KR20190050164A - 중간 수조를 구비하는 냉각탑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중간 수조를 구비하는 냉각탑에 관한 것이다. 본 발명의 냉각탑은 충진재로 유입된 공기의 냉각 효율을 향상시키기 위하여, 냉각수가 상부 수조로부터 하부 수조로 흐르는 유로 상에 복수 개의 중간 수조를 구비하여 열교환이 포화된 냉각수를 중간 수조를 통해 재분배하도록 구성한다. 이를 위해 본 발명의 냉각탑은 상부 수조와 하부 수조 사이에서 다단으로 상호 적층되는 제1 내지 제3 충진재와, 중진재들 각각의 사이에 설치되는 제1 및 제2 중간 수조를 포함한다. 제1 및 제2 중간 수조는 상부 수조와 하부 수조 사이에서 외부 공기가 유입되는 영역으로부터 유입된 공기가 충진재를 통해 배출되는 영역으로 갈수록 냉각수의 공급량을 다르게 조절하거나, 저장된 냉각수의 온도를 균일하게 혼합하여 하부의 충진재로 냉각수를 공급한다. 본 발명에 의하면, 충진재의 서로 다른 영역에서의 열교환이 포화된 냉각수를 혼합하거나 재분배하여 충진재로 공급함으로써, 냉각탑의 냉각 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

중간 수조를 구비하는 냉각탑{COOLING TOWERS INCLUDING MIDDLE TANK}

본 발명은 냉각탑에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 충진재로 유입된 공기의 냉각 효율을 향상시키기 위하여, 냉각수가 상부 수조로부터 하부 수조로 흐르는 유로 상에 복수 개의 중간 수조를 구비하여 열교환이 포화된 냉각수를 중간 수조를 통해 재분배하도록 하는 냉각탑에 관한 것이다.

냉각탑은 냉각수로 사용되어 데워진 물을 공기로 냉각하여 재사용시키는 비교적 단순한 기능의 열교환기이다. 물의 증발 잠열을 이용하며 99 %의 냉각수를 회수하는 수 절약기기인 동시에 하천의 온도 상승을 막는 환경자원 보호기기이다. 공조 시스템에서 냉방열의 흐름은 실내 열부하가 중앙식 공기 조화기, 냉수 펌프 라인, 냉동기, 냉각수 펌프 라인을 거쳐 냉각탑에서 대기로 최종 배출한다. 냉각탑 열배출 기능의 성능은 열부하 흐름상의 모든 공조기기의 에너지 소모와 직결되어 최대 에너지 절약기기로 볼 수 있다.

일반적으로 냉각탑은 중앙 집중식 냉방시스템의 실내기 즉, 실내 에어컨에서 냉방에 사용되고 고온화된 냉각수의 온도를 낮추는 장치로서, 크게 냉각수와 외기의 접촉 시 발생하는 열전달에 의해 냉각수의 온도를 낮추는 개방형과 폐회로 상의 냉각수에 뿌려지는 증발수의 증발잠열을 이용해 냉각수의 온도를 낮추는 폐쇄형 두 가지가 있다.

이 중에서 개방형 냉각탑은 다시 대향류형(Counter Flow Type) 냉각탑, 직교류형(Cross Flow Type) 냉각탑, 무동력 냉각탑 등으로 나누어진다.

대향류형 냉각탑은 측벽 하단에 개방된 흡입구를 통해 유입되어 충진재를 상향 통과하는 외부 공기와 충진재 위쪽에 배치된 분사 노즐에서 분사되어 중력에 의해 충진재를 통해 낙하하는 냉각수를 서로 대향시킴으로써, 상대적으로 저온인 외기와 상대적으로 고온인 냉각수의 접촉 시 발생하는 열전달에 의해 냉각수를 냉각시키는 원리를 이용한 것이다.

또 직교류형 냉각탑은 측벽에 개방된 흡입구를 통해 유입되어 충진재를 수평 통과하는 외부 공기와 충진재 위쪽에 배치된 분사 노즐에서 분사되어 중력에 의해 충진재를 통해 낙하하는 냉각수를 서로 직교시킴으로써, 상대적으로 저온인 외기와 상대적으로 고온인 냉각수의 접촉 시 발생하는 열전달에 의해 냉각수를 냉각시키는 원리를 이용한 것이다.

대향류형 냉각탑에서 공기는 수직 상방향으로 유동하고 냉각수는 수직 하방향으로 유동하면서 공기와 냉각수가 접촉하여 열교환이 이루어지고, 직교류식 냉각탑에서는 공기는 수평으로 유동하고 냉각수는 수직 하향으로 유동한다.

