KR200169542Y1 - 대향류형과 직교류형의 조합유동형 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 대향류형과 직교류형의 조합유동형 냉각탑에 관한 것으로서, 하부 영역에 형성된 공기유입구를 가지고 내부의 열교환 공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱의 상부를 차단하고 공기배출구를 가지는 천정부; 상기 공기유입구의 영역에서 상기 케이싱 내에 배치되며, 중앙영역에 상방으로 갈수록 확장되는 공기유동공간을 갖는 직교류 열교환부; 상기 직교류 열교환부의 상부에 배치되는 대향류 열교환부; 상기 대향류 열교환부의 상부에서 고온 냉각수를 살수하는 살수부; 상기 공기유입구를 통해 유입된 외부 공기를 상기 직교류 열교환부와 상기 대향류 열교환부를 거쳐 상기 공기배출구를 통해 배출시키는 통풍팬; 및 상기 직교류 열교환부의 하부에서 저온 냉각수를 집수하여 배출하는 냉각수 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 단순한 구조로서 열교환 영역을 확대하여, 동일 용량의 대향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 조합한 종래의 조합유동형 냉각탑보다 크기를 축소시키고 냉각수의 낙수소음과 수질오염을 감소시킬 수 있다.

Description

대향류형과 직교류형의 조합유동형 냉각탑{COMBINED FLOW TYPE COOLING TOWER}

본 고안은, 대향류형과 직교류형의 조합유동형 냉각탑에 관한 것으로서, 특히, 대향류형 열교환부 하부에 직교류형 열교환부를 조합한 조합유동형 냉각탑에 관한 것이다.

종래의 냉각탑은 냉각수와 공기의 유동형태에 따라 대향류형(counter flow type) 냉각탑과 직교류형(cross flow type) 냉각탑으로 나뉘어진다.

도 4는 통상적인 대향류형 냉각탑의 부분 파단 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 고온 냉각수는 케이싱(101) 내부의 상부의 살수 영역에 마련된 주 분배관(105)으로 공급된 후 주 분배관(105) 끝단에 설치된 회전식 살수장치(106)에 의해 하향 살수된다. 살수된 냉각수는 필러(110)를 거치면서 냉각되고, 냉각된 저온 냉각수는 필러(110) 하부의 집수조(116)에 집수되어 냉각수 출구(118)를 통해 열교환 장치에 공급되고 더워진 냉각수는 냉각탑으로 재순환된다. 냉각수의 냉각을 위한 공기는 필러(110)의 하부에 마련된 공기유동공간(112)으로부터 상향 유동하여 냉각수를 냉각시킨 다음 통풍팬(113)을 통해 외부로 배출된다.

이러한 대향류형 냉각탑은 냉각 공기의 공급을 위해 불가피하게 필러의 하부가 개방되어 있어야 하며, 따라서 낙수에 의한 수적음이 발생하지 않을 수가 없다. 그리고, 필러의 하부에 개방되어 있는 공간으로 인하여 냉각탑의 전체 크기가 증대된다. 일반적으로 냉각탑은 건물의 옥상과 같은 제한된 공간에 설치되기 때문에 이러한 냉각탑의 크기 증대는 설치 장소에 많은 제약이 따른다.

도 5는 통상적인 직교류형 냉각탑의 부분 파단 사시도로서, 고온의 냉각수는 천정부(202)의 상부 영역 양측에 마련된 냉각수 살수수조(221)로 공급된 다음 살수수조(221) 바닥에 형성된 구멍과 오리피스 노즐을 통해 중력에 의해서 하향 살수된다. 살수된 냉각수는 필러(211)를 통과하면서 필러(211)를 수평으로 가로지르는 공기와 열교환 작용을 통해 냉각되고, 냉각된 저온의 냉각수는 필러(211) 하부의 집수조(216)에 집수된 다음 냉각수 출구를 통해 열교환 장치에 공급되고 더워진 냉각수는 냉각탑으로 재순환된다. 냉각수의 냉각을 위한 공기는 필러(211)의 측면에 마련된 공기유입루버(214)로부터 유입되어 냉각수를 냉각시킨 다음 중앙에 마련된 공기유동공간(212)을 경유하여 통풍팬(203)을 통해 외부로 배출된다.

