KR102415431B1 - 고압용 감압밸브 - Google Patents

Abstract

고압용 감압밸브에 대한 발명이 개시된다. 개시된 고압용 감압밸브는: 유입구와 유출구를 구비하고 내부에서 유입구와 유출구를 연결하여 유체의 흐름을 허용하도록 내부유로를 갖는 바디, 내부유로의 하부에 구비되고 둘레면을 통해 내부의 로어중심홀부로 이송된 유체를 내부유로의 상부 방향으로 유동 안내하는 로어케이지, 로어케이지의 둘레면에 복수 개가 구비되어 유입구를 통해 유입되는 고압의 유체를 일차적으로 압력 조절 유도 후 상기 로어중심홀부로 유동 안내하는 로어압력제어부, 내부유로에서 로어케이지의 상부에 구비되고 둘레면에 복수 개의 어퍼유동홀부를 통공하여 로어케이지를 통과한 유체를 어퍼중심홀부로 유입 후 어퍼유동홀부를 통해 유출구로 토출 안내하는 어퍼케이지, 및 유출구 측 유체의 압력값 단독 또는 유입구 측 유체의 압력값과 유출구 측 유체의 압력값에 따라, 어퍼유동홀부의 개도량을 제어함으로써 유체의 압력을 이차적으로 압력 조절 유도 후 유출구로 토출 안내하는 어퍼압력제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고압용 감압밸브{HIGH PRESSURE CONTROL TYPE PRESSURE REGULATING VALVE}

본 발명은 고압용 감압밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경질 또는 금속 재질로 이루어지고 바디의 내부에 고정된 로어케이지의 둘레면에 입체적 유동 방향을 따라 고압의 유체를 유동 안내함으로써 유체를 일차적으로 압력 저감 후, 바디에 대한 유체의 유입측 압력과 유출측 압력의 편차값을 토대로 로어케이지의 상부에 위치한 어퍼케이지의 유체 유동량(개도량)을 제어함으로써 유체를 이차적으로 압력 조절함에 따라 바디의 전단과 후단의 유체 압력 편차가 크게 발생함에 따른 공동화 현상과 충격음의 발생을 방지하고자 하는 고압용 감압밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 감압밸브(Pressure Reducing Valve)는 선박용 엔진 발전기 감압라인 등에 사용되며, 압력이 높은 1차측 유체를 유량의 변동에 상관없이 2차측 유체 압력을 1차측의 압력보다도 낮은 일정한 압력으로 감압할 수 있는 자동 조정 밸브이다. 유체는 좁은 틈새에서 넓은 장소로 나오면 압력이 떨어지며 틈새가 좁을수록 감압의 정도가 크게 된다. 감압밸브는 이 원리를 응용한 것으로 밸브와 밸브 시트의 틈새에서 유체를 넓은 관내로 통하게 하여 감압하는데, 밸브의 틈새를 압력에 따라 자동적으로 조절하는 방법에는 피스톤식과 다이어프램식으로 대별된다.

감압밸브의 구조 및 원리를 살펴보면, 감압밸브는 크게 직동식과 파이로트식으로 나누어지진다. 직동식 감압밸브는 글자 그대로 밸브로 유입되는 물의 압력을 직접 이용하여 감압을 하는 것이고, 파이로트식은 대구경의 밸브에 직동식 감압밸브를 부착하여 직동식 감압밸브에서 대구경밸브의 동작을 안내하는 구조이다. 특히 수도용 감압밸브의 경우에는 직동식이 사용되고 동작원리는 공압기기 중에서 압력조절장치와 유사하다. 즉 밸브 2차측 상부에 다이어프램이나 벨로우즈 또는 실린더를 설치하고 밸브의 개폐를 수행하는 디스크는 스템과 연결되어 다이어프램이나 벨로우즈 또는 실린더 내부의 피스톤과 연결되어 있다. 이런 구동부 위에는 대부분의 경우 스프링을 설치하고 그 스프링 위에는 압력을 조절하는 조절나사를 설치한다. 조절나사를 잠궈 주면 스프링은 압축되면 서 다이어프램 등을 눌러주게 되고 이는 디스크를 동작시키게 되므로 밸브는 열리게 된다. 이때 밸브 1차측 즉 입구측으로 고압의 물이 들어오면 디스크는 열려있으므로 시트를 통해 밸브 2차측으로 통과하게 된다. 밸브 2차 측으로 물이 계속 들어오면 압력이 서서히 올라가게 되므로 그 압력은 밸브 디스크를 열고 있던 다이어프램을 위로 들어 올리게 되고 그 압력이 위의 조절나사가 스프링을 압축하고 있던 힘보다 커지면 밸브는 닫히게 되어 더 이상 2차측으로 물이 들어오지 못하게 된다. 이런 원리로 반복 동작하는 것이 감압밸브이다. 따라서 직동식 감압밸브는 물 뿐만 아니라 공기, 가스, 기름 등에도 사용할 수 있으나 증기와 같이 고온의 유체에는 적용하지 않는다.

