KR20160088596A

KR20160088596A - 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑

Info

Publication number: KR20160088596A
Application number: KR1020150007870A
Authority: KR
Inventors: 박재중
Original assignee: 주식회사 하이옥스
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-26
Also published as: KR101712601B1

Abstract

폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 관한 것으로, 순환하는 냉각수의 투입 시, 유입된 외기를 상부로 올려 냉각수의 온도를 낮추는 냉풍수단, 상기 냉풍수단과 연동되어 상기 냉각수의 일부를 상부에서 분사시키며 상부로 향하는 외기와 함께 냉각수의 온도 저하에 일조하는 살수수단, 및 상기 냉풍수단의 과부하 시, 냉풍수단의 대체 역할을 수행하며 냉각수를 열교환시켜 냉각수의 온도를 낮추는 한편, 상기 냉각수와 열교환된 폐열을 회수하여다른 유체(상온수)에 열교환 시켜 열교환 된 유체(온수)를 산업 용수로 활용 유도하는 열교환기를 포함하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑을 제공한다.

Description

폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑{Hybrid Colling Tower Having Heat Exchanger For Waste heat Collection}

본 발명은 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 대한 것으로, 보다 상세하게는 순환되는 냉각수 온도를 낮추는 공랭식 냉풍수단의 과부하 발생 시, 열교환기로 냉각수와 열교환하며 온도를 낮추고, 이러한 열교환 과정에서 버려지는 폐열을 다른 매질(상온수)에 적용하여 온수와 같은 다른 산업 용수로 활용하고자 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 관한 것이다.

냉각탑은 각종 공장 특히, 공정 중에 열이 많이 발생되는 제철소에서 많이 사용되고 있는 설비로서, 그 구조는 냉각수의 분사 구조, 필러 구조 등 다양한 변수에 의해 다양하게 변형되어 사용되고 있다.

대한민국 실용신안등록 제10-0681314호(2007년 2월 5일, 등록)에 "소음저감 케이싱을 갖는 냉각탑"이 소개되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 소음저감 케이싱을 갖는 냉각탑은 냉각팬부의 원심팬 또는 축류팬이 냉각팬 하우징에 내장되어, 바람을 케이싱의 측벽으로 송풍함으로써, 바람이 필러로 구성된 열교환부로 균일하게 제공되지 않고 어느 한 쪽으로 편향되기 쉬우며, 바람이 옆으로 토출된 후에 위로 상승되기 때문에 필러를 통과할 수 있기 위해 원심팬 또는 축류팬의 용량이 커짐으로써, 에너지 소비가 많은 단점이 있었다.

일반적으로 공기조화설비 및 냉동 냉장장치 등에서 냉동기나 산업용 열교환기기는 제거되어야 하는 폐열을 수반하며, 이 폐열을 제거하기 위해서는 냉각매체를 이용하여 폐열을 대기로 방출하여야 한다.

냉각탑의 냉각방식은 피냉각 유체보다 온도가 낮은 대기상의 공기를 강제 대류시키어 현열냉각을 하는 공랭식 냉각과 냉각수와 공기의 접촉에 의한 증발 잠열을 이용하여 냉각하는 증발식 냉각으로 구분되며, 냉각탑은 어떤 다른 냉각장치보다 경제적이고 냉각효과가 크기 때문에 널리 사용되고 있다.

통상의 냉각탑은 냉각수와 공기의 유동형태에 따라 대향류형(counterflow type) 냉각탑과 직교류형(cross flow type) 냉각탑으로 구분되며, 냉각수의 유동 방식은 필러를 거쳐 순환하는 개방식과 밀폐된 냉각코일 내를 유동하는 피냉각유체를 냉각하는 밀폐식으로 나누어지며, 냉각은 냉각매체를 물로 하여 증발냉각을 이루는 수냉식과 공기만으로 냉각을 하는 공랭식으로 구분된다.

열교환 영역의 증대를 위한 대향류형 필러와 직교류형 필러를 조합한 하이브리드 냉각탑과 백연방지를 위해 필러와 밀폐된 냉각코일을 구성한 습식과 건식의 열교환부를 갖는하이브리드 냉각탑이 새로운 기술로 보급되고 있다.

일반적으로, 대향류형 필러와 직교류형 필러를 조합한 하이브리드 냉각탑은 살수부 아래에 제1열교환부인 대향류형 필러를 설치하고, 대향류형 필러의 하부영역에 제2열교환부인 직교류형 필러를 설치하며, 직교류형 필러는 대개 상호 대향하게 설치되고 중앙 영역에는 공기의 유동과 내부점검을 위한 공기유동 영역을 필수적으로 제공하고 있다.

