KR200210718Y1 - 하이브리드형 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 고안은 향류형 냉각탑에 직교류형 냉각탑을 복합시킨 하이브리드형 냉각탑에 관한 것으로서, 본 고안의 하이브리드형 냉각탑은 수분배장치와, 향류형 충진재와, 엘리미네이터와, 루버와, 팬 및 하부 수조 등으로 구성되는 냉각탑에 있어서, 루버의 내측으로, 그리고 향류형 충진재의 하부면에 연이어 직교류형 충진재를 설치하여 냉각수의 열교환 면적을 확대한 것이다.

또한, 본 고안의 하이브리드형 냉각탑은 향류형 충진재의 하부 및 직교류형 충진재의 중앙부에 쐐기형 차단벽을 설치하여 냉각탑 내부 하측에 소정 규모의 작업공간을 형성하는 동시에 주위 공기의 상승 흐름을 원활하게 유도할 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 향류형 충진재와 직교류형 충진재를 2단 설치에 따라 열교환 면적이 크게 확대되므로 그 냉각성능이 크게 향상된다.

또한, 쐐기형 차단벽의 설치에 따라 냉각탑 내부에 소정 작업공간이 형성되므로 냉각탑 내부의 각종 장치들에 대한 보수점검 및 수리가 용이해지고, 주위 공기의 상승 흐름이 원활해지므로 동력손실이 줄어든다.

Description

하이브리드형 냉각탑{Hybrid type cooling tower}

본 고안은 냉동 및 공조장치 또는 산업용 열교환장치에서 물을 냉각하는데 사용하는 냉각탑에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 향류형 냉각탑에 직교류형 냉 각탑을 복합시킨 하이브리드형 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 및 공조장치 또는 산업용 열교환장치에서 발생하게 되는 고온의 냉각수는 냉각 및 순환되어 재사용되는데, 이때 냉각수를 냉각시키는데 냉각탑이 활용되고 있다. 냉각탑은 고온상태의 냉각수를 분사시켜 주위 공기와 접촉시킴으로써 냉각수를 낮은 온도까지 냉각하여 냉각수를 재사용할 수 있도록 하는 장치이다.

종래의 향류형 냉각탑은 고온의 냉각수를 분배하는 수분배장치와, 주위 공기와 냉각수 물방울(수적)과의 접촉면적을 넓히기 위해 수분배장치에서 분배된 물방울이 타고 흘러내리도록 하는 향류형 충진재와, 유입되는 주위 공기에 의해 물방울이 비산하는 것을 방지하는 엘리미네이터와, 주위 공기를 유도하는 동시에 냉각탑 외부로 물방울이 비산되는 것을 방지하는 루버와, 주위 공기를 강제로 유입하고 물방울과 접촉한 이후의 공기를 강제로 배출하는 팬과, 충진재를 타고 흘러내리면서 유입된 주위 공기와의 접촉으로 냉각된 물방울을 모으는 수조로 구성되어 있다. 이러한 향류형 냉각탑은 충진재를 타고 흘러내리는 고온의 냉각수가 유입된 주위 공기와 서로 역방향으로, 즉 향류형으로 교차하면서 냉각되는 방식을 채용한 것이다.

또한, 종래의 직교류형 냉각탑은 수분배장치와, 직교류형 충진재와, 엘리미네이터와, 루버와, 팬 및 수조 등으로 구성되는 것은 종래의 향류형 냉각탑과 유사하지만, 직교류형 냉각탑은 충진재를 타고 흘러내리는 고온의 냉각수가 유입된 주위 공기와 서로 교차하는 방향으로, 즉 직교형으로 교차하면서 냉각되는 방식을 채용한 것이다.

물론, 상기한 구성부품들이 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑에 적용될 때 각각의 특성에 맞게 그 형상이나 규격 등에서 일부 변경되어 사용됨은 당연할 것이다.

상기한 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑을 그 효율적인 측면에서 비교하면 수량과 열교환계수가 동일한 조건일 경우에는 용적이 작고 설계와 용량 및 열교환 능력 등의 해석이 용이한 향류형 냉각탑이 우수하지만, 동력효율면에서는 팬에 의한 통풍방향이 수평상승할 때 장애물이 적으므로 정압손실이 낮아 동력손실이 작은 직교류형 냉각탑이 우수하다.

