KR20240062194A - Apparatus for preventing winter damage of pipe - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배관 동파 방지 장치에 관한 것으로, 외부에 보온재가 구비되는 40A 구경의 배관; 상기 배관의 길이방향을 따라 상기 배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터; 상기 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는, 메탈히터간격, 보온재두께 및 상기 외기온도에 따라 산출되고, 상기 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 상기 메탈히터간격을 상기 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정함으로써, 메탈히터의 설치 간격을 최적화하여 추가 설치로 인한 전력 손실을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배관의 유지 관리 효율성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a pipe freeze prevention device, comprising: a 40A diameter pipe equipped with an external insulating material; a plurality of metal heaters coupled to a lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe; A temperature sensor that measures the outside temperature of the pipe; and a control unit that controls the plurality of metal heaters to operate at preset temperature conditions, wherein the temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater spacing, the thickness of the insulation material, and the outside temperature, and By setting the metal heater interval where the fluid temperature exceeds 0 ℃ as the minimum installation interval for the plurality of metal heaters, it is possible to optimize the installation interval of the metal heater and prevent power loss due to additional installation. In addition, it can improve the maintenance efficiency of pipes.
Description
본 발명은 외부에 보온재가 구비되는 40A 구경의 배관과, 배관의 길이방향을 따라 배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터와, 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서와, 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는 메탈히터간격, 보온재두께 및 외기온도에 따라 산출되고, 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 메탈히터간격을 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정함으로써, 메탈히터의 설치 간격을 최적화하여 추가 설치로 인한 전력 손실을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배관의 유지 관리 효율성을 향상시킬 수 있는 배관 동파 방지 장치에 관한 것이다.The present invention includes a 40A diameter pipe equipped with an external insulation material, a plurality of metal heaters coupled to the lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe, a temperature sensor that measures the outside temperature of the pipe, and a plurality of metal heaters. It includes a control unit that controls operation under set temperature conditions, and the temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater interval, the thickness of the insulation material, and the outside temperature, and the metal heater interval where the fluid temperature exceeds 0 ℃ is calculated. By setting the minimum installation interval for multiple metal heaters, it is a pipe freeze prevention device that not only prevents power loss due to additional installation by optimizing the installation interval of metal heaters, but also improves pipe maintenance efficiency. It's about.
잘 알려진 바와 같이, 겨울철의 경우, 배관 주위에 열선을 감싸 열을 발생시켜 배관의 동파를 방지하고 있다.As is well known, in winter, heating wires are wrapped around pipes to generate heat to prevent pipes from freezing.
이러한 동파 방지 장치 배관 외부에 배관의 길이 방향으로 열선을 연속적으로 감거나 보조재를 사용하여 배관에 이를 부착하는데, 열선의 발열 시 열 대류가 배관 단면 상부로 주로 발생하고, 길이 방향으로 발생하는 대류가 미미하게 되어 배관 전체의 동파를 방지하지 못하는 문제점이 있다.A heating wire is continuously wrapped around the length of the pipe outside the pipe of this freeze prevention device or is attached to the pipe using auxiliary materials. When the heating wire generates heat, heat convection occurs mainly in the upper part of the pipe cross section, and convection occurring in the longitudinal direction occurs. There is a problem in that it is so small that it does not prevent freezing of the entire pipe.
또한, 배관이 콘크리트에 매립되거나, 지중 매립된 부분이 긴 경우 열선을 설치하거나 교체가 곤란한 문제점이 있으며, 이로 인해, 온도가 급격히 낮아질 경우, 유체의 점도가 높은 물질이나 상변화가 일어나는 유체일 경우 배관의 사용이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem in that it is difficult to install or replace a heating wire when the pipe is buried in concrete or the part buried underground is long. As a result, when the temperature drops rapidly, or when the fluid is a substance with high viscosity or a fluid that undergoes a phase change, there is a problem. There was a problem that made it impossible to use the pipe.
