WO2009102176A2 - 질소가스 충진형 팽창 가압 장치 - Google Patents

질소가스 충진형 팽창 가압 장치 Download PDF

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WO2009102176A2
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Jae-Gu Yang
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Flowtech Co., Ltd.
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    • F24D3/1033—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system expansion tanks with compressed gas cylinder
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/14—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing damage by freezing, e.g. for accommodating volume expansion

Definitions

  • the present invention relates to a nitrogen-filled expansion pressurization apparatus, and more particularly, in a cooling and heating system having an expansion tank, by maintaining a high operating pressure of the expansion tank through the filling and exhaust control of nitrogen,
  • the present invention relates to a nitrogen-filled expansion pressurization device configured to perform a pressurized expansion water in a circulation system without using the expansion tank itself.
  • district cooling and zone cooling have been activated by incinerator resource recovery facilities and cogeneration.
  • a heat source facility eg, a cogeneration plant
  • a heat source facility concentrated in residential, commercial, and public customers within a city or a certain area generates heat required for the heating, cooling, hot water supply, and cooling of an individual heat production facility (oil, gas boiler).
  • It is a method of supplying heat produced economically from centralized heat source equipment through pipe network.
  • This supply of district heating and heating is carried out as follows. First, the district heating and heating medium made from the heat source equipment is supplied to the heat exchanger chamber of the customer through a well-maintained pipe network.
  • the heat medium supplied to the heat exchanger chamber transfers heat to the internal circulation heat medium of the customer through a separate customer heat exchanger, and is then recovered to the heat source facility.
  • the consumer circulating water which receives heat from the heat exchanger chamber, is supplied to each floor of each household and building.
  • As the heat medium for district heating and heating water is mainly used. Due to the characteristics of district heating and heating, water is generally heated to a high temperature (over 100) and circulated through a pipe.
  • Figure 1 schematically shows the configuration of a cooling and heating system having a conventional expansion tank known in the Republic of Korea Patent No. 10-0702469 previously filed and registered by the applicant of the present application.
  • the conventional air conditioning and heating system includes a circulation piping system 10 connected to a load (cooling and heating device) 10a of a consumer, and a heat source installed to heat pipe water on one side of the circulation piping system 10.
  • Branch (P) installed to circulate the pipe water heated through the heat source equipment (1) on one side of the equipment (boiler) 1, the circulation piping 10, and branched to one side of the circulation piping (10)
  • It is configured to include an expansion tank 130 installed to accommodate the water is expanded according to the temperature.
  • the expansion pipe 10 and the expansion tank 130 is connected to the expansion pipe 20 and the return pipe 30, the expansion pipe during expansion of the pipe water due to the temperature rise in the circulation pipe 10 As the expansion water is introduced into the expansion tank 130 through the 20 to prevent the high pressure of the circulation piping 10 and to prevent breakage, etc., on the contrary, due to the temperature drop in the circulation piping 10 At the time of contraction of the pipe water, the expansion water stored in the expansion tank 130 is returned through the return pipe 30 so as to be circulated back to the circulation system 10 so as to maintain the pipe pressure in a safe range.
  • the pipe water pressure is generally proportional to the maximum height of the pipes installed throughout the building. As the height of the pipes increases or the long distance of the pipes increases, the height of the pipes becomes very large. In long distance pipe networks with a lot of pipe friction losses, a huge amount of pressure is transmitted to the expansion tank as it is due to the characteristics of the heat medium, which is an incompressible fluid. Therefore, in order to prevent damage and impact of the expansion tank and the entire system due to such a huge pressure, in the conventional air-conditioning system, as shown in Figure 1, the pressure reducing means 100 for reducing the pressure in the expansion pipe 20 is Additionally installed.
  • the return pipe 30 is additionally provided with a return pump 122 to provide a pressing force necessary for returning the expanded water to ensure a smooth return function.
  • the inside of the expansion tank 130 is filled with gas to mitigate the impact according to the inflow and outflow of the expansion water and to maintain a constant pressure in the expansion tank 130 in a safe allowable range, corrosion of the pipe due to the dissolution of oxygen
  • nitrogen gas was configured to be supplied into the expansion tank 130 by the nitrogen supply means 150.
  • the pressure reduction means 100 is provided in the expansion pipe and the pressure inside the expansion tank is relatively low, when pressurization is required when tripping or returning the pump.
  • the return pump 122 was configured to pressurize the system. However, in this way, the operation of the return pump 122 is impossible due to the power failure during power failure, and the pressurized water cannot be generated, and when the low pressure occurs in the pipeline (trip, power failure, valve opening and closing, etc.) There was a possibility of circulatory disorder.
  • the present invention has been made to solve the problems of the conventional heating and cooling system having an expansion tank as described above, to maintain the operating pressure of the expansion tank at a high pressure without having to provide a separate pressurization device such as a return pump
  • the pressurization of the circulation piping system can be made smoothly, and it can be pressurized even in case of power failure, and it ensures the smooth pressurization by the expansion force of the packed gas compressed in the tank even when the momentary low pressure occurs in the pipeline to prevent evaporation of the circulating water. It is an object of the present invention to provide a nitrogen-filled expansion pressurization device capable of preventing a circulatory disorder from occurring.
  • Nitrogen-filled expansion and pressurization apparatus for achieving the object as described above, and the circulation piping relationship of the heating and cooling system to perform the heating and cooling of a specific zone by supplying and recovering the heated heating medium from the heat source facility to the load of the customer ; It is branched directly from one side of the circulation piping system, and temporarily receives the expansion water flowing out of the circulation piping system by the expansion of the heating medium, and discharges the expansion water by the self-pressurizing pressure of the expansion water temporarily accommodated when the heating medium contracts.
  • An expansion pressurizing tank composed of a non-diaphragm-type closed hollow tank for returning; It is connected to one side of the expansion pressure tank includes a nitrogen supply means for injecting nitrogen into the expansion pressure tank.
  • a heat storage tank 10b for accumulating the heat produced by the heat source facility 1 is additionally connected in parallel to the circulation piping system 10, and the expansion pressure tank 230 is provided in the circulation piping system 10.
  • the feed pump 10c is provided at the inflow side to the load 10a, and the return pump 10d is provided at the inflow side to the heat source facility 1, respectively, and the heat dissipation operation and the heat storage operation are possible. It is done.
  • the circulation system 10 detects the amount of heat or temperature generated from the heat source facility 1 in real time and controls the rotation speed of the return pump 10d with the variable speed motor according to the change from the heat source facility 1.
  • the pump flow rate of the return pump 10d is reduced, the temperature of the pipe water passing through the load 10a is sensed, and the rotation speed of the supply pump 10c is controlled according to the change of the load ( 10a)
  • the expansion pressure tank is directly connected to the circulation piping by the expansion pressure line branched from the circulation piping system, the U trap pipe is installed between the expansion pressure line and the expansion pressure tank.
  • the expansion pressure tank is composed of a tank body and a flange
  • the U-trap tube is inserted into the tank body through the flange coupled to the bottom of the tank body is extended to the top, coupled to the bottom surface of the tank body
  • the flange is provided with a drain valve to allow the discharge of the deposit.
  • the expansion pressure tank is further provided with a vortex prevention means, the vortex prevention means is located horizontally above the upper end of the U trap pipe extending from the bottom portion of the expansion pressure tank vortex generated around the inlet of the U trap pipe Vortex preventive plate to prevent; It includes a support for supporting the vortex blocking plate from below.
  • the expansion pressure tank a pressure transmitter for sensing the pressure in the expansion pressure tank; A level transmitter for sensing the level of the expansion water in the expansion pressure tank; A filling valve for intermittently supplying nitrogen gas from the nitrogen supply means into the expansion pressurizing tank based on the detection signals of the pressure transmitter and the level transmitter; And an exhaust valve which regulates the discharge of nitrogen gas in the expansion / pressure tank to the outside based on the detection signals of the pressure transmitter and the level transmitter.
  • the expansion pressure tank includes a level switch for detecting the arrival of a specific water level by the on-off contact method; Is connected to the discharge side of the exhaust valve, is always in an open state when the level switch detects that the water level in the tank is more than the proper level is further provided with an emergency shutoff valve for blocking the exhaust of nitrogen gas in case of emergency.
  • the nitrogen supply means the air compressor for compressing and supplying air at a constant pressure; An air dryer for removing moisture in the compressed air; An air filter for removing foreign substances; A nitrogen generator for extracting only nitrogen from the compressed air; A nitrogen compressor for pressurizing the nitrogen generated by the nitrogen generator to a filling pressure for injecting the expanded pressure tank; It includes a nitrogen tank for temporarily storing the pressurized nitrogen gas.
  • the relief line is provided with a relief valve means for opening the relief of excess expansion water when the pressure of the expansion water rises above a certain pressure is
  • a supplementary water tank branched from the expansion pressurization line is additionally installed, and a supplementary water tank for temporarily storing the excess excess expanded water is provided at the end of the relief line, and the supplementary water tank is installed with the supplementary water line connected to the expansion pressurizing tank again.
  • the relief valve means are connected in parallel with the electric valve, the mechanical primary pressure holding valve and the manual valve.
  • the supplemental water tank is connected to the nitrogen supply means by the nitrogen supply pipe is filled with nitrogen gas, the nitrogen supply pipe is connected in series with two pressure reducing valves.
  • the supplementary water tank is further provided with an overpressure preventing means for preventing the excessively high pressure is formed inside the supplementary water tank, the overpressure preventing means is that if the water level of the supplementary water tank exceeds the maximum level A U-tube for allowing excess replenishment water to overflow and be discharged; And an overflow tank in which excess replenishment water overflowed from the replenishment tank is stored.
  • the overflow tank is provided with a drain pipe for drainage when the water level rises above the highest level so that the excess level can be filled up to the level corresponding to the highest level of the supplementary water tank, and is at a low level.
  • the overflow tank becomes low level by installing a low water level detection switch that detects this, water is supplied from an external water treatment system to maintain the overflow tank at an appropriate level.
  • a pump is installed in the water treatment system, a level transmitter is installed in the make-up water tank, and the pump is driven when the make-up water tank lacks water based on a detection signal of a level transmitter installed in the make-up water tank. Water the tank.
  • circulation piping system is further provided with a vacuum degassing apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional heating and cooling system having an expansion tank
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram of a nitrogen-filled expansion pressurization device according to the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the expansion pressure tank of the nitrogen-filled expansion pressurization apparatus according to the present invention
  • FIG. 6 is a view showing a specific configuration of the replenishment water tank.
  • heat source equipment 10 circulation piping system
  • tank body 230b flange
  • Vortex preventive plate 240b support
  • LT1, LT2 Level transmitter LS1, LS2, LS3: Level switch
  • oil separator 255 nitrogen generator
  • buffer tank 257 oxygen nitrogen analyzer
  • relief line 310 relief valve means
  • 310a Electric valve 310b: Primary pressure holding valve
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram of a nitrogen-filled expansion pressurization device according to the present invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing a specific configuration of the expansion pressure tank of the nitrogen-filled expansion pressurization device according to the present invention
  • Figure 4 is the expansion pressure tank Partial cutaway perspective view of
  • Figure 5 is a view showing a specific configuration of the nitrogen supply means
  • Figure 6 is a view showing a specific configuration of the replenishment water tank.
