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[기고] CO측정 가능구조의 콘덴싱보일러용, 플라스틱 급배기연통 개발한국에너지기술 최경석 대표
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[1377호] 승인 2019.01.30  23:23:01
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고드름, 빗물침투 등 방지 위한 플라스틱 급배기통 선보인다
 

 

가스보일러의 일산화탄소(CO) 중독사고로 인한 인명피해는 최근 5년간 전체 도시가스사고의 48.6%(55/113건, 2018년 3월 누적기준)로 단일 가스용품으로는 매우 높은 비중을 차지하고 있다.

최근 5년간 가스사고 중 배기통관련 사고원인(18건)을 분석한 결과 배기통 부식 및 탈락(7건), 급배기구 불량(7건), 환기불량(2건), 작업부주의(2건) 순이다.

연통관련 사고의 원인분석 결과 일반보일러, 콘덴싱보일러의 구분 없이 스테인리스 재질의 급배기연통 사용으로 응축수에 의한 부식, 실링부 마모, 고드름 낙하 및 배기통 탈락 등 연통의 재질과 구조적 형상의 문제점으로 CO중독사고가 지속적으로 발생하고 있다. 이에, 유럽에서는 이미 콘덴싱보일러에 대해 CE 인증된 플라스틱 급배기연통만 적용되고 있으며, 연통 터미널의 성능시험 평가를 위해 빗물침투시험, 착빙거동시험 등을 수행하고 있다. 특히 콘덴싱보일러의 경우 응축수가 강산성(pH2~3)인 점을 감안해 산성에 강한 내열·내식성의 플라스틱 재료의 급배기연통을 사용하고 있다.


응축수 등 이물질 침투 방지구조로 개발 

보일러에서 잠열회수 시 발생하는 응축수의 pH는 2~3정도이며, 강산성에 속하기 때문에 응축수가 통과하는 배기통 재료의 내구성이나 응축수가 배출되는 건축물에 영향을 줄 수 있다. 따라서 1~2°의 상향 구배로 설치하여 응축수가 원활히 보일러로 흘러가게 하여 배기통내에 고이지 않게 하였다. 또한, 배기터미널은 건물 외부에 설치되기 때문에 우천 시 빗물이 유입되어 배기통에 빗물이 고여서 배기통을 부분적으로 폐쇄시키거나 공기의 흐름이 원활하지 않을 경우가 있으므로 이러한 상향 구배구조로 인하여 연통에서 발생되는 응축수 및 빗물은 다시 보일러 내부로 흘러들어가게 된다.

개발초기 제품에 대한 보일러 연소성능 시험결과, 공기의 흡입하는 양이 부족하여 연소성능이 다른 제품에 비해 적게 나타났다.

이에 따라 공기 흡입의 양을 증대시키기 위해 기존 4개의 흡입통로를 6개로 증가시켰다. 또한 시작품과 마찬가지로 터미널 설치 시 공기 흡입구는 반드시 하향에 위치하게 되어있다. 이는 외부로 노출되어 있어 사방으로 흡기통로가 되어있거나 상향에 위치하게 되면, 바람이 불 때 이물질이 들어가거나 우천 시 빗물의 유입이 발생할 수 있다. 이에 따라 하향에만 흡기통로를 위치하여 보일러 내부로 이물질 또는 빗물을 막을 수 있게 설계하였다.

   
 

응축수 및 배기가스 분배기 Tee 1개, 흡기구 엘보 1개, 보일러와 연결되는 배기소켓 1개 총 3가지로 개발하였다.

60mm 내관(배기)을 Tee에서 배기소켓까지 연결하여 1차년도 응축수 및 배기가스 분배기에 비해 높은 안정성을 채택하였다. 또한, 배기소켓을 개발함으로서 보일러의 다양한 규격에 대응할 수 있다.

   
 

배기소켓 부품에는 보일러의 유지관리 및 배기가스 성분 측정을 위해 1개의 CO측정 가능 구조로 개발되었다.

CO측정구는 사용하지 않을 시 배기가스가 누출되지 않게 하기위해 캡타입 방식의 뚜껑을 이용해 완전하게 밀폐하였다. 캡타입 방식은 탈부착이 용이하며, 공인시험기관의 재료 성능 테스트를 통해 열 및 배기가스에 안전한 PP소재로 제작하여 내구성을 인정받았다.

