[22년 8월호 기술자료] 밀폐식 팽창탱크
  • 해당된 기사를 공유합니다

전시회탐방

[22년 8월호 기술자료] 밀폐식 팽창탱크

- 히타치 금속 ㈜ / 나가 히사 료스케

1. 머리말

본고에서는 열원기기류 중에서 냉온수 순환 회로에 설치하는 밀폐식 팽창탱크의 선정 및 운용에 대해 기술한다.


1.1  팽창탱크의 종류와 특징

(1) 팽창탱크란

열원기기류가 순환수에 열을 가해 수온이 상승하면 비체적(specific volume) 증가로 인해   배관 내 물의 체적이 증가하는데 이것을 팽창수라고 한다. 배관 시스템 내에 여유가 없는    상태에서는 팽창수로 인해 배관 내의 압력이 매우 높아져 배관이나 설치 기기의 파손으로 이어진다. 이 같이 압력이 지나치게 상승하는 것을 막기 위해 팽창수를 릴리프 하는 장치로 팽창탱크를 사용한다.


(2) 개방식, 밀폐식에 대하여

팽창탱크에는 크게 개방식과 밀폐식의 두 종류가 있다. 개방식이란 탱크 내의 물이 대기에 개방돼 있는 팽창탱크를 말하고 수위의 변동으로 팽창수를 흡수한다. 한편 순환수가 밀폐돼 있어 대기와 접촉하지 않는 팽창탱크를 밀폐식 팽창탱크라고 한다.

 

(3) 밀폐식 팽창탱크의 장점

밀폐식을 사용함에 있어서의 장점은 크게 3가지다. 첫째는 순환수가 대기에 개방돼 있지 않기 때문에 먼지, 이물질 등이 침입할 우려가 없어 위생적이다. 또한 이물질뿐만 아니라 대기로부터 산소가 녹아드는 것을 방지할 수 있어 배관 시스템 내의 부식을 억제하는데 이는 시스템의 장수명화에 기여한다. 둘째는 개방식의 경우엔 수면이 대기에 개방돼 있기 때문에 시스템 최상부에 설치할 필요가 있지만 밀폐식일 경우엔 그럴 필요가 없어 설치 자유도가 높다. 셋째는 릴리프 밸브 등 팽창수를 릴리프 하는 다른 장치와 비교했을 때 발생하는 팽창수를 외부로 배출하는 일이 없기 때문에 열에너지 손실이 적어 에너지를 절감하게 된다. 이 같은 이점이 있어 최근에는 밀폐식 팽창탱크를 사용하는 일이 많아졌다.


(4) 원리와 구조

밀폐식 팽창탱크의 구조를 <그림 1>에 나타낸다. 밀폐식 팽창탱크는 탱크 내부가 고무제 다이어프램형 또는 블래더(bladder)형 축압기(accumulator)에 의해 공기실과 수(水)실로 분리되는 구조로 돼 있다. 수실 측에는 배관 시스템과 접속하기 위한 접속구가 있어 팽창수를 수용하는 장소로 사용된다. 공기실 측에서는 공기 또는 질소 등의 가스를 봉입하는데 봉입된 가스압력(봉입압력)이 수실 측의 수압과 균형을 이루게 하는 구조다. 만약 배관 시스템 내의 수압이 상승하면 그만큼 공기실 측이 압축돼 수실 측의 체적이 증가한다. 이로써 밀폐된 상태에서도 배관 시스템 내의 체적을 증감할 수 있는 구조로 돼 있다.

스크린샷 2022-08-09 오전 11.39.34.png

밀폐식 팽창탱크의 작동원리로서 온수를 공급하는 시스템에서 팽창탱크가 작동하는 이미지를 <그림 2>에 나타낸다. 초기 단계에는 시스템에 접속된 밀폐식 팽창탱크에 초기 시스템 수압(보급 수압)과 동일한 압력의 봉입 가스가 탱크 내의 공기실에 밀폐돼 있다. 따라서 탱크 내의 봉입압력과 시스템 배관 내의 수압이 균형을 이루는 상태여서 탱크 내의 수실에는 물이 들어가 있지 않다. 열원기기의 가동으로 수처리 시스템의 온도가 상승해 팽창수가 발생하면 팽창수는 탱크 내의 공기실을 압축하면서 탱크 내의 수실로 들어간다. 이로써 시스템 배관 내의 수압 상승을 억제할 수 있다.

냉수를 공급하는 시스템일 경우, 운전 시에는 배관 내의 물이 수축하고 있어 팽창수가 발생하지 않는다. 그 대신 냉수의 열원이 정지돼 배관 내의 온도가 서서히 상승했을 때 팽창수가 발생한다. 때문에 열원기기 가동 시가 아니라 정지 시 발생하는 팽창수를 팽창탱크에서 흡수한다.

 

스크린샷 2022-08-09 오전 11.39.42.png

 

대표적인 밀폐식 팽창탱크의 예를 <사진 1>~<사진 3>에 나타낸다. 

<사진 1>은 소형 다이어프램식 팽창탱크다. 소형이기 때문에 스커트나 다리 등의 기초와 지지대 설치부가 없어 별도로 밴드 등의 철물로 배관이나 벽 등에 고정해 사용한다. <사진 2>는 같은 다이어프램식 팽창탱크인데 Tank in Tank로 불리는 구조로 돼 있다. 이는 대형 탱크 안에 소형 탱크가 내장된 구조로 다이어프램식 탱크의 사이즈를 키울 때 그대로 다이어프램을 크게 하면 다이어프램 고정이라든가 다이어프램 자체의 제조성, 강도가 저하되기 때문이다. <사진 3>은 블래더 방식의 대형 탱크다. 내진성과 강도가 있기 때문에 다리로 받침대 및 기초에 고정하는 구조이다. 상부에는 플랜지로 뚜껑이 있는 점검구(맨홀)가 있다. 점검구는 제조 시나 점검, 메인티넌스할 때 사용하는 것이고 통상 사용자가 열어서 사용하지 않는다.

 

스크린샷 2022-08-09 오전 11.39.49.png


.

.

.

 

 

전체 기사는 2022년 8월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995).

본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

본사의 승인 없이 무단전재 및 복제를 금합니다.