한편, 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0057963호(2009.06.08.) 및 대한민국 등록특허공보 제10-1764709호(2017.08.02.)에 유량 및 압력 조절형 감압밸브가 제안된 바 있다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

기존의 고압라인의 감압밸브는 다이아프램 플레이트에 다이아프램이 형성되어 있어 디스크시트의 상하 이동을 돕도록 피스톤으로 구성되어 있는데, 다이아프램이 과도한 압력에 의해 변형되거나 파손됨에 따라 누설이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 경질 또는 금속 재질로 이루어지고 바디의 내부에 고정된 로어케이지의 둘레면에 입체적 유동 방향을 따라 고압의 유체를 유동 안내함으로써 유체를 일차적으로 압력 저감 후, 바디에 대한 유체의 유입측 압력과 유출측 압력의 편차값을 토대로 로어케이지의 상부에 위치한 어퍼케이지의 유체 유동량(개도량)을 제어함으로써 유체를 이차적으로 압력 조절함에 따라 바디의 전단과 후단의 유체 압력 편차가 크게 발생함에 따른 공동화 현상과 충격음의 발생을 방지하고자 하는 고압용 감압밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 고압용 감압밸브는: 유입구와 유출구를 구비하고, 내부에서 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하여 유체의 흐름을 허용하도록 내부유로를 갖는 바디; 상기 내부유로의 하부에 구비되고, 둘레면을 통해 내부의 로어중심홀부로 이송된 상기 유체를 상기 내부유로의 상부 방향으로 유동 안내하는 로어케이지; 상기 로어케이지의 둘레면에 복수 개가 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입되는 고압의 유체를 일차적으로 압력 조절 유도 후 상기 로어중심홀부로 유동 안내하는 로어압력제어부; 상기 내부유로에서 상기 로어케이지의 상부에 구비되고, 둘레면에 복수 개의 어퍼유동홀부를 통공하여, 상기 로어케이지를 통과한 상기 유체를 어퍼중심홀부로 유입 후 상기 어퍼유동홀부를 통해 상기 유출구로 토출 안내하는 어퍼케이지; 및 상기 유출구 측 유체의 압력값 단독, 또는 상기 유입구 측 유체의 압력값과 상기 유출구 측 유체의 압력값에 따라, 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 제어함으로써, 상기 유체의 압력을 이차적으로 압력 조절 유도 후 상기 유출구로 토출 안내하는 어퍼압력제어부를 포함한다.

상기 로어케이지는 상기 로어중심홀부를 각각 통공하여 일치되도록 적층한 평판 형상의 플레이트를 복수 개 적층하여 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 로어압력제어부는, 적층된 플레이트 중 상대적으로 하부에 위치한 하부 플레이트의 상측면의 외측 가장자리를 따라 비연속되게 형성되어 상기 유체를 공급받고, 외측과 상부 방향으로 개방되게 형성되는 유입허용공간부; 상기 하부 플레이트의 상측면에 구비되고, 상기 유입허용공간부에 일대일 대응되며 설정 궤적을 따라 비연속되게 배치되고, 상부 방향으로 개방되게 형성되는 전환유동안내공간부; 상기 하부 플레이트의 로어중심홀부의 내측 가장자리를 따라 형성되어, 상기 전환유동안내공간부를 통해 방향 전환되며 유동되는 상기 유체를 상기 로어중심홀부의 내부로 유동 안내하는 배출허용공간부; 및 상기 유입허용공간부, 상기 전환유동안내공간부, 상기 배출허용공간부 중 적어도 두 쌍씩과 포개지도록, 적층된 플레이트 중 상대적으로 상부에 위치한 상부 플레이트의 하측면에 설정 궤적을 따라 비연속되게 배치되어, 상기 유체를 상하 방향으로 번갈아 유동 안내하면서 상호 충돌 유도하여 운동 에너지를 저감시키는 충돌허용공간부를 포함한다.

상기 어퍼압력제어부는, 상기 어퍼중심홀부의 내측면에 접한 채 슬라이드 이동되도록 상기 어퍼케이지에 축 삽입되어, 상기 어퍼케이지의 하부로 유입되는 상기 유체가 배출 허용하는 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 설정하는 플러그; 상기 플러그를 연결하고, 상기 바디에 축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되는 스템; 및 상기 플러그가 복수 개인 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 자동 설정하는 설정부를 포함한다.

상기 어퍼압력제어부는, 상기 스템에 구비되는 시트; 및 상기 시트에 일측이 탄성 지지되고, 상기 바디의 내측에 타측이 탄성 지지되어, 상기 플러그가 상기 어퍼유동홀부를 막는 응답성을 증대하는 탄성지지부재를 포함한다.

상기 설정부는, 상기 유입구 측으로 유입되는 상기 유체의 압력을 검출하는 입구센서; 상기 유출구 측으로 배출되는 상기 유체의 압력을 검출하는 출구센서; 상기 스템을 축 방향으로 이동되도록 작동하는 액추에이터; 및 상기 입구센서에 의해 측정되는 상기 유체의 압력값과, 상기 출구센서에 의해 측정되는 상기 유체의 압력값을 비교하여, 압력 편차가 설정치 이내로 유지되도록, 상기 플러그를 통한 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 조절하기 위해, 상기 액추에이터를 이동 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 바디는 외기공급부를 구비하여, 상기 외기공급부는 상기 어퍼압력제어부의 작동 오류로 긴급 상황 발생시 외기를 공급하여 상기 시트를 하강시킴으로써 상기 유체가 상기 어퍼케이지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압용 감압밸브는 종래 기술과 달리 경질 또는 금속 재질로 이루어지고 바디의 내부에 고정된 로어케이지의 둘레면에 입체적 유동 방향을 따라 고압의 유체를 유동 안내함으로써 유체를 일차적으로 압력 저감 후, 바디에 대한 유체의 유입측 압력과 유출측 압력의 편차값을 토대로 로어케이지의 상부에 위치한 어퍼케이지의 유체 유동량(개도량)을 제어함으로써 유체를 이차적으로 압력 조절함에 따라 바디의 전단과 후단의 유체 압력 편차가 크게 발생함에 따른 공동화 현상과 충격음의 발생을 방지할 수 있고, 이로 인해 감압밸브의 내구성을 증대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 요부 확대 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 로어압력제어부를 갖는 로어케이지의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로어케이지의 적층된 플레이트의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로어케이지의 플레이트의 배면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 플레이트의 배면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층된 한 쌍의 플레이트의 절개도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 작동 상태를 보인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고압용 감압밸브의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 요부 확대 종단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 로어압력제어부를 갖는 로어케이지의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로어케이지의 적층된 플레이트의 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로어케이지의 플레이트의 배면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 플레이트의 배면 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층된 한 쌍의 플레이트의 절개도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브의 작동 상태를 보인 단면도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압용 감압밸브(PRESSURE REGULATING VALVE,100)는 바디(200), 로어케이지(300), 로어압력제어부(400), 어퍼케이지(500) 및 어퍼압력제어부(600)를 포함한다.

