KR100871170B1 - 자동감압밸브 - Google Patents

Abstract

신규한 구조를 갖는 자동감압밸브에 있어서, 본체는 유체의 출입을 위한 유입구 및 유출구를 가지며 내부 공간을 갖는다. 유통실린더는 양단이 개방되고, 유입구와 연통되도록 본체 내벽에 구비되며, 외벽에 유통홀을 갖는다. 개폐피스톤은 유통실린더 내부에 이동가능하도록 구비되며, 유입구 측과 유출구 측의 유체압력의 차이에 따라 상기 유통홀을 선택적으로 개폐한다. 상기한 구조를 갖는 자동감압밸브는 개폐피스톤의 이동에 의해 유통홀의 개폐율을 조절하는 기계적인 방식을 이용하여 다양한 유량의 유통을 가능케 하고, 개폐피스톤에 압력이 작용하는 면적의 비율에 따라 다양한 비율의 감압을 가능하게 하며 유체의 역류를 방지한다. 또한 외부 방출장치에 의해 방출되는 유체의 양만큼의 유체를 유통시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 자동감압밸브를 이용하여 소정의 유체 이송장치 또는 분배배관의 낙차에 의한 유입구에 미치는 유체압력을 기 설정된 비율로 용이하게 감압시킬 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.

Description

자동감압밸브{AUTOMATIC PRESSURE REDUCING VALVE}

본 발명은 감압밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이송배관 상에 구비되어 상기 이송배관을 통해 유입되는 유입측의 유체 압력을 감압시킴과 동시에 유출측을 통해 배출되는 유체의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 자동감압밸브에 관한 것이다.

감압밸브란 배관을 통한 유체의 이송 과정에서 유체의 압력을 낮추는 기능을 수행하는 장치이다. 종래의 감압밸브는 여닫이용 디스크를 이용하여 밸브 본체에 구비된 유로를 적절한 수준으로 개폐함으로써 감압 효과를 발휘한다.

도 1은 종래의 감압밸브를 설명하기 위한 단면도로서, 디스크(12)를 운동시키는 구동력은 상기 디스크(12)와 연결된 구동축(14)에 장착된 스프링(16)의 탄성력에 의해 발생된다. 또한, 상기 스프링(10)의 탄성력은 유로의 유입측 및 유출측 사이의 압력 차이에 의해 변형하는 다이어프램(18)에 의해 조절된다. 즉, 상기 스프링(16)은 감압밸브(10)가 감압 기능을 발휘하기 위한 작동의 직접적인 동력원이 되며, 상기 다이어프램(18)은 감압밸브(10)의 정량적인 조절 기능을 제공한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 감압밸브(10)는 작동 시간이 경과함에 따라 유 체 속에 함유된 이물질이 다이어프램(18)의 수용 공간 내에 축적될 수 있다. 이에 따라, 상기 다이어프램의 정량적 변형이 올바르게 유도하지 못하는 상황이 발생하여 감압의 정확성이 저하될 수 있다.

또한, 방출이 중단될 때에는 상기 유통구가 완전히 닫혀 유출측의 유체압력이 감압된 압력으로 유지되어야 함에도 불구하고, 상기 유통구의 완전폐쇄가 일어나지 않아 방출의 중단 시 유출측의 유체압력이 유입측과 같아짐으로써, 유출측 배관에 과도한 압력이 형성되는 위험한 상황이 발생하기도 한다.

또한, 종래의 감압밸브(10)는 수평배관에만 설치되는 구조로서 수직배관에는 설치가 매우 어렵다는 단점이 있다. 또한, 상기 종래 감압밸브(10)는 유체의 유통의 발생을 검지하거나 유통되는 유량을 검지하기 위한 스위치를 일체형으로 구성하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 신규한 구조를 갖는 자동감압밸브를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 신규한 구조를 갖는 자동감압밸브는, 유체의 출입을 위한 유입구 및 유출구를 갖는 중공의 본체와, 양단이 개방되고 상기 유입구와 연통되도록 상기 본체 내벽에 구비되며 외벽에 유통홀을 갖는 유통실린더와, 상기 유통실린더 내부에 이동가능하도록 구비되며 상기 유출구 측의 본체 내부와 상기 유입구 사이의 압력차에 따라 상기 유통홀을 선택적으로 개폐하는 개폐피스톤을 포함한다.

본 발명의 자동감압밸브의 유통실린더는 상기 유입구와 연결되고 제1내경을 갖는 제1부분 및 상기 제1부분과 연결되고 상기 제1내경보다 큰 제2내경을 갖는 제2부분을 포함하며, 상기 개폐피스톤은 상기 제1내경에 대응하는 제1외경을 갖는 제3부분 및 상기 제3부분과 연결되며 상기 제2내경에 대응하는 제2외경을 갖는 제4부분을 포함할 수 있다.

