KR101194734B1 - 실시간으로 기밀 및 이상 유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간으로 기밀 및 이상 유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동압센서를 포함하는 진공 단열 극저온 밸브를 이용하여 배관의 누설과 극저온 유체의 유동 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 극저온 밸브에 관한 것이다.
본 발명은 진공단열 극저온 밸브에 관한 것으로서, 밸브의 차단부에 구비되어 음파를 감지하는 음파포집부와, 상기 음파포집부에서 감지된 음파를 전기적 신호로 변경하는 동압센서 및 상기 동압센서와 연동되어 전기 신호로 변환된 음파신호의 주파수 특성을 파악하는 단말을 포함하는 밸브의 기밀 및 이상유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브를 제공한다.

Description

실시간으로 기밀 및 이상 유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브{Vacuum insulated cryogenic valve which is able to monitor leakage and abnormal flow status in real time}
본 발명은 실시간으로 기밀 및 이상 유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동압센서를 포함하는 진공 단열 극저온 밸브를 이용하여 배관의 누설과 극저온 유체의 유동 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 극저온 밸브에 관한 것이다.
종래의 극저온 밸브의 경우 진공 단열을 적용하지 않은 밸브에 대해서는 직접적으로 외부에서 그 유동상태를 청진기 등을 이용하여 확인할 수 있지만, 극저온 유체의 온도 변화에 민감한 플랜트나 발사대 설비의 경우 이러한 진공 단열 배관이나 밸브의 적용이 필수적이며, 이러한 형태의 경우에는 청진기 등을 이용하여 유동상태를 확인할 수 없어 밸브의 상태를 파악하기 어려운 단점이 있었다.
본 발명은 진공 단열된 극저온 밸브의 상태를 밸브 시트부에서 발생하는 유동 소음(음파)를 실시간으로 측정함으로써 밸브의 작동 상태의 모니터링(health monitoring)을 가능하게 하여, 가지 배관이 많은 플랜트에서 누설이 있는 밸브의 위치를 찾는데 소요되는 시험 비용과 노력을 획기적으로 줄여주고, 우주발사체용 발사대 설비와 같이 고도의 작동 안정성과 신뢰성을 요구하는 곳에서 이러한 요구를 충족시키고자 한다.
본 발명은 진공단열 극저온 밸브에 관한 것으로서, 밸브(1)의 차단부(5)에 구비되어 음파를 감지하는 음파포집부(110);와, 상기 음파포집부(110)에서 감지된 음파를 전기적 신호로 변경하는 동압센서(120); 및 상기 동압센서(120)와 연동되어 전기 신호로 변환된 음파신호의 주파수 특성을 파악하는 단말(130);을 포함하는 밸브의 기밀 및 이상유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브를 제공한다.
여기서, 일단은 상기 음파포집부(110)와 연통되고 타단은 상기 동압센서(120)와 연동되어, 음파포집부(110)에서 감지된 음파를 상기 동압센서(120)로 전달하는 음파 전달 공동(140)을 더 포함하며, 상기 동압센서(120)는 상기 밸브(1)의 차단부(5)에서 일정 거리 이격하여 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동압센서(120)는 상기 밸브(1)의 액추에이터(2)에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음파포집부(110)는 종형(bell shape)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음파포집부(110)는 지속적으로 음파를 감지하고, 상기 단말(130)은 지속적으로 음파신호의 주파수 특성을 파악하여 밸브의 누설이나 유동을 모니터링하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 진공 단열된 극저온 밸브의 작동 상태 모니터링(health monitoring)을 가능하게 하여, 가지 배관이 많은 플랜트에서 누설이 있는 밸브의 위치를 찾는데 소요되는 시험 비용과 노력을 획기적으로 줄여주고, 우주발사체용 발사대 설비와 같이 고도의 작동 안정성과 신뢰성을 요구하는 곳에서 이러한 요구를 충족시켜 줄 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 실시간 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 실시간 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브의 구성도이다.
