KR101030754B1

KR101030754B1 - 휴대형 산소공급용기의 밸브장치

Info

Publication number: KR101030754B1
Application number: KR1020100113849A
Authority: KR
Inventors: 한기원
Original assignee: 한기원
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-04-28

Abstract

본 발명은 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 관한 것이다. 그 구성은; 상부실(11)과 하부실(13)이 분리되어 구비되는 밸브본체(5); 밸브본체(5)에 끼워지는 것으로서 니들부(21, needle portion)와 헤드부(23, head portion)로 구성되는 니들밸브(19); 상기 니들밸브의 헤드부(23)의 상부에 위치하는 패킹부재(25) 및 밸브작동부(31)를 포함하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 있어서; 상기 하부실(13)의 상부 내측벽으로부터 돌출 형성됨으로써 상기 니들밸브(19)의 헤드부(23)가 상기 패킹부재(25)를 압착되는 정도를 제한하도록 하는 걸림턱(39)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대형 산소공급용기의 밸브장치{Valve Apparatus For Portable Bottle Charged With Oxygen}

본 발명은 휴대형 산소공급용기의 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대하면서 산소를 흡입할 수 있게 하는 것으로서 사용상 안전성이 향상되고 불량을 최소화한 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 관한 것이다.

공해문제가 날로 심각해지고 있는 현대인의 생활에서 산소의 중요성은 매우 크다. 특히 밀폐되거나 자연환경과 멀리 떨어진 장소에서 생활의 대부분을 보내게 될 경우에 산소의 부족은 신체의 피로를 가중시키고 업무능률을 저하시키며 각종 질병을 야기하기도 한다. 이러한 이유로 건물 내부에 고정 설치할 수 있는 산소발생장치가 제공되기도 하며, 나아가 휴대하고 다니다가 필요시에 간단히 산소를 흡입할 수 있도록 하는 산소제품도 보급되고 있다. 산소제품은 등산, 마라톤 등의 스포츠 활동에도 사용되고 응급한 상황에서 구호용으로도 사용된다.

산소제품은 특히 많은 양의 산소를 제공하기 위해 고압으로 충전되어 있는 압력용기의 형태로 제공되는데 그 예가 실용신안등록 제20-0396709호(이하, '종래기술'이라 함)에 개시되어 있다.

종래기술은 적은 힘으로써 압력용기의 밸브를 개폐할 수 있게 하여 어린이 내지 노약자도 쉽게 사용할 수 있게 하는 것을 내용으로 한다. 본 발명은 위 종래기술이 가지는 문제점을 혁신적으로 개선한 것과 관련이 있다. 종래기술의 원리와 문제점을 도 1의 단면도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

밸브본체(100)의 아래 방향에서 패킹부재(102)와 니들밸브(104)가 차례로 끼워지고 니들밸브(104)의 저면에는 스프링(106)이 지지된다. 스프링(106)은 너트(108)로써 고정되며, 용기본체(110)의 높은 압력(예를 들어 100 kgf/㎠ 이상)은 니들밸브(104)에 전달된다. 버튼(112)을 누르면 레버(114)가 지레처럼 작용하여 스프링(106)의 탄성력을 이기고 니들밸브(104)를 아래로 누름으로써 용기의 압력이 니들노즐(116)을 통해 분사노즐(118)로 분출된다.

여기서 패킹부재(102)는 용기본체(110)로부터 매우 강한 압력을 받게 되며 이 압력에 의해 형태가 변형되게 된다. 그런데 패킹부재(102)가 압력 변화에 따라 좁은 공간에서 변형되는 형태는 여러 가지 요인에 의해 각양각색으로 나타나게 된다. 즉, 예상하지 못한 방향으로 찌그러져 산소를 불안정하게 분출시키거나, 니들노즐(116)로 끼어듦으로써 니들밸브(104)의 동작을 방해하고 나아가 니들노즐(116)을 폐색시키거나, 좁은 틈에 부분적으로 끼어서 찢겨짐으로써 제기능을 발휘할 수 없게 되는 등의 문제가 있었다. 따라서 제품을 조립하고 테스트하는 과정에서 20 ~ 30%의 불량률이 발생하였다. 상기한 정도의 불량률은 제조자측 입장에서는 치명적이므로 적절한 대응이 절실하다.

