WO2010137749A1 - 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브 - Google Patents

상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브 Download PDF

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WO2010137749A1
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housing
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change material
valve
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PCT/KR2009/002756
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김종하
윤재호
김성현
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SUNGJI AIR-CONDITIONING TECHNOLOGY Co Ltd
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
SUNGJI AIR CONDITIONING Tech CO Ltd
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SUNGJI AIR-CONDITIONING TECHNOLOGY Co Ltd
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
SUNGJI AIR CONDITIONING Tech CO Ltd
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    • Y10T137/1939—Atmospheric
    • Y10T137/1963—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to a freeze protection valve using a phase change material, and more particularly, it is possible to prevent the freezing of the pipe due to freezing of water by discharging water in the pipe before the temperature of the outside air is lowered below the freezing temperature of the water. It relates to a freeze protection valve using a phase change material.
  • water is used as a heat exchange medium in various facilities and facilities such as air-conditioning, air conditioning, refrigeration and freezing, and industrial cooling.
  • heat exchange coils, evaporative cooling towers, etc. of water-cooled condensers and air-conditioning air conditioners have a high possibility of freezing accidents due to freezing of water inside the pipes exposed to the outside when the temperature drops below zero, such as winter.
  • the water inside the sealed pipeline does not freeze easily in the flow state, but freezes as the temperature decreases while the flow stops, and increases in volume by approximately 10% as it phases from liquid to solid. If the expansion pressure exceeds the endurance strength of the pipeline, freezing waves are generated in the pipeline in the form of cracks or fractures.
  • the present invention is to solve the problems as described above, before the water temperature in the pipe is lowered below the freezing temperature of the water to discharge the water in the pipe before the risk of freezing occurs in advance to the pipe freezing accident due to the freezing of water in advance
  • the purpose is to provide a freeze protection valve using a phase change material that can be prevented.
  • a freeze prevention valve using a phase change material includes a housing coupled to a pipe port of a flow pipe through which a fluid flows; A drainage chamber provided at a portion facing the pipe port of the housing and having an inlet hole communicating with the flow pipe and a drain hole communicating with the outside of the housing; A housing chamber provided at an opposite side of the drainage chamber of the housing and accommodating a phase change material whose volume decreases as the phase changes from a liquid to a solid according to a temperature drop; And a piston which is installed to be movable in the drainage chamber, and on one side thereof is located inside the receiving chamber and is moved in accordance with the volume change of the phase change material, and the other side is a valve for opening and closing the water supply hole according to the movement of the piston. It is configured to include a plunger provided.
  • the housing is integrally provided with the drainage chamber and the accommodation chamber on both sides, respectively, a piston hole is provided between the drainage chamber and the accommodation chamber, and the piston of the plunger is inserted into the piston hole. It can be made of a structure.
  • the drainage cap is screwed to the outside of the drainage chamber, and the water supply hole is provided in the drainage chamber cap.
  • the housing is preferably provided with an injection hole that is screwed to the outer side of the housing chamber, the opening is opened and closed by the opening and closing bolt to the housing chamber stopper.
  • the drainage chamber is provided with a spring for elastically supporting the plunger in a direction toward the inside of the storage chamber.
  • a valve seat is provided around the inlet of the drain chamber stopper, and a packing for sealing is provided between the valve of the plunger and the valve seat.
  • the housing may be formed in a tubular shape in which both sides are open, and may be formed in a structure having a connecting body for forming the drainage chamber on each side and a receiver for forming the receiving chamber.
  • the receiver is inserted into the housing is made of a container that is screwed, it is preferable that the receptor plug which is opened and closed for injection of the phase change material to the portion located outside the housing is coupled.
  • the inside of the receiver is provided with a spring for elastically supporting the piston of the plunger in a direction toward the inside of the receiver.
  • freeze protection valve of the present invention configured as described above has the following effects.
  • the injection hole which is opened and closed by the opening / closing bolt is provided in the storage chamber stopper which forms the storage chamber to facilitate the initial injection of the phase change material as well as replenishment injection after the period of use, thereby improving the convenience of maintenance. have.
  • the housing compartment of the housing is made of a container form to be made of a separate receiver that is detachably coupled to the housing, it is possible to easily replace the valve by detaching only the receptor to reduce the cost and manpower required for maintenance It has an effect.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the first embodiment of the freeze protection valve according to the present invention in a coupled state.
  • Fig. 2 is a perspective view showing the freeze protection valve of the first embodiment in an exploded state.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a closing operation state of the freeze prevention valve of the first embodiment.
  • Fig. 4 is a sectional view showing an opening operation state of the freeze prevention valve of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the freeze protection valve according to the present invention in a coupled state.
  • Fig. 6 is a perspective view showing the freeze protection valve of the second embodiment in an exploded state.
