KR200400316Y1 - 밀폐형 쿨링타워의 살수장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 밀폐형 쿨링타워에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수의 순환이 밀폐된 열교환기 내에서만 이루어지도록 하고, 이를 강제송풍에 의해 냉각하는 송풍팬과, 물을 살수하여 냉각수를 냉각하는 분사노즐을 포함하는 밀폐형 쿨링타워에 있어서, 상기 열교환기는 일정한 각도로 기울어져 배치되고, 상기 기울어진 열교환기의 기울어진 아래쪽에 살수를 위한 상기 분사노즐이 구비되고, 상기 기울어진 열교환기의 상부에 위치하고 위쪽으로 송풍하는 송풍팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워에 관한 것이다.

이와 같은 본 고안을 통하여 분무된 미립자의 물을 열교환기의 전열면적에 고르게 분포시키고, 분무에 따라 발생하는 미세물방울이 다시 열교환기에 부착되도록 하여 증발잠열을 유도하므로 열교환의 효율증대를 극대화 시키고, 종래의 냉각탑에 살수된 물의 비산을 방지하고자 부가적으로 설치된 엘리미네이터의 용도를 열교환기가 그 역할을 담당하므로 별도의 비산방지 대책이 필요 없어서 장비면적의 축소와 중량 감소에도 기여하는 효과가 있다.

Description

밀폐형 쿨링타워의 살수장치{Water spray apparatus of closed circuit type cooling tower}

본 고안은 밀폐형 쿨링타워에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분무된 미립자의 물을 열교환기의 전열면적에 고르게 분포시키고, 분무에 따라 발생하는 미세물방울이 다시 열교환기에 부착되도록 하여 증발잠열을 유도하므로 열교환의 효율증대를 극대화 시키고, 종래의 냉각탑에 살수된 물의 비산을 방지하고자 부가적으로 설치된 엘리미네이터의 용도를 열교환기가 그 역할을 담당하므로 별도의 비산방지 대책이 필요 없어서 장비면적의 축소와 중량 감소에도 기여하는 밀폐형 쿨링타워에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 쿨링타워라 함은 냉각수(반드시 냉각수만을 한정하는 것이 아니고 물 등을 포함하는 냉각의 대상이 되는 물질(냉매) 등도 이에 해당할 수 있다.)가 외기로 노출되지 않고 밀폐된 순환회로에 의하여 순환되는 형태의 냉각장치에서 이러한 냉각수를 냉각시키는 역할을 수행하는 장치를 말하는 것으로 이와 반대되는 개념으로는 개방형 쿨링타워를 들 수 있다.

따라서 밀폐형 쿨링타워의 경우는 냉각수가 순환되는 밀폐관이 있고 이를 냉각 시키는 별도의 냉각장치가 구비되어진다.

일반적으로 사용되는 밀폐형 쿨링타워의 경우는 도 1에 도시한 바와 같은 구성을 가진다. 즉, 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환관의 경우에 단순한 파이프형태인 나관형태의 열 교환 파이프를 사용하고 이를 도시한 바와 같이 여러 층으로 수직배열한 후 관내부에는 냉각수를 통과 시키고, 관외부에는 강제 송풍에 의한 대류 냉각을 유도 하고 있으며, 냉각수의 온도 상승 등에 따른 부하 변동이 있는 경우에는 도시한 바와 같이 살수용수 공급관을 통하여 상기 공급관의 끝단에 위치한 노즐을 통하여 상부에서 물을 살수하여 냉각수 순환관 외부에 물의 증발을 유도하여 냉각수의 냉각을 촉진하는 방식을 사용하고 있다. 또한 상기 살수는 상기와 같이 간헐적으로 이루어질 수도 있고, 상시적으로 이루어지거나 일정한 시간 간격으로 계속적으로 이루어질 수도 있다.

