KR20100111087A - 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치 - Google Patents

과압안전밸브를 구비한 압력측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과압안전밸브기능이 일체로 결합된 압력측정장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 상부 몸체를 이루고, 외부로 개방된 과압방출구(110)가 형성된 상부케이스(100); 상기 상부케이스(100)와 결합되는 하부 몸체를 이루고, 유체의 압력이 작용하는 연결구(230)가 하부에 형성되며, 상기 연결구(230)를 통해 유입된 유체가 배출되는 측에 밸브시트(240)가 형성된 하부케이스(200); 상기 상부케이스(100)의 내부에 설치되어, 상기 하부케이스(200)의 연결구(230)를 통해 유입된 유체의 압력에 의해 상하 이동되는 피스톤(320)의 위치로부터 압력이 측정되며, 상기 밸브시트(240)에 안착되어 설정된 압력 이상이 되면 유체를 상기 과압방출구(110) 측으로 토출시키는 밸브(310)가 구비된 압력측정 및 안전밸브모듈(300)를 포함한다.
과압, 안전밸브, 압력측정, 스프링, 피스톤, 밸브

Description

과압안전밸브를 구비한 압력측정장치{Pressure measuring apparatus having over-pressure safety valve}
본 발명은 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과압 작용시 유체를 외부로 토출시키는 안전밸브의 기능과 유체의 압력을 측정할 수 있는 압력측정기능이 일체로 결합된 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 유체가 소정의 압력으로 배관 내부를 흐르는 시스템에는 과압안전밸브와 압력측정장치가 설치된다.
상기 과압안전밸브는 유체의 압력이 설정된 압력 이상으로 높아지는 경우 유체를 외부로 방출시킴으로써 시스템 내부의 압력을 설정된 압력 이하로 유지하도록 하는 장치이다.
또한 상기 압력측정장치는 유체가 흐르는 배관 상에 설치되어 그 유체의 압력을 측정하기 위한 것이다.
이러한 과압안전밸브와 압력측정장치는 각각 별개의 부품으로 이루어져 시스템의 배관 상에 각각 설치되므로, 2개의 부품이 각각 설치되므로 비용 인상의 요인 으로 작용하고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 상기 압력측정장치 중 기계적인 방법으로 압력을 측정하는 장치로서는 브르동(Bourdon) 압력계가 주로 사용된다. 브르동 압력계는 브르동 관 내·외압의 차에 의한 변위가 거의 내압에 비례해서 증가하는 성질을 이용해서, 이 변위를 지레 및 톱니바퀴로 확대해 지침을 움직임으로써 압력을 측정하는 것이다. 이러한 브르동 압력계는 정밀도가 높은 장점이 있으나, 가격이 고가인 문제가 있다.
전자적인 방법으로 압력을 측정하는 장치로서는 스트레인 게이지를 활용하거나, 압력소자 등을 이용하는 방법이 있다. 이러한 압력측정장치는 비교적 정밀하게 압력을 측정할 수 있는 장점이 있으나, 가격이 고가이므로 압력측정범위가 상대적으로 좁으면서 정밀도가 요구되지 않는 경우에 적용을 할 경우에는 불필요하게 비용을 낭비하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 과압안전밸브기능이 일체로 결합된 압력측정장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 압력의 측정범위가 상대적으로 좁으면서, 높은 정밀도가 요구되지 않는 경우에 사용될 수 있는 저가의 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치는, 상부 몸체를 이루고, 외부로 개방된 과압방출구(110)가 형성된 상부케이스(100); 상기 상부케이스(100)와 결합되는 하부 몸체를 이루고, 유체의 압력이 작용하는 연결구(230)가 하부에 형성되며, 상기 연결구(230)를 통해 유입된 유체가 배출되는 측에 밸브시트(240)가 형성된 하부케이스(200); 상기 상부케이스(100)의 내부에 설치되어, 상기 하부케이스(200)의 연결구(230)를 통해 유입된 유체의 압력에 의해 상하 이동되는 피스톤(320)의 위치로부터 압력이 측정되며, 상기 밸브시트(240)에 안착되어 설정된 압력 이상이 되면 유체를 상기 과압방출구(110) 측으로 토출시키는 밸브(310)가 구비된 압력측정 및 안전밸브모듈(300)을 포함한다.
