KR101221998B1 - 릴리프 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입구 개구(9) 및 출구 개구(10)를 구비한 파일럿 밸브 유닛(6)을 포함하며 가연성 액체를 위한 탱크에서 대기 초과의 압력을 경감시키기 위한 릴리프 밸브에 관한 것이다. 탱크에서의 예정된 조정 가능한 대기 초과의 압력에 의해, 파일럿 밸브 유닛(6)은 개방되고 입구 개구(9)로부터 출구 개구(10)로 가스 유동을 가능하게 하며, 이는 한편으로는 밸브가 빠르게 개방되도록 추진하고(boost), 다른 한편으로는 챔버(15)에서 가스가 비워지게 한다. 챔버(15)는 밸브 시트(1)를 향해 또는 이로부터 멀리 밸브 바디(2)를 제어하는 멤브레인(3)에 의해 폐쇄되고, 이로써 공간(13)과 릴리프 통로(5) 사이에서 가스의 유동을 허용하거나 또는 차단하는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면 릴리프 통로(5)는 과잉 압력 밸브(11)를 통해 개방부를 향해 개방되고, 파일럿 밸브 유닛(6)의 출구 개구(10)는 릴리프 통로(5)와 연결된다. 이러한 수단에 의해 화염은 외부로부터 릴리프 통로(5) 및 공동(13) 안으로 이동될 수 없게 되어 향상된 부스터 효과 뿐만 아니라 높은 안전도가 이루어진다.

Description

릴리프 밸브 {A RELIEF VALVE}

본 발명은 주요 멤브레인과 밀착되는(coherent with) 밸브 바디 및 밸브 시트를 포함하며 탱크 내의 압력을 경감하기 위한 릴리프 밸브에 관한 것으로서, 그 일측부는 파일럿 통로를 통해 탱크에 연결되고 타측부는 한편으로는 탱크에 다른 한편으로는 릴리프 통로에 연결되며, 상기 파일럿 통로에 배열된 파일럿 밸브를 설정 압력에 의해 개방시키도록 구성된 하나 이상의 파일럿 멤브레인을 구비한 파일럿 밸브 유닛을 포함하고, 상기 파일럿 통로는 탱크에 커플링된 입구 개구 및 출구 개구를 갖는다.

이러한 밸브는 예를 들어 배에 내장된 탱크 내의 압력을 경감시키는데 특히 이용된다. 온도 변화에 의해 탱크를 환기시킬(ventilate) 수 있는 것이 중요하고, 탱크 내에 함유된 물질이 가연성일 때 특히 엄격한 요구사항들이 밸브의 기능 및 불을 억제하는 능력으로서 요구된다.

탱크 내에 포함된 혼합물이 가연성 효과를 나타내는 가연성 가스를 방출하는 액체를 탱크가 함유한다면 이는 특히 위험하다. 이는 릴리프 밸브에 대해서 외부로부터의 화염의 역류(blow back)를 방지할 것을 요구하고 동시에 탱크로부터의 증발이 최소로 감소되도록 개방 및 폐쇄에 대한 압력차가 작은 채로 작동할 것을 요구한다.

상기 언급된 종류의 파일럿 멤브레인은 잘 알려져 있고 탱크 내의 압력이 단지 설정 압력보다 약간 높아진다면 매우 빠르게 개방될 수 있다는 장점을 갖는다. 차례로 이들은 방화재(fire-retardant)가 아니고 상기 배출 개구가 개방부로 환기되기 때문에 다소 위험하다. 이는 예를 들어 갑판위 불이 파일럿 밸브를 통해 탱크로 옆길을 따라 이동할 수 있음을 의미한다.

본 발명의 목적은 릴리프 밸브를 제공하는 것이고, 이 경우 개방/폐쇄 기능의 향상은 불이 밸브를 통해 이동할 수 없는 안전성을 제공함과 동시에 수행된다.

이 목적은 릴리프 통로가 과잉 압력 밸브를 통해 개방부로 연결된다는 점과 출구 개구가 주요 멤브레인 및 과잉 압력 밸브를 통해 릴리프 통로로 연결된다는 점으로 실행된다.

