KR100390294B1

KR100390294B1 - 진공밸브

Info

Publication number: KR100390294B1
Application number: KR1019940023947A
Authority: KR
Inventors: 우시또라아끼히로; 시미즈오사무
Original assignee: 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2004-03-09
Also published as: US5575454A; JP2816524B2; EP0646740A1; DE69420099D1; KR950009036A; EP0646740B1; DE69420099T2; JPH0791564A

Abstract

입구개구부, 출구개구부, 및 밸브시트를 구비하는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 수용되어 상기 밸브시트상의 안착위치와 상기 밸브시트로부터 이격된 위치 사이를 직진 운동하는 밸브체와, 상기 밸브체를 안착위치로 가압하기 위한 수단과, 상기 가압수단에 대항하여 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 분리시키도록 공압차가 작용하는 피스톤 챔버를 구비하는 진공밸브에 있어서, 상기 케이싱은, 입구개구부에서 유입되는 가늘고 긴 이물질의 용이한 배출을 위해, 입구개구부와 출구개구부를 연결하는 유동선의 방향에 대하여 예각을 가지는 정면 벽부와, 상기 입구개구부로부터 유입된 덩어리 이물질이 밸브체와 케이싱 내벽 사이에 걸리지 않도록 밸브시트의 인접한 위치로부터 밸브축선에 대하여 거의 수직방향으로 외향 연장된 측면 벽부와 후면 벽부를 구비한다.

Description

진공밸브

본 발명은 진공밸브에 관한 것으로서, 예를 들면, 가정폐수등의 오수를 진공으로 이송시키는 진공배수시스템에 적절히 사용될 수 있는 진공밸브에 관한 것이다.

종래 중력 유동 형식(gravity flow type)의 배수시스템은 도관의 관리유지비가 고가로 되는 문제점이 있으므로, 진공배수시스템이 최근에 관심을 끌게 되었다.진공배수시스템은 일반적으로 세 부분, 즉, 진공밸브가 설치되는 오수조(soiled water basin) 또는 가옥 입구부(house inlet), 진공배수파이프, 및 진공펌프스테이션으로 구성된다.

가정오수는 중력유동에 의해 진공밸브가 설치된 오수조에 수집된다. 오수조의 수위가 소정의 수준으로 상승하면, 진공밸브 제어기구가 이를 감지하여 밸브를 열게 된다. 그리하여, 오수조에 수집된 오수는 진공배수파이프내로 흡입되게 된다. 진공밸브는 오수가 흡입된 이후에도 소정 기간동안 계속하여 개방상태를 유지하고, 이 기간동안 공기도 함께 흡입된다. 파이프내의 오수는 파이프내의 팽창공기에 의해 밀려 혼합류(mixed-phase flow)의 형태로 진공펌프스테이션으로 운반된다. 일정량의 오수가 수집탱크내에 모였을 때, 그 오수는 오수 부스터펌프(booster pump)에 의해 공공배수시스템의 배수처리설비로 보내어진다.

그러나 전술한 진공배수시스템에 사용되는 종래의 진공밸브는, 밸브체(valve body)와 밸브케이싱의 내벽면 사이의 간극이 작기 때문에, 밸브가 열리거나 닫힐 때, 덩어리 이물질(bulk foreign matter) 예를 들어, 자갈등이 그 간극에 걸리기 쉬워, 그 결과 밸브체의 이동을 방해하는 문제점이 있다. 상기 간극은 밸브체의 안내역활을 하도록 밸브체의 행정을 따라 항상 균일하므로, 밸브체가 작동할 때 그 간극내에 이물질이 걸릴 가능성은 항상 존재한다. 이물질이 간극에 걸려 밸브체가 반개방상태로 있을 경우에는, 전체시스템의 진공은 파괴되어, 진공배수시스템에 고장을 일으키게 된다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 일본 특허출원 4-336571(1992)(일본 특허공개번호 5-240373)에 개시된 바와 같은 진공밸브를 제안한 바 있다. 이 진공밸브(V)는 케이싱(31)과, 케이싱(31)내에서 경사지게 이동가능한 방식으로 배치된 밸브체(35) 및 밸브체(35)를 지지하는 밸브로드(36)를 구비한다.

