정수위조절밸브 용도, 구조, 작동원리, (파이롯트관, 볼탭, 삼방밸브, 솔밸브)

  안녕하세요. 오늘은 저수조가 설치되는 건축물에는 거의 모두 설치되는 정수위조절밸브에 대해 설명해보려고 합니다. 사실 말 그대로 저수조의 수위를 일정하게 조절하기 위해 설치되는 밸브이고, 시상수에서 건축물로 인입하면 가장 먼저 만나게 되는 장치이기도 합니다. 오늘은 정수위조절 밸브의 구조 및 작동원리, 그리고 비상상황 발생 시 어떤 안전장치가 있는지, 그리고 강제로 급수하는 방법이 무엇인지 상세히 알아보도록 하겠습니다.

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1. 정수위조절밸브의 용도

  정수위조절밸브란 밸브의 이름 그대로 저수조 등에서 수위를 일정하게 유지하기 위해 자동으로 밸브가 개폐하여 급수량을 조절하는 밸브를 의미합니다. 여기서 어떤 방식을 통해 수위를 유지하는지에 따라 종류가 나뉘게 됩니다. 만약 전자변(솔레노이드밸브)을 이용하여 밸브를 개폐하면 전자식 정수위조절밸브가 되며, 볼탭을 이용하여 기계적인 방식으로 수위를 유지하면 기계식 정수위조절밸브가 됩니다.

  최근에 일정 규모 이상의 건축물에서는 가장 많이 사용하는 정수위조절밸브는 솔레노이드 밸브에 파이롯트(Pilot)배관과 볼탭을 설치하여 전자식과 기계식이 합쳐진 방식을 많이 사용합니다. 따라서 이번 글에서는 전자식과 기계식이 합쳐진 정수위조절밸브에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

2. 정수위조절밸브의 구조

사진1. 정수위조절밸브의 구조 및 명칭

 위 사진을 통해 정수위조절밸브의 각각의 구조와 명칭을 알아보도록 하겠습니다.

• ⓐ 다이아프램 : 물의 유입과 압력차로 디스크를 위아래로 움직일 수 있게하는 얇은 막
• ⓑ 스프링 :  다이아프램 윗부분에 설치되며 디스크를 밀어주는 스프링
• ⓒ 디스크 : 다이아프램과 스프링의 힘으로 위아래로 움직이며 급수를 차단, 공급하는 부품
• ⓓ 유도관 : 시수인입의 수압으로 다이아프램 윗부분으로 물이 유입되는 관
• ⓔ 속도도절밸브 : 유도관으로 유입되는 유량을 조절하여 급수가 잠기는 속도를 조절함
• ⓕ 공기빼기밸브 : 다이아프램 윗 공간에 찬 에어를  빼는 밸브
• ⓖ 솔레노이드밸브 : 전기적 신호를 받아 밸브를 개폐하는 전자 밸브
• ⓗ 파이롯트배관 : 다이아프램 윗공간과 저수조로 연결된 배관으로, 개폐하면서 밸브 내 압력차를 생성함
• ⓘ 볼탭 : 파이롯트배관 관말에 설치되어 저수조 수위가 높아지면 기계적으로 파이롯배관을 닫음
• ⓙ 레벨센서 : 저수조의 수위를 감지하여 DDC로 신호를 제공하는 센서
• ⓛ 삼방밸브 : 파이롯트배관과 바이패스배관 사이 물의 흐름을 바꿔는 밸브
• ⓜ DDC판넬 : 레벨센서의 수위 정보를 토대로 솔레노이드 밸브로 전기신호를 주는 판넬

사진2. 정수위조절밸브의 설치 사진 및 명칭

사진3. 파이롯트배관과 레벨센서 위치 (저수조상부)

 

 

3. 정수위조절밸브의 작동원리

  다음은 저수조의 수위에 따라 정수위조절밸브 내에서 어떻게 유체가 이동하여 밸브가 개폐되는지 알아보겠습니다. 그리고 알아보기 전 DDC판넬에서 저수조의 자동제어 세팅값을 다음과 같이 설정했다고 가정하고 설명해 보겠습니다.

• 저수조 수위가 20% 일 때 급수 공급
• 저수조 수위가 60% 일 때 급수 중단

 

1) 급수 중단 시 (저수조 수위가 급수 세팅 값 이상일 때)

  저수조의 수위가 60% 이상으로 정수위조절밸브가 닫혀 급수가 중단될 때를 알아보겠습니다.

사진4. 급수 중단 시 정수위조절밸브 작동원리

• ① 저수조의 수위가 60% 임을 레벨센서에서 감지하여 DDC판넬로 신호를 보냅니다.
• ② 저수조 수위 신호를 받은 DDC판넬은 솔레노이드 밸브로 전기신호를 보내 밸브를 Close합니다.
• ③ 솔레노이드 밸브가 Close되면 파이로트 배관으로 가는 물이 차단되고 파이롯트 배관의 물이 빠집니다.
• ④ 파이롯트 배관으로 가는 관로가 차단되면 유도관을 통해 다이아프램 윗부분에 물이 채워집니다.
• ⑤ 디이아프램 윗부분에 물이 차면서 내부 압력이 증가되고 그 힘으로 디스크를 아래로 밀어 급수가 중단됩니다.