따라서, 살수부에서 살수된 냉각수와 급기구를 통해 유입되는 공기는 각 필러를 거치면서 상호 열교환하도록 구성되어 있다. 그런데, 이러한 종래의 하이브리드 냉각탑에 있어서는, 대향류형 필러에서 열교환된 냉각수가 상호 대향하게 설치되는 직교류형 필러 중앙의 공기유동영역으로 직접 낙수되므로 집수조내에 저수된 냉각수와 마찰하여 소음이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 이러한 소음을 감소시키기 위하여 냉각수가 집수조 표면에 낙수되지 않도록 직교류 필러의 내측면과 대향류 필러의 저면을 격리 영역으로 하여 '∧'자 형태의 물받이 판을 설치하고, 대향류형 필러의 저면과 직교류형 필러의 상부면 사이에 공기유동 공간 없이 직접 밀착하여 배치하므로 인해, 냉각수 유동의 편중과 급기구로부터 직교류형 필러를 거쳐 대향류형 필러로 향하는 공기의 흐름이 균일하지 아니할 뿐만이 아니라 냉각탑 내를 유동하는 공기의 저항이 증대되어 냉각탑의 열교환 효율 저하와 송풍팬의 동력 상승으로 운전비용이 증대되는 문제점이 있다.

그리고, 백연방지 목적으로 이용되는 대향류형 필러와 밀폐된 냉각코일을 구성한 습식과 건식의 대향류 냉각탑 형태의 하이브리드 냉각탑은 살수부의 상부 케이싱 일측을 개구하여 공기유입구를 형성하고 공기유입구에 밀착하여 밀폐된 냉각코일을 설치하며, 유입되는 외기와 냉각 열교환설비로부터 순환되는 고온의 냉각수는 냉각코일을 유동하면서 열교환을 이루고, 냉각코일을 통과한 고온의 건조공기는 대향류형 필러를 거쳐 열교환을 이루고 송풍팬을 향해 유동되는 습공기와 혼합되어 습기를 저감시키며, 냉각코일을 거친 냉각수는 연이어 살수부의 냉각수 유입관과 살수노즐을 통해 대향류 필러에 살수된다.

따라서, 저온의 대기온도에서 냉각탑 운전시 배출되는 공기로부터 백연을 감소시키는 효과는 있지만, 냉각코일로부터 유동되는 고온의 건조공기와 대향류 필러로부터 유동되는 고온의 습공기를 적절히 혼합시키는 공기혼합장치와 냉각코일의 외장에 따른 구조물 등의 부설로 인해 구조가 복잡해지고 원가 또한 크게 상승되는 문제점이 있다.

또한, 고온의 냉각수를 냉각시키기 위해서는 냉각팬을 가동시켜 하우징의 내부로 차가운 공기를 연속하여 공급해야 하고 이에 따라 전력이 계속 소비된다는 단점이 있었다.

한편, 냉각탑 기술과 관련된 참증문헌들은 하기에서 제시된 특허문헌들을 참조할 수 있다.

특허문헌 01 등록실용신안 제10-0681314호(2007년 2월 5일자 등록) 특허문헌 02 등록특허 제10-0931272(2009년 12월 03일자 등록) 특허문헌 03 등록특허 제10-0949853호(2010년 03월 19일자 등록) 특허문헌 04 등록특허 제10-1338641호(2013년 12월 02일자 등록) 특허문헌 05 등록특허 제10-1338650호(2013년 12월 02일자 등록) 특허문헌 07 등록특허 제10-1082792호(2011년 11월 07일자 등록) 특허문헌 08 공개특허 제10-2014-0050818호(2014년 04월 30일자 공개) 특허문헌 09 공개특허 제10-2014-0136331호(2014년 11월 28일자 공개)

전술된 문제점을 해소하기 위한 본 발명은, 필러와 냉각팬 장치 사이에 워터 엘리미네이터가 배치됨에 따라 냉풍수단으로 유입될 수 있는 낙수물 유입을 방지할 뿐만 아니라, 냉풍수단의 과부하 발생시 열교환기로 대체 구동하여 냉각수의 열교환에 대한 지속적인 효율 제고와 함께, 냉각수와 열교환 되어 버려질 수 있는 폐열을 보급수와 열교환 시킴에 따라 다양한 목적의 용수로 활용 가능하고 폐열을 회수하여 효율적으로 이용할 수 있는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 순환하는 냉각수의 투입 시, 유입된 외기를 상부로 올려 냉각수의 온도를 낮추는 냉풍수단과, 상기 냉풍수단과 연동되어 상기 냉각수의 일부를 상부에서 분사시키며 상부로 향하는 외기와 함께 냉각수의 온도 저하에 일조하는 살수수단, 및 상기 냉풍수단의 과부하 시, 냉풍수단의 대체 역할을 수행하며 냉각수를 열교환시켜 냉각수의 온도를 낮추는 한편, 상기 냉각수와 열교환된 폐열을 회수하여다른 유체(상온수)에 열교환 시켜 열교환 된 유체(온수)를 산업 용수로 활용 유도하는 열교환기를 포함하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 그 일례의 특징이 있다.

