KR100369311B1 - 밀폐부의압력을주변의대기압과같아지도록하는압력릴리프밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐부의 압력을 주변의 대기압과 같아지도록 하는 압력릴리프밸브에 관한 것으로, 상단부가 대략 위쪽으로 깔때기형상의 밸브시트(13)를 이루는 분출개구부(11)를 가진 밸브하우징(1)과, 아래쪽에서 분출되어 하부면에 부딪치는 가스분류가 흩어지지 않고 위쪽으로 모아져 흐르게 할 수 있도록 물방울형상으로 만들어진 밸브몸체(14), 이 밸브몸체(14) 하부의 만곡면에 밸브몸체와 일체로 형성되어 상기 밸브시트(13)에 접촉해서 밸브를 폐쇄시킬 수 있도록 하는 깔때기형상의 밸브면(15) 및, 상기 밸브시트(13)의 내경 보다 큰 외경을 갖고 상기 밸브몸체(14)에 연결된 상태로 상기 밸브하우징(1)의 내부 아래쪽에 위치하고서, 밸브의 완전개방위치에서는 정지수단에 의해 규제되는 한편 밸브가 완전폐쇄위치에 있을 때라도 가장자리를 에워싸고 자유유통로 슬롯(22)이 형성될 수 있도록 된 승강반(21)으로 이루어져 있다. 또, 상기 밸브하우징(1)의 내주면이 상기 밸브몸체(14)와 상기 승강반(21)이 완전폐쇄위치에서 완전개방위치로 상승하면 상기 승강반(21)을 둘러싼 자유유통로가 좁혀지도록 하는 내주면부(8, 9, 10)를 같도록 되어 있다.

Description

밀폐부의 압력을 주변의 대기압과 같아지도록 하는 압력릴리프밸브

어떤 생산제품이 예컨대 ㎥/h 단위로 계측되면서 탱크에 채워질 때, 탱크 내부의 압력이 설정해놓은 압력 이상으로 높아지게 되면 압력릴리프밸브가 열려져, 어떤 경우에는 텡크 내의 액상체 표면에서 증발되는 가스를 합해서 단위시간당 채워지는 제품의 량에 해당하는 만큼의 가스가 밖으로 빠져나가게 된다. 이와 같이 밖으로 빠져나가 분출되는 가스의 단위시간당 분출량은 밸브의 유동저항과 밸브가 위치하는 높이 및 탱크 내부의 압력에 따라 달라지게 된다. 또, 추가적인 증발을 제외하고 탱크내의 압력이 일정한 안전선을 넘지 않는 한도 내에서의 가스의 단위 시간당 최대 분출량이 압력릴리프밸브의 용량으로 불리어지는데, 이것이 예컨대 ㎥/h 단위로 나타내어지는 단위시간당 허용될 수 있는 최대의 부하량으로 된다.

한편, 단위시간당 탱크로 채워지는 제품의 용적량을 부하속도(㎥/h)라 하고, 단위시간당 분출되는 가스의 용적량은 분출속도(Blow-off rate; ㎥/h)라 하는바, 여기서 후자인 상기 분출속도(㎥/h)와 밸브의 개구부를 통해 밖으로 분출되는 m/sec 단위로 측정되는 가스의 유속(m/sec)은 구별되어져야 한다.

특히 본 발명은, 상단부에 위쪽으로 향한 실질적으로 깔때기형상의 밸브시트를 이루는 분출개구부를 가진 밸브하우징과, 둥근 표면의 아래쪽을 향한 부분에 실질적으로 깔때기형상의 밸브면을 구비하고 그 둥근 표면의 아래를 향한 부분에 형성된 상기 밸브시트와 맞댄 물방울형상으로 만들어져 있으며 그리하여 밸브몸체를 구성하는 밸브몸체, 및 상기 밸브몸체에 연결되고 상기 밸브하우징내의 하부에 위치하며 상기 밸브시트의 내경 보다 큰 외경을 갖는 승강반을 구비하되, 상기 밸브몸체는 정지수단에 의해 규제되는 완전개방위치에서 상기 승강반이 자유유통로 슬롯으로 둘러싸이는 완전폐쇄위치까지 이동할 수 있도록 된 종래의 압력릴리프밸브의 개량과 관련된 것이다.