도 1에서 보듯이, 본 발명은 실시간으로 기밀 및 이상 유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브에 관한 것으로서, 음파포집부(110), 동압센서(120), 단말(130)을 포함하여 구성된다. 또한, 동압센서(120)의 위치 설정을 위해 음파 전달 공동(140)이 더 구비될 수 있다.
즉, 본 발명은 극저온 유체를 취급하는 플랜트나 우주발사체 발사대 설비에 사용되는 진공 단열 밸브를 대체하고자 하는 것으로 밸브의 기밀이나 누수 등을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 장치를 제공하고자 한다. 극저온 배관, 특히 액체산소나 액체수소의 경우 진공 단열 밸브는 충분한 기밀을 유지할 수 있어야 하는데, 여러 개의 가지 배관(branch pipe line)을 가지는 형태에 적용된 진공 단열 밸브의 경우 실제로 어느 밸브가 누설이 발생하는지를 확인하기가 매우 까다롭다. 왜냐하면 이러한 배관계는 단열을 위해 배관 전체가 진공 단열되어 있어 외부에서 누설되는 소리를 청진기나 마이크로폰을 이용하여 확인하기 어렵기 때문이다. 또한 이러한 극저온 배관의 경우 충분히 냉각이 되어야 일정하게 극저온 유체를 공급할 수 있기 때문에 이러한 유동 상태를 확인하는 것이 플랜터 운용에 있어 아주 중요한 문제이다.
이처럼 극저온 밸브의 기밀 상태나 배관 내 유동 상태는 배관을 흐르는 극저온 유체가 발생하는 미세한 유동 소음을 모니터링 함으로써 확인할 수 있다. 즉, 밸브가 닫혀있는 상태에서 누설이 발생한다면 이로 인해 미세한 누설음이 발생하며, 또한 배관이 충분히 냉각이 되지 않았을 때는 극저온 유체가 이상유동(two phase flow) 상태이기 때문에 이들 기포가 밸브의 오리피스부를 통과하면서 발생하는 특수한 주파수 대역의 소음을 감지할 수 있다. 이에 본 발명에서는 외부에서 음파로 밸브의 상태를 모니터링하기 어려운 극저온 배관용 진공 단열 밸브의 내부에 청진기의 형상을 응용한 종형(bell-shape)의 음파 포집기의 형상과 이러한 음파를 전기적 신호로 변경시켜줄 수 있는 동압센서로 구성된다. 일반적으로 동압센서는 극저온(200 K 이하) 영역에서 작동성이 보장되지 않기 때문에 밸브 본체부와 거리를 두고 밸브 액츄에이터 부에 위치하게 되며, 밸브 본체부에서 발생된 음파를 밸브 액츄에이터 부까지 전달하기 위한 공동(cavity)이 존재한다. 포집된 음파신호는 주파수 특성을 파악할 수 있는 장치(FFT 혹은 PC)로 정보가 전달되어 실시간으로 밸브의 누설 상태나 유동 상태를 모니터링 할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 구성을 상세히 설명하도록 한다.
상기 음파포집부(110)는, 밸브(1)의 차단부(5)에 구비되어 음파를 감지하는 구성에 해당한다. 즉, 본 발명에서 진공단열 극저온 밸브는 진공 상태의 배관에 설치되며, 배관 전체가 진공단열되어 있어 외부에서 누설되는 소리를 청진기나 마이크로폰 등을 이용하여 확인하는 것이 어려우므로, 직접 밸브(1)의 차단부(5)에 음파를 감지하는 음파포집부(110)를 구비하여 지근 거리에서 음파신호를 감지하도록 하는 구성이다. 상기 음파포집부(110)는 음파의 감지를 효율적으로 하기 위해 종형(bell shape)으로 구비된 것이 바람직하다.
