KR20050013104A - 안전 밸브 - Google Patents

안전 밸브

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KR20050013104A
KR20050013104A KR10-2004-7017345A KR20047017345A KR20050013104A KR 20050013104 A KR20050013104 A KR 20050013104A KR 20047017345 A KR20047017345 A KR 20047017345A KR 20050013104 A KR20050013104 A KR 20050013104A
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large diameter
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기타도시오
다이도구니히코
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가부시키가이샤 후지킨
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    • F16K17/36—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves actuated in consequence of extraneous circumstances, e.g. shock, change of position
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Abstract

안전 밸브(1)는 본체(2), 고정체(3), 가용체(7), 이동체(8), 편향 부재(9), 가동 마개체(10) 및 가동 마개체 유지 수단(11)을 구비하고 있다. 고정체(2)는 용기(T) 안으로 통해 있는 소직경 축방향 통로(14)와, 상단으로 개구하고 있는 대직경 축방향 통로(15)를 갖고 있다. 가동 마개체(10)는 고정체(2)의 소직경 축방향 통로(14)의 상단부에 들어맞는 소직경 축부(18)와, 고정체(2)의 대직경 축방향 통로(15) 하단부 사이에 간극을 갖는 중간 축부(19)와, 고정체(2)의 대직경 축방향 통로(15)의 중간 부분에 미끄럼 접촉 가능하게 들어맞는 대직경 축부(20)를 갖고 있다. 가동 마개체(10)의 대직경 축부(20)에 그 상단으로부터 하단까지 연장되는 축방향 통로(21)가 마련되고, 가동 마개체(10)의 중간 축부(19)에 그 둘레면으로 개구하면서 대직경 축부(20)의 축방향 통로(21)의 하단으로 통하는 연통로(22)가 마련되어 있다.

Description

안전 밸브{SAFETY VALVE}
천연 가스를 엔진의 연료로서 사용한 자동차에 탑재되는 연료 탱크에서는, 탱크의 온도 상승에 따르는 내압의 상승에 의한 파열을 방지하기 위해서, 연료 탱크에 안전 밸브가 부착되어 있다. 이러한 안전 밸브로서는, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2001-317645호 공보)에 본체와, 본체 안에 수납되는 피스톤(이동체)과, 피스톤와 본체 사이에 충전되어 있는 가용(可溶) 합금, 그리고 피스톤와 본체 사이에 개재되어 있는 편향 부재를 구비하고, 피스톤은 양단으로 연통하는 통로를 구비하며, 양단부에는 제1 수압면(受壓面)과 제2 수압면을 구비하고 있는 것이 개시되어 있다.
이 종류의 안전 밸브는 천연 가스 탱크뿐만 아니라, 연료전지 차량의 수소 가스 탱크에서도 사용되기 때문에, 보다 안전성을 향상시킨 것의 개발이 과제가 되고 있다.
본 발명의 목적은 용기에 부착되어 온도가 상승한 경우에 용기 안의 가스를개방하는 안전 밸브에 있어서, 보다 안전성을 향상시킨 것을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 안전 밸브에 관한 것으로, 특히 화재 발생시 등에 용기 안의 압력이 지나치게 상승하는 것을 방지하기 위해서, 용기에 부착되어 온도가 상승한 경우에 용기 안의 가스를 개방하는 안전 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 안전 밸브의 실시 형태를 도시한 단면도로, 통상 상태(닫힌 상태)를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 안전 밸브의 실시 형태를 도시한 단면도로, 작동 상태(열린 상태)를 도시하고 있다.
