KR20020046229A - 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 그 시스템에 의한파이프 쿨링 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각탑과 정유량 밸브를 이용한 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 파이프 쿨링 공법에 관한 것이다.

본 발명은 사용되는 냉각수의 양을 최소화하기 위하여 냉각수 재순환형태의 파이프 망을 구성하고, 순환되어 뜨거워진 냉각수의 온도강하를 위해 냉각탑을 사용하며, 각 파이프 망에 균일한 냉각수를 공급하기 위하여 정유량 밸브를 사용한다.

본 발명의 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 파이프 쿨링공법을 적용하면 냉각수의 공급이 원활하지 않은 지역이나 대규모 매스 콘크리트에서 보다 경제적이고 효율적으로 매스 콘크리트의 온도를 제어할 수 있다.

Description

매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 그 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법 {mass concrete temperature control system and pipe cooling method by the system}

본 발명은 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 그 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 매스 콘크리트에 매설된 파이프 망의 유출구를 통하여 배출되는 뜨거워진 냉각수를 냉각탑을 사용하여 다시 냉각시켜 각 파이프 망의 유입구에 일정량을 균일하게 공급하여 순환시키는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 그 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법이다.

일반적으로 굳지 않은 콘크리트의 경화는 시멘트와 물이 반응하는 수화반응에 의하는데, 이 수화반응에 의해 콘크리트에 수화열이 발생한다. 콘크리트의 단면이 큰 매스 콘크리트의 경우 콘크리트 자체의 열전도율이 낮아 내부에서 빠른 속도로 발생하는 열이 외부로 방출되기 어렵고, 이로 인해 콘크리트 내부에는 높은 온도가 발생한다. 이러한 콘크리트 내,외부의 온도차에 의하여 콘크리트에는 높은 온도응력이 발생하고, 이 온도응력은 재령 초기에 콘크리트 구조물 자체의 균열을 유발시켜 내구성을 저하시킨다.

이와 같이 매스 콘크리트 내부에 발생하는 높은 온도를 저감시키기 위한 방법으로 프리 쿨링 공법과 파이프 쿨링 공법이 많이 사용되고 있다.

프리 쿨링 공법은 미리 액체 질소 등을 이용하여 골재를 냉각시키거나 물대신 얼음을 사용하여 콘크리트를 제조함으로써 콘크리트의 전체 에너지를 낮추는 방법이다. 그러나 프리 쿨링 공법은 특수한 장비가 많이 필요하고 공사비가 과도하여 비경제적이며, 콘크리트의 전체 에너지를 낮추더라도 콘크리트 내,외부의 온도차는 여전히 존재하여 온도균열의 발생을 완전히 막을 수 있는 보장이 없다는 문제가 있다.

파이프 쿨링 공법은 콘크리트 내에 파이프를 매설하고 이 파이프 내에 냉각수를 통수시켜 매스 콘크리트 내부의 온도를 제어하는 방법이다.

종래 사용하던 파이프 쿨링 공법은 파이프 망의 유입구로 들어와 콘크리트 내에 매설된 파이프를 통과하면서 뜨거워진 냉각수를 유출구에서 그대로 배출하고 계속적으로 새로운 냉각수를 유입구로 공급하는 방식이었다. 그러나 냉각수의 공급이 원활하지 않거나 냉각수의 사용량이 매우 많다면, 냉각수의 공급이 문제가 되어 비경제적인 공법이 될뿐 아니라 냉각수의 공급 문제가 해결된다 하더라도 대규모 매스 콘크리트 온도제어시 많은 양의 뜨거워진 냉각수를 인근의 하천으로 방류한다면 환경문제를 야기할 우려가 있다.

또한 파이프 쿨링 공법에서는 유입구와 유출구 사이의 거리를 어느 정도 제한하고 있는데, 대규모 매스 콘크리트에서는 각 파이프망의 개수가 크게 증가하고 이로 인해 유입구의 수가 크게 증가한다. 그런데 각 유입구에 들어가는 냉각수의 양이 다르다고 하면 매스 콘크리트의 내부 온도가 균일하게 제어되지 않으므로 오히려 온도의 부등분포를 초래하여 온도균열을 조장할 우려가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 적은 양의 냉각수로도 파이프 쿨링을 안정적이고 경제적으로 실시할 수 있으며, 콘크리트 구조체에 매설되는 각각의 파이프 망에 동시에 일정한 유량의 냉각수가 공급되도록 하여 매스 콘크리트 내부의 온도를 균일하게 제어할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 매스 콘크리트 온도 제어 시스템의 개략도이다.

도2는 본 발명의 파이프 쿨링 공법을 나타내는 개념도이다.

