KR200302157Y1 - 유량제어용 볼텍스 밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 볼텍스 밸브에 관한 것으로, 유입되는 유량이 일정유량을 초과하는 경우 볼텍스에 의해 유체 중앙에 공기기둥(air core)이 형성됨으로써 배출되는 유량을 제어하는 볼텍스 밸브에 관한 것이다.

본 고안의 유량제어용 볼텍스 밸브는, 2개의 단판(end wall)과 상기 단판들을 연결하는 측판(side wall)을 구비하여 형성되는 볼텍스챔버(vortex chamber)와; 상기 볼텍스챔버와 소통되도록 유입측 측판에 설치되어, 여기를 통하여 유체가 상기 볼텍스챔버의 내부로 볼텍스가 발생하게 유입되는 유입구와; 상기 볼텍스챔버의 유출측 단부에 설치되는 유출구을 포함한다.

본 고안의 유량제어용 볼텍스 밸브를 사용하여 유량을 제어하는 경우, 별도의 구동부가 필요하지 않으며, 외부동력도 필요로 하지 않는다.

또한, 종래의 오리피스보다 압력수두의 손실이 적으며, 자가 청소기능이 있어서 이물질이 침적되는 경우도 발생하지 않는다.

Description

유량제어용 볼텍스 밸브{Vortex Valve for Flow Control}

본 고안은, 볼텍스 밸브에 관한 것으로, 특히 유입되는 유량이 일정유량을초과하는 경우 볼텍스에 의해 유체 중앙에 공기기둥(air core)이 형성됨으로써 배출되는 유량을 제어하는 볼텍스 밸브에 관한 것이다.

합류식 하수관거, 오수관거, 우수관거 등의 관로나 하수 처리장 등에는 여러 곳에서 발생한 하수, 우수 등의 유체가 합류하여 하류부로 유하한다. 상기 합류하는 지점 및 하류부에 있어서, 유입되는 유량이 폭우 등의 원인으로 급격하게 증가하는 경우 유량을 적절히 제어하지 않으면, 하류로 배출되는 유량이 급격하게 늘어나게 되어 처리용량을 넘는 경우 범람의 원인이 되고, 또한 오수, 하수 등의 처리장치에 과부하가 발생하게 되어 처리장의 효율이 급격히 저하되고, 기기장치 고장의 원인이 된다.

따라서, 상류로부터 유입되는 유량을 적절히 제어하여 하류로 배출하는 유량제어장치가 합류식 하수관거, 오수관거, 우수관거, 하수처리장 등에 설치되어 사용되어 왔다.

종래에는, 도1에 도시한 바와 같이, 상기 유량제어장치로서 상류관(2)과 하류관(3)의 사이에 오리피스(1)와 같은 장치를 설치하여 사용하였다.

상기 오리피스(1)의 작동은, 도2(a)에 도시한 바와 같이, 상류의 유량이 크지 않은 경우는, 상류와 하류의 유량이 같으나, 도2(b)에 도시한 바와 같이, 상류의 유량이 급격히 증가한 경우에는, 상류관(2)보다 직경이 작은 오리피스(1)을 통과한 유량만이 하류관(3)으로 배출되므로 배출되는 유량이 통제되는 것이다.

그러나, 상기 오리피스(1)를 이용한 유량제어는 다음과 같은 문제점이 있었다. 즉, 도3에 도시한 바와 같이, 상류관(2)과 오리피스(1)의 사이에 유동의 정체구역(A)이 발생하게 되는 데, 이는 상류의 압력수두의 저하를 초래하며 상기 구역에 이물질이 침적되어 관로가 막힐 염려가 있었으며, 상류관(2)과 오리피스(1)의 연결부분(B)에서는, 유동의 방향이 급격히 변하게 되므로 상기 연결부분(B)은 유체의 저항을 심하게 받아 쉽게 마모되는 단점이 있었다.

또한, 종래에는 수문에 의한 유량제어도 사용되었는데, 유입관거와 유출관거 사이에 유체가 통과하는 수문을 설치하여, 상기 수문의 높이를 조절함으로써 유량을 적절히 제어하는 방식이었다. 그러나, 상기 수문에 의한 유량제어에 있어서는, 유량의 제어를 위해서는 수문의 높낮이를 조절할 수 있는 별도의 수단이 필요하였으며, 수문의 가장자리부분에서는 유동의 방향이 급격히 변하게 되므로 유체의 저항을 심하게 받아 쉽게 마모되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압력수두의 손실이 적고, 자가 청소기능이 있으며, 상류부의 급격히 증가한 유량을 적절히 제어하여 하류로 배출하는 기능을 가진 볼텍스 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은 종래의 오리피스의 사시도이다.

도2는 도1에 따른 오리피스의 작동을 나타내는 모식도이다.

도3은 도1에 따른 오리피스에의 유동을 나타내는 모식도이다.

