KR100765692B1 - 비례 제어용 유체 혼합기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박과 같은 대형 소화시설 등에 사용되는 비례 제어용 유체 혼합기에 관한 것이다.

본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기는, 유체유입구, 보조유체유입구, 유체배출구, 혼합액배출구가 형성되어 있는 몸체부와; 혼합액배출구와 연결된 연결부와; 연결부에 연결되어 있고, 보조유체유입구와 연결되어 유체가 내부로 공급되며, 혼합유체를 공급받도록 되어 있고, 내부에 다이어프램이 설치되어 있으며, 유체의 압력에 따라 유체와 혼합유체를 혼합시키도록 되어 있는 혼합부와; 유체배출구를 개폐시키도록 되어 있고, 일측에 압력전달부재가 설치되어 있는 저항판과; 압력전달부재로부터 유체의 압력을 전달받아 이동통로 축방향으로 이동하면서 일측 끝단이 이동통로를 개폐시키도록 되어 있는 작동봉과; 작동봉이 이동통로 축방향으로 탄성복원력을 갖도록 이동통로 내부에 설치되어 있는 탄성부재;로 구성된다.

본 발명에 의해, 유량의 급격한 증감에도 불구하고 일정한 비율로 두 유체 즉, 소방용수와 폼을 혼합시킬 수 있는 비례 제어용 유체 혼합기가 제공된다.

선박, 소화, 혼합기, 유체, 다이어프램

Description

비례 제어용 유체 혼합기{THE FLUID MIXER FOR PROPORTIONAL CONTROL}

도 1은 종래의 유체 혼합기를 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기를 나타낸 부분절단 사시도.

도 3은 본 발명으 비례 제어용 유체 혼합기 작동 상태를 나타낸 부분절단 사시도.

도 4는 본 발명 비례 제어용 유체 혼합기의 혼합부 작동 상태를 나타낸 부분절단 사시도.

도 5는 본 발명 비례 제어용 유체 혼합기의 유체유입구 측을 나타낸 사시도.

도 6은 본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기를 정면에서 본 부분 단면도.

도 7은 본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기를 측면에서 본 부분 단면도.

도 8은 본 발명 비례 제어용 유체 혼합기의 작동 상태를 측면에서 나타낸 부분 단면도.

도 9는 본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기 저항판의 또다른 예를 나타낸 부분 단면도.

도 10은 본 발명의 저항판에 설치되는 압력전달부재 예를 도시한 단면도.

(A) : 압력전달부재에 보조압력전달부재가 형성된 예.

(B) : 압력전달부재와 저항판이 예각을 이루도록 형성된 예.

(C) : 압력전달부재의 뒷면이 호 형을 이루도록 형성된 예.

도 11은 본 발명의 저항판 회전각도에 따라 작동봉이 이동통로 상단을 개폐시키는 상태를 나타낸 개략도.

(A) 저항판의 회전각도가 0°일 때.

(B) 저항판의 회전각도가 15°일 때.

(C) 저항판의 회전각도가 30°일 때.

(D) 저항판의 회전각도가 45°일 때.

도 12는 개구부의 변위에 따른 본 발명의 작동봉 단면 형상 예를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>

10 : 몸체부 11 : 유체유입구

12 : 보조유체유입구 13 : 유체배출구

14 : 혼합액배출구 14a : 가이드홀

15 : 가이드홈 20 : 연결부

21 : 관형부재 22 : 커넥터

23 : 이동통로 23a : 1차배출구

30 : 혼합부 31 : 하부케이스

32 : 상부케이스 32a : 유체이동통로

33 : 다이어프램 34 : 조절관

35 : 조절판 36 : 압력조절공간

37 : 보조이동통로 40 : 저항판

41 : 압력전달부재 41a : 보조압력전달부재

42 : 힌지 50 : 작동봉

51 : 압력수용부재 52 : 개폐부재

52a : 플랜지부 60 : 탄성부재

70 : 보조유체공급관 80 : 혼합유체공급관

90 : 순환배관 100 : 수차

110 : 실린더 120 : 기어박스

본 발명은 비례 제어용 유체 혼합기에 관한 것이다.

유체 혼합기는 서로 다른 성질의 유체를 서로 혼합시키는 장치를 지칭하는 것으로 혼합을 통해 유체의 농도를 낮추거나 발포거나 성질을 변화시키는 용도로 각종 플랜트 설비 및 제조 설비에 사용되어 왔다.

이러한 유체 혼합기의 사용 목적 중 한 가지인 포소화설비는 가연물의 표면에 물과 폼을 혼합한 거품 형태의 혼합액을 살포하여 가연유체와 공기의 접촉을 차 단하여 소화시키는 설비로써, 주로 인화성 및 가연성 액체 위험물을 대상으로 사용되는 것이다.

