KR101243312B1 - 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에틸렌 가스 또는 LPG 가스 등의 가연성 가스를 사용하여 용접을 수행하는 용접기에서 에틸렌 가스 또는 LPG 가스 등을 기화시키는 기화기에 설치되는 밸브어셈블리에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기화기용 밸브어셈블리는, 가스가 유입되는 유입구와, 가스가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 중공의 밸브하우징과; 상기 밸브하우징의 중공부 내부에 가스 압력에 의해 이동 가능하게 설치되어 상기 배출구를 개폐하며, 상기 배출구와 마주보는 면이 적어도 2단 이상으로 단차지게 형성되어 있는 시트밸브와; 상기 시트밸브의 단차진 면에 서로 다른 높이로 설치되며, 유연한 수지 재질로 이루어진 복수개의 패킹재와; 상기 밸브하우징의 배출구가 형성되어 있는 면에 내측으로 돌출되게 형성되어 상기 시트밸브의 각각의 패킹재에 개별적으로 접촉하면서 배출구를 동시에 폐쇄하는 복수개의 실링돌기를 포함하여 구성된 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리를 제공한다.

Description

용접장치용 기화기의 밸브어셈블리{Valve Assembly of Vaporizer for Welding Machine}
본 발명은 용접장치용 기화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에틸렌 가스 또는 LPG 가스 등의 가연성 가스를 사용하여 용접을 수행하는 용접기에서 에틸렌 가스 또는 LPG 가스 등을 기화시키는 기화기에 설치되는 밸브어셈블리에 관한 것이다.
에틸렌 가스 또는 LPG 가스 등을 이용한 용접기에 있어서 가스를 공급하는 1차 배관 압력은 용접이나 절단 작업에 사용하는 실제 압력보다 상당히 높은 압력상태이다. 압력 조정기(regulator)는 용기 내에 고압으로 저장된 가스를 낮은 압력으로 공급하는 장치로서 작업의 종류에 따라 가스 압력과 소모량을 적절하게 조정할 필요가 있다.
에틸렌 가스 용접기의 경우 에틸렌 가스는 약 50 kgf/㎠ 이상의 고압 상태로 저장되어 있다가 압력조정기를 통과하면서 압력이 강하된 후 토치로 공급된다.
그런데, 전술한 것과 같이 에틸렌 가스가 압력조정기를 통해 압력이 강하되는 과정에서 스로틀 효과(throttling effect)에 의해 가스의 일부가 액화되는 현상이 발생하게 되고, 이에 따라 가스 공급이 불균일해져 용접 불량이 발생하는 문제가 있다.
이에 종래에는 가스 용기와 토치 사이에 기화기를 설치하여 가스가 토치로 공급되기 전에 완전히 기화되도록 한 다음 토치로 공급되도록 하고 있다. 그런데, 이산화탄소 가스(CO2)를 사용하는 아크 용접장치의 경우에는 기화기본체에 전열히터를 장착하여 기화기본체 내부로 유입된 가스를 가열하여 기화를 시키는 방식으로 기화기를 구성하고 있으나, 가연성 가스인 에틸렌 가스나 LPG 가스를 사용하는 용접장치의 경우 전기적 스파크에 의해 폭발이 일어날 수 있으므로 안전을 위해 가스를 기화기본체에서 팽창시키는 방식으로 기화를 유도하고 있다.
이러한 에틸렌 가스 용접장치용 기화기는 기화기본체 내로의 가스 공급을 제어하는 밸브를 구비하고 있으며, 상기 밸브에는 가스 누출을 방지하기 위한 유연한 고무로 된 패킹재가 설치된다.
