KR102063836B1 - 배관용 캐비테이션 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물이 이동하는 배관에 있어서, 상기 배관의 일 영역에는 함몰부가 구비되며, 상기 함몰부의 일 영역에는 차압조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치를 제공하여, 차압 조절과 살균 기능을 동시에 수행하여, 설치 비용 및 관리비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

배관용 캐비테이션 발생 장치{Cavitation generator for piping}

실시예는 배관용 캐비테이션 발생 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배관내에서 차압조절 및 살균 기능을 함께하는 배관용 캐비테이션 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공동주택이나 대형건물에서 사용되는 난방 시스템은 각 세대별로 독립적으로 설치된 보일러와 같은 열원에 의해 유체를 가열한 후 이를 이용하여 난방을 실시하는 개별난방과, 세대 외부에 설치된 외부 열원에 의해 유체를 가열한 후 가열된 유체를 각 세대별로 공급받아 난방을 실시하는 집단난방으로 구별할 수 있다.

도 1은 집단난방의 열원 공급구조를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 집단난방에서 열원의 공급부에서 공급되는 공급수는 열교환기를 통해 사용자 측으로 공급되는 공급관과 열교환을 하게 된다.

이러한 집단난방의 경우, 다분기의 폐회로배관으로 이루어진 난방순환배관 상에 복수의 차압조절밸브를 설치하여 사용자 측에 열원의 공급과 회수를 용이하게 하고 있다.

그러나, 이러한 난방시스템은 세균에 의한 문제들이 발생하고 있다. 일실시예로, 레지오넬라균은 20~42℃ 정도의 따뜻한 물(온수)에서 자라는 균으로써, 사람몸에 2~12일 가량의 잠복기를 거쳐 고열, 설사, 두통, 오한이나 구토 증세를 보이기도 한다.

레지오넬라균은 저수조 또는 열교환기 등에서 오염되는 것으로 알려져 있으며, 이러한 세균의 증식을 방지하기 위한 기술의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.

실시예는 차압 조절과 살균 기능을 동시에 할 수 있는 배관용 캐비테이션 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 물이 이동하는 배관에 있어서, 상기 배관의 일 영역에는 함몰부가 구비되며, 상기 함몰부의 일 영역에는 차압조절부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 함몰부는 상기 배관의 직경보다 작은 직경을 가지는 중심부, 상기 중심부와 상기 배관의 입구측을 연결하는 제1 연결부 및 상기 중심부와 상기 배관의 출구측을 연결하는 제2 연결부를 포함하며, 상기 차압조절부는 상기 중심부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부보다 길이가 길게 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 연결부는 0.7~1도의 경사각을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차압조절부는 내측면에서 돌출되는 돌출부를 구비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌출부는 원형의 띠 형상으로 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌출부에는 복수의 절개부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차압조절부에는 상기 돌출부의 높이를 조절할 수 있는 구동부가 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌출부의 높이가 증가하면, 상기 절개부의 깊이도 함께 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시예에 따르면, 배관 내의 미생물의 번식을 감소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 차압 조절과 살균 기능을 동시에 수행하여, 설치 비용 및 관리비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 집단난방의 열원 공급구조를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관용 캐비테이션 발생 장치의 구조를 나타내는 도면이고,
도 3은 도 2의 구성요소인 차압조절부의 구조를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐비테이션의 발생량을 나타내는 도면이고,
도 5는 도 4의 캐비테이션 발생에 따른 살균 효과를 나타내는 도면이고,
도 6은 도 3의 차압조절부에 의한 유동가속부식의 감소 효과를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 5는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관용 캐비테이션 발생 장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 구성요소인 차압조절부의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관(100)용 캐비테이션 발생 장치는 물이 이동하는 배관(100)에 있어선, 배관(100)의 일 영역에는 함몰부(200)가 구비되며, 함몰부(200)의 일 영역에는 차압조절부(300)가 배치될 수 있다.

배관(100)은 열원이 이동하는 통로로, 원형의 관 구조가 사용될 수 있다. 일반적으로 집단난방에서는 열원을 이동시키는 수단으로 물이 사용될 수 있다.

함몰부(200)는 배관(100)의 일 영역에서 배관(100)의 중심을 향하도록 외측면이 내부를 향해 함몰되는 구조를 구비할 수 있다. 함몰부(200)는 배관(100)을 통과하는 물의 압력을 변화시켜 캐비테이션(cavitation)을 발생시킬 수 있다. 캐비테이션이란 수중에 용입되어 있던 공기가 낮은 압력으로 인하여 기포가 발생하는 현상을 의미한다. 이를 통해 배관(100)의 입구측에서 출구측을 통과하는 물은 기포가 발생하게 된다. 기포는 온수 및 수도 배관(100)에서 발생하는 레지오넬라균 또는 기타 세균들을 살균할 수 있다.