즉, 포소화설비에 사용되는 유체 혼합기는 유체인 물에 혼합유체인 폼을 혼합시켜 거품 형태의 혼합액을 생성하는 것이다.

이러한 포소화설비에 사용되는 유체 혼합기는 포소화설비의 용량 및 사용 목적에 따라 다양한 종류가 사용되고 있다.

구체적인 종류로 벤츄리(Ventury) 타입의 라인 혼합기(Line proportioner), 압력 혼합기 (Pressure Proportioner), 평형 압력 혼합기(Balanced Pressure Proportioner) 등이 있다.

라인 혼합기는 일반적으로 배수 라인 중간에 설치되며, 벤츄리 효과에 의해 진공을 형성시켜 혼합유체 즉, 폼을 흡입, 혼합하는 방식으로 가격이 저렴한 장점이 있으나 압력 및 유량에 민감해 유량 고정형의 소형 소화설비에 주로 사용된다.

압력 혼합기는 혼합유체 저장탱크로 물을 유입시켜 유체 압력에 의한 압입과 혼합기의 벤츄리 흡입을 이용하여 혼합유체와 유체를 혼합하는 방식으로, 정격 혼합비에 도달하는 시간이 길어 대용량에 적합하지 않다.

평형 압력 혼합기는 별도의 혼합유체 압입펌프를 설치하고 배관내의 압력에 따라 혼합유체 저장탱크로 환송되는 양을 조절함으로써 혼합유체를 일정비율로 압입ㆍ혼합하는 방식으로 일정한 비율로 혼합유체를 혼합할 수 있으나 구성이 복잡하고, 가격이 비싼 단점이 있다.

위와 같은 혼합기의 핵심 기술 요소는 유체와 혼합유체의 혼합비율의 조정에 있다.

즉, 설치될 포소화설비의 목적에 따라 혼합비율을 조정할 수 있도록 하거나 일정한 혼합비율을 갖도록 해야 한다.

보편적으로 혼합유체 즉, 폼의 팽창률이 낮은 저팽창(Low expansion)용은 혼합유체의 혼합비율이 전체 혼합액 부피 대비 3 ~ 6 % 이며, 이때는 혼합비를 매우 균일하게 할 필요는 없기 때문에 주로 혼합비를 조정할 수 있는 형태의 혼합기를 사용한다.

반면, 혼합유체의 팽창률이 높은 고팽창(High expansion)용은 혼합유체의 혼합비율이 전체 혼합액 부피 대비 1 %로 일정한 값을 가지도록 해야 한다.

유체와 혼합유체의 혼합비율을 일정하게 유지하도록 하기 위한 기술로, 회전운동을 하는 수차와, 수차(100)의 회전 운동 에너지를 이용하여 약체를 토출하는 약제 펌프 실린더를 작동시키도록 되어 있는 '약제 혼합 장치 및 그 방법'(한국 공개특허공보 제10-2005-0046649호)이 안출되었다.

그런데, 위와 같은 장치는 기어박스(120), 약제 펌프 실린더(110) 등을 구성해야 하며, 약제펌프의 동작 역시 약제 펌프 실린더의 동작에 맞추어 약제를 배출시켜야 하므로 컨트롤 장치를 구비해야 하는 문제점이 있었다.

한편, 저압발생장치와 혼합비 조절 메터링 장치로 구성된 혼합기의 혼합비를 일정하게 하기 위해 오리피스 플레이트, 다이어프램, 밸브 등으로 구성된 '자동유량보상 비례 제어용 폼비례혼합기'(한국 등록특허공보 제10-0541969호)가 안출되기도 하였다.

위와 같은 장치는 라인 혼합기 타입으로써 소량의 소화설비에는 적합하나 대용량의 소화설비에 사용할 경우 스프링과 같은 제품의 강도가 높아야 되어 사실상 대용량 소화설비에 사용하기 부적합한 문제점이 있었다.

또, 위와 같은 장치는 오리피스를 이용하도록 되어 있는데, 오리피스는 위에서 설명한 것처럼 고팽창용으로는 부적합한 문제점도 있었다.

특히, 선박용 고팽창 폼 시스템(High expantion form system)에서는, 기관실과 펌프 룸(Pump room) 등의 유량(flow rate) 차이가 10배 혹은 20배까지 차이가 나게 되는데 위와 같은 혼합기로는 약 2배 정도의 유량 변화에 대해서만 적용 가능할 뿐 큰 유량 변화가 있는 시스템에는 적용하기 어려운 문제점도 있었다.

