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KR101207833B1 - 파일럿 밸브 액츄에이터 및 이를 구비하는 파일럿 작동식 안전밸브 - Google Patents

파일럿 밸브 액츄에이터 및 이를 구비하는 파일럿 작동식 안전밸브 Download PDF

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KR101207833B1
KR101207833B1 KR1020100089942A KR20100089942A KR101207833B1 KR 101207833 B1 KR101207833 B1 KR 101207833B1 KR 1020100089942 A KR1020100089942 A KR 1020100089942A KR 20100089942 A KR20100089942 A KR 20100089942A KR 101207833 B1 KR101207833 B1 KR 101207833B1
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KR
South Korea
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chamber
pilot
port
pilot valve
valve unit
Prior art date
Application number
KR1020100089942A
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Inventor
임병주
박창대
최준석
Original Assignee
한국기계연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 파일럿 작동식 안전밸브에 관한 것으로서 특히 메인 밸브 유닛과 파일럿 밸브 유닛사이의 압력 변동에 정확히 대응하여 상기 메인 밸브 유닛을 작동시키는 파일럿 밸브 액츄에이터를 포함하여 밸브개폐에 대한 정밀도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 파일럿 타입 안전밸브에 관한 것이다.

Description

파일럿 밸브 액츄에이터 및 이를 구비하는 파일럿 작동식 안전밸브{PILOT VALVE ACTUATOR AND PILOT OPERATED SAFETY VALVE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 파일럿 작동식 안전밸브에 관한 것으로서 특히 메인 밸브 유닛과 파일럿 밸브 유닛사이의 압력 변동에 정확히 대응하여 상기 메인 밸브 유닛을 작동시키는 파일럿 밸브 액츄에이터를 포함하여 밸브개폐에 대한 정밀도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 파일럿 타입 안전밸브에 관한 것이다.
안전밸브(safety valve)는 통상 압력탱크(pressure vessel) 또는 진공탱크(vacuum tank)의 상부나 연결배관에 장착되어 장치 내부의 압력을 적절히 유지시키기 위하여 사용되며, 장치 내부의 압력이 규정압(설정압) 이상 상승시 자동으로 작동하여 규정압 범위 이내의 압력 강하 후 신속히 기밀을 유지하는 역할을 한다.
도 1, 2는 종래 안전밸브의 일예를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 종래 안전밸브는 저장탱크에 장착되는 메인 밸브파트(10)와, 상기 메인 밸브파트(10)의 상부에 설치되어 메인 밸브파트의 작동을 보조하는 파일럿 밸브파트(20)로 구성되며, 파일럿 밸브파트(20)가 먼저 압력을 받아 작동하고 그 후에 메인 밸브파트(10)가 작동하게 된다.
먼저, 메인 밸브파트(10)는 저장탱크(미도시)와 연결되는 메인 유입포트(11a)와, 배출관(미도시)과 연결되는 메인 배출포트(11b)가 구비되며, 메인 유입포트(11a)와 메인 배출포트(11b) 사이에는 밸브 내부공간(11c)이 형성되는 메인 밸브하우징(11)을 갖는다.
또한, 상기 밸브 내부공간(11c)에는 메인밸브(12)가 승강가능하게 설치되며, 상기 메인 유입포트(11a) 상에는 상기 메인밸브(12)가 안착되는 메인 밸브시트(13)가 설치된다.
상기한 파일럿 밸브파트(20)는 파일럿 바디(21)와, 상기 파일럿 바디(21)에 결합되는 파일럿 밸브(22)로 구성된다.
상기 파일럿 바디(21)의 내부에는 압력챔버(21a)가 형성되며, 상기 압력챔버(21a)의 내부에는 후술될 플런저(22c)가 선택적으로 안착되는 파일럿 밸브시트(21b)가 설치되고, 상기 파일럿 밸브시트(21b) 하측의 압력챔버(21a)의 일측으로는 상기 메인 유입포트(11a)와 우회관(30)으로 연결되는 파일럿 유입포트(21dc)가 형성되며, 상기 파일럿 밸브시트(21b) 상측의 압력챔버(21a)의 다른 일측으로는 상기 메인밸브(12)의 상측과 연결관(40)으로 연결되는 파일럿 연결포트(21d)가 형성되고, 상기 파일럿 연결포트(21d)의 위쪽으로는 외부와 연통되는 파일럿 배출포트(21e)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 파일럿 밸브(22)는 파일럿 밸브 하우징(22a)과, 상기 파일럿 밸브 하우징(22a)에 내장되는 복귀스프링(22b)과, 상기 파일럿 밸브 하우징(22a)의 하측으로 상기 복귀스프링(22b)에 의해 탄력지지되게 설치되어 진퇴 동작되는 플런저(22c)와, 상기 플런저(22c)와 연동되도록 플런저의 외부에 설치되어 상기 파일럿 배출포트(21e)를 선택적으로 개폐하는 개폐마개(22d)로 구성된다.
이러한 구성의 종래 안전밸브는 메인 유입포트(11a)에 규정압 이상의 과압이 작용하게 되면, 도 1에서와 같이 과압력에 의해 메인밸브(12)가 강제적으로 상승하여 메인 유입포트(11a)와 메인 배출포트(11b)가 연통되므로 과압력은 메인 배출포트(11b)를 통해 배출된다.