  • Fig. 7 is a sectional view showing a closing operation state of the freeze prevention valve of the second embodiment.
  • Fig. 8 is a sectional view showing an opening operation state of the freeze prevention valve of the second embodiment.
  • phase change material 100 freeze protection valve
  • injection hole 152 opening and closing bolt
  • FIGS. 1 and 2 are perspective views showing the first embodiment of the freeze protection valve according to the present invention in a coupled and disassembled state, respectively, and FIGS. 3 and 4 show the closed and open operation states of the freeze protection valve, respectively. It is a cross section.
  • the freeze protection valve 100 of the present invention is coupled to a pipe port 11 branched for measuring the temperature of water on one side of the flow pipe 10 through which water flows, and connected to the housing 110.
  • the plunger 140 moves according to the volume change of the received phase change material 20 to communicate or block the inside and the outside of the flow pipe 10.
  • the phase change material (C) is a clathrate compound or eutectic chloride, which maintains a liquid state at room temperature, and changes from a low temperature (preferably 2 ° C. to 5 ° C.) to a solid state at a temperature higher than 0 ° C., which is the freezing temperature of water. In contrast to water, which increases in volume when frozen, the volume is reduced when the phase changes from liquid to solid.
  • the drainage chamber 111 is provided in communication with the inside of the flow pipe 10 inside the side coupled to the pipe port 11. do.
  • a receiving chamber 112 Inside the opposite side of the drainage chamber 111 is provided with a receiving chamber 112 in which the phase change material 20 is contained, and an inward protrusion part partitioning the drainage chamber 111 and the receiving chamber 112 in the middle portion ( 114 and a piston hole 115 communicating the drainage chamber 111 and the accommodation chamber 112 is provided.
  • the drainage chamber stopper 120 is screwed to the inner circumferential surface of the longitudinal end of the drainage chamber 111, and the drainage chamber stopper 120 is provided with a water inlet 121 through which water flows from the flow pipe 10.
  • the valve seat 122 is provided around the inner surface inlet hole 121 of the drain chamber cap 120.
  • a plurality of drain holes 113 are formed at sidewalls of the drain chamber 111 to discharge water introduced into the drain to the outside.
  • An accommodating chamber cap 150 is screwed to an inner circumferential surface of the longitudinal end of the accommodating chamber 112, and an accommodating hole 151 for injecting the phase change material 20 is formed in the accommodating chamber cap 150. Opening and closing bolt 152 is inserted into the injection hole 151.
  • the plunger 140 is inserted into the drainage chamber 111 so as to be movable in the longitudinal direction.
  • One side of the plunger 140 is provided with a piston 141 is inserted into the piston hole 115, the other side is provided with a valve 143 for blocking or opening the inlet hole 121 according to the position,
  • a support protrusion 144 is provided between the piston 141 and the valve 143.
  • At least one side of the outer circumferential surface of the piston 141 and the inner circumferential surface of the piston hole 115 is formed with a ring groove 142 is coupled to the O-ring (not shown) as a sealing means.
  • a spring 130 is provided in the housing chamber 112 of the housing 110 so that one side is in contact with the drainage cap 120 and the other side is in contact with the support protrusion 144.
  • the plunger 140 is elastically supported toward the inward protrusion 114 of the housing 110 by the spring 130.
  • a packing 131 is provided between the valve 143 of the plunger 140 and the drainage cap 120 to maintain watertightness when the water inlet 121 is blocked.
  • the freeze protection valve 100 of the present invention configured as described above is simple by coupling the housing 110 to the piping port 11 so that the drainage chamber cap 120 is inserted into the piping port 11 in a state of being upward. Can be installed.
  • the freezing prevention valve 143 maintains a closed state as shown in FIG. 3. That is, since the phase change material 20 accommodated in the accommodating chamber 112 of the housing 110 is in a liquid state, that is, in an expanded state, the pressure of the phase change material 20 is applied to the piston 141. The plunger 140 is applied to maintain the raised position. Therefore, the packing 131 is in close contact with the valve seat 122 so that the water inlet 121 is blocked by the valve 143 so that the water in the flow pipe 10 is not discharged to the outside.
  • phase change material C becomes liquid, and the plunger 140 moves upwards as the volume of the phase change material C increases, so that the water is obtained by the valve 143 and the packing 131. This is blocked again.
  • the freezing prevention valve of the present invention is automatically opened in accordance with the drop in the outside temperature to discharge the water in the flow pipe 10 before freezing, thereby preventing the freezing wave of the flow pipe 10 in advance. In addition, it does not require any maintenance or replacement during use, which can reduce the cost and effort required for maintenance.
  • the opening operation of the valve can be made more smoothly and accurately.
