KR102025225B1

KR102025225B1 - 전기 예열 장치

Info

Publication number: KR102025225B1
Application number: KR1020190012954A
Authority: KR
Inventors: 정용규
Original assignee: (주) 엘앤티
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-09-25

Abstract

본 발명의 전기 예열 장치는 지면에 형성된 도랑에 설치된 관부에 예열 전력을 제공하는 전력부; 상기 전력부를 제어하는 피드백부;를 포함하고, 상기 피드백부는 상기 관부의 측정 온도값을 획득하고, 상기 측정 온도값이 설정 온도값을 만족하도록 상기 전력부를 제어할 수 있다.

Description

전기 예열 장치{ELECTRIC PREHEATING DEVICE}

본 발명은 지역 난방용 관부를 예열하는 전기 예열 장치에 관한 것이다.

지역 난방을 위해 지중에 매설되는 배관으로 이중 강관이 주로 사용된다.

강관은 재질적인 특성상 열팽창되므로, 시공 과정에서 열팽창에 따른 길이 변화가 고려되어야 한다.

한국등록특허공보 제0419928호에는 지역 난방을 위해 지중 매설되는 배관을 전기적으로 예열시키는 열팽창 대비 방안이 나타나 있다.

한국등록특허공보 제0419928호

본 발명은 지역 난방용 온수가 흐르는 관부의 시공시, 해당 온수로 인한 장래의 열팽창을 대비하여 관부를 전기적으로 예열시키는 전기 예열 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 전기 예열 장치는 도랑에 설치되고 토사로 되메움된 제1 관부 및 상기 제1 관부의 단부에 직접 용접되는 제2 관부를 포함하는 관부에 대하여, 상기 관부에 예열 전력을 제공하고, 상기 예열 전력에 대응하는 양만큼 상기 관부를 신장시키는 전력부; 상기 전력부를 제어하는 피드백부;를 포함하고, 상기 피드백부는 상기 관부의 측정 온도값을 획득하고, 상기 측정 온도값이 설정 온도값을 만족하도록 상기 전력부를 피드백 제어하며, 상기 전력부에 의하여 상기 제2 관부가 신장된 상태에서 상기 제1 관부에 용접되면, 상기 제2 관부는 되메움되고, 상기 제2 관부에 대한 상기 전력부의 전기적 연결이 해제될 수 있다.

본 발명의 전기 예열 장치는 전력부 및 피드백부를 통해, 관부를 설정 온도값으로 정확하게 예열시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 관부의 열팽창 길이가 일정하게 유지되므로, 복수의 관부를 서로 연결시키는 작업이 매우 수월해질 수 있다.

도 1은 본 발명의 전기 예열 장치의 사용법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 전기 예열 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 전기 예열 장치의 패널부를 나타낸 개략도이다.
도 4는 관부에 케이블을 설치하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 5는 되메움 단계를 나타낸 개략도이다.
도 6은 용접 단계를 나타낸 개략도이다.
도 7은 시공 단계가 반복되는 상태를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 배관 시공 방법에 의해 설치된 복수의 관부를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 전기 예열 장치의 회로도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 전기 예열 장치의 사용법을 나타낸 개략도이다.

지역 난방용 온수가 흐르는 관부의 시공 방법은 예열 단계, 되메움 단계, 용접 단계를 포함할 수 있다.

예열 단계 이전에 지면(10)에 도랑(19)을 형성하는 단계가 선행될 수 있다.

예열 단계는 지면(10)에 형성된 도랑(19)에 제1 관부(110)를 설치하고, 전기적인 히팅에 의해 제1 관부(110)를 예열할 수 있다. 일 예로, 제1 관부(110)는 50~90℃로 예열될 수 있다.

지역 난방을 위해 온수가 지나는 복수의 관부(100)를 서로 연결하는 공사시, 관부(100)의 열팽창을 대비하여 전기적인 히팅에 의해 관부(100)를 예열할 수 있다. 이때, 제1 관부(110)를 포함하는 각 관부(100)는 복수의 이중 강관을 용접에 의해 설정 길이만큼 연결시킨 것일 수 있다.

설정 지역을 난방하기 위한 온수가 흐르는 공급관이 마련될 수 있다. 설정 지역을 난방하고 배출된 배출수가 흐르는 배출관이 마련될 수 있다. 공급관과 배출관에 해당하는 각 관부(100)는 도랑(19)에 함께 매설될 수 있다.

도랑(19)에 제1 관부(110)가 설치되면, 본 발명의 전기 예열 장치(80)를 이용해 제1 관부(110)의 관 직경, 관 두께, 길이를 설정하고, 이를 고려하여 예열 온도 및 예열 시간이 제어될 수 있다.

전기 예열 장치(80)는 전기가 소통되는 케이블(90)을 통해 제1 관부(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 예열 장치(80)는 케이블(90)을 통해 제1 관부(110)를 예열시키는 예열 전력 P를 제공할 수 있다.

전기 예열 장치(80)에 전기적으로 연결된 제1 관부(110)는 자체가 저항체가 되어 발열하면서, 길이 방향을 따라 열팽창할 수 있다. 전기 예열 장치(80)의 출력 전력, 제1 관부(110)의 구경 및 길이에 따라 일부 달라지기는 하나, 예열 시간은 최대 24시간이 소요될 수 있다.