이에 따라, 상기 발명에 기재되어 있는 것처럼 여러 대의 혼합기를 분기로 연결하게 되는데 이는 또 다른 제어 배관 및 밸브를 필요로 하게 되어 결국 유량 변화가 많은 곳에 적용하기에 부적합한 문제점이 있었다.

본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기는 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 선박과 같이 규모가 큰 대형 포소화설비용으로 사용하기 적합하도록 유체와 혼합유체의 혼합비율을 일정하게 유지할 수 있는 비례 제어용 유체 혼합기를 제공하려는 목적이 있다.

또, 간단한 구조를 가지면서 별도 외부 동력이 필요 없는 유체 혼합기를 제공하려는 목적도 있다.

구체적으로, 유체 압력에 의해 회전 개폐되는 저항판을 유체배출구 측에 설치하고, 저항판에는 압력전달부재를 설치하며, 압력수용부재가 고정되어 있는 작동봉과 탄성부재를 설치하여, 압력전달부재의 회전에 의해 압력수용부재가 작동봉을 상하로 운동시켜 이동통로의 개폐 면적을 조절시킴으로써 유체배출구의 개폐율과 이동통로의 개폐율이 일정하게 유지되도록 하고, 이로 인해 유체 압력의 변화에도 항상 일정한 혼합 비율을 유지할 수 있게 하려는 목적을 갖는 것이다.

또, 유량이 적아질 경우 스프링과 저항판을 이용해 강제적으로 차압을 발생시켜 유체의 양이 급격히 줄어들 때도 일정한 혼합 비율을 유지할 수 있게 하려는 목적도 있다.

본 발명은 비례 제어용 유체 혼합기에 관한 것이다.

본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기는 유체 압력에 의해 회전 개폐되는 저항판을 유체배출구 측에 설치하고, 저항판에는 압력전달부재를 설치하며, 압력수용부재가 고정되어 있는 작동봉과 탄성부재를 설치하여, 압력전달부재의 회전에 의해 압력수용부재가 작동봉을 상하로 운동시켜 이동통로의 개폐 면적을 조절하도록 되어 있다.

즉, 저항판과 작동봉이 각각 유체배출구와 이동통로를 일정한 면적 비율로 개폐시켜 유체 압력에 관계없이 일정한 혼합비율을 갖도록 되어 있다.

특히, 정상 유량보다 적은 유량이 공급되는 경우에도 탄성부재의 복원력에 의해 유체배출구와 이동통로의 면적이 일정하게 유지되도록 함으로써 유량에 관계없이 일정 비율로 혼합유체가 혼합되게 되어 있다.

위와 같은 기능은 복잡한 구성 및 동력의 소요 없이 간단한 구조의 저항판과, 작동봉, 탄성부재만으로 가능하게 되어 있다.

이를 위해 본 발명의 유체 혼합기는, 유체가 유입되는 유체유입구와 보조유체유입구가 일측에 형성되어 있고, 유체가 배출되는 유체배출구와 혼합액이 배출되는 혼합액배출구가 타측에 형성되어 있는 몸체부와; 혼합액배출구와 연결된 이동통로가 내부에 형성되어 있는 연결부와; 일측이 연결부에 연결되어 있고, 보조유체공급관을 통해 보조유체유입구와 연결되어 있어 보조유체유입구로 유입된 유체가 내부로 공급되며, 타측은 외부의 혼합유체공급관과 연결되어 혼합유체를 공급받아 보조유체유입구를 통해 유입된 유체와 혼합유체가 혼합되도록 되어 있고, 내부에 다이어프램이 설치되어 있어 보조유체공급관으로부터 공급되는 유체의 압력에 따라 유체와 혼합유체를 혼합시키도록 되어 있는 혼합부와; 몸체부의 유체배출구에 설치되어 유체의 압력에 따라 유체배출구를 개폐시키도록 되어 있고, 일측에 압력전달부재가 설치되어 있는 저항판과; 이동통로 내부에서 몸체부 내측까지 연장된 채 이동통로 축방향으로 이동 가능하도록 설치되어 있고, 이동에 따라 일측 끝단이 이동통로를 개폐시키도록 되어 있으며, 일측에 상기 압력전달부재로부터 유체의 압력을 전달받아 이동통로 축방향으로 이동시키는 압력수용부재가 설치되어 있는 작동봉과; 작동봉이 이동통로를 밀폐시키는 방향으로 탄성복원력을 갖도록 이동통로 내부 에 설치되어 있는 탄성부재; 로 구성된다.

