KR102053012B1 - 고순도 증기를 교번하여 공급하는 비굴착 상하수도 보수시스템 및 보수공법 - Google Patents

Abstract

비굴착 상하수도 보수시스템이 개시된다. 개시된 비굴착 상하수도 보수시스템은 물에 열을 가하여 스팀을 발생시키는 스팀발생기(10);
상기 스팀발생기(10)로부터 발생된 스팀이 유체분배기(15)로 이송되는 유동경로를 제공하는 증기공급라인(11);
상기 증기공급라인(11)에 결합되어 유체분배기(15)로의 스팀 공급을 조절하는 증기공급밸브(12);
상기 증기공급라인(11)을 통해 공급된 스팀을 분배하여 공급하는 유체분배기(15);
열경화성 수지를 포함하여 형성된 라이너(L);
상기 라이너(L)의 양측에 결합되며, 스팀유입구(41,51)와 스팀배출구(43,52) 그리고 응축수배출구(44,53)가 형성된 제1 매니폴드(40) 및 제2 매니폴드(50);
일단은 상기 유체분배기(15)에 결합되고 타단은 라이너(L)의 일측에 결합된 제1 매니폴드(40)의 스팀유입구(41)에 결합되는 제1 증기분배라인(13);
일단은 상기 유체분배기(15)에 결합되고 타단은 라이너(L)의 타측에 결합된 제2 매니폴드(50)의 스팀유입구(51)에 결합되는 제2 증기분배라인(14);
상기 제1 증기분배라인(13)의 유동을 개폐하는 제1 증기분배밸브(35);
상기 제2 증기분배라인(14)의 유동을 개폐하는 제2 증기분배밸브(36); 및
상기 제1 증기분배밸브(35) 및 제2 증기분배밸브(36)의 개폐를 제어하는 제어기(55);
를 포함한다.

Description

고순도 증기를 교번하여 공급하는 비굴착 상하수도 보수시스템 및 보수공법{nonexcavating curing system of water pipe providing high purified steam alternatively and curing method}

본 발명은 고순도 증기를 교번하여 공급하는 비굴착 상하수도 보수시스템 및 보수공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체분배기 몸체 내부에 작은 직경의 분배파이프를 구비하여 스팀의 단열팽창으로 인한 응축수 생성을 방지하는 한편, 습분분리장치를 구비하여 스팀과 함께 유동하는 응축수를 제거하여 고순도의 증기를 공급함과 동시에, 상하수도 보수에 사용되는 라이너의 양측에서 스팀을 공급하여 라이너를 양생하되, 스팀을 라이너의 양측에서 교번하여 공급함으로써 라이너의 길이방향에 따른 온도편차를 감소시켜 라이너 전 구간에 걸쳐 균일한 양생속도 및 품질을 얻도록 한 고순도 증기를 교번하여 공급하는 비굴착 상하수도 보수시스템 및 보수공법에 관한 것이다.

도시화와 함께 지하에는 상하수도관 및 가스관과 같은 각종 배관이 매설되어 있으며, 이와 같은 배관은 시간이 지남에 따라 점차 노후화되어 부식이 발생하게 된다.

배관의 부식으로 인해 상하수가 누출되거나, 식수의 오염이 발생하며, 가스가 누출되어 노후된 배관의 보수 문제가 중요한 이슈가 되고 있다.

지하에 매설된 상하수도관 또는 가스관 등을 보수하기 위하여 굴착 공사를 하는 경우, 이에 따른 막대한 공사비와 교통체증의 가중, 안전사고의 발생, 환경문제 등 사회적 손실 비용이 증가하게 된다. 이에 따라, 비굴착식 상하수도 보수공법이 개발되기 시작하였다.

특히, 우리나라의 경우는 도로의 폭이 좁고 굴곡부위가 많으며, 가지관 연결부나 맨홀과 같은 부대시설 접합부위가 많다. 또한, 배관의 매설 심도가 깊어 작업 환경이 열악하여 지장물의 제거 등에 사용되는 부대비용이 많다. 이러한 이유로 비굴착식 배관 보수공법이 유리한 측면이 있어 현장에서 많이 선호되고 있다.

비굴착식 상하수도 보수공법으로는 신관 삽입 공법(slip lining), 변형관 삽입 공법(close fit pipes lining, fold and form lining), 제관공법(spirally wound pipes lining) 및 보강 튜브 경화 공법(cured in place pipe) 등이 있다.

이 중에서 최근에는 보강튜브 경화공법이 시공의 편의성으로 인해 가장 주목 받고 있으며, 세계 각국에서 다양한 기술을 개발 중에 있다.

라이너라고 하는 보강튜브를 경화시키기 위해서는 통상적으로 스팀(steam)이 라이너 내부로 공급된다. 이 때 라이너 일측에 공급된 스팀은 라이너를 따라 유동하면서 점차 온도가 낮아져 라이너 타측의 배출구 근방에 도달하면 응축되어 바닥에 고이게 된다.

