KR101266961B1

KR101266961B1 - 하이브리드 고차압 제어밸브

Info

Publication number: KR101266961B1
Application number: KR1020110097937A
Authority: KR
Inventors: 최영환; 장성철; 김규철
Original assignee: 주식회사 코밸
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-05-30
Also published as: KR20130034096A

Abstract

본 발명은 밸브를 통과하는 유체의 유동 안정성을 향상시킴과 동시에 유체의 감압 효과를 극대화하고 디스크적층체 내부에 형성되는 감압 유로의 구조를 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 고차압 제어밸브를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 원형디스크가 적층되어 이루어진 디스크적층체가 유체 통로 상에 구비되어 상기 디스크적층체를 통과하는 유체의 압력을 감압하는 고차압 제어밸브에 있어서, 상기 디스크적층체는, 유체의 유입구가 일측에 형성되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 유입유로; 상기 유입유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제1분기유로; 상기 유입유로와 인접된 위치의 다른 유입유로를 통해 유입되어 상기 제1분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 연결유로; 상기 연결유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제2분기유로; 상기 연결유로와 인접된 위치의 다른 연결유로를 거쳐 상기 제2분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장된 단부에는 유체의 배출구가 형성되며, 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 배출유로를 포함하여 구성된다.

Description

하이브리드 고차압 제어밸브{HYBRID HIGH PRESSURE DROP CONTROL VALVE}

본 발명은 환형디스크 적층식 구조로 이루어진 하이브리드 고차압 제어밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환형디스크를 적층하여 구성된 디스크적층체에 유압의 급격한 변동을 방지하여 캐비테이션과 플래시 현상을 억제함으로써 유체의 원활한 유동을 확보함과 아울러 유로방향을 다변화하여 유체의 차압 범위를 크게 할 수 있는 유로를 비교적 단순한 구조로 형성함으로써 유체의 압력 저감효과를 극대화하는 동시에 밸브의 생산성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 고차압 제어밸브에 관한 것이다.

산업현장에서 유체의 압력을 감압시킬 필요가 있는 경우는, 상대적으로 낮은 동력으로 고압, 대유량의 유체를 쉽게 제어하고자 하는 경우와, 1대의 압력원으로부터 여러 단계의 감압된 압력을 필요로 하는 시스템들이 사용되는 경우가 있다.

전자인 고압, 대유량의 유체를 밸브로 직접 제어하는 경우는 유체의 압력에 견딜 수 있는 내구성을 갖춘 밸브를 만들어야 하며, 이를 위해서는 대형의 밸브가 필요하며, 밸브의 개도를 제어하는 액추에이터 또한 엄청난 파워를 필요로 하게 된다. 따라서, 고압, 대유량의 유체를 적은 파워의 액추에이터로 제어하거나 혹은 밸브의 개도 조절을 자유롭게 하기 위하여 밸브의 전단에 별도의 감압기구를 설치하게 된다.

후자의 경우는 제한된 공간내에서 1대의 파워 발생장치만이 사용되는 경우에 적용되는 기술로서, 일례로 부유식 원유 생산 저장 하역 설비(FPSO : Floating Production Storage and Offloading)에 있어서 본선에는 350bar로 구동되는 고압 머드 펌프(High Pressure Mud Pump)가 설치되어, 비중이 상대적으로 큰 머드(비중 : 2.3~3)와 해수(비중 : 1.02)를 순차로 걸러내고 상대적으로 비중이 작은 원유(비중 : 0.8)를 최종적으로 얻게 되는데, 이러한 부유식 원유 생산 저장 하역 설비에서 선체 부양 및 세척을 하기 위해서는 350bar의 고압을 대략 125bar의 압력으로 강하시켜야 한다.

이와 같이 입구 압력 350bar를 출구 압력 125bar로 하여 차압을 225bar 정도 수준으로 감압시키는 방안에 대한 많은 연구 결과들이 도출되고 있는데, 단순한 오리피스 방식이나 튜브 형식을 이용하는 방식에서 기계적인 피드백을 이용하는 방식, 고성능 전기 모터 혹은 솔레노이드 액추에이터를 이용하는 방식을 통한 제어 방안들이 소개되고 있다.

그러나 해수의 밀도를 1000㎏/㎥으로 가정하였을 때, 유량이 4000lpm 이상에서 200bar 이상의 감압을 만들어 내는 것과 같이 고유량·고차압 조건에서는 전술한 방법들로서는 현실적으로 달성하기 어려운 것이 현실이다.

