KR102523625B1 - 힌지부의 마찰력 방지 기능이 개선된 스윙 체크밸브 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부분열림 또는 완전열림 상태에서 밸브 디스크의 진동(떨림)이 발생하더라도 힌지부에서의 마찰을 방지할 수 있는 스윙 체크밸브 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 스윙 체크밸브는, 유체가 흐르는 배관에 설치되어 유체의 역류를 차단하는 스윙 체크밸브에 있어서, 밸브 몸체의 유로 상에 마련되어 외주면에 제1자성체(110)가 구비되는 힌지핀(100)과; 상기 밸브 몸체의 유로를 개폐하게 되는 디스크가 구비되어 상기 힌지핀(100)에 회동 가능하게 조립되되, 상기 제1자성체(110)와 반대의 자극(magnetic pole)을 갖는 제2자성체(210)가 구비되는 힌지암(200)을 포함한다.

Description

힌지부의 마찰력 방지 기능이 개선된 스윙 체크밸브 및 그 제어방법{Swing check valve with decreasing friction force of a hinge part, and control method thereof}

본 발명은 스윙 체크밸브에 관한 것으로, 상세하게는, 부분열림 또는 완전열림 상태에서 밸브 디스크의 진동(떨림)이 발생하더라도 힌지부에서의 마찰을 방지할 수 있는 스윙 체크밸브 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스윙 체크밸브는 유체가 통과하는 배관에 설치되어 관로 내부에 흐르는 유체의 역류를 방지하고 한쪽 방향으로만 흐르도록 함으로써 유체의 흐름을 단속하기 위한 것으로 유체가 관로 내부에 정상적으로 흐르고 있을 경우에는 유체의 압력에 의해 개방되고 유동에 의해 개방 상태를 유지하다가 펌프의 오작동이나 그 외 다른 이유들에 의해 유체가 역류하게 되면 자동으로 닫히면서 유체의 역류를 차단한다. 다양한 형식의 체크밸브가 나와 있으나 스윙 체크밸브는 구조가 간단하고 완전열림 시에 압력손실이 가장 작아서 가장 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스윙 체크밸브의 단면 구성도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 스윙 체크밸브는 유입구(11)와 배출구(12)가 구비된 밸브 몸체(10)와, 밸브 몸체(10)의 내부에 관통 설치되는 힌지부(13)를 중심으로 회동하면서 유입구(11)의 유로 상에 마련된 몸체 시트(11a)에 밀착되어 유로를 개폐하게 되는 디스크(14)를 포함한다.

디스크(14)는 힌지암(15)에 의해 힌지부(13)에 연결되며, 힌지부(13)는 탄성력을 갖는 힌지스프링이 포함될 수 있다. 도면부호 16은 백스톱(back-stop)으로, 디스크(14)의 개방 시에 디스크(14)의 후면을 지지한다.

힌지부(13)는 밸브 몸체(10)에 고정되어 힌지축으로 기능하는 힌지핀(13a)를 포함하며, 힌지암(15)의 일측 단부는 힌지핀(13a)에 회동 가능하게 조립되어 힌지암(15)은 힌지핀(13a)을 회전축으로 하여 회전이 이루어진다.

도 2는 스윙 체크밸브의 유속과 개도량 사이의 관계를 보여주는 그래프로서, 스윙 체크밸브는 유량이 완전열림 유량(Vopen) 보다 작아서 디스크(14)가 중간 열림 상태에 있을 경우에 디스크(14)의 진동(oscillation)이 발생(영역1)되며, 유량이 증가하더라도 디스크(14)가 충분히 개방되어 디스크(14)가 백스톱(16)에 고정되어 있지 않으면, 디스크(14)와 백스톱(16) 사이에 태핑(tapping) 현상을 일으키며(영역2), 디스크의 떨림 전도는 영역2에서 제일 큰 것으로 알려져 있다.

디스크(14)의 떨림이 발생하면, 힌지부의 마모가 가속화되어 밸브 누설이나 밸브가 잘 닫히지 않는 문제점이 발생될 수 있으며, 심한 경우에는 디스크가 밸브 몸체로부터 떨어져 나올 수가 있다.

