KR100591291B1 - 역류 방지기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역류 방지기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 유체가 흐르는 배관(配管) 시스템에 설치되어 역류로 인하여 유입된 유체를 신속하게 외부로 배출하고, 이물질로 인하여 릴리프 밸브의 개폐 작용이 불완전하게 이루어지는 것을 방지하며, 배관 시스템 내부를 흐르는 유체에 따라 마개 부재와 릴리프 밸브 중 어느 하나를 선택하여 설치할 수 있는 역류 방지기에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명인 역류 방지기는, 유입구와 유출구를 연결하는 중공의 유로가 형성되며, 유입구와 유출구 사이에 배출구가 형성된 케이스; 유입구와 배출구 사이에 설치되어 유로를 선택적으로 개폐함으로써 유체의 역류를 방지하는 제1 체크 밸브; 및 배출구와 유출구 사이에 설치되어 유로를 선택적으로 개폐함으로써 유체의 역류를 방지하는 제2 체크 밸브;를 포함하고, 케이스에는 배출구를 밀폐하는 마개 부재 또는 제1,2 체크 밸브 사이로 유입된 유체를 배출구를 통하여 선택적으로 배출하는 릴리프 밸브 중 어느 하나가 설치될 수 있다.
밸브, 역류, 체크 밸브, 역압, 역사이펀

Description

역류 방지기{Backflow preventer}
도 1은 종래 기술에 따른 다이아프램식 역류방지기를 보여주는 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 역류 방지장치를 보여주는 단면도로서, 통수 상태에서 작동하는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 역류 방지장치가 역압 또는 역사이펀 상태에서 작동하는 것을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역류 방지기를 나타낸 단면도로서, 배출구에 마개 부재가 설치된 것을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역류 방지기를 나타낸 단면도로서, 제1,2 체크밸브 및 배출구에 설치된 릴리프 밸브가 통수 상태에서 작동하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 역류 방지기가 역압 또는 역사이펀 상태에서 작동하는 것을 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 5의 A 부분의 상세 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 다이아프램식 역류방지기 20 : 역류 방지장치
30 : 케이스 50 : 마개 부재
60 : 릴리프 밸브 100, 200 : 역류 방지기
본 발명은 역류 방지기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 유체가 흐르는 배관(配管) 시스템에 설치되어 역류로 인하여 유입된 유체를 신속하게 외부로 배출하고, 이물질로 인하여 릴리프 밸브의 개폐 작용이 불완전하게 이루어지는 것을 방지하며, 배관 시스템 내부를 흐르는 유체에 따라 마개 부재와 릴리프 밸브 중 어느 하나를 선택하여 설치할 수 있는 역류 방지기에 관한 것이다.
일반적으로, 급수 시스템에 있어서의 급수 방식은 수도 본관에서 급수관을 직접 연결하여 급수하는 직결 급수 방식과, 상수도 배수관으로부터 건물 내의 저수조를 통하지 않고 직접 급수전까지 급수하는 직결 직압 방식이 널리 이용되고 있다.
상기 직결 급수 방식과 직결 직압 방식에서는 물이 급수관 또는 급수전까지 직접 공급되기 때문에 역류를 방지하는 것이 중요하다. 유체의 역류를 방지하는 통상적인 수단으로서는 유체를 한 방향으로만 흐르게 하고 역류시에는 밸브가 자동적으로 닫히는 체크 밸브가 사용된다.
상기 체크 밸브는 유체가 관로 내부를 정상적으로 흐르는 경우인 통수 상태나 정상적인 정지상태에서는 역류를 차단하는 데 별다른 어려움이 없으나, 역압, 역사이펀에 의하여 발생하는 역류를 방지하는 데는 한계가 있었다. 이를 해결하기 위하여 이중 체크 밸브(double check valve)가 개발되었으나, 밸브 시트에 이물질이 끼이거나 밸브 자체의 손상으로 밸브가 완전히 닫히지 않아서 누수될 가능성이 있어 역류방지 수단으로써 매우 불완전하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에서 도시된 다이아프램식 역류방지기(10)가 제시되었다. 상기 다이아프램식 역류방지기(10)는 유로(12a)(12b)(12c)의 상ㆍ하류에 독자적으로 작동하도록 설치된 리프트식 제1 체크밸브(13) 및 제2 체크밸브(14)와, 제1,2 체크밸브(13)(14) 사이에 설치된 압력조정기구(16)를 포함한다. 상기 압력조정기구(16)는 바이패스 유로(16a), 다이아프램(16b) 및, 릴리프 밸브(17)를 포함한다.