이러한 고유량·고차압 조건에서는 압력제어시 밸브에서의 압력손실량이 매우 커지게 되어 밸브교축부의 압력이 유체의 포화 증기압 이하로 내려갔다가 밸브 후단에서 다시 회복되는 과정에서 생기는 캐비테이션(Cavitation) 현상에 의해 순간적으로 기포가 생성되고 다시 압력 회복시 붕괴되는 과정에서 매우 큰 충격압이 발생하여 밸브에 손상을 가하게 되고, 심한 진동과 소음이 유발되어 심한 경우에는 밸브 구동부까지 손상시키는 경우가 있으며, 또는 고차압으로 감압시 밸브 후단에서 유체의 압력이 증기압 이하로 계속 유지되면서 유체의 압력이 회복되지 않고 기포상태로 유지되어 유속이 크게 증가되는 플래싱(Flashing) 현상에 의해 밸브를 침식 손상시키는 문제가 있기 때문이다.

이와 같은 유체의 차압을 크게 하여 감압시킬 경우에 발생하는 캐비테이션 혹은 플래싱 현상에 의한 밸브의 파손과 유동의 불안정성을 해결하기 위한 방안으로, 근래에는 적층형 디스크 혹은 실린더 방식으로 이루어져 그 내부에 다단 오리피스 구조의 유로를 형성함으로써 유로를 통과하는 유체의 압력을 감압하는 감압밸브를 사용하고 있다.

적층형 디스크 방식의 감압밸브의 선행기술로 공개특허 제10-2010-0033796호에는 밸브몸체의 통로 상에 배치되고 복수의 오리피스가 형성되는 케이지와의 사이에 케이지의 오리피스를 통과한 유체가 확산되는 공간이 마련되도록 케이지의 둘레로부터 소정의 간격으로 이격 배치되며, 상기 공간에서 확산된 유체가 통과하는 복수의 유로가 형성되는 차압조절부재를 포함하는 적층형 디스크 방식의 유체제어장치가 개시되어 있고, 실린더 방식의 감압밸브의 선행기술로 등록특허 제10-0740665호에는 밸브몸체 내부의 유체 통로 상에 유체가 흐르는 내측면이 유체의 흐름 방향을 따라 계단 형상으로 감압공이 형성되어 밸브몸체에 맞닿는 유체의 압력을 저감시키는 감압부를 구비한 유체용 밸브가 개시되어 있다.

상기 공개특허 제10-2010-0033796호의 유체제어장치의 경우 차압조절부재에 형성된 복수의 유로가 반경방향으로 복수의 연통홈이 오리피스 구조를 갖도록 형성되어 있으나, 복수의 연통홈이 각각 독립적으로 형성되어 있어 큰 차압을 얻는데 한계가 있으며, 상기 등록특허 제10-0740665호의 유체용 밸브의 경우 실린더 방식으로 이루어져 있어 디스크 적층 방식에 비해 감압부의 가공이 용이하지 않아 제조비용이 상승하고 생산성 측면에서 상대적으로 불리한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 밸브를 통과하는 유체의 유동 안정성을 향상시킴과 동시에 유체의 감압 효과를 극대화할 수 있는 디스크 적층식 하이브리드 고차압 제어밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유체의 감압을 위해 디스크적층체 내에 형성되는 유로 구조를 비교적 단순한 형태로 구성함으로써 유로의 가공이 용이하고 내구성이 뛰어난 양질의 제품을 저비용으로 대량 생산할 수 있는 하이브리드 고차압 제어밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 하이브리드 고차압 제어밸브는, 원형디스크가 적층되어 이루어진 디스크적층체가 유체 통로 상에 구비되어 상기 디스크적층체를 통과하는 유체의 압력을 감압하는 고차압 제어밸브에 있어서, 상기 디스크적층체는, 유체의 유입구가 일측에 형성되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 유입유로; 상기 유입유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제1분기유로; 상기 유입유로와 인접된 위치의 다른 유입유로를 통해 유입되어 상기 제1분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 연결유로; 상기 연결유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제2분기유로; 상기 연결유로와 인접된 위치의 다른 연결유로를 거쳐 상기 제2분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장된 단부에는 유체의 배출구가 형성되며, 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 배출유로를 포함하여 구성된다.

이 경우 상기 유입유로와 배출유로를 연결하는 유로 상에는, 상기 제1분기유로와 연결유로 및 제2분기유로가 반경방향을 따라 반복적으로 복수 형성될 수 있다.