한편, 열선을 포함하는 별도의 하우징을 배관에 결합하여 동파를 방지하였으나, 열선 또는 하우징 내부에 문제점이 발생하여 교체하여야 하는 경우, 하우징 전체를 교체해야 하기 때문에 비용이 과다하게 발생되는 문제점이 있다.On the other hand, a separate housing containing a heating wire is coupled to the pipe to prevent freezing, but if a problem occurs inside the heating wire or the housing and it must be replaced, the entire housing must be replaced, resulting in excessive costs.
이러한 문제점을 개선하기 위해 최근에는 배관의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 장착되어 내부 PTC 발열체를 이용하여 배관 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 메탈히터가 사용되고 있다.To improve this problem, metal heaters have recently been used that are installed at regular intervals along the length of the pipe and can maintain the pipe temperature constant using an internal PTC heating element.
그러나, 종래에 메탈히터가 적용된 배관 동파 방지 장치에서는 일정 간격에 따라 복수의 매탈히터가 설치되는데, 배관의 설치 위치에 따라 온도 차이가 발생함에도 불구하고 설치 간격와 온도와의 관계에 대한 정밀한 분석없이 메탈히터가 설치되기 때문에, 추가 설치로 인한 전력 손실을 초래할 뿐만 아니라 배관의 유지 관리 효율성이 저하되는 문제점이 있다.However, in conventional pipe freeze prevention devices using metal heaters, a plurality of metal heaters are installed at regular intervals, and although temperature differences occur depending on the installation location of the pipe, metal heaters are installed without detailed analysis of the relationship between installation intervals and temperature. Since the heater is installed, there is a problem that not only does the additional installation result in power loss, but the maintenance efficiency of the pipes is reduced.
본 발명은 외부에 보온재가 구비되는 40A 구경의 배관과, 배관의 길이방향을 따라 배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터와, 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서와, 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는 메탈히터간격, 보온재두께 및 외기온도에 따라 산출되고, 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 메탈히터간격을 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정함으로써, 메탈히터의 설치 간격을 최적화하여 추가 설치로 인한 전력 손실을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배관의 유지 관리 효율성을 향상시킬 수 있는 배관 동파 방지 장치를 제공하고자 한다.The present invention includes a 40A diameter pipe equipped with an external insulation material, a plurality of metal heaters coupled to the lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe, a temperature sensor that measures the outside temperature of the pipe, and a plurality of metal heaters. It includes a control unit that controls operation under set temperature conditions, and the temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater interval, the thickness of the insulation material, and the outside temperature, and the metal heater interval where the fluid temperature exceeds 0 ℃ is calculated. By setting the minimum installation interval for multiple metal heaters, it is a pipe freeze prevention device that not only prevents power loss due to additional installation by optimizing the installation interval of metal heaters, but also improves pipe maintenance efficiency. We would like to provide.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purposes of the embodiments of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .
본 발명의 실시예에 따르면, 외부에 보온재가 구비되는 40A 구경의 배관; 상기 배관의 길이방향을 따라 상기 배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터; 상기 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는, 메탈히터간격, 보온재두께 및 상기 외기온도에 따라 산출되고, 상기 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 상기 메탈히터간격을 상기 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정하는 배관 동파 방지 장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a 40A diameter pipe provided with an external insulation material; a plurality of metal heaters coupled to a lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe; A temperature sensor that measures the outside temperature of the pipe; and a control unit that controls the plurality of metal heaters to operate at preset temperature conditions, wherein the temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater spacing, the thickness of the insulation material, and the outside temperature, and A pipe freeze prevention device may be provided that sets the metal heater interval where the fluid temperature exceeds 0° C. as the minimum installation interval for the plurality of metal heaters.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유체의 온도는, 아래의 회귀식에 의해 산출되는 배관 동파 방지 장치([회귀식] 유체온도 = A1 + A2x1 + A3x2 + A4x3 + A5(x1)2 + A6(x2)2 (여기에서, A1, A2, A3, A4, A5, A6은 상수이고, x1은 상기 메탈히터간격/2, x2는 상기 보온재두께, x3는 상기 외기온도를 나타냄))가 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the temperature of the fluid is a pipe freeze prevention device calculated by the regression equation below ([regressive equation] fluid temperature = A1 + A2x1 + A3x2 + A4x3 + A5(x1) 2 + A6(x2) 2 (where A1, A2, A3, A4, A5, and A6 are constants, x1 represents the metal heater spacing/2, x2 represents the insulation thickness, and x3 represents the outside temperature) is provided. It can be.