 

2) 급수 시 (저수조 수위가 급수 세팅 값 이하일 때)

이번에는 저수조의 수위가 20% 이하로 정수위조절밸브가 열려 급수돼야 할 때를 알아보겠습니다.

사진5. 급수 시 정수위조절밸브 작동원리

• ① 저수조의 수위가 20% 임을 레벨센서에서 감지하여 DDC판넬로 신호를 보냅니다.
• ② 저수조 수위 신호를 받은 DDC판넬은 솔레노이드 밸브로 전기신호를 보내 밸브를 Open합니다.
• ③ 솔레노이드 밸브가 Open되면 파이롯트 배관으로 가는 물길이 열리게 됩니다.
• ④ 파이롯트 배관이 열리면 다이아프램 상부 내 물이 파이롯트 배관을 통해 빠져 저수조로 갑니다.
• ⑤ 다이아프램 상부 물이 빠지면서 압력이 감소하고 1차측 인입되는 시우 압력으로 디스크를 위로 밀게 됩니다.
• ⑥ 디스크가 위로 올라가면서 시수가 2차측으로 물이 넘어가 저수조로 급수됩니다.
• ⑦ 급수가 시작된 후 저수조 수위가 급수정지 레벨(60%)에 도달하면 솔레노이드 밸브가 Close되어 급수중단됩니다.

 

3) 비상상황 발생 시 (솔레노이드 밸브가 고장 났을 때)

  만약 솔레노이드 밸브가 아래 사진과 같이 고장이 나면 저수조 수위가 급수정지 레벨을 초과하여도 파이롯트 배관이 차단되지 않아 디스크가 닫히지 않고 계속 2차측으로 물이 넘어가 급수가 멈추지 않게 됩니다. 이런 경우 정수위조절밸브에 어떤 안전장치를 통해 정지를 하게 되는지 알아보겠습니다.

사진6. 정수위조절밸브 솔레노이드밸브 고장 시 급수 중단 불가

 

4) 비상상황 시 급수 정지 (솔레노이드 밸브가 고장 났을 때 볼탭으로 급수 중단)

  위에서 언급한 것과 같이 솔레노이드 밸브가 어떠한 이유로 고장 나 제대로 작동하지 않을 때 어떻게 급수를 중단시키게 되는지 알아보겠습니다.

사진7. 볼탭을 이용한 비상상황 시 급수를 중단

• ① 솔레노이드 밸브가 고장나 급수기 멈추지 않는 비상상황에는 물이 멈추지 않고 계속 차오르게 됩니다.
• ② 계속 저수조 수위가 올라가다가 파이롯트 배관 관말에 설치된 볼탭이 올라가게 됩니다.
• ③ 볼탭이 올라가면 파이로트 배관이 기계적으로 닫히게 됩니다.
• ④ 이렇게 닫힌 파이롯트 배관은 다이아프램 상부 내 물이 빠져나가는 것을 중단시킵니다.
• ⑤ 이로 인해 다이아프램 상부 내는 물이 다시 차오르고 압력이 올라 디스크를 아래로 밀어 급수를 중단시킵니다.
• ⑥ 이와 같이 파이롯트 배관 관말에 볼탭은 솔밸브나 전기계통에서 문제 발생 시 기계적으로 급수를 중단시켜 주는 안전장치 역할을 합니다.

사진8. 저수조 내부에 파이로트 배관 볼탭 사진

 

5) 바이패스로 강제 급수 시 (삼방밸브 이용)

 다음은 전기적 신호를 무시하고 강제로 급수를 하기 위해서는 어떻게 해야 하는지 알아보겠습니다.

사진9. 삼방밸브와 바이패스배관을 이용한 강제 급수공급

• ① 저수조가 수위가 60%가 되어 솔레노이드 밸브가 닫혔지만 강제로 급수하려고 합니다.
• ② 삼방밸브의 방향을 전환하여 바이패스 배관으로 다이아프램 상부 물이 2차측으로 빠지게 만듭니다.
• ③ 위와 같이 삼방밸브를 바꾸면 파이롯트 배관을 거치지 않고 바이패스배관으로 다이아프램 내 물이 빠져 디스크가 열리고 급수됩니다.
• ④ 이것이 솔레노이드 밸브가 닫히더라도 삼방밸브를 전환하여 바이패스 배관을 이용하여 강제 급수하게 만드는 방법입니다.

※ 삼방밸브는 3 갈래로 방향이 나있는 밸브로 유체의 흐름 방향 변환시킬 때 사용 (블로그 내 3-way valve 글 참조)

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  이것으로 오늘은 정수위조절밸브의 용도, 구조, 작동원리, 비상상황 시 안전장치, 그리고 강제 급수하는 방법에 대해 알아보았습니다. 이런 밸브의 작동원리를 보면 정말 신기하고, 어떻게 기계실 내 장비들이 제어가 되는지도 알 수 있게 되는 것 같습니다. 다음 시간에는 정수위조절밸브와 짝꿍인 피스택밸브에 대해 한 번 알아보는 시간을 가져보도록 하겠습니다.

 

오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.