KR20040032168A

KR20040032168A - 결로 방지형 진공이중 배관 장치

Info

Publication number: KR20040032168A
Application number: KR1020020059720A
Authority: KR
Inventors: 장동복
Original assignee: 장동복
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-17

Abstract

본 발명은 관내에 유체가 흐르는 내부파이프와, 상기 내부파이프의 외주면에 일정 간격 이격된 상태로 둘러 설치되는 외부파이프와, 상기 내부파이프와 외부파이프의 사이 공간에 형성된 진공부와, 상기 진공부에 설치되어 내부파이프와 외부파이프를 일정 간격으로 지지하는 간격지지체와, 상기 외부파이프의 내면에 설치되어 외부파이프를 일정 온도로 가열하는 히팅코일과, 상기 내부파이프의 외면에 부착되어 히팅코일로부터 방사되는 복사열을 막는 열반사필름과, 상기 외부파이프의 외면에 설치되어 외부파이프의 온도를 검출하는 표면온도센서와, 상기 외부파이프의 주변 외기 온도를 검출하는 외기온도센서와, 상기 외부파이프의 주변 습도량을 검출하는 습도센서, 및 상기 표면온도센서를 통해 외부파이프의 표면온도를 검출하되, 외기온도센서와 습도센서에서 출력되는 온도 및 습도데이터를 각각 제공받아 이슬점온도를 파악한 후 외부파이프가 이슬점온도 보다 높도록 히팅코일을 제어하는 온도제어기를 구비함으로써, 히팅코일로 인한 배관의 표면온도가 이슬점온도 이하로 낮아지는 것을 방지하여 결로 현상을 제거함과 아울러 열반사필름을 이용하여 히팅코일로부터의 복사열을 막아 열전도를 막을 수 있는 결로 방지형 진공이중 배관 장치를 제공한다.

Description

결로 방지형 진공이중 배관 장치{THERMAL INSULATION PIPE SYSTEM}

본 발명은 배관에 관한 것으로, 특히 기체와 액체와 같은 유체(냉각수)를 이송하는 배관을 내/외부 이중 파이프로 제조하여 내부파이프와 외부파이프의 사이를진공상태로 유지한 후 외부파이프의 내면에 히팅코일을 설치하고 내부파이프의 외면에 열반사필름을 부착하여 유체의 열손실 및 결로 현상을 방지할 수 있는 결로 방지형 진공이중 배관 장치에 관한 것이다.

일반적으로 관내를 흐르는 기체, 액체와 같은 유체의 온도와 외부 온도의 차에 의해 파이프가 팽창과 수축작용을 반복하고, 특히 관내에 냉매와 냉각수 등이 흐를 경우에는 배관 표면에 결로수가 발생한다.

이와 같은 현상은 배관과 그 부속품의 노화와 파손을 촉진하며, 냉매를 이송하는 관일 경우에는 관의 표면에 결로수가 발생함에 따라 냉동 사이클의 주요 구성요소인 압축기의 과부하를 초래함과 아울러 과다한 전력소모의 원인이 되기도 한다.

도 1은 종래기술에 의한 배관을 나타낸 단면도로서, 도시한 바와 같이 관내(3)에 유체(기체 또는 액체)가 흐르는 배관(1)과, 상기 배관(1)의 외면을 감싸서 단열하거나 외부 환경으로부터 배관을 보호하는 단열재(5)로 이루어져 있다.

통상적으로, 배관(1)은 그 외경(Po)이 3/4"(27.2mm)이고, 그 관내(3)에 -20℃의 냉매가 흐를 경우 단열재(5)로는 단열효과 및 내구성 측면에서 가장 우수한 EPDM 폼(Foam)을 사용하게 되는 데, 3/4" 배관(1)의 기준에서 결로 현상을 방지하기 위하여 단열재(5)의 최소 두께(Tt)는 38mm가 되어야 하며, 단열재(5)를 포함한 배관부의 총 외경(To)은 103.2mm가 되는 것이다.

이와 같이 배관(1)의 외측에 두꺼운 단열재(5)로 감싸주고 있으나, 단열재(5)의 부실로 인한 열전달 매체로부터 열손실이 발생하여 이것만으로는 충분한 단열효과를 기대할 수가 없다.