이러한 직교류형 냉각탑은, 개방된 냉각수 살수수조가 천정부 상부영역에 설치되기 때문에 냉각수가 대기와 햇빛에 노출되어 오염되기 쉽고 용수의 범람으로 용수가 손실되고 이로 인해 주변환경에 악영향을 미치며, 냉각탑 양측의 전면이 개방된 공기유입구도 통상적으로 햇빛에 노출되기 때문에 필러가 경화되어 손상되며, 살수수조의 하중지지를 위한 지지부재가 별도로 필요한 문제점이 있다.

대향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑의 단점을 보완하기 위해 이들 두가지 냉각탑을 조합한 것으로는, 상층 냉각탑과 하층 냉각탑을 별개로 조합한 냉각탑과 중앙 영역에는 대향류형 열교환 영역을 가지고 그 양측면에 직교류형 열교환 공간을 가진 냉각탑이 있는데, 전자의 냉각탑은 대향류형 냉각탑과 직교류 냉각탑이 개별적으로 구성된 것이며, 후자의 냉각탑은 영국특허공보 제1,299,169호에 개시되어 있다.

도 6은 영국특허 제1,299,169호에 개시된 조합유동형 냉각탑의 단면도로서, 이는 대향류 열교환 영역(330)과 그 양측에 직교류 열교환 영역(331)이 조합된 냉각탑으로 각 영역에서 독립적으로 열교환이 일어난다. 대향류 열교환 영역(330)에서는, 살수 배관(305)을 통하여 공급된 온수가 살수노즐(307)을 통하여 대향류 필러(310)를 통과하여 집수조(316)에 집수되고, 공기유입구(333)로 유입된 공기는 물과 대향하는 경로(B)를 따라 대향류 필러(310)를 통과하고 경로 C로 배출된다.

한편, 직교류 열교환 영역(331)에서는, 살수 배관(305)을 통하여 살수수조(321)로 공급된 온수는 중력에 의하여 직교류 필러(311)로 하향 살수되어 직교류 수조(322)에 집수된 다음 직교류 냉각수 유도관(323)에 의해 집수조(316)에 집수되고, 공기유입구(332)로 유입된 공기는 물과 교차하는 경로(A)를 따라 공기유입루버(314)를 통해 직교류 필러(311)를 통과하고 경로 C로 배출된다.

이 조합유동형 냉각탑은, 개별적 수조와 살수 장치를 구성하고, 냉각탑 내 에 배치된 대향류형과 직교류형의 열교환 영역으로 공기의 흐름이 분리되도록 내부 구조를 분할하여 동일 용량의 다층 조합유동형 냉각탑에 비해 높이는 현저히 감소되나 면적은 크게 증가된다.

그러나, 종래의 대향류형과 직교류형 냉각탑을 조합한 조합유동형 냉각탑들은, 어떤 형태이건 냉각탑의 크기가 크고 구조도 복잡하게 되어 있으며, 대향류형 냉각탑의 낙수로 인한 소음 발생이 불가피하다. 따라서 요구되는 냉각 용량을 위하여 각 유동형 냉각탑을 개별적으로 설치할 경우보다 면적이 축소되는 것을 제외하고는 장점이 거의 없으므로 대개 중대형 산업용 냉각탑에만 고려될 뿐 특히, 공기조화용 중소형 냉각탑에서는 거의 사용되지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안의 목적은, 단순한 구조로서 열교환 영역을 확대하여 동일 용량의 종래 조합유동형 냉각탑보다 크기를 축소하고 냉각수의 낙수소음과 수질오염을 감소시킨 냉각탑을 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 냉각탑의 부분 파단 사시도,

도 2는 도1의 종단면도,

도 3은 공기유입루버 상세 확대도,

도 4는 통상적인 대향류형 냉각탑의 부분 파단 사시도,

도 5는 통상적인 직교류형 냉각탑의 부분 파단 사시도,

도 6은 종래의 대향류형과 직교류형 조합유동형 냉각탑의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이싱 2 : 천정부

