KR101224764B1

KR101224764B1 - Ｏｎ/ｏｆｆ 밸브의 병렬식배치를 이용한 대용량 공기 압력조정시스템

Info

Publication number: KR101224764B1
Application number: KR1020100127541A
Authority: KR
Inventors: 강상훈; 이양지; 오중환; 양수석
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2013-01-21
Also published as: KR20120066284A

Abstract

소유량 압력조정기 또는 단일 압력조정기의 조정유량한계를 초과하는 유량을 조정할 수 있는 압력조정시스템이 개시된다. 대용량 압력조정시스템은, 상류관, 하류관, 상기 상류관과 상기 하류관 사이를 연결하고 병렬로 연결된 복수의 분지관, 상기 각 분지관에 구비되어 상기 각 분지관을 개폐하는 개폐 밸브, 상기 각 분지관에 구비되는 오리피스 및 상기 분지관 중 하나의 분지관에 구비된 압력조정기를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 상류관의 압력 강하에 따라 상기 각 분지관을 순차적으로 개방하여 압력을 조정한다.

Description

ＯＮ/ＯＦＦ 밸브의 병렬식배치를 이용한 대용량 공기 압력조정시스템{LARGE CAPACITY AIR PRESSURE REGULATING SYSTEM WITH ON/OFF VALVE ARRAY}

본 발명은 압력조정시스템에서 압력조정기의 조정유량한계를 초과하는 유량에 대해서 압력을 조정할 수 있는 대용량 압력조정시스템에 관한 것이다.

일반적으로 대용량의 압력을 조정하고자 하는 경우에는 대용량의 압력조정기를 사용하거나 다수의 소유량 압력조정기를 병렬로 배치하여 사용한다. 그런데 이와 같이 대용량 압력조정기를 사용하는 경우 및 다수의 압력조정기를 사용하는 경우, 모두 비용이 증가한다.

여기서, 단일의 대용량 압력조정기를 사용하는 경우, 해당 압력조정시스템에 맞게 적절한 크기의 압력조정기가 사용되어야 한다. 즉, 압력조정시스템의 유량이 변경되는 경우, 특히, 압력조정기의 조정유량한계를 초과하는 경우에는 유량에 맞게 압력조정기를 변경하여야 한다.

한편, 다수의 소유량 압력조정기를 병렬로 배치하는 경우에는 정밀하게 유량을 조정하기가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 압력조정시스템이 복잡해지는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면 대용량 압력조정시스템에서 정밀하게 유량을 조정할 수 있는 대용량 압력조정시스템을 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 대용량 압력조정시스템은, 상류관, 하류관, 상기 상류관과 상기 하류관 사이를 연결하고 병렬로 연결된 복수의 분지관, 상기 각 분지관에 구비되어 상기 각 분지관을 개폐하는 개폐 밸브, 상기 각 분지관에 구비되는 오리피스 및 상기 분지관 중 하나의 분지관에 구비된 압력조정기를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 상류관의 압력 강하에 따라 상기 각 분지관을 순차적으로 개방하여 압력을 조정한다.

일 측면에 따르면, 상기 각 분지관에 구비되는 오리피스는 서로 직경이 다른 오리피스가 구비된다. 그리고 상기 압력조정기의 조정유량한계는 상기 상류관과 상기 하류관 사이의 최대 유량보다 작은 용량을 갖는 압력조정기가 사용된다.

한편, 상술한 본 발명의 다른 실시예들에 따른 대용량 압력조정시스템의 압력 조정 방법은, 상류관과 하류관 사이에 병렬로 연결된 n개의 분지관이 연결되고, n번째 분지관에 압력조정기가 구비된 압력조정시스템에 있어서, 제1 분지관 및 제n 분지관을 개방하는 단계, 상기 상류관의 압력 강하량이 상기 압력조정기의 최대유량을 초과하면 제2 분지관을 개방하는 단계 및 상기 하류관의 압력이 상승하면 상기 압력조정기의 유로를 폐쇄하는 단계를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 제2 분지관을 개방하는 단계와 상기 압력조정기 유로를 폐쇄하는 단계를 반복 수행하여 나머지 분지관을 순차적으로 개방한다.

일 측면에 따르면, 상기 제1 분지관 및 제n-1 분지관에는 각각 오리피스가 구비되며, 서로 다른 직경을 갖는 오리피스가 구비될 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 압력조정기를 이용하여 비교적 대용량 유량에 대해서 압력을 조정할 수 있다.

