KR20160111357A

KR20160111357A - 응축수 배출 장치

Info

Publication number: KR20160111357A
Application number: KR1020167008578A
Authority: KR
Inventors: 아키라 후카이; 히로키 젬페이
Original assignee: 자니스 화이트 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-09-26
Also published as: KR102289385B1; TWI561758B; TW201533372A; TW201530040A; CN105143751B; CN105143751A; JP2015137745A; WO2015111306A1; PH12015000031A1; JP5561632B1; EP2933546A1

Abstract

응축수의 배수 능력은 크게 하면서 증기누출은 적도록 하는 응축수 배출 장치를 제공한다.
증기 본관에 연결되어 증기 본관 내 응축수를 인입하는 인입관과 인입관의 하측에 연접되고 필터가 내장되는 응축수 축적관과, 응축수 축적관의 하부 뚜껑에 설치되고, 개폐 밸브를 구비하는 배수관과, 응축수 축적관의 측면에 설치되는 토출관과, 토출관의 설치공에 교환 가능하게 설치되고 길이 20∼40㎜, 지름이 0.2∼18㎜의 긴 구멍이 천설된 증기 발생 노즐이 구비되어 증기 발생 노즐에서 응축수를 증기로 변환해 배출한다.

Description

응축수 배출 장치{Condensate discharge device}

본 발명은 응축수 배출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 증기관 내 응축수를 자동으로 배출하고 증기의 배출은 억제할 수 있도록 한 응축수 배출 장치에 관한 것이다.

응축수 배출 장치는 증기관 내에 발생한 응축수를 제거한다. 증기는 온도가 하강하거나 또는 압력이 가해지면 일부가 응축수가 되는데, 이러한 응축수를 증기관 내에서 배출하지 않으면 본래 증기가 차지하여야 할 공간을 잃어 온도가 저하되거나 증기가 통하지 않는 문제를 야기하게 된다. 따라서, 응축수 배출 장치는 증기관에는 필수 불가결한 것이다.

증기관 내 응축수를 배출하는 장치에는 여러 가지의 방식이 있다. 증기관 내 물의 유무를 감지해 밸브를 개폐하는 기계식 응축수 배출 장치는 밸브를 닫을 때 이물질이 개재되어 이에 의해 증기가 누설되는 현상이 발생될 수 있고, 응축수가 없는 것을 감지하여 밸브를 폐쇄할 때, 순간적으로 증기의 일부가 누설되는 경우가 발생된다. 기계식은 가동 부품이 다수 개로 구성되는 것이 통상적이므로 오작동의 경우도 빈번하고, 이를 감지하지 못하여 증기가 누설되는 경우도 많게 된다.

오리피스를 사용한 응축수 배출 장치도 제안되어 있다. 특허문헌 1의 응축수 배출 장치는 관로의 중앙 부근에 오리피스 구멍이 설치되고, 응축수가 유입되는 관로의 우측에는 필터가 내장되고, 증기가 배출되는 관로의 좌측에는 팽창 공극부가 설치된다. 이러한 응축수 배출 장치에는 가동 부품이 없기 때문에 기계식 응축수 배출 장치와 같은 고장의 염려는 없으나, 오리피스 구멍의 길이가 짧기 때문에 응축수의 유속을 빨리해 압력을 저하시키려면, 오리피스 구멍을 극도로 작게 하지 않으면 안된다. 또한, 오리피스 구멍의 길이가 짧기 때문에 증기가 충분히 생성되지 않으면 유로의 저항이 작아지기 때문에 증기를 효과적으로 억제할 수 없다. 예를 들면 증기의 온도를 300℃로 하면, 응축수가 증기로 변환될 시 체적은 약 2600배로 증가된다. 증기의 온도를 100℃로 해도 체적은 약 1700배로 증가 된다. 일반적으로 오리피스는 관로를 제작하는 판의 두께가 3∼10㎜이기 때문에 증기를 포집하기 위한 오리피스 구멍의 길이도 이에 따라 짧아지게 된다. 따라서 특허문헌 1에서는 다단식 오리피스를 사용하여 저항을 늘리는 방식을 채택하고 있다.