3 : 통풍팬 4 : 비산방지판

5 : 주 분배관 6 : 분기 분배관

7 : 살수노즐 8 : 살수부

9 : 우회살수회수유도판 10 : 대향류 필러

11 : 직교류 필러 12 : 공기유동공간

13 : 공기유입구 14 : 공기유입루버

15 : 루버 지지레일 16 : 집수조

17 : 냉각수 흡입 집합통 18 : 냉각수 출구

19 : 지지 기둥 20 : 기초 바닥판

21 : 점검문 22 : 격자형 발판

23 : 필러 분리선

상기 목적은, 본 고안에 따라, 대향류형과 직교류형의 조합유동형 냉각탑에 있어서, 하부 영역에 형성된 공기유입구를 가지고 내부의 열교환 공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱의 상부를 차단하고 공기배출구를 가지는 천정부; 상기 공기유입구의 영역에서 상기 케이싱 내에 배치되며, 중앙영역에 상방으로 갈수록 확장되는 공기유동공간을 갖는 직교류 열교환부; 상기 직교류 열교환부의 상부에 배치되는 대향류 열교환부; 상기 대향류 열교환부의 상부에서 고온 냉각수를 살수하는 살수부; 상기 공기유입구를 통해 유입된 외부 공기를 상기 직교류 열교환부와 상기 대향류 열교환부를 거쳐 상기 공기배출구를 통해 배출시키는 통풍팬; 및 상기 직교류 열교환부의 하부에서 저온 냉각수를 집수하여 배출하는 냉각수 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑에 의해 달성된다.

여기서, 상기 공기유입구의 상하 연부에 마련되는 U'형 형상 단면의 지지레일과, 상기 지지레일에 상하 연부가 맞물려 외부로부터 착탈가능하게 설치되는 루버를 더 포함하는 것이 바람직하다.그리고, 상기 냉각수 배출부는, 상기 직교류 열교환부의 하부에 배치되는 집수조와, 상기 집수조에 연결되는 냉각수 흡입집합통과, 상기 냉각수 흡입집합통에 마련되는 냉각수 출구를 포함하도록 구성하는 것이 일반적이다.

또한, 상기 직교류 열교환부는 하단의 일부 영역이 상기 집수조 내에 침지되는 것이 수적음 감소를 위해 바람직하고, 상기 직교류 열교환부는 상호 대향하여 배치되는 한 쌍의 필러를 가지며, 상호 대향한 면이 거의 'V'형의 상기 공기유동공간을 형성하도록 내측 경사면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.한편, 상기 한 쌍의 필러 사이의 하부 영역에는 발판을 설치할 수도 있고, 상기 공기배출구의 영역에는 통풍팬이 설치되어 있으며 상기 통풍팬과 상기 살수부 사이의 영역에는 비산방지판이 설치되어 있는 것이 일반적이며, 상기 대향류 열교환부는, 일반적으로 필러로 구성되나 피냉각 유체가 유동하는 관상체로 이루어진 밀폐형 냉각 코일로도 구성할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 고안에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 냉각탑의 부분 파단 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 냉각탑에는, 외부 공기가 유입되는 공기유입구(13)가 설치되고 내부의 열교환 공간을 형성하는 케이싱(1) 및 천정부(2)가 있으며, 케이싱(1) 내의 공기유입구(13) 영역에 직교류 필러(11)와, 직교류 필러(11)의 상부에 대향류 필러(10)가 배치되고, 대향류 필러(10)의 상부에서 고온 냉각수를 살수하기 위하여 주 분배관(5)과 분기 분배관(6) 및 살수노즐(7)로 구성된 살수부(8)가 설치된다. 또한 열교환 영역을 통과한 저온 냉각수를 집수하기 위하여 직교류 필러(11)의 하부에 집수조(16)가 설치되고, 공기의 통풍을 위해 냉각탑 상부에 통풍팬(3)이 설치된다.