출구 개구는 릴리프 통로와 연결됨에 의해, 과잉 압력 밸브가 폐쇄되어 있는 한, 릴리프 통로 내의 압력은 파일럿 밸브를 통한 가스 처리량의 결과 때문에 증가한다. 이러한 압력 증가는 주요 멤브레인이 빠르게 개방시키는데 기여한다. 주요 멤브레인이 개방될 때, 압력은 릴리프 통로에서 빠르게 증가하고 과잉 압력 밸브가 개방된다. 동시에 주요 멤브레인의 일측부 상의 압력을 추가적으로 감소시키기 위해 파일럿 밸브를 통한 가스 처리량이 증가하는 효과로 압력 강하가 상기 출구 개구 주위에서 일어난다. 이러한 방식으로 본 발명에 따른 밸브의 빠르고 신뢰성 있는 기능이 수행된다.

점화 위치로 방출된 가스의 경우에, 종래 기술은 릴리프 통로 내의 압력 및 유동 속도가 떨어질 때 화염의 역류의 위험과 관련이 있었다. 본 발명에 따르면, 이는 과잉 압력 밸브에 의해 피해지는데, 과잉 압력 밸브는 화염이 릴리프 통로 근처에 도달하기 이전에 폐쇄될 것이다. 출구 개구는 릴리프 통로에 연결되고 릴리프 통로는 과잉 압력 밸브에 의해 주위 환경(surroundings)에 대해 차단되며, 불이 파일럿 밸브를 통해 전파할 수 있는 위험이 더 이상 없다.

대기 이하의 압력의 경우에, 탱크로부터 릴리프 통로로 통로가 인에이블되도록 주요 멤브레인이 개방될 수 있는 주요 멤브레인의 양 측부에서 대기 이하 압력이 형성될 것이다(prevail). 릴리프 통로가 과잉 압력 밸브를 포함하는 경우에, 이는 갑판위의 불의 경우에 재해가 될 수 있는 역흡입(back-suction)을 폐쇄하고 막을 것이다.

바람직한 실시예에 따르면, 과잉 압력 밸브는 본질적으로 수직축으로 어뢰형 바디를 포함한다. 이는 유출 가스를 응집된 제트로 수집하는 작용을 하고, 이 제트는 사용 위치에서 릴리프 통로가 윗방향을 향할 때 위로 방출된다(throw upwards).

일 실시예에 의해 과잉 압력 밸브는 과잉 압력 밸브 바디의 자체 중량 및 스프링 중 하나 이상에 의해 편향될(biased) 수 있고, 바람직한 실시예에 따라서 자석이 제공될 수 있으며 자력은 개방 압력이 폐쇄 압력보다 높게 만들도록 작용한다. 이는 과잉 압력 밸브가 약간 나중에 개방되는 것을 가능하게 하는데 기여할 것이고, 이에 의해 밸브의 개방 사이클의 추가적인 향상이 상기에서 설명된 것처럼 얻어질 수 있으며 동시에 밸브는 비교적 낮은 압력에서 폐쇄된다.

이하에서 본 발명은 도면을 참고하여 실시예의 설명에 따라 더욱 자세히 설명될 것이다.

도 1은 실시예를 통한 단면도이다.

도 2는 도 1에서 도시된 실시예의 확대 단면도이다.

바닥에서, 도 1에서 도시된 밸브는 탱크와 연결된 또는 탱크 상에서의 밸브의 부착을 위한 플랜지(12)를 갖는다. 일반적으로 탱크는 예를 들어 가연성 증기를 방출하는 액체를 수송하기 위한 배에서의 선적 탱크(loading tank)이다. 벌써 이러한 포인트에서, 릴리프 밸브의 관점에서 안전을 위한 엄격한 요구사항이 이루어지고, 릴리프 밸브는 대기 초과의 압력(super-atmospheric pressure)의 경우에 탱크를 환기시키고(ventilate) 대기 이하의 압력(sub-atmospheric pressure)의 경우에 공기가 들어가는 것을 가능하게 할 수 있다. 유출의 경우에, 가연성 가스들은 예를 들어 불꽃에 의해 점화될 수 있고 탱크가 진공인 경우에 갑판의 불(deck fire)은 탱크 내의 가연성 가스로 쉽게 옮겨질 수 있을 것이다.