이 과정에서 상기 살수되는 물은 초기에 강한 압력을 가지고 분사되는데 이 경우에 분사된 물이 열교환기에 충돌하면서 미세한 물방울이 형성되며 이는 곧바로 상부로 유도되어 분출되는 송풍팬의 기류에 의하여 냉각에 참여하지 못하고 바로 외부로 배출되게 되어 냉각효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한 이와 같은 미세 물방울과 함께 낙하되는 물방울중의 일부도 상기 상부로 유도되어 분출되는 송풍팬의 기류에 의해 미세한 입자의 형태로 부상하게 되어 냉각탑 밖으로 비산하게 된다. 따라서 이와 같은 비산입자를 제거하고자 종래의 냉각탑 상부에는 도 1의 살수용수 공급관 상부에 도시한 바와 같은 엘리미네이터(eliminator)를 부가적으로 설치해야 하는 단점이 있다.

이외에도 나관형태의 열교환기는 표면적이 적어서 하단부로 낙수 되는 굵은 입자의 물방울이 열교환기 표면에 체류하는 시간이 짧아 충분한 냉각효율을 기대하기 어려운 문제점이 있으며, 물의 살수방향과 중력방향이 동일하여 자중에 의하여 다수의 냉각수 순환관에 물을 공급할 수 있는 장점을 가지지만 반대로 각 냉각수 순환관의 관점에서는 물과 냉각수 순환관의 접촉시간이 짧아 냉각효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 고안에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 살수용수를 미세화하고 효율적으로 활용하도록 하고, 열 교환 면적이 확대되고, 살수된 물의 잔류시간을 증대하여 소규모의 설비로도 동일한 열 교환 용량을 달성하여 설비제조비용을 절감하고 건축물의 건설비용 증대를 막을 수 있는 밀폐형 쿨링타워를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 고안의 다른 목적은 엘리미네이터와 같은 별도의 비산방지 대책을 필요로 하지 않으면서도 미세 물방울의 비산을 방지하여 장비면적의 축소와 중량 감소에 기여할 수 있는 밀폐형 쿨링타워를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은

냉각수의 순환이 밀폐된 열교환기 내에서만 이루어지도록 하고, 이를 강제송풍에 의해 냉각하는 송풍팬과, 물을 살수하여 냉각수를 냉각하는 분사노즐을 포함하는 밀폐형 쿨링타워에 있어서,

상기 열교환기는 일정한 각도로 기울어져 배치되고, 상기 기울어진 열교환기의 기울어진 아래쪽에 살수를 위한 상기 분사노즐이 구비되고, 상기 기울어진 열교환기의 상부에 위치하고 위쪽으로 송풍하는 송풍팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워를 제공한다.

이하 도면을 참고하여 본 고안을 상세하게 설명하도록 한다.

본 고안은 밀폐형 쿨링타워에 관한 것으로 냉각수의 순환이 밀폐된 열교환기 내에서만 이루어지도록 하고, 이를 강제송풍에 의해 냉각하는 송풍팬(3)과, 물을 살수하여 냉각수를 냉각하는 분사노즐(9)을 포함하는 밀폐형 쿨링타워에 있어서, 상기 열교환기(5, 6)는 일정한 각도로 기울어져 배치되고, 상기 기울어진 열교환기의 기울어진 아래쪽에 살수를 위한 상기 분사노즐(9)이 구비되고, 상기 기울어진 열교환기의 상부에 위치하고 위쪽으로 송풍하는 송풍팬(3)이 구비되어 구성된다.

이에 대한 바람직한 실시예는 도 2에 도시한 바와 같다. 즉, 일반적인 밀폐형 쿨링타워의 경우에 도 1에 도시한 바와 같이 가열되어진 냉각수의 냉각을 위하여 송풍팬(3)으로 대류냉각을 시키고, 이에 추가하여 살수를 실시하는데 이와 같은 살수는 도 1에 도시한 바와 같이 위에서 아래쪽으로 분사된다. 이는 분사된 물이 냉각수 순환관(5)에 많이 접촉하도록 하기 위하여 냉각수 순환관(5)의 상부에서 살수가 이루어지기 때문인데, 이에 따라 상기 분사는 중력방향으로 이루어지고 분사된 물은 자중에 의하여 떨어지면서 다수의 냉각수 순환관(5)과 접촉하게 된다. 그러나 중력방향과 분사방향이 동일하게 되므로 냉각수 순환관의 각각에 대해서는 물과 냉각수 순환관의 접촉시간이 줄어드는 문제가 있다. 따라서 본 고안은 이러한 점에 착안하여 물의 분사방향을 중력방향과 반대방향(반드시 정반대방향을 의미하는 것이 아니라 중력방향과 반대 성분을 가지는 방향)으로 구성하고, 대신에 다수의 냉각수 순환관(5)을 접촉하지 못하는 문제는 열교환기를 종래의 수평형태에서 도2에 도시한 바와 같이 일정한 각도로 기울어진 형태로 구성하고 상대적으로 상부쪽에 분사가 이루어지도록 하고 분사된 물이 냉각수 순환관을 타고 흘러내리도록 하여 이 문제를 해결한 것이다.

