KR20130060694A

KR20130060694A - 냉각탑

Info

Publication number: KR20130060694A
Application number: KR1020110126893A
Authority: KR
Inventors: 안상준
Original assignee: 안상준
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10

Abstract

본 발명은 밀폐형 냉각탑에 공급되는 냉매의 공급구조를 개선하여 냉매의 열교환율을 개선시키는 냉각탑에 관한 것으로, 외부공기가 유입 및 토출되는 공기유입구 및 공기토출구가 형성되는 냉각탑하우징과; 상기 냉각탑 하우징 상부에 장착되는 팬과; 싱기 냉각탑 하우징 내부에 형성되며, 상기 팬의 하측에 위치하는 열교환부와; 상기 열교환부에 위치하여 냉각수를 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 결합되어 냉각수를 상기 분사노즐에 공급하는 냉각수 공급관과, 상기 냉각탑 하우징의 하부에 위치하며 상기 분사노즐에 의하여 분사된 냉각수가 포집되는 냉각수수조와; 상기 냉각수수조와 상기 냉각수 공급관을 연통시키는 냉각수 순환관과, 상기 냉각수순환관에 형성되어 상기 냉각수수조에 포집된 냉각수를 상기 냉각수 순환관으로 공급하는 순환펌프를 포함하는 냉각수 공급부와; 상기 냉각수수조를 경유하여 상기 열교환부에 냉매를 공급하여 상기 냉매를 냉각시키는 냉매공급관과, 상기 냉매공급관과 연통되며 상기 열교환부를 지나며 외부공기와 열교환하여 상기 냉매를 냉각시키는 냉매열교환관과, 상기 냉매열교환관의 냉매를 외부의 냉각시스템으로 배출시키는 냉매배출관을 포함하는 냉매순환부를 포함하는 냉각탑을 제공한다.

Description

냉각탑{Cooling tower}

본 발명은 냉각탑에 관한 것으로, 더 상세하게는 밀폐형 냉각탑에 공급되는 냉매의 공급구조를 개선하여 냉매의 열교환율을 개선시키는 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화설비 및 냉동, 냉장장치 등에서 냉동기나 산업용 열교환기기는 제거되어야 하는 폐열을 수반하며, 이 폐열을 제거하기 위해서는 냉각매체를 이용하여 폐열을 대기로 방출하여야한다. 냉각장치는 피 냉각 유체보다 온도가 낮은 대기상의 공기를 강제 대류 시켜 현열냉각을 하는 공랭식 냉각기와 냉각수와 공기의 직접접촉에 의한 현열냉각 및 증발잠열을 이용하여 냉각하는 냉각탑으로 구분되며 냉각탑은 어떤 다른 냉각장치보다 경제적이고 냉각효과가 크기 때문에 널리 사용되고 있다.

이러한 냉각탑은 개방형 냉각탑과 밀폐형 냉각탑으로 분류된다. 이 중 개방형 냉각탑은 유입되는 냉각수를 외부공기중에 살수하여 외부공기와 직접 열교환시키는 구조로 이루어진다.

그러나 개방형 냉각탑은 냉각수가 외부공기와 직접 열교환되는 구조로 이루어지므로 냉각수에 이물질이 유입된다는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점으로 인하여 밀폐형 냉각탑이 근래들어 주목을 받고 있다.

도 1은 공개특허 2002-0095621호에서 개시된 종래의 밀폐형 냉각탑의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 밀폐형 냉각탑은 하우징, 파이프 코일 송풍기 살수부재, 집수조 및 펌프를 구비한다.

밀폐형 냉각탑(10)의 외부에서 파이프 코일(30)의 하부로 유입되는 냉각수는 하우징(20)의 내부를 통과한 후 외부로 유출되어 열교환 장치(도시되지 않음)로 다시 유입된다. 이는 개방형 냉각탑과는 달리, 밀폐형 냉각탑(00)이 냉각수를 냉각하는 과정에서 냉각수와 외부 공기와의 접촉은 없다.

밀폐형 냉각탑(10)에서의 냉각과정으로 건식과 습식이 있다. 건식 과정에 의하면, 송풍기(40)에 의해 냉각탑 하우징(20) 내부로 유입되고 파이프 코일(30)을 거치면서 냉각수의 열을 흡수한 후 엘리미네이터(eliminater:25) 통과하여 외부로 방출된다. 냉각탑(100)의 내부를 통과하는 공기의 양은 오직 송풍기(40)의 출력을 변환함으로써 제어될 수 있다.