이와 같이 형성된 응축수는 라이너의 경화를 지연시켜 시공시간을 지연시키는 요인이 되고 있다. 이 뿐 아니라, 국부적으로 발생된 응축수는 라이너의 시공품질을 불균일하게 하여 안전문제를 유발할 수 있다.

종래의 비굴착 상하수도 보수시스템에 사용되는 유체분배기는 유입되는 스팀이 유체분배기로 유입되면서 단열팽창되어 온도강하에 따른 응축수가 발생되는 문제가 있었다.

한편 유체분배기 벽면을 통한 열손실로 인해 응축현상이 가속되는 측면도 있었다.

이와 같은 원인으로 발생된 응축수는 스팀과 함께 혼합되어 스팀의 순도를 떨어뜨렸다. 즉 스팀만이 아닌 다량의 응축수가 스팀과 함께 제공되었던 것이다.

이로 인해 라이너의 경화효율이 떨어져 만족할만한 시공결과를 얻을 수 없었다.

따라서 비굴착 상하수도 보수공사시 고순도의 스팀을 공급하는 새로운 비굴착 상하수도 보수시스템의 개발이 절실히 요청된다.

일본공개특허공보 2002-303376호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 고순도의 스팀을 공급하는 비굴착 상하수도 보수시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 유체분리기 내부의 스팀에 포함된 응축수를 제거하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 라이너의 전구간에 걸쳐 온도분포를 균일하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 비굴착 상하수도 보수공사의 시공시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 물에 열을 가하여 스팀을 발생시키는 스팀발생기;

상기 스팀발생기로부터 발생된 스팀이 유체분배기로 이송되는 유동경로를 제공하는 증기공급라인;

상기 증기공급라인에 결합되어 유체분배기로의 스팀 공급을 조절하는 증기공급밸브;

상기 증기공급라인을 통해 공급된 스팀을 분배하여 공급하는 유체분배기;

열경화성 수지를 포함하여 형성된 라이너;

상기 라이너의 양측에 결합되며, 스팀유입구와 스팀배출구 그리고 응축수배출구가 형성된 제1 매니폴드 및 제2 매니폴드;

일단은 상기 유체분배기에 결합되고 타단은 라이너의 일측에 결합된 제1 매니폴드의 스팀유입구에 결합되는 제1 증기분배라인;

일단은 상기 유체분배기에 결합되고 타단은 라이너의 타측에 결합된 제2 매니폴드의 스팀유입구에 결합되는 제2 증기분배라인;

상기 제1 증기분배라인의 유동을 개폐하는 제1 증기분배밸브;

상기 제2 증기분배라인의 유동을 개폐하는 제2 증기분배밸브; 및

상기 제1 증기분배밸브 및 제2 증기분배밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 포함하는, 비굴착 상하수도 보수시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 상기 유체분배기는,

상기 증기공급라인을 통해 공급된 스팀을 저장하는 유체분배기 몸체;

상기 유체분배기 몸체의 내부에 배치되어 상기 증기공급라인으로부터 공급된 스팀을 상기 제1 증기분배라인 또는 제2 증기분배라인으로 분배하여 이송하는 분배파이프;를 포함하며,

상기 분배파이프의 단면적은 상기 증기공급라인의 단면적 보다 작거나 같도록 형성되어 스팀의 체적팽창에 따른 온도강하가 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 분배파이프에 결합되어 스팀과 함께 유동하는 응축수를 스팀으로부터 분리시켜 스팀의 순도를 높이는 습분분리장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 습분분리장치는,

유동경로를 감싸도록 외벽이 형성되고, 상기 외벽에는 미세기공이 형성된 습분분리장치 몸체;

나선형상으로 형성되어 상기 유동경로 상에 고정된 고정날개;

상기 유입되는 스팀과 응축수는 상기 고정날개의 나선형상을 따라 가속되어 스팀보다 밀도가 높은 응축수는 상기 미세기공을 통해 상기 습분분리장치 몸체의 외벽을 통과하고, 응축수 보다 밀도가 낮은 스팀은 유동경로를 따라 유동되도록 하여 스팀과 응축수를 분리하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 분배파이프 상에서 상기 습분분리장치 후방에 결합되어 스팀을 가열하여 스팀의 과열도를 높이는 분배가열히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 유체분배기 몸체의 내측에 장착되어 상기 습분분리장치로부터 분리된 응축수를 가열함으로써 상기 분배파이프 표면을 보온하는 증기가열히터;를 더 포함한다.