아울러, 일부의 과압력은 상기 우회관(30)과 파일럿 유입포트(21c)를 통해 파일럿 바디(21) 쪽으로 진입하여 복귀스프링(22b)에 의해 하강되어 있던 플런저(22c)를 강제로 밀어올리게 되므로 우회관(30)과 압력챔버(21a)는 연통된 상태가 된다.
따라서, 우회관(30)을 통해 진입되는 과압력은 파일럿 배출포트(21e)로 일부 배출되고, 나머지 일부는 파일럿 연결포트(21d)와 연결관(40)을 통해 메인밸브(12) 쪽으로 진입된다. 하지만, 메인밸브(12) 쪽으로 진입되는 과압력은 메인 유입포트(11a)로 부터 배출되는 과압력에 비해 작은 압력이므로 메인밸브(12)는 여전히 상승된 상태를 유지하게 된다.
이러한 상태로부터, 메인 유입포트(11a)에서 유입되던 과압력이 약해지면(즉, 메인 유입포트의 압력에 정상압이 되면), 도 2에서와 같이 복귀스프링(22b)의 탄력성에 의해 플런저(22c)가 하강하게 된다.
그러면, 파일럿 배출포트(21e)는 개폐마개(22d)에 의해, 우회관(30)은 플런저(22c)에 의해 각각 차단된다. 또한, 상기 연결관(40) 내에 남아 있던 기압에 의해 메인밸브(12)가 가압됨으로써 메인밸브(12)는 도면상 하강하게 되고, 이로 인해 메인 유입포트(11a)는 메인밸브(12)에 의해 차단되는 원래의 상태로 복구되는 것이다.
그러나, 상기한 종래의 안전밸브는 메인밸브(12)의 하강동작이 연결관(40) 내의 내압에 의해 작동되도록 되어 있으나, 연결관(40) 내의 내압이 메인 유입포트(11a)의 출구압에 비해 작을 경우에는 메인밸브(12)가 완전하게 하강되지 않을 수 있어서 메인 유입포트(11a)의 기밀도에 대한 신뢰도를 장담할 수 없다는 문제점이 따른다.
또한, 메인 유입포트(11a)에 과압이 작용될 경우, 과압력에 의해 메인밸브(12)가 들어올려져야 하나, 연결관(40)의 내압력 크기에 따라서는 메인밸브(12)가 들어올려지지 않는 경우도 발생할 수 있고, 들어 올려지더라도 제때 작동되지 않고 뒤늦게 작동될 수 있어서 응답속도가 늦다는 문제점으로 제품의 신뢰도를 떨어뜨리게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 밸브 구동의 응답성을 신속히 하고 개폐의 정확도를 높임으로써 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 파일럿 타입 안전밸브를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 작동관계를 규정하는 파일럿 밸브 액츄에이터(400)로서, 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 승하강에 연동되어 승하강하는 다수개의 시트(ST)와, 상기 시트(ST)를 수용하되 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 하우징(410)을 포함하되, 상기 하우징(410)에는 상기 메인 밸브 유닛(100) 또는 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 것으로서 상기 시트(ST)의 승하강에 의해 개폐되는 포트(PT)를 더 포함하는 파일럿 밸브 액츄에이터에 일 특징이 있다.
또한, 본 발명은 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 작동관계를 규정하는 파일러 밸브 액츄에이터(400)로서,
상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상기 메인 밸브 유닛(100)에 연동되어 승하강하는 하부 시트(430)와, 상기 파일럿 밸브 유닛(200)에 연동되어 승하강하는 것으로서 상기 하부 시트(430)의 상부에 배치되는 상부 시트(420)와, 상기 하부 시트(430) 및 상부 시트(420)사이를 연결하는 시트 스템(440)과, 상기 상하부 시트(420,430) 및 시트 스템(440)을 수용하되 상기 메인 밸브 유닛(100) 또는 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 하우징(410)을 포함하되, 상기 하우징(410)은 일정한 단면을 구비하는 하우징 본체(411)와, 상기 하우징 본체(411) 내측에 빈 공간으로 형성되어 상기 상부 시트(420)가 장치되는 상부 챔버(412)와, 상기 상부 챔버(412) 하측에 형성되어 상기 하부 시트(430)가 장치되는 하부 챔버(413)와, 상기 상부 챔버(412) 및 하부 챔버(413)가 연통되는 것으로서 상기 상부 챔버(412) 및 하부 챔버(413)보다 폭이 좁은 연통 챔버(414)를 포함하며,상기 상부 챔버(412)의 일측에는 상기 상부 시트(420)의 승하강에 의해 개폐되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되어 상기 메일 밸브 유닛(100)을 오픈하는 제3상부 포트(403)가 형성되는 파일럿 밸브 액츄에이터에 또 다른 특징이 있다.
