안녕하세요. 일시블맨입니다. 오늘은 건축설비에서 많이 사용되는 밸브 중 하나인 2 Way Valve(2방변)과 3 Way Valve(3방변)에 대해서 알아보려고 합니다. 특히 기계실에서 장비에 인입 전 여러 배관에서 설치되거나, 또는 저수조에 시수가 들어갈 때도 설치가 되는데요. 이번 기회에 각각 어떤 역할을 하고, 어떻게 작동을 하는지 알아보도록 하겠습니다.
1. 2-WAY VALVE(이방변)의 개념
2-WAY VALVE는 이름 그대로 2개의 관로가 있는 밸브를 뜻합니다. 즉 유체가 밸브에 인입 후 반대 쪽 토출 되도록 구성이 되어 있는 밸브를 2-WAY VALVE(또는 이방변)라고 합니다. 2-WAY VALVE는 정말 간단한 볼밸브부터 정수위조절밸브에 들어가는 솔레노이드 밸브까지 여러 가지 형태가 존재합니다. 그러나 결국 이 모든 것은 토출과 인입이 각각 하나이기 때문에 통틀어서 2-WAY VALVE라고 부르는 것입니다.
2. 2-Way Valve의 작동 원리 (솔레노이드 밸브의 작동원리)
위 사진에 나와있는 볼밸브의 경우 손잡이(레버)를 잡고 여닫으면 유체가 흐르거나 멈추는 가장 기본적인 기능을 가지고 있습니다. 그 옆에 있는 솔레노이드 2-Way Valve는 외부로부터 신호를 받으면 주황색 부분인 코일 부분에 전류가 흐르게 되어 자기장이 생깁니다. 그 후 발생한 자기장이 2차측을 막고 있던 플런저를 들어 올려 2차측이 개방이 되면서 유체가 흐르게 됩니다. 보통 이와 같은 솔레노이드 밸브는 시수의 인입배관에 설치되는 정수위조절밸브, 열교환기에서 지역난방 1차측 환수배관에 2-Way 컨트롤 밸브 등에 사용됩니다. 다음에는 계통을 보면서 보다 자세히 확인해 보도록 하겠습니다.
3. 2-Way Valve의 계통 및 기능
아래 사진과 같이 2-Way Valve의 설치 위치와 계통 그리고 기능에 대해 설명해보겠습니다.
1) 열교환 시스템이 작동 시(1차측 지역난방 배관)
아래 사진은 1차측 지역난방 배관이 열교환기에 공급 후 환수되는 과정을 그려놓은 것입니다. 먼저 2-Way 밸브는 전단과 후단에 각각 게이트밸브(교체 및 유지관리 목적)와 스트레이너(2-Way 밸브에 이물질 끼임 방지 목적)가 설치되며 밸브의 고장 및 교체 시 시 수동 조작을 위한 바이패스 배관이 존재합니다. 먼저 2차측 환수관에 설치된 온도센서에서 설정한 온도보다 낮아질 시 저온 신호를 판넬에 보내주며, 이때 판넬에서는 2-Way Valve(솔레노이드밸브)에 신호를 보내게 됩니다. 이 신호를 받은 2-Way Valve는 "A"와 같이 개방되어 1차측 배관 내 유체가 열교환기를 거처 순환되도록 밸브를 Open 시켜줍니다.
2) 열교환 시스템이 정지 시 (1차측 지역난방 배관)
시스템이 정지할 때는 반대로 2차측 온도센서에서 적정온도임을 판넬에 신호를 보내고, 판넬에서는 솔레노이드 밸브에 신호를 끊음으로써 2-Way Valve가 닫히고 더 이상 열교환기로 1차측 배관의 유체가 들어가지 않게 됩니다.
위 두 가지 경우를 확인하면서 2-Way Valve의 주목적은 바로 ON/OFF의 기능임을 알 수 있습니다. 물론 ON/OFF뿐만 아니라 유량 조절까지 가능하도록 한 밸브도 존재하지만, 보통 장비 주위 설치되는 2-Way Valve는 특정 조건에 따라 배관을 여닫는 ON/OFF의 기능을 한다고 생각하시면 됩니다.