일본 특허공개공보 실개평6-28496호

본 발명의 목적은 응축수의 배수 능력이 크면서도 증기누출이 적은 응축수 배출 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 응축수 배출 장치는 증기 본관에 연결되어 증기 본관 내의 응축수를 인입하는 인입관과, 상기 인입관의 하측에 연접되어 위치하고 필터가 내장된 응축수 축적관과, 상기 응축수 축적관의 하부 뚜껑에 설치되고, 개폐 밸브를 구비하는 배수관과, 상기 응축수 축적관의 측면에 설치되는 토출관과, 상기 토출관에 마련된 구멍에 교환 가능하게 장착되고 길이가 20∼40㎜, 지름이 0.2∼18㎜의 긴 구멍이 천설된 증기 발생 노즐이 구비되어, 상기 증기 발생 노즐로 응축수를 증기로 변환시켜 배출하는 것을 특징으로 한다.

상기 증기 발생 노즐의 지름은 입구 측에서 출구 측을 향하여 단계적으로 커지도록 제작되는 것을 특징으로 한다.

상기 증기 발생 노즐은 출구 측에 복수의 증기 토출 구멍과 상기 긴 구멍의 출구를 막는 밸브를 구비한 증기 토출량 조절 캡이 나사식으로 장착되고, 상기 증기 토출량 조절 캡을 회동시킴으로써, 상기 증기 토출 구멍에서 토출되는 증기의 양이 상기 밸브와 상기 긴 구멍의 출구와의 틈새로 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 응축수 배출 장치는 증기 본관에 연결되어 증기 본관 내 응축수를 인입하는 인입관과, 상기 인입관의 하측에 연접되고 필터가 내장되는 응축수 축적관과, 상기 응축수 축적관의 하부 뚜껑에 설치되고, 개폐 밸브를 구비하는 배수관과, 상기 응축수 축적관의 측면에 설치되는 토출관과, 상기 응축수 축적관의 수위가 높아지면 플로트가 상승하여 추가 배수구로부터 분리되고 수위가 낮아지면 플로트가 하강해 추가 배수구를 막는 수위 조절 기구와, 상기 토출관의 설치 구멍으로 교환 가능하게 장착되고 길이가 20∼40㎜, 지름이 0.2∼18㎜의 긴 구멍이 천설된 증기 발생 노즐이 구비되어 상기 증기 발생 노즐로 응축수를 증기로 변환해 배출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 응축수 배출 장치에 의하면 (a) 증기 발생 노즐은 길이가 20∼40㎜로 비교적 길고 또한 그 지름이 0.2∼18㎜인 구멍으로 되어 있어, 이에 의해 응축수의 유속이 빨라지도록 하여 압력을 저하시켜 응축수가 증기로 변화되도록 한다. 응축수가 길이가 긴 구멍 내에서 증기로 변환됨에 따라 이에 의해 저항이 증가되어 증기의 통과를 억제할 수 있다. 즉 응축수가 증기로 변환되면 체적이 증가하게 되는데 이에 의해 저항이 증가함으로써 노즐을 통과하는 데 저항이 커지게 된다. 예를 들면 응축수가 없고 증기만 존재하는 경우에, 증기가 물로 응축되면 체적이 1/2600로 감소하기 때문에 배출량의 체적은 그다지 크게 되지 않는다. (b) 응축수 축적관에 응축수가 모이도록 했으므로, 응축수의 발생량에 변동이 있어도 일정량의 응축수를 포집할 수 있게 된다. (c) 토출관은 응축수 축적관의 측면에 설치되므로 응축수 축적관의 바닥부에는 응축수가 일정량 남도록 할 수 있다. (d) 녹과 같은 이물질을 포집하는 필터는 하부 뚜껑을 분리함으로써 용이하게 교환할 수 있다. (e) 배수관의 개폐 밸브를 열면, 응축수 축적관의 내부에 모인 응축수를 외부로 배출할 수 있다. (f) 증기 발생 노즐은 설치 구멍으로 교환 가능하게 장착할 수 있으므로 증기 본관의 압력이 낮은 경우에는 직경이 큰 증기 발생 노즐을 사용하고, 증기 본관의 압력이 높은 경우에는 직경이 작은 증기 발생 노즐을 사용할 수 있다.

상기 증기 발생 노즐은 긴 구멍의 지름이 입구 측에서 출구 측을 향해 단계적으로 커지도록 했으므로, 증기를 효과적으로 출구 측으로 유도할 수 있다. 단계적으로 가늘게 할 경우에 비해 구멍 내의 응축수에 먼지가 집적되는 것을 방지할 수 있게 된다.

