냉각탑 및 그 냉각방법 - 특허기술

새한공조의 하이브리드 공조시스템으로 연간 에너지를 50% 절감할 수 있다. 실별냉난방, 실별외기냉방, 실별 VAV 제어 융합공조 기술이 있다.

 

발명의 명칭 : 냉각탑 및 그 냉각방법, 대한민국 특허등록번호/일자 : 1017105190000 (2017.02.21), 출원인, 발명자 및 최종권리자 : 박승균, 존속기간(예정) 만료일 : 2035년 11월 11일

 

발명의 설명

기술분야

본 발명은 냉각탑 및 그 냉각방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수의 냉각이 두 번 직렬로 이루어지도록 구성됨으로써 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있는 직교류형 냉각탑 및 그 냉각방법에 관한 것이다.

 

배경기술

산업의 발전과 인간의 복지 향상은 많은 에너지 사용을 초래하였으며, 이에 따라 발생하는 열의 제거 및 적정한 온도 유지 필요성에 따라 남는 열을 냉각시켜 주어야 했다. 이와 같이 열을 냉각시키기 위해서는 냉각매체가 필요하므로 자연 속에서 제일 풍부한 물을 이용하여 증발이라는 효율적인 열전달 방법을 통하여 가열된 물을 냉각, 재순환시켜 사용하는 장치로 사용되는 것이 냉각탑이다. 즉, 냉각탑은 열의 최종 배출구이며, 가장 안전 하고 효율적인 열교환기로 이해해도 된다.

냉각수를 순환시켜서 사용하기 위해 더워진 냉각수를 탑 상층부로부터 되도록 작은 물방울 형태로 흘러내리게 하고, 흘러내리는 도중에 탑에 설치한 송풍기의 바람에 접촉시켜 물의 일부를 기화시킴으로써 수온을 내리게 하는 냉각용 탑을 말한다. 물을 냉각시키는 용도로 쓰이며, 냉각탑은 물을 대기온도까지 낮추는 데 목적이 있다.

 

 

냉각탑의 기본원리는 증발잠열과 현열에 의한 열이동에 있다. 즉, 물이 증발하면 주위에서 증발잠열을 빼앗아 주위를 냉각시키고, 공기는 물의 온도차에 의한 현열로 냉각되는데, 물의 체공시간을 최대한으로 늘리고, 접촉 면적을 최대화하며, 풍량을 증대시켜 물과 공기의 접촉을 최대로 하여 많은 증발이 일어날 수 있게 설계하는 것이 중요하다.

이러한 냉각탑은 열교환 방식에 따라 직교류형(cross flow type), 대향류형(counter flow type) 그리고 하이브리드형(hybrid type)으로 대별될 수 있다. 직교류형은 고온의 냉각수와 외부로부터 유입된 공기를 직교로 교차시켜 냉각수가 냉각되도록 한다. 대향류형은 고온의 냉각수와 외부로부터 유입된 공기가 서로 역방향으로 마주치면서 냉각수가 냉각되도록 한다. 그리고, 하이브리드형은 직교류형과 향류형을 복합시킨 형태로 이루어져 냉각수가 냉각되도록 한다.

더욱 구체적으로, 직교류형 냉각탑의 경우, 고온의 냉각수는 천정부의 상부영역 양측에 마련된 냉각수 살수수조로 공급된 다음 살수수조 바닥에 형성된 구멍과 오리피스 노즐을 통해 중력에 의해서 하향 살수된다. 살수된 냉각수는 필러를 통과하면서 필러를 수평으로 가로지르는 공기와 열교환 작용을 통해 냉각되고, 냉각된 저온의 냉각수는 필러 하부의 집수조에 집수된 다음 냉각수 출구를 통해 열교환 장치에 공급되고 더워진 냉각수는 냉각탑으로 재순환된다. 냉각수의 냉각을 위한 공기는 필러의 측면에 마련된 공기유입루버로부터 유입되어 냉각수를 냉각시킨 다음 중앙에 마련된 공기유동공간을 경유하여 통풍팬을 통해 외부로 배출된다.

대향류향 냉각탑의 경우, 고온 냉각수는 케이싱 내부의 상부의 살수 영역에 마련된 분배 주관으로 공급된 후 분배 주관 끝단에 설치된 회전식 살수장치에 의해 하향 살수된다. 살수된 냉각수는 필러를 거치면서 냉각되고, 냉각된 저온 냉각수는 필러 하부의 집수조에 집수되어 냉각수 출구를 통해 열교환 장치에 공급되고 더워진 냉각수는 냉각탑으로 재순환된다. 냉각수의 냉각을 위한 공기는 필러의 하부에 마련된 공기유동공간으로부터 상향 유동하여 냉각수를 냉각시킨 다음 통풍팬을 통해 외부로 배출된다.

그러나, 종래의 냉각탑은 구조상 냉각수를 충분히 냉각시키는 데 제약이 있었으며, 특히 직교류형의 경우 냉각 효율이 떨어져 최적의 성능을 발휘하기 어렵다는 문제점을 안고 있었다. 이에 따라, 열전달 효율을 개선시킬 수 있는 냉각탑의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

 

선행기술문헌

특허문헌

특허문헌 1. 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0072825호

특허문헌 2. 대한민국 등록특허공보 제10-0377507호

특허문헌 3. 대한민국 등록특허공보 제10-0392763호

 

 

발명의 해결하려는 과제

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉각수의 냉각이 두 번 직렬로 이루어지도록 구성됨으로써 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있는 직교류형 냉각탑 및 그 냉각방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

구체적으로, 본 발명은 냉각수 중 일부를 먼저 제 1 필러에서 냉각시키며, 제 1 필러에서 냉각된 냉각수를 다시 공급관에 공급한 후 제 2 필러에서 2차로 냉각시키도록 설계함으로써 냉각효율을 크게 증대시킬 수 있으며, 제 1 필러로 공급되는 냉각수의 양을 유동적으로 제어함으로써 외부에서 유입되는 공기에 의해 냉각이 충분히 일어나지 못하는 상황에 대비할 수 있으며 냉각탑을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외부로 배출되는 공기에 포함된 습기를 제거하여 백연현상을 효과적으로 방지할 수 있으며 동절기 결빙의 우려를 막을 수 있는 냉각탑을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

 

발명의 효과

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉각수의 냉각이 두 번 직렬로 이루어지도록 구성됨으로써 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있는 직교류형 냉각탑 및 그 냉각방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 냉각수 중 일부를 먼저 제 1 필러에서 냉각시키며, 제 1 필러에서 냉각된 냉각수를 다시 공급관에 공급한 후 제 2 필러에서 2차로 냉각시키도록 설계함으로써 냉각효율을 크게 증대시킬 수 있으며, 제 1 필러로 공급되는 냉각수의 양을 유동적으로 제어함으로써 외부에서 유입되는 공기에 의해 냉각이 충분히 일어나지 못하는 상황에 대비할 수 있으며 냉각탑을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 외부로 배출되는 공기에 포함된 습기를 제거하여 백연현상을 효과적으로 방지할 수 있으며 동절기 결빙의 우려를 막을 수 있는 냉각탑을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

 

▲ 도 1. 본 발명에 따라 구현될 수 있는 냉각탑의 사시도

 

▲ 도 2. 본 발명에 따라 구현될 수 있는 냉각탑의 단면도