되메움 단계는 예열로 인해 열팽창된 제1 관부(110)의 단부를 남기고 토사로 제1 관부(110)를 되메움할 수 있다. 되메움 단계에서 전기적 히팅이 중단될 수 있다. 예열 단계에서 제1 관부(110)를 예열시키고 열팽창시키는 전기적 히팅은 제1 관부(110)를 토사로 덮기 직전, 토사로 제1 관부를 덮는 중간, 토사로 제1 관부를 덮은 직후, 용접 단계의 직전 중 어느 한 구간에서 해제될 수 있다.

전기적 히팅의 중단으로 인해 되메움 단계에서 제1 관부(110)는 열수축할 수 있다. 이때, 토사로 덮인 제1 관부(110)는 토압에 의해 눌려지면서 지열에 의해 보온될 수 있다. 지열의 보온 작용을 통해 제1 관부(110)는 일부 열수축되기는 하지만, 상온 상태와 비교하여 일부 열팽창된 상태를 유지할 수 있다.

되메움 단계에서 토사로 덮이지 않은 제1 관부(110)의 단부는 외부에 노출되고, 제2 관부(120) 등의 다른 관부(100)에 연결될 수 있는 상태를 유지할 수 있다.

용접 단계는 도랑(19)에 제2 관부(120)를 설치하고, 제1 관부(110)의 단부에 제2 관부(120)를 직접 용접할 수 있다.

되메움 단계로 인해, 외부에 노출된 제1 관부(110)의 단부는 유동 및 열변형이 거의 없는 고정 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 제1 관부(110)의 단부에 대하여, 제2 관부(120)의 단부를 맞대는 정렬 작업이 매우 용이해지고, 제1 관부(110)와 제2 관부(120) 간의 용접 역시 매우 수월해질 수 있다.

제1 관부(110)와 제2 관부(120)에 대한 용접 단계가 완료되면, 제2 관부(120)와 제3 관부 간의 연결 작업이 수행될 수 있다. 제2 관부(120)와 제3 관부 간의 연결 작업 역시, 예열 단계, 되메움 단계, 용접 단계의 순서대로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 제1 관부(110)와 제2 관부(120) 간의 용접이 완료되면, 전기 예열 장치(80)의 전기적인 히팅에 의해 제2 관부(120)를 예열할 수 있다. 예열된 제2 관부(120)의 단부를 남기고 토사로 제2 관부(120)를 되메움할 수 있다. 도랑(19)에 제3 관부를 설치하고, 제2 관부(120)의 단부에 제3 관부를 직접 용접할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 제4 관부(100), 제5 관부(100),..등 복수의 관부(100)에 대한 연결 작업이 반복적으로 진행될 수 있다. 즉, 예열 단계, 되메움 단계, 용접 단계를 1사이클로 하는 시공 단계를 복수의 관부(100)에 대해 반복하면서 복수의 관부(100)를 연결할 수 있다.

제1 관부(110) 및 제2 관부(120)의 예열 온도는 시공 완료 후 각 관부(100)를 통과하는 지역 난방용 온수의 온도에 의해 결정될 수 있다. 각 관부(100)의 예열 온도는 지역 난방용 온수의 온도에 비례적으로 증가할 수 있다.

도 2는 본 발명의 전기 예열 장치(80)를 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시된 전기 예열 장치(80)는 전력부(310), 피드백부(330), 인터페이스부(350), 표시부(370), 입력부(390)를 포함할 수 있다.

전력부(310)는 제1 관부(110) 등의 관부(100)를 예열시키는 예열 전력 P를 생성하고, 제1 관부에 예열 전력 P를 제공할 수 있다. 이때의 예열 전력 P는 안전 사고를 방지하는 범위 내에서 관부(100)를 예열시키기 위해, 저전압, 고전류를 가질 수 있다. 일 예로, 전력부(310)는 30~50V, 1000~1750A의 예열 전력 P를 생성할 수 있다. 예열 전력 P는 직류 전력에 해당할 수 있다.

일 예로, 전력부(310)는 3상 상용 교류 전력을 직류로 변환하는 정류기, 전압 또는 전류를 예열 전력에 맞춰 변환하는 변환기 등을 포함할 수 있다.

전력부(310)는 케이블(90)을 통해 관부(100), 구체적으로 관부(100)를 형성하는 내관(101)에 유선 연결될 수 있다. 관부의 길이 방향 상으로, 관부의 일단부로부터 관부의 타단부까지의 길이 구간을 예열 구간으로 정의한다. 전력부는 전기가 소통되는 케이블(90)을 통해 예열 구간을 포함하는 폐회로를 형성할 수 있다. 도면에는 전력부(310)와 관부(100)를 연결하는 하나의 케이블(90)만 나타내고 있다. 그러나, 실질적으로는 폐회로를 구성하기 위해 전기적으로 단절된 복수의 케이블(90)이 전력부(310)와 관부(100)에 연결될 수 있다.

전력부(310)에는 과전압 방지 수단, 과전류 방지 수단, 과열 방지 수단이 마련될 수 있다.

과전압 방지 수단은 예열 전력 P의 전압 V가 설정값을 만족하면, 예열 전력 P의 출력을 차단하거나, 전력부(310)를 오프(off)시킬 수 있다.