이때, 상기 유통홀은 상기 유통실린더의 제1부분에 형성될 수 있다. 또한, 상기 개폐피스톤의 제1외경에 대한 제2외경의 비는 기 설정된 감압 비율에 따라 변화할 수 있다. 또한, 상기 유통실린더의 제1부분 및 상기 개폐피스톤의 제3부분 사이에는 상기 유통실린더 및 개폐피스톤 사이에 형성되는 공간을 밀폐시키기 위한 제1실링부재와, 상기 제1실링부재와 이격되도록 배치되고 상기 유통실린더의 제2부분 및 상기 개폐피스톤의 제4부분 사이에 구비되는 제2실링부재를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 유통실린더는 상기 제2부분과 이격되면서 상기 제1부분과 연결되고, 상기 제1부분의 제1내경보다 작은 제3내경을 갖는 제5부분을 더 포함하고, 상기 유통실린더의 제5부분의 내면과 상기 제5부분과 만나는 상기 개폐피스톤의 외면 사이에 구비되는 제3실링부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 자동감압밸브는 상기 본체, 개폐피스톤 또는 유통실린더와 결합되고, 상기 개폐피스톤의 이동거리를 물리적으로 한정하기 위한 거리제어물을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 자동감압밸브는 상기 유통실린더와 연통하면서 상기 본체 외부로 연장되며, 상기 유통실린더와 개폐피스톤 사이의 공간을 외기와 연통시키기 위한 관 형상의 통기부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 자동감압밸브는 상기 본체 내부와 연통하도록 상기 본체와 연결되거나 또는 상기 본체와 연결된 배출관 상에 구비된 개폐밸브의 양측에 연결되는 릴리프배관과, 상기 릴리프배관 상에 구비되어 상기 본체 내부 압력이 기 설정된 값을 초과하는 경우 상기 초과 압력을 완화시키기 위한 릴리프밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 자동감압밸브는 상기 본체와 연결되며 상기 개폐피스톤의 이동을 검지하거나 또는 상기 유통홀을 통과하는 유체의 유통량을 검지하기 위한 검지수단을 더 포함할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 유체의 공급 및 분배 시스템의 구성에 있어서 분배배관이 담당하는 임의의 방출장치에 대해 상기 시스템에 필요한 최적범위의 압력을 경제적으로 제공할 수 있다. 또한, 스프링클러 수계소화설비의 경우 감압 및 유수경보기능 겸용의 일체화된 자동감압밸브를 제공할 수 있다.

또한, 초고층 건물의 수계설비에서 건물의 높이에 따른 낙차압력의 영향으로 인해 설치하는 다수의 중간수조 및 연계용 가압펌프(부스터 펌프), 또는 다수의 입상배관이 함께 설치되는 고층부용 및 다수의 중층부용 송수펌프의 설치수량을 줄일 수 있는 경제적 효과가 있다.

마지막으로, 상수도설비 또는 도시가스의 공급 및 분배설비의 경우 분배배관에서 동시 사용량의 증감에 영향을 받지 않는 적정한 감압효과를 제공하는 데에 유용하게 활용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 따른 자동감압밸브에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 임의의 구성 요소들은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 다른 구성 요소에 비하여 상대적으로 확대 또는 축소하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 상기 하나의 구성 요소는 상기 다른 구성 요소 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 또 다른 구성 요소들이 상기 다른 구성 요소 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 구성 요소들이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 것은 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 구성 요소들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 구성 요소에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동감압밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 유통실린더의 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 개폐피스톤의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 자동감압밸브(100)는 유체의 출입을 위한 유입구(112) 및 유출구(114)를 갖는 중공의 본체(110)와, 상기 유입구(112)와 연통되도록 상기 본체(110) 내벽에 구비되며 측벽에 유통홀(122)을 갖는 유통실린더(120)와, 상기 유통실린더(120) 내부에 이동 가능하도록 구비되며 상기 유출구(114) 측의 본체(110) 내부와 상기 유입구(112) 사이의 압력차에 따라 상기 유통홀을 선택적으로 개폐하는 개폐피스톤(130)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자동감압밸브(100)는 상기 유통실린더(120) 및 개폐피스톤(130)을 이용하여 상기 유입구(112)를 통해 유입되는 유체를 감압시켜 상기 유출구(114)로 배출하는 기능을 수행하게 된다.

먼저, 상기 본체(110)는 감압을 요하는 임의의 이송배관(90) 상에 구비되며, 예를 들면 상기 본체(110)의 하부면 및 상부면에는 상기 이송배관(90)과 연결되는 유입구(112) 및 유출구(114)가 형성되어 있다. 상기 본체(110) 내부에는 상기 유통실린더(120) 및 개폐피스톤(130)이 배치된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 유통실린더(120)는 양단이 개방된 실린더 형상을 갖고, 상기 본체(110) 내부에 구비된다. 예를 들면, 상기 유통실린더(120)는 일측이 상기 본체(110)의 유입구(112)와 연통하도록 상기 본체(110) 내벽과 연결되며, 타측은 상기 유출구(114)와 소정의 이격 거리를 갖도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 유통실린더(120)의 측면에는 상기 유입구(112)를 통해 유입된 유체를 상기 유출구(114)로 유통시키기 위한 유통홀(122)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 유통홀(112)은 상기 유입구(112)와 인접하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