상기 케이싱(31)은 저벽(31a)과 이 저벽(31a)으로부터 경사지게 연장된 측벽(31b)을 구비한다. 상기 케이싱(31)은 입구개구부(32)와 출구개구부(33)를 가진다. 상기 입구개구부와 출구개구부(32 및 33)의 축선은 수평직선을 따라 놓여 있다. 또한, 밸브시트(34)는 상기 케이싱(31)의 저부상에 형성되어 있다.

따라서, 상기 케이싱(31)은 X축선 둘레 360˚에 걸쳐 밸브시트(34)에 인접한 위치로부터 상기 밸브의 X축선에 거의 수직방향으로 외향 연장되는 케이싱 측벽(31b)을 구비한다. 이러한 구성에 의하여, 입구개구부(32)로부터 유입되는 덩어리 이물질 예를 들어, 자갈이 밸브체(35)와 케이싱 내벽 사이에 걸리는 것이 방지되게 된다. 케이싱 측벽(31b)의 팽창정도는, 밸브체(35)가 밸브 시트(34)상의 안착위치로부터 해제될 때 밸브체(35)의 외주부와 케이싱 내벽 사이의 거리가 0.8D(여기서 D는 입구개구부(32)의 구경이다) 또는 그 이상이 되도록 설정되어 있다.

전술한 배치를 갖는 진공밸브는, 0.8D 보다 크지 않은 직경을 갖는 덩어리 이물질, 예를 들어, 자갈이 밸브체(35)와 케이싱 내측벽 사이에 걸리는 것을 아주 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 그러나, 종래 진공밸브는, 제 5도에 도시된 바와 같이, 가늘고 긴 이물질(F)(elongate foreign matter) 예를 들면, 1회용 나무젓가락 등이 케이싱 내측벽들 사이에 걸리기 쉽다는 문제점이 있다. 이 문제의 원인을 규명하기 위하여, 본 출원인은 진공밸브내에 가늘고 긴 이물질을 유동시키면서 실험을 반복적으로 수행하였다. 그 결과, 일본 특허출원 4-336571(1992)에서 제안된 바 있는 개선된 케이싱에서는, 제 5도에 도시된 바와 같이, 케이싱 내벽이 입구개구부와 출구개구부를 연결하는 유동선(S)의 방향에 대하여 둔각으로 되는 정면 벽부(A)가 존재한다는 것을 알았다. 따라서, 가늘고 긴 이물질(F) 예를 들면, 1회용 나무젓가락이 이러한 부분에 접촉하게 되면, 가늘고 긴 이물질의 상부는 벽면을 따라 오수유동에 의해 밀려져 올라가게 된다. 그 결과, 그러한 이물질은 케이싱벽들 사이에 걸리게 된다.

전술한 상황을 고려하여, 본 발명의 목적은, 가늘고 긴 이물질, 예를 들면 1회용 나무젓가락등이 밸브가 작동될 때 케이싱벽들 사이에 걸리는 것을 방지함과 아울러 덩어리 이물질이 밸브체와 케이싱 내벽 사이에 걸리는 것을 방지하는 구조를 갖는 진공밸브를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 입구개구부, 출구개구부, 및 밸브시트를 구비하는 케이싱과, 상기 케이싱내에 수용되어 상기 밸브시트상의 안착위치와 상기 밸브시트로부터 이격된 위치 사이를 직선적으로 운동하는 밸브체와, 상기 밸브체를 안착위치로 가압하기 위한 수단과, 상기 가압수단에 대항하여 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 분리시키도록 공압차(air difference pressure)가 작용하는 피스톤 챔버(piston chamber)를 구비하는 진공밸브에 있어서, 상기 케이싱은, 입구개구부로부터 유입되는 가늘고 긴 이물질이 용이하게 흘러 나가도록 하기위해 입구개구부와 출구개구부를 연결하는 유동선의 방향에 대하여 예각을 가지는 정면 벽부와, 상기 입구개구부로부터 유입된 덩어리 이물질이 밸브체와 케이싱 내벽 사이에 걸리지 않도록 밸브시트의 인접한 위치로부터 밸브측에 대하여 대략 수직방향으로 외향으로 연장하는 측면 벽부와 후면 벽부를 구비하는 진공밸브를 제공한다.

