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체크 밸브

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목차

1. 개요

체크 밸브는 유체의 역류를 방지하는 데 사용되는 밸브의 한 종류이다. 다양한 종류가 있으며, 볼 체크 밸브, 스윙 체크 밸브, 리프트 체크 밸브, 다이어프램 체크 밸브, 덕빌 밸브, 리드 밸브, 테슬라 밸브 등이 있다. 체크 밸브는 펌프, 화학 공장, 발전소, 항공기, 가정용 급수 시스템 등 다양한 분야에서 활용된다.

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체크 밸브
개요
명칭체크 밸브, 역지변
영어 명칭Check valve
일본어 명칭逆止弁 (Gyakushi ben)
글로브 체크 밸브
글로브 체크 밸브
상세 정보
기능유체의 역류를 방지
작동 방식유체의 흐름에 의해 자동 개폐
별도의 제어 불필요
설치 위치펌프의 토출측 또는 급수관
종류스윙 체크 밸브 (Swing check valve)
리프트 체크 밸브 (Lift check valve)
볼 체크 밸브 (Ball check valve)
웨이퍼 체크 밸브 (Wafer check valve)
듀얼 플레이트 체크 밸브 (Dual plate check valve)
특징구조 간단
확실한 역류 방지
다양한 유체 사용 가능
주의 사항
설치 방향밸브의 흐름 방향을 확인 후 설치
유지 보수정기적인 점검 및 청소 필요

2. 종류

체크 밸브는 유체의 흐름을 한 방향으로만 허용하고 역류를 방지하는 장치로, 다양한 종류가 있다. 주요 종류는 다음과 같다.


  • 포펫 밸브 (Poppet valve): 밸브 몸체 내 유로에 원추형 밸브 시트를 설치하고, 원추형 또는 구형 밸브체를 스프링으로 밀어붙여 흐름을 제어한다.[1]
  • 스윙 체크 밸브 (Swing check valve): 힌지나 트러니언에 디스크가 회전하여 흐름을 막거나 허용한다.
  • 웨이퍼 체크 밸브 (Wafer check valve): 얇은 판 형태의 밸브이다.
  • 리프트 체크 밸브 (Lift check valve): 입구 쪽 압력이 높아지면 디스크가 시트에서 들어 올려져 출구 쪽으로 흐름을 허용한다.
  • 볼 체크 밸브 (Ball check valve): 흐름을 차단하는 이동 부품이 볼 형태이다.
  • 풋 밸브 (Foot valve): 흡입 배관 끝에 설치되어 물의 역류를 방지한다.
  • 덕빌 밸브 (Duckbill valve): 연성 튜브를 통해 흐름이 하류로 돌출되며, 역압은 튜브를 붕괴시켜 흐름을 차단한다.
  • 리드 밸브 (Reed valve): 오리피스 플레이트를 밀봉하는 유연한 평판 시트 형태의 체크 밸브이다.
  • 스톱 체크 밸브 (Stop-check valve): 유량 방향이나 압력에 관계없이 흐름을 차단하는 오버라이드 제어 기능이 있다.
  • 공압 역지 밸브 (Pneumatic non-return valve): 양방향 흐름을 방지하는 잠금 기능이 있다.
  • 테슬라 밸브 (Tesla valve): 니콜라 테슬라가 개발한 밸브로, 가동부 없이 수류를 이용하여 흐름 방향을 제한한다.


2. 1. 볼 체크 밸브 (Ball check valve)

볼 체크 밸브는 닫는 부재, 즉 흐름을 차단하는 이동 부품이 볼인 체크 밸브이다. 일부 볼 체크 밸브에서 볼은 스프링으로 작동되어 닫힌 상태를 유지한다. 스프링이 없는 설계의 경우 볼을 시트 쪽으로 이동시키고 밀봉을 생성하려면 역방향 흐름이 필요하다. 볼 체크 밸브의 주 시트의 내부 표면은 대략 원뿔형으로 테이퍼져 있어 볼을 시트로 안내하고 역방향 흐름을 차단할 때 확실한 밀봉을 형성한다.

