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11. 팽창탱크
1) 개요
(1) 팽창탱크는 크게 개방형과 밀폐형으로 나눌 수 있다.
(2) 개방형 팽창탱크는 설치비가 저렴하나 증발․오버플로우(Over flo w)등에 의한 에너지손실, 공기흡입에 의한 배관부식 등 여러 가 지 문제점을 발생시키는 요인이 된다.
(3) 밀폐식 팽창탱크는 배관을 완전히 밀폐시킴으로써 공기흡입을 근 원적으로 차단하여 배관부식을 방지하고, 공기로 인한 순환장애 현상(Air locking)과 이로 인한 난방부족(불균형) 현상을 해소 시 킬 수 있다. 2) 팽창탱크의 설치목적
(1) 운전중 장치내의 온도상승으로 인해 생기는 물의 체적팽창과 그에 따른 압력상승을 흡수한다.
(2) 운전중 장치내를 소정의 압력으로 유지하여 난방온수온도를 일정 하게 유지한다.
(3) 팽창된 물의 배출을 방지하여 장치의 열손실을 방지한다.
(4) 장치의 휴지중에도 배관계를 일정압력 이상으로 유지하여, 물의 누수 등으로 발생하는 공기의 침입을 방지한다.
(5) 개방식 팽창탱크는 장치내의 공기를 배출하는 공기배출구로 이용 되고, 온수Boiler의 도피관으로도 이용된다.
(6) 이러한 기능을 발휘하기 위하여 팽창탱크에는 팽창관외에, 오버플 로우관 또는 안전밸브, 물 보급장치 등을 갖추고 있다.
3) 밀폐형 팽창탱크의 작동원리
(1) 팽창탱크의 공기실을 미리 최저운전압력(Pi)으로 봉입하므로 처음 에는 배관수가 팽창탱크 내로 유입되지 않는다.
(2) 배관 시스템의 운전을 시작하여 온도가 상승하면, 팽창수는 팽창
탱크내로 유입되고 공기실의 체적이 감소하면서 팽창탱크의 압력 은 최고운전압력(Pf)까지 상승한다.
(최고운전압력 - 일반적으로 시스템의 안전밸브 작동압력)
(3) 배관시스템의 온도가 내려가면 팽창수는 다시 수축하고, 공기실의 압력에 의해 물은 배관으로 밀려나간다.
(4) 이와 함께 공기실의 체적이 늘어나면서 압력이 감소되고, 처음의 최저운전압력 상태로 돌아가게 된다.
공기실 종압(Pf) 질소또는공기
Pi=초압 Air cushion
(봉입압력)
팽창수
[밀폐형 팽창탱크의 작동원리]
4) 개방형 팽창탱크
개방형 팽창탱크는 저온수 난방에 쓰인다. 탱크는 그림과 같으며 탱크 용량은 팽창수량의 2～3배 정도이다.
도피관 맨홀 배기관
볼탑
Over flow pipe (넘침관) 급수관
Drain관 팽창관
[개방형 팽창탱크]
① 온수의 팽창과 수축량(Δυ)
1 1
ρ2 ρ1
여기서 ρ1 : 가열전 난방수의 비중 (kg/ℓ)
ρ2 : 가열후 난방수의 비중 (kg/ℓ)
υ : 난방장치 내의 전수량 (ℓ)
5) 개방형과 밀폐형의 비교
(1) 개방형 팽창탱크
① 배관부식
공기(O2)의 혼입에 의해 배관부식의 진행이 심하다.
② 보급수 보충량
계속적인 보급수의 보충이 필요하다(증발․Over flow 등에 의한 배관수의 손실이 크다).
③ 에너지 절약성 및 경제성
팽창탱크가 대기에 개방되어 있으므로 증발․Over flow 등에 의한 온수손실과 에너지 손실이 크다.
④ 공기의 순환장애
혼입된 공기가 배관상부의 유속이 낮은 곳에 체류하면서 순 환 장애와 기기의 능력저하가 발생한다.
⑤ Pump 효율
Pump의 흡입측에 공기가 혼입되면 효율저하, 소음, 캐비테이
션(Cavitation)등의 현상이 발생한다.
⑥ 소음, 진동
혼입된 공기에 의해 배관 진동이 발생한다.
⑦ 공기 배출성능
배관내 공기배출을 위해서는 에어벤트(Air vent)에 걸리는 압 력을 대기압 이상으로 하여야하고, 이를 위해서는 팽창탱크를
배관의 최상부보다 적어도 3～5m 이상 높은 곳에 설치해야 한다.
⑧ 운전온도 범위
대기압에서 운전되므로 이론상 최고온도는 100℃ 이상이지만
90℃ 이상으로 하기는 어렵다.
⑨ 설치위치
배관 최상부에 설치해야 하므로 설치장소에 제약이 따르며, 팽 창배관 길이가 증가한다.
⑩ 동파방지
동파의 위험이 따르므로 보온 등 동파방지를 위한 공사비가 증가한다.
⑪ 배관내 압력변동
팽창이 발생하더라도 배관내의 압력변동은 거의 없으며, 기기 의 내압 요구조건은 밀폐식 보다 유리하다.
⑫ 유지보수
보급수의 조절을 위한 수위조절기 또는 볼탑(Ball-top)의 고장 이 빈번하고, 팽창탱크 자체의 부식이 빠르므로 유지보수가 번거롭고 일정기간 후에는 팽창탱크 전체를 교체 하여야한다.
⑬ 가격은 구조가 간단하여 저렴하다.
(2) 밀폐형 팽창탱크
① 배관부식
배관 System의 공기접촉이 완전히 차단되어 공기(O2)의 혼입 이 전혀 없으며, 부식을 방지하여 배관수명을 연장시킨다.
② 보급수 보충량
증발․Over flow 등에 의한 배관수의 손실이 없으므로 보급수 가 거의 필요하지 않다.
③ 에너지 절약성 및 경제성
열손실이 전혀 없고, 배관수명이 연장되므로 에너지절약과 라 이프 사이클 코스트(Life cycle cost) 면에서 우수하다.
④ 공기순환장애, Pump의 효율․소음․진동
공기 혼입에 의한 Pump효율, 관내 순환장애, 배관의 소음과 진동 등 이상현상이 발생하지 않으므로 효율적인 운전이 가능 하다.
⑤ 공기배출성능
배관 시스템을 적절한 양압으로 유지하므로 배관계통의 공기 배출(Air vent) 성능이 확실하다.
⑥ 운전온도범위
배관 System에 필요한 압력을 쉽게 유지할 수 있으므로 중․
고 온수 시스템 과 같은 90℃이상의 운전온도를 얻을 수 있 다.
⑦ 설치위치
설치장소의 제한이 없다.
⑧ 동파방지
지하기계실, 옥탑층, 중간층 등 원 하는 장소에 설치가 가능하 며, 보온․ 열수축 등 동파 방지의 조치를 할 필요가 없다.
⑨ 배관내 압력변동
팽창량을 블래터에 의해 분리된 공기쿠션(Air cushion)으로 흡 수하여야 하므로 배관압력이 약간 증가된다. 따라서 기기의 내 압 한계보다 낮게 운전되도록 사전에 기술적인 검토가 필요하다.
⑩ 유지보수
유지보수가 불필요하며 수명이 반영구적이다.
⑪ 구조가 약간 복잡하며 기능유지를 위한 장치가 많아 비싸다.