KR20230046456A - 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브 - Google Patents
가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 개폐 조작이 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브에 있어서: 주배관(10) 상에서 제1분기관(11)과 제2분기관(12)으로 연결되고, 중공부(23)에 유로 단속을 위한 밸브체(25)를 갖춘 본체(20); 상기 제1분기관(11)에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체(25)의 개방 작동을 유발하는 개방구동부재(30); 상기 제2분기관(12)에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체(25)의 폐쇄 작동을 유발하는 폐쇄구동부재(40); 및 상기 개방구동부재(30)와 상기 폐쇄구동부재(40)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 극저온 액화가스를 수송하는 과정에서 흐름의 변경 혹은 조절을 위한 완전 밀폐형 밸브를 적용하면서 외부 가열에 의하여 기상/액상 부피차로 가동되는 단순한 내부 구성으로 밀폐의 완전성을 달성하는 효과가 있다.
이에 따라, 극저온 액화가스를 수송하는 과정에서 흐름의 변경 혹은 조절을 위한 완전 밀폐형 밸브를 적용하면서 외부 가열에 의하여 기상/액상 부피차로 가동되는 단순한 내부 구성으로 밀폐의 완전성을 달성하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 배관용 밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 등에서 유체의 흐름을 통제하는 배관 시스템에 설치되는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브에 관한 것이다.
일반적인 배관 시스템의 밸브는 몸체 외부의 스위치 또는 손잡이 등을 돌려서 유체 흐름을 조절한다. 수압 밸브의 경우 손잡이를 돌리는 회전력을 축을 통하여 밸브 내부의 디스크에 전달하고, 디스크가 회전하면서 내부 통로를 개폐하며 유체의 흐름을 조절하게 된다. 밸브의 몸체는 유연한 유체 흐름을 유도하기 위하여 주로 주조에 의하여 제작된다.
그런데, 밸브 개폐 과정에서 내부 유체가 축과 밸브 바디 사이의 틈으로 새어나오지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 즉 대부분의 밸브는 내부의 유체(기체 혹은 액체)가 외부로 누출되지 않도록 기밀 혹은 수밀 구조를 갖추는데, 유체의 종류나 환경 조건에 따라 밀폐가 완전히 유지되지 않을 수도 있다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0929802호, 한국 등록특허공보 제2172696호 등이 알려져 있다.
전자는 밸브몸체의 상측에 수직 밸브축과 보닛 및 파이프커버를 각각 결합 형성하고, 핸들에 의해 회전하는 밸브축의 하단에는 밸브몸체 내의 유로를 개폐하도록 시트와 시트가이드를 나사 체결하며, 밸브축과 보닛간의 가스킷과 패킹을 통해 고압의 액화가스가 유출되는 것을 차단한다.
후자는 밸브본체부 양단의 액체가스배관 일부와 수직관체부 일부에 대해 펄라이트 진공 단열구조인 펄라이트진공단열부와 펄라이트진공단열부 양단에서부터 액체가스배관에 대해 진공 단열 구조인 진공단열부를 형성함으로써 액체가스의 기화와 밸브의 성능 저하/작동 불능을 방지한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 가스켓/패킹 또는 기밀유지부를 갖추어야 하므로 초저온 환경에서 밸브의 완전한 밀폐를 기대하기에 한계성을 드러낸다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 극저온 액화가스를 수송하는 환경에서 밸브의 기본 기능에 해당하는 개폐 방식을 중력 및 유체의 흐름을 기반으로 구성하여 외부의 직접적인 조작이 없이 밸브 내부의 구성 요소들만으로 개폐가 가능하도록 하는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 개폐 조작이 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브에 있어서: 주배관 상에서 제1분기관과 제2분기관으로 연결되고, 중공부에 유로 단속을 위한 밸브체를 갖춘 본체; 상기 제1분기관에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체의 개방 작동을 유발하는 개방구동부재; 상기 제2분기관에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체의 폐쇄 작동을 유발하는 폐쇄구동부재; 및 상기 개방구동부재와 상기 폐쇄구동부재를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 개방구동부재는 