KR20090047898A - 압력유지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어대상시스템의 압력이 유체저장조보다 저압상태인 경우 제어대상시스템으로의 역류현상이 발생하는 급수밸브와, 설정된 범위 내에서 압력이 유지되는 유체저장조를 이용하여 제어대상시스템을 적정 압력으로 유지시킬 수 있도록 하는 압력유지장치에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명의 압력유지장치는, 유체가 배관 내부를 순환하며 폐회로를 형성하는 제어대상시스템의 내부 압력을 일정한 압력으로 유지하기 위한 압력유지장치에 있어서, 상기 제어대상시스템과 연결되고 내부에 수용된 유체는 기 설정된 범위 내에서 압력이 유지되는 유체저장조; 상기 제어대상시스템 내부 압력을 측정하기 위한 압력센서;및 상기 유체저장조와 상기 제어대상시스템 사이에 설치되어 상기 압력센서에서 측정된 제어대상시스템의 압력이 기 설정된 허용압력범위보다 높은 경우에는 상기 제어대상시스템의 유체가 상기 유체저장조로 환수되도록 벨로우즈를 개방시키고, 상기 제어대상시스템의 압력이 상기 유체저장조의 압력보다 낮은 경우에는 상기 벨로우즈에서 역류가 발생하여 상기 유체저장조의 유체가 상기 제어대상시스템으로 유입되도록 하는 급수밸브;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
시스템 압력, 급수밸브, 벨로우즈, 유체저장조.

Description

압력유지장치{Pressure maintenance apparatus}
본 발명은 제어대상시스템의 압력유지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어대상시스템의 압력이 유체저장조보다 저압상태인 경우 제어대상시스템으로의 역류현상이 발생하는 급수밸브와, 설정된 범위 내에서 압력이 유지되는 유체저장조를 이용하여 제어대상시스템을 적정 압력으로 유지시킬 수 있도록 하는 압력유지장치에 관한 것이다.
일반적으로 연소기기 등의 시스템은 그 내부에 난방수 등의 유체가 수용된 상태에서 작동이 이루어지며, 유체의 유량과 온도 변화에 따라서 시스템의 압력이 변동하게 된다. 따라서 시스템의 원활한 작동을 위해서는 시스템 내부를 적정한 기준 압력의 범위 내로 조절하여야 한다. 특히, 보일러 시스템의 경우에는 고온,고압 상태에서 시스템의 작동이 이루어지고, 난방수 등 유체의 원활한 흐름을 위해서도 시스템 내부의 압력조절은 매우 중요한 문제이다.
도 1은 종래 밀폐식 보일러 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
밀폐식 보일러(1)는 외부의 공기가 시스템 내부로 침투하는 것을 차단함으로써 용존산소에 의한 난방배관 등의 부식방지 목적으로 사용되거나 또는 난방개소 보다 낮은 장소에 설치하는 경우에 사용된다.
밀폐식 보일러(1)에서의 유체의 흐름에 의한 열전달 과정은, 유체가 펌프(10)의 작동에 의해 열교환기(20)로 유입되고, 상기 열교환기(20)에서는 송풍기(22)에 의한 공기 공급과 버너(21)의 연소에 의해 발생하는 연소열을 유체로 전달하게 되며, 가열된 유체는 3방밸브(30)를 통과하여 난방지역(40)을 경유한 후 다시 열교환기(20)로 유입된다.
또한, 온수 사용시에는 상기 3방밸브(30)에서 열교환기(60)로 유입되어 온수용 열교환이 이루어진다.
한편, 유체의 이동 경로상에 설치되는 압력센서(120)를 통하여 밀폐식 보일러 내부의 압력을 감지하여, 만일 압력이 기준 최대 허용 압력보다 높은 고압상태인 경우라면 자동으로 과압안전밸브(130)가 작동되어 시스템의 압력을 떨어뜨리게 된다.
밀폐식 보일러(1)의 작동 상태에서는 유체의 온도가 상승함에 따라 시스템 내부의 압력 또한 상승하게 되는데, 과도한 압력 상승에 의한 배관의 파손을 방지하기 위하여 밀폐식 보일러(1)에는 그 압력유지 수단으로써 밀폐식 팽창탱크(110a)가 구비된다. 상기 밀폐식 팽창탱크(110a)는 가운데 부분의 고무판(110b)을 경계로 하여 일측의 질소 저장부(110c)와 타측의 유체저장부(110d)가 서로 격리되도록 구성되어 있다.
상기 밀폐식 팽창탱크(110a)는 물의 비압축성과 질소의 압축성을 이용하여 시스템 내부의 압력변화에 대응하여 고무판(110c)이 좌우로 변형되어 상기 유체저 장부(110d) 내부의 유체 수용량을 변경함으로써 제어대상시스템 내부의 압력을 조절하게 된다.