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배관은, 탄소강으로 제공되며, 7.5-8.0(kg/m3)의 밀도(density), 0.4-0.5(J/gK)의 비열(specific heat) 및 60-61(W/mk)의 열전도율(thermal conductivity)을 나타내는 배관 동파 방지 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the pipe is made of carbon steel, has a density of 7.5-8.0 (kg/m 3 ), a specific heat of 0.4-0.5 (J/gK), and 60 A pipe freeze prevention device exhibiting a thermal conductivity of -61 (W/mk) may be provided.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보온재는, 고무발포재로 제공되며, 50-52(kg/m3)의 밀도(density), 1.6-1.7(J/gK)의 비열(specific heat) 및 0.03-0.04(W/mk)의 열전도율(thermal conductivity)을 나타내는 배관 동파 방지 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the insulation material is provided as a rubber foam material, and has a density of 50-52 (kg/m 3 ) and a specific heat of 1.6-1.7 (J/gK). and a pipe freeze prevention device exhibiting a thermal conductivity of 0.03-0.04 (W/mk) may be provided.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배관은, 49-51(W/m2K)의 대류 열전달계수(convective heat transfer coefficient)를 나타내는 배관 동파 방지 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the pipe may be provided with a pipe freeze prevention device that exhibits a convective heat transfer coefficient of 49-51 (W/m2K).
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기 설정된 온도조건은, 70-75 ℃의 온도범위로 제공되는 배관 동파 방지 장치가 제공될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, a pipe freeze prevention device may be provided in which the preset temperature condition is provided in a temperature range of 70-75°C.
본 발명은 외부에 보온재가 구비되는 40A 구경의 배관과, 배관의 길이방향을 따라배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터와, 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서와, 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는 메탈히터간격, 보온재두께 및 외기온도에 따라 산출되고, 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 메탈히터간격을 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정함으로써, 메탈히터의 설치 간격을 최적화하여 추가 설치로 인한 전력 손실을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배관의 유지 관리 효율성을 향상시킬 수 있다.The present invention includes a 40A diameter pipe equipped with an external insulation material, a plurality of metal heaters coupled to the lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe, a temperature sensor that measures the outside temperature of the pipe, and a plurality of metal heaters. It includes a control unit that controls operation under set temperature conditions, and the temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater interval, the thickness of the insulation material, and the outside temperature, and the metal heater interval where the fluid temperature exceeds 0 ℃ is calculated. By setting the minimum installation interval for multiple metal heaters, it is possible to not only prevent power loss due to additional installation by optimizing the installation interval of metal heaters, but also improve piping maintenance efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관 동파 방지 장치를 예시한 도면이고,
도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관과 메탈히터간격 설정을 설명하기 위한 도면이며,
도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 메탈히터간격 설정하는 회귀식에 대해 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a pipe freeze prevention device according to an embodiment of the present invention,
Figures 2 and 3 are drawings for explaining the setting of the interval between the pipe and the metal heater according to an embodiment of the present invention;
4 to 11 are diagrams for explaining the regression equation for setting the metal heater interval according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the embodiments of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing embodiments of the present invention, if a detailed description of a known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관 동파 방지 장치를 예시한 도면이고, 도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관과 메탈히터간격 설정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating a pipe freeze prevention device according to an embodiment of the present invention, and Figures 2 and 3 are diagrams for explaining the setting of an interval between a pipe and a metal heater according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 동파 방지 장치는 배관(110), 복수의 메탈히터(120), 온도센서(130), 제어부(140) 등을 포함할 수 있다.1 to 3, the pipe freeze prevention device according to an embodiment of the present invention may include a pipe 110, a plurality of metal heaters 120, a temperature sensor 130, a control unit 140, etc. .
