KR100430169B1 - 정압 레귤레이터 - Google Patents

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KR100430169B1
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Abstract

본 발명은 부식성이 높고 먼지발생이 없는 약액 라인에 사용할 수 있는 고정밀도의 정압 레귤레이터를 제공한다.
제 1 밸브실(9)과 액체 유입구(7)를 갖는 본체(1)와, 제 2 밸브실(10)과 유체 유출구(8)를 갖는 커버(2)와, 제 1 밸브실의 상부 주변에지에 고정된 제 1 다이아프램(3)과, 본체와 커버에 의해 협지된 제 2 다이아프램(4)과, 제 1 및 제 2 다이아프램의 중앙에 설치된 환형 접합부(15, 16)에 접합되고 축방향으로 이동가능한 슬리브(5)와, 제 1 밸브실의 바닥부에 고정되고 축방향으로 이동가능한 슬리브(5)와, 제 1 밸브실의 바닥부에 고정되고 슬리브 하단부와의 사이에 유체 제어부(20)를 형성하는 플러그(6)로 이루어지며, 본체의 내주면과 제 1 및 제 2 다이아프램으로 둘러싸인 공기실(11)을 갖고, 공기실에 연통하는 에어 공급포트(12)가 설치되며, 제 2 다이아프램(4)의 수압 면적이 제 1 다이아프램(3)의 수압 면적보다 크게 되어 있다.

Description

정압 레귤레이터{Constant pressure regulator}
종래의 정압 레귤레이터는 도 5 에 도시한 것이 일반적이다. 도 5 에서 도면부호 30 은 본체이며, 하부에는 제 1 밸브실(35)이 설치되어 있고, 측면에 제 1 밸브실(35)과 연통한 유체 유입구(37) 및 제 2 밸브실(36)과 연통한 유체 유출구(38)가 설치되어 있다. 본체(30)의 상부는 다이아프램(32)과 함께 제 2 밸브실(36)을 형성하고 있다. 도면부호 31 은 커버이며 다이아프램(32)과 함께 공기실(39)을 형성하고 있고, 상부에 공기실(39)과 연통한 에어 포트(42)를 갖고 있다. 또한, 공기실(39)에는 항상 일정한 공기압이 가해지고 있다. 다이아프램(32)의 중앙에는 로드(33)가 설치되어 있고, 상기 로드(33)의 선단에는 본체(30)의 유로(41)의 직경보다 큰 플러그(34)가 설치되어 있다.
이러한 정압 레귤레이터에서 제 2 밸브실(36)의 유체 압력은 다이아프램(32)에 가해지는 힘의 밸런싱에 의해 공기실(39)에 부여된 압력과 거의 동일하게 유지되고 있다. 일차측의 유체 압력이 증대한 경우, 이차측의 압력도 증대하고, 공기실(39)의 압력보다 유체압 쪽이 커지므로 다이아프램(32)은 상방으로 밀어올려진다. 이 때 다이아프램(32)에 부착된 로드(33) 및 플러그(34)도 다이아프램에 수반하여 상방으로 이동하고, 플러그(34)와 본체의 사이에서 형성된 제어부(40)의 개구면적이 적어지며, 제어부(40)를 통과하는 유체의 압력 손실이 커지고, 제 2 밸브실(36)에서는 다시 공기실내의 압력과 거의 동일한 압력으로까지 이차 압력이 저하한다. 한편, 일차측의 압력이 저하한 경우에는, 유체압보다 공기실내의 압력 쪽이 커지므로, 다이아프램(32)은 아래쪽으로 밀려내려가고, 상기의 경우와는 역으로 제어부(40)의 개구면적이 커지며, 유체의 압력 손실이 적어지고, 제 2 밸브실내의 유체압은 다시 공기실내의 압력과 거의 동일 압력으로까지 상승한다. 이상과 같이 하여 종래의 정압 레귤레이터에서는 일차압이 변동해도 이차압이 일정하게 유지된다.
