KR102667195B1 - 고압 공기 공급 장치 및 이를 이용한 압력탱크 고압 기체 충진 기능을 구비하는 수배관 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 공기 공급 장치 및 이를 이용한 수배관 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 또는 다단 공기압축기를 사용하지 않고, 기존에 가압된 유체가 수용된 주배관의 압력을 이용하여 저압 공기압축기로부터 발생된 압축공기를 승압시켜 적은 비용과 동력 에너지로 고압 공기를 공급하고, 이러한 고압 공기를 압력탱크에 충진할 수 있는 수배관 시스템에 관한 것이다.

Description

고압 공기 공급 장치 및 이를 이용한 압력탱크 고압 기체 충진 기능을 구비하는 수배관 시스템{APPARATUS FOR SUPPLYING HIGH PRESSURE GAS AND WATER PIPING SYSTEM HAVING FUNCTION OF FILLING HIGH PRESSURE GAS INTO PRESSURE TANK USING THE SAME}

본 발명은 고압 공기 공급 장치 및 이를 이용한 수배관 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 또는 다단 공기압축기를 사용하지 않고, 기존에 가압된 유체가 수용된 주배관의 압력을 이용하여 저압 공기압축기로부터 발생된 압축공기를 승압시켜 적은 비용과 동력 에너지로 고압 공기를 공급하고, 이러한 고압 공기를 압력탱크에 충진할 수 있는 수배관 시스템에 관한 것이다.

냉난방을 위한 순환배관 시스템 또는 유체이송 배관 시스템에서는 펌프의 급정지나 밸브 급폐쇄의 경우 유량/유속이 급격히 변화함으로써 발생되는 수충격을 방지하거나, 순환 배관계의 배관수 팽창/수축으로 인한 배관계의 파손을 방지하기 위해 각각 압력탱크가 포함된 수충격방지설비 또는 압력유지설비(또는 팽창탱크)가 구비된다.

압력탱크 내부에는 비압축성유체와 압축성기체가 공존해 있으며, 배관계에서 팽창/수축 또는 수충격이 발생했을 때, 압축성기체를 이용하여 압력탱크 내부의 비압축성유체를 배관계로 배출하거나 배관계의 비압축성유체를 압력탱크 내부로 유입시킴으로써 배관계에 발생되는 고압을 완화하고 저압 또는 부압을 방지한다.

관로의 검토와 유동해석 등을 통하여 압력탱크의 용량이 정해지고, 압력탱크 내부에 필요한 압축성기체의 양 역시 정해지지만, 이 압축성기체는 영구적인 것이 아니라 일부는 접합부에서 발생되는 누기를 통해 소모되고, 일부는 비압축성유체에 용해되어 소모된다. 또한, 배관계의 비압축성유체의 압력에 따라 압축성기체의 체적이 변화하게 되는데, 이는 압력탱크 내부 비압축성유체의 수위를 변화시키게 된다.

압력탱크의 수위 변동은 배관계 전체의 기준압력 변동을 의미하는바, 압력이 상승할 때에는 배관계의 장비나 배관을 파손시킬 수 있으며, 배관계의 압력이 하강하여 액체의 포화증기압 이하로 낮아지면 수주분리 후 재결합시 충격파로 장비나 배관을 파손시킬 수 있다. 따라서, 배관 시스템을 안정적으로 유지시키기 위해 압력탱크 내부의 압력과 비압축성유체의 수위가 적정 범위로 항시 유지되도록 제어되어야 한다.

이러한 압력탱크의 수위 제어는 압력탱크 내 압축공기 또는 질소와 같은 압축성 기체의 충진 또는 배기에 의해 수행된다. 즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 배관계에 연결된 압력탱크(100)에는 레벨트랜스미터(LT) 또는 레벨스위치가 설치되고, 상기 레벨트랜스미터(LT) 또는 레벨스위치에 의해 실시간으로 압력탱크(100)의 수위가 감지된다. 압력탱크(100) 내부의 수위 상승시 제어부(400)는 충진밸브(S1)를 개방하여 공기압축기 또는 질소발생기와 같은 기체공급장치(200)로부터 압력탱크(100) 내부에 압축성기체를 충진함으로써 비압축성유체의 수위를 적정 수위로 낮추어 조정하고, 수위 하락시에는 배기밸브(S2)를 개방하여 압력탱크(100)로부터 기체를 외부로 배기시켜 수위를 상승시킴에 의해 압력탱크(100) 내부 비압축성유체의 수위를 미리 설정된 적정 범위로 유지시킨다.

위와 같이, 종래의 수배관 시스템에서는 압력탱크 내부에 압축공기를 충진하기 위해 공기압축기를 사용한다. 특히, 상수도용 수배관 시스템에서는 오일프리(Oil free) 공기압축기를 사용하는데, 상기 오일프리 공기압축기는 마찰부에 윤활을 하지 않는 특성으로 통상 가압 압력이 10bar 이하이다. 그런데, 최근 중동 지역과 같이 물을 장거리로 수송하거나, 낙차가 높은 곳으로 한번에 물을 이송하는 경우 펌프의 가압력이 40bar, 60bar, 80bar 등 고압시스템으로 운전됨으로써 이들 배관계에 설치되는 압력탱크 역시 고압의 압력으로 운전되며, 여기에 충진하는 공기압축기 또는 기체충진장치 역시 고압으로 운전되어야 한다. 특히, 상수도와 같이 음용수를 이송하는 배관계에는 위생상 오일프리 압축기를 사용해야 하는데, 이와 같은 고압용 오일프리 공기압축기가 생산되지 않고 있기 때문에 해당 용량을 맞추려면 오일 인젝션압축기(압축기 마찰부에 오일과 같은 액체 윤활을 하는 형식의 압축기)를 사용하고 압축된 기체중 오일을 제거하는 방법을 사용하나, 완벽하게 오일 성분이 제거되지 않으므로 고압 액체 이송 배관계에 오일 성분이 포함되지 않는 위생성을 확보하는게 불가능한 문제점이 존재한다. 또한, 고압 오일프리 공기압축기가 생산되지 않고 있기 때문에 해당 용량을 맞추려면 10bar 용량 공기압축기를 다수개 연결해서 사용해야 하는바, 이 경우 공기압축기 가격이 매우 높기 때문에(1대당 통상 2억원 내외), 설비 비용이 크게 증가하고 에너지 소모도 과다하다는 문제가 존재한다.