과전류 방지 수단은 예열 전력 P의 전류 I가 설정값을 만족하면, 예열 전력 P의 출력을 차단하거나, 전력부(310)를 오프(off)시킬 수 있다.

과열 방지 수단은 전력부(310)의 온도가 설정값을 만족하면, 전력부(310)를 오프(off)시킬 수 있다.

관부(100)에는 온도 센서(61)가 설치될 수 있다. 일 예로, 예열 전력 P가 내관(101)에 공급되는 경우, 온도 센서(61)는 내관(101)에 설치될 수 있다.

온도 센서(61)는 관부(100)의 온도를 측정할 수 있다.

피드백부(330)는 관부의 측정 온도값을 획득하고, 측정 온도값이 설정 온도값을 만족하도록 전력부를 피드백(feedback) 제어할 수 있다. 피드백부(330)는 인터페이스부(350)와 통신하고, 각종 온도값을 주고받을 수 있다.

피드백부(330)는 신호선(60)을 통해 온도 센서(61)의 측정 온도값를 획득할 수 있다. 온도 센서(61) 및 전기 예열 장치(80)에 서로 통신 가능한 무선 모듈이 각각 마련된 경우, 신호선(60)은 배제될 수 있다.

피드백부(330)는 인터페이스부(350) 또는 입력부(390)로부터 설정 온도값을 전달받을 수 있다. 이때의 설정 온도값이 인터페이스부(350)와 주고받는 각종 온도값 중 하나일 수 있다.

피드백부(330)는 측정 온도값이 설정 온도값을 추종하도록, 전력부(310)를 PID 제어(proportional integral derivative control)할 수 있다.

일 예로, 전력부(310)에는 전력부(310)의 동작을 온오프(on-off)시키거나, 전력부(310)와 관부(100)의 전기적 연결을 온오프(on-off)시키는 스위칭 부재가 마련될 수 있다. 이때, 피드백부(330)는 스위칭 부재를 제어할 수 있다.

피드백부(330)의 제어에 의해 온오프되는 스위칭 부재를 이용하면, 관부(100)로 제공되는 예열 전력이 PWM(Pulse Width Modulation) 제어될 수 있다. 다시 말해, 피드백부(330)는 피드백 제어를 통해 스위칭 부재를 PWM 제어할 수 있다.

일 예로, 피드백부(330)는 예열 단계 동안, 스위칭 부재가 반복적으로 온오프되도록 스위칭 부재를 제어할 수 있다. 피드백부는 스위칭 부재의 온 구간과 온 구간 사이의 오프 구간의 시간을 조절하고, 이를 통해 예열 전력 P의 전력량을 조절할 수 있다.

피드백부(330)는 온도 센서(61)의 측정 온도값을 인터페이스부(350)로 전달할 수 있다. 이때의 측정 온도값은 인터페이스부(350)와 주고받는 각종 온도값에 포함될 수 있다.

인터페이스부(350)는 예열 전력 P의 전압 V 및 전류 I를 측정 및 획득할 수 있다. 또한, 인터페이스부(350)는 피드백부(330)로부터 측정 온도값을 획득할 수 있다.

인터페이스부(350)는 획득된 전압 V, 전류 I, 측정 온도값 등의 각종 정보를 표시부(370)에 제공할 수 있다. 또한, 인터페이스부(350)는 입력부를 통해 입력된 제어 신호 C를 피드백부(330)에 전달할 수 있다. 제어 신호 C에는 설정 온도값이 포함될 수 있다.

표시부(370)는 인터페이스부로부터 전달받은 전압, 전류, 측정 온도값, 설정 온도값을 표시할 수 있다. 표시부(370)는 예열 전력 P의 전압 V 또는 전류 I를 표시하는 램프, LED, LCD 등의 디스플레이를 포함할 수 있다. 표시부는(370) 전력부(310), 피드백부(330), 인터페이스부(350)가 내장된 케이스의 외면에 설치될 수 있다.

입력부(390)는 피드백부(330)에 제공되는 설정 온도값을 입력받는 콘트롤 스위치 등의 조작 수단을 포함할 수 있다. 또한, 입력부(390)에는 전원을 온오프하는 전원 스위치, 전력부(310)를 구동 또는 동작시키는 운전 스위치 등을 포함할 수 있다. 전원 스위치가 온되면, 피드백부(330), 인터페이스부(350), 표시부(370) 등에 구동 전력이 공급될 수 있다. 전원 스위치 및 운전 스위치가 온되면, 전력부(310)에 구동 전력이 공급되고 전력부(310)로부터 예열 전력 P가 출력될 수 있다.

도 3은 본 발명의 전기 예열 장치(80)의 패널부(81)를 나타낸 개략도이다.

전기 예열 장치(80)를 형성하는 케이스의 외면에는 패널부(81)가 설치될 수 있다.

패널부(81)에는 표시부(370) 및 입력부(390)가 마련될 수 있다.