복수의 증기 토출 구멍과 긴 구멍의 출구를 막는 마개를 가지는 증기 토출량 조절 캡을 증기 발생 노즐의 출구 측에 나사식으로 설치함으로써 증기 토출량 조절 캡을 회동시켜 마개와 긴 구멍의 출구와의 틈새를 조절할 수 있다. 이에 의해 하나의 증기 발생 노즐을 사용하면서도 겨울철과 여름철의 응축수의 변동에 대응할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 다른 응축수 배출 장치에 의하면 상기와 같이 (a)~(f)의 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 플로트, 추와 배출구로 구성되는 수위 조절 기구를 설치하여 응축수 축적관의 수위가 예상 이상으로 상승할 경우에도 수위가 일정 이상으로 상승하지 않도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 응축수 배출 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 증기 발생 노즐의 사시도이다. (구성 예 1)
도 3은 증기 발생 노즐의 단면도이다. (긴 구멍의 예 1)
도 4는 증기 발생 노즐의 단면도이다. (긴 구멍의 예 2)
도 5은 증기 발생 노즐의 정면도이다. (구성 예 2)
도 6은 도 5의 증기 발생 노즐의 단면도이다.
도 7은 도 5의 증기 발생 노즐의 우측면도이다.
도 8은 도 5의 증기 발생 노즐의 설명도이다. (A)는 증기 토출량 조절 캡의 마개로 긴 구멍의 출구를 막은 경우, (B)는 증기 토출량 조절 캡의 마개를 느슨하게해 긴 구멍의 출구를 조금 개방한 경우, (C)는 증기 토출량 조절 캡의 마개를 한층 더 느슨하게해 긴 구멍의 출구를 완전히 개방한 경우이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 응축수 배출 장치를 자세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 응축수 배출 장치(100)의 구성을 나타내는 설명도이다. 응축수 배출 장치(100)는 보일러에서 생성된 증기를 이송하는 증기 본관(도시하지 않음)에 연결되어 증기 본관 내의 응축수를 인입하는 인입관(1)과 인입관(1)의 하측에 연접되고 필터(4)가 내장되는 응축수 축적관(2)과 응축수 축적관(2)의 하부뚜껑(4)에 설치되고, 개폐 밸브(5)를 구비하는 배수관(13)과 응축수 축적관(2)의 측면에 설치되는 토출관(3)과 응축수 축적관(2)의 수위가 높아지면 플로트(19a)가 상승하여 추(19b)가 배수공(19c)으로부터 이격되고 수위가 내려가면 플로트(19a)가 하강하여 추(19b)가 배수공(19c)를 막는 수위 조절 기구(19)와, 토출관(3)의 부착공(8)에 설치되고 길이가 20∼40㎜로 중앙에 긴 구멍(16)이 천설된 증기 발생 노즐(15)이 구비된다.

필터(14)를 교환하려면, 작동중단 중일 때 개폐 밸브(5)를 열어, 응축수 축적관(2)의 내부의 물을 배수관(13)에서 외부로 배출하고 하부뚜껑(4)을 열어 필터(14)를 취출하고, 새로운 필터(14)로 교환한다. 도 1에서는 응축수(7)가 인입관(1)까지 상승되어 있는 경우를 도시하였다. 응축수(7)가 증기 발생 노즐(15)에서 원활하게 배출될 경우, 수면이 하강하여 토출관(3)의 바닥부가 약간 노출되는 정도까지 하강한다. 이 상태에서 밸런스를 유지한다면, 증기 발생 노즐(6)의 긴 구멍(16)에는 증기와 응축수가 교대로 혹은 뒤섞여 존재하는 상태가 된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 증기 발생 노즐(15)의 긴 구멍(16)이 20∼40㎜ 정도로 비교적 길기 때문에(일반적인 오리피스 길이의 2∼4배) 응축수(7)는 증기 발생 노즐(15)을 통과할 때, 유속이 빨라지고 압력이 하강하여 증기가 된다. 액체에서 기체인 증기(18)로 변환되므로 체적이 증가하여 이에 의해 저항이 늘어난다. 증기(18)는 온도가 저하되면 다시 응축수(7)가 된다. 응축수(7)는 보일러의 물 저장탱크로 되돌려져서 재사용된다.

증기는 응축수보다 점성이 강하다. 따라서 증기는 가는 구멍을 통과하기가 어렵고 반대로 응축수는 가는 구멍도 통과할 수 있다. 오리피스 구멍을 스팀 트랩(자동 밸브)으로 할 경우에는 가는 오리피스 구멍이 사용된다. 그러나 본 실시에서는 응축수를 긴 구멍을 이용하여 증기로 변환시켜 증기의 저항을 이용하므로 긴 구멍의 구멍 지름을 크게 할 수 있다. 그만큼 응축수의 배출량을 크게 할 수 있다.