  • the drainage chamber stopper 120 forming the drainage chamber 111 and the storage chamber stopper 150 forming the accommodation chamber 112 are screwed to the housing 110, the drainage chamber stopper 120
  • the opening and closing positions of the valve can be easily adjusted by rotating, and the pressure of the phase change material 20 acting on the plunger 140 can be easily adjusted by rotating the accommodation chamber stopper 150. Therefore, there is an advantage of having a versatility for a variety of pipes by simply setting the temperature and pressure to open and close the valve according to the use conditions and applications.
  • the initial injection of the phase change material is not only easy, but also the supplemental injection after the previous period of use is easy to maintain and maintain. This has the advantage of being further improved.
  • the drainage chamber 111 and the accommodation chamber 112 of the housing 110 have been illustrated that the separate drainage chamber stopper 120 and the accommodation chamber stopper 150 are combined.
  • a wall blocking the outside of the drainage chamber 111 or the accommodation chamber 112 is integrally provided at the end of the housing 110 so as to replace the drainage chamber cap 120 or the storage chamber cap 150.
  • the ball 121 or the injection hole 151 may be formed in a structure.
  • the drain chamber cap 120 and the receiving chamber cap 150 may be coupled to a structure other than screwing, for example, an interference fit structure, a structure fixed by protrusions or hooks after insertion.
  • FIGS. 7 and 8 are perspective views showing the second embodiment of the freeze protection valve according to the present invention in a coupled and disassembled state, respectively, and FIGS. 7 and 8 are closing and opening operations of the freeze protection valve of the second embodiment, respectively. It is sectional drawing which shows the state.
  • the freeze protection valve of the second embodiment shown is a drainage chamber 211 communicating with the inside of the flow pipe 10 inside the housing 210 coupled to the pipe port 11 similarly to the first embodiment described above.
  • the housing 210 is formed in the form of a single tube in which the upper and lower portions are opened, and a drain hole 213 communicating at least one side with the drainage chamber 211 and the outside is provided.
  • the connecting body 220 is screwed into the pipe port 11 and the housing 210, the upper and lower, respectively, and communicate with both sides, the inlet hole 221 is formed in the lower, around the inlet hole 221 A downwardly protruding valve seat 222 is provided.
  • the receiver 230 is screwed to the opposite end to which the connector 220 of the housing 110 is coupled to form a receiving chamber 212 in which the phase change material C is contained.
  • the upper portion of the receiver 230 is open so that one side of the plunger 240 can be inserted therein.
  • the lower portion of the receiver 230 is opened and closed by the receiver plug 231 to enable the injection of the phase change material 20.
  • the plunger 240 is installed to be movable in the longitudinal direction in the drainage chamber 211.
  • One side of the plunger 240 is provided with a piston 241 is inserted into the interior of the receiver 230, the other side is provided with a valve 243 for blocking or opening the inlet 221 according to the position.
  • the packing 232 for watertightness is coupled to the upper surface of the valve 243 when the water inlet 221 is blocked, and the piston 241 is elastically supported in the direction toward the inside of the receiver 230 by the spring 231. do.
  • freeze protection valve of the second embodiment is automatically opened and closed according to the outside air temperature.
  • the valve 243 blocks the water inlet 221.
  • the valve 243 is obtained by the downward pressure applied to the piston 241 by contracting as the phase change material 20 solidifies. ), And the water of the flow pipe 10 introduced through the open inlet 221 is discharged to the outside through the drain hole 213 to prevent the freezing of the pipe in advance.
  • the housing 110 and the connecting body 220 are provided as separate members to be coupled to each other, but the housing 110 and the connecting body 120 may be integrally formed. .
  • Freeze protection valve using the phase change material of the present invention can be applied to the piping of various facilities and facilities, such as water supply pipes of general buildings, air conditioning and air conditioning equipment, refrigeration and freezing equipment, industrial cooling facilities.
  • the freeze protection valve of the present invention can prevent the freezing of the pipe in advance by automatically discharging the water of the pipe according to the temperature change without any additional operation or management after installation, for preventing freezing in the pipe as in the prior art There is no need to install a separate insulation or heating device, no energy is consumed for the operation of the device, no waste of water thrown away to flow the water, low maintenance cost and no additional maintenance costs after installation High efficiency and useful freeze protection means can be provided.