상기 릴리프 밸브(17)는, 다이아프램(16b)을 관통하도록 설치되어 일단은 디스크(17a)와 연결되고 타단은 공기실(16c)에 설치된 봉 부재(17b)와, 배출구(16d)를 개폐하는 디스크(17a) 및, 상기 디스크(17a)에 설치된 스프링(17c)을 포함한다. 상기 공기실(16c)은 릴리프 밸브(17)가 급격히 개방되는 것을 방지하기 위하여 설치된다.
즉, 릴리프 밸브(17)는 상류측(12a)의 압력(Pa)과, 중간실(12b)의 압력(Pb)과, 스프링(17c)의 탄성력 및, 릴리프 밸브(17)의 중량에 따라 상하로 이동하며 선택적으로 배출구(16d)를 개폐한다.
그러나, 상기 봉 부재(17b)가 위로 이동하여 배출구(16d)를 개방되는 경우에는 공기실(16c)의 압력이 증가하여 배출구(16d)를 밀폐하는 방향으로 작용한다. 또 한, 봉 부재(17b)가 아래로 이동하여 배출구(16d)를 밀폐하는 경우에는 공기실(16c)의 압력이 감소하여 배출구(16d)를 개방하는 방향으로 작용한다. 이러한 공기실(16c) 압력의 작용으로 인하여 릴리프 밸브(17)의 반응 속도가 느려진다는 문제점이 있다. 또한, 배출구(16d)의 밀폐와 개방이 반복되는 체터링(chattering) 현상이 발생하기도 한다.
아울러, 상기 다이아프램식 역류방지기(10)는 봉 부재(17b)가 유로 상에 설치되기 때문에 유체의 흐름이 원활하지 못하고 와류가 발생할 가능성이 크다. 즉, 유체의 압력 손실이 크게 발생한다는 문제점이 있다.
상기 제1 체크밸브(13)는 상류측(12a)과 중간실(12b)의 차압(Pa-Pb)이 소정치 이하인 경우에는 유로를 밀폐하고, 소정치를 초과하는 경우에는 개방된다.
한편, 한국 상수도 협회의 기준은 상기 차압(Pa-Pb)이 소정치(0.14kgf/㎠) 이하인 경우에만 릴리프 밸브(17)가 개방되어 중간실(12b)의 유체를 외부로 배출하도록 요구하고 있다. 그러나, 다이아프램식 역류방지기(10)는 구조상의 문제점으로 인하여 소정치(0.14kgf/㎠) 이상의 차압에서 릴리프 밸브(17)가 열리고, 릴리프 밸브(17)가 열림에 따라 상기 차압이 소정치(0.14kgf/㎠)를 유지하도록 한다. 따라서, 정상적인 통수상태 즉, 상류측(12a)과 중간실(12b)의 차압이 소정치(0.14kgf/㎠)를 초과하는 경우에도 릴리프 밸브(17)가 개방되어 유체가 외부로 배출되는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해서 배관 내부에 설치된 내통체(內筒體)가 유체의 흐름 방향에 따라 슬라이딩을 하며 밸브 구멍을 개폐하는 역류 방지장치가 제안되었다. 상기 역류 방지장치는 대한민국 공개특허공보 제2001-0014725호에 개시되어 있다.
도 2는 상기 역류 방지장치를 보여주는 단면도로서, 통수 상태에서 작동하는 것을 나타낸 도면이고, 도 3은 역압 또는 역사이펀 상태에서 작동하는 것을 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 역류 방지장치(20)는 외상(外箱)(21)과, 외상(21)의 미끄럼 이동면(22)에 대하여 슬라이딩 가능하게 설치되어 밸브 구멍(23)을 선택적으로 개폐하는 내통체(內筒體)(24) 및, 유체의 흐름 방향에 따라 유로를 개폐하는 제1,2 체크 밸브(25)(26)를 포함한다.
상기 유체가 정방향으로 흐르는 경우에는 제1,2 체크 밸브(25)(26)가 개방되고, 유입구(27a) 측의 압력이 중간실(27b)의 압력보다 크기 때문에 내통체(24)가 밸브 시트(21a)에 밀착되어 밸브 구멍(23)을 밀폐하게 된다.
상기 유체가 역류하는 경우에는 제1,2 체크 밸브(25)(26)가 밀폐되고, 중간실(27b)의 압력이 유입구(27a)의 압력보다 크기 때문에 내통체(24)가 유입구(27a)쪽으로 슬라이딩을 하여 밸브 구멍(23)이 개방된다. 따라서, 유체의 역류로 인하여 중간실(27b)로 유입된 유체가 밸브 구멍(23)을 통하여 외부로 배출된다.