배관(110)은 외부에 보온재(111)가 구비되는 40A 구경으로 제공될 수 있는데, 내경이 1.5인치(즉, 40mm)이면서 외경이 48.6mm인 40A 구경의 관으로 제공될 수 있고, 그 외부에 예를 들면, 13mm, 19mm, 25mm, 38mm 등의 두께를 갖는 보온재(111)가 구비될 수 있다.The pipe 110 may be provided as a 40A diameter pipe with an insulating material 111 on the outside, with an inner diameter of 1.5 inches (i.e., 40mm) and an outer diameter of 48.6mm, and may be provided as a 40A diameter pipe with an outer diameter of 48.6mm. For example, the insulation material 111 may be provided with a thickness of 13 mm, 19 mm, 25 mm, or 38 mm.
이러한 배관(110)은 탄소강으로 제공되며, 아래의 표 1에 도시한 바와 같이 7.5-8.0(kg/m3)의 밀도(density), 0.4-0.5(J/gK)의 비열(specific heat) 및 60-61(W/mk)의 열전도율(thermal conductivity)을 나타낼 수 있다.This pipe 110 is made of carbon steel and has a density of 7.5-8.0 (kg/m 3 ), a specific heat of 0.4-0.5 (J/gK), and It can exhibit a thermal conductivity of 60-61 (W/mk).
여기에서, 보온재(111)는 아래의 표 1에 도시한 바와 같이 고무발포재로 제공되며, 50-52(kg/m3)의 밀도(density), 1.6-1.7(J/gK)의 비열(specific heat) 및 0.03-0.04(W/mk)의 열전도율(thermal conductivity)을 나타낼 수 있다.Here, the insulation material 111 is provided as a rubber foam material as shown in Table 1 below, and has a density of 50-52 (kg/m 3 ) and a specific heat of 1.6-1.7 (J/gK). specific heat) and thermal conductivity of 0.03-0.04 (W/mk).
상술한 바와 같은 배관(110)은 49-51(W/m2K)의 대류 열전달계수(convective heat transfer coefficient)를 나타낼 수 있다.The pipe 110 as described above may exhibit a convective heat transfer coefficient of 49-51 (W/m2K).
복수의 메탈히터(120)는 배관(110)의 길이방향을 따라 배관(110)의 하단부에 결합되는 것으로, 예를 들면, 세라믹히터, PTC발열체 및 카본소재 면상발열체 중 어느 하나인 발열체를 포함할 수 있으며, 제어부(140)로부터 제공되는 제어신호에 따라 기 설정된 온도조건에 따라 동작하여 도 3에 도시한 바와 같이 인접한 위치에서는 전도열을 통해, 배관(110)의 내부에서는 열대류를 통해 유체를 가열할 수 있다.The plurality of metal heaters 120 are coupled to the lower end of the pipe 110 along the longitudinal direction of the pipe 110, and may include, for example, a heating element that is one of a ceramic heater, a PTC heating element, and a carbon material planar heating element. It operates according to preset temperature conditions according to the control signal provided from the control unit 140, heating the fluid through conduction heat at adjacent locations and through thermal convection inside the pipe 110, as shown in FIG. 3. can do.
이러한 복수의 메탈히터(120)에 대해서는 종래에 다양하게 개시되어 있으므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the plurality of metal heaters 120 have been disclosed in various ways in the related art, detailed description thereof will be omitted.
온도센서(130)는 배관(110)의 외기온도를 측정하는 것으로, 배관(110)의 외부에 구비되어 배관(110)의 외부에 대한 외기온도를 측정하여 제어부(140)로 제공할 수 있다.The temperature sensor 130 measures the outside temperature of the pipe 110, and is provided outside the pipe 110 to measure the outside temperature of the pipe 110 and provide the temperature to the control unit 140.
제어부(140)는 복수의 메탈히터(120)를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 것으로, 기 설정된 온도조건은 예를 들면, 70-75 ℃의 온도범위로 제공될 수 있다.The control unit 140 controls the plurality of metal heaters 120 to operate under preset temperature conditions. For example, the preset temperature condition may be provided in a temperature range of 70-75°C.