본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면에 의하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 구체적으로 설명하기 위한 하나의 예를 도시한 것에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 구성요소인 몸체부(10)는 유체가 유입되는 유체유입구(11)와 보조유체유입구(12)가 일측에 형성되어 있고, 유체가 배출되는 유체배출구(13)와 혼합액이 배출되는 혼합액배출구(14)가 타측에 형성되어 있다.

유체유입구(11)와 유체배출구(13)는 도 8에 도시되어 있는 것처럼 외부의 순환배관(90)과 연결되어 있다.

선박의 소화설비의 경우 상기 순환배관(90)은 해수가 공급되어 배출되는 배관이 해당된다.

한편 보조유체유입구(12)는 유체유입구(11)와 같은 면에 위치하며 혼합유체에 혼합되기 위한 유체가 유입되는 곳이다.

여기서 혼합유체는 포소화설비의 경우 폼이 해당되며, 유체는 물 또는 해수가 해당된다.

또, 혼합액배출구(14)는 보조유체유입구(12)를 통해 유입된 유체가 혼합유체 와 일정한 비율로 혼합되어 형성된 혼합액이 배출되는 곳이다.

이 혼합액배출구(14)에서 배출되는 혼합액은 보조유체유입구(12)를 거치지 않고 유체배출구(13)로 바로 배출되는 유체와 혼합되도록 되어 있다.

즉, 몸체부(10)는 다량의 유체가 이동하는 상태에서 일부분의 유체를 추출한 후 혼합유체와 혼합한 다음 다시 이동하는 유체에 혼합시키는 구조를 갖도록 하기 위한 기본 케이스인 것이다.

이를 위해 몸체부(10)는 도 2, 도 5에서 보는 바와 같이 양측 끝단이 개방된 형태의 관 형상으로 형성되어 있으며, 개방된 양쪽 면에는 각기 보조유체유입구(12)와 혼합액배출구(14)가 형성되어 있는 구조를 갖는다.

또, 보조유체유입구(12)와 혼합액배출구(14)는 각각 몸체부(10)의 둘레 부분에 개구부가 형성되어 있어 후술하는 보조유체공급관(70), 연결부(20)와 연결된 구조를 갖는다.

또한, 몸체부(10)의 혼합액배출구(14) 내부 바닥면에는 후술하는 작동봉(50)이 삽입될 수 있도록 가이드홀(14a)이 형성되어 있으며, 작동봉(50)이 삽입되는 축방향으로 몸체부(10)의 내측면에 가이드홈(15)이 형성되어 있어 작동봉(50)의 일측이 삽입되도록 되어 있다.

본 발명의 구성요소인 연결부(20)는 혼합액배출구(14)와 연결된 이동통로(23)가 내부에 형성되어 있어 혼합액이 내부에서 이동 가능하도록 되어 있다.

이러한 연결부(20)는 하나의 관형부재(21)로 형성될 수도 있으나 도 2에 도 시되어 있는 것처럼 관형부재(21)에 커넥터(22)가 연결된 형상이 바람직하다.

여기서 중요한 점은 이동통로(23)의 끝부분 면적, 즉 도면상에서 상단 부분은 후술할 작동봉(50)이 이동통로(23)의 축방향으로 이동하면서 이동통로(23)의 끝부분을 개방시키거나 밀폐시킬 수 있는 형상으로 형성되어 있다는 것이다.

즉, 하나의 관형부재(21)로만 연결부(20)를 형성할 경우 관형부재(21)의 끝부분은 입구를 좁게 형성하면 되나, 하나의 관형부재(21)의 가공을 통해 이를 성취하기 어렵기 때문에 도 2에서와 같이 관형부재(21)의 끝부분에 커넥터(22)를 설치하는 것이 바람직하다.

또, 커넥터(22)의 중앙에는 1차배출구(23a)를 형성하는 것이 좋다.

따라서, 1차배출구(23a) 또는 이동통로(23) 끝부분의 직경은 후술하는 작동봉(50)의 크기를 고려하여 결정하면 된다.

본 발명의 구성요소인 혼합부(30)는 도 2에서 보는 바와 같이 일측이 연결부(20)에 연결되어 있고, 타측은 도 8에서 보는 것과 같이 외부의 혼합유체공급관(80)과 연결되어 있어 외부로부터 혼합유체를 공급받도록 되어 있다.

또, 몸체부(10)의 보조유체유입구(12)와 보조유체공급관(70)으로 연결되어 있어 보조보조유체공급관(70)으로 유입된 유체가 내부로 유입되도록 되어 있다.

즉, 보조유체유입구(12)로부터 유체를 공급받고, 혼합유체공급관(80)으로부터 혼합유체를 공급받아 유체와 혼합유체가 혼합된 후 이동통로(23)로 배출되도록 되어 있는 것이다.