바람직하게는 상기 열교환기의 기울어진 일정한 각도는 20 내지 80 °인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 60 내지 80 °인 것이 물의 잔류시간 및 냉각수의 효율적인 사용측면에서 좋다. 또한 상기 분사노즐(9)은 열교환기의 기울어진 아래쪽에 다양한 개수와 각도 및 간격으로 구성할 수 있으며, 바람직하게는 상대적으로 상부쪽에 더 많은 개수를 가지는 것이 좋으며, 상기 열교환기에 수직한 방향 또는 이보다 상부로 분사되는 것이 좋다.

또한 상기 종래의 기술에서 기술한 바와 같이 기존의 밀폐형 쿨링타워는 살수되는 물이 초기에 강한 압력을 가지고 분사되어 열교환기에 충돌하면서 미세한 물방울이 형성되고 이것이 곧바로 상부로 유도되어 분출되는 송풍팬의 기류에 의하여 냉각에 참여하지 못하고 바로 외부로 배출되게 되어 냉각효율을 떨어뜨리는 문제가 있었지만 본 고안의 경우는 기류의 흐름은 그대로 하부에서 상부로 유지되도록 송풍팬(3)이 구성되지만 분사가 하부에서 이루어지므로 열교환기와의 충돌에 의해 형성된 미세한 물방울이 다시 기류를 타고 열교환기 쪽으로 이동하여 이에 접촉하게 되므로 상기 미세한 물방울이 냉각수의 냉각에 기여하여 냉각효율을 향상시키는 효과를 가진다.

뿐만 아니라 이와 같은 효과는 냉각효율의 개선뿐만 아니라 미세 물방울의 외부방출을 막으므로 이를 통하여 열교환기가 엘리미네이터의 기능을 수행하므로 별도의 엘리미네이터를 장착할 필요가 없는 효과를 얻을 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 열교환기는 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이 열교환기의 상기 냉각수 순환관(5)이 동일 평면내에서 평행하게 절곡되어지고, 냉각핀(6)은 상기 냉각수 순환관(5)에 대해 수직하게 배치되어 다수의 냉각수 순환관(5)을 동시에 결합하도록 구성되는 플레이트 핀 코일의 형태인 것이 좋다. 또한 상기 냉각핀은 평판형태인 것이 바람직하다. 이를 통하여 냉각수 순환관의 전열면적이 증대되며, 살수된 물이 평판형의 냉각핀(6)에 오랫동안 머무르게 되므로 냉각효율을 극대화할 수 있으며, 냉각수 순환관(5)의 부위별로 다른 온도를 균일하게 하여 냉각이 고르게 이루어지게 할 수 있으며, 냉각핀의 강성 및 냉각수 순환관의 강성을 증대하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 살수시에 물과의 충돌면적이 증대하여 분사된 물의 미세화에 크게 기여하게 되며, 미세 물방울이 다시 기류에 의하여 상승하는 경우에 이들을 쉽게 포집할 수 있는 포집면적도 증대되는 효과가 있다.

상기 냉각핀(6)의 연결은 동일 평면내의 1층으로 형성된 냉각수 순환관(5)을 결합하여 구성될 수도 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 동일 평면내의 2층의 절곡되어진 냉각수 순환관을 결합하여 구성할 수 있으며, 이외에도 다수층을 적층하여 이에 수직으로 배치되는 다수의 냉각핀으로 일체가 되도록 결합할 수도 있음은 물론이다.