대한민국 등록특허 제10-1069126호

본 발명은 상기한 바와 같이 고압 공기를 발생시키고 이를 압력탱크에 충진하는 경우의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 오일 성분이 포함된 일명 고압 오일인젝션 공기(기체)압축기를 사용하지 않고도 고압 공기를 생성하고 압력탱크에 고압의 오일프리 기체의 충진이 가능하여, 고압의 배관시스템이 오일프리 상태로 운전이 가능한 수배관 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명은 단일 고압 공기 압축기 또는 다단 공기압축기를 사용하지 않고도 고압의 압축공기를 공급할 수 있는 고압 공기 공급 장치와, 이를 이용하여 압력탱크에 고압의 기체 충진 가능하여 설비비 및 에너지 절감이 가능한 수배관 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치는, 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 상기 공기압축기에서 발생된 압축공기의 압력 보다 더 높은 압력으로 가압된 유체가 수용되는 주배관에 분기 연결되는 분기관과; 상기 공기압축기로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며, 상기 분기관을 통해 주배관 내부의 가압된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 토출시키기 위한 승압탱크를 포함한다.

여기서, 상기 분기관에는 보조가압펌프가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 공기압축기와 승압탱크 사이에는 공기압축기로부터 발생된 압축공기가 상기 승압탱크로 공급되는 것을 단속하기 위한 압축공기공급제어밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분기관에는 주배관으로부터 분기관으로 분기 이송되는 가압된 유체가 상기 승압탱크로 공급되는 것을 단속하기 위한 가압유체공급제어밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 승압탱크의 토출측에는 승압탱크로부터 토출되는 승압된 압축공기를 단속하기 위한 토출제어밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 승압탱크의 토출측에는 승압된 압축공기를 가압하기 위한 부스터컴프레서가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 승압탱크의 하측에는 유체를 배출하기 위한 드레인밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 승압탱크의 상측에는 유체의 배출시 승압탱크 내부로 외기를 유입시키기 위한 외기유입제어밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 압력탱크 고압 기체 충진 기능을 구비하는 수배관 시스템은, 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 분기 연결된 압력탱크와; 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 상기 주배관에 분기 연결되는 분기관과; 상기 공기압축기로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며, 상기 분기관을 통해 주배관 내부의 가압된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 상기 압력탱크로 공급하기 위한 승압탱크를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수배관 시스템은, 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 분기 연결된 압력탱크와; 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 일단은 상기 압력탱크와 주배관을 연결하는 압력탱크연결관에 연결되고 타단은 상기 압력탱크와 연결되는 분기관과; 상기 분기관에 설치되어 상기 공기압축기로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며 상기 분기관을 통해 압력탱크연결관을 따라 흐르는 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 상기 압력탱크로 공급하기 위한 승압탱크를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수배관 시스템은, 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 분기 연결된 압력탱크와; 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 일단은 상기 압력탱크의 하부에 연결되고 타단은 상기 압력탱크의 상부에 연결되는 분기관과; 상기 분기관에 설치되어 상기 공기압축기로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며 상기 분기관을 통해 압력탱크의 하부에 저장된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 상기 압력탱크로 공급하기 위한 승압탱크를 포함한다.

여기서, 상기 분기관에는 보조가압펌프가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 승압탱크는 압력탱크의 하한 수위선 이하의 높이에 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 분기관의 승압탱크 하측에는 제1차단밸브가 설치되고, 상측에는 제2차단밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공기압축기와 승압탱크 사이에는 제3차단밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 분기관의 승압탱크와 압력탱크 사이에 보조탱크가 추가로 구비되며, 상기 보조탱크는 압력탱크의 하한 수위선 이하에 설치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 보조탱크는 항시 완충 상태로 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 또 다른 수배관 시스템은, 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 분기 연결된 압력탱크와; 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 일단은 상기 주배관에 연결되고 타단은 상기 압력탱크와 연결되어, 주배관을 따라 흐르는 유체를 압력탱크로 이송하는 분기관과; 상기 분기관에 설치되어, 상기 공기압축기로부터 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관 내부로 유입시키는 기체흡인수단을 포함한다.

본 발명에 따른 또 다른 수배관 시스템은, 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 분기 연결된 압력탱크와; 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 일단은 상기 압력탱크와 주배관을 연결하는 압력탱크연결관에 연결되고 타단은 상기 압력탱크와 연결되어, 압력탱크연결관을 따라 흐르는 유체를 압력탱크로 이송하는 분기관과; 상기 분기관에 설치되어 상기 공기압축기로부터 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관 내부로 유입시키는 기체흡인수단을 포함한다.

본 발명에 따른 또 다른 수배관 시스템은, 가압펌프와; 상기 가압펌프에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 분기 연결된 압력탱크와; 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기와; 일단은 상기 압력탱크의 하부에 연결되고 타단은 상기 압력탱크의 상부에 연결되어, 압력탱크의 하부에 저장된 유체를 압력탱크의 상부로 이송하는 분기관과; 상기 분기관에 설치되어, 상기 공기압축기로부터 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관 내부로 유입시키는 기체흡인수단을 포함한다.

여기서, 상기 분기관에는 보조가압펌프가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기체흡인수단은 이젝터 또는 벤츄리인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 분기관의 승압탱크와 압력탱크 사이에 보조탱크가 추가로 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 보조탱크는 항시 완충 상태로 유지되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 단일 고압 공기압축기 또는 다단 공기압축기를 사용하지 않고도 통상의 공기압축기로 고압의 공기를 생성할 수 있고, 고압 오일인젝션 공기압축기를 사용하지 않고도 압력탱크에 고압의 오일프리 기체의 충진이 가능하여 고압의 배관시스템이 오일프리 상태로 운전이 가능하며, 고압 또는 다단 공기압축기를 사용하지 않고도 압력탱크에 고압의 기체 충진 가능하여 설비비 및 에너지 절감 효과를 달성할 수 있는 탁월한 장점을 갖는다.

도 1 은 종래 일반적인 수배관 시스템 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치의 구성도,
도 3a 는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 수배관 시스템 구성도,
도 3b 는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 수배관 시스템 구성도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 수배관 시스템 구성도,
도 5 는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 수배관 시스템 구성도,
도 6 은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 수배관 시스템 구성도,
도 7 은 본 발명의 바람직한 제6실시예에 따른 수배관 시스템 구성도,
도 8 은 본 발명의 바람직한 제7실시예에 따른 수배관 시스템 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치 및 이를 이용한 압력탱크 고압 기체 충진 기능을 구비하는 수배관 시스템의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.

먼저, 도 2 에는 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치(100)의 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치(100)는 공기압축기(4), 분기관(5) 및 승압탱크(10)를 포함한다.

상기 공기압축기(4)는 압축공기를 생성하기 위해 일반적으로 사용되는 것으로, 가압 압력이 10bar 이하인 통상의 압축기이다. 상기 공기압축기(4)는 단독으로 사용되어 압축공기를 공급하도록 구성될 수도 있고, 공기압축기(4) 후단에 질소발생기(미도시)가 연결되어 압축공기 대신 질소를 공급하도록 구성될 수도 있다. 상기 공기압축기(4)는 압축공기공급관(4a)를 통하여 후술하는 승압탱크(10)에 연결된다. 여기서, 상기 공기압축기(4)는 승압탱크(10)의 상측에 연결되는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 바와 같이 승압탱크(10) 내부에서 압축공기가 하측으로부터 유입된 유체에 의해 승압되어 상측으로 원활하게 토출되도록 하기 위함이다.