< 도면의 주요 부호의 설명 >

10 : 냉각탑 20 : 냉각수 순환펌프

30 : 냉각탑에서 냉각된 냉각수를 공급하는 관

40 : 순환되어 뜨거워진 냉각수를 다시 냉각탑으로 운송하는 관

50 : 정유량 밸브 60 : 콘크리트내에 매설된 파이프

70 : 파이프 쿨링 종료 후 냉각수를 배출하는 관

80 : 긴급 상황 또는 냉각수 증발에 따라 냉각수를 공급하는 관

90 : 파이프 쿨링 공법을 적용하는 콘크리트 구조체

본 발명에 따른 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 그 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법은 파이프 쿨링에 사용된 냉각수를 배출시키지 않고 재사용하는 하는 것을 특징으로 하며 또한 콘크리트 구조체에 매설되는 각 파이프 망에 균일한 유량의 냉각수를 공급하여 순환시킴으로써 매스 콘크리트내의 온도를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 과제룰 해결하기 위한 수단으로서 냉각탑과 정유량 밸브를 사용한다.

상기 냉각탑은 파이프 쿨링 공법 적용시 매스 콘크리트내에 매설된 파이프 망을 통과하면서 뜨거워진 냉각수를 계획된 온도 수준으로 떨어뜨려 다시 순환시키기 위한 것으로서, 뜨거워진 냉각수를 냉각시키지 않고 그대로 다시 사용하여 순환시킨다면 매스 콘크리트내의 온도 저감을 기대할 수 없으므로 냉각장치의 사용은 필수적이다.

이러한 냉각장치로서 일반적으로 사용되고 있는 것에는 냉동기와 냉각탑이 있다. 통상적으로 냉동기의 임대는 잘 이루지지 않으므로 구입을 해야 하는데, 이는 막대한 비용을 요할 뿐만 아니라 활용도의 측면에서 볼 때 비경제적이다. 그러나 냉각탑의 경우에는 임대가 용이할 뿐 아니라 냉각효율도 높으므로 매우 경제적이다. 따라서 본 발명에서는 냉각장치로 냉각탑을 사용한다.

상기 정유량 밸브는 밸브 전, 후의 압력차를 일정 범위이내로 제한함으로써 유량을 일정하게 공급하는 밸브이다.

매스 콘크리트에 파이프 쿨링 공법을 적용하는 경우 매스 콘크리트내에 매설되는 파이프 망의 유입구의 수는 매스 콘크리트의 크기에 비례하여 증가하고, 파이프 쿨링 공법에 의한 매스 콘크리트 온도제어의 성패는 전체 파이프 배관 망에 설계된 유량을 얼마만큼 정확히 보내주느냐에 달려 있다. 이 경우 특별한 장치가 없다고 가정하면 냉각수 순환펌프 가까이에 있는 파이프 망에는 많은 양의 냉각수가 공급될 것이고, 상대적으로 멀리 떨어져 있는 파이프 망에는 냉각수의 공급량이 적을 것이다. 그 결과 매스 콘크리트내 온도의 부등 분포를 초래하게 되고 이로 인해 온도균열을 발생시킨다. 따라서 냉각수 순환펌프와의 상대적 거리에 관계없이 각 파이프 망에 공급되는 냉각수의 양을 일정하게 유지하는 것이 중요하므로 본 발명에서는 정유량 밸브를 각 파이프 망의 유입구에 설치하여 사용한다.

이하 첨부한 도면에 따라 본 발명의 구체적 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 매스 콘크리트의 온도제어 시스템의 개략도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 매스 콘크리트 온도제어 시스템은 크게 냉각탑(10), 냉각수 순환펌프(20), 정유량 밸브(50) 및 콘크리트 구조체(90)내에 매설되는 파이프(60)로 구성되는데, 주가지관에 의하여 서로 연결된다.

이와 같은 본 발명의 매스 콘크리트의 온도제어 시스템의 각 구성요소를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 냉각탑(10)은 콘크리트 구조체(90)내에 매설된 파이프(60) 망을 순환하여 뜨거워진 냉각수룰 계획된 온도로 냉각시키기 위한 것으로서, 상기 냉각탑(10)에 의하여 냉각된 냉각수를 순환펌프(20)로 보내는 관, 상기 파이프(60) 망을 순환하여 뜨거워진 냉각수를 모아서 다시 냉각탑으로 운송하는 관(40), 파이프 쿨링 종료 후 냉각수를 배출하는 관(70) 및 긴급 상황 또는 냉각수의 증발에 따라 냉각수를 보충하는 관(80)이 연결된다.

상기 냉각탑(10)은 본 발명이 적용되는 콘크리트 구조체의 크기 또는 현장 상황에 따라 1대 이상 설치될 수 있으며, 냉각 방식에 따른 제한은 없으나 운전의 안정성 측면에서 강제통풍식이 바람직하다.