이때, 상기 상부 챔버(412)의 일측 끝단부 중 상기 연통 챔버(414)측 단부의 형상이 상기 연통 챔버(414) 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고, 상기 하부 챔버(413)의 양측 끝단부의 형상은 상기 끝단부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되며, 상기 상부 챔버(412)와 연결 챔버(414)와 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 상부 시트(420)가 밀착되는 상부 시트 접촉부(412a)가 형성되며, 상기 하부 챔버(413)와 연결 챔버(414) 및 메인 밸브 유닛(100)과 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 하부 시트(430)가 밀착되는 하부 시트 접촉부(413a)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 챔버(412)의 일 영역에는 상기 상부 시트(420)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 것으로서 상기 메일 밸브 유닛(100)에 연통되어 상기 하부 시트(430) 및 이에 연동되는 상부 시트(420)를 상승시키는 제3 상부포트(403)가 형성되고, 상기 연통 챔버(414) 일측에 형성되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되는 중부 포트(404)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 챔버(412) 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 상부 시트(420)가 하강하였을 때 한하여 개방되는 제1 상부포트(401) 및 제2 상부포트(402)를 더 포함하고, 상기 하부 챔버(413) 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 하부 시트(430)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 제1 하부포트(405)와 상기 하부 시트(430)가 하강하였을 때에 한하여 개방되는 제2 하부포트(406)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 파일럿 밸브 액츄에이터(400) 및 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)가 개입되는 메일 밸브 유닛(100) 및 파일럿 밸브 유닛(200)을 포함하는 파일럿 작동식 안전밸브로서, 상기 메인 밸브 유닛(100)은 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 하부 시트(430)에 연동되는 제1다이아프램(113)과, 상기 제1다이아프램(113)에 의해 구획되는 제1챔버(111) 및 제2챔버(112)를 포함하는 메인 챔버(110)와, 상기 제1다이아프램(113)과 연동되는 메인 밸브(120)를 포함하고, 상기 파일럿 밸브 유닛(200)은 제2다이아프램(213)에 의해 구획되는 제3챔버(211) 및 제4챔버(212)를 포함하는 파일럿 챔버(210)와, 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 상부 시트(420)와 연동되는 파일럿 밸브(230)를 포함하는 파일럿 밸브 액츄에이터를 포함한 파일럿 작동식 안전밸브에 또 다른 특징이 있다.
이때, 상기 메인 밸브(110)가 연통되는 가스유입구(1a)와 제4 챔버(212)를 연결하는 제1 파이프라인(501)과, 상기 제1 파이프라인(501)에서 분기되어 상기 중부 포트(404)측으로 연결되는 제2 파이프라인(502)과, 상기 제3 상부포트(403)와 상기 제2 챔버(112)를 연결하는 제3 파이프라인(503)과, 상기 제2 하부 포트(406)와, 제1 챔버(111)를 연결하는 제4 파이프라인(504)과, 상기 제2 상부포트(402)와 제1 챔버(111)를 연결하는 제5 파이프라인(505)을 더 포함할 수 있다.
또한, 기 파일럿 밸브(230)는 상기 제2다이아프램(213)에 연동되는 격판(231)과, 상기 격판(231)과 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 상부 시트(420)를 상호 연동되게 하는 상부 스템 축(232)과, 상기 격판(231)을 누름 가압하는 탄성 유닛(300)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 파일럿 작동식 안전밸브는 상기 파일럿 밸브 액츄에이터에 의해 밸브 구동의 응답속도와 작동의 정확도를 높임으로써 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 파일럿 타입 안전밸브의 종단면도로서, 작동상태도
도 2는 종래 파일럿 타입 안전밸브의 종단면도로서, 초기상태도
도 3은 본 발명에 따른 파일럿 작동식 안전밸브의 종단면도로서, 초기 상태도
도 4는 본 발명에 따른 파일럿 작동식 안전밸브의 종단면도로서, 작동 상태도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 보다 명확해질 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 파일럿 작동식 안전밸브로서, 가스유입구가 차단된 상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 파일럿 작동식 안전밸브로서, 가스유입구가 개방된 상태도이다.
위 도면에 따른 본 발명의 파일럿 작동식 안전밸브는 가스탱크(1)의 가스유입구(1a) 상에 설치되어 가스탱크(1)가 정상압일 때는 가스유입구(1a)를 닫고, 가스탱크(1)가 과압일 때는 가스유입구(1a)를 열어서 과압분만큼의 가스압을 배출유로(408)를 통해 배출되게 함으로써 가스탱크(1)의 폭발을 미연에 방지하기 위한 안전장치이다.
특히 본 발명은 상술한 바와 같이 파일럿 밸브 액츄에이터(400)와 이를 구비하는 파일럿 작동식 안전 밸브이다.
우선 실시예1을 통해 본 발명의 파일럿 밸브 액츄에이터(400)에 대해 설명한다.
실시예1
본 발명의 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상술한 바와 같이 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 작동관계를 규정하는 것으로서, 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 승하강에 연동되어 승하강하는 다수개의 시트(ST)와, 상기 시트(ST)를 수용하되 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 하우징(410)을 포함한다.
이때, 상기 하우징(410)에는 상기 메인 밸브 유닛(100) 또는 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 것으로서 상기 시트(ST)의 승하강에 의해 개폐되는 포트(PT)를 포함한다.
즉, 과도한 압력이 작용하는 경우 상기 시트(ST) 및 포트(PT)의 작동에 의해 메인 밸브 유닛(100)을 정확히 작동할 수 있어 종래와 달리 밸브의 신뢰성을 담보할 수 있다.
다시 말해서, 종래의 파일럿 작동식 안전밸브는 메인 밸브 파트(본 발명의 메인 밸브 유닛에 대응)와 파일럿 밸브 파트(본 발명의 파일럿 밸브 유닛에 대응)만을 포함하는 구성이다.
