KR101238623B1 - 압축공기의 지속적 분사에 의한 셀프세차시설의 동파방지장치 - Google Patents

Abstract

압축공기의 분사량과 분사온도 제어를 이용한 셀프 세차시설의 동파방지장치가 개시된다. 본 발명은 일회성 공기불어내기가 아닌 지속적 분사와 배출, 특정 구간에서 수분제거와 공기 재가열 등 동결방지를 위해 보완된 조치가 뒤따르는 동파방지장치로서 압축공기 공급원과 세차용수 배관(50,60) 사이에 설치되는 공기공급배관(40)에 수동개폐밸브(10), 수분분리기(11), 공압 레귤레이터(12), 솔레노이드 밸브(20)가 순차적으로 설치되고 온도센서의 감지량에 따라 공기가열기(42)와 솔레노이드밸브를 제어하는 제어기(30)를 더 포함하여 구성된다.
한편 공기공급배관(40) 중, 솔레노이드 밸브(20)와 세차용수 배관(50,60) 사이에는 공기 역류방지용 체크밸브(21)와 공기유량제어밸브(22)가 더 설치되며 구체적으로 고압호스 배관(50)쪽에 연결되는 공기공급배관에는 공기유량제어밸브 다음에 체크밸브가 순차적으로 배치되어 유량제어밸브 쪽으로 세차용수가 역류되지 않도록 하고, 거품호스 배관(60) 쪽에는 체크밸브 다음에 공기유량제어밸브를 배치하여 각 배관 별 다양한 관로저항에 따른 정확한 공기유량을 공급하면서도 소요되는 체크밸브의 수를 절감할 수 있도록 하였다.
본 동파방지장치는 실질적으로 밀봉 불가능한 구조로 된 셀프세차장용 배관 망을 적은 에너지 비용으로 장시간 동파 방지시킬 수 있으며, 외부로의 공기 최종 방출시 주위의 습기가 급속 응결되어 세차건 노즐이 막히는 등의 부작용이 없다. 또한 동파방지 중에라도 특정 관로가 용수공급을 개시하면 자동으로 작동이 일시 중단되며 공기공급용 배관 쪽으로는 어떠한 역류도 발생하지 않으므로 사용이 매우 편리한 효과가 있다.

Description

압축공기의 지속적 분사에 의한 셀프세차시설의 동파방지장치{Rupture proof device which uses continuous air pressure jet for self car wash}

본 발명은 일회성 공기불어내기가 아닌, 지속적인 압축공기의 분사에 의한 셀프세차시설의 동파방지장치로서 동절기 유지비용을 최소화 하며 동파방지 작동 중에라도 항상 세차 작동이 가능한 상태로 유지시켜 주는 셀프세차시설의 메인터넌스 장치에 관한 것이다.

소량의 온수를 지속적으로 흘려보내거나 전열선을 이용하여 전체 배관 경로를 모두 가열하는 방법으로 관로의 동파를 방지하는 장치는 영하권 날씨가 오래 지속될수록 소모되는 온수량과 전력량이 기하급수적으로 증가하므로 비용 대비 효과가 매우 떨어진다.

반면 상대적으로 저렴한 비용으로 관로동파를 방지하는 장치로 공기 불어내기에 이은 압축공기 충전을 이용하여 관로 내부의 물을 빼두는 동파방지장치가 있다.

공기를 이용하여 관로 내 물을 빼두는 동파방지법은 비교적 직경이 큰 하나의 관으로만 이루어진 배관망에서, 그리고 별도의 압축공기 탱크가 있거나 또는 공기압축장치가 마련되어 있는 곳에서 유용하다. 그러나 관로 직경이 매우 작거나, 또는 전체 배관 중 부분적으로 물이 통과하는 관이 있을 경우 단순한 1회 불어내기 후에 전체 관로를 밀폐하는 방법은 효과가 낮고 사용이 제한되어 매우 불편하며, 또한 밀폐하지 않고 관로를 그대로 방치할 경우 외부의 습기가 점차 유입되어 다시 동파된다. 덧붙여서, 단지 물을 빼기 위한 용도만으로 별도의 압축공기 공급원을 구비하는 것 역시 온수나 전열선 방식과 유사하게 경제성 측면에서 좋지 않다.

