KR102231429B1 - 유량제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량제어 장치에 관한 것으로서, 배관의 압력에 따라 유로의 단면이 확장 또는 축소되는 것이다. 따라서, 배관 내부의 압력이 일시적으로 감소하더라도 유량이 급격히 감소하지 않고 보상되는 효과가 있다.

Description

유량제어 장치{Flow control device}

본 발명은 유량제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 배관 내 압력 변화에 따라 유로의 단면적이 가변하는 유량제어 장치에 관한 것이다.

유량을 제어하는 부속의 하나로서, 오리피스는 유체가 흐르는 관의 내부에 설치되어 유체의 흐름에 저항하는 구조체이다. 배관의 단면을 급격하게 좁혀 유동 저항을 발생시키는 한편, 그 병목 구간의 길이가 매우 짧아 유체의 점도가 아닌 압력에 의해서만 유량을 제어하는 기능을 가진다. 상기 원리로 오리피스는 유체의 유량과 압력에 영향을 준다. 오리피스의 유로 단면은 모양과 넓이가 다양하므로, 이를 임의로 조절하여 유체의 유량 또는 압력을 설계할 수 있다.

도 1은 종래 일반 산업계에서 사용하는 고정형 오리피스가 형성된 배관의 종단면과 횡단면을 도시한다. 고정형 오리피스는 한번 설치되면 오리피스를 교체하지 않는 이상 유로의 단면은 변하지 않는다. 이러한 고정형 오리피스의 경우 배관 내부의 압력 감소 시 노즐에서 유량이 급격하게 감소하는데, 이는 소화 배관의 경우 소화 능력과 직결되어 문제가 된다. 소화 노즐은 신속한 소화를 위해 방출 유량을 일정하게 유지해야 하기 때문이다.

종래의 유로 단면의 조절이 가능한 오리피스와 관련하여, 볼트형 가변 오리피스(공개특허공보 제10-2011-0012747호)가 있다. 그러나, 상기 기술은 배관 내 압력에 의해 유로 단면이 자동으로 조절되는 것이 아니며, 직접 볼트를 돌려 단면을 조절하는 방식이다. 따라서, 배관 내부의 압력에 따라 단면이 가변하여 압력 감소 시 방출 유량을 보상할 수 있는 유량제어 장치가 필요하다.

공개특허공보 제10-2011-0012747호

본 발명은 배관 내부의 압력 변화에 따라 유로의 단면이 가변하는 유량제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배관과 일렬로 연결되어 내부로 유체가 유동할 수 있는 통로를 가진 본체부와 상기 본체부의 내부에 위치하며, 상기 본체부의 내면에 고정되는 고정부와 상기 고정부에 연결된 부재로서, 유체의 흐름에 저항하도록 설치된 저항부 및 상기 저항부에 의해서 차단되지 않는 유로 공간인 통로부를 포함하며, 상기 통로부는 배관 내부의 압력 변화에 따라 유로 단면의 크기가 가변한다.

바람직하게는 상기 고정부는 힌지 부재로 형성되고, 상기 저항부는 상기 고정부와 힌지 연결되어 상기 고정부를 중심으로 유체의 흐름 방향과 나란하게 각운동을 한다.

또한, 바람직하게는 상기 저항부에 일단이 연결되고, 상기 본체부의 내면에 타단이 연결되며, 탄성체로 형성되어 상기 저항부의 각운동을 제어하는 운동 제어부를 더 포함한다.

또한, 바람직하게는 상기 저항부는 판 상으로 형성되며, 유체가 흘러오는 방향으로 경사진 상태로 상기 운동 제어부에 의해 지지되고, 유체의 압력에 의해 상기 저항부의 경사가 조절된다.

또한, 바람직하게는 배관과 일렬로 연결되어 내부로 유체가 유동할 수 있는 통로를 가진 본체부와 상기 본체부의 내면에 고정되고, 유체의 흐름에 저항하도록 설치된 저항부 및 상기 저항부에 의해서 차단되지 않는 유로 공간인 통로부를 포함하며, 상기 저항부는 탄성체로 형성되고, 유체가 흘러오는 방향으로 경사지게 형성되며, 배관 내부의 압력 변화에 따라 상기 저항부의 경사가 변화하여, 상기 통로부의 유로 단면의 크기가 가변한다.