본 발명에 의하면, 압력의 측정범위가 상대적으로 좁으면서, 높은 정밀도가 요구되지 않는 경우에 간단한 구성으로 이루어진 압력측정장치와 과압안전밸브 기 능이 일체형으로 이루어짐으로써, 시스템 구성에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 과압안전밸브가 구비된 압력측정장치를 보여주는 단면 개략도, 도 2는 도 1에 도시된 압력측정장치에서 압력값을 나타내는 눈금이 표시된 상태를 보여주는 개략도이다.
본 발명의 압력측정장치는, 상부 몸체를 이루는 상부케이스(100), 상기 상부케이스(100)와 결합되어 하부 몸체를 이루는 하부케이스(200), 상기 상부케이스(100) 내부에 설치되어 유체의 압력이 설정압력 이상이 되면 유체를 외부로 배출시키는 안전밸브의 기능과 유체의 압력을 측정하는 압력측정기능이 결합된 압력측정 및 안전밸브 모듈(300)로 이루어진다.
상기 상부케이스(100)는 내부가 빈 공간인 원통형으로서 하단이 개방되고, 일측부에는 외부로 개방된 과압방출구(110)가 형성되어 있다.
상기 하부케이스(200)는, 상기 상부케이스(100)의 하단에 결합되는 플랜지부(210)와, 상기 플랜지부(210)로부터 하측으로 원통형상으로 소정 길이만큼 연장된 하부몸통부(220) 및, 상기 하부몸통부(220)의 하단에 개구된 형상으로 돌출된 연결구(230)로 이루어져 있다. 상기 연결구(230)는 유체가 흐르는 시스템과 연결되어 그 연결구(230)를 통해 유체의 압력이 상기 피스톤(320)의 하단면으로 작용하게 된다. 상기 연결구(230)를 통해 유입된 유체가 배출되는 측에는 밸브(310)가 안착 되도록 경사진 형사의 밸브시트(240)가 형성되어 있다.
상기 압력측정 및 안전밸브 모듈(300)은, 상기 밸브시트(240)에 안착되어 유체의 압력이 설정된 압력 이상이 되면 유체를 상기 과압방출구(110) 측으로 토출시키는 밸브(310), 상기 하부케이스(200)의 연결구(230)를 통해 유입된 유체의 압력에 의해 상하 이동되고 상기 밸브(310)의 중앙부를 관통하도록 설치되는 피스톤(320), 상기 피스톤(320)의 상단부에 결합된 지지판(340), 상기 지지판(340)의 상면과 상기 상부케이스(100)의 상부 내면과의 사이에 설치된 스프링(351), 상기 지지판(340)의 하면과 상기 밸브(310)의 사이에 설치된 스프링(352)으로 구성된다.
상기 밸브(310)는 상기 경사진 형상의 밸브시트(240)에 안착되도록 하부가 화살촉 모양으로 이루어지고, 상부는 내부에 상기 피스톤(320)이 상하 이동할 수 있도록 원통 형상으로 이루어진다.
상기 피스톤(320)은 원기둥 형상으로 이루어져, 상기 밸브(310)의 내부에 삽입되어 있다. 상기 피스톤(320)의 외주면에는 오링홈(321)이 형성되어 있고, 상기 오링홈(321)에는 밸브(310) 내주면과의 사이에 기밀을 유지하기 위한 오링(330)이 끼워져 있다. 상기 오링(330) 및 오링홈(321)은 상기 피스톤(320)의 길이에 따라 다수 개가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 피스톤(320)의 하단면으로 유체의 압력이 작용하게 된다.
