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  2. 2009.11.17 (2) 냉각탑의 기초 - 냉각탑의 종류

가. 송풍방식에 따른 구분

  기계식 냉각탑은 통풍방식에 따라 다음과 같이 구분된다.

(1) 흡입식 : 팬이 냉각탑의 공기출구측에 위치해 있는 것

(2) 압송식 : 팬이 냉각탑의 공기입구측에 위치해 있는 것

  

  흡입식[그림 1]은 광범위한 용도로 소용량에서 대용량까지 널리 사용되고 있다.  공기흡입속도가 3-4 m/sec 정도이며 출구속도는 3-4배 빨라서 재순환에 의한 성능저하가 작고 쉽게 계량화가 가능하다.

  압송식[그림 2]은 냉각탑에 공기를 불어넣는 방식으로 공기흡입속도가 빠르고 출구속도가 느리므로 바람에 의한 재순환으로 성능저하가 쉽고 크게 발생한다[그림 3].  운전동력과 소음 및 겨울철 운전에 불리하나 원심송풍기를 사용하여 높은 정압에서도 운전할 수 있어서 지하설치 용도에 적합하다.  

 

 

                [그림 1] 흡입식/직교류형


 

나. 공기흐름에 따른 구분                   

                                                                   [그림2] 압송식
                                                             


(1) 대향류형 : 충전부에서 공기의 흐름이 수직상방향으로 움직여 냉각수와 마주 교차하며 열교환되는 형태

(2) 직교류형 : 충전부에서 공기의 흐름이 수평방향으로 움직여 냉각수와 직각으로 교차하며 열교환되는 형태

(3)조합형 : 대향류형과 직교류형이 동일 냉각탑에 조합된 형태

  


  대향류형[그림 4]은 소용량의 경우, 직교류형보다 냉각수 분사압력과 공기압 손

실이 더 커지므로 냉각수 순환펌프와 팬의 동력이 크게되나 대용량의 경우에는 저압의 중력식 물분배 방식을 사용하고 충분한 공간확보가 가능하여 직교류형과 비슷하다.  설치면적과 시설비용에 있어서는 대향류형이 유리하고 보수점검성과 유지관리비용은 직교류형이 유리하다.  대향류형의 발생소음은 낙하수음이 포함되어 3 dBA 정도 높게 나타난다.

[그림 3] 압송식에 있어서 재순환 가능성


 

다. 충전재 종류에 따른 구분
                                                    
[그림 4] 대향류형

                                                    


(1) 필름형 : 표면적을 넓힌 수직형태의 충전재를 사용해서 냉각수가 그 표면에 얇은 막을 형성하며 흘러내리도록 한 것

(2) 비말(飛沫)형 : 충전재를 평행되게 상하로 교차시키는 방법 등으로, 물이 표면을 적시며 반복적으로 방해받아 낙하하면서 작은 물방울로 흩뿌려지게 하는 형식의 것 [그림 5]

(3) 무필(無Fill)형 : 별도의 충전재를 삽입하지 않는 형식
필름형 충전재는 열교환 효율이 뛰어난 반면 스케일이나 슬라임에 의해 막힐 수 있으므로 냉각수 수질관리가 필요하다.  KS M 0077 냉각수 수질기준에 규정된 수질유지는 필름형을 사용하는데 전혀 문제가 없다.


  비말형 충전재는 주변환경의 문제 등으로 냉각수 오염이 심한 경우에 사용할 수 있으나 열교환 효율이 필름형의 1/4정도에 불과하다.  무필형은 폐수의 냉각 등 슬럿지가 과대한 경우 사용된다.


  


                                
                                                        [그림 5] 비말형 충진재



라. 설치방법에 따른 구분

(1) 공장조립형 : 공장에서 조립되어 완제품으로 공급되는 형태

(2) 현장조립형 : 사용할 장소에서 주요 조립작업을 하는 형태

  일명 팩케이지형이라고 불리는 공장조립형은 공장에서 완전조립상태 또는 운송수단이 허용하는 제한크기 이내로 분할된 부분조립상태에서 출하되는 형태를 말하며 큰 용량은 셀 단위로 조립하여 현장에서 이어 붙여 설치한다.  제조공장에서 사전 조립검사와 시운전이 가능하므로 안정된 품질과 설치기간의 단축을 기대할 수 있다. [그림 7] 
  현장설치형은 대용량 냉동기 또는 산업용에 주로 쓰이며 [그림 6]은 인천국제공항에 설치된 예를 보여준다.

    [그림 6] 현장설치형/백연방지형/대향류형


마. 모양에 따른 구분

(1) 사각형 : 평면상 탑의 형체가 사각인 것

(2) 원형 : 평면상 탑의 형체가 둥글거나 8각형 이상의 다면체 형태

(3) 연결형 : 셀을 계속 이어 붙여 갈 수 있는 형태 [그림 6/7]

  냉각탑 몸체가 원통형을 이루면 바람으로 인한 재순환 영향을 작게 받는다.  반면, 사각형은 바람에 방해정도가 크므로 후면쪽에 압력이 낮은 후류가 형성되어 토출공기의 재순환이 더 많다.  그러나 국내에서 사용되는 FRP제의 원형은 비산방지판이 간이 형식이며 공기흡입구에 바람막이(Wind Baffle)를 설치하지 않아서 비산이 과다한 경향이 있다.  또한, 건축물과의 조화성이 떨어지고 스카이라인이 좋지 않아  팬스설치 등 추가 건축비용을 유발시킬 수 있다.

