KR102505758B1 - 응축수 배관의 수격 방지 장치 - Google Patents

응축수 배관의 수격 방지 장치 Download PDF

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Abstract

응축수 배관에서 일어나는 수격 현상을 획기적으로 줄일 수 있는 응축수 배관의 수격 방지 장치를 제공한다.
실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 하나 이상의 증기 배관에서 생성된 응축수를 취합하여 증기 발생장치로 회수하기 위한 응축수 배관의 일부 구간이 되는 주 배관; 주 배관을 관통하여 설치되며, 주 배관 내부에 위치하는 일단에는 응축수 분사 노즐이 구비되고, 주 배관 외부에 위치하는 타단으로 응축수 배관을 흐르는 기존 응축수에 비해 고압인, 증기 배관에서 생성된 신규 응축수가 공급될 수 있도록 형성된 응축수 공급관; 및, 응축수 유동 방향을 기준으로 응축수 분사 노즐의 하류에 위치하며 (i) 상류에서 하류로 가면서 단면이 축소되는 단면축소부, (ii) 단면축소부의 하류에 위치하는 목부, (iii) 목부의 하류에 위치하며 상류에서 하류로 가면서 단면이 확대되는 단면확대부를 구비하는 응축수 혼합 조절관;을 포함한다.

Description

응축수 배관의 수격 방지 장치{DEVICE FOR PREVENTING WATER HAMMERING IN CONDENSATE PIPE}
본 개시(The Disclosure)는 응축수 배관의 수격 방지 장치와 관련된다.
산업 및 건축 설비의 열원으로 증기를 이용하는 열장치(증기 배관)에서는 응축수가 발생한다. 전술한 응축수는 일반적인 물에 비해 많은 열에너지를 가지고 있어, 이를 회수하여 재사용 사용하면, 증기 발생장치의 에너지 효율을 크게 높일 수 있다.
도 4에 개략적으로 도시되어 있듯이, 종래의 응축수 배관(200)은, 증기 배관으로부터 생성된 응축수가 스팀 트랩(S)을 거쳐, 스팀을 제외한 고압의 응축수만 고압 응축수 배관(210)을 통해 저압 응축수 배관(220)으로 직접적으로 공급되도록 구성된다.
하지만, 종래의 증기 배관에서 생산된 응축수가 증기 발생장치(보일러)로 회수되는 과정에서는 고압의 응축수가 저압의 응축수에 직접적으로 공급되고, 이들 간의 압력 차이에 의한 응축수 재증발(플래쉬 증발)이 일어난다. 여기서, 응축수 재증발이란, 압력에 따라 물의 포화점이 다르기 때문에, 서로 다른 압력을 가지는 응축수가 만날 때, 증발이 일어나는 것을 말한다. 응축수 재증발로 인해, 배관 내에 기포(슬러그)가 생성되고, 열손실과 혼합에 의한 온도차 감소로 생성된 기포가 급격히 붕괴하여 응축수끼리 충돌하게 된다. 이때, 생성된 충격파가 배관에 전달되는데, 이를 수격(수충격, 워터 해머링)현상이라 한다. 이런 수격 현상으로 인해 배관 설비의 내구성이 감소되고, 심할 경우 배관 설비가 파괴되는 경우도 발생한다.
따라서, 종래에는 배관 설비를 보호하기 위해 수격 현상이 일어난 뒤, 발생한 충격파를 경감하는 방식으로 수격 현상을 완화하였다. 주로, 스프링 등을 적용하여 진동이나 충격을 감쇄하는 방식으로 수격 현상을 완화하였다. 또는, 배관의 유체를 이송할 때, 오리피스로 교축하여 유체가 연속적인 흐름을 유지하는 방식으로 수격 현상을 완화하였다.
전술한 방식은 사전에 수격 현상을 방지하는 방식이 아니고, 수격 현상이 일어난 뒤, 발생한 충격파의 피해를 줄여주는 방식이다. 즉, 수격 현상의 근본적인 해결책이 되지 못하였다.
