 제1 수조공간(251)의 내부 체적보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(110)은 냉각수탱크(120)의 사용으로 인한 문제점을 해결하기 위해 냉각탑(110) 하단의 냉각수조(250)의 용량을 크게 함에 있어서, 대용량 냉각수조(250)를 상단의 제1 수조공간(251) 및 단열성능이 향상된 하단의 제2 수조공간(252)으로 구획하여 냉각수를 저장함으로써, 상대적으로 온도가 높은 냉각탑(110)의 상부로부터의 영향을 최소화하고, 이에 따라 냉각수가 대용량 냉각수조(250) 내부에 장기간 저장되더라도 냉각상태를 유지할 수 있어 냉각 효율이 뛰어나며, 대용량 냉각수를 이용하여 단수 등의 비상 상황에서도 안정적으로 냉각 시스템을 가동할 수 있다.

또한, 냉각탑(110) 하단에 대용량의 냉각수가 저장됨에 따라 냉각탑(110) 하부의 하중이 증가하여 주로 건물의 옥상 등에 설치되는 냉각탑(110)이 태풍 등의 강풍에 의해 쓰러지는 사고가 방지되어 재난 안전성이 상승하며, 별도의 냉각수탱크(120)의 설치가 불필요한 바, 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

이에 더해, 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑(110)의 냉각수조(250)는 기존의 냉각수조(250)의 내부에 격판(253)을 설치한 것인 바, 방수 및 누수 등의 추가적인 검토가 불필요하다.

마지막으로, 종래의 냉각수 펌프(130)는 냉각수탱크(120)의 냉각수의 수위로부터 냉각탑까지 냉각수를 양정해야 하므로 냉각수 펌프의 동력이 증가하여 에너지 소모량이 많았으나, 본 발명의 실시예에 따른 대용량 냉각수조(250)가 구비된 냉각탑(110)은 냉각수 펌프(130)가 냉각수조(250)의 냉각수 수위로부터 냉각탑 높이만큼의 양정만 수행하면 되므로 에너지 소모량이 적어 에너지 절감 효과가 크다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로해석되어야 할 것이다.

110: 냉각탑
210: 케이싱
220: 급수부
230: 송풍부
240: 열교환부
250: 냉각수조
251: 제1 수조공간
252: 제2 수조공간
253: 격판

Claims (7)

1. 내부가 비어 있는 각기둥 또는 원기둥 형태의 케이싱(210);
   상기 케이싱(210)의 내부 상측에 설치되어 외부로부터 유입된 온수가 하방으로 낙하되도록 상기 외부로부터 유입된 온수를 상기 케이싱(210)의 내부에 분사하는 급수부(220);
   상기 케이싱(210)의 측면에 형성된 흡기구(211)를 통하여 상기 케이싱(210)의 내부로 흡입된 후에 상승하여 상기 케이싱(210)의 상면에 형성된 배기구(212)를 통하여 상기 케이싱(210)의 외부로 배출되는 공기의 흐름을 형성하는 송풍부(230);
   상기 급수부(220)와 상기 흡기구(211) 사이의 케이싱 내부 공간에 설치되어 상기 송풍부(230)에 의해 형성된 공기 흐름에 따라 상승하는 공기와 상기 급수부(220)로부터 낙하하는 온수간의 열교환을 통해 상기 급수부(220)로부터 낙하하는 온수를 냉각수로 전환하는 열교환부(240); 및
   상기 케이싱(210)의 내부 하측에 설치되어 상기 열교환부(240)로부터 낙하하는 냉각수를 수용함으로써 냉각수를 저장하고, 상기 저장된 냉각수가 상기 케이싱(210)의 외부로 유출되도록 하는 냉각수조(250)를 포함하고,
   상기 냉각수조(250)의 내부는 상기 냉각수조(250)의 내부를 상하로 분할하도록 설치되는 격판(253)에 의해 상기 냉각수조(250)의 내부 상측에 해당하는 제1 수조공간(251)과 상기 냉각수조(250)의 내부 하측에 해당하는 제2 수조공간(252)으로 분할되고, 상기 열교환부(240)로부터 낙하하는 냉각수는 상기 제1 수조공간(251)으로 유입되며, 상기 제1 수조공간(251)으로 유입된 냉각수는 상기 케이싱(210)의 외부로 유출되기 위해 상기 제2 수조공간(252)으로 유입되고,
   상기 격판(253)은
   상면이 상기 제1 수조공간(251)의 바닥면의 역할을 하는 상부금속층(330);
   단열소재로 제작되어 상기 상부금속층(330) 아래에 배치되는 수평단열층(340); 및
   상기 수평단열층(340) 아래에 배치되며, 하면이 제2 수조공간(252)의 상면의 역할을 하는 하부금속층(350)이 차례로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 격판(253)에는 상기 격판(253)을 상하 방향으로 관통하는 상하연통공(254)이 형성되어 있고, 상기 제1 수조공간(251)에 저장된 냉각수는 상기 상하연통공(254)을 통하여 상기 제2 수조공간(252)으로 유입되며,
   상기 냉각수조(250)의 측벽 중 상기 제2 수조공간(252)을 형성하는 측벽에는 상기 제2 수조공간(252)에 저장된 냉각수를 외부로 유출되도록 하기 위한 냉각수유출관(270)이 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각수조(250)의 측벽 중 상기 제2 수조공간(252)을 형성하는 측벽은
   상기 케이싱(210)의 외부를 향하는 외부금속층(370);
   상기 케이싱(210)의 내부를 향하는 내부금속층(360); 및
   단열소재로 제작되어 상기 외부금속층(370)과 상기 내부금속층(360) 사이에 배치되는 수직단열층(380)이 차례로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 수직단열층(380)은 상기 수평단열층(340)의 말단으로부터 하방으로 꺾여져 연속되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 격판(253)은 아래로 갈수록 단면적이 작아지는 깔때기 형상을 가지고, 상기 상하연통공(254)이 상기 깔때기 형상의 말단부에 형성됨으로써 상기 제1 수조공간(251)의 냉각수가 상기 깔때기 형상의 경사면을 따라 상기 제2 수조공간(252)으로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 격판(253)은 상기 냉각수조(250)의 중간 높이보다 높은 위치에 설치됨으로써 상기 제2 수조공간(252)의 내부 체적은 상기 제1 수조공간(251)의 내부 체적보다 큰 것을 특징으로 하는 대용량 냉각수조를 갖는 냉각탑.

Images