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Abstract

본 발명은 외기의 온도가 물의 결빙온도 이하로 하강되어 동파 발생의 위험이 발생하기 전에 미리 배관 내의 물을 배출하여 동파 사고를 사전에 방지할 수 있도는 동파 방지 밸브에 관한 것으로, 유체가 흐르는 유동배관의 배관포트에 결합되는 하우징; 상기 하우징의 상기 배관포트를 향하는 부분에 구비되며, 상기 유동배관 내부로 연통된 입수공 및 상기 하우징 외부로 연통된 배수공이 구비된 배수실; 상기 하우징의 배수실 반대측 부분에 구비되며, 기온 강하에 따라 액체에서 고체로 상변화되면서 체적이 감소하는 상변화물질이 수용되는 수용실; 및 상기 배수실에 이동 가능하게 설치되며, 일측에는 상기 수용실 내부에 위치되어 상변화물질의 체적 변화에 따라 이동되는 피스톤이 구비되고, 타측에는 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 입수공을 개폐시키는 밸브가 구비된 플런저를 포함하여 구성된다.

Description

상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브
본 발명은 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외기의 온도가 물의 결빙온도 이하로 낮아지기 전에 배관 내의 물을 사전에 배출하여 물의 결빙으로 인한 배관의 동파를 방지할 수 있는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 냉난방 공기조화 설비, 냉장 및 냉동 설비, 산업용 냉각 시설 등 다양한 설비와 시설물에서 물을 열교환 매체로 이용하고 있다. 특히, 수냉식 응축기와 냉난방 공기조화기의 열교환 코일, 증발식 냉각탑 등은 동절기와 같이 기온이 영하로 떨어지는 경우에 외기에 노출된 배관 내부의 물이 결빙되어 배관이 동파되는 사고가 발생할 우려가 높다.
상기한 설비나 시설물의 배관 동파사고는 누수에 따른 수자원 손실은 물론, 누출된 물로 인해 해당 설비 및 주변 시설물의 손상과 파손 등의 피해를 유발하고, 동파된 배관 및 설비, 시설물의 교체와 보수에 많은 시간과 비용이 소요되기 때문에, 이를 사전에 효과적으로 방지하기 위한 노력과 대책이 요구되고 있다.
밀폐된 관로 내부의 물은 유동 상태에서는 쉽게 결빙되지 않으나, 흐름이 정지된 상태에서는 온도 저하에 따라 쉽게 결빙되며, 액체에서 고체로 상변화되는 과정에서 대략 10% 정도 부피가 늘어나기 때문에, 이에 따른 팽창압력이 관로의 내구 강도를 넘어서게 되면 관로에 크랙이나 파단 등의 형태로 동파가 발생하게 된다.
이러한 동파사고를 방지하기 위한 일반적인 대책으로, 배관에 보온용품이나 가열장치를 설치하는 방법, 물에 브라인과 같은 부동액을 혼합하는 방법, 배관의 물을 지속적으로 배수하여 물의 유동을 유지하는 방법 등이 사용되고 있으나, 이러한 방법들은 별도의 보온용품이나 가열장치의 설치가 요구되고, 가열장치의 작동에 많은 에너지가 소요되며, 물의 배수로 인해 수자원이 낭비되는 등의 문제가 있었다.
한편, 관로의 동파사고를 방지하기 위한 장치로서, 팽창압력에 의한 승강을 통해 밸브를 개폐시켜 팽창압력을 외부로 전달하고, 자동으로 압입통로를 폐쇄시켜 물의 누출을 차단하는 동파 방지용 안전플럭이 제시되고 있으나, 이는 팽창압력이 과도할 경우 파열부재가 파손되면서 물이 배출되는 구조로 이루어졌기 때문에, 파손된 파열부재를 새로 교체하는데 인적/물적 비용과 시간이 소요되어 유지관리 면에서 불리한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외기의 온도가 물의 결빙온도 이하로 하강되어 동파 발생의 위험이 발생되기 전에 미리 배관 내의 물을 배출하여 물의 결빙으로 인한 배관 동파 사고를 사전에 방지할 수 있는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브는, 유체가 흐르는 유동배관의 배관포트에 결합되는 하우징; 상기 하우징의 상기 배관포트를 향하는 부분에 구비되며, 상기 유동배관 내부로 연통된 입수공 및 상기 하우징 외부로 연통된 배수공이 구비된 배수실; 상기 하우징의 배수실 반대측 부분에 구비되며, 기온 강하에 따라 액체에서 고체로 상변화되면서 체적이 감소하는 상변화물질이 수용되는 수용실; 및 상기 배수실에 이동 가능하게 설치되며, 일측에는 상기 수용실 내부에 위치되어 상변화물질의 체적 변화에 따라 이동되는 피스톤이 구비되고, 타측에는 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 입수공을 개폐시키는 밸브가 구비된 플런저를 포함하여 구성된다.