응축수 배관에서 일어나는 수격 현상을 획기적으로 줄일 수 있는 응축수 배관의 수격 방지 장치를 제공하는 것이다.
실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 하나 이상의 증기 배관에서 생성된 응축수를 취합하여 증기 발생장치로 회수하기 위한 응축수 배관의 일부 구간이 되는 주 배관; 주 배관을 관통하여 설치되며, 주 배관 내부에 위치하는 일단에는 응축수 분사 노즐이 구비되고, 주 배관 외부에 위치하는 타단으로 응축수 배관을 흐르는 기존 응축수에 비해 고압인, 증기 배관에서 생성된 신규 응축수가 공급될 수 있도록 형성된 응축수 공급관; 및, 응축수 유동 방향을 기준으로 응축수 분사 노즐의 하류에 위치하며 (i) 상류에서 하류로 가면서 단면이 축소되는 단면축소부, (ii) 단면축소부의 하류에 위치하는 목부, (iii) 목부의 하류에 위치하며 상류에서 하류로 가면서 단면이 확대되는 단면확대부를 구비하는 응축수 혼합 조절관;을 포함한다.
또한, 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 단면축소부의 상류측 단부와 응축수 공급관의 응축수 분사 노즐이 구비된 일단을 연결하여 응축수 혼합 조절관을 응축수 공급관에 대해 고정시키며 외주면에는 기존 응축수가 단면축소부 내로 흡입될 수 있도록 하나 이상의 흡입용 개구가 형성된 연결관을 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 단면확대부의 하류측 끝면은 막히고 끝면 및/또는 끝면에 인접한 외주면에 다수의 배출용 개구가 형성될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 응축수 공급관의 응축수 분사 노즐이 구비된 일단은 주 배관과 나란하도록 주 배관의 중심축 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 주 배관은 다른 부분에 비해 확대된 내경을 갖는 내경 확대부를 가지며, 내경 확대부는 응축수 공급관의 응축수 분사 노즐이 구비된 일단과 응축수 혼합 조절관을 둘러싸는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 기존에 사용하고 있는 증기 배관에 간단하게 설치할 수 있으며, 서로 다른 압력을 가지는 응축수를 안정적으로 혼합할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치는, 종래의 기술과 달리 수격 현상의 근본적인 원인인 응축수 재증발을 줄여주고, 이로 인해, 응축수 배관의 내구성이 더욱 향상된다.
도 1은 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치의 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치의 단면사시도이다.
도 4는 종래의 응축수 배관의 개략적인 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 응축수 배관의 수격 방지 장치[이하 '수격 방지 장치(100)'라 함]를 구체적으로 설명한다.
본 명세서에 기재된 상류와 하류는 증기 발생장치로 회수되는 응축수가 흐르는 유동 방향을 기준으로 구분한다.
또한, 도 1의 실선 화살표는 증기 배관에서 생성된 응축수가 흐르는 방향을 나타내며, 증기 배관에서 생성된 응축수는 고압의 응축수이고, 도 1의 속이 빈 화살표는 증기 발생장치로 회수되는 응축수가 흐르는 방향을 나타내며, 증기 발생장치로 회수되는 응축수는 증기 배관에서 생성된 응축수에 비해 저압의 응축수이다.
또한, 기존 응축수라 함은, 증기 배관에서 생성된 응축수를 의미하고, 신규 응축수라 함은 증기 발생장치로 회수되는 응축수를 의미한다.
도 1은 수격 방지 장치(100)의 개략적인 구성도이고, 도 2와 도 3은 각각 수격 방지 장치(100)를 길이 방향으로 자른 단면도와 단면사시도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 수격 방지 장치(100)는 주 배관(110), 응축수 공급관(120), 응축수 혼합 조절관(130) 및 연결관(140)을 포함한다.
주 배관(110)은 증기 배관에서 생성된 응축수를 취합하여 증기 발생장치로 회수하기 위한 응축수 배관의 일부 구간에 구비된다. 이때, 주 배관(110)은 양단에 플랜지를 형성하여 응축수 배관의 일부에 결합될 수 있다. 여기서, 증기 배관에서 생성된 응축수가 흐르는 배관은 고압의 응축수가 흐르며, 증기 발생장치로 회수되는 응축수가 흐르는 배관에는 저압의 응축수가 흐른다.