4. 3-Way Valve의 개념
3-Way Valve는 마찬가지로 3개의 관로가 있는 밸브를 3-Way Valve라고 합니다. 3 Way Valve는 밸브 하나에 입인구와 토출구가 총 3개가 있으며, 2-Way Valve와 동일하게 손잡이(레버)를 돌려 작동시키는 밸브와 외부의 신호를 받아 자동으로 모터 또는 컨트롤이 되는 3-Way Control 밸브 등이 있습니다.
5. 3-Way Valve의 작동 원리
3-Way Valve는 아래 사진과 같이 유체의 흐름 방향을 바꿔 줄 수 있습니다. 왼쪽 그림을 보면 아래쪽에서 인입한 유체가 왼쪽에 있는 A 토출구로 토출 되는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 손잡이(레버)를 반시계방향으로 90도로 돌리게 되면 가운데 있는 포트도 회전하여 유체가 B 토출구로 흐르게 되는 것을 확인할 수 있습니다. 이렇게 밸브 내 포트가 회전하여 유체의 흐름을 바꾸는 것이 3-Way Valve의 작동 원리입니다.
그러나 3-Way Valve는 사진과 같이 유체의 흐름뿐만 아니라 인입이 A, B 쪽으로 2 종류의 유체가 들어와 하나의 토출로 나가는 것도 존재합니다. 이것을 3-Way Mixing Valve라 합니다. 보통 사우나 내 탕에 처음 물을 채울 때 급탕과 급수가 Mixing Valve로 각각 인입하여 섞이면서 적정 온도의 탕수가 유입될 수 있도록 하는 기능의 3-Way Valve입니다.
6. 3-Way Valve의 계통 및 기능
아래 사진은 사우나의 탕온도 보정용 열교환기의 2차측 배관계통을 나타낸 것입니다. 사우나 온탕의 경우 탕의 수질관리를 위해(머리카락, 이물질 등을 여과) 계속해서 순환을 시킵니다. 그러다가 순환되는 탕수의 온도가 일정 수준 하락하면 재열을 하기 위해 탕수의 흐름을 열교환기로 보내야 합니다. 다음 설명을 통해 3-Way Valve의 기능을 이해해 보도록 하겠습니다.
1. 탕수를 재열 하지 않고 순환만 시킬 때
아래 사진을 보면 탕 환수 측에 온도센서가 설치되어 판넬에 연결되었고, 이 판넬은 3-Way Valve와 연결되어 있습니다. 온도센서는 유체의 온도 적정할 때 별도의 신호를 주지 않고, 3-Way Valve의 포트는 "A"와 같은 방향을 유지하게 됩니다. 따라서 탕의 온도가 충분히 높아 재열이 필요 없는 경우 사진과 같이 열교환기를 거치지 않고 바로 탕으로 공급하게 됩니다.
2. 탕수를 재열 하여 열교환기를 거칠 때
이번에는 탕 환수 측에 온도센서가 유체의 온도가 낮아 재열이 필요하다고 인식하게 되면 해당 신호를 판넬 통해 3-Way Valve로 보내게 됩니다. 이 신호를 받은 3-Way Valve는 포트를 회전시켜 "B"와 같은 방향으로 설정합니다. 그렇게 되면 3-Way Valve의 아래쪽으로 흐르던 유체가 위쪽으로 흘러 열교환기를 거친 후 탕으로 공급하게 됩니다.
위 두 가지 계통을 통해 3-Way Valve의 기능은 2-Way Valve처럼 ON/OFF의 기능만 존재하는 것이 아니라 유체의 흐름방향을 바꾸어 준다는 것을 알 수 있습니다. 이것이 두 밸브의 가장 큰 차이점이 되겠습니다.
오늘은 2-Way Valve와 3-Way Valve에 대해 알아보았습니다. 두 밸브의 각각 기능과 원리를 확인해 보니 현장에서 어떤 상황에서 어떤 목적을 가지고 설치가 되는 것인지 보다 쉽게 파악할 수 있을 것 같습니다. 다음에는 건축설비 관련하여 알찬 내용으로 찾아뵙겠습니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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