또한 본 발명의 상기 제어기는 상기 제1 증기분배밸브의 개방시에는 상기 제2 증기분배밸브를 폐쇄하고, 제2 증기분배밸브의 개방시에는 제1 증기분배밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 제어기는 제1 증기분배밸브의 개방과 제2 증기분배밸브의 개방을 교번하여 반복함으로써 상기 라이너의 길이방향에 따른 온도 편차를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제1 매니폴드의 내측에 장착되어 스팀의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 및

상기 제2 매니폴드의 내측에 장착되어 스팀의 온도를 측정하는 제2 온도센서;를 더 포함하며,

상기 제어기는 상기 제1 증기분배밸브의 개방시에 제2 온도센서에 의해 측정된 제2 온도와 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제1 증기분배밸브를 폐쇄하고 상기 제2 증기분배밸브를 개방하도록 제어하며,

상기 제2 증기분배밸브의 개방시에 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도와 제2 온도센서에 의해 측정된 제2 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제2 증기분배밸브를 폐쇄하고 상기 제1 증기분배밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 배관 내의 보수구간을 확인하고 이를 분석하는 단계;

상기 보수구간 내부로 라이너를 삽입하는 단계;

상기 제1 매니폴드와 제2 매니폴드를 상기 라이너의 일측과 타측에 각각 결합하는 단계;

제1 증기분배라인과 제1 증기분배밸브, 제2 증기분배라인과 제2 증기분배밸브를 상기 유체분배기와 상기 라이너 사이에 결합하는 단계;

상기 스팀발생기에서 생성된 스팀을 유체분배기를 통해 라이너로 공급하여 라이너를 경화시키는 단계;를 포함하며,

상기 라이너를 경화시키는 단계는,

상기 제어기가 상기 제1 증기분배밸브의 개방시에는 상기 제2 증기분배밸브를 폐쇄하고, 제2 증기분배밸브의 개방시에는 제1 증기분배밸브를 폐쇄하되, 제1 증기분배밸브의 개방과 제2 증기분배밸브의 개방을 교번하여 반복함으로써 상기 라이너의 길이방향에 따른 온도 편차를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수공법을 제공한다.

또한 본 발명은, 배관 내의 보수구간을 확인하고 이를 분석하는 단계;

상기 보수구간 내부로 라이너를 삽입하는 단계;

상기 제1 매니폴드와 제2 매니폴드를 상기 라이너의 일측과 타측에 각각 결합하는 단계;

제1 증기분배라인과 제1 증기분배밸브, 제2 증기분배라인과 제2 증기분배밸브를 상기 유체분배기와 상기 라이너 사이에 결합하는 단계;

상기 스팀발생기에서 생성된 스팀을 유체분배기를 통해 라이너로 공급하여 라이너를 경화시키는 단계;를 포함하며,

상기 라이너를 경화시키는 단계는,

상기 제어기가 상기 제1 증기분배밸브의 개방시에 제2 온도센서에 의해 측정된 제2 온도와 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제1 증기분배밸브를 폐쇄하고 상기 제2 증기분배밸브를 개방하도록 제어하며,

상기 제2 증기분배밸브의 개방시에 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도와 제2 온도센서에 의해 측정된 제2 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제2 증기분배밸브를 폐쇄하고 상기 제1 증기분배밸브를 개방하도록 제어하되,

제1 증기분배밸브의 개방과 제2 증기분배밸브의 개방을 교번하여 반복함으로써 상기 라이너의 길이방향에 따른 온도 편차를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수공법을 제공한다.

본 발명은 비굴착 상하수도 보수공사에 고순도의 스팀을 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 유체분리기를 경유하는 스팀의 순도를 높이는 효과가 있다.

또한 본 발명은 유체분리기 벽면을 통한 열손실을 최소화하여 유체분리기 내부에서 응축수 발생을 최소화하는 효과가 있다.

본 발명은 비굴착 보수공사에서 응축수 발생이 최소화되어 시공시간이 단축되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 비굴착 보수공사시 라이너의 전 구간에 걸쳐 균일한 시공품질을 얻는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 비굴착식 상하수도 보수시스템에 의해 시공된 배관의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배관을 II-II' 선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 단열팽창에 따른 응축수 발생을 설명하는 온도-엔트로피 선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체분리기를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 습분분리장치의 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 매니폴드의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수공법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 보수공법이 적용된 라이너의 정상상태에서의 온도분포를 도시한 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명에 따른 비굴착식 상하수도 보수시스템에 의해 시공된 배관(20)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 배관(20)을 II-II' 선으로 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

본 발명에 적용되는 비굴착 상하수도 보수공법은 보수의 대상이 되는 배관(20)에 수지가 함침된 부직포를 포함하는 라이너(L)(liner: L)를 삽입하고, 경화시켜, 배관(20)의 내측을 라이너(L)(L)로 보강하여 파손된 배관(20)을 보수하는 공법이다.

본 발명에 적용되는 비굴착 상하수도 보수공법에 사용되는 배관(20)의 직경은 150 내지 1500 밀리미터가 바람직하다. 그러나 이에 국한되지 않고 설계환경에 따라 다양한 직경의 배관이 적용가능하다.