예를 들면, 상기 유통실린더(120)는 상기 유입구(112)와 연통하도록 제1내경(d1)을 갖는 제1부분(120a)과 상기 제1내경(d1)보다 큰 제2내경(d2)을 갖는 제2부분(120b)을 포함한다. 여기서, 상기 제1부분(120a)의 제1내경(d1)은 상기 유통실린더(120)의 최하단부(120c)의 제3내경(d3)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 유통실린더(120)의 내측면의 단면은 거꾸로 세워진 3단 케이크의 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서, 본 발명이 상기 유통실린더(120)의 형상에 한정되지는 않는다. 이때, 상기 유통홀(122)은 상기 제1부분(120a)의 측면 부위에 형성되며, 단일 개구로 형성될 수도 있으나 다수의 개구들로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 개폐피스톤(130)은 상기 유통실린더(120) 내부에 이동가능 하도록 배치된다. 예를 들면, 상기 개폐피스톤(130)은 상기 유통실린더(120)의 제1 및 제2부위(120a, 120b)와 실질적으로 동일한 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 유통실린더(120)는 실질적인 "T"자 형상의 단면을 갖는다. 이에 따라, 상기 개폐피스톤(130)이 상기 유통실린더(120)의 중심축과 실질적으로 평행한 방향으로 상하 이동할 수 있다. 구체적으로, 상기 유통실린더(120) 제1부위(120a)의 제1내경(d1)에 대응하는 제1외경(r1)을 갖는 제3부분(130a)과 상기 제2내경(d2)에 대응하는 제2외경(r2)을 갖는 제4부분(130b)을 포함한다. 이에 따라, 상기 개폐피스톤(130)이 상기 유통실린더(120) 내부에서 상하 이동하면서 상기 유통실린더(120)의 하부 측면에 형성된 유통홀(122)을 연속적으로 개폐할 수 있다.

이와 같이, 상기 제4부분(130b)이 제3부분(130a)의 제1외경(r1)에 비해 큰 제2외경(r2)을 갖는 것은 유입측의 유체 압력이 작용하는 상기 개폐피스톤(130)의 면적(이하, '1차 면적'이라고 함)보다 유출측의 유체 압력이 작용하는 상기 개폐 피스톤(130)의 면적(이하, '2차 면적'이라고 함)을 더 크게 형성함으로써 감압의 기능을 제공하기 위함이다. 이하에서는 상기 개폐피스톤(130)의 구조와 원리를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상기 개폐피스톤(130)의 상단면 및 하단면이 폐색된 경우, 상기 1차 면적은 상기 개폐피스톤(130) 하단면의 표면적(πr₁ ²)이 되고, 상기 제2차 면적은 상기 개폐피스톤(130) 상단면의 표면적(πr₂ ²)이 된다. 예를 들면, 상기 개폐피스톤(130)이 상기 유통실린더(120) 내부에 완전히 삽입된 상태, 즉 상기 유통홀(122)이 닫힌 상태에서 상기 유출구(114)를 통해 유체가 유출되는 경우에는 유출측의 압력이 감소하게 되고 동시에 상기 2차 면적에 작용하는 힘이 감소하게 된다. 이에 따라, 유입측의 유체에 의해 상기 1차 면적에 작용하는 힘이 상대적으로 커지기 때문에, 상기 개폐피스톤(130)이 유출측, 즉 상방으로 이동하면서 상기 유통홀(122)이 서서히 개방된다. 다시 말하면, 상기 유통홀(122)의 개방 크기가 변화를 일으키기 시작하면서 상기 유입측의 유체가 유출측으로 방출량만큼 유통될 수 있다.

상기 유출측 이송배관 상의 임의의 유체 방출장치로부터 소정의 유체 방출이 일어날 때 예상되는 유통량은 몇 가지로 구분될 수 있다. 여기서 유통량은 유통홀을 통과하는 유체의 양을 가리키고, 유출량은 유출구를 통해 유출되는 양을 가리킨다. 첫째는 유통량이 방출량 미만으로 감소하는 제1상태이고, 둘째는 유통량이 방 출량을 초과하여 증가하는 제2상태이며, 셋째는 유통량이 방출량과 동일한 제3상태이다.

상기 제1상태, 유통량이 방출량 미만으로 감소하면 유출측의 유체 압력이 감소하면서 상기 1차 면적에 작용하는 힘이 상기 2차 면적에 작용하는 힘보다 크게 된다. 이에 따라, 상기 유통홀(122)의 개방율이 증가하면서 유통량은 오히려 증가하는 상태로 전개된다. 상기 제1상태와 반대의 제2상태, 즉 유통량이 방출량 이상으로 증가하면 유출측의 유체 압력이 증가하게 되어 상기 2차 면적에 작용하는 힘이 상기 1차 면적에 작용하는 힘보다 커진다. 따라서, 상기 유통홀(122)의 개방율은 감소하게 되어 유통량이 오히려 감소하는 상태로 전개된다. 상기 제1 및 제2상태는 결국에는 유통량과 방출량이 동일한 제3상태로 전환하게 된다.

힘의 관점에서 살펴보면, 1차 면적을 A1, 2차 면적을 A2, 상기 1차 면적 및 2차 면적에 각각 작용하는 힘을 P1 및 P2라 하면, 유체의 의해 상기 1차 면적에 미치는 힘(F1)은 A1P1이 되고, 상기 2차 면적에 미치는 힘(F2)은 A2P2가 된다. 상기 유출측 이송배관에 설치된 유체 방출장치로부터 유체 방출이 없거나 중단되는 경우에는 A1P1=A2P2가 되는 힘의 평형 상태(F1=F2)가 이루어지면서 상기 유통홀(122)은 닫힘 상태가 됨과 동시에 유출측은 상기 P2의 압력, 즉 감압된 후의 압력 상태를 유지하게 된다. 즉, 유출측의 유체 압력은 하기의 식(1)에 의해 정의될 수 있다.

