KR101148244B1

KR101148244B1 - 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브

Info

Publication number: KR101148244B1
Application number: KR1020110103881A
Authority: KR
Inventors: 김진목
Original assignee: 김진목
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2012-05-25

Abstract

본 발명의 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브는,축열조(10)의 상단에 형성된 구멍에 삽입되는 관형태의 후드(232), 상기 후드(232)의 하단에서 상기 후드(232)의 하단과 일정한 간격을 두지만 상기 후드(232)의 하단을 수용하는 형태로 결합된 상부개방형 워터챔버(230), 상기 워터챔버(230) 내부에서 상기 후드(232)의 내측으로 직립 돌출되는 원통형의 대기압챔버(231), 상기 후드(232)의 측면을 관통하여 배관하되 상기 대기압챔버(231)와 상기 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 배관되는 물공급수단(P)을 가진 끝단이 폐쇄된 물공급관(221), 상기 물공급관(221)의 외곽으로 다수 개 형성되어 상부는 꺾어져 상기 대기압챔버(231)의 내측에 수용되고 타측은 상기 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 상기 축열조(10)와 연통된 샤이폰관(235) 및, 상기 대기압챔버(231)의 하단 측면에 다수의 연통공(223);을 포함하며, 상기 물공급관(221)을 통해서 상기 워터챔버(230)와 상기 대기압챔버(231)의 내측으로 물이 수용되면서 상기 축열조(10) 내부에 공기 유동을 차단하며, 상기 축열조(10) 내측의 압력이 대기압과 대기압챔버(231) 내부의 수압을 합산한 압력 보다 클 경우 상기 샤이폰관(235)을 통해서 상기 축열조(10) 내부의 고압을 빼주는 것을 특징으로 한다.

Description

지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브{two-way valve of heat storage tank}

본 발명은 지역난방시 설비되는 축열조에서 그 축열조에 고정되어 축열조 내부의 압력을 조절하고 제어할 수 있는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 워터챔버와 대기압챔버의 내측에 기밀용 물을 채운 상태에서 축열조 내측의 압력이 대기압 이하 -50mmH2O에 도달하면 워터챔버에 채워진 기밀용 물(Seal Water)이 사이폰관 4개를 통하여 축열조로 빨려들어가고 축열조로 외부공기기 빨려들어가 축열조가 부압으로 찌그러짐(Buckling 손괴)을 방지하며, 반대로 축열조의 내부압력이 +60mmH2O를 넘으면 기밀용 물공급 펌프가 자동으로 정지하여 기밀수(Seal Water)공급이 중지되고 1분 이내에 기밀수(Seal Water)가 배출되면 축열조 내부와 외부(대기)가 열려 축열조에 형성되어 있는 과압(Excessive Pressure)이 대기로 방출되고, 축열조 압력이 +20mmH2O에 이르면 기밀용 물펌프가 재가동되어 워터챔버에 기밀수가 채워져 축열조는 대기로부터 차단되는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브에 관한 것이다.

축열조는 지역난방공사에서 고온수를 각각의 지역으로 공급하고 회수하며 이를 저장하는데, 축열조 및 배관에는 공기의 유입이나 방출이 없는 밀폐된 회로를 구성한다(평상시 공기의 유출입을 허용한다면 열 손실 및 축열조 부식의 원인이 되므로 지역난방 시스템은 항시 대기와 격리되어야 한다). 밀폐된 회로내의 지역난방수는 축열시 팽창, 방열시 수축하므로 축열조는 열저장. 배출 기능 외에도 팽창탱크의 기능을 한다.

팽창탱크의 의미는 축열조 수위가 축열.방열 상태에 따라 변한다는 의미이고, 만일 축열조가 외부와 차단되어 있다면, 축열조의 압력은 물 수축시는 마이너스압(대기압 이하의 압력), 물 팽창시는 플러스 압력(대기압 이상의 압력)으로 변하므로 축열조 운전중에는 적은 양의 고온수를 축열조에서 뽑아내어 전기히터를 통해 증발점 이상의 온도로 가열한 후 축열조로 되돌려 주면 축열조에서 재증발 증기가 발생하여 축열조 압력을 대기압 +50mmH2O로 항시 제어해 주는데, 2 웨이 발브는 축열조의 압력제어가 실패할 경우, 또는 부압발생 시 외부 공기를 흡입하여 축열조의 쭈그러짐(Buckling손괴)을 방지하고, 과압발생 압력을 외부로 배출하여 축열조를 기계적으로 보호하는 장치다

종래 기술의 축열기 내압제어장치는 등록특허 제139073호에 개시되어 있다. 종래기술의 축열기 내압제어장치는, 축열기 내부의 압력이 높고 낮음에 따라 축열기 내측으로 유입되는 고온수와 저온수의 량을 조절하여 내압을 적당하게 유지하고자 한 것이나, 내압에 대한 적절한 조절이 어렵다는 단점이 있었다.

본 발명은 지역난방시 설비되는 축열조에서 그 축열조의 최상단에 고정되어 평소에는 축열조 내부의 압력을 일정하게 유지하며, 축열조가 일정압력보다 적은 압력이 걸리거나 큰 압력이 걸릴 경우 자동으로 열려 축열조를 기계적 손상으로부터 보호할 수 있는 지역난방 축열조의 투웨이 밸브(양방향 밸브)를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브는, 축열조(10)의 상단에 형성된 구멍에 삽입되는 관형태의 후드(232), 상기 후드(232)의 하단에서 상기 후드(232)의 하단과 일정한 간격을 두지만 상기 후드(232)의 하단을 수용하는 형태로 결합된 상부개방형 워터챔버(230), 상기 워터챔버(230) 내부에서 상기 후드(232)의 내측으로 직립 돌출되는 원통형의 대기압챔버(231),상기 후드(232)의 측면을 관통하여 배관하되 상기 대기압챔버(231)와 상기 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 배관되는 물공급수단(P)을 가진 끝단이 폐쇄된 물공급관(221), 상기 물공급관(221)의 외곽으로 다수 개 형성되어 상부는 꺾어져 상기 대기압챔버(231)의 내측에 수용되고 타측은 상기 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 상기 축열조(10)와 연통된 샤이폰관(235) 및, 상기 대기압챔버(231)의 하단 측면에 다수의 연통공(223);을 포함하며, 상기 물공급관(221)을 통해서 상기 워터챔버(230)와 상기 대기압챔버(231)의 내측으로 물이 수용되면서 상기 축열조(10) 내부에 공기 유동을 차단하며, 상기 축열조(10) 내측의 압력이 대기압과 대기압챔버(231) 내부의 수압을 합산한 압력 보다 클 경우 상기 샤이폰관(235)을 통해서 상기 축열조(10) 내부의 고압을 빼주는 것을 특징으로 한다.