전방 유동을 허용하는 열린 위치의 볼 체크 밸브


역방향 유동을 차단하는 닫힌 위치의 볼 체크 밸브


볼 체크 밸브는 종종 매우 작고, 단순하며 저렴하다. 액체 또는 젤 미니 펌프 디스펜서 꼭지, 분무 장치, 공기 펌핑용 일부 고무 벌브, 수동 공기 펌프 및 기타 일부 펌프 및 리필 가능한 디스펜싱 주사기에 일반적으로 사용된다. 볼은 대부분 금속으로 만들어지지만 다른 재료로도 만들 수 있다. 일부 특수 경우에는 사파이어와 같이 내구성이 뛰어나거나 불활성인 재료로 만들어진다. 고성능 액체 크로마토그래피 펌프 및 이와 유사한 고압 응용 분야에서는 경도와 내화학성을 위해 (인공) 루비로 만든 볼과 사파이어로 만든 시트[6] 또는 루비로 만든 볼과 시트 모두가 있는 작은 입구 및 출구 볼 체크 밸브를 일반적으로 사용한다.[7] 이러한 체크 밸브는 장기간 사용하면 결국 마모되거나 시트에 균열이 생겨 교체가 필요할 수 있다. 따라서 이러한 밸브는 교체 가능하도록 만들어지며, 때로는 고압을 견딜 수 있고 펌프 헤드에 나사로 고정되는 금속 피팅 내부에 단단히 장착된 작은 플라스틱 본체에 배치된다.

볼식 체크 밸브


디스크가 볼이 아닌 포펫과 같이 다른 모양이고 스프링으로 작동되는 유사한 체크 밸브가 있다. 볼 체크 밸브는 볼이 핀 위에서 회전하여 흐름을 막거나 지시하는 제어 가능한 로터 역할을 하는 다른 유형의 밸브인 볼 밸브와 혼동해서는 안 된다.

2. 2. 스윙 체크 밸브 (Swing check valve)

스윙 체크 밸브(또는 틸팅 디스크 체크 밸브)는 힌지나 트러니언에 디스크가 회전하여 흐름을 막거나 허용하는 체크 밸브이다. 디스크는 역류를 막기 위해 시트에 닿고, 순방향 흐름을 허용하기 위해 시트에서 떨어진다. 시트 개구부 단면은 두 포트 사이 중심선에 수직이거나 각도를 이룰 수 있다. 스윙 체크 밸브는 다양한 크기로 제공된다.

스윙 체크 밸브의 개폐


스윙 체크 밸브의 흔한 문제는 워터 해머이다. 이는 밸브가 닫히고 흐름이 갑자기 멈출 때 발생하며, 압력 서지로 인해 배관과 밸브에 큰 스트레스와 진동을 유발한다. 심하면 펌프, 밸브, 파이프가 파열될 수 있다.[9]

플래퍼 밸브는 플래시 변기 메커니즘에 사용되는 밸브이다. 탱크 압력으로 닫힌 상태를 유지하다가 플래퍼를 들어 올리면 열리고, 탱크가 비워지면 중력으로 닫힌다. 소방 시스템에 쓰이는 '''클래퍼 밸브'''는 힌지형 게이트가 유입 방향으로만 열리고, 스프링으로 닫힘을 유지한다. 역류 방지 밸브는 하수도 역류로 인한 침수를 방지하며, 합병된 하수도 시스템과 빗물 배수 시스템에서 폭우, 해빙, 홍수 시 발생 위험이 있다.