그러나, 상기 종래의 정압 레귤레이터에서는, 유로내를 로드가 관통하는 구조로 되어 있으므로, 일차측 유체 압력의 변동이 자주 일어나는 경우나, 압력 변동이 큰 경우에는, 로드가 기울어져 압력 제어가 불안정하게 되거나, 로드와 본체가 접촉하여 마모나 먼지발생이 일어난다는 문제가 있었다. 또한, 미소 유량에 대응하기 위해서는, 유로의 직경을 작게 할 필요가 있지만, 이러한 구조에서는 유로의 직경을 작게 하면, 로드의 직경도 가늘게 해야 하며, 로드의 강도 부족, 가공·조립이 곤란하다는 문제도 있었다.
본 발명은, 일차측(상류측)의 액체 압력이 변동해도 이차측(하류측)의 유체 압력을 일정하게 유지하는 정압 레귤레이터에 관한 것으로, 특히 주로 초순수 워터 라인 및 각종 화학약액(chemical) 라인에서 적절히 사용되는 콤팩트하고 안정한 압력제어가 얻어지고 또한 먼지 발생이 적은 정압 레귤레이터에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 정압 레귤레이터의 종단면도이다.
도 2 는 도 1 에서 일차 압력이 상승한 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 3 은 제 1 및 제 2 다이아프램과 슬리브와 본체를 모두 일체로 형성한 제 2 실시형태를 도시하는 종단면도이다.
도 4 는 제 2 밸브실과 이것에 연통하는 유체유출구의 사이에 오리피스부를 설치한 제 3 실시형태를 도시하는 종단면도이다.
도 5 는 종래의 정압 레귤레이터의 종단면도이다.
도 6 은 본 발명의 정압 레귤레이터의 특성을 도시하는 그래프이다.
본 발명은 상기 종래의 정압 레귤레이터의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 부식성이 높은 약액 라인이나 먼지를 발생하지 않는 약액 라인에서도 사용할 수 있는 콤팩트하고 매우 정밀한 정압 레귤레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 구성은 내부에 제 1 밸브실, 제 1 밸브실의 상부에 설치된 단차부 및, 제 1 밸브실과 연통하는 유체 유입구를 갖는 원통형상의 본체와; 제 2 밸브실 및 제 2 밸브실에 연통하는 유체 유출구를 갖고 본체 상부에 접합되는 커버와; 주변에지에 설치된 환형 돌출부가 제 1 밸브실의 상부 주변에지에 설치된 접합부와 접합된 제 1 다이아프램과; 주변에지에 설치된 환형 돌출부가 본체와 커버에 의해 협지된 제 2 다이아프램과; 제 1 및 제 2 다이아프램의 중앙에 설치된 양 환형 접합부에 접합되고 축방향으로 이동가능하게 되어 있는 슬리브와; 제 1 밸브실의 바닥부에 고정되고 상기 슬리브의 하단부와의 사이에 유체 제어부를 형성하고 있는 플러그로 이루어지며, 또한 본체의 단차부의 내주면과 제 1 및 제 2 다이아프램에 포위된 공기실을 갖고, 제 2 다이아프램의 수압면적이 제 1 다이아프램의 수압면적보다 크게 구성되며, 상기 공기실에 연통되는 에어 공급구가 본체에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 다이아프램, 슬리브 및 본체가 일체로 형성되어 있다.
또한, 다이아프램은 통상 폴리테트라플루오로에틸렌으로 만들어진다.
또한, 제 2 챔버실과 이것에 연통한 유체 유출구의 사이에 오리피스부를 설치하고 있다.
본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 정압 레귤레이터의 종단면도이다. 도 2 는 본 발명의 정압 레귤레이터에 있어서 1차압이 상승한 상태를 도시하는 종단면도이다.