P2 = (A1/A2) * P1 ............ 식(1)

상기 식(1)에 의하면, 본 발명에 따른 자동감압밸브(100)의 감압 비율은 1차 면적과 2차 면적의 비율, 즉 A1/A2가 됨을 알 수 있다. 이때, 만약 유출측으로부터 방출이 다시 일어나면, 상기 2차 압력이 감소함과 동시에 상기 힘의 평형이 깨져 F1 > F2가 된다. 이때, 상기 유통홀(122)이 개방되고 방출량 만큼의 유체가 상기 유출측으로 유통되므로 힘의 평형 상태는 지속되면서 유출측에는 기 설정된 크기의 감압 상태가 그대로 유지될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 자동감압밸브(100)를 설계함에 있어서 상기 유통실린더(120) 또는 상기 본체(110)의 내측면과 상기 개폐피스톤(130)의 외측면 사이 공간에 미세한 간극을 형성할 수 있다. 그러므로, 상기 공간을 밀폐 또는 밀봉시키기 위한 실링부가 구비되는 것이 바람직하다. 일 예로서, 유통실린더(120)의 제1부위(120a)와 개폐피스톤(130)의 제3부위(130a) 사이 및 유통실린더(120)의 제2부위(120b) 및 개폐피스톤(130)의 제4부위(130b) 사이에 제1실링부재 및 제2실링부재(142, 144)가 구비된다. 즉, 상기 제1 및 제2실링부재는 상기 제1부위와 제2부위 사이에 형성되는 공간을 밀폐함으로써 상술한 감압 비율이 유지되도록 하는 중요한 기능을 수행한다. 또한, 상기 유통실린더(120)의 제5부분(120c)의 내면과 상기 제5부분(120c)과 만나는 개폐피스톤(130)의 외면 사이에 제3실링부재(146)가 더 구비될 수 있다. 상기 제3실링부재(146)가 접하는 유통실린더(120)의 제5부분(120c)과 개폐피스톤(130)의 외면이 만나는 면을 통해서 유체가 누설되는 것을 방지하지 위한 밀봉을 제공한다.

상기 제1 및 제2실링부재(142, 144)는 상기 유통실린더(120)의 내측면과 상기 개폐피스톤(130)의 외측면 사이의 측면 공간에 유체가 스며드는 것을 방지하는 동시에 상기 개폐피스톤(130)의 미세한 흔들림을 억제시키기 위하여 제공된다. 만 약에, 상기 제1 및 제2실링부재(142, 144)가 없는 경우 상기 측면의 제1공간에도 유출측의 유체가 존재할 수 있기 때문에 상기 1차 면적과 2차 면적이 실질적으로 동일해짐으로써 감압 기능을 발휘하기 어렵다.

예를 들면, 상기 제1 및 제2실링부재(142, 144)는 상기 유통실린더(120)의 내측면에 홈(도시되지 않음)이 형성되고, 상기 홈에 탄성 및 윤활성을 갖는 실링을 삽입하는 형태로 구비될 수 있다. 이와는 다르게 상기 제1 및 제2실링부재(142, 144)는 상기 개폐피스톤(130)의 외측면 상에 구비될 수도 있다.

또한, 상기 개폐피스톤(130)이 상기 유통홀(122)을 폐색하더라도 하단면과 접촉하는 상기 유통실린더(120)의 내면과의 사이(이하, '접촉틈새'라 함)에서 상기 유통홀(122) 쪽으로 유체의 누설이 일어날 수 있다. 이에 따라, 유체가 상기 유통홀(122)을 통해 계속적으로 유통함으로써, 유출측의 압력이 유입측의 압력과 동일해져 감압의 효과를 상실할 수 있다. 따라서, 상기 접촉틈새의 밀봉을 제공하기 위한 제3실링부재(146)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 제3실링부재(146)는 상술한 제1 또는 제2실링부재(142, 144)와 유사한 방법에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상기 유통실린더(120)와 연통하면서 상기 본체(110) 외부로 연장되는 통기부재(152)가 더 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 통기부재(152)는 관 형상을 갖고, 상기 제1실링부재(142) 및 제2실링부재(144) 사이에 연결되어 상기 측면 공간을 외기와 연통시킬 수 있다. 이에 따라, 만약에 상기 제1실링부재(142) 또는 제2실링부재(144)의 손상에 의해 소량의 유체가 상기 측면 공간으로 누설되더라도 누설된 유체가 상기 통기부재(152)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이, 상술한 제1 내지 제3실링부재(142, 144, 146) 및 통기부재(152)에 의해 본 발명에 따른 자동감압밸브(100)의 감압 기능이 보다 정밀하게 유지될 수 있다.

한편, 상기 본체(110), 유통실린더(120) 또는 개폐피스톤(130)과 결합되어, 상기 개폐피스톤(130)의 이동 거리를 물리적으로 한정하기 위한 거리제어물(160)이 더 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 거리제어물(160)은 상기 개폐피스톤(130)의 길이 방향으로 상기 개폐피스톤(130)의 상단면 상에 구비되며, 소정의 길이를 갖는 금속재질의 봉 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 개폐피스톤(130)의 이동거리는 상기 거리제어물(160)의 상단 및 상기 본체(110)의 상부 내측면 사이의 거리로 한정될 수 있다. 여기서, 상기 거리제어물(160)은 상기 개폐피스톤(130)이 상기 유통홀(122)을 완전히 개방시킬 때까지 이동되도록 하는 것이 바람직하다.

