KR101791520B1 - 충격 방지용 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수충격 방지용 밸브 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수충격 방지용 밸브 장치는 유입구와 유출구가 형성된 몸체와, 상기 몸체의 내부 유로를 개폐시키는 디스크와, 상기 디스크로부터 연장되는 스템과, 상기 스템과 연결되는 다이어프램과, 상기 다이어프램을 통해서 상측 공간과 하측 공간으로 분리되는 작동공간부를 포함하는 밸브 본체와, 에어 탱크와, 상기 에어 탱크와 상기 작동공간부의 상측 공간에 연결되는 상측 연결 유로와, 상기 상측 연결 유로에 설치되는 상측 삼방 밸브와, 상기 상측 연결 유로 상에 설치되는 급속 배출 밸브와, 상기 에어 탱크에 연결되는 제1 하측 연결 유로와, 상기 하측 연결 유로에 설치되는 하측 삼방 밸브와, 상기 하측 삼방 밸브의 후단에 연결되는 물 탱크와, 상기 물탱크와 상기 작동공간부의 하측 공간에 연결되는 제2 하측 연결 유로와, 상기 제2 하측 연결 유로 상에 설치되는 정방향 체크 밸브와, 상기 제2 하측 연결 유로 상에서 상기 정방향 체크 밸브의 전후방에서 분지 및 합지되는 제3 연결 유로와, 상기 제3 연결 유로 상에 설치되는 역방향 체크 밸브와, 상기 제3 연결 유로 상에 설치되는 니들 밸브와, 외부로부터 수신되는 신호에 의해서 상기 상측 삼방 밸브 및 하측 삼방 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

충격 방지용 밸브 장치{valve system for preventing water hammer}

본 발명은 충격 방지용 밸브 장치에 관한 것으로서, 수충격으로 인한 배관의 파손을 방지할 수 있는 충격 방지용 밸브 장치에 관한 것이다.

물이 공급되는 관로에서 펌프를 가동시키거나 정상운전 중 정전으로 인한 급정지 또는 밸브의 급개폐로 인해 급속한 유격변화가 발생하는 경우, 관로 압력이 크게 상승하는 수충격이 일반적으로 발생하게 된다. 이러한 수충격은 관로의 파손과 변형을 가져오거나 펌프 장치의 이상을 초래하는 원인이 된다.

이러한 수충격을 방지하기 위하여 서지릴리프 밸브가 많이 사용되며, 이러한 서지릴리프 밸브는 감압 파일럿 밸브, 릴리프 밸브, 차단 밸브 등을 이용하여 압력이 설정압력 이상으로 걸리게 되면 압력을 배출하는 시스템이 제안된 바 있다.

이러한 선행기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2016-0132747 호(출원일:2016.10.13) 등이 있다.

그러나, 이러한 선행기술은 복잡한 밸브를 여러개 사용해야 된다는 문제점이 있어서, 최근에는 이러한 장치를 개선한 형태의 수충격 방지 밸브가 제안된 바 있다.

도 1은 종래의 수충격 방지 밸브를 도시하는 개념도이다.

도 1에 도시된 종래 기술은 수충격 감지신호에 의해서 컨트롤러가 솔레노이드 밸브(40)를 제어하여 리시버 탱크(50)에 저장된 압축 공기를 2개로 구분된 연결 유로(71,72)를 통해서 밸브(10)의 다이어 프램의 상하부 공간에 유입되는 양을 조절하여 수충격을 방지하는 시스템이 제안된 바 있다.

그러나, 이러한 종래기술은 압축 공기만을 이용하여 다이어프램을 조정하기 때문에 압축성 유체인 공기의 특성상 신속한 반응이 어렵다는 사용상의 문제점이 존재한다.