이러한 문제는 산소공급용기가 길이 100 ~ 150mm, 직경 20 ~ 40mm 정도로 작고 따라서 고압에 견딜 수 있는 구조의 설계가 어렵다는 것에서 기인한다고 볼 수 있다.

실용신안등록 제20-0396709호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 휴대형 산소공급용기의 밸브장치의 구조를 개선함으로써 제품의 불량률을 최대한으로 낮춤으로써 제품 신뢰도를 높이는 것에 있다. 보다 구체적으로는 패킹부재로 하여금 밸브 내부에서 안정적으로 위치된 상태에서 기능을 발휘할 수 있도록 하는 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은; 기체 상태의 산소가 고압으로 충전되는 용기본체에 결합되며 필요시 산소를 인출하여 사용할 수 있게 하는 것으로서, 상기 용기본체의 내부압력에 의해 밸브로 하여금 기밀을 유지하는 패킹부재를 더욱 가압함으로써, 상기 패킹부재가 산소유출로를 강력하게 폐쇄하는 구조를 가지는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 있어서;

상기 밸브가 상기 패킹부재를 압착하는 정도를 제한함으로써 상기 패킹부재가 일정량 이상 압축되지 않도록 하는 압축제한수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 산소공급용기의 밸브장치에 의해 달성된다. 본 발명의 특징에 의하면 상기 압축제한수단은 상기 밸브의 동작 경로상에 마련되는 걸림턱일 수 있다.

본 발명의 구체적 목적은; 기체 상태의 산소가 고압으로 충전되는 용기본체에 결합되며 필요시 산소를 인출하여 사용할 수 있도록 하는 것으로서,

중심에 니들공이 타공된 격판에 의해 실린더 형태의 상부실과 하부실이 분리되어 구비되고 상기 상부실의 측벽으로 분출공이 마련되며, 상기 용기와의 결합을 위해 하부에 용기결합부가 마련되는 밸브케이스; 상기 니들공에 끼워지는 니들부와 니들부의 일단에 일체로 형성되며 상기 하부실에 위치하는 헤드부로 구성되는 니들밸브; 상기 하부실 상벽과 상기 니들밸브의 헤드부 사이에 위치하는 패킹부재; 일측은 상기 헤드부의 저면을 지지하고 타측은 상기 밸브케이스의 하부에 나사결합되며 중심에 세로방향으로 관통홀이 마련되는 스프링지지너트에 지지되는 스프링부재; 상기 니들공에 끼워져 상부실을 향해 돌출되는 니들부를 누름으로써 니들공을 통해 산소가 분출되도록 하기 위해 상기 밸브케이스의 상부에 설치되는 밸브작동부를 포함하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 있어서;

상기 하부실의 상부 내측벽으로부터 돌출 형성됨으로써 상기 니들밸브의 헤드부가 상기 패킹부재를 압착하는 정도를 제한하도록 하는 걸림턱을 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 헤드부는 걸림턱에 얹힐 수 있도록 직경이 상대적으로 큰 대경부와 걸림턱에 얹히지 않는 소경부로 구성되되; 상기 소경부는 상기 걸림턱에 의해 만들어지는 소직경부의 측벽에 끼워지는 직경을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 하부실의 최상부에 상기 패킹부재가 안착되어 위치를 고정시킬 수 있도록 패킹안착부가 마련될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면 니들밸브의 헤드부가 패킹부재를 압착하는 정도를 제한하게 되며 따라서 패킹부재가 심한 스트레스를 받아 불균형적으로 변형되거나 손상되지 않는다. 따라서 안정적으로 기밀유지의 기능을 수행할 수 있으므로 제품의 불량률이 극히 저하된다.

도 1은 종래기술에 의한 휴대형 산소공급용기의 밸브장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 휴대형 산소공급용기의 밸브장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 휴대형 산소공급용기의 밸브장치의 작동상태의 단면도이다.
도 4는 도 3의 주요부에 대한 확대 단면도이다.
도 5는 도 4의 A-A방향을 따라 취한 단면도이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명은 휴대형 산소공급용기의 밸브장치(1, 이하 단지 '밸브장치'라 한다)는 기체 상태의 산소가 고압으로 충전되는 용기본체(3)에 결합되며 필요시 산소를 인출하여 사용할 수 있도록 하는 것으로서 기본적으로 다음과 같은 구성을 가지며 이는 종래기술과 크게 다르지 않다. 그러므로 기본적인 구성에 대하여는 간략하게 설명한다.