일 예로, 표시부(370)는 전원이 온(on)된 상태를 표시하는 파워 램프 'POWER', 전력부(310)의 운전 여부를 표시하는 런 램프 'RUN', 기기 이상을 표시하는 폴트 램프 'FAULT', 예열 전력 P의 전압 V를 표시하는 볼트 미터 'VOLTAGE', 예열 전력 P의 전류 I를 표시하는 암페어 미터 'CURRENT', 관부(100)의 측정 온도값 또는 입력부(390)를 통해 획득된 설정 온도값이 표시되는 템프 미터 'TEMP' 등을 포함할 수 있다.

입력부(390)는 전원 스위치 'POWER', 운전 스위치 'OUT', 콘트롤 스위치 'ADJ' 등을 포함할 수 있다.

케이스의 외면에는 복수의 케이블(90)에 각각 연결되는 복수의 단자가 형성될 수 있다. 각 단자는 전력부(310)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4는 관부(100)에 케이블(90)을 설치하는 방법을 나타낸 개략도이다.

제1 관부(110) 및 제2 관부(120)를 포함하는 관부(100)는 온수가 흐르는 내관(101), 내관(101)을 감싸는 외관(102), 내관(101)과 외관(102) 사이에 삽입되는 단열부(105)를 포함할 수 있다.

내관(101)은 전기가 소통되는 강관(구리관 포함)을 포함할 수 있다.

외관(102)은 HDPE(High Density PolyEthylene) 파이프 등을 포함할 수 있다.

단열부(105)는 내관(101) 상에 적층되는 퍼라이트(pearlite)층, 퍼라이트층과 외관(102) 사이에 적층되는 우레탄층을 포함할 수 있다. 단열부(105)는 내관(101)을 흐르는 온수의 열손실을 방지하고, 내관(101)을 보호할 수 있다. 열변형되는 내관(101)을 수용할 수 있는 여유 공간이 외관(102)과 내관(101) 사이에 확보되도록, 단열부(105)는 탄력적, 탄성적으로 형성될 수 있다. 외관(102)은 단열부(105) 및 내관(101)을 보호할 수 있다.

퍼라이트층과 우레탄층 사이에는 열선 및 누수 감지선이 설치될 수 있다. 퍼라이트층에는 섹트 튜브(sect tube)가 삽입 설치될 수 있다.

열선은 내관(101)을 가열하여 내관(101)이 동파되는 것을 방지할 수 있다.

누수 감지선은 서로 이격된 2개의 라인을 포함할 수 있다. 누수가 없으면, 2개의 라인은 전기적으로 떨어진 상태가 된다. 누수가 존재하면, 2개의 라인에 걸쳐 존재하는 수분으로 인해 2개의 라인은 전기적으로 소통된다. 따라서, 2개의 라인 간의 전기적 연결 상태를 파악하는 것으로, 누수를 감지할 수 있다.

복수의 구성 요소를 갖는 관부(100)의 예열 단계는 실질적으로 내관(101)을 예열시키는 것일 수 있다. 열팽창 또는 열수축에 의해 변화되는 관부(100)의 길이는 내관(101)의 길이를 나타낼 수 있다.

관부(100)의 양단부는 외관(102) 및 단열부(105)로부터 내관(101)이 돌출된 상태일 수 있다. 용접 단계는 제1 관부(110)의 단부에 돌출된 내관(101)과 제2 관부(120)의 단부에 돌출된 내관(101)을 용접시키는 것일 수 있다.

케이블(90)의 연결 및 용접을 위해, 외관(102) 및 단열부(105)로부터 돌출된 내관(101)의 단부는 동파 방지, 충격 보호 등을 위해 다시 단열부(105) 및 외관(102)으로 덮이는 것이 좋다.

용접 단계가 완료되면, 서로 용접된 제1 관부(110)의 내관(101) 및 제2 관부(120)의 내관(101)을 도 7과 같이 별도의 단열부 및 별도의 외관(200)으로 덮을 수 있다. 이때, 별도의 단열부 및 별도의 외관(200)은 제1 관부(110)와 제2 관부(120) 사이에 배치되고 둘을 연결하는 기존의 단관과는 전혀 다른 요소에 해당한다.

제1 관부(110)를 포함하는 관부(100)의 양단부는 외관(102)으로부터 내관(101)이 돌출된 상태일 수 있다. 관부(100)의 양단부에 돌출된 내관(101)의 단부에 전기적인 히팅을 위한 케이블(90)을 각각 연결시킬 수 있다. 이때의 케이블(90)은 전기 예열 장치(80)의 케이스에 마련된 단자에 전기적으로 연결된 상태일 수 있다.

일 예로, 예열 단계 이전에 내관(101)의 외주면에 막대 형상의 단자부(70)를 세워서 용접할 수 있다. 그리고, 단자부(70)에 케이블(90)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예열 단계에서 전력부는 케이블(90)을 통해 내관(101)에 예열 전력 P를 공급하고, 내관(101)은 예열 전력 및 자체 저항에 의해 예열되고 열팽창될 수 있다.

케이블(90)에는 단자부(70)가 관통하는 설치 홀(93)이 형성된 커넥터(91)가 마련될 수 있다.

단자부(70)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다.