본 발명에 따른 수충격 방지용 밸브 장치는 에어 탱크에서 공급되는 압축공기를 통해서 다이어프램을 작동시키는 과정에서 발생되는 응답 특성을 개선하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 수충격 방지용 밸브 장치는 유입구와 유출구가 형성된 몸체와, 상기 몸체의 내부 유로를 개폐시키는 디스크와, 상기 디스크로부터 연장되는 스템과, 상기 스템과 연결되는 다이어프램과, 상기 다이어프램을 통해서 상측 공간과 하측 공간으로 분리되는 작동공간부를 포함하는 밸브 본체와, 에어 탱크와, 상기 에어 탱크와 상기 작동공간부의 상측 공간에 연결되는 상측 연결 유로와, 상기 상측 연결 유로에 설치되는 상측 삼방 밸브와, 상기 상측 연결 유로 상에 설치되는 급속 배출 밸브와, 상기 에어 탱크에 연결되는 제1 하측 연결 유로와, 상기 하측 연결 유로에 설치되는 하측 삼방 밸브와, 상기 하측 삼방 밸브의 후단에 연결되는 물 탱크와, 상기 물탱크와 상기 작동공간부의 하측 공간에 연결되는 제2 하측 연결 유로와, 상기 제2 하측 연결 유로 상에 설치되는 정방향 체크 밸브와, 상기 제2 하측 연결 유로 상에서 상기 정방향 체크 밸브의 전후방에서 분지 및 합지되는 제3 연결 유로와, 상기 제3 연결 유로 상에 설치되는 역방향 체크 밸브와, 상기 제3 연결 유로 상에 설치되는 니들 밸브와, 외부로부터 수신되는 신호에 의해서 상기 상측 삼방 밸브 및 하측 삼방 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다이어프램의 작동 상태를 상기 제어부로 송신하는 리미트 스위치가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 에어 탱크 후단에는 레귤레이터가 더 포함되고, 상기 레귤레이터와 상측 연결 유로 및 제1 하측 연결 유로가 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수충격 방지용 밸브 장치는 작동공간부의 하측 공간에 연결되는 연결유로 상에 물 탱크를 설치하여 물의 이동을 통해서 비상상황 시 수충격으로 인하여 관로 시스템에 발생되는 문제점을 해결하는데 신속한 응답 특성과 충격을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 수충격 방지용 밸브 장치를 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명에 바람직한 일실시예에 이용되는 밸브 몸체를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 수충격 방지 밸브를 도시하는 사시도.
도 4는 도 3의 변화도.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 수충격 방지를 위한 밸브의 작동 원리에 대해서 알아보기 위해서 밸브 몸체에 대해 먼저 살펴보면,

도 2는 본 발명에 바람직한 일실시예에 이용되는 밸브 몸체를 도시하는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 밸브 몸체는 유입구(110)와 유출구(130)가 형성된 몸체(100)와, 상기 몸체(100)의 내부 유로를 개폐시키는 디스크(200)와, 상기 디스크(200)로부터 연장되는 스템(250)과, 상기 스템(250)과 연결되는 다이어프램(550)과, 상기 다이어프램(550)을 통해서 상측 공간(520)과 하측 공간(510)으로 분리되는 작동공간부(500)를 포함한다.

상기 유입구(110)와 유출구(130)를 연결하는 유로는 디스크(200)가 덮어 폐쇄시킴으로써 수충격이 발생하지 않는 정상상태에서는 유입구(110)와 유출구(130)는 디스크(200)에 의해 차단된다.

이러한 다이어프램을 이용하여 유로를 개폐하는 밸브는 종래의 많은 선행기술들에서 이용하고 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 다이어프램(550)을 통해서 디스크(200)를 닫기 위해서는 상측 공간(520)에 유체를 공급하고, 디스크(200)를 열기 위해서는 하측 공간(510)에 유체를 공급하게 되며, 유입구(110)와 유출구(130)를 연결하는 유로를 통해 수충격이 발생하는 유체가 배출되어 수충격을 해소한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 수충격 방지 밸브를 도시하는 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 수충격 방지용 밸브 장치는 앞서 살펴본 밸브 본체(10), 에어 탱크(50), 상측 연결 유로(71), 상측 삼방 밸브(42), 급속 배출 밸브(80), 제1 하측 연결 유로(72), 하측 삼방 밸브(44), 물탱크(90), 제2 하측 연결 유로(91), 제3 연결 유로(93), 정방향 체크 밸브(92), 니들 밸브(95) 및 제어부(30)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 앞서 살펴본 밸브 본체(10)의 상측 공간과 하측 공간으로 분리되는 작동공간부에 압력을 주어 다이어프램이 상하로 작동하기 위해서 에어 탱크(50)가 구비된다.

상기 에어 탱크(50)의 전단에는 공기 압축기를 통해서 압축 공기가 공급되지 않는 비상시에 에어 탱크 내부의 압축공기가 외부로 배출되지 않도록 체크 밸브(53)가 설치되고, 상기 에어 탱크(50)의 후단에는 에어 탱크(50)에서 공급되는 압축 공기의 압력이 일정 압력 이상 상승되지 않도록 압력을 조절하는 레귤레이터(51)가 설치된다.

상기 레귤레이터(51)는 자체 릴리프 기능을 수행하면서 밸브 본체가 연결된 배관 전체의 압력이 상승하게 되면 디스크가 개방되도록 하여 릴리프 밸브의 기능을 가지게 된다.