공개특허공보 10-1998-045873호 밀폐관로 내 에어 충압에 의한 소화전용 동파방지 장치 공개특허공보 10-2006-0039539호 압축공기 분사를 이용한 셀프 세차용 에어분사장치

공개실용신안공보 20-1999-0014699호 차량용 에어탱크 내 압축공기를 이용한 세척호스 동파방지장치. 등록실용신안공보 20-0335460호 에어탱크 내 압축공기를 이용한 소방차량 배관의 동파방지장치.

상기 소개한 특허문헌들은 대부분 1회의 공기분사 작용으로 관로의 물을 제거하는 일회성의 동파방지 작동을 주요 기능으로 하고 있다. 그러나 이는 언급한 바와 같이 하나의 배관으로 된 관로이거나, 관 지름이 비교적 크거나, 또는 압축공기가 새지 않도록 관로 출구를 막을 수 있을 때에만 유용한 방법이며, 관로 출구를 막지 않을 경우 눈이 내리는 습기 찬 겨울날씨에서는 쉽게 다시 동파되는 단점이 있다.

또한 비워진 관로가 직경이 크고 사용수압이 높을 경우 이를 재사용할 때에는 수격현상(water hammering)에 의한 관로 파손을 막기 위해서 물을 천천히 채워야 한다. 따라서 셀프 세차시설과 같이 별도의 밀폐장치가 되어 있지 않은 다수의 가는 배관을 가지며, 영하권 날씨에서도 자주 동작되어야만 하는 다관 복합식 배관 시스템에 이러한 동파방지장치를 적용하려면 다음과 같은 복잡한 전제조건이 만족되어야 한다.

우선 충전된 압축공기의 누설을 막기 위해 말단부 건(Gun) 손잡이의 개조가 필요하거나 건 자체를 분리시켜 두어야 한다. 또한 일단 내부가 완전히 비워진 관을 다시 사용할 때에는 공기밀봉 상태를 해제하는 조작을 거친 후, 사용 중이지 않은 관로를 피해서 특정 관로에만 물을 채워야 한다. 이러한 과정은 그 절차가 매우 복잡하고 재사용이 어려우며 무인화 역시 어려워 결국 전형적인 코인투입식 셀프세차장과 같은 곳에서는 적극적으로 사용되기 어렵다.

한편 상기 소개한 문헌들 중 본원 발명과 유사하게 관의 출구를 막지 않고 열린 관로에서 그대로 외부로 배출하는 형태이면서 관로를 비워내는 압축공기에 대해 별다른 제한을 두고 있지 않는 동파방지장치의 경우, 공기 불어내기가 끝난 직후에는 관로 내부가 일시적으로 비워진 상태이나 관로 내부의 습기를 머금은 압축공기가 자체적으로 수많은 응결핵(미세 얼음조각)을 만들며 관로 출구에서부터 지속적으로 유입되는 외부의 습기에 의해 결국 관로 내부의 얼음 방울 등이 점점 성장하여 일정시간 후에는 결국 관 내부가 다시 얼음으로 차게 된다. 따라서 장시간의 동파방지나 매우 춥고 다습한 한파 때는 제대로 작동하지 않는다.

본 발명은 위와 같이 배관 망 전체에 걸쳐 완전밀폐가 어렵거나 또는 동파방지 중에라도 별도 조작 없이 바로 사용이 가능해야 할 필요가 있거나, 그리고 외부의 습기에 노출된 조건에서 비교적 장시간에 걸쳐 동파를 방지해야 할 필요가 있는 셀프세차장과 같은 설비에서, 부분적으로 가열 또는 보온되어 응결핵의 성장을 억제하는 압축공기를 지속적으로 관로에 흘려보냄으로써 전열비용 또는 온수소모비용에 비해 적은 에너지 비용으로 개방된 관로의 동파를 긴 시간동안 효과적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

상술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명은 먼저 압축공기를 항상 사용 가능하게끔 비치하여야 하는 셀프 세차시설의 설비환경에 주목하였다.

