냉각탑의 원리 및 특성 종류 등

냉각탑에 대하여

1. 냉각탑 이란?

기계나 산업공정에서 발생하는 열을 제거하기 위하여 사용된 온수를 온수보다 낮은 주위의 공기로 열교환 방식을 이용하여 물과 직접 접촉시켜 온수를 냉각해 재 사용할수 있도록 만들어진 기계장치를 말합니다.

냉각탑은 수자원의 제약과하천의 오염등으로 인해 주변의 자연 냉각수를 이용에 한계가 있는데 이러한 한정된 냉각수를 해결하기위해 물을 재순환시켜 사용하는 장치로 가장 안전하고 효율적인 열교환기 이며 수자원 절약장치 이기도 합니다.

냉각탑의 기본원리는 물과 공기의 온도차를 이용하는 열전달에 의한 증발감열과 물 자신의 증발을 이용하는 물질 전달에 의한 현열냉각의 두가지 작용으로 행하여 지는데 그중 증발잠열에 의한 냉각이 75%이고 현열냉각이 25%로 증발식 냉각탑의 기본원리가 됩니다.

냉각탑에서 물을 냉각시키는 방법으로 증발을 최대한 이용하는데 공기의 흐름을 최대 한의 물표면을, 그리고 가장 긴 시간동안 접촉시키도록 설계한다. 즉 물의 체공시간을 늘리고, 접촉 표면적을 최대화 하며, 풍량을 증대시켜 물과 공기의 접척을 최대한 증대 시켜서, 최대한의 증발이 일어 나도록 해야 합니다.

2. 냉각탑의 일반적인 특성

냉각탑의 출구수온을 외기 습구온도 이하로 낮출 수는 없습니다. 공기량이 많은만큼 냉각탑 탑체는 작아지나 송풍기의 동력은 상대적으로 증가합니다.

출구온도와 습구온도의 차(Approach)가 큰만큼 탑체는 작아집니다. 입구온도와 출구온도차(Range)가 작은만큼 탑체도 작아집니다. ( 일반적인 냉각탑의 표준능력은 입구수온 37도, 출구수온 32도, 입구 공기습구온도 가 27도 일때 1 냉각톤은 3,900Kcal/Hr 입니다)

3. 냉각탑의 종류

냉각탑은 4가지 방식에 의하여 분류하여 볼수 있습니다.

(1) 통풍방식에 의한 분류

- 자연통풍식 냉각탑

① 분수지 냉각탑 - 강제통풍의 약 100배 정도의 넓은 면적을 요구하는 방식으로 못의 표면 1~2m 높이에 노즐을 위로 향하게 배열하고 0,6~1,2㎥/㎡.hr의 물을 0.5mmAq 정도의 압력으로 못의 표면에 분사시켜 냉각시키는 방식으로 수원이 풍부하고 넓은 못을 사용할수있을때 사용할수 있는 특수한 경우의 냉각방법 입니다.

② 대기식 냉각탑 - 냉각탑의 좌,우면에 판자를 틈이 나게 댄 것을 상하로 간격을 두고 2~6 ㎥/㎡hr의 물을 상부 노즐에서 살포하며 공기는 판자 사이를 수평으로 자연통풍 되어 빠져 나가면서 물이 냉각되는 방식입니다.

③ 자연통풍 냉각탑 - 20~120m의 탑 높이가 굴뚝 역할을 하며 탑 하부에서 공기를 흡입하여상부로 배출 하부에 산수기와 충진물이 있어 이 부분만으로 공기와 물이 직접 접촉되면서 냉각되는 방식으로 대기의 습구온도가 낮은 유럽에서는 송풍기 동력이 들지않아 운전비가 저렴하나 초기 설비비가 많이 들고 지진이 잦은지역 에서는 내진설계가 요구됩니다.

- 강제통풍 냉각탑

공업용,공조용 모두 사용되며 효율이 좋아 현재 가장 많이 쓰이고 있는 냉각창치로 송풍기현재 일반적으로 사용되고 있는 모든 냉각탑이 이에 해당됩니다를 채택하여 공기를 유동시키므로 냉각효과가 크고 성능도 안정되며 소형,경량화 할 수 있어 투자비가 저렴합니다

(2) 물과 공기의 접촉 유수 방향에 의한 분류

- 직교류형 냉각탑(Cross Flow Type)
물과 공기가 서로 직각이 되게 흐르면서 냉각되는 방식으로 구조가 간단하고 보수 점검이 용이하며 여러대를 배열하기가 용이 합니다