설치 홀(93)을 단자부(70)에 통과시키고, 설치 홀(93)을 통과한 단자부(70)의 단부에 너트(95)를 나사 결합시킬 수 있다. 나사 결합에 의해 커넥터(91)는 내관(101)에 밀착 고정되고, 내관(101)에 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 관부(110)가 토사로 되메움되거나, 제1 관부(110)와 제2 관부(120) 간의 용접이 완료되면, 내관(101)으로부터 단자부(70)를 제거할 수 있다. 내관(101)으로부터 단자부(70)를 떼어내면, 내관(101)은 별도의 단열부 및 별도의 외관(200)으로 덮일 수 있는 상태가 될 수 있다.

이하, 본 발명의 전기 예열 장치(80)를 이용한 배관 시공 방법을 설명한다.

먼저, 도 1과 같이 지면(10)에 도랑(19)을 형성하고, 도랑(19)에 설정 개수의 제1 관부(110)를 병렬로 설치한다.

이때, 각 관부(100)는 전기 예열 장치(80)의 전력부(310)에 대해 일대일로 폐회로를 형성할 수 있다. 다시 말해, 전력부(310)의 제1 단자에 연결된 케이블(90)이 각 관부(100)의 일단에 연결되고, 전력부(310)의 제2 단자에 연결된 케이블(90)이 각 관부(100)의 타단에 연결될 수 있다. 또는 각 관부(100)는 도 1과 같이 직렬로 연결될 수 있다.

전력부(310)는 저전압 고전류의 예열 전력 P를 제1 관부(110)에 공급할 수 있다. 각 관부(100)는 전기가 소통되는 재질로 형성되며, 예열 전력 P가 통과할 때 자체 저항에 의해 발열하면서 열팽창될 수 있다. 열팽창으로 인해, 제1 관부(110)는 상온 상태보다 긴 길이를 가질 수 있다.

전력부(310)는 온도 센서(61) 및 피드백부(330)에 의해 피드백 제어되므로, 제1 관부(110)를 설정 온도까지 가열하고, 설정 온도로 유지시킬 수 있다. 설정 온도로 유지되는 제1 관부(110)의 열팽창분은 일정하므로, 제1 관부(110)의 전체 길이 역시 열팽창된 특정 길이를 그대로 유지할 수 있다.

도 5는 되메움 단계를 나타낸 개략도이다.

제1 관부(110)에 대한 예열이 완료되면, 케이블(90)을 제1 관부(110)로부터 떼어낼 수 있다. 제1 관부(110)의 단부(내관의 단부)를 남겨놓고 제1 관부(110)의 나머지 부분을 토사로 덮을 수 있다. 토압으로 인해 제1 관부(110)의 유동이 억제될 수 있다. 케이블(90)을 떼어내면 제1 관부(110)에 대한 전기적 히팅이 해제되므로, 냉각으로 인해 제1 관부(110)는 열수축될 수 있다. 다만, 제1 관부(110)를 덮은 토사의 보온 작용으로 인해, 상온 상태와 비교하여 어느 정도 열팽창된 상태를 유지할 수 있다.

제1 관부(110)를 덮은 토사의 토압 및 보온 작용으로 인해, 제1 관부(110)는 특정 길이를 지속적으로 유지할 수 있다. 따라서, 외부에 노출된 제1 관부(110)의 단부는 지면에 대해 특정 위치 x1에서 고정된 상태를 유지할 수 있다.

도 6은 용접 단계를 나타낸 개략도이다.

도랑(19)에 제2 관부(120)를 설치하고, 특정 위치 x1에 고정된 제1 관부(110)의 단부에 제2 관부(120)의 단부를 밀착시킬 수 있다. 그리고, 서로 밀착된 제1 관부(110)의 단부 및 제2 관부(120)의 단부를 용접할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외부에 노출된 제1 관부(110)의 단부에 제2 관부(120)를 밀착시키기만 하면, 제1 관부(110)에 대한 제2 관부(120)의 정렬 작업이 완료될 수 있다. 따라서, 제2 관부(120)를 지정된 위치에 정밀하게 배치하기 위한 별다른 어려움이 없다. 또한, 지면에 대해 위치 고정된 상태의 제1 관부(110)의 단부에 대해 용접 작업이 이루어지므로, 용접 역시 매우 용이한 장점이 있다. 또한, 기존 공법과 달리 관부(100)의 예열을 위한 충진 용수가 요구되지 않으며, 관부(100)와 관부(100)를 연결하는 별도의 단관이 요구되지 않는다. 또한, 제1 관부(110)로부터 규격화된 단관의 길이만큼 이격되게 제2 관부(120)를 정렬할 필요가 없으므로, 제1 관부(110)에 대한 제2 관부(120)의 정렬 정밀도가 대폭 완화될 수 있다.

도 7은 시공 단계가 반복되는 상태를 나타낸 개략도이다.

제1 관부(110)와 제2 관부(120) 간의 용접 작업 완료되면, 제2 관부(120)에 제3 관부를 연결시키는 다음 시공 단계가 진행될 수 있다. 도 6은 다음 시공 단계에서 전력부(310)를 이용한 전기적 히팅에 의해 제2 관부(120)를 예열하는 단계를 나타낸다.

제1 관부(120)의 양단부에 단자부(70)를 각각 설치한 후 케이블(90)을 연결시킬 수 있다.

다른 방안으로, 제1 관부(110)에 기설치된 케이블(90)을 일부 이용할 수 있다.