또한, 수격 방지 장치(100)의 주 배관(110)은 내경 확대부(111)를 포함할 수 있다.
내경 확대부(111)는 주 배관(110)의 다른 부분에 비해 확대된 내경을 갖으며, 응축수 공급관(120)의 응축수 분사 노즐(121)이 구비된 일단과 응축수 혼합 조절관(130)을 둘러쌓으며 구비됨으로써, 증기 발생장치로 회수되는 응축수의 흐름을 원할하게 조절하는 기능을 한다.
응축수 공급관(120)은 주 배관(110)을 관통하여 설치되며, 주 배관(110) 내부에 위치하는 일단에는 응축수 분사 노즐(121)이 구비되고, 주 배관(110) 외부에 위치하는 타단은 증기 배관에서 생성된 고압의 응축수가 흐르는 배관과 결합된다.
응축수 분사 노즐(121)이 구비된 응축수 공급관(120)의 일단은 주 배관(110)과 나란하도록 주 배관(110)의 축과 동축이 되도록 위치함이 바람직하다. 응축수 공급관(120)의 타단에는 플랜지를 형성하여 고압의 응축수가 흐르는 배관에 결합될 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 응축수 혼합 조절관(130)은 증기 발생장치로 회수되는 저압의 응축수의 유동 방향을 기준으로 응축수 분사 노즐(121)의 하류에 위치하며, 단면축소부(131), 목부(132) 및 단면확대부(133)를 포함한다.
단면축소부(131)는 상류에서 하류로 가면서 두께가 두꺼워지는, 즉, 단면이 점점 축소되면서 형성된다.
목부(132)는 단면축소부(131)의 하류에 위치하며, 혼합 조절관(130)의 내부에서 단면이 가장 좁게 형성된다.
단면확대부(133)는 목부(132)의 하류에 위치하며, 상류에서 하류로 가면서 두께가 점점 얇아지는, 즉, 단면이 점점 확대되면서 형성된다. 단면확대부(133)에서 고압의 응축수와 저압의 응축수가 혼합되므로, 단면축소부(131)에 비해 길이가 긴 것이 바람직하다.
단면확대부(133)의 하류측에는 다수의 배출용 개구(133a)가 형성된다. 배출용 개구(133a)는 단면확대부(133)의 하류측에 복수 개가 형성될 수 있으며, 단면확대부(133)의 하류측 끝면과 끝면과 인접한 외주면 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다.
배출용 개구(133a)는 단면확대부(133)에서 간헐적으로 발생하는 응축수 재증발로 생성된 기포를 잘게 부순 후, 주 배관(110)으로 배출되게 하는 기능을 한다. 또한, 주 배관(110)의 하류에서 응축수 재증발로 생성된 기포의 폭발로 생긴 충격으로부터 응축수 혼합 조절관(130)을 보호하는 기능을 한다.
연결관(140)은 단면축소부(131)의 상류측 단부와 응축수 공급관(120)의 응축수 분사 노즐(121)이 구비된 일단을 연결하여 응축수 혼합 조절관(130)을 응축수 공급관(120)에 고정시킨다. 연결관(140) 외주면에는 증기 발생장치로 회수되는 저압의 응축수가 단면축소부(131) 내로 흡입될 수 있도록 하나 이상의 흡입용 개구(141)가 구비된다.
연결관(140)은 관 형상으로 응축수 공급관(120)과 응축수 혼합 조절관(130)을 연결할 수 있지만, 지지대 형상으로 응축수 공급관(120)과 응축수 혼합 조절관(130)을 연결할 수도 있다. 이 경우, 지지대 형상이므로, 별도의 흡입용 개구(141)를 형성할 필요가 없다.
응축수 혼합 조절관(130)은 주 배관(110)의 내주면에 지지대를 설치하여 고정할 수 있으나, 지지대가 증기 발생장치로 회수되는 저압의 응축수의 흐름을 방해할 수 있으므로, 연결관(140)을 사용하여 응축수 공급관(120)에 결합하는 것이 바람직하다.