상기 제어대상시스템은 예컨대, 도 1에서 점선으로 표시된 부분을 가리킨다. 즉, 밀폐식 팽창탱크(110a)를 제외한 밀폐식 보일러(1) 시스템의 압력이 고압상태인 경우에는 유체가 시스템으로부터 유체저장부(110d)로 유입되면서 상기 고무판(110c)이 질소 저장부(110c)측으로 변형되고, 반대로 시스템의 압력이 저압상태인 경우에는 유체가 유체저장부(110d)로부터 시스템으로 공급되면서 상기 고무판(110c)이 유체저장부(110d)측으로 변형된다.
그러나 상기 종래의 밀폐식 보일러(1) 시스템의 압력유지수단인 밀폐식 팽창탱크(110a)는 그 구조가 복잡하여 제작이 용이하지 않을 뿐만 아니라 비용이 고가인 단점이 있어 전체적인 보일러 제작비용을 상승시키게 되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 밀폐식 팽창탱크(110a)를 대체하여 시스템의 압력을 허용 범위 내로 유지시킬 수 있는 시스템의 압력유지장치의 고안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제어대상시스템의 압력을 기준 허용 범위내로 유지시키기 위한 장치의 구조를 간소화하여 그 제작비용을 절감할 수 있도록 하는 압력유지장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 압력유지장치는, 유체가 배관 내부를 순환하며 폐회로를 형성하는 제어대상시스템의 내부 압력을 일정한 압력으로 유지하기 위한 압력유지장치에 있어서, 상기 제어대상시스템과 연결되고 내부에 수용된 유체는 기 설정된 범위 내에서 압력이 유지되는 유체저장조; 상기 제어대상시스템 내부 압력을 측정하기 위한 압력센서;및 상기 유체저장조와 상기 제어대상시스템 사이에 설치되어 상기 압력센서에서 측정된 제어대상시스템의 압력이 기 설정된 허용압력범위보다 높은 경우에는 상기 제어대상시스템의 유체가 상기 유체저장조로 환수되도록 벨로우즈를 개방시키고, 상기 제어대상시스템의 압력이 상기 유체저장조의 압력보다 낮은 경우에는 상기 벨로우즈에서 역류가 발생하여 상기 유체저장조의 유체가 상기 제어대상시스템으로 유입되도록 하는 급수밸브;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체저장조는 상측이 개방되어 있고, 상부의 일측에는 오버플로우구가 형성되고, 하부의 일측에는 수위감지센서가 구비된 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 유체저장조는 비닐 팩 형태로서 외부의 공기와 차단된 밀폐형인 것을 특징으로 한다.
상기 제어대상시스템은, 순환펌프에 의해 압송되는 난방수가 열교환기에서 가열된 후 난방지역을 경유하면서 난방이 이루어진 후에 상기 순환펌프로 환수되는 폐회로인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압력유지장치에 의하면, 제어대상시스템의 압력이 유체저장조의 압력보다 낮은 경우에는 유체가 시스템 방향으로 역류하는 급수밸브를 이용하고, 내부에 수용된 유체가 설정된 범위 내에서 압력이 유지되는 유체저장조를 구비함으로써 제어대상시스템의 압력유지장치의 구조를 간소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 유체저장조를 비닐 팩 형식의 밀폐형으로 구성할 경우에는 구조를 더욱 간소화할 수 있으며, 개방형으로 구성할 경우에 발생할 수 있는 용존산소에 의한 배관 등의 부식현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 본 발명에 사용되는 급수밸브가 닫힌 상태도, 도 2b는 전원의 인가에 의해 급수밸브가 개방된 상태도, 도 2c는 역류현상에 의해 급수밸브가 개방된 상태도이다.
본 발명의 급수밸브(200)는 세탁기 등에 급수용으로 상용화되어 있는 벨로우즈 형식의 급수밸브를 사용한 것이다.
급수밸브(200)의 프레임(210) 내부의 상단에는 스프링(215)의 일단이 고정되고, 상기 스프링(215)의 타단은 로드(230)의 상단에 접촉되며, 상기 로드(230)의 하단에는 개폐패킹(240)이 부착되어 있다. 상기 개폐패킹(240)은 후술되는 입수공(260)의 기밀유지를 위해 고무재질로 구성함이 바람직하다.
프레임(210)의 외측 둘레에는 솔레노이드(220)가 구비되어 전원이 인가된 상태에서는 자기장이 형성되어 상기 로드(230)와 개폐패킹(240)이 일체로 상기 스프링(215)이 수축되는 상측방향으로 들어 올려지게 된다.