상기 냉각수 순환펌프(20)는 상기 냉각탑(10)과 관으로 연결되어 상기 냉각탑(10)에서 소정의 온도로 냉각된 냉각수를 콘크리트 구조체(90)에 매설된 각 파이프(60) 망에 공급하여 순환시키는 역할을 한다.

상기 냉각수 순환펌프(20)는 본 발명이 적용되는 구조체의 크기 또는 현장 상황에 따라 1대 이상 설치될 수 있다. 그러나 매스 콘크리트의 규모가 큰 경우에 상기 냉각수 순환펌프(20) 1대만으로 냉각수를 공급하기 위해서는 주가지관의 관경이 커져야 하는데 이는 비경제적일 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 상기 냉각수 순환펌프(20)를 2대 이상 설치하는 것이 바랍직하다.

상기 정유량 밸브(50)는 콘크리트 구조체(90)내에 매설되는 파이프(60) 망에 공급되는 냉각수의 양을 일정하게 유지하기 위한 것으로서 상기 파이프(60) 망의 유입구에 설치된다. 상기 정유량 밸브(50)에 의하여 상기 파이프(60) 망에 공급되는 냉각수의 양이 일정하게 유지됨으로써 매스 콘크리트내의 온도제어를 균일하게 할 수 있다.

상기 정유량 밸브(50)로는 수동 정유량 밸브 또는 자동 정유량 밸브 어느 것이나 가능하다. 그러나 수동 정유량 밸브의 경우 파이프 망이 많아 유입구의 개수가 많은 경우에는 각각에 대하여 유량을 수동으로 측정하여야 하는 번거로움이 있으므로 사전에 계획된 설계 유량을 자동으로 조절해 주는 자동 정유량 밸브가 바람직하다.

상기 파이프(60)는 본 발명의 매스 콘크리트의 온도제어 시스템이 적용되는 콘크리트 구조체(90)내에 소정의 간격으로 매설되며, 상기 파이프(60)에 냉각수가 공급되어 순환됨으로써 냉각수와 콘크리트의 열교환에 의하여 본 발명의 목적인 매스 콘크리트의 온도제어가 이루어지게 된다.

상기 파이프(60)로는 PVC파이프나 강관파이프 어느 것이나 가능하나 열전도의 효율성 및 콘크리트와의 접착성 면에서 얇은 주름 강관파이프가 바람직하다.

파이프 쿨링이 종료되면 상기 파이프(60) 속을 콘크리트나 모르터로 충진한다.

상기 냉각탑(10), 냉각수 순환펌프(20) 및 파이프(60) 망은 관으로 연결되며 냉각수는 상기 냉각탑(10)에서 냉각되어 냉각수 순환펌프(20)를 거쳐 콘크리트 구조체(90)내에 매설된 파이프(60) 망을 순환하여 다시 상기 냉각탑(10)으로 되돌아 오는 과정을 파이프 쿨링 종료시까지 반복하게 된다.

도2는 상기한 본 발명의 매스 콘크리트의 온도제어 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법을 나타내는 개념도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 파이프 쿨링 공법은 다음과 같은 단계로 이루어 진다.

먼저 파이프를 매설하는 단계에서는, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 쿨링공법을 적용하고자 하는 콘크리트 구조체(90)에 소정의 간격으로 파이프(60) 망을 매입하여 설치한다. 매설되는 파이프는 얇은 주름 강관파이프가 바람직하며, 콘크리트 구조체(90)내에 배치되는 구조용 철근 등에 결속된다. 구조용 철근 등과 잘 접촉시킨 경우에는 콘크리트보다 열전도성이 월등히 뛰어난 철근을 통하여 열의 전달이 이루어질 수 있어 보다 효율적인 열전달이 이루어질 수 있다.

상기 파이프(60)의 유입구에는 정유량 밸브(50)가 설치되는데, 상기 정유량 밸브(50)는 밸브 전,후의 압력차를 일정하게 제한함으로써 각 파이프(60) 망에 균일한 유량의 냉각수를 공급하는 역할을 한다.

상기 정유량 밸브(50)로는 수동 정유량 밸브 또는 자동 정유량 밸브 모두 가능하나 콘크리트 구조체의 크기가 커서 파이프 망의 유입구가 많은 경우에는 자동 정유량 밸브가 바람직하다.

다음 냉각수를 냉각하는 단계에서는, 상기 냉각탑(10)에 냉각수를 공급하여 계획된 온도로 냉각시키게 된다. 상기 냉각탑에는 긴급 상황시 또는 냉각수의 증발에 따라 냉각수를 보충하기 위한 관(80), 파이프 쿨링 종료시 냉각수를 배출하기 위한 관(70)이 연결되며, 소정의 온도로 냉각된 냉각수는 관을 통해 냉각수 순환펌프(20)로 보내진다.

냉각수를 순환시키는 단계에서는, 상기 냉각탑(10)에서 소정의 온도로 냉각된 냉각수를 냉각수 순환펌프(20)를 사용하여 각 파이프(60) 망에 공급하게 된다.