본 발명에 따르면, 배관 내부의 압력에 따라 유로의 단면이 조절된다. 따라서, 배관의 용도에 따라 상기 원리를 활용할 수 있다. 일례로, 소화 배관의 경우 배관 내부의 압력이 급격하게 감소할 때 유로를 확장하여 유량을 보상하는 효과가 있다.

도 1은 일반 고정형 오리피스가 형성된 배관의 종단면과 횡단면을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량제어 장치가 형성된 배관의 종단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량제어 장치가 배관의 압력에 따라 유량을 조절하는 원리를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유량제어 장치가 배관의 압력에 따라 유량을 조절하는 원리를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예와 제4 실시예로서 각각 제1실시예와 제2 실시예의 유량제어 장치를 소화 노즐에 적용한 것을 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량제어 장치(100)가 형성된 배관의 종단면을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 유량제어 장치(100)는 본체부(110)와 고정부(120), 저항부(130)와 통로부(140)를 포함한다. 또한, 운동 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.

본체부(110)는 모 배관과 연결되는 구성으로서 파이프 부재로 형성될 수 있다. 본체부(110)의 내부는 통로가 형성되고, 상기 통로는 모 배관의 통로와 연결된다. 따라서, 모 배관을 따라 흐르는 유체가 본체부(110)의 통로를 따라 흐를 수 있다. 또한, 본체부(110)는 도면에서 도시하듯이 그 내부에 단일한 유체의 흐름을 형성한다. 즉, 유체가 흐르면서 흐름이 나뉘지 않는다. 또한, 본체부(110)는 유체를 통과시키는 한편, 본 발명의 다른 구성이 위치하는 공간을 제공한다.

본체부(110)의 단면은 모 배관의 단면에 따라 변형될 수 있다. 또한, 복수의 단면 형상을 포함할 수도 있다. 일례로, 본체부(110)가 모 배관과 연결되는 부분은 모 배관의 단면과 동일한 단면을 가지나, 다른 부분은 모 배관의 단면과 다른 모양으로 형성될 수 있다. 본체부(110)의 재질은 내부에 흐르는 유체의 화학적 특성 또는 유체의 압력에 따라 적합하게 선택된다.

본체부(110)의 일단은 모 배관과 연결되고, 타단은 분사 노즐 또는 다른 배관과 연결될 수 있다. 이용하려는 목적에 따라 본체부(110)의 타단에 다양한 부재를 연결하여 사용할 수 있다. 본체부(110)의 형상 또는 재질은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자(이하 “당업자”라고 함)가 적절하게 변형 가능한 것을 포함한다.

저항부(130)는 본체부(110)의 내부에 위치한다. 저항부(130)는 본체부(110)의 내면에 고정되며, 저항부(130)는 판 상으로 형성될 수 있다. 저항부(130)는 유체의 흐름을 방해하는 저항체로서 기능한다. 따라서, 유로의 단면이 적절하게 좁아지도록 효율적인 형상을 갖추는 것이 바람직하다.

저항부(130)는 배관 내부의 압력에 따라 위치를 달리하여 유로의 크기를 변화시킨다. 저항부(130)는 평상시 본체부(110)의 내면에서 유체가 흘러오는 방향으로 기울어진 상태로 형성될 수 있으며, 배관 내부의 압력에 따라 저항부(130)의 기울기를 달리하여 유로 단면의 크기를 조절할 수 있다. 저항부(130)의 재질은 유로를 통해 흐르는 유체의 화학적 특성 또는 유체의 압력에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

고정부(120)는 저항부(130)가 본체부(110)의 내부와 연결되어 고정된 부분에 해당한다. 고정부(120)에 어떤 고정 방식을 채용하는지에 따라 저항부(130)의 움직임을 달리할 수 있다.

고정부(120)는 저항부(130)가 배관 내부의 압력에 따라 움직일 수 있도록 허용한다. 고정부(120)는 힌지로 형성될 수 있으며, 힌지의 동작 방향은 유체의 흐름 방향과 나란한 방향으로 정렬된다. 따라서, 배관 내부 압력에 따른 영향으로 저항부(130)가 힌지 방향을 따라 움직일 수 있다.

