KR20090096810A - 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상변화 물질를 이용한 동파방지 밸브에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 외기의 온도가 물의 어는점 온도 이하로 내려가서 배관이 동파되기 전에 배관 내의 물을 일정량 또는 완전히 배출시킴으로써 배관의 동파 사고를 미연에 방지할 수 있는 동파방지 밸브에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 동파방지 밸브는 유체가 흐르는 유동배관에 형성되는 배관포트에 결합하여 상기 유동배관의 동파를 방지하는 배관 동파 방지 장치에 있어서, 양단 내측에 나사산이 형성되는 내부 중공의 밸브 몸체와; 상기 밸브 몸체의 일단에 나사 결합하고, 상기 배관포트와 연결되는 연결관과; 상기 밸브 몸체의 타단에 결합하고, 내부 공간에 상변화 물질이 수용된 수용관; 및 상기 밸브 몸체의 내부에 수용되고, 상기 연결관과 상기 수용관 사이에 구비되는 개폐 밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

동파, 밸브, 배관, 피스톤, 포접화합물

Description

상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브{Frozen To Burst Prevention Valve Using Phase Change Matter}

본 발명은 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 외기의 온도가 물의 어는점 온도 이하로 내려가서 배관이 동파되기 전에 배관 내의 물을 일정량 또는 완전히 배출시킴으로써 배관의 동파 사고를 미연에 방지할 수 있는 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 물을 열교환 매체로 이용한 가열과 냉각은 냉난방공기조화 설비, 냉장 및 냉동설비, 산업시설 등에서 다양하게 사용된다. 특히, 수냉식 응축기와, 냉난방 공기조화기의 열교환 코일, 증발식 냉각탑은 영하의 대기온도에 노출되거나 관리소홀의 문제로 배관 동파사고의 잠재성을 내포하고 있다.

이러한 동파사고는 수자원 손실은 물론 물의 누출로 인한 건축물의 피해를 발생하고, 동파시설의 보수공사를 위한 막대한 보수비용 등의 손실을 유발하기 때문에 이를 방지하기 위한 노력과 대책이 필요하다.

밀폐된 관로 내부를 유동하는 물은 유동상태에서는 결빙되지 않으나, 유동이 정지된 상태에서 결빙온도에 이르면 물은 얼면서 액체에서 고체로 상변화되어 부피 팽창(약 10%)이 일어나고, 이 부피팽창에 따른 압력증가를 관로나 장치에서 수용하지 못하면 동파가 발생하게 된다.

이러한 동파사고를 방지하기 위한 일반적인 대책으로서, 보온, 열선시설, 가열장치, 유체에 부동액인 브라인 혼합 및 관로의 물을 계속 유동시키기 위한 배수 등의 방법이 있으나, 이들의 방법들은 별도의 가열 에너지와 장치가 요구되고 물 손실 등의 문제점이 있었다.

한편, 관로의 동파사고를 방지하기 위한 장치로, 팽창압력에 의한 승강을 통해 개폐 밸브를 개폐시켜 팽창압력을 외부로 전달한 후 자동으로 압입통로를 폐쇄시켜 물의 누출을 차단하는 동파방지용 안전플럭이 제시되고 있으며, 이는 팽창압력이 과도할 경우 파열부재의 파열이 발생하면서 물이 배출되는 구조로 되어 있으나, 파열부재가 파열될 경우 파열부재를 새로 교체해야 하는 번거로움이 있으며, 장비의 교체로 인한 유지 비용이 증가하게 되는 문제점 또한 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 외기의 온도가 물의 결빙온도 이하로 내려가서 배관이 동파되기 전에 미리 배관 내의 물을 일정량 또는 완전히 배출시킴으로써 물의 결빙에 의한 배관의 동파 사고를 미연에 방지할 수 있는 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브는 유체가 흐르는 유동배관에 형성되는 배관포트에 결합하여 상기 유동배관의 동파를 방지하는 동파방지 밸브에 있어서, 양단 내측에 나사산이 형성되는 내부 중공의 밸브 몸체와; 상기 밸브 몸체의 일단에 나사 결합하고, 상기 배관포트와 연결되는 연결관과; 상기 밸브 몸체의 타단에 결합하고, 내부 공간에 상변화 물질이 수용된 수용관; 및 상기 밸브 몸체의 내부에 수용되고, 상기 연결관과 상기 수용관 사이에 구비되는 개폐 밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 수용관은 상기 내부 공간에 상변화 물질이 수용된 후 상기 내부 공간을 밀폐하는 수용관 마개를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 개폐 밸브는 상기 연결관의 유출구를 개폐하는 개폐부와; 상기 개폐부의 전면에 결합하여 상기 유출구를 기밀성 있게 밀폐하는 패킹부재와; 상기 개폐부에 수직으로 연장 형성되는 연결부; 및 상기 연결부의 끝단에 형성되고, 상기 수용관의 내부 일 측에 수용되는 압축 스프링 지지대;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게는, 상기 동파방지 밸브는 상기 수용관의 내부 일 측에 수용되되, 상기 압축 스프링 지지대의 내 측에 안착되는 압축 스프링을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브에 의하면, 외기의 온도가 물의 결빙온도 이하로 내려가서 배관이 동파되기 전에 미리 배관 내의 물을 일정량 또는 완전히 배출시킴으로써 물의 결빙에 의한 배관의 동파 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브에 대해 상세히 설명하고자 한다. 첨부 도면 중, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브의 구조를 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도, 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브의 작동상태도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브(100)는 관로 내에 물이 흐르는 유동배관(200)의 일 측면에 물의 온도 등을 측정하기 위해 분기시켜 놓은 배관포트(210)에 결합하여 외기가 결빙온도로 떨어지기 전에 배관 내의 물을 배출하여 유동배관(200)의 동파를 방지할 수 있는 장치이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 동파방지 밸브(100)는 밸브 몸 체(110)와, 연결관(120)과, 수용관(130), 및 개폐 밸브(140)를 포함하여 구성된다.