밸브케이스(5)에는 중심에 산소유출로인 니들공(7)이 타공된 격판(9)에 의해 실린더 형태의 상부실(11)과 하부실(13)이 분리되어 구비된다. 밸브케이스(5)의 상부실(11)의 측벽으로는 분출공(15)이 측방향으로 관통되고, 하부에는 용기본체(3)와의 결합을 위해 암나사(17)와 같은 용기결합부가 마련된다. 산소공급용기는 용기본체(3)를 갈아 끼울 수 있는 형식 또는 그렇지 못한 일회용이 있을 수 있으나 본 발명은 어떠한 형식이든 불문하고 적용될 수 있다.

밸브는 압핀과 같은 형태를 갖는 니들밸브(19)가 사용될 수 있다. 니들밸브(19)는 밸브케이스(5)에 거꾸로 끼워져 설치된다. 니들밸브(19)는 니들공(7)에 끼워지는 니들부(21, needle portion)와 니들부(21)의 일단에 일체로 형성되며 하부실(13)에 위치하는 헤드부(23, head portion)로 구성된다. 패킹부재(25)는 하부실(13)의 상벽과 니들밸브의 헤드부(23) 사이에 위치하며 우레탄, 실리콘 등 기밀유지를 위해 통상 사용되는 소재로 만들어진다. 패킹부재(25)는 높이가 직경보다 작은 납작한 원기둥 형태이며, 그의 중심에는 세로방향으로 니들밸브의 니들부(21)가 관통하여 끼워질 수 있는 중심홀(21a)이 마련된다.

스프링부재(27)는 일측은 니들밸브의 헤드부(23)의 저면을 지지하고 타측은 스프링지지너트(29)에 지지된다. 스프링지지너트(29)는 밸브케이스(5)의 하부에 나사결합되며 중심에 세로방향으로 관통홀이 마련된다. 스프링부재(27)는 산소를 거의 다 사용하여 용기본체(3)의 압력이 떨어졌을 때에도 패킹부재(25)로 하여금 기밀을 유지하도록 하기 위한 수단이다.

밸브케이스(5)의 상부에 설치되는 밸브작동부(31)는 니들밸브의 니들부(21)를 상부에서 누름으로써, 니들공(7)을 개방하여(도 3 참조) 산소가 분출되도록 한다. 밸브작동부(31)는 레버(33), 버튼 및 커넥터(37) 등을 포함할 수 있다.

이상 설명된 것은 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 다양한 형태의 밸브장치중 하나만을 예시한 것에 불과하며 도시 및 설명된 것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다. 이하 본 발명의 핵심을 설명한다.

본 발명은 하부실(13)의 상부 내측벽으로부터 하부실(13)의 중심을 향해 돌출 형성된 걸림턱(39)이 구비된다는 것에 핵심이 있다. 이 걸림턱(39)은 니들밸브(19)의 작동 경로상에 마련되는 것으로서, 니들밸브의 헤드부(23)가 스프링부재(27) 및 용기본체(3)로부터 전달되는 압력에 의해 상방향으로 압착되는 정도를 제한하기 위한 압력제한수단에 해당한다.

헤드부(23)의 상면 가장자리 부분이 걸림턱(39)에 걸려 있는 도 2의 상태에서 패킹부재(25)에는 압력이 가해지고 압축된 상태로 있어야 한다. 그래야만 고압에 의한 누설을 방지할 수 있다. 다만 압축량(부피변화량)은 패킹부재(25)의 탄성계수, 압축강도 및 용기본체에서 가해지는 압력(예들 들어 100 ~ 120 kgf/㎠ ) 등에 따라 결정되어야 할 것이다. 이러한 변수로써 계산된 결과치가 걸림턱(39)의 높이(H)를 결정하게 될 것이다. 걸림턱(39)의 폭(W)은 높은 압력에 의해 헤드부(23)가 손상되지 않을 정도면 된다.