셀프 세차시설은 세척거품을 뿜어내기 위한 거품호스와 먼지제거용 에어건의 작동에 압축공기가 항상 필요하다. 따라서 공기 압축기와, 압축공기를 저장하는 공기탱크가 반드시 설치되며 공기탱크내 수분제거를 위한 물빼기를 위해, 또는 소비자의 유료 공기 사용량을 보충하기 위해 공기압축기는 주기적으로 작동된다. 이는 달리 표현하면, 동절기에 지속적인 소량의 공기유출은 비치된 공기압축기의 전체 운전시간과 동력소모량에 별다른 영향을 주지 않는다는 뜻이다. 따라서 본 발명에서는 압축공기 공급원으로부터 공기를 소량씩 지속적으로 누출시켜 거품호스와 고압호스 쪽에 흘려보낼 수 있도록 탱크와 호스배관 사이에 별도의 공기공급배관(40)을 추가로 부설하였으며 상기 배관 관로상에 외부온도센서에 연동 작동하는 제어기(30)와 상기 제어기에 연동되어 시간당 필요한 만큼의 공기량만을 소량씩 지속적으로 흘려보낼 수 있는 전기제어식 솔레노이드 밸브(20)를 설치하였다. 이 때 특정 시간(예를 들어 야간의 수시간~십수시간) 동안 동파방지를 위해 솔레노이드 밸브(20)를 지속적인 미세 열림 상태로 놔둘 경우, 배출되는 공기압을 일정하게 하는 공압 레귤레이터(12)에 의해 압축공기 공급원(=컴프레셔 등)은 연속 작동하는 것이 아니라 주기적으로 짧게 조금씩 작동된다. 이는 자체적인 주기적 운전 타이밍과 충분히 겹칠 수 있는 것이다. 따라서 소모되는 공기량을 보충하기 위해 압축공기 공급원이 필요로 하는 시간당 에너지 비용이 동일 시간 동안 온수 소모비용 또는 세차용수 배관 전체에 설치된 전열선 작동에 필요한 에너지 비용보다 현저히 적은 것은 두말할 나위가 없다.

다음으로, 본 발명에서는 공기공급배관에 설치된 수동개폐밸브(10)와 감압 조절용 공압 레귤레이터(12) 사이에 수분분리기(11)를 추가 배치하고 공기공급 경로(거품호스 배관 또는 고압호스 배관 경로를 포함한다) 중 특정 온도급감구역, 예컨대 노출된 금속관인 회전식 붐(Boom)과 같이 외부 금속프레임에 연결되어 열을 크게 빼앗기는 구역에 단열처리부(41)와 공기가열기(42)를 선택적으로 배치함으로써, 지나치게 냉각된 다습한 압축공기가 고압호스 노즐출구 등에서 방출될 때 압력이 급감하면서 세차건 노즐주위의 수분이 동결되어 노즐출구를 막는 문제점을 보완하였다. 이는 셀프세차시설에 비치되는 통상의 소형 컴프레셔로는 공기 압축과정에서 수분제거가 제대로 이루어지지 않고, 탱크 내에 저장된 압축공기는 주기적인 물빼기 작업을 거친다 하여도 꽤 많은 습기를 머금고 있어 압력강하시 응결핵(동결핵)이 많이 발생하는 점과, 수분이 상당량 제거된 공기라도 노즐출구에서 압력 급감(=온도 급감)되기도 전에 지나치게 온도가 낮아 결국 포화수증기압 저하에 따라 역시 응결핵이 많이 발생할 수 있다는 점을 고려한 구성이다.

추가로, 본 발명은 거품호스와 고압호스 등 동파위험에 노출되는 관로의 사용압력과 용수 공급특성이 다른 점에 주목하였다. 세차용수 공급관로 중, 거품호스쪽 관로는 소량의 물과 세제로 된 거품이 저압의 공기와 함께 분출되는 특징(관로내 수압이 낮음)이 있으며 고압호스용 관로는 공기 없이 고압의 물만 분사되는 특징(관로내 수압이 높음)이 있다. 이 때문에 저압의 거품호스 배관 쪽은 평소 누수량이 적어 동파방지용 공기가 비교적 단속적으로 저압 공급되어도 무방하며 돌발적인 거품호스 작동 시에도 거품수가 공기흐름을 역류하여 공기공급배관으로 유입될 위험은 적다. 반면 고압호스 배관 쪽은 관로내 잔류 수분과 누수량이 많고 돌발적인 작동시 고압수가 공기흐름을 역류하여 공기공급배관으로 유입될 위험이 커서 일정 유량과 일정압력 이상의 압축공기가 꾸준히 공급되어야 할 필요가 있다.

