KR20150139240A - 낙수를 이용하는 발전유닛을 갖춘 냉각탑 - Google Patents

Abstract

냉각탑이 개시된다. 이 냉각탑은, 측면 또는 하부의 공기 유입부와 상단의 공기 배출부를 포함하고, 내부에 물과 공기 간의 열교환이 이루어지는 공간을 한정하는 하우징; 상기 공기 유입부를 통한 공기의 유입과 상기 공기 배출부를 통한 공기의 배출을 위한 공기의 유동을 위해 제공되는 송풍팬; 상기 하우징의 내측 상부에 외부에서 도입된 고온의 물을 아래로 분사하는 물 분사부; 상기 하우징 내로 유입된 공기와 상기 물 분사부에 의해 분사된 물 사이에 열교환이 이루어지는 영역에 설치되는 필러; 상기 필러를 통과한 물을 집수하도록 상기 하우징의 하부에 배치되는 집수조; 및 상기 필러를 통과하여 상기 집수조로 떨어지는 물의 위치 에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 발전유닛을 포함하며, 상기 발전유닛은, 상기 필러와 상기 집수조 사이에 설치되어 물의 위치 에너지에 의해 회전력을 얻는 수차 회전부와. 상기 수차 회전부에서 발생한 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 발전부를 포함한다.

Description

낙수를 이용하는 발전유닛을 갖춘 냉각탑{COOLING TOWER WITH ELECTRIC GENERATING UNIT USING DROP WATER}

본 발명은 냉각탑에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 낙수를 이용하여 전기를 생산하는 발전유닛이 내부에 통합되어 이루어진 냉각탑에 관한 것이다.

일반적으로, 냉각탑은 응축기에서 열을 흡수하여 온도가 높아진 냉각수를 공기와 접촉시키고, 물의 증발잠열을 이용하여 냉각시켜 다시 사용할 수 있도록 하는 일종의 냉각수 재생 장치를 말한다. 통상, 냉각탑은 냉각수와 공기의 유동 형태에 따라 대향류형(counter flow type) 냉각탑과 직교류형(cross flow type) 냉각탑으로 구분된다.

대향류형 냉각탑의 경우, 대략 수직 상향 유동하는 공기와 수직 하향 유동하는 냉각수 사이의 열교환이 냉각탑 중간에 위치한 열교환 영역에서 이루어지고, 직교류형 냉각탑의 경우, 거의 수평으로 유동하는 공기와 수직하향으로 유동하는 냉각수 사이의 열교환이 냉각탑 중간에 위치한 열교환 영역에서 이루어진다.

대향류형 냉각탑과 직교류형 냉각탑 모두에 있어서, 냉각수와 공기 사이에 충분한 열교환이 이루어질 수 있도록, 열교환 영역에는 필러(filler), 특히, 플라스틱 필러가 채워지는 것이 일반적이다.

필러의 하부에는 공기와의 열교환을 마친 냉각수가 물방울 형태로 떨어져 모이는 집수조가 마련된다. 여러 개의 냉각탑을 병렬로 설치하는 경우, 하나의 통합된 집수조가 여러 냉각탑들의 필러 하부에 위치한다. 집수조에 모인 냉각수는 순환펌프의 구동 하에 라이저 파이프를 통해 냉각탑 내부의 필러 상부로 이동된 후 분배파이프에 형성된 분사노들을 통해 필러에 다시 스프레이된다.

한편, 필러를 거쳐 집수조로 낙하하는 물, 즉, 낙수는 동력으로 활용할 수 있을 정도로 큰 위치 에너지를 갖고 있다. 또한, 플랜트, 산업시설 또는 건출물 등에서, 냉각탑이 거의 쉬지 않고 가동되고 있다는 점에서, 동력 발생원으로서의 냉각탑 내 낙수의 가치는 크다. 이러함에도 불구하고, 종래 냉각탑에 있어서, 낙수는 큰 위치 에너지로 인해 집수조에 떨어질 때 소음을 야기하는 정도로만 여겨져 왔다. 낙수에 의한 소음을 저감하는 기술에 대한 연구가 이루어지기는 했지만, 낙수의 위치 에너지를 동력원 또는 전력 발생원으로 활용하려는 시도는 전혀 이루어지지 않았다.