상기 워터챔버(230) 외곽면에는, 상기 싸이폰관(235)의 절곡단(235a)에 드레인관(224)을 달아 배수시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 물공급관(221)에 형성된 상기 물공급수단(P)은, 상기 워터챔버(230)의 상단 위치 부분에 상기 물공급관(221)의 외곽으로 메니폴드(301)를 형성하고, 상기 메니폴드(301)에서 수평방향으로 상기 대기압챔버(231) 및 상기 후드(232)를 관통한 다수의 노즐관(225)을 형성하여, 상기 물공급관(221)에 공급되는 물은 상기 노즐관(225)을 타고 상기 워터챔버(230) 내측에 물을 채우는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 노즐관(225)의 끝단에는 상기 워터챔버(230)의 상단을 수평방향으로 돌며 배열한 연장노즐관(225-1)을 형성하되, 상기 연장노즐관(225-1)의 하단은 관통홀(H)을 형성하여 공급된 물이 상기 관통홀(H)을 통해서 상기 워터챔버(230)의 내측으로 균일하게 넓은 면적에서 공급하므로서 최단시간 내에 재증발을 일으킬수 있어 축열조의 압력제어를 용이하게 해 준다.

상기 연장노즐관(225-1)이 상기 워터챔버(230)의 상단에 배열되기 위해서 상기 후드써포터(250)의 일측은 노즐관연통공(251)을 형성할 수 있다.

상기 샤이폰관(235)에서 절곡단(235a)과 수직단(235b) 중 상기 절곡단(235a)의 수준과 상기 대기압챔버(231) 내부의 물의 수준 차인 "h1"을 조절하여 상기 축열조(10) 내부의 압력이 부압에서 동작하고 플러스(+) 압력에서 동작하지 않도록 할 수 있다.

본 발명은, 외기와 통하는 상기 후드(232)의 상단으로 상기 후드(232)를 둘러싸는 외벽(302)과, 상기 외벽(302)과 상기 후드(232)의 상단으로 일정 간격을 두고 체결되는 앵글(213)과, 상기 앵글(213)의 상단으로 테이퍼면이 형성된 루프(211)와 루프바디(212)를 가진 루프체(210)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 축열조 내부에 높은 압력이 차서, 축열조가 팽창하게 될 때에는 워터챔버의 물이 드레인되어 축열조 내압을 외기로 배출하고, 축열조 내부에 너무 낮은 압력이 형성되면, 상기 샤이폰관을 통해서 원통 내의 물은 모두 축열조 내부로 흡수되고 외기가 내부로 흡입될 수 있기에 위험한 상황을 저지할 수 있으며, 하나의 밸브로 +압력과 -압력에서 축열조를 동시에 양방향으로 보호하는 장점이 있다.

또한 평상 운전시에는 본 발명에 따라 축열조 내부 압력이 지나치게 높거나 낮게 제어되지 않도록 투웨이밸브에 의해서 압력을 제어하는 3가지의 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 축열조 구조를 도시한 도면,
도 2는 종래 축열조에 설치된 압력조절을 위한 장치(e)
도 3은 본 발명의 축열조를 간략하게 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 투웨이 밸브가 설치된 축열조의 천장을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 투웨이 밸브를 상부에서 살펴본 모습을 도시한 도면,
도 6는 본 발명의 투웨이 밸브를 통해서 압력이 강하되었을 때 작동되는 모습을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 투웨이 밸브를 통해서 압력이 높아졌을 때 작동되는 모습을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 루프체를 저면에서 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 후드써포터를 정면에서 도시한 도면이다.

본 발명은 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브에 관한 것이다.

일 예로, 본 발명은 가열된 고온수를 2웨이 발브에 공급하여 축열조 압력을 500Pa(50mmH2O)로 제어하고, 축열조 압력제어가 실패하여 축열조 압력이 대기압이하 -500Pa(-50mmH2O)로 강하했을 경우에는 마이너스(-)압력 보호장치(Vacuum Breaker)로, +600Pa(+60mmH2O)이상으로 상승시에는 과압보호용 안전발브의 3가지 기능을 동시에 수행하며, 플러스/마이너스 압력에서 과압배출 또는 공기 흡입하는 투웨이 밸브이고, 동작원리는 워터챔버(230)와 원통(231) 내측에 물을 채운 상태에서 축열조 내측의 압력이 대기압이하 -50mmH2O에 도달하면 워터챔버에 채워진 기밀용 물(Seal Water)이 사이폰관 4개를 통하여 축열조로 빨려 나가고, 열려진 사이폰관을 통해 축열조로 외부공기기 빨려 들어가 축열조가 부압으로 찌그러짐(Buckling 손괴)을 방지하며, 반대의 경우 축열조의 내부압력이 상승하여 +60mmH2O를 넘으면 물공급 펌프는 자동으로 정지하여 씰워터(Seal Water)공급이 중지되며 씰워터(Seal Water)가 배출되면 축열조와 외부(대기)간 통로가 형성되어 축열조의 과압(Excessive Pressure)이 대기로 방출되고, 과압의 대기방출로 축열조 압력이 +20mmH2O로 강하하면 씰워터 공급펌프가 재 기동되어 워터챔버에 씰워터(Seal Water)가 차올라 축열조가 대기로부터 차단(밀봉)되는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브이다.