바디(200)는 본 발명에 따른 감압밸브(100)의 외형을 형성하고, 고압에 견딜 수 있는 재질로 이루어진다.

특히, 바디(200)는 고압의 유체가 통과할 수 있도록 일측에 유입구(210)를 형성하고, 타측에 유출구(220)를 형성하며, 유입구(210)와 유출구(220)를 연결하여 유체의 흐름을 허용하도록 내부유로(230)를 내부에 구비한다. 이때, 유입구(210), 내부유로(230) 및 유출구(220)는 누운 에스(S)자 궤적을 따라 형성된다. 그래서, 고압의 유체는 유입구(210)를 통해 바디(200)의 내부로 유입되고, 내부유로(230)의 영역에서 상부 방향으로 이동 후, 유출구(220)로 배출된다.

로어케이지(300)는 내부유로(230)의 하부 바닥에 접한 채 고정된다. 이때, 로어케이지(300)는 원통 형상으로 이루어진다. 그래서, 도면에서 봤을 때, 로어케이지(300)는 중심축을 따라 적어도 상부 방향으로 개방되는 로어중심홀부(310)를 형성한다.

아울러, 로어케이지(300)는 내부유로(230)의 내부 바닥면에 대응되는 하측면이 막히도록 구비되거나, 내부유로(230)의 내부 바닥면에 밀착됨으로써 개방된 하측이 자연적으로 막히게 된다.

그래서, 로어케이지(300)는 내부유로(230)의 하부에 구비되고, 둘레면을 통해 내부의 로어중심홀부(310)로 이송된 유체를 내부유로(230)의 상부 방향으로 유동 안내한다. 이때, 로어케이지(300)는 고온 고압의 유체에 견딜 수 있는 금속성 또는 경질의 재질로 이루어진다. 아울러, 로어케이지(300)는 결속부재(330)에 의해 내부유로(230)의 내측면에 해당되는 바디(200)에 고정 결속된다. 결속부재(330)는 스크류 등 다양하게 적용 가능하다.

한편, 로어압력제어부(400)는 로어케이지(300)의 둘레면에 복수 개가 구비되어, 유입구(210)를 통해 유입되는 고압의 유체를 일차적으로 압력 조절 유도 후 로어중심홀부(310)로 유동 안내하는 역할을 한다.

그래서, 고압의 유체는 로어케이지(300)의 둘레면에 형성되는 로어압력제어부(400)를 통과함으로써 일차적으로 감압 처리된다.

또한, 어퍼케이지(500)는 내부유로(230)에서 로어케이지(300)의 상부에 구비되고, 원통 형상으로 이루어진다. 그래서, 어퍼케이지(500)는 중심축 방향을 따라 양측으로 개방되는 어퍼중심홀부(520)를 형성한다. 아울러, 어퍼케이지(500)는 유출구(220)에 대응되는 둘레면에 복수 개의 어퍼유동홀부(510)를 통공한다.

그래서, 로어케이지(300)의 상부로 유동되는 유체는 어퍼케이지(500)의 하부에서 어퍼중심홀부(520)로 유입된다. 이때, 어퍼케이지(500)는, 후술할, 플러그(610)에 의해 상부가 막힌 상태가 된다. 이에 따라, 로어케이지(300)를 통과한 유체는 어퍼중심홀부(520)로 유입 후 어퍼유동홀부(510)를 통해 유출구(220)로 토출 안내된다.

이때, 어퍼케이지(500)는 하측면이 로어케이지(300)의 상측면에 접한 채 고정될 수도 있고, 하측면이 내부유로(230)의 지지턱(240)에 지지될 수도 있다. 편의상, 어퍼케이지(500)는 하측면이 지지턱(240)에 지지되는 것으로 한다. 아울러, 바디(200)는 내부에 로어케이지(300)와 어퍼케이지(500)를 용이하게 조립할 수 있도록 복수 개로 나뉘어지고, 어퍼케이지(500)는 바디(200)의 조립에 의해 자연적으로 내부유로(230) 내에 고정되는 것으로 한다.

한편, 어퍼압력제어부(600)는 유출구(220) 측 유체의 압력값 단독, 또는 유입구(210) 측 유체의 압력값과 유출구(220) 측 유체의 압력값에 따라, 복수 개인 어퍼유동홀부(510)의 개방 개수와 개도량을 제어함으로써, 유체의 압력을 이차적으로 압력 조절 유도 후 유출구(220)로 토출 안내하는 역할을 한다.

