KR102110563B1

KR102110563B1 - 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브, 및 이를 이용한 가스 전송 시스템

Info

Publication number: KR102110563B1
Application number: KR1020190011913A
Authority: KR
Inventors: 장춘만; 이상문
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-05-13

Abstract

본 발명은 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브에 관한 것으로, 가스가 이송되는 파이프 라인 중간에 삽입되며 가스 이동 방향과 수평하게 형성되는 다수의 배기 홀이 가스 이동경로에 포함되는 형상의 밸브챔버, 및 제어압력에 따라 동작하는 엑추에이터에 연결되며 상기 다수의 배기 홀의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하는 경로개폐장치를 포함하되, 상기 경로개폐장치는 상기 다수의 배기 홀을 순차적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브가 제공된다.

Description

가스 파이프 라인용 안티 서지밸브, 및 이를 이용한 가스 전송 시스템{ANTI-SURGE VALVE USED FOR GAS PIPLINE, AND GAS TRANSFER SYSTEM USING SUCH ANTI-SURGE VALVE}

본 발명은 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 파이프 라인 내부에 형성되는 서지 압력에 대비하여 동작하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브에 관한 것이다.

최근 천연 가스에 대한 관심이 높아지고 있으며 연구 개발을 통해 사용 범위가 확대됨에 따라 그 수요 역시 증가하고 있다. 천연 가스는 유체 특성상 원하는 장소로 이동하는데 있어서 장거리 파이프 라인을 사용하는 것이 일반적이며, 상황이 이렇다 보니 장거리 파이프 라인을 이용하여 천연 가스를 이송하는데 따른 안정성 문제가 대두되고 있다.

일반적으로 천연 가스는 장거리 파이프 라인을 통해 고압인 상태로 이송되기 때문에 장거리 파이프 라인의 내부압력은 매우 높으며, 여러 가지 상황에 의하여 장거리 파이프 라인 내부에는 서지 압력(surge pressure)이 형성될 수 있다. 여기서, 서지 압력이란 유체 이동로에 발생하는 과도적으로 상승하는 압력의 최대값을 의미한다.

장거리 파이프 라인은 천연 가스를 공급하기 위한 가스 공급 스테이션과 중간 펌프 스테이션 사이에 배치되며, 가스 공급 스테이션 또는 중간 펌프 스테이션에서 장거리 파이프 라인으로 가스를 공급하는 경우 서지 압력이 형성된다. 따라서, 이러한 서지 압력에 대처하기 위하여 바이패스관과 같은 회피 구조가 요구된다.

한편, 가스 파이프 라인에는 볼 밸브가 사용되는 것이 일반적이며 볼 밸브의 경우 서지 압력에 즉각적인 반응이 어렵다. 때문에 서지 압력에 대응하기 위하여 가스 파이프 라인 일측에 바이패스관을 설치하는데 여기에 사용되는 밸브가 바로 안티 서지밸브다.

기존의 일반적인 안티 서지밸브는 회전 디스크 타입으로 저압용 가스 및 유체의 바이패스용으로 사용하였다. 그러나, 디스크 타입의 안티 서지밸브는 고압에 의한 개폐 구조로 그 구조가 매우 복잡하고 그에 따라 고장 발생률이 높다. 안티 서지밸브의 고장은 극단적으로 폭발과 같은 대형 사고로 이어질 수 있기 때문에 그에 대한 안정성을 보장해 주어야 할 필요가 있다.

이어서, 일반적으로 안티 서지밸브는 위급 상황에 대응하기 위하여, 0.5 초 내지 1초 사이에 개방되어야 하는데, 기존의 안티 서지밸브는 복잡한 유체 이동 유로를 가지기 때문에 신속하게 반응할 수 없다는 문제점이 있다.

