KR101218668B1 - 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브에 관한 것으로, 내부에 존재하는 인화성가스의 내부압을 해소시키도록 유조선 또는 화학운반선의 탱크에 설치되는 내부 중공형인 하부바디; 하부바디의 상단에 체결 고정되는 상부바디; 하부바디와 상부바디를 연통시키면서 이들의 경계면에 설치되는 지지부; 상부바디의 내주면에 설치되고, 원중심에는 부쉬를 갖는 밸브시트; 부쉬에 끼워지고 하부바디와 상부바디를 상하로 관통하여 설치된 밸브스템; 밸브스템의 상단에 고정되고, 밸브스템의 위치에 따라 상부바디의 상단을 개폐하는 밸브디스크; 지지부의 하측에 위치되고, 밸브스템에 끼워진 패드; 패드의 상면에 장착되고, 중량을 가변시킬 수 있는 중량체; 밸브스템의 길이 일부에 고정된 링크홀더; 링크홀더의 일부와 힌지결합된 작동링크; 일단은 작동링크의 일단과 링크되고, 타단은 지지부에 링크된 고정링크; 일단은 작동링크의 타단과 링크되고, 타단은 패드에 링크된 유동링크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브를 제공한다.
본 발명에 따르면, 유조선 혹은 화학운반선의 화물창에 설치되는 개폐밸브가 갖추어야 할 압력해소 및 역화방지 기능을 기본적으로 확보하되 오실레이션과 해머링 현상이 없고, 낮은 팝업 압력과 높은 클로징 압력을 가지면서 중량은 감소되고, 신속한 개폐가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

Description

지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브{HIGH VELOCITY PRESSURE RELIEF VALVE USING LEVER PRINCIPLE}

본 발명은 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유조선 혹은 화학운반선의 화물창에 개별적으로 설치되어 인화성 가스의 압력해소 및 역화방지 기능을 가지면서 안전하고 신속한 개폐가 가능하도록 개선된 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 유류 또는 화학물질을 수송하기 위한 유조선 혹은 화학운반선과 같은 선박의 화물창, 즉 탱크에는 탱크 내부에서 발생되는 인화성 가스의 과포화 상태를 해소하고, 탱크 내부에 부압이 발생될 때 이를 정상적인 압력으로 조정하여 주는 안전밸브가 설치된다.

즉, 탱크 내부에 저장되어 있는 각종 유류 또는 화학물질로부터 휘발된 가스에 의해 탱크 내부의 압력이 증가될 수 있는데, 유조선이나 화학물질 운반선의 경우 넓은 지역을 항해할 때 각 지역별로 발생되는 기후 차이에 의한 온도변화에 따라 탱크 내부의 압력이 변할 수도 있다. 이 경우 온도가 증가하거나 감소함에 따라서 과압 혹은 부압이 발생된다.

그리고, 탱크에서 유류나 화학물질을 펌핑시켜 배출시키거나 육상 혹은 해상의 저장소에서 유류를 공급받는 경우 탱크 내에는 압력이 낮아져서 부압(진공현상)이 발생하거나 압력이 높아져서 과압이 발생하게 된다.

이와 같이 밀폐된 공간에서 압력이 변하게 되면 폭발성과 인화성이 높은 유류 및 화학물질은 불안정한 상태가 될 뿐만 아니라 폭발이나 화재가 발생될 가능성이 커지고 만일 상기 탱크가 폭발하게 되면 큰 안전사고가 발생되기 때문에 유류나 화학물질을 저장하는 탱크에는 항상 외부로 통하는 통기관을 설치하도록 하였다.

그러나, 상기 통기관은 항상 개방되어 있어서 유류 및 화학물질이 통기관을 통해 다량 증발됨으로서 경제적인 손실이 야기됨은 물론 대기를 오염시키는 원인중의 하나로 대두되었다.

이를 개선하기 위해 등록실용 제125817호, 등록특허 제0437721호, 공개특허 제2004-0012859호를 비롯하여, 미국특허 제5,060,688호 등 다수의 개량 기술들이 개시된 바 있다.

그런데, 개시 기술을 포함한 당해 분야의 선행 기술들은 밀폐력과 안전성 향상 측면에서 주로 접근한 것으로 밸브 자체의 경우는 전통적인 밸브 구조를 취하고 있기 때문에 이러한 밸브가 가져야 할 다음과 같은 특징들을 모두 갖추기 어렵다는 단점이 있어 안전성은 물론 효율성, 동작성, 중량 등에 있어 만족스럽지 못하였다.