상기 공기압축기(4)와 승압탱크(10)를 연결하는 압축공기공급관(4a)에는 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기가 역류하지 않도록 하는 체크밸브(9)와, 압축공기가 상기 승압탱크(10)로 공급되는 것을 단속하기 위한 압축공기공급제어밸브(30)가 구비된다. 상기 압축공기공급제어밸브(30)는 승압탱크(10) 내부에 압축공기가 적정량 채워지도록 일정 시간 동안만 개방되었다가 폐쇄되도록 구성될 수도 있고, 승압탱크(10)에 별도 구비된 압력센서(미도시) 또는 플로우미터(미도시)에 의해 감지된 값을 피드백 받아 미리 정해진 일정한 양(또는 압력)의 압축공기가 승압탱크(10)에 채워지도록 제어한다.

분기관(5)은 기 설치된 수배관 시스템의 주배관(2)으로부터 분기 연결되는 배관이다. 통상적인 수배관 시스템의 주배관(2)에서는 유체를 원거리로 이송하기 위해 가압펌프(1)를 이용하여 유체를 비교적 높은 압력으로 가압한다. 즉, 상기 주배관(2)에는 상기 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기의 압력(통상 10bar 이하) 보다 더 높은 압력(예컨대, 80bar)으로 가압된 유체가 수용 및 이송된다. 이에 따라, 상기 주배관(2)에 분기관(5)을 연결하면, 주배관(2)를 따라 이송되던 가압된 유체가 분기관(5)을 통해 분기되어 이송된다.

한편, 상기 분기관(5)에는 승압탱크(10)가 연결된다. 이에 따라, 상기 승압탱크(10)에는 분기관(5)을 통해 분기 이송된 가압된 유체가 공급된다. 이때, 상기 분기관(5)은 승압탱크(10)의 하측에 연결되는 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 바와 같이 승압탱크(10) 내부에 미리 저장되어 있는 압축공기를 가압된 유체를 이용하여 하방으로부터 상방으로 가압하여 토출시키기 위함이다.

상기 분기관(5)에는 주배관(2)으로부터 분기되어 이송되는 가압된 유체가 역류하지 않도록 하는 체크밸브(7)와, 가압된 유체가 상기 승압탱크로 공급되는 것을 단속하기 위한 가압유체공급제어밸브(20)가 구비된다. 상기 가압유체공급제어밸브(20)는 승압탱크(10) 내부에 가압된 유체가 적정량 공급되도록 일정 시간 동안만 개방되었다가 폐쇄되도록 구성될 수도 있고, 승압탱크(10)에 별도 구비된 압력센서(미도시) 또는 플로우미터(미도시) 또는 레벨센서(미도시)에 의해 감지된 값을 피드백 받아 미리 정해진 일정한 양(또는 압력)의 압축공기가 승압탱크(10)로 공급되도록 제어한다.

한편, 상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 구비될 수 있다. 상기 보조가압펌프(6)는 분기관(5)을 통하여 분기 이송된 가압된 유체가 승압탱크(10)로 원활하게 이송되지 않는 경우에 추가적인 가압력을 부여함으로써 유체가 승압탱크(10)로 원활하게 공급되도록 한다.

승압탱크(10)는 상기 공기압축기(4)로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며, 상기 분기관(5)을 통해 주배관(2) 내부의 가압된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 토출시킨다. 이를 위해, 위에서 이미 언급한 바와 같이, 상기 승압탱크(10)의 상측에는 공기압축기(4)가 연결되고, 하측에는 분기관(6)이 연결된다. 그리고, 상기 승압탱크(10)의 상부 타측에는 승압된 압축공기를 토출시키기 위한 토출관(40)이 연결된다. 상기 승압탱크(10)의 토출측, 즉 상기 토출관(40)에는 승압된 압축공기를 단속하기 위한 토출제어밸브(42)와, 승압된 압축공기를 추가적으로 가압하기 위한 부스터컴프레서(44)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 토출제어밸브(42)는 일정량의 승압된 압축공기가 토출되도록 제어하며, 상기 부스터컴프레서(44)는 토출관(40)의 외부 압력이 높아 승압된 압축공기가 원활하게 배출되지 못하는 경우에 추가적인 가압력을 제공하여 압축공기가 원활하게 토출되도록 한다.

상기 승압탱크(10)는 중공의 함체 형태로 구성되는 것으로, 일반적인 탱크로 구성될 수도 있고, 직경이 상대적으로 큰 배관을 용접하여 사용할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치의 작동 관계를 보다 상세히 설명한다. 먼저 상기 공기압축기(4)의 작동에 따라 압축공기가 발생하고, 압축공기공급제어밸브(30)가 개방되어 압축공기공급관(4a)을 통해 압축공기가 승압탱크(10)로 공급된다. 압축공기가 승압탱크(10) 내부에 적정량 채워지면 압축공기공급제어밸브(30)는 폐쇄된다. 이 상태에서, 가압유체공급제어밸브(20)가 개방되면 주배관(2)으로부터 분기관(2)으로 분기된 가압된 유체가 승압탱크(10)로 공급된다. 위에서 이미 언급한 바와 같이, 주배관(2)에 수용된 유체는 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기의 압력 보다 더 높은 압력으로 가압된 유체이므로, 승압탱크(10)로 공급된 유체의 압력에 의해 승압탱크(10)에 미리 저장되어 있던 압축공기가 가압되어 압력이 상승(승압)하게 된다. 그 다음, 상기 토출제어밸브(42)가 개방되면 가압된 유체에 의해 승압된 압축공기가 토출관(40)을 통하여 외부로 토출된다. 그리고, 상기 토출제어밸브(42)는 승압탱크(10) 내부에 공급된 유체의 수위가 일정 수위에 도달하면 폐쇄되어 토출관(40)을 통하여 승압된 압축공기만 토출되도록 단속한다. 예컨대, 공기압축기(4)의 가압 용량이 10bar인데 80bar의 압력을 갖는 고압의 압축공기가 필요한 경우, 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치(100)의 분기관(5)을 가압 용량이 80bar인 가압펌프(1)가 연결된 주배관(2)에 연결하면, 10bar의 압축공기가 80bar로 가압된 유체에 의해 승압되어 80bar의 압력을 갖는 압축공기를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 승압 토출된 고압의 압축공기는 후술하는 바와 같은 수배관 시스템의 압력탱크에 충진되거나 기타 다른 사용처에 공급될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치는 수배관 시스템의 압력탱크 충진뿐만 아니라 고압 공기가 필요한 모든 경우에 사용될 수 있다.