그리고, 단열재를 배관의 외측에 감싼 후 일정기간 동안 수분 응축이 육안으로 관찰되지 않지만, 배관의 표면에서부터 외측의 단열재 내부로 응축이 진행함에 따라 육안으로 쉽게 관찰되지 않아 그에 따른 조치가 어려웠고, 배관의 하단인 실내나 작업장으로 응축수가 떨어져 또다른 문제를 야기하게 된다.

아울러, 배관 설비시 배관 시공과 단열재 시공을 별도로 진행함에 따라 시공비용이 증가하게 되며, 영구적인 결로 방지가 불가능하여 정기적인 단열재 교체에 따른 추가적인 비용이 발생하는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 기체와 액체와 같은 유체를 이송하는 배관을 내/외부 이중 파이프로 제조한 후 내부파이프와 외부파이프의 사이를 진공상태로 유지함으로써, 대류와 열전도를 최소화하여 열손실을 줄일 수 있는 결로 방지형 진공이중 배관 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유체를 이송하는 배관을 내/외부 이중 파이프로 제조하여 내부파이프와 외부파이프의 사이를 진공상태로 유지한 후 외부파이프의 내면에 히팅코일을 설치하고 내부파이프의 외면에 열반사필름을 부착함으로써, 히팅코일로 인한 외부파이프의 표면이 이슬점온도 이하로 떨어지는 것을 방지하여 결로 현상을 제거함과 아울러 열반사필름을 이용하여 히팅코일로부터의 복사열을 막아 열전도를 막을 수 있는 결로 방지형 진공이중 배관 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래기술에 의한 배관의 구조를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 진공이중 배관 장치를 도시한 도면이고,

도 3은 본 발명에 의한 진공이중 배관의 구조를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11: 내부파이프 13: 유체통로

15: 열반사필름 21: 외부파이프

25: 히팅코일 31: 진공부

35: 간격지지체 41: 표면온도센서

43: 외기온도센서 45: 습도센서

47: 온도제어기 53: 압력게이지

55: 밸브 57: 진공펌프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공이중 배관은, 관내에 유체가 흐르는 내부파이프; 상기 내부파이프의 외주면에 일정 간격 이격된 상태로 둘러 설치되는 외부파이프; 상기 내부파이프와 외부파이프의 사이 공간에 형성된 진공부; 상기 진공부에 설치되어 내부파이프와 외부파이프를 일정 간격으로 지지하는 간격지지체; 상기 외부파이프의 내면에 설치되어 외부파이프를 일정 온도로 가열하는 히팅코일; 상기 내부파이프의 외면에 부착되어 히팅코일로부터 방사되는 복사열을 막는 열반사필름; 상기 외부파이프의 외면에 설치되어 외부파이프의 온도를 검출하는 표면온도센서; 상기 외부파이프의 주변 외기 온도를 검출하는 외기온도센서; 상기 외부파이프의 주변 습도량을 검출하는 습도센서; 및 상기 표면온도센서를 통해 외부파이프의 표면온도를 검출하되, 외기온도센서와 습도센서에서 출력되는 온도 및 습도데이터를 각각 제공받아 이슬점온도를 파악한 후 외부파이프가 이슬점온도 보다 높도록 히팅코일을 제어하는 온도제어기;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 진공이중 배관 장치를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 의한 배관의 단면을 도시한 것으로, 내부파이프(11), 외부파이프(21), 진공부(31), 히팅코일(25), 열반사필름(15), 표면온도센서(41), 외기온도센서(43), 습도센서(45) 및 온도제어기(47) 등으로 이루어져 있다.

