KR100378110B1 - 압력하의 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력하의 유체유동을 자동으로 조정하기 위한 밸브 유니트(1)를 실현하는 것으로, 이 밸브 유니트는 가스의 공급관(3a)과 이송관(4a) 사이에 설치된 주밸브(15)를 구비하는데, 이 주밸브(15)는 팽창실(14)로 통하는 유체유동을 공급하거나 차단하기 위해 정온 액튜에이터(12)와 상호작용하는 제1 실린더형 셔터(150)를 구비한다. 팽창실(14)로 이어지는 안전밸브(16)에는 팽창실(14)에서 공급관(3a)으로 전달하는 적어도 하나의 순환관(18a)을 차단하는 적어도 하나의 제2 셔터(160)가 구비되어 있다.

Description

압력하의 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트{VALVE UNIT FOR THE ADJUSTMENT OF UNDER PRESSURE FLUID FLOW}

압력하의 액화가스의 증발과정에는 팽창과 함께 상당량의 열공급을 필요로 한다는 것은 이 분야의 기술자에게는 공지의 사실이다.

이러한 증발은 주로 코일이나 튜브 다발로 된 열교환기를 사용하여 이루어진다.

상기한 열교환기에서 액화가스는 조정밸브를 통해 들어오고, 버너의 연소실에서 폭발의 위험을 피하기 위해 건포화가스 상태(dry saturated gas state)로 배출되어야 한다.

액화가스의 증발은 증발기로 불리는 열교환기 내부로 흐르는 온수에서 전달된 열을 흡수하여 일어난다.

수요자에 의한 초과 가스 수요로, 또는 증발기 온수의 온도강하로 배출되는 가스가 완전히 건포화상태가 아닌 액체상태의 가스가 포함되어 배출될 수도 있다.

증류증기 가스버너(still damp gas burner)의 시작과 액체상태에서 가스포켓 증류(gas pockets still)의 연속적인 발생에 대한 위험을 피하기 위해, 현재의 기술은 실질적으로 두 가지 시스템을 채용하고 있는데, 둘 다 가스 공급밸브의 바로 아래와 증발기 입구에 배치된 팽창실에서 액화가스 수위를 변경하지 않고 유지하려는 기술에 바탕을 두고 있다.

제1 시스템은 감지된 수위에 따라 가스 유입밸브의 개방정도를 조정하는 부체(float)의 사용을 통해 액화가스 수위의 검사를 수행한다.

그러나 이러한 검사는 부체에 의해 형성되는 기계적 센서에 의한 조정 시스템의 응답에 내재하는 지연때문에 항상 효율적인 것은 아니다.

이런 단점을 피하기 위해 어떤 플랜트에서는 추가의 안전 전자밸브가 도입되기도 하였다. 온도센서가 증발기에서 수온이 어떤 예상 최저치 이하로 내려가는 것을 감지하면 이런 전자밸브는 닫히게 된다.

대신에 제2 시스템은 온오프 전기제어 형식인 가스 유입밸브를 직접 제어하는 자기식 탐지기를 사용하여 액화가스 수위의 검사를 수행한다.

적용된 해결방식의 둘 모두에 있어서, 전기적 검사 시스템의 사용은 더 많은 실현비용과 관리비용이 드는 폭발 방지 플랜트의 시설이 법에 의해 요구된다.

현존의 모든 플랜트에서 팽창실에서 액화가스 수위는 어쨌든 다소간 넓은 범위의 변동폭을 가지게 된다.

어떠한 가스도 수반함이 없이, 열교환기의 온수에 의해 천천히 전달된 열 때문에 상기 동일 팽창실에 존재하는 액체는 점점 증발하여 비정상적인 초과압을 형성하게 된다.

위험한 한계를 넘는 것을 피하기 위해 작은 안전밸브가 항상 사용된다. 이 작은 밸브는 압력하의 가스를 밸브 유니트를 바이패스시켜 탱크로 되돌려 보내준다.

이 작은 안전밸브는 고리형 밀봉인 밀봉 플러그 너트와 개스킷(gasket)을 구비한 통상의 형식인데, 오랫동안 실제로 작동되지 않는 것이기 때문에 막히거나 미리 설정된 정도를 유지하지 못하여 밸브의 작동전에 플랜트를 과압시킬 위험을 초래할 수도 있다.