  • the nitrogen-filled expansion pressurization device includes a circulation piping system 10, an expansion pressurization tank 230, a nitrogen supply means 250, and a replenishment water tank 330. .
  • the circulation piping system 10 is basically provided with a heat source facility 1 and a load (cooling and heating device) 10a.
  • the heat source facility (1) is a device that is concentrated in one city or a certain area for district cooling and heating to supply each customer or to supply heat to an existing regional pipeline network.
  • a cogeneration plant a heat exchanger of a large incinerator, or a large air conditioning unit, etc. This may be included.
  • the heat medium heated by the heat source facility 1 is transferred to the heat exchanger chamber of each customer through the circulation piping system 10, and the transferred heat medium is supplied to the load 10a, which is a cooling and heating device for each floor of an apartment or building, to perform air conditioning. After that, it is recovered to the heat source equipment 1 through the circulation piping system 10 again.
  • the circulation piping system 10 of the cooling and heating system having such a configuration, it is preferable to further include a heat storage tank 10b for accumulating heat produced by the heat source equipment 1, in which case, the inflow into the load 10a is performed.
  • the supply pump 10c is provided in the side, and the return pump 10d is provided in the inflow side to the heat source equipment 1, respectively.
  • the heat storage tank (10b) is connected in parallel to the circulation piping system 10 is installed, the branch pipe for the existing circulation piping system 10 and the heat storage tank (10b) is installed in each pipe line as necessary. Electric valves for opening and closing are respectively installed.
  • the heat storage tank 10b By using the heat storage tank 10b, the supply pump 10c, the return pump 10d, and electric valves, various types of operation methods can be adopted.
  • the pipe water is circulated along the largest closed circuit as a whole by closing the branch pipe side electric valves to which the heat storage tank 10b is connected, so that the heat source equipment 1 directly loads the load.
  • the heat storage operation may be performed by stopping the supply pump 10c and driving only the return pump 10d, or may perform a heat dissipation operation of covering the load 10a only with the heat storage tank 10b.
  • variable flow rate system is a system configured to adjust the pump flow rate (discharge amount) by changing the rotational speed of the pump which is responsible for the transfer of pipe water in the piping system (inverter control).
  • the pump flow rate discharge amount
  • the return pump 10d is accelerated to increase the circulation flow rate so that the outlet temperature is in the effective temperature range.
  • the outlet temperature is lowered so that the effective temperature that can be stored in the load side or the heat storage tank (10b) cannot be reduced. By reducing the flow rate, the outlet temperature can be maintained at the effective supply temperature.
  • the amount of heat generated by sensing the amount of heat or temperature generated from the heat source equipment 1 in real time (using a calorimeter or temperature sensor) and controlling the rotation speed of the return pump 10d according to the change thereof In a small case, it is preferable to design so as to reduce the pump flow rate of the return pump 10d.
  • the load 10a of the circulation piping 10 is not present or is small, that is, when the heat consumption is small, it is not necessary to supply a large amount of pipe water to the load 10a side, so that the pipe returns through the load 10a.
  • the supply pump By sensing the temperature of the water and controlling the rotation speed of the supply pump 10c according to the change, the supply pump (when the temperature of the returned pipe water is relatively high, that is, when the heat consumption is small when passing the load 10a) It is preferable to reduce the flow rate of the pump of 10c) to reduce the flow rate into the load 10a.
  • the expansion pressurization device of the present invention even if the rotational speed of the pump is changed by the oil displacement system capable of saving energy according to the capacity change of the heat source equipment 1 and the load 10a, the discharge pressure and the circulation flow rate are changed.
  • the piping system can be stably maintained above a certain pressure by the expansion pressure tank located in the middle of the supply pump 10c and the return pump 10d, thereby ensuring the safety and reliability of the circulation system. .
  • various operation methods may be appropriately selected by controlling the pumps and the valves according to the configuration and size of the system and the size of the load 10a.
  • the expansion pressure tank 230 is a pressure tank branched directly from the circulation piping 10 for connecting the heat source equipment 1 and the load 10a, it is preferable that the pressure vessel consisting of a closed hollow tank at the time of non-diaphragm. .
  • the pressure vessel consisting of a closed hollow tank at the time of non-diaphragm. .
  • the expansion pressure of the heating medium which is an incompressible fluid, is increased. Since there is a risk that the circulation piping 10 may be damaged by the expansion, the expansion pressurization tank 230 is required to temporarily receive the expanded heat medium temporarily and to return the heat medium back to the circulation piping system 10 when the heat medium contracts. Will be.
  • the expansion pressure tank 230 is directly connected to the circulation piping system 10 by the expansion pressure line 200 branched from the circulation piping system 10, and expands with the expansion pressure line 200.
  • U trap pipe 210 is installed between the pressure tank (230).
  • the U trap pipe 210 is formed as a generally U-shaped bent tube to perform a function to protect the expansion pressure tank 230 is not sensitively reacted by the pipe water flow in the circulation piping 10, such U
  • the trap pipe 210 prevents the inflow or outflow of the pipe water from the expansion pressure tank 230 unless the pipe water is expanded or contracted.
  • 3 and 4 are shown in sectional and partial cutaway perspective views, respectively, of the connection structure of the expansion pressure tank 230 according to the present invention.
  • the expansion pressure tank 230 is composed of a tank body (230a) and a flange (230b), it is preferable that the bottom inlet of the tank body (230a) is formed narrow. . And, the end of the U trap tube 210 is inserted into the tank body 230a through the flange 230b coupled to the bottom surface of the tank body 230a is installed, about 100 mm from the bottom surface of the tank body 230a It is preferable to form a higher degree, and, preferably, the drain valve 232 is provided at the flange 230b coupled to the bottom of the tank body 230a.
  • the inflation water flowing from the U trap tube 210 is discharged at a relatively high position in the tank body 230a, more specifically, near the water surface of the pre-stored inflation water, and foreign matters in the inflation water are stored in the tank. Since it is deposited on the flange 230b connected to the bottom of the main body 230a, the water does not flow into the plurality of circulation pipes 10 through the U trap pipe 210, so that the quality of the expanded water can be managed. Since the foreign matter deposited on the flange 230b can be discharged by opening the drain valve 232, it is no longer possible to prevent the pipe water contamination.
  • the expansion pressure tank 230 is preferably provided with a vortex preventing means 240 is further provided.
  • the vortex (swirl) phenomenon occurs due to the spiral suction action on the outlet inlet side, and the filling gas such as air or nitrogen gas filled in the expansion pressure tank 230 due to this phenomenon. Flows into the pipe causing circulation problems.
  • the nitrogen-filled expansion pressurization device according to the present invention further includes a vortex prevention means 240 in the expansion pressure tank 230.
  • the vortex preventing means 240 includes a vortex preventing plate 240a and a support (240b).
  • the vortex preventing plate 240a is positioned horizontally above the upper end of the U trap tube 210 extending from the bottom portion of the expansion pressure tank 230 to prevent vortices occurring around the inlet of the U trap tube 210. Plate member.
  • the support (240b) is to support the vortex preventing plate 240a from below, one end is coupled to the vortex preventing plate (240a), the other end is the bottom of the flange (230b) or the bottom of the tank body (230a) Can be fixedly coupled to be configured to firmly support the vortex blocking plate (240a). Due to the vortex prevention means 240, the filling gas is prevented from flowing into the circulation pipe through the U trap pipe 210, thereby preventing a circulation failure.
  • nitrogen gas (N 2 ) is used in the expansion pressurization tank 230 according to the present invention, and the nitrogen supply means 250 is provided in the expansion pressurization tank 230 for supplying such nitrogen gas.
  • various valves and expansion for the supply and exhaust of nitrogen gas and expansion
  • Various sensors are provided for detecting the pressure and the water level inside the pressure tank 230.
  • the expansion pressurizing tank 230 includes a pressure transmitter PT1 for detecting a pressure inside the expansion pressurizing tank 230 and a level for detecting the level of the expansion water in the tank.
  • Transmitter LT1 a filling valve S1 for supplying nitrogen gas into the expansion pressurizing tank 230 from the nitrogen supply means 250, and an exhaust valve for discharging nitrogen gas in the expansion pressurizing tank 230 to the outside (S2) is provided, and is provided with a safety valve for preventing the explosion of the tank through the automatic exhaust in case of sudden rise of the pressure in the tank.
  • the expansion and pressure tank 230 is initially filled with a filling valve (S1) under the control of a controller (not shown) to receive nitrogen gas from the nitrogen supply means 250 is filled with super-pressure, and the water level is maintained at the lowest water level. do.
  • a controller not shown
  • the expansion and pressure tank 230 is initially filled with a filling valve (S1) under the control of a controller (not shown) to receive nitrogen gas from the nitrogen supply means 250 is filled with super-pressure, and the water level is maintained at the lowest water level. do.
  • the controller not shown
  • the controller controls the exhaust valve S2 to open based on the signal, thereby exhausting nitrogen gas to maintain the internal pressure of the expansion pressure tank 230 in a safe allowable range.
  • the pressure of the expansion pressure tank 230 is lowered below the operating pressure.
  • the expansion level tank (1) is filled with nitrogen gas again into the expansion / pressure tank 230. 230 to maintain the proper operating pressure.
  • the pipe filled with nitrogen gas is preferably provided with a check valve for preventing the back flow of nitrogen gas.
  • the expansion pressure tank 230 when any one of the pressure transmitter PT1, the level transmitter LT1, the controller, and the exhaust valve S2 fails. ) Is directly connected to the high-pressure system, and exhausting continues, and the pressure of the system may suddenly be lower than the appropriate pressure (above the saturated steam pressure according to the temperature), and the function of the large-scale heating and cooling system may be inoperable.
  • the emergency shut-off valve (S3) is installed so that the emergency shut-off valve (S3) is closed by the detection of the level switch (LS1). It is preferable to connect to the discharge side of the. That is, even when nitrogen gas is continuously exhausted to the exhaust valve S2, when the level of the expansion water in the expansion pressurization tank 230 rises above the predetermined level, the level switch LS1 operates to provide an emergency shutoff valve S3. By closing the system, excessive exhaust of nitrogen gas can be prevented and the system can be stabilized.
  • the expansion pressure tank 230 may be similar in function to the expansion tank that has been used in the conventional heating and cooling system, unlike the conventional heating and cooling system does not have a decompression means in the circulation piping system (10) It is different in that it is directly connected, and because of this, the operating pressure of the expansion pressure tank 230 is very high that the expansion pressure tank 230 itself can perform a pressurizing action without the need for a separate pressurizing device when shrinking the pipe water. This is the biggest difference.
  • the expansion pipe and the return pipe had to be installed respectively, but in the present invention, the circulation piping system 10 and the expansion pressure tank 230 are connected by only one expansion pressure line 200. It can also be called a feature.
  • the nitrogen supply means 250 is a portion for supplying nitrogen gas to the expansion pressure tank 230 according to the present invention.