도4(a)는 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 일 실시예의 사시도이고, 도4(b)는 그 측면도이다.

도5는 도4의 유량제어용 볼텍스 밸브의 작동을 나타내는 작동도이다.

도6은 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 다른 실시예의 사시도 및 정면도이다.

도7은 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 또 다른 실시예의 사시도이다.

도8은 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 또 다른 실시예의 사시도이다.

본 고안의 유량제어용 볼텍스 밸브는, 2개의 단판(end wall)과 이들을 연결하는 측판 (side wall)으로 형성되는 볼텍스챔버(vortex chamber)와, 유입측 측판에 상기 볼텍스챔버와 소통되도록 볼텍스챔버의 내부로 유체가 유입하는 유입구와, 볼텍스챔버의 유출측에 설치되는 유출구를 포함한다.

여기서, 상기 유입구는 상기 볼텍스챔버에 접선방향으로 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 2개의 단판은, 원형의 평판(plane plate)으로 형성할 수도 있으며, 유입구로부터 멀어짐에 따라, 볼텍스챔버의 중심으로부터의 거리가 점차 감소하는 나선형상으로 형성할 수도 있다. 또한, 1개는 평판이고 유출구 쪽의 단판은 깔때기(funnel-shaped) 형상으로 형성할 수도 있다.

이하에서는, 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도4(a)는 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 실시예의 사시도이고, 도4(b)는 그 측면도이다. 도5는 도4의 유량제어용 볼텍스 밸브의 작동을 나타내는 모식도로서, 도5(a)는 볼텍스발생전의 상태를 나타내는 모식도이고, 도5(b)는 볼텍스가 발생하여 안정된 상태의 모식도이며, 도5(c)는 도5(b)의 C 방향에서 바라본 측면도이다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 고안의 유량제어용 볼텍스 밸브는, 유체가 유입되는 유입구 (100)와, 한쪽의 축단부에 위치하여 여기를 통하여 유체가 배출되는 유출구(200)와, 상기 유입구(100)와 유출구(200)의 사이에 위치하며 2개의 단판(end wall,300)과 측판(side wall,400)으로 형성되는 볼텍스챔버(500)을 포함한다.

상기 유입구(100)에는 유입되는 유체가 공급되는 상류관(미도시)이 연결되며, 유출구(200)에는 하류관(미도시)이 연결된다. 비록 본 실시예에서는, 유입구(100)의 형상이 사각형으로 형성된 것을 도시하였지만, 원형이나 그밖의 형상의 것도 사용할 수 있다.

또한, 상기 유입구(100)는 볼텍스챔버(500)의 측판(400)에 설치되어 볼텍스챔버 (500)와 소통되는데, 유입되는 유체가 와동(渦動)을 하도록 볼텍스챔버(500)에 접선방향으로 설치된다.

본 실시예의 유량제어용 볼텍스 밸브에서, 상기 2개의 단판(300)은 원형의 평판(plane plate )이며, 상기 단판(300)에 측판(400)을 연결함으로써 실린더 형상의 볼텍스챔버(500)가 형성된다.

본 실시예의 유량제어용 볼텍스 밸브의 작동을 도5를 참조하여 설명한다.

유체는 상류로부터 유입구(100)를 통하여 볼텍스챔버(500)의 내부로 유입되어 유출구(200)를 통하여 하류로 배출된다.

도5(a)에 도시한 바와 같이, 상류의 유량이 과도하지 않은 경우, 볼텍스는 발생하지 않으며, 상류로부터 유입되는 유량과 하류로 배출되는 유량은 동일하다.

그런데, 상류의 유량이 증가함에따라 유입되는 유입되는 유체의 압력도 증가하게 되고, 유입되는 유체는 볼텍스챔버(500)에 접선방향으로 유입되므로, 유입되는 유체는 볼텍스챔버(500)의 내부에서 원운동을 하는 볼텍스를 발생하기 시작한다.

이때, 유입되는 유량이 더욱 증가하여 임계값을 넘어서면, 도5(b)에 도시한 바와 같이 볼텍스가 안정되며, 상기 안정된 볼텍스의 중심에는 원심력의 작용으로 공기기둥(air core,600)이 형성된다. 상기 공기기둥(600)은 유출구(200)의 단면적을 줄이므로(도5(c)참조), 유출되는 유체는 유출구(200)에 꽉차서 배출되는 것이아니라, 상기 공기기둥(600)이 차지하는 단면적만큼 제한되어서 배출되므로, 유출 유량은 제어되는 것이다.

상기 경우에 있어서, 유입된 유체는 볼텍스챔버 내부에서 원운동 및 유출구 (200) 측으로 진행하는 운동을 병행하여, 나선운동을 하게 되므로, 유동은 부드럽게 그 방향이 변화하며, 종래기술의 오리피스의 경우처럼 유동의 방향이 급격히 변화하는 구역은 없다.