도면에서, 도면부호 1 은 원통형상의 본체이며, 측면에는 본체(1)의 내부에 설치된 제 1 밸브실(9)과 연통하고 있는 유체 유입구(7) 및 공기실(11)과 연통하고 있는 에어 공급포트(12)가 설치되어 있고, 제 1 밸브실(9)의 상부 주변에지에는 제 1 다이어프램(3)의 환형 돌출부(17)가 접합되는 접합부(환형 절결부)(13)를 갖고 있다. 또한 제 1 밸브실(9)의 상부에는 제 1 다이아프램(3) 및 제 2 다이아프램(4)과 함께 공기실(11)을 형성하는 단차부(21)가 설치되어 있다. 또한 상기 단차부(21)는 본체(1)와 반드시 일체로 형성될 필요는 없고, 원환 형상의 별도 부품으로 형성해도 무방하다.
도면부호 2 는 커버이며, 내부에 제 2 밸브실(10)을 갖고 외주 측면에는 상기 제 2 밸브실(10)과 연통한 유출구(8)를 가지며, 본체(1)의 상단부에 볼트 등(도시않음)으로 접합되어 있다. 커버(2)의 하단부의 제 2 밸브실(10)의 주변에지부에는 제 2 다이아프램(4)의 환형 돌출부(18)가 감합되어 있는 환형 홈부(14)가 설치되어 있다.
제 1 다이아프램(3)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 만들어지고 도우넛 형상으로 형성되어 있으며, 중앙부에는 환형 접합부(15)가 설치되고, 또한 외주연부에는 단면 사각형상의 환형 돌출부(17)가 설치되어 있다. 제 1 다이아프램(3)의 환형 접합부(15)의 내주면에는 원통형 슬리브(5)가 나선형으로 부착되어 있고, 한편, 환형 돌출부(17)는 본체(1)의 내부에 설치된 접합부(13)에 접합되어 있다.
제 2 다이아프램(4)도 PTFE로 만들어지고, 상기 제 1 다이아프램(3)과 마찬가지로 중앙부에는 환형 접합부(16)가 설치되고, 외주 연부에는 단면사각형상의 환형 돌출부(18)가 설치되어 있다. 환형 돌출부(18)는 커버(2)의 환형 홈부(14)에 끼워지고 또한 커버(2)를 본체(1)의 상단면에 접합시키므로써 본체(1)와 커버(2)에 의해 협지되어 있다. 또한, 제 2 다이아프램(4)의 수압 면적은 상기 제 1 다이아프램(3)보다 충분히 커지도록 설계되어 있다.
원통형 슬리브(5)의 외주면에는 나선결합부(19)가 설치되어 있고, 상기 나선결합부(19)가 상기 제 1 및 제 2 다이아프램(3, 4)의 환형 접합부(15, 16)와 나사결합되므로써, 양 다이아프램을 일체화하고, 또한 축방향으로 이동가능하게 유지되어 있다. 또한, 슬리브(5)의 내부는 유체 유로로 되어 있다.
도면부호 6 은 플러그이며, 제 1 밸브실(9)의 바닥부에 나사부착등에 의해 고정되어 있다. 플러그(6)의 선단은, 슬리브(5)의 하단면과의 사이에서 유체 제어부(20)를 형성하고 있으며, 슬리브(5)의 상하 운동에 수반하여 유체 제어부(20)의 개구 면적이 변화하고, 제 2 밸브실(10) 내부의 압력 즉, 이차압력을 일정하게 유지하도록 설계되어 있다.
공기실(11)은 본체(1)의 단차부(21)와, 제 1 및 제 2 다이아프램(3, 4)의 3자로 둘러싸여 형성되어 있다. 공기실(11)의 내부에는 상기 에어 공급포트(12)로부터 압축 공기 또는 불활성 가스 등이 도입되고, 항상 일정한 압력으로 유지되어 있다.
이상의 설명으로부터 알수 있듯이, 슬리브(5)로 일체화된 제 1, 제 2 다이아프램(3, 4)은 본체(1)에 설치된 단차부(21)와 커버(2)에 설치된 제 2 밸브실(10)로 둘러싸인 공간에 배치되며, 또한 그것에 의해 공기실(11)이 형성된 구조로 되어 있다.