도 2를 통해 혼합부(30)의 일 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 혼합부(30)는 상부케이스(32)와 하부케이스(31)가 서로 맞대어 고정되어 있고, 그 사이에 다이어프램(33)이 설치되어 있다.

상부케이스(32)에는 상하로 관통된 보조이동통로(37)가 형성되어 있으며, 상부케이스(32)와 하부케이스(31)가 서로 고정된 상태에서 보조이동통로(37) 하부에는 보조이동통로(37)보다 공간이 넓은 압력조절공간(36)이 형성되어 있다.

이때, 다이어프램(33)의 설치 위치는 도 2에서 보는 바와 같이 압력조절공간(36) 내부가 된다.

또, 상부케이스(32)의 일측에는 보조유체공급관(70)으로부터 유체를 공급받아 압력조절공간(36)으로 유체를 이동시키도록 유체이동통로(32a)가 형성되어 있다.

또한, 보조이동통로(37)의 둘레에는 조절관(34)이 설치되어 있는데, 조절관(34)은 압력조절공간(36) 내부 압력에 따른 다이어프램(33)의 유동에 따라 보조이동통로(37)의 축방향으로 운동 가능하게 되어 있다.

이때, 도면에서 볼 때 조절관(34)이 상부로 이동할 경우 조절관(34)을 통해 유체나 혼합유체가 유입되지 않도록 보조이동통로(37) 상부에 조절판(35)이 설치되어 있다.

즉, 조절관(34)이 압력에 의해 상부로 이동하게 되면 조절판(35)과 밀착되어 조절관(34) 내측으로 혼합유체나 유체가 유입되지 않는 것이다.

구체적으로, 도 7을 보면 보조유체공급관(70), 유체이동통로(32a)를 통해 압 력조절공간(36) 내부로 유체가 유입되지 않는 상태에서는 다이어프램(33)은 압력조절공간(36) 상단에 밀착되고, 이에 따라 조절관(34)의 상단은 조절판(35)과 맞닿아 보조이동통로(37)로는 유체, 혼합유체, 모두 유입되지 않게 된다.

반면, 보조유체공급관(70)으로부터 유체를 공급받게 되면 도 8과 같이 압력조절공간(36) 내 다이어프램(33)은 하부로 밀려나게 되고, 이와 동시에 조절관(34)이 하부로 이동해 조절관(34)과 조절판(35)이 서로 떨어지게 된다.

즉, 압력조절공간(36)으로 유입된 유체는 조절관(34)과 보조이동통로(37) 사이의 틈을 통해 조절관(34) 내측으로 혼합유체와 함께 유입되면서 혼합되는 것이다.

이때, 조절관(34)과 상부케이스(32)의 보조이동통로(37) 둘레면 즉, 접촉면은 완전히 밀착되어 있는 상태가 아니며, 틈을 갖는 상태로 되어 있어 압력조절공간(36)으로 유입된 유체가 조절관(34)과 보조이동통로(37) 사이의 틈을 통해 관 내부로 유입되도록 될 수 있게 된다.

위와 같은 혼합부(30)의 구성 중 상부케이스(32)와 하부케이스(31)는 일체로 형성할 수 있으며, 단지 다이어프램(33)의 둘레면을 고정시킬 수 있기만 하면 된다.

또, 다이어프램(33)의 설치 형태나 상부케이스(32), 하부케이스(31)의 형태, 조절관(34) 및 조절판(35)의 형태 및 디자인은 공지되어 있는 폼 혼합기를 참조하여 다양한 형태로 형성할 수도 있다.

본 발명의 구성요소인 저항판(40)은 몸체부(10)의 유체배출구(13)에 설치되어 유체의 압력에 따라 유체배출구(13)를 개폐시키도록 되어 있으며, 몸체부(10) 내측 방향으로 압력전달부재(41)가 설치되어 있다.

구체적으로 도 2, 도 3에서 보는 바와 같이 저항판(40)은 유체배출구(13)에 힌지(42)로 결합되어 있고, 그 안쪽에 압력전달부재(41)가 설치된 구조를 갖는다.

도 3에는 유체의 압력에 의해 저항판(40)이 회전하면서 유체배출구(13)가 개방되는 상태를 도시한 것이다.

이러한 저항판(40)은 도 2, 도 3에서 보는 바와 같이 몸체부(10)에 유체배출구(13) 외측에 설치할 수도 있고, 도 9와 같이 유체배출구(13) 내측에 설치할 수도 있다.