정상 작동에서, 릴리프 밸브는 절대적으로 필요한 것보다 많은 가스가 빠져나가는 것을 허용하지 않도록 작동하는 것이 매우 중요하다. 탱크에서의 압력이 불필요하게 낮아지게 된다면, 이는 탱크 내의 액체의 증발을 촉진시킬 것이다. 실행에 있어서, 많은 양의 액체가 배에 의한 수송 동안 이러한 방식으로 증발된다. 따라서, 이러한 목적을 위한 릴리프 밸브가 설정 압력 및 폐쇄 압력(closing pressure)에서의 매우 작은 차이 내에서 작동할 수 있어야 한다. 실행에 있어서, 플랜지(12)는 탱크에 고정되지 않지만 일정한 길이의 파이프 시스템을 통해 탱크에 연결되며, 이는 가스가 파이프를 통해 유동하자마자 압력이 강하할 것이라는 것을 의미한다.

전체적인 관점에서 볼 때, 매우 엄격한 요구사항들이 배에 내장되어 이용되는 릴리프 밸브의 관점에서 안전 및 작동에 이루어진다. 또한, 본 발명은 해안 탱크와 함께 이용 가능하고 또한 상기와 같은 엄격한 요구사항이 요구되는 다른 목적을 위해서도 이용 가능하다.

밸브는 챔버(13)를 포함하고, 이 챔버는 플랜지(12)를 통해 탱크에 연결되며 그 자체로 알려진 진공 밸브(14)와 연결되고, 진공 밸브는 진공이 챔버(13)에서 일어나는 경우에 활성화될 목적으로 작용한다. 또한, 진공 밸브(14)는 주위의 화염이 챔버(13) 안으로 전파되는 것을 막기 위한 그 자체로 알려진 수단을 포함한다.

또한, 챔버(13)는 밸브 시트(1) 및 밸브 바디(2)를 포함하는 밸브를 통해 릴리프 통로(5)에 연결된다. 밸브 바디(2)는 주요 멤브레인(3)에 의해 수반되고(carried by) 저널되며(journalled), 이에 의해 멤브레인이 윗방향으로 이동하도록 영향을 받을 때 밸브가 개방된다. 이러한 경우에 탱크로부터의 대기 초과의 압력은 릴리프 통로(5)로 전파되어갈 수 있을 것이고 탱크로부터 과잉 압력 밸브(11)를 통해 개방부로 전파되어갈 수 있을 것이며 이는 후술한다. 먼저 도 2에서 도시된 밸브 부품(6)이 어떻게 기능하는지 이하에서 설명될 것이다. 이하에서 이 부품은 '파일럿 밸브 유닛(6)'으로 지칭될 것이고, 이 밸브 유닛은 입구 개구(9)를 통해 챔버(13)와 연결되며 출구 개구(10)를 통해 릴리프 밸브(5)와 연결되고 마지막으로 챔버(15)와 연결되며, 챔버(15)는 도시된 실시예에서 주요 멤브레인(primary membrane; 3)에 의해 아래 방향으로 한계가 정해진다.

파일럿 밸브 유닛(6)은 제어 멤브레인(16) 및 파일럿 멤브레인(7)을 포함하고, 파일럿 멤브레인(16)의 상부면은 개방부(the open)와 연결되며 멤브레인(7, 16) 사이의 공간은 스로틀 수단(throttle means; 17)을 통해 입구 개구(9)로 연결된다. 또한, 파일럿 멤브레인(7)의 바닥면은 입구 개구(9)에 연결되지만 스로틀 수단(17) 주위에 있다. 또한, 밸브는 파일럿 통로(4)를 포함하고, 파일럿 통로는 파일럿 챔버(15)에 연결되며 스로틀 수단을 통해 입구 개구(9)로 연결되고 파일럿 밸브(8)에 의해 통상적으로 윗방향으로 개방된다. 멤브레인(16, 7)이 윗방향으로 이동한다면, 파일럿 밸브(8)는 개방될 것이고 이에 의해 가스가 입구 개구(9)로부터 출구 개구(10)로 유동할 수 있다.

또한, 파일럿 밸브 유닛(6)은 스프링(24)을 포함하고, 이 스프링은 예정된 조정 가능한 힘에 의해 아래 방향으로 멤브레인(16)을 프레스하고 조정 가능하다. 멤브레인은 밸브(8)의 밸브 바디를 통해 서로 연결되고, 그 부품은 멤브레인 상의 가스 압력 및 스프링(24)으로부터의 압력의 영향 하에서 수직 운동에 대해 저널된다.

도 2에서 도시된 파일럿 밸브가 기능하는 방법은 이하와 같다.