상기한 본 발명의 동파 방지 밸브에서, 상기 하우징은 양측에 각각 상기 배수실과 수용실이 일체로 구비되고, 상기 배수실과 수용실 사이에 피스톤공이 구비되며, 상기 플런저의 피스톤이 상기 피스톤공 내부에 삽입된 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 경우, 상기 하우징은 배수실 외측에 배수실마개가 나사결합되고, 상기 배수실마개에 상기 입수공이 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 하우징은 수용실 외측에 수용실마개가 나사결합되고, 상기 수용실마개에 개폐볼트에 의해 개폐되는 주입공이 구비된 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 배수실에 플런저를 수용실 내측을 향하는 방향으로 탄성 지지하는 스프링이 구비된다.
더욱 바람직하게는, 상기 배수실마개의 입수공 주위에 밸브시트가 구비되고, 상기 플런저의 밸브와 상기 밸브시트 간에 밀폐를 위한 팩킹이 구비된다.
본 발명의 동파 방지 밸브에서, 상기 하우징은 양측이 개방된 관형으로 형성되며, 양측에 각각 상기 배수실을 형성하는 연결체 및 상기 수용실을 형성하는 수용기가 구비된 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 경우, 상기 수용기는 하우징에 삽입되어 나사결합되는 용기로 이루어지고, 하우징 외부에 위치되는 부분에 상변화물질의 주입을 위해 개폐되는 수용기마개가 결합된 것이 바람직하다.
상기 수용기의 내부에는 상기 플런저의 피스톤을 수용기의 내측을 향하는 방향으로 탄성지지하는 스프링이 구비된 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동파 방지 밸브에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 기온 저하 시 고체화되면서 체적이 감소되는 상변화물질의 수축력에 의해 개폐밸브의 개방동작이 자동으로 이루어지도록 함으로써, 배관의 물을 결빙되기 전에 미리 외부로 배출하여 배관의 동파를 방지할 수 있고, 동파 방지를 위한 배관 관리에 소요되는 인력과 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
(2) 스프링에 의해 플런저가 수용실 내측을 향하는 방향으로 탄성 지지되도록 함으로써, 밸브의 개방 동작이 보다 원활하고 정확하게 이루어져 작동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
(3) 하우징의 배수실 및 수용실에 각각 나사결합되는 배수실마개 및 수용실마개를 구비하여 배수실마개의 회전에 따라 밸브의 개방 및 폐쇄 위치를, 수용실마개의 회전에 따라 플런저에 작용되는 상변화물질의 압력을 각각 용이하게 조절할 수 있도록 함으로써, 사용 조건 및 용도에 따라 밸브의 개폐가 이루어지는 온도와 압력 등을 간편하게 셋팅하여 범용성을 높일을 수 있는 효과가 있다.
(4) 수용실을 이루는 수용실마개에 개폐볼트에 의해 개폐되는 주입공을 구비하여 상변화물질의 초기 주입은 물론 사용기간 경과 후 보충 주입도 용이하도록 함으로써, 유지관리 편의성이 더욱 향상되는 효과가 있다.
(5) 하우징의 수용실이 용기 형태로 이루어져 하우징에 착탈 가능하게 결합되는 별도의 수용기로 이루어지도록 함으로써, 수용기만 탈착하여 간편하게 밸브를 교체할 수 있어 유지 관리에 소요되는 비용과 인력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
(6) 수용실을 이루는 수용기에 개폐 가능한 수용기마개를 구비하여 상변화물질의 초기 주입 및 보충 주입이 용이하도록 함으로써, 유지관리 편의성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 동파 방지 밸브의 제1실시예를 결합 상태로 도시한 사시도이다.
도 2는 상기 제1실시예의 동파 방지 밸브를 분해 상태로 도시한 사시도이다.
도 3은 상기 제1실시예의 동파 방지 밸브의 폐쇄동작 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 상기 제1실시예의 동파 방지 밸브의 개방동작 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 동파 방지 밸브의 제2실시예를 결합 상태로 도시한 사시도이다.
도 6은 상기 제2실시예의 동파 방지 밸브를 분해 상태로 도시한 사시도이다.
도 7은 상기 제2실시예의 동파 방지 밸브의 폐쇄동작 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 상기 제2실시예의 동파 방지 밸브의 개방동작 상태를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 유동배관 11 : 배관포트
20 : 상변화물질 100 : 동파 방지 밸브
110 : 하우징 111 : 배수실
112 : 수용실 113 : 배수공
115 : 피스톤공 120 : 배수실마개
121 : 입수공 130 : 스프링
131 : 팩킹 140 : 플런저
141 : 피스톤 143 : 밸브
144 : 지지돌부 150 : 수용실마개
151 : 주입공 152 : 개폐볼트
210 : 하우징 211 : 배수실
212 : 수용실 213 : 배수공
220 : 연결체 221 : 입수공
230 : 수용기 231 : 수용기마개
232 : 팩킹 240 : 플런저
241 : 피스톤 243 : 밸브
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 동파 방지 밸브의 제1실시예를 각각 결합 및 분해 상태로 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 각각 상기 동파 방지 밸브의 폐쇄 및 개방 동작 상태를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 동파 방지 밸브(100)는 내부에 물이 흐르는 유동배관(10)의 일측에 물의 온도 측정 등을 위해 분기시켜 놓은 배관포트(11)에 결합되며, 하우징(110)에 수용된 상변화물질(20)의 부피 변화에 따라 플런저(140)가 이동하여 유동배관(10)의 내부와 외부를 연통시키거나 차단하는 것이다.