다만, 본 발명의 고정부(120)의 형식은 힌지로 한정되는 것은 아니고, 고정부(120)의 기능을 충족하는 범위에서 당업자가 적절히 변경 가능한 것을 포함한다.

통로부(140)는 저항부(130)에 의해 유로 단면이 좁게 형성된 공간에 해당한다. 저항부(130)는 유로의 단면을 좁히는 것이지 유로를 완전히 차단하는 것이 아니다. 따라서, 본체부(110)의 단면에서 저항부(130)에 의해 본체부(110)의 통로가 막힌 부분을 제외한 나머지 빈 공간이 통로부(140)로 형성된다.

운동 제어부(150)는 탄성력을 가지면서, 일단이 저항부(130)에 연결되고 타단이 본체부(110)의 내면에 고정된 부재이다. 운동 제어부(150)는 스프링을 포함할 수 있다. 상세하게는 운동 제어부(150)의 일단이 저항부(130)의 자유단(고정부에 연결된 부분의 반대측)에 연결되고, 운동 제어부(150)의 타단은 저항부(130)를 기준으로 유체가 흘러오는 측의 본체부(110) 내면에 고정된다.

운동 제어부(150)는 저항부(130)의 움직임을 제어하는 기능을 제공한다. 저항부(130)는 운동 제어부(150)에 의하여 평소에 일정한 위치를 유지하고, 모 배관의 압력 변화에 따라 저항부(130)의 위치가 달라지더라도 운동 제어부(150)의 탄성력에 의해 저항부(130)의 위치가 원래 상태로 복원된다.

운동 제어부(150)는 스프링으로 한정되지 않으며, 탄성체로서 상기 기능을 충족한다면, 당업자가 적절히 변경 가능한 것을 포함한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유량제어 장치가 배관의 압력에 따라 유량을 조절하는 원리를 도시한 것이다.

유량제어 장치(100)의 기본 상태는 도 1에 도시되어 있는 것과 같다. 배관 내부에 압력이 형성되지 않은 상태에 해당하며, 이때 저항부(130)는 유체가 흘러오는 방향을 향하여 기울어진 상태로 운동 제어부(150)에 의하여 지지되고 있다.

모 배관에 유체가 흐르면, 배관 내부의 압력이 높아진다. 이때, 유체가 저항부(130)에 부딪히면서 저항부(130)를 유체의 흐름 방향으로 밀어내는 힘이 작용한다. 상기 힘에 의해 저항부(130)는 고정부(120)를 중심으로 회전하게 되고, 통로부(140)의 폭은 줄어들어 유로 단면이 좁아진다. 그러나, 저항부(130)는 상기 힘에도 불구하고 운동 제어부(150)에 의하여 유로 방향에 거의 수직에 가까운 각도를 유지한다. 이때, 유체가 저항부(130)를 밀어내는 힘과 운동 제어부(150)의 복원력이 평형을 이루는 상태에 해당한다. 따라서, 유체의 압력에 따라 운동 제어부(150)의 탄성을 적절히 조절하여 저항부(130)가 적절한 위치에서 평형 상태에 이르도록 설계할 수 있다.

모 배관의 압력이 급강하하는 현상이 발생하게 되면, 유체가 저항부(130)에 작용하는 힘이 감소한다. 따라서, 운동 제어부(150)의 복원력에 의해 저항부(130)가 유체가 흘러오는 방향으로 기울어지며 통로부(140)의 폭이 넓어진다. 즉, 유로의 단면이 넓어지고 유체는 넓어진 단면을 통해 더 잘 흐를 수 있어 압력 감소에 따른 유량 감소를 보상하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유량제어 장치(200)의 단면을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 유량제어 장치(200)는 본체부(210)와 저항부(230), 고정부(220)와 통로부(240)를 포함할 수 있다.

본체부(210)는 제1 실시예에서 설명한 내용과 동일하다.