  • the nitrogen supply means 250 stores nitrogen with high purity and senses the pressure inside the expansion pressurization tank 230 by a pressure transmitter, and is configured to fill and exhaust a certain amount of nitrogen gas in the expansion pressurization tank 230. It may be a nitrogen bomb. In addition, a method of inducing nitrogen gas in the expansion pressure tank 230 to a low pressure tank and compressing and reusing the pipe during expansion of the pipe water may be used. In this case, since the apparatus is complicated and the operating cost can be increased due to the continuous replacement of the nitrogen cylinder and the use of a large amount of nitrogen gas, it is economical to use the nitrogen generator 255 as the nitrogen supply means 250. More preferred.
  • FIG. 5 shows a specific configuration of the nitrogen supply means 250 according to the present invention.
  • air in the air is compressed and supplied to a predetermined pressure by the air compressor 251, and dust or foreign matter contained in the air is filtered by the air filter 252, and an air dryer Dry air passing through 253 is supplied to the oil separator 254.
  • oil separator 254 oil vapor included in the air is separated and removed.
  • the dry air from which impurities are removed through this process is supplied to the nitrogen generator 255, and the nitrogen generator 255 generates high-purity nitrogen gas.
  • the generated nitrogen gas is measured by the oxygen or nitrogen analyzer 257 through the buffer tank 256 so that oxygen is removed and stored in the nitrogen tank 259.
  • the stored nitrogen gas is supplied to the expansion pressure tank 230 under the control of the controller based on the detection signals of the pressure transmitter PT1 and the level transmitter LT1.
  • the nitrogen gas When nitrogen gas is supplied from the nitrogen tank 259 to the expansion pressurization tank 230, in the high pressure expansion pressurization tank 230 system according to the present invention, the nitrogen gas must be compressed to a higher pressure into the expansion pressurization tank 230. Nitrogen gas can be filled. Accordingly, in the present invention, by further installing a nitrogen compressor 258 between the nitrogen generator 255 and the nitrogen gas to compress only the nitrogen gas finally generated at a high pressure, the nitrogen gas is a high pressure expansion pressure tank 230 Ensure smooth filling inside.
  • the expansion water flows into the expansion pressurizing tank 230, and when the pipe water contracts, it is returned to the circulation piping system 10 again. Since the tank 230 is operated at a high pressure, the expansion water may be pressurized and returned to the circulation system 10 without a separate pressurization device.
  • the piping system 10 increases the temperature of the circulating piping system 10
  • the water level of the expansion pressure tank 230 is increased and the nitrogen gas is compressed to increase the system pressure.
  • the pressure rise is allowed to some extent below the appropriate level, but when it rises above, the nitrogen gas is exhausted to prevent the pressure rise.
  • the nitrogen gas is exhausted, if the expansion continues, the water level continues to rise, and the expansion pressure tank 230 may reach the extent that the expansion water can no longer accommodate the expansion tank.
  • the relief line 300 for discharging excess expanded water exceeding the capacity of the expansion pressure tank 230 is expanded and expanded pressure line ( It is preferred that it is further provided branched from 200 and provided with relief valve means 310.
  • the relief valve means 310 is installed in the relief line 300 branching from the expansion pressure line 200, as shown in Figure 2 is composed of relief valves for automatically discharging the expansion water of a predetermined pressure or more, Preferably, the electric valve 310a, the mechanical primary pressure holding valve 310b, and the manual valve 310c are connected in parallel.
  • the mechanical primary pressure holding valve 310b is a valve for maintaining the pressure on the valve primary side to a predetermined pressure or less by discharging fluid to the valve secondary side when the pressure on the valve primary side is higher than the set pressure. For example, a force is applied to the valve disc by a diaphragm, and when the pressure on the valve primary side is higher than the predetermined pressure, the valve disc is opened to allow fluid to flow out to the valve secondary side, and when the primary pressure decreases, the valve disc is closed.
  • the electric valve 310a is preferably connected in parallel with the mechanical primary pressure holding valve 310b at a predetermined pressure difference so that the electric valve 310a operates stably even in a power failure. That is, in normal operation, the electrically operated electric valve 310a and the mechanically actuated primary pressure holding valve 310b are operated together. When the supply of electricity is cut off, the electric valve 310a is mechanically operated even when the electric valve 310a is stopped. The actuating primary pressure holding valve is operated to reliably relief the excess expansion water even in the event of a power failure.
  • the electric valve 310a is opened when a pressure equal to or greater than a preset pressure is sensed under the control of the controller based on the pressure value signal detected from the pressure transmitter PT3 installed in the relief line 300 to release the excess expansion water. It is configured to.
  • the relief valve means 310 also includes a manual valve 310c. Normal operation is performed by the primary pressure holding valve (310b) and the electric valve (310a), the manual valve (310c) is configured to be manually opened and closed for use during trial run, inspection, emergency.
  • the replenishment water line 400 is provided with a replenishment water pump 410 and a check valve 420 as shown, the replenishment water pump 410 is based on the pressure value signal detected by the pressure transmitter (PT3) By operating under the control of the controller to return the excess expansion water stored in the replenishment water tank 330 to the circulation system 10 through the expansion pressure line 200.
  • PT3 pressure transmitter
  • the secondary pressure holding valve 430 is provided on the discharge side of the replenishment water pump 410 so that even when excess replenishment water is pumped by the replenishment water pump 410, the expansion pressure line 200 decompresses a predetermined pressure. It is preferable to ensure only safety by passing only, and on the other hand, it is also preferable to configure only the required flow rate through the inverter control of the replenishment water pump 410.
  • the oxygen is dissolved in the replenishment water, which may cause circulation failure and corrosion of the pipe.
  • the make-up water tank 330 is connected to the nitrogen supply means 250, it is preferable that the decompression means 340 is provided in the nitrogen supply pipe for filling nitrogen gas at a fine pressure of about 0.05 kg / G. .
  • the decompression means 340 is preferably connected to two pressure reducing valves in series to fill the nitrogen gas of a minute pressure to perform a precise pressure drop over the second.
  • a level transmitter (LT2) and a pressure transmitter (PT2) are installed in the refill water tank 330, respectively, so that the pressure inside the refill water tank 330 rises above the set value or the water level rises above the set value.
  • the valve is opened to exhaust nitrogen.
  • the end of the relief line 300 is connected to the replenishment water tank 330, as shown in Figure 2, bent downward to configure the discharged excess expansion water from the lower side of the replenishment water tank 330 It is desirable to be.
  • the end of the relief line 300 is directed to the lower side of the supplemental water tank 330 in order to minimize the dissolution of nitrogen gas into the expanded water.
  • the vortex preventing means 240 may be provided at the bottom of the supplemental water tank 330 similarly to the expansion pressure tank 230.
  • the nitrogen-filled expansion pressurization device is preferably further provided with an overpressure preventing means 350.
  • the overpressure preventing means 350 includes a U-shaped tube 350a and an overflow tank 350b.
  • the U-shaped tube 350a is connected near the highest water level MaxL1 of the refill water tank 330 to overflow the refill water when the refill water exceeds the maximum water level, and also the water level of the refill water tank 330. Even though it is low, it is a U-shaped tube that allows nitrogen gas to be discharged when the internal gas pressure is 0.05 kg / G or more. As shown in FIG. 6, the U-shaped tube 350a has one end connected to the highest water level MAXL1 of the replenishment water tank 330 and bent downward to be curved to form a U-shaped, the end of which is an overflow tank.
  • the U-shaped tube 350a is always in a supplemented state.
  • the order of the portion of the U-shaped tube 350a connected to the replenishment tank 330 side is 'h'.
  • the target holding pressure 0.05 kg / G of the replenishment water tank 330 corresponds to the order 'h'.
  • the highest level MaxL2 of the overflow tank 350b is configured to be formed at a height lower than the maximum level MaxL1 of the refill water tank 330.
  • the level of the overflow tank 350b is the highest.
  • the overflow tank 350b becomes a low water level by installing a low water level detection switch LS3 for detecting the low water level
  • the water is supplied from an external water treatment system 500 so that the overflow tank 350b is properly leveled.
  • a pump 510 is installed in the water treatment system 500, and the pump refills by driving a pump when water is insufficient in the supplemental water tank 330 based on a detection signal of a level transmitter of the supplemental water tank 330. Water is supplied to the water tank 330.
  • overflow tank 350b overflows abruptly with the exhaust pipe 350e which is always open to exhaust the gas in the tank to the outside, and overflows to discharge water beyond the maximum water level MaxL2 to the outside.
  • the pipe 350d is installed.
  • the pump connected to the water treatment system 500 is driven based on the detection signal of the level transmitter LT2 of the replenishment water tank 330 to supply water so that the water level starts from the filling level (A).
  • the proper level between the appendage stop level B is maintained.
  • the water level of the replenishment water tank 330 rises, and accordingly, the pressure in the tank becomes a high pressure to solve it.
  • the exhaust valve S4 is opened based on the detection signal of the pressure transmitter PT2, nitrogen gas is exhausted to lower the pressure.
  • the expansion water can be returned to the circulation system 10 without a separate pressurization device, and the relief valve means 310 and the replenishment water tank ( 330, and an overflow tank 350b may be further provided to secure the safety of the system.
  • the use of nitrogen gas as the filling gas in the tank there is a disadvantage that the nitrogen solubility is increased due to the high operating pressure of the expansion pressure tank 230 of the system may be a cause of circulation failure. do.
  • a vacuum degassing apparatus (10e) to take out a part of the pipe water in the circulation piping system 10 to degassed in a vacuum state and then return to the pipe
  • drugs such as deoxidizers may cause environmental damage, so it is preferable to exclude the use.
  • a circulating water treatment device for treating floating solids such as mud to improve the water quality of the circulating water.

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Abstract

본 발명은 질소 충진형 팽창 가압 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 팽창탱크를 구비하는 냉난방 시스템에 있어서, 질소의 충진 및 배기 제어를 통하여 팽창탱크 운전 압력을 높게 유지함으로써, 별도의 가압장치를 사용하지 않고 팽창탱크 자체적으로 가압 팽창수가 순환배관계로의 가압 기능을 수행할 수 있도록 구성된 질소 충진형 팽창 가압 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치는, 열원시설로부터 가열된 열매체를 수용가의 부하로 공급하고 회수함에 따라 특정 구역의 냉난방을 수행하는 냉난방 시스템의 순환배관계와; 상기 순환배관계의 일측으로부터 분기되어 직결되되, 열매체의 팽창에 의해 순환배관계로부터 흘러나오는 팽창수를 일시 수용함과 동시에 열매체의 수축시 일시 수용된 팽창수의 자체 가압력에 의해 팽창수를 배출하여 순환배관계로 환수시키기 위한 비격막식 밀폐형 중공 탱크로 구성되는 팽창가압탱크와; 상기 팽창가압탱크의 일측에 연결되어 팽창가압탱크 내에 질소를 주입하는 질소공급수단을 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정]　질소가스 충진형 팽창 가압 장치
본 발명은 질소 충진형 팽창 가압 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 팽창탱크를 구비하는 냉난방 시스템에 있어서, 질소의 충진 및 배기 제어를 통하여 팽창탱크 운전 압력을 높게 유지함으로써, 별도의 가압장치를 사용하지 않고 팽창탱크 자체적으로 가압 팽창수가 순환배관계로의 가압 기능을 수행할 수 있도록 구성된 질소 충진형 팽창 가압 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 냉난방 시스템으로서, 소각장의 자원회수시설, 열병합발전 등에 의한 지역냉난방과 구역냉난방이 활성화되고 있다. 지역냉난방은 일개의 도시 또는 일정한 지역 내의 주거용, 상업용, 공공용 수용가에 집중된 열원설비(예컨대, 열병합발전소)에서 그들이 필요로하는 냉난방, 급탕 및 냉방에 필요한 열을 개별의 열생산시설(유류, 가스보일러 등)을 갖추지 않고 집중화된 열원설비로부터 경제적으로 생산된 열을 배관망을 통하여 공급하는 방식이다. 이러한 지역냉난방 열의 공급은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 열원설비에서 만들어진 지역냉난방 열매체를 보온이 양호한 배관망을 통해 수용가 열교환기실까지 공급한다. 열교환기실에 공급된 열매체는 별도의 수용가용 열교환기를 통하여 수용가의 내부 순환 열매체에 열을 전달한뒤, 다시 열원설비로 회수된다. 열교환기실에서 열을 전달받은 수용가 순환수는 각 세대 및 빌딩의 각층에 공급된다. 이러한, 지역냉난방을 위한 열매체로는 주로 물이 사용되는데, 지역냉난방의 특성상 물을 대체로 중고온(100 이상)으로 가열하여 배관을 통하여 순환시키게 된다.