이때, 로어케이지(300)의 로어중심홀부(310)의 직경(d1)은 어퍼케이지(500)의 어퍼중심홀부(520)의 직경(d2)보다 크거나(d1>d2) 또는 동일(d1=d2)할 수 있다. 이때, 로어중심홀부(310)의 직경(d1)은 어퍼중심홀부(520)의 직경(d2)보다 큰 것으로 한다.(d1>d2)

이는, 유체가 상대적으로 직경(d1)이 작은 로어중심홀부(310)에서 상대적으로 직경이 작은(d2) 어퍼유동홀부(510)로 이동되면서 로어중심홀부(310)에 잔류하는 상대적으로 많은 양의 유체를 어퍼중심홀부(520)로 안정적으로 공급하기 위함이다.

한편, 로어케이지(300)는 로어중심홀부(310)를 각각 통공한 복수 개의 평판 형상인 플레이트(320)로 이루어지고, 각 로어중심홀부(310)가 일치되도록 적층되어 원통 형상이 된다.

그리고, 로어압력제어부(400)는 로어케이지(300)를 이루는 적층된 플레이트(320) 사이로 공급되는 유체의 유동방향을 상하 방향 즉 입체방향으로 반복 전환하며 유동시키며 유체를 로어중심홀부(310)로 유동 안내함에 따라, 유체의 속도 에너지(운동 에너지)를 저감시키는 역할을 한다.

즉, 유체가 적층된 플레이트(320) 사이를 통과시 상하 방향으로(삼차원적으로) 유동 방향이 안내되며 로어중심홀부(310) 방향으로 유동됨에 따라 속도 에너지를 잃게 된다.

또한, 로어압력제어부(400)는 동일 평면에서 양측에서 나란하게 유동되는 유체를 특정 위치에서 부딪히도록 안내함으로써 유체의 운동 에너지를 더욱 줄이는 역할을 한다. 이 후, 유체는 일정 거리 되돌아간 후 대응되는 로어중심홀부(310) 방향으로 유동되는 과정을 반복하게 된다.

특히, 로어압력제어부(400)는 동일 평면에서 마주하게 유동되며 충돌하도록 안내되는 유체의 유속을 순간적으로 증가시켜 유체의 운동 에너지를 최대한 빼앗도록 형성된 유로들로 이루어진다.

이를 위해, 로어압력제어부(400)는 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420), 배출허용공간부(430) 및 충돌허용공간부(440)를 포함한다.

편의상, 도 4, 도 6 및 도 7을 참조하여, 로어케이지(300)는 적층된 한 쌍의 플레이트(322,324)만을 도시한다. 그래서, 한 쌍으로 도시된 플레이트(322,324) 중 상대적으로 하부에 위치한 플레이트를 하부 플레이트(322)라고 하고, 상대적으로 상부에 위치한 플레이트를 상부 플레이트(324)라고 한다.

이때, 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420) 및 배출허용공간부(430)는 이웃한 한 쌍의 플레이트(322) 중 상부 플레이트(324)의 하측면을 향하는 하부 플레이트(322)의 상측면에 형성되는 것으로 한다.

그리고, 충돌허용공간부(440)는 이웃한 한 쌍의 플레이트(322,324) 중 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420) 및 배출허용공간부(430)에 대향하도록 상부 플레이트(324)의 하측면에 형성되는 것으로 한다.

물론, 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420) 및 배출허용공간부(430)가 상부 플레이트(324)의 하측면에 형성되고, 충돌허용공간부(440)가 하부 플레이트(322)의 상측면에 형성될 수 있다.

특히, 유입허용공간부(410)는 이웃하게 적층된 한 쌍의 플레이트(322,324) 중 상대적으로 하부에 위치한 하부 플레이트(322)의 상측면의 외측 가장자리를 따라 비연속되게 형성되어 유체를 공급받고, 외측과 상부 방향으로 개방되게 형성된다.

그래서, 유입허용공간부(410) 각각은 외부로부터 로어케이지(300)의 로어중심홀부(310)로 유체를 공급받는 역할을 한다. 물론, 하부 플레이트(322) 각각에 형성되는 유입허용공간부(410)의 개수와 크기는 한정하지 않는다. 편의상, 유입허용공간부(410)는 하부 플레이트(322)의 상측면에 원주 방향을 따라 비연속되게 형성되는 것으로 도시한다.

그리고, 전환유동안내공간부(420)는 하부 플레이트(322)의 상측면에 구비되고, 유입허용공간부(410)에 일대일 대응되며 설정 궤적을 따라 비연속되게 배치되며, 상부 방향으로 개방되게 형성된다.

이때, 전환유동안내공간부(420)는 하부 플레이트(322) 각각의 상측면에서, 유입허용공간부(410) 각각으로부터 설정 궤적을 따라 로어중심홀부(310) 방향으로 비연속되게 배치된다.

아울러, 전환유동안내공간부(420)는 상부 플레이트(324)를 향하는 상부 방향으로 개방되게 형성된다. 물론, 하부 플레이트(322) 각각에 형성되는 전환유동안내공간부(420)의 크기, 개수 및 간격은 한정하지 않는다.

또한, 배출허용공간부(430)는 하부 플레이트(322) 각각의 로어중심홀부(310)의 내측 가장자리를 따라 형성되어, 대응되는 전환유동안내공간부(420)를 통해 방향 전환되며 유동되는 유체를 로어중심홀부(310)의 내부로 유동 안내하는 역할을 한다.

