KR101865037B1 - 자력에 의한 충격압 해소가 가능한 릴리프 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기, 압력가스 등 외부 동력원의 공급이 없더라도 자력에 의해 독립적으로 관로의 충격압을 해소할 수 있는 구조의 릴리프 밸브를 제공한다. 본 발명의 릴리프밸브는, 유체가 유입되는 유입구가 전단부에 설치되고 내부공간을 통과한 유체가 유출되는 유출구가 후단부에 설치된 외부몸체와, 상기 외부몸체의 내부공간의 중심부에 위치에 고정되며 내부에 전후방향으로 연장된 작동공간을 가지는 내부몸체와, 상기 작동공간에 삽입되어 전후진 운동하는 피스톤부재와, 상기 내부공간에서 내부몸체의 주위를 유동한 유체가 유출구로 유동하기 위해 통과하도록 상기 내부몸체의 후측에 설치되는 통로로서 상기 피스톤부재가 운동하는 방향에 수직인 방향을 향해 개방된 개폐통로와, 상기 피스톤부재와 결합되어 개폐통로를 각각 개방 및 폐쇄시키는 개폐부재와, 상기 유입구로 유입되는 유체의 압력을 전달받아 피스톤부재의 운동을 발생시키기 위한 압력을 작동공간에 전달하는 작동압발생장치를 포함한다.

Description

자력에 의한 충격압 해소가 가능한 릴리프 밸브{RELIEF VALVE ENABLE OF RELIEVING HIGH PRESSURE FOR ONESELF}

본 발명은 자력에 의한 충격압 해소가 가능한 릴리프 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원유수송관, 하수배수관 등의 관체에 설치되어 과도한 충격압이 발생시 외부 동력의 공급없이 그 충격압에 의해 외부와 연통된 유로를 개방하여 충격압을 해소할 수 있는 릴리프 밸브에 관한 것이다.

유체를 수송하는 배관 내부에서는 유속의 급격한 변화에 의해 관내 압력이 갑자기 상승 또는 하강하는 워터 해머(water hammer) 현상이 발생한다.

이러한 워터 해머 현상은 고압의 압력파를 발생시키기 때문에 배관은 물론 이와 연결된 구조물에 심한 충격과 파손을 유발한다.

이 때문에 배관 내 압력의 급격한 상승을 해소하기 위하여 관로 내의 압력이 설정압력 이상으로 상승하였을 때 유체를 외부로 방출함으로써 관로 내의 압력을 적정압력으로 유지시키는 서지 릴리프 밸브(surge relief valve)가 설치된다.

도 1 및 도 2는 한국특허등록번호 제10-1705081호에 개시된 것으로서, 그와 같은 서지 릴리프 밸브가 설치된 파이프라인의 구성 및 서지 릴리프 밸브의 단면구성을 도시하고 있다.

도 1을 참고하면, 원유수송파이프라인(100)에서 분기된 분기파이프라인(200) 상에 서지릴리프밸브(1)가 설치되어 원유수송파이프라인(100)에서 발생한 서지(surge)충격을 해소하고 있다.

분기파이프라인(200)에서 서지릴리프밸브(1)의 전방에는 감지센서(610;압력센서)가 설치되어 서지충격을 감지하여 감지결과를 컨트롤러(600)로 전송한다. 컨트롤러(600)는 서지충격의 발생시, 서지릴리프밸브(1)를 개방하여 고압의 오일을 배출함으로써 원유수송파이프라인(100) 내부의 서지충격을 해소 또는 완화시킨다.

평상시의 서지릴리프밸브(1)는 제1가스유입라인(320)에 설치된 제1솔레노이드밸브(410)가 제1가스유입라인(320)을 통해 탱크의 압력가스를 서지릴리프밸브(1)로 유입시켜 서지릴리프밸브(1)를 폐쇄작동시킨다.

서지충격의 발생시는, 고압유체용 서지릴리프밸브(1)의 전방에 배치되는 감지센서(610)가 먼저 서지충격을 감지한다.

감지센서(610)의 신호를 전달받은 컨트롤러(600)는 제1솔레노이드밸브(410)를 전환하여 제1가스유입라인(320)을 통해 서지릴리프밸브(1) 내의 압력가스(질소가스 N2)가 배출밸브(510)에서 대기 중으로 방출되도록 유로가 연결된다.

이와 함께, 제2솔레노이드밸브(420)를 전환하여 제2가스유입라인(330)을 통해 탱크의 압력가스가 서지릴리프밸브(1)에 유입되어 서지릴리프밸브(1)의 개방작동을 보조한다. 이에 따라, 서지릴리프밸브(1)를 통해 원유를 배출함으로써 분기파이프라인(200)으로 전파되는 서지충격이 해소 또는 완화되고 연통되어 있는 원유수송파이프라인(100) 내부의 서지충격을 해소 또는 완화시킨다.

도 2를 참고하면, 제1가스유입라인(320)과 연결된 제1가스출입로(8)와 제2가스출입로(9)는 배출밸브(510)와 연결됨으로써 대기중으로 압력가스를 신속히 배출하고, 제2가스유입라인(330)은 탱크(310)의 압력가스를 공급받도록 제2솔레노이드밸브(420)가 전환되므로, 제3가스출입로(2)를 통해 압력가스가 전방가이드실린더(3) 내로 유입되어 전방가이드로드(4)를 밀어내는 상태가 된다.