상기 내부파이프(11)는 내측배관으로 그 관내(13)에 유체가 흐르며, 외부파이프(21)는 내부파이프(11)의 외주면에 일정 간격 이격된 상태로 둘러 설치되어 있으며, 진공부(31)는 내부파이프(11)와 외부파이프(21)의 사이 공간에 진공으로 형성되어 있고, 히팅코일(25)은 외부파이프(21)의 내면에 설치되어 외부파이프(21)를 일정 온도로 가열하도록 구성되어 있고, 열반사필름(15)은 내부파이프(11)의 외면에 부착되어 히팅코일(25)로부터 방사되는 복사열을 막도록 구성되어 있고, 표면온도센서(41)는 외부파이프(21)의 외면에 설치되어 외부파이프(21)의 온도를 검출하며, 외기온도센서(43)는 외부파이프(21)의 주변 외기 온도를 검출하며, 습도센서(45)는 외부파이프(21)의 주변 습도량을 검출한다.

또한, 온도제어기(47)는 표면온도센서(41)를 통해 외부파이프(21)의 표면온도를 검출하되 외기온도센서(43)와 습도센서(45)에서 출력되는 온도 및 습도데이터를 각각 제공받아 메모리에 저장된 룩업테이블을 근거로 이슬점온도를 파악한 후 외부파이프(21)가 이슬점온도 보다 높도록 히팅코일(25)의 온/오프를 제어하도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 진공부(31)의 압력을 조정하기 위하여, 진공부(31)의 일측에서 연장된 보조파이프(51)상에 설치되어 진공부(31)의 진공압력을 측정하도록 구성된 압력게이지(53)와, 진공부(31)의 일측에서 연장된 배관(51)의 끝단에 설치되어 진공부(31)를 진공 상태로 유지시켜 주는 진공펌프(57)와, 압력게이지(53)와 진공펌프(57) 사이에 설치되어 관내 진공부(31)를 진공상태로 개폐하는 밸브(55)를 더 구비하고 있다.

한편, 상기 진공부(31)에 설치되어 내부파이프(11)와 외부파이프(21)를 일정 간격으로 연결 지지하는 간격지지체(35)를 더 구비하고 있다.

아울러, 상기 열반사필름(15)은 알루미늄 필름인 것이 바람직하다.

상기 내/외부 파이프(11, 21)는 복사열 전달을 줄이기 위해 방사율이 낮은 재질을 사용하는 데, 가교 폴리에틸렌(Cross-Linked PE) 또는 SUS(스테인레스 류) 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 내/외부 이중파이프(11, 21)를 통해 두 파이프 사이를 진공으로 유지함으로써, 대류와 열전도를 최소화할 수 있고, 외부파이프(21)의 내부 표면에는 히팅코일(25)을 설치하여 외부파이프(21)의 외면 온도가 이슬점온도 이하로 저하되는 것을 방지하고, 내부파이프(11)의 외면에는 고광택 금속필름(15)막을 형성하여 히팅코일(25)로부터 방사되는 복사열이 내부배관으로 열전달되는 것을 막는다.

도 3에 도시된 바와 같이 3/4" 배관(11)을 기준으로 내부파이프(11)의 외경(Po)은 27.2mm이고, 외부파이프(21)의 내경(Ti)은 57.2mm이고, 진공부(31)의 두께(At)는 15mm이며, 배관부의 총 외경(To)은 60.5mm로, 종래에 비해 외경이 42% 정도나 줄어들었다.

상기 열전달에 대한 이론적 배경을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 열전달은 온도차에 의해 일어나는 에너지의 이동으로서, 열전달 메커니즘은 전도, 대류 및 복사로 이루어져 있다.

상기 전도는 정지하고 있는 고체 또는 액체를 통하여 분자운동에 의해 발생되는 열전달로서, 수학식 1과 같은 푸리에(Fourier) 법칙에 의해서 정의된다.

단, k는 열전도도[W/mK]로서, 어떤 물질의 고유 물성치임.

상기 전도는 원자 또는 분자 수준에서 열전달이 이루어지고, 분자간의 밀도가 높을수록 기체, 액체, 고체(기체＜액체＜고체) 순으로 상호 작용이 더 강하며, 열전달이 더 쉽게 일어난다. 그리고, 금속에서는 순수금속보다 합금의 열전도율이 더 낮다.

