KR20160005653A - 가스 압력 조절기의 개선된 반응을 위한 부가 챔버 - Google Patents
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Abstract
가스 압력 조절기는 가스 시스템의 압력을 조절한다. 가스 압력 조절기는 제 1 챔버와, 제 1 챔버를 제 1 구획실 및 제 2 구획실로 분리하는 제 1 다이어프램과, 제 2 챔버와, 제 2 챔버를 제 3 구획실 및 제 4 구획실로 분리하는 제 2 다이어프램을 포함하고, 제 4 구획실은 제 1 챔버의 제 1 구획실에 연결 및 연통된다. 제 1 다이어프램의 이동은 제 2 다이어프램의 대응 이동 및 제 4 구획실의 체적의 변화를 유발한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 1월 31일에 특허된 미국 특허 제 8,104,397 호에 관련되고, 그 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 가스 압력 전달을 제어하기 위한 기계식의 자동 스프링 부하식 상업용 조절기에 관한 것이다. 압력 조절기는 다양한 유량 요구에 걸쳐 가스 압력 전달을 조정하기 위해 압력 수준을 감소 및/또는 유지한다.
신속한 제어기를 구비하는 가스 소비 장치를 위한 복잡한 컴퓨터 제어식 작동 시스템의 개발 및 도입으로 인해 기존의 가스 압력 조절기에 새롭고 극단적인 요구가 가해졌다.
고효율의 상업용 보일러는 파일럿리스(pilotless) 전자 점화, 스냅-동작 밸브, 연소 공기와 연료 가스의 혼합물의 강제 흡인, 및 순간적인 압력 응답 시간을 필요로 하는 광범위한 유동에 걸친 신속 조절 연료 수요와 같은 특징을 사용할 수 있다. 종래의 가스 압력 조절기는 종래에는 예상할 수 없었던 압력 응답 시간을 수용하도록 설계될 수 없었다.
그러나, 종래의 가스 압력 조절기, 과거 50년 이상 동안 다양한 용도에 효과적으로 기여했던 종래의 가스 압력 조절기는 이러한 새롭고 어려운 용도에 여전히 적용될 수 있다. 이것은 부분적으로 협소한 공간에서 다중의 배향으로의 용이한 설치, 간단한 내부의 자기-제어, 낮은 보수관리 설계 및 구조, 신뢰할 수 있는 장기간의 내용년수 및 경제적 비용에 기인한다.
전술한 문제점에 비추어, 가스 소비 장치를 위한 복잡한 작동 시스템에 충분히 신속하게 응답할 수 없는 기존의 가스 공급 조절기와 관련되는 작동 중의 작동 상의 문제에 대처할 수 있는 장치를 얻는 것이 바람직할 수 있다.
가스 시스템의 압력을 조절하기 위한 가스 압력 조절기는 제 1 챔버와, 제 1 챔버를 제 1 구획실 및 제 2 구획실로 분리하는 제 1 다이어프램과, 부가(add-on) 챔버로도 알려져 있는 제 2 챔버와, 제 2 챔버를 제 3 구획실 및 제 4 구획실로 분리하는 제 2 다이어프램을 포함한다. 제 4 구획실은 제 1 챔버의 제 1 구획실과 연결 및 연통된다. 제 1 다이어프램의 이동은 제 1 구획실 내의 압력 변화를 유발한다. 제 1 다이어프램의 이동은 또한 제 4 구획실의 체적을 변화시키는 제 2 다이어프램의 대응 이동을 유발한다.
예시적 실시형태의 특성 및 이점은 첨부하는 도면을 참조하여 작성된 이하의 설명에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 가스 압력 조절기의 개략적인 횡단면도이고;
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가스 압력 조절기의 횡단면도이고;
도 3은 가스 압력 조절기의 스프링 타워(spring tower)에 연결되는 제 2 챔버의 제 1 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 4는 가스 압력 조절기에 연결되는 제 2 챔버의 제 1 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 5는 제 2 챔버의 제 2 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 6은 제 2 챔버의 제 3 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 7a 및 도 7b는 제 2 챔버를 구비하는 가스 압력 조절기의 몇 가지 예시적 실시형태의 등각도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가스 압력 조절기의 횡단면도이고;
도 3은 가스 압력 조절기의 스프링 타워(spring tower)에 연결되는 제 2 챔버의 제 1 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 4는 가스 압력 조절기에 연결되는 제 2 챔버의 제 1 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 5는 제 2 챔버의 제 2 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 6은 제 2 챔버의 제 3 예시적 실시형태의 횡단면도이고;
도 7a 및 도 7b는 제 2 챔버를 구비하는 가스 압력 조절기의 몇 가지 예시적 실시형태의 등각도이다.
본 명세서에서 설명되는 예시적 실시형태의 목적 및 특징은 압력 조절기의 응답을 개선시키기 위한 챔버를 제공하는 것이다.
제 2 챔버의 예시적 실시형태는 압력 조절기 단독의 응답의 자유에 비해 시스템의 응답의 자유를 향상시키고, 본 시스템이 순간적 압력 변화에 대해 더 신속하게 반응하도록 허용한다. 본 명세서에서 설명되는 예시적 제 2 챔버의 하나의 이점은 통기 라인을 과대한 치수로 하지 않고, 관련된 비용 및 조절기와 통기 메커니즘 부품의 세부조절을 초래하지 않고도 시스템 응답을 개선하고 안정한 작동 조건을 유지하는 능력이다.
본 발명에 따른 예시적 제 2 챔버는 요구되는 추가의 높이를 최소화하기 위한 유리한 크기를 가질 수 있고, 압력 조절기의 스프링 타워의 주위의 기존의 공간을 활용할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 예시적 제 2 챔버의 다른 이점은 압력 수준을 설정하기 위해 안전 캡을 통해 주 스프링에 접근하는 능력이다.