상기 밸브 몸체(110)는 상/하부가 관통 형성된 원통형의 배관이 바람직하며, 양단 내측에는 각각 연결관(120)과 수용관(130)이 나사 결합할 수 있도록 나사산(111, 112)이 형성된다. 또한, 상기 밸브 몸체(110)의 측면에는 연결관(120)을 통해 유입되는 물을 배출할 수 있는 하나 이상의 통공(110a)이 관통 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연결관(120)은 유동배관(200)으로부터 분기되는 배관포트(210)에 결합하는 배관으로, 상기 밸브 몸체(110)의 일단에 나사결합하며, 유입구(A) 측보다 유출구(B) 측 내경이 좁아지는 구조로 되어 있다.

상기 수용관(130)은 연결관(120)의 맞은편인 밸브 몸체(110)의 타단에 나사결합하며, 내부 공간에는 상변화 물질(C)이 수용된다. 상기 상변화 물질(C)은 액체 상태로 저장되며, 이는 포접화합물 또는 공융염화물이라고 한다. 이 포접화합물은 물의 결빙온도인 0℃ 이상에서 응고되는 것으로, 물의 성질과는 달리 액체가 고체로 상 변화하면 물질의 부피가 줄어드는 성질을 갖고 있다.

포접화합물은 섭씨 0℃이상, 바람직하게는 0℃~5℃에서 응고가 이루어지며, 외기의 온도가 0℃이하로 되기 전에 포접화합물이 먼저 고체화가 진행하게 되어 부피가 감소하게 된다.

상기 수용관(130)의 상부에는 후술할 개폐 밸브(140) 및 압축 스프링(150)이 구비되는데, 외기의 온도가 떨어져 약 3℃~5℃정도 되면, 포접화합물이 먼저 고체화가 진행되어 부피가 줄어들게 되면, 압축 스프링(150)의 압축된 상태에서 압축이 해소되고, 이로 인해 개폐 밸브(140)의 개폐부(141)가 연결관(120)의 유출구(B)를 개방하게 되어 유동배관(200) 내의 물을 배출할 수 있게 된다.

한편, 상기 수용관(130)의 외 측에는 내부 공간에 수용되는 상변화 물질(C)이 수용된 후, 내부 공간을 밀폐하는 수용관 마개(160)가 결합한다.

상기 개폐 밸브(140)는 연결관(120)의 유출구(B)를 개폐하는 것으로, 이는 연결관(120)의 일단에 결합하여 유출구(B)를 개폐하는 개폐부(141)와, 상기 개폐부(141)의 전면에 결합하여 유출구(B)를 기밀성 있게 밀폐하는 패킹부재(142)와, 상기 개폐부(141)에 수직으로 연장 형성되는 연결부(143), 및 상기 연결부(143)의 끝단에 형성되어 수용관(130)의 내부 일 측에 수용되는 압축 스프링 지지대(144)로 구성된다.