도 2는 실시예 1의 증기 발생 노즐(15)의 사시도이다. 증기 발생 노즐(15)은 외측에 나사가 형성되어 있어 토출관(3)의 부착 구멍(8)에 교환 가능하게 나사 체결된다. 나사부의 외경 W는 부착 구멍(8)의 지름에 맞추어 24㎜로 하였다.

도 3은 증기 발생 노즐(15)의 단면도이다. 도 3의 긴 구멍(16)은 입구(16a)로부터 출구(16b)를 향하여 직선형으로 되어 있으며, 구멍의 내경 R은 16㎜이다. 이 구멍 지름은 0.2∼18㎜로 할 수도 있다. 일반적으로 오리피스의 구멍은 지름이 가늘게 형성된다. 나사부의 외경은 24㎜이다. 길이 L은 37㎜로 했지만, 일반적으로 오리피스 구멍의 판 두께가 3∼10㎜인데 대해 충분히 길게 형성하였다. 길이 L은 이에 한정되지 않고 20∼40㎜로 할 수도 있다. 이러한 큰 구멍의 지름을 갖는 증기 발생 노즐(15)은 증기 본관의 압력이 낮은(대기압보다 조금 높다) 경우에 사용할 수 있다.

도 4는 증기 발생 노즐(15)의 단면도이다. 도 4의 긴 구멍(16)은 입구(16a)에서 출구(16b)를 향해 나팔형으로 입구측으로 부터 출구 측을 향해 3단계로 단계적으로 구멍 지름을 크게 했다. 외경 W는 부착 구멍(8)의 지름에 맞추어 24㎜로 했다. 길이 L은 37㎜로 했다. 도 4의 증기 발생 노즐(15)은 증기 본관의 압력이 높은 경우에 사용할 수 있다. 입구 측에서 출구 측을 향해 단계적으로 구멍 지름이 커지도록 했으므로, 응축수에 포함되는 먼지가 긴 구멍(16) 내에 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 여름철과 겨울철에는 응축수의 발생량이 변동하지만, 증기 발생 노즐(15)의 외경 W를 부착 구멍(8)에 부합되도록 구성하였으므로 토출관(3)의 증기 발생 노즐(15)을 교환하여 이에 대응할 수 있다.

도 5는 실시예 2의 증기 발생 노즐(15)의 정면도이다. 증기 발생 노즐(15)은 입구측의 외측에 나사가 형성되어 있어 토출관(3)의 부착 구멍(8)에 교환 가능하게 나사 체결된다. 나사부의 외경 W는 상기 부착 구멍(8)의 지름에 맞추어 24㎜로 하였다. 출구 측의 외측에도 나사가 형성되어 있어 여기에 증기 토출량 조절 캡(20)이 나사 체결된다. 길이 L은 20∼40㎜로 할 수 있으나 본 실시예에서는 38㎜로 하였다.

도 6은 도 5의 증기 발생 노즐(15)의 단면도이다. 증기 토출량 조절 캡(20)은 복수의 증기 토출 구멍(21)과 긴 구멍(16)의 출구(16b)를 막는 밸브(22)를 구비한다. 증기 토출량 조절 캡(20)을 회동시킴으로써, 밸브(22)로 긴 구멍(16)의 출구(16b)를 열거나 닫거나 하여 틈새를 조절할 수 있다. 긴 구멍(16)의 출구(16b)에서 나온 증기는 증기 토출 구멍(21)에서 배출된다. 긴 구멍(16)은 입구 측에서 출구 측을 향해 4 단계로 크게 하였다. 긴 구멍(16)의 지름은 이에 한정되는 것이 아니지만 0.7㎜, 1㎜, 2㎜, 2.5㎜이다.

도 7은 도 5의 증기 발생 노즐(15)의 우측면도이다. 증기 토출량 조절 캡(20)에는 8개의 증기 토출 구멍(21)을 설치하였다. 8개의 증기 토출 구멍(21)의 단면적의 합계는 긴 구멍(16)의 출구(16b)의 단면적과 동일하게 하거나 크게 한다.