파손된 배관(20) 내측면에는 라이너(L)(L)가 삽입된다. 라이너(L)(L)는 배관(20)의 파손부(25)를 통하여 배관(20) 내의 하수, 상수 및 가스 등과 같은 유체가 유출되는 것을 방지하고 배관(20) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 라이너(L)(L)는 수지가 함침된 부직포(P)와 부직포(P)의 외측을 둘러싸는 비닐(C)을 포함한다. 이후, 두 겹으로 접힌 부직포(P)에 액상의 수지를 함침시킨다. 수지가 함침된 부직포(P)의 외측에 비닐(C)을 덮어 배관(20) 내부에 삽입한 후, 수지를 경화시키면 배관(20) 형상의 내측관이 형성된다.

비닐(C)은 부직포(P) 내부에 공기가 채워져 부직포(P)가 팽창하게 되는 경우 부직포(P)를 둘러싸는 커버가 된다. 즉, 부직포(P)를 둘러싸는 커버로는 비닐(C)만 한정되는 것은 아니고, 부직포(P)의 피복 재료로 사용될 수 있는 폴리 프로필렌, 폴리스티렌 등 다양한 재료를 이용할 수 있을 것이다. 특히, 시공 환경에 따라 초저온의 조건에서도 수지의 경화가 가능할 수 있도록 단열재로 형성된 커버를 사용할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 단열팽창에 따른 응축수 발생을 설명하는 온도-엔트로피 선도이며, 도 5는 본 발명에 따른 유체분리기를 나타내는 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 습분분리장치(18)의 작동원리를 설명하는 도면이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수시스템은 스팀발생기(10), 증기공급라인(11), 증기공급밸브(12), 유체분배기(15), 제1 증기분배라인(13), 제1 증기분배밸브(35), 제2 증기분배라인(14), 제2 증기분배밸브(36), 라이너(L)를 포함한다.

스팀발생기(10)는 물에 열을 가하여 스팀을 발생시키는 구성으로서, 통상적인 보일러가 채택될 수 있으나 이에 국한되지 않고 다양한 장치의 선택이 가능하다.

증기공급라인(11)은 상기 스팀발생기(10)로부터 발생된 스팀이 유체분배기(15)로 이송되는 유동경로를 제공한다.

증기공급밸브(12)는 상기 증기공급라인(11)에 결합되어 유체분배기(15)로의 스팀 공급을 조절하는 구성이다.

유체분배기(15)는 상기 증기공급라인(11)을 통해 공급된 스팀을 분배하여 공급하는 구성이다.

제1 및 제2 증기분배라인(14)은 상기 유체분배기(15)로부터 공급된 스팀이 라이너(L)로 이송되는 유동경로를 제공하는 구성이다.

제1 및 제 2 증기분배밸브는 상기 증기분배라인에 결합되어 라이너(L)로의 스팀 공급을 조절하는 구성이다.

라이너(L)는 열경화성 수지를 포함하여 형성되며, 스팀에 의해 전달된 열에 의해 보수대상 파이프의 내벽면에 경화되어 결합된다.

본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수시스템은 라이너(L)의 양측에서 스팀을 공급하므로 유체분배기(15)에서 2 개의 증기분배라인이 연결되나, 증기분배라인의 개수는 설계 상황에 따라 변경이 가능하다.

종래의 유체분배기(15)는 유체분배기(15) 내부에 별도의 배관(20)이 설치되어 있지 않아, 증기공급라인(11)으로부터 공급된 스팀이 유체분배기(15) 내부로 유입되면서 단열팽창이 되고, 이로 인한 온도강하가 발생하게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, A점에 있던 스팀이 단열팽창되면서 B점에 도달되면 응축(condensation)이 되어 응축수가 생성된다.

이로 인해 스팀에는 일부 응축수가 혼합된 상태가 되는 것이다. 결국 스팀의 순도가 떨어져 라이너(L)의 경화효율을 떨어뜨리게 된다.

이에 본 발명의 유체분배기(15)는 유체분배기 몸체(16)와, 분배파이프(17)를 구비하도록 설계되었다.

유체분배기 몸체(16)는 증기공급라인(11)을 통해 공급된 스팀을 저장하는 용기로서, 통상적으로 쉘(shell) 구조의 압력용기가 사용된다.

분배파이프(17)는 유체분배기 몸체(16)의 내부에 배치되어 증기공급라인(11)으로부터 공급된 스팀을 증기분배라인으로 분배하여 이송하는 구성이다.

상기 분배파이프(17)의 단면적은 증기공급라인(11)의 단면적 보다 작거나 같도록 형성되어 스팀의 체적팽창에 따른 온도강하가 발생하지 않도록 하였다.

또한 본 발명에서는 분배파이프(17)를 유동하는 스팀에 혼합된 응축수를 제거하고자 습분분리장치(18)를 구비하였다.