이러한 에어 탱크(50)는 작동공간부의 상측 공간에 연결되는 상측 연결 유로(71)와 제1 하측 연결 유로(72)를 통해서 각각 압축 공기를 공급하는 역할을 하게 된다.

먼저, 상측 연결 유로(71)에는 상측 삼방 밸브(42)가 설치되고, 상기 상측 연결 유로(71) 상에는 급속 배출 밸브(80)가 설치된다.

이러한 상측 삼발 밸브(42)는 제어부를 통해서 외부 신호에 의해서 다이어프램이 상측으로 이동되어야 하는 경우 상측 공간으로 연결된 유로를 차단하여 압력 공기의 공급을 차단하고 배출측 유로를 열어서 압축 공기를 외부로 배출시키게 된다. 여기서, 상측 공간의 압축 공기를 빠르게 배출하고자 하는 경우 상기 급속 배출 밸브(80)를 열어서 상측 공간에 공급된 공기를 빠르게 배출시킬 수 있다.

이러한 급속 배출 밸브(80)는 상측 연결 유로(71)에 연결된 오리피스를 통해서 작동되며, 밸브 차단시에는 상측 공간으로 공급되는 압축 공기가 오리피스로 인하여 급속 배출 밸브로 전달되어(정확히는 급속 배출 밸브의 상부 커버에 우선적으로 전달되어) 차단 상태를 지속적으로 유지시키고, 밸브의 개방시에는 급속 배출 밸브로 전달되는 압력이 제거되어 밸브 상측 공간의 압축 공기가 급속 배출 밸브를 통해서 배출된다.

다만, 비상시 압축 공기가 유입되지 않는 경우 밸브가 차단 상태를 유지할 수 있도록 상측 연결 유로(71)에는 별도의 체크 밸브(54)가 설치되어야 한다.

다음으로, 제1 하측 연결 유로(72)에는 하측 삼방 밸브(44)가 설치되고, 상기 하측 삼방 밸브(44)의 후단에는 물 탱크(90)가 연결된다.

즉 종래의 선행기술이 상기 제1 하측 연결 유로가 직접 작동공간부의 하측 공간과 연결되지만, 본원 발명에서는 물탱크(90)가 연결되어 하측 공간에 상기 물탱크(90)에 저장된 물이 하측 공간으로 유입 및 유출되는 방식을 채택한 것이다.

즉, 압축성 유체인 공기를 직접 하측 공간에 투입하기보다는 비압축성 유체에 가까운 물을 중간 매개체로 이용하여 응답 특성을 보다 강화한 것이다. 밸브가 차단되면서 하측 공간에 압축공기가 유입된 상태에서는 공기가 압축되면서 밸브가 재개방되는 헌팅 현상이 발생하게 되는데 이를 비압축성 유체인 물을 통해서 방지하게 된다.

이러한 물탱크(90)는 제2 하측 연결 유로(91)를 통해서 작동공간부의 하측 공간에 연결되고, 상기 제2 하측 연결 유로(91) 상에는 물의 역류를 방지하기 위한 정방향 체크 밸브(92)가 설치된다.

구체적으로 작동공간부의 하측 공간에 압력을 제공하여 디스크를 개방시키고자 하는 경우 제1 하측 연결 유로에 설치된 하측 삼방 밸브(44)가 유로를 열어서 압축공기를 물 탱크(90)측으로 공급하고, 상기 압축 공기의 압력에 의해서 물 탱크에 저장된 물이 제2 하측 연결 유로를 통해서 하측 공간측으로 공급된다.

이러한 에어 탱크와 물탱크의 2중 압력 전달 방식을 통해서 수충력에 의한 응답 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

앞서 살펴본 이러한 밸브의 작동은 외부로부터 수신되는 신호(외부 관로에서 발생된 수충격을 감지하는 센서 등)에 의해서 상기 상측 삼방 밸브 및 하측 삼방 밸브를 제어하는 제어부(30)를 통해서 이루어진다.

도 4는 도 3의 변화도이다.

도 4에 도시된 도면은 디스크를 닫는 과정의 유체 흐름을 도시화 한 것이다.

즉, 작동공간부의 상측 공간에 압력을 제공하기 위하여 상측 연결 유로(71)의 상측 삼방 밸브를 개방하는 경우 상측 공간으로 압축 공기가 공급되면, 하측 공간에 유입된 물은 제2 하측 연결 유로를 통해서 물탱크 측으로 배출하게 된다.