대한민국 특허등록공보 제10-0602452호(2006. 07. 11. 등록) 대한민국 특허등록공보 제10-0446952호(2004. 08. 24. 등록)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 필러를 거쳐 집수조로 낙하하는 물로 수차를 회전시켜 발전을 위한 동력을 얻을 수 있는, 낙수를 이용하는 발전유닛을 갖춘 냉각탑을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 냉각탑은, 측면 또는 하부의 공기 유입부와 상단의 공기 배출부를 포함하고, 내부에 물과 공기 간의 열교환이 이루어지는 공간을 한정하는 하우징와; 상기 공기 유입부를 통한 공기의 유입과 상기 공기 배출부를 통한 공기의 배출을 위해 제공되는 송풍팬과; 상기 하우징의 내측 상부에 외부에서 도입된 고온의 물을 아래로 분사하는 물 분사부와; 상기 하우징 내로 유입된 공기와 상기 물 분사부에 의해 분사된 물 사이에 열교환이 이루어지는 영역에 설치되는 필러와; 상기 필러를 통과한 물을 집수하도록 상기 하우징의 하부에 배치되는 집수조와; 상기 필러를 통과하여 상기 집수조로 떨어지는 물의 위치 에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 발전유닛을 포함하며, 상기 발전유닛은, 상기 필러와 상기 집수조 사이에 설치되어 물의 위치 에너지에 의해 회전력을 얻는 수차 회전부와. 상기 수차 회전부에서 발생한 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 발전부를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 수차 회전부는, 상하가 오픈된 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 상단에 간격을 가지고 나란하게 설치된 복수의 경사 유도부와, 상기 복수의 경사 유도부 아래에 상기 복수의 경사 유도부에 대응되게 그리고 회전 가능하게 배치된 복수의 수차를 포함하며, 상기 복수의 수차 각각은 축과, 상기 축에 방사상으로 연결된 복수의 회전날개를 포함하며, 경사 유도부 각각은, 수차 각각의 상부에서 상기 수차의 축을 수직으로 통과하는 수직선을 기준으로 일측으로 치우쳐 위치하는 한편, 수평 방향으로 상기 수차의 일측 원주 끝 부근에서 수직 연장한 제1 지점으로부터 상기 수직선과 일치하거나 상기 수직선을 넘어선 제2 지점까지 경사지게 연장된 경사 유도면을 포함하며, 상기 수직선을 기준으로, 상기 수차의 상부 영역 중 일측 영역은 상기 경사 유도부에 의해 막혀 있고, 상기 수차의 상부 영역 중 타측 나머지 영역은 오픈된다.

일 실시예에 따라, 상기 경사 유도면 위로 메쉬 구조를 갖는 소음 저감부가 위치한다.

본 발명에 따른 냉각탑은, 기존에 필러를 거쳐 집수조로 낙하하여 그대로 손실되었던 물의 위치 에너지를 이용하여, 수차를 회전시키고, 그 수차 회전을 통해 전기 발전을 수행할 수 있으므로, 에너지 절감에 있어서 획기적인 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 냉각탑은 기존 냉각탑을 그대로 두고 수차 회전부를 포함하는 발전유닛을 내부에 설치하는 것만으로도 구현되므로, 기존 시설의 교체에 따른 경제적 부담이 없다는 추가적인 이점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 냉각탑은 메쉬 구조의 소음 저감부를 이용하여 물이 집수조로 낙하할 때 생기는 소음과, 물이 수차에 도달하기 전에 경사 유도부에 충돌할 때 야기되는 소음을 줄여줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙수를 이용하는 발전유닛을 갖춘 냉각탑을 개념적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각탑 내 발전유닛의 수차 회전부 도시한 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수차 회전부를 위에서 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑 내 발전유닛의 수차 회전부를 도시한 정면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙수를 이용하는 발전유닛을 갖춘 냉각탑을 개념적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 냉각탑 내 발전유닛의 수차 회전부를 도시한 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수차 회전부를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각탑 내 발전유닛의 수차 회전부를 도시한 정면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑(1)은 외부 응축기에 의해 뜨거워진 후 유입된 고온의 물과 차가운 공기와의 열교환이 이루어지는 공간을 내부에 한정하는 하우징(10)을 포함한다. 또한, 상기 하우징(10)의 측면 또는 하부에는 외부의 공기가 유입되는 공기 유입부(12)가 형성되고, 상기 하우징(10)의 상단에는 상기 하우징(10) 내로 유입된 후 분사된 물과 열 교환된 후 뜨거워진 고온의 공기 및 수증기가 배출되는 공기 배출부(14)가 형성된다.

상기 냉각탑(1)은 상기 하우징(10) 상단의 공기 배출부(14) 또는 그 부근에 설치되어 공기의 흡입 및 배출을 위한 유동을 발생시키는 송풍팬(20)을 포함한다.