본 발명의 진공밸브에서, 밸브체가 안착위치로부터 해제될 때, 밸브체의 외주연부와 케이싱 내벽 사이의 거리는 상기 밸브축선 둘레의 적어도 120˚의 범위에 걸쳐 입구개구부의 직경의 적어도 0.8배로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 예각은 바람직하게는 60˚보다 더 크지 않아야 한다.

또한, 상기 정면 벽부는, 바람직하게는 4D/3(여기서 D는 입구개구부의 구경이다)보다 더 긴 가늘고 긴 이물질이 구경 D와 동일한 구경을 갖는 흡입파이프의 내벽에 대해 최대 각도로 유입되어 그 상태를 유지한채로 정면 벽부와 접촉하는 경우에, 상기 가늘고 긴 이물질과 상기 정면 벽부가 서로 예각을 이루도록 하는 경사를 가진다.

본 발명의 상기 그리고 다른 목적들, 특징과 잇점은 본 발명의 바람직한 실시예를 실례를 들어 도시된 첨부도면과 관련하여 참조함으로써 다음의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 진공밸브의 바람직한 일실시예를 제 1도 내지 4도를 참조하여 아래에서 설명한다.

제 1도는 본 발명의 진공밸브의 단면도이고, 제 2도는 케이싱의 평면도이며, 제 3(a)도는 제 2도에서 X-B선을 따라서 취한 단면도이고, 제 3(b)도는 제 2도에서 X-C선을 따라서 취한 단면도이다. 진공밸브(V)는 전체적으로 대략 Y형 단면형상을갖는 케이싱(1)을 구비한다. 상기 진공밸브(V)는 또한 케이싱(1)내에서 경사지게 이동가능한 방식으로 설치된 밸브체(5)와, 상기 밸브체(5)를 지지하는 밸브로드(6)(valve rod)를 구비한다.

상기 케이싱(1)은 저벽(1a), 및 상기 저벽(1a)으로부터 외향 연장함과 동시에, 상방향으로 경사지게 연장하는 측벽(1b)을 구비한다. 상기 측벽(1b)은 각각, 정면, 측면, 후면 벽부(1c, 1d, 1e)를 구비한다. 상기 케이싱(1)은 수평방향으로 연장하는 입구개구부(2)와 출구개구부(3)를 갖는다. 출구개구부(3)와 인접하는 저면 벽부(1a)는 밸브시트(4)를 형성한다. 입구개구부(2)의 구경(D)과 출구개구부(3)의 구경(D)은 서로 동일하게 되어 있다.

또한, 상기 케이싱(1)은, 제 1도에 도시된 바와 같이, 케이싱 측벽(1b)의 정면 벽부(1c)가 입구개구부(2)와 출구개구부(3)를 연결하는 유동선의 방향에 대해 90˚보다 크지 않는 예각을 이루어, 상기 입구개구부(2)로부터 유입되는 가늘고 긴 이물질(F), 예를 들면, 1회용 나무젓가락은 오수유동에 의해 출구개구부(3)로 용이하게 배출할 수 있도록 구성된다.