상기 상변화물질(C)은 포접화합물 또는 공융염화물로서, 상온에서는 액체 상태를 유지하고, 물의 결빙온도인 0℃ 보다 약간 높은 저온(바람직하게는 2℃ ~ 5℃)에서 고체 상태로 변화되며, 결빙되면 체적이 증가하는 물과는 반대로 액체에서 고체로 상변화되면 체적이 감소되는 성질을 갖고 있다.
상기 하우징(110)은 일측 단부가 상기 배관포트(11)에 나사결합되며, 배관포트(11)와 결합되는 측의 내부에 상기 유동배관(10)의 내부로 연통되는 배수실(111)이 구비된다. 상기 배수실(111)의 반대 측 내부에는 상변화물질(20)이 담겨지는 수용실(112)이 구비되며, 중간 부분에 상기 배수실(111)과 수용실(112)을 구획하는 내향돌부(114) 및 상기 배수실(111)과 수용실(112)을 연통시키는 피스톤공(115)이 구비된다.
상기 배수실(111)의 종방향 단부 내주면에는 배수실마개(120)가 나사결합되고, 이 배수실마개(120)에는 유동배관(10)으로부터 물이 유입되는 입수공(121)이 형성된다. 상기 배수실마개(120)의 내측면 입수공(121) 주위에는 밸브시트(122)가 구비된다. 상기 배수실(111)의 측벽부에는 내부로 유입된 물이 외부로 배출되는 복수의 배수공(113)이 형성된다.
상기 수용실(112)의 종방향 단부 내주면에는 수용실마개(150)가 나사결합되고, 이 수용실마개(150)에는 상변화물질(20)의 주입을 위한 주입공(151)이 형성된다. 상기 주입공(151)에는 개폐볼트(152)가 삽입 결합된다.
상기 플런저(140)는 상기 배수실(111)의 내부에 종방향 이동 가능하게 삽입된다. 상기 플런저(140)의 일측에는 상기 피스톤공(115)에 삽입되는 피스톤(141)이 구비되고, 타측에는 위치에 따라 상기 입수공(121)을 차단하거나 개방하는 밸브(143)가 구비되며, 상기 피스톤(141)과 밸브(143) 사이에 지지돌부(144)가 구비된다.
상기 피스톤(141)의 외주면과 피스톤공(115)의 내주면 중 적어도 일측에는 실링 수단으로서 오링(미도시)이 결합되는 링홈(142)이 형성된다.
상기 하우징(110)의 수용실(112) 내부에는 일측이 상기 배수실마개(120)에 접하고 타측이 상기 상기 지지돌부(144)에 접하도록 스프링(130)이 구비된다. 이 스프링(130)에 의해 상기 플런저(140)가 하우징(110)의 내향돌부(114) 측으로 탄성지지된다.
상기 플런저(140)의 밸브(143)와 상기 배수실마개(120) 사이에는 입수공(121)의 차단 시 수밀 유지를 위한 팩킹(131)이 구비된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동파 방지 밸브(100)는 상기 배수실마개(120) 측이 상향하는 상태로 배관포트(11) 내부에 삽입되도록 하우징(110)을 배관포트(11)에 결합하여 간단하게 설치할 수 있다.
이와 같이 설치된 상태에서 외기 온도가 동파의 우려가 없는 온도일 때, 상기 동파 방지 밸브(143)는 도 3에 도시된 바와 같이 폐쇄 상태를 유지한다. 즉, 하우징(110)의 수용실(112) 내부에 수용된 상변화물질(20)이 액체 상태, 즉 체적이 팽창된 상태에 있게 되므로, 이 상변화물질(20)의 압력이 피스톤(141)에 가해져 플런저(140)가 상향된 위치를 유지하게 된다. 따라서, 상기 팩킹(131)이 밸브시트(122)에 밀착된 상태로 밸브(143)에 의해 입수공(121)이 차단되어 유동배관(10)의 물이 외부로 배출되지 않게 된다.
이 상태에서 외기 온도가 물의 결빙 온도와 가깝게 떨어지면, 도 4에 도시된 바와 같은 개방 상태로 전환된다. 즉, 수용실(112) 내부의 상변화물질(20)이 결빙되어 고체 상태로 변화되면서 체적이 수축되고, 이에 따라 피스톤(141)에 가해지는 압력이 감소되어 플런저(140)가 하향 이동된다. 따라서, 상기 밸브(143) 및 팩킹(131)에 의해 차단되었던 입수공(121)이 개방되어 유동배관(10) 내부의 물이 배수실(111) 내부로 유입된 후 배수공(113)을 통해 외부로 배출된다.