본 발명에 의한 안전 밸브는 용기에 부착되어 온도가 상승한 경우에 용기 안의 가스를 개방하는 안전 밸브로서, 원통형으로 상단부에 내향 플랜지부가 형성되어 있는 본체와, 본체 내주 사이에 간극을 갖는 소직경부, 소직경부의 하단으로 이어지면서 본체 하단 개구를 폐쇄하는 대직경부 및 대직경부의 하단으로 이어지면서 용기에 부착되는 부착부를 갖는 원통형 고정체와, 본체의 내향 플랜지부의 하면에 상단면이 접촉하도록 고정체의 소직경부와 본체 사이에 배치된 가용체와, 가용체의 하단에 상단이 접촉하도록 고정체의 소직경부와 본체 사이에 이동 가능하게 배치된 이동체와, 이동체의 하단에 상단이 접촉하면서 하단이 고정체의 대직경부 상면에서 지지되도록 고정체의 소직경부와 본체 사이에 배치된 편향 부재와, 고정체 안으로 이동 가능하게 삽입된 단차식 원기둥형 가동 마개체와, 통상 상태에서 가동 마개체의 상측으로의 이동을 저지하면서 이동체가 상측 위치로 이동함으로써 가동 마개체의 상측으로의 이동을 허용하는 가동 마개체 유지 수단을 구비하고 있고, 고정체는 용기 안으로 통해 있는 소직경 축방향 통로와, 소직경 축방향 통로의 상단으로 이어지면서 상단으로 개구하고 있는 대직경 축방향 통로를 갖고 있으며, 가동 마개체는 고정체의 소직경 축방향 통로의 상단부에 들어맞는 소직경 축부와, 소직경 축부로 이어지고 고정체의 대직경 축방향 통로 하단부 사이에 간극을 갖는 중간 축부와, 중간 축부로 이어지고 고정체의 대직경 축방향 통로의 중간 부분에 미끄럼 접촉 가능하게 들어맞는 대직경 축부를 가지며, 가동 마개체의 대직경 축부에 그 상단으로부터 하단까지 연장되는 축방향 통로가 마련되고, 가동 마개체의 중간 축부에 그 둘레면으로 개구하면서 대직경 축부의 축방향 통로의 하단으로 통하는 연통로가 마련되어 있으며, 이에 따라, 가용체가 용융하여 이동체가 상측 위치로 이동했을 때, 용기 안의 가스는 고정체 소직경 축방향 통로, 고정체 대직경 축방향 통로 하단부, 가동 마개체 연통로 및 가동 마개체 축방향 통로를 거쳐 용기 밖으로 배출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 안전 밸브에 의하면, 용기 안의 가스의 압력은 본체에 고정된 고정체 안에 설치되면서 가동 마개체 유지 수단에 의해 상측으로의 이동이 저지되어 있는 가동 마개체에 의해 받아지고 있고, 이동체에 용기 안의 압력이 미치지 않기 때문에, 가용체에 걸리는 힘은 편향 부재의 탄성력만으로 되어 있으며, 설정치보다도 낮은 온도에서의 오동작을 없앨 수 있다.
가동 마개체 유지 수단은 가동 마개체의 외주에 마련된 오목부와, 이 오목부와 동일한 위치가 되도록 고정체의 소직경부에 마련된 관통 구멍과, 이들 오목부 및 관통 구멍에 걸쳐 수납된 볼과, 이동체의 하단부에 마련된 볼 이동용 오목부로 이루어지고, 볼 이동용 오목부는 가용체가 용융하여 이동체가 상측 위치로 이동했을 때에, 관통 구멍에 대향하도록 형성되어 있는 경우가 있다.
이와 같이 하면, 통상 상태에서는, 볼에 의해 가동 마개체의 상측으로의 이동이 저지되고, 작동 상태에서는, 이 볼이 직경 방향 바깥쪽을 향해 이동함으로써, 가동 마개체의 상측으로의 이동이 허용되며, 비교적 간단한 구성으로, 통상 상태에서 가동 마개체의 상측으로의 이동을 저지하는 동시에, 작동 상태에 있어서는, 확실하게 가동 마개체의 상측으로의 이동을 허용할 수 있다.
가동 마개체의 오목부는 직경 방향 바깥쪽을 향해 넓어지는 테이퍼형으로 되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 볼이 직경 방향 바깥쪽을 향해 확실하게 이동하기 때문에, 이동체의 이동에 따라 가동 마개체가 확실하게 상측으로 이동할 수 있어, 안전 밸브를 소정 조건으로 확실하게 작동시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상하 및 좌우는 도면의 상하 및 좌우를 말하는 것으로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 안전 밸브의 실시 형태를 도시하고 있다. 도 1은 안전 밸브의 분위기 온도가 소정치 이하인 통상 상태, 즉 통로가 폐쇄된 상태, 도 2는 안전 밸브의 분위기 온도가 소정치를 초과한 작동 상태, 즉 통로가 개방된 상태를 각각 도시하고 있다.