그러나 기존의 직교류형 냉각탑은 상부 수조에서 하부 수조로 흐르는 냉각수가 공기가 유입되는 전면에서 후면 즉, 냉각탑 내부 측으로 갈수록 온도가 상승하게 되어, 후면 측의 충진재에서 냉각수를 효율적으로 냉각하지 못하게 되어, 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1093811호(공고일 2011.12.19.) 대한민국 등록특허공보 제10-1121174호(공고일 2012.03.16.) 대한민국 등록특허공보 제10-1203323호(공고일 2012.11.20.) 대한민국 등록특허공보 제10-1627775호(공고일 2016.06.07.)

본 발명에 따른 중간 수조를 구비하는 냉각탑은 다음과 같은 해결과제를 가진다.

첫째, 본 발명에 따른 냉각탑은 상부 수조와 하부 수조 사이에 냉각수가 흐르는 유로 상에서 냉각 효율을 향상시키기 위하여 복수 개의 충진재들을 다단으로 적층하고, 충진재들 사이에 설치되어 냉각수를 혼합하여 재분재하는 복수 개의 중간 수조들을 구비하는데 있다.

둘째, 본 발명에 따른 냉각탑은 외기 습구온도에 근접하여 냉각 효율이 저하되는 충진재 영역에 보다 적은 양의 냉각수를 공급하기 위하여, 중간 수조로부터 충진재로 공급되는 냉각수의 공급량을 충진재의 영역별로 차별화하여 공급하도록 하는데 있다.

셋째, 본 발명에 따른 냉각탑은 중간 수조에 저장된 냉각수를 온도를 조절하여 충진재의 영역에 관계없이 균등한 온도의 냉각수를 충진재로 공급하도록 하는데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 냉각탑은 냉각수가 상부 수조로부터 하부 수조로 흐르는 유로 상에 복수 개의 중간 수조를 구비하여 열교환이 포화된 냉각수를 중간 수조를 통해 재분배하도록 구비하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 본 발명의 냉각탑은 복수 개의 중간 수조를 구비하여 열교환이 포화된 냉각수를 재분배하여 충진재로 공급하게 함으로써, 외부 공기가 유입되거나 공기가 외부로 배출되는 영역에 관계없이 균일하게 충진재의 냉각수에 대한 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

이 특징에 따른 본 발명의 냉각탑은, 양측면 일부가 개방되어 외부로부터 공기가 유입되도록 구비하는 하우징; 상기 하우징의 상부 중앙에 설치되어 유입된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬; 상기 하우징의 내측 상부에 설치되고 외부로부터 공급되는 냉각수를 저장하는 상부 수조; 상기 상부 수조 하부에 적어도 2 개가 적층되게 설치되어 상기 상부 수조로부터 유입되는 냉각수를 외부로부터 유입되는 공기를 통해 냉각시키는 복수 개의 충진재; 상기 하우징 하부에 설치되어 상기 상부 수조로부터 상기 충진재를 경유하여 공급되는 냉각수를 수집하는 하부 수조; 및 상기 상부 수조와 상기 하부 수조 사이에서 적어도 하나가 상기 충진재들 사이에 설치되어, 상기 충진재들 중 상부의 충진재로부터 공급되는 냉각수를 수집하여 저장하고, 저장된 냉각수를 상기 충진재들 중 하부의 충진재로 재분배하는 적어도 하나의 중간 수조를 포함한다.

이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 충진재는 상기 송풍팬 양측에 대향하여 상기 하우징의 양측에 다단으로 설치되고; 상기 중간 수조는 각각의 상기 충진재들 각각에 상기 상부의 충진재와 상기 하부의 충진재 사이에 설치된다.

다른 실시예에 있어서, 상기 충진재들 각각은 다단으로 상호 적층되는 제1 내지 제3 충진재로 구비되고; 상기 중간 수조는 상기 제1 및 상기 제2 충진재 사이에 설치되는 제1 중간 수조와, 상기 제2 및 제3 충진재 사이에 설치되는 제2 중간 수조를 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 중간 수조는; 하부면에 상기 충진재의 공기가 유입되는 제1의 영역보다 상기 충진재로부터 공기가 배출되는 제2의 영역으로 갈수록 더 적은 량의 냉각수가 공급되도록 하는 복수 개의 공급홀들을 구비한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 중간 수조는; 상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 배열 밀도가 희박하게 구비된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 중간 수조는; 상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 직경이 점차 감소되게 구비된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 중간 수조는 저장된 냉각수를 혼합시켜 냉각수의 온도를 균일하게 조절하는 냉각수 혼합 장치가 더 설치된다.