이상과 같이 구성된 종래의 압력릴리프밸브는, 밸브의 개방초기에는 분출되는 가스의 상승압력이 밸브시트 범위 내의 물방울 형상의 밸브몸체 하부면으로부터 시작해서 점차 넓은 승강반 넓이까지 넓혀지면서 밀어올리게 됨으로써 밸브몸체의 개방초기의 상승속도가 빨라질 수 있게 된다.

한편, 이와 같은 압력릴리프밸브의 종래의 구체적인 예로서는 1990. 9. 7일자에 WO 90/10168호로 국제공개된 국제특허출원 PCT/DK90/00050호에 기재된 것을 들 수가 있는데, 이는 밸브하우징의 내부가 밸브몸체와 승강반이 상승하면 승강반의 가장자리 주변의 자유유통로가 넓어지도록 구성됨으로써, 가스의 분출력이 증가하더라도 밸브가 완전히 개방되기까지 다른 어떤 방법에 의해서 보다도 낮은 상승압이 얻어지도록 되어 있다.

그러나, 내부에 수용될 제품의 종류와 시설 및 하역작업관행에 따라서는 여러 가지 다른 상황이 일어날 수 있는데, 특히 단위시간당 부하속도가 상대적으로 낮아 탱크로부터 분출되는 가스의 분출속도가 낮아지게 되면, 밸브몸체와 승강반으로 구성된 유량조절부재가 예컨대 가스흐름의 교란과 균일하지 않은 분포에 의한 가스의 분출속도변화에 따라 영향을 받게 된다. 이와 같이 유량조절부재가 영향을 받아 진동하게 되면 이것이 다시 가스의 분출속도에 영향을 끼쳐 상호증폭효과가 나타나게 됨으로써, 완전개방과 폐쇄위치 사이에서 밸브가 앞뒤쪽으로 흔들려지게 되는 원인으로 된다. 따라서, 금속으로 된 밸브가 계속 금속에 강하게 충돌하게 됨으로써, 충돌 그 자체만으로도 역학적으로 바람직하지 못할 뿐만 아니라 탱크의 벽체가 반사체로 작용해서 크게 증폭된 충돌음을 내게 된다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제를 줄여 개선하기 위해 발명한 것으로, 밸브몸체와 승강반이 폐쇄위치에서 완전개방위치로 상승하면 승강반 둘레의 자유유통로 면적이 줄어들게 되는 내부구조의 밸브하우징을 가진 압력릴리프밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 밀폐된 공간 내부의 압력을 주변의 대기압과 같아지도록 제어하는 압력릴리프밸브(Pressure relief valve)에 관한 것이다. 이와 같은 압력릴리프밸브는 특히 석유재품이나 화공약품을 운송하는 운반선(Tanker)에 있어서는 대단히 중요한 부품이 되기 때문에, 이하의 설명은 그와 같은 관점에서 출발하지만, 같은 원리는 예컨대 액상의 석유제품이나 화공약품을 저장하거나 운송하는 탱크에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 1실시예에 따른 압력릴리프밸브를 폐쇄상태에서 나타낸 측단면도,

도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도,

도 1c는 도 1a의 B-B선 단면도,

도 1d는 도 1a의 C-C선 단면도,

도 2는 도 1a에 도시된 압력릴리프밸브를 완전개방상태에서 나타낸 측단면도,

도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 압력릴리프밸브의 기본형태를 가진 밸브의 단위시간당 분출량에 대한 탱크압과 분출유속을 나타낸 그래프이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐쇄부의 내부압을 대기압과 같아지도록 하는 압력릴리프밸브는, 상단부에 위쪽으로 향한 실질적으로 깔때기형상의 밸브시트(13)를 이루는 분출개구부(11)를 가진 밸브하우징(1)과, 둥근 표면의 아래쪽을 향한 부분에 실질적으로 깔때기형상의 밸브면(15)을 구비하고 그 둥근 표면의 아래를 향한 부분에 형성된 상기 밸브시트(13)와 맞댄 물방울형상으로 만들어져 있으며 그리하여 밸브몸체를 구성하는 밸브몸체(14), 및 상기 밸브몸체(14)에 연결되고 상기 밸브하우징(1)내의 하부에 위치하며 상기 밸브시트(13)의 내경 보다 큰 외경을 갖는 승강반을 구비하되, 상기 밸브몸체(14)는 정지수단에 의해 규제되는 완전개방위치에서 상기 승강반(21)이 자유유통로 슬롯(22)으로 둘러싸이는 완전폐쇄위치까지 이동할 수 있도록 된 압력릴리프밸브에 있어서, 상기 밸브하우징(1)의 내주면이 상기 밸브몸체(14)와 상기 승강반(21)이 완전폐쇄위치에서 완전개방위치로 상승하면 상기 승강반(21)을 둘러싼 자유유통로가 좁혀지도록 된 내주면부(8, 9, 10)를 갖는 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