이 밖에 상기 거리제어물(160)은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 개폐피스톤(130) 이외에도 본체(110)의 내벽 또는 유통실린더(120)에 장착될 수 있다. 이와 같이, 본 발명이 상기 거리제어물(160)의 형태와 구조에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변경가능하다.

한편, 상기 본체(110) 또는 상기 본체(110) 내부와 연통하도록 상기 본체(110)와 연결된 배출관(118)에는 릴리프배관(172)이 연결될 수 있다. 또한, 상기 릴리프배관(172) 상에는 릴리프밸브(174)가 설치될 수 있다. 즉, 상기 본체(110) 내부가 기 설정된 압력으로 감압된 유출측의 압력이 상기 설정 압력을 초과할 경우 상기 릴리프밸브(174)가 오픈되어 상기 초과 압력이 완화될 수 있다. 이에 따라, 펌프와 같은 유체 이송장치의 운전시 유입측의 배관 속에서 발생할 수 있는 유체에 의한 충격, 예를 들면 수격 작용(water hammering)으로 인해 일시적으로 상기 유통홀(122)의 일부가 일시적으로 개방됨에 따라 유출측의 압력이 상기 설정 압력을 초과하는 경우, 상기 릴리프배관(172)을 통해 유체 일부가 자동으로 배출될 수 있다. 따라서, 수격 작용과 같은 예기치 않은 상황에서도 유출측의 압력이 항상 설정된 감압 수준으로 유지될 수 있다.

그러나, 본 발명의 자동감압밸브(100)에서 상기 충격에 의해 유출측의 압력이 기 설정된 압력을 다소 초과하더라도 유입측 압력과 같아질 정도로 상승하기는 용이하지 않다. 그 이유는 다음과 같다. 펌프와 같은 유체 이송장치의 가동시 때때로 발생할 수 있는 유체 충격으로 인하여 유출측의 압력이 기 설정된 압력보다 누적적으로 계속 더 크게 초과하게 될수록 상기 개폐피스톤(130)이 상기 제3실링부재(146)에 인가되는 힘이 증가한다. 이에 따라, 상기 충격의 힘이 비정상적으로 커지지 않는 한 상기 개폐피스톤(130)을 작동하게 하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 발명의 자동감압밸브(100)는 유입측에서 가해지는 충격으로부터 유출측의 배관 및 관련 기기를 보호하는 기능도 수행할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 자동감압밸브(100)는 상술한 릴리프배관(172) 및 릴리프밸브(174)를 구비함으로써 설정된 감압 수준을 보다 정확히 유지할 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동감압밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 5를 참조하면, 도시된 자동감압밸브(200)는 유체의 출입을 위한 유입구(212) 및 유출구(214)를 갖는 중공의 본체(210)와, 상기 유입구(212)와 연통되도록 상기 본체(210) 내벽에 구비되며 측벽에 유통홀(212)을 갖는 유통실린더(220)와, 상기 유통실린더(220) 내부에 이동 가능하도록 구비되며 상기 유출구(214) 측의 본체(210) 내부와 상기 유입구(212) 사이의 압력차에 따라 상기 유통홀을 선택적으로 개폐하는 개폐피스톤(230)을 포함할 수 있다.

상기 유통실린더(220)는 상기 유입구(212)와 연결되고 상기 유입구(212)의 내경보다 큰 제1내경을 갖는 제1부분(220a) 및 상기 제1부분(220a)과 연결되고 상기 제1내경보다 큰 제2내경을 갖는 제2부분(220b)을 포함한다.

또한, 상기 개폐피스톤(220)은 상기 제1내경에 대응하는 제1외경을 갖는 제3부분(230a), 및 상기 제3부분(230a)과 연결되며 상기 제2내경에 대응하는 제2외경을 갖는 제4부분(230b)을 포함한다. 한편, 상기 본체(210)에는 릴리프배관(272)이 연결되며, 상기 릴리프배관(272) 상에는 릴리프밸브(274)가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 개폐피스톤(220)은 하부가 폐색되고 하부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 왜냐하면, 상술한 상기 유입구(212)를 통해 유입된 유체의 압력이 작용하는 면적은 도시된 바와 같이 참조번호 I의 범위 내로 한정되기 때문에 상기 식(1)에 의한 면적 비율은 도 2의 자동감압밸브(100)의 면적 비율(A1/A2)과 실질적으로 동일하게 때문이다.

상기 자동감압밸브(200)의 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 4를 참조하여 기 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동감압밸브(100)와 유사하므로 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동감압밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 6을 참조하면, 도시된 자동감압밸브(300)는 유체의 출입을 위한 유입구(312) 및 유출구(314)를 갖는 중공의 본체(310)와, 상기 유입구(312)와 연통되도록 상기 본체(310) 내벽에 구비되며 측벽에 유통홀(322)을 갖는 유통실린더(320)와, 상기 유통실린더(320) 내부에 이동 가능하도록 구비되며 상기 유출구(314) 측의 본체(310) 내부와 상기 유입구(312) 사이의 압력차에 따라 상기 유통홀을 선택적으로 개폐하는 개폐피스톤(310)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자동감압밸브(300)는 상기 유통실린더(320) 및 개폐피스톤(330)을 이용하여 상기 유입구(312)를 통해 유입되는 유체를 감압시켜 상기 유출구(314)로 유출하는 기능을 수행하게 된다.