또한, 상기 냉각탑(1)은 상기 하우징(10)의 내측 상부에 외부에서 도입된 고온의 물을 아래로 분사하는 물 분사부(30)를 포함한다. 상기 물 분사부(30)는 디스트리뷰터 파이프(32)와, 상기 디스트리뷰터 파이프(30)에 일정 간격으로 형성된 다수의 분사 노즐(34)을 포함한다.

라이저 파이프(R)을 통해 냉각탑(1) 내로 유입된 고온의 물이 상기 디스트리뷰터 파이프(32)를 거친 후 상기 다수의 분사 노즐(34)들을 통해 아래로 폭 넓게 분사된다.

또한, 상기 냉각팬(1)은, 송풍팬(20)과 물 분사부(30) 사이에 배치된 채, 상기 물 분사부(30)에 의해 물이 비산되어 것을 억제하는 드리프트 엘리미네이터(90)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각탑(1)은 상기 하우징(10) 내에서 상기 물 분사부(30)의 바로 아래에 필러(40)가 채워져 설치된 열교환 영역을 포함한다. 상기 필러(40)는 전술한 공기 유입부(12)와 물 분사부(30)와 사이에 위치한다. 상기 공기 유입부(12)를 통해 상기 하우징(10) 내로 유입된 공기(12)가 상향 이동하여 상기 필러(40)를 통과하고, 상기 물 분사부(30)를 통해 분사된 고온의 물이 상기 필러(40)를 통과하여 하향 이동하면서, 상기 필러(40) 내에서 고온의 물과 저온의 공기 사이에 열교환이 이루어진다.

이 열교환에 의해 냉각된 물은 아래로 떨어지고, 뜨거워진 공기는 수증기와 함께 송풍팬(20)이 있는 공기 배출부(14)를 통해 냉각탑(1) 외부로 배출된다. 상기 냉각탑(1)의 하단에는 상기 필러(40)로부터의 낙수가 모여 일측으로 흐르는 집수조(50)가 마련된다. 상기 집수조(50)에 모인 물, 즉, 냉각수는, 응축기에서 뜨거워진 후 순환펌프(P) 구동시 라이저 파이프(R)를 통해 다시 냉각탑(1) 내로 들어간다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각탑(1)은 낙수를 이용하여 전기를 발생시키는 발전유닛(60)을 포함한다. 상기 발전유닛(60)은 상기 필러(40)와 상기 집수조(50) 사이에 배치되는 수차 회전부(62)와, 상기 수차 회전부(62)의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전부(64)를 포함한다.

이하 자세히 설명하는 바와 같이, 상기 수차 회전부(62)는 상기 필러(40)에서 떨어지는 물, 즉, 낙수의 위치 에너지에 의해 회전하는 복수의 수차를 포함한다. 수차 회전부(62)와 연결되는 발전부(64)는 일반적으로 잘 알려진 발전기와 같이 로터 및 스테이터와, 증속부 등을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3에는 전술한 수차 회전부의 구성이 자세히 도시되어 있는 바 이를 참조하여 수차 회전부의 구성을 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수차 회전부(62)는 냉각탑(1)의 폭 방향을 따라 일열로 나란하게 배치된 복수의 수차(620)와, 상기 수차(620)의 개수에 대응되는 개수로 마련된 채 낙수를 경사지게 유도하는 복수의 경사 유도부(622)를 포함한다.

또한, 상기 수차 회전부(62)는 상하가 오픈된 지지 프레임(621)을 포함한다. 상기 지지 프레임(621)의 상단에는 상기 경사 유도부(622)들이 일정 간격으로 나란하게 설치되며, 상기 경사 유도부(622)들에 대응되게 배치된 복수의 수차(620)들이 상기 지지 프레임(621)에 회전 가능하게 지지된다.

상기 수차(620)는 축(620a)과, 상기 축(620a)에 방사상으로 연결된 복수의 회전날개(620b)를 포함한다. 또한, 상기 경사 유도부(622)는 상기 수차(620) 각각의 상부에서 상기 수차(620)의 축(620a)을 수직으로 통과하는 수직선(Z)을 기준으로 일측(본 실시예에서는, 좌측)으로 치우쳐 설치되며, 수평 방향으로 상기 수차(620)의 일측 원주 끝 또는 그 끝을 지난 위치에서 수직으로 연장한 제1 지점(P1)으로부터 상기 수직선(Z)과 일치하거나 넘어선 제2 지점(P2)까지 경사지게 하양 연장된 경사 유도면(622a)을 포함한다.