이와 같이 구성됨으로써, 개방압력에 이를 때까지는 밸브의 빠른 개방속도가 유지되지만, 일단 밸브가 개방되고 나면 분출조절부재에 작용하는 분출압력이 분출속도에 영향을 적게 받아 넓은 범위에서 작용하여 가스분출속도의 변화에 덜 민감해지게 되므로, 결국 완전개방위치와 완전폐쇄위치 사이에서 밸브가 앞뒤로 흔들리지 않게 되거나 또는 적어도 상당히 경감될 수 있게 된다.

도 1a 내지 도 1d에서 참조부호 1은 수직으로 세워지도록 배치된 밸브하우징으로서, 이 밸브하우징(1)의 하단부에는 플랜지(2)가 갖춰지고서, 이 플랜지(2)가 하단부에서 플랜지(5)에 의해 기름탱크의 압력릴리프분출구나 또는 하나 이상의 저장용 격실로 연결되는 압력릴리프관의 상단부에서 볼트로 결합되는 원통형상 소켓(4)의 플랜지(3)와 볼트로 결합되도록 되어 있다. 여기서, 상기 소켓(4)에는 진공릴리프밸브(7)로 연결되는 측방개구부(6)가 갖춰지도록 되어 있으나, 이 측방개구부(6)에 연결되는 진공릴리프밸브(7)는 본 발명의 내용을 이루는 것이 아니기 때문에 더 이상 설명하지 않기로 한다.

상기 밸브하우징(1)의 하단부는 원통형상 벽부(8)를 이루도록 되어 있는바, 도 1c와 도 1b에 단면도로서 나타낸 바와 같이, 이 원통형상 벽부(8)의 위쪽은 직경이 좁혀지도록 경사진 경사면부(9)를 이루는 한편 그 위에는 다시 원통형상 벽부(10)가 이어지도록 되어 있다. 한편, 이 밸브하우징(1)의 상단부는 가스분출개구부(11)를 이루면서 끝나도록 되어 있다.

그리고, 이 가스분출 개구부(11)에는 깔때기형상 밸브시트(13)를 이루는 내면 위에 링부재(12)가 장착되도록 되어 있는 한편, 이 가스분출 개구부(11)에는 또한 밸브가 폐쇄상태에 있을 때 상기 깔때기형상 밸브시트(13)에 하부면이 닿아 밀폐상태가 되도록 하는 밸브몸체(14)가 배치되도록 되어 있다. 여기서, 상기와 같은 밀폐상태가 보다 더 확실하게 이루어지도록 하기 위해, 앞에서 설명한 국제공개 WO/10168호에 기재된 것과 같이 밸브몸체(14)의 하부면과 접촉하는 링부재의 내면상에 환형의 고무제 가스켓을 설치할 수도 있다.

한편, 상기 밸브몸체(14)메는 축부재(18)가 연결되어 밸브하우징(1)내로 뻗도록 되어 있는바, 이 축부재(18)는, 도 1b에 단면도로 나타낸 바와 같이, 위쪽이 밸브하우징(1) 내의 상부안내부재(19)에 의해 안내되는 한편 아래쪽은 소켓(4) 내의 하부안내부재(20)에 의해 안내되도록 되어 있다. 또, 상기 축부재(18)에는 승강반(21)이 결합되어 있어서, 밸브가 폐쇄위치에 있을 때는 상기 축부재(18)가 원통형상 벽부(8)의 내부에 위치해서 외경이 상대적으로 원통형상 벽부(8)의 내경 보다 조금 작아지게 됨으로써 승강반(21)의 가장자리 둘레에 자유유통슬롯(22)이 형성되도록 되어 있다. 상기 축부재(18)의 하단부 아래에는 밸브의 상승정도를 규제하는 로킹레버(Rocking lever; 24)가 설치되어 있는 한편, 상기 상부안내부(19)와 승강반(21) 사이에는 중량조절추(23)가 갖춰져 있다. 따라서, 밸브몸체(14)와 축부재(18), 중량조절추(23) 및 승강반(21)으로 이루어져 유통조절부재역할을 하게 되는 구조물의 전체무게가 아래로 작용하여 밸브를 폐쇄하는 힘으로 작용하게 된다. 상기 중량조절추(23)는 앞에서 설명한 국제공개 WO 90/10168호에 기재된 것과 같이 압축스프링으로 받쳐지도록 해서 보충하거나 교체할 수 있도록 되어 있다.