한편, 상기 승압탱크(10)에는 드레인밸브(12)와 외기유입제어밸브(50)가 추가로 구비되는 것이 바람직하다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 드레인밸브(12)는 상기 승압탱크(10)의 하측에 구비되고, 상기 외기유입제어밸브(50)는 승압탱크(10)의 상측에 구비되는 것이 바람직하다. 승압탱크(10) 내부에 저장되어 있던 압축공기가 가압된 유체에 의해 승압된 후 모두 토출되고 나면, 승압탱크(10) 내부는 가압된 유체로 채워지게 된다. 이에 따라, 다시 고압의 압축공기를 생성하기 위해서는 승압탱크(10) 내부의 유체를 배출하고 다시 압축공기를 저장해야 한다. 이를 위해, 상기 드레인밸브(12)를 통해 승압탱크(10) 내부의 유체를 외부로 배출한다. 배출된 유체는 외부로 방류되거나 주배관(2)으로 다시 공급될 수 있다. 한편, 상기 외기유입제어밸브(50)는 드레인밸브(12)를 통하여 유체를 배출시킬때 일정 시간 동안 개방되어 승압탱크(10) 내부로 외부 공기를 유입시킴으로써 승압탱크(10) 내부 유체가 원활하게 배출되도록 한다. 유체가 모두 배출되고 나면, 드레인밸브(12)와 외기유입제어밸브(50)를 폐쇄하고, 다시 공기압축기(4)를 구동하여 고압 공기 생성을 시작한다. 이와 같은 작동의 반복에 의해 고압 공기를 반복적으로 생성 및 공급할 수 있다.

도 3a 에는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치를 이용한 압력탱크 고압 충진 기능을 구비하는 수배관 시스템의 바람직한 제1실시예가 도시된다. 도 3a 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수배관 시스템은 종래의 수배관 시스템과 동일하게 가압펌프(1), 주배관(2), 상기 주배관(2)으로부터 분기 연결된 압력탱크(3)와, 압축공기를 생성하는 공기압축기(4)를 포함한다. 다만, 본 발명에서는 상기 공기압축기(4)가 압력탱크(3)에 직접 연결되지 않고, 후술하는 승압탱크(10)에 연결된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 압력탱크 고압 기체 충진 기능을 구비하는 수배관 시스템은, 일단이 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)으로부터 분기되고 타단은 압력탱크(3)에 연결됨에 따라 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)을 따라 흐르는 유체를 분기 이송하는 분기관(5)을 포함한다. 그리고, 상기 분기관(5)의 중간에는 승압탱크(10)가 구비된다. 압력탱크(3)로 이송하는 분기관(5)을 포함하고, 여기서, 상기 분기관(5)은 압력탱크(3)의 상부에 연결되는 것이 바람직하다. 도시되지 않았으나, 상기 주배관(2)에는 통상 체크밸브(미도시)가 설치되는바, 상기 분기관(5)은 체크밸브의 전단에 연결될 수도 있고, 후단에 연결될수도 있다. 분기관(5)을 체크밸브 전단에 연결할 경우에는 가압펌프(1)의 운전 중에만 기체의 충진이 가능하고, 분기관(5)을 체크밸브 후단에 연결할 경우에는 가압펌프(1)의 정지 중에도 충진이 가능하나 체크밸브 전단에 연결되는 경우 보다 충진 압력이 낮다.

한편, 본 발명의 모든 도면에는 가압펌프(1)가 1개만 설치된 것으로 도시되었으나, 일반적인 수배관 시스템에서 가압펌프(1)는 통상 복수개가 서로 병렬로 설치되는 바, 이를 위해, 각 가압펌프(1)의 후단측은 펌프연결관에 의해 헤더에 연결되며, 각 펌프연결관에 체크밸브가 설치된다. 그리고 상기 헤더가 주배관에 연결된다. 이러한 경우, 상기 분기관(5)의 일단은 펌프를 헤더에 연결하는 펌프연결관에 연결될 수도 있다. 그리고, 상기 분기관(5)은 특정한 하나의 펌프연결관에만 연결될 수도 있고, 복수의 각 펌프연결관에 각각 연결될 수도 있다. 이와 같이, 상기 분기관(5)의 일단은 가압펌프(1)로부터 토출된 유체가 흘러가는 모든 배관에 연결될 수 있는바, 이하 모든 실시예에서 주배관(2)이란 용어는 주배관(2) 뿐만 아니라 펌프연결관, 헤더 등 주배관(2)과 연결된 부속 배관들을 모두 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 또한, 주배관(2)과 압력탱크(3)를 연결하는 압력탱크연결관(3a)도 주배관(2)으로 해석될 수 있다.

공기압축기(4)는 압력탱크(3)에 직접 연결되지 않고, 상기 승압탱크(10)와 연결된다. 여기서, 상기 공기압축기(4)는 단독으로 사용되어 압축공기를 공급하도록 구성될 수도 있고, 공기압축기(4) 후단에 질소발생기(미도시)가 연결되어 압축공기 대신 질소를 공급하도록 구성될 수도 있다. 상기 승압탱크(10)는 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기가 일시 저장됨과 아울러 주배관(2)으로부터 분기된 유체가 유입되는 공간을 형성하는 것으로 일반적인 탱크 형태 또는 직경이 비교적 큰 대형 파이프 등으로 구성될 수 있다. 추가적으로, 상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)와 체크밸브(7)가 설치되고, 상기 공기압축기(4)와 승압탱크(10) 사이에는 리시버탱크(8)와 체크밸브(9) 또는 차단밸브가 설치된다.

예컨데, 가압펌프(1)의 가압 용량이 80bar이고 공기압축기(4)의 가압 용량이 10bar 인 경우, 통상의 수배관 시스템에서는 압력탱크(3) 내부의 압력이 80bar 정도가 되기 때문에 10bar의 공기압축기(4)로는 압력탱크(3)에 기체를 충진할 수 없다. 즉, 80bar를 넘는 압력으로 기체를 가압해야 압력탱크(3) 내에 기체 충진이 가능하다. 즉, 공기압축기(4)의 용량을 80bar 이상으로 늘리거나, 10bar 짜리 공기압축기(4)를 8대 이상 연결하여 운전해야 한다. 그러나, 이미 언급한 바와 같이, 현재 시중에는 80bar 이상의 고압의 공기압축기(4)는 판매되지 않고 있으며, 공기압축기(4)를 여러대 연결하는 경우 설비비와 동력 소모가 크기 때문에 바람직하지 못하다.

반면에, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 수배관 시스템에서는 고압의 공기압축기(4)를 사용하거나 다수개의 공기압축기(4)를 사용할 필요 없이, 가압펌프(1)의 가압력을 이용하여 기체의 가압력을 간단하게 상승시켜 10bar의 공기압축기(4)로도 압력탱크(3) 내부에 기체를 충진할 수 있다. 이하, 그 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 공기압축기(4)를 가동하여 10bar의 압력을 갖는 압축공기를 발생시킨다. 발생된 압축공기는 리시버탱크(8)를 거쳐 승압탱크(10)에 일시 저장되며, 승압탱크(10)에 저장된 기체는 체크밸브(9)에 의해 역류가 방지된다. 따라서, 승압탱크(10) 내부에 저장된 기체의 압력은 10bar가 된다.