그리고, 대류는 표면과 이와 다른 온도를 가지고 운동하고 있는 유체 사이에서 발생되는 열전달로서, 유체의 흐름이 있을 때만 대류가 발생한다. 대류는 유체의 흐름이 외부로부터의 강제적인 메커니즘에 의한 강제 대류와, 온도차에 의한 밀도의 변화가 흐름을 일으키는 자연대류로 구분되며, 수학식 2와 같은 뉴우튼의 냉각법칙(Cooling Law)에 의해 정의된다.

q = h(Tw－Tf)

단, h는 열전달 계수[W/m²K]로서, 흐름의 특성, 계의 기하학적 형태 및 유체의 물성치로, 온도차 등의 복합적인 함수임.

마지막으로, 열복사는 전자기파의 방식으로 에너지를 방출하는 열전달로서, 열복사는 유한한 온도의 물질에 의하여 방사되는 에너지, 주로 고체 표면으로부터의 복사가 주이며, 전도 및 대류와 같이 매질을 필요치 않는다. 즉 복사 열에너지는 진공 중에서 가장 잘 이루어진다.

온도가 T인 물체로부터 방사되는 최대 복사 열속은 아래 수학식 3인 스테판-볼츠만(Stefan-Boltzman) 법칙에 의해 정의된다.

E_b= σ T⁴

단, σ는 스테판-볼츠만 상수(5.6697×10^-8[W/(m²×k⁴)]이고, T는 절대온도임.

이와 같은 수학식을 기초로 배관의 재질과 유체의 온도 및 주변환경에 따라 전도, 대류, 복사로 이루어진 열전달이 결정된다.

그리고, 이슬점(Dew Point)은 특정 습도 및 압력으로 유지되는 공간에서 온도가 낮아질 때 수증기가 응축되기 시작하는 온도를 의미하고, 소재 표면에서의 이러한 현상을 '표면 결로'라고 한다.

아래 표 1에 이슬점 산출표를 나타내었다.

상대습도[%]	대기온도[℃]
상대습도[%]	-5	0	5	10	15	20	25	30	35	40
90	-6.5	-1.3	3.5	8.2	13.3	18.3	23.2	28	33	38.2
85	-7.2	-2	2.3	7.3	12.5	17.4	22.1	27	32	37.1
80	-7.7	-2.8	1.9	6.5	11.6	16.5	21	25.9	31	36.2
75	-8.4	-3.6	0.9	5.6	10.4	15.4	19.9	24.7	29.6	34.5
70	-9.2	-4.5	0.2	4.5	9.1	14.2	18.6	23.3	28.1	33.5
65	-10	-5.4	-1	3.3	8	13	17.4	22	26.8	32
60	-10.8	-6.5	-2.1	2.3	6.7	11.9	16.2	20.6	25.3	30.5
55	-11.6	-7.4	-3.2	1	5.6	10.4	14.8	19.1	23.9	38.9
50	-12.8	-8.4	-4.4	-0.3	4.1	8.6	13.3	17.5	22.2	27.1
45	-14.3	-9.6	-5.7	-1.5	2.6	7	11.7	16	20.2	25.2
40	-15.9	-10.8	-7.3	-3.1	0.9	5.4	9.5	14	18.2	23
35	-17.5	-12.1	-8.6	-4.7	-0.8	3.4	7.4	12	16.1	20.6
30	-19	-14.3	-10.2	-6.9	-2.9	1.3	5.2	9.2	13.7	18

상기 표면 결로는 다양한 원인에 의해 발생하게 되는 데, 실내 습기가 과다할 경우나 표면 내외의 온도차가 심할 경우, 사용패턴 변화에 의한 환기 부족, 배관의 열적특성, 시공불량 및 시공 직후 미건조 상태 등의 이유로 표면 결로가 발생하므로, 이를 방지하기 위해서는 실내에서 발생하는 수증기를 억제하거나 환기에 의해 실내 절대습도를 저하시키거나 단열강화에 의해 배관의 표면온도를 상승시키거나 또는 직접 가열이나 기류촉진에 의해 표면온도를 상승시키는 것으로 그 대책을 세울 수 있다.

예를들어, 온도제어기(47)는 외기온도센서(43)와 습도센서(45)를 통해 현재 외기온도와 습도량을 각각 검출하고 그 외기온도와 습도량이 각각 25℃, 75%일 때, 내부 메모리에 저장된 표 1과 같은 룩업테이블에 근거하여 외부파이프(21)의 표면에 결로가 발생되는 온도, 즉 이슬점온도가 19.9℃임을 체크한다.