도 1 에는 본원 출원인에 의해 기 출원되어 등록된 대한민국 등록특허 제10-0702469호에 공지된 종래의 팽창탱크를 구비하는 냉난방 시스템의 구성이 개략적으로 도시된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 냉난방 시스템은, 수용가의 부하(냉난방기기;10a)와 연결되는 순환배관계(10)와, 상기 순환배관계(10)의 일측에 배관수를 가열하도록 설치한 열원설비(보일러;1)와, 상기 순환배관계(10)의 일측에 열원설비(1)를 통해 가열된 배관수를 순환시켜주도록 설치한 펌프(P)와, 상기 순환배관계(10)의 일측에 분기되어 온도에 따라 팽창되는 물을 수용하도록 설치한 팽창탱크(130)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 순환배관계(10)와 팽창탱크(130) 사이는 팽창관(20)과 환수관(30)으로 연결되어, 순환배관계(10) 내에서의 온도 상승으로 인한 배관수의 팽창시 팽창관(20)을 통하여 팽창수가 팽창탱크(130)로 유입되도록 함에 따라 순환배관계(10)의 고압을 방지하고 파손 등을 방지할 수 있도록 하며, 반대로 순환배관계(10) 내에서의 온도 하강 등으로 인한 배관수의 수축시에는 환수관(30)을 통하여 팽창탱크(130) 내에 저장되어 있던 팽창수가 환수되어 순환배관계(10)로 되돌아가 순환되도록 하여 배관압력을 안전 범위로 유지시킬 수 있도록 구성된다.
한편, 일반적으로 배관수의 압력은 건물 전체에 걸쳐 설치된 배관의 최고 높이에 비례하는 바, 건물의 고층화 경향 또는 배관의 장거리 경향에 따라, 배관의 최고 높이가 매우 커지고 있기 때문에, 고층 빌딩들에 있어서나 배관 마찰 손실이 많은 장거리 배관망에 있어서는, 비압축성 유체인 열매체의 특성상 어마어마한 크기의 압력이 팽창탱크에 그대로 전달되게 된다. 따라서, 이러한 거대 압력으로 인한 팽창탱크 및 전체 시스템의 파손과 충격을 막기 위해, 종래 냉난방 시스템에서는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 팽창관(20)에 압력을 감소시키기 위한 감압수단(100)이 추가로 설치되었다.
이러한 감압수단(100)의 설치로 인하여 배관수의 팽창이 일어나는 경우, 팽창탱크(130)에 전해지는 압력은 허용범위로 감압되기 때문에 안전이 보장될 수 있지만, 반대로 배관수의 수축이 일어나는 경우에는 팽창탱크(130) 내의 압력이 작기 때문에 팽창탱크(130) 내에 저장되어 있던 팽창수의 환수에 필요한 가압력이 부족하게 되는 문제가 발생하였다. 이를 해결하기 위해, 환수관(30)에는 환수펌프(122)가 추가로 설치되어 팽창수의 환수에 필요한 가압력을 제공함에 따라 원활한 환수기능을 보장하였다.
또한, 팽창탱크(130) 내부에는 팽창수의 유출입에 따라 충격을 완화하고 팽창탱크(130) 내부의 압력을 안전 허용 범위로 일정하게 유지시킬 수 있도록 가스가 충진되되, 산소의 용해로 인한 배관의 부식을 방지하기 위해, 질소가스가 사용되었으며, 이러한 질소가스는 질소공급수단(150)에 의해 팽창탱크(130) 내부에 공급되도록 구성되었다.
이러한 종래의 팽창탱크를 구비하는 냉난방 시스템에 따르면, 이미 언급한 바와 같이, 팽창관에 감압수단(100)이 구비되어 있어 팽창탱크 내부의 압력이 비교적 낮기 때문에 펌프의 트립이나 환수시 가압이 필요할 경우 환수펌프(122)를 운전하여 시스템을 가압하도록 구성되었다. 그러나, 이러한 방식에 의할 경우 정전시에는 환수펌프(122)의 운전이 불가능하여 가압이 이루어질 수 없을 뿐만 아니라, 관로에서 순간저압 발생시(펌프의 트립, 정전, 밸브 급개폐 등) 순환수가 증발하여 순환장애 발생가능성이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 팽창탱크를 구비하는 냉난방 시스템의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 팽창탱크의 운전압력을 고압으로 유지시키도록 하여 환수펌프 등 별도의 가압장치를 구비하지 않고도 순환배관계로의 가압 작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 하며, 정전시에도 가압이 가능하며, 관로에서의 순간저압 발생시에도 탱크에 압축된 충진가스의 팽창력에 의해 원활한 가압을 보장하여 순환수의 증발을 막아 순환장애 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 질소 충진형 팽창 가압 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치는, 열원시설로부터 가열된 열매체를 수용가의 부하로 공급하고 회수함에 따라 특정 구역의 냉난방을 수행하는 냉난방 시스템의 순환배관계와; 상기 순환배관계의 일측으로부터 분기되어 직결되되, 열매체의 팽창에 의해 순환배관계로부터 흘러나오는 팽창수를 일시 수용함과 동시에 열매체의 수축시 일시 수용된 팽창수의 자체 가압력에 의해 팽창수를 배출하여 순환배관계로 환수시키기 위한 비격막식 밀폐형 중공 탱크로 구성되는 팽창가압탱크와; 상기 팽창가압탱크의 일측에 연결되어 팽창가압탱크 내에 질소를 주입하는 질소공급수단을 포함한다.
여기서, 상기 열원설비(1)에 의해 생산된 열을 축열하기 위한 축열조(10b)가 순환배관계(10)에 병렬로 연결되어 추가 설치되며, 상기 순환배관계(10)에는 상기 팽창가압탱크(230)를 사이에 두고, 부하(10a)로의 유입측에 공급펌프(10c)가 구비되고, 열원설비(1)로의 유입측에 환수펌프(10d)가 각각 구비되어, 방열 운전 및 축열 운전이 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 순환배관계(10)는, 열원설비(1)로부터 발생되는 열량 또는 온도를 실시간으로 감지하여 그 변화에 따라 가변속모터로 환수펌프(10d)의 회전수를 제어함으로써 열원설비(1)로부터 발생된 열량이 적은 경우 환수펌프(10d)의 펌프유량을 줄이고, 부하(10a)를 통과하여 되돌아오는 배관수의 온도를 감지하여 그 변화에 따라 공급펌프(10c)의 회전수를 제어함으로써 부하(10a) 통과시 열 소비량이 적은 경우 공급펌프(10c)의 펌프유량을 줄일 수 있는 변유량 시스템인 것이 바람직하다.
한편, 상기 팽창가압탱크는 순환배관계로부터 분기된 팽창가압라인에 의해 순환배관계에 직결되되, 상기 팽창가압라인과 팽창가압탱크 사이에는 U트랩관이 설치된다.
또한, 상기 팽창가압탱크는 탱크본체와 플랜지로 구성되되, 상기 U트랩관은 탱크본체의 저면에 결합된 플랜지를 관통하여 탱크본체 내부로 삽입되어 상부로 연장되며, 상기 탱크본체의 저면부에 결합된 플랜지에는 퇴적물의 배출이 가능하도록 드레인밸브가 구비된다.
그리고, 상기 팽창가압탱크에는 와류방지수단이 추가로 구비되되, 상기 와류방지수단은 팽창가압탱크 저면부로부터 연장된 U트랩관 상부 말단 상측에 수평방향으로 위치되어 U트랩관 입구 주위에서 발생하는 와류를 방지하기 위한 와류방지판과; 상기 와류방지판을 하방에서 지지하는 지지대를 포함한다.
또한, 상기 팽창가압탱크에는, 팽창가압탱크 내부의 압력을 감지하는 압력트랜스미터와; 팽창가압탱크 내 팽창수의 수위를 감지하는 레벨트랜스미터와; 상기 압력트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 감지 신호에 근거하여 상기 질소공급수단으로부터 팽창가압탱크 내부로의 질소가스 공급을 단속하는 충진밸브와; 상기 압력트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 감지 신호에 근거하여 팽창가압탱크 내 질소가스의 외부로의 배출을 단속하는 배기밸브를 포함한다.
그리고, 상기 팽창가압탱크에는 온-오프 접점 방식에 의해 특정 수위 도달을 감지하는 레벨스위치와; 상기 배기밸브의 토출측에 연결되되, 항시 개방상태에 있다가 상기 레벨스위치에 의해 탱크내 수위가 적정 수위 이상임이 감지되는 경우 폐쇄되어 비상시 질소가스의 배기를 차단하는 비상차단밸브가 추가로 구비된다.
여기서, 상기 질소공급수단은, 공기를 일정한 압력으로 압축하여 공급하는 공기압축기와; 압축된 공기내 수분을 제거하는 공기건조기와; 이물질을 제거하기 위한 에어필터와; 압축공기로부터 질소만을 추출하는 질소발생기와; 상기 질소발생기에 의해 발생된 질소를 팽창가압탱크로 주입하기 위한 충진압력으로 가압하는 질소압축기와; 가압된 질소가스를 일시 저장하는 질소탱크를 포함한다.
그리고, 상기 팽창가압탱크의 수용 용량을 초과하는 과잉 팽창수를 배출시키기 위하여, 팽창수의 압력이 일정 압력 이상으로 상승하는 경우 개방되어 과잉 팽창수를 릴리프시키는 릴리프밸브수단이 구비된 릴리프라인이 상기 팽창가압라인으로부터 분기되어 추가로 설치되고, 상기 릴리프라인의 말단에는 릴리프된 과잉 팽창수가 일시 저장되는 보충수탱크가 구비되며, 상기 보충수탱크에는 다시 팽창가압탱크와 연결되는 보충수라인이 설치되어 팽창가압라인의 압력이 하강하는 경우 보충수를 공급할 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기 릴리프밸브수단은 전동밸브, 기계식 1차압력유지밸브 및 수동밸브가 각각 병렬로 연결된다.