습분분리장치(18)는 분배파이프(17)에 결합되어 스팀과 함께 유동하는 응축수를 스팀으로부터 분리시켜 스팀의 순도를 높이는 구성이다.

습분분리장치(18)는 습분분리장치 몸체(30)와 고정날개(32)를 포함한다.

습분분리장치(18) 몸체는 유동경로를 감싸도록 외벽이 형성되고, 상기 외벽에는 미세기공(31)이 형성된다.

그리고 고정날개(32)는 나선형상으로 형성되어 상기 유동경로 상에 고정된다.

이와 같은 구조로 형성된 습분분리장치(18)에 유입되는 스팀과 응축수는 상기 고정날개(32)의 나선형상을 따라 가속되어, 스팀보다 밀도가 높은 응축수는 원심력에 의해 외벽으로 모여 미세기공(31)을 통해 습분분리장치 몸체(30)의 외벽을 통과하고, 응축수 보다 밀도가 낮은 스팀은 유동경로를 따라 유동되도록 하여 스팀과 응축수를 분리시킨다.

결과적으로 습분분리장치(18)를 경유한 스팀은 순도가 높게 된다.

그리고 유체분배기(15)에는 분배가열히터(33)가 더 구비될 수 있다.

분배파이프(17)를 유동하면서 스팀의 온도가 낮아져 과열도가 떨어질 수 있다.

이에 본 발명에서는 분배가열히터(33)를 분배파이프(17) 상에서 상기 습분분리장치(18) 후방에 결합하였다. 분배가열히터(33)는 습분분리장치(18)를 통과한 스팀을 가열하여 스팀의 과열도를 한층 높일 수 있어 경화효율을 높이도록 기여하게 된다.

즉, 1차적으로는 스팀에 포함된 응축수를 제거하고, 2차적으로는 스팀의 과열도를 높여 순도와 과열도가 높은 스팀을 제공하게 된다.

습분분리장치(18)에는 미세기공(31)이 외벽에 형성되어 있는 관계로, 상기 미세기공(31)을 통해 응축수가 흘러나와 유체분배기 몸체(16)의 하부로 흘러가게 된다.

이와 같이 모인 응축수는 분배파이프(17)를 통한 열손실을 조장할 수 있다.

이에 본 발명에서는 증기가열히터(34)를 유체분배기 몸체(16)의 내측에 장착하였다.

증기가열히터(34)는 습분분리장치(18)로부터 분리된 응축수를 가열함으로써 분배파이프(17) 표면을 고온의 스팀이 둘러싸도록 하여 분배파이프(17)로부터의 열손실을 최소화하였다.

도 7은 본 발명에 따른 매니폴드의 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수공법의 흐름도이며, 도 9는 본 발명에 따른 보수공법이 적용된 라이너(L)의 정상상태에서의 온도분포를 도시한 도면이다.

도 3, 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수시스템은 제1 매니폴드(40), 제2 매니폴드(50), 제어기(55)를 더 포함한다.

본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수시스템은 라이너(L)의 양측에서 스팀을 공급하므로 유체분배기(15)에서 2 개의 증기분배라인이 연결되나, 증기분배라인의 개수는 설계 상황에 따라 변경이 가능하다.

라이너(L)는 열경화성 수지를 포함하여 형성되며, 스팀에 의해 전달된 열에 의해 보수대상 파이프의 내벽면에 경화되어 결합된다.

제1 및 제2 매니폴드(50)는 라이너(L)의 양측에 각각 결합되어 스팀의 누출을 차단하는 구성이다.

제1 및 제2 매니폴드(50)에는 스팀유입구(41,51)와 스팀배출구(43,52) 그리고 응축수배출구(44,53)가 형성된다.

제1 증기분배라인(13)의 일단은 상기 유체분배기(15)에 결합되고 타단은 라이너(L)의 일측에 결합된 제1 매니폴드(40)의 스팀유입구(41)에 결합된다.

제2 증기분배라인(14)의 일단은 상기 유체분배기(15)에 결합되고 타단은 라이너(L)의 타측에 결합된 제2 매니폴드(50)의 스팀유입구(51)에 결합된다.

제1 증기분배밸브(35)는 제1 증기분배라인(13)의 유동을 개폐하는 구성으로서, 제1 증기분배라인(13)의 중간에 결합될 수도 있고, 제1 매니폴드(40)에 결합될 수도 있다. 제1 증기분배밸브(35)의 설치위치는 다양한 변형된 실시가 가능할 것이다.

제2 증기분배밸브(36)는 제2 증기분배라인(14)의 유동을 개폐하는 구성이다.

제어기(55)는 제1 증기분배밸브(35) 및 제2 증기분배밸브(36)의 개폐를 제어한다.

종래의 상하수도 보수시스템은 스팀을 라이너(L)의 일측에 공급하므로, 스팀이 배출되는 라이너(L) 타측 근방에서는 응축수가 발생되어 라이너(L)의 경화가 지연되는 문제가 있었다.