이하에서는,본 발명의 일실시예에 따른 구성과 그 작동의 설명을 도시된 도 3 내지 도 9를 통해서 상세히 살펴본다.

본 발명은 도시된 것처럼, 축열조(10)의 상단에 형성된 구멍에 삽입되는 관형태의 후드(232)가 있고, 후드(232)의 하단에서 상기 후드(232)의 하단과 일정한 간격을 두지만 후드(232)의 하단을 수용하는 형태로 결합된 상부개방형 워터챔버(230)가 있으며, 상기 워터챔버(230) 내부에서 상기 후드(232)의 내측으로 직립 돌출되는 원통형의 대기압챔버(231)가 있다. 또한 상기 후드(232)의 측면을 관통하여 배관하되 대기압챔버(231)와 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 배관되는 물공급수단(P)을 가진 끝단이 폐쇄된 물공급관(221)이 있고, 상기 물공급관(221)의 외곽으로 다수 개 형성되어 상부는 꺾어져 대기압챔버(231)의 내측에 수용되고 타측은 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 축열조(10)와 연통된 샤이폰관(235)이 있으며, 상기 대기압챔버(231)의 하단 측면에 구멍으로 형성되는 다수의 연통공(223)이 있다. 따라서 상기 물공급관(221)을 통해서 워터챔버(230)와 대기압챔버(231)의 내측으로 물이 수용되면서 축열조(10) 내부에 공기 유동을 차단하며, 축열조(10) 내측의 압력이 대기압과 대기압챔버(231) 내부의 수압의 합산된 압력에 비하여 클 경우, 샤이폰관(235)을 통해서 축열조(10) 내부의 고압을 빼주는 것이다.

즉, 이 샤이폰관(235)이 있으며, 상기 원통(231)의 하단 측면에 2개의 작은 연통공(223)이 있다. 따라서 상기 물공급관(221)을 통해서 워터챔버(230)와 원통(231)의 내측으로 물이 차면서 축열조(10) 내부에 공기 유동을 차단하며, 축열조(10) 내측의 압력이 대기압과 원통(231) 내부의 수압이 걸려있고 축열조가 부압에 걸릴 때 사이폰관(235)을 통해서 원통(231) 내의 물이 빠지고, 물이 빠지면 대기와 축열조가 열려 축열조 내부로 외부공기가 유입되어 축열조를 부압(-압력)으로부터 보호한다.

반대로, 축열조의 압력이 +60mmH2O이상으로 상승할 경우 물공급이 차단(공급펌프 자동정지)되고 드레인(224)으로 워터챔버230)의 바깥쪽 물이 빠지면 물속에 60mm로 잠겨있는 후드(232) 하단부가 물밖으로 노출되고 이 사이를 통하여 축열조의 압력은 밖으로 배출된다.

이와 같이 2웨이 발브(양방향 발브)는 축열조(10) 내부의 압력에 따라 내부의 증기를 빼주고, 부압의 경우에는 공기를 유입하여 축열조가 찌그러짐 파손으로부터 보호되며, 평소에는 내압을 일정하게 유지시키는 것이다.

즉, 축열조(10) 내부의 압력에 따라 내부의 증기를 빼주고, 공기와의 소통을 달성하여 내압을 일정하게 유지시키는 것이다.

이러한 설명에 앞서 본 발명의 설명을 보다 효과적으로 할 수 있도록 지역난방 시스템의 일반적인 사항을 설명한다.

도시된 도 3을 통해서 본 발명의 개략적인 작동상황을 설명하면, 본 발명의 축열조는 비중차를 이용하여 하단에는 저온수가 상단에는 고온수가 가상의 구분을 통해서 구획(B)되어 있다.

축열조(10)의 내부 중 중심부에 본 발명의 상부오리피스유닛(100)과 하부오리피스유닛(20)이 설치된다. 하부오리피스유닛(20)은 축열조(10)의 바닥에 고정된 상태로 설치되며, 하부오리피스유닛(20)의 상부로 저온수관(=리싸이클관)이 연결된다. 이에 반하여 상부오리피스유닛(100)은 상하 방향으로 가이드관(60)을 타고 연동가능한 상태로 위치하고, 상기 가이드관(60)은 그 끝단에 고온수관이 연결되어 크로스 루프(CLOSED LOOP)로서 사실상 저온수관과 연통된 상태이다. 상기 상부오리피스유닛(100)을 통해서 고온수가 흡입되어 고온수관을 타고 지역난방의 배관망으로 고온수가 공급되면 그만큼의 저온수도 배관망을 타고 돌아 회수되어 저온수관을 통해서 하부오리피스유닛(20)으로 들어온다.

물론 축열조(10) 내부에 고온수를 채우게 될 때에도 외부에서 가온된 고온수가 고온수관(11)을 타고 상부오리피스유닛(100)으로 공급되면, 하부오리피스유닛(20)에서는 그만큼의 저온수가 유출되어 배관망으로 나가게 되는 리싸이클 구조로 일정한 온도와 압력을 유지시키게 된다. 도시된 도 3에서 보이는 투웨이밸브(200)는 이 축열조(10) 내부에서 발생되는 압력을 조절하고, 제어한다.

바로 본 발명의 투웨이밸브(200)는 축열조(10)에서 발생되는 위급한 상황이나 압력의 변화에 대응하여 작동하는 것이다. 대체적으로 축열조(10)의 경우 항상 대기압에 비하여 높은 압력을 가지고 있다. 이유는 내부에 공기를 없애 산소와 축열조(10)와의 접촉을 피하고 있기에 진공의 상태이지만, 이 진공의 상태에 고온수와 저온수가 층을 이루어 내장되고, 상기 고온수의 상부로는 높은 온도에 따라 고온 고압의 수증기가 발생되기 때문이다. 따라서 축열조(10) 내부에 공기를 흡입하여 진공화하였지만, 압력은 대기압에 비하여 높다. 지역난방의 각 가정에 고온수를 공급하기 위해서는 항상 축열조(10) 내부는 대기압에 비하여 높은 압력을 유지해야만 하고, 이 압력의 유지는 보통 일정한 사이클과 시스템으로 제어된다.