그리고, 기존의 안티 서지밸브는 입구측 압력에 따라 개폐 여부가 결정되도록 구성되는데, 입구측 압력 변동에 대응하여 개방 여부를 결정할 수 있는 구성 부재가 단순히 외부 전원 입력에만 의존하고 있기 때문에 전원 차단시 작동이 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 구조가 단순화된 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 가스 이동 경로에 형성되는 다수의 배기 홀의 최적화된 형태를 가지는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 재순환유동이 형성되지 않도록 가스를 배출할 수 있는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브가 장착된 바이패스 파이프라인을 통해 서지 압력에 대하여 열림 동작 및 닫힘 동작이 가능한 가스 정송 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 가스가 이송되는 파이프 라인 중간에 삽입되며 가스 이동 방향과 수평하게 형성되는 다수의 배기 홀이 가스 이동경로에 포함되는 형상의 밸브챔버; 및 제어압력에 따라 동작하는 엑추에이터에 연결되며 상기 다수의 배기 홀의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하는 경로개폐장치를 포함하되, 상기 경로개폐장치는 상기 다수의 배기 홀을 순차적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브가 제공된다.

본 발명에 있어서 상기 경로개폐장치는 상기 엑추에이터에 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수직방향으로 구동하는 수직스템; 상기 수직스템과 맞닿아 연동되며 나선형 구조를 가지는 스쿠류; 상기 스쿠류와 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수평방향으로 구동하는 수평스템; 및 상기 수평스템에 연결되어 이동되며, 상기 다수의 배기 홀을 개폐하기 위한 플러그를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 밸브챔버는, 외부몸체; 및 상기 외부몸체 내측으로 일정간격 이격되며 상기 외부몸체와의 사이에 상기 가스 이동경로를 형성하는 내부몸체를 포함하되, 상기 내부몸체는 상기 수직스템과 수평스템이 배치되는 내부공간을 가지며, 상기 가스가 공급되는 일측은 콘모양을 가지며, 상기 가스가 배출되는 타측은 개방되어 있으며, 측면에 상기 다수의 배기 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 플러그는 상기 내부몸체의 내주면에 대응하고 상기 다수의 배기 홀이 형성되는 면적에 대응하는 형상을 가지며, 상기 수평스템에 의하여 상기 내부몸체의 중심축을 기준으로 수평이동하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 다수의 배기 홀은 상기 중심축과 동일한 방향으로 형성되는 제1 배기 홀 그룹; 및 상기 제1 배기 홀 그룹과 인접하게 배치되며 상기 제1 배기 홀 그룹과 동일한 방향으로 형성되는 제2 배기 홀 그룹을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 제1 배기 홀 그룹과 상기 제2 배기 홀 그룹은 서로 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 다수의 배기 홀은 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 다수의 배기 홀은 가스가 배출되는 방향으로 점점 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 다수의 배기 홀의 직경은 가스가 배출되는 방향으로 선형적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 제어압력은 상기 밸브챔버로 공급되는 가스의 압력에 대응하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 내부몸체의 배출단에 접하여 배치되며, 상기 가스의 배출 기류를 상기 배출단에 연결된 배관 중심에서 배관 외측으로 분배하여 안내하기 위한 배출 안정유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 배출 안정유닛은 상기 배관의 중심에서 상기 가스 배출 방향으로 기울어진 호퍼 형태의 안내판; 및 상기 안내판의 중앙에 형성되는 저항체를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 가스를 이송하기 위한 메인 파이프라인; 상기 메인 파이프라인의 내부압력에 따라 열림 및 닫힘 동작을 을 수행하기 위한 안티 서지밸브; 및 상기 안티 서지밸브가 삽입되며 상기 메인 파이프라인에 일측과 타측이 연결되어 상기 메인 파이프라인에 대한 바이패스 경로를 형성하기 위한 바이패스 파이프라인을 포함하되, 상기 안티 서지밸브는 가스 이동 방향과 수평하게 형성되는 다수의 배기 홀이 가스 이동경로에 포함되는 형상의 밸브챔버; 및 상기 메인 파이프라인의 내부압력에 따라 동작하는 엑추에이터에 연결되며 상기 다수의 배기 홀의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하는 경로개폐장치를 포함하되, 상기 경로개폐장치는 상기 다수의 배기 홀을 순차적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 경로개폐장치는 상기 엑추에이터에 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수직방향으로 구동하는 수직스템; 상기 수직스템과 맞닿아 연동되며 나선형 구조를 가지는 스쿠류; 상기 스쿠류와 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수평방향으로 구동하는 수평스템; 및 상기 수평스템에 연결되어 이동되며, 상기 다수의 배기 홀을 개폐하기 위한 플러그를 포함하고, 상기 밸브챔버는 외부몸체; 및 상기 외부몸체 내측으로 일정간격 이격되며 상기 외부몸체와의 사이에 상기 가스 이동경로를 형성하는 내부몸체를 포함하되, 상기 내부몸체는 상기 수직스템과 수평스템이 배치되는 내부공간을 가지며, 상기 가스가 공급되는 일측은 콘모양을 가지며, 상기 가스가 배출되는 타측은 개방되어 있으며, 측면에 상기 다수의 배기 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 단순한 구조와 배기 홀의 최적화된 형태를 통해 안티 서지밸브의 열림 동작 및 닫힘 동작을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 가스 배출시 재순환유동이 발생하지 않기 때문에 재순환유동에 따른 가스 막힘 및 관 파손을 예방해 줄 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 메인 파이프라인에 발생하는 서지 압력을 회피하기 위한 바이패스 파이프라인에 최적화된 안티 서지밸브를 장착함으로써 가스 전송 시스템에 대한 전반적인 안정성을 높여줄 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브를 설명하기 위한 전체 측단면도.
도 2 는 도 1 의 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브의 동작을 설명하기 위한 동작도.
도 3 은 도 1 의 내부몸체에 형성되는 다수의 배기 홀을 설명하기 위한 도면.
도 4 는 가스 파이프 라인용 안티 서지 밸브에 포함되는 배출 안정유닛을 설명하기 위한 도면.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브가 장착된 가스 전송 시스템을 설명하기 위한 개략도.
도 6 은 서지 압력에 따른 열림 동작과 닫힘 동작을 설명하기 위한 그래프.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브를 설명하기 위한 전체 측단면도이다.