이어, 온도제어기(47)는 표면온도센서(41)로부터 출력되는 신호를 제공받아 현재 외부파이프(21)의 온도를 체크한 후 이슬점온도보다 낮을 경우 즉, 19.9℃보다 낮을 경우 외부파이프(21)에 설치된 히팅코일(25)을 작동시켜 외부파이프(21)의 표면온도를 이슬점온도보다 다소 높인다.

물론, 표면온도센서(41)를 통해 검출한 외부파이프(21)의 온도가 이슬점온도보다 높아지면 온도제어기(47)는 히팅코일(25)을 오프시키게 되고, 또 외부파이프(21)의 표면온도가 이슬점온도와 같거나 낮아질 경우 히팅코일(25)을 재차 가동시키게 된다.

상기에서 외부파이프(21)의 표면온도를 이슬점온도보다 대략 0.1℃ 내지 1℃ 정도 더 높게 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 압력게이지(53)로 진공부(31)의 진공압력을 측정하여 진공부(31)의 압력이 낮아질 경우 진공펌프(57)를 작동시켜 진공부(31)의 압력을 높인다.

따라서, 본 발명에서는 외부파이프(21)의 표면온도가 이슬점온도 이하일 때나 외부파이프(21)의 표면 및 주변 온도가 미리 지정한 온도에 도달할 경우에 온도제어기(47)는 히팅코일(25)을 작동시켜 결로 발생을 방지한다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

따라서, 본 발명에서는 기체와 액체와 같은 유체를 이송하는 배관을 내/외부 이중 파이프로 제조한 후 내부파이프와 외부파이프의 사이를 진공상태로 유지함으로써, 대류와 열전도를 최소화하여 열손실을 줄일 수 있고, 또한 외부파이프의 내면에 히팅코일을 설치하고 내부파이프의 외면에 열반사필름을 부착함으로써, 히팅코일로 인한 외부파이프의 표면온도가 이슬점온도 이하로 낮아지는 것을 방지하여 결로 현상을 제거함과 아울러 열반사필름을 이용하여 히팅코일로부터의 복사열을 막아 열전도를 막을 수 있는 이점이 있다.

Claims

관내에 유체가 흐르는 내부파이프;

상기 내부파이프의 외주면에 일정 간격 이격된 상태로 둘러 설치되는 외부파이프;

상기 내부파이프와 외부파이프의 사이 공간에 형성된 진공부;

상기 진공부에 설치되어 내부파이프와 외부파이프를 일정 간격으로 지지하는 간격지지체;

상기 외부파이프의 내면에 설치되어 외부파이프를 일정 온도로 가열하는 히팅코일;

상기 내부파이프의 외면에 부착되어 히팅코일로부터 방사되는 복사열을 막는 열반사필름;

상기 외부파이프의 외면에 설치되어 외부파이프의 온도를 검출하는 표면온도센서;

상기 외부파이프의 주변 외기 온도를 검출하는 외기온도센서;

상기 외부파이프의 주변 습도량을 검출하는 습도센서; 및

상기 표면온도센서를 통해 외부파이프의 표면온도를 검출하되, 외기온도센서와 습도센서에서 출력되는 온도 및 습도데이터를 각각 제공받아 이슬점온도를 파악한 후 외부파이프가 이슬점온도 보다 높도록 히팅코일을 제어하는 온도제어기;로 이루어진 것을 특징으로 하는 결로 방지형 진공이중 배관 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 열반사필름은, 알루미늄 필름인 것을 특징으로 하는 결로 방지형 진공이중 배관 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 진공부의 일측에 설치되어 진공부의 압력을 측정하는 압력측정수단;

상기 진공부의 일측에 설치되어 진공부를 진공 상태로 만들어 주는 진공펌프; 및

상기 압력측정수단과 진공펌프 사이에 설치되어 관내 진공부를 진공상태로 유지시켜 주는 밸브;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 결로 방지형 진공이중 배관 장치.