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여기서는 설계와 관련하여 FILL에 대한 간단한 기술 사항을 정리하고자 하며, 보다
상세한 정보는 후일 별도로 기술할 자료를 참고하기 바람.
일부 냉각탑 제작 회사에서 사용하고
있는 제품을 제외한 대부분의 FILM FILL은 세계에서 가장 먼저 개발한 독일의
MUNTERS 회사의 제품을 미세하게 변형한 것이며 어느 제품이나 FILL의 골 높이는
모두 동일하다. FILM FILL을 사용하기 위해서는 냉각수의 수질이 부유 물질 (SUSPENDED
SOLID)을 기준으로 20PPM 이하가 되어야 된다. 이보다 높은 수질에는 SPLASH
FILL을 사용하는 것이 좋다.
전 세계적으로 현재 생산이 되고 있고
광범위하게 사용되고 있는 FILM FILL은 골의 높이 (FLUTE SIZE)를 기준으로
12MM, 19MM 그리고 25MM 세 종류이며, 12MM FLUTE는 수질이 매우
좋은 (SS 기준으로 10PPM 미만) 공조용 냉각탑에 많이 적용되며, 19MM FLUTE는
수질이 비교적 좋지 못한 산업용 냉각탑에 많이 적용된다. 25MM FLUTE FILM
FILL은 단독으로는 사용하지 않고 수질이 약간 나쁜 (SS 기준 20 - 25PPM)
경우에 FILL 상부에 19MM FLUTE을 사용하고 그 아래 층에 25MM FLUTE을
사용한다.
대향류형에 있어 12MM FLUTE
FILM FILL의 최대 사용 높이는 1.2M 이내로 하여야 한다. 이를 초과할 경우는
FILL에서의 공기압 손실이 급격히 상승되고 FILL 하부에 부유 물질로 인한 막힘
현상이 두드러 진다. 따라서 1.2M 이상 사용해서는 안 된다. 19MM FLUTE은
최대 1.5M이다.
한편, FILL을 통과하는 공기의
평균 유속은 1.6M/SEC 이상 3.5M/SEC 이내로 하여야 한다. 만일 공기의
유속이 1.6M/SEC 보다 느리면 FILL을 통과하여 내려 오는 물의 흐름에 밀려
FILL 내에서의 공기의 분배가 원활하지 못하여 설계 성능을 만족 시키지 못하며,
3.5M/SEC 보다 빠르면 열 전달 매개체인 공기의 유막 형성 (물의 온도에서 포화
되어 물을 감싸고 있는 막으로서 물의 열을 공기에 전달하는 매개체임.)을 저해하여
열 전달에 문제가 되어 설계 성능이 보장 안됨.
또한 FILL과 관련한 중요한 설계
요소 중의 하나는 물 분배 하중 (WATER LOADING)으로 단위 면적 당 냉각수의
흐름이다. 이 또한 FILL의 종류에 상관 없이 대향류형은 10 - 30M3/HR
- M 2 이며, 직교류형은 14 - 55M3/HR
- M2으로 한다. WATER LOADING은 공기 유속과 더불어
FILL에서의 공기압 손실의 주범이므로 지나치게 높게 해서는 안된다. 물 분배 하중이
클 수록 그리고 공기의 유속이 빠를 수록 FILL내에 정체하는 물의 양이 많아져 결국
냉각탑의 운전 중량을 가중 시키는 원인이 된다.
다음은 19MM FLUTE FILM
FILL의 내부에 일시적으로 잔류하는 물의 무게 (WATER HOLD-UP CAPACITY
)를 산출하는 공식이다.
--- (15)
상기 식에서 FILL 내 물 잔류
계수(WATER HOLD-UP FACTOR)의 단위는 LB/FT3이며,
WL은 단위 시간 당 단위 면적 당 물 부하량 (WATER LOADING)의 단위는
LB/FT2 MIN이며, 공기 속도는 FILL을 통과하는 공기의
평균 속도로 단위는 FT/MIN이다.