한편, 이와 동시에 가압펌프(1)의 가동에 따라 흡수정(1a)에 저장되어 있던 유체가 가압되어 주배관(2)을 통해 흘러가게 된다. 가압펌프(1)의 가압 용량이 80bar라고 가정하였으므로, 주배관(2) 내부의 압력은 80bar가 되고, 주배관(2)으로부터 압력탱크연결관(3a)으로 분기 연결된 압력탱크(3) 내부의 압력 또한 이미 언급한 바와 같이 80bar 정도가 된다. 상기 주배관(2)에는 분기관(5)이 분기 연결되는 바, 주배관(2)을 통해 흘러가던 80bar의 유체가 상기 분기관(5)을 통하여 분기되어 승압탱크(10)로 유입된다. 공기압축기(4)로부터 승압탱크(10)에 공급되는 기체의 압력이 10bar이고 분기관(5)을 통해 승압탱크(10)로 유입되는 유체의 압력이 80bar 정도이므로, 10bar의 압축공기가 유체의 압력에 의해 80bar로 압력이 상승하여 압력탱크(3) 내부로 기체 충진이 가능하게 된다.

그런데, 실제 시스템에서는, 주배관(2)으로부터 분기되어 분기관(5)을 따라 흐르는 유체의 압력이 분기 초기에는 80bar 정도이지만, 분기관(5)을 따라 압력탱크(3) 높이 만큼 상부로 이송되는 경우 배관의 마찰손실과 높이 변화에 따라 상부로 갈수록 압력이 하강하게 된다. 따라서, 승압탱크(10) 내부의 기체와 유체의 압력이 압력탱크(3) 내부의 압력보다 낮아지는 경우 기체가 원활하게 충진되지 않을 수 있다. 이러한 경우를 대비하여, 도 3 에 도시된 바와 같이, 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 설치되며, 상기 보조가압펌프(6)의 가압력에 의해 주배관(2)으로부터 분기관(5)으로 분기된 유체가 가압되어 마찰손실과 높이 변화에 따른 압력 강하가 보상됨에 따라 승압탱크(10) 내부의 기체가 압력탱크(3)로 원활하게 충진될 수 있다. 여기서, 상기 보조가압펌프(6)의 가압 용량은 분기관(5)의 길이와 압력탱크(3)의 높이를 고려하여 계산된 분기관(5)을 따라 흐르는 유체의 압력 강하값 이상으로 결정되는바, 위에서 예로든 80bar의 가압펌프(1)와 10bar의 공기압축기(4)를 사용하는 경우에는 약 3 내지 5bar 정도의 소용량으로 구성될 수 있다. 이 경우, 보조가압펌프(6)와 공기압축기(4)의 합산 동력과 설비비는 다수개의 압축기를 사용하는 다단 압축기의 동력과 설비비의 3분의 1 이하 수준이고, 고장 가능성도 훨신 적다. 이와 같이, 보조가압펌프(6)가 추가로 설치되더라도 그 가압 용량이 매우 작기 때문에 고압의 공기압축기(4)를 사용하거나 다수개의 공기압축기(4)를 사용하는 경우 보다 상대적으로 매우 저렴한 비용과 적은 에너지로 압력탱크(3)내 고압의 기체 충진이 가능하게 된다.

추가적으로, 도 3a 에 도시된 바와 같이, 승압탱크(10)의 플러싱 등을 위해, 승압탱크(10)의 하부를 압력탱크연결관(3a) 또는 흡수정(1a)과 연결하고(점선으로 표시), 드레인밸브(12)를 설치하여, 승압탱크(10) 내부의 유체를 압력탱크연결관(3a)과 주배관(2) 또는 흡수정(1a)으로 배출시킬 수도 있다.

위에서는 분기관(5)이 주배관(2)으로부터 분기된 것을 주로 예로들어 설명하였으나, 압력탱크연결관(3a)이 주배관(2)과 연결되어 있으므로 분기관(5)이 압력탱크연결관(3a)에 연결되더라도 효과는 동일하다 할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 분기관(5)이 주배관(2)에 연결되었다는 표현은 분기관(5)이 압력탱크연결관(3a)에 연결된 구성을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

한편, 도 2 에 도시된 상기한 본 발명에 따른 고압 공기 공급 장치에서는 고압의 압축공기만 공급하는 장치이기 때문에 토출관을 통하여 승압된 압축공기만 토출되고 유체는 토출되지 않는 것으로 설명하였다. 반면, 본 발명에 따른 수배관 시스템에서는 압력탱크(3)에 압축공기를 충진하기 위한 것으로, 압력탱크(3)에는 원래 유체가 일부 저장되어 있으므로 분기관(5)을 통해 분기 이송된 유체가 압축공기와 함께 압력탱크(3) 내부로 유입되어도 별 문제가 없다. 이 경우, 유체와 압축공기의 비중 차이에 의해 분기관(5)을 통해 압력탱크(3)로 유입된 유체는 하측으로 이동하여 압력탱크(3) 하부에 원래 저장되어 있던 유체와 함께 저장되며 압축공기는 압력탱크의 상측에 충진된다. 따라서, 도 2 의 고압 공기 공급 장치에 채용되었던 가압유체공급제어밸브(20), 압축공기공급제어밸브(30), 토출제어밸브(42) 등은 본 발명에 따른 수배관 시스템에 필요에 따라 채용될 수도 있고 채용되지 않을 수도 있다.

도 3b 에는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 수배관 시스템 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제1실시예와 동일한 수배관 시스템에 보조탱크(10')가 추가로 설치된다. 상기 보조탱크(10')는 승압탱크(10)와 압력탱크(3) 사이에 설치된다. 그리고, 상기 승압탱크(10)와 보조탱크(10') 사이에는 체크밸브 또는 차단밸브가 설치될 수 있다.

분기관(5)에 승압탱크(10)만 설치된 경우에는, 승압탱크(10)를 요구되는 압력으로 100% 충진(완충)하는데 상당한 시간이 걸리게 되기 때문에 압력탱크(3)의 수위 조절에 필요한 기체를 즉각적으로 공급하지 못하는 경우가 발생할 수 있는바, 이렇게 압력탱크(3)로 적시에 즉각적인 기체 공급이 이루어지지 않을 경우 압력탱크(3) 내부 수위 조절 실패로 수충격이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 본 실시예에서는 승압탱크(10) 후단측에 보조탱크(10')를 연결하되, 상기 보조탱크(10')는 항시 고압의 기체로 100% 충진된 상태로 유지시켜 압력탱크(3) 내부 수위 변동시 적시에 즉각적으로 기체 공급이 이루어지도록 한다. 즉, 공기압축기(4)의 가동에 의해 먼저 보조탱크(10')를 완충(완전 충진)함으로써 압력탱크(3) 내부 수위가 변동되는 즉시 보조탱크(10') 내부에 충진된 기체가 압력탱크(3)로 즉시 투입될 수 있도록 하고, 그에 따라 감소되는 보조탱크(10') 내부 기체는 승압탱크(10)에 미리 저장되어 있던 기체로 다시 즉각적으로 보충됨에 따라 보조탱크(10')를 항시 완충 상태로 유지하여 언제든지 대기 시간 없이 압력탱크(3)로 기체를 공급할 수 있게 된다.