상기 피스톤(320)의 상부에는 지지판(340)이 형성되어 있다. 상기 지지판(340)은 소정의 두께를 가진 평판으로 되어 있다. 상기 지지판(340)의 상면과 상기 상부케이스(100)의 상부 내면과의 사이에는 스프링(351)이 설치되고, 상기 지지 판(340)의 하면과 상기 밸브(310)의 사이에는 다른 스프링(352)이 설치된다. 또한 상기 지지판(340)의 측부에는 상기 피스톤(320)을 통해 작용하는 유체의 압력값을 지시하기 위한 지침(341)이 돌출형성되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 지침(341)이 피스톤(320)과 함께 상하 이동을 가능하게 하기 위해 상기 상부케이스(100)의 측면에 상하 방향으로 개구된 슬롯(slot) 형상의 지침이동구(120)가 형성되어 있다. 상기 지침이동구(120) 내부에는 지침(341)이 삽입되어 있다. 상기 지침(341)이 위치하는 지침이동구(120)의 좌우측 상부케이스(100) 외주면에는 압력값을 나타내는 눈금(130)이 표시되어 있다. 상기 지침(341)이 상기 피스톤(320)의 상하 이동에 따라 함께 이동하게 되면 상기 지침(341)의 위치에 대응하는 압력값을 읽어 현재 압력을 측정할 수 있다.
도 3은 지지판에 작용하는 힘을 보여주는 개략도, 도 4는 밸브에 작용하는 힘을 보여주는 개략도이다.
도 3과 도 4를 참조하여 도 1, 도 2에 나타난 본 발명의 작용을 설명한다.
이하 피스톤(320)의 단면적을 Ap, 밸브(310)의 단면적을 Av, 작용하는 유체의 압력을 P, 스프링(351)의 탄성계수를 k1, 스프링(352)의 탄성계수를 k2, 초기 조립시 스프링(351)의 변형량을 d1, 초기 조립시 스프링(352)의 변형량을 d2라 한다.
2개의 스프링(351,352)은 초기 조립시 모두 압축된 상태로 있게 되므로 다음과 같은 식이 성립한다.
k1d1 = k2d2 --- (1)
이 상태에서 유체의 압력이 작용하면, 피스톤(320)의 하단면과 밸브(310)의 하단부에 힘이 가해지고, 그로 인해 지지판(340)은 상부로 d만큼 이동한다고 가정한다. 즉, 지침(341)이 상부로 d만큼 이동한다고 가정한다.
이 경우 지지판(340)에 작용하는 힘은 다음 식과 같다.
상부의 스프링(351)에 의한 힘 F1 = (d1 + d)k1 --- (2)
하부의 스프링(352)에 의한 힘 F2 = (d2 - d)k2 --- (3)
피스톤(320)에 걸리는 힘 F3 = P·Ap --- (4)
따라서 (d1 + d)k1 = (d2 - d)k2 + P·Ap 의 식이 성립한다.
이에 따라 지침의 이동거리(d)는 아래 식 (5)와 같게 되어, 지침의 이동거리(d)는 압력 P에 비례하는 관계가 성립한다.
d ∝ P·Ap / (k1 + k2) --- (5)
한편 밸브(310)에 작용하는 힘 중 하부의 스프링(352)에 의한 힘 F2는 위 식 (3)과 같고, 수압에 의해 밸브(310)에 작용하는 힘은 아래 식 (6)과 같다.
수압에 의해 밸브(310)에 작용하는 힘 Fw = Av·P --- (6)
이 경우 수압에 의한 힘 Fw가 하부의 스프링(352)에 의한 힘 F2보다 크게 되면 밸브(310)가 상측으로 이동되어 안전밸브가 열린다.
이를 식으로 표현하면 다음과 같다.
Av·P 〉(d2 - d)k2 = (d1 + d)k1 - P·Ap --- (7)
즉,
Figure 112009020603396-PAT00001
의 조건이 되면 안전밸브가 열린다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 과압안전밸브가 구비된 압력측정장치를 보여주는 단면 개략도이다.