본 발명의 다른 특징에 따른 냉각탑은, 양측면 일부가 개방되어 외부로부터 공기가 유입되도록 구비하는 하우징; 상기 하우징의 상부 중앙에 설치되어 유입된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬; 상기 하우징의 내측 상부에 설치되고 외부로부터 공급되는 냉각수를 저장하는 상부 수조; 상기 상부 수조 하부에 다단으로 상호 적층되어 상기 상부 수조로부터 유입되는 냉각수를 외부로부터 유입되는 공기를 통해 냉각시키는 제1 및 제2의 충진재; 상기 하우징 하부에 설치되어 상기 상부 수조로부터 상기 제1 및 상기 제2의 충진재를 경유하여 공급되는 냉각수를 수집하는 하부 수조; 및 상기 상부 수조와 상기 하부 수조 사이에서 상기 제1 및 상기 제2의 충진재들 각각의 상호 적층된 제1 및 제2 충진재들 사이, 상기 제2 충진재 및 제3 충진재 사이에 설치되어, 상기 제1 및 상기 제2 충진재들 각각로부터 공급되는 냉각수를 수집하여 저장하고, 저장된 냉각수를 상기 제2 및 상기 제3 충진재들 각각으로 재분배하는 제1 및 제2 중간 수조를 포함한다.

이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은; 하부면이 상기 제2 또는 상기 제3 충진재의 공기가 유입되는 제1의 영역보다 상기 제2 또는 상기 제3 충진재로부터 공기가 배출되는 제2의 영역으로 갈수록 더 적은 량의 냉각수가 공급되도록 하는 복수 개의 공급홀들을 구비한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은; 상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 배열 밀도가 희박하게 구비된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은; 상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 직경이 점차 감소되게 구비된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은; 저장된 냉각수를 혼합시켜 냉각수의 온도를 균일하게 조절하는 냉각수 혼합 장치가 더 설치된다.

본 발명에 따른 중간 수조를 구비하는 냉각탑은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명의 냉각탑은 복수 개의 중간 수조를 구비하여 열교환이 포화된 냉각수를 재분배하여 충진재로 공급하게 함으로써, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명의 냉각탑은 중간 수조의 바닥면에 복수 개의 공급홀들이 충진재의 공기가 유입되는 제1의 영역보다 충진재로부터 공기가 배출되는 제2의 영역으로 갈수록 더 적은 량의냉각수가 공급되도록 하부면에 형성됨으로써, 충진재의 위치에 관계없이 냉각수의 온도를 낮출 수 있다.

셋째, 본 발명의 냉각탑은 중간 수조에 저장된 냉각수를 순환 및 혼합시켜서 충진재로 공급함으로써, 균일한 온도의 냉각수를 충진재로 공급하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각탑의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 냉각탑의 평면도,
도 3은 도 1에 도시된 냉각탑의 일 측면도,
도 4는 도 2에 도시된 냉각탑의 A-A' 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 냉각탑의 상부 수조와 하부 수조 사이에 복수 개의 중간 수조가 구비된 일부 구성을 나타내는 사시도,
도 6은 종래기술과 본 발명의 냉각 방식을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 7 내지 도 9는 도 5에 도시된 중간 수조의 실시예에 따른 하부면의 구성을 나타내는 도면들이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 냉각탑은 냉각 효율을 향상시키기 위하여, 냉각수가 저장되는 상부 수조와 하부 수조 사이에 다단으로 복수 개의 충진재와 복수 개의 중간 수조를 구비하고, 이를 통해 상부 수조에서 하부 수조로 흐르는 냉각수의 경로를 연장하고, 다단의 중간 수조 각각에서 열교환이 포화된 냉각수를 혼합하여 냉각수의 온도를 조절하고, 온도 조절된 냉각수를 충진재로 재분배하여 유입된 공기로 재냉각하도록 구비한다.

이를 위해 본 발명의 냉각탑은 외부로부터 공급되는 냉각수를 저장하는 상부 수조와, 적어도 2 개가 적층되게 설치되어 상부 수조로부터 유입되는 냉각수를 외부로부터 유입되는 공기를 통해 냉각시키는 복수 개의 충진재와, 충진재를 경유하여 상부 수조로부터 공급되는 냉각수를 수집하는 하부 수조 및, 상부 수조와 하부 수조 사이에서 적어도 하나가 충진재들 사이에 설치되어, 상부 수조로부터 공급되는 냉각수를 수집하여 냉각수의 온도가 조절되도록 냉각수를 순환시키고, 순환된 냉각수를 충진재로 재분배하여 충진재로 공급하여 냉각 처리된 냉각수가 하부 수조로 저장되도록 하는 적어도 하나의 중간 수조를 포함한다.