이러한 제어부(140)는 배관(110)의 내부에 유동하는 유체의 온도를 메탈히터간격, 보온재두께 및 외기온도에 따라 산출할 수 있다.This control unit 140 can calculate the temperature of the fluid flowing inside the pipe 110 according to the metal heater spacing, the thickness of the insulation material, and the outside temperature.
예를 들면, 유체의 온도는 아래의 수학식 1의 회귀식에 의해 산출될 수 있다.For example, the temperature of the fluid can be calculated using the regression equation in Equation 1 below.
여기에서, A1, A2, A3, A4, A5, A6은 상수이고, x1은 메탈히터간격/2, x2는 보온재두께, x3는 외기온도를 나타낸다.Here, A1, A2, A3, A4, A5, and A6 are constants, x1 represents the metal heater spacing/2, x2 is the insulation thickness, and x3 represents the outside temperature.
또한, A1은 54.5-56.5 사이의 실수이되, 바람직하게는 55.044이고, A2는 (-0.01)~(-0.015) 사이의 실수이되, 바람직하게는 -0.011391이며, A3은 0.7-0.8 사이의 실수이되, 바람직하게는 0.7582이고, A4는 0.1-0.2 사이의 실수이되, 바람직하게는 0.17398이며, A5는 0.0000005-0.0000015 사이의 실수이되, 바람직하게는 0.000001이고, A6은 (-0.009)~(-0.01) 사이의 실수이되, 바람직하게는 -0.00933일 수 있다.In addition, A1 is a real number between 54.5 and 56.5, preferably 55.044, A2 is a real number between (-0.01) and (-0.015), but preferably -0.011391, and A3 is a real number between 0.7 and 0.8. , preferably 0.7582, A4 is a real number between 0.1-0.2, preferably 0.17398, A5 is a real number between 0.0000005-0.0000015, but preferably 0.000001, and A6 is (-0.009) ~ (-0.01) It may be a real number between, preferably -0.00933.
본 발명의 실시예에 따른 배관 동파 방지 장치는 상기 수학식 1에 따라 산출되는 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 메탈히터간격을 복수의 메탈히터(120)에 대한 최소설치간격으로 설정할 수 있다.The pipe freeze prevention device according to an embodiment of the present invention can set the metal heater interval at which the fluid temperature exceeds 0°C calculated according to Equation 1 above as the minimum installation interval for the plurality of metal heaters 120.
이를 구체적으로 설명하면, 먼저 배관 동파 방지 장치에 대해 40A 배관에 대해 Minitab 17.0 프로그램을 이용하여 적합 회귀 분석을 수행하였다.To explain this in detail, first, a suitable regression analysis was performed using the Minitab 17.0 program for the 40A pipe for the pipe freeze prevention device.
여기에서, 반응 변수는 유체온도로 설정하였고, 이는 배관의 중심위치에서 계측될 수 있으며, 연속형 예측 변수는 배관외경(B), 메탈히터간격(D), 보온재두께(T) 및 외기온도로 설정하였다.Here, the response variable is set to the fluid temperature, which can be measured at the center of the pipe, and the continuous predictor variables are set to the pipe outer diameter (B), metal heater spacing (D), insulation thickness (T), and outdoor temperature. did.
또한, 교호작용의 최대차수는 2로 설정하였고, 항의 최대차수는 2로 설정하였으며, 각 항은 배관외경(B), 메탈히터간격/2(b), 보온재두께(T), 외기온도, (배관외경*배관외경), (메탈히터간격/2*메탈히터간격/2), (보온재두께*보온재두께)로 하여 설정하였으며, 모든 구간에 대한 신뢰 수준은 95 %로 설정하였다.In addition, the maximum order of the interaction was set to 2, and the maximum order of the terms was set to 2, and each term was the pipe outer diameter (B), metal heater spacing/2(b), insulation thickness (T), outdoor temperature, ( It was set as pipe outer diameter*pipe outer diameter), (metal heater spacing/2*metal heater spacing/2), (insulating material thickness*insulating material thickness), and the confidence level for all sections was set at 95%.