상기 열교환기는, 냉각수의 열교환 및 냉각수의 열교환 과정에서 폐열을 회수하여 다른 유체(상온수)와 열교환 시키는 몸체와, 상기 몸체의 어느 부위에 연결되어 냉각수를 투입하는 공급관과, 상기 몸체의 어느 부위에 연결된 채, 상기 공급관으로 투입되어 열교환 된 냉각수를 배출하는 배출관과, 상기 몸체의 어느 부위에 연결되어 다른 유체(상온수)를 투입하는 입수관, 및 상기 몸체의 어느 부위에 연결된 채, 상기 입수관으로 투입되어 폐열과 열교환 된 유체(온수)를 배수하는 배수관을 포함하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 그 일례의 특징이 있다.

상기 배출관 및 상기 배수관에는, 열교환 된 냉각수 및 폐열을 이용하여 열교환 된 유체(온수)의 각 도달 목표 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서의 지시신호에 의해 개방되면서 상기 냉각수 및 상기 유체(온수)에 방출을 인가하는 솔레노이드밸브를 더 포함하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이드브리드 냉각탑에 그 일례의 특징이 있다.

상기 온도센서는, RTD센서가 이용되는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 일례의 특징이 있다.

상기 워터 엘리미네이터는, 다수 개로 배열된 채, 상기 살수수단에 의해 분사된 물을 받아들이는 수로부를 형성한 가이드베인과, 상기 가이드벤인의 수로부에서 넘쳐 낙하되는 냉각수를 받아들이는 보조 베인과, 상기 보조 베인 사이로 외기가 통과될 수 있게 형성된 에어통로를 포함하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이드브리드 냉각탑에 그 일례의 특징이 있다.

상기 가이드베인은, 제 1 경사부와, 상기 제 1 경사부의 하단에서 굴절되는 제 2 경사부와, 상기 제 2 경사부에서 굴절되는 제 3 경사부와, 상기 제 3 경사부에서 굴절되는 제 4 경사부와, 상기 제 4 경사부의 상단에서 굴절되는 제 5 경사부와, 상기 제 5 경사부의 상단에서 굴절되는 제 6 경사부와, 상기 제 6 경사부에서 굴절되는 제 7 경사부로 구성되며, 제 1 내지 제 4 경사부는 수로부이며, 상기 제 5 내지 제 7 경사부는 커버부인 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 그 일례의 특징이 있다.

상기 열교환기는, 냉풍수단과 병행 구동 또는 동시 구동으로 운전되는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이드브리드 냉각탑에 그 일례의 특징이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑은, 냉각수를 열교환하기 위해 마련된 냉각 장치의 지속적인 운전에 따른 과부하 시 냉각 장치를 대체하는 열교환기를 운전시킴에 따라 열교환 효율을 지속적으로 유지하며 제고시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑은, 냉각수를 열교환하기 위해 마련된 냉각 장치의 지속적인 운전을 중지한 채 열교환기로 냉각수의 열교환을 수행함에 따라, 냉각탑의 전력 소모 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑은, 냉각수와 열교환 된 폐열을 회수하여 냉각수뿐만 아니라 보급수(시수, 중수)와 열교환 시킴에 따라, 열교환 된 보급수를 이용하여 다른 산업 용수로 활용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑은, 열교환 된 냉각수 및 보급수를 최종적으로 방출할 때 목표로 하는 온도에서 방출 가능함에 따라, 냉각수 및 보급수의 정확한 방출 온도를 제어할 수 있다.