다시 말해서, 배출허용공간부(430)는 하부 플레이트(322)의 로어중심홀부(310)의 내측 가장자리를 따라 연속되게 또는 비연속되게 형성되어, 전환유동안내공간부(420)와 충돌허용공간부(440)를 통해 유동되는 유체를 로어중심홀부(310)로 배출 허용하는 역할을 한다.

즉, 하부 플레이트(322)와 상부 플레이트(324)가 일치되게 포개진 상태에서, 설정 궤적을 따라, 하부 플레이트(322)에 형성되는 전환유동안내공간부(420) 중 대응되는 로어중심홀부(310)에 가장 가깝게 배치된 전환유동안내공간부(420)와 배출허용공간부(430)는 충돌허용공간부(440)를 통해 연결되어 유체의 흐름을 안내한다. 물론, 하부 플레이트(322) 각각에 형성되는 배출허용공간부(430)는 개수 및 크기 등에 한정하지 않는다. 편의상, 배출허용공간부(430)는 비연속되게 형성되는 것으로 한다.

또한, 충돌허용공간부(440)는 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420), 배출허용공간부(430) 중 적어도 두 쌍씩과 포개지도록, 적층된 플레이트(322,324) 중 상대적으로 상부에 위치한 상부 플레이트(324)의 하측면에 설정 궤적을 따라 비연속되게 배치되어, 유체를 상하 방향으로 번갈아 유동 안내하면서 상호 충돌 유도하여 운동 에너지를 저감시키는 역할을 한다.

이때, 하부 플레이트(322)와 상부 플레이트(324)가 일치되게 포개진 상태에서, 충돌허용공간부(440)는 대향하는 전환유동안내공간부(420)와 동일한 궤적을 따라 배치되는 것으로 한다. 특히, 충돌허용공간부(440)는 유동되는 유체를 상호 충돌 허용함으로써 운동 에너지를 빼앗도록 하는 역할을 한다.

그리고, 충돌허용공간부(440)는 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420), 배출허용공간부(430) 중 적어도 두 쌍씩과 포개지게 된다.

다시 말해서, 상부 플레이트(324)의 하측면에 형성되는 충돌허용공간부(440) 각각은 설정 궤적을 따라 나란하고 이웃하게 배치되는 한 쌍의 유입허용공간부(410)와 한 쌍의 전환유동안내공간부(420)를 잇도록 형성되고, 나란하고 이웃하게 배치되는 한 쌍씩 두 쌍의 전환유동안내공간부(420)를 잇도록 형성되며, 나란하고 이웃하게 배치되는 한 쌍의 전환유동안내공간부(420)와 한 쌍의 배출허용공간부(430)를 잇도록 형성된다.

따라서, 유체는 플레이트(320)의 둘레면에서 로어중심홀부(310)(310) 방향으로 유입허용공간부(410), 충돌허용공간부(440), 전환유동안내공간부(420), 충돌허용공간부(440), 전환유동안내공간부(420), 충돌허용공간부(440) 및 배출허용공간부(430) 순서를 따라 상하 방향으로 유동되면서 상호 충돌된다.

결과적으로, 유체는 면접되는 한 쌍의 플레이트(322,324) 사이에서 입체 방향으로 유동되며 운동 에너지가 손실되고, 상호 충돌되면서 부가적으로 운동 에너지가 손실된다.

특히, 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420), 배출허용공간부(430) 및 충돌허용공간부(440)는 이웃하게 배치되어 겹쳐진 한 쌍의 플레이트(322,324)의 로어중심홀부(310)를 기준을 방사상으로 배치되는 것으로 한다.

이때, 하나의 플레이트(322 또는 324)는 상측면에 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420) 및 배출허용공간부(430)을 형성하고, 하측면에 충돌허용공간부(440)를 형성함에 따라, 각 플레이트(320)는 강도 유지를 위해 두꺼워질 수 있다.

이를 방지하기 위해, 플레이트(322,324) 각각은 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420) 및 배출허용공간부(430)를 형성하는 위치와, 충돌허용공간부(440)를 형성하는 위치를 상이하게 배치할 수 있다.

한편, 충돌허용공간부(440)는 각각 가이드채널(442) 및 브릿지채널(444)을 포함한다.

가이드채널(442)은 하부 플레이트(322)의 설정 궤적을 따라 이웃하게 배치되는 유입허용공간부(410), 전환유동안내공간부(420) 또는 배출허용공간부(430)를 선택적으로 포개어 유체의 방향 전환 유동을 안내하는 역할을 한다. 이때, 가이드채널(442)은, 플레이트(320) 각각의 표면에서, 축 방향이 플레이트(320) 각각의 둘레면의 접선에 대해 수직한 방향으로 배열되고, 원주 방향으로 복수 개가 배치된다.

다시 말해서, 가이드채널(442)은 상부 플레이트(324)의 하측면에서 로어중심홀부(310)를 기준으로 방사상으로 비연속되게 형성되고, 장방형의 홈 형상으로 형성된다. 이때, 하부 플레이트(322)와 상부 플레이트(324)가 일치되게 포개진 상태에서, 가이드채널(442) 각각은 이웃하게 배치되는 하나의 유입허용공간부(410)와 하나의 전환유동안내공간부(420)를 잇도록 형성되고, 이웃하게 배치되는 한 쌍의 전환유동안내공간부(420)를 잇도록 형성되며, 이웃하게 배치되는 하나의 전환유동안내공간부(420)와 하나의 배출허용공간부(430)를 잇도록 형성된다.