한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 승압탱크(10)의 전단측 분기관(5)과 상기 보조탱크(10')를 연결하는 보조가압관(5')를 설치하고, 상기 보조가압관(5')에 보조가압펌프(6')를 설치함으로써, 분기관(5)을 따라 흐르는 유체를 분기시켜 가압한 후 보조탱크(10')로 이송시킴에 따라 가압된 유체의 압력에 의해 보조탱크(10')에 저장된 기체가 압력탱크(3)로 원활하게 공급될 수 있도록 구성할 수도 있다.

도 4 에는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 수배관 시스템의 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제1실시예와 마찬가지로 가압펌프(1), 공기압축기(4), 분기관(5) 및 승압탱크(10)를 포함하되, 승압탱크(10)가 압력탱크(3)의 하한 수위선(LWL) 이하의 높이에 설치되고, 상기 분기관(5)은 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)에 연결된다. 도 4 에서는 예시적으로 분기관(5)이 압력탱크연결관(3a)에 연결된 것으로 도시하였다. 상기 승압탱크(10)는 압력탱크(3)의 하부, 중간부 또는 상부 등 어느 위치에 설치되어도 무방하다. 다만, 압력탱크의 하부에 설치되는 것이 가장 바람직하다. 그리고, 추가적으로, 상기 분기관(5)의 하측에는 제1차단밸브(5a)가 설치되고, 상기 분기관(5)의 상측, 즉, 승압탱크(10)와 압력탱크(3) 사이에는 제2차단밸브(5b)가 설치된다. 또한, 공기압축기(4)와 승압탱크(10) 사이에는 제3차단밸브(11)가 설치된다. 그리고, 상기 승압탱크(10)의 하부에는 드레인밸브(12)가 설치되고, 드레인밸브(12)를 통해 배출된 유체는 흡수정(1a)으로 회수되도록 드레인관이 연결된다.

이러한 구성에 있어서, 먼저, 제1차단밸브(5a)와 제2차단밸브(5b)를 폐쇄한 상태에서 제3차단밸브(11)를 개방하고 공기압축기(4)를 가동하여 압축공기를 승압탱크(10)에 충진한 후 다시 제3차단밸브(11)를 폐쇄한다. 그 다음, 제1차단밸브(5a)와 제2차단밸브(5b)를 개방하여 가압펌프(1)에 의해 가압되어 주배관(2)을 통해 흐르는 유체를 분기관(5)을 통하여 분기시켜 승압탱크(10)로 유입시킨다. 제1실시예에서와 마찬가지로, 승압탱크(10)로 유입되는 유체의 압력에 의해 승압탱크(10)에 일시 저장되어 있던 기체는 압력탱크(3)로 유입되고, 압력탱크(3)로 유입된 기체는 물과의 비중 차이로 상부로 이동하여 압력탱크(3) 상부 공간에 기체가 충진된다. 이후, 제2차단밸브(5b)를 폐쇄하고 드레인밸브(12)를 개방하여 승압탱크(10)내 유체를 흡수정(1a)로 회수한다. 그 다음, 제3차단밸브(11)를 다시 개방하고 드레인밸브(12)를 페쇄후 연속 운전한다.

제3실시예에서도 제1실시예와 마찬가지로 가압펌프(1)의 가압력을 이용함으로써 고압의 공기압축기(4)를 사용하거나 다수개의 공기압축기(4)를 다단 연결하지 않고도 압력탱크(3)에 기체를 고압으로 충진할 수 있다. 특히, 제3실시예에서는 상기 승압탱크(10)가 압력탱크(3)의 하한 수위선(LWL) 이하의 높이에 위치되기 때문에 제1실시예에서와 같은 압력 강하가 비교적 미미하므로 별도의 보조가압펌프(6)를 설치할 필요가 없으므로 설비비 및 에너지 절감 효과는 보다 극대화된다.

도 5 에는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 수배관 시스템의 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제1실시예와 마찬가지로 가압펌프(1), 공기압축기(4), 리시버탱크(8), 분기관(5) 및 보조가압펌프(6)를 포함하되, 승압탱크(10) 대신에 기체흡인수단(20)이 구비된다. 상기 기체흡인수단(20)은 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)에 분기 연결된(도 5 에는 예시적으로 압력탱크연결관(3a)에 연결) 분기관(5)에 설치되되, 일측이 공기압축기(4)와 연결된다.

상기 기체흡인수단(20)은 분기관(5)을 통하여 압력탱크(3)로 유체가 비교적 높은 속도로 이송될때 이젝터 효과(ejector effect)를 이용하여 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관(5)으로 유입시킨후 압력탱크(3)로 공급하기 위한 수단이다. 이젝터(ejector)는 압력을 갖는 물, 증기, 공기 등을 분출구에서 높은 속도로 분출하여 주위의 유체를 다른 곳으로 이동시킬 수 있는 일종의 제트 펌프를 말하는 것으로, 주로 우수나 진흙탕물의 퍼올림과 복수기에 사용되기도 하고, 증기나 물을 배출하거나 응축시키는데 사용되기도 한다. 즉, 이젝터 효과는 유체가 높은 속도로 분출되는 경우 그 주위에 저압부가 형성되어 주위의 다른 유체를 유인(흡인)하고 이것을 다른 장소로 이송시킬 수 있는 효과이다. 본 발명은 비교적 소용량의 공기압축기(4)를 이용하여 압력탱크(3) 내부에 고압으로 기체를 충진하기 위하여, 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)을 분기관(5)에 의해 압력탱크(3)와 연결하고, 가압펌프(1)로부터 토출되어 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)을 흐르는 유체를 고속으로 이송시켜, 상기 분기관(5)에 구비된 기체흡인수단(20)에서 이젝터 효과에 의해 압축공기를 흡인하여 압력탱크(3)로 이송되도록 한 것이다.

일반적인 수배관 시스템에서는 주배관(2)의 압력탱크(3) 연결 부위와 압력탱크(3)의 중앙 표준 수위선(NWL;Normal Water Level) 사이에 예컨대 대략 5m 정도의 높이차가 존재하기 때문에, 압력탱크(3)내 압축공기의 압력이 약 5m(0.5Bar)의 수두압력만큼 낮다. 따라서, 이러한 압력차를 갖는 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)과 압력탱크(3)를 연결하는 분기관(5)으로 가압펌프(1)에서 토출된 유체가 비교적 고속으로 원활하게 흘러가게 된다.

