KR20190000648A - 가변형 디퓨저 - Google Patents

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KR20190000648A
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Abstract

본 발명은 가변형 디퓨저에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 축열조 내부로 유입되는 온수의 유량 또는 유속에 따른 디퓨저의 변형에 의해 축열조 내부 난류 형성을 방지함으로써 축열조의 운영 효율을 높일 수 있는 디퓨저에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가변형 디퓨저는, 온수를 공급받아 배출하는 하부어셈블리와; 상기 하부어셈블리의 상측에 이격 배치되며, 하부어셈블리로부터 배출되는 온수의 유량에 따라 상하로 승강 이동 가능한 상부어셈블리를 포함한다.

Description

가변형 디퓨저{VARIABLE DIFFUSER}
본 발명은 가변형 디퓨저에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 축열조 내부로 유입되는 온수의 유량 또는 유속에 따른 디퓨저의 변형에 의해 축열조 내부 난류 형성을 방지함으로써 축열조의 운영 효율을 높일 수 있는 디퓨저에 관한 것이다.
일반적으로 지역난방시스템은 열원시설(열병합발전소)로부터 발생된 고온의 유체를 순환배관을 통하여 수용가(부하)로 전달하고, 수용가에서 열교환을 통하여 난방을 수행한 후 냉각된 저온의 유체는 다시 열원시설로 환수되는 형태로 구성된다. 그런데, 이러한 지역난방시스템에서는 하루 중 특정 시간대에 열 소비의 급증 또는 급감 현상이 발생하고, 계절에 따라서도 열 소비량에 큰 차이를 보이기 때문에 열 수요와 공급의 불균형이 필연적으로 발생하게 된다. 이러한 불균형을 해소하기 위해, 대부분의 지역난방시스템에서는 열 수요가 적을 때는 수용가에 공급하고 남은 잉여열을 일시 저장(축열)하고, 열 수요가 많을 때는 저장된 열을 수용가로 공급(방열)하기 위한 축열조를 구비한다.
상기 축열조의 내부에는 약 55℃ 정도의 찬물(이하, '냉수')과 약 98℃ 정도의 뜨거운 물(이하, '온수')이 밀도차에 의해 상하로 층을 이루며 분리 저장되고,축열조 내부에 저장된 전체 수량은 그대로 유지되는 상태에서 열 수요의 변화에 따라 냉수와 온수의 비율을 조정하여 축열 또는 방열 운전을 수행한다.
구체적으로, 축열시에는 열원에서 생산된 열을 수용가에 공급하고 잉여열이 남을때 온수를 축열조로 유입시켜 축열조 내 온수의 비율을 늘리고, 동시에 축열조내에 저장되어 있던 냉수를 외부로 배출시켜 축열조 내 냉수의 비율을 줄임으로써, 전체 보유 수량은 동일하게 유지한 상태에서 전체 보유 열량을 늘리게 된다.
한편, 방열시에는 상기와 같은 방법으로 축열된 상태에서 축열조 내 온수를 순환배관으로 배출하고 축열조 내부로 냉수를 받아들임으로써 전체 보유 수량은 동일한 상태에서 보유 열량을 외부로 배출시켜 수용가로 공급한다.
이러한 축열 및 방열 운전을 위해, 축열조의 하부에는 축열조 내외로 냉수를 유입 또는 배출시키기 위한 냉수관이 구비되고, 축열조의 상부에는 축열조 내외로 온수를 유입 또는 배출시키기 위한 온수관이 형성된다. 그리고, 상기 온수관은 축열조의 상방으로 수직 연장되며 단부에는 축열조 내부에 온수를 방사상으로 분사하기 위한 디퓨저가 구비된다. 이러한 축열조 및 디퓨저의 구성은 대한민국 등록특허 제10-0139073호, 제10-1148465호 등에 상세히 기술되어 있으므로 여기서는 더 이상의 설명은 생략한다.
이러한 통상적인 축열조에서는 위에서 언급한 바와 같이 축열조 내부에 온수와 냉수가 상시 공존하게 되는데, 온수와 냉수가 밀도차에 의해 상하로 층을 이루며 분리될 때 그 경계면에서 직접적으로 접촉되어 일정 부분 섞이게 되므로 약 70℃ 전후의 온도를 나타내는 혼합층이 관찰된다. 이러한 혼합층을 "데드존(dead zone)"이라 부르며, 이러한 데드존이 클수록 축열조의 운영 효율이 떨어진다. 따라서, 데드존을 최소화하는 방안이 요구된다.