따라서 과도한 압력이 작용되는 경우라도 상술한 바와 같이 소정의 경우 메인 밸브의 작동이 완전하지 않아 밸브의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것으로서 과도한 압력이 작용되는 경우 메인 밸브만을 구동하는 것이 아니라 파일럿 밸브 액츄에이터 또한 구동하게 되어 상기 메인 밸브 자체가 작동하지 않는 경우라도 상기 파일럿 밸브 액츄에이터가 메인 밸브를 구동하게 하여 상기 메인 밸브를 정확하게 작동시킬 수 있는 것이다.
이러한 본 발명의 파일럿 밸브 액츄에이터(400)에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 다시 설명한다.
본 발명의 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상기 메인 밸브 유닛(100)에 연동되어 승하강하는 하부 시트(430)와, 상기 파일럿 밸브 유닛(200)에 연동되어 승하강하는 것으로서 상기 하부 시트(430)의 상부에 배치되는 상부 시트(420)와, 상기 하부 시트(430) 및 상부 시트(420)사이를 연결하는 시트 스템(440)과, 상기 상하부 시트(420,430) 및 시트 스템(440)을 수용하되 상기 메인 밸브 유닛(100) 또는 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 하우징(410)을 포함한다.
이때, 상기 하우징(410)은 일정한 단면을 구비하는 하우징 본체(411)와, 상기 하우징 본체(411) 내측에 빈 공간으로 형성되어 상기 상부 시트(420)가 장치되는 상부 챔버(412)와, 상기 상부 챔버(412) 하측에 형성되어 상기 하부 시트(430)가 장치되는 하부 챔버(413)와, 상기 상부 챔버(412) 및 하부 챔버(413)가 연통되는 것으로서 상기 상부 챔버(412) 및 하부 챔버(413)보다 폭이 좁은 연통 챔버(414)를 포함한다.
또한, 상기 상부 챔버(412)의 일측에는 상기 상부 시트(420)의 승하강에 의해 개폐되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되어 상기 메일 밸브 유닛(100)을 오픈하는 제3상부 포트(403)가 형성된다.
또한, 상기 연통 챔버(414) 일측에 형성되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되는 중부 포트(404)가 형성된다.
이러한 본 발명의 액츄에이터(400)에 의해 상기 메인 밸브 유닛(100)을 정확히 작동시킬 수 있다.
우선 도 3에 나타난 바와 같이 가스 탱크(1)의 압력이 정상 범위인 경우 상기 상부 시트(420) 및 하부 시트(430)가 도면상 하측 방향으로 움직인다.
따라서 상기 하부 시트(430)에 연동되어 있는 메인 밸브 유닛(100)의 메인 밸브(120)가 가스 유입구(1a)를 막게 된다.
특히 상기 중부 포트(412)가 연통 챔버(414)에 형성되어 있는 관계로 상기 메인 밸브 유닛(100)으로부터 상기 연통 챔버(414)로 가스가 유입된다.
이때, 상기 가스 압력은 상기 하부 시트(430)를 도면상 하측 방향으로 이동시켜 결과적으로 상기 하부 시트(430)와 연동되는 메인 밸브 유닛(100)의 메인 밸브(120)를 하측으로 이동시키게 된다.
그 결과 상기 가스 유입구(1a)를 안정적으로 막을 수 있다.
만일 상기 가스 유입구(1a) 통해 과도한 압력이 작용하는 경우 상기 상부 시트(420) 및 하부 시트(430)가 도면상 상측 방향으로 움직인다.
특히 상기 제3상부 포트(403)가 상기 메인 밸브 유닛(100)를 상승시키도록 연통되어 있어 상기 메인 밸브(120)를 도면상 상측 방향으로 보다 확실하게 이동시킬 수 있다.
다시 말해서 상기 중부 포트(404)를 통해 연통 챔버(414)측으로 유입된 가스는 상부 챔버(412)측으로 유입된 후 제3상부 포트(403)를 통해 메인 밸브 유닛(100)을 상승시키게 되어 상술한 바와 같이 상기 메인 밸브(120)를 도면상 상측 방향으로 보다 확실하게 이동시킬 수 있다.
따라서 상기 하부 시트(430)에 연동되어 있는 메인 밸브 유닛(100)의 메인 밸브(120)가 상부측으로 이동하여 가스 유입구(1a)를 오픈시키게 되므로 가스의 일부가 배출유로(408)를 통해 외부로 배출된다.
물론 상기 가스 유입구(1a) 통해 과도한 압력이 작용하는 경우 메인 밸브(120) 자체가 상부측으로 움직이게 된다.
그러나 상기 메인 밸브(120)의 주변 구성에 문제가 발생하는 경우 상기 메인 밸브(120)의 응답이 없거나 혹은 응답 속도가 늦을 수 있다.
그러나 본 발명에 의한 경우 상기 메인 밸브(120)가 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)에도 연동되어 있으므로 상기 메인 밸브(120) 주변의 구성에 문제가 있어도 상기 액츄에이터(400)에 의해 작동되므로 앞서 설명한 바와 같이 정확한 응답을 기대할 수 있다.
한편, 상기 상부 챔버(412) 및 상부 시트(420)의 일측 끝단부 중 상기 연통 챔버(414)측 방향의 형상이 상기 연통 챔버(414) 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고, 상기 하부 챔버(413) 및 하부 시트(430)의 양측 끝단부의 형상은 상기 끝단부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성하는 것도 가능하다.