더욱이, 제 2도, 제 3(a)도 및 제3(b)도에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱 측벽(1b)의 측면 벽부(1d)와 후면 벽부(1e)는 밸브시트(4)에 인접한 위치로부터 밸브축선(X)에 대하여 대략 수직방향으로 외향 연장하여 입구개구부(2)로 부터 유입하는 덩어리 이물질 예를 들어, 자갈이 밸브체(5)와 케이싱 측벽(1b) 사이에 걸리는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 케이싱 측벽(1b)의 팽창정도는 상기 밸브체(5)가 밸브시트(4)상의 안착위치로부터 해제되는 경우에, 제 2도에 도시된 바와 같이,밸브체(5)의 외주연부와 케이싱 내벽 사이의 거리가 입구개구측에서 대략 120˚의 각 범위(angular range)를 포함하는 원주범위에서 적어도 0.8D가 되도록 설정된다면 충분하다. 또한, 제 3(a)도 및 제 3(b)도에 도시된 바와 같이, 출구개구부(3)로부터 입구개구부(2)를 향하여 거리가 증가할 때에, 상기 케이싱 측벽(1b)의 팽창정도는 증가하는 것이 바람직하다.

또한, 입구개구부(2)와 출구개구부(3)를 연결하는 유동선(S)의 방향과 정면 벽부(1c) 사이에 형성된 예각은 60˚보다 크지 않게 설정되는 것이 바람직하다.

상기 밸브체(5)는 대략 원추형을 가지고, 상기 밸브체를 지지하는 밸브로드(6)는 경사지게 연장한다. 반면에, 피스톤 하우징(7)은 케이싱(1)의 상단부 상에 설치되어 있고, 피스톤(8)은 퍼스톤 하우징(7)내에서 왕복운동 가능하게 설치되어 있다. 상기 밸브로드(6)의 상단부는 나사산(6a)(thread)이 형성되어 있다. 상기 피스톤(8)은 플레이트(9)와 너트 사이에 고정됨으로써 밸브로드(6)의 상단부에 일체로 고정된다.

다이아후램(11)(diaphgram)은 상기 피스톤(8)과 상기 피스톤 하우징(7) 사이에 뻗어 있으므로 상기 다이아후램(11)은 두개의 챔버, 즉, 피스톤 하우징(7)내에 진공챔버(7a)와 대기챔버(7b)를 구획한다. 컨테이너형상으로 형성된 압축코일스프링(13)이 피스톤에 설치되어, 상기 밸브체(5)를 하방향으로 경사지게 가압하게 된다. 상기 밸브체(5)는 스프링(13)력에 의하여 가압되어 밸브시트(4)상에 안착하여 밀봉작용을 한다.

한편, 진공원(도시되지 않음)으로부터 진공이 진공챔버(7a)에 작용하고, 그리하여 상기 피스톤(8)이 상방향으로 경사지게 이동할 때에, 상기 밸브체(5)는 밸브로드(6)에 의하여 상방향으로 경사지게 이동한다. 따라서, 밸브체(5)는 밸브시트상의 안착위치로부터 해제되어 밸브가 열려진 상태가 된다.

전술한 바와 같이 배치된 진공밸브(V)의 작동을 제 1도, 제 4(a)도 및 제 4(b)도를 참조하여 아래에 설명한다.

진공밸브(V)의 흡입파이프(15)의 저단부와 오수조(도시되지 않음)의 저부 사이의 간극은 진공밸브(V)의 구경(D)보다 더 작게 설정되어 있다. 이러한 이유로 진공밸브(V)의 구경(D)과 거의 동일한 크기의 이물질이 흡입되어져 진공 밸브(V) 또는 흡입파이프(15)를 막는 것을 방지하게 된다. 상기 진공밸브(V)의 구경(D)과 거의 동일한 크기의 이물질은 흡입파이프(15)와 오수조의 저부 사이의 간극에 의해 차단된다. 상기 간극은 일반적으로 진공밸브(V)의 구경(D)의 0.8 내지 0.9배의 수치로 설정된다.

따라서, 상기 밸브가 개방되야 할 때, 진공원(도시되지 않음)은 진공챔버(7a)와 연통되어 있으므로, 진공챔버(7a)와 대기챔버(7b) 사이의 압력 차에 의해 상기 피스톤(8)이 상방향으로 경사지게 이동하게 된다. 결과적으로, 상기 밸브체(5)는 밸브로드(6)에 의하여 상방향으로 경사지게 움직인다. 따라서, 밸브체(5)는 밸브시트상의 안착위치로부터 해제되어, 밸브가 열리게 된다.