제 2 챔버의 예시적 실시형태는 특히 신속한 작동용 가스 발화식 공간 및 물 가열기를 위해 사용되는 높은 유량 용량의 상용 및 산업용 조절기를 위한 가스 압력 조절기의 응답을 안전하게 향상시킨다. 제 2 챔버의 예시적 실시형태는 또한 안전하고 안정한 작동을 유지하는 상태로 압력 및 유량 요구의 신속한 변화에 대해 가스 압력 조절기의 더 신속한 응답을 가능하게 할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 예시적 제 2 챔버의 이들 목적 및 다른 목적, 이점, 및 특징은 첨부되는 도면을 포함하는 본 명세서를 고려함으로써 본 기술 분야의 당업자에게 명백해질 것이다.
압력 조절기는 정상(steady) 제어되는 압력에서 가스를 공급하기 위해 사용되어, 다양한 유량 요구에 걸친 가스 압력 전달을 제어할 수 있다. 예를 들면, 압력 조절기는 연소기, 가열기, 및 주거용, 상업용, 및 산업용 어플리케이션의 배열체를 위한 공정 설비로부터의 연료 가스의 다양한 요구의 유동에 부합할 수 있다.
기계적 자동 스프링-부하식 압력 조절기와 같은 압력 조절기는 가스 유량 제어 요소, 압력 응답 요소, 압력 기준 요소, 및 안전 요소를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 압력 조절기의 예시적 실시형태는 챔버를 제 1 구획실(120) 및 제 2 구획실(130)로 분리하는 멤브레인 또는 다이어프램(140)을 구비하는 챔버를 포함한다. 비제한적인 실시예에서, 제 2 구획실은 가압되는 구획실이고, 제 1 구획실은 가압되지 않는 구획실 또는 대기측 구획실이다. 가요성 다이어프램은 압력 응답 요소의 역할을 하는 것으로서, 그 주변에서 지지 및 밀봉되고, 밸브(180)에 결합된다.
스프링(150)을 수용하는 스프링 타워(110)는 가압되지 않는 구획실을 통해 연장되고, 안전 캡(100)에 의해 폐쇄된다. 스프링 및 스프링 타워는 다이어프램에 대향하는 사전조정된(pre-set) 스프링 힘을 제공할 수 있다. 안전 캡은 이 케이스를 밀봉하고, 다이어프램이 파단된 경우에 압력 조절기로부터 가스가 누설되지 않도록 보장한다. 안전 캡은 또한 중심 개구(125)를 구비하는 내부의 나사 형성 칼라(155)를 선회시켜 하방 또는 상방으로 이동시킴으로써 설정점을 조정하기 위해 스프링에 접근하는 것을 허용한다. 가동식 밸브(180)는 가스 유량 제어 요소의 역할을 한다.
작동 시, 유입구(10)에서 공급 파이프로부터 압력 조절기 내에 유동이 진입하는 중에, 가스는 개방된 밸브를 통해 제 2 구획실(130) 내로 유입되고, 여기서 압력이 증가되어 다이어프램(140)을 사전조정된 스프링(150)에 의해 가해지는 힘에 대항하여 상방으로 밀어준다. 다이어프램이 상방으로 이동하는 중에, 결국 밸브는 제 2 구획실(130)을 폐쇄함으로써 임의의 추가의 압력 상승을 방지한다. 예를 들면, 유출구에서의 유량 요구가 증가하는 것에 기인되어 제 2 구획실 내의 압력이 감소되는 경우, 스프링(150)의 힘은 밸브(180)를 하방으로 밀어주고, 그 결과 유입구(10)로부터의 유동이 제 2 구획실(130) 내에 유입하는 것을 허용함으로써 압력을 다시 증가시킨다. 유출구(20)를 통해 압력 조절기로부터 유출되는 유동이 증가하는 중에 제 2 구획실 내의 압력은 감소되고, 결국 스프링(150)이 다이어프램(140) 상으로 하방으로 밀려지는 것을 허용함으로써 밸브(180)를 개방시킨다.
압력 조절기 내에 진입하는 유동이 증가하는 중에, 압력은 제 2 구획실 내에 축적되고, 결국 스프링(150)에 대항하여 다이어프램(140)을 이동시킴으로써 밸브(180)를 폐쇄시킨다. 따라서, 압력 조절기가 개방 방향 및 폐쇄 방향의 양자 모두의 방향으로 유량 변화에 충분히 신속하게 응답할 수 있다면 거의 정상 공급 압력이 유지될 수 있다. 조절기가 유량 변화에 얼마나 신속하게 응답하는지는 부분적으로 제 2 구획실 내의 압력의 변화 속도, 즉, 제 2 구획실 내에서 압력이 얼마나 신속하게 증가될 수 있는지 또는 감소될 수 있는지에 의존한다. 제 2 구획실 내에서의 압력 변화의 속도는 제 1 구획실 내에서의 압력 변화의 속도, 즉, 제 1 구획실 내의 공기가 얼마나 신속하게 압축될 수 있는지, 또는 스프링 힘이 다이어프램을 밸브-개방 위치로 복귀시키기 전에, 다이어프램(140)의 상향 이동을 수용하기 위해 제 1 구획실로부터 얼마나 신속하게 방출될 수 있는지에 더욱 관련된다. 예시적 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 안전 통기구 또는 브리더(breather; 165)는 제 1 구획실 내에 위치되고, 다이어프램이 상방으로 이동하는 경우에, 제 1 구획실로부터 공기가 토출 배관 시스템 내로 통기되는 것을 허용한다. 반대로, 다이어프램이 하방으로 이동하는 경우에, 브리더 공기는 안전 통기구(165)를 통해 제 1 구획실 내로 흡인된다. 안전 통기구는 스프링 하중식 양방향 플래퍼(flapper), 및 압력 조절기의 작동 중에 다이어프램(140)의 필요한 감쇄 안정성을 제공하는 작은 유출 구멍을 포함한다. 다이어프램(140)이 파열될 수 있는 긴급사태 시, 제 2 구획실(130)로부터 제 1 구획실(120) 내로 누설되는 가스는 안전 통기구(165) 및 연결된 배관 시스템을 통해 안전 토출 장소로 안내된다. 추가의 안전 특징부로서, 일부의 압력 조절기는 스프링(160)에 의해 다이어프램 관통 밸브(170)를 폐쇄 상태로 유지하는 것으로 도시된 내부의 과도-압력 제한용 릴리프 밸브를 포함한다. 제 2 구획실(130) 내에서 발생하는 과잉 압력의 경우, 다이어프램(140) 상에 가해지는 힘은 스프링(150)과 스프링(160)의 결합된 폐쇄 힘을 극복하여, 밸브(170)를 개방시키고, 도 1에서 화살표(175)로 표시된 바와 같이 토출 배관 시스템을 통해 안전하게 과잉의 가스를 통기시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 압력 조절기의 예시적 실시형태는 도 1의 단순화 압력 조절기의 요소와 유사한 요소를 포함한다.