또한, 브릿지채널(444)은 상부 플레이트(324)에 원주 방향으로 이웃하게 배치되는 한 쌍의 가이드채널(442)의 동일한 일측끼리를 연결한다. 이에 따라, 충돌허용공간부(440) 각각은 상부 플레이트(324)의 외측(둘레면) 방향으로 개방되는 '디귿자' 형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 가이드채널(442) 각각의 일측으로 유입된 유체는 가이드채널(442)을 따라 이동되며 대응되는 브릿지채널(444)에서 충돌하게 된다.

이 후, 유체는 유동 방향에 반대되는 방향으로 유동되며 가이드채널(442) 각각의 타측을 통해 전환유동안내공간부(420) 또는 배출허용공간부(430)로 이동된다.

한편, 브릿지채널(444) 각각은 충돌을 위해 양측에서 중앙 방향으로 유동되는 유체의 속도를 증가시키기 위해 대응되는 가이드채널(442)과 연결되는 양측에서 중앙 방향으로 갈수록 단면적이 줄어들게 형성된다.(a<b, 도 5 참고)

이로 인해, 유체는 브릿지채널(444)에서 순간적으로 유동 속도가 증가된 상태로 상호 충돌됨으로써, 충돌 후 운동 에너지는 최대한 감소할 수 있게 된다.

특히, 브릿지채널(444)이 동일한 단면적으로 이루어질 경우, 각각의 브릿지채널(444)은 양측에서 이동되며 충돌되는 위치가 상이함에 따라, 대응되는 한 쌍의 플레이트(322,324)들이 흔들릴 수 있다.

그래서, 가이드채널(442)은 양측의 단면적(b)보다 작도록 중앙 부위에 비교적 작은 단면적(a)에 충돌영역(443)을 형성함으로써, 유체는 충돌영역(443)에서 집중 충돌됨에 따라, 대응되는 플레이트(322,324)는 직경 방향으로 힘의 균형이 맞춰질 수 있는 바, 흔들림이 방지될 수 있다.

물론, 단면적이 가변되는 브릿지채널(444)의 단면적은 한정하지 않는다.

또한, 적층된 플레이트(322,324) 각각에 형성된 충돌허용공간부(440)는 일치되는 로어중심홀부(310)의 축 방향을 따라 유체의 유동 방향으로 갈수록 단면적이 증가하게 형성될 수 있다.

아울러, 유체가, 로어중심홀부(310)의 중심축 방향으로 유동 방향을 따라, 충돌허용공간부(440)의 단면적이 점차적으로 증가함으로써, 유체의 유속이 감소되어 난류나 충격음이 저감될 수 있다.

즉, 하부 플레이트(322)의 가이드채널(442)의 단면적(c)은 상부 플레이트(324)의 가이드채널(442)의 단면적(d)보다 크게 형성된다.(c>d, 도 6 참고)

아울러, 이웃한 한 쌍의 플레이트(322,324)는 배출허용공간부(430)를 통해 토출되는 유체가 로어중심홀부(310)를 따라 고르게 배출되도록 임시 저장하며 월류 안내하기 위해 잔류부(450)를 형성할 수 있다.

잔류부(450)는 플레이트(322,324)의 상측면에서 로어중심홀부(310)의 가장자리를 따라 돌출 형성되는 턱 또는 함몰되는 홈 등 다양하게 적용 가능하다.

이에 따라, 유체는 적층된 한 쌍의 하부 플레이트(322)와 상부 플레이트(324)의 사이에 형성되는 로어압력제어부(400)를 통과하면서 3차원적으로 유동되며 유동 방향 전환과 서로 정면 충돌함으로써 속도 에너지를 일차적으로 손실하게 된다.

특히, 포개진 복수 개의 플레이트(320)는 일치되는 위치설정홀(332)을 형성하고, 결속부재(330)가 로어케이지(300)의 상부에서 하부 방향으로 일치되는 위치설정홀(332)에 삽입 후 바디(200)에 결속된다.

한편, 로어케이지(300)를 통과하면서 감압된 유체는, 어퍼케이지(500)와 어퍼압력제어부(600)에 의해 바디(200)의 전단측 유압과 후단측 유압의 차이가 설정치를 초과할 경우 어퍼압력제어부(600)의 제어(작동)에 의해, 설정치 범위 이내를 유지할 수 있게 된다.

이를 위해, 어퍼압력제어부(600)는 플러그(610), 스템(620), 설정부(630), 시트(640) 및 탄성지지부재(650)를 포함한다.

플러그(610)는 어퍼중심홀부(520)의 내측면에 접한 채 슬라이드 이동되도록 원통 형상인 어퍼케이지(500)에 축 삽입되어, 어퍼케이지(500)의 하부로 유입되는 유체가 배출 허용하는 어퍼유동홀부(510)의 개도량을 설정하는 역할을 한다. 이때, 플러그(610)가 어퍼케이지(500)의 개방된 상부를 막고 있기 때문에, 유체가 어퍼케이지(500)의 상부로 이탈되는 것이 방지된다.

특히, 플러그(610)는 어퍼중심홀부(520)의 내측면과의 접촉 면적을 줄이면서, 이동 방향을 따라 어퍼중심홀부(520)의 내측면에 다단 접촉을 통한 밀봉력 증대를 위해 둘레면에 오목홈부(612)를 함몰 형성한다. 이에 따라, 플러그(610)는 오목홈부(612)를 기준으로 상측과 하측이 동시에 어퍼중심홀부(520)의 내측면에 밀착된다. 물론, 플러그(610)는 내마모성, 내열성 등이 우수한 재질로 이루어진다.