만일 탱크 내부의 압력이 대기압 보다 높아지면, 압력이 상기 자유유통슬롯(22)을 통해 새어나가 승강반(21) 위쪽의 공간으로 퍼져 결국 승강반(21) 상하부의 압력이 같아지게 될 것인바, 그 때문에 밸브를 상승시키는 밸브상승력은 오직 물방울 형상 밸브몸체(14)의 하부면에 대기압 보다 높은 압력이 작용할 때만 생기게 된다. 이 밸브상승력은 밸브시트 내부의 가스분출 개구부(11)의 단면적에다 초과압력을 곱한 값으로 된다.

따라서, 밸브상승력이 앞에서 설명된 밸브폐쇄력 보다 높아지면 밸브가 개방되고, 밸브가 개방되어 가스가 분출되기 시작하면 승강반(21)의 상부면에 가해지는 압력이 낮아지게 되는바, 순수한 밸브상승력은 승강반(21)의 면적에 탱크의 압력을 곱한 값으로 되므로, 승강반(21)의 면적이 가스분출 개구부(11)의 면적보다 크기 때문에 밸브상승력이 커져 밸브의 상승속도가 빨라지게 된다.

이렇게 해서 승강반(21)이 상승하게 되면, 밸브의 가스유통을 조절하는 승강반(21) 주위의 유통로 면적이 앞에서 설명된 경사면부(9)의 구성 때문에 좁아지게 된다.

한편, 상기 승강반(21) 주위의 유통로 면적이 밸브의 가스유통을 조절하도록 되어 있어서, 밸브상승압력이 설정된 가스의 분출속도에 맞춰 낮아지게 되므로, 도 3에 도시된 것과 같이 탱크의 내부압력과 가스의 분출속도 사이에는 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 여기서, 상기 탱크의 내부압력은 대기압에다, 승강반(21) 주위유통로부분에서 저하되는 압력저하분과 대략 같은 값이기도 한 밸브를 거쳐 낮아진 만큼의 압력을 더한 값으로 된다.

분출되는 가스의 유속은 도 4에 도시된 것과 같이 분출속도와 승강반(21) 주위의 유통로 면적에 의해 결정된다.

도 3에는 가스의 분출속도(㎥/h)가 0 에서부터 소정의 경계값까지 변하고, 밸브의 압력은 초기에는 완만한 곡선형태로 위쪽으로 증가한 다음 밀폐압력이 되도록 변하는 것이 나타내어져 있다. 즉, 경계값을 초과하면 압력이 급격히 떨어져 점선으로 나타내어진 부분과 마찬가지로 처음부터 밸브가 완전히 개방된 경우와 같은 값으로 된다. 이어 가스의 분출속도가 계속 증가하면 밸브가 완전히 개방된 상태를 유지하게 되고, 탱크의 내부압력이 더 높아져 P_max로 되면 분출속도가 압력릴리프밸브의 용량으로 불리어지는 최대의 값에 이르게 된다. 만일 탱크를 채우는 도중 증발을 제외한 적하속도가 압력릴리프밸브의 용량 보다 낮게 유지될 수 있다면, 탱크가 폭발위험으로부터 상당한 안전여유도를 확보할 수 있게 된다.

상기 분출속도의 경계값은 다시 탱크의 내부압력에 가스의 분출속도가 영향을 끼쳐 밸브에 작용하는 상승력이 매우 작은 하부구간과, 압력릴리프밸브가 계속 완전히 개방된 위치를 유지하게 되는 상부구간으로 나뉘어질 수가 있는바, 이들 어느 구간에서도 가스의 흐름이 갑작스럽게 변해서 일어나게 되는 완전개방위치와 폐쇄위치 사이에서 밸브가 전후방으로 요동하게 될 염려는 거의 없게 된다.