그 상태에서 서지충격이 밀폐작동부재(5)의 밀폐디스크부(6)에 전달되면, 밀폐작동부재(5)가 후방으로 신속히 밀려나면서 원유의 유출을 허용하고 오일압력을 해소할 수 있는 것이다.

그러나, 전술한 종래의 서지릴리프밸브가 지중이나 사막 등 전기 또는 공압 등의 동력원을 공급할 수 없는 위치에 설치될 경우, 감지센서나 밀폐디스크부의 작동을 위해 필요한 전기 및 압력가스를 지속적으로 공급할 수 없으므로 장기간의 사용시 정상적인 작동이 이루어질 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기, 압력가스 등 외부 동력원의 공급이 없더라도 자력(自力)에 의해 독립적으로 관로의 충격압을 해소할 수 있는 구조의 릴리프 밸브를 제공하는 것이다.

전술한 구성에 따른 본 발명의 릴리프밸브는, 유체가 유입되는 유입구가 전단부에 설치되고 내부공간을 통과한 유체가 유출되는 유출구가 후단부에 설치된 외부몸체와, 상기 외부몸체의 내부공간의 중심부에 위치하고 브릿지에 의해 상기 외부몸체에 고정되며 내부에 전후방향으로 연장된 작동공간을 가지는 내부몸체와, 상기 작동공간에 삽입되어 전후진 운동하는 피스톤부재와, 상기 내부공간에서 상기 내부몸체의 주위를 유동한 유체가 상기 유출구로 유동하기 위해 통과하도록 상기 내부몸체의 후측에 설치되는 통로로서 상기 피스톤부재가 운동하는 방향에 수직인 방향을 향해 개방된 개폐통로와, 상기 피스톤부재와 결합되어 상기 피스톤부재와 함께 전진 및 후진 운동시 상기 개폐통로를 각각 개방 및 폐쇄시키는 개폐부재와, 상기 유입구로 유입되는 유체의 압력을 전달받아 상기 피스톤부재의 전후진 운동을 발생시키기 위한 압력을 상기 작동공간에 전달하는 작동압발생장치를 포함하여, 상기 유입구로 유입되는 유체의 압력이 설정치보다 큰 경우에 상기 작동압발생장치가 상기 피스톤부재를 전진시키는 압력을 전달하여 상기 개폐부재가 상기 개폐통로를 개방시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 릴리프밸브는, 상기 작동공간에 상기 피스톤부재를 후방으로 밀어내는 제1탄성수단이 설치되고, 상기 작동압발생장치가 상기 피스톤부재를 전진시키는 압력의 전달시 상기 피스톤부재는 상기 제1탄성수단을 압축시키는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 릴리프밸브는, 상기 작동압발생장치가 상기 내부몸체 외측의 상기 내부공간과 일단부가 연통된 작동압실린더와, 상기 작동압실린더의 타단부와 상기 작동공간을 연결하는 작동압전달유로와, 상기 작동압실린더 내의 공간이 일측공간과 타측공간으로 양분되도록 설치되어 상기 일측공간과 타측공간의 압력차에 의해 일측 또는 타측으로 이동하는 가동부재와, 상기 타측공간과 상기 작동압전달유로에 채워진 작동유체를 포함함으로써, 상기 내부공간의 충격압에 의해 상기 가동부재가 타측으로 이동시에 상기 작동유체의 압력이 상승하여 상기 피스톤부재가 상기 작동공간에서 전진하도록 압력이 작용하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 릴리프밸브는, 상기 피스톤부재의 전후진을 위해 상기 작동공간 내부로의 공기출입이 가능하도록, 상기 작동공간과 외부를 연결하는 공기출입로가 설치되고, 상기 공기출입로에는 공기조절기가 설치되되, 상기 공기조절기는 상기 작동공간의 공기를 외부로 배출시에 유로를 개방하여 공기의 자유로운 출입을 허용하고, 상기 작동공간으로 공기를 유입시에 유로를 폐쇄하고 오리피스통로를 통해 공기가 유입되도록 동작하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 릴리프 밸브는, 상기 공기조절기가 유로가 외부측을 향해 테이퍼(taper)형상으로 직경이 증가하는 경사면과, 공기가 상기 작동공간으로 유입시 상기 경사면에 밀착하여 유로를 폐쇄할 수 있는 체크볼을 포함하되, 상기 체크볼에는 표면에 요철이 분포함으로써 유로의 폐쇄를 위해 상기 경사면에 밀착시 상기 경사면과의 사이에 상기 오리피스통로를 형성하게 되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

전술한 구성에 따른 본 발명의 릴리프 밸브는 아래와 같은 효과를 가진다.

본 발명의 릴리프 밸브는 외부의 전기, 공압 등의 동력원의 공급이 없더라도 충격압이 발생한 유체의 압력에 의해 작동압발생장치와 피스톤부재 및 개폐부재를 매개로 개폐통로를 개방시킬 수 있으므로, 전기의 공급이나 공압설비의 설치가 불가능한 장소에서도 자력(自力)으로 독립적인 작동이 가능하다.