저항부(230)는 본체부(210) 통로의 가장자리를 따라 고정되어 형성될 수 있다. 상세하게는 상기 가장자리로부터 통로의 중심 방향으로 돌출되어 형성되고, 통로의 중심 방향으로 진행할수록 유체가 흘러오는 방향으로 기울어진 모양을 형성한다. 즉, 휘어진 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 저항부(230)는 탄성 재질로 형성된다. 따라서, 유체의 압력에 의하여 모양이 변형될 수 있으나, 복원력을 가지고 있다.

고정부(220)는 저항부(230)가 본체부(210) 통로의 가장자리에 고정된 부분이다. 저항부(230)는 본체부(210) 내면에 고정되며 제1 실시예와 다르게 움직임이 불가능하다. 따라서, 저항부(230)는 본체부(210) 내면에 고정된 각도를 유지한다.

통로부(240)는 저항부(230)에 의해 차단된 유로 단면을 제외한 빈 공간으로 형성된다. 따라서, 통로부(240)의 단면은 저항부(230)의 형상에 따라 다양할 수 있다.

제2 실시예의 유량제어 장치(200)는 저항부(230)의 탄성에 의해 유로 단면의 넓이가 변화한다. 유체가 흐르는 경우, 휘어진 모습으로 형성된 저항부(230)가 유체의 압력에 의해 펴진다. 따라서, 통로부(240)의 폭이 좁아지고, 유로 단면이 좁아진다.

이때, 모 배관의 압력이 급격히 감소한다면, 유체가 저항부(230)에 가하는 압력이 줄고, 저항부(230)는 복원력에 의해 다시 휘어질 것이다. 저항부(230)가 휘어지면 통로부(240)의 폭이 넓어지며, 유로 단면이 넓어진다. 따라서, 압력 감소에도 불구하고 유량이 보상된다.

저항부(230)가 휘어진 정도 또는 저항부(230)의 탄성력은 설계된 유체의 압력에 따라서 당업자가 최적화할 수 있다. 유체 압력이 최대일 ‹š, 저항부(230)가 완전히 펴진 상태를 유지하도록 설정함이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예(300)와 제4 실시예(400)로서 각각 제1실시예 및 제2 실시예의 유량제어 장치를 소화 노즐에 적용한 것이다.

제1 실시예의 본체부(110) 또는 제2 실시예의 본체부(210)는 소화 분사 노즐과 일체로 연결되어 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 배관 내부의 압력이 감소하는 현상이 발생하더라도 유로가 확장되어, 분사구에서 방출되는 유량을 보상함에 따라 소화 능력의 향상을 기대할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100: 유량제어 장치(제1실시예)
110: 본체부
120: 고정부
130: 저항부
140: 통로부
150: 운동 제어부
200: 유량제어 장치(제2실시예)
210: 본체부
220: 고정부
230: 저항부
240: 통로부
300: 제3 실시예
310: 분사구
400: 제4 실시예
410: 분사구

Claims (5)

1. 소화노즐에 활용되는 유량제어 장치에 있어서,
   배관과 연결되고 내부에 단일한 유체의 흐름을 형성하는 본체부;
   상기 본체부의 내부에 위치하며, 상기 본체부의 내면에 통로 가장자리를 따라 고정되는 고정부;
   상기 고정부에 연결된 부재로서, 상기 유체가 흘러오는 방향으로 기울어져 유체의 흐름에 저항하도록 설치된 저항부;
   상기 저항부에 의해서 차단되지 않는 유로 공간인 통로부; 및
   상기 저항부에 일단이 연결되고, 상기 저항부를 기준으로 상기 유체가 흘러오는 측의 상기 본체부 내면에 타단이 연결되며, 탄성체로 형성되어 상기 저항부의 운동을 제어하는 운동 제어부를 포함하며,
   상기 고정부는 힌지로 형성되고, 상기 저항부는 상기 고정부를 중심으로 상기 유체의 흐름 방향과 나란하게 각운동을 하며,
   상기 저항부는 판 상으로 형성되고, 상기 운동 제어부에 의해 지지되며, 상기 유체의 압력에 의해 상기 저항부의 경사가 조절되는 것을 특징으로 하는 유량제어 장치.
   
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