이하에서는 도면을 중심으로 본 발명의 냉각탑의 구성 및 기능을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 직교류형 냉각탑의 구성 및 기능을 이용하여 본 발명의 기술적인 특징을 상세히 설명하나, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 종류의 냉각탑에 적용 가능할 뿐만 아니라, 다양한 변화 및 변경 또한 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각탑의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 냉각탑의 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 냉각탑의 일 측면도이며, 그리고 도 4는 도 2에 도시된 냉각탑의 A-A' 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 냉각탑(100)은 고효율 냉각 방식을 위하여, 상부 수조(110)와 하부 수조(112) 사이에 다단으로 적층되는 복수 개의 충진재(120, 122)와, 적층된 충진재(120, 122)들 사이에 각각 설치되는 복수 개의 중간 수조(114, 116)를 구비하고, 이를 통해 상부 수조(110)에서 하부 수조(112)로 공급되는 냉각수의 공급 경로를 연장하고, 다단의 중간 수조(114, 116) 각각에서 열교환이 포화된 냉각수를 혼합하여 유입된 공기를 통해 재냉각하도록 한다.

이러한 본 발명의 냉각탑(100)은 예를 들어, 건물의 옥상, 건물의 주변 공간 등에 설치되어, 건물의 중앙 집중식 냉방시스템의 실내기(미도시됨)에서 냉방에 사용되고 고온화된 냉각수를 외부 공기와의 접촉에 의해 냉각수의 온도를 낮춘다.

이를 위해, 본 발명의 냉각탑(100)은 크게 하우징(102)과 송풍팬(104)와, 수조(110 ~ 116) 및 복수 개의 충진재(120, 122)들을 포함한다. 또 본 발명의 냉각탑(100)은 도면에는 도시되지 않았으나, 전형적인 냉각탑의 구성들 예컨대, 송풍팬(104)으로 냉각수의 작은 물방울이 딸려나가는 현상인 비산을 방지하는 비산 방지판(Eliminator), 상부 수조(110)로 냉각수를 공급하는 분사 노즐(Spray Nozzle) 등을 더 포함한다.

하우징(102)는 냉각탑(100)의 구성 요소들이 수용되거나 설치되고, 설치 장소의 바닥에 고정되는 케이스로서, 예를 들어, 직육면체, 원통 형상 등으로 구비될 수 있다. 하우징(102)은 대향하는 양측면의 일부가 개방되어 외부 공기를 충진재(120, 122)로 유입하도록 제공된다. 하우징(102)의 상부에는 송풍팬(104)이 설치되고, 송풍팬(104)을 통해 충진재(120, 122)로 유입된 공기를 외부로 배출시킨다. 하우징(102)는 유입된 외부 공기가 송풍팬(104) 방향으로 흐르도록 구성하는 중앙 부분의 양측에 충진재(120, 122)가 설치된다.

또 하우징(102)은 일측면 상부에 구비되고 외부의 냉각수 공급 배관(미도시됨)에 연결되어 상부 수조(110)로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 포트와, 일측면 하부에 구비되어 하부 수조에 저장된 냉각수를 외부의 냉각수 배출 라인(미도시됨)으로 배출하는 냉각수 배출 포트가 설치된다. 이러한 냉각수 배출 포트와 냉각수 공급 포트 사이에는 냉각수를 공급, 순환 및 배출시키기 위한 장치들 예컨대, 펌프 및 냉동기 등이 구비되고, 이들을 통해 냉각수가 냉각수 배출 포트로부터 냉각수 공급 포트로 순환 공급된다.

송풍팬(104)은 예컨대, 공기의 흐름 방향이 회전축과 평행한 축류팬, 공기를 날개의 회전에 따른 원심력에 의해 원주 방향으로 내보내는 원심팬 등으로 구비되어, 충진재(120, 122)로부터 유입된 공기가 하우징(102)의 상부로 배출되도록 회전한다. 송풍팬(104)는 예를 들어, 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics : FRP)이나 알루미늄(AL) 재질의 날개를 구비하고, 약 80 % 정도의 고효율과 저소음 팬으로 구비될 수 있다.