도 5는 스프링의 다른 지지구조를 보여주는 실시예이다. 지지판(340)으로부터 하측으로 소정 거리 이격 설치된 제2지지판(120)이 상부케이스(100)의 내측으로 형성되어 있다. 상기 지지판(340)의 상면과 상부케이스(100)의 상부 내면과의 사이에는 스프링(353)이 설치되고, 상기 제2지지판(120)과 상기 밸브(310) 사이에는 스프링(354)이 설치되어 있다.
이 경우 상기 상측의 스프링(353)은 압력 측정시 작용하도록 스프링 탄성계수를 설정하고, 하측의 스프링(354)는 설정된 압력에 도달시 밸브(310)가 개방되도록 스프링 탄성계수를 설정한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 과압안전밸브가 구비된 압력측정장치를 보여주는 단면 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 압력측정장치에서 압력값을 나타내는 눈금이 표시된 상태를 보여주는 개략도,
도 3은 지지판에 작용하는 힘을 보여주는 개략도,
도 4는 밸브에 작용하는 힘을 보여주는 개략도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 과압안전밸브가 구비된 압력측정장치를 보여주는 단면 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 상부케이스 110 : 과압방출구
120 : 제2지지판 200 : 하부케이스
210 : 플랜지부 220 : 하부몸통부
230 : 연결구 240 : 밸브시트
300 : 압력측정 및 안전밸브모듈 310 : 밸브
320 : 피스톤 330 : 오링
340 : 지지판 351,352,353,354 : 스프링
341 : 지침

Claims (6)

  1. 상부 몸체를 이루고, 외부로 개방된 과압방출구(110)가 형성된 상부케이스(100);
    상기 상부케이스(100)와 결합되는 하부 몸체를 이루고, 유체의 압력이 작용하는 연결구(230)가 하부에 형성되며, 상기 연결구(230)를 통해 유입된 유체가 배출되는 측에 밸브시트(240)가 형성된 하부케이스(200);
    상기 상부케이스(100)의 내부에 설치되어, 상기 하부케이스(200)의 연결구(230)를 통해 유입된 유체의 압력에 의해 상하 이동되는 피스톤(320)의 위치로부터 압력이 측정되며, 상기 밸브시트(240)에 안착되어 설정된 압력 이상이 되면 유체를 상기 과압방출구(110) 측으로 토출시키는 밸브(310)가 구비된 압력측정 및 안전밸브모듈(300);
    을 포함하는 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤(320)은 상기 밸브(310)의 중앙부를 관통하고, 상기 피스톤(320)의 상단부에는 상기 피스톤(320)을 탄성지지하기 위한 지지판(340)이 결합된 것을 특징으로 하는 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지판(340)의 상면과 상기 상부케이스(100)의 상부 내면과의 사이에는 스프링(351)이 설치되고, 상기 지지판(340)의 하면과 상기 밸브(310)의 사이에는 스프링(352)이 설치된 것을 특징으로 하는 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지판(340)의 상면과 상기 상부케이스(100)의 상부 내면과의 사이에는 스프링(353)이 설치되고, 상기 지지판(340)으로부터 이격 설치된 제2지지판(120)과 상기 밸브(310) 사이에는 스프링(354)이 설치된 것을 특징으로 하는 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 피스톤(320)의 외주면에는 오링(330)이 삽입되어 상기 하부케이스의 가이드부(220) 내주면과의 사이에 기밀이 이루어지는 것을 특징으로 하는 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 지지판(340)의 측부에 압력을 가리키는 지침(341)이 형성되고, 상기 지침(341)의 상하 이동을 가능하게 하는 슬롯 형상의 지침이동구(120)가 상기 상부케이스(100)에 형성되며, 상기 상부케이스(100)의 지침이동구(120)가 형성된 외주면에는 압력눈금(130)이 표시된 것을 특징으로 하는 과압안전밸브를 구비한 압력측정장치.
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