본 발명에서는 이러한 관로별 작동압력 차이와 잔류수량 차이를 고려하여 거품호스 배관(60)에 연결되는 공기공급배관(40)에는 솔레노이드 밸브(20) 다음에 체크밸브(21), 공기유량제어밸브(22)를 순서대로 배치하여 역류위험방지 보다는 공기 소모량의 절감 측면에 초점을 맞추었으며, 고압호스 배관(50)쪽에는 솔레노이드 밸브 다음에 공기유량제어밸브(22), 체크밸브(21)의 순서로 배치하여 고압수의 역류위험을 우선적으로 방지한 다음, 공기유량제어밸브의 개별조절에 의해 거품호스 배관쪽보다 더 많은 공기유량을 할당하여 잔류수분의 지속적인 제거 여부에 초점을 맞추었다.

본 발명에 따르면 실질적으로 밀봉이 불가능한 셀프세차장용 배관 망에 대해, 적은 동력으로 관로를 비워내는 압축공기를 지속적으로 공급하면서 공급되는 압축공기의 절대습도량과 온도를 적절히 제어하여 공기배출 경로상 특정 구역에서 온도 또는 압력 급감으로 관로내 잔류수분이나 공기자체 습기가 급속 동결되는 것을 막을 수 있다. 따라서 적은 에너지 비용이 보장되는 공기만으로도 효과적으로 장시간 동파를 방지할 수 있다.

또한 제어가 편리한 공기의 특성상, 동파방지 기능 작동 중에라도 특정 관로가 용수공급을 개시하면 공기공급배관에의 역류발생 없이 자동으로 동파방지 작동이 일시 중단될 수 있다. 따라서 셀프세차시설을 이용하는 소비자에게 어떠한 추가조작 부담도 주지 않으며, 사용이 매우 편리한 효과가 있다.

추가로, 본 발명의 동파방지 장치는 관로를 완전히 비울 정도로 과다한 공기량을 장시간 지속적으로 불어내는 것이 아니라 개별관로의 총 길이와 개별관로저항에 맞추어 동파가 되지 않을 정도의 빈 공간만을 적절히 확보하는 최적 공기량 제어가 가능하다. 따라서 급작스런 세차용수 공급시 해로운 수격현상 등이 거의 발생하지 않아 배관의 수명에 영향을 주지 않으며, 여타의 공기밀폐식 동파방지장치에 비해 관로내 빈 공간이 비교적 적어 용수공급 반응 또한 즉각적이므로 사용자가 기다리는 불편을 주지 않는 추가적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명 동파방지장치 작동 전 상태를 나타낸 주요부 배관도
도 2는 본 발명 동파방지장치 작동 중 상태를 나타낸 주요부 배관도
도 3은 1개의 솔레노이드밸브를 설치한 본 발명 동파방지 장치의 전체배관도
도 4는 다수의 솔레노이드밸브를 설치한 본 발명 동파방지 장치의 전체배관도
도 5는 본 발명에 의해 동파 방지된 관로내 과냉각층의 구조적 특징을 나타낸 단면도.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명 동파방지 장치 중 핵심부분만을 도시한 것으로써 1고압호스 1거품호스의 2개 배관 간단 실시예를 나타낸 배관도이다. 또한 도 1은 동절기가 아닌 경우를 나타낸 것으로 수동개폐밸브(10)가 작동되지 않은 작동중지 상태이다.

도 2는 도 1에서 수동개폐밸브(10)가 열린 작동대기 상태에서 솔레노이드 밸브(20)가 열려있는(작동중인) 상태를 나타낸 것이다. 빨간색 부분이 압축공기 공급원과 고압호스, 거품호스 등 세차용수 배관(50,60) 사이에 설치된 공기공급배관(40)상에서 동파방지를 위해 활성화된 작동 부분이며, 압축공기 공급원에서 거품호스 또는 고압호스 배관까지의 배치순서에 따라 순차적으로 기술하면 다음과 같다.