데드존을 최소화하기 위해서는 상부의 온수층과 하부의 냉수층이 서로 섞이지 않고 성층화를 이루도록 하는 것이 중요한데, 이러한 성층화는 냉수와 온수의 밀도차에 의해 자연적으로 형성되나, 디퓨저로부터 분사되는 온수의 유량 또는 유속에 의해 영향을 받는 것으로 조사되었다. 예컨대, 디퓨저에서 분사되는 온수의 유량 또는 유속이 큰 경우에는 온수층에서 난류 또는 와류가 크게 발생하여 냉수층과 섞이는 비율이 높아지므로 데드존이 증가하는 것으로 나타났다.
위에서 이미 언급한 바와 같이, 난방시스템에서 열 수요와 공급은 특정 시간 및 계절에 따라 큰 폭의 변화를 보이기 때문에, 축열조의 디퓨저에서 분사되는 온수의 유량 또는 유속도 특정 시간과 계절에 따라 변화한다. 그런데, 종래의 통상적인 축열조용 디퓨저는 온수 분사구(오리피스)의 크기가 일정하게 고정되어 있기 때문에, 공급되는 온수의 유량 또는 유속이 증가하는 경우 축열조 내부로의 분사 유량 및 유속도 증가하기 때문에, 온수층에서의 난류 또는 와류 발생이 증가하여 데드존 형성이 촉진되는 현상이 발생한다. 따라서, 이러한 온수의 유량 및 유속 변화에 따른 데드존 확대 현상을 방지하기 위한 대책이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-0139073호 대한민국 등록특허 제10-1148465호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 통상적인 축열조용 디퓨저의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 축열조 내부로 유입되는 온수의 유량 또는 유속에 따른 디퓨저의 변형에 의해 개도가 자동 조절되어 온수의 분사 유속이 일정하게 유지됨과 아울러 축열조 내부 난류 형성이 방지되고, 이에 따라, 데드존의 형성을 최소화하여 축열조의 운영 효율을 높일 수 있는 가변형 디퓨저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변형 디퓨저는, 온수를 공급받아 배출하는 하부어셈블리와; 상기 하부어셈블리의 상측에 이격 배치되며, 하부어셈블리로부터 배출되는 온수의 유량에 따라 상하로 승강 이동 가능한 상부어셈블리를 포함한다.
여기서, 상기 하부어셈블리는, 온수를 공급받아 상방으로 이송 및 분사하는 온수배출관과; 상기 온수배출관의 상단에 수평 방향으로 배치되고, 중앙에는 상기 온수배출관의 상단부 개구와 연통되는 분사구가 형성된 하부플레이트와; 상기 하부플레이트의 하측에 구비되는 하부부력체를 포함한다.
그리고, 상기 상부어셈블리는, 상기 하부플레이트의 상측에 평행하게 이격 배치된 상부플레이트와; 상기 상부플레이트의 상측에 구비되는 상부부력체를 포함한다.
또한, 상기 하부어셈블리로부터 배출되는 온수의 유량에 따른 상기 상부어셈블리의 승강 정도를 조절하는 조절부를 더 포함한다.
여기서, 상기 조절부는 상기 상부어셈블리의 상측에 구비되고, 상기 상부어셈블리를 미리 정해진 일정한 힘으로 하방을 향하여 항시 가압하는 탄성부재를 포함한다.
한편, 상기 하부어셈블리의 하측에 배치되고, 상기 상부어셈블리의 상승시 외측 방사상으로 수평 이동되는 다수개의 가변플레이트를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상부어셈블리의 상승시 함께 상승되면서 상기 가변플레이트를 외측으로 밀어 이동시키는 승강부재를 더 포함한다.
여기서, 상기 가변플레이트의 내측 하부에는 하방으로 갈수록 외측으로 벌어지는 곡면으로 구성되는 캠면이 형성되고, 상기 승강부재의 외측 단부에는 롤러가 구비되어, 상기 승강부재의 상승시 상기 롤러가 캠면에 접촉되면서 상기 가변플레이트를 수평 이동시키는 것이 바람직하다.