도 8은 도 5의 증기 발생 노즐(15)의 설명도이다. (A)는 증기 토출량 조절 캡(20)의 밸브(22)로 긴 구멍(16)의 출구(16b)를 막은 경우, (B)는 증기 토출량 조절 캡(20)의 밸브(22)를 느슨하게 해 긴 구멍(16)의 출구(16b)를 약간 개방한 경우, (C)는 증기 토출량 조절 캡(20)의 밸브(22)를 한층 더 느슨하게 해 긴 구멍(16)의 출구(16b)를 완전히 개방한 경우이다. 이와 같이 증기 토출량 조절 캡(20)을 회동시켜 개방하게 되면, 긴 구멍(16)의 출구(16b)에서 나온 증기는 증기 토출 구멍(21)에서 토출 되게 된다. 이와 같이 함으로써 밸브(22)와 긴 구멍(16)의 출구(16b)의 틈새를 조절하고, 증기 토출 구멍(21)에서 토출되는 증기의 양을 조절할 수 있게 된다. 이에 의해 다른 증기 발생 노즐(15)로 교환하지 않고서도 예를 들면 겨울철과 여름철의 응축수의 변동에 대응할 수 있게 된다.

증기 발생 노즐(15)의 구멍 지름은 다음 수식 1에 나타내는 식으로 산정한다. 긴 구멍(16)은 내부 압력에 대응하여 일정한 양의 배수를 행하게 된다.

[수식1]

Q = CπD2/√(2gP/γ)

Q:응축수의 유량

C:보정 계수

D:긴 구멍(16)의 직경

g:중력 가속도

P:압력

γ:응축수의 밀도

전술한 본 발명은 증기 발생 노즐에 긴 구멍을 설치하여 응축수를 배출할 때에 증기로 변화시켜 이에 의해 저항을 증가시킬 수 있는 응축수 배출 장치로서 적합하다.

1 : 인입관 2 : 응축수 축적관
3 : 토출관 4 : 하부 뚜껑
5 : 개폐 밸브 7 : 응축수
8 : 부착 구멍 13 : 배수관
14 : 필터 15 : 증기 발생 노즐
16 : 긴 구멍 16a : 입구
16b : 출구 18 : 증기
19 : 수위 조절 기구 19a : 플로트
19b : 추 19c : 배수구멍
20 : 증기 토출량 조절 캡 21 : 증기 토출 구멍
22 : 밸브 100 : 응축수 배출 장치

Claims

증기 본관에 연결되어 증기 본관 내 응축수를 인입하는 인입관과 상기 인입관의 하측에 연접되고 필터가 내장되는 응축수 축적관과 상기 응축수 축적관의 저개에 설치되고, 개폐 밸브를 구비하는 배수관과 상기 응축수 축적관의 측면에 설치되는 토출관과 상기 토출관의 설치 구멍으로 교환 가능하게 장착되고 길이가 20∼40㎜로 구멍 지름이 0.2∼18㎜의 긴 구멍이 천설된 증기 발생 노즐이 구비되어 상기 증기 발생 노즐로 응축수를 증기로 변환해 배출하는 것을 특징으로 하는 응축수 배출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 증기 발생 노즐은 상기 긴 구멍의 지름이 입구 측에서 출구 측을 향하고 단계적으로 커지도록 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 배수 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 증기 발생 노즐은 출구 측에 복수의 증기 토출 구멍과 상기 긴 구멍의 출구를 막는 밸브를 구비한 증기 토출량 조절 캡이 나사 체결되고 상기 증기 토출량 조절 캡을 회동시킴으로써, 상기 증기 토출 구멍에서 토출되는 증기의 양이 상기 마개와 상기 긴 구멍의 출구와의 틈새로 조절되는 것을 특징으로 하는 응축수 배출 장치.
증기 본관에 연결되어 증기 본관 내 응축수를 인입하는 인입관과 상기 인입관의 하측에 연접되고 필터가 내장되는 응축수 축적관과 상기 응축수 축적관의 하부 뚜껑에 설치되고, 개폐 밸브를 구비하는 배수관과 상기 응축수 축적관의 측면에 설치되는 토출관과 상기 응축수 축적관의 수위가 높아지면 플로트가 상승해 추가 배수구로 부터 이탈되고 수위가 내려가면 플로트가 하강해 추가 배수구를 막는 수위 조절 기구와 상기 토출관의 설치 구멍으로 교환 가능하게 장착되고 길이가 20∼40㎜로 구멍 지름이 0.2∼18㎜의 긴 구멍이 천설된 증기 발생 노즐가 구비되어 상기 증기 발생 노즐로 응축수를 증기로 변환해 배출하는 것을 특징으로 하는 응축수 배출 장치.