상기 유통실린더(320)는 상기 유입구(312)와 연결되고 상기 유입구(312)의 내경보다 큰 제1내경을 갖는 제1부분(320a) 및 상기 제1부분(320a)과 연결되고 상기 제1내경보다 큰 제2내경을 갖는 제2부분(320b)을 포함한다.

또한, 상기 개폐피스톤(320)은 상기 제1내경에 대응하는 제1외경을 갖는 제3부분(330a) 및 상기 제3부분(330a)과 연결되며 상기 제2내경에 대응하는 제2외경을 갖는 제4부분(330b)을 포함한다. 한편, 상기 본체(310)에는 릴리프배관(372)이 연결되며, 상기 릴리프배관(372) 상에는 릴리프밸브(374)가 구비될 수 있다.

이번에는 상기 개폐피스톤(320)이 도시된 것처럼 하부가 폐색되고 상부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 이 경우에도 상기 유통홀(322)을 폐쇄하는 방향으로 상기 유출구(314) 측의 압력이 상기 개폐피스톤(330)에 작용하는 면적과 상기 유통 홀(322)을 개방하는 방향으로 유입구(312) 측의 압력이 상기 개폐피스톤(330)에 작용하는 면적의 비율은 각각 개폐피스톤(330)의 상부 및 하부가 폐쇄된 경우(도 2의 참조번호 130)와 실질적으로 동일하게 됨은 자명하다.

상기 자동감압밸브(300)의 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 4를 참조하여 기 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동감압밸브(100)와 유사하므로 생략하기로 한다.

도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 유체 공급 및 분배 시스템을 설명하기 위한 개략적인 계통도들이다.

먼저 도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 자동감압밸브(100)는 이를 설치하는 유체 공급 및 분배 시스템에서 설비의 운용 방식에 따라 상기 배출관(118)을 설치하는 것이 바람직한 경우가 있다. 예컨대, 건물에 설치하는 스프링클러 소화설비에 있어서는 분배배관(910)의 유지 관리 차원에서 간혹 상기 분배배관(910) 내부를 완전히 배수시켜야 할 경우가 있다.

그러므로 상기 배출관(118)을 자동감압밸브(100)의 본체와 연통하고 스프링클러 소화설비의 배수용 입상배관(920)과 연결함으로써, 상기 배출관(118)을 통해 상기 분배배관(910) 내부의 물을 유용하게 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 배출관(118)에는 평상시 유출측의 물이 상기 배수용 입상배관(920)으로 흘러나가지 않도록 폐쇄 상태로 유지되는 개폐밸브(119)를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 자동감압밸브(100)는 유입측 및 유출측의 압력을 실시간으로 확인할 수 있는 압력계(182, 184)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 본체(110)의 유입측에는 감압되기 전의 유체 압력을 지시하기 위한 제1압력계(182)를, 상기 본체(110)의 유출측에는 감압된 압력을 지시하는 제2압력계(184)가 구비될 수 있다.

자동감압밸브(100)의 유출측에서의 방출, 방출로 인해 유출측 배관에서의 흐름 현상, 개폐피스톤(130)의 이동(상승) 및 유통홀(122)의 개방은 상호 독립적으로 수행될 수 없는 동시성의 동적 현상이다. 따라서, 상기 개폐피스톤(130)의 이동을 전기적으로 검지하기 위한 검지수단(190)이 구비될 수 있다. 상기 검지수단(190)을 장착함으로써, 방출, 배관 속의 흐름 또는 유통홀의 개방을 필요에 따라 검지하여 모니터링하거나, 펌프(950)와 같은 유체 이송장치(950)의 작동을 유도하는 기동 기능으로 활용할 수 있다. 특히, 스프링클러 소화설비의 경우, 헤드(940)의 개방 및 분배배관(910)에서의 유수를 모니터링하고, 이를 이용하여 화재발생 경보를 관제실에서 청각적 또는 시각적으로 표출하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 소화 펌프를 자동으로 작동시키기 위한 기동 수단으로 기능하도록 활용함으로써, 알람밸브와 같은 기존의 유수 검지 장치를 별도로 설치할 필요 없이 감압과 동시에 경보 기능을 제공할 수 있다.

또한, 도 2, 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 검지수단(190)은 방출량의 증가 또는 감소에 따른 상기 개폐피스톤(130)의 이동 거리 변화를 전기적으로 검지함으로써, 방출량의 정량적인 변화를 전기적으로 검지할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이에 따라, 방출량의 변화를 검지하여 방출 또는 배관 속의 흐름 등에 대한 확인뿐만 아니라, 전동기의 회전수의 변환 장치 즉 인버터(960)와 연결하여 상기 소화 펌 프(950)의 회전수를 유량 변화에 대응하게 하여 최적의 운전 조건으로 급수 및 분배를 가능케 하는 지능형 시스템을 구성하는데 이용할 수 있다.

