KR20220073487A - 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템 - Google Patents

듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수충격 방지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수배관의 펌프 급정지시 2개의 압력탱크에 저장된 물을 주배관으로 배출시킴으로써 수충격을 방지할 수 있는 수충격 방지 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 펌프와; 펌프로부터 토출된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 연결되어 수충격을 방지하기 위해 병렬로 배치된 2개의 압력탱크와; 상기 2개의 압력탱크의 상부를 서로 연통되도록 연결하는 균압관과; 상기 각 압력탱크의 하부에 각각 연결된 압력탱크분기관과; 상기 주배관으로부터 분기 연결되고 상기 각 압력탱크분기관에 연결되는 압력탱크연결관과; 상기 균압관에 설치되는 제1삼방밸브와; 상기 각 압력탱크분기관과 압력탱크연결관이 교차하는 위치에는 설치되는 제2삼방밸브와; 상기 각 압력탱크 내부 수위를 감지하기 위한 레벨트랜스미터와; 상기 각 압력탱크 내부 기체의 압력을 감지하기 위한 압력트랜스미터와; 상기 제1삼방밸브의 하측단에 연결되는 기체공급장치와; 상기 각 압력탱크 내부 기체를 배기하기 위한 배기밸브와; 상기 레벨트랜스미터와 압력트랜스미터의 감지신호에 근거하여 상기 제1삼방밸브, 제2삼방밸브, 기체공급장치 및 배기밸브의 작동을 자동 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템{WATER HAMMER PREVENTING SYSTEM USING DUAL TANK}
본 발명은 수충격 방지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수배관의 펌프 급정지시 2개의 압력탱크에 저장된 물을 주배관으로 배출시킴으로써 수충격을 방지할 수 있는 수충격 방지 시스템에 관한 것이다.
냉난방을 위한 순환배관 시스템 또는 유체이송 배관 시스템에서는 펌프의 급정지나 밸브 급폐쇄의 경우 유량/유속이 급격히 변화함으로써 발생되는 수충격을 방지하거나, 순환 배관계의 배관수 팽창/수축으로 인한 배관계의 파손을 방지하기 위해 각각 압력탱크가 포함된 수충격방지설비 또는 압력유지설비(또는 팽창탱크)가 구비된다.
압력탱크 내부에는 비압축성유체와 압축성기체가 공존해 있으며, 배관계에서 팽창/수축 또는 수충격이 발생했을 때, 압축성기체를 이용하여 압력탱크 내부의 비압축성유체를 배관계로 배출하거나 배관계의 비압축성유체를 압력탱크 내부로 유입시킴으로써 배관계에 발생되는 고압을 완화하고 저압 또는 부압을 방지한다.
관로의 검토와 유동해석 등을 통하여 압력탱크의 용량이 정해지고, 압력탱크 내부에 필요한 압축성기체의 양 역시 정해지지만, 이 압축성기체는 영구적인 것이 아니라 일부는 접합부에서 발생되는 누기를 통해 소모되고, 일부는 비압축성유체에 용해되어 소모된다. 또한, 배관계의 비압축성유체의 압력에 따라 압축성기체의 체적이 변화하게 되는데, 이는 압력탱크 내부 비압축성유체의 수위를 변화시키게 된다.
압력탱크의 수위 변동은 배관계 전체의 기준압력 변동을 의미하는바, 압력이 상승할 때에는 배관계의 장비나 배관을 파손시킬 수 있으며, 배관계의 압력이 하강하여 액체의 포화증기압 이하로 낮아지면 수주분리 후 재결합시 충격파로 장비나 배관을 파손시킬 수 있다. 따라서, 배관 시스템을 안정적으로 유지시키기 위해 압력탱크 내부의 압력과 비압축성유체의 수위가 적정 범위로 항시 유지되도록 제어되어야 한다.
이러한 압력탱크의 수위 제어는 압력탱크 내 압축공기 또는 질소와 같은 압축성 기체의 충진 또는 배기에 의해 수행된다. 즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 배관계에 연결된 압력탱크(100)에는 레벨트랜스미터(LT)가 설치되고, 상기 레벨트랜스미터(LT)에 의해 실시간으로 압력탱크(100)의 수위가 감지된다. 압력탱크(100) 내부의 수위 상승시 제어부(400)는 충진밸브(S1)를 개방하여 공기압축기 또는 질소발생기와 같은 기체공급장치(200)로부터 압력탱크(100) 내부에 압축성기체를 충진함으로써 비압축성유체의 수위를 적정 수위로 낮추어 조정하고, 수위 하락시에는 배기밸브(S2)를 개방하여 압력탱크(100)로부터 기체를 외부로 배기시켜 수위를 상승시킴에 의해 압력탱크(100) 내부 비압축성유체의 수위를 미리 설정된 적정 범위로 유지시킨다.