또한, 압력조정기의 조정유량한계를 초과하는 유량에 대해서도 조정할 수 있는 압력조정시스템을 제공할 수 있다.

또한, 하나의 압력조정기를 이용하여 압력조정시스템이 구성되므로 압력조정시스템의 비용을 절감할 수 있으며, 압력 조정이 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 압력조정시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 압력조정시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 1의 압력조정시스템에서 320bar, 56kg/s 의 공기를 60bar로 낮추는 실험결과를 보여주는 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압력조정시스템(10)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 압력조정시스템(10)의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 압력조정시스템(10)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 그리고 도 3은 도 1의 압력조정시스템(10)에서 320bar, 56kg/s 의 공기를 60bar로 낮추는 실험결과를 보여주는 그래프이다.

본 실시예에 따른 압력조정시스템(10)은 하나의 압력조정기(16)를 이용하여 상기 압력조정기(16)의 조정유량한계 이상의 유량에 대해서 유량을 조절할 수 있다.

도면을 참조하면, 상류관(11)과 하류관(12) 사이에 복수의 분지관(13)이 병렬로 분지되어 연결되고, 각 분지관(13)에는 각각 분지관(13)을 개폐하기 위한 개폐 밸브(15)와 오리피스(14)가 구비된다.

상류관(11)은 소정의 압력을 갖는 관측이고, 하류관(12)에 비해 고압측이 된다. 여기서, 본 실시예에서는 각각 '상류관(11)'과 '하류관(12)'이라 하였으나 상기 상류관(11) 및 하류관(12)이 관에 한정되는 것은 아니며, 상류측과 하류측을 통칭한다 할 것이다.

본 실시예에서는 공기를 유동시키는 압력조정시스템(10)을 예로 들어서 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 가스배관, 플랜트 등에 두루 적용될 수 있다.

오리피스(14)는 각 분지관(13)에 구비되어 분지관(13)을 통해 유동하는 유량을 조정한다. 예를 들어, 오리피스(14)는 서로 다른 소닉 오리피스(sonic orifice)가 구비된다. 여기서, 각 분지관(13)에는 서로 다른 내경을 갖는 오리피스(14)가 구비된다. 여기서, 미설명 도면부호, 141, 142, 143, 144는 각 분지관(13)에 구비되는 오리피스(14)이다.

그리고 마지막 분지관(13)에는 오리피스(14)가 아니라 압력조정기(16)가 구비된다.

압력조정기(16)는 상류관(11)과 하류관(12) 사이에 구비되어 압력을 측정하고, 측정된 결과에 따라 각 분지관(13)을 순차적으로 개방하여 상류관(11) 및 하류관(12)의 압력을 일정하게 유지하면서 압력을 조정한다.

또한, 압력조정기(16)는 밸브 개폐시의 급격한 압력 변동 및 유량의 섭동을 조정하는 역할을 한다.

본 실시예에 따른 압력조정시스템(10)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 실시예에서는 분지관(13)을 5개로 분지한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 분지관(13)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 다만, 분지관(13) 중에서 하류에 해당하는 마지막 분지관에는 오리피스(14) 대신 압력조정기(16)가 구비된다.

우선, 제1 분지관(131)과 제5 분지관(135)의 개폐 밸브(151, 155)를 개방한다(S1).

압력조정시스템(10)은 제1 분지관(131)에 구비된 제1 오리피스(141)를 통해 상류관(11)의 압력에 비례하는 유량으로 공기를 하류관(12)으로 송출한다.

여기서, 시간이 경과함에 따라 점차 상류관(11)의 압력이 강하되는 양은 제5 분지관(135)에 구비된 압력조정기(16)를 통해 보상이 되므로 하류관(12)에는 일정한 압력으로 유량이 송출된다.

다음으로, 시간이 많이 경과하여 상류관(11)의 압력 강하량이 압력조정기(16)의 최대유량을 초과하는 경우에는(S2), 상기 압력조정기(16)의 최대유량으로도 하류관(12)의 압력을 일정하게 유지시키지 못하므로 제2 분지관(132)의 개폐 밸브(152)를 개방하여 송출 유량을 증가시킨다(S3).

여기서, 제2 분지관(132)의 개폐 밸브(152)를 개방하였을 때 순간적으로 증가하는 송출 유량으로 인해 하류관(12)의 압력이 증가하면(S5), 압력조정기(16)가 폐쇄되어 하류관(12)의 압력상승분을 조정한다(S5).