따라서, 오수조에 수집된 오수는 흡입파이프(15)에서 흡입되어져 진공밸브(V)를 통하여 진공배수파이프로 보내어진다. 90˚굽힘부(15a)(bend portion)가 상기 진공밸브(V)의 바로 앞에 설치되어 있으므로, 파이프내 상부 영역에서 유동속도는 저부영역에서 유동속도보다 훨씬 높으며, 그러한 것은 진공밸브의 입구 및 출구개구부(2, 3)에서 유동속도분포를 도시하는, 제 4(a)도로부터 명확해질 것이다. 따라서, 제 4(b)도에 도시된 바와같이, 굽힘부(15a)의 상부 내벽에 대하여 부딪히는 가늘고 긴 이물질(F), 예를 들면, 1회용 나무젓가락은 이물질의 상부에서 밀려진다. 그러므로,이물질(F)이 주 유동선(mainstream of flow)의 방향에 평행한 위치를 취하는 것이 용이하다. 따라서, D로부터 4D/3 범위의 길이를 갖는 가늘고 긴 이물질(F)은 입구개구부(2)로부터 출구개구부(3)로 이동하는 흐름의 주유동선내에 머물러 용이하게 외부로 배출될 수 있다.

가늘고 긴 이물질(F)이 흐름의 주유동선으로부터 벗어나, 제 1도에 도시된 바와 같이, 측벽(1b)의 정면 벽부(1c)와 접촉하게 될지라도, 상기 정면 벽부(1c)와 입구개구부와 출구개구부(2, 3)을 연결하는 유동선(S)의 방향이 서로 예각으로 배치되어 있으므로, 가늘고 긴 이물질(F)의 상부는 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 오수유동에 의해 하방향으로 밀려지게 된다. 그러므로, 가늘고 긴 이물질(F)은 주유동선내에 있게 되고, 이물질(F)이 케이싱벽들 사이에 걸릴 가능성이 없게 된다.

제 1도에 도시된 바와 같이, 4D/3 보다 가늘고 긴 이물질(F)이 입구개구부(2)의 구경(D)과 동일한 구경을 갖는 흡입파이프(15)의 내벽에 대해 가장 큰 각으로 흐르는 경우에, 이물질(F)이 그것의 자세를 유지하면서 측벽(1b)의 정면 벽부(1c)에 접촉하게 될 때에 있어서도, 상기 정면 벽부(1c)는 이물질이 예각으로 정면 벽부상에 접촉하도록 경사져 있기 때문에, 상기 이물질(F)은 밖으로 배출되도록 촉진된다.