즉, 당해 분야에서 사용될 밸브는 오실레이션이 없어야 하고, 역화방지 기능을 가져야 하며, 낮은 팝업 압력과 높은 클로징 압력을 가져야 하고, 중량이 작아야 효율적인 밸브로 활용될 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 불편함과 불만족을 해소하기 위해 창출된 것으로, 다수의 링크를 통한 지렛대 원리를 이용하여 밸브시트와 밸브스템이 스트로크의 상사점과 하사점에서 속도가 줄어드는 댐핑을 유도함으로써 해머링 또는 오실레이션을 극소화시키고, 역화 가능성을 최소화시키며, 신속하고 정확한 개폐동작이 가능하여 안전성도 높이는 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

아울러, 지렛대를 이용함으로써 그 중심점과 타단들의 길이 비율만큼의 중량을 감소시킬 수 있으므로 선박의 특성상 요구되는 경량화의 요건을 충족시킬 수 있다.

본 발명은 상기 기술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 내부에 존재하는 인화성가스의 내부압을 해소시키도록 유조선 또는 화학운반선의 탱크에 설치되는 내부 중공형인 하부바디; 하부바디의 상단에 체결 고정되는 상부바디; 하부바디와 상부바디를 연통시키면서 이들의 경계면에 설치되는 지지부; 상부바디의 내주면에 설치되고, 원중심에는 부쉬를 갖는 밸브시트; 부쉬에 끼워지고 하부바디와 상부바디를 상하로 관통하여 설치된 밸브스템; 밸브스템의 상단에 고정되고, 밸브스템의 위치에 따라 상부바디의 상단을 개폐하는 밸브디스크; 지지부의 하측에 위치되고, 밸브스템에 끼워진 패드; 패드의 상면에 장착되고, 중량을 가변시킬 수 있는 중량체; 밸브스템의 길이 일부에 고정된 링크홀더; 링크홀더의 일부와 힌지결합된 작동링크; 일단은 작동링크의 일단과 링크되고, 타단은 지지부에 링크된 고정링크; 일단은 작동링크의 타단과 링크되고, 타단은 패드에 링크된 유동링크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브를 제공한다.

이때, 상기 작동링크와 고정링크 및 유동링크는 상기 밸브스템을 기준으로 좌우 대칭되게 배치된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 패드는 상기 하부바디의 하단 내경과 대응되는 직경을 갖는 원판 형상으로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 유조선 혹은 화학운반선의 화물창에 설치되는 개폐밸브가 갖추어야 할 압력해소 및 역화방지 기능을 기본적으로 확보하되 오실레이션과 해머링 현상이 없고, 낮은 팝업 압력과 높은 클로징 압력을 가지면서 중량은 감소되고, 신속한 개폐가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브의 폐쇄상태를 보인 예시적인 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브의 개방상태를 보인 예시적인 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브의 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브의 폐쇄상태를 보인 예시적인 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브의 개방상태를 보인 예시적인 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브의 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브는 유조선 혹은 화학물운반선의 화물창, 즉 탱크에서 내부에 존재하는 인화성가스를 배출시키기 위한 지점에 설치된다.

이때, 상기 고속배출밸브는 탱크와 연통되게 고정되는 하부바디(100)를 포함한다.

상기 하부바디(100)는 내부가 빈 중공체로 형성되며, 상단에는 상부바디(200)가 접속 고정된다.

이 경우, 상기 하부바디(100)와 상부바디(200)는 플랜지를 통해 서로 밀착되고, 플랜지의 반경방향을 따라 일정간격을 두고 다수개의 고정볼트(B)가 상하방향으로 체결됨으로써 상호 견고히 조립 고정되는 구조를 갖는다.

그리고, 상기 하부바디(100)와 상부바디(200)가 접하는 경계에는 이들 바디의 내부 중공을 서로 연통시키면서 구획하는 지지부(300)가 구비된다.

또한, 상기 상부바디(200)의 내부 중앙에는 부쉬(210)가 구비되는데, 상기 부쉬(210)는 상부바디(200)의 내주면으로부터 원중심을 향해 연장된 지지대(도면번호 생략)에 의해 고정되며, 이 지지대의 일부에는 관통공(220)이 다수 형성된다.

아울러, 상기 상부바디(200)의 내주면에는 반경방향을 따라 밸브시트(230)가 고정된다.

여기에서, 상기 지지대는 상기 밸브시트(230)와 일체로 형성되고, 이 밸브시트(230)로부터 원중심을 향해 연장 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 부쉬(210)에는 밸브스템(400)이 끼워지고, 상기 밸브스템(400)은 상기 지지부(300)의 중앙을 관통하여 하부바디(100)의 하측까지 연장 설치된다.

뿐만 아니라, 상기 밸브스템(400)의 상단에는 밸브디스크(500)가 고정되고, 상기 밸브디스크(500)의 하단면은 곡률가공되어 상기 밸브시트(230)와 긴밀히 맞물림으로서 기밀을 유지할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 밸브스템(400)의 길이 일부에는 링크홀더(600)가 일체로 고정되고, 상기 링크홀더(600)에는 작동링크(700)가 힌지고정된다.