제1분기관의 액화가스를 저장하는 개방챔버, 개방챔버에서 본체로 연결되는 제1분사관, 개방챔버의 가열을 단속하는 히팅코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 폐쇄구동부재는 제2분기관의 액화가스를 저장하는 폐쇄챔버, 폐쇄챔버에서 본체로 연결되는 제2분사관, 폐쇄챔버의 가열을 단속하는 히팅코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체는 밸브체의 하단에 형성되는 힌지부, 밸브체의 측면에 형성되는 요홈부, 밸브체의 상단에 형성되는 돌기부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 마이컴부 상에 주배관의 메인압력에 대응하여 개방챔버와 폐쇄챔버의 가열로 유발되는 서브압력을 조절하는 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 극저온 액화가스를 수송하는 과정에서 흐름의 변경 혹은 조절을 위한 완전 밀폐형 밸브를 적용하면서 외부 가열에 의하여 기상/액상 부피차로 가동되는 단순한 내부 구성으로 밀폐의 완전성을 달성하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 주요 구성을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 가동 직전 상태를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 복귀 직전 상태를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 밸브의 가동 조건을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 가동 직전 상태를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 복귀 직전 상태를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 밸브의 가동 조건을 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 개폐 조작이 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브에 관하여 제안한다. 액상의 LNG가 흐르는 극저온(-196℃) 혹은 더 나아가 액화수소에 해당하는 초저온(-253℃)에서는 기밀 혹은 수밀용으로 알려진 대부분의 물질들이 제 기능을 보유할 수 없게 된다.
본 발명에 따르면 중공부(23)에 유로 단속을 위한 밸브체(25)를 갖춘 본체(20)가 주배관(10) 상에서 제1분기관(11)과 제2분기관(12)으로 연결되는 구조를 이루고 있다.
도 1을 참조하면, 본체(20)가 주배관(10), 제1분기관(11), 제2분기관(12) 상에 연결된 상태를 나타낸다. 본체(20)는 입구부(21), 출구부(22), 중공부(23)를 갖춘 몸체를 기반으로 내부에 밸브체(25)를 수용하는 구조이다. 입구부(21)와 출구부(22)는 주배관(10)에 연결된다. 제1분기관(11)과 제2분기관(12)은 주배관(10)의 입구부(21)에 인접한 상류측에서 분기된다. 밸브체(25)는 중공부(23)에 회동 가능하게 수용되고 주배관(10)으로 유동하는 액화가스를 단속한다.
이와 같이 구성되는 본체(20)는 내외부의 어느 부분에도 밀봉을 위한 패킹이나 가스켓을 배제하므로 완전한 밀폐가 가능하다.
이때, 본 발명의 본체(20)는 극저온 환경에 적합한 오스테나이트계 SUS, 고망간강 등에서 선택되는 소재로 형성한다.
또한, 본 발명에 따르면 개방구동부재(30)가 상기 제1분기관(11)에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체(25)의 개방 작동을 유발하는 구조이다. 개방구동부재(30)는 밸브체(25)를 개방측으로 회동시켜 본체(20)의 입구부(21)에서 출구부(22)로 액화가스의 유동을 허용한다. 외부의 핸들과 스템을 통한 직접적인 조작없이 개방구동부재(30)와 같은 내부 구성만으로 조작이 가능하다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 개방구동부재(30)는 제1분기관(11)의 액화가스를 저장하는 개방챔버(31), 개방챔버(31)에서 본체(20)로 연결되는 제1분사관(33), 개방챔버(31)의 가열을 단속하는 히팅코일(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 개방구동부재(30)를 구성하는 개방챔버(31), 제1분사관(33), 히팅코일(35) 등이 나타난다. 개방챔버(31)는 밀폐된 공간을 형성하면서 제1분기관(11)과 제1분사관(33) 사이에 설치된다. 개방챔버(31)의 내부에는 상박하후 형태로 단차부(32)를 갖춘다. 제1분사관(33)은 개방챔버(31)에서 발생하는 작동압력을 하류단의 노즐(37)을 통하여 밸브체(25)에 인가한다. 히팅코일(35)은 외부에서 인가되는 전원에 의하여 개방챔버(31) 내의 액화가스를 팽창시켜 작동압력을 발생한다.