아울러, 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑은, 워터 엘리미네이터의 장착으로 열교환 과정에서 살수 장치로부터 낙수되는 물이 냉각 장치로 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑의 제1 실시 예로 제시된 전체 사시도,
도 2는 도 1의 정면 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 평면 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 1의 종단면 상태를 도시한 도면,
도 5는 도 1에 도시된 베이스프레임 및 하우징의 내부 상태를 도시한 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 열교환기 및 그 주변 연결 배관들을 도시한 사시도,
도 7은 도 6의 평면도,
도 8은 도 6의 측면도,
도 9는 도 4에 도시된 워터 엘리미네이터를 상세히 도시한 사시도,
도 10은 도 9에 도시된 가이드베인 및 보조베인을 정면 상태로 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 의한 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑의 제2 실시 예로 제시된 전체 사시도,
도 12는 도 11에 도시된 열교환기의 보이기 위한 도면,
도 13은 도 12에 도시된 열교환기 내부로 순환되는 유체들의 흐름을 간략히 도시한 도면,
도 14는 도 1에 도시된 배출관 및 배수관에 구성된 온도센서 및 솔레노이드밸브들을 간략히 도시한 도면이다.

본 발명에 있어 첨부된 도면은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 도시됨을 밝히고, 후술되는 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하며, 다른 여러 형태로 변형 실시되는 점까지 감안한 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.

아울러, 하기 본 발명에서는 실시 예로 한정되는 것이 아니라, 명세서 전반에 기재된 기술적 내용을 토대로 해석한 확장 범위까지 포함하는 권리범위로 인정되어야만 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하면서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 죽염의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명은 본원 출원인을 통하여 기출원된 등록특허 제10-0921674호(밀폐형 냉각탑, 등록일자 2009.10.07일자)의 일부 기술 내용을 적용하고 있음을 특징으로 한다. 후술되는 본 발명의 상세한 설명 과정에서 생략하는 내용은 기출원된 내용을 참고할 수 있도록 언급할 것이니 이를 참조하기 바란다.

본 발명에 있어서 제1 실시 예로 제작된 냉각탑은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스프레임(10) 및 하우징(20)으로 구성되고, 상기 베이스프레임(10)은 하우징(20)을 지지하되 하부틀(11)과 상부틀(12)로 구성되며 상기 상,하부틀(12,11)을 연결하기 위한 연결기둥(13)과 함께 상,하부틀(12,11) 사이에 형성된 에어필터(14)를 포함하고 있다.

한편, 상기 베이프레임(10)의 상부에 구성된 하우징(20)은 다수개의 패널(21)로 구성되어 내부에 있는 구비된 구성품들을 보호하고 있다.

냉각탑의 내부 구성은, 도 5에서와 같이, 베이스프레임(10)의 중앙 내부에 장착된 냉풍수단(30)이 구비되는데, 이러한 냉풍수단(30)은 모터(31)와 상기 모터(31)에 연결된 냉각팬(32)으로 구성된다.

즉, 상기 모터(31)는 베이스프레임(10)의 내부에 위치된 채 결합 고정되어 있으며, 상기 냉각팬(32)은 베이스프레임(10)의 상부에 노출된 채 회전하게 된다.

도 4에서와 같이, 상기 베이스프레임(10)의 상부에는 집수조(40)가 안착되고, 상기 집수조(40)의 둘레에 다수개의 패널(21)로 구성된 하우징(20)이 장착하게 되는데, 상기 집수조(40)는 바닥판(41)과 상기 바닥판(41)에 용접된 원통부재(42)로 구성되며, 상기 원통부재(42)는 그 내부에 상기 냉각팬(32)을 수용하고 있다.

따라서, 상기 베이스 프레임(10)의 상부틀(12)과 하부틀(11)이 다수개의 연결기둥(13)에 의해 연결된 채, 상부틀(12)과 하부틀(11) 사이에 에어 필터(14)가 장착되어, 외기가 에어 필터(14)를 통해 원통부재(23)의 내부에 배치된 냉풍수단(30)으로 유입된다.

상기 원통부재(42)의 상단에는 워터 엘리미네이터(50)가 장착되는데, 이러한 워터 엘리미네이터(50)는 기출원된 등록특허 제10-0921674호(밀폐형 냉각탑, 등록일자 2009.10.07일자)에 개시된 기술 내용을 적용한 것이다.

이러한 워터 엘리미네이터(50)는 냉풍수단(30)의 상부에 배치된다. 상기 워터 엘리미네이터(50)는 도 9 내지 도 10에서와 같이 일종의 사각틀(51)에 해당되는 전후좌우 방향을 커버하는 형태의 측판(51a,51b,51c,51d)들로 구성되고, 가이드베인(52) 및 보조베인(53)들을 포함하고 있다. 상기 가이드베인(52) 및 보조베인(53)에 대하여서는 후술하기로 한다.