또한, 냉각탑의 높이면에서는 루버와 필러 및 엘리미네이터 등이 수평으로 위치하여 높이가 낮아지는 직교류형 냉각탑이 우수하고, 면적면에서는 루버와 필러 및 엘리미네이터 등이 수직으로 위치하는 향류형이 우수하다.

그러나, 향류형 냉각탑은 냉각탑 내부에 설치되는, 특히 하부 수조쪽에 설치되는 각종 장치, 예를 들어 배관설비나 여과장치 등을 보수점검하거나 수리하는데 어려움이 있다.

이외에도 기류분포 측면이나 수분배구조 측면이나 소음측면 또는 백연발생측면 등 다양한 측면에서 종래의 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑은 각각의 장단점을 가지고 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑이 각각 가지고 있는 장점은 더욱 강화하는 동시에 단점은 제거하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 향류형 충진재와 직교류형 충진재를 상하에 2단으로 혼합 설치하므로써, 냉각탑의 성능향상에 큰 영향을 미치는 충진재의 열교환 면적을 확대하여 열교환 성능을 향상시키는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 하부의 직교류형 충진재가 설치된 위치의 중앙부에 쐐기형 차단벽을 설치하므로써, 냉각탑 내부에 소정의 작업공간을 형성하여 냉각탑 내부의 각종 장치들을 용이하게 보수점검 및 수리할 수 있도록 하는 동시에, 유입된 주위 공기의 상승 흐름이 원활하도록 유도하여 동력손실을 감소시키는 것이다.

도 1은 본 고안의 하이브리드형 냉각탑의 일실시예를 나타내는 개략적인 단면도.

도 2는 본 고안의 하이브리드형 냉각탑의 다른 실시예를 나타내는 개략적인 단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

12 : 팬 14 : 엘리미네이터

16 : 수분배장치 18 : 향류형 충진재

20 : 직교류형 충진재 22 : 루버

24 : 하부 수조 30 : 쐐기형 차단벽

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 하이브리드형 냉각탑은 고온의 냉각수를 분배하는 수분배장치와, 주위 공기와 냉각수와의 접촉면적을 넓히기 위해 수분배장치에서 분배된 냉각수가 흘러내리는 향류형 충진재와, 유입되는 주위 공기에 의해 냉각수가 비산되는 것을 방지하는 엘리미네이터와, 주위 공기를 유도하는 동시에 냉각탑 외부로 냉각수가 비산되는 것을 방지하는 루버와, 주위 공기를 강제로 유입하고 냉각수와의 열교환이 완료된 공기를 강제로 배출하는 팬과, 상기 충진재를 타고 흘러내리면서 냉각된 냉각수를 수집하는 하부 수조로 구성된 냉각탑에 있어서, 상기 루버의 내측으로, 그리고 상기 향류형 충진재의 하부면에 연이어 직교류형 충진재를 설치하여 냉각수의 열교환 면적을 확대하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 하이브리드형 냉각탑은 상기 향류형 충진재의 하부 및 상기 직교류형 충진재 중앙부에 쐐기형 차단벽을 설치하여 냉각탑 내부 하측에 소정 규모의 작업공간을 형성하는 동시에 주위 공기의 상승 흐름을 원활하게 유도하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 고안의 하이브리드형 냉각탑을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 하이브리드형 냉각탑의 일실시예의 구성을 나타내는 개략적인 단면도로서, 냉각탑의 내부를 상부와 하부로 구분하고 상부에는 향류형 충진재를 설치하고 하부에는 직교류형 충진재를 설치한 형태를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이 냉각탑의 최상부에는 루버를 통해 유입된 주위 공기를 열교환이 완료된 후 팬스택을 통해 강제로 배출하는 팬(12)이 설치되고, 팬(12)의 아래에는 강제로 배출되는 공기중에 포함된 물방울이나 수증기 등의 비산을 방지하는 엘리미네이터(14)가 설치되며, 엘리미네이터(14)의 하부에는 고온 상태의 냉각수를 분배하는 수분배장치(16)가 설치되는데, 이러한 수분배장치(16)로는 고온 상태의 냉각수가 공급되는 파이프(16a)와 이 파이프(16a)에 설치된 노즐(16b) 또는 스프링클러 등으로 구성된다.