통상 상태의 안전 밸브(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 둘레벽(12) 및 정상벽(13)을 갖는 원통형으로 둘레벽(12) 상단부에 내향 플랜지부(12a)가 형성되어 있는 본체(2)와, 본체(2) 내주 사이에 간극을 갖는 소직경부(4), 소직경부(4)의 하단으로 이어지면서 또한 본체(2) 하단 개구를 폐쇄하는 대직경부(5) 및 대직경부(5)의 하단으로 이어지면서 용기(T)에 부착되는 부착부(6)를 갖는 원통형 고정체(3)와, 본체(2)의 내향 플랜지부(12a)의 하면에 상단면이 접촉하도록 고정체(3)의 소직경부(4) 상단부와 본체(2) 상단부 사이에 배치된 원통형 가용 합금(가용체; 7)과, 가용 합금(7)의 하단에 상단이 접촉하도록 고정체(3)의 소직경부(4) 중간부와 본체(2)의 중간부 사이에 이동 가능하게 배치된 원통형 이동체(8)와, 이동체(8)의 하단에 상단이 접촉하면서 하단이 고정체(3)의 대직경부(5) 상면에서 지지되도록 고정체(3)의 소직경부(4) 하단부와 본체(2) 하단 근처부 사이에 배치된 원통형 코일 스프링(편향 부재; 9)과, 고정체(3) 안으로 이동 가능하게 삽입된 단차식 원기둥형 가동 마개체(10)와, 통상 상태에서 가동 마개체(10)의 상측으로의 이동을 저지하면서 이동체(8)가 상측 위치로 이동함으로써 가동 마개체(10)의 상측으로의 이동을 허용하는 가동 마개체 유지 수단(11)을 구비하고 있다.
본체(2)의 정상벽(13)에는 그 상면으로부터 아래쪽으로 연장되는 암나사부(13a) 및 이것에 이어서 정상벽(13) 하면으로 개구하는 가스 배출 통로(13b)가 형성되어 있다. 이들 암나사부(13a) 및 가스 배출 통로(13b)는 본체(2) 안의 가스를 외부로 배출하기 위한 관통 구멍으로 되어 있다.
고정체(3)의 대직경부(5) 외주에는 수나사부(5a)가 마련되어 있고, 이 수나사부(5a)가 본체(2) 하단부 내주에 마련된 암나사부에 체결됨으로써, 고정체(3)가 본체(2)에 고정된다. 또한, 고정체(3)에 암나사부를 본체에 수나사부를 마련할 수도 있고, 또한 나사 이외의 방법에 의해 고정체(3)와 본체(2)를 일체화하여도 좋다. 고정체(3)의 소직경부(4)의 상단은 본체(2)의 정상벽(13) 하면에 접촉되어 있다. 고정체(3)의 대직경부(5)는 본체(2) 하단면과 용기(T) 외주 사이에 개재되는 플랜지부(5b)를 갖고 있다. 부착부(6)는 용기(T)의 안전 밸브 부착부의 형상에 따른 형상으로 되어 있고, 이 실시 형태에서는 용기(T)의 개구에 마련된 암나사부에 체결되는 수나사부(6a)가 부착부(6)에 마련되어 있다.
고정체(3)의 내주는 대직경부(5) 및 부착부(6)측이 소직경이고, 소직경부(4)측이 대직경으로 되어 있으며, 이에 따라 고정체(3)에는 대직경부(5)의 상단 근처에서부터 부착부(6)의 하단까지 연장되어 용기(T) 안으로 통해 있는 소직경 축방향 통로(14)와, 소직경 축방향 통로(14)로 이어지고 상단으로 개구하고 있는 대직경 축방향 통로(15)가 형성되어 있다.
가용 합금(7)은 공지의 것으로, 미리 설정된 온도가 되면 용융하도록 되어 있다. 본체(2)의 주벽(12)의 상단부에는 용융한 합금(7)을 외부로 배출하기 위한 합금 배출 통로(16)가 마련되어 있다.