함몰부(200)는 배관(100)의 직경보다 작은 직경을 가지는 중심부(210), 중심부(210)와 배관(100)의 입구측을 연결하는 제1 연결부(230), 중심부(210)와 배관(100)의 출구측을 연결하는 제2 연결부(250)를 포함하며, 차압조절부(300)는 중심부(210)에 배치될 수 있다.

중심부(210)는 관경의 변화를 통해 압력변화를 유발하며, 중앙의 일영역에 차압조절부(300)를 구비할 수 있다. 중심부(210)는 배관(100)의 직경보다 작은 직경으로 마련되며, 직경의 변화가 없이 일정한 직경을 구비할 수 있다.

이 경우, 제2 연결부(250)의 길이는 제1 연결부(230)의 길이보다 길게 배치될 수 있다. 제1 연결부(230)의 길이는 제한이 없으나, 물이 중심부(210)를 통과하여 제2 연결부(250)에서 캐비테이션이 발생하는 경우 와류 발생을 방지하고, 압력손실을 최소화할 수 있다.

일실시예로, 제2 연결부(250)는 0.7~1.0도의 각도를 가지도록 배관(100)과 연결될 수 있다. 제2 연결부(250)의 각도는 배관(100)의 출구측과의 연결거리에 따라 달라질 수 있다.

차압조절부(300)는 중심부(210)에 배치되어 관 내부의 유동가속부식을 저감할 수 있다.

본 발명의 실시예인 배관(100)용 캐비테이션 발생장치는 세균을 감소시킴과 동시에 차압을 조절하는 특징을 구비하고 있다.

차압조절부(300)는 중심부(210)에 배치되어 관을 이동하는 물의 압력을 조절할 수 있다. 차압조절부(300) 내부에는 줌심부의 내측면으로부터 돌출되는 돌출부(310)를 구비할 수 있다.

돌출부(310)는 중심부(210)의 내측으로 돌출되도록 마련되어 중심부(210)를 통과하는 물의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 돌출부(310)에는 돌출부(310)의 높이를 조절할 수 있는 구동부(400)가 연결될 수 있다.

일실시예로, 돌출부(310)는 원형의 띠 형상으로 마련되며, 복수의 절개부(330)가 돌출부(310)의 높이 방향으로 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(310)의 높이는 구동부(400)에 의해서 조절될 수 있다. 돌출부(310)의 높이가 조절되어 중심부(210)의 직경의 변화가 발생하게 되며, 이로 인해 차압이 조절될 수 있다.

돌출부(310)는 배관(100)내에서 속력이 가장 빠른 영역에 해당된다. 이 경우 단순히 중심부(210)에서 돌출되면, 빠른 유속에 의해 파손의 우려가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 돌출부(310)에는 복수의 절개부(330)가 형성될 수 있다.

복수의 절개부(330)는 압력을 조절하는 돌출부(310)의 원래 기능을 해하지 않으면서, 절개부(330)의 파손을 방지하며, 와류의 발생을 최소화할 수 있다.

일실시예로, 돌출부(310)의 높이가 증가하면, 절개부(330)의 깊이도 함께 증가할 수 있다. 절개부(330)의 효과에 대해서는 아래에서 다시 설명하도록 한다.

차압조절부(300)는 배관(100)의 중심부(210) 영역에 착탈이 가능하도록 결합되어 유지 및 보수가 용이하도록 고정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐비테이션의 발생량을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 구조의 일실시예로, 벤츄리 형상의 관 구조에서 캐비테이션의 발생량을 나타내고 있다. 도 4의 (a)는 4bar의 압력차를 가지는 경우의 캐비테이션의 발생량을 나타내며, 도 4의 (b)는 4.5bar의 압력차를 가지는 경우의 캐비테이션의 발생량을 나타낸다. 도면에 나타나는 색 좌표에서 상부로 갈수록 기포 발생량이 증가함을 나타낸다.

도 4의 (a)와 (b)를 참조하면, 중심부(210)를 통과한 후 일정거리를 통과한 상태에서 캐비테이션이 발생 됨을 확인할 수 있다. 즉 제1 연결부(230)에서는 기포가 발생되지 않으며, 제2 연결부(250)에서 일정거리 이격된 상태에서 기포 발생이 최대가 됨을 확인할 수 있다. 따라서 제2 연결부(250)는 제1 연결부(230)에 비해 길이가 길어야 함을 확인할 수 있다.