또한, 상기 보충수탱크에는 질소공급관에의해 질소공급수단이 연결되어 질소가스가 충진되되, 상기 질소공급관에는 2개의 감압밸브가 직렬로 연결된다.
그리고, 상기 보충수탱크에는 보충수탱크 내부에 과도하게 높은 압력이 형성되는 경우 이를 방지하기 위한 과압방지수단이 추가로 구비되되, 상기 과압방지수단은 보충수탱크의 수위가 최고수위를 넘어서는 경우 그 과잉 보충수가 오버플로우되어 배출되도록 하는 U자관과; 상기 보충수탱크로부터 오버플로우된 과잉 보충수가 저장되는 오버플로우탱크를 포함한다.
아울러, 상기 오버플로우탱크에는 보충수탱크의 최고수위에 대응되는 수위까지 과잉 보충수가 채워질 수 있도록, 수위가 최고수위 이상으로 상승하는 경우 배수시키기 위한 드레인관이 최고수위 높이에 설치되며, 저수위가 되는 경우 이를 감지하는 저수위감지스위치를 설치하여 오버플로우탱크가 저수위가 되는 경우 외부의 수처리시스템으로부터 물을 공급받아 오버플로우탱크를 적정 수위로 유지시킨다.
여기서, 상기 수처리시스템에는 펌프가 설치되고, 상기 보충수탱크에는 레벨트랜스미터가 설치되며, 상기 펌프는 보충수탱크에 설치된 레벨트랜스미터의 감지신호에 근거하여 보충수탱크에 물이 부족한 경우 구동되어 보충수탱크에 물을 공급한다.
추가적으로, 상기 순환배관계에는 진공탈기장치가 더 구비된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 팽창탱크의 운전압력을 고압으로 유지시키도록 하여 환수펌프 등 별도의 가압장치를 구비하지 않고도 순환배관계로의 가압 작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 하며, 정전시에도 가압이 가능하며, 관로에서의 순간저압 발생시에도 원활한 가압을 보장하여 순환수의 증발을 막아 순환장애 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 과잉 팽창수를 릴리프시킬 수 있는 수단과 오버플로우탱크 등이 구비되어 시스템의 전체적인 안정성이 보장되는 탁월한 효과를 갖는다.
도 1 은 팽창탱크를 구비하는 종래 냉난방 시스템의 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치의 전체 구성도,
도 3 는 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치 중 팽창가압탱크의 구체적인 구성이 도시된 단면도,
도 4 는 상기 팽창가압탱크의 부분 절개 사시도,
도 5 는 질소공급수단의 구체적인 구성이 도시된 도면,
도 6 은 보충수탱크의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 열원설비 10 : 순환배관계
10a : 부하 10b : 축열조
10c : 공급펌프 10d : 환수펌프
10e : 진공탈기장치 200 : 팽창가압라인
210 : U트랩관 230 : 팽창가압탱크
230a : 탱크본체 230b : 플랜지
232 : 드레인밸브 240 : 와류방지수단
240a : 와류방지판 240b : 지지대
S1 : 충진밸브 S2,S4 : 배기밸브
S3 : 비상차단밸브 PT1,PT2,PT3 : 압력트랜스미터
LT1,LT2 : 레벨트랜스미터 LS1,LS2,LS3 : 레벨스위치
250 : 질소공급수단 251 : 공기압축기
252 : 에어필터 253 : 공기건조기
254 : 오일세퍼레이터 255 : 질소발생기
256 : 버퍼탱크 257 : 산소질소분석기
258 : 질소압축기 259 : 질소탱크
300 : 릴리프라인 310 : 릴리프밸브수단
310a : 전동밸브 310b : 1차압력유지밸브
310c : 수동밸브 330 : 보충수탱크
340 : 감압수단 350 : 과압방지수단
350a : U자관 350b : 오버플로우탱크
350c : 드레인관 350d : 오버플로우관
350e : 배기관 400 : 보충수라인
410 : 보충수펌프 420 : 체크밸브
430 : 2차압력유지밸브 500 : 수처리시스템
510 : 펌프
이하, 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치의 구체적인 구성을 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치의 전체 구성도, 도 3 는 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치 중 팽창가압탱크의 구체적인 구성이 도시된 단면도, 도 4 는 상기 팽창가압탱크의 부분 절개 사시도, 도 5 는 질소공급수단의 구체적인 구성이 도시된 도면, 도 6 은 보충수탱크의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치는, 순환배관계(10), 팽창가압탱크(230), 질소공급수단(250), 그리고 보충수탱크(330)를 포함한다.
상기 순환배관계(10)에는 배경 기술 부분에서 이미 언급한 바와 같이, 기본적으로 열원설비(1)와 부하(냉난방 기기;10a)가 구비된다.
열원설비(1)는 지역 냉난방을 위하여 일개의 도시 또는 일정한 지역 내에 집중 설비되어 각 수용가에 공급되거나 기존 지역 배관망에 열을 공급하는 장치로서, 대체로 열병합발전소, 대규모 소각장의 열교환기 또는 대형 냉난방장치 등이 포함될 수 있다.
상기 열원설비(1)에 의해 가열된 열매체는 순환배관계(10)를 통하여 각 수용가의 열교환기실에 전달되고, 전달된 열매체는 아파트나 빌딩의 각층 수용가 냉난방기기인 부하(10a)에 공급되어 냉난방을 수행한 뒤, 다시 순환배관계(10)를 통하여 열원설비(1)에 회수된다.
이와 같은 구성을 갖는 냉난방 시스템의 순환배관계(10)에는 열원설비(1)에 의해 생산된 열을 축열하기 위한 축열조(10b)가 추가로 구비는 것이 바람직하며, 이 경우, 부하(10a)로의 유입측에는 공급펌프(10c)가 구비되고, 열원설비(1)로의 유입측에는 환수펌프(10d)가 각각 구비된다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 축열조(10b)는 순환배관계(10)에 병렬로 연결되어 설치되며, 기존 순환배관계(10)와 축열조(10b) 설치를 위한 분기관에는 필요에 따라 각 관로를 개폐하기 위한 전동밸브들이 각각 설치된다. 이러한 축열조(10b)와 공급펌프(10c) 및 환수펌프(10d), 그리고 전동밸브들을 이용하여 여러 형태의 운전방식을 채택할 수 있게 된다.
예컨대, 첫번째로, 부하(10a)가 비교적 큰 경우에는 축열조(10b)가 연결되는 분기관 측 전동밸브들을 폐쇄함에 따라 전체적으로 가장 큰 폐회로를 따라 배관수가 순환되도록 하여, 열원설비(1)가 직접 부하(10a)를 커버하도록 구성하는 방법이 존재한다. 그리고, 두번째로, 부하(10a)가 없거나 적을 경우에는, 전동밸브를 모두 개방하여 열원설비(1)로부터 부하(10a)가 커버됨과 동시에 축열조(10b)에 의해 축열이 이루어지도록 하는 방법이 존재한다. 또한, 공급펌프(10c)를 정지하고 환수펌프(10d)만을 운전하여 축열 운전을 수행할 수도 있으며, 축열조(10b)만으로 부하(10a)를 커버하는 방열 운전을 수행할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 순환배관계(10)에는 변유량 시스템(VWV; Variable Water Volume System)을 채용하는 것이 바람직하다. 변유량 시스템이란 배관계에서 배관수의 이송을 담당하는 펌프의 회전수를 가변속모터로 변화시킴(인버터 제어)에 따라 펌프유량(토출량)을 조절할 수 있도록 구성된 시스템이다. 순환배관계(10)에서 열원설비(1)로부터 발생되는 열량이 큰 경우에는 열원설비의 출구온도가 높아지게되므로 환수펌프(10d)를 가속하여 순환유량을 증가시켜 출구온도가 유효온도범위에 있게 한다. 반면, 열원설비(1)로부터 발생되는 열량이 작은 경우 유량을 높게 유지하면 출구온도가 낮아져서 부하측 또는 축열조(10b)에 저장할 수 있는 유효온도가 되지못하므로 이때에는 환수펌프(10d) 유량을 감속하여, 유량을 줄여, 출구온도를 유효공급온도로 유지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 있어서는, 열원설비(1)로부터 발생되는 열량이나 온도를 실시간으로 감지(열량계 또는 온도센서 사용)하여 그 변화에 따라 환수펌프(10d)의 회전수를 제어함으로써, 발생된 열량이 적은 경우에는 환수펌프(10d)의 펌프유량을 줄이도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 순환배관계(10)의 부하(10a)가 없거나 작은 경우, 다시 말해, 열 소비량이 적은 경우에는 부하(10a)측으로 배관수를 많이 공급할 필요가 없으므로, 부하(10a)를 통과하여 되돌아오는 배관수의 온도를 감지하여 그 변화에 따라 공급펌프(10c)의 회전수를 제어함으로써, 되돌아오는 배관수의 온도가 비교적 높은 경우, 즉, 부하(10a) 통과시 열 소비량이 적은 경우에는 공급펌프(10c)의 펌프유량을 줄여 부하(10a)로 들어가는 유량을 줄일 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 변유량 시스템을 도입하는 경우, 펌프의 회전수를 조절함으써 불필요한 에너지의 낭비를 방지할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명과 같은 팽창 가압 장치에서는, 열원설비(1) 및 부하(10a)의 용량변화에 따라 에너지를 절감할 수 있는 변유량 시스템에 의해 펌프의 회전수가 변화되어 토출압력 및 순환유량이 변화되더라도, 공급펌프(10c)와 환수펌프(10d)의 중간에 위치한 팽창가압탱크에 의한 일정범위의 압력유지기능으로 배관계가 일정압력 이상 안정적으로 유지될 수 있으므로 순환배관계의 안전성 및 신뢰성도 보장된다 할 것이다.
이와 같이 다양한 운전방법은 시스템의 구성과 크기, 그리고 부하(10a)의 규모에 따라 펌프들과 밸브들을 제어함에 따라 적절히 선택할 수 있다.
상기 팽창가압탱크(230)는 열원설비(1)와 부하(10a)를 연결하는 순환배관계(10)로부터 분기되어 직결되는 압력탱크로서, 비격막시 밀폐형 중공 탱크로 구성되는 압력용기인 것이 바람직하다. 일반적으로 열매체가 가열되면 부피가 팽창되는데, 열매체가 중고온으로 가열되는 경우, 그 팽창압력은 순환배관계(10)의 적정 압력 이상으로 상승할 수 있고, 이러한 경우에는 비압축성 유체인 열매체의 팽창압력에 의해 순환배관계(10)가 파손될 수 있는 위험이 존재하기 때문에 이렇게 팽창된 열매체를 일시적으로 수용하고, 열매체가 수축되는 경우 열매체를 순환배관계(10)로 재차 환수시키기 위하여 팽창가압탱크(230)가 요구되는 것이다.