도 2의 예시적 실시형태에서, 압력 조절기는 챔버를 제 1 구획실(120) 및 제 2 구획실(130)로 분리하는 제 1 멤브레인 또는 다이어프램(140)을 구비하는 제 1 챔버를 포함한다. 예시적 실시형태에서, 가요성 다이어프램(240)은 그것의 주변에서 지지 및 밀봉될 수 있고, 밸브 메커니즘(292)에 결합될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 밸브 메커니즘은 링크 메커니즘(290)에 의해 작동될 수 있고, 링크 메커니즘(290)은 제 2 구획실(130) 및 대응하는 다이어프램(140)의 하면과 연통하는 유출구(21)의 압력의 함수로서 이동한다.
도 2의 예시적 실시형태에서, 수직으로 연장되는 스프링 타워(210)는 제 1 구획실(220)을 통해 연장하는 스프링(250)을 수용하고, 템퍼 에비던트(tamper evident) 메커니즘(202)이 추가된 안전 캡(200)에 의해 폐쇄되어 있다. 예시적 실시형태에서, 유동은 압력 조절기 내로 유입하여 가스 유입구(11) 및 밸브 및 오리피스(295)를 통해 제 2 구획실 내로 유입한다. 안전 통기구 및 브리더(165)는 제 1 구획실 내에 위치되고, 다이어프램(240)이 상방으로 이동하는 경우에, 제 1 구획실로부터 공기가 토출 배관 시스템 내로 통기되는 것을 허용한다.
작동 중, 조절기의 제 1 구획실(220) 내의 공기는 이동하는 다이어프램(240)이 하류의 유량 특성에 반응하는 중에 밀리거나 당겨진다. 예시적 실시형태에서, 제 1 구획실(220) 내에 존재하는 공기의 체적은 안전 통기구 메커니즘(260)을 통해, 그리고 관련된 가스 토출 배관를 통해 주위의 대기와 천천히 교환된다. 공기 유동이 안전 통기구 통로를 통해 강제로 출입하는 중에, 공기는 스프링 하중식 통기 안정기 플래퍼 및 긴 배관 라인과 같은 저항을 발생하는 장치에 대항하여 작용할 수 있다. 통기 및 토출 시스템으로부터 유발되는 저항은 공기가 제 1 구획실로부터 방출되거나 제 1 구획실 내로 유입할 수 있는 속도를 제한할 수 있고, 제 1 구획실 내에서 압력 변화의 속도를 효과적으로 제한할 수 있고, 따라서 압력의 변화에 대한 조절기의 응답을 제한할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 가스 유량 요구가 유출구(21)에서 신속하게 증가하면, 구획실(230)에서 저압이 발생하고, 이것에 의해 스프링(250)은 다이어프램(240)을 하방으로 밀어주게 된다. 예시적 실시형태에서, 통기 메커니즘(260)을 통한 공기의 흡인이 제한되는 경우, 제 1 구획실(220) 내에 진공이 생성된다. 이러한 진공은 다이어프램(240)의 응답 운동을 지연시키고, 또한 밸브 및 오리피스(295)를 개방시키는 연결용 링크의 이동을 지연시킨다. 따라서, 시스템으로부터의 저항은 필요에 따라 신속하게 유출구 유동의 증가를 위한 요구에 대처하는 능력을 손상시킬 수 있다.
예시적 실시형태에서, 압력 조절기의 응답 시간을 개선하기 위해, 제 1 구획실 내에서의 공기의 더 신속한 통기를 허용하도록 안전 통기구(265)에 연결되는 파이프 라인의 크기를 증가시킬 수 있다. 그러나, 안전 통기구 직경은 다이어프램의 떨림을 방지하기 위해 어떤 한계치를 초과하여 증가될 수 없다. 안전 통기구의 직경을 변화시키면 통기 시스템의 불안정성 또는 무효과를 초래할 수 있다.
대안적으로, 제 1 구획실 내로의 더 신속한 공기의 통기를 허용하도록 통기 라인과 연결되는 통기 플래퍼 및 스프링의 감쇄 특성 및 동조 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 시스템의 변화는 기존의 설비의 고가의 추가의 배관 또는 재배관(re-piping)을 필요로 할 수 있고, 또는 최적의 동조를 위해, 그리고 조절기 공장에서 실현될 필요가 있고, 특정의 작동 유량 및/또는 록-업(lock-up) 압력의 증가 시의 불안정성을 방지하기 위해 다수의 반복을 필요로 할 수 있다.