메인 제어용 수동개폐밸브(10),

압축공기 내에 포함된 수분 분리기(11)

압축공기 공급원(탱크 또는 압축기 직결연결일 수 있다)의 공기를 감압 안정시키는 공압 레귤레이터(12),

제어기(30)에 의해 제어되며 압축공기를 공급 또는 차단하는 솔레노이드 밸브(20),

그 다음 세차용수 배관(50,60) 중 거품호스 배관(50)쪽에는 역류방지용 체크밸브(21), 공기량 조절용 유량제어밸브(22)가 순서대로 설치되고, 고압호스 배관(60)쪽에는 공기방출량을 조절하는 공기유량제어밸브(22), 역류방지용 체크밸브(21)가 순서대로 설치된다.

한편 공기공급배관(40)과 합류하는 공기-물 합류점(도1, 도2에서 점선으로 표시된 보온된 기계실 영역을 빠져나가기 직전지점)을 지나서 거품솔이나 세차건에 도달하기 전의 구간 중 단열 또는 보온 처리가 필요한 온도 급감구역에 배관이 외부에 열을 과도하게 빼앗기지 않도록 하는 단열처리부(41)와 공기공급배관(40)을 통해 공급되는 공기를 가열하는 공기 가열기(42)가 추가 배치될 수 있다.

상기와 같은 순서로 배치된 본 발명의 동파방지 배관구성을 아래에서 보다 상세히 설명한다.

수동개폐밸브(10)는 전체 동파방지 시스템을 온/오프 할 수 있는 수동 조작장치이다. 동절기, 그 중에서도 혹한기에만 열려있도록 조작하여 불필요한 작동을 막을 수 있다.

수분 분리기(11)는 통상의 공기확산에 따른 1차 응결 후 배출을 유도하는 와류 생성방식과 여과 필터를 이용하는 방식 등이 적절히 혼합된 기성품으로 손쉽게 설치하여 사용 가능하다.

공압 레귤레이터(12)는 압축공기 공급원으로부터 전달되는 공기의 압력을 적절하게 감압하여 일정 수준으로 유지하는 역할을 한다. 보통 상용 공기압축기의 압력은 0.3~0.8MPa, 대략 3~8 kgf/㎠ 범위인데 대기압에 노출되어 있는 세차용수배관을 관통하는 공기의 압력은 약 0.06~0.1MPa(1kgf/㎠) 정도이면 족하다. 따라서 이 압력수준까지 감압하고 지속적으로 공기를 소모한 탱크가 압력변화를 일으켜도 다음 압축기 운전시점까지 일정한 압력으로 공기를 송출하기 위한 장치이다.

만약 에어탱크 용량이 지나치게 작거나 공기압축기의 작동-정지 범위가 지나치게 넓게 설정되어 있다면 공압레귤레이터의 역할은 매우 중요해지며 고성능의 레귤레이터를 설치할 필요가 있다.

솔레노이드 밸브(20)는 통상의 전자석 구동체인 솔레노이드를 이용해 밸브 개폐를 전기적으로 수행할 수 있는 장치이다. 제어기(30)의 전기신호에 따라 연동되고 시간당 필요한 만큼의 공기량만을 소량씩 지속적으로 흘려보낼 수 있는 전기제어식 밸브이나, 공압레귤레이터(12)에서 약간 감압된 압축공기를 밀폐할 수 있는 정도의 한계작동압력을 가져야 하며 연속적인 개방상태(밸브 열림상태)에서 소비전력이 낮아야 한다.