이러한 사고를 방지하기 위하여 스윙 체크밸브는 제작업체에서 최소 유속값(Vmin)을 제공하여 그 이하에서의 운전을 제한하거나, 난류 유동으로 인해 밸브에 미치는 진동을 최소화하기 위하여 펌프의 출구단, 엘보우, 리듀서 등으로부터 체크밸브 입구까지의 거리를 배관 직경의 5-10배 이상으로 떨어지게 설치할 것을 권장하고 있다.

등록특허공보 제10-1969544호(공고일자: 2019.04.16.) 공개특허공보 제10-2018-0048032호(공개일자: 2018.05.10.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 부분열림 또는 완전열림 상태에서 디스크의 진동(떨림)이 발생하더라도 디스크의 힌지부의 마찰을 방지할 수 있는 스윙 체크밸브 및 그 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스윙 체크밸브는, 유체가 흐르는 배관에 설치되어 유체의 역류를 차단하는 스윙 체크밸브에 있어서, 밸브 몸체의 유로 상에 마련되어 외주면에 제1자성체가 구비되는 힌지핀과; 상기 밸브 몸체의 유로를 개폐하게 되는 디스크가 구비되어 상기 힌지핀에 회동 가능하게 조립되되, 상기 제1자성체와 반대의 자극(magnetic pole)을 갖는 제2자성체가 구비되는 힌지암을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1자성체와 상기 제2자성체는 각각 서로 다른 자극을 갖는 적어도 두 개 이상의 자석이 교번(alternation)하여 축방향(C)으로 회전 대칭되게 배치된다.

보다 바람직하게는, 상기 제1자성체와 상기 제2자성체는 축방향(C)으로 나란하게 적어도 2열 이상 구비되며, 상기 제1자성체와 상기 제2자성체 중 어느 하나는 전자석이다.

더욱 바람직하게는, 상기 전자석에 자화전류를 공급하게 되는 전원부와; 상기 전원부를 제어하게 위한 제어부를 더 포함한다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 제어방법은, 배관 계통에 마련된 펌프의 기동 여부를 판정하여 펌프 기동 이후 설정 시간(t0) 이상이거나 설정 유속(V0) 이상인 경우에 상기 전자석에 자화전류를 공급한다.

바람직하게는, 상기 펌프가 정지하거나 설정된 최소 유속(V1) 이상인 경우에 상기 전자석에 자화전류의 공급을 중단한다.

본 발명의 스윙 체크밸브는, 밸브 몸체의 유로 상에 마련되어 외주면에 제1자성체가 구비되는 힌지핀과; 상기 밸브 몸체의 유로를 개폐하게 되는 디스크가 구비되어 상기 힌지핀에 회동 가능하게 조립되되, 상기 제1자성체와 반대의 자극(magnetic pole)을 갖는 제2자성체가 구비되는 힌지암을 포함하여, 계통 배관 내에 유량이 충분하지 못한 상태에서 운전이 이루어지거나 과대 유량 운전 등으로 인하여 디스크 태핑, 또는 유동 불안정 환경이거나 밸브 디스크의 떨림(진동)이 발생하더라도 힌지부의 마찰에 의한 손상을 방지하여 밸브의 건전성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 본 발명의 스윙 체크밸브의 제어방법은, 힌지핀과 힌지암에 구비되는 두 자성체 중의 적어도 어느 하나가 전자석으로 제공 시에 배관 계통에 마련된 펌프의 기동 여부와 유속을 고려하여 전자석에 공급되는 자화전류를 적절히 제어함으로써, 전자력의 공급을 위한 전력 소모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스윙 체크밸브의 단면 구성도이다.
도 2는 스윙 체크밸브의 유속과 개도량 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 3의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 요부 구성인 힌지부의 종단면 구성도 및 횡단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 요부 구성인 힌지부의 횡단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 구동 제어를 위한 제어 모듈의 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 구동 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.

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.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적인 실시예를 설명한다. 한편, 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.

도 3의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 요부 구성인 힌지부의 종단면 구성도 및 횡단면 구성도이다.