본 발명은 아주 자연스러운 자연법칙을 조합하여 본 발명을 창안하였다. 즉, 물의 무게를 이용하여 압력을 제어하는 방식을 채택한 것이다. 도시된 도 4와 5에서처럼 본 발명은 축열조(10)의 천장을 관통한 구멍의 내부로 원통형의 후드(232)를 삽입하는데, 그 후드(232)의 끝단 즉, 축열조(10) 내부로 들어간 축열조(10)의 끝단에 워터챔버(230)를 장착한다. 워터챔버(230)는 상부가 개방되고 하부가 폐쇄된 상태이기에 물이 공급되면 그 내부에 물이 채워질 수 있도록 한다. 또한 상기 워터챔버(230)에는 또 하나의 챔버가 형성되는데 그것이 대기압챔버(231)이다. 대기압챔버(231)의 경우도 원통형이며 상부가 개방된 상태이다. 하부의 경우 워터챔버(230)와 동일한 면을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명을 설치함에 있어서, 상기 대기압챔버(231), 후드(232) 및 워터챔버(230)의 설치 방식은 대단히 중요하다. 즉, 도시된 도면에서처럼, 평면(도 5참조)을 기준으로 그 지름이 워터챔버(230) ＞ 후드(232) ＞ 대기압챔버(231)의 순으로 작아져야만 한다. 또한 정면(도 4 참조)을 기준으로 워터챔버(230)의 하단에서 상부로 돌출된 대기압챔버(231)가 후드(232)의 일정부분 위까지 상승하고 상부에서 하부로 내려서는 후드(232)는 그 끝단이 워터챔버(230)의 내측으로 일정부분까지 내려오며, 워터챔버(230)의 높이는 대기압챔버(231)에 비하여 낮게 형성하여야 한다.

이는 후일 작동의 설명을 통해서 이유를 설명하겠지만, 이 높고 낮은 후드(232)와 챔버, 그리고 지름이 넓고 작은 챔버와 후드(232)의 구조적인 조합이 본 발명의 사상을 창출하는 것이다.

아무튼 이러한 챔버의 내부에 물을 공급하는 방식은 도시된 도 4에서처럼, 후드(232)의 측방을 관통하고 "ㄱ"자로 꺾여져 하단의 워터챔버(230)와 대기압챔버(231)를 관통하는 물공급관(221)이다. 물공급관(221)의 끝단에는 볼밸브(220)가 장착되기에 볼 밸브의 조절을 통해서 내부로 유입되는 물의 량을 조절한다. 물공급관(221)으로 물이 공급되면 상기 물공급수단(P)을 거쳐서 물이 워터챔버(230)로 전달된다. 물이 워터챔버(230)나 대기압챔버(231)의 내측으로 진입되면 상부까지 채워지게 되는 것이다. 전술된 것처럼 사실상 워터챔버(230)나 대기압챔버(231)는 분리된 구조이다. 어느 하나의 챔버에 물이 채워져도 다른 하나의 챔버에는 물이 채워지지 않을 것이다. 이를 방지시키기 위해서 최소화한 구멍인 연통공(223)을 대기압챔버(231)에 형성한다. 연통공(223)은 대기압챔버(231)를 둘레로 일정한 간격을 두고 다수 개 형성된다. 만일 워터챔버(230)의 내측에 물이 채워지면 내측의 대기압챔버(231)로는 연통공(223)을 통해서 물이 채워진다. 그 역의 방식도 마찬가지일 것이다.

결국 이렇게 대기압챔버(231)와 워터챔버(230)의 내측에 물이 채워지면, 후드(232)의 상단 즉, 도시된 도 4의 도면에서 보이는 대기압실(AB)과 축열조(10)는 챔버에 채워진 물에 의해서 완벽하게 차단되게 된다. 대기압실(AB)의 기압은 대기압이고 축열조(10) 내부의 기압은 내압이 되는 것이다. 축열조(10)의 내부의 압력은 항상 고온, 고압의 상태를 유지한다. 따라서 물의 무게를 통해서 이 압력의 차를 제어한 것이다. 도시된 도면에서처럼 물이 채워지게 되면 축열조(10) 내부측으로 돌출된 워터챔버(230) 내측은 축열조의 내압이 작용된다. 이에 반하여 상기 대기압실(AB) 내측에 상부가 개방된 상태로 존재하는 대기압챔버(231)는 대기압이 작용하는 것이다. 만일 대기압실(AB)과 워터챔버(230)가 위치하는 축열조(10) 내부의 압력이 동일하다면 대기압챔버(AB)와 워터챔버(230) 내부의 수위는 동일하다.

그러나 축열조(10)의 특수한 상황에 비추면 상기 워터챔버(230) 내측의 축열조(10)는 항상 고온 고압의 상태이기에 대기압챔버(231)의 대기압실(AB)에 비하여 낮다. 즉, 도시된 도 6의 (a) 도면에서 보이는 것처럼 대기압실(AB)의 수위가 높다. 대기압챔버(231)의 하단에 형성된 연통공(223)을 통해서 작용되는 축열조(10) 내부의 압력이 힘으로 작용하여 대기압챔버(231) 내측의 수위를 올린 것이다. 그리고 힘의 균형을 이루게 된다. 그리고 이 균형은 축열조(10) 내부에 큰 변동이 없다면 계속된다. 특히 본 발명을 실시함에 있어서 상기 물공급관(221)을 통해서 힘의 균형을 이룬 워터챔버(230)의 내측으로 조금씩의 물을 계속해서 흘려 보낸다. 이 물은 축열조(10) 내부의 수증기 밀도를 크게 해치지 않을 정도로 가온된 상태의 물이면 더욱 바람직하다.