용접에 의해 제2 관부(120)는 제1 관부(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 단자부(70)가 기설치된 제1 관부(110)의 단부는 제2 관부(120)와의 용접을 위해 외부에 그대로 노출된 상태일 수 있다.

이 경우, 제1 관부(110)에 설치 및 연결된 케이블(90)를 그대로 두고, 제2 관부(120)에서 제1 관부(110)에 대면되는 단부에 별도의 단자부(70) 및 케이블(90)을 추가 설치하지 않을 수 있다. 제2 관부(120)에서 반대편 단부에 단자부(70)를 설치하고, 케이블을 연결할 수 있다. 이 경우, 케이블 중 하나는 제2 관부에 용접된 제1 관부의 단부에 연결된 상태이고, 케이블 중 나머지 하나는 제2 관부의 타측 단부에 연결된 상태가 된다. 이 상태에서 제2 관부(120)에 대한 예열 단계가 수행될 수 있다.

제1 관부(110)에 대면되는 제2 관부(120)의 일단부는 용접에 의해 제1 관부(110)에 지지될 수 있다. 일 예로, 제1 관부(110)에 용접된 제2 관부(120)의 일단부는 제1 관부(110)의 단부와 함께 지면(10)에 대하여 특정 위치 x1에 고정 지지될 수 있다.

제2 관부(120)의 타단부는 전기적 히팅에 의해 제1 관부(110)로부터 멀어지는 방향으로 열팽창될 수 있다. 이후, 제2 관부(120)를 토사로 덮고, 제3 관부를 밀착시킨 상태에서 제2 관부(120)와 제3 관부를 용접하면, 제2 관부(120)와 제3 관부 간의 연결 작업이 완료될 수 있다.

도 8은 본 발명의 배관 시공 방법에 의해 설치된 복수의 관부(100)를 나타낸 개략도이다.

본 발명에 따르면, 특정 관부(100)의 단부에 다른 관부(100)의 단부가 직접 용접될 수 있다. 따라서, 도 8과 같이 복수의 관부(100)가 서로 직접 맞닿는 형태로 지역 난방용 배관 작업이 이루어질 수 있다.

도 9는 본 발명의 전기 예열 장치의 회로도이다.

도 2의 전력부(310)의 입력은 도 9의 3상 교류 입력단(601)을 통하여 입력되는 60Hz의 3상 AC 전원 380v이 될 수 있다, 도 9의 NFB로 표시된 것은 비상 차단기(610)이며, 이를 내리면 3상 AC 전원(610)이 전기 예열 장치로 입력되는 것이 차단될 수 있다.

도 2의 전력부(310)의 출력은 도 9의 직류 출력단(600)을 통해서 출력되는 0~50V의 범위에서 조절되고, 2000A 이내로 조절되는 직류 전원일 수 있다. 직류 출력단(600)을 통해서 출력되는 직류 전원은 케이블(90)을 통해 내관(101)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 9에 "Printed Circuit Board"로 표시된 부분은 전력부(310)을 피드백 제어하는 피드백부(330)가 될 수 있다.

전력부(310)의 3상 교류 입력단(601) 및 직류 출력단(600) 사이에는 안전을 위한 비상 차단기(610)가 마련될 수 있다. 전력부(310)의 3상 교류 입력단(601) 및 직류 출력단(600) 사이에는 3상 교류를 직류로 변환하는 제1 정류기(411), 제2 정류기(421) 및 제3 정류기(431)가 마련될 수 있다.

제1 정류기(411), 제2 정류기(421) 및 제3 정류기(431)의 상류에는 제1 SCR부(410), 제2 SCR부(420) 및 제3 SCR부(430)가 연결될 수 있다.

사이리스터(thyristor)는 3개 이상의 PN 접합(PN junction)을 갖는 반도체 소자를 총칭한다. 제어 단자인 게이트(gate)에 신호가 인가되면 양극(anode)과 음극(cathode) 사이가 도통되어 전류가 흐르는 3단자 반도체 소자인 실리콘제어정류기(silicon-controlled rectifier; SCR)를 말한다. 반도체 소자인 실리콘제어정류기(silicon-controlled rectifier; SCR)를 말한다. SCR의 고내압 및 대용량화에 적합한 특성 때문에 SCR은 대전력 DC-AC 변환장치(inverter) 또는 AC-DC 변환장치(converter)에 적당하다. 적어도 3개 이상의 SCR을 이용하여 3상(three-phase) DC-AC 변환장치 및 AC-DC 변환장치에 적용되는 회로를 구성할 수 있다.

삭제

각각의 SCR부(410, 420, 430)는 실리콘 제어 정류 소자(silicon-controlled rectifier; SCR)를 한 쌍씩 포함할 수 있다.

각각의 SCR부(410, 420, 430)는 서로 역방향으로 병렬 연결된 한 쌍의 실리콘 제어 정류 소자를 포함할 수 있다.

제1 SCR부(410)의 상류에는 3상 교류 입력단(601)에 연결된 제1 교류 회로(412) 및 제3 정류기(431)에 연결된 제3 정류기 출력 회로(506)가 연결될 수 있다. 제1 SCR부(410)의 하류에는 제1 정류기(411)가 연결될 수 있다.