이때, 상기 상부 챔버(412)와 연결 챔버(414)와 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 상부 시트(420)가 밀착되는 상부 시트 접촉부(412a)가 형성된다.
또한, 상기 하부 챔버(413)와 연결 챔버(414) 및 메인 밸브 유닛(100)과 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 하부 시트(430)가 밀착되는 하부 시트 접촉부(413a)가 형성된다.
다시 말해서 본 발명의 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 시트(ST)의 승하강에 의해 포트(PT)를 단속하게 되는데, 보다 정확한 작동을 위해 상기 시트(ST)와 하우징(410)이 밀착되도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 상부 시트(420)의 형상을 연통 챔버(414)측 방향(도면상 하측)으로 갈수록 폭이 좁도록 형상한다.
또한, 상기 상부 시트(420)와 접촉하는 상부 챔버(412)의 도면상 하측 단부의 형상 역시 폭이 좁아지도록 형상한다.
이러한 형상에 의해 상기 상부 챔버(412)와 연결 챔버(414)와 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 상부 시트(420)가 밀착되는 상부 시트 접촉부(412a)가 형성되는 것이다.
이는 상기 하부 시트(430) 및 하부 챔버(413)의 경우도 동일하다.
한편, 상기 상부 챔버(412) 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 상부 시트(420)가 하강하였을 때 한하여 개방되는 제1 상부포트(401) 및 제2 상부포트(402)를 더 포함하고, 상기 하부 챔버(413) 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 하부 시트(430)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 제1 하부포트(405)와 상기 하부 시트(430)가 하강하였을 때에 한하여 개방되는 제2 하부포트(406)를 더 포함하는 것도 가능하며 이에 대해서는 후술한다.
한편 본 실시예에서는 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)이 다이아프램을 구비하는 경우를 예시하고 있다.
그러나 상기 메인 밸브 유닛(100)은 상술한 바와 같이 가스 유입구(1a)를 단속하는 역할을 하며 상기 파일럿 밸브 유닛(200)은 상기 메인 밸브 유닛(100)을 구동하는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)이 다른 구성을 구비하는 경우라도 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다
실시예2
본 실시예에서는 앞서 설명한 본 발명의 파일럿 밸브 액츄에이터(400) 및 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)가 개입되는 메일 밸브 유닛(100)와 파일럿 밸브 유닛(200)을 포함하는 파일럿 작동식 안전밸브에 대해 설명한다.
이때, 상기 메인 밸브 유닛(100)은 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 하부 시트(430)에 연동되는 제1다이아프램(113)과, 상기 제1다이아프램(113)에 의해 구획되는 제1챔버(111) 및 제2챔버(112)를 포함하는 메인 챔버(110)와, 상기 제1다이아프램(113)과 연동되는 메인 밸브(120)를 포함한다.
또한, 상기 파일럿 밸브 유닛(200)은 제2다이아프램(213)에 의해 구획되는 제3챔버(211) 및 제4챔버(212)를 포함하는 파일럿 챔버(210)와, 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 상부 시트(420)와 연동되는 파일럿 밸브(230)를 포함한다.
다시 말해서 본 발명은 다이아프램 방식의 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200) 그리고 상술한 파일럿 밸브 액츄에이터(400)를 구비한 파일럿 작동식 안전 밸브이다.
이때, 상기 메인 밸브(110)가 연통되는 가스유입구(1a)와 제4 챔버(212)를 연결하는 제1 파이프라인(501)과, 상기 제1 파이프라인(501)에서 분기되어 상기 중부 포트(404)측으로 연결되는 제2 파이프라인(502)과, 상기 제3 상부포트(403)와 상기 제2 챔버(112)를 연결하는 제3 파이프라인(503)과, 상기 제2 하부 포트(406)와, 제1 챔버(111)를 연결하는 제4 파이프라인(504)과, 상기 제2 상부포트(402)와 제1 챔버(111)를 연결하는 제5 파이프라인(505)을 더 포함한다.
또한, 상기 파일럿 밸브(230)는 상기 제2다이아프램(213)에 연동되는 격판(231)과, 상기 격판(231)과 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 상부 시트(420)를 상호 연동되게 하는 상부 스템 축(232)과, 상기 격판(231)을 누름 가압하는 탄성 유닛(300)을 포함한다.
상기 메인챔버(110)는 상기 가스탱크(1)의 가스유입구(1a)에 설치되는 것으로서, 위아래 방향으로 제1 챔버(111)와 제2 챔버(112)가 제1 다이아프램(113)에 의해 구획되어 있다.
여기서, 상기 제1 챔버(111)에는 대기 또는 상기 가스탱크(1)로 부터 배출되는 가스가 선택적으로 유입되며, 상기 제2 챔버(112)에도 대기 또는 가스가 선택적으로 유입되나, 상기 제1 챔버(111)에 유입되는 유체와는 상반된 유체가 유입된다.
즉, 제1 챔버(111)에 대기가 유입되면 제2 챔버(112)에는 가스가 유입되고, 제1 챔버(111)에 가스가 유입되면 제2 챔버(112)에는 대기가 유입되는 것이다.