2. 2. 1. 버터플라이 체크 밸브 (Butterfly check valve)

물 펌프용 대형 버터플라이 체크 밸브


버터플라이 체크 밸브는 스윙 체크 밸브의 변형으로, 역류를 방지하기 위해 체크 밸브 역할을 하는 두 개의 경첩식 플랩(flap)이 있다. 유량 조절에 사용되며 단방향 흐름 기능이 없는 유사한 이름의 버터플라이 밸브와 혼동해서는 안 된다.

2. 3. 리프트 체크 밸브 (Lift check valve)

리프트 체크 밸브는 입구 쪽 유체의 압력이 높아지면 디스크(또는 "리프트")가 시트에서 들어 올려져 출구 쪽으로 흐름을 허용하는 체크 밸브이다. 디스크의 움직임은 가이드에 의해 수직으로 유지되므로, 밸브는 나중에 제대로 다시 시트될 수 있다. 압력이 더 이상 높지 않으면 중력이나 더 높은 하류 압력으로 인해 디스크가 시트로 낮아져 밸브를 닫아 역류를 막는다.

2. 3. 1. 인라인 체크 밸브 (In-line check valve)

인라인 체크 밸브는 리프트 체크 밸브와 유사한 구조를 가진다. 그러나 이 밸브는 밸브의 상류 측에 압력이 가해지면 '들어올려지는' 스프링을 가지고 있다는 점이 다르다. 밸브 상류 측에서 스프링 장력을 극복하기 위해 필요한 압력을 '균열 압력'이라고 한다. 밸브를 통과하는 압력이 균열 압력 아래로 떨어지면 스프링이 밸브를 닫아 공정에서 역류를 방지한다.[10]

2. 4. 다이어프램 체크 밸브 (Diaphragm check valve)

다이어프램 체크 밸브는 평상시 닫힌 밸브를 생성하도록 배치된 유연한 고무 다이어프램을 사용한다. 체크 밸브가 열려 유체가 흐르도록 하려면, 상류 측의 압력이 압력 차이로 알려진 일정량 이상으로 하류 측의 압력보다 커야 한다. 압력이 양(+)의 값을 띠는 것을 멈추면 다이어프램은 자동으로 원래의 닫힌 위치로 다시 구부러진다.[8] 이 유형은 호흡기(안면 마스크)의 배기 밸브에 사용된다.

2. 5. 덕빌 밸브 (Duckbill valve)

덕빌 밸브는 연성 튜브를 통해 흐름이 하류 측으로 돌출되는 체크 밸브이다. 역압은 이 튜브를 붕괴시켜 흐름을 차단한다.

2. 6. 풋 밸브 (Foot valve)

풋 밸브는 흡입 배관 끝에 설치되어 물의 역류를 방지하는 체크 밸브의 한 종류이다.

2. 7. 포펫 밸브 (Poppet valve)

포펫 방식은 밸브 몸체 내의 유로(流路)에 원추형 밸브 시트를 설치하고, 이 밸브 시트에 대하여 원추형 또는 구형(球形) 밸브체를 스프링으로 밀어붙여 유체의 흐름을 막거나 통하게 하는 형식이다.[1]

2. 8. 리드 밸브 (Reed valve)

리드 밸브는 오리피스 플레이트를 밀봉하는 유연한 평판 시트 형태의 체크 밸브이다. 작동 압력이 매우 낮고, 움직이는 부분의 질량이 작아 빠르게 작동하며, 유동 저항이 보통이고, 역압이 가해지면 밀봉이 향상된다. 이러한 밸브는 2행정 내연 기관의 크랭크 케이스 체적 공기 흡입 밸브와 공기 압축기 실린더의 흡입 및 배기 밸브에서 흔히 찾아볼 수 있다. 리드 밸브는 일반적으로 액체보다는 기체에 사용되지만, Autotrol 브랜드의 수처리 제어 밸브는 밀봉 특성을 활용하여 설계된 리드 밸브 세트로, 일부 리드를 선택적으로 열어 유로를 형성한다.[11]

2. 9. 스톱 체크 밸브 (Stop-check valve)











스톱 체크 밸브는 유량 방향이나 압력에 관계없이 흐름을 차단하기 위한 오버라이드 제어 기능이 있는 체크 밸브이다. 역류 또는 충분하지 않은 전방 압력에 반응하여 닫힐 뿐만 아니라 (일반적인 체크 밸브 동작), 외부 메커니즘에 의해 의도적으로 닫혀 전방 압력에 관계없이 어떠한 흐름도 방지할 수 있다.