수분배장치(16)의 하부에는 향류형 충진재(18)가 설치되고, 향류형 충진재(18)에 밀착되어 그 하부에 직교류형 충진재(20)가 설치되며, 직교류형 충진재(20)의 하부에는 충진재를 타고 흘러내리면서 냉각된 저온 상태의 냉각수가 수집되는 하부 수조(24)가 설치된다.

수분배장치(16)에서 분배된 고온의 냉각수는 향류형 충진재(18)를 타고 흘러내리면서 냉각탑(10) 외부에서 유입되어 직교류형 충진재(20)를 통과한 후의 주위 공기와 향류형으로 접촉하면서 1차 냉각되고, 다시 직교류형 충진재(20)를 타고 흘러내리면서 냉각탑(10) 외부에서 유입된 주위 공기와 접촉하여 2차 냉각된 후 하부 수조(24)로 모이게 된다.

또한, 직교류형 충진재(20)가 위치하는 부분의 외곽부에는, 즉 냉각탑(10)의 대략 중간부분부터 하부 수조(24)의 윗부분까지의 위치에는 냉각탑(10) 주위의 공기가 유입되는 방향을 유도하는 동시에 충진재를 타고 흘러내리는 물방울이 냉각탑(10) 외부로 비산되는 것을 방지하는 루버(22)가 설치된다.

한편, 하부 수조(24)에는 수집된 냉각수가 넘치는 것을 방지하는 플로우트 밸브(26)가 설치되고, 하부 수조(24)의 하단에는 하부 수조(24)에 수집된 냉각수를 순환시키기 위한 순환배관(미도시)이 설치되며, 주위 공기와 접촉하면서 냉각수에 녹아든 먼지나 오염물질 등의 불순물을 여과하는 여과장치(미도시)가 냉각수 순환배관과 하부 수조(24) 사이에 설치된다.

상기한 본 고안의 하이브리드형 냉각탑(10)의 일실시예에 대한 구성을 참고로 하여 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉각수의 측면에서 발생하는 열교환 상황을 설명하면 다음과 같다.

냉동장치나 공조장치 또는 산업용 열교환장치(미도시)를 통과하여 고온이 된 상태의 냉각수는 수분배장치(16)를 통해 향류형 충진재(18)의 상부 전면에 걸쳐 폭넓게 분배되고, 고온 상태의 냉각수는 향류형 충진재(18)의 면을 따라 얇은 막을 형성하여 흘러내리면서 루버(22)를 통해 유입된 후 하부의 직교류형 충진재(20)를 통과한 주위 공기와 1차 열교환이 이루어지면서 1차 냉각되고, 이렇게 1차 냉각된 냉각수는 다시 향류형 충진재(18)의 하부에 위치한 직교류형 충진재(20)의 면을 따라 역시 얇은 막을 형성하여 흘러내리면서 냉각탑(10) 외부로부터 루버(22)를 통해 유입된 새로운 주위 공기와 2차 열교환이 이루어지면서 2차 냉각된 후 하부 수조(24)에 수집된다.

하부 수조(24)에 수집된 냉각수는 여과장치와 순환배관을 통해 다시 냉동장치나 공조장치 또는 산업용 열교환장치로 공급되어 사용된다.

상기한 내용을 주위 공기의 측면에서 발생하는 열교환 상황으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 냉각탑(10) 상부의 팬(12)에 의해 냉각탑(10) 외부에서 내부로 루버(22)를 통해 강제 유입된 새로운 주위 공기는 향류형 충진재(18)를 타고 흘러내리면서 냉각된 후 하부의 직교류형 충진재(20)를 타고 흘러내리는 다소 저온 상태의 냉각수와 1차적으로 열교환되면서 직교류형 충진재(20)를 통과하여 1차 가열되고, 연이어 상부의 향류형 충진재(18)를 타고 흘러내리는 고온 상태의 냉각수와 2차적으로 열교환되면서 2차 가열된 후 냉각탑(10) 상부의 팬스택을 통해 냉각탑(10) 외부로 강제 배출된다.

따라서, 상기와 같이 상부의 향류형 충진재(18)와 하부의 직교류형 충진재(20)에 의해 2단계에 걸쳐 열교환 작업이 수행되므로 냉각탑(10)의 냉각성능 이 종래에 비해 향상됨은 당연하다.