도 1 을 참조하면, 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브는 가스가 이송되는 파이프 라인 중간에 삽입되며 가스 이동 방향과 수평하게 형성되는 다수의 배기 홀(H)이 가스 이동경로에 포함되는 형상의 밸브챔버(100), 및 제어압력(CG)에 따라 동작하는 엑추에이터(200)에 연결되며 상기 다수의 배기 홀(H)의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하는 경로개폐장치(300)를 포함한다.

그래서, 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브는 제어압력(CG)에 따라 다수의 배기 홀(H)의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하며, 특히 다수의 배기 홀(H)을 순차적으로 개폐하는 것이 가능하다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 도 2 에서 살펴보기로 한다.

우선, 밸브챔버(100)는 크게 외부몸체(110)와 내부몸체(120)로 구성된다.

외부몸체(110)의 일측에는 가스가 공급되는 공급단(IN)이 형성되며, 타측에는 가스가 배출되는 배출단(OUT)이 형성된다. 그리고 상측에는 이후 설명될 엑추에이터(200)와 연결되도록 개방구가 형성된다.

내부몸체(120)는 외부몸체(110) 내부에 형성된다. 내부몸체(120)는 외부몸체(110) 내측으로 일정간격 이격되어 있으며, 이러한 구성을 통해 외부몸체(110)와 내부몸체(120) 사이에는 가스 이동경로가 형성된다.

내부몸체(120)는 상측 방향에서 연결되는 수직스템(310)과 스쿠류(320)와 수평스템(330)이 배치되는 내부공간을 가진다. 그리고 가스가 공급되는 공급단(IN)측은 콘모양을 가지며, 가스가 배출되는 배출단(OUT)측은 개방되어 있다. 내부몸체(120)에는 다수의 배기 홀(H)이 형성되는데 다수의 배기 홀(H)은 내부몸체(120)의 측면에 형성된다. 다수의 배기 홀(H)에 대한 보다 자세한 내용은 도 3 에서 다시 하기로 한다.

그래서 공급단(IN)을 통해 공급되는 가스는 외부몸체(110)와 내부몸체(120) 사이에 형성되는 가스 이동경로를 통해 이동하며 제어압력(CG)에 의한 열림 동작에 따라 다수의 배기 홀(H)을 통해 배출단(OUT)으로 이동하여 배출되는 것이 가능하다.