한편, 압력탱크(5)의 용량은 수배관 시스템의 규모에 따라 달라질 수 있는 데, 대규모 시스템에서 1개의 대용량 압력탱크를 설치하고자 하는 경우 압력탱크의 부피가 매우 크기 때문에 제작 및 운반에 어려움이 있고, 설치 공간의 제약이 있을 뿐만 아니라, 1개의 탱크에 손상이 발생하거나 압력 또는 수위 센서 등에 이상이 발생하는 경우 압력탱크의 기능이 완전히 중단되기 때문에 시스템을 운용하지 못하는 문제점이 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-1069126호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 수배관 수충격 방지 시스템의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 용량이 동일한 2개의 압력탱크를 병렬로 설치하여 평시 2개의 압력탱크를 동시에 가동하여 수충격을 방지하고, 1개의 압력탱크에 손상 또는 이상이 발생하는 경우에도 이상이 없는 다른 압력탱크를 활용함으로써 시스템 운용 중단 사태를 막을 수 있는 수배관 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 펌프와; 펌프로부터 토출된 유체를 이송하는 주배관과; 상기 주배관에 연결되어 수충격을 방지하기 위해 병렬로 배치된 2개의 압력탱크와; 상기 2개의 압력탱크의 상부를 서로 연통되도록 연결하는 균압관과; 상기 각 압력탱크의 하부에 각각 연결된 압력탱크분기관과; 상기 주배관으로부터 분기 연결되고 상기 각 압력탱크분기관에 연결되는 압력탱크연결관과; 상기 균압관에 설치되는 제1삼방밸브와; 상기 각 압력탱크분기관과 압력탱크연결관이 교차하는 위치에는 설치되는 제2삼방밸브와; 상기 각 압력탱크 내부 수위를 감지하기 위한 레벨트랜스미터와; 상기 각 압력탱크 내부 기체의 압력을 감지하기 위한 압력트랜스미터와; 상기 제1삼방밸브의 하측단에 연결되는 기체공급장치와; 상기 각 압력탱크 내부 기체를 배기하기 위한 배기밸브와; 상기 레벨트랜스미터와 압력트랜스미터의 감지신호에 근거하여 상기 제1삼방밸브, 제2삼방밸브, 기체공급장치 및 배기밸브의 작동을 자동 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 각 압력탱크는 동일한 용량으로 구성된다.
그리고, 상기 제어부는 최초 시스템 운전시 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 각단을 모두 개방 상태로 전환하고, 각 압력탱크에 구비된 압력트랜스미터에서 감지된 해당 압력탱크 내부 기체의 압력값을 전달받아 차압을 계산하고, 차압이 미리 설정된 기준값 범위에 속하는지 여부를 판단하여, 차압이 기준값 범위 내인 것으로 판정되면 각 압력탱크에 구비된 레벨트랜스미터에서 감지된 두 수위값의 평균값을 기준으로 기체공급장치와 배기밸브를 제어하여 각 압력탱크 내부 기체의 충진 및 배기를 제어하고, 차압이 기준값 범위를 벗어나는 경우에는 양 압력탱크 중 어느 압력탱크에서 이상이 발생하였는지를 판별하여 어느 한 압력탱크에 이상이 발생한 것으로 판별되면 해당 압력탱크와 연결된 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 각단을 폐쇄하고, 정상 압력탱크에 구비된 레밸트랜스미터에서 감지된 수위값을 기준으로 기체의 충진 및 배기를 제어한다.
여기서, 압력탱크의 이상 판별은 압력탱크의 수위값이 미리 설정된 편차 이상으로 급격히 변화하지 여부로 판정한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 용량이 동일한 2개의 압력탱크를 병렬로 설치하고 이들을 서로 균압관으로 연결함으로써 평시에는 2개의 압력탱크가 1개의 압력탱크와 같이 동시에 가동됨으로써 수충격을 방지하고, 1개의 압력탱크에 손상 또는 이상이 발생하는 경우에도 이상이 없는 다른 압력탱크를 활용함으로써 시스템 운용 중단 사태를 막을 수 있는 탁월한 장점을 갖는다.