그러나, 종래의 기화기용 밸브의 패킹재는 지속적으로 공급되는 극저온 가스에 의해 경화되는 현상이 자주 발생하게 되고, 이렇게 경화된 상태에서 패킹재가 밸브의 내부면에 반복적으로 접촉하게 되면 패킹재에 균열 등의 손상이 발생하고, 이에 따라 가스의 누설이 발생하여 기화 성능이 현저하게 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 장시간의 사용에도 가스 누설 및 스로틀 효과를 경감시켜 우수한 기화 성능을 가짐과 더불어 수명이 긴 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가스가 유입되는 유입구와, 가스가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 중공의 밸브하우징과; 상기 밸브하우징의 중공부 내부에 가스 압력에 의해 이동 가능하게 설치되어 상기 배출구를 개폐하며, 상기 배출구와 마주보는 면이 적어도 2단 이상으로 단차지게 형성되어 있는 시트밸브와; 상기 시트밸브의 단차진 면에 서로 다른 높이로 설치되며, 유연한 수지 재질로 이루어진 복수개의 패킹재와; 상기 밸브하우징의 배출구가 형성되어 있는 면에 내측으로 돌출되게 형성되어 상기 시트밸브의 각각의 패킹재에 개별적으로 접촉하면서 배출구를 동시에 폐쇄하는 복수개의 실링돌기를 포함하여 구성된 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리를 제공한다.
본 발명에 따르면, 시트밸브에 패킹재가 다단으로 설치된 구조로 이루어지므로, 극저온의 에틸렌 가스 등이 밸브하우징 내부로 유입되어 배출되는 과정에서 패킹재의 경화가 이루어지고 장시간 사용에 의해 경화된 패킹재들 중 일부분에서 미세한 균열이 발생하더라도 가스의 누설이 발생하지 않으며, 밸브어셈블리의 수명을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브어셈블리가 적용되는 용접장치용 기화기의 일 실시 형태를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 기화기에 적용된 밸브어셈블리의 일 실시예를 나타낸 종단면도이다.
도 3은 도 2의 밸브어셈블리의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브어셈블리의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브어셈블리의 종단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 밸브어셈블리가 적용되는 용접장치용 기화기의 일례를 나타낸 것으로, 이 용접장치용 기화기(10)는 용접장치의 압력조정기(미도시)와 일체로 구성될 수 있다.
상기 기화기(10)는 내부에 제1기화챔버(11)와 제2기화챔버(12)가 분리되게 형성되어 있는 기화기본체(10a)와, 상기 기화기본체(10a)의 제1기화챔버(11) 및 제2기화챔버(12) 각각의 하부에 설치되어 제1기화챔버(11) 및 제2기화챔버(12) 내로의 가스 유입을 제어하는 본 발명의 제1,2밸브어셈블리(100A, 100B)와, 상기 제1밸브어셈블리(100A)와 제2밸브어셈블리(100B)를 연동시키는 컨넥팅로드(13)로 구성된다.
상기 기화기본체(10a)의 외면에는 외부와의 열교환 성능을 향상시키기 위한 복수개의 휜(fin)(17)이 형성되어 있다.
상기 제1기화챔버(11)의 하단부 일측면에는 상기 제1밸브어셈블리(100A)의 유입구(102)와 연통되는 가스유입포트(14)가 형성되어 있다. 상기 가스유입포트(14)에는 용접기의 가스 용기(미도시)에 연결되는 가스공급호스(미도시)가 연결된다. 그리고, 상기 제1기화챔버(11)의 상단부 중앙에는 상기 제2밸브어셈블리(100B)로 연통되는 가스전달공(16)이 관통되게 형성되어 있다.
상기 제2기화챔버(12)의 일측부에는 가스배출포트(15)가 내외측으로 관통되게 형성되어 있다. 상기 가스배출포트(15)에는 용접기의 토치(미도시)와 연결되는 호스(미도시)가 연결된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1밸브어셈블리(100A)는 일측부에 상기 가스유입포트(14)와 연통되는 유입구(102)가 형성되어 있으며 상단부에 가스가 배출되는 복수개의 배출구(103)가 형성되어 있는 중공의 밸브하우징(101)과, 상기 밸브하우징(101)의 중공부 내부에 가스 압력에 의해 이동 가능하게 설치되어 상기 배출구(103)들을 개폐하는 시트밸브(110)와, 상기 밸브하우징(101) 내부에서 상기 시트밸브(110)를 탄성적으로 지지하는 탄성부재(120)를 포함한다.