상기 냉각수 순환관은 공지의 다양한 열전도율이 높은 금속으로 제조될 수 있으며 바람직하게는 내식성, 항균성 및 열전도도 측면에서 바람직한 구리(Cu)관을 사용하는 것이 좋으며, 상기 냉각핀도 공지의 다양한 열전도율이 높은 금속으로 제조될 수 있으며 바람직하게는 내식성, 항균성 및 열전도도 측면에서 바람직한 구리나 알루미늄 등을 사용하는 것이 좋다. 이에 대한 확대도면은 도 4에 도시한 바와 같다.

또한 상기와 같은 플레이트 핀 코일은 상기 기술한 바와 같이 냉각핀에 의하여 일체형으로 구성되어 하나의 단위로 구성되므로 각각을 독립적으로 분리 또는 결합할 수 있는 모듈단위로 구성하기가 용이하므로 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이 상기 열교환기는 최소한 2개의 상기 플레이트 핀 코일을 포함하고, 상기 플레이트 핀 코일은 하나 또는 다수의 플레이트 핀 코일을 1단위의 모듈로 하여 이들 간에는 서로 분리 및 결합이 가능한 결합구로 연결되는 모듈방식으로 결합하도록 구성할 수 있으며, 이를 통하여 수리 및 보수를 위한 플레이트 핀 코일만을 모듈별로 분해하여 수거하고, 거기에 새로운 플레이트 핀 코일 모듈을 결합하여, 유지 보수시에, 해당되는 모듈만을 분리하여 교체하는 방식을 취할 수 있으므로 유지보수가 간편한 장점이 있다.

또한 더욱 바람직하게는 상기 열교환기를 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이 상기 열교환기의 플레이트 핀 코일 모듈은 전후방향으로 나란하며, 아래쪽은 좁고, 위쪽은 넓은 간격으로 기울어져 배치되는 2개의 평면내에 배치되고, 상기 송풍팬(3)은 상기 플레이트 핀 코일 모듈의 위쪽 넓은 간격의 상부에 위치하는 형태로 구성하는 것이 좋다. 즉, 이에 대한 구체적인 예로는 도 2에 도시한 바와 같이 정면에서 보았을 때 V자 형상이 되도록 하는 것으로 정면에서 보았을 때 2개의 플레이트 핀 코일은 전후 방향으로 나란하게 배치되는데 그 간격이 상하 방향에 대하여 동일한 것이 아니라 도 2에 도시한 바와 같이 그 상부는 넓고, 하부는 좁은 형태이다. 이를 통하여 기존의 단순 적층식의 경우에는 인입되는 공기가 열교환기를 통과하면서 점점 온도가 올라가고 이에 따라 후단부에 위치하는 열교환기 부분에서는 냉각효율이 떨어지는 문제를 해결하여 전체적인 열교환기의 냉각이 균일하게 이루어지며, 상기 기술한 바와 같은 이유에 의하여 분사된 물이 재차 냉각에 활용되므로 냉각수의 사용효율이 높아지고 이에 따라 냉각효율이 우수하게 유지될 수 있고, 물이 열교환기 표면을 따라 흘러내림에 따라 장시간 열교환기 표면에 머무르게 되며, 엘리미네이터로서의 역할을 수행하게 된다. 또한 이러한 냉각이 이루어지기 위해서는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 2개의 플레이트 핀 모듈이 이루는 V자의 상부인 플레이트 핀 코일 모듈의 위쪽 넓은 간격의 상부에 송풍팬이 위치하게 된다.

또한 이와 같은 전후방향으로 서로 나란하며, 아래쪽은 좁고, 위쪽은 넓은 간격으로 기울어져 배치되는 2개의 평면내에 각각 배치되고, 상기 송풍팬(3)은 상기 플레이트 핀 코일 모듈의 위쪽 넓은 간격의 상부에 위치하는 구조는 반드시 상기 기술한 플레이트 핀 코일형 뿐만 아니라 공지의 다양한 형식의 열교환기로 구성되는 밀폐형 쿨링타워에 대하여 적용이 가능함은 물론이며, 이에 대한 구체적인 예로 상기 열교환기는 최소한 2개로 이루어져, 전후방향으로 서로 나란하며, 아래쪽은 좁고, 위쪽은 넓은 간격으로 기울어져 배치되는 2개의 평면내에 각각 배치되고, 상기 송풍팬은 상기 열교환기의 위쪽 넓은 간격의 상부에 위치하는 것을 들 수 있다.