충진재(또는 충전재)(Fill)(120, 122)는 하우징(102)의 일부가 개방된 양측에 배치된다. 충진재(120, 122)는 하우징(102)의 개방된 부분을 통해 외부 공기를 유입한다. 충진재(120, 122)는 상부 수조(110)로부터 냉각수를 유입하고, 유입된 외부 공기를 접촉시켜서 냉각수를 냉각시킨다. 충진재(120, 122)는 예를 들어, PVC 재질, 금속 재질 등을 이용하여 복수개의 판(Plate) 형들로 구비되어, 표면적을 넓게 형성한다. 충진재(120, 122)는 냉각수가 표면에 얇은 막을 형성하며 흘러내리는 동안 공기와 접촉하여 열교환하며, 단위 체적당 열전달율의 향상과 낮은 공기 저항이 필요하다. 충진재(120, 122)는 하우징(102)의 일측 및 타측 각각에 복수 개가 다단 구조로 상호 적층된다.

상부 수조(110)는 하우징(102)의 내측 상부에 설치되어 냉각수 공급 포트(106)를 통해 공급되는 냉각수를 저장한다. 상부 수조(110)는 충진재(120, 122)들 각각에 대응하여 하우징(102)의 양측에 구비된다. 각각의 상부 수조(110)는 하부면에 충진재(120a)가 결합되고, 저장된 냉각수를 하부의 충진재(120a)로 공급한다. 물론 상부 수조(110)는 하나로 구비되어 양측의 충진재(120, 122)로 냉각수를 공급할 수도 있다.

중간 수조(114, 116)는 상부 수조(110)와 하부 수조(112) 사이에서 적어도 하나가 적층된 충진재(120a ~ 120c)들 사이에 구비된다. 중간 수조(114, 116) 각각은 상부의 충진재(120a 또는 120b)로부터 공급되는 냉각수를 수집하여 저장하고, 저장된 냉각수를 하부의 충진재(120b 또는 120c)로 재공급한다. 이러한 중간 수조(120, 122)는 외부 공기에 의해 열교환이 포화된 냉각수를 순환 및 혼합하여 다음 단의 충진재로 재분배하여 냉각탑(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 하부 수조(112)는 상부 수조(110)에 대응하여 하우징(102)의 하부에 설치된다. 하부 수조(112)는 상부 수조(110)로부터 충진재(120, 122)를 통해 흐르는 냉각수를 수집한다. 하부 수조(112)는 수집된 냉각수를 냉각수 배출 포트(108)를 통해 외부로 배출한다.

이러한 냉각탑(100)의 표준 설계 조건은 냉각수 유입 온도가 약 37 ℃, 냉각수 배출 온도가 약 32 ℃, 그리고 배출 공기 습구 온도가 약 27 ℃이다.

구체적으로 본 발명에 따른 냉각탑의 냉각수 효율을 향상시키기 위한 구성 및 기능에 대해 상세히 설명한다

도 5는 도 4에 도시된 냉각탑의 상부 수조와 하부 수조 사이에 복수 개의 중간 수조가 구비된 일부 구성을 나타내는 사시도이고, 도 6은 종래기술과 본 발명의 냉각 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 냉각탑(100)은 하우징(102)의 중앙 부분 양측에 복수 개의 충진재(120 : 120a ~ 120c, 122 : 122a ~ 122c)들이 다단으로 상호 적층되어 구비된다. 충진재(120 : 120a ~ 120c, 122 : 122a ~ 122c)들은 상부 수조(110)와 하부 수조(112) 사이에 배치된다. 양측에 구비되는 상부 수조(110) 각각에는 냉각수 공급 포트(106)와 연결되어 냉각수를 받아들이는 냉각수 공급구(106a, 106b)가 구비된다. 또 중간 수조(114, 116)는 적어도 하나가 적층된 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c)들 사이에 구비된다. 하부 수조(112)는 상부 수조(110)에 대응하여 양측에 각각 구비될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나가 구비되어 양측의 상부 수조(110)들로부터 공급되는 냉각수를 수집, 저장할 수 있다.

이 실시예에서 충진재(120, 122)들 각각은 3 개의 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c)가 적층된다. 즉, 충진재(120, 122)들 각각은 제1 충진재(120a, 122a)와 제2 충진재(120b, 122b) 및 제3 충진재(120c, 122c)를 포함하고, 중간 수조(114, 116)는 각각의 충진재(120, 122)에 2 개가 구비된다.

구체적으로 제1 충진재(120a, 122a)와 제2 충진재(120b, 122b) 사이에는 제1 중간 수조(114)가 설치되고, 제2 충진재(120b, 122b)와 제3 충진재(120c, 122c) 사이에는 제2 중간 수조(116)가 설치된다.