또한, 본 발명의 릴리프 밸브는 내부공간의 유체의 압력이 피스톤부재의 전후진 운동하는 방향에 수직인 방향으로 개폐부재에 작용하도록 구성되어, 내부공간에 차 있는 유체의 압력이 피스톤부재의 전후진 운동에 방해가 되지 않으므로, 작은 용량의 탄성수단이 설치되더라도 피스톤부재 및 개폐부재의 원활한 작동이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 릴리프 밸브는 종래의 릴리프 밸브와 비교할 때, 유출구가 위치하는 후방에 개폐부재가 설치됨으로써, 관로와 연결된 내부공간의 유체의 압력이 개폐작동에 저항이 되지 않도록 하는 구조를 보다 쉽게 형성할 수 있다. 즉, 개폐부재가 내부공간의 유체의 압력을 받지 않고 유출구와 연통된 외부의 압력(예컨대 대기압)을 받는 환경에서 전후진하면 되므로, 개폐작동을 위한 작은 용량의 장치의 설치가 가능해진다.

또한, 본 발명의 릴리프 밸브는 유입구로부터 유입되는 유체와는 다른 작동유체가 포함되어 작동압발생장치가 구성됨으로써, 피스톤부재로 압력을 전달하는 작동압전달유로가 좁게 형성되더라도 응고나 불순물의 침착으로 인한 작동불량의 문제가 해소될 수 있다. 즉, 유입구로 유입되는 유체가 직접 좁은 작동압전달유로로 유동하여 피스톤부재에 압력을 전달하는 경우, 그 유체가 원유이면 좁은 통로에서 응고될 위험이 있고, 슬러지를 포함하는 하수이면 좁은 통로에 불순물의 침착이 발생하여 원활한 압력전달을 방해하게 될 것이다.

도 1는 종래 서지 릴리프 밸브가 설치된 파이프라인의 구성도
도 2의 (a) 및 (b)는 종래 서지 릴리프 밸브의 단면구성도 및 작동설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브의 외관을 도시하는 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브의 내부구성을 도시하는 사시단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브의 구성을 설명하는 분해도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브에서 작동압전달유로의 구성을 보다 상세히 도시하는 단면구성도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브가 설정치 이하의 유체 압력을 받고 있는 상태를 도시하는 구성 및 작용설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브가 설정치보다 큰 유체 압력을 받고 있는 상태에서 개폐유로가 개방된 상태를 도시하는 구성 및 작용설명도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브에서 공기조절기가 설치된 공기출입로의 구성을 도시하는 구성설명도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브에서 공기조절기의 작용을 설명하는 작용설명도

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 릴리프밸브는, 유체가 유입되는 유입구(11)가 전단부에 설치되고 내부공간(15)을 통과한 유체가 유출되는 유출구(12)가 후단부에 설치된 외부몸체(10)와, 상기 외부몸체(10)의 내부공간(15)의 중심부에 위치하고 브릿지(21)에 의해 외부몸체(10)에 고정되며 내부에 전후방향으로 연장된 작동공간(23)을 가지는 내부몸체(20)와, 상기 작동공간(23)에 삽입되어 전후진 운동하는 피스톤부재(30)와, 상기 내부공간(15)에서 내부몸체(20)의 주위를 유동한 유체가 유출구(12)로 유동하기 위해 통과하도록 내부몸체(20)의 후측에 설치되는 통로로서 피스톤부재(30)가 운동하는 방향에 수직인 방향을 향해 개방된 개폐통로(41)와, 상기 피스톤부재(30)와 결합되어 피스톤부재(30)와 함께 전진 및 후진 운동시 개폐통로(41)를 각각 개방 및 폐쇄시키는 개폐부재(50)와, 상기 유입구(11)로 유입되는 유체의 압력을 전달받아 피스톤부재(30)의 전후진 운동을 발생시키기 위한 압력을 작동공간(23)에 전달하는 작동압발생장치(60)를 포함한다.

상기 외부몸체(10)는 밸브의 외부 둘레를 형성하는 부분으로서 유체가 유동하는 내부공간(15)을 둘러싸고 있다. 외부몸체(10)의 전단부에 유체가 유입되는 유입구(11)가 설치되고 유입구(11)를 통해 내부공간(15)으로 유입된 유체는 후단부의 유출구(12)를 통해 외부로 배출된다.

상기 내부몸체(20)는 외부몸체(10)의 내부공간(15)의 중심부에 위치하고 유선형의 외면을 가짐으로써 내부몸체(20) 주위로 내부공간(15)을 유동하는 유체가 원활히 유동할 수 있다.

내부몸체(20)는 복수의 브릿지(21)에 의해 외부몸체(10)에 고정됨으로써 내부공간(15)의 중심부에 위치가 고정될 수 있다.

내부몸체(20)에는 그 내부에서 전후방향 즉 유입구(11)와 유출구(12)를 연결하는 방향으로 연장된 작동공간(23)을 가지고, 작동공간(23)은 실린더형상을 가지며, 작동공간(23)에 피스톤부재(30)가 삽입되어 작동공간(23)을 따라 전후진하는 피스톤운동을 한다.

본 명세서 및 청구범위에서 전진과 후진의 의미는, 유입구(11)가 위치하는 부분을 전단부로 하여 외부몸체(10) 내에서 유입구(11)가 위치하는 측을 향해 이동하는 것을 전진으로 하고, 외부몸체(10) 내에서 유출구(12)가 위치하는 측을 향해 이동하는 것을 후진으로 정의한 후 기재되었다.