도 3을 참고하면, 본 실시예의 스윙 체크밸브는, 밸브 몸체의 유로 상에 마련되어 외주면에 제1자성체(110)가 구비되는 힌지핀(100)과, 밸브 몸체의 유로를 개폐하게 되는 디스크가 구비되어 힌지핀(100)에 회동 가능하게 조립되되, 제1자성체(110)와 반대의 자극(magnetic pole)을 갖는 제2자성체(210)가 제1자성체(110)와 대향하여 구비되는 힌지암(200)을 포함한다.

바람직하게는, 제1자성체(110)와 제2자성체(210)는 각각 서로 다른 자극을 갖는 적어도 두 개 이상의 자석이 교번(alternatioin)하여 축방향(C)으로 회전 대칭(360ㅀ/n; n은 총 자석의 수)되게 배치된다.

이와 같이 구성된 힌지부는 힌지핀(100)과 힌지암(200)이 서로 반대의 자성으로 인하여 서로 인력과 척력이 균형을 이루어 디스크의 부분열림 또는 완전열림 상태에서 디스크의 떨림이 발생하더라도 힌지핀(100)과 힌지암(200) 사이의 마찰을 방지할 수 있다.

제1자성체(110)와 제2자성체(210)는 영구자석에 의해 제공될 수 있으며, 또는 제1자성체(110)과 제2자성체(210) 중의 적어도 어느 하나는 전자석(electromagnet)에 의해 제공될 수 있다. 한편, 제1자성체(110) 또는 제2자성체(210)가 전자석에 의해 제공되는 경우에 펌프의 운전 상태와 연동되어 자화전류를 공급하여 전자력을 인가하기 위한 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 이에 대해서는 관련 도면을 참고하여 다시 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 요부 구성인 힌지부의 횡단면 구성도이다.

도 4를 참고하면, 본 실시예의 스윙 체크밸브는, 힌지핀(100)과 힌지암(200)에 구비되는 제1자성체와 제2자성체가 축방향(C)으로 나란하게 적어도 2열(110A)(110B)(210A)(220B) 이상 구비될 수 있다.

이러한 본 발명의 스윙 체크밸브의 힌지부는 힌지핀(100)과 힌지암(200)에 마련된 제1자성체(110) 및 제2자성체(210) 중의 어느 하나가 전자석에 의해 제공될 수 있으며, 바람직하게는, 밸브 몸체에 고정되는 힌지핀에 구비되는 자성체가 전자석에 의해 제공된다. 또한 전자석에 공급되는 자화전류를 적절히 제어하여 배관 계통의 펌프 기동 시에 일정 시간 또는 일정 유속 이상에서 전자석에 자화전류를 인가하고 최소 유속 이상 또는 펌프의 정지와 동시에 자화전류의 공급을 중단하여 전자력의 부가를 위한 전력 소모를 최소화할 수 있다. 이하에서는 이에 대한 구체적인 실시예를 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 구동 제어를 위한 제어 모듈의 블록 구성도이다.

도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예의 스윙 체크밸브는, 전자석에 자화전류를 공급하게 되는 전원부(320)와, 전원부(320)를 제어하게 되는 제어부(310)를 포함한다. 제어부(310)는 시간 정보를 제공 받을 수 있는 타이머(311)를 포함하며, 이러한 타이머(311)는 별도의 회로가 아닌 제어부(310)에 포함된 회로 구성일 수 있다.

바람직하게는, 계통 배관에 마련된 펌프의 기동 여부를 검출하기 위한 펌프 기동 검출부(312)와, 유속을 검출하기 위한 유속 검출부(313)가 구비될 수 있으며, 펌프 기동 검출부(312)와 유속 검출부(313)의 검출 신호는 제어부(310)로 전달되어 제어부(310)는 펌프의 기동 여부와 검출된 유속에 따라서 전원부(320)를 제어하여 전자석(111)에 인가되는 자화전류를 제어한다. 한편, 펌프 기동 검출부(312)는 펌프의 온/오프 신호를 발생시키는 스위칭 회로에 의해 제공될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 스윙 체크밸브의 제어방법은 배관 계통에 마련된 펌프의 기동 여부를 판정하여 펌프 기동 이후 설정 시간(t0) 이상이거나 설정 유속(V0) 이상인 경우에 전자석에 자화전류를 공급(S100)하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 이후 펌프가 정지하거나 설정된 최소 유속(V1) 이상인 경우에 전자석에 자화전류의 공급을 중단한다(S200).