본 발명은 바람직하게는, 액화가스증발이나 주로 유체를 위한 플랜트(plants) 입구에 적용되는 것으로, 증기를 발생하는 열교환기를 통해 흐르는 온수에 잠기는 탐지기를 사용하는 정온검사(thermostatic check)에 따른 유체흐름을 조정하기 위한 밸브 유니트에 관한 것이다.

도 1은 증발기 입구에 적용된 본 발명에 따른 밸브 유니트의 전체적인 도면,

도 2는 셔터가 완전히 닫힌 상태의 주밸브를 구비한 본 발명의 밸브 유니트의 축방향 단면도,

도 3은 셔터가 부분적으로 개방된 상태의 밸브 유니트의 축방향 단면도,

도 4는 셔터가 완전히 개방된 상태의 밸브 유니트의 축방향 단면도,

도 5는 개방된 안전밸브를 통해 과압된 가스가 흐르는 상태를 나타내는 밸브 유니트의 축방향 단면도이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 극복하기 위한 것이다.

엄밀하게는, 본 발명의 목적중의 하나는, 증발기로부터 물의 유출관에 있는 온수의 온도를 정온형식으로 검사한 결과에 따라 액화가스의 주 유입밸브의 개방정도의 연속조정을 수행하는 밸브 유니트를 구현하는 것이다.

상기 밸브 유니트의 다른 목적은, 불규칙성의 상태에서 제2 안전밸브의 사용을 통해 안전요구조건을 실현하는 것인데, 압력하 가스의 블로바이(blow-by)를 위해, 상기 밸브는 순전히 기계적으로 작동하여야 하며, 따라서 전기회로의 사용에 의한 폭발의 위험성을 피할 수 있게 되며, 어떤 경우에도 밸브폐쇄나 비조정의 위험성을 막을 수 있는 셔터같은 것을 구비하여야 한다.

상기한 목적은 압력하의 유체흐름을 자동적으로 조정하기 위한 밸브 유니트를 구현함으로써 달성되는데, 상기 밸브는, 청구범위의 기재와 같이, 가스의 공급관에 설치된 유입필터;

이송관으로부터 증발기로 전송하는 가스 팽창실;

가스흐름을 조절하는 조절수단을 구비한 밸브 유니트에 있어서,

상기 조절수단은:

상기 공급관과 상기 이송관 사이에 설치되고, 상기 팽창실을 통하여 흐름을 차단하거나 공급하기 위하여 정온 액튜에이터와 공조하여 작동하는 제1 셔터를 구비하는 주밸브; 및

상기 팽창실에서 상기 공급관으로 전달하는 적어도 하나의 순환관을 차단하는 적어도 하나의 제2 셔터를 구비하고 상기 팽창실로 전달하는 안전밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트이다.

본 발명의 이와 같은 그리고 다른 장점과 특징은 발명의 상세한 설명을 통해 그리고 첨부되는 도면을 참조로 하여 바람직한 실시예로서 기술될 것이다. 그러나 도면으로 나타낸 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아님을 분명히 해둔다.

도 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 밸브 유니트(1)는 실질적으로 열교환기인 증발기(2)의 입구에 설치되어 있다.

상기 열교환기는 온수에 잠긴 코일이나 튜브 다발 형태로 될 수 있다.

도 1에 보인 예에서 증발기는 정상적인 작동상태에서 액화가스가 밸브 유니트(1)에 의해 조정되면서 화살표(3)을 따라 증발기 안으로 들어와서 화살표(4)를 따라 위로 배출되는데, 완전히 가스 상태로서 버너로 보내지게 되어 있다.

증발 열교환은 증발기 내부에서 순환관(5)으로 유입되어 배관(6)으로 배출되는 온수의 순환을 통해 이루어진다.

상기 배관(6)에는 정온 탐지기(10)가 정온 액튜에이터(12)에서 동작하는 모세관(11)에 연결되어 있다. 상기 모든 요소는 본 발명의 밸브 유니트에 연결되어 있다.