이때, 상기 승강부재는 상부어셈블리와 와이어로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 승강부재와 가변플레이트를 동일한 극성을 갖는 자성체로 구성하여, 승강부재가 상승시 가변플레이트가 척력에 의해 외측으로 이동되도록 구성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 축열조 내부로 유입되는 온수의 유량 또는 유속에 따른 디퓨저의 변형에 의해 개도가 자동 조절되어 온수의 분사 유속이 일정하게 유지되고, 축열조 내에서 난류 형성을 방지함으로써 데드존의 형성을 최소화하여 축열조의 운영 효율을 높일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디퓨저가 구비된 축열조 전체의 단면도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가변형 디퓨저의 요부 단면도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가변형 디퓨저의 분해사시도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가변형 디퓨저의 작동 상태도,
도 5 는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가변형 디퓨저의 단면도,
도 6 은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가변형 디퓨저의 가변플레이트 사시도,
도 7 은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가변형 디퓨저의 작동 상태도이다.
이하, 본 발명에 따른 가변형 디퓨저(100)의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 에 도시되고 위에서 이미 언급한 바와 같이, 난방시스템용 축열조(1)에는 하부에 냉수가 배출되는 냉수관(5)이 설치되고, 상부에는 온수가 유입되는 온수관(2)이 설치된다. 그리고, 상기 온수관(2)에는 유입된 온수를 수직 상방으로 이송하는 수직관연결관(3)이 연결되고, 수직관연결관(3)의 상단에는 본 발명에 따른 디퓨저(100)가 연결된다. 여기서, 상기 수직관연결관(3)은 상부 및 하부에서 각각 와이어에 의해 축열조(1)의 내부에 고정되어 수직으로 배치되며, 상기 디퓨저(100)는 후술하는 바와 같이 부력체가 구비되어 있어 축열조(1) 상부에서 부유하도록 구성된다. 축열시 온수관(2)을 통해 유입된 온수는 수직관연결관(3)을 거쳐 디퓨저(100)에 공급되고, 디퓨저(100)로부터 온수층의 상층부에서 방사상으로 분사된다. 한편, 상기 디퓨저(100)는 상부에 관형상의 상부서포트(6)에 의해 지지되고, 상기 상부서포트(6)는 축열조(1)의 상부에 고정된다.
도 2 에는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 디퓨저(100)의 구성이 단면도로 도시되고, 도 3 에는 상기 디퓨저(100)의 분해 사시도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디퓨저(100)는 하부어셈블리(110), 상부어셈블리(120) 및 조절부(130)를 포함한다.
하부어셈블리(110)는 상기 수직관연결관(3)에 삽입 연결되어 온수관(2)을 통해 유입된 온수를 공급받아 축열조(1) 내부로 온수를 분사 배출하는 부분으로, 온수배출관(112), 하부부력체(118) 및 하부플레이트(116)를 포함한다.
온수배출관(112)은 도 1 에 도시된 바와 같이 온수관(2)에 연결되어 수직으로 배치된 수직관연결관(3)에 연결되는 관체로서, 온수관(2)을 통해 유입되고 수직관연결관(3)을 통해 이송된 온수를 상방으로 이송 및 분사하는 관체이다. 상기 온수배출관(112)은 수직관연결관(3)의 상부에 삽입된 상태에서 축열조(1) 내부의 수위 변화에 따라 상하로 이동 가능하게 구성된다. 이를 위해, 상기 온수배출관(112)은 상기 수직관연결관(3)의 직경 보다 더 작은 직경으로 형성되며, 외주면에는 수직관연결관(3)의 상단부에 걸려 지지되도록 스토퍼(113)가 돌출 형성된다. 그리고, 상기 온수배출관(112)의 중간부위에는 온수의 분사를 위해 필요한 압력 및 유속 제공을 위해 직경이 감소되는 레듀서(114)가 형성되는 것이 바람직하다.