습식 과정에 의하면, 하우징(20)의 상부에 설치된 살수 부재(50)에서 하방으로 파이프 코일(30)에 물을 살수함으로써 파이프 코일(30) 안을 흐르는 냉각수 온도를 낮춘다. 파이프 코일(30)에서 열을 흡수한 물은 하우징(20) 하부의 집수조(60)에 집수되고 펌프(65)에 의해서 살수 부재(50)로 다시 유입되어 재순환을 한다.

하지만, 종래의 밀폐형 냉각탑은 냉각수를 외부의 공기 및 이물질로부터 차단한다는 특성이 있지만, 직접적이 아닌 간접적인 열교환을 통하여 열이 전달되므로 열전달 효율이 개방형 시스템에 비하여 대체적으로 낮다. 따라서, 밀폐형 냉각탑의 경우 열전달 효율의 개선이 필요하다는 문제점을 가진다.

본 발명은 상술한 종래 밀폐형 냉각탑의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열교환부로 공급되는 냉매의 공급구조를 개선함으로써 냉매의 냉각효율을 향상시키는 냉각탑을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 외부공기가 유입 및 토출되는 공기유입구 및 공기토출구가 형성되는 냉각탑하우징과; 상기 냉각탑 하우징 상부에 장착되는 팬과; 싱기 냉각탑 하우징 내부에 형성되며, 상기 팬의 하측에 위치하는 열교환부와; 상기 열교환부에 위치하여 냉각수를 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 결합되어 냉각수를 상기 분사노즐에 공급하는 냉각수 공급관과, 상기 냉각탑 하우징의 하부에 위치하며 상기 분사노즐에 의하여 분사된 냉각수가 포집되는 냉각수수조와; 상기 냉각수수조와 상기 냉각수 공급관을 연통시키는 냉각수 순환관과, 상기 냉각수순환관에 형성되어 상기 냉각수수조에 포집된 냉각수를 상기 냉각수 순환관으로 공급하는 순환펌프를 포함하는 냉각수 공급부와; 상기 냉각수수조를 경유하여 상기 열교환부에 냉매를 공급하여 상기 냉매를 냉각시키는 냉매공급관과, 상기 냉매공급관과 연통되며 상기 열교환부를 지나며 외부공기와 열교환하여 상기 냉매를 냉각시키는 냉매열교환관과, 상기 냉매열교환관의 냉매를 외부의 냉각시스템으로 배출시키는 냉매배출관을 포함하는 냉매순환부를 포함하는 냉각탑을 제공한다.

바람직하게, 상기 열교환부는, 상기 분사노즐에 의하여 분사된 냉각수가 흐르는 냉매유로 및 상기 공기유입구로부터 유입되는 공기의 유로를 형성하는 다수개의 방열판으로 이루어지며, 상기 냉매열교환관은 상기 방열판을 관통하여 형성되거나, 상기 냉매열교환관이 상기 방열판의 하측에 위치하는 냉각탑을 제공한다.

더 바람직하게 본 발명은, 상기 열교환부에 구비되어 상기 방열부로부터 배출되는 공기에 수분을 제거하며, 상기 열교환부로부터 배출되는 공기를 유도하는 1차유로, 상기 1차유로로부터 상방 대각선 방향으로 경사지게 형성되는 2차유로, 및 상기 2차유로로부터 상기 냉각탑 하우징의 내부 방향으로 상기 2차유로의 경사에 비하여 완만한 경사가 형성되는 3차유로가 형성되는 엘리미네이터를 더 포함한다.

본 발명에 의한 냉각탑은, 열교환부에 공급되는 냉매의 공급유로를 개선하여 냉매가 냉각탑의 저수조에 저장되는 냉각수에 의하여 미리 1차로 냉각되는 공정을 구비함으로써 전체적인 냉각효율이 향상된다는 장점을 가진다.

또한 본 발명에 의한 냉각탑은, 엘리미네이터의 형상 개선으로 공기에 포함된 수분 제거가 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 종래 밀폐형 냉각탑의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각탑의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각탑의 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 엘리미네이터의 정면을 나타내는 부분 단면도,
도 5은 도 3에 나타낸 엘리미네이터의 상면을 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각탑의 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각탑(100)은, 냉각탑 하우징(110), 팬(113), 열교환부(120), 냉각수 공급부(130), 냉매공급부(140) 및 엘리미네이터(150)로 이루어진다.

상기 냉각탑 하우징(110)은 외부공기가 유입되는 공기유입구(111)가 좌우측에 각각 형성되며, 상부에는 공기가 토출되는 공기토출구(112)가 형성된다.