예를 들면, 상기 검지수단(190)은 상기 본체(110)의 관통부와 연통되도록 상기 본체(110)와 연결되는 하우징(192)과, 한 쌍의 금속 접점을 수용하는 접점부(194)와, 상기 개폐피스톤(130)에 결속되어 상기 개폐피스톤(130)과 연동하며 상기 접점부(194)를 전기적으로 개폐하기 위한 스위칭부재(196)를 포함한다. 상기 접점부(194)는 상기 하우징(192)과 전기적으로 절연되도록 연결된 외부의 대전 가능한 두 개의 단자 또는 인출선과 연결된 한 쌍의 접점들로 구성된다. 여기서, 상기 관통부와 연결된 하우징(192)의 내측면과 상기 스위칭부재(196)의 외측면 사이에는 상기 본체(110) 내부의 유체가 유출되는 것을 방지하기 위한 제4실링부재(193)가 구비될 수 있다.

여기서, 도시되지는 않았으나 상기 검지수단(190)이 유량을 검지하도록 하기 위해서는 상기 접점부(194)는 상기 스위칭부재(196)의 이동 방향으로 서로 이격되는 다수 쌍의 접점을 갖는다. 이때, 상기 스위칭부재(196)에 의해 각 접점쌍에 단계적인 도통이 일어날 경우, 상기 각 접점쌍에 의한 전류량을 다르게 설정할 수 있다. 또한, 상기 검지수단(190)과 연결된 제어부(970)로 전기적인 신호를 전송하기 위하여 상기 전류량을 검출 및 증폭하는 검출/증폭회로부를 구비할 수 있다.

이와는 다르게, 상기 검지수단(190)은 상기 접점부(194)와 상기 스위칭부재(196)의 직접적인 접촉없이 전기 유도 방식에 의해 접점을 도통시키도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 하우징(192)은 솔레노이드형 코일부, 검출/증폭을 위한 변류 부를 더 포함하며, 상기 스위칭부재(196)의 상단에는 상기 코일부의 중심선을 따라 이동함으로서 상기 코일 주위의 자장변화를 유도하기 위한 금속봉이 내장될 수 있다. 그러나 본 발명이 상기 검지수단(190)의 구성 방식에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 자동감압밸브(100)는 특히 수계설비의 급수 및 분배 시스템에서 다양하게 이용될 수 있다. 예를 들면, 고층건물의 소화설비에 설치하는 스프링클러 설비의 경우 건물의 높이로 인해 저층일수록 급수 입상배관(920) 속의 수압이 증가된다. 따라서, 상기 입상배관(920)과 연결된 각 층별 분배배관(910)에는 동일한 수압이 인가되지 않는다. 그렇기 때문에 큰 수압이 작용되는 층들의 스프링클러 헤드(940)가 개방되면 소방 법령에서 허용하는 기준방수압력 범위의 상한을 초과하여 실질적인 방재 효과를 발휘할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 자동감압밸브(100)를 각 층의 분배배관(910)마다 설치하거나 또는 기준 이상의 수압이 작용하는 층에만 상기 자동감압밸브(100)를 설치하여 상기 자동감압밸브(100) 나머지 분배배관(910)까지 담당하도록 배관 시스템을 구성함으로써 상기 문제점을 용이하게 해결할 수 있다.

한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각 층의 분배배관(910)에 종래의 감압밸브를 설치하는 방식이 감압 목적의 측면에서 전혀 문제될 것은 없으나 종래의 감압밸브가 고가이기 때문에 헤드(940)의 방수 압력이 상기 법정 기준 방수 압력의 상한을 초과하지 않게 할 정도의 최소 개수만을 설치하고 있는 것이 현실이다. 그러나, 본 발명의 자동감압밸브(100)는 상기 종래의 감압밸브에 비해 경제적으로 유리하게 공급할 수 있다. 그러므로 종래의 감압밸브가 담당하는 층수보다 훨씬 적은 층들에 설치 가능하며, 스프링클러 헤드(940)에 대해 소화 성능에 최적 조건이 될 수 있는 방수 압력을 제공할 수 있으므로 방재 측면에서 매우 효율적이다. 더욱이, 유통/유량검지수단(190)이 장착된 본 발명의 자동감압밸브(100)는 종래의 스프링클러 시스템에서 필수적으로 설치되는 알람밸브의 유수검지기능을 포함하고 있기 때문에 상기 자동감압밸브(100)의 설치만으로 감압과 유수검지 기능을 동시에 수행할 수 있다는 점에서 매우 유리하다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 공급 및 분배 시스템을 설명하기 위한 계통도이다.