상기 밸브하우징(101)은 원통형의 통형상으로 이루어지며, 상부에는 상기 배출구(103)들과 연통되는 가이드홀(104)이 수직 방향(Z축 방향)으로 관통되게 형성되어 있다. 상기 배출구(103)는 상기 가이드홀(104)을 중심으로 복수개(예컨대 4~8개)가 상측으로 경사지면서 방사상으로 연장되게 형성된다. 여기서, 상기 밸브하우징(101)의 하단부는 개방되게 형성되며, 이 개방된 하단부에 밸브하우징(101)의 하부를 이루는 하우징커버(106)가 나선 결합된다.
상기 시트밸브(110)는 육각형 등의 다각형 형태로 이루어진 밸브몸체(111)와, 상기 밸브몸체(111)의 상부면 중앙에 상측으로 수직하게 연장되어 상기 밸브하우징(101)의 가이드홀(104) 내에 삽입되는 가이드바아(112)를 포함한다. 상기 밸브몸체(111)의 상부면은 2단 이상으로 단차지게 형성되어 있으며, 이 단차진 면에 복수개(이 실시예에서 2개)의 패킹재(130)가 서로 다른 높이로 형성된다. 상기 패킹재(130)들은 불소고무와 같은 유연한 합성수지로 만들어지며, 오링(O-ring) 형태로 이루어진다.
상기 가이드바아(112)는 상단부가 상기 컨넥팅로드(13)의 하단부와 연접하여 시트밸브(110)가 상승하면 컨넥팅로드(13)가 상승하게 되고, 시트밸브(110)가 하강하면 컨넥팅로드(13)가 하강하게 된다.
그리고, 상기 밸브하우징(101)의 내측 상부에는 상기 시트밸브(110)가 밸브하우징(101)의 상부에 연접할 때 상기 패킹재(130)와 밀착되면서 상기 배출구(103)를 폐쇄하는 복수개(이 실시예에서 2개)의 실링돌기(105)가 내측으로 돌출되게 형성되어 있다. 상기 실링돌기(105)는 상기 패킹재(130)와 대응하는 링 형태를 갖는데, 이 실시예에서 실링돌기(105)들 중 하나는 상기 가이드홀(104)의 입구쪽 외주연부를 따라 형성되고, 다른 하나는 그 외측에 일정 거리 이격되게 배치된다. 상기 실링돌기(105)의 단면 형상은 끝단부가 뾰족한 삼각뿔 형상으로 이루어질 수도 있지만, 이와 다르게 끝단이 둥근 다각뿔 형상이나 반구형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 탄성부재(120)는 압축코일스프링 등으로 이루어지며, 시트밸브(110)를 상측으로 밀어올리는 탄성력을 제공하여 외력이 가해지지 않을 때 시트밸브(110)의 패킹재(130)들이 실링돌기(105)들과 밀착되어 배출구(103)를 폐쇄하는 기능을 한다.
한편, 상기 제2밸브어셈블리(100B)는 밸브하우징(101)과 시트밸브(110) 등 기본적인 구성에 있어서는 제1밸브어셈블리(100A)와 동일하나, 밸브하우징(101)의 하단부가 가스전달공(16)을 통해 상기 제1기화챔버(11)와 연통되어 이 개방된 하단부를 통해 가스가 공급되며, 시트밸브(110)가 압축코일스프링과 같은 탄성부재에 의해 지지되지 않고 컨넥팅로드(13) 상단부에 얹혀져 지지되는 점에서 차이가 있다.
상기 제2밸브어셈블리(100B)의 밸브하우징(101)의 배출구(103) 역시 제1밸브어셈블리(100A)의 밸브하우징(101)의 배출구(103)와 마찬가지로 가이드홀(104)을 중심으로 상측으로 경사지면서 방사상으로 연장되게 형성된다.