또한, 본 발명에 따르면 폐쇄구동부재(40)가 상기 제2분기관(12)에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체(25)의 폐쇄 작동을 유발하는 구조이다. 폐쇄구동부재(40)는 밸브체(25)를 폐쇄측으로 회동시켜 본체(20)의 입구부(21)에서 출구부(22)로 액화가스의 유동을 구속한다. 스템과 핸들을 통한 외부의 직접적인 조작없이 폐쇄구동부재(40)와 같은 내부 구성만으로 조작이 가능하다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 폐쇄구동부재(40)는 제2분기관(12)의 액화가스를 저장하는 폐쇄챔버(41), 폐쇄챔버(41)에서 본체(20)로 연결되는 제2분사관(43), 폐쇄챔버(41)의 가열을 단속하는 히팅코일(45)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 폐쇄구동부재(40)를 구성하는 폐쇄챔버(41), 제2분사관(43), 히팅코일(45) 등이 나타난다. 폐쇄챔버(41)는 밀폐된 공간을 형성하면서 제2분기관(12)과 제2분사관(43) 사이에 설치된다. 폐쇄챔버(41)의 내부에는 상박하후 형태로 단차부(42)를 갖춘다. 제2분사관(43)은 폐쇄챔버(41)에서 발생하는 작동압력을 하류단의 노즐(37)을 통하여 밸브체(25)에 인가한다. 히팅코일(45)은 외부에서 인가되는 전원에 의하여 폐쇄챔버(41) 내의 액화가스를 팽창시켜 작동압력을 발생한다.
이때, 개방챔버(31)와 폐쇄챔버(41)의 단차부(32)(42)는 상측의 히팅코일(35)(45)에 의한 열원으로 신속한 팽창이 발생 및 전파되도록 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체(20)는 밸브체(25)의 하단에 형성되는 힌지부(26), 밸브체(25)의 측면에 형성되는 요홈부(27), 밸브체(25)의 상단에 형성되는 돌기부(28)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3에서, 밸브체(25)를 구성하는 힌지부(26), 요홈부(27), 돌기부(28) 등이 나타난다. 도 2처럼 밸브체(25)가 힌지부(26)를 중심으로 우측으로 회동된 상태에서 입구부(21)의 압력(P0)이 출구부(22)로 전달되지 않는다. 도 2의 히팅코일(35)이 가동되면 개방챔버(31)에서 팽창된 액화가스가 제1분사관(33)과 노즐(37)을 통하여 요홈부(27)로 분사된다. 도 3처럼 밸브체(25)가 힌지부(26)를 중심으로 좌측으로 회동된 상태에서 입구부(21)의 압력(P0)이 출구부(22)로 그대로 전달된다. 이후 도 3의 히팅코일(45)이 가동되면 폐쇄챔버(41)에서 팽창된 액화가스가 제2분사관(43)과 노즐(37)을 통하여 요홈부(27)로 분사된다.
이때, 밸브체(25)의 하단의 힌지부(26)는 반원통 구조 또는 피봇 구조로 형성할 수 있다. 밸브체(25)의 요홈부(27)는 노즐(37)에 대응한 위치에 형성되어 분사되는 액화가스의 압력을 작동력으로 변환한다. 밸브체(25)의 상단에는 유로 단속성을 높이도록 돌기부(28)를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 개방구동부재(30)와 상기 폐쇄구동부재(40)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조를 이루고 있다.
도 4를 참조하면, 제어수단(50)을 구성하는 마이컴부(52), 온도검출부(54), 압력검출부(56), 구동부(58) 등이 나타난다. 마이컴부(52)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 갖춘다. 온도검출부(54)는 히팅코일(35)(45)의 온도를 각각 검출하도록 설치된다. 압력검출부(56)는 주배관(10), 분기관(11)(12), 분사관(33)(43) 등의 압력을 검출하도록 설치된다. 구동부(58)는 마이크로프로세서의 신호에 의해 히팅코일(35)(45)의 전원을 단속하도록 설치된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(50)은 마이컴부(52) 상에 주배관(10)의 메인압력에 대응하여 개방챔버(31)와 폐쇄챔버(41)의 가열로 유발되는 서브압력을 조절하는 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서 개방챔버(31)의 상측 영역에 발생하는 압력 P2-1이 제1분기관(11)의 압력 P11-1과 작용하여 제1분사관(33) 측의 P3-1 및 제1분기관(11) 측의 P4-1로 형성되는 상태를 나타낸다. 제1분기관(11)의 압력 P11-1이 메인압력이면 제1분사관(33)의 압력 P3-1은 서브압력이다. 마찬가지로 도 3에서 제2분기관(12)의 압력 P12-1이 메인압력이면 제2분사관(43)의 압력 P3-2은 서브압력이다.