이때, 상기 작동링크(700)의 일단에는 고정링크(710)의 일단이 힌지고정되고, 상기 고정링크(710)의 타단은 고정부재(310)에 힌지고정되는데, 상기 고정부재(310)는 앞서 설명한 지지부(300)에 일체로 고정된다.

여기에서, 상기 링크홀더(600)와 작동링크(700)를 포함한 밸브디스크(500)의 개폐 동작에 필요한 링크 구성들은 모두 하부바디(100) 내부에서 유동가능하게 설치된다.

아울러, 상기 작동링크(700)의 타단에는 유동링크(720)의 일단이 힌지고정되고, 상기 유동링크(720)의 타단은 고정부재(810)에 힌지고정되는데, 상기 고정부재(810)는 패드(800) 상에 일체로 고정된다.

이 경우, 상기 패드(800)는 원판상의 부재로서, 상기 하부바디(100)의 하단 내경과 대응되는 직경을 가지면서 상기 밸브스템(400)에 끼워진 채 상기 고정부재(810)를 통해 유동링크(720)에 연결 구속된 형태를 취한다.

특히, 상기 밸브스템(400)이 끼워질 수 있도록 패드(800)의 원중심에는 패드부쉬(820)가 마련된다.

따라서, 상기 패드(800)는 상기 밸브스템(400)을 타고 오르내릴 수 있게 구성된다.

이때, 상기 패드(800)의 동작시 밸브스템(400)도 움직일 수 있음은 물론이다.

뿐만 아니라, 상기 패드(800)의 상면에는 중량체(900)가 장착되는데, 상기 중량체(900)는 가감하는 형태를 통해 중량을 조절할 수 있거나 혹은 중량체(900) 자체를 교체가능하게 구성된다.

예컨대, 상기 패드(800)의 상면에 핀을 세우고, 이 핀에 중량체(900)를 바벨형태로 적층하거나 빼내어 중량을 가감할 수도 있고, 아예 중량별로 정해진 중량체(900)를 교체하는 형태로 사용할 수도 있을 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 링크는 서로 연결되어 하나의 링크를 구성하고 있지만 좌우 균형을 유지하여야 하므로 중심선, 즉 밸브스템(400)을 기준으로 대칭되게 배치되어야 한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.

기본적으로 본 발명에 따른 중량체(900)는 패드(800)의 상면에 장착되어 밸브디스크(500)의 압력 세팅을 쉽게 조절할 수 있도록 하여 준다.

즉, 작동링크(700)가 지렛대 원리를 이용하여 인가된 무게를 링크홀더(600)로 인가하고, 링크홀더(600)는 밸브스템(400)에 인가하므로 결국 밸브스템(400)에 고정된 밸브디스크(500)가 인가된 무게만큼의 하중을 받게 되므로 전통적인 밸브디스크에서 요구하는 중량보다 적은 중량으로도 동일한 설정압력을 형성시킬 수 있게 된다.

반면, 인화성 가스를 배출할 때는 밸브디스크(500)가 쉽게 팝업(Pop up)되어야 하는데, 중량체(900) 때문에 이부분이 방해받게 된다.

이를 해소하기 상기에 설명한 바와 같이 무게가 감소된 중량체(900)가 도입되어 전통적인 기술에서 요구되는 항력보다 낮은 수준에서 팝업을 구현할 수 있는 기본 요건을 구비하였고, 또한 팝업의 보조 수단으로 패드(800)가 구비되었으며, 이 패드(800)가 하부바디(100) 아랫부분에서 가해지는 상승압을 그대로 전달받아 항력을 발생시킴으로써 팝업을 쉽게 할 수 있다.

전통적인 기술에서 패드(800)는 높은 무게를 들어 올려야 하였기 때문에 면적을 크게 해야하므로 밸브내부에서 크기가 증가하여 내부 유로를 형성하는데 있어서 어려움이 따르지만, 본 기술에서는 중량감소를 통하여 패드(800)의 면적이 감소되었으므로 내부유로를 확보하여 유량의 증가를 기대할 수 있다.

다시 말해, 전통적인 밸브에서는 패드가 모든 중량을 들어 올리는 형식이 구조로 되어 있기 때문에 낮은 팝업 압력을 형성시키기 힘든 반면, 본 발명에서는 다수의 링크를 지렛대와 같은 형태로 연결구속해 두었기 때문에 같은 항력이 패드에 인가되더라도 전체적인 중량이 감소하게 되므로 밸브디스크(500)를 들어 올리는 압력을 낮출 수 있으며 유량을 증가시킬 수 있게 된다.