그리고 상기 솔레노이드 밸브(20)와 공기가열기(42)는 별도 설치된 외기 온도센서(31)의 데이터에 기반하여 동작하는 제어기(30)의 명령에 의해 제어된다. 제어기(30)의 동작패턴은 예를 들면 외기 온도가 설정온도(예컨대 영하 0~5도 등) 이하로 떨어지면 솔레노이드 밸브가 동작시키고, 온도가 더욱 떨어지면 온도 급감구간에 마련된 공기가열기를 추가 동작시키는 것으로 기본 설정될 수 있으며 온도 급감후 지속시간, 외부 습도 등에 의해서 추가적으로 더 복잡한 제어패턴을 가질 수 있다. 어떤 경우에도 간단한 마이컴 회로로 쉽게 구현할 수 있다. 여기서 제어기(30)는 아래 기술하는 공기유량제어밸브(22)까지 제어할 수도 있겠으나 비용 대 효과를 고려하여 공기유량제어는 수동으로 하고 대신 솔레노이드 밸브의 개도량과 열림지속시간을 주로 제어하는 것이 특징이며, 개별관로의 특성에 맞게 공기량을 미세 조절하는 공기유량제어와 결합되었을 때 비로소 연속적 분사의 효과를 제대로 발휘한다. 또한 이 결합구성이 본 발명이 종래 발명들과 차별화 되는 핵심적인 부분이기도 하다.

공기유량제어밸브(22)의 유량조절량은 보통 수동식일 경우 손으로 나사를 돌려 조절하는 방식인데 해당 설치위치 세차용수 배관 각각의 고유한 관로저항에 따라 미세하게 조정될 수 있으며, 상기 체크밸브(21)의 설치개수는 해당 설치위치의 세차용수 배관의 관로압력에 따라 조정할 수 있다. 예컨대 고압 고압호스 배관에는 1배관당 1개의 체크밸브가, 저압 거품호스 배관에는 여러 개의 배관을 1개로 통합하여 역류를 방지하는 체크밸브가 설치되어 밸브 수를 최대한 줄이도록 한다.

이때 최대한 말단부에 공기유량제어밸브를 배치하는 노력은 다시 말해 각 배관 고유의 관로저항에 맞추어 최적으로 공기량이 분사되도록 조절해주는 유량제어기능을 극대화할 수 있음을 의미하므로 시간당 토출공기량을 더욱 절감할 수 있다는 것을 의미하며 또한 이하의 도 4에서 보는 바와 같이 거품호스 배관 쪽의 체크밸브 숫자를 절약하는 장점도 있다.

도 3, 4는 본 발명 동파방지 장치의 확장 실시예를 나타낸 전체 배관도이다. 도 3은 1개의 솔레노이드 밸브를 설치하여 일괄적으로 작동되고 멈추는 방식이며 도 4는 모든 배관에 각각 솔레노이드 밸브를 설치하여 사용중인 특정 배관을 제외하고 나머지 배관은 사용중에라도 동파방지 작동이 계속 유지되는 방식이다. 도시된 바와 같이 도 4에서는 하나의 고압호스가 사용중이며 나머지 배관은 동파방지용 공기공급이 멈추지 않고 계속 유지되고 있다.(주요 작동부는 빨간색으로 표시되었다.)

도 3에서 수동개폐밸브는 열린 상태이므로, 세차시설의 관리자는 별도 조치 없이 퇴근할 수 있다. 한편 도면상 파란 색 부분이 현재 세차용수가 채워진 배관부분이다. 이 부분은 펌프를 설치개수와 설치위치에 따라서 바뀔 수 있으나 본 실시예에서는 1개의 펌프에 의해 각각 4개의 거품호스 배관과 고압호스 배관이 용수공급을 공유하는 것으로 설정되었다.

한편 공기공급배관(40)과 세차용수 배관의 합류점 이후 구간은 보온이 되지 않는 본격 동파구간이다. 상기 동파구간의 공기공급 경로 중 특정 온도 급감 구역에 단열처리부(41)와 공기가열기(42)를 선택적으로 배치하는데, 이는 압축공기가 공기공급배관(40)에서 세차용수배관(50,60)과 합류한 다음 외부의 찬 배관을 지나면서 지나치게 냉각되어 최종 외부 방출시 압력이 급감하면서 그 자리에서 얼어버리는 현상을 막기 위한 것이다.