상기 워터 엘리미네이터(50)의 상부에는 필러(60)가 배치되고, 상기 필러(60)의 상부에는 살수수단(70)이 배치되며, 상기 살수수단(70)의 상부에는 드리프트 엘리미네이터(80)가 배치된다.

한편, 워터 엘리미네이터(50)의 상부에는 필러(60)도 구비되어 있지만, 열교환기(90)도 더 구비되어 있는바, 상기 열교환기(90)는 살수수단(70)과 연계되는 관계로, 도 5를 참고로, 도 6 내지 도 8에서와 같이, 하우징(20)의 일측 코너에 구비된다.

열교환기(90)에는 냉각수를 투입하기 위한 공급관(IP)과, 상기 냉각수와 열교환된 최종수를 배출하기 위한 배출관(OP)과, 냉각수와 다른 매질 유체인 상온수를 투입하기 위한 입수관(IP1)과, 상기 냉각수와 열교환 하는 과정에서 버려지는 폐열을 상기 상온수와 열교환시켜 열교환 상온수를 배출하기 위한 배수관(OP1), 및 살수수단(70)에 연결되는 연결관(CP)을 포함한다.

상기 살수수단(70)은, 상기 연결관(CP)과 연결된 분기관(71)과, 상기 분기관(71)의 길이 방향을 따라 일정한 간극을 유지하며 연장 배열된 개별살수관(72)과 함께, 상기 개별살수관(72)의 길이를 따라 일정한 간극을 유지하며 열교환 된 냉각수의 일부를 분사하기 위한 노즐(73)들로 구성된다.

상기 가이드베인(52)은, 제 1 경사부, 상기 제 1 경사부의 하단에서 굴절되는 제 2 경사부, 상기 제 2 경사부에서 굴절되는 제 3 경사부, 상기 제 3 경사부에서 굴절되는 제 4 경사부, 상기 제 4 경사부의 상단에서 굴절되는 제 5 경사부, 상기 제 5 경사부의 상단에서 굴절되는 제 6 경사부, 상기 제 6 경사부에서 굴절되는 제 7 경사부로 구성된다. 제 1 경사부에서 제7 경사부에 이르기까지 부호를 미표기하였지만 이는 기출원된 등록특허 제10-0921674호(밀폐형 냉각탑, 등록일자 2009.10.07일자)를 참조하면 된다.

제 1 내지 제 4 경사부는 수로부이며, 상기 제 5 내지 제 7 경사부는 커버부로서, 수로부를 통하여 낙수된 냉각수가 이동하지만, 수로부에서 넘칠 경우에 커버부가 이를 보호하게 되는데, 만일 커버부에 의해 보호받지 못할 경우 가이드베인의 하부에 배치된 보조베인에서 넘친 냉각수를 담을 수 있게 되어 냉풍수단으로 냉각수의 유입을 원천적으로 차단할 수 있다.

워터 엘리미네이터의 구성은 기출원된 등록특허 제10-0921674호(밀폐형 냉각탑, 등록일자 2009.10.07일자)에 개시된 기술 내용을 참고할 수 있는 관계로 더 이상의 상세 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성된 워터 엘리미네이터(50)는 필러(60)에서 낙하된 냉각수가 가이드 베인(52)으로 낙하되어, 가이드 베인(52)의 수로부을 따라 이동되어, 상기 수로부의 단부에서 집수조(40)로 배출되고, 가이드 베인(52)의 수로부 하부에 "V" 형상의 보조 베인(53)이 배치되어, 가이드 베인(52)의 수로부에서 넘치는 냉각수를 보조 베인(53)이 받게 됨으로써 냉각수가 집수조(40)로 공급될 뿐만 아니라, 냉풍수단(30)로 유입되는 것을 방지하는 한편, 보조 베인(53) 사이에 형성된 에어통로(54)와 가이드 베인(52) 사이에 형성된 에어 통로(54)를 통해 냉풍수단(30)에서 토출되는 바람이 필러(60)로 공급된다.