이후 축열조를 가동하여 만일 축열조(10) 내부에 고온수가 가열되고 재 충진된 고온수의 증기가 팽창하여 더 큰 고압을 형성하게 되면, 상기 워터챔버(230)를 관통한 샤이폰관(235) 하단 수직단(235b)을 통해서 고압의 증기가 빠져나온다. 축열조(10) 내부의 압력은 특별한 일이 발생되지 않으면 갑작스런 압력의 변화가 없이 잔잔한 변화가 발생하기에 발생된 압력차만큼의 수증기가 상단의 절곡단(235a)을 통해서 빠져나와 다시 균형을 맞추는 것이다. 그리고 이와는 반대로 상기 축열조(10)에서 저온수관을 통해서 저온수가 충진되고, 고온수관을 통해서 고온수가 지역난방의 배관으로 빠져나가게 되면 상기 축열조(10) 내측의 압력이 저하를 가져올 것이다. 이 저하에 따라서 샤이폰관(235)의 수직단(235b)으로 물을 흡입하여 균형을 맞추게 된다. 보다 상세한 설명을 후에 하겠지만 본 발명 투웨이밸브(200)는 이러한 기본적인 사이클로 작동을 한다.

그럼 이러한 본 발명의 보다 상세한 구성을 살펴본다.

도시된 것처럼, 후드(232)의 하단에 결합된 워터챔버(230)는, 후드(232)와 결합할 때, 일정한 각도를 두고 다수의 써포터를 워터챔버(230)의 내주면에 끼우되, 써포터의 일측은 내측 대기압챔버(231)의 외주면에 면접하도록 "ㄴ"자 형상을 하도록 한 후드써포터(250)를 통해 일체로 용접결합되는 것이 바람직하다.

워터챔버(230)는 축열조(10) 내측에서 그 내부에 충진된 물이 축열조(10)의 내부압에 노출되는 상태로 설치되야 한다. 따라서 하단에 별도의 체결구를 통해서 축열조(10)의 천장과 견고히 체결된 상태이다. 그리고 후드(232)와도 일체로 성형하기 위해서 도시된 도 9에서와 같은 후드써포터(250)를 사용한다. 도시된 본 발명의 도면에서는 4개의 후드써포터(250)를 통해서 본 발명의 후드(232)와 워터챔버(230) 및 대기압챔버(231)를 결합시킨다. 견고히 용접 결합함이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 워터챔버(230) 외곽면에는, 싸이폰관(235)의 절곡단(235a) 높이인 "h2"에 드레인관(224)을 달아 배수시킬 수 있도록 한다. 후술되는 긴급한 상황에서는 상기 워터챔버(230) 내측의 물을 빼 주어야 하기에 드레인관(224)을 형성한 것이다. 본 발명의 투웨이밸브(200)를 통해 자연법칙을 이용하여 자연스럽게 압력을 제어하고 조절하는 것이 아니고, 힘의 불균형을 인정하고 대기압과의 빠른 압력의 평형을 달성하기 위해 강제로 균형을 맞춘다. 이를 위해서 본 발명에서는 드레인관(224)에는 별도의 밸브(미도시)를 형성하여, 필요 시 자동으로 물을 빼줄 수 있도록 한다.

고온, 고압 상의 축열조(10) 내부에서 작업자가 드레인관(224)을 개폐할 수 없기에 외부에서 자동으로 조작할 수 있는 별도의 밸브를 장착하는 것이다.

한편 본 발명에서는 이미 언급된 상기 물공급관(221)에 형성된 물공급수단(P)을 통해서 워터챔버 내측으로 먼저 물을 공급한다. 즉, 배열된 물공급관(221)에서, 워터챔버(230)의 상단 위치 부분에 물공급관(221)의 외곽으로 메니폴드(301)를 형성하고, 상기 메니폴드(301)에서 수평방향으로 대기압챔버(231) 및 후드(232)를 관통한 다수의 노즐관(225)을 형성하여, 상기 물공급관(221)에 공급되는 물은 상기 노즐관(225)을 타고 워터챔버(230)로 흘러 워터챔버(230) 내측에 물을 채우는 작동을 하는 것이다.

도시된 도 4와 5에서처럼, 본 발명의 물공급관(221)은 후드(232)의 측면을 관통하고 "ㄱ"자로 절곡되어 대기압챔버(231)와 워터챔버(230)의 중심부를 관통한 상태로 배열된다. 이때 상기 직립된 물공급관(221)의 일측에 메니폴드(301)를 결합시켜 그 메니폴드(301)에서 다수의 노즐관(225)을 외측으로 배열시킨다. 메니폴드(301)와 노즐관(225)의 수준(설치높이)은 워터챔버(230)의 상단면에 맞추어져 있다. 따라서 상기 물공급관(221)의 내부로 물이 이동하게 되면 메니폴드(301)를 거쳐 노즐관(225)을 지나 끝단의 워터챔버(230)의 내부로 바로 진입된다. 상기 물공급관(221)의 끝단은 비록 워터챔버(230) 내부를 관통하고 있지만 그 끝단은 폐쇄된 상태이다. 따라서 메니폴드(301)의 하단은 빈 공간으로 존재하는데, 이 빈 공간에 물이 채워지면 메니폴드(301)를 통해서 다방향으로 갈라진 노즐관(225)에 각각 일정한 양만큼의 물을 동일하게 공급할 수 있게 한다. 이러한 공급방법은 물이 튀는 현상을 방지한다.

이에 부가되어 본 발명에서는 상기 노즐관(225)의 끝단에 연장노즐관(225-1)을 형성하여 동일한 목적과 취지를 달성하였다. 즉, 다수의 노즐관(225)의 끝단에는 워터챔버(230)의 상단을 수평방향으로 돌며 배열한 연장노즐관(225-1)을 형성하되, 연장노즐관(225-1)의 하단은 관통홀(H)을 형성하여 공급된 물이 관통홀(H)을 통해서 워터챔버(230)의 내측으로 와류 없이 공급될 수 있도록 한다.