2. 10. 공압 역지 밸브 (Pneumatic non-return valve)

공압 역지 밸브는 밸브를 잠글 수 있는 기능을 제공하여 양방향의 흐름을 방지한다. 이는 유해 물질이 있는 장소가 홍수로부터 보호되어야 하는 경우, 또는 용기 간 이송 중과 같이 물질이 누출되지 않도록 하는 것이 중요한 상황에서 사용될 수 있다.

2. 11. 테슬라 밸브 (Tesla valve)

니콜라 테슬라는 1916년에 유체를 위한 기만적으로 간단한 일방향 밸브인 테슬라 밸브를 발명했다. 이는 1920년에 특허를 받았다([https://pdfpiw.uspto.gov/.piw?PageNum=0&idkey=NONE&SectionNum=3&HomeUrl=&docid=1329559 미국 특허 1,329,559]).[1]

3. 기타

3. 1. 용어

균열 압력은 밸브의 입구와 출구 사이의 최소 압력 차이를 의미하며, 이 압력에서 최초로 흐름의 징후(안정적인 기포 흐름)가 발생한다. 언시팅 헤드(압력) 또는 개방 압력이라고도 한다.[2]

재밀봉 압력은 체크 밸브가 닫히는 과정에서 밸브의 입구와 출구 사이의 압력 차이를 의미하며, 이 압력에서 눈에 띄는 누출 속도가 없다. 밀봉 압력,[3] 시팅 헤드[4](압력) 또는 닫힘 압력이라고도 한다.[5]

배압은 피팅의 출구에서 입구 또는 상류 지점보다 높은 압력이다.

4. 응용 분야

미터링 펌프 및 크로마토그래피용 펌프와 같은 피스톤 구동식 및 다이어프램 펌프는 일반적으로 입구 및 출구 볼 체크 밸브를 사용한다. 볼 체크 밸브와 같이 유체의 부피를 이동시키는 많은 유사한 펌프와 같은 메커니즘은 체크 밸브를 사용한다. 증기 보일러에 물을 공급하는 급수 펌프 또는 인젝터에는 역류를 방지하기 위해 체크 밸브가 장착되어 있다.

워터 슬라이드에 물을 공급하는 펌프에도 체크 밸브가 사용된다. 슬라이드로 가는 물은 슬라이드로 가는 계단을 지지하는 타워 역할을 하는 파이프를 통해 흐른다. 슬라이드 시설이 밤에 문을 닫으면 체크 밸브가 파이프를 통한 물의 흐름을 막고, 시설이 다음 날 다시 열리면 밸브가 열리고 흐름이 다시 시작되어 슬라이드를 다시 사용할 준비가 된다.[13]

체크 밸브는 화학 공장과 발전소와 같은 많은 유체 시스템과 기타 여러 산업 공정에서 사용된다.

원자력 산업에서의 전형적인 응용 분야로는 급수 제어 시스템, 덤프 라인, 보충수, 기타 공정 시스템, N2 시스템, 모니터링 및 샘플링 시스템 등이 있다.[14] 항공기 및 항공 우주 분야에서 체크 밸브는 높은 진동, 극한의 온도 및 부식성 유체가 존재하는 곳에 사용된다. 예를 들어, 우주선 및 발사체의 반응 제어 시스템(RCS) 및 자세 제어 시스템(ACS)용 추진 연료 제어, 그리고 항공기 유압 시스템 등이 있다.[15][16]

체크 밸브는 여러 가스를 하나의 가스 흐름으로 혼합할 때도 자주 사용된다. 각 개별 가스 흐름에 체크 밸브를 설치하여 원래 공급원에서 가스가 혼합되는 것을 방지한다. 예를 들어, 연료와 산화제를 혼합해야 하는 경우, 원래 가스 실린더가 순수하게 유지되어 가연성을 유지하도록 연료와 산화제 공급원 모두에 체크 밸브를 사용한다.