하부플레이트(116)는 상기 온수배출관(112)의 상단에 수평 방향으로 고정 결합된 판형부재로서, 중앙에는 온수배출관(112)의 상단부 개구와 연통되는 분사구(117)가 형성되며, 상기 분사구(117)를 통하여 온수배출관(112)을 통해 이송된 온수가 축열조(1) 내부로 분사 배출된다. 상기 하부플레이트(116)의 형상에는 특별한 제한이 없으나 축열조(1) 내에서 온수를 방사상으로 균일한 유량과 유속으로 배출시킬 수 있도록 대체로 원형으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 하부플레이트(116)의 하측에는 하부부력체(118)가 구비된다. 상기 하부부력체(118)는 상기 하부플레이트(116)와 온수배출관(112)을 축열조(1) 내 유체 중에 부유시키기 위한 것으로, 속이 빈 중공 함체로 부력을 구비하도록 구성되며, 상기 하부플레이트(116)의 하부면에 용접 또는 볼트 등의 체결구로 고정 결합될 수 있다. 도면에서는 후술하는 가이드샤프트(126)와 볼트에 의해 하부플레이트(116)에 고정 체결된 실시예가 도시된다. 여기서, 상기 하부부력체(118)는 상기 하부플레이트(116)와 온수배출관(112) 및 하부부력체(118) 자체를 포함하는 하부어셈블리(110) 전체가 축열조(1) 내부 유체 안에서 부력이 0(zero)인 상태, 즉, '중성부력'을 갖도록 설계된다. 이에 따라, 상기 하부어셈블리(110)는 축열조(1) 내부 온수층의 상층부에 잠겨진 상태로 항시 유지된다.
상부어셈블리(120)는 하부어셈블리(110)의 상측에 배치되어 온수배출관(112)을 통해 상방으로 배출되는 온수를 방사상으로 분사되도록 유도하는 부분으로, 상부플레이트(121) 및 상부부력체(123)를 포함한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 상부플레이트(121)는 하부플레이트(116)의 상측에 소정 간격 이격 배치된 판형부재로서, 상기 하부플레이트(116)와 평행하게 배치된다. 이러한 구조에 의해, 상기 온수배출관(112)의 상부 개구를 통하여 배출되는 온수는 하부플레이트(116)의 분사구(117)를 통하여 상부플레이트(121)와 하부플레이트(116) 사이로 배출되며, 상부플레이트(121)와 하부플레이트(116)에 의해 상하 경로가 막혀있으므로 수평 방향으로 방사상으로 분사된다. 이와 같이, 온수가 방사상으로 분사되기 위해서는 상부플레이트(121)와 하부플레이트(116) 사이에 소정의 간극이 형성되어야 한다. 따라서, 상기 하부플레이트(116)의 가장자리 단부에는 다수의 스페이서(122)가 구비된다, 상기 스페이서(122)는 하부플레이트(116)의 수직 하방으로 소정 길이 돌출 형성되고 말단부가 상부플레이트(121)의 상부면과 맞닿음에 따라 온수의 방사상 분사에 요구되는 최소 간극을 유지할 수 있도록 구성된다. 도면에서는 상기 스페이서(122)로서 볼트가 하부플레이트(116)를 상하 수직으로 관통하도록 배치된 상태에서 너트에 의해 고정된 실시예가 도시된다.
상기 상부플레이트(121)의 상측에는 상부부력체(123)가 구비된다. 상기 상부부력체(123)는 상부플레이트(121)를 축열조(1) 내 온수층의 최상부에 잠긴 상태로 유지시키기 위한 것으로, 속이 빈 중공 함체로 부력을 구비하도록 구성되며, 상부플레이트(121)의 상부면에 용접 또는 볼트 등의 체결구로 고정 결합될 수 있다. 도면에서는 상부플레이트(121)의 상부면을 덮는 속이 빈 원반형 커버로 구성된 실시예가 도시된다. 여기서, 상기 상부부력체(123)는 상부플레이트(121)와 상부부력체(123) 자체를 포함하는 상부어셈블리(120) 전체가 축열조(1) 내 온수층의 최상부에서 부력이 0(zero)인 상태, 즉, '중성부력'을 갖도록 설계된다.
이와 같은 구성을 통하여, 상기 상부어셈블리(120)는 하부어셈블리(110)의 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속의 변화에 따라 상하로 이동 가능하게 구성되며, 이에 따라, 배출되는 온수의 유량 또는 유속이 커지더라도 상부어셈블리(120)와 하부어셈블리(110) 사이의 간극 증가로 인하여 축열조(1) 내부로 배출되는 온수의 최종 유속이 감소되는 효과를 가져온다.
여기서, 상기 상부어셈블리(110)는 축열조(1) 내 온수층의 최상부에서 잠겨진 상태로 항시 유지되도록 구성될 수도 있고, 상부플레이트(121)는 온수층 최상부에 잠겨진 상태로 유지되되 상부부력체(123)의 상측 일부 또는 전체가 수면 위로 노출되도록 구성될 수도 있다.