즉, 종래 방식에 따라 스팀을 라이너(L)의 일측에서만 공급하게 되면, 온도 분포가 공급측은 온도가 가장 높고 길이방향을 따라 온도가 점차로 낮아져 배출측에서는 온도가 가장 낮게 된다. 이와 같이 온도 구배가 커서 배출측에서는 항상 응축수가 발생하게 되고, 라이너(L)의 경화도 지연되는 문제가 극복될 수 없었다.

이에 본 발명에서는 스팀을 라이너(L)의 양측에서 공급하되 스팀 공급측을 서로 교대로 바꾸는 방식, 즉 교번(alternating) 방식으로 스팀을 공급하도록 하였다.

따라서 제어기(55)는 제1 증기분배밸브(35)의 개방시에는 상기 제2 증기분배밸브(36)를 폐쇄하고, 제2 증기분배밸브(36)의 개방시에는 제1 증기분배밸브(35)를 폐쇄한다.

제1 증기분배밸브(35)를 개방하고 제2 증기분배밸브(36)를 폐쇄하면 제1 증기분배밸브(35)를 통해 스팀이 공급되면서 제2 매니폴드(50)의 스팀배출구(52)를 통해 스팀이 배출되어 일 방향으로 스팀 유동이 형성된다.

이 때는 제1 증기분배밸브(35) 측에서는 온도가 가장 높고 길이방향을 따라 온도가 점차 낮아져 배출측인 제2 증기분배밸브(36) 측에서는 온도가 가장 낮게 된다.

연이어, 제2 증기분배밸브(36)를 개방하고 제1 증기분배밸브(35)를 폐쇄하면 제2 증기분배밸브(36)를 통해 스팀이 공급되면서 제1 매니폴드(40)의 스팀배출구(42)를 통해 스팀이 배출되어 일 방향으로 스팀 유동이 형성된다.

이 때는 제1 증기분배밸브(35)측의 스팀배출구(42)를 통해 고온의 스팀이 배출되므로 제1 증기분배밸브(35)측의 온도는 낮아지게 된다. 그리고 제2 증기분배밸브(36)측은 스팀이 공급되어 온도가 높아지게 되고, 길이방향을 따라 온도가 점차로 낮아지게 된다. 제2 증기분배밸브(36)측에서 공급된 스팀이 제1 증기분배밸브(35)측에 도달하면 제1 증기분배밸브(35)측의 온도가 점진적으로 높아지게 된다.

이와 같이 스팀이 공급되는 방향을 바꿔주게 되면 공급측에서 배출측으로 형성되는 온도구배가 서로 상쇄되어 라이너(L)의 길이방향을 따라 온도가 균일한 분포를 이루게 된다. 이로 인해 라이너(L) 내부에서 응축수의 생성이 최소화 되고, 경화상태 또한 균일하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 교번방식의 비굴착 보수공법이 적용된 라이너(L)의 정상상태(steady state)에서의 온도분포를 보여준다.

본 발명에 따른 제1 매니폴드(40)와 제2 매니폴드(50)에는 각각 제1 온도센서(44)와 제2 온도센서(54)가 구비될 수 있다.

스팀의 공급방향을 변경하는 주기를 효율적으로 설정하기 위해 매니폴드에 온도센서를 설치하고, 스팀 공급측과 스팀 배출측의 온도 편차가 기설정된 기준온도편차에 도달될 때 스팀의 공급방향이 변경되도록 하였다.

제어기(55)는 제1 증기분배밸브(35)의 개방시에 제2 온도센서(54)에 의해 측정된 제2 온도와 제1 온도센서(44)에 의해 측정된 제1 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제1 증기분배밸브(35)를 폐쇄하고 상기 제2 증기분배밸브(36)를 개방하도록 제어하며, 상기 제2 증기분배밸브(36)의 개방시에 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도와 제2 온도센서(54)에 의해 측정된 제2 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제2 증기분배밸브(36)를 폐쇄하고 상기 제1 증기분배밸브(35)를 개방하도록 제어한다.

본 발명에 따른 제1 매니폴드(40)와 제2 매니폴드(50)에는 각각 제1 압력계와 제2 압력계가 구비될 수 있다.

제1 온도계 및 제2 온도계에 의해 각각 측정된 온도와, 제1 압력계와 제2 압력계에 의해 각각 측정된 압력은 제어기로 전송될 수 있다. 제어기로 전송된 온도 및 압력은 디스플레이창을 통해 표시됨으로써, 제어기는 라이너 내부의 압력 및 온도를 모니터링할 수도 있다.

본 발명에 따른 비굴착 상하수도 보수공법을 설명한다.

우선, 배관(20) 내의 보수구간을 확인하고 이를 분석한다.

다음으로, 보수구간 내부로 라이너(L)를 삽입한다.