상기 공기유입구의 외측에는 유입되는 외부공기를 가이드하는 루버가 형성된다.

상기 공기토출구에 대응하는 상기 냉각탑 하우징의 상부에는 팬(113)이 장착된다. 상기 팬(113)은 상기 냉각탑 하우징의 내부공기를 상부 외측으로 토출시킨다.

그리고 상기 열교환부(120)는 상기 냉각탑 하우징 내부에 장착되며, 상기 팬의 하측에 위치한다. 상기 열교환부는, 다수개의 방열판(121)으로 이루어진다.

다수개의 상기 방열판(121)의 사이로 상기 공기유입구로부터 유입된 공기는 이동하게 되며, 상기 방열판의 표면을 따라 냉각수가 이동하게 된다. 즉, 상기 방열판은 상기 공기유입구로부터 유입된 공기가 유동하는 공기의 유로 및 냉각수 유로를 형성한다.

한편, 상기 냉각수 공급부(130)은, 분사노즐(131), 냉각수 공급관(132), 냉각수수조(133), 냉각수 순환관(134)과 순환펌프(135)로 이루어진다.

상기 분사노즐(131)은 열교환부에 위치하며, 냉각수를 상기 방열판 측으로 분사한다. 상기 분사노즐은 상기 방열판 상측에 위치하는 냉각수 공급관(132)에 구비되며 상기 냉각수 공급관(132)에 의하여 공급되는 냉각수를 상기 방열판(121)에 분사한다.

그리고 상기 냉각탑 하우징의 하부에는 냉각수 수조(133)가 구비된다. 상기 냉각수 수조(133)는 내부에 공간이 형성되며 상면이 개구된 형상으로, 상기 방열판(121)에 분사된 냉각수가 하측으로 이동하여 포집되는 공간으로 상기 방열판(121)의 하부에 형성된다.

상기 냉각수 수조의 일측에는, 일단이 상기 냉각수수조와 연통되고, 타단은 상기 냉각수 공급관과 연통되는 냉각수 순환관(134)이 형성된다. 상기 냉각수 순환관은 하측의 냉각수 수조의 냉각수를 상측의 냉각수 공급관에 공급하는 유로 역할을 하는 것이다. 그리고 상기 냉각수 순환관에는 상기 냉각수 수조의 냉각수를 상기 냉각수 공급관으로 이동시키는 순환펌프(135)가 장착된다.

그리고 상기 냉매순환부(140)는, 냉매공급관(141), 냉매열교환관(), 냉매순환부로 이루어진다.

상기 냉매공급관은, 외부 냉방시스템(미도시)의 팽창밸브에 연통되며, 가열된 냉매를 상기 열교환부로 공급한다. 상기 냉매공급관은 상기 냉각수수조에 침지된 상태로 장착되어 상기 냉각수수조에 포집된 냉각수에 의하여 상기 냉매공급관의 냉매가 1차로 냉각되도록 한다.

상기 냉매열교환관은 상기 냉매공급관과 연통되며, 상기 방열판을 관통하며 지그재그 형상으로 배열된다. 냉매는 상기 냉매열교환관을 통과하며 상기 방열판을 통하여 유입되는 공기와 열교환하여 냉각됨과 동시에 상기 분사노즐에 의하여 분사되는 냉각수와 열교환하여 냉각된다.

상기 냉매배출관은 일단이 상기 냉매열교환관과 연통되며 타단은 외부(외부 냉방시스템의 압축기 측)에 형성되어 상기 냉매열교환관을 통과한 냉매를 냉각탑 외부로 토출시킨다.

그리고 도 4,5를 참조하면, 상기 엘리미네이터(150)는 상기 방열판(121)으로부터 배출되는 공기가 유입되는 1차유로(151)와, 상기 1차유로(151)로부터 상측 방향의 대각선 방향으로 경사지게 형성되는 2차유로(152) 및 상기 2차유로(152)로부터 상기 냉각탑하우징(110)의 내부 방향으로 경사지게 형성되는 3차유로(153)를 포함한다.

따라서 상기 엘리미네이터(150)는 단순히 유로 내부에서 공기의 진행방향을 변화시키는 형상이 아니라, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 2차유로(132)의 상·하 방향으로 경사가 형성되고, 도 5에서 보는 바와 같이 전·후 방향으로도 경사가 형성되어 3차원 적으로 공기의 진행방향을 변환하기 때문에 유동하는 공기가 상기 1차유로(131) 내지 3차유로(133) 내면에서 전체적으로 충돌이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

이러한 구조로 인하여, 상기 엘리미네이터(150)는 상기 방열판(121)의 내측에서 상기 1차유로(151)와 연통하도록 배치되고, 상기 2차유로(152) 및 상기 3차유로(153)를 통과하면서 상기 방열판(121)으로부터 배출되는 공기에 포함된 수분을 효과적으로 제거한다.