상기와 같이 구성된 기화기는 다음과 같이 작동한다.
기화기(10)의 가스유입포트(14)를 통해 제1밸브어셈블리(100A)의 유입구(102)로 고압의 에틸렌 액화가스가 공급된다. 이 때, 상기 유입구(102)를 통해 밸브하우징(101) 내부로 유입되는 에틸렌은 순수하게 가스만 유입되는 것이 아니라 미처 기화되지 않은 액상의 에틸렌이 혼합된 상태이다.
상기 유입구(102)를 통해 밸브하우징(101)의 내부 공간으로 유입된 에틸렌 액화가스는 밸브하우징(101)의 내주면과 시트밸브(110) 사이의 틈새를 통해서 상측으로 유동하게 되고, 이렇게 밸브하우징(101)의 내측 상부면과 시트밸브(110) 상부면 사이로 유입된 에틸렌 액화가스의 압력에 의해 시트밸브(110)가 탄성부재(120)의 탄성력을 이기고 소정 거리 아래쪽으로 하강하게 된다.
상기 시트밸브(110)가 하강함에 따라 실링돌기(105)와 패킹재(130)들 간의 접촉이 해제되면서 가이드홀(104)의 하단부 입구가 개방되고, 이 가이드홀(104) 하단부를 통해 에틸렌 가스가 유입된다. 상기 가이드홀(104) 내로 유입된 에틸렌 유체는 배출구(103)들을 통해 기화기(10)의 제1기화챔버(11) 내부로 유입되면서 팽창되고, 액상으로 남아 있던 일부 에틸렌의 기화가 이루어진다.
상술한 것과 같이 제1밸브어셈블리(100A)의 시트밸브(110)가 진동하면서 제1기화챔버(11) 내부로 에틸렌 가스가 공급이 이루어지는 동안, 상기 제1기화챔버(11) 내부로 유입된 에틸렌 가스는 가스전달공(16)을 통해 제2밸브어셈블리(100B)의 밸브하우징(101) 내부 공간으로 유입된 다음, 제2밸브어셈블리(100B0의 시트밸브(110)가 컨넥팅로드(13)와 함께 하강했을 때 가이드홀(104) 및 배출구(103)를 통해 제2기화챔버(12) 내로 유입되면서 팽창된다. 이 때, 남아 있던 나머지 액상의 에틸렌이 완전히 기화된다.
상기 제2기화챔버(12) 내의 에틸렌 가스는 가스배출포트(15)를 통해서 용접기의 토치(미도시)로 공급된다.
한편, 전술한 실시예의 제1,2밸브어셈블리(100A, 100B)의 배출구(103)들은 반경방향으로 연장되게 형성되지만, 도 4에 도시한 것과 같이 배출구(103)들을 반경방향에 대해 일정 각도(θ)로 기울어지게 형성하여 배출구(103)를 통해 배출되는 에틸렌 가스가 비슴하게 배출되면서 와류를 일으키고, 이로써 제1,2기화챔버(11, 12) 내에서 에틸렌 가스의 체류 시간을 연장시켜 기화 성능을 더욱 향상시킬 수도 있을 것이다.