상기 작동공간(23)에는 상기 피스톤부재(30)를 후방으로 밀어내는 제1탄성수단(35)이 설치되고, 상기 작동압발생장치(60)가 상기 피스톤부재(30)를 전진시키는 압력의 전달시 상기 피스톤부재(30)는 제1탄성수단(35)을 압축시킨다.

작동공간(23)은 내부몸체(20)의 내에서 폐쇄되어 있으므로 작동공간(23)의 내부로 유체가 유입되지 않는다. 피스톤부재(30)는 작동공간형성부재(24)의 후단부에 위치하는 삽입공(24a)을 통해 작동공간(23)의 외부로 연장되어 개폐부재(50)와 결합된 상태로 전후진한다.

작동공간(23)의 형성을 위해 내부몸체(20) 내부의 설치공간(23a)에 원통형상의 작동공간형성부재(24)를 전후방향으로 설치하고, 피스톤부재(30)가 작동공간(23)에서부터 삽입공(24a)에 삽입되도록 조립된다.

상기 피스톤부재(30)는 개폐부재(50)를 운동시키기 위한 것으로서, 개폐부재(50)는 작동공간(23)의 후방에서 피스톤부재(30)의 후단부와 결합되어 피스톤부재(30)와 함께 전진 및 후진 운동시 개폐통로(41)를 각각 개방 및 폐쇄시킨다.

개폐부재(50)가 개폐통로(41)를 개방시킴으로써 유입구(11)로부터 유입된 유체가 내부공간(15)에서부터 유출구(12)로 유동해 갈 수 있고, 개폐부재(50)가 개폐통로(41)를 폐쇄시키는 경우, 내부공간(15)에 진입한 유체가 유출구(12)로 유동할 수 없도록 차단된다.

상기 개폐부재(50)는 피스톤부재(30)의 후단부에 결합되는 디스크부(51)와, 그 디스크의 둘레에서 유입구(11)가 위치하는 전방을 향해 연장되는 환형차단부(52)를 포함한다.

상기 디스크부(51)에는 개폐부재(50)의 후측으로도 연통될 수 있도록 관통공(54)이 둘레에 다수 형성되어 개폐부재(50)의 전후진 운동에도 불구하고 개폐부재(50)의 전후방에서 항상 동일 압력이 되도록 한다.

상기 환형차단부(52)는 원통형상의 부분으로 개폐부재(50)의 전진시 슬라이딩되면서 개폐통로(41)를 실질적으로 차단하는 부분이다.

개폐통로(41)는 피스톤부재(30)가 운동하는 방향에 수직인 방향을 향해 개방되는 것으로서, 개폐부재(50)를 중심으로 둘레를 따라 복수개가 균일간격으로 설치되어 유체가 유출구(12)방향으로 유동시 원활히 통과할 수 있도록 한다.

개폐부재(50)의 환형차단부(52)가 피스톤부재(30)의 전진운동과 함께 피스톤부재(30)의 운동하는 방향을 따라 이동하면 개폐통로(41)를 일측에서부터 슬라이딩되면서 차단한다.

상기 개폐통로(41)는 내부몸체(20)의 후단부와 외부몸체(10)의 후단부에 밀착되는 환형의 통로형성체(40)에 의해 형성된다.

상기 통로형성체(40)는 개폐부재(50)를 감싸는 환형으로 형성되고 환형의 둘레를 따라 균일간격으로 개폐통로(41)가 분포하도록 형성되어 있고, 전단부가 내부몸체(20)의 후단부에 밀착하고 후단부가 외부몸체(10)의 후단부에 밀착한 상태에서 내부에서 전후진하는 개폐부재(50)가 통로형성체(40)의 내측에서 슬라이딩작동이 이루어진다.

한편, 상기 작동압발생장치(60)는 내부몸체(20) 외측의 상기 내부공간(15)과 일단부가 연통된 작동압실린더(62)와, 상기 작동압실린더(62)의 타단부와 작동공간(23)을 연결하는 작동압전달유로(64)와, 상기 작동압실린더(62) 내의 공간이 일측공간(62a)과 타측공간(62b)으로 양분되도록 설치되어 일측공간(62a)과 타측공간(62b)의 압력차에 의해 일측 또는 타측으로 이동하는 가동부재(63)와, 상기 타측공간(62b)과 상기 작동압전달유로(64)에 채워진 작동유체(67)를 포함한다.

상기 작동압실린더(62)는 가동부재(63)에 의해 상기 내부공간(15)의 유체의 압력을 작동유체(67)의 압력으로 변환시키는 부분으로서, 작동압실린더(62)의 내부를 가동부재(63)가 일측공간(62a)과 타측공간(62b)으로 양분하고 가동부재(63)가 일측공간(62a) 측 또는 타측공간(62b) 측으로 이동하는 것을 안내한다.

작동압실린더(62)의 일측공간(62a)은 외부몸체(10)의 내부공간(15)과 연통되어 있으므로 내부공간(15)을 유동하는 유체(예컨대, 원유)로 채워지고, 작동압실린더(62)의 타측공간(62b)은 작동유체(67)로 채워진다.