구체적으로, 제1단계(S110)는 제어부는 펌프의 기동 시간(t)이 설정 시간(t0) 이상으로 경과 되었는지를 판정한다.

제2단계(S120)는 펌프의 기동 시간(t)이 설정 시간(t0) 이상으로 경과되지 않은 경우에 검출된 유속(V)이 설정된 유속(V0) 이상인지 여부를 판단한다.

제3단계(S130)는 펌프 기동 이후 설정 시간(t0) 이상이거나 설정 유속(V0) 이상인 경우에 전자석에 자화전류를 공급(S100)하는 과정이다. 한편, 설정 시간(t0)과 설정 유속(V0)은 배관 계통에 설치되는 스윙 체크밸브의 특성 등을 고려하여 제어부에 설정되는 값이다.

다음으로, 제4단계(S210)는 펌프의 정지 여부를 판정하는 과정이며, 펌프가 정지되는 경우에는 전자석에 인가된 자화전류를 차단한다(S231).

제5단계(S220)는 펌프가 기동 중인 상태에서 검출된 유속이 설정된 최소 유속(V1)인지 여부를 판정하는 과정이며, 검출된 유속이 설정된 최소 유속(V1) 이상인 경우에는 전자석에 공급되는 자화전류를 차단하며(S221), 설정된 최소 유속(V1) 이하인 경우에는 전자석에 자화전류의 공급을 지속한다(S222).

이와 같은 과정을 통하여 스윙 체크밸브의 힌지부를 구성하는 전자석에 자화전류의 공급을 제어함으로써, 전자력의 부가를 위한 전력 소모를 최소화할 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 :힌지핀 110 : 제1자성체
200 : 힌지암 210 : 제2자성체
310 : 제어부 311 : 타이머
312 : 펌프 기동 검출부 313 : 유속 검출부
320 : 전원부

Claims (7)

1. 유체가 흐르는 배관에 설치되어 유체의 역류를 차단하는 스윙 체크밸브에 있어서,
   밸브 몸체의 유로 상에 마련되어 외주면에 제1자성체가 구비되는 힌지핀과;
   상기 밸브 몸체의 유로를 개폐하게 되는 디스크가 구비되어 상기 힌지핀에 회동 가능하게 조립되되, 상기 제1자성체와 반대의 자극(magnetic pole)을 갖는 제2자성체가 구비되는 힌지암을 포함하며,
   상기 제1자성체와 상기 제2자성체는 각각 서로 다른 자극을 갖는 적어도 두 개 이상의 자석이 교번(alternation)하여 축방향(C)으로 회전 대칭되게 배치됨을 특징으로 하는 스윙 체크밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제1자성체와 상기 제2자성체는 축방향(C)으로 나란하게 적어도 2열 이상 구비됨을 특징으로 하는 스윙 체크밸브.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1자성체와 상기 제2자성체 중 어느 하나는 전자석인 것을 특징으로 하는 스윙 체크밸브.
5. 제4항에 있어서, 상기 전자석에 자화전류를 공급하게 되는 전원부와; 상기 전원부를 제어하게 위한 제어부를 더 포함하는 스윙 체크밸브.
6. 제5항에 따른 스윙 체크밸브를 제어하기 위한 방법으로서,
   배관 계통에 마련된 펌프의 기동 여부를 판정하여 펌프 기동 이후 설정 시간(t0) 이상이거나 설정 유속(V0) 이상인 경우에 상기 전자석에 자화전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 스윙 체크밸브의 제어방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 펌프가 정지하거나 설정된 최소 유속(V1) 이상인 경우에 상기 전자석에 자화전류의 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 스윙 체크밸브의 제어방법.

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