다음으로, 엑추에이터(200)는 무전원 엑추에이터로서 제어압력(CG)에 따라 하부에 연결된 수직스템(310)을 수직방향으로 구동하기 위한 구성이다. 이후 다시 설명하겠지만, 본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브를 바이패스 관에 연결하는 경우 제어압력(CG)은 메인 파이프라인의 내부압력에 대응하는 압력을 제공받으며, 엑추에이터(200)는 이 압력에 따라 무전원으로 수평스템(330)을 구동하는 것이 가능하다.

마지막으로, 경로개폐장치(300)는 제어압력(CG)에 따라 동작하는 엑추에이터(200)에 구동되며 다수의 배기 홀(H)에 대한 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하기 위한 구성으로서, 수직스템(310)과 스쿠류(320)와 수평스템(330) 및 플러그(340)를 포함한다.

수직스템(310)은 일측이 엑추에이터(200)에 연결되는 봉형태를 가지며, 엑추에이터(200)가 구동함에 따라 밸브챔버(100)의 내측에서 수직방향으로 구동한다.

스쿠류(320)는 수직스템(310)과 맞닿아 연동되며 나선형 구조를 가질 수 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 수직스템(310)은 스쿠류(320)와 맞닿는 부분에 스쿠류(320)에 대응하는 형상의 구조가 마련되어 있으며 스쿠류(320)는 수직스템(310)의 수직이동에 따라 수평이동이 가능하다.

수평스템(330)은 스쿠류(320)와 연결되는 봉형태를 가지며, 스쿠류(320)와 함께 밸브챔버(100)의 내측에서 수평방향으로 구동한다. 수평스템(330)은 수직스템(310)의 수직이동에 따른 스쿠류(320)의 수평이동과 함께 스쿠류(320)와 동일한 방향으로 수평이동이 가능하다.

플러그(340)는 수평스템(330)에 연결되어 이동되며 다수의 배기 홀(H)을 개폐하기 위한 구성이다. 플러그(340) 는 내부몸체(120)의 내주면에 대응하고 다수의 배기 홀(H)을 완전히 차폐할 수 있도록 다수의 배기 홀(H)이 형성되는 면적에 대응하는 형상을 가진다.

이어서, 플러그(340)는 내부몸체(120)의 중심축을 기준으로 도면상 왼쪽 또는 오른쪽으로 수평이동이 가능하다. 즉, 엑추에이터(200)에 따라 수평 이동하는 수평스템(330)에 따라 플러그(340) 역시 수평이동이 가능하며, 실시에에서는 왼쪽으로 이동하는 경우가 다수의 배기 홀(H)의 닫힘 동작에 해당하고 오른쪽으로 이동하는 경우가 다수의 배기 홀(H)의 열림 동작에 해당한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브는 제어압력(CG)에 따라 동작하는 엑추에이터(200)에 의하여 구동하는 수직스템(310)과 수평스템(330)의 간단한 구조를 통해 내부몸체(120)에 형성된 다수의 배기 홀(H)에 대한 열림 동작 및 닫힘 동작 각각을 순차적으로 제어하는 것이 가능하다.

도 2 는 도 1 의 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브의 동작을 설명하기 위한 동작도이다.

본 발명의 실시예에 따른 플러그(340)는 제어압력(CG)에 응답하여 구동하는 엑추에이터(200)에 따라 수평이동이 가능하며, (A)는 다수의 배기 홀(H)이 플러그(340)에 의하여 닫혀 있는 동작 상태(Close operation)이고, (B)는 다수의 배기 홀(H)이 플러그(340)에 의하여 열려 있는 동작 상태(Open operation)이다. 참고로, (B)에서는 다수의 배기 홀(H)이 순차적으로 열리는 상태로서 다수의 배기 홀(H) 중 공급단(IN) 방향의 배기 홀은 열려있고 배출단(OUT) 방향의 배기 홀은 닫혀 있는 상태이다.