상기 작동유체(67)는 정제된 미네랄오일(mineral oil)이 바람직하고 내부공간(15)을 유동하는 유체가 원유인 경우 그보다 점도가 낮은 오일류를 사용한다. 통상의 유압기기에 사용되는 작동유가 사용될 수 있다.

상기 내부공간(15)을 유동하는 유체가 슬러지를 포함하는 하수인 경우에도, 작동유체(67)는 불순물이 제거된 순수한 오일을 사용한다. 작동유체(67)로서 순수한 물을 사용할 수도 있으나, 물은 쉽게 증발되어 장기간 사용시 부족분이 발생할 수 있고 피스톤부재(30)에 대하여 윤활작용을 충분히 할 수 없는 문제가 있다.

작동유체(67)은 내부공간(15)의 유체(예컨대, 원유, 하수)가 높은 점성이나 이물질로 인해 관로가 좁은 작동압전달유로(64)로 진입시 응고, 점착 등에 의해 막히는 상황이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 내부공간(15)의 유체를 대신하여 압력을 전달하기 위해 정제되고 점성이 낮은 오일을 사용한 것이다. 통상의 유압기기의 작동유가 바람직하다.

상기 가동부재(63)는 통상의 피스톤의 헤드부분에 해당하는 것으로서, 상기 내부공간(15)의 유체의 압력을 받아 작동압실린더(62) 내에서 이동함으로써 작동유체(67)에 압력을 전달하는 역할을 한다.

가동부재(63)는 작동압실린더(62)의 일측공간(62a)과 타측공간(62b)을 구분시키고 일측공간(62a)과 타측공간(62b) 사이의 유체의 이동을 차단하도록 오링에 의해 작동압실린더(62)의 내벽면에 밀착으로써 일측공간(62a)의 압력을 타측공간(62b)으로 원활히 전달할 수 있다.

일측공간(62a)과 타측공간(62b)에는 각각 제2탄성수단(65)과 제3탄성수단(66)이 내장되어, 가동부재(63)를 양측에서 서로 마주보는 방향으로 밀고 있다.

이에 따라, 가동수단이 유체의 압력으로 어느 측으로 밀려난 상태에서는 중간위치로 복귀하려는 탄성력을 받게 되므로, 유체의 압력이 정상상태가 된 후에는 가동수단이 중간부분에 있는 원위치로 복귀할 수 있다.

작동압전달유로(64)는 작동압실린더(62)의 타단부와 작동공간(23)을 연결하는 파일럿(pilot) 관로로서, 도 6의 도면부호 64, 64a, 64b와 같이, 작동공간(23)까지 연결되는 과정에서 그 유동면적이 비교적 좁게 설치된다.

작동압전달유로(64)는 작동공간형성부재(24)의 외면둘레공간(64a)과, 작동공간(23)과 연통되기 위한 작동공간형성부재(24)의 다수의 연통공(64b)를 포함한다.

작동공간형성부재(24)가 내부몸체(20)의 설치공간(23a)에 조립되고, 작동공간형성부재(24)의 외면둘레공간(64a) 및 다수의 연통공(64b)이 작동압전달유로(64)를 형성하도록 함으로써, 조립되는 부재를 최소화하면서 작동압전달유로(64)의 설치가 매우 용이해지고 제작을 간편하게 할 수 있다.

작동압전달유로(64)가 내부의 부재들에 관통설치되어 작동공간(23)까지 연결되는 경로 상에서 충분한 유동면적을 가질 수 없으므로, 상기 내부공간(15)을 유동하는 유체가 원유 등이고 작동압전달유로(64)로 원유 등이 유동하는 경우, 응고가 발생하여 유로가 막히는 문제가 생길 수 있다. 이에 따라, 작동압전달유로(64)에는 전술한 바와 같이, 점도가 원유보다 낮고 불순물이 제거된 오일을 작동유체(67)로 사용하는 것이다.

상기 내부공간(15)에 유체의 의한 충격압이 발생시, 상기 가동부재(63)가 타측공간(62b)이 위치하는 타측으로 이동하면서 타측공간(62b) 내의 작동유체(67)를 밀어내게 된다.

이에 따라, 작동유체(67)의 압력이 상승하여 작동압전달유로(64)를 통해 작동공간(23) 내의 피스톤부재(30)의 후방에서 피스톤부재(30)를 밀도록 작용함으로써, 피스톤부재(30)가 작동공간(23)에서 전진하도록 압력이 작용한다.

한편, 상기 피스톤부재(30)가 전후진시 상기 작동공간(23) 내부의 공기출입이 가능하도록, 작동공간(23)과 외부를 연결하는 공기출입로(27)가 설치된다.

공기출입로(27)는 외부몸체(10)를 관통하여 브릿지(21)의 내부를 따라 내부몸체(20)를 관통함으로써, 외부와 작동공간(23)을 연결하고 있다. 공기출입로(27)는 피스톤부재(30)에 의해 폐쇄되는 작동공간(23)의 공기를 외부로 배출하거나 유입시키기 위한 것이므로, 피스톤부재(30)가 작동공간(23)의 전방을 향해 최대한 수축한 위치의 내측(전단측)에서 공기출입로(27)가 작동공간(23)과 연결되도록 한다.

도 9를 참고하면, 상기 공기출입로(27)에는 공기조절기(70)가 설치된다.