스프링 조정 타워로부터 안전 폐쇄 캡을 제거하면 가압되지 않는 제 1 구획실 내의 공기는 대기와 자유롭게 교환될 수 있다. 그러나, 이것은 신속한 응답을 얻을 수 있다고는 하지만, 긴급사태와 같은 제어되지 않은 환경 내로 유해한 가스가 누설될 수 있는 경우에는 위험한 상태를 초래할 수 있다.
예시적 실시형태에서, 부가 챔버라고도 불리는 제 2 챔버가 기존의 조절기에 부가될 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 제 2 챔버를 구비하는 기존의 조절기의 예시적 실시형태를 보여준다.
예시적 실시형태에서, 제 1 챔버는 75 내지 350 세제곱 인치의 체적을 가질 수 있다. 비제한적인 실시예에서, 제 1 챔버는 1.5 내지 3 인치의 높이를 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 1 멤브레인은 8 내지 12 인치의 외경을 가질 수 있다.
예시적 실시형태에서, 부가 챔버는 조절기의 제 1 구획실과 교환되는 공기가 유입되거나 유출되는 추가의 공간을 제공할 수 있다. 비제한적인 실시예에서, 제 2 챔버는 20 내지 100 세제곱 인치의 체적을 가질 수 있다. 비제한적인 실시예에서, 제 2 챔버는 0.75 인치 내지 2 인치의 높이를 가질 수 있고, 제 2 멤브레인은 6 내지 8 인치의 외경을 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 멤브레인은 제 2 챔버의 저부 또는 상부를 향해 중립 위치로부터 굴곡 및 연장하기 위한 충분한 공간을 갖는다.
위에서 언급된 바와 같이, 하류의 유량 요구에 기인되어 조절기가 유출구 압력 변화에 얼마나 신속하게 응답하는지는 제 2 구획실에서의 압력 변화의 속도에, 즉, 제 2 구획실 내에서 압력이 얼마나 신속하게 증가될 수 있는지 또는 감소될 수 있는지에 부분적으로 의존한다. 제 2 구획실 내에서의 압력 변화의 속도는 제 1 구획실 내에서의 압력 변화의 속도에, 즉, 스프링(250)으로부터 유발되는 스프링 힘 및 다이어프램(240)으로부터 유발되는 힘이 균형을 이루어 밸브(292)를 평형 위치에 유지하기 전에, 제 1 구획실 내의 공기가 제 1 다이어프램(240)의 이동을 수용하기 위해 얼마나 신속하게 제 1 구획실 내로 흡인될 수 있는지 또는 제 1 구획실로부터 방출될 수 있는지에 더욱 관련된다. 안전 통기구는, 다이어프램이 상방으로 이동하는 경우에 제 1 구획실로부터의 공기가 토출 배관 시스템 내로 통기될 수 있도록, 그리고 다이어프램이 하방으로 이동하는 경우에 공기를 제 1 구획실 내로 흡인할 수 있도록, 제 1 구획실 내에 위치될 수 있다.
도 3의 예시적 실시형태에서, 제 2 챔버는 제 2 다이어프램(303)을 포함한다. 이 예시적 실시형태에서, 부가 챔버라고도 불리는 제 2 챔버는 케이싱(305) 및 통기 플레이트(vent plate)(306)에 의해 한정될 수 있다. 다이어프램 또는 멤브레인(303)은 제 2 챔버를 밀봉할 수 있고, 제 2 챔버를 제 3 구획실(335) 및 제 4 구획실(345)로 분리할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 다이어프램(303)의 양측 상에 스프링(302)이 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 예시적 실시형태를 참조하면, 가스 조절기의 유출구 압력을 변화시키면 제 1 다이어프램의 이동이 유발되고, 이것은 결국 제 2 다이어프램의 대응하는 이동을 유발하고, 제 4 구획실 내의 압력 변화의 제 2 속도와 일치하는 제 1 속도에서 제 1 구획실 내의 압력을 변화시킨다. 예시적 실시형태에서, 제 1 다이어프램의 이동은 제 2 다이어프램의 대응하는 이동을 유발하고, 제 2 다이어프램은 제 4 구획실의 체적 및 제 3 구획실의 체적을 변화시킨다. 비제한적인 실시예에서, 제 4 구획실의 체적은 증가하고, 제 3 구획실의 체적은 감소한다. 대안적 실시형태에서, 제 4 구획실의 체적은 감소하고, 제 3 구획실의 체적은 증가한다.
이 예시적 실시형태에서, 제 2 챔버의 존재로 인해 제 1 구획실 내의 공기는 통기 브리더 시스템을 통해 제 1 구획실 내로 유입하거나 제 1 구획실로부터 방출되는 공기의 속도와 적어도 동등한, 그리고 바람직하게는 그보다 빠른 속도로 제 4 구획실 내의 공기와 연통할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 1 구획실 내에서의 제 1 속도의 질량 유량 변화는 제 1 다이어프램에 이동에 의해 유발되는 제 4 구획실 내에서의 제 2 속도의 질량 유량 변화와 동등할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 1 구획실 내에서의 제 1 속도의 질량 유량 변화는 제 1 다이어프램에 이동에 의해 유발되는 제 4 구획실 내에서의 제 2 속도의 질량 유량 변화와 동일한 정도일 수 있다.
예시적 실시형태에서, 제 2 챔버는 최초의 압력 조절기의 안전 캡(200)에 의해 밀봉될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 상기 시일의 기밀성을 보장하기 위해 케이싱(305)과 안전 캡(100) 사이에 O-링(308)이 위치될 수 있다. 따라서, 예시적 실시형태에서, 시판(off-the-shelf) 조절기라고도 불리는 기존의 압력 조절기는 스프링 타워로부터 안전 캡을 제거함으로써, 제 2 챔버를 어댑터(309)로 스프링 타워에 연결함으로써, 그리고 본 조립체를 밀봉하기 위해 안전 캡(200)을 재설치함으로써 개조될 수 있다. 예시적 실시형태에서, O-링(308) 및 사용되는 안전 캡(200)는 개조될 원형의 압력 조절기의 요소일 수 있다.