한편, 이하 설명하는 모든 실시예에서 상기 분기관(5)을 통하여 압력탱크(3)로 이송되는 유체는 가압펌프(1)의 가압력에 의해 이동되는바, 추가적인 동력이 소요되지 않아 고압의 공기압축기(4)를 사용하거나 다단 압축기를 사용하지 않는 만큼 설비비 및 동력 절감 효과를 가져올 수 있다.

이와 같은 분기관(5)을 통한 유체의 이송은 위에서 언급한 바와 같이 압력탱크(3)와 주배관(2)의 사이의 압력차가 존재하기 때문에 별도의 동력 없이 가압펌프(1)의 가압력만으로 가능한데, 배관 시스템의 상태에 따라 압력탱크(3)와 주배관(2)의 사이에 압력차가 미미하거나 압력의 평형이 이루어지는 등 분기관(5)을 통하여 유체가 원활하게 이송되지 않는 경우가 발생할 수도 있다. 이런 경우를 대비하여 도 5 에 도시된 바와 같이 상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 추가로 구비될 수 있다. 상기 분기관(5)은 이젝터 효과에 의해 기체를 흡인하여 이송하는 목적으로 설치되는 것이기 때문에 유체의 유속이 클수록 기체 흡인에 유리하다. 따라서, 상기 분기관(5)의 직경은 주배관(2)의 직경 보다 상대적으로 작게 형성되는 것이 바람직하고, 이에 따라, 상기 보조가압펌프(6)로 주배관(2) 또는 압력탱크(3)에 연결된 가압펌프(1) 보다 용량이 상대적으로 작은 소용량 펌프를 사용할 수 있기 때문에 공기압축기(4)와 보조가압펌프(6) 운전으로 인한 동력 소모와 설비비는 고압 공기압축기(4) 또는 다단 공기압축기(4)의 운전에 소요되는 동력 소모와 설비비 보다 더 적다 할 것이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 기체흡인수단(20)은, 도 5 에 도시된 바와 같이, 이젝터(22)로 구성될 수 있다. 도 5 의 원 내부에 통상적인 이젝터(22)의 내부 구조를 도시하였다. 도시된 바와 같이, 상기 이젝터(22)는 일측에 유체가 유입된 후 분출되는 노즐(22a)이 구비되고, 타측에는 상기 노즐(22a)과 소정 간격 이격되어 일직선상으로 배치되는 디퓨저(22b)가 구비된다. 그리고, 상기 노즐(22a)과 디퓨저(22b) 사이를 둘러싸는 흡인실(22c)이 형성되며, 상기 흡인실(22c) 일측에 기체가 흡인되도록 기체유입구(24a)가 형성된다. 여기서, 상기 이젝터(22)는 분기관(5)에 연결되되 노즐(22a)의 유입구는 분기관(5)에 의해 주배관(2) 또는 압력탱크연결관(3a)과 연결되고, 디퓨저(22b)의 토출구는 압력탱크(3)와 연결된다. 그리고, 상기 이젝터(22)의 기체유입구(24a)에는 공기압축기(4)가 연결된다. 상기 공기압축기(4)와 이젝터(22) 사이에는 위에서와 마찬가지로 리시버탱크(8)와 체크밸브(9)가 설치된다.

이에 따라, 가압펌프(1)로부터 토출된 유체가 분기관(5)으로 분기되어 이젝터(22)의 노즐에서 고속으로 분사되면서 디퓨저(22b)를 따라 이동하게 되고, 이에 따라 흡인실(22c) 내부에 저압이 발생하게 되어 기체유입구(24a)를 통해 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기가 유입된다. 유입된 압축공기는 노즐(22a)에서 분사된 유체와 함께 디퓨저(22b)를 통해 토출되어 압력탱크(3)로 공급된다.

도 6 에는 본 발명의 제5실시예로서, 상기 기체흡인수단(20)이 벤츄리(24)로 구성된 실시예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 벤츄리(24)는 유입측과 토출측이 비교적 직경이 크고 중앙부 직경이 상대적으로 작게 형성되어 유체가 직경이 작은 중앙부를 지날 때 유속이 급격히 증가하도록 구성된다. 이에, 본 발명에서는 벤츄리(24)의 중앙부 일측에 기체유입구(24a)를 형성하여 유체가 벤츄리(24)의 중앙부를 통과할 때 유속의 증가에 따라 저압부가 발생되도록 함으로써 기체가 원활하게 유입되도록 하였다. 이에 따라, 상기 벤츄리(24)의 기체유입구(24a)로 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기가 흡인되어 압력탱크(3)로 공급된다. 본 실시예에서도 벤츄리(24)에서 흡인된 압축공기는 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체의 압력에 의해 압력탱크(3)로 이송되는 바, 분기관(5)에 구비된 보조가압펌프(6)에 의해 보충적으로 가압되어 작은 동력으로 원활하게 기체 충진이 가능하게 된다.

도 7 및 도 8 에는 본 발명의 바람직한 제6실시예와 제7실시예가 각각 도시된다. 도시된 바와 같이, 위 실시예에서는 분기관(5)의 일단이 압력탱크(3)의 하부에 연결되고 타단은 압력탱크(3)의 상부에 연결된다. 여기서, 압력탱크(3)의 하부와 상부는 압력탱크(3)의 표준 수위선(NWL)을 기준으로 구분하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 구비된다. 이에 따라, 상기 압력탱크(3)의 하부 내측에 저장된 유체를 가압하여 분기관(5)을 통하여 압력탱크(3)의 상부 내측으로 이송할 수 있게 된다.

이때, 제6실시예에서는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 분기관(5)의 보조가압펌프(6) 후단측에 승압탱크(10)가 설치되고, 상기 승압탱크(10)에 공기압축기(4)가 연결된다. 이에 따라, 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기(또는 질소 등 기타 기체)가 승압탱크(10)에 일시 저장되고, 압력탱크(3)의 하부 내측에 저장된 유체가 보조가압펌프(6)의 가압력에 의해 분기관(5)을 따라 압력탱크(3)의 상부 내측으로 이송되면서, 이송되는 유체의 가압력에 의해 승압탱크(10)에 저장된 압축공기가 유체와 함께 압력탱크(3)의 상부로 공급되어 충진된다.