이때 상기 3차유로(133)는 상기 2차유로(132)에 비하여 그 경사각도가 완만하게 형성되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각탑(100)의 작동방법에 관해 설명한다.

상기 냉각탑(100)은 상기 공기유입구(111)를 통하여 상기 냉각탑하우징(110) 내측으로 공기가 유입된다. 이는 상기 공기토출구(112)에 형성된 팬에 의하여 발생되는 흡입 압력으로 이루어지며, 열교환을 마친 공기는 상기 공기토출구를 통하여 배출된다.

상기 공기유입구(111)를 통하여 유입되는 공기는 상기 열교환부(120)의 방열판으로 공급되고, 상기 방열판(121)의 사이에 형성된 상기 공기유로를 통하여 유동하며, 상기 냉매열교환관을 지나는 냉매와 열교환하여 냉매의 온도를 감소시킴과 동시에 상기 분사노즐에 의하여 상기 방열판에 공급된 냉각수와도 열교환하며 상기 냉각수를 냉각시킨다.

상기 방열판(121)을 통과한 공기는 상기 엘리미네이터(150)를 통과하면서 공기에 포함된 수분이 제거된다. 상기 1차유로(131)를 통과한 공기는 상기 2차유로(132) 내면에 충돌하며 수분이 제거되고, 상기 3차유로(133)에서 한 번 더 충돌하여 수분이 제거되며 상기 배출구(112)를 통하여 외부로 배출된다. 이는 상기 배출구(112)를 통하여 수분이 비산하는 것을 방지하고, 제거된 수분을 포집하여 냉각수로 재사용 할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 냉매공급관을 통하여 공급되는 냉매는 상기 냉각수수조를 통과하며 상기 냉각수수조에 포집된 냉각수와 열교환하여 1차로 냉각된다. 상기 냉각수수조의 냉각수에 의하여 1차로 냉각된 냉매는 상기 냉매열교환관으로 공급된다. 상기 냉매열교환관으로 공급된 냉매는 상기 냉매열교환관에서 상기 공기유입구를 통하여 공급된 공기 및 상기 분사노즐에 의하여 공급된 냉각수와 열교환되어 2차 냉각된다. 이에 따라 열교환부에서만 냉매가 냉각되던 종래의 냉각탑에 비하여 냉매의 냉각효율을 더 향상된다.

그리고 2차 냉각된 냉매는 냉매배출관을 통하여 외부(냉방시스템의 압축기측)로 토출된다.

마지막으로 냉각수의 순환과정을 살펴보면, 냉각수는 냉각수 공급관을 통하여 분사노즐로 공급되며, 상기 분사노즐에 의하여 상기 방열판으로 분사된다. 상기 방열판으로 분사된 냉각수는 상기 방열판에 유입된 외부공기에 의하여 냉각됨과 동시에 상기 냉매열교환관을 통과하는 냉매와 열교환하여 상기 냉매를 냉각시킨다.

그리고 상기 방열판을 통하여 하부로 유입된 냉각수는 상기 방열판의 하측에 형성된 냉각수 수조에 포집된다. 상기 냉각수수조에 포집된 냉각수는 상기 냉각수수조에 침지된 상태로 형성된 냉매공급관의 내부에서 유동하는 냉매를 1차 냉각시킨다. 그 후 상기 냉각수 수조에 저장된 냉각수는 상기 순환펌프에 의하여 상기 냉각수순환관을 통하여 상기 냉각수 공급관으로 재이동하며, 다시 분사노즐로 공급된다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각탑의 단면도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각탑은 대향류 밀폐형 냉각탑으로, 상기 냉매열교환관이 상기 방열판의 하측에 위치한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 냉각탑은,대향류 밀폐형 냉각탑으로, 상술한 본 발명의 제1실시예의 직교류형 냉각탑과 대부분의 구성은 동일하므로, 이하 동일한 구성에 대하여는 이하 설명을 생략하고, 상이한 구성에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 냉각탑은 제1실시예의 직교류형 냉각탑과 열교환부(220)와 냉매공급관(241)의 구조 및 공기의 유동구조가 상이하므로 이에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 냉각탑(200)은, 공기유입구(211)로부터 유입된 공기가 냉매열교환관(242)으로 우선 유동하여 상기 냉매열교환관(242)의 냉매를 냉각시킨다. 그 후 상기 냉매열교환관(242)의 상측에 장착된 방열판(221)으로 이동하며 이 경우 상기 방열판(221)에서 상기 분사노즐(231)에 의하여 공급되는 냉각수를 냉각시킨다. 상기 냉각수를 냉각시킨 공기는 상부의 공기토출구(212)로 이동하여 외부로 배출된다.