(B)에서 볼 수 있듯이, 열림 동작시 공급단(IN)을 통해 공급되는 가스는 외부몸체(110)와 내부몸체(120) 사이에 형성되는 가스 이동경로를 통해 이동하며 내부몸체(120)에 형성된 다수의 배기 홀(H)을 통해 배출단(OUT)으로 배출되는 것이 가능하다.

한편, 플러그(340)는 (A)인 닫힘 상태에서 (B)인 열림 상태가 됨에 따라 도면상 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하게 되는데 이를 통해 다수의 배기 홀(H)은 순차적인 열림 동작이 가능하다. 또한, 플러그(340)는 (B)인 열림 상태에서 (A)인 닫힘 상태가 됨에 따라 도면상 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하게 되는데 이를 통해 다수의 배기 홀(H)은 순차적인 닫힘 동작이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브는 다수의 배기 홀(H)에 대한 열림 동작과 닫힘 동작 각각이 순차적으로 이루어진다. 따라서, 열림 동작과 닫힘 동작시 발생하는 진동을 줄여주는 것이 가능하며, 플러그(340)의 갑작스런 이동 동작에 따른 기계적인 파손을 최소화하는 것이 가능하다.

도 3 은 도 1 의 내부몸체(120)에 형성되는 다수의 배기 홀(H)을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 다수의 배기 홀(H)이 형성되는 형태에 따라 제1 타입(A)과 제2 타입(B)으로 구분하여 설명하기로 한다.

우선, 제1 타입(A)의 다수의 배기 홀(H_A1, H_A2)은 가스가 배출되는 타측 방향의 측면에 형성되며, 내부몸체(120)의 중심축과 동일한 방향으로 제1 배기 홀 그룹(H_A1)과 제2 배기 홀 그룹(H_A2)이 형성된다. 제1 배기 홀 그룹(H_A1)과 제2 배기 홀 그룹(H_A2)은 서로 인접하게 배치되며, 제1 배기 홀 그룹(H_A1)의 다수의 배기 홀과 제2 배기 홀 그룹(H_A2)의 다수의 배기 홀 각각은 서로 지그재그로 배치된다.

다음으로, 제2 타입(B)의 다수의 배기 홀(H_B1, H_B2)은 제1 타입(A)과 마찬가지로 제1 배기 홀 그룹(H_B1)과 제2 배기 홀 그룹(H_B2)이 지그재그로 형성된다. 그리고, 제1 배기 홀 그룹(H_B1)의 배기 홀 크기는 서로 다르며, 제2 배기 홀 그룹(H_A2)의 배기 홀 크기 역시 서로 다르다. 이하 설명의 편의를 위하여 제1 배기 홀 그룹(H_B1)을 기준으로 설명하기로 한다.

제1 배기 홀 그룹(H_B1)은 서로 다른 크기로 형성되며 가스가 배출되는 타측 방향으로 배기 홀의 크기가 점점 줄어드는 형태를 가진다. 여기서, 제1 배기 홀 그룹(H_B1)의 직경은 선형적으로 작아지며, 예컨대, 7개의 배기 홀 중 가운데 형성된 배기 홀의 직경이 d라고 하였을 때 왼쪽에 가장 큰 배기 홀의 직경은 1.3d이고 오른쪽에 가장 작은 배기 홀의 직경은 0.7d가 된다. 참고로, 제1 타입(A)의 다수의 배기 홀(H)의 직경은 d이다.

한편, 다시 도 2 의 (B)를 참조하면, 열림 동작시 가스는 다수의 배기 홀(H)을 통해 수직 방향으로 배출된다. 따라서, 배출단(OUT)에 연결된 배관 하류 측에서는 강한 편심류가 발생한다. 즉, 배관의 중심부에는 빠른 유속이 발생하고 배관의 외측으로는 유속이 급격히 줄어 재순환 유동이 발생한다. 이러한 재순환 유동은 배관 내부의 가스 배출 경로에 대한 막힘 현상을 유발하며, 이는 곧 가스가 배출단(OUT)을 통해 원활히 배출되지 않음을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브는 이러한 막힘 현상을 제거해주기 위하여 배출 안정유닛을 포함한다.