특히, 작동링크(700)와 고정링크(710) 및 유동링크(720)들이 링크점을 기준으로 회전하도록 구성되어 있고, 밸브스템(400)은 작동링크(700)와 링크홀더(600)를 통해 구속되어 있기 때문에 링크들의 회전운동은 밸브스템(400)의 직선운동으로 바뀌게 되며, 링크에 의해 구속되어 있기 때문에 밸브스템(400)의 상사점과 하사점에서 밸브디스크(500)의 수직방향으로의 속도가 줄어들게 된다.

따라서, 통상의 밸브에서는 빠른 속도로 오픈과 클로즈 동작이 발생하게 되어 디스크와 시트의 손상, 내부 부품의 손상을 초래하고 관성력에 의해 낮은 유출속도에서 밸브가 완전히 닫히지 않고 미세하게 열려 있어 가스 누출 문제도 유발시키고, 이로 인해 역화될 가능성이 높지만, 본 발명에서는 빠른 오픈과 클로즈가 이루어지기는 하지만 동작의 끝부분, 즉 오픈의 종단과 클로즈의 종단에서 속도가 급격히 줄어들면서 일종의 댐퍼기능을 수행하게 되므로 이 분야에서 심하게 발생되던 오실레이션이나 해머링 현상 자체가 사라지게 된다.

이것은 밸브스템(400)이 다수의 링크들에 구속되어 있기 때문에 상사점과 하사점으로 갈 때 마지막 종단속도가 줄어들 수 밖에 없는 구조이기 때문이다.

정리하자면, 개방시에는 상부바디(200)의 내부압이 증가하여 밸브디스크(500)를 밀게 되므로 밸브디스크(500)가 상승되면서 내부에서 압력 상승된 인화성 가스가 배출되게 된다.

이에 따라, 밸브스템(400)이 올라가면서 하부바디(100) 내부도 개방하게 되어 내부에서 압력 상승된 가스가 배출되면서 패드(800)에 항력이 발생하고, 발생된 항력은 패드(800)과 중량체(900)를 상승시키면서 밸브디스크(500)를 상사점까지 밀어 올리면 다량의 가스가 배출되면서 하부바디(100) 내부의 내부압도 함께 해소된다.

이 상태는 도 2와 같은 상태로 작동링크(700)가 최대한 접혀져 있는 상태이며, 동시에 밸브스템(400)은 상사점을 향해 이동한 상태이다.

이후, 내부압이 떨어지면 중량체(900)의 하중에 의해 패드(800)가 하강하고, 동시에 밸브스템(400)이 하강하며, 이에 따라 밸브디스크(500)가 밸브시트(230)에 압착되면서 상부바디(200)의 개방부를 밀폐하게 된다.

이때, 중량체(900)의 하중으로 인해 상기 밸브디스크(500)는 더욱 더 긴밀한 씰링을 형성할 수 있게 되며, 이와 같은 밀폐상태는 도 1과 같다.

이러한 구조에 따른 본 발명은 안전성은 물론 급격한 오실레이션과 해머링이 완전히 방지되기 때문에 당해 분야에서 획기적인 성능을 나타낼 것으로 기대되며, 특히 전체적인 밸브의 중량을 줄이면서도 기존 밸브가 갖는 특징들을 모두 포함하면서 더 나은 효과를 나타낼 것이므로 활용폭이 급신장할 것으로 예측된다.

100 : 하부바디 200 : 상부바디
300 : 지지부 400 : 밸브스템
500 : 밸브디스크 600 : 링크홀더
700 : 작동링크 800 : 패드
900 : 중량체

Claims (3)

1. 내부에 존재하는 인화성가스의 내부압을 해소시키도록 유조선 또는 화학운반선의 탱크에 설치되는 내부 중공형인 하부바디;
   하부바디의 상단에 체결 고정되는 상부바디;
   하부바디와 상부바디를 연통시키면서 이들의 경계면에 설치되는 지지부;
   상부바디의 내주면에 설치되고, 원중심에는 부쉬를 갖는 밸브시트;
   부쉬에 끼워지고 하부바디와 상부바디를 상하로 관통하여 설치된 밸브스템;
   밸브스템의 상단에 고정되고, 밸브스템의 위치에 따라 상부바디의 상단을 개폐하는 밸브디스크;
   지지부의 하측에 위치되고, 밸브스템에 끼워진 패드;
   패드의 상면에 장착되고, 중량을 가변시킬 수 있는 중량체;
   밸브스템의 길이 일부에 고정된 링크홀더;
   링크홀더의 일부와 힌지결합된 작동링크;
   일단은 작동링크의 일단과 링크되고, 타단은 지지부에 링크된 고정링크;
   일단은 작동링크의 타단과 링크되고, 타단은 패드에 링크된 유동링크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 작동링크와 고정링크 및 유동링크는 상기 밸브스템을 기준으로 좌우 대칭되게 배치된 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 패드는 상기 하부바디의 하단 내경과 대응되는 직경을 갖는 원판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지렛대 원리를 이용한 고속배출밸브.

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