이에, 40A 구경의 배관외경은 38mm인 배관조건과, 13mm, 19mm, 25mm, 38mm인 보온재두께조건과, ??10 ℃, -20 ℃인 외기온도조건과, 0 내지 5000 mm인 (메탈히터간격/2) 조건으로 400개의 데이터를 분석하여 그 측정값과, 단일회귀예측값 및 오차율을 산출한 결과, 도 4 내지 도 11에 도시한 바와 같이 1000 mm, 2000 mm, 3000 mm, 4000 mm, 5000 mm에 따른 측정값과 단일회귀예측값이 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었다.Accordingly, the pipe outer diameter of the 40A diameter pipe condition is 38mm, the insulation thickness condition is 13mm, 19mm, 25mm, and 38mm, the external temperature condition is ??10 ℃, -20 ℃, and the metal heater spacing is 0 to 5000 mm. /2) As a result of analyzing 400 pieces of data under the conditions and calculating the measured values, single regression predicted values, and error rates, the results were 1000 mm, 2000 mm, 3000 mm, 4000 mm, and 5000 mm, as shown in Figures 4 to 11. It was confirmed that the measured values and single regression predicted values were almost identical.
여기에서, 측정값과 단일회귀예측값의 오차율은 아래 표 2에 도시한 바와 같이 최대 2.29 %, 최소 0 %로, 평균 0.63 %로 나타남으로써, 매우 정확한 값을 예측할 수 있음을 알 수 있다.Here, the error rate between the measured value and the single regression predicted value is a maximum of 2.29%, a minimum of 0%, and an average of 0.63%, as shown in Table 2 below, showing that very accurate values can be predicted.
상술한 바와 같은 과정을 통해 아래의 수학식 2와 같은 회귀식을 도출할 수 있다.Through the process described above, a regression equation such as Equation 2 below can be derived.
여기에서, x1은 메탈히터간격/2, x2는 보온재두께, x3는 외기온도를 나타낸다.Here, x1 represents the metal heater spacing/2, x2 represents the insulation thickness, and x3 represents the outside temperature.
상술한 바와 같이 산출된 회귀식에 따라 유체온도가 0 ℃를 초과하는 메탈히터간격을 최소설치간격으로 설정하고, 최적 효율을 갖는 간격에 따라 복수의 메탈히터를 설치함으로써, 최적 효율을 갖는 배관 동파 방지 장치를 제공할 수 있다.According to the regression equation calculated as described above, the metal heater interval where the fluid temperature exceeds 0 ℃ is set as the minimum installation interval, and a plurality of metal heaters are installed according to the interval with optimal efficiency, thereby preventing pipe freeze and breakage with optimal efficiency. A prevention device can be provided.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 외부에 보온재가 구비되는 40A 구경의 배관과, 배관의 길이방향을 따라 배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터와, 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서와, 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는 메탈히터간격, 보온재두께 및 외기온도에 따라 산출되고, 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 메탈히터간격을 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정함으로써, 메탈히터의 설치 간격을 최적화하여 추가 설치로 인한 전력 손실을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배관의 유지 관리 효율성을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, a 40A diameter pipe equipped with an external insulation material, a plurality of metal heaters coupled to the lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe, a temperature sensor for measuring the outside temperature of the pipe, and , a control unit that controls a plurality of metal heaters to operate under preset temperature conditions, and the temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater spacing, the thickness of the insulation material, and the outside temperature, and the temperature of the fluid is 0 ℃. By setting the metal heater interval exceeding the minimum installation interval for multiple metal heaters, not only can power loss due to additional installation be prevented by optimizing the installation interval of metal heaters, but also improving piping maintenance efficiency. You can do it.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description, various embodiments of the present invention have been presented and explained, but the present invention is not necessarily limited thereto, and those skilled in the art will understand various embodiments without departing from the technical spirit of the present invention. It will be easy to see that branch substitutions, transformations, and changes are possible.