따라서, 본 실시예의 유량제어용 볼텍스 밸브에는 구동부가 없으며, 이를 사용하여 유량을 통제하는 경우에 외부동력도 필요하지 않다. 또한, 위에서 설명한 것과 같이 유동의 방향이 급격히 변화하지 않으므로 압력수두의 손실도 적게 된다.

또한, 볼텍스챔버(500)의 내부에 유동이 정체하는 구역이 없으므로, 이물질이 침적되는 경우도 발생하지 않게 된다.

도6에는, 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 다른 실시예를 도시하는데, 도6(a)는 그 사시도이고, 도6(b)는 그 정면도이다.

본 실시예에서는, 유입구(100-1)를 볼텍스챔버(500-1)에 일체형으로 형성하였고, 2개의 단판(300-1)의 형상도, 도6(b)에 도시한 바와 같이, 완전한 원형이 아니라 유입구(100-1)에서 멀어짐에 따라 볼텍스챔버(500-1)의 중심으로부터의 거리가 점차 감소하는 나선형상으로 형성된다. 즉, 본 실시예의 유량제어용 볼텍스 밸브는, 나선형상의 2개의 단판(300-1)과 상기 2개의 단판을 연결하는 측판(500-1)으로 형성되는 볼텍스챔버 (500-1)와; 상기 볼텍스챔버(500-1)의 한쪽의 축단부에 설치되는 유출구(200-1)를 포함한다.

본 실시예의 유량제어용 볼텍스 밸브는 유입구(100-1)가 볼텍스챔버(500-1)에 일체형으로 형성되므로, 제작이 간단하고, 제작 단가가 절감되는 장점이 있다.

도7에는, 본 고안에 따른 유량제어용 볼텍스 밸브의 또 다른 실시예를 도시한다(도시된 화살표는 유체의 유입 및 유출방향을 지시).

본 실시예에서는 도4의 유량제어용 볼텍스 밸브에 구비되는 2개의 단판(300-2) 중 유출구 (200-2) 쪽의 단판(310)의 형상을 깔때기(funnel-shaped)형상으로 형성함으로써, 더 부드러운 볼텍스가 형성되도록 하였으며, 유출구(200-2) 부근에서도 유동이 부드럽게 형성되도록 하였다.

본 실시예의 유량제어용 볼텍스 밸브도 다양한 형상의 변화가 가능함은 물론이다. 그 대표적인 형상을 도8에 나타낸다(도시된 화살표는 유체의 유입방향을 지시).

도8(a)의 유량제어용 볼텍스 밸브는, 도7의 유량제어용 볼텍스 밸브에 있어서, 그 유입구(100-3)를 볼텍스챔버(500-3)에 일체로 형성하였고, 측판을 생략하였다.

도8(b)의 유량제어용 볼텍스 밸브는, 도8(a)의 유량제어용 볼텍스 밸브에 있어서 유입구(100-4)의 방향을 변화시켰으며, 상기 유입구(100-4)가 연결되는 볼텍스챔버(500-4)에 돌출부(410)을 형성함으로써, 볼텍스가 더 쉽게 형성되도록 하였다.

본 유량제어용 볼텍스 밸브에는 구동부가 없으므로 고장이 발생할 염려가 적으며, 본 고안의 유량제어용 볼텍스 밸브를 사용하여 유량을 제어하는 경우 외부동력도 필요로 하지 않는다.

또한, 종래의 오리피스보다 압력수두의 손실이 적으며, 자가 청소기능이 있어서 이물질이 침적되는 경우도 발생하지 않는다.

Claims (5)

1. 2개의 단판(end wall,300)과 상기 단판(300)을 연결하는 측판(side wall,400)으로 형성되는 볼텍스챔버(vortex chamber,500)와;

   상기 측판(400)에 상기 볼텍스챔버(500)와 소통되도록 설치되고, 상기 볼텍스챔버(500)의 내부로 유체를 유입하는 유입구(100)와;

   상기 볼텍스챔버(500)의 한쪽의 축단부(axial end)에 설치되는 유출구(200)을 포함하는 유량제어용 볼텍스 밸브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유입구(100)는, 상기 볼텍스챔버(500)에 접선방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 유량제어용 볼텍스 밸브.
3. 제1항에 있어서,

   상기 2개의 단판(300)은, 원형의 평판(plane plate)인 것을 특징으로 하는 유량제어용 볼텍스 밸브.
4. 제1항에 있어서,

   상기 2개의 단판(300-1)은, 유입구(100-1)로부터 멀어짐에 따라 볼텍스챔버 (500-1)의 중심으로부터의 거리가 점차 감소하는 나선형상의 평판인 것을 특징으로하는 유량제어용 볼텍스 밸브.
5. 제1항에 있어서,

   상기 2개의 단판(300-2)은, 1개는 평판이고 유출구(200-2) 측의 단판은 깔때기 형(funnel-shaped)인 것을 특징으로 하는 유량제어용 볼텍스 밸브.