그리고, 스템(620)은 바디(200)의 개방된 상부를 통해 삽입되어, 플러그(610)와 연결된다. 아울러, 스템(620)은 축 방향을 따라 안정적으로 전후진 이동 가능하게 바디(200)에 삽입된다. 그래서, 스템(620)은 플러그(610)를 어퍼케이지(500)의 내부에서 축 방향을 따라 양방향으로 이동시킨다.

한편, 설정부(630)는 플러그(610)가 대응되는 어퍼케이지(500)에 복수 개 형성된 어퍼유동홀부(510)의 개도량과 개방 개수를 자동 설정하는 역할을 한다.

즉, 설정부(630)는 입구센서(632), 출구센서(634), 액추에이터(636) 및 제어부(638)를 포함한다.

입구센서(632)는 바디(200)의 유입구(210) 측으로 유입되는 유체의 압력을 실시간으로 검출한다. 이때, 입구센서(632)는 유입구(210)의 내측 또는 유입구(210)에 접속되는 전단접속파이프(도시하지 않음)에 구비된다.

그리고, 출구센서(634)는 유출구(220) 측으로 배출되는 유체의 압력을 실시간으로 검출한다. 이때, 출구센서(634)는 유출구(220)의 내측 또는 유출구(220)에 접속되는 후단접속파이프(도시하지 않음)에 구비된다.

아울러, 액추에이터(636)는 스템(620)을 축 방향으로 이동되도록 작동하는 것으로서, 모터나 기어 또는 실린더 등 다양하게 적용 가능하다.

또한, 제어부(638)는 입구센서(632)에 의해 측정되는 유체의 압력값과, 출구센서(634)에 의해 측정되는 유체의 압력값을 비교하여, 압력 편차가 설정치 이내로 유지되도록, 플러그(610)를 통한 어퍼유동홀부(510)의 개도량을 조절하기 위해, 액추에이터(636)를 이동 제어한다.

즉, 유체가 일정한 고압으로 유입구(210)로 유입되는 상태에서, 입구센서(632)에 의해 측정되는 유체의 압력값 대비, 출구센서(634)에 의해 측정되는 유체의 압력값이 높을 경우, 제어부(638)는 스템(620)을 축 방향을 따라 서서히 또는 일정치만큼 하강시킨다. 이에 따라, 플러그(610)가 어퍼케이지(500)의 내부에서 서서히 또는 일정치만큼 하강하게 되고, 어퍼유동홀부(510)의 개도량이 감소함에 따라, 유출구(220)로 배출되는 유체의 양이 줄어들게 됨으로써, 토출측의 압력이 일정 범위 내로 감소하게 된다.

또한, 시트(640)는 스템(620)의 상부에 고정된다. 이때, 시트(640)는 평판이나 패드 형상으로 형성되고, 경질로 이루어진다.

그리고, 탄성지지부재(650)는 시트(640)에 일측이 탄성 지지되고, 바디(200)의 내측에 타측이 탄성 지지된다. 그래서, 스템(620)은 탄성지지부재(650)에 의해 항상 축 방향을 따라 하강하려는 힘이 작용된다. 이는, 플러그(610)가 어퍼유동홀부(510)의 개도량을 줄이는 방향으로 이동되는 응답성을 향상시키기 위함이다. 물론, 탄성지지부재(650)는 다양하게 적용 가능하다.

한편, 바디(200)는 외기공급부(700)를 구비한다.

외기공급부(700)는, 어퍼압력제어부(600)의 작동 오류로 긴급 상황 발생시, 외기를 바디(200) 내부로 공급하여 시트(640)를 강제로 하강시킴으로써, 유체가 어퍼케이지(500)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이때, 외기공급부(700)는 다양하게 적용 가능하다. 아울러, 외기공급부(700)에서 공급되는 외기가 시트(640)에 강하게 공급되는 경로는 개략적으로 도시한다.

결과적으로, 유체는 로어케이지(300)를 통과하면서 로어압력제어부(400)에 의해 일차적으로 압력 제어(감압) 처리된 후, 어퍼케이지(500)를 통과하면서 어퍼압력제어부(600)에 의해 이차적으로 압력 제어(감압 또는 승압) 처리된다. 이에 따라, 바디(200)의 후단측 유체는 압력이 전단측 유체의 압력 대비 과도하게 높거나 낮지 않는 상태로 안정적으로 감압 처리된다.

특히, 바디(200)의 후단에서 검출되는 유체의 압력이 설정치보다 높다면, 플러그(610)가 어퍼케이지(500) 내부에서 상승되며 어퍼중심홀부(520)의 개도량(개방량)을 증가시킴으로써, 토출측 유체의 압력이 더 줄어들게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 감압밸브 200: 바디
210: 유입구 220: 유출구
230: 내부유로 300: 로어케이지
320: 플레이트 322: 하부 플레이트
324: 상부 플레이트 400: 로어압력제어부
410: 유입허용공간부 420: 전환유동안내공간부
430: 배출허용공간부 440: 충돌허용공간부
442: 가이드채널 444: 브릿지채널
450: 잔류부 500: 어퍼케이지
600: 어퍼압력제어부 610: 플러그
612: 오목홈부 620: 스템
630: 설정부 632: 입구센서
634: 출구센서 636: 액추에이터
638: 제어부 640: 시트
650: 탄성지지부재 700: 외기공급부

Claims (6)