제1 내지 제3 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c)들 각각은 상부 수조(110), 제1 중간 수조(114) 또는 제2 중간 수조(116)로부터 냉각수를 받아들인다. 또 제1 내지 제3 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c)들 각각은 일측으로부터 외기 공기를 유입한다.

이러한 제1 및 제2 중간 수조(114, 116)들 각각은 적층된 충진재(120, 122)들 중 하부의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)의 냉각 효율에 따라 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)의 영역별로 냉각수의 공급량을 다르게 하여 공급한다.

여기서 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c)의 영역은 공기가 유입되는 제1 영역(도 7의 A)과, 공기가 배출되는 제3 영역(도 7의 C) 및 제1 영역(A)과 제2 영역(C)의 사이의 중간에 위치하는 제3 영역(도 7의 B)으로 구분된다.

이는 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c) 각각에서 유입된 공기에 의해 냉각된 냉각수의 온도가 도 6의 (a)에서와 같이, 기존의 냉각탑에서는 제1 영역에서 제3 영역으로 갈수록 높아지기 때문에 충진재에서의 냉각 효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 여기서 기존의 냉각탑은 상부 수조(10)와 하부 수조(20) 사이에 하나의 충진재(30)가 구비되며, 충진재(30)로 유입되는 공기에 의해 제1 영역에는 추가 냉각이 불필요하지만, 제3 영역으로 갈수록 냉각수가 열교환이 포화된 상태이므로 냉각수의 온도가 주변 습구 온도에 근접하게 되어 냉각 효율이 저하된다.

따라서 제1 중간 수조(114)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 영역(A)에서 유입된 공기와 냉각수의 냉각 효율이 제3 영역(C)으로 갈수록 저하되는 것을 방지하기 위하여, 상부 수조(110)로부터 공급되는 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수를 제1 내지 제3 영역(A ~ C)별로 공급량을 차별화하여 하단의 충진재(120b, 122b)로 공급한다. 또 제2 중간 수조(116)는 제1 중간 수조(114)로부터 공급되는 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수를 제1 내지 제3 영역(A ~ C)별로 공급량을 차별화하여 하단의 충진재(120c, 122c)로 공급한다. 이 때, 제1 및 제2 중간 수조(114, 116) 각각은 제1 내지 제3 영역(A ~ C)의 냉각수를 순환시켜서 혼합하여 저장된 냉각수의 온도를 균일하게 하고, 혼합된 냉각수를 제2 및 제3 충진재(120b, 122b 및 120c, 122c)들 각각으로 공급할 수도 있다.

그러므로, 본 발명에서는 충진재(120a ~ 120c, 122a ~ 122c)들 사이에 설치된 제1 및 제2 중간 수조(114, 116) 각각에 의해 열교환이 포화된 냉각수를 혼합하여 하단의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 재분배하여 공급한다.

그리고 도 7 내지 도 9는 도 5에 도시된 중간 수조의 실시예에 따른 하부면의 구성을 나타내는 도면들이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 중간 수조(114, 116)는 하부면(114a, 116a) 외측에 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)가 결합 설치되고, 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 냉각수를 공급하기 위하여, 하부면(114a, 116a)에는 복수 개의 공급홀(114b)들이 형성된다.

이 실시예의 중간 수조(114, 116)는 하부면(114a, 116a)에 동일한 직경을 갖는 복수 개의 공급홀(114b)들이 영역(A ~ C)별로 서로 서로 다른 밀도로 배열되는 구조를 갖는다. 즉, 중간 수조(114, 116)의 바닥면(114a, 116a)은 하부의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)에 대해, 공기가 유입되어 배출되는 방향으로 갈수록 즉, 공기가 유입되는 제1 영역(A)에서 공기가 배출되는 제3 영역(C)으로 갈수록 공급홀(114b)들이 점차 희박하게 배열된다. 또 하부면(114a, 116a)의 제1 영역(A)에서 제3 영역(C)으로 갈수록 공급홀(114b)의 개수가 감소되도록 구비될 수도 있다.

이는 제3 영역(C)으로 유입되는 공기가 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)의 제1 및 제2 영역(A, B)을 경유함으로서 냉각수의 냉각 효율이 저하되므로, 제3 영역(C)으로 공급되는 냉각수는 열교환이 포화된 상태가 되기 때문이다. 이에 제3 영역(C)에서 충진재로 공급되는 냉각수는 제1 영역(A)에서 충진재로 공급되는 냉각수의 공급량보다 적게 공급하도록 할 필요가 있다. 즉, 제1 영역(A)으로부터 하부의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 공급되는 냉각수의 공급량은 제3 영역(C)으로부터 하부의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 공급되는 냉각수의 공급량보다 적게 공급하게 하고, 제3 영역(C)에 저장된 냉각수를 보다 천천히 공급하게 하여 해당 영역의 냉각수의 온도를 낮추게 한다.