도 2는 본 고안의 하이브리드형 냉각탑(10)의 다른 실시예의 구성을 나타내는 개략적인 단면도로서, 향류형 충진재(18)의 하부에 설치되는 직교류형 충진재(20)의 중앙부에 쐐기형 차단벽(30)을 설치한 형태를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이 향류형 충진재(18)의 바닥면 중심을 꼭지점으로 하는 쐐기형 차단벽(30)이 직교류형 충진재(20) 중앙부에 하부 수조(24)가 위치하는 부분까지 설치되고, 이에 의해 쐐기형 차단벽(30) 내부로 소정 크기의 작업공간(S)이 형성된다.

상기 쐐기형 차단벽(30)은 사람이 들어가 작업할 수 있는 정도의 작업공간(S)을 형성하는데, 이러한 작업공간(S)은 냉각탑(10)의 내부 및 하부 수조(24)에 설치되는 플로우트 밸브(26)나 하부 수조(24)의 하단쪽으로 설치되는 각종 장치, 예를 들어 냉각수 여과장치 또는 순환배관 등의 설비를 보수 점검하거나 수리할 때 작업이 용이하도록 하는 장점을 가지고 있다.

또한, 상기 쐐기형 차단벽(30)이 쐐기형으로 형성되면 냉각탑(10) 양측에서 루버(22)를 통해 유입되는 주위 공기가 직교류형 충진재(20)에서 열교환을 하면서 상부로 상승할 때 직교류형 충진재(20)의 중앙부분에서 서로 맞부딪치면서 난류를 형성하거나 수평방향으로 유입된 주위 공기가 향류형 충진재(18)를 향해 수직방향으로 흐르기 위해 급격히 방향을 전환해야 하는 등의 기류의 불안정한 흐름이 발생하는 것이 방지되고, 오히려 쐐기형 차단벽(30)의 경사면을 따라 주위 공기의 방향전환에 따른 상승 흐름, 즉 기류의 상승 흐름이 원활해진다.

상기와 같은 쐐기형 차단벽(30)에 의해 기류의 정압손실을 줄일 수 있으므로 동력손실을 줄일 수 있고 팬 등의 동력장치에 대한 과부하를 막을 수 있다.

상기와 같은 본 고안의 하이브리드형 냉각탑은 냉각탑 내부의 상하부에 각각 향류형 충진재와 직교류형 충진재이 2단으로 혼합 설치되므로 열교환 면적이 크게 확대되고, 이에 따라 종래의 향류형 냉각탑 또는 직교류형 냉각탑과 비교할 때 동일한 수량을 공급하는 경우 보다 더 냉각된 냉각수를 얻을 수 있는 등 그 냉각성능이 크게 향상된다.

또한, 본 고안의 하이브리드형 냉각탑과 같이 하부의 직교류형 충진재가 설치된 위치의 중앙부에 쐐기형 차단벽이 설치되면 냉각탑 내부에 소정 작업공간이 형성되므로 냉각탑 내부의 각종 장치들에 대한 보수점검 및 수리가 용이해지고, 쐐기형 차단벽이 주위 공기의 흐름을 안내함에 따라 주위 공기의 흐름이 원활하여 동력손실이 줄어든다.

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 하이브리드형 냉각탑을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하 실용신안등록청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 사상에 속한다 할 것이다.

Claims (2)

1. 고온의 냉각수를 분배하는 수분배장치와, 주위 공기와 냉각수와의 접촉면적을 넓히기 위해 상기 수분배장치에서 분배된 냉각수가 흘러내리는 향류형 충진재와, 유입되는 주위 공기에 의해 냉각수가 비산되는 것을 방지하는 엘리미네이터와, 주위 공기를 유도하는 동시에 냉각탑 외부로 냉각수가 비산되는 것을 방지하는 루버와, 주위 공기를 강제로 유입하고 냉각수와의 열교환이 완료된 공기를 강제로 배출하는 팬과, 상기 충진재를 타고 흘러내리면서 냉각된 냉각수를 수집하는 하부 수조로 구성된 냉각탑에 있어서, 상기 루버의 내측으로, 그리고 상기 향류형 충진재의 하부면에 연이어 직교류형 충진재를 설치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 향류형 충진재의 하부 및 상기 직교류형 충진재의 중앙부에 쐐기형 차단벽을 설치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 냉각탑.