유체배출구(13) 내측으로 매입형으로 설치할 때는 유체배출구(13)와 틈을 0.5 mm 이내로 하여 최대한 틈을 줄이도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성요소인 작동봉(50)은 이동통로(23) 내부에서 몸체부(10) 내측까지 연장된 채 이동통로(23) 축방향으로 이동 가능하도록 설치되어 있고, 이동에 따라 일측 끝단이 이동통로(23) 끝단 즉, 1차배출구(23a)를 개폐시키도록 되어 있으며, 일측에 압력전달부재(41)로부터 유체의 압력을 전달받아 이동통로(23) 축방향으로 이동시키는 압력수용부재(51)가 설치되어 있다.

보다 구체적으로, 작동봉(50)은 몸체부(10)의 내측에 형성된 가이드홈(15)에 끝단이 삽입되어 있고, 혼합액배출구(14)에 바닥면에 형성된 가이드홀(14a)에는 중 간 부분이 삽입되어 있다.

또, 상단은 이동통로(23)의 1차배출구(23a)를 개방시키거나 밀폐시키도록 되어 있다.

동작 원리는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 몸체의 유체유입구(11)로부터 유체배출구(13)로 향하는 유체의 압력을 받게 되면 저항판(40)이 개방되게 된다.

이때 저항판(40)이 회전하면서 저항판(40)의 내측에 설치되어 있는 압력전달부재(41)가 함께 회전하게 되는데, 압력전달부재(41)가 회전하면서 압력수용부재(51)를 눌러 압력수용부재(51)와 고정되어 있는 작동봉(50)이 하부로 이동하게 되는 것이다.

결국, 작동봉(50)이 하부로 이동하면서 이동통로(23)의 상부 즉, 1차배출구(23a)가 개방되게 되어 유체와 혼합유체의 혼합액이 이동통로(23)로 유입되게 된다.

그런데, 작동봉(50)의 상단이 평평한 면 형태로 되어 있을 경우 이동통로(23)의 개폐율이 순간적으로 변화하는 현상이 발생하게 되는데, 이럴 경우 유체배출구(13)의 개폐율과 이동통로(23)의 개폐율이 일정한 비례 형식을 갖기 어렵게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 작동봉(50)의 형상을 원추 형상으로 형상하거나, 원추형 또는 호형 단면을 갖는 개폐부재(52)를 작동봉(50)에 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 발명자는 수차례 3D 모델링 및 수식 계산을 실시한 결과 도 12에 서 보는 바와 같은 형태가 가장 적절한 개구부 비례율을 갖게 되는 것을 알 게 되었다.

하지만, 도 12와 같은 형태는 계산상의 변수에 따라 변화가 가능하다.

이처럼 작동봉(50)의 상단 형상을 가공하는 방법 외에, 작동봉(50) 상단에 다양한 단면의 형태를 갖는 개폐부재(52)를 이용해 유체배출구(13)의 형상에 따른 개폐율과 비교 실험하여 최상의 형상을 갖는 개폐부재(52)를 설치할 수 있다.

또한, 개폐부재(52)의 하부에는 면적이 넓은 플레이트를 설치하거나 개폐부재(52)의 하부를 평평하게 넓은 플랜지부(52a)를 형성해 작동봉(50)의 상승시 이동통로(23)를 완전히 밀폐시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성요소인 탄성부재(60)는 유체배출구(13)의 개방에 의해 유체배출구(13)가 개방된 상태에서 유체의 흐름이 중단되거나 유속이 느려질 경우 탄성복원력에 의해 이동통로(23) 및 유체배출구(13)의 개방 면적을 일정한 비율로 줄이도록 하기 위해 형성된 것이다.

즉, 탄성부재(60) 없이 중력에 의해 저항판(40)이 원래의 위치로 이동할 때 작동봉(50)도 함께 이동하도록 하는 것이다.

이러한 탄성부재(60)는 도면에서 보는 바와 같이 코일스프링을 사용할 수도 있으며, 탄성밴드 등 다양한 부재의 적용이 가능하다.

이러한 탄성부재(60)는 저항판(40)에서 유지되는 차압을 지속적으로 유지하는 데 필요한데, 적정 차압은 0.2 ~ 1 bar 가 바람직하다.

이러한 차압의 설정은 설계시 차압을 확정한 다음 역으로 탄성부재(60)의 탄성력을 찾아 최적의 탄성부재(60)를 설치함으로써 혼합기의 목적에 따라 다양한 차압의 조정이 가능하다.

위와 같은 구조의 본 발명 유체 혼합기의 실 설계는 유체배출구(13)의 개방 면적을 계산하고, 작동봉(50)의 이동 거리를 계산한 후 이동통로(23) 상단 개방 면적을 계산한 다음 작동봉(50) 상단 형상을 디자인하고, 저항판(40)의 모멘트를 계산한 다음 저항판(40)의 모멘트를 이용해 탄성부재(60)의 탄성력을 구하는 절차로 진행하면 된다.