마찬가지로, 시간이 경과하여 하류관(12)의 압력 상승분이 조정되면, 다시 압력조정기(16)를 개방하여 상류관(11)의 압력 강하량에 따라 압력조정기(16)를 통해 공기를 소정량으로 유동시킴으로써 하류관(12)의 압력을 일정하게 유지시킨다.

그리고 상술한 바와 같이, 상류관(11)의 압력 강하량과 압력조정기(16)의 최대유량을 비교하여 나머지 분지관(133, 134)의 개폐 밸브(153, 154)를 순차적으로 개방함으로써 하류관(12)의 압력을 일정하게 유지하면, 상기 압력조정기(16)의 조정유량한계 이상의 대용량의 유량을 조정할 수 있다.

도 3은 본 실시예에 따른 압력조정시스템(10)에서 상류관(11)의 압력이 320bar이고 유량 56kg/s 일 때, 하류관(12)의 압력을 60bar로 낮추는 결과를 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 압력조정시스템(10)을 이용하여 압력을 조정하였을 때 대략 30초 간 하류관(12)의 압력이 매우 균일하게 조정되고 있는 것을 확인할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 분지관(13)에 개폐 밸브(15)와 오리피스(14) 및 단일 소유량 압력조정기(16) 만으로 대용량 압력을 조정할 수 있는 압력조정시스템(10)을 구성할 수 있다. 또한, 압력조정시스템(10)의 구성을 단순화 시키고, 비용을 절감할 수 있으며 다양한 분야에 적용할 수 있다. 또한, 소유량 압력조정기(16)를 이용하여 압력을 정밀하고 균일하게 조정할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 압력조정시스템
11: 상류관
12: 하류관
13, 131, 132, 133, 134, 135: 분지관
14, 141, 142, 143, 144: 오리피스
15, 151, 152, 153, 154, 155: 개폐 밸브
16: 압력조정기(regulator)

Claims

상류관;
하류관;
상기 상류관에서 상기 하류관으로 유체를 유동시키도록 연결하고 병렬로 연결된 n개(여기서, n은 2 이상의 자연수)의 분지관;
상기 각 분지관에 구비되어 상기 각 분지관을 개폐하는 개폐 밸브;
상기 분지관 중 n번째 분지관에 구비되어 상기 상류관의 압력이 강하되면 유로를 개방하고, 상기 하류관의 압력이 상승하면 유로를 폐쇄하는 압력조정기; 및
상기 분지관 중에서 상기 압력조정기가 구비된 분지관을 제외한 나머지 분지관들에 각각 구비되는 오리피스;
를 포함하고,
상기 개폐밸브는 상기 상류관의 압력 강하량이 상기 압력조정기의 최대유량을 초과하면 분지관을 순차적으로 개방하는 압력조정시스템.
제1항에 있어서,
상기 오리피스는 서로 직경이 다른 오리피스가 구비되는 압력조정시스템.
제1항에 있어서,
상기 압력조정기의 조정유량한계는 상기 상류관과 상기 하류관 사이의 최대 유량보다 작은 압력조정시스템.
상류관에서 하류관으로 유체를 유동시키도록 연결하되 병렬로 연결된 n개의 분지관 중에서 제1 분지관 및 제n 분지관을 개방하는 단계;
상기 상류관의 압력이 강하하면 상기 n번째 분지관에 구비된 압력조정기의 유로를 개방하여 압력을 보상하는 단계;
상기 상류관의 압력 강하량이 상기 압력조정기의 최대유량을 초과하면 제2 분지관을 개방하는 단계; 및
상기 제2 분지관을 개방하여 상기 하류관의 압력이 상승하면 상기 압력조정기의 유로를 폐쇄하는 단계;
를 포함하고,
상기 압력조정기의 유로를 개방하는 단계와 상기 압력조정기의 유로를 폐쇄하는 단계를 반복 수행하면서, 상기 상류관의 압력 강하량이 상기 압력조정기의 최대유량을 초과하면 나머지 분지관을 순차적으로 개방하고, 상기 하류관의 압력을 일정하게 유지시키는 압력조정시스템의 압력 조정 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 분지관 및 제n-1 분지관에는 각각 오리피스가 구비되며, 서로 다른 직경을 갖는 오리피스가 구비되는 압력조정시스템의 압력 조정 방법.