상기 상부부력체(123)가 온수층에 완전히 잠겨진 상태인 경우, 온수의 유량 또는 유속이 크게 증가하여 상부플레이트(121)의 상승 높이가 커져서 상부부력체(123)가 수면 위로 상승할 때 부력이 사라지면서 하중이 갑자기 증가하게 되므로 수중에서 잠긴 채로 상승할 때보다 더 큰 힘이 작용해야 한다. 이에 따라, 상부부력체(123)가 수중에 있을 때와 수면 위로 상승될 때 사이에 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121)의 간극이 비선형적으로 변화하게 된다. 이와 같이 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121) 사이의 간극이 비선형적으로 변화하게 되면, 디퓨저(100)로부터 축열조(1) 내부로 최종 배출되는 온수의 유속이 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속에 비례하게 조절되지 않을 수 있다.
이에, 상기 상부부력체(123)의 상측 일부 또는 전체를 미리 수면 위로 노출시켜놓게 되면, 하중의 급격한 변화가 일어나지 않게 되어 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121) 사이의 간극이 선형적으로 변화되고, 디퓨저(100)로부터 축열조(1) 내부로 최종 배출되는 온수의 유속이 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속에 비례하게 조절될 수 있다. 이러한 상부부력체(123)의 노출 정도는 상부어셈블리(120)의 하중, 배출되는 온수의 유량 등을 고려한 계산에 의해 미리 결정될 수 있다.
상기 상부어셈블리(120)에는 상기 상부플레이트(121)와 상부부력체(123)의 상하 이동을 가이드하기 위한 가이드수단이 추가로 구비된다. 상기 가이드수단은 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 가이드홀(125)과 가이드샤프트(126)일 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 상부부력체(123)와 상부플레이트(121)에는 수직 방향으로 다수의 가이드홀(125)이 형성되고, 상기 가이드홀(125)에 가이드샤프트(126)가 관통 설치된다. 예시적으로, 상기 가이드홀(125)은 상기 상부플레이트(121)를 관통하는 통공과, 상기 통공과 연통되도록 상기 상부플레이트(121)를 수직 방향으로 가로지르는 원형 파이프를 설치함에 의해 형성될 수 있다. 이러한 가이드홀(125) 내측에는 가이드홀(125)의 직경 보다 작은 가이드샤프트(126)가 관통 삽입된다. 상기 가이드샤프트(126)는 속이 빈 중공관체로 구성되고 상하 단부 내주면에는 각각 나사산이 형성된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 가이드샤프트(126)의 하단부는 하부플레이트(116)의 상부면에 접한 상태에서 하부플레이트(116)의 하부면으로부터 상방으로 관통 결합된 볼트와 나사 결합에 의해 고정 결합되고, 상단부는 상부부력체(123)의 상측에 이격 배치된 지지플레이트(127)의 하부면에 접한 상태에서 지지플레이트(127)의 상부면으로부터 하방으로 관통 결합된 볼트와 나사 결합에 의해 고정 결합된다. 이에 따라, 상기 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 변화에 의해 가해지는 압력의 정도에 따라 상부플레이트(121) 및 상부부력체(123)가 가이드샤프트(126)를 따라 상하 이동될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 상부부력체(123)의 상부면 중앙에는 후술하는 조절부(130)의 탄성부재(132) 하단부가 지지되는 탄성부재지지구(124)가 돌출 형성된다. 상기 탄성부재지지구(124)의 하부는 상기 상부부력체(123)의 상부면에 고정 결합된 봉형상부재로 구성되고, 상부는 수평 방향으로 연장된 판형부재로 구성되어 탄성부재(132)를 하방에서 지지할 수 있도록 구성된다. 그리고, 상기 탄성부재지지구(124)는 지지플레이트(127)의 중앙에 형성된 통공에 삽입되어 상하 이동 가능하게 구성된다.