도 1 은 종래 일반적인 수배관 시스템 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템의 작동 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템은 주배관(2)에 2개의 압력탱크(100,110)가 서로 병렬로 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 두 압력탱크(100,110)의 하부에는 각각 압력탱크분기관(6,7)이 각각 연결되고, 상기 각 압력탱크분기관(6,7)은 수평으로 절곡되어 연장된 후 하측에 구비된 압력탱크연결관(5)와 연통된다. 그리고 상기 압력탱크연결관(5)은 주배관(2)의 펌프(1) 후단에 연결된다. 이러한 구성을 통하여, 상기 양 압력탱크(100,110)에 저장된 물이 각 압력탱크분기관(6,7)을 통하여 이송된 후 압력탱크연결관(5)를 통하여 주배관(2) 내부로 배출될 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기 두 압력탱크(100,110)는 동일한 용량으로 구성되며, 상부는 균압관(10)에 의해 서로 연통되도록 구성된다. 압력탱크(100,110)의 내부 하측에는 배관수가 저장되고 상측에는 압축공기와 같은 기체가 충진되어 있으며, 압력탱크(10,110) 내부의 수위는 기체의 충진과 배기에 의해 조절된다. 이때, 상기와 같이 양 압력탱크(100,110)의 상부가 균압관(10)에 의해 연통되면, 양 압력탱크(100,110) 내부의 압력이 동일하게 유지되므로 2개의 압력탱크가 1개의 압력탱크를 사용하는 경우와 동일하게 작동 가능하다. 이에 따라, 비교적 작은 용량의 압력탱크 2개를 각각 제조하여 운반하여 설치하면 되므로 제작 및 운반이 용이하고, 1개의 대용량 압력탱크 보다 설치 공간의 제약이 적다. 따라서, 2개의 압력탱크(100,110)를 균압관(10)으로 연결하여 2개의 압력탱크 용량을 합친것과 같은 1개의 대용량 압력탱크를 운용하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이렇게 되면 평시에는 두 압력탱크를 동시에 운용하다가 어느 하나의 압력탱크 또는 각종 센서에 이상이 발생하는 경우 이상이 발생된 압력탱크의 운용을 중단하고, 정상인 다른 압력탱크만 사용하여 시스템 운용이 가능하다.
이와 같이 균압관(10)에 의해 연결된 2개의 압력탱크(100,110)의 동시 운용을 위하여, 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 균압관(10)에는 제1삼방밸브(S11)가 구비되고, 상기 각 압력탱크분기관(6,7)과 압력탱크연결관(5)이 만나는 교차하는 위치에는 제2삼방밸브(S12)가 구비된다.
상기 제1삼방밸브(S11)는 좌측단 및 우측단이 각각 압력탱크(100,110)와 연결된 균압관(10) 유로와 연결되고, 하측단은 압력탱크(100,110)에 기체를 충진하기 위한 기체공급장치(200)가 연결된다. 여기서 상기 기체공급장치(200)는 공기압축기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2삼방밸브(S12)는 좌측단 및 우측단이 각각 압력탱크분기관(6,7)과 연결되고, 하측단은 압력탱크연결관(5)과 연결된다.
한편, 각 압력탱크(100,110)에는 수위를 감지하기 위한 레벨트랜스미터(LT1,LT2)와 기체의 압력을 감지하기 위한 압력트랜스미터(PT1,PT2)가 구비되고, 내부 기체의 배기를 위한 배기밸브(S21,S22)가 구비된다.
그리고, 상기 레벨트랜스미터(LT1,LT2)와 압력트랜스미터(PT1,PT2)의 감지신호에 근거하여 상기 제1삼방밸브(S11), 제2삼방밸브(S12), 기체공급장치(200) 및 배기밸브(S21,S22)의 작동을 자동 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함한다.
도 3 에는 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템의 작동 순서도가 도시된다. 이하, 본 발명에 따른 수충격 바지 시스템의 제어 방법을 도 3 을 참조로 상세히 설명한다.
먼저, 최초 시스템 운전이 시작되면 제1삼방밸브(S11) 및 제2삼방밸브(S12)의 각단을 모두 개방 상태로 전환한다. 그 다음, 각 압력탱크(100,110)에 구비된 압력트랜스미터(PT1,PT2)에서 해당 압력탱크 내부 기체의 압력이 감지된다. 제어부(400)에서는 상기 감지된 두 압력값의 차압을 계산하고, 차압이 미리 설정된 기준값 범위에 속하는지 여부를 판단한다. 상기한 바와 같이 각 압력탱크(100,110)는 균압관(10)에 의해 연결되기 때문에 내부 압력이 거의 균일하게 유지되며 상황에 따라 미미한 차이가 있을 수 있다. 따라서, 각 압력탱크(100,110)가 정상 작동 상태라면 차압이 기준값 범위 내로 유지된다. 이와 같이 차압이 기준값 범위 내인 것으로 판정되면, 제어부(400)는 각 압력탱크(100,110)에 구비된 레벨트랜스미터(LT1,LT2)에서 감지된 두 수위값의 평균값을 산출하고, 산출된 수위 평균값을 기준으로 기체공급장치(200)와 배기밸브(S21,S22)를 제어하여 각 압력탱크(100,110) 내부 기체의 충진 및 배기를 제어한다.