프레임(210)의 하측에는 벨로우즈(245)가 구비되어 있다.
상기 벨로우즈(245)에는 유체저장조(400)와 연통되는 통로인 입수공(260)이 상기 개폐패킹(240)의 하측 위치에 형성되어 있고, 상기 벨로우즈(245)의 일측에는 제어대상시스템(300)과 연통되는 통로인 급수공(250)이 형성되어 있다.
도 2a는 제어대상시스템(300)의 압력(P1)이 기 설정된 허용압력범위 보다 높은 경우에, 솔레노이드(220)에 전원이 인가되지 않은 상태에서 스프링(215)이 개폐패킹(240)에 하측 방향의 힘을 작용하여 입수공(260)을 밀폐시킨 상태를 나타낸다.
이러한 상태에서 제어대상시스템(300)의 고압 상태를 적정수준의 압력으로 떨어뜨리기 위해서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(220)에 전원을 인가하여 로드(230)가 상방향으로 당겨짐에 따라 개폐패킹(240)이 상방향으로 이동되도록 하여 입수공(260)을 개방시킴으로써 제어대상시스템(300)으로부터 유체저장조(400) 방향으로 유체의 일부가 환수되도록 하여 제어대상시스템(300)과 유체저장조(400)간에 압력의 균형이 이루어지도록 조절하게 된다.
도 2c는 제어대상시스템(300)의 압력(P1)이 유체저장조(400)의 압력(P2) 보다 낮은 상태인 경우에는 솔레노이드(220)에 전원을 인가하지 않은 경우라도 압력차이에 의해 개폐패킹(240)이 상방향으로 들려지면서 입수공(260)이 개방되어 유체저장조(400)로부터 제어대상시스템(300) 방향으로 유체가 유입되는 역류현상이 발생한다.
상기 역류현상은 특히 제어대상시스템(300)이 허용압력범위 보다 저압 상태인 경우에 별도의 조치를 취하지 않더라도 역류현상에 의하여 자동적으로 제어대상시스템(300)과 유체저장조(400)간의 압력 조절이 이루어지는 장점이 있다.
이하 서술되는 본 발명의 두 가지 실시예는 모두 상기 급수밸브(200)를 이용하여 시스템(300)의 압력을 조절하는 데 있어서 공통적이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압력유지장치의 구성도이다.
본 발명의 일실시예는 유체저장조(400)와 제어대상시스템(300) 사이에 급수밸브(200)가 설치된다.
제어대상시스템(300)에는 압력센서(310)가 구비되어 상기 제어대상시스템(300) 내부의 압력을 감지하며, 상기 압력센서(310)에 전기적으로 연결된 제어부(도시되지 않음)에서는 상기 제어대상시스템(300) 내부의 압력이 허용압력범위 보다 고압 상태인 경우에는 솔레노이드(220)에 전원이 인가되도록 제어하게 된다.
유체저장조(400)의 구조는, 상측으로는 개방되어 있고, 상부 일측에는 오버플로우구(410)가 형성되고, 하부 일측에는 수위감지센서(420)가 구비되며, 저면의 일측으로는 상기 급수밸브(200)와 연통되어 있다.
상기 유체저장조(400)내에 저장되는 유체의 수압(P)은 항상 제어대상시스템(300)의 최대 허용 압력(Pmax)과 최소 허용 압력(Pmin) 사이의 범위내(Pmin < P < Pmax)에 있도록 조절된다. 상기 오버플로우구(410)의 위치에 해당하는 수위는 제어대상시스템(300)의 최대 허용 압력(Pmax)에 대응되며, 상기 수위감지센서(420)가 부착되는 위치에 해당하는 수위는 제어대상시스템(300)의 최소 허용 압력(Pmin)에 대응된다.
따라서, 유체저장조(400)내의 압력이 제어대상시스템(300)의 최대 허용 압력(Pmax)을 초과할 경우에는 오버플로우구(410)를 통해 유체가 외부로 배출되고, 유체저장조(400)내의 압력이 제어대상시스템(300)의 최소 허용 압력(Pmin) 미만인 경우에는 수위감지센서(420)와 연결된 제어부(도시되지 않음)에서는 유체저장조(400)로 유체가 외부(도시되지 않음)로부터 유입되도록 제어하게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력유지장치의 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예는 도 3에 도시된 유체저장조(400)를 대체하여 비닐 팩(vinyl pack) 형태의 유체저장조(500)를 구비한 것을 특징으로 한다.
유체저장조(500)를 밀폐된 비닐 팩 형태로 구성하여, 외부 공기의 침투를 차단함으로써 용존산소에 의해 배관 등이 부식되는 문제점을 방지할 수 있게 된다.