상기 제1 다이아프램(113)은 제1, 2 챔버(111,112)중 어느 한 챔버에 가스가 유입되고 다른 하나에 대기가 유입되면, 가스와 대기의 차압에 의해 저압챔버 쪽으로 자율변위된다.
상기 메인밸브(120)는 상기 제1 다이아프램(113)에 결합되어 있어서 제1 다이아프램(113)의 변위에 따라 도면상 상,하방향으로 연동된다.
이러한 메인밸브(120)는 상기 제1 다이아프램(113)에 결합되는 결합부(121)와, 상기 결합부(121)의 하부에 구비된 채 상기 메인챔버(110)의 저부를 관통하게 설치되는 스템부(122)와, 상기 스템부(122)의 하부에 구비되어 상기 가스유입구(1a)를 개폐하는 시트부(123)로 구성된다.
상기 제1 다이아프램(113)과 상기 제2 다이아프램(213)은 유연한 비금속재질로 구성되어 있다.
상기 파일럿 밸브 유닛(200)은 파일럿 챔버(210)와 파일럿 밸브(220) 그리고 탄성체(300)로 구성된다.
상기 파일럿챔버(210)는 대기가 유입되는 제3 챔버(211)와, 가스가 유입되는 제4 챔버(212)가 제2 다이아프램(213)에 의해 구획되게 구성된다.
상기 제2 다이아프램(213)과 상기 제2 다이아프램(213)에 결합되는 격판(231)은 제4 챔버(212)의 가스압력에 따라 제3 챔버(211) 쪽으로의 변위량이 결정된다.
즉, 제4 챔버(212)에 가스압력이 낮아 압축 상태의 탄성체(300) 탄성력보다 가스압력으로 인해 발생한 상승력이 작을 경우 상기 격판(231)은 변위의 가장 아래부분에 위치할 것이고, 가스압력이 높아 상기 탄성체(300)의 탄성력이 가스압력으로 발생한 상승력보다 작을 경우 상기 격판(231)은 변위의 가장 윗부분까지 상승하게 된다.
여기서 상기 격판(231)의 상하 변위한계는 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 구조적 치수에 의해 결정된다.
상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상술한 바와 같이 상기 파일럿챔버(210)의 하부에 설치된다.
이때 상기 상부 시트접촉부(412a)는 상부 시트(420)와 동일한 각도의 경사진 모양을 통해 상하방향에서 접촉함과 아울러 접촉하는 면적도 커지므로 더욱 향상된 밀폐효과를 얻을 수 있어 후술하는 각 포트의 개방 및 차단작용을 정확하게 수행할 수 있다.
또한 상기 하우징(410)과 상기 시트(ST;420,430)가 접촉하는 부분에는 패킹부재(420a,430a)가 설치되어 하우징(410)의 내부 공간과 시트(ST;420,430)사이를 밀폐하는 역할을 한다.
또한, 상기 상부챔버(412)에는 상기 상부 시트(420)가 하강하였을 때 한하여 개방되는 제1 상부포트(401)와 제2 상부포트(402) 및 상기 상부 시트(420)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 제3 상부포트(403)가 구성된다.
이 때 포트가 개방된다고 함은 단순히 포트가 막혀있지 않은 상태만을 의미하는 것이 아니라 포트를 통하여 공기의 흐름이 이루어지는 상태를 의미한다. 예를 들면 도 3의 상태에서 제3 상부포트(403)는 포트가 직접적으로 막혀 있지 않지만 공기의 흐름은 없는 상태이므로 개방상태가 아니라 차단상태이다.
상기 연통 챔버(414)에는 상시 개방된 상태인 중부포트(404)가 구성된다.
상기 하부챔버(413)에는 상기 하부 시트(430)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 제1 하부포트(405)와 상기 하부 시트(430)가 하강하였을 때에 한하여 개방되는 제2 하부포트(406)가 구성된다.
또한, 메인챔버(110)의 바닥에는 상기 하부 시트(430)가 상승하였을 때에 한하여 제1 챔버(111)와 연통되는 연결유로(407)가 구성된다.
그리고, 상기 파일럿 밸브(230)는 상기 제2 다이아프램(213)에 결합되는 격판(231)과, 상기 격판(231)의 하부에 구비된 채 상기 상부 시트(420)와 연동되는 상부스템축(232)과, 상기 격판(231)을 누름 가압하는 탄성 유닛(300)을 포함한다.
이때, 상기 파일럿 밸브(230)에 연동되는 상부 시트(420) 및 하부 시트(430)상승시에 상기 제2 하부포트(406)를 차단하고, 상부 시트(420) 및 하부 시트(430)의 하강시에는 제1 하부포트(405)를 차단하게 된다.
이때 앞서 설명한 바와 같이 상부 시트(420)의 하면과 상기 상부 챔버(412)의 하면에 있는 상부 시트 접촉부(412a) 및 상기 하부 시트(430)의 상면과 상기 하부 챔버(413) 상면에 있는 하부 시트 접촉부(413a)는 서로 경사진 면이 접촉될 수 있는 형상으로 이루어져 밀폐효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상부 시트(420)와 하부 시트몸체(430)의 외주에 씰링부재(420a, 430a)가 설치되는 경우에는 상기 씰링부재(420a, 430a)가 하우징(410)의 내면과 접촉하여 밀폐효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 연결관계는 다음과 같다.
상술된 바와 같이 상기 가스유입구(1a)와 제4 챔버(212)는 제1 파이프라인(501)에 의해 연결된다.