도 5는 패킹부재의 형태를 설명하기 위한 것으로서 도 4의 A-A선을 따라 취한 단면도이다. 도 5를 참조하면 패킹부재(25)의 중심에는 니들부(21)가 관통하여 끼워질 수 있는 반원 형태의 중심홀(21a)이 마련된다. 중심홀(21a)의 직경(D1)은 니들부(21)의 직경(D2)에 비해 10 ~ 30% 크게 되어 있다. 이렇게 하면 도 3의 개방 상태에서 압축된 산소는 갑작스럽게 터지듯 분출되지 않고 부드럽게 분출되어 사용상 불편함이 없게 된다. 산소는 밸브의 헤드부(23)의 원형 테두리를 통해 중심홀(21a)로 유입되어 분출되게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 헤드부(23)와 접하게 되는 패킹부재(25)의 저면에는 감압돌기(25a)가 엠보싱 형태로 완만하게 돌출 형성되어 있다. 도 5에 도시된 바에 의하면 감압돌기(25a)는 4개가 설치되고 있으며 밀폐시에는 도 2에 도시된 바와 같이 니들밸브의 헤드부(23) 상면에 밀착됨으로써 형상을 거의 구별할 수 없게 된다.

감압돌기(25a)는 니들밸브(19)의 작동을 완만하게 하여 산소의 분출이 갑작스럽게 이루어지는 것을 방지함으로써 패킹부재(25)로 하여금 심한 외력을 받지 않도록 하는 동시에 사용감을 향상시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 헤드부(23)의 가장자리가 계단의 형태로 되어 있을 수 있다. 즉 헤드부는 걸림턱(39)에 얹힐 수 있도록 직경이 상대적으로 큰 대경부(23a)와 걸림턱(39)에 얹히지 않는 소경부(23b)로 구성될 수 있다. 대경부(23a)와 소경부(23b)의 높이의 비는 도시된 것처럼 대등하다. 이로써 소경부(23b)는 걸림턱(39)에 의해 하부실(13)의 상부에 마련되는 소직경부(13a)에 끼워지는 형태가 되며 상하작동시 피스톤처럼 기능하게 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 헤드부(23)가 하부실(13)의 상부에서 2단으로 안내됨으로써 안정적으로 기동하게 되고, 따라서 패킹부재(25)에 균일하게 압력을 전달하게 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 하부실(13)의 최상부에 압착된 상태의 패킹부재(25)가 안착되어 위치를 고정시킬 수 있도록 패킹안착부(41)가 마련된다. 패킹안착부의 깊이(t)는 소직경부(13a)의 내경에 대하여 0.1 ~ 0.3mm이면 충분하다. 이와 같은 구성에 의하면, 패킹부재(25)가 내부의 압력변화에 따라 요동될 가능성이 줄어들고 더욱 안정적인 기밀을 유지하게 한다.

작용상태를 간략히 설명하면 다음과 같다. 밸브작동부(31)의 버튼(35)을 누르면 레버(33)가 커넥터(37)를 통해 니들밸브의 니들부(21)를 눌러 도 3에 도시된 바와 같이 니들공(7)이 개방된다. 이 상황에서 버튼(35)을 놓으면 스프링부재(27)의 탄성력에 의해 니들밸브(19)는 원상복귀하여 재차 기밀을 유지하게 된다. 도 3의 상태에서 용기본체 내부의 산소는 하부실(13)과 니들공(7)을 통해 상부실 측벽에 마련된 분출공(15)으로 분출되게 된다.

본 발명의 실시예와 관련하여 걸림턱(39)은 밸브케이스(5) 내부를 도시된 형태로 절삭가공함으로써 마련될 수도 있지만, 부싱의 형태로 만든 다음 하부실(13)에 끼워 넣는 방식도 가능할 것이다. 즉 걸림턱(39)을 구현하는 방법은 다양할 수 있다는 것이다. 도시된 밸브작동부(31)의 구체적으로 형태 또한 실로 다양할 것이므로 그의 구체적 형태가 본 발명의 권리범위를 한정하는 용도로 사용될 수는 없다.