도 4에 도시된 것과 같이, 밸브를 통과하는 가스의 분출유속은 매우 낮은 분출속도에서도 매우 높기 때문에 도시할 수 있는 범위를 벗어나게 된다. 분출속도가 증가하면 분출유속이 최소값 또는 대략 분출속도의 경계값에 해당하는 값으로 낮아지게 된다. 여기서, 상기 가스 분출유속의 최소값은 가스의 유속을 예컨대 30m/sec와 같이 유속이 빠른 밸브에 관해 규정한 최소값( V_min) 이상이 되어야 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 압력릴리프밸브는, 상단부가 대략 위쪽으로 깔때기형상의 밸브시트(13)를 이루는 분출개구부(11)를 가진 밸브하우징(1)과, 아래쪽에서 분출되어 하부면에 부딪치는 가스분류가 흩어지지 않고 위쪽으로 모아져 흐르게 할 수 있도록 물방울형상으로 만들어진 밸브몸체(14), 이 밸브몸체(14) 하부의 만곡면에 밸브몸체와 일체로 형성되어 상기 밸브시트(13)에 접촉해서 밸브를 폐쇄시킬 수 있도록 하는 깔때기형상의 밸브면(15) 및, 상기 밸브시트(13)의 내경 보다 큰 외경을 갖고 상기 밸브몸체(14)에 연결된 상태로 상기 밸브하우징(1)의 내부 아래쪽에 위치하고서, 밸브의 완전개방위치에서는 정지수단에 의해 규제되는 한편 밸브가 완전폐쇄위치에 있을 때라도 가장자리를 에워싸고 자유유통로 슬롯(22)이 형성될 수 있도록 된 승강반(21)이 갖춰져 이루어진 압력릴리프밸브에 있어서, 상기 밸브하우징(1)의 내주면이 상기 밸브몸체(14)와 상기 승강반(21)이 완전폐쇄위치에서 완전개방위치로 상승하게 되면 상기 승강반(21)을 둘러싼 자유유통로가 좁혀지도록 하는 내주면부(8, 9, 10)를 같도록 된 점에 특징을 가진 구조로 되어 있기 때문에, 개방압력에 이를 때까지는 밸브의 빠른 개방속도가 유지되지만, 일단밸브가 개방되고 나면 분출조절부재에 작용하는 분출압력이 분출속도에 영향을 적게 받아 넓은 범위에서 작용하여 가스 분출속도의 변화에 덜 민감해지게 되므로, 결국 완전개방위치와 완전폐쇄위치 사이에서 밸브가 앞뒤로 흔들리지 않게 되거나 또는 적어도 상당히 경감될 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 상단부에 위쪽으로 향한 실질적으로 깔때기형상의 밸브시트(13)를 이루는 분출개구부(11)를 가진 밸브하우징(1)과, 둥근 표면의 아래쪽을 향한 부분에 실질적으로 깔때기형상의 밸브면(15)을 구비하고 그 둥근 표면의 아래를 향한 부분에 형성된 상기 밸브시트(13)와 맞댄 물방울형상으로 만들어져 있으며 그리하여 밸브몸체를 구성하는 밸브몸체(14), 및 상기 밸브몸체(14)에 연결되고 상기 밸브하우징(1)내의 하부에 위치하며 상기 밸브시트(13)의 내경 보다 큰 외경을 갖는 승강반을 구비하되, 상기 밸브몸체(14)는 정지수단에 의해 규제되는 완전개방위치에서 상기 승강반(21)이 자유유통로 슬롯(22)으로 둘러싸이는 완전폐쇄위치까지 이동할 수 있도록 된 압력릴리프밸브에 있어서,

   상기 밸브하우징(1)의 내주면이 상기 밸브몸체(14)와 상기 승강반(21)이 완전폐쇄위치에서 완전개방위치로 상승하면 상기 승강반(21)을 둘러싼 자유유통로가 좁혀지도록 긴 내주면부(8. 9, 10)가 형성된 것을 특징으로 하는 밀폐부의 압력을 주변의 대기압과 같아지도록 하는 압력릴리프밸브.

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