도 2를 다시 참조하여, 수격 방지 장치(100)의 원리를 설명한다.
수격 방지 장치(100)에 의해 수격 현상이 방지되는 과정은 (i) 고압의 응축수가 응축수 공급관(120)으로 공급되는 단계; (ii) 고압의 응축수가 응축수 분사 노즐(121)에 의해 단면축소부(131)를 향해 분사되는 단계; (iii) 고압의 응축수와 저압의 응축수가 목부(132)를 통과하는 단계; (iv) 고압의 응축수와 저압의 응축수가 혼합되어 단면확대부(133)를 통과하는 단계; 및 (v) 주 배관(110)으로 배출되는 단계;로 나눌 수 있다.
(i) 단계에서는, 증기 배관에서 생성된 고압의 응축수가 응측수 공급관(120)으로 공급되는 단계이다. 고압의 응축수는 응축수 공급관(120)을 통해 주 배관(110)의 내부로 공급된다. 하나의 예로, 여기서 공급되는 고압의 응축수의 압력은 8bar이며, 온도는 169℃이다. 고압의 응축수는 주 배관(110)에 흐르는 저압의 응축수에 의해 약간의 온도 강하(약 5℃~10℃)가 일어날 수 있다.
(ii) 단계에서는, 응축수 공급관(120)에 공급된 고압의 응축수가 응축수 분사 노즐(121)에 의해 단면축소부(131)를 향해 분사되는 단계이다.
(iii) 단계에서는, 응축수 분사 노즐(121)에 의해 분사된 고압의 응축수와, 주 배관(110)으로부터 공급된 저압의 응축수가 목부(132)를 통과하는 단계이다. 목부(132)는 단면축소부(131)보다 단면이 작으므로, 저압이 형성되고, 목부(132)에 형성된 저압으로 인해, 주 배관(110)을 흐르는 저압의 응축수가 흡입용 개구(141)를 지나 목부(132)를 통과한다. 하나의 예로, 여기서 흡입되는 저압의 응축수의 압력은 2bar이고, 온도는 120℃이다.
(iv) 단계에서는, 목부(132)를 통과한 고압의 응축수와 저압의 응축수가, 단면확대부(133)에서 혼합되는 단계이다. 고압의 응축수와 저압의 응축수는 목부(132)를 통과하면서 압력과 온도 강하가 일어나고, 목부(132)보다 단면이 큰 단면확대부(133)에 진입하면, 마저 혼합되면서 압력 회복과 온도 강하가 일어난다. 이로 인해, 두 응축수 간에 압력과 온도 차이가 작아지고, 응축수 재증발이 적어진다. 하나의 예로, 여기서 혼합된 응축수의 압력은 2bar보다 높으며, 온도는 약 135℃~140℃이다.
(v) 단계에서는, 혼합된 응축수가 배출용 개구(133a)를 지나 주 배관(110)으로 배출되는 단계이다. 혼합된 응축수는 주 배관(110)에 흐르는 기존 응축수보다 약간 높은 압력을 가지므로 주 배관(110)으로 배출될 수 있다.
만약, (iv) 단계에서 응축수 재증발이 간헐적으로 일어나더라도, 목부(132)에서부터 고압의 응축수와 저압의 응축수가 계속 혼합되면서 온도 강하가 일어나므로 응축수 재증발로 생성된 기포의 크기가 작고, 생성된 기포가 배출용 개구(133a)를 통해 미세 기포 형태로 주 배관(110)으로 배출되므로, 수격 현상이 완화된다.
만약, 스팀 트랩의 고장이나 다른 이유로 고압의 응축수와 스팀이 혼합된 상태로 응축수 공급관(120)으로 공급되어도, 전술한 설명과 같이 공급된 응축수와 스팀의 압력이 감압되므로, 수격 현상을 완화할 수 있다.
전술한 수격 방지 장치(100)는, 단면확대부(133)에서 서로 다른 압력을 가지는 응축수가 안정적으로 혼합된 뒤 배출되므로, 수격 현상을 획기적으로 완화할 수 있다.