도 11과 도 12는 위와 같은 절차를 통해 계산된 작동봉(50) 상단의 형상과, 저항판(40)의 회전 각도에 따른 작동봉(50) 상단이 이동통로(23)를 개폐시키는 상태를 예를 들어 도시한 것이다.

당업자라면 위에서 설명한 본 발명의 기술적 요지를 바탕으로 수차례 계산 및 3D 모델링을 통해 작동봉(50)의 형상 및 저항판(40)의 회전각과 압력전달부재(41)의 형상을 설계할 수 있으므로 상세한 설계 수식은 생략하기로 한다.

아울러 위와 같은 구성에 있어서, 저항판(40)이 갑자기 큰 압력을 받게 될 경우 압력전달부재(41)가 압력수용부재(51)에 압력을 전달하지 못할 수도 있다.

구체적으로, 압력전달부재(41)가 도 2, 도 3에 도시된 것처럼 단순히 저항판(40)에 직각인 방향으로 평평하게 형성되어 있을 경우 저항판(40)의 회전 각도가 90도에 가까와질 경우 압력전달부재(41)가 압력수용부재(51)와 서로 떨어져 압력을 전달할 수 없게 된다.

이러한 문제점을 방지하기 위해 압력전달부재(41)는 도 10에 도시된 것처럼 보조압력전달부재(41a)를 형성하거나, 단순한 일자 형이 아닌 꺽인 형상 또는 호형으로 형성해 저항판(40)의 회전 각도가 큰 경우에도 압력수용부재(51)에 항시 압력을 전달할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또는, 압력전달부재(41)의 형상 뿐만 아니라 압력수용부재(51)의 형상을 저항판(40)의 최대 회전 각도에 맞추어 설계함으로써 압력을 전달받도록 할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 몸체부(10)에 유체가 공급되지 않는 상태에서는 도 7과 같이 저항판(40)이 유체배출구(13)를 막고 있다.

이때, 상부의 조절관(34) 역시 조절판(35)에 맞닿아 있어 혼합유체 역시 내부로 유입되지 못한다.

위와 같은 상태에서 유체유입구(11)를 통해 유체가 유입되면 대부분의 유체는 저항판(40)를 밀어 올리면서 배출되게 되고, 일부분의 유체는 보조유체유입구(12)를 통해 보조유체공급관(70)연결관으로 유입된 후 혼합부(30)로 유입되게 된다.

이때, 혼합부(30) 내부로 유체가 유입되게 되면 유체의 유입을 막고 있던 다 이어프램(33)은 압력에 의해 벽면으로부터 떨어지게 되고, 이와 동시에 조절관(34)이 조절판(35)으로부터 떨어지게 된다.

결국, 조절판(35)이 설치된 부분에서 유체와 혼합유체가 혼합된 다음 이동통로(23)를 따라 이동한 후 혼합액배출구(14)를 통해 배출되게 된다.

즉, 일정한 혼합비를 갖도록 혼합액을 형성한 후 이 혼합액을 다시 유체와 일정한 비율로 혼합하는 것이다.

이때, 위에서 설명한 바와 같이 유체배출구(13)의 개방 면적의 비율과 이동통로(23)의 개방 면적이 일정한 비율로 증감되게 된다.

이는, 시간당 균일한 양의 유체가 유입될 때는 물론, 시간당 유체 공급 양이 늘어날 경우에도, 유체의 양이 늘어남에 따라 발생되는 압력에 의해 저항판(40)의 개방율이 커지게 되고, 동시에 이동통로(23)의 개방율이 커지게 되어 항상 전체 처리 유체 부피 대비 일정한 혼합유체 혼합비율을 갖게 되는 것이다.

또한, 유체의 양이 갑자기 줄어들게 되는 경우에도 탄성부재(60)의 복원력에 의해 저항판(40)과 작동봉(50)이 신속하게 유체배출구(13)와 이동통로(23)의 개방 면적을 줄여 일정한 혼합비율을 지속적으로 유지하게 된다.

이상 설명한 본 발명의 비례 제어용 유체 혼합기는 일반적으로 서로 다른 성질을 갖는 두 가지 유체를 혼합하는데 사용되는 것이나, 정밀도를 요구하면서 추가적인 설비 공간을 갖지 않는 점, 복잡하지 않은 구조 등의 이유로 선박의 화재진압용 고팽창 폼 시스템에 설치되었을 때 가장 높은 효과를 갖게 된다.

