브리더 밸브 작동원리

브리더 밸브 작동원리

부제 : 진공밸브 작동원리

브리더 밸브 개요

브리더 밸브(Breather Valve) 는 압력을 경감해주기 위한 목적의 특수 밸브로서 

저장 탱크와 같은 용기 상부에 설치하여 내부의 압력을 배출시키거나 

외부의 공기를 내부로 유입하여 탱크 내 적정 압력을 유지하는 동작을 수행합니다. 

 

다시 말해 용기 안에 지정한 운전 압력이상으로 가압이 될 경우 

내부의 압력을 외부로 배출하여 내부 압력을 떨어뜨리고 

반대로 내부에 진공압력이 형성될 경우 외부 공기를 

내부로 유입 시켜 **진공을 깨는 (Breaking) 역할을 수행합니다. 

 

이러한 일련의 활동을 Breathing(호흡) 이라 지칭하는데 

크기가 큰 저장탱크와 같은 구조물에서 사용하며 용어를 사전적으로 

정의하면 용기안의 액체 수위 변화에 의한 공간의 변화와 

온도 압력의 변화에 따른 저장탱크 내부 또는 외부에서의 

공기와 같은 가스의 반복적 이동현상으로 설명합니다.

**주사기의 피스톤역할 처럼 밀폐된 용기 안에 유체를 가득 

채워놓은 상태에서 수위를 점차 낮추면 내부 빈 공간이 많아 

지면 체적 변화에 의해 진공이 발생합니다.

진공 밸브, 보존 밸브, 진공 파괴 밸브라고도 호칭하는 이유는 

압력을 경감하기 위한 Relief valve 와 목적이 비슷하기 때문입니다. 

공정상에서 표기할 때는 PV (Pressure Vacuum Vent Valve) 로 표기하기도 합니다.

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장치류가 Breathing 을 하는 이유

 

용기의 크기가 크고 내부의 체적 볼륨량 변화가 클 경우 그리고 

 

Outdoor 설치 장치류(Tank)의 외기 온도가 낮과 밤 차이가 있을 경우 

 

용기의 Breathing 을 고려해야 합니다. 

 

이는 용기 내부의 액체 표면에 존재하는 증기압이 온도차에 

 

의해 팽창과 수축을 반복하기 때문입니다. 

 

증기압이 낮아질 경우 액체는 수축(들숨) 반대로 높아질 경우 

 

팽창(날숨)으로 설명할 수 있습니다. 

 

 

이러한 수축 팽창은 시스템 내에서 발생하는 기계적(펌핑)상황이나 

 

외기 온도의 변화에 의한 유동성 유체의 불균형으로 발생하는 것으로 정의합니다.

 

 

Breathing 은 밀폐용기(Pressure vessel) 보다 Tank 와 같은 액체를 

 

저장하는 용기에 주로 적용하는데 이유는 압력용기로 정의되는 Vessel 은 

 

높은 압력에 견딜수 있게 설계 되어있기 때문입니다. 

 

 

반면에 Tank 는 대기압(atm.) 을 기준으로 낮은 압력으로 설계되기 때문에 

 

Breathing 에 의한 수축 팽창에 취약할수 밖에 없습니다.

 

 

만약 Breathing 장치 (브리더 밸브, Vent, Etc.) 가 없을 경우 

 

액체의 수위 상승, 하강, 온도 상승으로 인한 압축, 팽창으로 

 

인해 탱크 내부의 압력은 가압되거나 수축되는 

 

현상이 반복적으로 발생하게 됩니다. 

 

 

Breathing 장치는 상부에 설치하는 것을 원칙으로 하며 

 

공정 가스의 종류에 따라 환경 규제를 따라야 한다는 점을 주의해야겠습니다. 

 

 

 

브리더 밸브 작동 방법

브리더 밸브의 구조는 간단한 과학적 원리를 이용합니다. 

대기압 통풍구와 진공 통풍구를 가지고 있으며 각 통풍구는 

Vent 및 Closed 기능을 수행하는 실링 디스크가 장착되어 있습니다. 

 

이 실린 디스크가 스프링 텐션 및 가이드를 따라 힘의 가중치(압력변화)에 따라 

상하 동작을 통해 위치가 결정됩니다.

 

 

 압력이 세지면 통풍구 실링 시트는 위로 더 많이 열리고 반대로 

진공이 세지면 진공 통풍구의 시트가 더 많이 열려서 외부와의 압력을 

유지하는 원리를 이용합니다. 

 

이로 인해 용기 안의 압력 및 진공 범위가 의도한 범위 내로 유지되는 것입니다.

Breather valve

Breather valve section view

 

브리더 밸브 작동 순서

CASE 1 : 용기안의 압력이 상승할 경우 

• 아래 그림에서처럼 빨강색으로 표기한 화살표 방향으로 내부 압력이 증가합니다. 

• 이 때 압력은 대기압 통풍구 쪽으로 힘을 가압하고 있습니다. 

• 진공 통풍구 쪽으로는 압력을 누르고 있기 때문에 열릴 수가 없습니다. 

Breather valve operation description-1

 

• 아래 그림에서처럼 내부 압력이 설계치 보다 높게 작용할 경우 실링 시트가 상부로 올라가며 내부의 압력(공기, 증기)가 외부로 배출됩니다.  실링시트 스프링<내부압력

 

• 내부 압력이 스프링 시트 텐션보다 낮아지면 실링 시트는 다시 재 위치로 복귀합니다. (Closed 상태 유지)

 

• 진공 통풍구 쪽으로는 아래 그림의 화살표 방향으로 누르고 있기 때문에 반대로 열리지 않는 상태를 유지합니다. 

Breather valve operation description-2

 

CASE 2 : 용기안에 진공압력이 올라갈 경우 

CASE 1과 반대로 용기안의 진공압력이 올라갈 경우 

 

아래 그림과 같이 실링 시트가 동작합니다.

• 대기압 통풍구는 내부로 힘이 작용하기 때문에 스프링 텐션에 의해 실링 시트가 Closed 상태를 유지합니다. 

 

• 진공 통풍구의 실링 시트는 내부 진공에 의해 상부로 들려 올려지고 외부(ATM)의 공기라 내부로 유입됩니다. 

 

• 내부 공기가 유입되어 진공이 의도한 압력 (예시 1.013bar a.) 범위 내로 들어오면 진공 통풍구의 실링 시트가 안착되어 더이상 외기 공기가 유입되지 않습니다. (Normal 상태 유지)

Breather valve operation description-3

 

내용정리

브리더 밸브는 일반적인 안전밸브와 압력을 경감시키는 것이라는 

공통적인 목적이 있지만 브리더 밸브는 압력과 진공 2가지를 

모두 경감할 수 있다는 점에서 차이가 있습니다.

 

밸브의 동작 방식은 단순하지만, 용량에 따라 크기가 다르고 셋팅 값을 

설정할 때 주의해야 한다는 점과 대기 방출 공정 가스의 

물질 특성이 가연성이거나 화염성을 갖고 있는 경우 화염을 방지할 수 있는 

추가적인 기기의 검토가 필요하다는 것을 기억해야겠습니다. 

Inside Insights였습니다.