또한, 본체 등의 재질은 PTFE, PFA 등의 불소 수지가 통상 사용되지만, 폴리 염화비닐, 폴리프로필렌 등의 그 밖의 플라스틱 혹은 금속이어도 좋고 특별히 한정되지 않는다. 또한, 제 1 및 제 2 다이아프램의 재질은 PTFE 등의 불소 수지가 통상적으로 사용되지만, 고무 및 금속이어도 좋고 특별히 한정되지 않는다.
다음에 본 실시형태의 정압 레귤레이터의 작동에 대해 설명한다.
도 1 의 상태에서, 제 1 다이아프램(3)은 제 1 밸브실(9) 내부의 압력 즉 일차압력에 의한 상향 힘과, 공기실(11) 내부의 압력에 의한 하향 힘을 받고 있다. 한편, 제 2 다이아프램(4)은 제 2 밸브실(10) 내부의 압력 즉 2차 압력에 의한 하향 힘과, 공기실(11) 내부의 압력에 의한 상향 힘을 받고 있으며, 이들 네개의 힘의 밸런싱에 의해 제 1 및 제 2 다이아프램(3, 4)과 접합되어 있는 슬리브(5)의 위치가 결정되어 있다. 슬리브(5)는 플러그(6)와의 사이에 유체 제어부(20)를 형성하고 있고, 그 면적에 의해 2차측의 유체 압력을 제어하고 있다.
이 상태에서 일차측의 압력이 상승한 경우, 일시적으로 이차측의 압력 및 유량도 증대한다. 이 때 유체 압력에 의해 제 1 다이아프램(3)에는 상향 힘이, 제 2 다이아프램(4)에는 하향 힘이 작용하지만, 제 3 다이아프램(4)의 수압 면적은 제 1 다이아프램(3)에 비해 충분히 크게 설계되어 있으므로, 하향 힘의 쪽이 커지며, 결과로서 슬리브(5)를 하방으로 내리누르게 된다(도 2 의 상태). 이로 인해, 유체 제어부(20)의 개구 면적은 감소하고, 2차측의 유체 압력은 순식간에 본래의 압력까지 저하하며, 다시 공기실(11)의 내압과 유체압에 의한 힘의 밸런싱이 유지된다. 통상, 본 발명의 정압 레귤레이터의 하류측에는, 도시하지 않은 고정 교축부 또는 밸브가 설치되어 있다. 고정 교축부 또는 밸브의 하류측을 대기 개방으로 해두면, 고정 교축부 또는 밸브 전후의 압력차는 항상 일정하게 유지되게 되며, 고정 교축부 또는 밸브의 유량 계수에 걸맞는 유량이 항상 유지되게 된다.
한편, 도 2 의 상태에서 일차측의 압력이 저하한 경우, 일시적으로 이차측의 압력 및 유량도 저하한다. 이 때 제 1 및 제 2 다이아프램(3, 4)에는 공기실(11)의 내압에 의해 각각 하향 및 상향의 힘이 걸리지만, 이 경우에도 수압 면적은 제2 다이아프램(4)의 쪽이 크므로, 상향 힘의 쪽이 우세하게 되고, 슬리브(5)의 위치를 상방으로 밀어올리게 된다. 이로 인해, 유체 제어부(20)의 개구면적은 증대하고(도 1 의 상태), 이차측의 유체 압력은 순식간에 본래의 압력까지 상승하며, 다시 공기실(11)의 내압과 유체압에 의한 힘 평형이 유지되고, 본래의 유량도 유지된다.
이상과 같이 일차압력이 증감해도, 순식간에 슬리브(5)의 위치가 변화하여, 항상 이차측 압력이 일정하게 유지되고, 따라서 설정된 유량을 얻을 수 있다.
또한, 공기실(11)의 내부 압력을 변경하면, 이차 압력은 그것에 대응한 값으로 유지되므로, 하류측에 설치된 고정 교축부 또는 밸브에 변경이 없으면, 설정 유량을 변경할 수 있다.
다음으로 본 발명에서의 정압 레귤레이터의 특성에 대해 설명한다.