따라서 FILL 전체의 물 잔류 무게를
얻기 위해서는 WATER HOLD-UP FACTOR에 FILL 전체의 부피를 곱하면
된다. 물 부하량을 계산할 때는 물의 BY-PASS되는 물의 양을 전체의 순환 수량에서
빼서 순수히 FILL만을 통과하는 물의 양을 적용하여야 된다. 또한 FILL로 채워지는
CELL 내부는 냉각탑의 구조물과 BRACING 등이 존재하기 때문에 그 부분에는
FILL을 채울 수가 없기 마련이며, 이 곳으로는 물이 통과되지 않기 때문에 CELL의
전체의 평면적에서 장애물 (FILL OBSTRUCTIONS)이 차지하는 평면적을 빼야
된다. FILL OBSTRUCTION은 FILL 필요량을 산출할 때 이것을 반듯이
고려되어야 하는 매우 중요한 설계 인자 이나, 대부분의 냉각탑 설계자가 무시하는 경향이
있다.
| 예제
12 (물 부하량과 FILL내 물 잔류 무게의 계산)
- 순환 수량: 55,000
GPM
- CELL 수: 5
- CELL 길이: 48FT
- CELL 폭: 48FT
- 냉각탑 구조물의 재질: 4 x 4 INCH 목재
- CELL당 내부 구조물 기둥의 수: 49개
- FILL TYPE: 19MM FLUTE FILM FILL
- FILL DEPTH: 5 FT
- FILL내 공기의 평균 유속: 600 FPM (FT/MIN)
- CELL 당 노즐 배열: 16 x 16
계산
- 먼저 BY-PASS되는
물의 양을 구한다. CELL의 코너에 위치하는 4개의 노즐을 제하면 15
X 4 = 60개의 노즐이 냉각탑 벽체 가까이 놓이므로 이들의 10%에
해당되는 6개의 노즐에서 분사되는 물이 BY-PASS하게 되는 것으로 간주한다.
그리고 코너에 있는 4개의 노즐에서는 20%에 해당되는 노즐 즉 0.8개의
노즐에서 분사되는 물이 BY-PASS되는 것으로 간주한다. 그리고 49개의
CELL 내부의 기둥 주위의 4개의 노즐에서는 5%의 물이 BY-PASS되는
것으로 고려함으로 49 x 4 x 0.05 = 9.8개의 노즐에서 분사되는
물이 BY-PASS되게 되는 결과다. 따라서 BY-PASS되는 노즐의 총수는
6 + 0.8 + 9.8 = 16.6개가 되고 이들의 노즐을 통하는 물의
절반만이 냉각되는 것으로 고려됨으로 완전히 냉각이 되지 않은 체 BY-PASS하는
노즐의 개수는 16.6/2 = 8.3개가 되는 셈이다. 따라서 전체의 노즐에서
BY-PASS되는 것으로 간주되는 노즐의 퍼센트는 8.3 / (16 x
16) x 100 = 3.242%가 되는 셈이다.
- 다음은 FILL내 장애물이
차지하는 퍼센트를 계산하여 본다. CELL 내부에 있는 기둥의 전체 단면적을
계산하다. 4" x 4" x 49 = 784 INCH2
= 784 / 144 = 5.44 FT2. 목재 냉각탑에서
BRACING의 단면적을 계산하기란 용이하지 않으므로 일반적으로 전 기둥
단면적에 4배를 한다. 따라서 FILL내 장애물의 전체 단면적은 5.44
x 4 = 21.76 FT2이 되고 CELL 단면적과의
비는 (FILL OBSTRUCTION %) 21.76 / (48 x 48)
x 100 = 0.944%가 되는 셈이다. 그러나 실제 설계는 FILL
OBSTRUCTION를 1%로 간주하는 것이 일반적이다.
- 다음은 앞서 계산한
BY-PASS %와 FILL OBSTRUCTION %를 이용하여 물 부하량을
계산한다.
- ● CELL당 냉각수
유량 = 전 순환 수량 / CELL 수 = 55,000 / 5 = 11,000
GPM
- ● FILL을 통과하는
순 순환 수량 = CELL 당 냉각 수량 x ( 1 - BY-PASS
% / 100) = 11,000 x (1 - 3.242/100) =
10,643.4 GPM
- ● CELL에서 순 FILL의
평면적 = (CELL 길이 x CELL 폭) x (1 - FILL OBSTRUCTION
% / 100) = (48 x 48) x (1 - 1/100) = 2,281
FT2
- ● 물 부하량 = FILL을
통과하는 순 순환 수량 / FILL의 순 평면적 = 10,643.4
/ 2,281 = 4.666 GPM/FT2
- 다음은 FILL내 잔류
물의 무게를 계산한다. 냉각탑의 운전 중량을 계산할 때 반듯이 필요로 하는
것
으로 매우 중요하다.
- ● WATER HOLD-UP
FACTOR = WL0.78 / { 2.35 x (AIR VELOCITY/1000)-0.17}
= 4.6660.78 / { 2.35 x (600/1000)-0.17}
= 1.297 LB/FT3
- ● FILL내 전 잔류물
무게 = WATER HOLD-UP FACTOR x FILL VOLUME
= 1.297 x (48 x 48 x 5) = 14,941 POUND
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