도 5는 도 4의 캐비테이션 발생에 따른 살균 효과를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에서 캐비테이션을 통해 발생하는 살균효과는 본 발명의 배관(100)용 캐비테이션 발생 장치를 사용하지 않은 최초의 세균을 기준으로 한때, 20분간 사용시 50% 이상의 세균이 사라짐을 확인할 수 있으며, 60분 이 경과한 시점에서는 90% 이하로 세균수가 감소함을 확인할 수 있다.

또한, 2시간 이상의 시간이 지나는 경우 99% 정도의 세균이 감소함을 확인할 수 있다.

이러한 효과를 이용하기 위해 저수조나 열교환기와 연결되는 배관(100)에 본 발명의 실시예인 배관(100)용 캐비테이션 발생 장치를 설치하여 레지오넬라균을 살균하기 위해 별도의 살균시설을 설치하기 위한 비용을 절감할 수 있다.

도 6은 도 3의 차압조절부(300)에 의한 유동가속부식의 감소 효과를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 돌출부(310)만 존재하는 구조에서 유동가속부식 저감상태를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 절개부(330)의 깊이가 돌출부(310)의 깊이의 절반이 되는 상태에서 유동가속부식 저감상태를 나타내는 도면이고, 도 6의 (c)는 절개부(330)의 깊이가 돌출부(310)의 높이와 동일한 상태에서 유동가속부식 저감상태를 나타내는 도면이다. 도 6에서 색 좌표는 상부로 갈수록 부식상태가 증가하는 것을 나타낸다.

도 6의 (a) 내지 (c)는 배관(100)의 입구측과 출구측의 압력차를 동일하게 한 상태에서 돌출부(310)의 구조를 변경시킨 것이다.

도 6의 (a)를 참조하면, 차압조절부(300)의 돌출부(310)만 설치되는 경우 관의 일 영역에서 유동가속부식이 발생함을 확인할 수 있다. 이 경우 돌출부(310)의 내부 직경(d)는 30mm로 실험하였다.

도 6의 (b)를 참조하면, 차압조절부(300)에서 돌출부(310)의 높이의 절반의 깊이를 가지는 경우, 도 6의 (a)에 비해 유동가속 부식이 감소함을 확인할 수 있다. 이때 돌출부(310)의 내부 직경은 27.5mm로 확인되었다.

도 6의 (c)를 참조하면, 차압조절부(300)에서 돌출부(310)의 높이와 절개부(330)의 깊이가 같은 경우, 도 6의 (a) 및 (b)의 경우에 비해 유동가속 부식이 확연하게 감소됨을 확인할 수 있다. 이때, 돌출부(310)의 내부 직영은 25.6mm로 확인되었다.

이와 같이, 배관(100)의 입구측과 출구측의 압력을 동일하게 하기 위해서 돌출부(310)의 면적을 변화시키면서 절개부(330)를 설치하여 돌출부(310)에 가해지는 압력을 감소시킬 수 있다.

이를 통해, 돌출부(310)의 파손을 방지할 수 있으며, 부식의 최소화 및 와류의 발생을 최소화할 수 있다.

이러한, 배관(100)용 캐비테이션 발생 장치는 종래 차압밸브의 위치에 배치되어 배관(100)을 흐르는 물의 압력을 조절함과 동시에 살균을 할 수 있는 효과가 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 배관
200 : 함몰부
210 : 중심부
230 : 제1 연결부
250 : 제2 연결부
300 : 차압조절부
310 : 돌출부
330 : 절개부
400 : 구동부

Claims (9)

1. 물이 이동하는 배관에 있어서,
   상기 배관의 일 영역에는 함몰부가 구비되며,
   상기 함몰부의 일 영역에는 차압조절부가 배치되고,
   상기 함몰부는
   상기 배관의 직경보다 작은 직경을 가지는 중심부,
   상기 중심부와 상기 배관의 입구측을 연결하는 제1 연결부 및
   상기 중심부와 상기 배관의 출구측을 연결하는 제2 연결부,
   를 포함하며,
   상기 차압조절부는 상기 중심부에 배치되고,
   상기 차압조절부는 내측면에서 돌출되는 원형의 띠 형상의 돌출부를 구비하며,
   상기 돌출부에는 복수의 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부보다 길이가 길게 마련되는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제2 연결부는 0.7~1도의 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서,
   상기 차압조절부에는 상기 돌출부의 높이를 조절할 수 있는 구동부가 연결되는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 돌출부의 높이가 증가하면, 상기 절개부의 깊이도 함께 증가하는 것을 특징으로 하는 배관용 캐비테이션 발생 장치.

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