예시적 실시형태에서, 제 2 챔버는 위에서 설명된, 그리고 도 2에 도시된 압력 조절기와 유사한 시판 압력 조절기의 스프링 타워(210)에 연결될 수 있다. 도 4는 압력 조절기에 연결되는 제 2 챔버의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 3의 예시적 실시형태에서, 제 4 구획실(345)의 케이싱(305)은 가스 압력을 수용하고, 구조적으로 지지하는 것일 수 있다. 비제한적인 실시예에서, 이 케이싱(305)은 어댑터(309)에 의해 압력 조절기의 제 1 구획실에 연결되고, 제 1 구획실 상에 밀봉된다. 예시적 실시형태에서, 어댑터는 나사식 끼워맞춤 결합 수단 또는 다른 적절한 결합 수단을 사용할 수 있다.
예시적 실시형태에서, 어댑터는 스프링 타워(210)와 케이싱(305)을 연결하는 주로 원통형 부재일 수 있다. 예시적 실시형태에서, 어댑터(309)의 돌출 립(lip)은 또한 멤브레인(303)을 그 내경에서 정위치에 끼워질 수 있다. 멤브레인은 그 외경에서 통기 플레이트(306)와 케이싱(305) 사이에 끼워질 수 있고, 양자 모두의 요소는 볼트(304)에 의해 결합됨으로써 시일(312)을 제공한다. 비제한적인 실시예에서, 제 2 멤브레인(303)은 6 인치 내지 8 인치의 외경을 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 어댑터는, 제 1 다이어프램이 이동하는 경우에, 제 1 구획실로부터의 공기가 제 4 구획실 내로 유동할 수 있도록, 그리고 그 반대의 경우도 마찬가지가 되도록 허용하는 공기 통기 개구(301)를 포함할 수 있다.
예시적 실시형태에서, 어댑터 상에 위치되는 공기 개구의 면적은 적어도 제 1 구획실과 제 4 구획실 사이의 최소의 개구의 면적보다 크다. 공기 개구의 면적은 개구 유량 면적, 개구 표면적, 또는 개구 면적이라고도 불릴 수 있고, 이들 모두는 예시적 실시형태의 횡단면으로 제공되는 관통 구멍의 면적을 말한다. 예시적 실시형태에서, 유동 방향은 개구가 위치되는 평면에 실질적으로 수직이다. 하나의 실시형태에서, 최소의 개구는 스프링 조정 버튼(255)의 중심에 위치되는 개구(225)이다. 예시적 실시형태에서, 개구(225)의 면적은 0.25 제곱 인치이다. 예시적 실시형태에서, 개구(225)는 스프링 조정 버튼(255)을 선회시켜 유출구 압력을 설정할 수 있는 정사각 드라이브 공구와 맞물리는 크기를 갖는다.
예시적 실시형태에서, 어댑터 상에 위치되는 공기 개구는 0.25 제곱 인치 내지 0.6 제곱 인치, 바람직하게는 0.38 제곱 인치의 통합된 개구 면적을 갖는다. 예시적 실시형태에서, 공기 개구는 적어도 0.4 인치의 직경을 갖는 2 개의 구멍일 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 공기 개구는 적어도 0.4 인치의 직경을 갖는 3 개 또는 4 개의 구멍일 수 있다.
도 3의 예시적 실시형태에서, 제 2 챔버의 제 3 구획실(335)은 통기 플레이트(306)에 의해 한정될 수 있고, 주위 공기에 통기될 수 있다. 비제한적인 실시예에서, 이 제 3 구획실(335)은 통기 플레이트(306)에 의해 쓰레기와 같은 불순물, 날씨에 의한 수분, 또는 곤충과 같은 움직이는 생물체의 진입을 차단하여 보호받을 수 있다. 예시적 실시형태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 통기 플레이트(306)는 개구(316)를 포함할 수 있고, 이것은 제 3 구획실(335)에 대한 공기의 자유로운 유입 및 유출을 가능하게 한다. 예시적 실시형태에서, 통기 구멍은 스크린 또는 망에 의해 가려질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 통기 구멍은 0.25 제곱 인치의 최소 누적 유동 면적을 가질 수 있고, 바람직하게는 0.38 제곱 인치의 누적 유동 면적을 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 통기 구멍은 중심 개구(225)의 유동 면적과 적어도 동등한 누적 유동 면적을 가질 수 있다. 대안적 실시형태에서, 통기 구멍은 통기 플레이트에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 또 다른 대안적 실시형태에서, 통기 구멍은 실질적으로 0.1 인치의 최대 직경을 갖는 원형일 수 있다. 예시적 실시형태에서, 통기 구멍은, 어댑터의 공기 개구를 통한 공기 통기의 속도와 동일한 유동 속도에서, 대기를 향한 제 2 멤브레인의 이동에 의해 공기 통기를 허용하는 최소 누적 유동 면적을 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 통기 플레이트와 스프링 타워(210)의 외면 사이에 약간의 간극(307)이 존재할 수 있다.
비제한적인 실시예에서, 통기 플레이트(306)는 25 psig의 최대 긴급사태 압력에서의 파열을 방지하기 위해 다이어프램을 지지하도록 가요성 다이어프램(303)을 위한 지지체의 역할도 할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 통기 플레이트(306)는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 통기 플레이트는 최대 25 psig로 통기 플레이트에 접촉하여 밀어주는 제 2 다이어프램을 지지하기에 충분한 강도를 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 2 다이어프램에 의해 지지될 수 있는 최대 압력은 25 psig의 조절기의 최대 긴급 사태 압력보다 상당히 높은 적어도 200 psi이다.