상기 필러(60)는 대향류형 필러로 이미 공지되어 있어, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 살수수단(70)은 가열된 냉각수를 냉각시키기 위해 필러(60)로 분사하는 장치로써, 이미 공지되어 있어, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 드리프트 엘리미네이터(80)는 필러(60)를 통과한 바람에 포함된 수분이 외부로 미산되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이미 공지되어 있어 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각탑은 집수조(40)의 원통부재(42)에 배치된 냉풍수단(30)이 바람을 필러(60)를 향해 상부로 직접 분사함으로써, 종래의 냉각탑보다 소비 에너지를 절감할 수 있고, 냉풍수단(30)이 바람을 하부에서 상부로 바람을 압입 방식으로 송풍하기 때문에, 바람이 필러(60)와 드리프트 엘리미네이터(80)를 통과하는 과정에서 약해짐으로써, 수분이 비산되는 것을 충분히 방지할 수 할 수 있고, 하우징(20)의 상부에 배기덕트(도시하지 않음)를 연결할 경우, 건물의 실내에 배치할 수 있으며, 필러(60)를 통과한 냉각수가 워터 엘리미네이터(50)에 의해 집수조(40)로 안내됨으로써, 냉각수에 의해 냉풍수단(30)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 제2 실시 예로 제작된 냉각탑은, 도 11 내지 도 12에서와 같이, 그 외관이 하우징(20)과 베이스프레임(10)을 쌍으로 제작한 하나의 냉각탑으로 구성될 수도 있다.

즉, 일측 하우징(20)의 내부에는 냉풍수단(30), 워터 엘리미네이터(50), 필러(60), 살수수단(70), 드리프트 엘리미네이터(80)를 구성하고 있으며, 타측 하우징()에 열교환기(90)만을 별도로 구성하게 된다.

상기 열교환기(90)의 몸체(91)에는 제1 실시 예에서 제시한 공급관 배출관, 연결관, 입수관, 배수관과 동일한 역할을 수행하는 관을 증설하거나 구조적으로 변형된 형태로 구성될 수 있는바, 예를 들어 8개의 파이프(p1,p2,p3, p4,p5,p6,p7,p8)들로 구성될 수 있다.

즉, 제2 실시 예로 제작된 냉각탑은, 제1 실시 예에서와 같이, 냉각수를 냉풍수단과 살수수단을 연계하여 그 온도를 낮출 수 있지만, 지속적으로 운전될 경우 냉풍수단에 과부하가 발생되는 관계로 열교환의 효율 저하 및 냉각팬의 동력 상승으로 운전비용이 증대되는 문제점을 개선할 수 있도록 열교환기를 대체 구동하여 열교환의 효율을 향상토록 하며, 운전 비용을 절감시킬 수 있다.

아울러, 열교환기의 대체 구동으로 인하여, 단순히 열교환의 효율 향상 및 운전 비용 절감뿐만 아니라 여러 목적의 용수를 활용할 수 있는 이점까지 구현할 수 있다.

상기 파이프(p1)는 냉동기의 출수(37℃)를 투입하면서 살수수단의 분기관(71)으로 투입하는 관 역할을 수행하다.

상기 파이프(p2)는 상기 파이프(p1)에 투입된 냉동기의 일부 출수(37℃)를 열교환기(90)의 몸체(91) 내부로 투입하는 관 역할을 수행한다.

상기 파이프(p3)는 상기 일부 출수(37℃)가 몸체(91) 내부에 투입되어 열교환 된 출수(37℃)와 후술되는 파이프(p5) 또는 파이프(p6)를 통하여 몸체(91)로 투입되는 중수 또는 시수(18~20℃, 보급수)의 열교환 수(20~22℃)를 살수수단의 분기관(71)으로 안내하는 관 역할을 수행한다.

상기 파이프(p4)는 상기 열교환 수(20~22℃)를 상기 파이프(p3)으로 안내하는 역할을 수행하면서, 집수조의 담수함(43)으로 분기하여 환수하는 관 역할을 수행한다.

상기 파이프(p5, p6)는 상술된 바와 같이 중수 또는 시수(18~20℃, 보급수)를 몸체(91) 내부로 투입시키기 위한 관 역할을 수행한다.

상기 파이프(p7)는 열교환기(90)의 몸체(91) 내부로 투입된 냉동기의 출수(37℃)가 열교환 되어 최종적으로 냉동기에 입수하기 위한 열교환 된 냉동기의 입수(32℃)를 방출하기 위한 관 역할을 수행한다.

상기 파이프(p8)는 상술된 바와 같이 중수 또는 시수(18~20℃, 보급수)의 열교환 수(20~22℃)를 다른 산업 용수로 활용하기 위한 열교환 수(20~22℃)의 방출 관 역할을 수행한다.

이하, 본 발명의 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑에 대한 작용을 일례로 설명한다.

순환하는 냉각수가 예를 들어 37℃의 온도로 열교환기(IP)을 통하여 유입되면, 에어필터(14)를 통하여 유입된 외기가 냉풍수단(30)의 냉각팬(32) 구동으로 상부 방향에 위치한 필러(60)를 거쳐 살수수단(70)에 의해 분산되는 냉각수의 온도를 떨어트리면서, 열교환기(90)를 경유하는 냉각수의 도달목표온도(32℃)까지 냉각수 온도를 낮추게 된다.