상기 동압센서(120)는, 상기 음파포집부(110)에서 감지된 음파를 전기적 신호로 변경하는 구성에 해당한다. 일반적으로 동압센서는 극저온(200 K 이하) 영역에서 작동성이 보장되지 않기 때문에 밸브 본체부와 거리를 두고 밸브 액츄에이터 부에 위치하게 되며, 밸브 차단부(5)에서 발생된 음파를 밸브 액츄에이터(2)까지 전달하기 위한 음파 전달 공동(cavity)(140)이 구비된다.
즉, 일단은 상기 음파포집부(110)와 연통되고 타단은 상기 동압센서(120)와 연동되어, 음파포집부(110)에서 감지된 음파를 상기 동압센서(120)로 전달하는 음파 전달 공동(140)을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 동압센서(120)는 상기 밸브(1)의 차단부(5)에서 일정 거리 이격하여 설치된 것이 바람직하다. 이에 본 발명에서 상기 동압센서(120)는 상기 밸브(1)의 액추에이터(2)에 장착되는 것을 예시로 한다.
상기 단말(130)은, 상기 동압센서(120)와 연동되어 전기 신호로 변환된 음파신호의 주파수 특성을 파악하는 구성에 해당한다. 즉, 상기 단말(130)은 포집된 음파신호가 동압센서(120)에 의해 전기신호로 변환되어 전송되면, 이 전기신호의 주파수 특성을 파악하여 밸브의 기밀 및 이상 유동 유무를 파악하게 된다. 이에, 상기 단말(130)은 포집된 음파신호의 주파수 특성을 파악할 수 있는 수단이면 어느 것이든 사용이 가능하다. 가령, PC, FFT(Fast Fourier Transformer) 등이다.
또한, 본 발명은 증폭기(amplifier)(10)를 추가로 구비하여 상기 동압센서(120)에서 전송되는 전기신호를 증폭하여 상기 단말(130)로 전송할 수 있다. 이는 신호가 약할 수 있는 전기신호를 증폭하여 신호의 파악을 용이하게 하기 위함이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 밸브
2 : 밸브 엑츄에이터(유압, 공압식 등)
3 : 스프링
4 : 진공 단열 자켓
5 : 밸브 차단부
6 : 진공 단열 자켓
9 : 밸브 시트
10 : 전기신호 증폭기
11 : FFT(fast Fourier Transformer)
110 : 음파 포집부
120 : 동압센서
130 : 단말
140 : 음파 전달 공동

Claims (5)

  1. 진공단열 극저온 밸브에 관한 것으로서,
    밸브(1)의 차단부(5)에 구비되어 음파를 감지하는 음파포집부(110);
    상기 음파포집부(110)에서 감지된 음파를 전기적 신호로 변경하는 동압센서(120); 및
    상기 동압센서(120)와 연동되어 전기 신호로 변환된 음파신호의 주파수 특성을 파악하는 단말(130);을 포함하되,
    상기 음파포집부(110)는 종형(bell shape)인 것을 특징으로 하는 밸브의 기밀 및 이상유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    일단은 상기 음파포집부(110)와 연통되고 타단은 상기 동압센서(120)와 연동되어, 음파포집부(110)에서 감지된 음파를 상기 동압센서(120)로 전달하는 음파 전달 공동(140)을 더 포함하며,
    상기 동압센서(120)는 상기 밸브(1)의 차단부(5)에서 일정 거리 이격하여 설치된 것을 특징으로 하는 밸브의 기밀 및 이상유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동압센서(120)는 상기 밸브(1)의 액추에이터(2)에 장착되는 것을 특징으로 하는 밸브의 기밀 및 이상유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음파포집부(110)는 지속적으로 음파를 감지하고,
    상기 단말(130)은 지속적으로 음파신호의 주파수 특성을 파악하여 밸브의 누설이나 유동을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 밸브의 기밀 및 이상유동 모니터가 가능한 진공단열 극저온 밸브.
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