상기 상부어셈블리(120)의 상측에는 조절부(130)가 구비된다. 상기 조절부(130)는 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량에 따른 상부어셈블리(120)의 승강 정도를 조절하는 것으로, 상기 상부어셈블리(120)를 미리 정해진 일정한 힘으로 하방을 향하여 항시 가압하도록 구성된다. 상기 조절부(130)는, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같은 압축스프링 또는 쇽업소버(shock absorber)와 같이 상부어셈블리(120)를 일정한 힘으로 가압하고, 온수 유량의 증가에 따라 수축 변형되었다가 온수 유량 하강시 원상태로 복원되는 탄성을 갖는 탄성부재(132)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 탄성부재(132)로서 압축스프링을 사용하는 경우를 예로 들어 설명하면, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 상부어셈블리(120)의 상부부력체(123) 중앙으로부터 상방으로 돌출 형성된 탄성부재(132) 지지부에 상기 압축스프링의 하단부가 안착 지지되고, 상기 압축스프링의 상단부는 지지구(134)에 의해 지지된다. 상기 지지구(134)는 상측에 수평 배치된 지지판(136)에 고정 결합되고, 상기 지지판(136)은 브라켓(137)에 수평 배치되어 고정된다. 여기서, 상기 브라켓(137)은 지지플레이트(127) 상에 고정설치되되, 도 3 에 도시된 바와 같이, 하부 중앙이 상기 탄성부재(132)와 지지구(134) 및 지지판(136)이 수용될 수 있도록 절개 형성되도록 구성되고, 상기 절개면의 내측에는 상기 지지판(136)이 끼움 결합될 수 있는 끼움홈(138)이 형성된다. 또한, 상기 브라켓(137)의 상부 중앙에는 상부서포트(6)가 삽입 결합되는 서포트고정홈이 형성된다. 이러한 브라켓(137)은 도 3 에 도시된 바와 같이 2개가 서로 십자형으로 교차되도록 배치되어 지지판(136)이 브라켓(137)의 절개면 내측 끼움홈(138) 4개소에서 각각 지지되고, 상부의 서포트고정돌기(139)들 사이에 삽입된 상부서포트(6)가 각 서포트고정돌기(139)들에 의해 4방에서 지지된다.
도 4 에는 상술한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 자동 유속 조절 기능을 구비한 디퓨저(100)의 작동 상태도가 도시된다. 도 4 의 (a)에 도시된 바와 같이, 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수는 온수배출관(112)의 상단 개구를 통하여 상방으로 배출된다. 이때, 상부플레이트(121)의 상부에 상부플레이트(121)가 H1의 간극을 가지고 이격 배치되어 있기 때문에 상방을 향하여 분출된 온수는 상부플레이트(121)에 의해 가로막혀 측방향으로 방향이 전환된다. 이에 따라, 온수는 상부플레이트(121)와 하부플레이트(116)의 간극을 통하여 방사상으로 흘러 축열조(1) 내부로 배출된다. 상부플레이트(121)와 하부플레이트(116) 사이를 통과하면서 온수의 유속은 마찰저항에 의해 점차 줄어들어서 축열조(1) 내부로 배출될때의 유속은 온수층에 난류 또는 와류를 형성하지 않을 정도의 유속으로 조절된다. 또한, 하부플레이트(116)에 의해 온수가 하방으로 이동하는 것이 방지되므로 축열조(1) 내부 유체의 성층화가 유지된다.
한편, 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속이 증가하는 경우 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121) 사이의 간극이 도 4 의 (a)와 같은 H1의 간격으로 고정 유지된다면, 비교적 적은 간극 H1을 통하여 상대적으로 많은 양의 온수가 흘러가게 되므로 베르누이의 법칙에 의해 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121)의 최외각 단부에서 축열조(1)로 배출될때 상대적으로 유속이 증가하게 된다. 이렇게 유속이 증가하게 되면 축열조(1) 내벽에 온수가 부딪히면서 난류 또는 와류를 형성하여 데드존의 형성을 촉진하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 본 발명에서는 위에서 언급한 바와 같이, 상부어셈블리(120)가 배출되는 온수의 유량 변화에 따라 상하로 승강 이동 가능하게 구성된다. 구체적으로, 도 4 의 (b)에 도시된 바와 같이, 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속이 증가하여 상부플레이트(121)에 작용하는 온수의 압력이 조절부(130)의 탄성부재(132)의 가압력 보다 커지면, 상기 상부어셈블리(120)가 상방으로 이동됨에 따라 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121) 사이의 간극이 H1'로 커지게 된다. 이에 따라, 온수의 배출 단면적이 커지기 때문에 온수의 배출 유속이 과도하게 상승하는 것이 방지된다. 이러한 상부어셈블리(120)의 상승 정도는 온수의 유량과 조절부(130)의 탄성간의 상호 작용에 의해 자동 조절되며, 온수의 유량 또는 유속이 다시 감소되면 탄성부재(132)의 복원력에 의해 상부어셈블리(120)가 다시 하강한다. 이러한 방식으로 온수의 유량 변화에 따라 상부플레이트(121)와 하부플레이트(116) 사이의 간극이 자동으로 조절되어 축열조(1) 내부로 분사되는 온수의 유속이 일정하게 조절되고, 이에 따라, 축열조(1) 내부에 데드존이 확대되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 5 에는 본 발명에 따른 바람직한 제2실시예에 따른 디퓨저(100)의 구성이 도시된다. 본 실시예에서는, 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 하부어셈블리(110), 상부어셈블리(120) 및 조절부(130)를 그대로 포함하며, 추가적으로 하부어셈블리(110)의 하측에서 수평 방향으로 이동 가능한 가변플레이트(140)를 더 포함한다.