제2 SCR부(420)의 상류에는 3상 교류 입력단(601)에 연결된 제2 교류 회로(422) 및 제1 정류기(411)에 연결된 제1 정류기 출력 회로(502)가 연결될 수 있다. 제2 SCR부(420)의 하류에는 제2 정류기(421)가 연결될 수 있다.

제3 SCR부(430)의 상류에는 3상 교류 입력단(601)에 연결된 제3 교류 회로(432) 및 제2 정류기(421)에 연결된 제2 정류기 출력 회로(504)가 연결될 수 있다. 제3 SCR부(430)의 하류에는 제3 정류기(431)가 연결될 수 있다.

가변 저항(600)은 도 3의 입력부(390)에 "ADJ"로 표시된다. 가변 저항(600)은 피드백부(330)으로부터 가변 저항 기준 전압(V)를 입력받고 가변 저항(600)의 양단 출력으로서 C+ 전압 및 C- 전압을 각각 출력할 수 있다.

가변 저항(600)의 양단 전압 차이인 C+ 전압 및 C- 전압의 차이는 피드백부(330)에 입력될 수 있고, 이 차이에 따라 각각의 SCR부(410, 420, 430)의 동작이 조절될 수 있다.

가변 저항(600)을 조절하면, 피드백부(330)의 ①로 표시된 단자의 G1 전압이 조절되거나, ②로 표시된 단자의 K1 전압이 조절되거나, ③으로 표시된 단자의 G2 전압이 조절되거나, ④로 표시된 단자의 K2 전압이 조절되거나, ⑤로 표시된 단자의 G3 전압이 조절되거나, ⑥으로 표시된 단자의 K3 전압이 조절되거나, ⑦로 표시된 단자의 G4 전압이 조절되거나, ⑧로 표시된 단자의 K4 전압이 조절되거나, ⑨로 표시된 단자의 G5 전압이 조절되거나, ⑩으로 표시된 단자의 K5 전압이 조절되거나, ⑪로 표시된 단자의 G6 전압이 조절되거나, ⑫표시된 단자의 K6 전압이 조절될 수 있다.

G1, G2, G3, G4, G5, G6, K1, K2, K3, K4, K5, K6의 변화에 따라 각각의 SCR부(410, 420, 430)는 역방향으로 병렬 연결된 한 쌍의 실리콘 제어 정류 소자의 특성이 조절될 수 있고, 내관(101)에 전기적으로 연결된 직류 출력단(600)의 전압 또는 전류가 조절될 수 있다.

가변 저항(600)은 피드백부(330)의 G1, G2, G3, G4, G5, G6, K1, K2, K3, K4, K5, K6의 목표값을 설정할 수 있다.

제1 정류기(411), 제2 정류기(421) 및 제3 정류기(431)의 하류에는 션트 저항(690)이 연결될 수 있다. 션트 저항(690)은 제1 정류기(411), 제2 정류기(421) 및 제3 정류기(431)의 전압이나 전류를 피드백부(330)로 전달하기 위한 측정용 저항이다.

가변 저항(600)을 조절하면 피드백부(330)는 각각의 SCR부(410, 420, 430)의 특성을 조절할 수 있다.

각각의 SCR부(410, 420, 430)의 특성이 조절되면 각각의 정류기(411, 421, 431)의 특성이 조절되고, 내관(101)에 전기적으로 연결된 직류 출력단(600)의 전압 또는 전류가 조절될 수 있다.

가변 저항(600)을 이용하여 각각의 SCR부(410, 420, 430)의 목표값을 설정하면, 피드백부(330)는 제1 정류기(411), 제2 정류기(421) 및 제3 정류기(431)의 출력 전압, 제1 정류기(411), 제2 정류기(421) 및 제3 정류기(431)의 출력 전류, 관부의 측정 온도값에 따라 각각의 SCR부(410, 420, 430)의 특성 또는 직류 출력단(600)의 전압 또는 피드백 제어할 수 있다.

과전압 방지 수단, 과전류 방지 수단, 과열 방지 수단의 일 실시예로서, 비상 차단기(610) 또는 OCR(620)이 마련될 수 있다.

OCR(620)은 전기 예열 장치에 과전압이나 과전류가 흐르는지 여부를 감지할 수 있고, 안전을 위하여 피드백부(330)의 동작을 차단할 수 있다. OCR(620)은 피드백부(330)의 OCR 단자(621)에 연결될 수 있고 OCR(620) 지령에 따라 피드백부(330)의 동작을 차단할 수 있다.

10...지면 19...도랑
60...신호선 61...온도 센서
70...단자부 80...전기 예열 장치
90...케이블 91...커넥터
93...설치 홀 95...너트
100...관부 101...내관
102...외관 105...단열부
110...제1 관부 120...제2 관부
200...별도의 외관 310...전력부
330...피드백부 350...인터페이스부
370...표시부 390...입력부