도 4에서 관중심 높이가 동일하다고 가정하고 유속ㆍ유량 방정식으로 간략하게 표현하면,
메인압력 영역의 유량 Q0 = A0V0 = A11-2V11-2 + A12-2V12-2
서브압력 영역의 유량 Q′ = A2-2V2-2 = A3-2V3-2 + A4-2V4-2
이는 제어수단(50)의 마이컴부(52)에 의한 제어 알고리즘으로서 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 실행된다. 초저온 액화가스를 운송하는 환경(메인압력)에 맞추어 히팅코일(35)(45)의 전원 단속을 통한 가동조건(서브압력)의 변동을 유발함을 요체로 한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 주배관
11: 제1분기관
12: 제2분기관 20: 본체
21: 입구부 22: 출구부
23: 중공부 25: 밸브체
26: 힌지부 27: 요홈부
28: 돌기부 30: 개방구동부재
31: 개방챔버 32, 42: 단차부
33: 제1분사관 35, 45: 히팅코일
37, 47: 노즐 40: 페쇄구동부재
41: 폐쇄챔버 43: 제2분사관
50: 제어수단 52: 마이컴부
54: 온도검출부 56: 압력검출부
58: 구동부
12: 제2분기관 20: 본체
21: 입구부 22: 출구부
23: 중공부 25: 밸브체
26: 힌지부 27: 요홈부
28: 돌기부 30: 개방구동부재
31: 개방챔버 32, 42: 단차부
33: 제1분사관 35, 45: 히팅코일
37, 47: 노즐 40: 페쇄구동부재
41: 폐쇄챔버 43: 제2분사관
50: 제어수단 52: 마이컴부
54: 온도검출부 56: 압력검출부
58: 구동부
Claims (5)
- 개폐 조작이 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브에 있어서:
주배관(10) 상에서 제1분기관(11)과 제2분기관(12)으로 연결되고, 중공부(23)에 유로 단속을 위한 밸브체(25)를 갖춘 본체(20);
상기 제1분기관(11)에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체(25)의 개방 작동을 유발하는 개방구동부재(30);
상기 제2분기관(12)에 연결되어 액화가스 압력변화로 밸브체(25)의 폐쇄 작동을 유발하는 폐쇄구동부재(40); 및
상기 개방구동부재(30)와 상기 폐쇄구동부재(40)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브. - 청구항 1에 있어서,
상기 개방구동부재(30)는 제1분기관(11)의 액화가스를 저장하는 개방챔버(31), 개방챔버(31)에서 본체(20)로 연결되는 제1분사관(33), 개방챔버(31)의 가열을 단속하는 히팅코일(35)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브. - 청구항 1에 있어서,
상기 폐쇄구동부재(40)는 제2분기관(12)의 액화가스를 저장하는 폐쇄챔버(41), 폐쇄챔버(41)에서 본체(20)로 연결되는 제2분사관(43), 폐쇄챔버(41)의 가열을 단속하는 히팅코일(45)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체(20)는 밸브체(25)의 하단에 형성되는 힌지부(26), 밸브체(25)의 측면에 형성되는 요홈부(27), 밸브체(25)의 상단에 형성되는 돌기부(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(50)은 마이컴부(52) 상에 주배관(10)의 메인압력에 대응하여 개방챔버(31)와 폐쇄챔버(41)의 가열로 유발되는 서브압력을 조절하는 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열로 개폐 가능한 초저온 액화가스 운송용 밀폐형 밸브.
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KR100929802B1 (ko) | 2007-12-20 | 2009-12-07 | 주식회사 에이스브이 | 고압의 극저온 액화가스용 밸브 |
KR102172696B1 (ko) | 2019-04-29 | 2020-11-02 | 최동준 | 극저온 액체가스용 밸브 |
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- 2021-09-30 KR KR1020210129472A patent/KR20230046456A/ko unknown
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