도 1의 위치에 대해 중심선을 따라 위에서 보아, 도 2, 3, 4 및 5에 도시된상기 밸브 유니트는, 저장탱크로부터 나오는 액화가스의 공급관(3a)에 대응하는 위치에 놓인 공지된 형태의 필터(13)와, 이송관에서 증발기로 이송하는 확장 및 연결실(14)을 구비하고 있다.

밸브 유니트는, 닫혔을 때 밀봉링(151)에 맞닿는 제1 실린더형 셔터(150)를 갖추고 있는 가스흐름 조절을 위한 주밸브(15)를 구비하고 있다.

상기 제1 실린더형 셔터(150)는, 도 3에서 볼 수 있듯이, 정온 액튜에이터(12)에 의해 압축된 스프링(154)의 반력에 대해 상기 주밸브(15)의 점진적인 개방을 실현하기 위한 연속적인 추진 동작을 수행하는 축머리(gudgeon, 152)에 연결되어 있다.

상기 추진 동작은 상기 액튜에이터(12)의 벨로우즈 체임버(bellows chamber, 120) 안에 있는 액체의 팽창의 결과로 상기 벨로우즈 체임버에 의해 밀리는 플런저(plunger, 153)를 통해 발생한다. 이 벨로우즈 체임버는 모세관(11)을 통해 정온 탐지기(10)와 연결되어 있다. 즉, 증발기(2)에서 온수가 배출되는 배관(6)과 상기 액튜에이터(12)의 벨로우즈 체임버(120)는 정온 탐지기(10)와 모세관(11)을 통해 연결되어 있는데, 배출온수가 높으면 벨로우즈 체임버(120)의 부피가 팽창하여 스프링(154)이 압축되어 상기 플런저(153)가 밀려서 상기 축머리(152)가 밀리게 되어 상기 제1 실린더형 셔터(150)가 열리게 된다. 배출 온수가 낮으면 반대로 된다.

그러한 방식으로, 플랜트의 최소와 최대 조정치의 중간온도를 가진 온수의 경우에, 상기 제1 실린더형 셔터(150)는 부분적으로 개방되고, 그 결과는 도 3에 도시되어 있는 상태로 되는데, 상기 필터(13)에서 나오는 액화가스의 유출흐름은, 주밸브(15)를 통하여 상기 팽창 및 연결실(14)로 향하고 이송관(4a)에서 증발기(2)로 연결되면서 밖으로 나간다.

상기 제1 실린더형 셔터(150)의 최대 개방상태는 도 4에 나타나 있는데, 증발기의 순환관에서 온수의 조정에 의해 가능한 건포화가스를 최대한으로 취할 수 있는 상태가 된다.

뒤이은 온도의 하강에 의해 더 이상으로 가스를 얻을 수는 없게 된다. 이 온도의 하강은 미리 맞춘 한계조건을 재조정할 필요에 따라 다시 상기 제1 실린더형 셔터를 닫도록 한다.

비슷한 방법으로, 밸브 유니트는, 전체 증발에 일치하는 가스량을 얻을 수 있게 하면서, 열교환기에서 나오는 온수의 온도에 따라 상기 제1 실린더형 셔터(150)의 몇개의 중간위치에서 자동적으로 조정하게 된다.

그리하여 증발기의 출구에서 건포화증기만을 절대적으로 취할 수 있게 된다.

플랜트의 보일러에서 연소되는 가스의 소비가 감소되고, 또 열교환기에서 나오는 온수의 온도가 가스의 계속적인 증발을 가능하게 할 때, 액화가스는, 액화가스가 천천히 증발하면서 상기 팽창실(14)과 주밸브(15) 위에서 머물다가 여전히 개방된 상기 제1 실린더형 셔터(150)를 거쳐 공급관(3a)으로 향하게 된다.

정온 유니트가 고장나거나, 가스를 얻는 것이 중지되거나 다른 고장이 발생하는 경우, 상기 제1 실린더형 셔터(150)를 완전히 닫히게 할 수 있다.