상기 공기조절기(70)는 공기출입로(27)를 통해 공기의 배출시는 원활하고 신속히 배출되도록 허용하고, 공기출입로(27)를 통해 작동공간(23)에 공기의 흡입시는 공기의 흡입을 지연시키도록 설치된다.

이에 따라, 작동공간(23)에 설치된 제1탄성수단(35)에 의해 피스톤부재(30)가 후방으로 밀려나는 시점에서, 공기조절기(70)에 의해 공기의 공급속도를 줄임으로써, 보다 느린 속도로 피스톤부재(30)가 후진할 수 있도록 하고 개폐부재(50)가 개폐통로(41)를 서서히 폐쇄하도록 할 수 있다.

이는 개폐통로(41)가 갑자기 닫힘으로써 내부공간(15)에서 유출구(12)로 유동하던 유체가 갑자기 차단되어 유체의 압력에 의한 충격압이 발생하는 것을 완화 또는 방지한다.

상기 공기조절기(70)는 상기 작동공간(23)의 공기를 외부로 배출시에 체크볼(73)이 도 10의 (a)와 같이 경사면(72)에서 밀려남으로써 유로를 개방하여 공기의 자유로운 출입을 허용하고, 상기 작동공간(23)으로 공기를 유입시에 도 10의 (b)와 같이 유로를 거의 폐쇄하고 오리피스통로(틈)를 통해 공기가 유입되도록 동작한다.

구체적으로 상기 공기조절기(70)는 유로가 외부측을 향해 테이퍼(taper)형상으로 직경이 증가하는 경사면(72)과, 공기가 상기 작동공간(23)으로 유입시 상기 경사면(72)에 밀착하여 유로를 폐쇄할 수 있는 체크볼(73)을 포함한다. 공기출입로(27)의 외단부에는 메쉬판(74)이 설치되어 외부의 이물질 유입을 방지하고 내부의 체크볼(73)이 이탈하지 않고 공기출입로(27) 내에 수용할 수 있도록 한다.

상기 경사면(72)은 체크밸브의 구조와 같이 외부측을 향해 테이퍼(taper)형상(단면으로 볼 때 Y자 형상)으로 직경이 증가하는 경사면(72)을 가지고 체크볼(73)이 그 경사면(72)에서 유로를 차단할 수 있도록 설치된다.

상기 체크볼(73)은 표면에 요철이 분포하고 요철은 미세한 돌기(73a)들이 분포되어 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 도 10의 (b)와 같이, 체크볼(73)이 외부공기의 흡입으로 인해 이동하여 경사면(72)에 밀착시 그 경사면(72)과 체크볼(73)의 밀착은 체크볼(73)의 돌출된 요철(돌기)과 경사면(72)의 표면이 밀착된 것이고, 요철(돌기)들 사이에는 경사면(72)의 표면에 완전히 밀착되지 아니하여, 미소량의 공기가 유입될 수 있는 틈이 형성된다.

이러한 틈이 오리피스통로를 형성하게 되어 미세한 공기가 서서히 작동공간(23)으로 시간을 두고 유입되도록 한다.

전술한 효과를 얻기 위해, 공기가 작동공간(23)에 유입시 유로를 차단하고 작동공간(23)으로부터 배출시에는 유로를 개방하는 통상의 체크밸브를 공기출입로(27)에 설치하고 그 체크밸브의 상류측에서 작동공간(23)과 외부를 연결하는 오리피스를 설치하는 구성으로 대체될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 릴리프 밸브의 작용을 보다 상세히 설명한다.

도 7을 참고하면, 유입구(11)가 연결된 관로로부터 유체가 외부몸체(10)의 내부공간(15)으로 유입된 후, 관로의 유체의 압력이 설정치 이하이고 내부공간(15)의 압력이 설정치 이하인 경우, 피스톤부재(30)는 제1탄성수단(35)의 탄성력에 의해 밀려 후방으로 돌출된 상태이다.

즉, 상기 내부공간(15)에 차 있는 유체가 설정치 이하의 압력이면, 유체가 가동부재(63)를 밀어 작동유체(67)의 압력을 상승시키더라도 작동압전달유로(64)를 통해 피스톤부재(30)에 전달되는 압력은 피스톤부재(30)를 후방으로 밀어내는 제1탄성수단(35)의 탄성력을 이길 수 없으므로, 피스톤부재(30)가 작동공간(23) 내부로 전진하여 수축되지 않는다.

피스톤부재(30)가 후방으로 돌출된 상태에서는 개폐부재(50)가 후진하여 통로형성체(40)의 개폐통로(41)를 전체적으로 차단하고 있다.

이에 따라, 외부몸체(10)의 내부공간(15)에 차 있는 유체가 유출구(12)로 유동하지 못하고 차단된 상태이며, 상기 내부공간(15)의 유체의 압력은 개폐부재(50)의 환형차단부(52)에 작용하되, 압력이 피스톤부재(30)의 전후진 운동하는 방향에 수직인 방향으로 개폐부재(50)에 작용한다.

따라서, 내부공간(15)에 차 있는 유체의 압력이 피스톤부재(30)의 전후진 운동에 방해가 되지 않는다.

한편, 본 실시예의 릴리프 밸브가 연결 설치된 관로에서 설정치보다 큰 유체의 충격압이 발생할 수 있다.