또한 상기 디스크적층체는, 상기 유입유로와 제1분기유로와 연결유로와 제2분기유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 일측면에 형성되고, 타측면은 평평한 형상으로 이루어진 환형디스크가 적층된 것으로 구성될 있다.

또한 상기 디스크적층체는, 상기 유입유로와 연결유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 일측면에 형성되고, 타측면은 평평한 형상으로 이루어진 제1환형디스크와, 상기 제1분기유로와 제2분기유로를 형성하기 위한 홈이 상기 제1환형디스크의 일측면에 맞닿는 면에 동심구조로 형성되고, 그 반대면은 평평한 형상으로 이루어진 제2환형디스크가 교대로 적층된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 디스크적층체는, 상기 유입유로와 연결유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 양측면에 형성된 제1환형디스크와, 상기 제1분기유로와 제2분기유로를 형성하기 위한 홈이 양측면에 동심구조로 형성된 제2환형디스크가 교대로 적층된 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 디스크적층체는, 상기 유입유로와 연결유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 일측면에 형성되고, 타측면에는 상기 제1분기유로와 제2분기유로를 형성하기 위한 홈이 동심구조로 형성된 환형디스크가 적층된 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 고차압 제어밸브에 의하면, 디스크적층체 내부의 한정된 공간에 유체의 유동중 에너지손실량을 높여 압력 저감 효과를 극대화함과 동시에 압력 감소가 점진적으로 이루어지도록 구성하여 유압의 급격한 변화에 의해 초래되는 캐비테이션과 플래싱 현상을 방지함으로써 밸브의 내구성 및 유체의 유동 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 다수로 적층된 환형디스크면에 반경방향과 원주방향을 향하는 홈을 형성하여 유체의 감압을 위한 유로를 비교적 단순한 형태로 형성하므로 유로 형성을 위한 가공이 용이해져 제작비용을 절감하고 제품의 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 고차압 제어밸브의 구조를 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체의 사시도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 평면 투시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 평면 투시도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 도 6의 A-A 단면도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체의 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 평면 투시도,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 도 9의 B-B 단면도,
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 고차압 제어밸브의 구조를 보여주는 단면도이다. 본 발명에 따른 하이브리드 고차압 제어밸브는, 유체의 입구(110)와 출구(120)가 양측으로 형성되고, 그 사이에 유체의 유동 통로가 마련된 밸브몸체(100)와, 상기 밸브몸체(100)의 유동 통로 상에 배치되고 내부에는 유체의 감압을 위한 다단의 오리피스 구조의 유로가 마련되도록 다수의 환형디스크가 적층되어 중공의 원통 형상으로 이루어진 디스크적층체(200,300,400,500)와, 상기 디스크적층체(200,300,400,500)의 내부의 중공부에 삽입되어 길이방향으로 왕복이동함에 따라 디스크적층체(200,300,400,500)의 유로를 개방 또는 폐쇄시켜 유량을 조절하는 플런저(130)와, 상기 플런저(130)의 상부에 결합되어 플런저(130)의 이동을 위한 구동력을 전달하는 스템(140)을 포함하여 구성된다.

본 발명에서는 상기 디스크적층체(200,300,400,500)를 통과하는 유체의 통과 전후의 압력 저감 효과를 극대함과 동시에 유체가 디스크적층체(200,300,400,500) 내부에 형성된 유로를 통과하는 과정에서 압력이 순간적으로 급변하지 않고 점진적으로 감소하되 유로방향이 다수로 변경되고 유체의 분기 및 취합이 연속적으로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 하이브리드 고차압 제어밸브에 구비되는 디스크적층체(200,300,400,500)의 구성 및 작용을 실시예에 따라 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체의 사시도, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체의 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 평면 투시도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 디스크적층체(200)는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 중앙부가 중공된 원형디스크(201,202)가 상하로 다수 적층된 구조로 이루어진 것으로, 각 원형디스크(201,202)의 일면에는 유체가 통과하는 유로 형성을 위한 홈(201a,201b,201c,201d,201e)이 형성되고, 그 이면은 평평한 형상으로 이루어져 있다.

따라서 상측에 위치한 환형디스크(201)의 일면에 형성된 홈(201a,201b,201c,201d,201e)과 하측에 적층되는 환형디스크(202)의 이면 사이에 마련된 공간을 통해 디스크적층체(200)의 외측과 내부공간(260)이 소통되는 유로가 형성된다.