또한, 상기 중부포트(404)는 상기 제1 파이프라인(501)으로 부터 분기되는 제2 파이프라인(502)에 의해 연결된다.
또한, 상기 제3 상부포트(403)는 제3 파이프라인(503)에 의해 상기 제2 챔버(112)와 연결된다.
또한, 제2 하부포트(406)는 제4 파이프라인(504)에 의해 제1 챔버(111)와 연결된다.
또한, 제2 상부포트(402)는 제5 파이프라인(505)에 의해 제2 챔버(112)와 연결된다.
상기 탄성유닛(300)은 상기 파일럿챔버(210)의 내에 설치되어 상기 파일럿 밸브(230)를 누름 가압하는 것으로서, 일측은 상기 격판(231)에 결속되고, 다른 일측은 상기 파일럿챔버(210)의 상측에 결속되는 탄성체로 구성된다.
여기서, 상기 탄성유닛(300)은 파일럿 밸브(230)를 가압하는 방향으로 탄성력을 발휘하고 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 파일럿 작동형 안전밸의 개폐과정(개폐방법)을 설명한다.
먼저, 가스탱크(1)의 내압이 규정압 이내일 때는, 도 3에서와 같이 가스탱크(1)의 내압이 허용압력 이하이므로 메인밸브(120)에 의해 가스유입구(1a)를 막아야 한다.
그러기 위해서, 가스유입구(1a)와 연결되어 있는 제1 파이프라인(501)을 통해 일부의 가스를 제4 챔버(212)로 유도하고, 또한 제2 파이프라인(502)을 통해 일부의 가스를 연통 챔버(414)로 유도한다.
그러나, 이 유도된 가스압은 규정압 이하이기 때문에 탄성유닛(300)의 누름압에 비해 작다.
따라서, 탄성유닛(300)에 지지되어 있는 파일럿 밸브(230)는 하강된 상태가 된다.
반면, 상기 연통 챔버(414)로 유도된 가스는 개방된 제2 하부포트(406)와 제4 파이프라인(504)을 통해 제1 챔버(111)로 유도되고, 제2 챔버(112)에는 상부챔버(C1)의 제1 상부포트(401)와 제2 상부포트(402), 제5 파이프라인(505)을 통해 대기가 유도된다.
이때, 상기 제1 챔버(111)로 유도된 가스압은 제2 챔버(112)의 대기압에 비해 상대적으로 고압이므로 이러한 차압으로 인해 제1 다이아프램(113)과 상기 제1 다이아프램(113)에 결속된 메인밸브(120)가 하강하여 상기 가스유입구(1a)를 차단하게 되는 것이다.
한편, 상기 가스탱크(1)의 내압이 규정압 이상일 때는, 가스탱크(1)의 내압이 과압상태여서 메인밸브(120)를 열어서 과압분 만큼의 가스를 방출해야 한다.
그러기 위해서는, 가스유입구(1a)와 연결되어 있는 제1 파이프라인(501)을 통해 과압가스를 제4 챔버(212)로 유도한다.
그러면, 제4 챔버(212) 내의 압력이 커지게 되므로 탄성유닛(300)의 탄성력을 이기고 제2 다이아프램(213)이 상승하게 되고, 이에 연동하여 파일럿 밸브(230)도 함께 상승하게 된다.
이와 같이, 상기 파일럿 밸브(230)가 상승하게 되면, 하부포트(405)와 연결유로(407)가 개방되므로 이를 통해 대기가 제1 챔버(111)로 유입된다.
또한, 상기 제3 상부포트(403)도 개방되므로 제2 파이프라인(502) 및 중부 포트(404)를 통해 연통 챔버(414)로 유입된 과압가스는 제3 상부포트(403) 및 제3 파이프라인(503)을 통해 제2 챔버(112)로 최종 유입된다.
따라서, 상기 제2 챔버(112)의 내압이 상승하면서 메인밸브(120)를 들어올려줌으로써 가스유입구(1a)가 개방되며, 개방된 가스유입구를 통해 가스탱크(1) 내부의 과압가스가 배출유로(408)를 통해 배출되는 것이다.
이러한 과정을 통해 과압가스의 배출이 완료되어 상기 가스탱크(1)의 압력이 규정압 이하가 되면 앞서 설명된 가스유입구(1a)를 차단하는 초기상태로 전환된다.