그러한 경우에, 상기 팽창실(14)에 있는 액화가스가 계속 증발하여 위험한 과압상태를 초래하는 것을 막기 위해 본 발명의 밸브 유니트는 도 5에 표시된 제2 원추형 셔터(160)를 구비한 안전밸브(16)를 구비하고 있는데, 상기 원추형 셔터(160)는 내부에 회송관(18)과 연통되는 작은 실린더형 체임버(163)가 형성되어 있으며, 상기 안전밸브(16)는 스프링(162)의 힘에 의해 고리형 밀봉(161)의 실린더형 구멍으로 밀려 결합된다.

일단 내부에서 어떤 과압상태가 도달하면, 팽창실(14)에 있는 압력하의 가스는 상기 제1 실린더형 셔터(150)를 둘러싸는 고리형 체임버(17)로 연통해서 흐르고, 상기 안전밸브(16)의 원추형 셔터(160)를 밀어서 개방하고, 회송관(18)을 통해 흐르면서 내부통로(150a)가 구비된 상기 제1 실린더형 셔터(150)를 통해 화살표 방향(8)으로 되돌아, 주밸브(15)에서 공급관(3a)으로 다시 순환하게 된다.

이러한 방식에서는, 플랜트 내부에서 위험스런 과압에 이르거나 증발기 내에서 액화가스 포켓이 발생하는 위험이 전혀 없게 된다.

위에서 설명된 바에 따르면, 본 발명의 밸브 유니트는, 전기회로를 사용하지 않고, 유체의 온도상승에 따라 주밸브를 점차 개방시켜 작동하는 정온검사를 사용하여 압력하의 유체의 흐름을 조정할 필요가 있는 모든 경우에도 사용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

실제 적용에 있어서는, 상기 밸브 유니트의 작동요소의 형태나 크기는 첨부된 도면과 위에서 설명한 것을 참조하여 변화시킬 수 있다.

그러나, 설명된 실시예와 다른 적용 가능한 변형은 본 발명의 범주내에 있는 것이다.

Claims (6)

1. 가스의 공급관(3a)에 설치된 유입필터(13);

   이송관(4a)으로부터 증발기(2)로 전송하는 가스 팽창실(14);

   상기 가스흐름을 조절하는 조절수단을 구비한 밸브 유니트에 있어서,

   상기 조절수단은:

   상기 공급관(3a)과 상기 이송관(4a) 사이에 설치되고, 상기 팽창실(14)을 통하여 흐름을 차단하거나 공급하기 위하여 정온 액튜에이터(12)와 같이 작동하는 제1 실린더형 셔터(150)를 구비하는 주밸브(15); 및

   상기 팽창실(14)에서 상기 공급관(3a)으로 전달하는 적어도 하나의 순환관(18a)을 차단하는 적어도 하나의 제2 셔터(160)를 구비하고 상기 팽창실(14)로 전달하는 안전밸브(16)를 구비한 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주밸브(15)의 제1 실린더형 셔터(150)는, 한쪽면은 상기 정온 액튜에이터(12)와 작용하고 반대면은 스프링(154)과 맞닿는 플런저(153)가 그 단부에 구비된 축머리(152)가 구비되고, 닫혔을 때 밀봉링(151)과 맞닿게 되어 있으며 실린더형태를 한 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정온 액튜에이터(12)는 상기 증발기(2)의 온수 배출관에 설치된 모세관(11)을 통해 정온 탐지기(10)에 연결된 벨로우즈 체임버(120)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트.
4. 제1항에 있어서, 상기 안전밸브(16)의 제2 셔터(160)는 원추형으로 되어 있으며, 스프링(162)의 탄력에 의해 고리형 밀봉(161)의 구멍과 결합되며, 이 제2 셔터(160)는 상기 제1 실린더형 셔터(150)에 이르는 회송관(18)을 통해 상기 공급관(3a)과 연통되는 작은 실린더형 체임버(163)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 셔터를 둘러싸고 있으며 상기 팽창실(14)과 상기 안전밸브(16)로 연결시키는 고리형 체임버(17)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1 실린더형 셔터(150)는 내부적으로 비어 있고 상기 회송관(18)에서 상기 공급관(3a)으로 전달하기에 적절한 내부통로(150a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체유동을 조정하기 위한 밸브 유니트.