  대용량의 경우에 냉각탑을 이어 붙여 설치하는 연결형으로 설계하게 되며 여름철 주된 바람의 방향과 냉각탑 연결길이 방향을 일치시키는 것이 재순환 방지에 유리하다.

 

  [그림 7] 공장조립형/연결형/직교류형


바. 열전달 방법에 따른 구분

(1) 개방형 : 냉각수와 공기가 직접 접촉하며 냉각수의 증발이 수반되어 열교환하는 형태

(2) 밀폐형 : 냉각수와 공기가 간접 접촉하여 열교환하는 형태

(3) 드라이쿨러 (Dry Cooler) : 증발이 없는 감열냉각 형태

  일반적인 냉각탑은 충전재를 사용하는 개방형이며 증발잠열을 이용하기 때문에 습구온도의 영향을 받아 대기의 건구온도보다 낮은 냉각수온을 얻을 수 있다.  개방형은 대기중의 오염물질이 냉각수를 오염시켜 열교환기 등에 부식과 스케일의 문제를 일으킨다.

  밀폐형은 냉각수가 폐쇄회로를 순환하므로 수질오염을 방지할 수 있으나 열교환 코일 외부에 별도의 물을 살포하여 증발잠열을 이용하는 형식이므로 금액이 비싸진다.  밀폐형은 콘덴서 등 장비수명의 연장과 겨울철 결빙문제가 적은 장점을 가지고 있다.

  개방형은 냉각수 자체가 증발하고 밀폐형은 살포수가 증발하므로 수질관리와 보급수가 필요해진다.  반면에 드라이쿨러는 감열만을 이용하기 때문에 물의 소모가 전혀 없으나 냉각수온이 높아지고 시스템 비용과 운전비용이 6배 정도 커지게 된다.


사. 소음에 따른 구분

(1) 일반형 : 저소음 기준치 이상의 것

(2) 저소음형 : 저소음 기준치 미만의 것

(3) 초저소음형 : 초저소음 기준치 이하의 것

  소음기준은 한국설비협회 단체규격 KARSE B-003에 의한다.


아. 기타

(1) 대기압식 냉각탑 (Atmospheric Tower) : 냉각탑 초기형태는 연못이나 분수형태에서 [그림 8]과 같은 대기압식 형태로 발전하였고 넓은 면적이 필요하고 비산손실이 크고 바람에 의한 성능변화가 심하여 기계식 강제통풍형으로 전환하였다.  현재도 원자력발전소 등에서 팬 동력이 없이 안정적으로 냉각수온을 유지할 수 있는 대용량 자연통풍식 (Natural  Draft Tower)을 널리 사용한다. [그림 9]

 

             [그림 8] 대기압식                                                                   [그림 9] 자연통풍식


(2) 백연방지 냉각탑 (Plume Abatement Tower) : 고온다습한 냉각탑 토출공기가 대기와 부딪히면서 냉각될 때, 과포화수증기는 응축되어 가시화하며 이 백연이 환경오염과 민원의 대상이 될 수 있다.  백연을 감소시키기 위하여 [그림 6], [그림 10]과 같이 토출공기를 입구냉각수온에 의해 가열시키는 장치를 설치한다.  가열장치로 핀튜브 코일방식을 사용해 왔으나 최근에는 충전재만으로 구성되어 비용이 저렴한 방식이 개발되었다.


                     [그림 10] 백연방지냉각탑

 

냉각탑의 종류

구분방법에 따라 다음과 같이 나눌 수 있으며 하나의 냉각탑에 적용되는 여러 종류명을 합하여 호칭할 수 있다.


구분방법

냉각탑 종류

비고

통풍방법

대기압식, 자연통풍식, 강제통풍식(기계식), 팬보조자연통풍식

 

송풍방식

흡입식, 압송식

 

공기흐름

대향류형, 직교류형, 조합형

 

설치방법

공장조립형(팩케이지형), 현장설치형, 모듈라(Modular)

 

모양.형상

사각형, 원형, 연결형

 

열전달방법

개방형, 밀폐형, 드라이쿨러(공냉식)

습식(증발식), 건식, 습건식

 

충진재형태

필름형, 비말형, 무필[無Fill]형(Spray Filled)*

*속칭

소음구분

일반형(표준형), 저소음형, 초저소음형

규격제정

재료별

철재, 목재, 복합재료(FRP), 콘크리이트

주자재.골조

용도별

공조용, 산업용, 폐수용,지하설치형, 백연방지형(습건식),

통상호칭용


                                                                                            


 

 

강제통풍식/흡입식/직교류형/공장조립형                       강제통풍식/흡입식/대향류형/현장설치형

개방형/필름형/저소음형/복합재료형                             연결형/습식+습건식/콘크리이트/백연방지형   


                                                                                                                                                                                                                                                                     











                                                                                                                                                          
조합형(대향류+직교류)/공장조립형                                          대향류형/현장설치형/FRP골조/공조용



 



 

강제통풍식/흡입식/직교류형/공장조립형/개방형/필름형/저소음형/복합재료/모듈라형/연결형



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