예시적 실시형태에서, 멤브레인은 도넛 형상일 수 있다. 예시적 실시형태에서, 가요성 멤브레인(303)은 부가 챔버 내에서 중립 및 중간 위치에 현수될 수 있다. 비제한적인 실시형태에서, 멤브레인의 양측면 상에서 가볍게 밀어주기 위해 대향하는 스프링(302)이 사용될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 스프링(302)은 권선형이거나 연질의 발포체 재료로 제조될 수 있다. 대안적 실시형태에서, 플라스틱 또는 금속 판 스프링을 포함하는 멤브레인을 그것의 중립 위치로 복원시키는 다른 수단이 사용될 수 있다.
다른 예시적 실시형태에서, 멤브레인(303) 자체는 이들 중립 위치 복귀 스프링(302) 중 하나 또는 양자 모두의 기능을 제공할 수 있고, 반면에 멤브레인의 고유의 구조는 멤브레인을 그 중립 위치로 복귀시키는 동심의 와권(convolution)과 같은 수단을 포함할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 멤브레인은 적당한 치수로 강도 및 가요성의 양자 모두를 가질 수 있다. 예시적 실시형태에서, 멤브레인은 주조성형된 동심의 와권을 갖는, 섬유 강화된, 얇은, 그리고 최적의 반응을 위해 가요성인, 그러나 통기 플레이트에 대해 가압되었을 때 매우 강력한 탄성중합체 멤브레인일 수 있다. 예시적 실시형태에서, 멤브레인(303)은 파형(wave) 다이어프램일 수 있다. 예시적 실시형태에서, accuWAVE™ 다이어프램이 제 2 멤브레인용으로 사용될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 2 멤브레인은 가스 조절기 용도를 위한 파열 강도 필요조건을 초과할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 2 멤브레인은 평균 미국의 가정용 설비 상의 가스 계량기의 40 년의 수명을 초과할 수 있다.
예시적 실시형태에서, 압력 조절기의 작동 중에 멤브레인(303)은 그것의 중립 위치로부터 자유롭고 신속하게 당겨지거나 밀릴 수 있다. 멤브레인(303)의 반응성은 자체의 가요성 특질, 경(light) 스프링(302)의 존재, 및 대기압 측 구획실의 공기를 주위 환경과 용이하게 교환하도록 허용하는 통기 플레이트(306)에 기인될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 위에서 언급된 바와 같이, 멤브레인(303)은 일측 상에서 케이싱(305)에 의해, 그리고 타측 상에서 통기 플레이트(306) 또는 스크린에 의해 백업(backup) 및 지지됨으로써 파열로부터 보호될 수 있다.
예시적 실시형태에서, 압력 조절기의 제 1 구획실 내에서 공기의 체적은, 통기 브리더 시스템(260)을 통해 천천히 유입되거나 유출되는 대신, 제 2 챔버의 제 4 구획실로 신속하게 유입되거나 제 4 구획실로부터 신속하게 유출될 수 있다.
예시적 실시형태에서, 제 2 챔버에 의해 조절기는 신속한 요구 하중 변화가 발생하는 과도적 기간 중에 더 일정한 공급 압력을 안전하게 제공할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 제 2 챔버에 의해 하류의 배관, 밸브 및/또는 가스 소비 설비에서 발생하는 임의의 신속한 유량 및 압력 요구 변화에 대해 조절기의 가동 부품이 신속하고 직접적으로 응답할 수 있다. 제 2 챔버의 예시적 실시형태는, 조절기의 대기 측을 주위 공기에 단순히 노출시키는 대신, 안전하고 향상된 조절기 응답을 허용한다.
기존의 압력 조절기에서, 밸브 손상 또는 제 1 다이어프램의 파열에 기인되는 조절기의 내부의 가스의 긴급사태 릴리프의 경우에, 가스는 주위의 환경으로 누설될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 압력 조절기 시스템 내에 존재하는 가스는 독성을 가지거나 유해할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 긴급사태 릴리프의 경우에, 가요성 멤브레인(303)은 제 4 구획실 및 제 1 구획실 내에 가스를 수용할 수 있다. 예시적 실시형태에서, 가요성 멤브레인(303)은 누설된 가스를 요구되는 통기 배관을 통해 안전한 분산 장소로 강제 이송시킬 수 있다. 제 1 다이어프램(240)의 파열의 경우에, 제 2 챔버의 예시적 실시형태는 통기 시스템(260)으로 유동을 안내함으로써 직접적 유출을 방지할 수 있다.
도 5 및 도 6은 제 2 챔버의 대안적 실시형태를 도시한다. 도 5를 참조하면, 제 2 챔버의 대안적인 예시적 실시형태가 도시되어 있고, 나사산(415) 또는 임의의 다른 연결 수단에 의해 스프링(250)을 포함하는 스프링 타워(210)에 연결될 수 있다.
도 5의 예시적 실시형태에서, 부가 챔버는 케이싱(406)을 포함하고, 멤브레인의 외경은 케이싱(406)과 안전 캡(400) 사이에 끼워짐으로써, 그리고 O-링(414)과 같은 시일을 가짐으로써 고정될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 안전 캡(400)은 나사산(413)과 같은 수단에 의해 케이싱(406) 상에 나사체결될 수 있다. 도 5의 예시적 실시형태는 제 2 멤브레인(403) 및 스크린을 갖는 통기구(401)를 더 포함한다. 제 4 구획실(445)은 멤브레인(403)에 의해 제 3 구획실(435)로부터 분리된다. 이 멤브레인의 형상은 환형의 와권 및 나사산(415)의 근처에서 폐쇄된 단부를 구비하는 원통형 부트(boot)이다. 도 5에 도시된 예시적 실시형태에서, 제 1 다이어프램이 이동하고, 이것이 멤브레인(403)의 이동을 유발하는 경우에, 제 3 구획실로부터의 공기는 통기 개구(401)에 의해 자유롭게 대기와 교환할 수 있다. 이 예시적 실시형태에서, 개구(401)는 대기로부터의 파편이 본 시스템 내로 유입되는 것을 방지하기 위해 스크린으로 가려져 있다.