상기 역류 방지장치(20)는 공기실(도 1의 16c)의 압력 변화에 의한 체터링 현상을 방지할 수 있고, 역압 또는 역사이펀에 대한 반응 속도를 다이아프램식 역류방지기(10)에 비하여 빠르게 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 봉 부재(도 1의 17b)와 같은 유체의 흐름을 방해하는 부재가 없으므로 유체의 압력 저하를 줄일 수 있다. 아울러, 유입구(27a) 쪽과 중간실(27b)의 차압이 소정치 이하인 경우에만 밸브 구멍(23)이 개방되기 때문에 유체의 손실을 방지할 수 있다.
그러나, 상기 역류 방지장치(20)는 미끄럼 이동면(22)과 내통체(24) 사이에 이물질이 끼여들게 되면 내통체(24)의 슬라이딩이 원활하지 못하게 된다. 즉, 내통체(24)가 밸브 구멍(23)을 완전하게 개폐할 수 없게 되는 문제점이 발생할 수도 있다.
또한, 역압 또는 역사이펀 현상이 발생하여 내통체(24)가 밸브 구멍(23)을 개방하기 위해서는 제1 체크 밸브(25)가 유입구(27a)쪽으로 슬라이딩하여 유로를 밀폐함과 동시에 내통체(24)가 유입구(27a)쪽으로 슬라이딩하여 밸브 구멍(23)을 개방하여야 한다. 이 때, 미끄럼 이동면(22)과 내통체(24) 사이에서 마찰이 발생하고, 밸브축(25a)(26a)과 밸브 가이드(25b)(26b) 사이에도 마찰이 발생한다. 즉, 두 곳에서의 마찰로 인하여 밸브 구멍(23)의 개방이 지연되어 유체의 배출이 신속하게 이루어지지 못한다. 이러한 점은 유체가 다시 정방향으로 흐르게 되어 밸브 구멍(23)이 밀폐되는 경우에도 나타난다.
한편, 배관 시스템 내부를 흐르는 유체에 따라 적절한 역류 방지기를 설치하는 것은 경제적으로 매우 중요한 문제이다. 즉, 음료수와 같이 비교적 위험성이 작은 유체가 흐르는 배관 시스템에서는 제1,2 체크밸브를 구비하는 단순한 역류 방지기를 채용하는 것이 릴리프 밸브와 제1,2 체크밸브를 함께 구비하는 고가(高價)의 역류 방지기를 채용하는 것보다 경제적으로 유리하다. 이에 비하여, 위험성이 큰 유해 물질이 흐르는 배관 시스템에서는 릴리프 밸브와 제1,2 체크밸브를 함께 구비하는 역류 방지기를 이용하여 역류된 유체를 확실하게 배출하는 것이 중요하다.
이러한 점을 고려하면, 상기 다이아프램식 역류방지기(10)와 역류 방지장치(20)는 제1,2 체크밸브(13)(14)(25)(26) 및, 중간실(12b)(27b)로 유입된 유체를 배출하기 위한 릴리프 밸브(17) 또는 내통체(24)를 함께 구비하기 때문에 역류된 유체를 외부로 배출하는 데에는 유리하지만 경제적으로는 불리하다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 역류로 인하여 제1,2 체크 밸브 사이로 유입된 유체를 신속하게 배출할 수 있는 역류 방지기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 이물질로 인하여 릴리프 밸브의 개폐가 불완전하게 이루어지는 것을 방지할 수 있는 역류 방지기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배관 시스템 내부를 흐르는 유체에 따라 제1,2 체크 밸브만을 구비하는 단순한 역류 방지기, 또는 릴리프 밸브와 제1,2 체크밸브를 함께 구비하는 역류 방지기로 적절하게 변형하여 사용할 수 있는 역류 방지기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 역류 방지기는, 유입구와 유출구를 연결하는 중공의 유로가 형성되며, 상기 유입구와 유출구 사이에 배출구가 형성 된 케이스; 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 설치되어 상기 유로를 선택적으로 개폐함으로써 상기 유체의 역류를 방지하는 제1 체크 밸브; 및 상기 배출구와 상기 유출구 사이에 설치되어 상기 유로를 선택적으로 개폐함으로써 상기 유체의 역류를 방지하는 제2 체크 밸브;를 포함하고, 상기 케이스에는 상기 배출구를 밀폐하는 마개 부재 또는 상기 제1,2 체크 밸브 사이로 유입된 유체를 상기 배출구를 통하여 선택적으로 배출하는 릴리프 밸브 중 어느 하나가 