춥고 습한 외기를 흡입하여 압축시킨 에어탱크 내 압축공기는 습기를 많이 머금고 있으며, 주기적인 물빼기 작업이 없다면 언제나 동결의 위험에 노출되어 있다. 이러한 압축공기가 수분분리기에서 일차 수분 제거된다 하더라도, 셀프세차시설 특유의 온도 급감구역, 예컨대 도 3, 도 4에서 도시한 회전식 붐(Boom)과 같은 관로를 통과할 때는 지나치게 냉각될 우려가 있다. 특히 회전식 붐은 보빈과 슬리브 등으로 결합된 유동관로로써 어느 정도의 누수 방지기능은 갖고 있지만 공기까지 완벽하게 밀봉시킬 수 있는 구조는 아니다. 따라서 미소량의 습기침투가 항상 일어나며, 또한 대부분의 셀프세차시설에서 회전식 붐을 세차대 천정에 설치하면서 이를 지지하는 금속 프레임을 회전식 붐 몸체에 직접 용접결합하고 있는 실정이다. 이러한 구조는 열을 극도로 빨리 빼앗길 수 있는 전형적인 열전달구조로써 이러한 결합부위를 그대로 방치하면 회전식 붐을 통과하는 공기는 비록 고압상태라 하더라도 약간의 습기 추가와 함께 매우 차갑게 냉각된다.

그 다음 고압 세차건의 노즐 출구와 같이 고압에서 갑자기 확산되면 단열팽창에 의해 함유된 수분의 급속 응결이 일어나며 응결수는 그대로 동결되어 세차건 노즐을 막을 수 있고, 결과적으로 공기공급배관(40)을 통한 압축공기의 지속적 공급은 즉시 중단된다. 이러한 현상을 없애기 위해서는 특정 온도 급감구역, 즉 회전식 붐 구역을 외부 프레임에 열을 빼앗기지 않는 구조로 단열보온처리하고 단열 보온 처리된 부분을 히터코일 등으로 가열하여 해당 구역이 지나친 저온으로 방치되지 않도록 할 필요가 있다. 물론 단열처리 구간과 공기가열 구간은 통상의 셀프세차 외부 전체배관길이에 비하면 대단히 짧으므로 이 구간에 전열 가열을 한다고 하더라도 전체 외부배관에 전열가열을 하는 것과는 비교할 수 없이 적은 에너지 비용이 소모된다.

도 4에서 공기가열기에 의해 가열된 공기가 솔레노이드 밸브(20)의 작동에 의해 공기공급배관(40)에서 세차용수배관으로 공급되고 있다. 이때 일부 관로에 용수가 공급될 수 있다. 도 4는 도 3과 달리 일부 사용 중인 관로에만 솔레노이드 밸브(20)를 폐쇄하여 나머지 배관에는 여전히 동파방지용 공기공급과 일부 구간 공기가열이 지속되게 할 수 있음을 보여주는 추가 실시예이다. 이 경우 설치비용은 다소 비싸지지만 더욱 확실한 동파방지 성능을 발휘할 수 있다.

위와 같은 과정을 거쳐 토출된 공기는 거품호스 배관(60)과 고압호스 배관(50)으로 각각 분기되어 공급되며 그 전에 역류방지용 체크밸브(21)와 공기량 조절용 유량제어밸브(22)를 더 거치게 되는데 이때 상기 체크밸브와 유량제어밸브의 설치순서는 다음과 같이 적절히 조절될 수 있다.

예를 들어 높은 압력의 고압수가 채워져 있는 고압호스 배관(50)쪽에는 유량제어밸브(22)를 먼저 거친 다음에 체크밸브(21)를 거쳐 공기가 토출되도록 함으로써 상기 유량제어밸브(22) 쪽으로 고압의 세차용수가 역류되지 않도록 한다.

반면 저압 상태의 거품수가 채워져 있는 거품호스 배관(60)쪽에는 체크밸브(21)를 먼저 거친 다음에 유량제어밸브(22)를 거쳐 공기가 토출되도록 하여도 무방하며 이는 역류위험방지 보다는 공기 소모량의 절감 측면에 초점을 맞춘 것이다.

도 5는 본 발명에 의해 동파 방지중인 관로의 단면구조를 나타낸 것인데 각각의 배관 특성에 따라 물과 얼음이 혼합된 상태의 과냉각층(70)이 잔류하는 두께가 다름을 보여주고 있다.