이경우 당연히 제1 하측 연결 유로에 설치된 하측 삼방 밸브는 에어 탱크로부터 전달되는 압력이 물탱크측으로 전달되지 않도록 유로를 차단하여야 하며, 물탱크에 유입된 압축공기는 물탱크로 다시 유입되는 물에 의해서 하측 삼방 밸브에서 외부로 배출된다.

이러한 밸브의 개폐과정에서 하측 공간에 유입된 물이 빠르게 물탱크측으로 이동하는 과정에 충격이 발생될 수 있으므로, 배출되는 물의 양을 조절할 필요가 있다.

도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 제2 하측 연결 유로(91) 상에서 정방향 체크 밸브(92)의 전후방에서 제3 연결 유로(93)가 분지 및 합지되며, 상기 제3 연결 유로 (93)상에는 역방향 체크 밸브(94)가 설치된다.

이러한 제2 연결 유로(93) 상에는 니들 밸브(95)가 설치되고, 이러한 니들 밸브(95)를 통해서 상측 공간으로 압력 공기가 유입되는 과정에서 하측 공간에 유입된 물이 다시 물 탱크(90)측으로 유입되는 속도를 조절할 수 있다.

제2 하측 연결 유로(91)의 유로가 크기 때문에 개방 속도는 빠르지만 밸브의 차단 과정에서 제3 하측 연결 유로에 설치된 니들 밸브를 통해서 물이 배출되므로 차단 속도가 완만하게 이루어지게 된다.(이러한 차단 속도는 니들 밸브를 통해서도 조절가능하다.)

즉, 밸브를 개방하는 과정에서는 압축 공기에 의해서 신속하게 작동하고, 차단시에는 물의 이동에 의해서 완만한 차단이 가능하게 되는 것이다.

여기서, 상기 다이어프램의 작동 상태를 상기 제어부로 송신하는 리미트 스위치(99)가 더 포함된다.

이러한 리미트 스위치는 스템의 상단에 접촉하도록 설치되어, 스템의 상승 여부로 인하여 다이어프램이 정상 작동 여부를 제어부로 알려주게 된다.

이상과 같이 본 발명은 수충격 방지용 밸브 장치를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: 밸브 본체
30: 제어부
50: 에어 탱크
51: 레귤레이터
53,54: 체크 밸브
71: 상측 연결 유로
42: 상측 삼방 밸브
72: 제1 하측 연결 유로
44: 하측 삼방 밸브
80: 급속 배출 밸브
90: 물 탱크
91: 제2 하측 연결 유로
92: 정방향 체크 밸브
93: 제3 연결 유로
94: 역방향 체크 밸브
95: 니들 밸브
99: 리미트 스위치

Claims (3)

1. 유입구와 유출구가 형성된 몸체와, 상기 몸체의 내부 유로를 개폐시키는 디스크와, 상기 디스크로부터 연장되는 스템과, 상기 스템과 연결되는 다이어프램과, 상기 다이어프램을 통해서 상측 공간과 하측 공간으로 분리되는 작동공간부를 포함하는 밸브 본체와;
   에어 탱크와;
   상기 에어 탱크와 상기 작동공간부의 상측 공간에 연결되는 상측 연결 유로와;
   상기 상측 연결 유로에 설치되는 상측 삼방 밸브와;
   상기 상측 연결 유로 상에 설치되는 급속 배출 밸브와;
   상기 에어 탱크에 연결되는 제1 하측 연결 유로와;
   상기 제1 하측 연결 유로에 설치되는 하측 삼방 밸브와;
   상기 하측 삼방 밸브의 후단에 연결되는 물 탱크와;
   상기 물탱크와 상기 작동공간부의 하측 공간에 연결되는 제2 하측 연결 유로와;
   상기 제2 하측 연결 유로 상에 설치되는 정방향 체크 밸브와;
   상기 제2 하측 연결 유로 상에서 상기 정방향 체크 밸브의 전후방에서 분지 및 합지되는 제3 연결 유로와;
   상기 제3 연결 유로 상에 설치되는 역방향 체크 밸브와;
   상기 제3 연결 유로 상에 설치되는 니들 밸브와;
   외부로부터 수신되는 신호에 의해서 상기 상측 삼방 밸브 및 하측 삼방 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수충격 방지용 밸브 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다이어프램의 작동 상태를 상기 제어부로 송신하는 리미트 스위치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수충격 방지용 밸브 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어 탱크 후단에는,
   레귤레이터가 더 포함되고, 상기 레귤레이터와 상측 연결 유로 및 제1 하측 연결 유로가 연결되는 것을 특징으로 하는 수충격 방지용 밸브 장치.
   

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