도달목표온도(32℃)까지 낮아진 냉각수는 배출관(OP)을 통하여 방출되면서 다시 냉각수를 필요로 하는 곳으로 순환하게 된다.

이때, 냉풍수단(30)의 냉각팬(32)을 구동시키는 모터(31)에 과부하가 발생할 경우, 냉풍수단(30)의 구동이 중단되면서, 냉풍수단(30)을 대체하는 열교환기(90)가 작동된다.

상기 열교환기(90)는, 열교환기(IP)로 투입된 37℃의 냉각수가 몸체(91)를 경유하게 되면서 열교환을 이루게 되고, 열교환 과정에서 일부의 냉각수는 34℃를 유지하며 몸체(91)에 연결된 연결관(CP)을 통하여 살수수단(70)의 분기관(71)을 거쳐 개별살수관(72)에서 노즐(73)들을 통하여 분사되고, 온전하게 열교환을 이룬 나머지의 냉각수는 32℃를 유지하며 배출관(OP)을 통하여 방출하게 된다.

이러한 냉각수의 열교환 과정에서 입수관(IP1)으로 투입된 다른 유체(상온수, 20℃)는 상기 냉각수의 열교환 과정에서 버려지는 폐열(5℃)과 열교환 됨에 따라, 열교환을 이룬 유체(온수, 25℃)를 배수관(OP1)으로 방출시켜 산업 용수로 활용된다. 상기 냉풍수단(30)과 열교환기(90)는 동시 구동으로 운전될 수 있음은 물론이다.

즉, 기존 냉각탑에서 냉각수의 열교환을 냉각장치로만 운용하던 것을 열교환기로 병행할 수 있고, 이러한 열교환기는 단순히 냉각수의 열교환 역할만 수행하는 것이 아니라, 냉각수의 열교환 과정에서 발생하는 폐열(5℃)을 50% 이상 회수하여 다른 유체(상온수, 20℃)와 열교환 시킴에 따라, 열교환 된 유체(온수, 25℃)를 다른 목적의 산업 용수로 활용하는 특징을 갖는 하이브리드 냉각탑을 제공할 수 있게 된다.

열교환 된 냉각수는 상기 배출관(OP)을 통하여 방출되는데, 이때 냉각수가 목표도달온도(32℃)에 있는지를 온도센서(SP1)로 감지하게 되고, 냉각수의 온도가 상기 목표도달온도(32℃)에 미치지 못할 경우에는 온도센서(SP1)의 미감지로 인한 솔레노이드밸브(SV1)의 폐쇄로 냉각수는 방출되지 못한다.

만일, 냉각수의 온도가 상기 목표도달온도(32℃)에 있을 경우, 온도센서(SP1)가 이를 감지하면서 감지신호를 솔레노이드밸브(SV1)로 전달함에 따라 상기 솔레노이드밸브(SV1)의 개방으로 냉각수는 방출된다.

또한, 폐열(5℃)에 의해 열교환 된 유체는 상기 배수관(OP1)을 통하여 방출되는데, 이때 유체가 목표도달온도(25℃)에 있는지를 온도센서(SP2)로 감지하게 되고, 유체의 온도가 상기 목표도달온도(25℃)에 미치지 못할 경우에는 온도센서(SP2)의 미감지로 인한 솔레노이드밸브(SV2)의 폐쇄로 유체는 방출되지 못한다.

만일, 유체의 온도가 상기 목표도달온도(25c)에 있을 경우, 온도센서(SP2)가 이를 감지하면서 감지신호를 솔레노이드밸브(SV2)로 전달함에 따라 상기 솔레노이드밸브(SV2)의 개방으로 유체(온수)는 방출된다.

상기 온도센서(18)는, RTD센서(Resistance Temperature Detectors, RTD)인 것이 바람직한바, 이는 정확한 온도 측정에 적합하기 때문이다. RTD센서는 소자의 저항 값으로 온도를 측정하는 센서로서, 금속의 전기저항은 온도에 따라 변화하고 그 중에서 고순도의 백금은 이 관계가 다른 금속에 비교하여 직선적이고 온도계수도 커서 온도측정용으로 적합하다.

RTD센서는 화학적 물리적으로도 우수한 성질을 가지고 있어서 공업적으로 쉽게 정밀한 저항값을 얻을 수 있는 온도 측정용 저항소자로서 장기간 안정된 사용이 가능하다.