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 릴리프 밸브는, 상기 배출구에 착탈 가능하게 설치되고, 그 측면에는 상기 유체를 외부로 배출하는 배출공이 형성된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 내부에 설치되며, 그 하면에는 소정 길이의 플런지가 돌출되어 형성되고, 상기 제1 체크 밸브와 유입구 사이의 공간인 제1 챔버의 압력과 상기 제1,2 체크 밸브 사이의 공간인 제2 챔버의 압력에 따라 상하 왕복이동을 하되, 아래 식 1이 만족되는 경우에는 아래로 이동하여 상기 배출공을 개방함으로써 상기 제2 챔버에 유입된 유체를 외부로 배출하는 디스크; 상기 디스크와 연결되도록 설치되어 상기 디스크를 하측으로 탄성 바이어스하는 탄성 부재; 및, 상기 밸브 몸체의 하단에 설치되고, 상기 플런지가 삽입되어 밀폐되도록 상기 플런지와 형합하는 형합홈이 형성되며, 상기 제1 챔버와 연통되는 연통구가 형성된 커버;를 포함하고, 상기 디스크는 상기 플런지가 상기 형합홈에 삽입된 채 상기 상하 왕복이동을 한다.
식 1
P1-P2≤△P
단, P1 : 상기 제1 챔버의 압력
P2 : 상기 제2 챔버의 압력
△P : 소정 압력
더욱 바람직하게, 상기 역류 방지기는 디스크와 탄성 부재가 다음 식 2,3을 만족한다.
식 2
d2 DiscU + d2 pl - d2 DiscD = 0
식 3
Figure 112004047000087-pat00001
단, 상기 식 2, 3에서,
dDiscU : 상기 디스크의 상면 중 제2 챔버의 압력(P2)이 작용하는 부분의 직경
dpl : 상기 플런지의 직경
dDiscD : 상기 디스크 하면의 직경
F : 상기 탄성 부재의 탄성력
Ph : 상기 형합홈 내부의 압력
W : 디스크의 중량
또한, 상기 형합홈은 외부와 연통되도록 형성되고, 상기 플런지에 작용하는 압력(Ph)은 대기압인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 연통구는 소정의 연결관에 의하여 상기 제1 챔버와 연통되고, 상기 연결관의 양단 중 적어도 어느 하나 및, 상기 밸브 몸체의 상단에는 이물질의 유입을 방지하는 그물망이 설치된 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 마개 부재와 릴리프 밸브는 각각 상기 케이스에 착탈 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역류 방지기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역류 방지기를 나타내는 단면도로서, 배출구에 마개 부재가 설치된 것을 보여준다.
도 4를 참조하면, 상기 역류 방지기(100)는 케이스(30)와, 케이스(30)에 설 치되어 유체의 역류를 방지하는 제1,2 체크 밸브(42)(46) 및, 제1,2 체크 밸브(42)(46) 사이에 형성된 배출구(32)를 밀폐하는 마개 부재(50)를 구비한다.
상기 케이스(30)에는 중공의 유로(流路)가 형성된다. 유체는 유입구(33a)를 통하여 유입된 후 유로를 경유하여 유출구(33c)를 통하여 배출된다. 상기 유로는 제1,2 체크 밸브(42)(46)에 의하여 제1,2,3 챔버(34)(35)(36)로 각각 구획된다. 즉, 유입구(33a)와 제1 체크 밸브(42)사이의 유로는 제1 챔버(34)로 구획되고, 제1 체크 밸브(42)와 제2 체크 밸브(46) 사이의 유로는 제2 챔버(35)로 구획되며, 제2 체크 밸브(46)와 유출구(33c) 사이의 유로는 제3 챔버(36)로 구획된다.
상기 제2 챔버(35)에는 역류로 인하여 유입된 유체를 배출하는 배출구(32)가 형성된다. 바람직하게, 상기 배출구(32)는 제2 챔버(35)의 하면에 형성된다.
상기 제1,2 체크 밸브(42)(46)는 유체의 흐름 방향에 따라 유로를 개폐하여 역류를 방지한다. 제1,2 체크 밸브(42)(46)는 유로 상에 설치된 시트링(42a)(46a)과, 시트링(42a)(46a)에 설치되어 유체의 흐름 방향에 따라 유로를 개폐하는 밸브 본체(42b)(46b) 및, 밸브 본체(42b)(46b)에 탄성력을 제공하는 탄성 수단(47)을 포함한다.