상기 환형디스크(201,202)의 일면에 형성된 홈(201a,201b,201c,201d,201e)은 환형디스크(201,202)의 반경방향 또는 원주방향을 따라 일정한 패턴으로 형성된다.

상기 홈(201a,201c,201e)은 환형디스크(201,202)의 가장자리부로부터 구심을 향하는 반경방향으로 각각 소정 길이로 연장되어 형성되고, 원주방향으로 일정 각도 간격으로 이격되어 복수로 형성되며, 최외각 층에 형성된 홈(201a)과 그 내측으로 형성된 중간층의 홈(201c)은 반경방향으로 서로 엇갈리게 형성되고, 중간층의 홈(201c)과 그 내측에 형성된 홈(201e) 또한 서로 엇갈리는 위치에 형성된다.

그리고 상기 홈(201b,201d)은 반경방향으로 이격된 동심구조로 형성되고, 큰 직경의 홈(201b)은 홈(201a)의 내측단과 홈(201c)의 외측단을 연결하는 위치에 형성되어 홈(201a,201b,201c)이 서로 직각 방향으로 연통되며, 작은 직경의 홈(201d)은 홈(201c)의 내측단과 홈(201e)의 외측단을 연결하는 위치에 형성되어 홈(201c,201d,201e)이 서로 직각 방향으로 연통되어, 홈(201a,201b,201c,201d,201e) 전체가 소통되도록 연결된 격자 형상의 구조를 이루게 된다.

도 4를 참조하면, 상기 디스크적층체(200)는 유체의 유입구(211)가 일측에 형성되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 유입유로(210), 상기 유입유로(210)의 연장된 단부의 제1분기부(215)에서 원주방향의 양측으로 형성된 제1분기유로(220,221), 상기 인접된 위치의 서로 다른 유입유로(210)를 통해 유입되어 상기 제1분기유로(220,221)를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 제1취합부(225)에 일단이 연결되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 연결유로(230), 상기 연결유로(230)의 연장된 단부의 제2분기부(235)에서 원주방향의 양측으로 형성된 제2분기유로(240,241), 상기 인접된 위치의 서로 다른 연결유로(230)를 거쳐 제2분기유로(240,241)를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 제2취합부(245)에 일단이 연결되고 반경방향으로 소정 길이 연장된 단부에는 유체의 배출구(255)가 형성되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 배출유로(250)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서는 상기 디스크적층체(200)의 외측에서 유체가 유입되는 방향으로 형성된 유입유로(210)와, 디스크적층체(200)를 통과한 유체가 디스크적층체(200)의 내부공간(260)으로 배출되는 배출유로(250) 사이에 제1분기유로(220,221)와 연결유로(230) 및 제2분기유로(240,241)가 반경방향으로 하나의 층이 형성된 것으로 구성되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 차압 범위를 고려하여 2개 이상의 복수의 층이 반복적으로 형성된 것으로 구성될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 디스크적층체(200) 내부에 형성된 유로를 유체가 통과하면서 압력이 감압되는 작용을 설명한다.

도 4에 화살표로 표시된 바와 같이, 디스크적층체(200)의 외측면에 반경방향 및 길이방향으로 이격되어 다수로 형성된 유입구(211)를 통해 유체가 유입되어 유입유로(210)를 따라 유동하면서 유입유로(210)의 내측면과의 유동마찰에 의해 일부 감압이 이루어지게 된다. 유입유로(210)를 따라 유동하는 유체가 유입유로(210) 단부의 제1분기부(215)에 다다르게 되면 제1분기부(215)의 내측면에 충돌되어 유체의 운동에너지 중 일부가 충돌에너지로 변환 및 소실되어 유체의 압력이 감소된다.

이 경우 유입유로(210)를 통해 흐르는 유체는 제1분기부(215)에서 양측의 직각방향으로 분기된 제1분기유로(220,221)를 따라 흐르게 되므로 유입유로(210)를 흐르는 유량의 대략 절반에 해당하는 유량이 양측의 제1분기유로(220,221)를 따라 분기되어 흐르게 되므로 유량 대비 유로의 단면적이 증대됨으로써 유체의 원활한 흐름을 유도하게 되어 급격한 압력 변동을 방지할 수 있게 된다.