그러므로, 이 실시예의 중간 수조(114, 116)는 하부의 충진재로 (120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 냉각수 공급 시, 제1 영역(A)에 대응하는 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)보다 제3 영역(C)에 대응하는 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 더 작은 량의 냉각수를 공급하도록 구비함으로써, 제3 영역(C)으로 공급되고 열교환이 포화된 냉각수를 중간 수조(114, 116)에서 어느 정도 온도를 낮추어서 공급할 수 있도록 하여, 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 유입되는 공기에 의해 냉각수의 온도를 효과적으로 낮출 수 있다.

또 도 8을 참조하면, 이 실시예의 중간 수조(114', 116')는 하부면(114c, 116c)에 서로 다른 크기의 직경을 갖는 복수 개의 공급홀(114d)들이 구비된다.

이 실시예 또한 도 7에 도시된 것과 마찬가지로, 중간 수조(114', 116')의 바닥면(114c, 116c)은 하부의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)에 대해, 제1 영역(A)에서 제3 영역(C)으로 갈수록 공급홀(114b)들의 직경이 점차 감소되게 구비하여, 제1 영역(A)에 대응하는 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)보다 제3 영역(C)에 대응하는 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 더 적은 량의 냉각수를 공급하도록 구비함으로써, 제3 영역(C)에서도 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 유입되는 공기에 의해 냉각수의 온도를 효과적으로 낮출 수 있다.

또 도 9를 참조하면, 이 실시예의 중간 수조(114", 116")는 하부면(114e, 116e)에 동일한 직경의 공급홀(114f)들이 구비되고, 내부 일측에는 중간 수조(114", 116")에 저장된 냉각수의 온도를 조절하게 하기 위하여, 냉각수를 순환 및 혼합시키는 냉각수 혼합 장치(140)가 더 구비된다. 냉각수 혼합 장치(140)는 냉각탑(100)의 구성들 예를 들어, 냉각팬(104)이나, 냉각수 공급 및 배출 등을 위한 장치(예를 들어, 밸브, 펌프, 냉동기 등)(미도시됨)들을 제어하는 제어부(130)와 전기적으로 연결된다. 제어부(130)는 예를 들어, 컨트롤러, 프로그램어블 로직 컨트롤러(PLC), 컴퓨터 등으로 구비되고, 냉각수 혼합 장치(140)를 제어하여 구동시킨다.

냉각수 혼합 장치(140)는 예를 들어, 소형의 송풍팬, 펌프 등으로 구비될 수 있다. 물론, 냉각수 혼합 장치(140)는 도 7 및 도 8의 중간 수조(114, 114', 116, 116') 각각에서도 동일한 기능을 위해 설치될 수 있다.

또 중간 수조(114", 116")는 도면에는 도시되지 않았으나, 내부의 서로 다른 위치에 저장된 냉각수의 온도를 측정하는 복수 개의 온도 센서(미도시됨)들이 설치될 수도 있다. 이 경우, 온도 센서들은 제어부(130)와 전기적으로 연결되고, 중간 수조(114", 116")에 저장된 냉각수의 온도를 서로 다른 위치에서 측정하고, 측정된 온도들의 온도차가 설정된 온도 범위를 벗어나게 되면, 제어부(130)가 냉각수를 혼합시키기 위해 냉각수 혼합 장치(140)를 구동시킨다.

따라서 이 실시예의 중간 수조(114", 116")는 저장된 냉각수를 순환 및 혼합시켜서 제1 영역 내지 제3 영역(A ~ C)에서의 냉각수 온도를 균일하게 조절하여 하부의 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 공급할 수 있다. 그 결과, 도 7 및 도 8과 마찬가지로 제1 충진재(120a, 122a)에 의해 온도가 상승한 냉각수를 온도 조절하여 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 공급하도록 구비함으로써, 제1 내지 제3 영역(A ~ C)에 관계없이 충진재(120b ~ 120c, 122b ~ 122c)로 유입되는 공기에 의해 냉각수의 온도를 효과적으로 낮출 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 냉각탑
102 : 하우징
104 : 송풍팬
110 : 상부 수조
112 : 하부 수조
114, 116 : 중간 수조
114a, 114c, 114e, 116a, 116c, 116c : 중간 수조의 하부면
114b, 114d, 114f, 116b, 116d, 116f : 공급홀
120, 122 : 충진재
120a ~ 120c, 122a ~ 122c : 제1 내지 제3 충진재
130 : 제어부
140 : 냉각수 혼합 장치