Claims

도랑에 설치되고 토사로 되메움된 제1 관부 및 상기 제1 관부의 단부에 직접 용접되는 제2 관부를 포함하는 관부에 대하여, 상기 관부에 예열 전력을 제공하고, 상기 예열 전력에 대응하는 양만큼 상기 관부를 신장시키는 전력부;
상기 전력부를 제어하는 피드백부;
를 포함하고,
상기 피드백부는 상기 관부의 측정 온도값을 획득하고, 상기 측정 온도값이 설정 온도값을 만족하도록 상기 전력부를 피드백 제어하며,
상기 전력부에 의하여 상기 제2 관부가 신장된 상태에서 상기 제1 관부에 용접되면, 상기 제2 관부는 되메움되고, 상기 제2 관부에 대한 상기 전력부의 전기적 연결이 해제되며,
상기 전력부는 3상 교류 입력단으로 3상 교류를 입력받고 직류 출력단으로 직류를 출력하며,
상기 3상 교류 입력단 및 상기 직류 출력단 사이에는 3상 교류를 직류로 변환하는 제1 정류기, 제2 정류기 및 제3 정류기가 마련되고,
상기 제1 정류기, 상기 제2 정류기 및 상기 제3 정류기의 상류에는 제1 SCR부, 제2 SCR부 및 제3 SCR부가 연결되며,
상기 각각의 SCR부는, 서로 역방향으로 병렬 연결된 한 쌍의 실리콘 제어 정류 소자를 포함하는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 관부의 길이 방향 상으로, 상기 관부의 일단부로부터 상기 관부의 타단부까지의 길이 구간을 예열 구간으로 정의할 때,
상기 전력부는 전기가 소통되는 케이블을 통해 상기 예열 구간을 포함하는 폐회로를 형성하는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 전력부는 30~50V, 1000~1750A의 상기 예열 전력을 생성하는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 관부에는 상기 관부의 온도를 측정하는 온도 센서가 설치되고,
상기 피드백부는 상기 온도 센서로부터 상기 측정 온도값을 획득하며, 입력부로부터 상기 설정 온도값을 전달받고,
상기 피드백부는 상기 측정 온도값이 상기 설정 온도값을 추종하도록, 상기 전력부를 피드백 제어하며,
상기 전력부의 동작을 온오프(on-off)시키거나, 상기 전력부와 상기 관부의 전기적 연결을 온오프(on-off)시키는 스위칭 부재가 마련되고,
상기 피드백부는 상기 피드백 제어를 통해 상기 스위칭 부재를 PWM 제어하는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 예열 전력의 전압 및 전류를 측정하는 인터페이스부가 마련되고,
상기 인터페이스부는 상기 피드백부로부터 상기 측정 온도값을 획득하며,
상기 인터페이스부는 측정된 전압 및 전류, 상기 측정 온도값을 표시부에 제공하고, 입력부를 통해 입력된 상기 설정 온도값을 상기 피드백부에 전달하며,
상기 표시부는 상기 전압, 상기 전류, 상기 측정 온도값 및 상기 설정 온도값을 표시하는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 관부는 온수가 흐르는 내관, 상기 내관을 감싸는 외관을 포함하고,
상기 관부의 양단부는 상기 외관으로부터 상기 내관이 돌출된 상태이며,
상기 내관은 전기가 소통되는 강관을 포함하고,
상기 관부의 양단부에 돌출된 상기 내관의 단부에 전기적인 히팅을 위한 케이블이 각각 연결되며,
상기 전력부는 케이블을 통해 상기 내관에 전기적으로 연결되는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 관부는 전기가 흐르는 내관을 포함하고,
상기 내관의 외주면에 용접되는 막대 형상의 단자부가 마련되며,
상기 전력부는 상기 단자부에 전기적으로 연결된 케이블을 통해 상기 내관에 예열 전력을 공급하는 전기 예열 장치.
제7항에 있어서,
상기 케이블에는 상기 단자부가 관통하는 설치 홀이 형성된 커넥터가 마련되고,
상기 단자부의 외주면에는 나사산이 형성되며,
상기 설치 홀을 통과한 상기 단자부의 단부에 너트가 나사 결합되고,
상기 나사 결합에 의해 상기 커넥터는 상기 내관에 밀착 고정되는 전기 예열 장치.
제7항에 있어서,
상기 관부가 토사로 되메움되거나, 복수의 상기 관부 간의 용접이 완료되면, 상기 단자부는 상기 내관으로부터 제거되는 전기 예열 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 SCR부의 상류에는 상기 3상 교류 입력단에 연결된 제1 교류 회로 및 상기 제3 정류기에 연결된 제3 정류기 출력 회로가 연결되고, 상기 제1 SCR부의 하류에는 상기 제1 정류기가 연결되며,
상기 제2 SCR부의 상류에는 상기 3상 교류 입력단에 연결된 제2 교류 회로 및 상기 제1 정류기에 연결된 제1 정류기 출력 회로가 연결되고, 상기 제2 SCR부의 하류에는 상기 제2 정류기가 연결되며,
상기 제3 SCR부의 상류에는 상기 3상 교류 입력단에 연결된 제3 교류 회로 및 상기 제2 정류기에 연결된 제2 정류기 출력 회로가 연결되고, 상기 제3 SCR부의 하류에는 상기 제3 정류기가 연결되는 전기 예열 장치.
제1항에 있어서,
가변 저항을 조절하면 상기 피드백부는 각각의 SCR부의 특성을 조절하고,
상기 각각의 SCR부의 특성이 조절되면 각각의 정류기의 특성이 조절되며, 상기 관부의 내관에 전기적으로 연결된 직류 출력단의 전압 또는 전류가 조절되는 전기 예열 장치.