물과 직접 접촉을 하는 외부 공기는, 냉각탑 상부에 설치되어 있는 통풍팬(3)의 통풍 작용에 의해 공기유입구(13)로 들어와 하부의 직교류 필러(11)를 수평 방향으로 통과하면서 냉각수와 열교환 작용을 하게 된다. 직교류 필러(11)를 통과한 공기는 대향류 필러(10)에서 다시 냉각수와 열교환 작용을 하고 냉각탑 외부로 배출된다.

따라서 공기유입구(13)에는 공기의 원활한 유입을 위해, 하향 경사를 준 다수의 공기유도판을 가진 정면 착탈식 공기유입루버(14)가 설치된다. 도 3은 공기유입루버의 상세 확대도로서, 이에 도시된 바와 같이, 공기유입루버(14)의 지지를 위해 'U'자형 루버 지지레일(15)이 공기가 유입되는 케이싱(1)의 하부 끝단과 수조내 측벽에 수평방향으로 취부된다. 공기유입루버(14)는 정면에서 착탈할 수 있는 구조로서, 부착할 경우에는 공기유입루버(14)의 상부를 상부 지지레일(15) 안으로 들어올린 다음 하부 지지레일(15)에 내려놓고, 탈착할 경우에는 공기유입루버(14)를 들어올린 다음 앞으로 빼낸다. 또한, 공기유입루버(14)는 작업자가 혼자서 편리하게 착탈할 수 있도록 프레임 단위로 구성한다.

직교류 필러(11)는, 공기유동공간(12)을 충분히 확보하기 위하여 공기유입루버(14)에서 냉각탑 중심방향으로 하향경사가 이루어진 구조로 되어 있으며, 살수된 물이 직교류 필러(11)를 통과하여 냉각탑 하부의 집수조(16)로 떨어지면서 발생되는 낙수 소음을 방지하기 위해 집수조(16)의 내에 일부 영역이 침지되도록 구성되어 있다. 또한, 점검 및 보수 시에 공기유입루버(14)를 탈착하고 직교류 필러(11)를 외부로 유출시킬 수 있도록 직교류 필러(11)는 분리선(23)에 따라 분리될 수 있는 단위로 구성되며, 작업자가 점검 및 보수를 할 때에 케이싱(1)에 형성된 점검문(21)을 통해 통행할 수 있도록 직교류 필러(11) 사이에 발판(22)이 설치된다.

또한 냉각탑의 통풍팬(3) 하부에는 비산방지판(4)이 설치되어 있는데, 이는 통풍 공기를 통해 미세한 물방울들이 비산되는 것을 방지하기 위한 것으로, 비산방지판(4) 내에 비산 방지 굴곡 돌출부를 통해 미세한 물방울의 비산을 방지하여 냉각탑 내로 회수하는 작용을 한다.

한편, 냉각수는 냉각탑의 주 분배관(5)과 분기 분배관(6) 및 살수노즐(7)로 구성된 살수부(8)를 통해 대향류 필러(10) 상단에 고르게 압력 살수된다. 살수부(8)에서 살수된 냉각수는 살수노즐(7)의 살수 각도로 인하여 케이싱 내측으로 이탈되거나 공기 유동의 영향으로 대향류 필러(10)를 우회하기도 하여 열교환 손실이 발생하는데, 이를 방지하기 위하여 대향류 필러(10) 상단에 우회살수회수유도판(9)을 구성하여 우회되는 낙수를 대향류 필러(10) 상부로 유도한다. 이 우회살수회수유도판(9)은 우회되는 낙수를 대향류 필러(10) 상부로 유도할 수 있도록 경사지게 절곡되고, 대향류 필러(10) 상부 영역에서 케이싱(1) 내부의 양쪽으로 설치된다.

대향류 필러(10)를 통과하고 직교류 필러(11)로 유도된 냉각수는, 직교류 필러(11)에서 냉각되어 집수조(16)에 집수되고, 집수된 냉각수는 냉각수 출구(18)를 통해 열교환 장치로 공급되며 더워진 냉각수는 냉각탑으로 재순환된다.

전술 및 도시한 실시 예에서는, 대향류 열교환부 및 직교류 열교환부가 대향류 필러 및 직교류 필러로 구성된 것에 대하여 상술되었으나, 두 열교환부 중 적어도 하나는 피냉각 유체가 유동하는 관상체로 이루어진 밀폐형 냉각 코일로 구성될 수 있다.