- 대향류형 냉각탑(Counter Flow Type)
물과 공기가 동일한 방향으로 흐르면서 냉각되는 방식으로 냉각효율이 높고 대,소 용량에 많이 사용되고 있습니다

- 병류형(역류형)냉각탑
물과 공기가 동일한 방향으로 흐르면서 냉각되는 방식으로 열효율이 나빠 요즘은 거의 사용 하지 않는 방식의 냉각탑 입니다

(3) 송풍기의 위치에 따른 분류

- 유도 통풍식 냉각탑
송풍기가 상부에 있어 냉각탑 내부의 공기를 외부로 불어 내므로서 외기가 유입되도록 하는 방식으로 대부분의 냉각탑이 이에 해당됩니다

- 압입 송풍식 냉각탑
송풍기가 하부에 있어 외기를 강제로 불어 넣는 방식으로 외부 공기 유입이 어려운 지역 이나 폐수 냉각등에 주로 이용되고 있습니다

(4) 공기와 물의 접촉 방식에 의한 분류

- 분무식 냉각탑
내부에 다른 충진재가 없이 물만 분사하여 공기와 접촉시키는 방식으로 어프로치가 큰 경우에 적용하고 있는 냉각탑 입니다

- 압입 송풍식 냉각탑
내부에 충진재를 넣어 물과 공기가 충진재에 의해 냉각되는 방식으로 수막형,수적형등 으로 나눌수 있습니다

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2. 냉각탑의 설치 및 취급방법

냉각탑 설치장소

냉각탑의 설치장소는 냉각탑의 성능과 수명,효율에 직접적인 영향을 미치므로 아래 조건에 맞는 장소를 선정하여 주시기 바랍니다

1) 냉각탑의 공기흐름을 방해 하지않는 곳.
2) 냉각탑 흡입구측에 습구온도가 상승하지 않는 곳.
3) 송풍기 토출측에 장애물이 없는 곳.
4) 온풍이 토출되는 배기구와 멀리 떨어져 있는 곳
5) 기온이 낮고 통풍이 잘 되는 곳
6) 냉각탑 운전시 소음(반향음)이 발생되지 않은 곳
7) 산성,먼지,매연 등의 발생이 적은 곳
특히,대량으로 매연을 흡입할 경우 냉각탑뿐만 아니라 냉각수관은
물론 열원기기(냉동기)의 Condenser Tube 까지도 부식시킬 우려가 있습니다

냉각탑 설치시 유의사항

1) 냉각탑 기초는 제조회사에서 제출한 기초도를 참조 시공하기 바랍니다
2) 균일하지 못한 지질위에 기초를하여 냉각탑을 설치할시 침하작용으로 냉각탑이 기울어 질 수도 있습니다
3) 기초 콘크리트 상면은 요철이 없이 수평을 유지하여야 하며 기초용 볼트는 확실하게 고정하여 야 합니다
4) 조립이 끝난 후 누락된 것이 없는지 부속 기기들이 견고하게 부착되었는지 확인하여 주시기 바랍니다

 

냉각탑 배관시 유의사항

1) 배관 사이즈는 도면상에 기재된 사이즈에 맞추어 배관을 하시기 바랍니다
2) 냉각탑 입구 배관에는 수량 조절용 밸브를 설치 하시기 바랍니다
3) 냉각수 펌프는 냉각탑 수조의 운전수위 아래에 설치에 설치 하시기 바랍니다
4) 배관의 중량이 냉각탑에 걸리지 않도록 바닥에서 부터 배관 지지대를 설치 하십시요
5) 수평배관,운전수위보다 높은배관은 가능한 짧게 하십시요. 펌프 운전시 공기가 배관에 들어가며 펌프가 정지될시 냉각탑 수조의물이 넘칠수가 있습니다
6) 2대 이상을 병열해서 운전할 경우 수위를 동일하게 유지하기 위하여 균압관을 설치하시기 바랍니다
7) OVER FLOW , DRAIN 배관을 하셔야 합니다
8) 동절기 동결방지를 위해 배관 아래부분에 드래인 밸브를 설치하셔야 합니다

냉각탑 초기 운전시 유의사항

1) FAN의 회전방향이 화살표에 표시된 방향인지 확인하여 주시기 바랍니다
2) 전 배관내에 물이 채워질때 까지 펌프를 단속 운전하여 배관내의 공기를 제거하고 수조의 수위를 OVER FLOW LEVEL 까지 채운후 운전을 하십시요
3) 자동 급수관의 BALL TOP은 OVER FLOW 수위보다 약간 아래로하여 운전수위에 맞추기 바랍니다
4) FAN MOTOR의 전류는 명판에 기재된 정격전류를 초과 해서는 안됩니다