노즐관(225)의 끝단에 워터챔버(230) 상단을 수평방향으로 돌면서 모든 노즐관(225)들과 연통된 연장노즐관(225-1)을 형성하여 물을 공급한다. 본 발명의 도시된 도면에서는 4개의 노즐관(225)과 연통된 원형의 연장노즐관(225-1)을 도시하고 있다. 상기 노즐관(225)의 수는 더 형성하여도 무방하다. 단지 연장노즐관(225-1)에는 도시된 도 5에서처럼, 하단으로 관통홀(H)을 형성하여 노즐관(225)과 연장노즐관(225-1)을 통해서 입수된 물이 하단의 워터챔버(230)의 내측으로 떨어질 수 있도록 한다.

또한 상기 연장노즐관(225-1)이 워터챔버(230)의 상단에 배열되기 위해서 후드써포터(250)의 일측은 노즐관연통공(251)을 형성한다. 전술된 것처럼 본 발명의 후드(232)와 워터챔버(230)는 후드써포터(250)를 통해서 일체로 결합된다. 그런데 상기 워터챔버(230)의 상단으로 연장노즐관(225-1)이 배열되기에 이를 수용하기 위해서 상기 후드써포터(250)의 일측에 노즐관연통공(251)을 형성하는 것이다. 이 노즐관연통공(251)을 연장노즐관(225-1)이 관통하여 일체로 결합된다.

또한 본 발명에서는 상기 외기와 통하는 후드(232)의 상단으로 후드(232)를 둘러싸는 외벽(302)을 형성하고, 상기 외벽(302)과 후드(232)의 상단으로 일정 간격을 두고 체결되는 앵글(213)을 형성하며, 상기 앵글(213)의 상단으로 테이퍼면이 형성된 루프(211)와 루프바디(212)를 가진 루프체(210)를 결합시킨다. 본 발명의 투웨이밸브(200)는 이들을 통해 외기는 소통하되 비나 눈에 의한 외부 수분의 공급은 차단한다. 도 4와 도 8에 도시된 것처럼 본 발명의 투웨이밸브(200)는 워터챔버(230), 대기압챔버(231) 및 후드(232)로 이루어진다. 이들 중 워터챔버(230)는 축열조(10) 내측에 수용된 상태이지만, 상기 대기압챔버(231)는 외부로 노출된 상태이다. 이 대기압챔버(231)가 눈이나 비를 통해서 외부의 수분을 받아들이게 되면 축열조(10) 내측의 압력에 변화를 일으킬 소지가 있다. 이를 미연에 방지하기 위해서 본 발명에서는 상기 후드(232)의 상단에 사실상의 지붕과 커버를 씌우는 것이다.

그러나 대기압의 영향권에 존재하도록 루프체(210)를 형성할 때, 루프체(210)를 수직하게 세울 수 있는 "ㄱ"자형의 앵글(213)을 통해서 후드(232)나 외벽(302)과 체결한다. 상기 후드(232)의 상단부분은 도시된 것처럼 외벽(302)을 형성하여 외부의 비, 바람의 침투를 막아 준다.

전술된 설명에서 본 발명의 구조적인 특징은 이미 설명하였다. 아래에서는 본 발명이 작동하여 축열조(10) 내측의 압력을 조절하는 방법과 위기 상황 시 이를 해결하는 방식을 순차적으로 설명한다.

이러한 작동을 위한 본 발명의 상기 샤이폰관(235)에서 절곡단(235a)과 수직단(235b) 중 절곡단(235a)의 수준과 대기압챔버(231) 내부의 물의 수위와의 높이 차인 "h1"을 조절하여 축열조(10) 내부의 압력을 조절하는 것이 바람직하다.

축열조(10) 내측에서 발생된 압력과 대기압과의 사이에는 압력차가 존재하는 경우가 많다. 본 발명에서는 이러한 압력차를 물을 통해서 가압하여 균형을 이룬다. 도시된 도 6을 통해서 이를 설명하자면, 상기 워터챔버(230) 내측에서는 축열조(10) 내측의 압력이 작용하는데 워터챔버(230)의 내부 즉, 후드(232)의 내측에는 도시된 대기압챔버(231)가 장착되어 있다. 이 대기압챔버(231)에는 대기압이 작용을 한다. 상기 대기압챔버(231)와 워터챔버(230)는 대기압챔버(231)의 하단에 형성된 연통공(223)을 통해서 연통된 상태이기에 수압 차에는 변화가 없다. 결국 본 발명의 도시된 도 6의 (a)에서처럼, 균형상태를 이룰 경우에는 대기압챔버(231) 내부의 수위가 높다. 이유는 대기압에 비하여 상기 축열조(10) 내측의 압력이 "h3" 만큼 높기 때문이다. 양자의 수압은 같지만 대기압챔버(231) 내측으로 올라선 물의 높이가 이를 증명한다.

그렇다면 본 발명에서 상기 대기압챔버(231)의 물의 높이인 h1+h3+h2 중 수압이 직접적으로 작용하는 부분은 샤이폰관(235)의 절곡단(235a)의 수준에서 워터챔버(230)의 상단 수준과의 차인 "h1"의 수압이다. 이 수압이 더 작용하여 샤이폰관(230)을 막아 압력의 균형을 일으키는 것이다. 결국 이 간격을 더 높여주거나, 대기압챔버(231)와 워터챔버(230)의 부피를 변화시키는 방향으로 조절되는 압력의 기준을 변화시킬 수 있다. 가장 쉬운 방법으로 상기 높이 차인 h1을 더 높게 형성하면 더 큰 압력을 기준으로 하여 조절할 것이고, 차를 작게 잡으면 작은 압력을 기준으로 조절할 것이다.

그럼 본 발명이 조절되는 실질적인 작동의 상황을 도시된 도 6과 7을 통해서 살펴본다.

도 6의 (a)는 축열조 내측의 압력과 밸브가 힘의 평형을 이룬 상태이다. 그러다 압력이 축열조(10) 내측의 압력 강하되면서 그 균형이 깨지게 되면, 샤이폰관(235)을 막고 있는 수압과 대기압이 더 크기에 축열조(10)에서 물을 흡입하게 된다. 이 흡입으로 인하여 상기 워터챔버(230) 내측의 물은 줄어들면서 서로 균형을 맞추게 되는 것이다. 본 발명은 이때에도 물공급관(221)을 통해서 물을 공급하면서 균형점을 찾게 된다.