도 4에서 점선으로 나타낸 제1,2 체크 밸브(42)(46)는 통수 상태에서 밸브 본체(42b)(46b)가 개방된 것을 나타낸다. 이러한 제1,2 체크 밸브(42)(46)는 통상적으로 널리 사용되는 것이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 제1,2 체크 밸브(42)(46)는 제1,2 챔버(34)(35)의 압력(P1)(P2)이 다음 식을 만족하는 경우에 유로를 밀폐하도록 설계된다.
P1-P2≤△P
단, P1 : 제1 챔버(34)의 압력
P2 : 제2 챔버(35)의 압력
△P : 소정 압력
즉, 제1,2 챔버(34)(35)의 차압이 소정 압력(△P) 이하이거나, 제2 챔버(35)의 압력(P2)이 제1 챔버(34)의 압력(P1)보다 큰 경우에 유로가 밀폐된다. 여기에서, 탄성 수단(47)의 탄성력을 조절함으로써 제1,2 챔버(34)(35)의 차압이 소정 압력(△P) 이하인 경우에 유로가 밀폐되도록 한다.
상기 마개 부재(50)는 케이스(30)에 설치되어 배출구(32)를 밀폐한다. 마개 부재(50)는 후술하는 릴리프 밸브와 교체될 수 있도록 케이스(30)에 착탈 가능하게 설치된다. 바람직하게, 상기 마개 부재(50)의 내주면에는 나사산(미도시)이 형성되고, 케이스(30)에는 상기 나사산과 형합하는 나사산(미도시)이 형성된다. 즉, 상기 마개 부재(50)는 케이스(30)에 나사 결합된다.
도 4는 배출구(32)에 마개 부재(50)가 설치된 것을 나타내고 있으나, 도 5에 나타난 바와 같이 릴리프 밸브(60)가 설치될 수도 있다. 즉, 배출구(32)에는 마개 부재(50)와 릴리프 밸브(60) 중 어느 하나가 설치된다. 음료수와 같이 비교적 위험성이 작은 유체가 흐르는 배관 시스템에서는 마개 부재(50)를 이용하여 배출구(32) 를 밀폐한 역류 방지기(100)를 채용하는 것이 릴리프 밸브(60)가 배출구(32)에 설치된 고가(高價)의 역류 방지기(200)를 채용하는 것보다 경제적으로 유리하다. 이에 비하여, 위험성이 큰 유해 물질이 흐르는 배관 시스템에서는 릴리프 밸브(60)를 이용하여 제2 챔버(35)에 유입된 유체를 확실하게 배출하는 것이 중요하다. 이러한 점은 전술(前述)한 바 있다.
상기 릴리프 밸브(60)는, 배출구(32)에 설치된 밸브 몸체(62)와, 밸브 몸체(62)의 내부에 설치되어 상하로 왕복 이동을 하는 디스크(63)와, 디스크(63)에 탄성력을 제공하는 탄성 부재(64) 및, 밸브 몸체(62)의 하단에 설치된 커버(67)를 구비한다.
상기 밸브 몸체(62)는 배출구(32)에 착탈 가능하게 설치된다. 밸브 몸체(62)에는 배출구(32)와 연통되는 중공부가 길이 방향으로 형성된다. 중공부에는 디스크(63)가 설치된다. 밸브 몸체(62)의 내부에는 중공부를 향하여 돌출된 턱(62a)이 형성되어 디스크(63)의 상향 이동시에 스토퍼 역할을 한다. 또한, 밸브 몸체(62)의 측면에는 제2 챔버(35)로 유입된 유체를 배출하는 배출공(62b)이 형성된다. 배출공(62b)은 디스크(63)가 아래로 이동한 경우에는 개방되고, 디스크(63)가 원 위치로 회복한 경우에는 디스크(63)에 의하여 밀폐되는 위치에 형성된다.
바람직하게, 상기 밸브 몸체(62)의 상단에는 그물망(미도시)이 설치된다. 상기 그물망은 제2 챔버(35)로부터 이물질이 유입되는 것을 방지하여 디스크(63)의 상하 이동을 원활하게 한다.
상기 디스크(63)는 밸브 몸체(62)의 내부에 설치되어 제1,2 챔버(34)(35)의 압력(P1)(P2)에 따라 턱(62a)과 커버(67) 사이를 이동한다. 디스크(63)의 하면에는 커버(67)의 형합홈(67a)과 형합하는 플런지(63a)가 돌출되어 형성된다.