도 6 은 본 발명의 정압 레귤레이터의 하류측에 고정 교축부(오리피스 직경 2 mm)를 설치하고, 레귤레이터의 일차측 압력을 변화시킬때, 이차측 압력이 어떻게 변화하는지를 측정한 결과를 도시하고 있다. 도면에서 실선 및 파선으로 공기실 내의 압력을 각각 0.04 MPa 및 0.08 MPa 로 한 경우를 도시하고 있다. 어느 경우도 일차압이 상승해도, 이차 압력은 공기실 내의 압력과 거의 동일하고 일정하게 되어 있다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태를 도시한 종단면도이다. 상기 제 1 실시형태와 다른 점은 제 1 및 제 2 다이아프램과 슬리브와 본체를 모두 일체로 형성하고 있는 점이다. 여기서, 공기실을 형성하고 있는 본체의 단차부(21)는 본체와는별도의 부품으로 하고 있다. 밸브의 작동에 대해서는 상기와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시형태를 도시한 종단면도이다. 상기 제 1 실시형태와 다른 점은 제 2 밸브실(10)과 그것에 연통한 유체 유출구(8)의 사이에 오리피스부(22)를 설치하는 점이다. 오리피스부(22)의 하류측을 대기 개방으로 해두면, 일차측의 압력이 변동해도 오리피스부 전후의 압력차는 항상 일정하게 유지되므로, 오리피스부(22)를 통과하는 유량은 일정해지며, 정유량 밸브로서 사용할 수 있다. 밸브의 작동에 대해서는 상기와 동일하므로 설명은 생략한다.
본 발명의 정압 레귤레이터는 이상 설명한 바와 같은 구조를 하고 있고, 이것을 사용하는 것에 의해 이하의 우수한 효과가 얻어진다.
(1) 종래품과 같은 로드부가 없으므로, 동작중의 로드의 기울어짐에 의한 제어 불량이 없고, 안정한 압력 제어가 얻어진다.
(2) 액체와 접촉하는 부재는 모두 PTFE 등의 내약품성이 우수한 재질을 사용할 수 있으므로, 그 경우는 불순물의 용출이나 약액의 오염이 극히 적다.
(3) 로드부가 없으므로, 마모·먼지발생이 없고, 콤팩트한 제품이라도 충분한 부품 강도가 얻어지므로 미소 유량에도 대응할 수 있으며, 또한 가공·조립도 용이하다.

Claims (4)

  1. 내부에 제 1 밸브실, 제 1 밸브실의 상부에 설치된 단차부, 및 제 1 밸브실과 연통하는 유체 유입구를 갖는 원통형상의 본체와;
    제 2 밸브실, 및 제 2 밸브실에 연통하는 유체 유출구를 갖고 본체 상부에 접합되는 커버와;
    주변에지에 설치된 환형 돌출부가 제 1 밸브실의 상부 주변에지에 설치된 접합부와 접합된 제 1 다이아프램과;
    주변에지에 설치된 환형 돌출부가 본체와 커버에 의해 협지된 제 2 다이아프램과;
    제 1 및 제 2 다이아프램의 중앙에 설치된 양 환형 접합부에 접합되고 축방향으로 이동가능하게 되어 있는 슬리브와;
    제 1 밸브실의 바닥부에 고정되고 상기 슬리브의 하단부와의 사이에 유체 제어부를 형성하고 있는 플러그로 이루어지며,
    본체의 단차부의 내주면과 제 1 및 제 2 다이아프램에 포위된 공기실을 갖고,
    제 2 다이아프램의 수압면적이 제 1 다이아프램의 수압면적보다 크게 구성되며, 상기 공기실에 연통되는 에어 공급 포트가 본체에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 레귤레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 다이아프램, 슬리브, 및 본체는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정압 레귤레이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다이아프램의 재질이 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 하는 정압 레귤레이터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 밸브실과 이에 연통된 유체 유출구의 사이에 오리피스부를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 정압 레귤레이터.
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