또한, 넓은 공간이 케이싱(1)의 내측 밸브시트(4)의 근처에 형성되어 지므로, 유입되어질 수 있는 덩어리 이물질, 예를 들어, 자갈을 대비한 충분히 큰 공간이 밸브체(5)와 케이싱(1)의 저벽과 측벽(1a, 1b) 사이에 형성되어 진다. 즉, 밸브체(5)와 측면 벽부, 후면 벽부(1d, 1e) 및 저벽(1a)의 케이싱 내벽 사이의 거리는 적어도 밸브축선 둘레의 120˚범위에 걸쳐 0.8D 또는 그 이상으로 설정되어 있다. 따라서, 덩어리 이물질의 통과를 위해 필요한 영역은 밸브체(5)와 케이싱 내벽 사이에서 보장되어진다. 따라서 덩어리 이물질이 밸브체(5)와 케이싱 내벽 사이에 걸리는 것이 방지되고, 따라서 밸브체(5)의 이동이 외부 이물질의 존재에 의해 제한되는 것이 방지된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 측벽의 정면 벽부는 입구개구부와 출구개구부를 연결하는 유동선의 방향에 대해 예각으로 놓여 있다. 따라서, 가늘고 긴 이물질, 예를 들면, 1회용 나무젓가락이 케이싱 내벽과 접촉하는 경우에도, 이물질의 상부는 유체 유동에 의해 벽면을 따라 밀려지게 된다. 따라서, 이물질은 주유동내에 놓여지게 되어, 이물질이 밸브에서 걸릴 가능성이 없게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 측벽의 측면 및 후면 벽부에서 케이싱 내측벽은 밸브시트에 인접한 위치에서 밸브축선에 대하여 대략 수직방향으로 외측으로 연장한다. 따라서, 넓은 공간이 케이싱의 내측 밸브시트 근처에 형성되어 지고, 유입되는 덩어리 이물질, 예를 들어, 자갈에 대하여 충분히 큰 공간이 밸브체와 케이싱 내측 벽면 사이에 형성되어 진다. 따라서, 밸브가 개폐되는 때에 덩어리 이물질이 밸브체와 케이싱 내벽 사이에 걸리게 되는 것을 방지하게 된다. 본 발명은 서로 상반되는 가늘고 긴 이물질의 막힘을 방지하는 케이싱 형상과, 덩어리 이물질의 막힘을 방지하는 케이싱 형상을 우수하게 하나로 만든것이다. 또한, 밸브체가 외부 이물질이 밸브체와 케이싱 내벽 사이에 걸리게 되는 경우에 발생할지도 모르는 반쯤 열려진 위치로 놓여질 가능성이 없으므로, 시스템의 사용을 불가능하게 하는 전체 시스템의 진공 파괴를 방지하는 것이 가능하다.

제 1도는 본 발명에 따른 진공밸브의 일실시예를 도시하는 단면도,

제 2도는 본 발명에 따른 진공밸브에서 케이싱을, 제 1도의 화살표 X방향에서 본 평면도,

제 3(a)도는 제 2도의 X-B선을 따른 단면도,

제 3(b)도는 제 2도의 X-C선을 따른 단면도,

제 4(a)도 및 제 4(b)도는 각각 본 발명에 따른 진공밸브의 작동을 도시하는 도면,

제 5도는 종래 진공밸브의 단면도이다.

Claims

입구개구부, 출구개구부, 및 밸브시트를 구비하는 케이싱과,

상기 케이싱내에 수용되고 상기 밸브시트상의 안착위치와 상기 밸브시트로부터 이격된 위치 사이를 직진 운동하는 밸브체와,

상기 밸브체를 안착위치로 가압하기 위한 수단과,

상기 가압수단에 대항하여 상기 밸브체를 상기 밸브시트로부터 분리시키도록 공압차가 작용하는 피스톤 챔버를 구비하는 진공밸브에 있어서,

상기 케이싱은, 상기 입구개구부에서 유입되는 가늘고 긴 이물질의 용이한 배출을 위해, 상기 입구개구부와 출구개구부를 연결하는 유동선의 방향에 대하여 예각을 가지는 정면 벽부와,

상기 입구개구부로부터 유입된 덩어리 이물질이 상기 밸브체와 상기 케이싱 내벽 사이에 걸리지 않도록 상기 밸브시트의 인접한 위치로부터 상기 밸브축선에 대하여 거의 수직방향으로 외향 연장된 측면 벽부와 후면 벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
제 1항에 있어서,

상기 밸브체가 안착위치로부터 해제될 때, 상기 밸브체의 외주연부와 상기 케이싱 내벽 사이의 거리는 상기 밸브축선 둘레의 적어도 120˚의 범위에 걸쳐 상기 입구개구부의 직경의 적어도 0.8배로 되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 예각은 60˚보다 더 크지 않는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
제 1항에 있어서,

상기 정면 벽부는, 4D/3(여기서 D는 상기 입구개구부의 구경이다)보다 더 긴 가늘고 긴 이물질이 상기 구경 D와 동일한 구경을 갖는 흡입파이프의 내벽에 대해 최대 각도로 유입되어 그 상태를 유지한 채로 상기 정면 벽부와 접촉하는 경우에, 상기 가늘고 긴 이물질과 상기 정면 벽부가 서로 예각을 이루도록 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 진공밸브.