KR830002723Y1 - 전기적 동결방지 부착수문 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기적 동결방지 부착수문

제1도는 직열표피 전류발열관의 원리 설명도.

제2도는 유도표피 전류발열관의 원리 설명도.

제3도는 수문의 정면도.

제4도는 수문의 빙설에 의한 동결상태를 나타낸 종단 측면도.

제5도는 호당판의 빙설에 의한 동결상태를 나타낸 횡단면도.

제6도는 온풍동결방지 장치를 베푼 수문의 종단 측면도.

제7도는 제6도에 도시한 수문의 횡단면도.

제8도는 본 고안의 수문의 종단 측면도.

제9도는 본 고안의 수문의 횡단면도이다.

본 고안은 저수지의 수문 문짝체에 접하는 수면에 빙설이 발생하거나 문짝체의 좌우 양측 및 밑테두리의 호당판(戶當板 : 문에 대는 판자)에도 빙설이 발생하여, 문짝체가 동결하여 개폐불능으로 되지 않도록 한 수문에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 수문의 동결을 방지하자면 그 에너지원으로서 온수, 온풍, 온유(溫油)순환방식, 부동액 순환방식 등을 생각할 수 있는데, 온수순환방식은 펌프가열기 등이 고장났을 경우에는 온수배관 그 자체가 동결 파손될 위험이 있을뿐더러, 겨울에 수문부근에 빙설이 없을 때에도, 배관 그 자체의 열적시상수(熱的時常數)가 수문보다 작고, 조기에 조기에 동결파손(열용량이 작다는 뜻)될 단점도 있으므로, 동기에는 밤낮 혹은 한난(寒暖)에 가리지 않고 온수를 통수시켜야 하므로, 에너지 경제성에서 볼 때 좋은 방법이라고는 할 수 없다.

다음에 온풍순환방식은 온수의 경우와 같은 결점은 없지만, 단위체적 또는 중량당의 열함유량이 온수에 비하여 현저하게 작으므로, 같은 가열량에 대하여 대량의 풍량(風量)을 필요로 할 뿐 아니라, 원거리까지 온풍을 공급시키기가 불가능하여, 균일한 가열을 위한 유효거리는 기껏 10m 이하이다. 따라서 장치가 대형화되고 값비싸게 될 뿐만 아니라, 열효율도 현저하게 낮다.

다음에 온유 또는 부동액 순환방식에는, 고온으로 인하여, 무효방산열량이 많고, 열효율이 나쁠뿐만 아니라, 구조물에도 비틀림 발생등의 결점이 있으며, 또한 정지시에 유로(油路) 파손에 의하여 하천에 기름을 유출시켜 공해 발생의 결점이 있다.

전기 가열방식은 상술한 바와 같은 온수, 온풍, 기름 순환 등의 결점은 전혀 없지만, 칼로리당의 원가가 높으므로 에너지 효율을 고려하지 않으면 안된다.

본 고안에 있어서는 주로 전기 가열방식을 이용하는 것인데, 전기에너지의 효율을 고려하여 발열체로서 표피(表皮) 전류발열관을 사용하였다.

표피전류발열관은 여러가지가 있으나, 주로 직열표피전류발열관과 유도표피전류발열관으로 분류되는데, 이미 이들은 공지된 것이다.

예를 들면, 전기학회발행 "전기공학핸드북" 1978년판 1578페이지에 설명되고 있는데, 여기서 간단히 도면을 가지고 설명하면 다음과 같다.

제1도는 직열표피전류발열관을, 제2도는 유도표피전류발열관을 표시하고 있는데, 양도면에 있어서 (1),(1')은 강자성을 갖는 발열강관이고, (2)는 절열전선으로서, 본 발명에서는 이 강관내에 비교적 자유롭게 통과하는 절연전선 또는 케이블을 사용하였다. (3)은 교류전원으로서 보통은 상용(商用) 주파수이다.

(4),(4'),(4") 등은 접속전선으로서, 제1도에서는 교류전원(3)의 일단과 강관(1)의 단자(6) 및 교류전원(3)의 다른 하나의 단자와 절연전선(2) 및 강관(1)의 다른 하나의 단자(5)와 전선(2)의 전원(3)의 반대쪽 단자를 접속하고, 교류전원(3)에 대하여, 절연전선(2)와, 강관(1)이 직열로 되도록 접속하고 있으며, 제2도에서는 절연전선(2)의 두개의 단자와 전원(3)의 양단을 접속선(4),(4')로서 접속하고, 한편 두개의 강관(1),(1')은 그 양단에 있어서 단락편(短絡片)(7),(8)로서 전기접속하여서, 전원(3), 접속전선(4),(4'), 전선(2)가 만드는 1차 회로에 대하여, 2차 유도회로를 만들도록 구성되며, 제1도, 제2도의 강관(1) 또는 (1') 등의 두께 t(cm), 길이를 l(cm), 강관내경을 D(cm)로 하고, 교류전류가, 강관의 안표피로 흐르는 범위를 표시한 표피의 두께를 S(cm)로 하면

t>2S, l≫D, D≫S

와 같은 조건하에서는 교류전류 i는 거의 강관(1)의 외부로 유출되지 않으므로 강관 바깥면에 금속적 접촉을 하여도 아아크가 발생하거나, 인체, 동물에 위험을 미치지 않는다.