도 8을 참고하면, 그 충격압이 유입구(11)를 통하여 상기 내부공간(15)에 전달되면, 유체의 압력에 의해 순간적으로 작동압발생장치(60)의 가동부재(63)를 작동압실린더(62)에서 타측공간(62b) 측으로 밀어내면서 작동유체(67)를 가압한다.

이에 압력이 상승한 작동유는 작동압전달유로(64)를 통해 피스톤부재(30)에 압력을 가함으로서 피스톤부재(30)가 제1탄성수단(35)을 압축시키면서 작동공간(23)의 내부로 전진한다.

이때, 피스톤부재(30)와 결합된 개폐부재(50)가 피스톤부재(30)와 함께 운동하면서 통로형성체(40)에 대하여 전방으로 슬라이딩이 이루어지고 개폐통로(41)를 신속히 개방한다.

체크볼(73)은 작동공간(23)의 공기배출에 따라 밀려나 작동공간(23)의 공기가 공기출입로(27)을 따라 외부로 배출되는 것을 허용한다.

이에 따라, 충격압이 발생한 유체가 순간적으로 개폐통로(41)를 통해 유출구(12)로 유동하면서 외부로 배출될 수 있다.

관로와 연결된 상기 내부공간(15)의 유체를 유출구(12)를 통해 배출함으로써 관로 내에 발생한 유체의 충격압을 해소할 수 있고, 그 충격압에 따른 관로나 부속장치의 손상을 최소화 또는 방지할 수 있다.

유체의 충격압이 해소된 후에는 제1탄성수단(35)이 피스톤부재(30)를 후방으로 밀어내고, 가동부재(63)가 원위치로 복귀함으로써, 피스톤부재(30)와 결합된 개폐부재(50)가 개폐통로(41)를 폐쇄시키고 유체가 유출구(12)로 배출되지 않도록 차단한다.

이 때, 도 10의 (b)와 같이, 작동공간(23)에 유입되는 공기는 체크볼(73)이 경사면에 밀착되고 체크볼(73)의 돌기(73a)들 사이에서 미세한 양이 점진적으로 유입됨으로, 피스톤부재(30)의 후진과 함께 작동공간(23) 내에 소정크기의 음압(陰壓)의 발생으로 피스톤부재(30)가 서서히 후진하여 개폐통로의 폐쇄가 느린 속도로 진행된다.

만일, 피스톤부재(30)가 제1탄성수단(35)의 탄성력에 의해 신속히 후진하여 개폐부재(50)가 개폐통로(41)를 신속히 폐쇄시킬 경우, 유출구(12)로 유동하던 유체가 갑자기 차단되면서 충격압을 발생시키고 이러한 충격압의 반복 시 주변기기나 관로의 손상을 유발할 수 있다.

본 실시예의 릴리프 밸브는 외부의 전기, 공압 등의 동력원의 공급이 없더라도 충격압이 발생한 유체의 압력에 의해 작동압발생장치(60)와 피스톤부재(30) 및 개폐부재(50)를 매개로 개폐통로(41)를 개방시킬 수 있으므로, 전기의 공급이나 공압설비의 설치가 불가능한 장소에서도 자력으로 독립적인 작동이 가능하다.

또한, 본 실시예의 릴리프 밸브는 내부공간(15)의 유체의 압력이 피스톤부재(30)의 전후진 운동하는 방향에 수직인 방향으로 개폐부재(50)에 작용하도록 구성되어, 내부공간(15)에 차 있는 유체의 압력이 피스톤부재(30)의 전후진 운동에 방해가 되지 않는다. 이는 개폐통로(41)를 개방시키는 피스톤부재(30)에 관로의 유체압력이 직접작용하지 않는 구조이므로, 작은 용량의 탄성수단(스프링)으로도 원활한 작동이 이루어질 수 있다. 만일, 피스톤부재(30)의 전후진 동작하는 방향으로 피스톤부재(30)에 내부공간(15)의 유체의 압력이 직접 작용하는 경우에는 그 유체의 압력에 저항하여 피스톤부재(30)가 정지상태로 유지되기 위해 과대용량의 탄성수단(스프링)이 작동공간(23)에 설치되어야 한다.

또한, 본 실시예의 릴리프 밸브는 종래의 릴리프 밸브와 비교할 때, 유출구(12)가 위치하는 후방에 개폐부재(50)가 설치됨으로써, 관로와 연결된 내부공간(15)의 유체의 압력이 개폐작동에 저항이 되지 않도록 하는 구조를 보다 쉽게 형성할 수 있다. 즉, 개폐부재(50)가 내부공간(15)의 유체의 압력을 받지 않고 유출구(12)와 연통된 외부의 압력(예컨대 대기압)을 받는 환경에서 전후진하면 되므로, 개폐작동을 위한 작은 용량의 장치의 설치가 가능해진다.