상기 냉매열교환관(242)은 상기 방열판(221)의 하부에 위치한다. 그리고 상기 냉매공급관(241)은 상기 냉각탑 하우징(210) 하부에 형성된 냉각수수조(233)에 침지되도록 형성된다. 이에 따라 냉매는 상기 냉매열교환관으로 공급되기 전에 냉각수수조(233)의 냉각수에 의하여 미리 1차 냉각된 후 상기 냉매열교환관으로 이동하여 2차 냉각되므로 냉매의 냉각효율이 향상된다는 장점을 가진다. 상기 냉매열교환관(242)은 상기 냉매공급관(241)과 연통되며 상기 냉매공급관(241)으로부터 연장되어 상기 방열판(221)의 하부에 형성된다.

한편, 냉각수는 냉각수 공급관(232) 및 분사노즐(231)을 통하여 상기 방열판(241)에 분사되며, 상기 방열판(241)에 분사된 후 공기 및 상기 냉매열교환관(242)의 냉매와 열교환한 후 냉각수수조(233)에 포집된다. 상기 냉각수수조(233)에 포집된 냉각수는 냉각수수조(233)를 지나는 냉매공급관(241)의 냉매를 1차 냉각시킨 후 순환펌프(235) 및 냉각수순환관(234)을 통하여 냉각수 공급관으로 재공급된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 냉각탑 110 : 냉각탑 하우징
111 : 공기유입구 112 : 공기토출구
120 : 열교환부 121 : 방열판
130 : 냉각수공급부 131 : 분사노즐
132 : 냉각수공급관 133 : 냉각수 수조
140 : 냉매공급부 141 : 냉매공급관
150 : 엘리미네이터

Claims

외부공기가 유입 및 토출되는 공기유입구 및 공기토출구가 형성되는 냉각탑하우징과;
상기 냉각탑 하우징 상부에 장착되는 팬과;
싱기 냉각탑 하우징 내부에 형성되며, 상기 팬의 하측에 위치하는 열교환부와;
상기 열교환부에 위치하여 냉각수를 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐에 결합되어 냉각수를 상기 분사노즐에 공급하는 냉각수 공급관과, 상기 냉각탑 하우징의 하부에 위치하며 상기 분사노즐에 의하여 분사된 냉각수가 포집되는 냉각수수조와; 상기 냉각수수조와 상기 냉각수 공급관을 연통시키는 냉각수 순환관과, 상기 냉각수순환관에 형성되어 상기 냉각수수조에 포집된 냉각수를 상기 냉각수 순환관으로 공급하는 순환펌프를 포함하는 냉각수 공급부와;
상기 냉각수수조를 경유하여 상기 열교환부에 냉매를 공급하여 상기 냉매를 냉각시키는 냉매공급관과, 상기 냉매공급관과 연통되며 상기 열교환부를 지나며 외부공기와 열교환하여 상기 냉매를 냉각시키는 냉매열교환관과, 상기 냉매열교환관의 냉매를 외부의 냉각시스템으로 배출시키는 냉매배출관을 포함하는 냉매순환부를 포함하는 냉각탑.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환부는, 상기 분사노즐에 의하여 분사된 냉각수가 흐르는 냉매유로 및 상기 공기유입구로부터 유입되는 공기의 유로를 형성하는 다수개의 방열판으로 이루어지며,
상기 냉매열교환관은 상기 방열판을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
청구항 2에 있어서,
상기 열교환부에 구비되어 상기 방열부로부터 배출되는 공기에 수분을 제거하며,
상기 열교환부로부터 배출되는 공기를 유도하는 1차유로, 상기 1차유로로부터 상방 대각선 방향으로 경사지게 형성되는 2차유로, 및 상기 2차유로로부터 상기 냉각탑 하우징의 내부 방향으로 상기 2차유로의 경사에 비하여 완만한 경사가 형성되는 3차유로가 형성되는 엘리미네이터를 더 포함하는 냉각탑.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환부는, 상기 분사노즐에 의하여 분사된 냉각수가 흐르는 냉매유로 및 상기 공기유입구로부터 유입되는 공기의 유로를 형성하는 다수개의 방열판으로 이루어지며,
상기 냉매열교환관은 상기 방열판의 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.