상기 탄성 부재(64)는 그 일단이 디스크(63)와 연결되고 그 타단이 밸브 몸체(62)에 연결되도록 설치된다. 탄성 부재(64)는 디스크(63)를 하측으로 바이어스하는 탄성력을 제공한다.
상기 커버(67)는 밸브 몸체(62)의 하단에 설치되고, 플런지(63a)와 형합하는 형합홈(67a) 및, 제1 챔버(34)와 연통되는 연통구(67b)를 포함한다.
상기 형합홈(67a)은 플런지(63a)의 삽입으로 인하여 밀폐된다. 디스크(63)는 플런지(63a)가 형합홈(67a)에 삽입된 채로 상하 이동을 한다.
바람직하게, 상기 형합홈(67a)은 외부와 연통되도록 형성된다. 이 경우에는 플런지(63a)의 하면에는 외부의 대기압(Patm)이 작용한다.
상기 연통구(67b)는 연결관(68)에 의하여 제1 챔버(34)와 연통된다. 연결관(68)에 의하여 제1 챔버(34)의 압력(P1)과 디스크(63) 하측의 압력이 서로 동일하게 된다. 바람직하게, 상기 연결관(68)의 양단 중 제1 챔버(34)와 연결되는 부분에는 그물망(미도시)이 설치된다. 그물망은 이물질(異物質)이 연결관(68)으로 유입되는 것을 방지하여 디스크(63)의 상하 이동을 원활하게 한다. 물론, 상기 그물망은 연통구(67b)에 설치될 수도 있다.
이와 같이, 상기 역류 방지기(200)에는 공기실(도 1의 16c)이 구비되지 않고, 배출공(62b) 개방시에 디스크(63)와 밸브 몸체(62)와의 마찰만이 존재하므로 제2 챔버(35)로 유입된 유체를 신속하게 외부로 배출할 수 있다.
상기 릴리프 밸브(60)는 상기 수학식 1이 만족되는 경우에 배출공(62b)을 개방함으로써 제2 챔버(35)로 유입된 유체를 외부로 배출한다. 즉, 제2 챔버(35)의 압력(P2)이 작용하는 디스크(63) 상면의 면적과, 제1 챔버(34)의 압력(P1)이 작용하는 디스크(63) 하면의 면적 및, 탄성 부재(64)의 탄성력을 조절함으로써 상기 수학식 1이 만족되는 경우에 디스크(63)가 아래로 이동하여 배출공(62b)이 개방되도록 한다.
이러한 점을 더욱 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
도 6 및 도 7에서, 배출공(62b)을 개방하려는 하향력(下向力)과 배출공(62b)을 밀폐하려는 상향력(上向力)이 균형을 이루는 조건은 다음과 같다.
ADiscUP2 + F + W = ADiscDP1 + APlPh .......................(ⅰ)
위 (i)식에서,
ADiscU : 디스크(63) 상면 중 제2 챔버(35)의 압력(P2)이 작용하는 면적
Figure 112004047000087-pat00002
....................(ⅱ)
dDiscU : 디스크(63) 상면 중 제2 챔버(35)의 압력(P2)이 작용하는 부분의 직경. 즉, 턱(62a) 부분의 내경
F : 탄성 부재(64)의 탄성력
W : 디스크(63)의 중량
ADiscD : 제1 챔버(34)의 압력(P1)이 작용하는 면적
Figure 112004047000087-pat00003
....................(ⅲ)
dDiscD : 디스크(63) 하면의 직경, dpl : 플런지(63a)의 직경
APl : 플런지(63a)의 직경
Figure 112004047000087-pat00004
....................(ⅳ)
Ph : 형합홈(67a) 내부의 압력
상기 형합홈(67a)의 압력(Ph)은 형합홈(67a)이 외부와 연통되어 있는 경우에는 대기압(Patm)이 된다.
위 (i)식에 (ii),(iii),(iv) 및 수학식 1을 대입하면,
Figure 112004047000087-pat00005
...................(ⅴ)
이 된다.
이 때, 제1 챔버(34)의 압력(P1)의 변화에 관계없이 식(v)이 만족되기 위해서는 아래의 수학식 2,3이 만족되어야 한다.