한국형 플라스틱 배기시스템 개발을 위해 연통 구조 및 직경에 따른 성능을 비교하기 위해 국내외 기준(BS EN 14471, KGS AB131, KGS AB131_PC60)을 근거로 시험을 수행하였으며, 시작품 형상의 최적 설계를 위해 핵심부품은 3D 프린터를 이용해 제작하였다.

열효율 시험 및 유풍시험을 통해 결정된 최적의 배기시스템 형상은 내열·내식성 플라스틱 재료를 이용하여 양산형 금형으로 제작하였으며, 성능시험 결과 기준을 만족하였다.

 

사고유발 시험 통해 안전성 입증 

배기통이 외부에 설치되는 만큼, 빗물과 고드름으로 인한 안전성 시험도 진행됐다. 

먼저 개발품과 국외A사, 국외B사 제품의 터미널 구조는 빗물이 내부로 침투되지 않도록 설계되어 있어 급기통 입구로 빗물이 유입되지 않았으나, 국내 C제품의 경우 급기통 입구로 공칭 직경 1mm 당 0.06~0.52mm3/s의 빗물이 그대로 유입해 기준의 약 1.2~10.4배 초과하였다.

C제품의 경우 빗물이 장기간 유입될 경우, 연통이 부식 및 탈락되거나 보일러 내부로 유입되어 가스사고가 발생할 위험이 있으나, 개발품의 경우 이런 문제점을 사전에 예방할 수 있을 것으로 판단된다.

또한, 이들 제품을 대상으로 외부 고드름 형성여부도 시험했다.

시험결과, 터미널 구조와 재료 특성으로 인해 고드름 형성이 거의 없었다. 이에 따라 시작품은 고드름 형성에 의한 배기통 막힘사고(CO중독사고) 및 낙하사고(설비 파손)를 방지할 수 있다고 기대된다.

   
▲ 개발품을 대상으로 빗물 침투 시험이 진행되고 있다.


국산 플라스틱 배기통, 지난해 7월 CE인증 획득 

한국형 내열・내식성 플라스틱 급배기연통이 ∅60/100, ∅75/100, ∅75/110 등 3개 제품에 대해 유럽연합의 모든 요구사항을 만족하는 제품으로 평가를 받아 한국 최초로 2018년 7월 13일 CE인증을 획득했다.

본 인증(Certificate no. 2592-CPR-0037)은 CE CPR(Construction Products Requlation/건축자재)인증으로 EU규정(EN 14471:2013+A1:2015(Chimneys- System chimneys with plastic flue liners- Requirements and test methods)에 적합하다는 것을 유럽인증기관(Notified Body)의 제품시험, 공정심사 등의 적합성 평가방법을 거처 CE마크를 제품에 부착할 수 있다는 인증서이다.

이번 유럽 건축자재 인증 획득으로 국내외 모든 굴뚝, 배관류 등 건물 및 토목공사에 적합한 제품임이 증명되었으므로 국내시장 보급은 물론 미국, 유럽, 아시아 등 세계적으로 수출을 확대해 나갈 수 있는 발판을 마련하였다. 

   
▲ 국내에서 개발된 플라스틱 배기연통의 CE 인증서(공정 및 제품시험)

 

이밖에도 유럽 CE인증 관련 공인시험기관에서 EN 14471의 시험방법을 통해 성능인증 시험을 실시하였다.

배기시스템용 플라스틱 재료 시험에서 충격강도, 인장강도, 비중, 녹는점, 용융엔탈피의 평가항목을 모두 만족하였고, 플라스틱 내구성능시험(열부하에 대한 내경년열화성능, 응축수에 대한 내경년열화성능) 또한 EN 14471의 목표값에 만족하게 평가되었다.

이번 개발품은 빗물내침투방지, 착빙거동방지, CO측정구, 응축수 배출을 위한 자동구배장치  등 기능이 포함된 급배기연통으로 국내 최초로 유럽 CE인증을 받았다. 또한 국내 환경에 적합한지를 확인하기 위해서 열효율시험, 풍동시험, Icing시험, Rain시험을 국내 성능시험기준으로 실증시험을 수행, 한국형 플라스틱 급배기연통으로 인정받게 됐다. 연내 국내인증을 통과하면 본격적인 플라스틱 급배기연통 시대가 시작되게 된다.

 

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