Claims (12)

1. 냉각탑에 있어서:
   양측면 일부가 개방되어 외부로부터 공기가 유입되도록 구비하는 하우징;
   상기 하우징의 상부 중앙에 설치되어 유입된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬;
   상기 하우징의 내측 상부에 설치되고 외부로부터 공급되는 냉각수를 저장하는 상부 수조;
   상기 상부 수조 하부에 적어도 2 개가 적층되게 설치되어 상기 상부 수조로부터 유입되는 냉각수를 외부로부터 유입되는 공기를 통해 냉각시키는 복수 개의 충진재;
   상기 하우징 하부에 설치되어 상기 상부 수조로부터 상기 충진재를 경유하여 공급되는 냉각수를 수집하는 하부 수조; 및
   상기 상부 수조와 상기 하부 수조 사이에서 적어도 하나가 상기 충진재들 사이에 설치되어, 상기 충진재들 중 상부의 충진재로부터 공급되는 냉각수를 수집하여 저장하고, 저장된 냉각수를 상기 충진재들 중 하부의 충진재로 재분배하는 적어도 하나의 중간 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 충진재는 상기 송풍팬 양측에 대향하여 상기 하우징의 양측에 다단으로 설치되고;
   상기 중간 수조는 각각의 상기 충진재들 각각에 상기 상부의 충진재와 상기 하부의 충진재 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 충진재들 각각은 다단으로 상호 적층되는 제1 내지 제3 충진재로 구비되고;
   상기 중간 수조는 상기 제1 및 상기 제2 충진재 사이에 설치되는 제1 중간 수조와, 상기 제2 및 제3 충진재 사이에 설치되는 제2 중간 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중간 수조는;
   하부면이 상기 충진재의 공기가 유입되는 제1의 영역보다 상기 충진재로부터 공기가 배출되는 제2의 영역으로 갈수록 더 적은 량의 냉각수가 공급되도록 하는 복수 개의 공급홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 중간 수조는;
   상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 배열 밀도가 희박하게 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 중간 수조는;
   상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 직경이 점차 감소되게 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 중간 수조는 저장된 냉각수를 혼합시켜 냉각수의 온도를 균일하게 조절하는 냉각수 혼합 장치가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
8. 냉각탑에 있어서:
   양측면 일부가 개방되어 외부로부터 공기가 유입되도록 구비하는 하우징;
   상기 하우징의 상부 중앙에 설치되어 유입된 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬;
   상기 하우징의 내측 상부에 설치되고 외부로부터 공급되는 냉각수를 저장하는 상부 수조;
   상기 상부 수조 하부에 다단으로 상호 적층되어 상기 상부 수조로부터 유입되는 냉각수를 외부로부터 유입되는 공기를 통해 냉각시키는 제1 및 제2의 충진재;
   상기 하우징 하부에 설치되어 상기 상부 수조로부터 상기 제1 및 상기 제2의 충진재를 경유하여 공급되는 냉각수를 수집하는 하부 수조; 및
   상기 상부 수조와 상기 하부 수조 사이에서 상기 제1 및 상기 제2의 충진재들 각각의 상호 적층된 제1 및 제2 충진재들 사이, 상기 제2 충진재 및 제3 충진재 사이에 설치되어, 상기 제1 및 상기 제2 충진재들 각각로부터 공급되는 냉각수를 수집하여 저장하고, 저장된 냉각수를 상기 제2 및 상기 제3 충진재들 각각으로 재분배하는 제1 및 제2 중간 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은;
   하부면이 상기 제2 또는 상기 제3 충진재의 공기가 유입되는 제1의 영역보다 상기 제2 또는 상기 제3 충진재로부터 공기가 배출되는 제2의 영역으로 갈수록 더 적은 량의 냉각수가 공급되도록 하는 복수 개의 공급홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은;
    상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 배열 밀도가 희박하게 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은;
    상기 제1의 영역으로부터 상기 제2의 영역으로 갈수록 상기 공급홀들의 직경이 점차 감소되게 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 중간 수조 각각은;
    저장된 냉각수를 혼합시켜 냉각수의 온도를 균일하게 조절하는 냉각수 혼합 장치가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각탑.

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