Figure 112004047000087-pat00006
Figure 112004047000087-pat00007
즉, 수학식 2, 3을 만족하는 디스크(63)와 탄성 부재(64)를 릴리프 밸브(60)에 설치하면, 제1 챔버(34)의 압력(P1)의 변화에 관계없이 제1,2 챔버(34)(35)의 차압이 △P 이하인 경우에 디스크(63)가 아래로 이동하여 배출공(62b)이 개방된다. 환언하면, 제1,2 챔버(34)(35)의 차압(P1-P2)이 △P 이하인 경우에는 제1,2 체크밸브(42)(46)가 밀폐됨과 동시에 배출공(62b)이 개방되어 제2 챔버(35)내의 유체가 외부로 배출된다. 따라서, 정상적인 통수 상태에서도 배출공(62b)이 개방되어 유체가 외부로 배출되는 문제점을 해결할 수 있다. 도 6 및 도 7에서 아래로 이동된 디스크(63)는 점선으로 나타내어진다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역류 방지기(200)는 제1,2 체크밸브(42)(46) 및 릴리프 밸브(60)의 이중적인 안전 장치를 구비한다. 이로 인하여, 역류 발생시에 제1,2 체크 밸브(42)(46)가 정상적으로 작동하지 못하는 경우에도 배출공(62b)을 통하여 역류된 유체가 외부로 배출됨으로써 유체의 역류로 인한 위험이 방지될 수 있다. 도 6에서 점선으로 나타내어진 밸브 본체(42b)는 이물질의 부착으로 인하여 제1 체크 밸브(42)가 완전하게 밀폐되지 않은 것을 나타낸다.
바람직하게, 상기 수학식 1 및 3에서 △P는 0.14kgf/㎠이다. 이것은 한국상수도 협회의 기준을 만족시키기 위한 것이다. 즉, 제2 챔버(35)의 압력(P2)이 제1 챔버(34)의 압력(P1)보다 크거나, 제1,2 챔버(34)(35)의 차압(P1-P2)이 0.14kgf/㎠ 이하인 경우에는 제1,2 체크 밸브(42)(46)에 의하여 유로가 밀폐되고, 디스크(63)가 아래로 이동하여 배출공(62b)이 개방된다.
그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역류 방지기(100)(200)의 작동 과정을 설명하기로 한다. 상기 역류 방지기(100)(200)는 마개 부재(50)를 이용하여 배출구(32)를 밀폐함으로써 제1,2 체크 밸브(42)(46)만을 구비하는 역류 방지기(100)로 사용될 수 있고, 마개 부재(50) 대신에 릴리프 밸브(60)를 배출구(32)에 설치함으로써 제1,2 체크 밸브(42)(46)와 릴리프 밸브(60)를 모두 구비하는 역류 방지기(200)로 사용될 수도 있다.
먼저, 도 4에 나타난 바와 같이, 마개 부재(50)가 배출구(32)에 설치된 역류 방지기(100)를 설명한다.
상기 마개 부재(50)는 단순히 배출구(32)를 밀폐하는 작용을 한다. 따라서, P1-P2>△P 인 경우에는 제1,2 체크 밸브(42)(46)가 개방되어 유체가 유입구(33a)에서부터 유출구(33c)를 향하여 흐르고, 수학식 1이 만족되는 상태 즉, P1-P2≤△P 인 경우에는 제1,2 체크 밸브(42)(46)가 밀폐되어 유체의 역류가 차단된다.
상기 역류 방지기(100)는 음료수와 같이 위험성이 작은 유체가 흐르는 배관 시스템에서 경제적으로 사용될 수 있다.
이에 비하여, 도 5 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 배출구(32)에 마개 부재(50) 대신 릴리프 밸브(60)가 설치된 역류 방지기(200)는 위험성이 큰 유체가 흐르는 배관 시스템에서 유체의 역류를 방지하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 상기 역류 방지기(200)의 작동 과정을 설명하면 아래와 같다.
먼저, P1-P2>△P 인 경우에는 제1,2 체크 밸브(42)(46)가 개방되어 유체가 유입구(33a)에서부터 유출구(33c)로 흐르고, 수학식 1이 만족되는 상태 즉,P1-P2≤△P 인 경우에는 제1,2 체크 밸브(42)(46)가 밀폐된다. 즉, 상기 역류 방지기(200)는 제1,2 챔버(34)(35)의 차압이 소정 압력(△P) 이하인 경우에만 릴리프 밸브(60)가 배출공(62b)을 개방하여 유체를 외부로 배출한다. 따라서, 정상적인 통수 상태에서 배출공(62b)이 개방되어 유체가 외부로 배출되는 문제점을 해결할 수 있다.
P1-P2≤△P 인 경우에서, 밸브 본체(42b)(46b) 또는 시트링(42a)(46a)에 이물질이 부착되거나 밸브 본체(42b)(46b)의 축에 이물질이 끼여들게 되면, 제1,2 체크 밸브(42)(46)가 유로를 완전하게 밀폐할 수 없는 경우가 발생한다.
