Cooling Tower (냉각탑)의 원리와 구조

Cooling Tower 냉각탑

Cooling Tower 냉각탑

Cooling Tower란 산업공정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 사용된 냉각수를 냉각수보다 온도가 낮은 주위의 공기를 이용, 물과 직접 접촉시켜 냉각해 재사용할 수 있도록 만들어진 기계장치입니다.

 

Cooling Tower의 기본 원리

증발 잠열과 헌열에 의한 열이동을 이용한 원리입니다. 즉, 물이 증발하면서 주위에서 증발 잠열을 빼앗아 주위를 냉각시키고 공기는 물의 온도차에 의한 헌열로 냉각됩니다. 따라서 물의 체공시간을 최대한으로 늘리고, 접촉면적을 최대화하며, 풍량을 증대시켜 물과 공기의 접촉을 최대로 하여 많은 증발이 일어날 수 있게 설계하는 것이 중요합니다.

 

*잠열: 물체의 온도는 변화 없이 상태를 변화시키는데 소요되는 열량,
Q(Kcal) = m(kg) × r(Kcal/kg) = 질량 × 잠열

*헌열: 물체의 상태는 변화 없이 온도를 변화시키는데 소요되는 열량,
Q(Kcal) = m(kg) × c(Kcal/kg℃) × △t(℃) = 질량 × 비열 × 온도차

 

Cooling Tower 냉각탑의 원리

 

Cooling Water

직접/간접적으로 화학 제품 등을 냉각하는 목적으로 사용되는 물을 말하며 대부분의 경우 열교환기 등을 이용하여 각종 공정 유체를 간접적으로 냉각하기 위하여 이용됩니다. 즉, 생산 공정 중 발생하는 열을 외부로 방출시키는 매개체 역할을 하고 있습니다.

Cooling Water의 역할

 

Cooling Tower 냉각탑의 구조와 명칭

Cooling Tower 냉각탑의 구조와 명칭

• Tower Structure Part (above Basin) : 냉각탑 자체의 골격을 의미합니다. Dead Load와 Opration Load 등을 견딜 수 있어야 하며, 다양한 외부 대기 조건과 내부의 폭풍우 같은 조건에서도 골격을 유지해야 하는 역할을 합니다.
• Fan Part (Mechanical Part) : 냉각탑 내에 공기를 유입시키고 공기의 흐름 양을 조절함으로써 냉각 효율을 높여주고, 안정되게 하는 기계적인 장비입니다. 세부적인 구분으로는 Fan Assembly, Speed Reducer, Drive Shaft, Motor, Fan Stack 등이 있습니다.
• Water Distribution Part : 물을 Nozzle에 고르게 분배시켜주는 장치입니다.
• Nozzle : 압력 혹은 중력에 의해 물을 Fill Part에 고르게 분사하는 장치입니다.
• Fill Part : 냉각탑의 가장 중요한 부분으로 공기와 물의 열교환이 일어납니다. 냉각탑의 효율과 직결되어 있으며, Fill의 구조에 따라 냉각탑의 크기와 소요 동력의 크기가 결정됩니다.
• Drift Eliminator Part : 공기의 흐름에 실려 유출되는 물방울을 제거하는 장치입니다.
• Louver Part : 공기가 유입되는 부분에 설치하여, 공기의 유입을 고르게 해 주고 액적(비산)을 제거하는 역할을 합니다.
• Cold Water Basin : 냉각탑의 하부에 위치하여 Cooling 된 냉각수를 모으며 탑의 중요한 기초로서의 역할을 합니다.

 

Cooling Tower 냉각탑의 분류

1) 공기와 물의 흐름에 의한 분류

항목	Counter Flow	Cross Flow
효율	효율이 좋음	효율이 낮음
부지	설치면적 작음	설치면적 큼
가격	성능이 개선되어 가격이 저렴	기계가 커지므로 가격이 비쌈
높이	장치들이 수직선상으로 있어 높음	장치들이 수평선상으로 있어 낮음
Recirculation	구조상 영향이 작음	구조상 영향이 큼
공기분포	Filler의 통과 공기속도가 일정하여 성능발휘	Filler의 공기속도가 일정하지 않고 하부에서는 바람의 영향을 많이 받음
점검 용이성	탑의 상부에서 내부로 출입하게 되어있어 가동 중 수시점검이 불가능하고 보수에 어려움이 있음	탑의 가운데 부위에 내부출입이 가능하도록 설계되므로 점검이 쉽고 부분적 수가 가능함.

 

2) ID Fan Type과 FD Fan Type의 분류

ID Fan Type 과 FD Fan Type 의 분류

항목	Induced Draft Fan	Forced Draft Fan
공기속도	공기의 흡입속도보다 3~4배 빠른 배출속도	공기의 빠른 흡입속도와 낮은 배출속도
Recirculation 현상 *Recirculation : 냉각탑을 떠난 공기의 일부가 냉각탑으로 재유입되는 현상	발생이 거의 없다	발생이 쉽다
Performance	상대적으로 높음	상대적으로 낮음
Fan	Propeller Type Fan	원심형의 Blower Type Fan
운전비	Fan 구동을 위한 운전비가 적음	더 큰 마력의 Fan이 필요하여 운전비 큼
특성	대부분의 냉각탑에 사용	외부공기 유입이 어려운 지역, 폐수냉각에 사용