따라서 보통 제1도는 직렬표피 전류발열관, 제2도는 유도표피전류발열관으로서, 파이프라인의 가열보온이나 노상(路床)면 가열에 사용되어 왔었다.

또, 제1도, 제2도에서는 단상회로로서 설명하였으나, 이들 발열관의 조합으로서, 다항회로의 구성도 가능하며, 발열관도 단면이 원형인 관에 한정하지 않고 여러가지의 단면의 것이 사용되고 있다.

그런데, 이상 설명한 표피전류발열관은, 이상과 같은 설명으로서 명백한 바와 같이, 전기장치의 약점인 절연물, 여기서는 전선(2)의 절연이, 강관(1),(1')로서 기계적으로 보호되고 있을 뿐만 아니고, 강관(1),(1') 등의 발열은, 강관(1),(1')가 전가한 수문의 문짝체, 호당판 등에 직접 용접 가능하므로, 그 발열이 거의 직접 문짝체, 호당판 등에 전열(傳熱)되므로 강관과 문짝체, 호당판 간의 온도차는 1-5℃로 매우 작으며, 다른 발열체와 같이 전선의 절연물이 고온에 노출될 위험은 없다.

종래, 표피전류발열관은, 이상 설명한 바와 같이, 일종의 발열체로서 생각되어 왔다. 그러나 본 고안에 있어서 이 표피전류발열관은 또 하나의 효과를 발휘할 수 있다.

즉 상술한 바와 같이, 본 고안의 표피전류발열관은 변압기 등과 같이, 일종의 전자(電磁)기기임으로 변압기 철심 등에서 볼 수 있는 전자진동이 발생하는 효과를 갖는 것이다. 즉 강관(1)에 통하여진 절연전선(2)는 강관 중앙에 고정하지 않고, 비교적 자유롭게 통과하고 있으므로, 강관(1)의 자기적 중심이 이 경우엔 강관내에서 편심되게 되므로 이에 따른 전자력에 의하여, 절연전선(2)는 전류의 주파수의 2배의 진동수로서 미진동한다.

이 진동은, 전선(2)를 통하는 강관(1)에 전하여지며, 표피전류발열관은 통전시에 미진동하며, 다시 전기한 피가열미인 수문의 문짝체, 유도홈(誘導溝) 호당판 등에 전달되며, 등결의 초기에 이들 표면에 얼음이 발생하는 것을 발해하고, 혹은 생성된 빙설의 박리를 용이하게 한다.

그리고 본 발명과 같이, 0℃ 이하의 저온에서는 절연전선(2)로서 같은 내열성의 것을 사용하여 상온이상의 경우에 비하여 수10% 이상의 큰 허용전류가 취하여지며 발열량을 크게 할 수 있을 뿐만 아니라, 전기한 진동력도 전류의 2곱에 비례하여 크게 되어서 한층 더 효과를 증강할 수 있다.

이상을 요약하면, 본 발명이 표피전류발열관을 수문의 동결동지에 이용함에 있어서, 단순히 그 발열효과만을 이용하는 것이 아니고, 전기진동 에너지를 아울러 이용하는 것이다.

그런데, 이하 도면에 의해서 본 발명의 동결발지장치 부착수분을 설명하면 다음과 같다.

제3도는 수문을 물 있는 쪽에서 본 약도로서, (9)는 문짝체, (10)은 문짝체(9)의 좌우 양측의 지지구조를 나타내고 있으며, 제4도는 문짝체(9)의 횡단면, 제5도는 문짝체(9)의 양측 지지구조 부분의 모두로 약도로서 나타내고 있다.

그런데, 제4도에 나타낸 것처럼 극한 지발에 있어서 동기에는 저수지의 수문의 문짝체(9)에 접하고 있는 물(18)의 표면이 빙결하고, 더 나아가서는 문짝체(9)의 위쪽(12)까지 눈으로 덮혀지게 된다.

이로 인하여 문짝체(9)를 끌어올리자면 커다란 힘을 필요로 하고, 때로는 문짝 권상(捲上) 로우프가 절단되는 일이 있다.

또, 문짝체(9)의 맡테두리에 취부한 수밀용(水密用) 고무판(14)가 접속된다. 강판제의 호당판(15)이 유출측(流出側)에 누수 또는 강설에 의해서 얼음(16),(17)을 생기게 하며, 고무판(14)와 호당판(15)를 일체로 해서 동결하고, 문짝체(9)를 끌어올릴 때에 큰 저항이 생기며, 무리하게 끌어올리면 고무판(14)가 파손된다.