이상과 같이, 본 고안에 따른 대향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 조합한 조합유동형 냉각탑은, 대향류형 냉각탑의 본체 구조를 기본으로 하되 대향류형 냉각탑의 대향류 열교환부 하부에 직교류 열교환부를 구성하고, 공기유동공간을 확보하기 위하여 공기유입구 공간을 적절히 높인 구조로서 직교류형 냉각탑에 구성되는 통풍장치와 살수장치, 비산방지장치, 수조 및 직교류형 냉각탑 본체 구조가 제외된다. 따라서 냉각탑의 구조가 간편하고 냉각탑 내부의 무용공간이 최소화된다. 특히, 대향류형 냉각탑에 발생하는 낙수로 인한 수적음과, 직교류형 냉각탑이 살수수조를 갖게됨으로써 발생하는 냉각수의 범람 손실과 광합성 및 외부에서 침입하는 이물질로 인해 수질이 오염되는 문제를 최소화시킬 수 있다.

따라서, 본 고안의 대향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 조합한 조합유동형 냉각탑은, 종래 동일 냉각용량의 냉각탑보다 크기를 축소시켜 공기조화용 중소형 냉각탑에도 적용이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 단순한 구조로서 열교환 영역을 확대하여 동일 용량의 종래 대향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 조합한 조합유동형 냉각탑보다 크기를 축소시키고 냉각수의 낙수소음과 수질오염을 감소시킨 냉각탑이 제공된다.

Claims (10)

1. (정정)

   대향류형과 직교류형의 조합유동형 냉각탑에 있어서,

   하부 영역에 형성된 공기유입구를 가지고 내부의 열교환 공간을 형성하는 케이싱;

   상기 케이싱의 상부를 차단하고 공기배출구를 가지는 천정부;

   상기 공기유입구의 영역에서 상기 케이싱 내에 배치되며, 중앙영역에 상방으로 갈수록 확장되는 공기유동공간을 갖는 직교류 열교환부;

   상기 직교류 열교환부의 상부에 배치되는 대향류 열교환부;

   상기 대향류 열교환부의 상부에서 고온 냉각수를 살수하는 살수부;

   상기 공기유입구를 통해 유입된 외부 공기를 상기 직교류 열교환부와 상기 대향류 열교환부를 거쳐 상기 공기배출구를 통해 배출시키는 통풍팬; 및

   상기 직교류 열교환부의 하부에서 저온 냉각수를 집수하여 배출하는 냉각수 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
2. (정정)

   제 1항에 있어서,

   상기 공기유입구의 상하 연부에 마련되는 U'형 형상 단면의 지지레일과, 상기 지지레일에 상하 연부가 맞물려 외부로부터 착탈가능하게 설치되는 루버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
3. (정정)

   제 1항에 있어서,

   상기 냉각수 배출부는, 상기 직교류 열교환부의 하부에 배치되는 집수조와, 상기 집수조에 연결되는 냉각수 흡입집합통과, 상기 냉각수 흡입집합통에 마련되는 냉각수 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 직교류 열교환부는, 하단의 일부 영역이 상기 집수조 내에 침지되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
5. (정정)

   제 1항에 있어서,

   상기 직교류 열교환부는, 상호 대향하여 배치되는 한 쌍의 필러를 가지며, 상호 대향한 면이 거의 'V'형의 상기 공기유동공간을 형성하도록 내측 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
6. (삭제)
7. (삭제)
8. 제 1항에 있어서,

   상기 대향류 열교환부는, 피냉각 유체가 유동하는 관상체로 이루어진 밀폐형 냉각 코일인 것을 특징으로 하는 냉각탑.
9. (신설)

   제 5항에 있어서,

   상기 한 쌍의 필러 사이의 하부 영역에는 발판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
10. (신설)

    제 1항에 있어서,

    상기 공기배출구의 영역에는 통풍팬이 설치되어 있으며, 상기 통풍팬과 상기 살수부 사이의 영역에는 비산방지판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각탑.