챔버(13)에서 형성된(prevailing) 압력은 대기 초과의 압력이지만 설정 압력 미만이라고 가정한다면, 이 압력은 챔버(15)에서 그리고 멤브레인(16, 7) 사이에서 형성된다. 이 압력이 스프링 힘과 대기 압력을 합한 것을 극복할 수 없는 한, 파일럿 밸브(6)는 폐쇄될 것이고 주요 멤브레인(3)은 챔버(13) 및 릴리프 통로(5) 사이의 통로가 없음을 나타낼 것이다.

챔버(13) 내의 압력이 설정 압력을 초과하여 증가하자마자, 멤브레인(16) 위로의 압력차는 파일럿 밸브(8)의 개방의 시작을 일으킬 것이다. 개방이 일어나자마자, 가스의 유동은 입구 개구(9)로부터 출구 개구(10)로 이동할 것이고, 가스가 스로틀 수단(17)을 통과하기 때문에 입구 개구(9)에서 형성된 것보다 더 낮은 압력이 하류에서 형성될 것이다. 이러한 압력 차이는 또한 파일럿 멤브레인(7) 위에서 나타나게 되고, 이에 의해 파일럿 밸브(8)의 밸브 바디는 입구 개구(9)로부터 출구 개구(10)로의 가스 처리량을 추가적으로 증가시키기 위해 추가적으로 윗방향으로 리프트될 것이다. 실행에 있어서, 이는 챔버(13) 내의 압력이 설정 압력을 오직 약간 초과하지만 파일럿 밸브(8)가 아주 빠르게 개방됨을 의미한다. 상기 유동에 의해, 챔버(15)는 비워질 것이고 매우 빠르게 멤브레인(3)이 윗방향으로 밸브 바디(2)를 리프트하게 한다. 이는 비워지는 챔버(15)에 의해서 뿐만 아니라 본 발명에 따라 출구 개구(10)가 릴리프 통로(5)에 연결되는 결과로서 릴리프 통로(5)에서의 압력이 증가함에 의한 것이다. 멤브레인(16, 7)에 의해 수행되는 상기 설명된 부스터-효과는 그 자체로 공지되지만, 본 발명의 장점들 중 하나는, 파일럿 밸브를 통해 이동하고 공지된 부스터 효과에 필수적인 가스의 유동이 릴리프 통로(5) 안으로 유동하며 이에 의해 지금까지 알려지지 않은 증가된 부스터 효과를 제공하는 것이다.

종래 기술의 파일럿 밸브에 의하면, 출구 개구(10)는 직접 개방부에 연결되고, 이는 갑판의 불이 밸브를 통해 탱크로 되돌아가도록 전파될 위험을 포함한다. 이러한 위험은 본 발명에서는 일어나지 아니하는데, 왜냐하면 본 발명의 경우 릴리프 통로(5)는 화염의 역류를 막는 과잉 압력 밸브(11)에 의해 종결되고 파일럿 밸브(6)의 개방 이동 동안 릴리프 통로(5)에서 대기 초과의 압력을 형성하는 것이 가능하기 때문이다.

이제 과잉 압력 밸브(11)가 이하에서 더욱 자세하게 설명될 것이다. 외부적으로 이는 어뢰형(torpedo)의 바디의 형태를 갖고, 유출 가스를 공기 내로 높게 방출하는(thrown high into the air) 응집된 제트로 수집하는 알려진 작용을 한다. 어뢰형의 바디의 바닥부는 밸브 시트(19) 상에서 접하도록 구성된 밸브 바디(18)로서 구성된다. 중심적으로 안내부(20)가 제공되고 이는 스핀들 안내부(21) 내에서 수직으로 이동 가능하며, 스핀들 안내부는 공지되지 않은 수단에 의해 밸브 시트(19)에 대해 고정된다. 스핀들 안내부(21)의 상부에 자기 디스크(22)가 제공되고, 이 자기 디스크(22)는 다른 자기 디스크 또는 자성화 가능한(magnetisable) 물질(23)로 된 디스크와 상호 작용하도록 구성되며, 이 경우 후자의 디스크는 높이 조정 가능하며 밸브 바디(18)가 밸브 시트(19)에 접할 때 디스크(22, 23) 사이의 자기 인력이 예정된 값으로 조정될 수 있음을 나타낸다. 따라서 자기력은 밸브 바디(18)를 밸브 시트(19)를 향해 아래로 유지시킨다. 릴리프 통로(5) 내의 압력이 상기 자기 인력을 극복할 수 있을 때, 과잉 압력 밸브(11)는 개방될 것이고, 이에 의해 디스크(23)는 디스크(22)로부터 더 먼 거리에 위치하게 되며, 자기 인력이 감소되고 이로써 밸브(11)가 거의 즉시 가장 큰 가능한 유동을 허용하는 상부 위치로 이동된다.