또한, 전술한 실시예의 배출구(103)는 내경이 일정하게 이루어지지만, 도 5에 도시한 것과 같이 내측에서 외측 출구 쪽으로 갈수록 내경이 작아지다가 다시 커지는 벤츄리(ventury) 튜브 형태로 이루어질 수도 있다. 이 실시예와 같이 배출구(103)가 벤츄리 튜브 형태로 이루어지면, 배출구(103)를 통해 유동하는 가스가 최소 내경부에서 이탈하면서 팽창하여 기화가 더욱 원활하게 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 것과 같은 본 발명의 밸브어셈블리(100A, 100B)는 시트밸브(110)의 상면에 복수개의 패킹재(130)들이 서로 다른 높이로 설치되어 다단 실링 구조를 이루게 된다. 따라서, 극저온의 에틸렌 가스가 밸브하우징(101) 내부로 유입되어 배출되는 과정에서 패킹재(130)의 경화가 이루어지고, 장시간 사용에 의해 경화된 패킹재(130)들 중 일부분에서 미세한 균열이 발생하더라도 가스의 누설이 발생하지 않으며, 밸브어셈블리의 수명을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
전술한 실시예에서는 밸브어셈블리(100A, 100B)의 시트밸브(110)에 패킹재(130)들이 2단으로 구성되지만, 이와 다르게 서로 직경이 다른 3개 이상의 패킹재(130)를 사용하여 3단 이상으로 구성할 수도 있을 것이다. 물론, 이 경우 시트밸브(130)의 상부면은 3단 이상으로 단차지게 형성될 것이다.
또한, 전술한 실시예에서 상기 제2밸브어셈블리(100B)의 시트밸브(110)가 컨넥팅로드(13)(도 1참조)에 의해 제1밸브어셈블리(100A)와 연결되어 제1밸브어셈블리(100A)의 시트밸브(110)와 연동하도록 되어 있으나, 이와 다르게 제1밸브어셈블리(100A)와 마찬가지로 제2밸브어셈블리(100B)의 밸브하우징(101) 내부에 탄성부재(120)를 설치하여 제1기화챔버(11) 내부의 가스 압력에 의해 시트밸브(110)가 진동하면서 배출구(103)를 개폐할 수도 있을 것이다.
전술한 본 발명에 따른 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리에 대한 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제시된 것으로 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.
10 : 기화기 10a : 기화기본체
11 : 제1기화챔버 12 : 제2기화챔버
13 : 컨넥팅로드 14 : 가스유입포트
15 : 가스배출포트 100A, 100B : 밸브어셈블리
101 : 밸브하우징 102 : 유입구
103 : 배출구 104 : 가이드홀
105 : 실링돌기 106 : 하우징커버
110 : 시트밸브 111 : 밸브몸체
112 : 가이드바아 120 : 탄성부재
130 : 패킹재

Claims (6)

  1. 가스가 유입되는 유입구와, 가스가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 중공의 밸브하우징과;
    상기 밸브하우징의 중공부 내부에 가스 압력에 의해 이동 가능하게 설치되어 상기 배출구를 개폐하며, 상기 배출구와 마주보는 면이 적어도 2단 이상으로 단차지게 형성되어 있는 시트밸브와;
    상기 시트밸브의 단차진 면에 서로 다른 높이로 설치되며, 유연한 수지 재질로 이루어진 복수개의 패킹재와;
    상기 밸브하우징의 배출구가 형성되어 있는 면에 내측으로 돌출되게 형성되어 상기 시트밸브의 각각의 패킹재에 개별적으로 접촉하면서 배출구를 동시에 폐쇄하는 복수개의 실링돌기를 포함하여 구성되며;
    상기 밸브하우징의 일측에 상기 배출구와 연통되는 가이드홀이 밸브하우징의 내외측으로 관통되게 형성되고, 상기 시트밸브에는 상기 가이드홀에 삽입되어 가이드홀을 따라 이동하는 가이드바아가 시트밸브의 이동 방향으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 배출구는 복수개가 상기 가이드홀을 중심으로 방사상으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배출구는 복수개가 상기 가이드홀을 중심으로 방사상으로 연장되되, 상기 가이드홀들은 위에서 보았을 때 반경방향에 대해 일정 각도(θ)로 기울어진 것을 특징으로 하는 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 배출구는 내측에서 외측 출구 쪽으로 갈수록 내경이 작아지다가 다시 커지는 벤츄리(ventury) 튜브 형태로 된 것을 특징으로 하는 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밸브하우징 내부에서 상기 시트밸브를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장치용 기화기의 밸브어셈블리.
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