본 발명은 길이가 100 ~ 150mm, 직경이 20 ~ 40mm 정도로서 주머니에 넣고 다닐 수 있는 정도로 작은 크기를 가진 휴대형 산소공급용기에 적용될 수 있다.

한편 압력용기에 충전되는 유체로 산소(酸素)만을 설명하였지만 반드시 이에 한정되지는 않을 것이며, 치료제, 살충제, 방향제 등으로 사용할 수 있는 각종의 고압용기에도 본 발명이 적용될 수 있다.

1 ; 밸브장치 3 ; 용기본체
5 ; 밸브케이스 7 ; 니들공
9 ; 격판 11 ; 상부실
13 ; 하부실 15 ; 분출공
17 ; 암나사 19 ; 니들밸브
21 ; 니들부 23 ; 헤드부
25 ; 패킹부재 27 ; 스프링부재
29 ; 스프링부재지지너트 31 ; 밸브작동부
33 ; 레버 35 ; 버튼
37 ; 커넥터 39 ; 걸림턱
41 ; 패킹안착부

Claims

기체 상태의 산소가 고압으로 충전되는 용기본체에 결합되며 필요시 산소를 인출하여 사용할 수 있게 하는 것으로서, 상기 용기본체의 내부압력에 의해 밸브로 하여금 기밀을 유지하는 패킹부재를 더욱 가압함으로써, 상기 패킹부재가 산소유출로를 강력하게 폐쇄하는 구조를 가지는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 있어서;
상기 밸브가 상기 패킹부재를 압착하는 정도를 제한함으로써 상기 패킹부재가 일정량 이상 압축되지 않도록 하는 압축제한수단을 구비하되;
상기 압축제한수단은 상기 밸브의 동작 경로상에 마련되는 걸림턱인 것을 특징으로 하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치.
기체 상태의 산소가 고압으로 충전되는 용기본체(3)에 결합되며 필요시 산소를 인출하여 사용할 수 있도록 하는 것으로서,
중심에 니들공(7)이 타공된 격판(9)에 의해 실린더 형태의 상부실(11)과 하부실(13)이 분리되어 구비되고 상기 상부실(11)의 측벽으로 분출공(15)이 마련되며, 상기 용기본체(3)와의 결합을 위해 하부에 용기결합부가 마련되는 밸브케이스(5); 상기 니들공(7)에 끼워지는 니들부(21, needle portion)와 상기 니들부(21)의 일단에 일체로 형성되며 상기 하부실(13)에 위치하는 헤드부(23, head portion)로 구성되는 니들밸브(19); 상기 하부실(13) 상벽과 상기 니들밸브의 헤드부(23) 사이에 위치하는 패킹부재(25); 일측은 상기 헤드부(23)의 저면을 지지하고 타측은 상기 밸브케이스(5)의 하부에 나사결합되며 중심에 세로방향으로 관통홀이 마련되는 스프링지지너트(29)에 지지되는 스프링부재(27); 상기 니들공(7)에 끼워져 상기 상부실(11)을 향해 돌출되는 니들부(21)를 누름으로써 상기 니들공(7)을 통해 산소가 분출되도록 하기 위해 상기 밸브케이스(5)의 상부에 설치되는 밸브작동부(31)를 포함하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치에 있어서;
상기 하부실(13)의 상부 내측벽으로부터 돌출 형성됨으로써 상기 니들밸브(19)의 헤드부(23)가 상기 패킹부재(25)를 압착되는 정도를 제한하도록 하는 걸림턱(39)을 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치.
제2항에 있어서, 상기 헤드부(23)는 상기 걸림턱(39)에 얹힐 수 있도록 직경이 상대적으로 큰 대경부(23a)와; 상기 걸림턱(39)에 의해 상기 하부실(13)의 상단에 마련되는 소직경부(13a)에 끼워지는 소경부(23b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치.
제2항에 있어서, 상기 하부실(13)의 최상부에 상기 패킹부재(25)가 안착되어 위치를 고정시킬 수 있도록 패킹안착부(41)가 마련되는 것을 특징으로 하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치.
제2항에 있어서, 상기 헤드부(23)와 접하게 되는 상기 패킹부재(25)의 저면에는 감압돌기(25a)가 엠보싱 형태로 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대형 산소공급용기의 밸브장치.