이동체(8)는 그 내주가 고정체(3)의 소직경부(4)에 접하면서 그 외주가 본체(2)의 내주에 접한 상태로 미끄럼 이동 가능하도록, 본체(2)와 고정체(3) 사이에 배치되어 있다. 이동체(8)의 하단부 내주에는 볼의 이동용 오목부(17)가 좌우측에 형성되어 있다.
코일 스프링(9)은 이동체(8)를 위쪽을 향해 편향시키고, 가용 합금(7)이 용융했을 때에, 가용 합금(7)을 본체(2)의 합금 배출 통로(16)부터 배출하는 동시에이동체(8)를 상측으로 이동시키는 것으로, 그 탄성력은 안전 밸브(1)가 작동하도록 설정되어 있는 온도에 있어서의 가용 합금(7)의 유동 특성 등을 고려하여, 이동체(8)를 상측으로 이동시킬 수 있는 값으로 또한 작은 값으로 설정되어 있다.
가동 마개체(10)는 고정체(3)의 소직경 축방향 통로(14)의 상단부에 들어맞는 소직경 축부(18)와, 소직경 축부(18)로 이어지고 고정체(3)의 대직경 축방향 통로(15) 하단부 사이에 간극을 갖는 중간 축부(19)와, 중간 축부(19)로 이어지고 고정체(3)의 대직경 축방향 통로(15)의 중간 부분에 미끄럼 접촉 가능하게 들어맞는 대직경 축부(20)를 갖고 있다.
가동 마개체(10)의 대직경 축부(20)에는 그 상단으로부터 하단까지 연장되는 축방향 통로(21)가 마련되어 있다. 가동 마개체(10)의 중간 축부(19)에는 그 외주면으로 개구하면서 대직경 축부(20)의 축방향 통로(21)의 하단으로 통하는 좌우 연통로(22)가 마련되어 있다. 따라서, 이 연통로(22)는 고정체(3)의 대직경 축방향 통로(15) 하단부와 중간 축부(19) 외주 사이에 존재하는 간극으로 개구하고 있다.
가동 마개체(10)의 대직경 축부(20) 상단과 본체(2)의 정상벽(13) 하면 사이에는 대직경 축부(20)가 상측으로 이동 가능하도록, 소정의 간극이 마련되어 있고, 이 간극은 소직경 축부(18)의 길이보다도 크게 이루어져 있다. 따라서, 가동 마개체(10)가 용기(T) 안의 가스의 압력에 의해 강제적으로 밀어 올려지면, 가동 마개체(10)는 그 상단이 본체(2)의 정상벽(13) 하면에 접촉한 위치에서 정지하고, 이 때 고정체(3)의 소직경 축방향 통로(14)와 가동 마개체(10)의 연통로(22)가 고정체(3)의 대직경 축방향 통로(15)의 하단부를 통해 연통하게 된다. 가동 마개체(10)의 소직경 축부(18)의 외주에는 상하 2지점에 O링(23)이 설치되고, 가동 마개체(10)의 대직경 축부(20)의 외주에는 연통로(22)보다도 위의 위치에 O링(24)이 설치되어 있다.
가동 마개체 유지 수단(11)은 가동 마개체(10)의 상단 근처 부분의 외주에 마련된 좌우의 오목부(25)와, 이 오목부(25)와 동일한 위치에 있도록 고정체(3)의 소직경부(4)에 마련된 관통 구멍(26)과, 이들 오목부(25) 및 관통 구멍(26)에 걸쳐 수납된 볼(27)과, 이동체(8)의 볼 이동용 오목부(17)로 이루어진다.
가동 마개체(10)의 오목부(25) 및 고정체(3)의 관통 구멍(26)은 모두 직경 방향 바깥쪽을 향해 넓어지는 테이퍼형으로 되어 있다. 볼 이동용 오목부(17)는 가용 합금(7)이 용융하여 이동체(8)가 상측 위치로 이동했을 때에, 관통 구멍(26)에 대향하도록 형성되어 있고, 관통 구멍(26)의 최대 직경과 거의 같은 개구경을 가지며, 그 저면 직경은 개구경보다도 약간 작게 이루어져 있다. 또한, 가동 마개체(10)의 오목부(25)는 직경 방향 바깥쪽을 향해 넓어지는 테이퍼형으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 고정체(3)의 관통 구멍(26)은 원기둥형이어도 상관없다.