다음에 제5도는 문짝체(9)의 좌우 양측 지지구조 부분의 하나를 나타내고 있는데, 제4도에 나타낸 바와 같은 조건하에서는, 문짝체(9)의 좌우 양측에 설비된 로울러(19)의 유도홈(24)의 형성판(20)의 지수(18)측 및 수밀용 고무판(21)이 접촉하는 호당판(22)에 누수에 의한 얼음(23)을 생기게 하며, 로울러(19) 및 고무판(21), 홈형성판(20), 호당판(22) 등을 일체로 동결하고, 문짝체(9)를 끌어올릴때의 커단란 저항으로 되며, 때로는 고무판(21)을 파손시킨다.

이상 설명한 동결을 방지하는 공지된 한 방법을 제6, 제7도에 도시하였는데, 우선 제6도는 제4도의 문짝체(9)의 아래쪽 부분을 나타내고 있는데, 호달판(15)의 이면에 통풍로(25)를 형성하며, 제7도는 제5도의 문짝체(9)의 로울러(19)부를 나타내고 있는데, 이 경우도 호당판(22)의 이면에 통풍로(26)을 형성하고 있다. 그리고 이들 통풍로(25),(26)에 온풍을 통하게 하여 호당판(15),(22)를 가열하여 동결방지를 꾀하고 있는데, 전기한 바와 같이 온풍은 열함유량이 작기 때문에, 충분한 가열효가를 다하지 못할 뿐만 아니라, 통풍로(25),(26)에 물이 고여서 통풍면적을 작게 하고, 더 나아가서는 고인물이 동결되는 경우도 있었다.

본 고안은 이와 같은 점을 완전히 제거하기 위하여 전열을 주로하는 전기 에너지를 이용하는 것이다.

제8, 제9도는 본 고안을 설명하기 위한 개략도로서, 제8도는 문짝체(9)의 단면 부분을 도시하고, 제9도는 문짝체(9)의 로울러(19)부를 도시한 것이다.

먼저 제8도에 있어서는, 제4도에 도시한 빙실(11) 및 (12) 및 (16)에 의한 동결방지를 위하여, 제1도 또는 제2도에 의한 표피전류 발열관을 문짝체(9)를 구성하는 지수측 앞부분강판(27)의 빙설(11),(12)의 발생하는 부분의 이면측에, 필요발열량에 상당하는 갯수만을(예를 들면 표피전류발열관(28),(29),(30) 등을) 그룹으로 나누어서 취부한 상황을 나타내며, 다시 하부 수밀용고무판(14)가 접촉되는 호당판(15)의 하면에 표피전류발열관(31),(32) 등을 그룹으로 나누어서 필요한 양의 갯수를 취부하고 있다.

취부방법으로서는 강판(27) 또는 강판제 호당판(15)에 발열관(1),(1')을 직접 용접하여 붙이고, 완료후 점연전선(2)를 비교적 자유롭게 발열관(1)내에 통선(通線)하는 것이 바람직하다.

그것은 용접에 의해서 전열을 좋게하고, 국부적인 가열을 방지할 뿐만 아니라, 절연절선(2)를 흐르는 전류 i의 상승작용에 의해 발생한 미진동을 강판(27)로, 호당판(15) 등에 잘 전달할 뿐만 아니라 기계적 일체구조로 되어서 기계적 구조를 강하게 할 뿐만 아니라 유도표피전류 가열관을 이용할 경우 단락편(7),(8)은 판(15),(27)에로 대용(代用) 가능하기 때문이다. 그러나 상황에 따라서는 용접은 필요조건이 아니므로, 전열시멘트 등으로 대용할 수 있을 뿐만 아니라, 때로는 밀착만으로서도 좋다. 혹은 이와 같은 방법을 각각 국부적으로 이용하는 것도 가능하다.

제9도에서는 제5도에 도시한 홈 형성판(20), 호당판(22) 부근에 발생하는 빙설(23)을 방지하기 위하여 표피전류발열관(33),(34)를 설비한 상황을 나타낸 것으로서, 제8도에 대하여 설명한 바 있는 전기한 고려가 그대로 적용 가능하다.

이상과 같이 설명한 동결방제에 필요한 전력은 기상조건, 혹은 수문의 구조와 국부에 의해서 변화는 있으나, 동결방지를 필요로 하는 면적 1평방미터당 수100왓트나, 또는 이를 약간 상히하는 정도로서 그다지 큰 것이 아니고, 온수, 온풍, 온유 등에 의한 결점을 완전히 제거할 수 있고, 고능율임으로 열량도 적고, 자동제어가 확실 간단하므로서 유지관리도 거의 필요없으며, 물론 동결을 방지할 수 있다.

아울러 제8도에 있어서 표피전류발열관(28),(29),(30)은 통상의 보온층으로 덮혀지지만 도면에서는 생략하였다.

Claims (1)

1. 강자성을 갖는 강관(1),(1')내에 절연전선을 공급하고 이 절연전선(2)와 강관을 접속하여 직렬표피전류 발열관 또는 절연전선을 교류전류의 일차회로로서 형성시키고, 상기 강관이 유도표피발열관으로서 작용토록 한 전기적 동결방지장치에 있어서, 강자성 강관내에 상기 절연전선을 자유자재하도록 관통하여 강관내에서 전기적으로 편심되게 하여 발열과 동시에 강관 및 전선이 진동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 전기적 동결방지장치 부착 수문.