라이너(L) 양측을 폐쇄하기 위해, 제1 매니폴드(40)와 제2 매니폴드(50)를 상기 라이너(L)의 일측과 타측에 각각 결합한다.

스팀 공급유로를 확보하기 위해, 제1 증기분배라인(13)과 제1 증기분배밸브(35), 제2 증기분배라인(14)과 제2 증기분배밸브(36)를 상기 유체분배기(15)와 상기 라이너(L) 사이에 결합한다.

스팀발생기(10)에서 생성된 스팀을 유체분배기(15)를 통해 라이너(L)로 공급하여 라이너(L)를 경화시킨다.

이 때 라이너(L)를 경화시키는 단계는,

제어기(55)가 제1 증기분배밸브(35)의 개방시에 제2 온도센서(54)에 의해 측정된 제2 온도와 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제1 증기분배밸브(35)를 폐쇄하고 상기 제2 증기분배밸브(36)를 개방하도록 제어하며,

상기 제2 증기분배밸브(36)의 개방시에 제1 온도센서에 의해 측정된 제1 온도와 제2 온도센서(54)에 의해 측정된 제2 온도의 온도편차가 기설정된 기준온도편차에 도달할 때 상기 제2 증기분배밸브(36)를 폐쇄하고 상기 제1 증기분배밸브(35)를 개방하도록 제어한다.

본 발명은 고순도 증기를 교번하여 공급하는 비굴착 상하수도 보수시스템 및 보수공법에 관한 것으로서, 유체분배기 몸체(16) 내부에 작은 직경의 분배파이프(17)를 구비하여 스팀의 단열팽창으로 인한 응축수 생성을 방지하는 한편, 습분분리장치(18)를 구비하여 스팀과 함께 유동하는 응축수를 제거하여 고순도의 증기를 공급함과 동시에, 유체분배기 몸체(16) 내측에 증기가열히터(34)를 구비하여 습분분리장치(18)로부터 분리된 응축수를 가열하여 분배파이프(17)의 열손실을 최소화 하는 효과가 있다. 이 뿐 아니라, 본 발명은 상하수도 보수에 사용되는 라이너(L)의 양측에서 스팀을 공급하여 라이너(L)를 양생하되, 스팀을 라이너(L)의 양측에서 교번하여 공급함으로써 라이너(L)의 길이방향에 따른 온도편차를 감소시켜 라이너(L) 전 구간에 걸쳐 균일한 양생속도 및 품질을 얻도록 하는 효과도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10-스팀발생기
11-증기공급라인
12-증기공급밸브
13-제1 증기분배라인
14-제2 증기분배라인
15-유체분배기
16-유체분배기 몸체
17-분배파이프
18-습분분리장치
20-배관
25-파손부
30-습분분리장치 몸체
31-미세기공
32-고정날개
33-분배가열히터
34-증기가열히터
35-제1 증기분배밸브
36-제2 증기분배밸브
40-제1 매니폴드
41-스팀유입구
42-스팀배출구
43- 응축수배출구
44-제1 온도센서
50- 제2 매니폴드
51-스팀유입구
52- 스팀배출구
53- 응축수배출구
54-제2 온도센서
55-제어기
56-응축수
P-부직포
C-비닐
S100-배관(20) 내의 보수구간을 확인하고 이를 분석하는 단계
S200-보수구간 내부로 라이너(L)를 삽입하는 단계
S300-제1 매니폴드(40)와 제2 매니폴드(50)를 상기 라이너의 일측과 타측에 각각 결합하는 단계
S400-제1 증기분배라인(13)과 제1 증기분배밸브(35), 제2 증기분배라인(14)과 제2 증기분배밸브(36)를 상기 유체분배기와 상기 라이너(L) 사이에 결합하는 단계;
S500-스팀발생기(10)에서 생성된 스팀을 유체분배기(15)를 통해 라이너로 공급하여 라이너를 경화시키는 단계

Claims (11)