상기 가변플레이트(140)는 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속이 증가하는 경우에 방사상으로 수평 이동됨에 따라 온수배출관(112)을 통하여 배출된 온수가 측류를 형성하도록, 즉, 수평방향으로 분사되도록 유도한다. 위에서 설명한 하부어셈블리(110)의 이트가 1차적으로 난류 또는 와류를 막고 측류 형성을 유도하지만, 온수의 유량 또는 유속이 큰 경우 온수가 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121) 사이를 통과한 후 하방으로 흘러 난류 또는 와류가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 본 실시예에서는 하부플레이트(116) 하측에 방사상으로 위치가 가변되는 가변플레이트(140)를 추가하여, 온수의 유량 또는 유속 증가시 가변플레이트(140)가 하부플레이트(116)의 단부 외측 반경 방향으로 이동하여 하부플레이트(116)가 확장되는 효과로 난류 또는 와류 형성을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6 에는 상기 가변플레이트(140)의 바람직한 실시예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 가변플레이트(140)는 상기 온수배출관(112)의 외주면 둘레를 따라 다수개가 배치되며, 내측면 및 외측면은 원호 형상으로 구성되고 좌우 양측면은 외측으로 갈수록 벌어지도록 형성된다. 즉, 도 6 에 도시된 바와 같이, 중앙에 온수배출관(112)이 통과되는 개구부가 형성된 원판이 방사상으로 다등분(예컨대, 4등분)한 형태로 구성된다. 그리고, 상기 가변플레이트(140)의 하부에는 보조부력체(146)가 추가로 구비될 수도 있다.
한편, 상기 가변플레이트(140)의 내측 하부에는 캠면(142)이 형성된다. 상기 캠면(142)은 가변플레이트(140)의 내측 하부 표면으로부터 하방으로 갈수록 외측으로 벌어지는 곡면으로 구성되며, 후술하는 승강부재(150)에 의해 외측으로 밀려 가변플레이트(140)가 이동되도록 한다. 그리고, 상기 가변플레이트(140)의 내측과 온수배출관(112)의 외주면 사이에는 상기 가변플레이트(140)를 항시 내측으로 인장하는 탄성부재(144)가 개재된다.
이러한 가변플레이트(140)는 상부플레이트(121)의 승강 이동에 연동하여 위치가 가변되도록 구성된다. 구체적으로, 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수의 유량 또는 유속이 증가하여 상부프레이트가 상승하는 경우에는 가변플레이트(140)가 방사상 외측으로 이동하고, 온수의 유량 또는 유속이 감소하는 경우에는 가변플레이트(140)가 다시 본래 위치로 복귀하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 온수배출관(112)의 외주면에는 상부플레이트(121)의 승강시 함께 승강 이동되는 승강부재(150)가 추가로 구비된다.
상기 승강부재(150)는 중앙에 온수배출관(112)이 통과되도록 개구가 형성된 원판형 디스크 형태로 구성되며, 외측 단부에는 상기 가변플레이트(140) 하부에 형성된 캠면(142)과 접촉되는 롤러(154)를 구비한다. 그리고, 상기 승강부재(150)는 상부어셈블리(120)와 와이어(152)에 의해 연결된다. 구체적으로 상기 와이어(152)는 일단이 상부어셈블리(120)의 상부플레이트(121) 하부에 고정 결합되고, 타단은 상기 하부플레이트(116)와 하부부력체(118)를 관통한 후 승강부재(150)에 고정 결합된다. 이에 따라, 상기 상부플레이트(121)가 승강되는 경우 승강부재(150)도 온수배출관(112)을 따라 수직 방향으로 승강 이동된다.