도 5의 예시적 실시형태에서, 튜브(425)는 멤브레인(403)이 지나치게 많이 이동하여 회복 없이 찌그러지는 것을 방지하고, 멤브레인(403)이 언제나 중립 위치로 복귀할 수 있도록 하는 통기 플레이트의 역할을 한다. 예시적 실시형태에서, 튜브(425)는 스크린 망 또는 다수의 구멍을 갖는 천공된 튜브로 제조될 수 있다. 도 5에서 공기 이동을 위한 경로는 구획실(445 및 435) 내에서 양방향 화살표로서 도시되어 있다.
예시적 실시형태에서, 조절기의 제 1 구획실 내의 공기 압력은 멤브레인(403)이 양방향에서 축방향 및 반경방향의 양자 모두의 방향으로 이동함으로써 대기 압력과 신속하게 균등해 질 수 있다. 이 예시적 실시형태에서, 질량은 멤브레인의 경계를 횡단하지 않는다. 도 5에 도시된 예시적 실시형태에서, 제 1 구획실(220) 내의 공기는 스프링 조정 버튼(255) 내의 중심 구멍(225)을 통해 제 4 구획실(445) 내의 공기와 직접적으로 연통한다.
예시적 실시형태에서, 예를 들면, 스프링 힘을 조절하기 위해 조정 스프링(250)에 접근하기 위해, 부가 챔버 장치는 나사산(415)에서 나사체결을 해제시킴으로써 전체적으로 제거될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 2 챔버의 대안적인 예시적 실시형태가 도시되어 있고, 어댑터(515) 상에 위치되는 나사산 또는 유사한 수단에 의해 스프링(250)을 포함하는 스프링 타워(210)에 연결될 수 있다. 도 6의 예시적 실시형태에서, 제 2 챔버는 케이싱(506), 스프링 또는 발포체와 같은 회복 수단(502)을 구비하는 멤브레인(503), 및 통기 플레이트(516)를 포함한다.
예시적 실시형태에서, 통기 플레이트(516)는 와이어 망 또는 천공된 플레이트일 수 있고, 과도한 가압의 경우에 멤브레인을 위한 백업 지지를 제공한다. 스크린을 구비하는 통기구(501)는 벌레 및 외부의 파편이 제 3 구획실(535) 내에 유입하는 것을 방지한다. 예시적 실시형태에서, 스크린을 구비하는 통기구(501)의 배향은 비, 진눈깨비, 눈 또는 모래와 같은 요소가 시스템 내에 유입하는 것을 가장 잘 방지하는 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한 본 발명의 많은 가능한 실시형태가 실시될 수 있으므로, 본 명세서에서 설명되는, 그리고 첨부하는 도면에 도시된 모든 내용은 예시적인 것이고, 제한적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.
Claims (19)
- 가스 시스템의 압력을 조절하기 위한 가스 압력 조절기에 있어서,
제 1 챔버;
상기 제 1 챔버를 제 1 구획실 및 제 2 구획실로 분리하는 제 1 다이어프램;
제 2 챔버; 및
상기 제 2 챔버를 제 3 구획실 및 제 4 구획실로 분리하는 제 2 다이어프램으로서, 상기 제 4 구획실은 상기 제 1 챔버의 제 1 구획실에 연결 및 연통되는, 상기 제 2 다이어프램을 포함하고,
상기 제 1 다이어프램의 이동은 상기 제 4 구획실의 제 1 체적 및 상기 제 3 구획실의 제 2 체적을 변화시키는 상기 제 2 다이어프램의 대응 이동을 유발하는
가스 압력 조절기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구획실로부터 주위의 대기로 공기를 배출하거나 상기 주위의 대기로부터 상기 제 1 구획실 내로 공기를 흡인하는 상기 제 1 구획실 내에 위치된 통기 브리더(vent breather) 밸브를 더 포함하고,
상기 통기 브리더 밸브는, 상기 제 1 구획실 내의 공기 압력이 사전결정된(predetermined) 한계치에 도달했을 때, 최대 통기 브리더 밸브 배출 속도로 상기 제 1 구획실로부터 공기를 배출하거나 흡인하는
가스 압력 조절기. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 챔버의 제 1 구획실을 상기 제 2 챔버의 제 4 구획실에 연결하는 수직으로 연장되는 어댑터를 더 포함하고,
상기 어댑터는,
제 1 외경을 갖는 하부 나사 형성 수직 부분(lower threaded vertical portion),
수평 방향으로 연장되는 립(lip),
제 2 외경을 갖는 상부 나사 형성 수직 부분(upper threaded vertical portion), 및
상기 상부 나사 형성 수직 부분 내의 적어도 하나의 개구를 포함하고,
상기 제 1 외경은 상기 제 1 구획실의 수직으로 연장되는 부분의 내경과 일치하고, 상기 제 2 외경은 상기 제 2 챔버의 내경과 일치하고, 상기 적어도 하나의 개구의 개구 면적은 상기 제 1 구획실과 상기 제 4 구획실 사이의 최소의 개구의 개구 면적보다 큰
가스 압력 조절기. - 제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 개구는 최대 통기 브리더 밸브 배출 속도보다 큰 속도로 상기 제 1 구획실과 상기 제 4 구획실 사이에서 공기를 교환하는
가스 압력 조절기. - 제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 개구의 개구 면적은 0.25 제곱 인치 내지 0.6 제곱 인치이고, 상기 개구 면적은 바람직하게 0.38 제곱 인치인
가스 압력 조절기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 다이어프램의 상부 표면 및 상기 제 2 챔버의 상부 표면에 연결되는 적어도 하나의 스프링; 및
상기 제 2 다이어프램의 하부 표면 및 상기 제 2 챔버의 하부 표면에 연결되는 적어도 하나의 스프링을 더 포함하는