도 4 는 가스 파이프 라인용 안티 서지 밸브에 포함되는 배출 안정유닛을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 를 참조하면, 배출 안정유닛(400)은 내부몸체(120)의 배출단(OUT)에 접하여 배치되며 가스의 배출 기류를 배출단(OUT)에 연결된 배관의 중심에서 배관의 외측으로 분배하여 안내하기 위한 구성으로, 안내판(410)과 저항체(420)를 포함한다.

안내판(410)은 배관의 중심에서 가스 배출 방향으로 기울어진 호퍼 형태를 가진다. 안내판(410)은 동심원을 가지며 서로 직경이 다른 다수의 안내판으로 구성될 수 있으며, 안내판(410)과 인접하게 배치된 다른 안내판 사이로 가스의 배출 경로가 형성된다. 따라서, 가스는 배관의 중심에서 배관의 외측방향으로 분배되어 형성되는 배출 경로를 따라 배출된다.

저항체(420)는 안내판(410)의 동심원에 형성되며, 중앙으로 집중되는 가스 기류를 제한한다. 따라서 가스는 저항체(420)에 의하여 안내판(410)으로 고르게 분포되어 배출된다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브는 배출 안정유닛(400)을 통해 배출단(OUT)의 가스 배출 기류를 골고루 분배하여 배출하는 것이 가능하며, 이를 통해 가스가 배출하는데 있어서 재순환 유동을 제거함으로써 가스의 배출 효율을 높여주는 것이 가능하다.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브가 장착된 가스 전송 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.

도 5 를 참조하면, 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브가 장착된 가스 전송 시스템은 가스 스테이션(600)과 도 1 내지 도 4 에서 살펴본 안티 서지밸브(700)를 포함한다.

가스 스테이션(600)은 가스를 공급하는 가스 공급 스테이션이나 가스의 압력을 조절하여 다시 공급하는 중간 펌프 스테이션에 대응하는 구성이다. 가스 스테이션(600)은 메인 파이프라인(M_IN, M_OUT)에 연결되며, 설명의 편의를 위하여 가스가 가스 스테이션(600)으로 이송되어 공급되는 방향에 연결된 메인 파이프라인을 "공급측 메인 파이프라인(M_IN)"이라 칭하고, 가스 스테이션(600)에서 배출되는 방향에 연결된 메인 파이프라인을 "배출측 메인 파이프라인(M_OUT)"이라 칭하기로 한다.

이어서, 안티 서지밸브(700)는 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력에 따라 열림 및 닫힘 동작을 수행하기 위한 구성이다. 안티 서지밸브(700)는 바이패스 파이프라인(BP_IN, BP_OUT)에 삽입되어 연결되며, 설명의 편의를 위하여 공급측 메인 파이프라인(M_IN)에 연결되는 바이패스 파이프라인을 "공급측 바이패스 파이프라인(BP_IN)"이라 칭하고, 출력측 메인 파이프라인(M_OUT)에 연결되는 바이패스 파이프라인을 "배출측 바이패스 파이프라인(BP_OUT)"이라 칭하기로 한다.

그래서, 도 1 의 가스 파이프 라인용 안티 서지 밸브를 안티 서지밸브(700)에 장착하는 경우 공급측 바이패스 파이프라인(BP_IN)은 도 1 의 공급단(IN)에 연결되고 배출측 바이패스 파이프라인(BP_OUT)은 도 1 의 배출단(OUT)에 연결된다. 그리고, 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력은 도 1 의 제어압력(CG)으로써 전달된다.

결국, 안티 서지밸브(700)는 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력에 따라 열림 및 닫힘 동작을 수행하는데, 만약 공급측 메인 파이프라인(M_IN) 내부에 서지 압력이 형성되는 경우 안티 서지밸브(700)는 열림 동작을 수행한다. 따라서, 공급측 바이패스 파이프라인(BP_IN)과 배출측 바이패스 파이프라인(BP_OUT) 사이에 가스 이동 경로가 형성되어 공급측 메인 파이프라인(M_IN) 내부의 높은 압력의 가스는 바이패스 파이프라인(BP_IN, BP_OUT) 통해 배출측 메인 파이프라인(M_OUT)으로 배출되고 이를 통해 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 서지 압력을 낮추어 주는 것이 가능하다.