예컨대 상대적으로 잔류수량이 많고 고압상태인 고압호스 배관(50)은 역류가 고도로 방지된 고압의 공기가 소량이지만 연속적으로 흘러 비교적 좁은 구멍이 매끈하게 나 있다.(과냉각층은 비교적 두껍지만 균일하다.) 반면 상대적으로 잔류수량이 적고 저압상태인 거품호스 배관(60)은 역류방지가 덜 된 저압의 공기가 단속적으로 흘러 비교적 넓은 구멍이 불규칙하게 나 있다.(과냉각층은 비교적 얇지만 불규칙하다.) 이와 같이 해당 관로의 특성에 맞게, 또는 특정 관로의 관길이에 맞게 유량제어밸브(22)의 조정량과 체크밸브(21)의 연결점을 조절하면 같은 동파방지 효과를 내면서도 시간 당 소모되는 공기량을 최소로 조절할 수 있으며, 이는 곧 압축기 운전회수의 감소, 즉 유지비용의 절감으로 연결된다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 발명은 최초 설치시에는 물론 기존에 이미 설치된 셀프세차시설에도 하나의 공압배관과 짧은 구간의 단열보온재 만을 추가 설치하면 되므로 쉽게 개조가 가능한 장점이 있고 설치비용도 저렴하여 비용대비 효과가 매우 높다.

또한 본 발명은 셀프세차시설에 대한 동파방지장치만을 기술하고 있으나, 압축공기가 지속적으로 소량씩 분출되기 위한 조건으로 (과냉각층을 포함한) 관로의 저항이 적절하고 작동 종료된 관로의 내부압력이 압축공기만으로 뚫을 수 있을 정도로 적절한 조건이면 어느 분야의 장치에도 쉽게 적용 가능하다.

10: 수동개폐밸브
11: 수분분리기
12: 공압 레귤레이터 (감압 안정기)
20: (공기 공급용) 솔레노이드 밸브
21: (역류방지) 체크밸브
22: 공기유량제어밸브
30: 제어기
31: 온도센서
40: 공기공급배관
41: 단열처리부 (또는 보온처리부)
42: 공기 가열기(히터)
50: (세차용수 배관 중) 고압호스 배관
60: (세차용수 배관 중) 거품호스 배관
70: 과냉각층 (물+얼음)

Claims (4)

1. 삭제
2. 압축공기 공급원으로부터 고압호스 배관(50) 또는 거품호스 배관(60)으로 공기를 공급하되 공기공급경로상에는 수동개폐밸브(10), 수분분리기(11), 공압 레귤레이터(12) 및 솔레노이드 밸브(20)가 공급원으로부터 배관까지 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 공기공급배관(40)과,
   주위 온도에 따라 상기 솔레노이드 밸브(20)의 개폐동작을 전기적으로 제어하는 제어기(30)를 포함하여 구성되며,
   상기 제어기(30)는, 주위 온도가 설정치 이하일 경우 상기 솔레노이드 밸브(20)를 지속적으로 열려있는 상태로 제어하고,
   상기 공기공급배관(40) 중, 상기 고압호스 배관(50)에 공기를 공급하는 배관 부분은 상기 솔레노이드 밸브(20) 다음에 공기유량제어밸브(22), 체크밸브(21)가 순차적으로 더 배치되어 상기 고압호스 배관(50)에 연결되는 것을 특징으로 하는 셀프세차시설의 동파방지장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 공기공급배관(40) 중, 상기 거품호스 배관(60)에 공기를 공급하는 배관 부분은 상기 솔레노이드 밸브(20) 다음에 체크밸브(21), 공기유량제어밸브(22)가 순차적으로 더 배치되어 상기 거품호스 배관(60)에 연결되는 것을 특징으로 하는 셀프세차시설의 동파방지장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 고압호스 배관(50) 또는 상기 거품호스 배관(60) 중, 회전식 붐(Boom)이 배치되는 구역에는 단열처리부(41)와 상기 제어기(30)의 제어에 의해 작동되는 공기가열기(42)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 셀프세차시설의 동파방지장치.

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