이 때, 릴리프 밸브(60)의 디스크(63)와 탄성 부재(64)가 수학식 2,3을 만족하도록 설계되면, P1-P2≤△P 인 경우에 P1의 변화에 관계없이 디스크(63)가 아래로 이동하여 배출공(62b)이 개방된다. 즉, 제2 챔버(35) 내부로 유입된 유체는 배출공(62b)을 통하여 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 역류 방지기는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 역류로 인하여 제2 챔버로 유입된 유체를 신속하게 외부로 배출할 수 있다.
둘째, 이물질로 인하여 릴리프 밸브의 작용 즉, 배출공의 개폐가 불완전하게 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 배관 시스템 내부를 흐르는 유체에 따라 마개 부재와 릴리프 밸브 중 어느 하나를 선택하여 설치함으로써 밸브 배관 시스템의 설치비용을 줄일 수 있다.
넷째, 제1 챔버와 제2 챔버의 차압이 소정치 이하인 경우에만 배출공이 개방되도록 하여 유체의 손실을 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 유입구와 유출구를 연결하는 중공의 유로가 형성되며, 상기 유입구와 유출구 사이에 배출구가 형성된 케이스;
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 설치되어 상기 유로를 선택적으로 개폐함으로써 유체의 역류를 방지하는 제1 체크 밸브; 및
    상기 배출구와 상기 유출구 사이에 설치되어 상기 유로를 선택적으로 개폐함으로써 상기 유체의 역류를 방지하는 제2 체크 밸브;를 포함하고,
    상기 케이스에는 제1,2 체크 밸브 사이로 유입된 유체를 상기 배출구를 통하여 선택적으로 배출하는 릴리프 밸브가 설치되며,
    상기 릴리프 밸브는,
    상기 배출구에 착탈 가능하게 설치되고, 그 측면에는 상기 유체를 외부로 배출하는 배출공이 형성된 밸브 몸체;
    상기 밸브 몸체의 내부에 설치되며, 그 하면에는 소정 길이의 플런지가 돌출되어 형성되고, 상기 제1 체크 밸브와 유입구 사이의 공간인 제1 챔버의 압력과 상기 제1,2 체크 밸브 사이의 공간인 제2 챔버의 압력에 따라 상하 왕복이동을 하되, 아래 식 1이 만족되는 경우에는 아래로 이동하여 상기 배출공을 개방함으로써 상기 제2 챔버에 유입된 유체를 외부로 배출하는 디스크;
    상기 디스크와 연결되도록 설치되어 상기 디스크를 하측으로 탄성 바이어스하는 탄성 부재; 및,
    상기 밸브 몸체의 하단에 설치되고, 상기 플런지가 삽입되어 밀폐되도록 상기 플런지와 형합하는 형합홈이 형성되며, 상기 제1 챔버와 연통되는 연통구가 형성된 커버;를 포함하고, 상기 디스크는 상기 플런지가 상기 형합홈에 삽입된 채 상기 상하 왕복이동을 하는 것을 특징으로 하는 역류 방지기.
    식 1
    P1-P2≤△P
    단, P1 : 상기 제1 챔버의 압력
    P2 : 상기 제2 챔버의 압력
    △P : 소정 압력
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디스크와 탄성 부재가 다음 식 2,3을 만족하는 것을 특징으로 하는 역류 방지기.
    식 2
    Figure 112004047000087-pat00008
    식 3
    Figure 112004047000087-pat00009
    단, 상기 식 2,3에서,
    dDiscU : 상기 디스크의 상면 중 제2 챔버의 압력(P2)이 작용하는 부분의 직경
    dpl : 상기 플런지의 직경
    dDiscD : 상기 디스크 하면의 직경
    F : 상기 탄성 부재의 탄성력
    Ph : 상기 형합홈 내부의 압력
    W : 디스크의 중량
  4. 제3항에 있어서,
    상기 형합홈은 외부와 연통되도록 형성되고, 상기 플런지에 작용하는 압력(Ph)은 대기압인 것을 특징으로 하는 역류 방지기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연통구는 소정의 연결관에 의하여 상기 제1 챔버와 연통되고,
    상기 연결관의 양단 중 적어도 어느 하나 및, 상기 밸브 몸체의 상단에는 이 물질의 유입을 방지하는 그물망이 설치된 것을 특징으로 하는 역류 방지기.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 릴리프 밸브는 각각 상기 케이스에 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 역류 방지기.
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