도 6 은 서지 압력에 따른 열림 동작과 닫힘 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 참고로, 내부몸체(120)의 형성되는 다수의 배기 홀(H)이 도 3 의 제1 타입(A)인 경우와 제2 타입(B)인 경우를 구분하여 도시하였다. 여기서, 점선은 다수의 배기 홀(H)의 직경이 동일한 경우이고, 실선은 다수의 배기 홀(H)의 직경이 점점 작아지는 경우이다.

도 6 에는 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력에 따른 다수의 배기 홀(H)의 개방면적을 도시하였으며, X 축으로 열림 동작 구간(T1), 동작 유지 구간(T2), 닫힘 동작 구간(T3)을 도시하였다.

도 6 에서 볼 수 있듯이, 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력이 높아지는 경우 안티 서지밸브(700)의 열림 동작에 의하여 다수의 배기 홀(H)이 순차적으로 열리게 되어 다수의 배기 홀(H)의 개방면적은 넓어지며 그에 따라 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력은 급격히 감소한다.

이때, 열림 동작 구간(T1)에서 다수의 배기 홀(H)이 제2 타입(B)인 경우 다수의 배기 홀(H)의 직경이 제1 타입(A)의 다수의 배기 홀(H)의 직경보다 크기 때문에 그만큼 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력을 더 빠르게 감소시켜주는 것이 가능하다.

이어서, 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력은 동작 유지 구간(T2)에서 표준압력을 유지하며, 이에 따라 닫힘 동작 구간(T3)에서 다수의 배기 홀(H)은 순차적으로 닫히게 되어 다수의 배기 홀(H)의 개방면적은 넓어지며 그에 따라 공급측 메인 파이프라인(M_IN)의 내부압력은 안정적인 범위를 가지게 된다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 밸브챔버 110 : 외부몸체
120 : 내부몸체 200 : 엑추에이터
300 : 경로개폐장치 310 : 수직스템
320 : 스쿠류 330 : 수평스템