볼(27)의 직경 방향의 움직임은 가동 마개체(10)의 오목부(25) 저면과 이동체(8)의 내주면에 의해 규제되어 있다. 따라서, 가동 마개체(10)에 상향의 힘이 작용했을 때에는, 가동 마개체(10)의 오목부(25) 하면으로부터 볼(27)에 경사 상향의 힘이 작용하고, 이 힘에 대항하여 고정체(3)의 관통 구멍(25)의 상면으로부터 볼(27)에 경사 하향의 힘이 작용함으로써, 양쪽의 힘이 균형이 잡히게 된다. 이렇게 해서, 통상 상태에 있어서는, 볼(27)에 의해 가동 마개체(10)의 상측으로의 이동이 저지되고 있다.
볼 이동용 오목부(17)는 이동체(8)가 상측 위치로 이동함으로써 가동 마개체(10)의 상측으로의 이동을 허용하기 위한 구성이며, 즉 이동체(8)가 상측 위치로 이동하면, 볼 이동용 오목부(17)가 고정체(3)의 관통 구멍(26)의 외단 개구에 대향하게 되고, 이동체(8)의 내주에 의해 직경 방향 바깥쪽을 향한 이동이 저지되고 있던 볼(27)이 직경 방향 바깥쪽을 향해 이동 가능해진다. 가동 마개체(10)의 오목부(25)가 테이퍼형으로 되어 있고, 볼(27)에는 직경 방향 바깥쪽을 향하는 성분의 힘이 작용하고 있기 때문에, 볼(27)은 용이하게 직경 방향 바깥쪽을 향해 이동한다. 이에 따라, 볼(27)은 가동 마개체(10)의 오목부(25)로부터 탈출하여 관통 구멍(26)과 볼 이동용 오목부(17)에 걸쳐 수납되게 되고, 가동 마개체(10)의 상측으로의 이동을 저지하는 작용이 해제된다. 이 상태에서, 용기 안의 가스 압력이 가동 마개체(10)의 마찰력을 초과하는 경우에는, 가동 마개체(10)가 상측으로 이동하게 된다. 이렇게 해서, 이동체(8)가 상측 위치로 이동하면, 그 후에 가동 마개체(10)가 즉시 상측으로 이동한다.
안전 밸브(1)의 분위기 온도가 소정치를 초과하면, 가용 합금(7)이 용융하여, 안전 밸브(1)는 작동 상태가 된다. 이 작동 상태의 안전 밸브(1)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 가용 합금(7)이 합금 배출 통로(16)로부터 배출되어 소실되고, 코일 스프링(9)에 의해 편향된 이동체(8)가 상측 위치까지 이동하고 있다. 이동체(8)의 상측 위치는 이동체(8)의 상단이 본체(2)의 내향 플랜지부(12a)의 하면에 접촉한 위치가 된다. 이동체(8)가 상측 위치로 이동하면, 전술한 바와 같이, 가동마개체(10)의 상측으로의 이동을 저지하는 것이 없어져, 가동 마개체(10)도 상측 위치로 이동한다. 가동 마개체(10)의 상측 위치는 그 상단이 본체(2)의 정상벽(13) 하면에 접촉한 위치가 된다. 따라서, 소직경 축방향 통로(14)를 폐쇄하고 있던 가동 마개체(10)의 소직경 축부(18)가 대직경 축방향 통로(15) 안까지 밀어 올려짐으로써, 안전 밸브(1)에는 용기(T) 안의 가스를 배출하기 위한 개방 통로가 형성된다. 즉, 가용 합금(7)이 용융하여 이동체(8)가 상측 위치로 이동했을 때, 용기(T) 안의 가스는 고정체 소직경 축방향 통로(14), 고정체 대직경 축방향 통로(15) 하단부, 가동 마개체 연통로(22) 및 가동 마개체 축방향 통로(21)를 거쳐 본체(2)의 정상벽(13)에 마련된 관통 구멍(13a, 13b)으로부터 배출되도록 되어 있다.