위에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
1 : 가스탱크 1a : 가스유입구
100 : 메인밸브유닛 110 : 메인챔버
111 : 제1 챔버 112 : 제2챔버
113 : 제1 다이아프램 120 : 메인밸브
200 : 파일럿 밸브 유닛 210 : 파일럿챔버
211 : 제3 챔버 212 : 제4 챔버
213 : 제2 다이아프램 220 : 밸브하우징
230 : 파일럿 밸브 300 : 탄성유닛
400 : 파일럿 밸브 액츄에이터 410 : 하우징
420 : 상부 시트 430 : 하부 시트
401 : 제1 상부포트 402 : 제2 상부포트
403 : 제3 상부포트 404 : 중부포트
405 : 제2 하부포트 406 : 하부포트
407 : 연결유로
408 : 배출유로 501 : 제1 파이프라인
502 : 제2 파이프라인 503 : 제3 파이프라인
504 : 제4 파이프라인 505 : 제5 파이프라인

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 메인 밸브 유닛(100)과 파일럿 밸브 유닛(200)의 작동관계를 규정하는 파일러 밸브 액츄에이터(400)로서,
    상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)는 상기 메인 밸브 유닛(100)에 연동되어 승하강하는 하부 시트(430)와, 상기 파일럿 밸브 유닛(200)에 연동되어 승하강하는 것으로서 상기 하부 시트(430)의 상부에 배치되는 상부 시트(420)와, 상기 하부 시트(430) 및 상부 시트(420)사이를 연결하는 시트 스템(440)과, 상기 상하부 시트(420,430) 및 시트 스템(440)을 수용하되 상기 메인 밸브 유닛(100) 또는 파일럿 밸브 유닛(200)과 연통되는 하우징(410)을 포함하되,
    상기 하우징(410)은 일정한 단면을 구비하는 하우징 본체(411)와, 상기 하우징 본체(411) 내측에 빈 공간으로 형성되어 상기 상부 시트(420)가 장치되는 상부 챔버(412)와, 상기 상부 챔버(412) 하측에 형성되어 상기 하부 시트(430)가 장치되는 하부 챔버(413)와, 상기 상부 챔버(412) 및 하부 챔버(413)가 연통되는 것으로서 상기 상부 챔버(412) 및 하부 챔버(413)보다 폭이 좁은 연통 챔버(414)를 포함하며,
    상기 상부 챔버(412)의 일측에는 상기 상부 시트(420)의 승하강에 의해 개폐되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되어 상기 메인 밸브 유닛(100)을 오픈하는 제3상부 포트(403)와,
    상기 연통 챔버(414) 일측에 형성되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되는 중부 포트(404)가 형성되는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 챔버(412) 및 상부 시트(420)의 일측 끝단부 중 상기 연통 챔버(414)측 방향의 형상이 상기 연통 챔버(414) 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고,
    상기 하부 챔버(413) 및 하부 시트(430)의 양측 끝단부의 형상은 상기 끝단부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되며,
    상기 상부 챔버(412)와 연결 챔버(414)와 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 상부 시트(420)가 밀착되는 상부 시트 접촉부(412a)가 형성되며,
    상기 하부 챔버(413)와 연결 챔버(414) 및 메인 밸브 유닛(100)과 연결되는 부분에 경사지게 형성되어 상기 하부 시트(430)가 밀착되는 하부 시트 접촉부(413a)가 형성되는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제3 상부포트(403)는 상기 상부 챔버(412)의 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 상부 시트(420)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 한편 상기 메인 밸브 유닛(100)에 연통되어 상기 하부 시트(430) 및 이에 연동되는 상부 시트(420)를 이동시키고,
    상기 중부 포트(404)는 상기 연통 챔버(414) 일측에 형성되는 것으로서 상기 메인 밸브 유닛(100)과 연통되는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 챔버(412) 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 상부 시트(420)가 하강하였을 때 한하여 개방되는 제1 상부포트(401) 및 제2 상부포트(402)를 더 포함하고,
    상기 하부 챔버(413) 일 영역에 형성되는 것으로서, 상기 하부 시트(430)가 상승하였을 때에 한하여 개방되는 제1 하부포트(405)와 상기 하부 시트(430)가 하강하였을 때에 한하여 개방되는 제2 하부포트(406)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 파일럿 밸브 액츄에이터(400) 및 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)가 개입되는 메일 밸브 유닛(100) 및 파일럿 밸브 유닛(200)을 포함하는 파일럿 작동식 안전밸브로서,
    상기 메인 밸브 유닛(100)은 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 하부 시트(430)에 연동되는 제1다이아프램(113)과, 상기 제1다이아프램(113)에 의해 구획되는 제1챔버(111) 및 제2챔버(112)를 포함하는 메인 챔버(110)와, 상기 제1다이아프램(113)과 연동되는 메인 밸브(120)를 포함하고,
    상기 파일럿 밸브 유닛(200)은 제2다이아프램(213)에 의해 구획되는 제3챔버(211) 및 제4챔버(212)를 포함하는 파일럿 챔버(210)와, 상기 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 상부 시트(420)와 연동되는 파일럿 밸브(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터를 포함한 파일럿 작동식 안전밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메인 밸브(110)가 연통되는 가스유입구(1a)와 제4 챔버(212)를 연결하는 제1 파이프라인(501)과,
    상기 제1 파이프라인(501)에서 분기되어 상기 중부 포트(404)측으로 연결되는 제2 파이프라인(502)과,
    상기 제3 상부포트(403)와 상기 제2 챔버(112)를 연결하는 제3 파이프라인(503)과,
    상기 제2 하부 포트(406)와, 제1 챔버(111)를 연결하는 제4 파이프라인(504)과,
    상기 제2 상부포트(402)와 제1 챔버(111)를 연결하는 제5 파이프라인(505)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터를 포함한 파일럿 작동식 안전밸브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브(230)는 상기 제2다이아프램(213)에 연동되는 격판(231)과,
    상기 격판(231)과 파일럿 밸브 액츄에이터(400)의 상부 시트(420)를 상호 연동되게 하는 상부 스템 축(232)과,
    상기 격판(231)을 누름 가압하는 탄성 유닛(300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 밸브 액츄에이터를 포함한 파일럿 작동식 안전밸브.
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