한편, 차압이 기준값 범위를 벗어나는 경우, 제어부(400)는 양 압력탱크(100,110) 중 어느 압력탱크에서 이상이 발생하였는지를 판별한다. 이상 판별 방법은 수위값이 미리 설정된 편차 이상으로 급격히 변화하지 여부로 한다. 예컨대, 압력탱크에 손상이나 균열이 발생하여 저장수의 누수 또는 기체의 누기가 이루어지는 경우 갑자기 수위가 급격하게 변동된다. 따라서, 미리 정상 수위 변동 편차를 설정해 좋고 단위 시간(초 또는 분) 정상 수위 변동 편차를 벗어나는 수위의 변동이 발생하는 경우 해당 압력탱크의 이상으로 판정한다. 이와 같이 어느 한 압력탱크에 이상이 발생한 것으로 판별되면, 제어부는 해당 압력탱크와 연결된 제1삼방밸브(S11) 및 제2삼방밸브(S12)의 각단을 폐쇄한다. 이에 따라, 이상 판정된 압력탱크 내외로의 유체 이동이 중단되고, 정상인 압력탱크 단독으로 운용이 가능하다. 이와 같이 1개의 압력탱크로 운전되는 경우에는 해당 정상 압력탱크에 구비된 레밸트랜스미터에서 감지된 수위값을 기준으로 기체의 충진 및 배기를 제어한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
1 : 펌프 2 : 주배관
100,110 : 압력탱크 5 : 압력탱크연결관
6,7 : 압력탱크분기관 10 : 균압관
200 : 기체공급장치 400 : 제어부

Claims (4)

  1. 펌프와;
    펌프로부터 토출된 유체를 이송하는 주배관과;
    상기 주배관에 연결되어 수충격을 방지하기 위해 병렬로 배치된 2개의 압력탱크와;
    상기 2개의 압력탱크의 상부를 서로 연통되도록 연결하는 균압관과;
    상기 각 압력탱크의 하부에 각각 연결된 압력탱크분기관과;
    상기 주배관으로부터 분기 연결되고 상기 각 압력탱크분기관에 연결되는 압력탱크연결관과;
    상기 균압관에 설치되는 제1삼방밸브와;
    상기 각 압력탱크분기관과 압력탱크연결관이 교차하는 위치에는 설치되는 제2삼방밸브와;
    상기 각 압력탱크 내부 수위를 감지하기 위한 레벨트랜스미터와;
    상기 각 압력탱크 내부 기체의 압력을 감지하기 위한 압력트랜스미터와;
    상기 제1삼방밸브의 하측단에 연결되는 기체공급장치와;
    상기 각 압력탱크 내부 기체를 배기하기 위한 배기밸브와;
    상기 레벨트랜스미터와 압력트랜스미터의 감지신호에 근거하여 상기 제1삼방밸브, 제2삼방밸브, 기체공급장치 및 배기밸브의 작동을 자동 제어하기 위한 제어부를 포함하는 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 압력탱크는 동일한 용량으로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 최초 시스템 운전시 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 각단을 모두 개방 상태로 전환하고, 각 압력탱크에 구비된 압력트랜스미터에서 감지된 해당 압력탱크 내부 기체의 압력값을 전달받아 차압을 계산하고, 차압이 미리 설정된 기준값 범위에 속하는지 여부를 판단하여, 차압이 기준값 범위 내인 것으로 판정되면 각 압력탱크에 구비된 레벨트랜스미터에서 감지된 두 수위값의 평균값을 기준으로 기체공급장치와 배기밸브를 제어하여 각 압력탱크 내부 기체의 충진 및 배기를 제어하고, 차압이 기준값 범위를 벗어나는 경우에는 양 압력탱크 중 어느 압력탱크에서 이상이 발생하였는지를 판별하여 어느 한 압력탱크에 이상이 발생한 것으로 판별되면 해당 압력탱크와 연결된 제1삼방밸브 및 제2삼방밸브의 각단을 폐쇄하고, 정상 압력탱크에 구비된 레밸트랜스미터에서 감지된 수위값을 기준으로 기체의 충진 및 배기를 제어하는 것을 특징으로 하는 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    압력탱크의 이상 판별은 압력탱크의 수위값이 미리 설정된 편차 이상으로 급격히 변화하지 여부로 판정하는 것을 특징으로 하는 듀얼 탱크를 이용한 수충격 방지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200443601Y1 (ko) * 2008-07-09 2009-02-27 윤기영 초고온 응축수 회수장치
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