1. 유입구와 유출구를 구비하고, 내부에서 상기 유입구와 상기 유출구를 연결하여 유체의 흐름을 허용하도록 내부유로를 갖는 바디; 상기 내부유로의 하부에 구비되고, 둘레면을 통해 내부의 로어중심홀부로 이송된 상기 유체를 상기 내부유로의 상부 방향으로 유동 안내하는 로어케이지; 상기 로어케이지의 둘레면에 복수 개가 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입되는 고압의 유체를 일차적으로 압력 조절 유도 후 상기 로어중심홀부로 유동 안내하는 로어압력제어부; 상기 내부유로에서 상기 로어케이지의 상부에 구비되고, 둘레면에 복수 개의 어퍼유동홀부를 통공하여, 상기 로어케이지를 통과한 상기 유체를 어퍼중심홀부로 유입 후 상기 어퍼유동홀부를 통해 상기 유출구로 토출 안내하는 어퍼케이지; 및 상기 유체의 압력을 이차적으로 압력 조절 유도 후 상기 유출구로 토출 안내하는 어퍼압력제어부를 포함하고,
   상기 어퍼압력제어부는, 상기 어퍼중심홀부의 내측면에 접한 채 슬라이드 이동되도록 상기 어퍼케이지에 축 삽입되어, 상기 어퍼케이지의 하부로 유입되는 상기 유체가 배출 허용하는 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 설정하는 플러그; 상기 플러그를 연결하고, 상기 바디에 축 방향으로 직선 왕복 이동 가능하게 구비되는 스템; 및 상기 플러그가 복수 개인 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 자동 설정하는 설정부를 포함하며,
   상기 로어중심홀부의 직경(d1)은 상기 어퍼중심홀부의 직경(d2)보다 크게 형성되고,
   상기 플러그는 상기 어퍼중심홀부의 내측면과의 접촉 면적을 줄이면서, 이동 방향을 따라 상기 어퍼중심홀부의 내측면에 다단 접촉을 통한 밀봉력 증대를 위해 둘레면에 오목홈부를 함몰 형성하며,
   상기 어퍼압력제어부는, 상기 스템에 구비되는 시트; 및 상기 시트에 일측이 탄성 지지되고, 상기 바디의 내측에 타측이 탄성 지지되는 탄성지지부재를 포함하고,
   상기 설정부는, 상기 유입구 측으로 유입되는 상기 유체의 압력을 검출하는 입구센서; 상기 유출구 측으로 배출되는 상기 유체의 압력을 검출하는 출구센서; 상기 스템을 축 방향으로 이동되도록 작동하는 액추에이터; 및 상기 입구센서에 의해 측정되는 상기 유체의 압력값과, 상기 출구센서에 의해 측정되는 상기 유체의 압력값을 비교하여, 압력 편차가 설정치 이내로 유지되도록, 상기 플러그를 통한 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 조절하기 위해, 상기 액추에이터를 이동 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 바디는 외기공급부를 구비하여,
   상기 입구센서에 의해 측정되는 유체의 압력값 대비 상기 출구센서에 의해 측정되는 유체의 압력값이 높을 경우, 상기 제어부는 상기 스템을 축 방향을 따라 서서히 또는 일정치만큼 하강 이동을 제어함으로써 상기 플러그가 상기 어퍼케이지의 내부에서 서서히 또는 일정치만큼 하강하게 되고, 상기 어퍼유동홀부의 개도량이 감소함에 따라, 상기 유출구로 배출되는 유체의 양이 줄어들게 되어, 상기 바디의 유체 토출측 압력이 일정 범위 내로 감소 유도하며,
   상기 스템은 상기 탄성지지부재에 의해 항상 축 방향을 따라 하강하려는 힘이 작용함에 따라, 상기 플러그가 상기 어퍼유동홀부의 개도량을 줄이는 방향으로 이동되는 응답성을 향상시키고,
   상기 외기공급부는, 상기 어퍼압력제어부의 작동 오류로 긴급 상황 발생시, 외기를 상기 바디 내부로 공급하여 상기 시트를 강제로 하강시킴으로써, 유체가 상기 어퍼케이지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 고압용 감압밸브.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 로어케이지는 상기 로어중심홀부를 각각 통공하여 일치되도록 적층한 평판 형상의 플레이트를 복수 개 적층하여 구비되고,
   상기 로어압력제어부는, 적층된 플레이트 중 상대적으로 하부에 위치한 하부 플레이트의 상측면의 외측 가장자리를 따라 비연속되게 형성되어 상기 유체를 공급받고, 외측과 상부 방향으로 개방되게 형성되는 유입허용공간부;
   상기 하부 플레이트의 상측면에 구비되고, 상기 유입허용공간부에 일대일 대응되며 설정 궤적을 따라 비연속되게 배치되고, 상부 방향으로 개방되게 형성되는 전환유동안내공간부;
   상기 하부 플레이트의 로어중심홀부의 내측 가장자리를 따라 형성되어, 상기 전환유동안내공간부를 통해 방향 전환되며 유동되는 상기 유체를 상기 로어중심홀부의 내부로 유동 안내하는 배출허용공간부; 및
   상기 유입허용공간부, 상기 전환유동안내공간부, 상기 배출허용공간부 중 적어도 두 쌍씩과 포개지도록, 적층된 플레이트 중 상대적으로 상부에 위치한 상부 플레이트의 하측면에 설정 궤적을 따라 비연속되게 배치되어, 상기 유체를 상하 방향으로 번갈아 유동 안내하면서 상호 충돌 유도하여 운동 에너지를 저감시키는 충돌허용공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압용 감압밸브.
   
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