상기 팽창가압탱크(230)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 순환배관계(10)로부터 분기된 팽창가압라인(200)에 의해 순환배관계(10)에 직결되되, 상기 팽창가압라인(200)과 팽창가압탱크(230) 사이에는 U트랩관(210)이 설치된다. 상기 U트랩관(210)은 대체로 U 자형으로 절곡 형성된 관체로서 순환배관계(10)에서의 배관수 유동에 의해 팽창가압탱크(230)가 민감하게 반응하지 않도록 보호하는 기능을 수행하는 것으로, 이러한 U트랩관(210)으로 인하여 배관수의 팽창 또는 수축시가 아니면 팽창가압탱크(230)에서 배관수의 유입 또는 유출이 일어나지 않도록 방지한다.
도 3 및 도 4 에는 본 발명에 따른 팽창가압탱크(230)의 연결부 구조가 각각 단면도 및 부분 절개 사시도로 도시된다.
도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 팽창가압탱크(230)는 탱크본체(230a)와 플랜지(230b)로 구성되며, 상기 탱크본체(230a)의 저면부 입구는 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 U트랩관(210)의 말단은 탱크본체(230a)의 저면에 결합된 플랜지(230b)를 관통하여 탱크본체(230a) 내부로 삽입 설치되되, 탱크본체(230a) 저면으로부터 약 100 mm 정도 더 높게 형성되는 것이 바람직하다, 그리고, 상기 탱크본체(230a)의 저면부에 결합된 플랜지(230b)에는 드레인밸브(232)가 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 통하여, U트랩관(210)으로부터 유입되는 팽창수는 탱크본체(230a) 내에서 비교적 높은 위치, 더욱 상세하게는 미리 저장된 팽창수의 수면 부근에서 토출되고, 팽창수 내의 이물질 등은 탱크본체(230a)의 저면부에 연결된 플랜지(230b)에 퇴적이 되기 때문에 U트랩관(210)을 통하여 다수 순환배관계(10)로 흘러들어가지 않게 되어 팽창수의 수질관리도 가능하다. 상기 플랜지(230b)에 퇴적된 이물질은 드레인밸브(232)를 열어 배출시킬 수 있기 때문에 더 이상이 배관수 오염을 방지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 팽창가압탱크(230)에는 와류방지수단(240)이 추가로 구비되는 것이 바람직하다. 일반적으로 탱크 내외로 배관수가 유출입되는 경우 그 유출입구측에서는 나선형 흡입작용에 의해 와류(소용돌이) 현상이 발생하게 되고, 이러한 현상으로 인하여 팽창가압탱크(230)에 충진된 공기 또는 질소가스와 같은 충진가스가 배관 내에 유입되어 순환장애를 일으키게 된다. 이와 같은 와류를 방지하기 위하여, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치에는 팽창가압탱크(230)에 와류방지수단(240)이 추가로 구비된다.
도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 와류방지수단(240)은 와류방지판(240a)과 지지대(240b)를 포함한다. 상기 와류방지판(240a)은 팽창가압탱크(230) 저면부로부터 연장된 U트랩관(210) 상부 말단 상측에 수평방향으로 위치되어 U트랩관(210) 입구 주위에서 발생하는 와류를 방지하기 위한 판부재이다. 그리고, 상기 지지대(240b)는 상기 와류방지판(240a)을 하방에서 지지하는 것으로, 일단은 상기 와류방지판(240a)에 결합되고, 타단은 플랜지(230b) 저면 또는 탱크본체(230a) 저면에 고정 결합되어 와류방지판(240a)을 견고하게 지지하도록 구성될 수 있다. 이러한 와류방지수단(240)으로 인해 U트랩관(210)을 통하여 충진가스가 순환배관으로 유입되는 것이 방지되어 순환장애 등이 방지될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 팽창가압탱크(230)에는 이미 언급한 바와 같이 충진가스로서 질소가스(N2)가 사용되며, 이러한 질소가스의 공급을 위해 상기 팽창가압탱크(230)에는 질소공급수단(250)이 연결되고, 상기 팽창가압탱크(230)에는 팽창수의 유입 및 환수에 따라 변화되는 팽창가압탱크(230) 내부의 압력을 조절하기 위해, 질소가스의 공급 및 배기를 담당하는 각종 밸브들과 팽창가압탱크(230) 내부 압력 및 수위를 감지하기 위한 각종 센서들이 구비된다.
보다 구체적으로, 다시 도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 팽창가압탱크(230)에는 팽창가압탱크(230) 내부의 압력을 감지하는 압력트랜스미터(PT1), 탱크 내 팽창수의 수위를 감지하는 레벨트랜스미터(LT1), 질소공급수단(250)으로부터 팽창가압탱크(230) 내부로 질소가스를 공급하기 위한 충진밸브(S1), 그리고 팽창가압탱크(230) 내 질소가스를 외부로 배출하기 위한 배기밸브(S2)가 구비되며, 탱크 내 압력의 갑작스런 상승시 자동적인 배기를 통하여 탱크의 폭발 등을 방지하기 위한 안전밸브가 추가적으로 구비된다.
팽창가압탱크(230)는 초기에 컨트롤러(미도시)의 제어에 따라 충진밸브(S1)가 개방되어 질소공급수단(250)으로부터 질소가스를 공급받아 초압으로 충진되어 있고, 수위는 최저수위로 유지된다. 배관수가 팽창하면 순환배관계(10)로부터 팽창수가 팽창가압탱크(230) 내부로 유입되고, 팽창가압탱크(230)의 수위는 최고 수위까지 상승하며 이를 레벨트랜스미터(LT1)가 감지하고, 팽창수의 유입으로 인한 팽창가압탱크(230) 내부의 상승 압력은 압력트랜스미터(PT1)에 의해 감지되어, 수위 및 압력이 미리 설정된 일정치에 도달하는 경우 상기 압력트랜스미터(PT1) 및 레벨트랜스미터(PT2)의 감지신호에 근거하여 컨트롤러(미도시)가 배기밸브(S2)를 제어하여 개방토록 함에 따라 질소가스를 배기시켜 팽창가압탱크(230) 내부 압력을 안전 허용 범위로 유지시킨다.
팽창수가 다시 순환배관계(10)로 환수되거나, 시간이 경과함에 따라 질소가스가 미약하게나마 팽창수에 용해되어 팽창가압탱크(230)의 압력이 운전압력 이하로 낮아지게 되면 이를 압력트랜스미터(PT1)가 감지하며, 낮아진 수위는 레벨트랜스미터(LT1)가 감지하여, 이러한 감지 신호에 근거하여 충진밸브(S1)를 개방시킴에 따라 팽창가압탱크(230) 내부로 재차 질소가스를 충진함에 따라 팽창가압탱크(230)의 적정 운전 압력을 유지시켜 주는 것이다. 질소가스가 충진되는 관에는 질소가스의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 질소가스의 배기시 단일의 배기밸브만이 사용되는 경우에는, 압력트랜스미터(PT1), 레벨트랜스미터(LT1), 컨트롤러, 배기밸브(S2) 중 어느 하나가 고장이 발생하면 팽창가압탱크(230)는 고압의 시스템과 직결되어 있으므로 배기가 계속되어 시스템의 압력이 순식간에 적정가압(온도에 따른 포화증기압 이상) 이하가 되어 대규모 냉난방 시스템의 기능이 작동불능 상태에 놓여질 수도 있다.
이를 방지하기 위해, 배기계통에 2중 안전장치로서 온-오프 접점 방식에 의한 특정 수위 도달을 감지할 수 있으며 정전시에도 사용가능하고 고장빈도가 낮은 레벨스위치(LS1)를 팽창가압탱크(230)에 설치하고, 평시 항상 개방되어 운전에 영향을 미치지 않다가 배기가 어느 이상 진행되어 수위가 적정 수위 이상되면 레벨스위치(LS1)의 감지에 의해 폐쇄되도록 비상차단밸브(S3)를 배기밸브(S2)의 토출측에 연결하는 것이 바람직하다. 즉, 배기밸브(S2)로 지속적으로 질소가스가 배기되더라도 팽창가압탱크(230) 내부의 팽창수 수위가 미리 설정된 적정 수위 이상으로 상승하는 경우 레벨스위치(LS1)가 작동하여 비상차단밸브(S3)를 폐쇄시킴으로써 질소가스의 과도한 배기가 방지되어 시스템을 안정화시킬 수 있는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 팽창가압탱크(230)는 종래의 냉난방 시스템에 사용되어 왔던 팽창탱크와 기능면에서 유사할 수 있으나, 종래 냉난방 시스템과는 달리 감압수단을 구비하지 않고 순환배관계(10)에 직결된다는 점에 있어서 상이하고, 이로 인하여 팽창가압탱크(230)의 운전압력이 매우 높아 배관수의 수축시 별도의 가압장치가 필요없이 팽창가압탱크(230) 자체적으로 가압 작용을 수행할 수 있다는 점이 가장 큰 차이점이라 할 수 있다. 또한, 종래의 냉난방 시스템에서는 팽창관과 환수관이 각각 설치되어야 했으나, 본 발명에 있어서는 단지 1개의 팽창가압라인(200)에 의해 순환배관계(10)와 팽창가압탱크(230)가 연결되어 있다는 점이 또한 특징이라 할 수 있다.
그리고, 일반적으로 냉난방 시스템용 팽창탱크 내에는 대체로 산소를 다량 포함하는 에어가 충진되어 사용되었는데, 에어를 사용하는 경우, 팽창탱크 내로 유입된 팽창수에 산소가 용해되어 궁극적으로 배관의 부식을 야기하는 문제점이 있어 왔다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 이러한 부식 배관을 방지하기 위하여 산소를 포함하지 않는 질소가스를 충진가스로 사용하는 것이다. 이러한 질소공급수단(250)은 본 발명에 따른 팽창가압탱크(230)에 질소가스를 공급하는 부분이다.
질소공급수단(250)은 순도가 높은 질소를 저장하고 압력트랜스미터에 의해 팽창가압탱크(230) 내부의 압력을 감지함에 따라, 팽창가압탱크(230)내 일정량의 질소가스를 충진 및 배기할수 있도록 구성된 질소봄베일 수 있다. 또한, 배관수의 팽창시 팽창가압탱크(230) 내의 질소가스를 저압탱크로 유도한 후 압축하여 재사용하는 방법이 사용될 수도 있다. 이러한 경우에는 장치가 복잡하고, 질소봄베의 계속적인 교체와 다량이 질소가스의 사용으로 인하여 운전비용이 높아질 수 있으므로, 상기 질소공급수단(250)으로서 질소발생기(255)를 사용하는 것이 경제적인 측면에서 더욱 바람직하다.
도 5 에는 본 발명에 따른 질소공급수단(250)의 구체적인 구성도가 도시된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 먼저 공기압축기(251)에 의해 대기중의 공기가 소정의 압력까지 압축되어 공급되고, 에어필터(252)에서 공기에 포함된 먼지나 이물질 등이 여과되고, 공기건조기(253)를 거친 건조공기가 오일세퍼레이터(254)로 공급된다. 오일세퍼레이터(254)에서는 공기에 포함된 오일 증기(OIL VAPOUR)가 분리되어 제거된다. 이러한 과정을 거쳐 불순물들이 제거된 건조공기는 질소발생기(255)로 공급되고, 이 질소발생기(255)에 의해 순도 높은 질소가스가 발생된다. 발생된 질소가스는 버퍼탱크(256)를 거쳐 산소 또는 질소분석기(257)에서 산소함유량을 계측하여 산소가 제거된 뒤 질소탱크(259)에 저장되도록 한다. 저장된 질소가스는 압력트랜스미터(PT1)와 레벨트랜스미터(LT1)의 감지신호에 근거하여 컨트롤러의 통제에 따라 팽창가압탱크(230)로 공급된다.