그러나 발생되기 힘든 조건이지만 상기 축열조(10)의 내측이 계속해서 강하하여 대기압 수준의 이하로 떨어지게 되는 현상이 발생되면, 도시된 도 6의 (b)에서처럼 샤이폰관(235)은 그 물을 계속해서 흡입하여 축열조(10) 내측으로 떨어트리고 샤이폰관(235)의 절곡단(235a)을 외부로 노출시키게 된다. 이 절곡단(235a)이 노출되면 외기와 축열조(10)가 연통된 상태이기에 외기가 축열조(10)의 내측으로 진입하여 축열조(10)의 찌그러짐을 방지할 것이다.

이에 반하여 상기 축열조(10) 내측의 압력이 균형 상태를 깨고 상승하게 된다면, 도 7에 도시된 것처럼 본 발명은 작동을 한다.

도 7의 (a)에서처럼 본 발명의 축열조(10)는 내부의 저온수와 고온수가 그 비중차로 인하여 서로 층을 이루며 내장되어 있다. 그 내부의 압력이 갑자기 변화하기는 힘들다. 단지 재가열된 고온수가 축열조(10)의 내측으로 진입하게 되면, 축열조(10) 상단의 압력이 조금씩 상승할 우려가 있다. 이러한 현상이 이루어질 때, 본 발명의 투웨이밸브(200)는 작동한다. 보다 상세히 h1 만큼의 수압으로 눌러놓은 압력 이상의 압력차가 축열조(10)에서 발생하게 되면, 상기 샤이폰관(235)의 수직단(235b)을 통해 축열조(10) 내측의 수증기가 올라오고 절곡단(235a)의 상부로 빠져나오는 현상이 발생된다. 즉, 압력의 균형을 맞추기 위한 작동을 하는 것이다. 이렇게 내부의 증기를 빼는 과정에서 압력이 조절되고 다시 제어되는 것이 일반적이다.

그러나 축열조의 경우 예기치 못할 상황이 발생되어 높은 압력이 발생되고 연속된다면, 본 발명의 물공급관(221)으로 공급되던 물의 중단이 발생되고, 워터챔버(230) 내부의 물은 도시된 드레인관(224)을 통해 일순간에 빠져나가 축열조(10) 내부로 떨어진다. 도 7의 (b)와 같은 상황이 되는 것이다. 이후 외기가 축열조 내부로 진입하면서 축열조(10) 내측의 압력이 축열조(10)를 팽창으로 인하여 파손되지 않을 수준까지 약화되었을 때, 밸브와 펌프가 작용하여 순간적으로 상기 워터챔버(230) 내부에 물을 다시 채워 넣는다. 이 과정으로 축열조(10)의 팽창 파손을 막고 다시 압력의 균형을 조절하게 된다.

상기와 같은 작동은 실질적인 축열조(10)의 실시예서 서로 다른 형태로 작용될 수 있다. 축열조(10)의 내구성과 내압성을 고려하여 기준이 되는 압력과 지지하는 수압 차를 차등 있게 설계할 수 있다. 내압성이 높은 축열조(10)의 경우 더 높은 압력을 버틸 수 있기에 더 고온 고압의 증기를 수용할 수 있다. 결국 더 높은 수압을 통해서(h1의 수준차를 더 크게 하는 방법 등) 가압시키고 조절을 제어할 수 있다. 그리고 드레인관(224)을 통해서 물을 갑작스럽게 빼주는 작동의 경우도 축열조(10)의 내압성을 고려하여 마지노선을 다시 정할 수 있다.

본 발명의 출원인이 실시한 축열조(10)의 경우, 대기압 + 60mmH₂O에서 드레인관(224)을 통해서 워터챔버(230) 내측의 물을 신속하게 빼주는 제어를 시도하도록 설계되었으며, 축열조 내부의 압력이 항상 대기압+50mmH₂O의 압력을 유지할 수 있도록 설계하였다. 많은 축열조(10)에서 서로 다른 압력조건과 기준점을 통해서 제어를 하고 있지만, 축열조(10)가 되도록이면 고온 고압을 유지시킬 수 있고, 이와 압력의 균형을 이루는 밸브도 더 높은 수압으로 저지할 수 있으면서 활용의 폭이 넓은 형태의 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 경우 모든 축열조(10)의 기능적인 사정에 따라 각각의 구성요소를 변형시켜 대응할 수 있다.