도 10을 참조하면, 고층건물의 옥내 소화전 설비에 본 발명의 자동감압밸브(100)가 법적 방수 압력을 초과될 것으로 예상되는 층의 분배배관(910)마다 설치할 수 있다. 상기 옥내 소화전 설비는 소화전(970)에 내장된 호스 및 호스에 장착된 방출장치를 인력으로 조작하여 소화를 하기 위한 설비이다. 그런데 화재 진압 경험이 없는 불특정의 일반인이 단독으로 조작할 수 있도록 설치되어야 하므로 법정 한계 방수 압력, 예를 들면 686KPa을 초과할 수 없도록 되어있다. 따라서, 본 발명의 자동감압밸브(100)를 옥내 소화전 설비에 이용할 경우 상기 법적 방수 압력을 용이하게 만족시킬 수 있을 것이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 공급 및 분배 시스템을 설명하기 위한 계통도이다. 도 11을 참조하면, 상수도 설비에 본 발명의 자동감압밸브(100)를 수도꼭지(990)에 대한 급수를 담당하는 분배배관(910)에 설치하였다. 이때, 상기 자동감압밸브(100)에 유통검지수단 또는 유량검지수단을 설치하고, 급수펌프(950)와 연결함으로써 상기 급수펌프(950)를 자동으로 운전하게 할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 자동감압밸브는 도시가스와 같은 기체의 공급 및 분배 시스템 또는 석유화학공장을 포함한 산업 공장의 유체 공급 및 분배 시스템에서 방출량 및 방출 압력에 대응하는 유체의 유통 및 감압에도 유용하게 활용될 수 있다. 이 경우, 상기 본체, 유통실린더, 개폐피스톤, 실링부재와 같은 구성 요소들은 사용되는 기체 또는 액체와 반응하지 않는 화학적 친화성이 매우 작은 재질을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 상기 본체, 유통실린더 및 개폐피스톤을 포함하는 본 발명의 자동감압밸브를 이용하여 감압 및 방출량 조절의 본질적인 원리를 적용할 수 있으므로, 재질의 변경을 통해 다양한 분야에 적용시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 감압밸브를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동감압밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시된 유통실린더의 사시도이다.

도 4는 도 2에 도시된 개폐피스톤의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동감압밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동감압밸브를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 자동감압밸브 112 : 유입구

114 : 유출구 120 : 유통실린더

120a : 제1부분 120b : 제2부분
120c : 제5부분 122 : 유통홀
130 : 개폐피스톤 130a : 제3부분
130b : 제4부분 152 : 통기부재
160 : 거리제어물 172 : 릴리프배관
174 : 릴리프밸브 182 : 제1압력계
184 : 제2압력계 190 : 검지수단

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Claims (10)

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3. 감압밸브에 있어서,

   일측 배관과 연결되어 고압의 유체가 유입되는 유입구와 타측 배관과 연결되어 본체 내부의 감압된 유체가 유출되는 유출구를 갖는 중공의 본체;

   상기 고압의 유체가 본체 내부로 유입되는 유로를 제공하는 유통홀 및 제1내경을 갖는 제1부분과 상기 제1부분과 연결되고 상기 제1내경보다 큰 제2내경을 갖는 제2부분을 갖는 상하 양측이 개방된 'T'자 형상으로, 상기 제1부분이 상기 유입구와 연통되며 상기 본체 내벽과 이격되어 설치되는 유통실린더; 및

   상기 유통실린더 내부에 삽입되어 개폐피스톤에 작용하는 압력차에 따라 상기 유통홀을 개폐하도록 감압비에 따른 유입측 방향의 면과 유출측 방향의 면을 갖도록 관통되지 않는 'T'자 형상으로, 상기 제1내경에 대응하는 제1외경을 갖는 제3부분과 상기 제2내경에 대응하는 제2외경을 갖고 상기 제3부분과 연결되는 제4부분을 포함하는 개폐피스톤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동감압밸브.
4. 제3항에 있어서, 상기 개폐피스톤의 제1외경에 대한 제2외경의 비는 기 설정된 감압 비율에 따라 변화하는 것;을 특징으로 하는 자동감압밸브.
5. 제3항에 있어서, 상기 유통실린더의 제1부분 및 상기 개폐피스톤의 제3부분 사이에 구비되며, 상기 유통실린더 및 개폐피스톤 사이에 형성되는 공간을 밀폐시키기 위한 제1실링부재; 및

   상기 제1실링부재와 이격되도록 배치되고, 상기 유통실린더의 제2부분 및 상기 개폐피스톤의 제4부분 사이에 구비되는 제2실링부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동감압밸브.
6. 제3항에 있어서, 상기 유통실린더는 상기 제2부분과 이격되면서 상기 제1부분과 연결되고, 상기 제1부분의 제1내경보다 작은 제3내경을 갖는 제5부분을 더 포함하고,

   상기 유통실린더의 제5부분의 내면과 상기 제5부분과 만나는 상기 개폐피스톤의 외면 사이에 구비되는 제3실링부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동감압밸브.
7. 제3항에 있어서, 상기 본체, 개폐피스톤 또는 유통실린더와 결합되고, 상기 개폐피스톤의 이동거리를 물리적으로 한정하기 위한 거리제어물;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동감압밸브.
8. 제3항에 있어서, 상기 유통실린더와 연통하면서 상기 본체 외부로 연장되며, 상기 유통실린더와 개폐피스톤 사이의 공간을 외기와 연통시키기 위한 관 형상의 통기부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동감압밸브.
9. 제3항에 있어서, 상기 본체 내부와 연통하도록 상기 본체와 연결되거나 또는 상기 본체와 연결된 배출관 상에 구비된 개폐밸브의 양측에 연결되는 릴리프배관; 및

   상기 릴리프배관 상에 구비되어, 상기 본체 내부 압력이 기 설정된 값을 초과하는 경우 상기 초과 압력을 완화시키기 위한 릴리프밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동감압밸브.
10. 삭제

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