냉각은 다양한 산업 공정에서 핵심적인 부분을 차지합니다. 냉각탑은 시스템의 냉각 성능을 최적화하는 방법 중 하나로, 대다수의 산업용 건물에서 이 냉각탑을 설치해 사용하고 있습니다.

이번 교육 과정에서는 냉각탑에 대해 상세히 소개해드리고자 합니다.

냉각탑은 냉각 시스템 내부를 순환하는 대량의 물을 냉각하기 위한 목적으로 설계된 장치입니다. 

냉각탑의 주요 목적은 증발 원리를 이용해 냉각탑에서 열을 대기로 방출하는 것입니다. 냉각탑은 실제로 어떻게 작동하는 것일까요? 지금부터 자세히 살펴보겠습니다.

냉각탑이 설치된 냉각 시스템에서는 기계나 냉각 공정 등에서 나온 온수를 배관을 통해 냉각탑으로 이송시킵니다. 

냉각탑으로 유입된 물은 여러 개의 노즐을 통해 분사되며, 분사된 물은 충진재(fill)를 타고 흐릅니다.

이 때 충진재는 물을 넓은 표면에 분산시켜, 증발 표면적을 늘립니다.

물은 충진재의 측면에서 아래로 흐르는데, 반대 방향으로 흐르는 공기와 접촉하면서 물이 일부 대기 중으로 증발합니다. 물은 증발하면서 열을 흡수하고, 남은 물의 온도가 하강하게 됩니다.

냉각된 물은 냉각탑 하단의 하부수조에 모여, 시스템 내부로 다시 순환됩니다. 

한편, 공기는 팬에 의해 상부로 토출되고, 냉각탑에서 빠져나오기 전에 비산방지판(drift eliminator)를 통과하게 됩니다.

고도로 응축된 공기는 빠른 속도로 이동하며 지그재그 형상의 비산방지판에 여러 차례 부딪힌 후 팬을 빠져나갑니다.

비산방지판에 맺힌 응축수는 아래로 다시 떨어져 냉각탑의 바닥에 고인 물과 만납니다. 

일반적으로 물의 30% 이하는 증발, 드립로스(drip loss, 수분 이탈), 누수 및 블로우다운 시스템(blowdown system, 수중 불순물이 지나치게 농축되지 않도록 조금씩 물을 배출하는 시스템)으로 인해 유실됩니다. 하지만 올바른 제어 방식을 사용하면 증발 과정에서 없어지는 물 30% 중에서 20%를 절감할 수 있습니다.

즉, 매시간 증발 과정에서 없어지는 물이 100리터라면, 올바르게 제어해서 시간당 20리터를 절감할 수 있다는 것을 의미합니다.

또 다른 장점은 안전입니다. 냉각탑은 냉각 과정에서 위험한 화학물질을 사용하지 않기 때문에 작업하기가 훨씬 안전합니다.

지금까지 냉각탑에 관한 기초 정보를 소개해드렸으며, 이제 냉각탑 시스템의 유형을 설명해 드리겠습니다. 

산업 부문에서 일반적으로 사용되는 냉각탑의 종류는 압입송풍식 대향류형 냉각탑(Forced draft counter flow cooling tower)과 압입송풍식 직교류형 냉각탑(Forced draft cross flow cooling tower), 이 두 가지입니다.

압입송풍식 대향류형 냉각탑은 팬으로 공기를 냉각탑 내부로 압입하여 상부(수직방향)로 올리고, 물은 냉각탑 상부에서 하부로 이동시킵니다.

반면, 압입송풍식 직교류형 냉각탑은 공기가 충진재를 가로질러 밀려나갔다가(수평방향) 냉각탑을 통해 위로 이동합니다. 이 때 물은 압입송풍식 대향류형 냉각탑과 마찬가지로 위에서 아래로 이동합니다.

이것으로 냉각탑에 대한 기본적 설명을 마치겠습니다. 다음 교육 과정에서는 냉각탑에 대한 상세 정보와 에너지 효율을 최적화하는 방법을 소개해드리겠습니다.