상기 수직선(Z)을 기준으로, 상기 수차(620)의 상부 영역 중 일측 반 영역은 상기 경사 유도부(622)에 의해 물이 낙하하는 필러에 대해 막혀 있고, 상기 수차(620)의 상부 영역 중 타측 반 영역은 상기 필러에 대해 오픈되어 있다.

따라서, 상기 필러(40)를 거쳐 직접 낙하한 물 및 상기 경사 유도부(622a)를 거쳐 낙하한 물 모두가 상기 수직선(Z)을 기준으로 상기 수차(620)의 일측 반 영역에 도달함 없이, 상기 수착(620)의 타측 반 영역에만 떨어진다. 이에 따라, 수차(620)는 연속적으로 회전하게 되며, 이에 의해, 발전을 위한 회전력을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 필러(40)를 통과하는 물이 집수조(50) 전에 수차 회전부(62)를 거치므로 낙수로 인한 소음을 줄이는 부가적인 효과를 가질 수 있다.

도 4는 낙수에 의한 소음을 더욱 더 줄일 수 있는 본 발명의 다른 실시예를 보여준다.

도 4를 참조하면, 상기 수차 회전부(62)는 상기 낙수가 떨어지는 경사 유도부(622)의 경사 유도면(622a) 상부에 소음 저감부(624)를 더 포함한다. 상기 소음 저감부(624)는 메쉬 구조로 이루어진 것이 바람직하며, 낙수가 상기 소음 저감부(624)의 메쉬 구조를 통과하면서, 물방울 크기가 줄어들므로, 낙수가 경사 유도부(622)와 직접 충돌하는 것에 비해, 소음을 크게 줄이는데 기여할 수 있다.

10: 하우징 20: 송풍팬
30: 물 분사부 40: 필러
50: 집수조 60: 발전유닛
62: 수차 회전부 64: 발전부
620: 수차 622: 경사 유도부

Claims (3)

1. 냉각탑에 있어서,
   측면 또는 하부의 공기 유입부와 상단의 공기 배출부를 포함하고, 내부에 물과 공기 간의 열교환이 이루어지는 공간을 한정하는 하우징;
   상기 공기 유입부를 통한 공기의 유입과 상기 공기 배출부를 통한 공기의 배출을 위해 제공되는 송풍팬;
   상기 하우징의 내측 상부에 외부에서 도입된 고온의 물을 아래로 분사하는 물 분사부;
   상기 하우징 내로 유입된 공기와 상기 물 분사부에 의해 분사된 물 사이에 열교환이 이루어지는 영역에 설치되는 필러;
   상기 필러를 통과한 물을 집수하도록 상기 하우징의 하부에 배치되는 집수조; 및
   상기 필러를 통과하여 상기 집수조로 떨어지는 물의 위치 에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 발전유닛을 포함하며,
   상기 발전유닛은, 상기 필러와 상기 집수조 사이에 설치되어 물의 위치 에너지에 의해 회전력을 얻는 수차 회전부와. 상기 수차 회전부에서 발생한 회전력을 이용해 전기를 발생시키는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 낙수를 이용한 발전유닛을 갖춘 냉각탑.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 수차 회전부는, 상하가 오픈된 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 상단에 간격을 가지고 나란하게 설치된 복수의 경사 유도부와, 상기 복수의 경사 유도부 아래에 상기 복수의 경사 유도부에 대응되게 그리고 회전 가능하게 배치된 복수의 수차를 포함하며, 상기 복수의 수차 각각은 축과, 상기 축에 방사상으로 연결된 복수의 회전날개를 포함하며, 경사 유도부 각각은, 수차 각각의 상부에서 상기 수차의 축을 수직으로 통과하는 수직선을 기준으로 일측으로 치우쳐 위치하는 한편, 수평 방향으로 상기 수차의 일측 원주 끝 부근에서 수직 연장한 제1 지점으로부터 상기 수직선과 일치하거나 상기 수직선을 넘어선 제2 지점까지 경사지게 연장된 경사 유도면을 포함하며, 상기 수직선을 기준으로, 상기 수차의 상부 영역 중 일측 영역은 상기 경사 유도부에 의해 막혀 있고, 상기 수차의 상부 영역 중 타측 나머지 영역은 오픈된 것을 특징으로 하는, 낙수를 이용한 발전유닛을 갖춘 냉각탑.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 경사 유도면 위로 메쉬 구조를 갖는 소음 저감부가 위치하는 것을 특징으로 하는, 낙수를 이용한 발전유닛을 갖춘 냉각탑.

Images