또한, 상기 RTD 센서의 종류에는 세라믹 소자, MICA소자, FILM소자 방식으로 파이프 내부에 고정시켜 사용할 수도 있는바, 이들 종류를 포함하는 것으로 해석될 수 있고, 이러한 상기 RTD센서는 가장 정확한 온도 센서인 것으로 안전성과 반복성을 제공하기 때문에 온도 계측 제어와 민감한 상관성이 있는 냉각탑 분야에 적격이다.

10: 베이스프레임
11: 하부틀, 12: 상부틀, 13: 연결기둥, 14: 에어필터
20: 하우징, 21: 패널,
30: 냉풍수단, 31: 모터, 32: 냉각팬
40: 집수조, 41: 바닥판, 42: 원통부재, 43: 담수함
50: 워터 엘리미네이터,
51: 사각틀, 51a,51b,51c,51d: 측판,
52: 가이드베인, 53: 보조베인, 54: 에어통로
60: 필러,
70: 살수수단, 71: 분기관, 72: 개별살수관, 73: 노즐,
80: 드리프트 엘리미네이터,
90: 열교환기 91: 몸체
IP: 공급관, OP: 배출관, CP: 연결관
IP1: 입수관, OP1: 배수관
SP1, SP2: 온도센서

Claims

순환하는 냉각수의 투입 시, 유입된 외기를 상부로 올려 냉각수의 온도를 낮추는 냉풍수단;
상기 냉풍수단과 연동되어 상기 냉각수의 일부를 상부에서 분사시키며 상부로 향하는 외기와 함께 냉각수의 온도 저하에 일조하는 살수수단; 및
상기 냉풍수단의 과부하 시, 냉풍수단의 대체 역할을 수행하며 냉각수를 열교환시켜 냉각수의 온도를 낮추는 한편, 상기 냉각수와 열교환 된 폐열을 회수하여다른 유체(상온수)에 열교환 시켜 열교환 된 유체(온수)를 산업 용수로 활용 유도하는 열교환기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑.
제1항에 있어서, 상기 열교환기는,
냉각수의 열교환 및 냉각수의 열교환 과정에서 폐열을 회수하여 다른 유체(상온수)와 열교환 시키는 몸체;
상기 몸체의 어느 부위에 연결되어 냉각수를 투입하는 공급관;
상기 몸체의 어느 부위에 연결된 채, 상기 공급관으로 투입되어 열교환 된 냉각수를 배출하는 배출관;
상기 몸체의 어느 부위에 연결되어 다른 유체(상온수)를 투입하는 입수관; 및
상기 몸체의 어느 부위에 연결된 채, 상기 입수관으로 투입되어 폐열과 열교환 된 유체(온수)를 배수하는 배수관;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑.
제2항에 있어서,
상기 배출관 및 상기 배수관에는, 열교환 된 냉각수 및 폐열을 이용하여 열교환 된 유체(온수)의 각 도달 목표 온도를 감지하는 온도센서;
상기 온도센서의 지시신호에 의해 개방되면서 상기 냉각수 및 상기 유체(온수)에 방출을 인가하는 솔레노이드밸브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이드브리드 냉각탑.
제3항에 있어서,
상기 온도센서는, RTD센서가 이용되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑.
제1항에 있어서,
상기 워터 엘리미네이터는,
다수 개로 배열된 채, 상기 살수수단에 의해 분사된 물을 받아들이는 수로부를 형성한 가이드베인;
상기 가이드벤인의 수로부에서 넘쳐 낙하되는 냉각수를 받아들이는 보조 베인;
상기 보조 베인 사이로 외기가 통과될 수 있게 형성된 에어통로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이드브리드 냉각탑.
제5항에 있어서,
상기 가이드베인은,
제 1 경사부;
상기 제 1 경사부의 하단에서 굴절되는 제 2 경사부;
상기 제 2 경사부에서 굴절되는 제 3 경사부;
상기 제 3 경사부에서 굴절되는 제 4 경사부;
상기 제 4 경사부의 상단에서 굴절되는 제 5 경사부;
상기 제 5 경사부의 상단에서 굴절되는 제 6 경사부;
상기 제 6 경사부에서 굴절되는 제 7 경사부;
로 구성되며,
제 1 내지 제 4 경사부는 수로부이며, 상기 제 5 내지 제 7 경사부는 커버부인 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이브리드 냉각탑.
제1항에 있어서,
상기 열교환기는, 냉풍수단과 병행 구동 또는 동시 구동으로 운전되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열교환기를 장착한 하이드브리드 냉각탑.