1. 물에 열을 가하여 스팀을 발생시키는 스팀발생기(10);
   상기 스팀발생기(10)로부터 발생된 스팀이 유체분배기(15)로 이송되는 유동경로를 제공하는 증기공급라인(11);
   상기 증기공급라인(11)에 결합되어 유체분배기(15)로의 스팀 공급을 조절하는 증기공급밸브(12);
   상기 증기공급라인(11)을 통해 공급된 스팀을 분배하여 공급하는 유체분배기(15);
   열경화성 수지를 포함하여 형성된 라이너(L);
   상기 라이너(L)의 양측에 결합되며, 스팀유입구(41,51)와 스팀배출구(43,52) 그리고 응축수배출구(44,53)가 형성된 제1 매니폴드(40) 및 제2 매니폴드(50);
   상기 제1 매니폴드(40)의 내측에 장착되어 스팀의 온도를 측정하는 제1 온도센서;
   상기 제2 매니폴드(50)의 내측에 장착되어 스팀의 온도를 측정하는 제2 온도센서(54);
   일단은 상기 유체분배기(15)에 결합되고 타단은 라이너(L)의 일측에 결합된 제1 매니폴드(40)의 스팀유입구(41)에 결합되는 제1 증기분배라인(13);
   일단은 상기 유체분배기(15)에 결합되고 타단은 라이너(L)의 타측에 결합된 제2 매니폴드(50)의 스팀유입구(51)에 결합되는 제2 증기분배라인(14);
   상기 제1 증기분배라인(13)의 유동을 개폐하는 제1 증기분배밸브(35);
   상기 제2 증기분배라인(14)의 유동을 개폐하는 제2 증기분배밸브(36); 및
   상기 제1 증기분배밸브(35) 및 제2 증기분배밸브(36)의 개폐를 제어하는 제어기(55);를 포함하며,
   상기 제어기(55)는 상기 제1 증기분배밸브(35)의 개방시에는 상기 제2 증기분배밸브(36)를 폐쇄하고, 제2 증기분배밸브(36)의 개방시에는 제1 증기분배밸브(35)를 폐쇄하는 것을 특징으로 하며,
   상기 제어기(55)는 제1 증기분배밸브(35)의 개방과 제2 증기분배밸브(36)의 개방을 교번하여 반복함으로써 상기 라이너(L)의 길이방향에 따른 온도 편차를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수시스템
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유체분배기(15)는,
   상기 증기공급라인(11)을 통해 공급된 스팀을 저장하는 유체분배기 몸체(16);
   상기 유체분배기 몸체(16)의 내부에 배치되어 상기 증기공급라인(11)으로부터 공급된 스팀을 상기 제1 증기분배라인(13) 또는 제2 증기분배라인(14)으로 분배하여 이송하는 분배파이프(17);를 포함하며,
   상기 분배파이프(17)의 단면적은 상기 증기공급라인(11)의 단면적 보다 작거나 같도록 형성되어 스팀의 체적팽창에 따른 온도강하가 발생하지 않는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수시스템
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 분배파이프(17)에 결합되어 스팀과 함께 유동하는 응축수를 스팀으로부터 분리시켜 스팀의 순도를 높이는 습분분리장치(18);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수시스템
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 습분분리장치(18)는,
   유동경로를 감싸도록 외벽이 형성되고, 상기 외벽에는 미세기공(31)이 형성된 습분분리장치 몸체(30);
   나선형상으로 형성되어 상기 유동경로 상에 고정된 고정날개(32);
   상기 유입되는 스팀과 응축수는 상기 고정날개(32)의 나선형상을 따라 가속되어 스팀보다 밀도가 높은 응축수는 상기 미세기공(31)을 통해 상기 습분분리장치 몸체(30)의 외벽을 통과하고, 응축수 보다 밀도가 낮은 스팀은 유동경로를 따라 유동되도록 하여 스팀과 응축수를 분리하는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수시스템
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 분배파이프(17) 상에서 상기 습분분리장치(18) 후방에 결합되어 스팀을 가열하여 스팀의 과열도를 높이는 분배가열히터(33);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수시스템
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 유체분배기 몸체(16)의 내측에 장착되어 상기 습분분리장치(18)로부터 분리된 응축수를 가열함으로써 상기 분배파이프(17) 표면을 보온하는 증기가열히터(34);를 더 포함하는, 비굴착 상하수도 보수시스템
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항의 비굴착 상하수도 보수시스템을 이용한 비굴착 상하수도 보수공법에 있어서,
    배관(20) 내의 보수구간을 확인하고 이를 분석하는 단계(S100);
    상기 보수구간 내부로 라이너(L)를 삽입하는 단계(S200);
    상기 제1 매니폴드(40)와 제2 매니폴드(50)를 상기 라이너(L)의 일측과 타측에 각각 결합하는 단계(S300);
    제1 증기분배라인(13)과 제1 증기분배밸브(35), 제2 증기분배라인(14)과 제2 증기분배밸브(36)를 상기 유체분배기(15)와 상기 라이너(L) 사이에 결합하는 단계(S400);
    상기 스팀발생기(10)에서 생성된 스팀을 유체분배기(15)를 통해 라이너(L)로 공급하여 라이너(L)를 경화시키는 단계(S500);를 포함하며,
    상기 라이너(L)를 경화시키는 단계는,
    상기 제어기(55)가 상기 제1 증기분배밸브(35)의 개방시에는 상기 제2 증기분배밸브(36)를 폐쇄하고, 제2 증기분배밸브(36)의 개방시에는 제1 증기분배밸브(35)를 폐쇄하되, 제1 증기분배밸브(35)의 개방과 제2 증기분배밸브(36)의 개방을 교번하여 반복함으로써 상기 라이너(L)의 길이방향에 따른 온도 편차를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 비굴착 상하수도 보수공법
    
11. 삭제

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