가스 압력 조절기. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 다이어프램의 내경은 상기 제 1 구획실의 상면과 상기 어댑터의 립 사이에 견고하게 끼워지고,
상기 제 2 다이어프램의 외경은 상기 제 2 챔버의 상부 표면과 상기 제 2 챔버의 저부 표면 사이에 적어도 하나의 패스너(fastener)에 의해 견고하게 끼워지는
가스 압력 조절기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 다이어프램의 내경과 상기 제 2 다이어프램의 외경 사이의 상기 제 2 다이어프램의 표면을 따라 측정된 거리는 상기 제 2 챔버의 외경과 상기 제 1 구획실의 스프링 타워(spring tower)의 외경 사이의 거리보다 큰
가스 압력 조절기. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 챔버의 하부 수평 통기 플레이트(lower horizontal vent plate)가 상기 제 2 다이어프램의 변위를 제한하는
가스 압력 조절기. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 다이어프램의 이동의 속도는 적어도 상기 제 2 다이어프램의 강성, 상기 적어도 하나의 스프링의 강성, 및 상기 하부 수평 통기 플레이트 내의 개구를 통한 대기와의 공기 교환 속도에 의해 조절되는
가스 압력 조절기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 구획실의 내경과 일치하는 나사 형성 반경방향 부분, 및 밀봉 요소를 하방으로 가압하는 수평으로 연장되는 립을 구비하는 안전 캡을 더 포함하고,
상기 안전 캡은 대기에 대해 상기 제 2 챔버를 밀봉하고, 상기 안전 캡은 최대 25 psi의 압력에 견딜 수 있는
가스 압력 조절기. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 챔버는,
제 1 반경방향 내부 섹션, 제 2 수평 섹션, 및 제 3 반경방향 외부 섹션을 구비하는 상부 셸(upper shell); 및
하부 수평 환상 플레이트(lower annular horizontal plate)를 포함하고,
상기 제 1 반경방향 내부 섹션은 상기 어댑터의 상부 나사 형성 수직 부분에 연결되고, 상기 하부 수평 환상 플레이트의 내경은 상기 제 1 구획실의 스프링 타워의 외경보다 큰
가스 압력 조절기. - 제 12 항에 있어서,
상기 하부 수평 환상 플레이트는 대기와 연통하는 공기 개구를 포함하는
가스 압력 조절기. - 제 13 항에 있어서,
상기 공기 개구는 0.25 제곱 인치의 최소 누적 개구 면적을 갖고, 0.38 제곱 인치의 바람직한 누적 개구 면적을 갖는
가스 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 공기 개구는 원형 개구이고, 상기 하부 수평 환상 플레이트 상에 고르게 분포되는
가스 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 다이어프램의 이동은 상기 제 4 구획실의 제 1 체적을 증가시키고, 상기 제 3 구획실의 제 2 체적을 감소시키는
가스 압력 조절기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 다이어프램의 이동은 상기 제 4 구획실의 제 1 체적을 감소시키고, 상기 제 3 구획실의 제 2 체적을 증가시키는
가스 압력 조절기. - 가스 압력 조절기를 사용하여 가스 시스템의 압력을 조절하기 위한 방법에 있어서,
제 1 챔버, 제 1 다이어프램, 통기 브리더 밸브 및 안전 캡을 구비하는 조절기를 가압된 시스템(pressurized system) 상에 장착하는 단계로서, 상기 제 1 다이어프램은 상기 제 1 챔버를 제 1 구획실 및 제 2 구획실로 분리하고, 상기 통기 브리더 밸브는 상기 제 1 구획실 내에 위치되고, 상기 안전 캡은 상기 제 1 구획실을 밀봉하는, 조절기 장착 단계;
상기 가압된 시스템이 작동 중인 동안에 상기 안전 캡을 제거하는 단계;
어댑터를 통해 상기 제 1 챔버에 제 2 챔버를 연결하는 단계로서, 상기 제 2 챔버는 상기 제 2 챔버를 제 3 구획실 및 제 4 구획실로 분리하는 제 2 다이어프램을 포함하고, 상기 제 4 구획실은 상기 제 1 구획실에 연결 및 연통되는, 제 1 챔버에의 제 2 챔버 연결 단계;
상기 제 2 챔버 위에 상기 안전 캡을 재설치하는 단계; 및
상기 가압된 시스템을 작동시키는 단계를 포함하고,
상기 가압된 시스템의 작동 중에, 상기 제 1 다이어프램의 이동은 상기 제 4 구획실의 체적을 변화시키는 상기 제 2 다이어프램의 대응 이동을 유발하는
가스 시스템 압력 조절 방법. - 가스 압력 조절기를 사용하여 가스 시스템의 압력을 조절하기 위한 방법에 있어서,
제 1 챔버 및 제 1 다이어프램를 구비하는 조절기를 장착하는 단계로서, 상기 제 1 다이어프램은 상기 제 1 챔버를 제 1 구획실 및 제 2 구획실로 분리하는, 조절기 장착 단계;
상기 제 1 챔버에 제 2 챔버를 연결하는 단계로서, 상기 제 2 챔버는 상기 제 2 챔버를 제 3 구획실 및 제 4 구획실로 분리하는 제 2 다이어프램을 포함하고, 상기 제 4 구획실은 상기 제 1 구획실에 연결 및 연통되는, 제 1 챔버에의 제 2 챔버 연결 단계; 및
상기 가압된 시스템을 작동시키는 단계를 포함하고,
상기 가압된 시스템의 작동 중에, 상기 제 1 다이어프램의 이동은 상기 제 4 구획실의 체적을 변화시키는 상기 제 2 다이어프램의 대응 이동을 유발하는
가스 시스템 압력 조절 방법.
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