본 발명에 의해, 유량의 급격한 증감에도 불구하고 일정한 비율로 유체와 혼합유체를 혼합시킬 수 있는 비례 제어용 유체 혼합기가 제공된다.

아울러, 규모가 큰 대형 포소화설비용으로 사용되면서 구조가 간단하고, 별도 외부 동력이 필요 없는 비례 제어용 유체 혼합기가 제공된다.

특히, 급격한 유량의 감소 시에도 탄성부재를 이용해 유체와 혼합유체의 혼합비율을 일정하게 유지할 수 있는 비례 제어용 유체 혼합기가 제공된다.

Claims (5)

1. 유체 혼합기 있어서,

   유체가 유입되는 유체유입구(11)와 보조유체유입구(12)가 일측에 형성되어 있고, 유체가 배출되는 유체배출구(13)와 혼합액이 배출되는 혼합액배출구(14)가 타측에 형성되어 있는 몸체부(10)와;

   상기 혼합액배출구(14)와 연결된 이동통로(23)가 내부에 형성되어 있는 연결부(20)와;

   일측이 상기 연결부(20)에 연결되어 있고, 보조유체공급관(70)을 통해 보조유체유입구(12)와 연결되어 있어 보조유체유입구(12)로 유입된 유체가 내부로 공급되며, 타측은 외부의 혼합유체공급관(80)과 연결되어 혼합유체를 공급받아 보조유체유입구(12)를 통해 유입된 유체와 혼합유체가 혼합되도록 되어 있고, 내부에 다이어프램(33)이 설치되어 있어 보조유체공급관(70)으로부터 공급되는 유체의 압력에 따라 유체와 혼합유체를 혼합시키도록 되어 있는 혼합부(30)와;

   상기 몸체부(10)의 유체배출구(13)에 설치되어 유체의 압력에 따라 유체배출구(13)를 개폐시키도록 되어 있고, 일측에 압력전달부재(41)가 설치되어 있는 저항판(40)과;

   상기 이동통로(23) 내부에서 몸체부(10) 내측까지 연장된 채 이동통로(23) 축방향으로 이동 가능하도록 설치되어 있고, 이동에 따라 일측 끝단이 이동통로(23)를 개폐시키도록 되어 있으며, 일측에 상기 압력전달부재(41)로부터 유체의 압력을 전달받아 이동통로(23) 축방향으로 이동시키는 압력수용부재(51)가 설치되어 있는 작동봉(50)과;

   작동봉(50)이 이동통로(23)를 밀폐시키는 방향으로 탄성복원력을 갖도록 상기 이동통로(23) 내부에 설치되어 있는 탄성부재(60);를 포함하여 구성된,

   비례 제어용 유체 혼합기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 작동봉(50) 상단에는 호 형의 단면을 갖는 개폐부재(52)가 설치되어 있어 이동통로(23) 축방향으로 작동봉(50)이 이동함에 따라 이동통로(23) 끝단을 일정한 비율로 개폐시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는,

   비례 제어용 유체 혼합기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 저항판(40)은 유체배출구(13)에 힌지(42)에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 하는,

   비례 제어용 유체 혼합기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 몸체부(10)의 내부 일측면에 작동봉(50)의 끝단이 삽입되는 가이드홈(15)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,

   비례 제어용 유체 혼합기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 혼합부(30)는,

   중앙에 혼합유체가 유입되는 보조이동통로(37)가 형성되어 있고, 일측 내부에 보조유체공급관(70)으로부터 공급된 유체가 유입되는 유체이동통로(32a)가 형성되어 있는 상부케이스(32)와;

   상부케이스(32)의 하부에 설치되어 있고, 상부케이스(32)와의 사이에 압력조절공간(36)을 형성하는 하부케이스(31)와;

   상부케이스(32)와 하부케이스(31) 사이에 끼워져 둘레 부분이 고정되어 있고, 압력조절공간(36) 내 압력에 따라 유동 가능하도록 된 다이어프램(33)과;

   상기 다이어프램(33)에 둘레가 고정되어 있고, 보조이동통로(37) 내벽면에 유체가 이동할 수 있을 정도로 틈을 가진 채 설치되어 있어 다이어프램(33)의 유동에 따라 보조이동통로(37) 벽면을 따라 보조이동통로(37)의 축방향으로 이동 가능하도록 되어 있는 조절관(34)과;

   상기 상부케이스(32) 상부에 설치되어 있고, 조절관(34)의 상승시 조절 관(34)과 밀착되어 보조이동통로(37)로 혼합유체가 유입되지 못하게 되어 있는 조절판(35);을 포함하여 구성된,

   비례 제어용 유체 혼합기.

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