또한, 상기에 있어서, 좌우에 있다고 한 것(16, 17, 22, 25, 26, 27)은 반드시 좌우 2개만으로 한정되는 것이 아니라, 도시되지 않은 종이면의 겉쪽 및 안쪽에도 각각 설치하여도 좋고, 또한 둘레 방향의 3지점에 등분으로 배치하도록 하여도 좋다.
본 발명의 안전 밸브는, 예컨대 천연 가스나 수소 가스를 엔진의 연료로 하는 자동차에 탑재되는 연료 탱크에 사용되어, 탱크 온도가 상승한 경우에 탱크 내부의 가스를 개방함으로써, 안전성의 향상에 기여할 수 있다.

Claims (3)

  1. 용기에 부착되어 온도가 상승한 경우에 용기 안의 가스를 개방하는 안전 밸브로서, 원통형으로 상단부에 내향 플랜지부가 형성되어 있는 본체와; 본체 내주 사이에 간극을 갖는 소직경부, 소직경부의 하단으로 이어지면서 본체 하단 개구를 폐쇄하는 대직경부 및 대직경부의 하단으로 이어지면서 용기에 부착되는 부착부를 갖는 원통형 고정체와; 본체의 내향 플랜지부의 하면에 상단면이 접촉하도록 고정체의 소직경부와 본체 사이에 배치된 가용체와; 가용체의 하단에 상단이 접촉하도록 고정체의 소직경부와 본체 사이에 이동 가능하게 배치된 이동체와; 이동체의 하단에 상단이 접촉하면서 하단이 고정체의 대직경부 상면에서 지지되도록 고정체의 소직경부와 본체 사이에 배치된 편향 부재와; 고정체 안으로 이동 가능하게 삽입된 단차식 원기둥형 가동 마개체와; 통상 상태에서 가동 마개체의 상측으로의 이동을 저지하면서 또한 이동체가 상측 위치로 이동함으로써 가동 마개체의 상측으로의 이동을 허용하는 가동 마개체 유지 수단을 구비하고 있고,
    상기 고정체는 용기 안으로 통해 있는 소직경 축방향 통로와, 소직경 축방향 통로의 상단으로 이어지면서 상단으로 개구하고 있는 대직경 축방향 통로를 갖고 있고, 상기 가동 마개체는 고정체의 소직경 축방향 통로의 상단부에 들어맞는 소직경 축부와, 소직경 축부로 이어지고 고정체의 대직경 축방향 통로 하단부 사이에 간극을 갖는 중간 축부와, 중간 축부로 이어지고 고정체의 대직경 축방향 통로의 중간 부분에 미끄럼 접촉 가능하게 들어맞는 대직경 축부를 가지며, 가동 마개체의대직경 축부에 그 상단으로부터 하단까지 연장되는 축방향 통로가 마련되고, 가동 마개체의 중간 축부에 그 둘레면으로 개구하면서 대직경 축부의 축방향 통로의 하단으로 통하는 연통로가 마련되어 있으며,
    이에 따라, 가용체가 용융하여 이동체가 상측 위치로 이동했을 때, 용기 안의 가스는 고정체 소직경 축방향 통로, 고정체 대직경 축방향 통로 하단부, 가동 마개체 연통로 및 가동 마개체 축방향 통로를 거쳐 용기 밖으로 배출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 안전 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가동 마개체 유지 수단은 가동 마개체의 외주에 마련된 오목부와, 이 오목부와 동일한 위치가 되도록 고정체의 소직경부에 마련된 관통 구멍과, 이들 오목부 및 관통 구멍에 걸쳐 수납된 볼과, 이동체의 하단부에 마련된 볼 이동용 오목부로 이루어지고, 상기 볼 이동용 오목부는 가용체가 용융하여 이동체가 상측 위치로 이동했을 때에, 관통 구멍에 대향하도록 형성되어 있는 안전 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가동 마개체의 오목부는 직경 방향 바깥쪽을 향해 넓어지는 테이퍼형으로 되어 있는 안전 밸브.
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