도 7 에는 이러한 가변플레이트(140)를 갖는 디퓨저(100)의 작동 상태도가 도시된다. 먼저, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 온수배출관(112)을 통하여 배출되는 온수는 온수배출관(112)의 상단 개구를 통하여 상방으로 배출된다. 배출되는 온수의 유량 또는 유속이 작을때는 상부플레이트(121)에 가해지는 압력이 비교적 작기 때문에 하부플레이트(116)와 상부플레이트(121) 간에 상대적으로 작은 간극 H2가 형성되고, 상기 간극 H2를 통하여 온수가 방사상으로 배출된다.
배출되는 온수의 유량 또는 유속이 증가하는 경우에는, 도 7 의 (b)에 도시된 바와 같이, 상부플레이트(121)에 가해지는 압력이 상대적으로 커지기 때문에, 상부플레이트(121)가 비교적 큰 간극 H2'를 갖도록 상승하게 된다. 이 경우, 상기 상부플레이트(121)에 와이어(152)로 연결된 승강디스크 또한 함께 상승 이동되고, 승강부재(150)에 구비된 롤러(154)가 가변플레이트(140)의 하측에 형성된 캠면(142)과 접촉되면서 이동되어 상기 가변플레이트(140)를 외측으로 밀어준다. 이에 따라, 상기 가변플레이트(140)가 하부플레이트(116)의 외측 단부 보다 'L' 만큼 더 길게 외측으로 돌출 배치된다. 이러한 가변플레이트(140)의 원활한 수평 이동을 위해, 상기 하부플레이트(116)와 가변플레이트(140) 사이에는 LM가이드(148)와 같은 가이드부재가 구비되는 것이 바람직하다.
온수의 유량 또는 유속이 증가 후 다시 감소하는 경우, 상부플레이트(121)가 하강하면서 승강부재(150)가 함께 하강함에 따라, 탄성부재(144)에 의해 가변플레이트(140)가 다시 내측으로 복귀된다.
이와 같이, 배출되는 온수의 유량 또는 유속 변화에 따라 상기 가변플레이트(140)의 위치가 이동되어 난류 및 와류를 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 또 다른 실시예로서, 상기 승강부재(150)와 가변플레이트(140)를 동일한 극성을 갖는 자성체로 구성하여, 승강부재(150)가 상승시 가변플레이트(140)가 척력에 의해 외측으로 이동되도록 구성할 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
1 : 축열조 100 : 디퓨저
110 : 하부어셈블리 120 : 상부어셈블리
130 : 조절부 140 : 가변플레이트
150 : 승강부재

Claims (11)

  1. 온수를 공급받아 배출하는 하부어셈블리와;
    상기 하부어셈블리의 상측에 이격 배치되며, 하부어셈블리로부터 배출되는 온수의 유량에 따라 상하로 승강 이동 가능한 상부어셈블리를 포함하는 가변형 디퓨저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부어셈블리는,
    온수를 공급받아 상방으로 이송 및 분사하는 온수배출관과;
    상기 온수배출관의 상단에 수평 방향으로 배치되고, 중앙에는 상기 온수배출관의 상단부 개구와 연통되는 분사구가 형성된 하부플레이트와;
    상기 하부플레이트의 하측에 구비되는 하부부력체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부어셈블리는,
    상기 하부플레이트의 상측에 평행하게 이격 배치된 상부플레이트와;
    상기 상부플레이트의 상측에 구비되는 상부부력체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부부력체는 일부 또는 전부가 수면 위로 노출되는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부어셈블리로부터 배출되는 온수의 유량 변화에 따른 상기 상부어셈블리의 승강 정도를 조절하는 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조절부는 상기 상부어셈블리의 상측에 구비되고, 상기 상부어셈블리를 미리 정해진 일정한 힘으로 하방을 향하여 항시 가압하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부어셈블리의 하측에 배치되고, 상기 상부어셈블리의 상승시 외측 방사상으로 수평 이동되는 다수개의 가변플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부어셈블리의 상승시 함께 상승되면서 상기 가변플레이트를 외측으로 밀어 이동시키는 승강부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변플레이트의 내측 하부에는 하방으로 갈수록 외측으로 벌어지는 곡면으로 구성되는 캠면이 형성되고, 상기 승강부재의 외측 단부에는 롤러가 구비되어, 상기 승강부재의 상승시 상기 롤러가 캠면에 접촉되면서 상기 가변플레이트를 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 승강부재는 상부어셈블리와 와이어로 연결되는 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 승강부재와 가변플레이트를 동일한 극성을 갖는 자성체로 구성하여, 승강부재가 상승시 가변플레이트가 척력에 의해 외측으로 이동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 디퓨저.
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