상기 개폐부(141)는 압축 스프링(150)의 작동에 의해 연결관(120)의 유출구(B)를 개폐하게 되며, 압축 스프링(150)은 외기의 온도 변화에 따라 상 변화하는 수용관(130) 내부의 상변화 물질(C)의 상태에 따라 작동한다. 즉, 상술한 바와 같이, 외기의 온도가 물의 결빙온도인 0℃이하로 떨어지기 전인 약 3℃~5℃ 정도로 떨어지게 되면, 상변화 물질(C)이 먼저 고체화가 진행되고, 이로 인해 상변화 물질(C)의 부피가 감소하면 압축 스프링(150)이 압축된 상태에서 압축이 해제되면서 개폐 밸브(140)가 연결관(120)의 유출구(B)를 개방하게 된다.

이는 외기의 온도가 물의 결빙온도 이하로 떨어져 유동배관(200)이 동파되기 전에 미리 유동배관(200) 내의 물을 외부로 배출하여 동파를 사전에 방지할 수 있게 된다. 이러한 작용은 수용관(130) 내에 수용되는 상변화 물질(C)의 성질을 이용 하고 있다. 즉, 상변화 물질(C)의 결빙온도가 물의 결빙온도보다 높은 성질과, 상변화 물질(C)이 결빙되면, 부피 감소가 일어나는 성질을 이용한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브(100)는 중력에 의해 유동배관(200) 내의 물이 배출될 수 있도록 유동배관(200)의 최하부에 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 도 4를 참고하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브의 작동 상태를 설명하고자 한다.

먼저, 평상시에는 수용관(130) 내의 상변화 물질(C)은 액체 상태로 존재하게 되며, 개폐 밸브(140)를 밀어서 연결관(120)의 유출구(B)를 밀폐한 상태로 있게 된다. 아울러, 압축 스프링(150)은 압축된 상태이다.

이와 같은 상태에서, 외기의 온도가 떨어져 약 3℃~5℃정도에 이르면, 상변화 물질(C)이 고체화되며 부피 감소가 일어난다. 이 부피 감소로 인해 압축 스프링(150)의 압축력이 약해지면서 늘어나게 되고, 개폐 밸브(140)가 연결관(120)의 유출구(B)를 개방시키도록 한다.

따라서, 유동배관(200) 내의 물은 결빙되기 전에 미리 밸브 몸체(110)를 통해 배출되면서, 유동배관(200)의 동파를 방지하게 되는 것이다.

한편, 상변화 물질(C)은 외기의 온도가 올라가게 되면 액체화되고, 압축 스프링(150)을 압축시켜 개폐 밸브(140)가 연결관(120)의 유출구(B)를 밀폐하게 된다. 이러한 동파방지 밸브(100)는 별도의 보수나 교체없이 영구적인 사용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브의 구조를 보여주는 분해 사시도;

도 2는 도 1의 결합 사시도이고;

도 3은 도 2의 단면도; 및

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동파방지 밸브의 작동상태도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 동파방지 밸브 110: 밸브 몸체

120: 연결관 130: 수용관

140: 개폐 밸브 141: 개폐부

142: 패킹부재 143: 연결부

144: 압축 스프링 지지대 150: 압축 스프링

160: 수용관 마개 200: 유동배관

210: 배관포트

A: 유입구 B: 유출구 C: 상변화 물질

Claims (4)

1. 유체가 흐르는 유동배관에 형성되는 배관포트에 결합하여 상기 유동배관의 동파를 방지하는 동파방지 밸브에 있어서,

   양단 내측에 나사산이 형성되는 내부 중공의 밸브 몸체와;

   상기 밸브 몸체의 일단에 나사 결합하고, 상기 배관포트와 연결되는 연결관과;

   상기 밸브 몸체의 타단에 결합하고, 내부 공간에 상변화 물질이 수용된 수용관; 및

   상기 밸브 몸체의 내부에 수용되고, 상기 연결관과 상기 수용관 사이에 구비되는 개폐 밸브;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수용관은 상기 내부 공간에 상변화 물질이 수용된 후 상기 내부 공간을 밀폐하는 수용관 마개를 더 구비한 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 개폐 밸브는 상기 연결관의 유출구를 개폐하는 개폐부와; 상기 개폐부 의 전면에 결합하여 상기 유출구를 기밀성 있게 밀폐하는 패킹부재와; 상기 개폐부에 수직으로 연장 형성되는 연결부; 및 상기 연결부의 끝단에 형성되고, 상기 수용관의 내부 일 측에 수용되는 압축 스프링 지지대;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 동파방지 밸브는 상기 수용관의 내부 일 측에 수용되되, 상기 압축 스프링 지지대의 내 측에 안착되는 압축 스프링을 더 구비한 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 동파방지 밸브.

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