Claims

가스가 이송되는 파이프 라인 중간에 삽입되며 가스 이동 방향과 수평하게 형성되는 다수의 배기 홀이 가스 이동경로에 포함되는 형상의 밸브챔버; 및 제어압력에 따라 동작하는 엑추에이터에 연결되며 상기 다수의 배기 홀의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하는 경로개폐장치를 포함하며;
상기 경로개폐장치는, 상기 엑추에이터에 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수직방향으로 구동하는 수직스템; 상기 수직스템과 맞닿아 연동되며 나선형 구조를 가지는 스쿠류; 상기 스쿠류와 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수평방향으로 구동하는 수평스템; 및 상기 수평스템에 연결되어 이동되며, 상기 다수의 배기 홀을 개폐하기 위한 플러그를 포함하고;
상기 밸브챔버는, 외부몸체; 및 상기 외부몸체 내측으로 일정간격 이격되며 상기 외부몸체와의 사이에 상기 가스 이동경로를 형성하는 내부몸체를 포함하되;
상기 내부몸체는, 상기 수직스템과 수평스템이 배치되는 내부공간을 가지며, 상기 가스가 공급되는 일측은 콘모양을 가지며, 상기 가스가 배출되는 타측은 개방되어 있으며, 측면에 상기 다수의 배기 홀이 형성되어 있고;
상기 내부몸체의 배출단에는, 상기 가스의 배출 기류를 상기 배출단에 연결된 배관 중심에서 배관 외측으로 분배하여 안내하기 위한 배출 안정유닛이 접하여 배치되며;
상기 배출 안정유닛은, 상기 배관의 중심에서 상기 가스 배출 방향으로 기울어진 호퍼 형태의 안내판; 및 상기 안내판의 중앙에 형성되는 저항체를 포함하며;
상기 경로개폐장치는 상기 다수의 배기 홀을 순차적으로 개폐하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 플러그는 상기 내부몸체의 내주면에 대응하고 상기 다수의 배기 홀이 형성되는 면적에 대응하는 형상을 가지며, 상기 수평스템에 의하여 상기 내부몸체의 중심축을 기준으로 수평이동하는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
제4항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀은,
상기 중심축과 동일한 방향으로 형성되는 제1 배기 홀 그룹; 및
상기 제1 배기 홀 그룹과 인접하게 배치되며 상기 제1 배기 홀 그룹과 동일한 방향으로 형성되는 제2 배기 홀 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
제5항에 있어서,
상기 제1 배기 홀 그룹과 상기 제2 배기 홀 그룹은 서로 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
제1항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀은 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
제1항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀은 가스가 배출되는 방향으로 점점 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
제1항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀의 직경은 가스가 배출되는 방향으로 선형적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
제1항에 있어서,
상기 제어압력은 상기 밸브챔버로 공급되는 가스의 압력에 대응하는 것을 특징으로 하는 가스 파이프 라인용 안티 서지밸브.
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가스를 이송하기 위한 메인 파이프라인;
상기 메인 파이프라인의 내부압력에 따라 열림 및 닫힘 동작을 수행하기 위한 안티 서지밸브; 및
상기 안티 서지밸브가 삽입되며 상기 메인 파이프라인에 일측과 타측이 연결되어 상기 메인 파이프라인에 대한 바이패스 경로를 형성하기 위한 바이패스 파이프라인을 포함하되,
상기 안티 서지밸브는, 가스 이동 방향과 수평하게 형성되는 다수의 배기 홀이 가스 이동경로에 포함되는 형상의 밸브챔버; 및 상기 메인 파이프라인의 내부압력에 따라 동작하는 엑추에이터에 연결되며 상기 다수의 배기 홀의 열림 동작 및 닫힘 동작을 제어하는 경로개폐장치를 포함하며;
상기 경로개폐장치는, 상기 엑추에이터에 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수직방향으로 구동하는 수직스템; 상기 수직스템과 맞닿아 연동되며 나선형 구조를 가지는 스쿠류; 상기 스쿠류와 연결되며 상기 밸브챔버의 내측에서 수평방향으로 구동하는 수평스템; 및 상기 수평스템에 연결되어 이동되며, 상기 다수의 배기 홀을 개폐하기 위한 플러그를 포함하고;
상기 밸브챔버는, 외부몸체; 및 상기 외부몸체 내측으로 일정간격 이격되며 상기 외부몸체와의 사이에 상기 가스 이동경로를 형성하는 내부몸체를 포함하되;
상기 내부몸체는, 상기 수직스템과 수평스템이 배치되는 내부공간을 가지며, 상기 가스가 공급되는 일측은 콘모양을 가지며, 상기 가스가 배출되는 타측은 개방되어 있으며, 측면에 상기 다수의 배기 홀이 형성되어 있고;
상기 내부몸체의 배출단에는, 상기 가스의 배출 기류를 상기 배출단에 연결된 배관 중심에서 배관 외측으로 분배하여 안내하기 위한 배출 안정유닛이 접하여 배치되며;
상기 배출 안정유닛은, 상기 배관의 중심에서 상기 가스 배출 방향으로 기울어진 호퍼 형태의 안내판; 및 상기 안내판의 중앙에 형성되는 저항체를 포함하며;
상기 경로개폐장치는 상기 다수의 배기 홀을 순차적으로 개폐하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 가스 전송 시스템.
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삭제
제13항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀은,
상기 중심축과 동일한 방향으로 형성되는 제1 배기 홀 그룹; 및
상기 제1 배기 홀 그룹과 인접하게 배치되며 상기 제1 배기 홀 그룹과 동일한 방향으로 형성되는 제2 배기 홀 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 전송 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 배기 홀 그룹과 상기 제2 배기 홀 그룹은 서로 지그재그로 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 전송 시스템.
제13항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀은 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 가스 전송 시스템.
제13항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀은 가스가 배출되는 방향으로 점점 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 전송 시스템.
제13항에 있어서,
상기 다수의 배기 홀의 직경은 가스가 배출되는 방향으로 선형적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 가스 전송 시스템.