또한, 본 실시예의 릴리프 밸브는 유입구(11)로부터 유입되는 유체와는 다른 작동유체(67)가 포함되어 작동압발생장치(60)가 구성됨으로써, 피스톤부재(30)로 압력을 전달하는 작동압전달유로(64)가 좁게 형성되더라도 응고나 불순물의 침착으로 인한 작동불량의 문제가 해소될 수 있다. 즉, 유입구(11)로 유입되는 유체가 직접 좁은 작동압전달유로(64)로 유동하여 피스톤부재(30)에 압력을 전달하는 경우, 그 유체가 원유이면 좁은 통로에서 응고될 위험이 있고, 슬러지를 포함하는 하수이면 좁은 통로에 불순물의 침착이 발생하여 원활한 압력전달을 방해하게 될 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10; 외부몸체 11; 유입구
12; 유출구 15; 내부공간
20; 내부몸체 21; 브릿지
23; 작동공간 23a; 설치공간
24; 작동공간형성부재 27; 공기출입로
30; 피스톤부재 35; 제1탄성수단
40; 통로형성체 41; 개폐통로
50; 개폐부재 51; 디스크부
52; 환형차단부 54; 관통공
60; 작동압발생장치 62; 작동압실린더
62a; 일측공간 62b; 타측공간
63; 가동부재 64; 작동압전달유로
64a; 외면둘레공간 64b; 다수의 연통공
65; 제2탄성수단 66; 제3탄성수단
67; 작동유체 70; 공기조절기
72; 경사면 73; 체크볼
73a; 돌기 74; 메쉬판

Claims (5)

1. 유체가 유입되는 유입구(11)가 전단부에 설치되고 내부공간(15)을 통과한 유체가 유출되는 유출구(12)가 후단부에 설치된 외부몸체(10)와,
   상기 외부몸체(10)의 상기 내부공간(15)의 중심부에 위치하고 브릿지(21)에 의해 상기 외부몸체(10)에 고정되며 내부에 전후방향으로 연장된 작동공간(23)을 가지는 내부몸체(20)와,
   상기 작동공간(23)에 삽입되어 전후진 운동하는 피스톤부재(30)와,
   상기 내부공간(15)에서 상기 내부몸체(20)의 주위를 유동한 유체가 상기 유출구(12)로 유동하기 위해 통과하도록 상기 내부몸체(20)의 후측에 설치되는 통로로서 상기 피스톤부재(30)가 운동하는 방향에 수직인 방향을 향해 개방된 개폐통로(41)와,
   상기 피스톤부재(30)와 결합되어 상기 피스톤부재(30)와 함께 전진 및 후진 운동시 상기 개폐통로(41)를 각각 개방 및 폐쇄시키는 개폐부재(50)와,
   상기 유입구(11)로 유입되는 유체의 압력을 전달받아 상기 피스톤부재(30)의 운동을 발생시키기 위한 압력을 상기 작동공간(23)에 전달하는 작동압발생장치(60)를 포함하여,
   상기 유입구(11)로 유입되는 유체의 압력이 설정치보다 큰 경우에 상기 작동압발생장치(60)가 상기 피스톤부재(30)를 전진시키는 압력을 전달하여 상기 개폐부재(50)가 상기 개폐통로(41)를 개방시키는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브
2. 제1항에 있어서,
   상기 작동공간(23)에는 상기 피스톤부재(30)를 후방으로 밀어내는 제1탄성수단(35)이 설치되고, 상기 작동압발생장치(60)가 상기 피스톤부재(30)를 전진시키는 압력의 전달시 상기 피스톤부재(30)는 상기 제1탄성수단(35)을 압축시키는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브
3. 제1항에 있어서,
   상기 작동압발생장치(60)는
   상기 내부몸체(20) 외측의 상기 내부공간(15)과 일단부가 연통된 작동압실린더(62)와,
   상기 작동압실린더(62)의 타단부와 상기 작동공간(23)을 연결하는 작동압전달유로(64)와,
   상기 작동압실린더(62) 내의 공간이 일측공간(62a)과 타측공간(62b)으로 양분되도록 설치되어 상기 일측공간(62a)과 타측공간(62b)의 압력차에 의해 일측 또는 타측으로 이동하는 가동부재(63)와,
   상기 타측공간(62b)과 상기 작동압전달유로(64)에 채워진 작동유체(67)를 포함함으로써,
   상기 내부공간(15)의 충격압에 의해 상기 가동부재(63)가 타측으로 이동시에 상기 작동유체(67)의 압력이 상승하여 상기 피스톤부재(30)가 상기 작동공간(23)에서 전진하도록 압력이 작용하는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브
4. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤부재(30)의 전후진을 위해 상기 작동공간(23) 내부로의 공기출입이 가능하도록, 상기 작동공간(23)과 외부를 연결하는 공기출입로(27)가 설치되고,
   상기 공기출입로(27)에는 공기조절기(70)가 설치되되,
   상기 공기조절기(70)는 상기 작동공간(23)의 공기를 외부로 배출시에 유로를 개방하여 공기의 자유로운 출입을 허용하고, 상기 작동공간(23)으로 공기를 유입시에 유로를 폐쇄하고 오리피스통로를 통해 공기가 유입되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브
5. 제4항에 있어서,
   상기 공기조절기(70)는
   유로가 외부측을 향해 테이퍼(taper)형상으로 직경이 증가하는 경사면(72)과,
   공기가 상기 작동공간(23)으로 유입시 상기 경사면(72)에 밀착하여 유로를 폐쇄할 수 있는 체크볼(73)을 포함하되,
   상기 체크볼(73)에는 표면에 요철이 분포함으로써 유로의 폐쇄를 위해 상기 경사면(72)에 밀착시 상기 경사면(72)과의 사이에 상기 오리피스통로를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 릴리프 밸브

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