또한, 자기 디스크(22, 23)는 폐쇄 압력이 개방 압력보다 약간 낮은 효과를 갖는다. 그러나, 폐쇄 압력은 화염의 역류가 릴리프 통로(5) 안으로의 아래 방향으로는 일어나지 않도록 화염의 전파 속도를 항상 초과하는 밸브 시트(19)에서 측정된 유동 속도보다는 낮지 않지 않다.

또한, 과잉 압력 밸브(11)는 순수하게 스프링-제어되는 밸브이거나, 질량 제어되는 밸브이거나, 또는 스프링-제어되고 질량 제어된 밸브일 수 있고, 그 개방 및 폐쇄 압력은 본질적으로 동일하다. 이는 과잉 압력 밸브(11)는 파일럿 밸브 유닛(6)이 폐쇄되기 직전에 폐쇄된다는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 과잉 압력 밸브(11)가 폐쇄될 때 릴리프 통로(5)를 통한 그리고 탱크 및 챔버(13) 아래로 여전히 개방된 밸브를 통한 화염 역류(blow back)의 위험이 없다.

과잉 압력 밸브(11)가 파일럿 밸브의 설정 압력 및 폐쇄 압력에 의해 차례로 제어되는 릴리프 챔버(5)에서 일어나는 압력 및 유동 조건에 관해서 최적으로 기능함을 보장하도록 자기적으로 제어되는 밸브, 스프링 제어되는 그리고 질량 제어되는 밸브의 조합은 설계자에게 넓은 자유재량을 줄 것이다.

릴리프 통로(5)는 과잉 압력 밸브에 의해 개방부를 향해 폐쇄되고, 출구 개 구(10)에 의해 릴리프 통로(5)로 연결됨에 의해 종래 기술과 비교된 밸브는 더욱 방화재적이고 작동적으로 더욱 신뢰성 있게 실행된다.

Claims (4)

1. 탱크에서 압력을 경감시키기 위한 릴리프 밸브로서,

   주요 멤브레인(3)과 밀착되는(coherent with) 밸브 바디(2) 및 밸브 시트(1)를 포함하고,

   상기 주요 멤브레인(3)의 일측부는 파일럿 통로(4)를 통해 탱크와 연결되고 타측부는 부분적으로 탱크와 그리고 부분적으로 릴리프 통로(5)와 연결되며,

   상기 파일럿 통로(4)에 배열된 파일럿 밸브(8)를 설정 압력에 의해 개방하도록 구성된 하나 이상의 파일럿 멤브레인(7)을 가진 파일럿 밸브 유닛(6)을 포함하고,

   상기 파일럿 통로(4)는 상기 탱크에 연결된 입구 개구(9) 및 출구 개구(10)를 가지며,

   상기 릴리프 통로(5)는 어뢰형(torpedo-shaped) 과잉 압력 밸브(11)를 통해 개방부로 연결되고, 상기 출구 개구(10)는 상기 주요 멤브레인(3)과 어뢰형 과잉 압력 밸브(11) 사이의 상기 릴리프 통로(5)에 연결되는 것을 특징으로 하는,

   탱크에서 압력을 경감시키기 위한 릴리프 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 릴리프 통로가 사용 위치에 있을 때 윗방향으로 향하고, 상기 과잉 압력 밸브가 본질적으로 수직축을 갖는 어뢰형 밸브 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   탱크에서 압력을 경감시키기 위한 릴리프 밸브.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 과잉 압력 밸브가 상기 과잉 압력 밸브 바디의 중량 및 스프링 중 하나 이상에 의해 편향되어서 개방 또는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는,

   탱크에서 압력을 경감시키기 위한 릴리프 밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 과잉 압력 밸브가 자석을 포함하고, 자력에 의해 개방 압력이 폐쇄 압력을 초과하게 되는 것을 특징으로 하는,

   탱크에서 압력을 경감시키기 위한 릴리프 밸브.

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