질소탱크(259)로부터 팽창가압탱크(230)로 질소가스가 공급되는 경우, 본 발명과 같은 고압의 팽창가압탱크(230) 시스템에서는 질소가스가 더 고압으로 압축되어야 팽창가압탱크(230) 내부로 질소가스가 충진될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는, 질소발생기(255)와 질소가스 사이에 질소압축기(258)를 추가로 설치하여 최종적으로 발생되는 질소가스만을 고압으로 압축함에 따라 질소가스가 고압의 팽창가압탱크(230) 내부로 원활하게 충진될 수 있도록 한다.
이와 같은 구성을 통하여, 순환배관계(10)의 배관수가 온도 상승으로 인해 팽창하는 경우 팽창수가 팽창가압탱크(230)로 유입되었다가 배관수가 수축하는 경우 재차 순환배관계(10)로 환수되며, 팽창가압탱크(230)가 고압으로 운전되기 때문에 별도의 가압장치 없이 팽창수가 순환배관계(10)로 자체 가압되어 환수될 수 있는 것이다.
한편, 순환배관계(10) 시스템 온도가 상승하여 배관수가 팽창하게 되면, 팽창가압탱크(230)의 수위가 상승하고 질소가스가 압축되어 시스템 압력이 상승하게 된다. 이 때, 적정 레벨 이하에서는 어느 정도 압력 상승을 허용하지만 그 이상으로 상승하는 경우 질소가스를 배기시켜 압력의 상승을 막게 된다. 그런데, 이렇게 질소가스를 배기시키더라도 팽창이 계속되는 경우에는 수위가 계속 올라가게 되고 팽창가압탱크(230)가 팽창수를 더 이상 수용할 수 없을 정도에까지 이르러 탱크가 폭발하는 위험이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 위험을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치에 있어서는 팽창가압탱크(230)의 수용 용량을 초과하는 과잉 팽창수를 배출시키기 위한 릴리프라인(300)이 팽창가압라인(200)으로부터 분기되어 추가로 구비되고 여기에는 릴리프밸브수단(310)이 구비되는 것이 바람직하다.
상기 릴리프밸브수단(310)은 도 2 에 도시된 바와 같이, 팽창가압라인(200)으로부터 분기되는 릴리프라인(300)에 설치되어 일정 압력 이상의 팽창수를 자동 배출시키기 위한 릴리프밸브들로 구성되되, 전동밸브(310a), 기계식 1차압력유지밸브(310b), 그리고 수동밸브(310c)가 각각 병렬로 연결된 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 기계식 1차압력유지밸브(310b)는 밸브 1차측의 압력이 설정압력보다 높을 때 유체를 밸브 2차측으로 배출하여 밸브 1차측의 압력을 일정 압력 이하로 유지시키는 밸브로서, 파이롯트 콘트롤밸브, 스프링, 다이어프램 등에 의해 밸브디스크에 힘이 가해져 있으며, 밸브 1차측의 압력이 소정의 압력보다 높아지면 밸브디스크를 열어 유체가 밸브 2차측으로 유출되며, 1차측 압력이 낮아지면 닫히게 되는 구조로 되어 있다.
상기 전동밸브(310a)는 상기 기계식 1차압력유지밸브(310b)와 소정의 압력차를 두고 병렬로 접속되어 상호 보완적으로 정전시에도 안정적으로 작동하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 정상운전시에는 전동식으로 작동되는 전동밸브(310a)와 기계식으로 작동되는 1차압력유지밸브(310b)가 함께 작동되고, 전기의 공급이 끊기는 경우에는 전동밸브(310a)가 작동 중지되더라도 기계식으로 작동되는 1차압력유지밸브가 작동되어 정전시에도 안정적으로 과잉 팽창수를 릴리프시킬 수 있게 되는 것이다. 상기 전동밸브(310a)는 릴리프라인(300)에 설치된 압력트랜스미터(PT3)로부터 감지된 압력값 신호에 근거하여 컨트롤러의 제어에 따라 미리 설정된 압력 이상의 압력이 감지되는 경우 개방되어 과잉 팽창수를 릴리프시키도록 구성된다.
도 2 에 따르면, 상기 릴리프밸브수단(310)은 또한 수동밸브(310c)를 포함한다. 정상운전은 1차압력유지밸브(310b)와 전동밸브(310a)에 의해 수행되고, 상기 수동밸브(310c)는 시운전, 점검시, 비상시 등에 수동으로 개폐하여 사용하도록 구성된다.
상술한 바와 같은 릴리프밸브수단(310)을 통하여 배출되는 과잉 팽창수는 보충수탱크(330)에 일시 저장되었다가, 배관수의 수축이 일어나 릴리프라인(300)(또는 팽창가압라인(200))의 압력이 하강하는 경우 보충수라인(400)을 통하여 저장되어 있던 과잉 팽창수를 보충수로서 공급한다. 이러한 보충수라인(400)에는 도시된 바와 같이 보충수펌프(410)와 체크밸브(420)가 설치되며, 상기 보충수펌프(410)는 압력트랜스미터(PT3)에 의해 감지된 압력값 신호에 근거하여 컨트롤러의 제어에 따라 가동되어 보충수탱크(330) 내에 저장되어 있던 과잉 팽창수를 팽창가압라인(200)을 통하여 순환배관계(10)로 환수시킨다. 이 때, 상기 보충수펌프(410)의 토출측에는 2차압력유지밸브(430)가 구비되어 보충수펌프(410)에 의해 과잉 보충수가 펌핑되는 경우에도 팽창가압라인(200)에는 감압된 일정 압력만이 전달되도록 하여 안전성을 확보하는 것이 바람직하며, 다른 한편으로, 상기 보충수펌프(410)의 인버터 제어를 통하여, 필요한 유량만큼만 공급되도록 구성하는 것도 바람직하다.
이러한 구성을 통하여, 릴리프라인(300)을 통하여 배출되는 과잉 팽창수가 보충수탱크(330)에 일시 저장되었다가 배관수의 수축시 다시 보충수로 환수되기 때문에 배관수의 과도한 팽창시에도 시스템을 안전하게 유지시킬 수 있다.
한편, 상기 보충수탱크(330) 내에서도 보충수에 산소가 용해되어 순환장애와 배관 부식을 일으킬 소지가 있기 때문에 이를 방지하기 위해 저압의 질소가스를 충진하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 보충수탱크(330)는 질소공급수단(250)과 연결되며, 대략 0.05 kg/G 정도의 미세한 압력의 질소가스 충진을 위해 질소공급관에는 감압수단(340)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 감압수단(340)은 미세한 압력의 질소가스 충진을 위해 2개의 감압밸브를 직렬로 연결하여 2차에 걸친 정밀한 압력 강하를 수행하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 보충수탱크(330)에도 레벨트랜스미터(LT2)와 압력트랜스미터(PT2)를 각각 설치하여 보충수탱크(330) 내부의 압력이 설정치 이상으로 상승하거나 수위가 설정치 이상으로 상승하는 경우 전자식 배기밸브를 개방하여 질소를 배기시키도록 구성하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 릴리프라인(300)의 말단은 보충수탱크(330)에 연결되되, 도 2 에 도시된 바와 같이, 하방으로 절곡되어 보충수탱크(330)의 하부측에서 과잉 팽창수를 토출하도록 구성되는 것이 바람직하다. 과잉 팽창수가 보충수탱크(330)의 상부측에서 토출되는 경우, 보충수탱크(330)의 수위가 낮을 때 과잉 팽창수가 뿌려져 낙하하면서 충진된 질소가스가 팽창수에 용해될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 질소가스가 팽창수에 용해되는 것을 최소화하기 위하여 릴리프라인(300)의 말단을 보충수탱크(330)의 하부측으로 유도하는 것이다. 그 밖에도, 상기 보충수탱크(330)의 저면부에는 팽창가압탱크(230)와 마찬가지로 와류방지수단(240)이 구비될 수 있음은 자명한 사항이다.
이러한 보충수탱크(330)의 설치에도 불구하고, 보충수탱크(330)로 과도한 배관수의 팽창수 유입에 의한 기체부의 압축 또는 유입가스의 과잉 충진으로 인하여 보충수탱크(330)에 과압이 걸리는 경우 이를 해소하기 위하여 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치는 과압방지수단(350)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 도 6 에는 상기 과압방지수단(350)의 구체적인 구성이 도시된다. 이러한 과압방지수단(350)은 U자관(350a)과 오버플로우탱크(350b)를 포함한다.
상기 U자관(350a)은 보충수탱크(330)의 최고수위(MaxL1) 부근에 연결되어 보충수가 상기 최고수위를 넘어서는 경우에는 보충수를 오버플로우 시킬 수 있으며, 또한 보충수탱크(330)의 수위가 낮더라도 내부 가스압력이 0.05 kg/G 이상 일때 질소가스를 배출되도록 하는 U자형 관체이다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 U자관(350a)은 일단이 보충수탱크(330)의 최고수위(MAXL1)에 연결되어 있으며 하방으로 절곡되어 U자를 형성하도록 만곡되되, 그 말단은 오버플로우탱크(350b)의 저면부를 관통하여 드레인관(350c) 또는 오버플로우관(350d)보다 아래의 지점에 위치하여 과잉보충수의 배출 뿐만아니라, 과잉압축가스가 배출되어도 즉시 충수하여, 보충수탱크(330)의 내부에 외부 대기가스의 유입을 차단하고, 보충수탱크가 0.05 kg/G의 압력을 유지할 수 있도록 구성된다.
이러한 구성을 통하여, 상기 U자관(350a)은 항상 충수된 상태에 있게 되는데, 도 6 에 도시된 바와 같이, U자관(350a) 중 보충수탱크(330) 측에 연결된 부분의 수주는 'h'로 되며, 여기서 보충수탱크(330)의 목표유지압력 0.05 kg/G는 수주 'h'해당하게 된다.
그리고, 상기 오버플로우탱크(350b)의 최고수위(MaxL2)는 보충수탱크(330)의 최고수위(MaxL1)보다 낮은 높이에서 형성되도록 구성되며, 이를 위해, 오버플로우탱크(350b)의 수위가 최고수위(MaxL2)에 도달하는 경우 이를 감지하는 레벨스위치(LS2)를 설치하고, 최고수위(MaxL2) 이상으로 상승하는 경우 배수가 일어날 수 있도록 최고수위(MaxL2) 높이까지 드레인관(350c)을 설치한다.