2010년, 미국 항공 우주국(NASA)의 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)는 화성에서 생명체의 증거를 나타내는 액체 샘플을 교차 오염에 대한 우려 없이 장치의 개별 저장소에 저장하기 위해 간단한 체크 밸브 설계를 약간 수정했다.[17]

위생적인 식수 공급이 위생적이지 않은 시스템, 예를 들어 잔디 스프링클러, 식기 세척기 또는 세탁기에 배관될 때, 오염된 물이 가정용 급수 시스템으로 다시 유입되는 것을 방지하기 위해 역류 방지 장치라고 하는 체크 밸브가 사용된다.

일부 유형의 관개 스프링클러와 점적 관수 배출기에는 시스템을 껐을 때 라인이 배수되는 것을 방지하기 위해 작은 체크 밸브가 내장되어 있다.

가정용 난방 시스템에서 특히 태양열 설치와 함께 사용되어 수직 대류를 방지하는 체크 밸브는 중력 브레이크라고도 한다.

빗물 집수 시스템이 유틸리티 제공 업체의 주 급수 시스템에 연결될 경우, 빗물에 의한 주 급수 시스템의 오염을 방지하기 위해 하나 이상의 체크 밸브를 장착해야 할 수 있다.

유압 잭은 볼 체크 밸브를 사용하여 잭의 들어 올리는 쪽에 압력을 가한다.

체크 밸브는 장난감, 매트리스 및 보트와 같은 공기 주입식 제품에 일반적으로 사용된다. 이를 통해 지속적이거나 중단 없는 공기압 없이 물체를 팽창시킬 수 있다.

참조

[1] 서적 Valves, piping, and pipelines handbook Elsevier Advanced Technology 1999
[2] 웹사이트 NEOPERL https://www.neoperl.[...]
[3] 웹사이트 GF PVC Cone Check Valves Type 561 & 562 https://www.usplasti[...]
[4] 웹사이트 NIBCO® Chemtrol® TruUnion Ball Check Valves https://www.usplasti[...]
[5] 웹사이트 NEOPERL https://www.neoperl.[...]
[6] 간행물 Chromatography on line, from J.W. Dolan, LCGC North Am. 26(6), 532–538 (2008). http://www.chromatog[...] 2016-05-20
[7] 웹사이트 Industrial valve store>>Valves>>Check Valves, paragraph on ball check valves http://www.industria[...]
[8] 웹사이트 Norval valve performance http://www.northvale[...] Northvale Korting 2009-05-19
[9] 뉴스 Check Valves http://www.dft-valve[...] 2017-10-26
[10] 웹사이트 ValveMan Blog http://www.valveman.[...] ValveMan LLC 2012-08-01
[11] 웹사이트 Autotrol https://www.pentaira[...]
[12] 웹사이트 Flow Check Valves https://www.watts.co[...]
[13] 웹사이트 How Water Slides Work https://science.hows[...] 2001-08-31
[14] 웹사이트 Nuclear Check Valves – Excess Flow Check Valves http://www.valcor.co[...]
[15] 웹사이트 Aircraft Check Valves in Hydraulic Systems http://www.valcor.co[...]
[16] 웹사이트 Aerospace Check Valves http://www.valcor.co[...]
[17] 뉴스 Simple Check Valves for Microfluidic Devices https://ntrs.nasa.go[...] 2017-10-26
[18] 웹사이트 意匠分類定義カード (M2) https://www.jpo.go.j[...] 特許庁 2014-03-03


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