한편, 제7실시예에서는, 도 8 에 도시된 바와 같이, 상기 분기관(5)의 보조가압펌프(6) 후단측에 기체흡인수단(20)이 설치되고, 상기 기체흡인수단(20)에 공기압축기(4)가 연결된다. 여기서, 상기 기체흡인수단(20)은 상술한 이젝터 또는 벤츄리일 수 있다. 이러한 구성에 따라, 압력탱크(3)의 하부 내측에 저장된 유체가 보조가압펌프(6)의 가압력에 의해 분기관(5)을 따라 압력탱크(3)의 상부 내측으로 이송되면서, 상기 기체흡인수단(20)에 의해 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기(또는 질소 등 기타 기체)가 분기관(5)으로 흡인되어 유체와 함께 압력탱크(3)의 상부로 공급되어 충진된다.

도 7 및 도 8 에 도시되지는 않았으나, 상술한 제1실시예 내지 제5실시예에 채용된 기타 구성들은 모두 필요에 따라 제6실시예 및 제7실시예에도 동일하게 채용 가능함은 자명하다 할 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

1 : 가압펌프 2 : 주배관
3 : 압력탱크 4 : 공기압축기
5 : 분기관 6 : 보조가압펌프
10 : 승압탱크 20 : 기체흡인수단

Claims (25)

1. 압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
   상기 공기압축기(4)에서 발생된 압축공기의 압력 보다 더 높은 압력으로 가압된 유체가 수용되는 주배관(2)에 분기 연결되는 분기관(5)과;
   상기 공기압축기(4)로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며, 상기 분기관(5)을 통해 주배관(2) 내부의 가압된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 압력탱크(3)로 토출시키기 위한 승압탱크(10)를 포함하는 고압 공기 공급 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기압축기(4)와 승압탱크(10) 사이에는 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기가 상기 승압탱크(10)로 공급되는 것을 단속하기 위한 압축공기공급제어밸브(30)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 분기관(5)에는 주배관(2)으로부터 분기관(5)으로 분기 이송되는 가압된 유체가 상기 승압탱크(10)로 공급되는 것을 단속하기 위한 가압유체공급제어밸브(20)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 승압탱크(10)의 토출측에는 승압탱크(10)로부터 토출되는 승압된 압축공기를 단속하기 위한 토출제어밸브(42)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 승압탱크(10)의 토출측에는 승압된 압축공기를 가압하기 위한 부스터컴프레서(44)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 승압탱크(10)의 하측에는 유체를 배출하기 위한 드레인밸브(12)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 승압탱크(10)의 상측에는 유체의 배출시 승압탱크(10) 내부로 외기를 유입시키기 위한 외기유입제어밸브(50)가 구비되는 것을 특징으로 하는 고압 공기 공급 장치.
9. 가압펌프(1)와;
   상기 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(2)과;
   상기 주배관(2)에 분기 연결된 압력탱크(3)와;
   압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
   상기 주배관(2)에 분기 연결되는 분기관(5)과;
   상기 공기압축기(4)로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며, 상기 분기관(5)을 통해 주배관(2) 내부의 가압된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 상기 압력탱크(3)로 공급하기 위한 승압탱크(10)를 포함하는 수배관 시스템.
10. 가압펌프(1)와;
    상기 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(2)과;
    상기 주배관(2)에 분기 연결된 압력탱크(3)와;
    압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
    일단은 상기 압력탱크(3)와 주배관(2)을 연결하는 압력탱크연결관(3a)에 연결되고 타단은 상기 압력탱크(3)와 연결되는 분기관(5)과;
    상기 분기관(5)에 설치되어 상기 공기압축기(4)로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며 상기 분기관(5)을 통해 압력탱크연결관(3a)을 따라 흐르는 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 상기 압력탱크(3)로 공급하기 위한 승압탱크(10)를 포함하는 수배관 시스템.
11. 가압펌프(1)와;
    상기 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(2)과;
    상기 주배관(2)에 분기 연결된 압력탱크(3)와;
    압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
    일단은 상기 압력탱크(3)의 하부에 연결되고 타단은 상기 압력탱크(3)의 상부에 연결되는 분기관(5)과;
    상기 분기관(5)에 설치되어 상기 공기압축기(4)로부터 압축공기를 공급받아 일시 저장하며 상기 분기관(5)을 통해 압력탱크(3)의 하부에 저장된 유체를 공급받아 기 저장된 압축공기를 승압하여 상기 압력탱크(3)로 공급하기 위한 승압탱크(10)를 포함하는 수배관 시스템.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 승압탱크(10)는 압력탱크(3)의 하한 수위선 이하의 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분기관(5)의 승압탱크(10) 하측에는 제1차단밸브(5a)가 설치되고, 상측에는 제2차단밸브(5b)가 설치된 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
15. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 공기압축기(4)와 승압탱크(10) 사이에는 제3차단밸브(11)가 설치된 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
16. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기관(5)의 승압탱크(10)와 압력탱크(3) 사이에 보조탱크(10')가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보조탱크(10')는 항시 완충 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
18. 가압펌프(1)와;
    상기 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(2)과;
    상기 주배관(2)에 분기 연결된 압력탱크(3)와;
    압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
    일단은 상기 주배관(2)에 연결되고 타단은 상기 압력탱크(3)와 연결되어, 주배관을 따라 흐르는 유체를 압력탱크(3)로 이송하는 분기관(5)과;
    상기 분기관(5)에 설치되어, 상기 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관(5) 내부로 유입시키는 기체흡인수단(20)을 포함하는 수배관 시스템.
19. 가압펌프(1)와;
    상기 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(2)과;
    상기 주배관(2)에 분기 연결된 압력탱크(3)와;
    압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
    일단은 상기 압력탱크(3)와 주배관(2)을 연결하는 압력탱크연결관(3a)에 연결되고 타단은 상기 압력탱크(3)와 연결되어, 압력탱크연결관(3a)을 따라 흐르는 유체를 압력탱크(3)로 이송하는 분기관(5)과;
    상기 분기관(5)에 설치되어 상기 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관(5) 내부로 유입시키는 기체흡인수단(20)을 포함하는 수배관 시스템.
20. 가압펌프(1)와;
    상기 가압펌프(1)에 의해 가압된 유체를 이송하는 주배관(2)과;
    상기 주배관(2)에 분기 연결된 압력탱크(3)와;
    압축공기를 발생시키기 위한 공기압축기(4)와;
    일단은 상기 압력탱크(3)의 하부에 연결되고 타단은 상기 압력탱크(3)의 상부에 연결되어, 압력탱크(3)의 하부에 저장된 유체를 압력탱크(3)의 상부로 이송하는 분기관(5)과;
    상기 분기관(5)에 설치되어, 상기 공기압축기(4)로부터 발생된 압축공기를 흡인하여 분기관(5) 내부로 유입시키는 기체흡인수단(20)을 포함하는 수배관 시스템.
21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분기관(5)에는 보조가압펌프(6)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
22. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기체흡인수단(20)은 이젝터(22)인 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
23. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기체흡인수단(20)은 벤츄리(24)인 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
24. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분기관(5)의 승압탱크(10)와 압력탱크(3) 사이에 보조탱크(10')가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 보조탱크(10')는 항시 완충 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템.