냉각탑(Cooling Tower)에 대하여

안녕하세요? 오늘은 냉각탑에 대해서 포스팅하고자 합니다. 여름에 상가나 관공서 같은 큰 건물의 옥상에 가보면 시끄럽게 물소리가 나면서 가동되는 기기가 있습니다. 이것이 냉각탑이며 건물 지하의 냉동기와 연결이 되어 있습니다. 냉동기의 원리에 대한 포스팅을 먼저 보시면 이해하시는 데 도움이 될 것 같습니다. 냉각탑의 원리는 비교적 간단하지만 모르시는 분들을 위해서 준비했습니다. 

(2020/06/16 - [별의 시설관리] - 흡수식 냉동기(Absorption system of refrigeration)에 대하여) 

1. 냉동기 시스템

냉동기 시스템은 위와 같습니다. 여기서 냉각탑의 역할은 냉동기의 재생기에서 증발된 물을 응축시켜 주는 역할을 합니다. 응축된 물은 다시 증발기로 가서 냉수의 온도를 낮춰주는 역할을 합니다. 잘 이해가 안가시는 분은 냉동기에 관한 글을 먼저 읽어보시면 좋을 것 같습니다. 

2. 냉각탑 외형

통상적으로 도시에서 사용하는 냉각탑은 위와 같이 생겼습니다. 그렇지만 외형만 보아서는 도대체 원리가 어떻게 되는지 알 수가 없습니다. 그래서 구조를 들여다 보겠습니다. 

3. 냉각탑 구조

냉각탑은 냉동기에서 열을 받은 물이 냉각탑에 도달하여 Filler 위로 스프레이 되게 됩니다. Filler를 거쳐서 물은 하부 수조(보통 Basin이라 부름)로 쌓여 냉동기로 다시 되돌아가게 됩니다. 정말 단순하죠? 하지만 여기에 몇가지 숨겨진 원리들이 있습니다. 세부적으로 살펴보겠습니다. 

1) Filler

 

냉동기를 거쳐서 더워진 물은 냉각탑에 스프레이 되어 Filler위에 떨어지게 됩니다. 여기서 Filler의 역할은 물방울이 잘게 부서져서 표면적을 높이는 역할을 합니다. 크기가 큰 물방울 1개와 부피는 같지만 여러개로 나누어진 물방울 중에 표면적이 넓은 것은 당연히 여러개로 나누어진 것입니다. 표면적이 넓을수록 공기와 접촉면이 많아지고 열교환의 효율이 좋아지게 됩니다. 

또한 Filler는 여러개의 층으로 되어 있기 때문에 물방울이 지나가는데 오랜 시간이 소요됩니다. 이역시도 열교환을 할 수 있는 시간을 벌어주는 것입니다. Filler는 통상적으로 플라스틱 재질로 되어 있습니다. 냉각탑 유지보수를 하시는 초보님들께서 이것이 단단한 줄 알고 밟으시는 분들이 계신데 그러면 안됩니다. Filler는 매우 얇고 약하기 때문에 쉽게 부서질 뿐만아니라, 잘못하면 아래쪽으로 푹 빠질수도 있으니 주의하세요. 

또한 불에 매우 잘 타는 녀석이라서 상부에서 용접같은 것을 할 때에는 매우 조심해야 합니다. 어떤 공장에서는 냉각탑 상부에서 용접작업을 하다가 불똥이 Filler에 떨어져서 화재가 발생했다는 전설이 있습니다. Filler의 모습은 아래와 같습니다. 

2) Eliminator

냉각탑에서 기류의 흐름은 하부에서 상부로 흐르고 물방울이 많이 생기기 때문에 자연히 상부로 물방울이 비산될 수밖에 없습니다. 그런데 이 물방울들이 외부로 계속 날아가면 물속의 세균이 같이 날아가서 문제를 일으킵니다. 또한 습기가 날아가면 인근의 장비들의 부식이 진행되고, 물의 손실 또한 경제적 손실이 됩니다. 

따라서 비산되는 물을 막아주는 것이 필요한데 이러한 역할을 하는 것이 Eliminator(Demister라고도 부름)입니다. Eliminator은 공기가 흐르는 방향을 곡선으로 꺾어주어서 물방울을 잡아주는 역할을 합니다. 물방울이 지나가는 경로가 직선일 때보다 곡선이면 더 긴 거리를 가야할 뿐만아니라 곡선에 의한 저항이 발생하기 때문에 날아가려던 물은 추진력 부족으로 주저앉게 됩니다. Eliminator의 모습은 아래와 같습니다. 

3) 수처리제

냉각탑하면 또 중요한 것이 수처리제입니다. 냉각탑에는 물이 항상 순환하고 있는데 이는 미생물이 증식하기에 아주 좋은 조건이 됩니다. 미생물의 이름은 레지오넬라균이라고 합니다. 이 미생물에 감염이 되면 마침 감기에 걸린 듯한 두통, 오한, 고열, 기침 등의 증상이 동반됩니다. 인터넷에 검색하면 이 미생물에 감염된 사례를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 또한 냉각탑에 이끼등이 끼거나 부식을 방지하는 목적을 위해서도 주기적(1회/주)으로 냉각탑에 위의 수처리제를 투입하게 됩니다. 

4) 유지보수

냉각탑은 공기 중의 먼지가 계속 들어가서 Basin에 쌓이기 때문에 반드시 물청소를 주기적으로 실시해 주어야 합니다. 냉각수가 냉각수 순환펌프를 거치기 때문에 냉각수 순환 펌프 필터쪽에도 역시 이물이 계속 누적이 되므로 냉각수 필터도 청소해 주어야 합니다. 또한 냉각탑과 관련된 회전기기에는 주기적으로 그리즈를 투입해 주어서 마모가 되지 않게 해야 겠습니다. 

오염된 냉각수 펌프 필터

이상으로 오늘의 포스팅을 마치겠습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.