외기 온도가 높아지면 상변화물질(C)은 액체화되고, 상변화물질(C)의 체적 증가에 따라 플런저(140)가 상향 이동하여 밸브(143) 및 팩킹(131)에 의해 입수공(121)이 다시 차단된다.
상기와 같이 본 발명의 동파 방지 밸브는 외기 온도의 강하에 따라 자동으로 개방동작하여 유동배관(10)의 물을 결빙되기 전에 외부로 배출하므로, 유동배관(10)의 동파를 사전에 방지할 수 있으며, 사용 중 별도의 보수나 교체 작업을 요하지 않아 유지관리에 소요되는 비용과 노력을 절감할 수 있다.
또한, 상기 스프링(130)에 의해 플런저(140)가 탄성 지지되므로 밸브의 개방 동작이 보다 원활하고 정확하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 배수실(111)을 형성하는 배수실마개(120) 및 수용실(112)을 형성하는 수용실마개(150)가 하우징(110)에 나사결합되므로, 상기 배수실마개(120)를 회전시켜 밸브의 개방 및 폐쇄 위치를 용이하게 조절할 수 있고, 상기 수용실마개(150)를 회전시켜 플런저(140)에 작용되는 상변화물질(20)의 압력을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 사용 조건 및 용도에 따라 밸브의 개폐가 이루어지는 온도와 압력 등을 간편하게 셋팅하여 다양한 배관에 대하여 범용성을 갖는 장점이 있다.
그리고, 상기 수용실(112)에 개폐볼트(152)에 의해 개폐되는 주입공(151)을 구비함으로써 상변화물질의 초기 주입이 용이할 뿐 아니라 일전 사용기간 경과 후 보충 주입도 용이하여 유지관리 편의성이 더욱 향상되는 장점이 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 상기 하우징(110)의 배수실(111)과 수용실(112)에 별도의 배수실마개(120) 및 수용실마개(150)가 결합된 것을 예시하였으나, 경우에 따라 배수실마개(120) 또는 수용실마개(150)를 대신하도록 하우징(110)의 종단부에 배수실(111) 또는 수용실(112) 외측을 차단하는 벽체가 일체로 구비되고, 각 벽체에 입수공(121) 또는 주입공(151)이 형성된 구조로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 배수실마개(120) 및 수용실마개(150)가 나사결합 이외의 구조, 예를 들어 억지끼움 구조, 삽입 후 돌기나 후크 등에 의해 고정되는 구조 등으로 결합될 수도 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 동파 방지 밸브의 제2실시예를 각각 결합 및 분해 상태로 도시한 사시도이고, 도 7 및 도 8은 각각 상기 제2실시예의 동파 방지 밸브의 폐쇄 및 개방 동작 상태를 도시한 단면도이다.
도시된 제2실시예의 동파 방지 밸브는, 전술한 제1실시예와 유사하게 배관포트(11)에 결합되는 하우징(210)의 내부에 유동배관(10)의 내부로 연통되는 배수실(211) 및 상변화물질(20)이 수용되는 수용실(212)이 구비되고, 상기 상변화물질(20)의 체적 변화에 따라 이동하는 플런저(240)를 구비하되, 상기 배수실(211)이 하우징(210)의 상부에 결합되는 연결체(220)에 의해 형성되고, 상기 수용실(212)이 하우징(210)의 하부에 결합되는 별도의 수용기(230)에 의해 형성된 것이다,
본 실시예에서, 상기 하우징(210)은 상부와 하부가 개방된 단관 형태로 형성되고, 적어도 일측에 배수실(211)과 외부를 연통시키는 배수공(213)이 구비된다.
상기 연결체(220)는 상부 및 하부가 각각 배관포트(11) 및 하우징(210)에 나사결합되어 양측을 연통시키며, 하부에 입수공(221)이 형성되고, 이 입수공(221) 둘레에 하향 돌출된 밸브시트(222)가 구비된다.
상기 수용기(230)는 하우징(110)의 연결체(220)가 결합된 반대측 단부에 나사결합되어 내부에 상변화물질(C)이 담겨지는 수용실(212)을 형성한다. 상기 수용기(230)의 상부는 상기 플런저(240)의 일측이 내부에 삽입될 수 있도록 개방된다. 또한 상기 수용기(230)의 하부는 상변화물질(20)의 주입이 가능하도록 수용기마개(231)에 의해 개폐된다.