유체저장조(500)의 주변 압력은 대기압 상태이고, 제어대상시스템(300) 내부의 압력에 상응하여 상기 유체저장조(500)가 수축 또는 이완되면서 제어대상시스 템(300)의 압력을 적정 압력으로 조절하게 된다.
즉, 제어대상시스템(300) 내부의 압력이 허용 압력 보다 고압 상태인 경우에는, 급수밸브(200)의 솔레노이드(220)에 전원을 인가하여 유체저장조(500)로 연통되는 입수공(260)을 개방시킴으로써 제어대상시스템(300) 내부의 유체가 유체저장조(500) 방향으로 환수되도록 하여 제어대상시스템(300) 내부의 압력을 허용 압력까지 떨어지도록 조절하게 되며, 이때 유체저장조(500)는 팽창된 상태가 된다.
반대로, 제어대상시스템(300) 내부의 압력이 유체저장조(500)의 압력 보다 저압 상태인 경우에는, 급수밸브(200)에서의 역류현상으로 유체저장조(500) 내부에 수용되어 있던 유체가 제어대상시스템(300) 방향으로 공급되어 제어대상시스템(300) 내부의 압력을 허용 압력까지 상승시키게 되며, 이때 유체저장조(500)는 수축된 상태가 된다.
한편, 본 발명에서의 제어대상시스템(300)은 도 1에 도시된 폐회로 시스템 즉, 순환펌프(10)에 의해 압송되는 난방수가 열교환기(20)에서 가열된 후 난방지역(40)을 경유하면서 난방이 이루어진 후에 상기 순환펌프(10)로 환수되는 밀폐형 보일러(1)의 폐회로로 구성될 수 있다.
또한, 상기 밀폐형 보일러(1)에 온수 공급 장치가 추가된 경우에는, 상기 제어대상시스템(300)은 순환펌프(10)에 의해 압송되는 난방수가 열교환기(20)에서 가열된 후 3방밸브(30)를 거쳐서 온수용 열교환기(60)로 유입되어 직수를 온수로 가열시키는 열교환이 이루어진 후에 순환펌프(10)로 환수되는 폐회로가 추가된 것으로 구성될 수 있다.
도 1은 종래 밀폐식 보일러 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2a는 본 발명에 사용되는 급수밸브가 닫힌 상태도, 도 2b는 전원의 인가에 의해 급수밸브가 개방된 상태도, 도 2c는 역류현상에 의해 급수밸브가 개방된 상태도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압력유지장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력유지장치의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 밀폐식 보일러 10 : 펌프
20,60 : 열교환기 30 : 3방밸브
110a : 밀폐식 팽창탱크 200 : 급수밸브
210 : 프레임 215 : 스프링
220 : 솔레노이드 230 : 로드
240 : 개폐패킹 245 : 벨로우즈
250 : 입수공 260 : 급수공
300 : 시스템 310 : 압력센서
400,500 : 유체저장조 410 : 오버플로우구
420 : 수위감지센서

Claims (4)

  1. 유체가 배관 내부를 순환하며 폐회로를 형성하는 제어대상시스템의 내부 압력을 일정한 압력으로 유지하기 위한 압력유지장치에 있어서,
    상기 제어대상시스템과 연결되고 내부에 수용된 유체는 기 설정된 범위 내에서 압력이 유지되는 유체저장조;
    상기 제어대상시스템 내부 압력을 측정하기 위한 압력센서;및
    상기 유체저장조와 상기 제어대상시스템 사이에 설치되어 상기 압력센서에서 측정된 제어대상시스템의 압력이 기 설정된 허용압력범위보다 높은 경우에는 상기 제어대상시스템의 유체가 상기 유체저장조로 환수되도록 벨로우즈를 개방시키고, 상기 제어대상시스템의 압력이 상기 유체저장조의 압력보다 낮은 경우에는 상기 벨로우즈에서 역류가 발생하여 상기 유체저장조의 유체가 상기 제어대상시스템으로 유입되도록 하는 급수밸브;로 이루어진 것을 특징으로 하는 압력유지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유체저장조는 상측이 개방되어 있고, 상부의 일측에는 오버플로우구가 형성되고, 하부의 일측에는 수위감지센서가 구비된 것을 특징으로 하는 압력유지장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유체저장조는 비닐 팩 형태로서 외부의 공기와 차단된 밀폐형인 것을 특징으로 하는 압력유지장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제어대상시스템은, 순환펌프에 의해 압송되는 난방수가 열교환기에서 가열된 후 난방지역을 경유하면서 난방이 이루어진 후에 상기 순환펌프로 환수되는 폐회로인 것을 특징으로 하는 압력유지장치.
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