이 때 상기 냉각수 순환펌프(20)에 가까운 파이프(60) 망에는 많은 양의 냉각수가 공급되고, 상대적으로 멀리 떨어져 있는 파이프(60) 망에는 적은 양의 냉각수가 공급되어 매스 콘크리트내 온도의 부등 분포를 초래할 염려가 있으므로 이를 방지하기 위하여 각 파이프(60) 망의 유입구에 상기 정유량 밸브(50)를 설치한다

상기 정유량 밸브(50)로 인하여 상기 냉각수 순환펌프(20)와의 상대적 거리에 관계없이 각 파이프(60) 망에는 균일하게 일정한 유량이 공급되고 따라서 매스 콘크리트내의 온도분포를 균일하게 제어할 수 있다.

냉각수를 재냉각하는 단계에서는, 상기 냉각수 순환단계를 거쳐 뜨거워진 냉각수가 관(40)을 따라 다시 상기 냉각탑(10)에 다시 공급되어 계획된 온도로 다시 냉각된다.

이렇게 다시 냉각된 냉각수는 상기 과정을 반복하여 파이프 쿨링 종료시까지 재사용된다.

파이프 쿨링이 종료되면 냉각수를 인근 하천 등으로 방류하게 되는데. 이 때 뜨거운 냉각수를 그대로 방류하지 않고 하천 수온에 맞추어 냉각하여 방류함으로써 뜨거운 냉각수룰 그대로 방류함으로써 발생할 수 있는 환경문제를 미연에 방지할 수 있다.

본 발명의 매스 콘크리트의 온도제어 시스템 및 그 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법은 사용된 냉각수를 그대로 방류하지 않고 냉각시켜 재사용하는 방법을 채택함으로써 냉각수의 공급이 원활하지 않은 지역에서 파이프 쿨링 공법을 적용할 때 적은 양의 냉각수만으로도 경제적이고 안정적으로 파이프 쿨링 공법을 실시할 수 있다.

또한 파이프 쿨링 종료 후 뜨거운 냉각수를 그대로 방류하지 않고 인근 하천 등의 수온에 맞추어 방류함으로써 뜨거운 냉각수를 그대로 방류함으로써 발생할 수 있는 환경문제를 미연에 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 매스 콘크리트의 크기에 관계없이 매설된 각 파이프 망에 계획된 유량을 균일하게 공급함으로써 매스 콘크리트 전체에 균일한 온도제어를 할 수 있기 때문에 온도균열의 제어에 효과적이다.

Claims (6)

1. 파이프 쿨링 공법에 의한 매스 콘크리트의 온도제어 시스템에서,

   냉각수를 순환시키기 위하여 콘크리트 구조체내에 소정의 간격으로 매설되는 파이프 망 ;

   상기 파이프 망에 공급되는 냉각수를 계획된 온도로 냉각시키는 냉각탑 ;

   상기 냉각탑과 관으로 연결되어 상기 냉각탑에서 냉각된 냉각수를 상기 파이프 망에 공급하는 냉각수 순환펌프 ;

   상기 냉각수 순환펌프에 의하여 상기 파이프 망에 공급되는 냉각수의 양을 일정하게 유지하기 위하여 상기 파이프 망의 유입구에 설치되는 정유량 밸브 ; 및

   상기 냉각탑, 냉각수 순환펌프 및 파이프 망 사이를 연결하는 주가지관 ;

   을 포함하며, 상기 냉각수를 재순환시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템.
2. 제1항에서, 상기 냉각수 순환펌프는 적어도 1대 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템.
3. 제1항에서, 상기 정유량 밸브는 사전에 계획된 설계 유량을 자동으로 조절해주는 자동 정유량 밸브인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템.
4. 매스 콘크리트에 파이프 쿨링을 위한 파이프 망을 소정의 간격으로 매설하고 상기 파이프 망의 유입구에 정유량 밸브를 설치하는 단계 ;

   냉각탑에 냉각수를 공급하여 소정의 온도로 냉각시키는 단계 ;

   소정의 온도로 냉각된 냉각수를 냉각수 순환펌프를 사용하여 매스 콘크리트에 매설된 파이프 망에 공급하여 순환시키는 단계 ; 및

   상기 파이프 망에 순환되어 뜨거워진 냉각수를 다시 냉각탑에 공급하여 소정의 온도로 냉각시키는 단계 ;

   를 포함하며. 상기 냉각수를 재순환시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법.
5. 제4항에서, 상기 정유량 밸브는 사전에 계획된 설계 유량을 자동으로 조절해주는 자동 정유량 밸브인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법.
6. 제4항에서, 상기 냉각수 순환펌프는 적어도 1대 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 온도제어 시스템에 의한 파이프 쿨링 공법.