상기 플런저(240)는 상기 배수실(211)의 내부에 종방향 이동 가능하게 설치된다. 상기 플런저(240)의 일측에는 상기 수용기(230)의 내부에 삽입되는 피스톤(241)이 구비되고, 타측에는 위치에 따라 상기 입수공(221)을 차단하거나 개방하는 밸브(243)가 구비된다. 상기 밸브(243)의 상면에는 입수공(221)의 차단 시 수밀을 위한 팩킹(232)이 결합되며, 상기 피스톤(241)은 스프링(231)에 의해 수용기(230) 내부를 향하는 방향으로 탄성 지지된다.
상기한 제2실시예의 동파 방지 밸브는 전술한 제1실시예와 유사하게 외기 온도에 따라 자동으로 개폐된다.
즉, 외기 온도가 동파의 우려가 없는 온도일 때에는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 수용기(230) 내부의 상변화물질(20)이 팽창된 액체 상태를 유지하여 피스톤(241)에 가해지는 상향 압력에 의해 밸브(243)가 입수공(221)을 차단하게 된다. 또한, 외기 온도가 물의 결빙온도에 가깝게 떨어지지면 도 8에 도시된 바와 같이 상변화물질(20)이 고체화되면서 수축되어 피스톤(241)에 가해지는 하향 압력에 의해 밸브(243)가 입수공(221)을 개방하게 되며, 개방된 입수공(221)을 통해 유입된 유동배관(10)의 물이 배수공(213)을 통해 외부로 배출되어 배관의 동파가 사전에 방지된다.
한편, 전술한 실시예에서는 상기 하우징(110)과 연결체(220)가 별개의 부재로 구비되어 서로 결합된 구조를 예시하였으나, 하우징(110)과 연결체(120)가 일체로 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
본 발명의 상변화물질을 이용한 동파 방지용 밸브는 일반 건축물의 급수 배관에서부터 냉난방 공기조화 설비, 냉장 및 냉동 설비, 산업용 냉각 시설 등 다양한 설비와 시설물의 배관에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 동파 방지 밸브는 설치 후에 별도의 조작이나 관리 없이도 기온 변화에 따라 자동으로 배관의 물을 배출하여 배관의 동파를 사전에 방지할 수 있는 것으로, 종래와 같이 배관에 동파 방지를 위한 별도의 보온용품이나 가열장치를 설치할 필요가 없고, 장치의 작동에 에너지가 소모되지도 않으며, 물을 유동시키기 위해 버려지는 물의 낭비도 없고, 설치 후 별도의 유지관리 비용과 인력이 소요되지 않는 저비용 고효율의 유용한 동파 방지 수단을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 유체가 흐르는 유동배관의 배관포트에 결합되는 하우징;
    상기 하우징의 상기 배관포트를 향하는 부분에 구비되며, 상기 유동배관 내부로 연통된 입수공 및 상기 하우징 외부로 연통된 배수공이 구비된 배수실;
    상기 하우징의 배수실 반대측 부분에 구비되며, 기온 강하에 따라 액체에서 고체로 상변화되면서 체적이 감소하는 상변화물질이 수용되는 수용실; 및
    상기 배수실에 이동 가능하게 설치되며, 일측에는 상기 수용실 내부에 위치되어 상변화물질의 체적 변화에 따라 이동되는 피스톤이 구비되고, 타측에는 상기 피스톤의 이동에 따라 상기 입수공을 개폐시키는 밸브가 구비된 플런저를 포함하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 양측에 각각 상기 배수실과 수용실이 일체로 구비되고, 상기 배수실과 수용실 사이에 피스톤공이 구비되며, 상기 플런저의 피스톤이 상기 피스톤공 내부에 삽입된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 배수실 외측에 배수실마개가 나사결합되고, 상기 배수실마개에 상기 입수공이 구비된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 수용실 외측에 수용실마개가 나사결합되고, 상기 수용실마개에 개폐볼트에 의해 개폐되는 주입공이 구비된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 배수실에 플런저를 수용실 내측으로 탄성지지하는 스프링이 구비된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 배수실마개의 입수공 주위에 밸브시트가 구비되고, 상기 플런저의 밸브와 상기 밸브시트 간에 밀폐를 위한 팩킹이 구비된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 양단부가 개방되며, 개방된 양단부에 각각 상기 배수실을 형성하는 연결체 및 상기 수용실을 형성하는 수용기가 구비된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수용기는 하우징에 삽입되어 나사결합되는 용기로 이루어지고, 하우징 외부에 위치되는 부분에 상변화물질의 주입을 위해 개폐되는 수용기마개가 결합된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수용기의 내부에 상기 플런저의 피스톤을 수용기의 내측으로 탄성지지하는 스프링이 구비된 것을 특징으로 하는 상변화물질을 이용한 동파 방지 밸브.
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