또한, 전술한 수격 방지 장치(100)는, 단면확대부(133)에 복수 개의 배출용 개구(133a)가 구비되어, 단면확대부(133)에서 간헐적으로 생성되는 기포를 잘게 부순 후, 주 배관(110)으로 배출시켜준다. 또한, 응축수 혼합 조절관(130)의 하류에 생성된 기포의 붕괴로 생성되는 충격파로부터, 수격 방지 장치를 보호해준다.
또한, 수격 방지 장치(100)는, 연결관(140)에 의해 응축수 혼합 조절관(130)이 응축수 공급관(120)에 결합되고, 주 배관(110)은 내경 확대부(111)를 가지므로, 응축수 배관 내에 흐르는 유체의 흐름에 영향을 주지 않는다.
본 개시의 실시예를 설명할 때 사용된 표현(용어, 시각화된 이미지 등)들은 기술에 대한 이해를 높이기 위한 도구적인 목적에 의해 선택된 것에 불과하다.
또한, 여건상 본 개시는 제한된 수의 실시예에 의하여 설명되었고, 통상의 기술자는 설명된 실시예를 바탕으로 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 새로운 실시예들을 창안해 낼 수 있을 것이다.
따라서, 본 개시의 청구범위는 '발명의 설명' 및 '도면'에 나타난 일부 표현에 의하여 제한되어선 안되고, 명세서의 전반에 내재된 본원적인 기술적 사상을 바탕으로 폭넓게 해석되어야 함이 마땅하다.
100... 수격 방지 장치
110... 주 배관
111... 내경 확대부
120... 응축수 공급관
121... 응축수 분사 노즐
130... 응축수 혼합 조절관
131... 단면축소부
132... 목부
133... 단면확대부
133a... 배출용 개구
140... 연결관
141... 흡입용 개구

Claims (5)

  1. 하나 이상의 증기 배관에서 생성된 응축수를 취합하여 증기 발생장치로 회수하기 위한 응축수 배관의 일부 구간이 되는 주 배관;
    상기 주 배관을 관통하여 설치되며, 상기 주 배관 내부에 위치하는 일단에는 응축수 분사 노즐이 구비되고, 상기 주 배관 외부에 위치하는 타단으로 상기 응축수 배관을 흐르는 기존 응축수에 비해 고압인, 상기 증기 배관에서 생성된 신규 응축수가 공급될 수 있도록 형성된 응축수 공급관; 및,
    응축수 유동 방향을 기준으로 상기 응축수 분사 노즐의 하류에 위치하며 (i) 상류에서 하류로 가면서 단면이 축소되는 단면축소부, (ii) 상기 단면축소부의 하류에 위치하는 목부, (iii) 상기 목부의 하류에 위치하며 상류에서 하류로 가면서 단면이 확대되는 단면확대부를 구비하는 응축수 혼합 조절관;을 포함하는, 응축수 배관의 수격 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단면축소부의 상류측 단부와 상기 응축수 공급관의 응축수 분사 노즐이 구비된 일단을 연결하여 상기 응축수 혼합 조절관을 상기 응축수 공급관에 대해 고정시키며 외주면에는 상기 기존 응축수가 상기 단면축소부 내로 흡입될 수 있도록 하나 이상의 흡입용 개구가 형성된 연결관을 더 포함하는, 응축수 배관의 수격 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단면확대부의 하류측 끝면은 막히고 상기 끝면 및/또는 끝면에 인접한 외주면에 다수의 배출용 개구가 형성된, 응축수 배관의 수격 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 응축수 공급관의 응축수 분사 노즐이 구비된 일단은 상기 주 배관과 나란하도록 주 배관의 중심축 상에 위치하는, 응축수 배관의 수격 방지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주 배관은 다른 부분에 비해 확대된 내경을 갖는 내경 확대부를 가지며, 상기 내경 확대부는 상기 응축수 공급관의 응축수 분사 노즐이 구비된 일단과 상기 응축수 혼합 조절관을 둘러싸는, 응축수 배관의 수격 방지 장치.
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