첨언하여 본 발명의 출원인은 다음과 같이 실시한 투웨이밸브를 축열조에 장착할 예정으로 제작하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브는, 축열조 지붕을 관통하여 원통형 후드(232)를 보강패드(10)로 축열조 지붕에 용접되어 후드(232)의 상단은 대기에 접하고, 후드(232)의 하단부는 워터챔버(230) 물속에 60mm 깊이로 삽입되어 플레이트(250)로 고정되어 축열조 지붕 아래 쪽에 위치한다. 축열조에서 나온 고온수 일부를 전기히터를 통해 110로 가열한 후 220번 발브를 통해 워터챔버(230)에 공급하면 워터챔버(230)에 가득 찬 물은 드레인(224)을 통해 축열조로 떨어지지만 드레인(224)량보다 많은 량의 물이 공급되므로 나머지는 워터챔버(230)를 넘쳐 흘러 축열조로 떨어지며, 드레인과 넘쳐흘러 축열조로 떨어지는 물에서는 증기가 발생하고 이 증기는 축열조 압력을 +500Pa(50mmH2O)로 유지시켜 주며 축열조 압력에 따라 전기히터는 220번을 통해 공급되는 물 온도를 제어한다. 워터챔버(230)에는 사이폰관(235) 4개가 수직으로 설치되어 있으며, 230번 바닥에서 원통(231)으로 막혀져 있으며, 원통(231) 바닥에는 223번 구멍이 2개 뚤려 있어 223번 구멍을 통해 원통(231) 안에 공급된 물은 230번 높이 만큼 차 있으며, 사이폰관(235) 엘보에는 물이 없이 비어있다. 어떤 이유로 축열조 압력조절에 실패하여 축열조의 압력이 -50mmH2O에 도달하면 사이폰관 하단(235)에는 -50mmH2O가 작용하고, 대기와 접한 원통(231) 에 차있는 물에는 0mmH2O가 걸리므로 압력차에 의해 원통(231)에 채워져 있는 물은 사이폰관(235)의 엘보를 넘쳐서 축열조로 빠져나오며 사이폰이 형성되어 원통(231)안에 있는 물은 축열조로 빨려나오면 원통(231)을 통해 외부공기가 축열조로 빨려들어와 축열조의 부압발생을 막아준다.반대로, 어떤 사유로 축열조의 압력이 +60mmH2O이상으로 상승하고도, 계속 상승할 경우 물공급이 차단(공급펌프 자동정지)되고 드레인(224)으로 워터챔버230)의 바깥쪽 물이 빠지면 물속에 60mm로 잠겨있는 후드(232) 하단부가 물 밖으로 노출되고 이 사이를 통하여 축열조의 압력은 밖으로 배출된다. 232를 통한 물공급은 도5에서 보는 바와 같이 후드(232) 중심에서 내려와 +자 모양으로 4등분 배분파이프로 워터챔버(230) 원주를 따라 60개의 홀로 워터챔버(230) 바닥에 공급되며, 4등분 배분파이프는 후드(232)와 워터챔버(230)와 서로 용접으로 고정된다. 본 발명 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브는, 후드(232)의 하단에 결합된 워터챔버(230)는, 후드(232)와 결합할 때, 일정한 각도를 두고 다수의 써포터를 워터챔버(230)의 내주면에 끼우되, 써포터의 일측은 내측 원통(231)의 외주면에 면접하도록 ""자 형상을 하도록 한 후드써포터(250)를 통해 일체로 용접결합하였다.

10; 축열조 11; 고온수관
200; 투웨이밸브 220; 볼밸브
221; 물공급관 224; 드레인관
225; 노즐관 225-1; 연장노즐관
230; 워터챔버 250; 후드써포터
231; 대기압챔버 232; 후드
235; 샤이폰관

Claims

축열조(10)의 상단에 형성된 구멍에 삽입되는 관형태의 후드(232);
상기 후드(232)의 하단에서 상기 후드(232)의 하단과 일정한 간격을 두지만 상기 후드(232)의 하단을 수용하는 형태로 결합된 상부개방형 워터챔버(230);
상기 워터챔버(230) 내부에서 상기 후드(232)의 내측으로 직립 돌출되는 원통형의 대기압챔버(231);
상기 후드(232)의 측면을 관통하여 배관하되 상기 대기압챔버(231)와 상기 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 배관되는 물공급수단(P)을 가진 끝단이 폐쇄된 물공급관(221);
상기 물공급관(221)의 외곽으로 다수 개 형성되어 상부는 꺾어져 상기 대기압챔버(231)의 내측에 수용되고 타측은 상기 워터챔버(230)의 하단을 관통하여 상기 축열조(10)와 연통된 샤이폰관(235); 및,
상기 대기압챔버(231)의 하단 측면에 다수의 연통공(223);을 포함하며,
상기 물공급관(221)을 통해서 상기 워터챔버(230)와 상기 대기압챔버(231)의 내측으로 물이 수용되면서 상기 축열조(10) 내부에 공기 유동을 차단하며,
상기 축열조(10) 내측의 압력이 대기압과 대기압챔버(231) 내부의 수압을 합산한 압력 보다 클 경우 상기 샤이폰관(235)을 통해서 상기 축열조(10) 내부의 고압을 빼주는 것을 특징으로 하는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.
제1항에 있어서,
상기 워터챔버(230) 외곽면 중 상기 샤이폰관(235)의 절곡단(235a)의 높이와 동일한 높이에 구비된 드레인관(224)을 더 구비하고, 상기 드레인관(224)을 통해 상기 워터챔버(230)의 물을 배수시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.
제1항에 있어서, 상기 물공급관(221)에 형성된 상기 물공급수단(P)은,
상기 워터챔버(230)의 상단 위치 부분에 상기 물공급관(221)의 외곽으로 메니폴드(301)를 형성하고, 상기 메니폴드(301)에서 수평방향으로 상기 대기압챔버(231) 및 상기 후드(232)를 관통한 다수의 노즐관(225)을 형성하여, 상기 물공급관(221)에 공급되는 물은 상기 노즐관(225)을 타고 상기 워터챔버(230) 내측에 물을 채우는 것을 특징으로 하는 것을 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.
제3항에 있어서,
상기 노즐관(225)의 끝단에는 상기 워터챔버(230)의 상단을 수평방향으로 돌며 배열한 연장노즐관(225-1)을 형성하되, 상기 연장노즐관(225-1)의 하단은 관통홀(H)을 형성하여 공급된 물이 상기 관통홀(H)을 통해서 상기 워터챔버(230)의 내측으로 와류 없이 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.
제4항에 있어서,
상기 후드(232), 상기 워터챔버(230) 및 상기 대기압챔버(231)에 결합된 후드써포터(250)를 더 포함하며,
상기 후드써포터에는 상기 연장노즐관(225-1)을 수용하는 노즐관연통공(251)이 형성된 것을 특징으로 하는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.
제1항에 있어서,
상기 샤이폰관(235)에서 절곡단(235a)과 수직단(235b) 중 상기 절곡단(235a)의 수준(높이)과 상기 대기압챔버(231) 내부의 물의 수준(높이) 차인 "h1"을 조절하여 상기 축열조(10) 내부의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.
제1항에 있어서,
외기와 통하는 상기 후드(232)의 상단으로 상기 후드(232)를 둘러싸는 외벽(302)과;
상기 외벽(302)과 상기 후드(232)의 상단으로 일정 간격을 두고 체결되는 앵글(213)과;
상기 앵글(213)의 상단으로 테이퍼면이 형성된 루프(211)와 루프바디(212)를 가진 루프체(210);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지역 난방 시스템 축열조의 투웨이 밸브.