110 : 배관
120 : 복수의 메탈히터
130 : 온도센서
140 : 제어부110: piping
120: Multiple metal heaters
130: Temperature sensor
140: control unit
Claims (6)
상기 배관의 길이방향을 따라 상기 배관의 하단부에 결합되는 복수의 메탈히터;
상기 배관의 외기온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 복수의 메탈히터를 기 설정된 온도조건으로 동작하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 배관의 내부에 유동하는 유체의 온도는, 메탈히터간격, 보온재두께 및 상기 외기온도에 따라 산출되고,
상기 유체의 온도가 0 ℃를 초과하는 상기 메탈히터간격을 상기 복수의 메탈히터에 대한 최소설치간격으로 설정하는
배관 동파 방지 장치.
40A diameter pipe equipped with insulation material on the outside;
a plurality of metal heaters coupled to a lower end of the pipe along the longitudinal direction of the pipe;
A temperature sensor that measures the outside temperature of the pipe; and
It includes a control unit that controls the plurality of metal heaters to operate under preset temperature conditions,
The temperature of the fluid flowing inside the pipe is calculated according to the metal heater spacing, the insulation thickness, and the outside temperature,
Setting the metal heater interval where the temperature of the fluid exceeds 0° C. as the minimum installation interval for the plurality of metal heaters.
Pipe freeze prevention device.
상기 유체의 온도는,
아래의 회귀식에 의해 산출되는
배관 동파 방지 장치.
[회귀식]
유체온도 = A1 + A2x1 + A3x2 + A4x3 + A5(x1)2 + A6(x2)2
(여기에서, A1, A2, A3, A4, A5, A6은 상수이고, x1은 상기 메탈히터간격/2, x2는 상기 보온재두께, x3는 상기 외기온도를 나타냄)
In claim 1,
The temperature of the fluid is,
Calculated by the regression equation below
Pipe freeze prevention device.
[regression equation]
Fluid temperature = A1 + A2x1 + A3x2 + A4x3 + A5(x1) 2 + A6(x2) 2
(Here, A1, A2, A3, A4, A5, and A6 are constants, x1 represents the metal heater spacing/2, x2 represents the insulation thickness, and x3 represents the outside temperature)
상기 배관은,
탄소강으로 제공되며, 7.5-8.0(kg/m3)의 밀도(density), 0.4-0.5(J/gK)의 비열(specific heat) 및 60-61(W/mk)의 열전도율(thermal conductivity)을 나타내는
배관 동파 방지 장치.
In claim 2,
The pipe is,
Available in carbon steel, with a density of 7.5-8.0 (kg/m 3 ), specific heat of 0.4-0.5 (J/gK) and thermal conductivity of 60-61 (W/mk). representative
Pipe freeze prevention device.
상기 보온재는,
고무발포재로 제공되며, 50-52(kg/m3)의 밀도(density), 1.6-1.7(J/gK)의 비열(specific heat) 및 0.03-0.04(W/mk)의 열전도율(thermal conductivity)을 나타내는
배관 동파 방지 장치.
In claim 3,
The insulation material is,
It is provided as a rubber foam material and has a density of 50-52 (kg/m 3 ), specific heat of 1.6-1.7 (J/gK), and thermal conductivity of 0.03-0.04 (W/mk). ) representing
Pipe freeze prevention device.
상기 배관은,
49-51(W/m2K)의 대류 열전달계수(convective heat transfer coefficient)를 나타내는
배관 동파 방지 장치.
In claim 4,
The pipe is,
Indicating a convective heat transfer coefficient of 49-51 (W/m2K)
Pipe freeze prevention device.
상기 기 설정된 온도조건은,
70-75 ℃의 온도범위로 제공되는
배관 동파 방지 장치.In claim 5,
The preset temperature conditions are,
Available in a temperature range of 70-75℃
Pipe freeze prevention device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220141018A KR20240062194A (en) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | Apparatus for preventing winter damage of pipe |
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Publications (1)
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| KR (1) | KR20240062194A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102217850B1 (en) | 2020-12-01 | 2021-02-19 | 임성택 | prevention device for pipe winter-sowing |
-
2022
- 2022-10-28 KR KR1020220141018A patent/KR20240062194A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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