이외에 상기 분사노즐(9)은 바람직하게는 미세한 물방울로 분사가 가능한 노즐인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 노즐구멍의 개도가 조정이 가능한 노즐을 채용함으로써 미세 물방울의 분무 및 분무량 조절이 가능하도록 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 밀폐형 쿨링타워에 따르면, 살수용수를 미세화하고 기류에 의하여 이를 효율적으로 활용하도록 하는 효과가 있으며, 열교환기의 전열면적이 확대되고, 살수된 물의 잔류시간을 증대하여 냉각효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또한 이를 통하여 소규모의 설비로도 동일한 열 교환 용량을 달성하여 설비제조비용을 절감하고 건축물의 건설비용 증대를 막을 수 있는 장점이 있다.

뿐만 아니라 열교환기가 물의 비산을 방지하므로 엘리미네이터와 같은 별도의 비산방지 대책을 필요로 하지 않으면서도 미세 물방울의 비산을 방지하여 장비면적을 축소하고, 중량을 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 고안의 상세한 설명, 실시예 및 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 고안의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

도1은 종래에 일반적으로 사용되는 전형적인 밀폐형 쿨링타워의 시스템 개략도를 도시한 도면이다.

도2는 본 고안의 밀폐형 쿨링타워에 대한 일 실시예를 개략적으로 도시한 시스템 개략도이다.

도3은 본 고안의 밀폐형 쿨링타워에 적용되는 열교환기의 일 실시예에 대한 모식도를 도시한 사시도이다.

도4는 본 고안에 적용되는 플레이트 핀 코일형 열 교환기의 일 실시예의 일부분을 절개하여 확대 도시한 사시도이다.

도5는 도2에 도시한 본 고안의 밀폐형 쿨링타워에 대한 일 실시예의 절개 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 살수용수 공급관 2 : 살수용수 공급 펌프

3 : 송풍기 4 : 수조

5 : 냉각수 순환관 6 : 냉각핀

7 : 관통공 8 : U자형 밴드

9 : 분사노즐

Claims (5)

1. 냉각수의 순환이 밀폐된 열교환기 내에서만 이루어지도록 하고, 이를 강제송풍에 의해 냉각하는 송풍팬과, 물을 살수하여 냉각수를 냉각하는 분사노즐을 포함하는 밀폐형 쿨링타워에 있어서,

   상기 열교환기는 일정한 각도로 기울어져 배치되고, 상기 기울어진 열교환기의 기울어진 아래쪽에 살수를 위한 상기 분사노즐이 구비되고, 상기 기울어진 열교환기의 상부에 위치하고 위쪽으로 송풍하는 송풍팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열교환기는 열교환기의 냉각수 순환관이 동일 평면내에서 평행하게 절곡되어지고, 냉각핀은 상기 냉각수 순환관에 대해 수직하게 배치되어 다수의 관을 동시에 결합하도록 구성되는 플레이트 핀 코일인 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워.
3. 제2항에 있어서,

   상기 열교환기는 최소한 2개의 상기 플레이트 핀 코일을 포함하고, 상기 플레이트 핀 코일은 하나 또는 다수의 플레이트 핀 코일을 1단위의 모듈로 하여 이들간에는 서로 분리 및 결합이 가능한 결합구로 연결되는 모듈 방식으로 결합한 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워.
4. 제3항에 있어서,

   상기 열교환기의 플레이트 핀 코일 모듈은 전후방향으로 서로 나란하며, 아래쪽은 좁고, 위쪽은 넓은 간격으로 기울어져 배치되는 2개의 평면내에 각각 배치되고, 상기 송풍팬은 상기 플레이트 핀 코일 모듈의 위쪽 넓은 간격의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열교환기는 최소한 2개로 이루어져, 전후방향으로 서로 나란하며, 아래쪽은 좁고, 위쪽은 넓은 간격으로 기울어져 배치되는 2개의 평면내에 각각 배치되고, 상기 송풍팬은 상기 열교환기의 위쪽 넓은 간격의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 쿨링타워.