그리고, 저수위가 되는 경우 이를 감지하는 저수위감지스위치(LS3)를 설치하여 오버플로우탱크(350b)가 저수위가 되는 경우 외부의 수처리시스템(500)으로부터 물을 공급받아 오버플로우탱크(350b)를 적정 수위로 유지시킬 수 있도록 한다. 그리고, 상기 수처리시스템(500)에는 펌프(510)가 설치되며 상기 펌프는 보충수탱크(330)의 레벨트랜스미터의 감지신호에 근거하여 보충수탱크(330)에 물이 부족한 경우 펌프를 구동하여 보충수탱크(330)에 물을 공급한다.
그 밖에, 상기 오버플로탱크(350b)에는 탱크내 기체를 외부로 배기할 수 있도록 항상 개방된 배기관(350e)과 급작스럽게 오버플로우되어 최고수위(MaxL2)를 넘어선 물을 외부로 배출하기 위한 오버플로우관(350d)이 설치된다.
이미 언급한 바와 같이, 평시에는 수처리시스템(500)에 연결된 펌프가 보충수탱크(330)의 레벨트랜스미터(LT2)의 감지신호에 근거하여 구동되어 물을 공급함으로써 수위가 충수시작 레벨(A)에서부터 충수정지 레벨(B) 사이의 적정 레벨을 유지하게 된다. 이때, 순환배관계(10)가 과도하게 팽창하여 릴리프라인(300)을 통하여 과잉 팽창수가 배출되는 경우, 보충수탱크(330)의 수위는 상승하고, 이에 따라 탱크내 압력은 고압이 되며 이를 해소하기 위해 압력트랜스미터(PT2)의 감지신호에 근거하여 배기밸브(S4)가 개방됨에 따라 질소가스가 배기되어 압력을 낮추게 된다.
그러나, 이러한 배기밸브(S4)가 고장나거나 과도한 팽창으로 인하여 급작스럽게 과도한 압력이 발생할 수 있게 된다. 이 경우, U자관(350a)을 통하여 보충수가 배출되어 오버플로우되는데, 이 U자관(350a)에는 'h' 만큼의 수주에 해당하는 압력이 존재하므로 보충수의 압력이 'h' 만큼의 수주에 해당하는 압력 이상일 경우에만 오버플로우가 일어나게 된다. 예컨대, 'h'를 500mm라 하면, 이 때의 압력은 0.05kg/G이 된다. 따라서, 0.05kg/G 이상되는 압력을 갖는 보충수만이 오버플로우되거나 과잉질소가스가 배출되는 것이다. 이와 같은 구성에 따르면, 보충수탱크(330)에 과압이 발생하더라도 0.05kg/G의 압력 이하로 제한할 수 있으며, 이를 넘어서는 경우에는 U자관(350a)을 통하여 보충수탱크(330)의 물이 오버플로우되어 오버플로우탱크(350b)로 유입된 후 일정 수위 이상의 물은 외부로 배수됨에 따라 시스템을 안정화시킬 수 있게 되는 것이다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 질소 충진형 팽창 가압 장치에 따르면 별도의 가압장치 없이 팽창수를 다시 순환배관계(10)로 환수시킬 수 있으며, 릴리프밸브수단(310), 보충수탱크(330), 및 오버플로우탱크(350b) 등을 추가로 구비하여 시스템의 안전성을 확보할 수 있게 된다. 다만, 본 발명에 있어서, 탱크내 충진가스로서 질소가스를 사용하는 바, 시스템의 팽창가압탱크(230)의 높은 운전 압력으로 인하여 질소 용해도가 상승하여 순환장애의 요인이 될 수 있는 단점이 존재하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 도 2 에 도시된 바와 같이, 순환배관계(10)에 배관수의 일부를 취출해 진공 상태에서 탈기시킨 후 배관으로 환수시키는 진공탈기장치(10e)를 추가로 구비하는 것이 바람직하며, 탈산제와 같은 약품류는 환경파괴의 원인이 될 수 있으므로 사용을 배제하는 것이 바람직하다. 또한, 추가적으로 순환수 처리장치(진흙 등 부유고형물 처리용)를 보조로 설치하여 순환수의 수질을 개선하도록 하는 것도 바람직하다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

Claims (15)

  1. 열원설비(1)로부터 가열된 열매체를 수용가의 부하(10a)로 공급하고 회수함에 따라 특정 구역의 냉난방을 수행하는 냉난방 시스템의 순환배관계(10)와;
    상기 순환배관계(10)의 일측으로부터 분기된 팽창가압라인(200)과;
    상기 팽창가압라인(200)에 의해 순환배관계(10)에 직결되어, 열매체의 팽창에 의해 순환배관계(10)로부터 흘러나오는 팽창수를 일시 수용함과 동시에 열매체의 수축시 일시 수용된 팽창수가 충진된 질소가스의 가압팽창력에 의해 팽창수를 순환배관계(10)로 환수시키기 위한 비격막식 밀폐형 중공 탱크로 구성되는 팽창가압탱크(230)와;
    상기 팽창가압탱크(230)의 일측에 연결되어 팽창가압탱크(230) 내에 질소를 주입하는 질소공급수단(250)을 포함하되;
    상기 열원설비(1)에 의해 생산된 열을 축열하기 위한 축열조(10b)가 순환배관계(10)에 병렬로 연결되어 추가 설치되며, 상기 순환배관계(10)에는 상기 팽창가압탱크(230)를 사이에 두고, 부하(10a)로의 유입측에 공급펌프(10c)가 구비되고, 열원설비(1)로의 유입측에 환수펌프(10d)가 각각 구비되어, 방열 운전 및 축열 운전이 가능하도록 구성된 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환배관계(10)는, 열원설비(1)로부터 발생되는 열량 또는 온도를 실시간으로 감지하여 그 변화에 따라 가변속모터로 환수펌프(10d)의 회전수를 제어함으로써 열원설비(1)로부터 발생된 열량이 적은 경우 환수펌프(10d)의 펌프유량을 줄이고, 부하(10a)를 통과하여 되돌아오는 배관수의 온도를 감지하여 그 변화에 따라 공급펌프(10c)의 회전수를 제어함으로써 부하(10a) 통과시 열 소비량이 적은 경우 공급펌프(10c)의 펌프유량을 줄일 수 있는 변유량 시스템인 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창가압라인(200)과 팽창가압탱크(230) 사이에는 U트랩관(210)이 설치되는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창가압탱크(230)는 탱크본체(230a)와 플랜지(230b)로 구성되되, 상기 U트랩관(210)은 탱크본체(230a)의 저면에 결합된 플랜지(230b)를 관통하여 탱크본체(230a) 내부로 삽입되어 상부로 연장되며, 상기 탱크본체(230a)의 저면부에 결합된 플랜지(230b)에는 퇴적물의 배출이 가능하도록 드레인밸브(232)가 구비되는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 팽창가압탱크(230)에는 와류방지수단(240)이 추가로 구비되되, 상기 와류방지수단(240)은 팽창가압탱크(230) 저면부로부터 연장된 U트랩관(210) 상부 말단 상측에 수평방향으로 위치되어 U트랩관(210) 입구 주위에서 발생하는 와류를 방지하기 위한 와류방지판(240a)과; 상기 와류방지판(240a)을 하방에서 지지하는 지지대(240b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창가압탱크(230)에는, 팽창가압탱크(230) 내부의 압력을 감지하는 압력트랜스미터와; 팽창가압탱크(230) 내 팽창수의 수위를 감지하는 레벨트랜스미터와; 상기 압력트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 감지 신호에 근거하여 상기 질소공급수단(250)으로부터 팽창가압탱크(230) 내부로의 질소가스 공급을 단속하는 충진밸브(S1)와; 상기 압력트랜스미터 및 레벨트랜스미터의 감지 신호에 근거하여 팽창가압탱크(230) 내 질소가스의 외부로의 배출을 단속하는 배기밸브(S2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 팽창가압탱크(230)에는 온-오프 접점 방식에 의해 특정 수위 도달을 감지하는 레벨스위치와; 상기 배기밸브(S2)의 토출측에 연결되되, 항시 개방상태에 있다가 상기 레벨스위치에 의해 탱크내 수위가 적정 수위 이상임이 감지되는 경우 폐쇄되어 비상시 질소가스의 배기를 차단하는 비상차단밸브(S3)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 질소공급수단(250)은, 공기를 일정한 압력으로 압축하여 공급하는 공기압축기(251)와; 압축된 공기내 수분을 제거하는 공기건조기(253)와; 이물질을 제거하기 위한 에어필터(252)와; 압축공기로부터 질소만을 추출하는 질소발생기(255)와; 상기 질소발생기(255)에 의해 발생된 질소를 팽창가압탱크(230)로 주입하기 위한 충진압력으로 가압하는 질소압축기(258)와; 가압된 질소가스를 일시 저장하는 질소탱크(259)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창가압탱크(230)의 수용 용량을 초과하는 과잉 팽창수를 배출시키기 위하여, 팽창수의 압력이 일정 압력 이상으로 상승하는 경우 개방되어 과잉 팽창수를 릴리프시키는 릴리프밸브수단(310)이 구비된 릴리프라인(300)이 상기 팽창가압라인(200)으로부터 분기되어 추가로 설치되고, 상기 릴리프라인(300)의 말단에는 릴리프된 과잉 팽창수가 일시 저장되는 보충수탱크(330)가 구비되며, 상기 보충수탱크(330)에는 다시 팽창가압탱크(230)와 연결되는 보충수라인(400)이 설치되어 팽창가압라인(200)의 압력이 하강하는 경우 보충수를 공급할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 릴리프밸브수단(310)은 전동밸브(310a), 기계식 1차압력유지밸브(310b) 및 수동밸브(310c)가 각각 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 보충수탱크(330)에는 질소공급관에 의해 질소공급수단(250)이 연결되어 질소가스가 충진되되, 상기 질소공급관에는 2개의 감압밸브가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 보충수탱크(330)에는 보충수탱크(330) 내부에 과도하게 높은 압력이 형성되는 경우 이를 방지하기 위한 과압방지수단(350)이 추가로 구비되되, 상기 과압방지수단(350)은 보충수탱크(330)의 수위가 최고수위를 넘어서는 경우 그 과잉 보충수가 오버플로우되어 배출되도록 하는 U자관(350a)과; 상기 보충수탱크(330)로부터 오버플로우된 과잉 보충수가 저장되는 오버플로우탱크(350b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 오버플로우탱크(350b)에는 보충수탱크(330)의 최고수위에 대응되는 수위까지 과잉 보충수가 채워질 수 있도록, 수위가 최고수위 이상으로 상승하는 경우 배수시키기 위한 드레인관(350c)이 최고수위 높이에 설치되며, 저수위가 되는 경우 이를 감지하는 저수위감지스위치를 설치하여 오버플로우탱크(350b)가 저수위가 되는 경우 외부의 수처리시스템(500)으로부터 물을 공급받아 오버플로우탱크(350b)를 적정 수위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수처리시스템(500)에는 펌프가 설치되고, 상기 보충수탱크(330)에는 레벨트랜스미터가 설치되며, 상기 펌프는 보충수탱크(330)에 설치된 레벨트랜스미터의 감지신호에 근거하여 보충수탱크(330)에 물이 부족한 경우 구동되어 보충수탱크(330)에 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 탱크.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 순환배관계(10)에는 진공탈기장치(10e)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 질소 충진형 팽창 가압 탱크.
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