상기 제1분기유로(220,221)를 따라 양측으로 흐르는 유체는 인접한 유입유로(210)를 통해 유입되어 제1분기유로(220,221)를 따라 마주보는 방향으로 흐르는 유체와 제1취합부(225)에서 만나게 된다. 이 경우 서로 반대방향으로 흐르던 유체가 충돌하면서 다시 유체의 압력이 감압되고, 상기 제1취합부(225)에서 충돌된 유체는 유로방향이 직각으로 바뀌어 연결유로(230)로 유입되며, 상기 연결유로(230)에서의 흐름은 제1분기유로(220,221)에서의 흐름보다 유속이 빨라지고 압력이 큰 폭으로 감압되는 오리피스 구조를 형성하게 된다.

상기 연결유로(230)를 통과한 유체는 그 단부의 제2분기부(235)에서 양측으로 형성된 제2분기유로(240,241)를 통해 양분되어 흐르게 되며, 이 경우 상기 제1분기유로(220,221)에서와 마찬가지 방식으로 감압이 이루어지게 된다.

상기 제2분기유로(240,241)를 따라 흐르는 유체는 다시 제2취합부(245)에서 통합되어 유로방향이 직각으로 변화된 후, 배출유로(250)를 거친 후에 배출구(255)를 통해 디스크적층체(200)의 내부공간(260)으로 배출된다.

이와 같이 본 발명의 제1실시예의 구성에 의하면, 유체의 유로방향이 직각방향으로 다수회 변화되고, 디스크적층체(200) 내부의 일정한 공간에 다단의 오리피스 구조가 반복적으로 구비되므로 유체의 급격한 압력 변동을 방지하면서도 디스크적층체(200)를 통과하는 유체의 감압 효과를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 유체의 흐름 또한 원활하게 이루어지게 된다. 또한 상기한 바와 같이 다수로 적층되는 환형디스크(201,202)의 일면에 반경방향을 따르는 홈(201a,201c,201e)과 원주방향을 따르는 홈(201b,201d)이 서로 연결되어 격자 형상의 비교적 단순한 형태로 구성되므로 유체의 감압을 위한 유로의 가공이 용이해져 저비용으로 고차압 제어밸브의 대량 생산이 가능해지는 이점이 있다.

본 실시예에서는 디스크적층체(200) 내부의 유로를 따라 유체가 수평방향으로 유동하여 반복적으로 분기 및 취합되는 과정에서 유압이 감소되도록 구성되어 있으나, 이하 서술되는 실시예들은 유체의 수평방향 유동에 수직방향 유동이 더해져 감압 효과를 더욱 증대시킬 수 있도록 구성된 것이다. 이하 서술되는 실시예들에서 동일한 명칭의 구성요소는 비록 도면부호를 달리하여 표기되더라도 상기 첫번째 실시예에서의 구성요소에 대응되는 것이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체의 분해 사시도, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 평면 투시도, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 도 6의 A-A 단면도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 디스크적층체(300)는, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 일측면에 유입유로(310)와 연결유로(330) 및 배출유로(350)를 형성하기 위한 홈(301a,301b,301c)이 형성되고 타측면은 평평한 형상으로 이루어진 제1환형디스크(301)와, 상기 제1환형디스크(301)의 일측면에 맞닿는 면에 제1분기유로(320,321)와 제2분기유로(340,341)를 형성하기 위한 홈(302a,302b)이 동심구조로 형성되고, 그 반대면은 평평한 형상으로 이루어진 제2환형디스크(302)가 교대로 적층되어 이루어진 것이다.

도 6과 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예의 구성에 의한 디스크적층체(300) 내부에서의 유체 유동 경로를 설명하면, 유입구(311)를 통해 유입된 유체는 유입유로(310)를 통과하여 그 단부의 제1분기부(315)에서 양측으로 분기됨과 동시에 수직하 방향으로 유로가 변화되어 제1분기유로(320,321)를 따라 흐르게 되며, 상기 제1분기유로(320,321)를 따라 흐르는 유체는 마주보는 반대방향으로 흐르는 유체와 제1취합부(325)에서 통합되는 과정에서 수평방향으로는 직각으로 유로가 변화됨과 동시에 수직상 방향으로 유로가 변화되어 연결유로(330)를 따라 흐르게 된다. 연결유로(330) 단부의 제2분기부(335)에서는 다시 유로가 양측 및 수직하 방향으로 변화되어 제2분기유로(340,341)를 따라 흐른 뒤 그 단부의 제2취합부(345)에서 수평방향으로는 직각으로 유로가 변화됨과 동시에 수직상 방향으로 유로가 변화되어 배출유로(350)를 통과한 후에 배출구(355)를 통해 배출된다.

이와 같은 구성에 의하면, 디스크적층체(300)를 통과하는 유체의 유로가 수평방향으로 직각으로 다수회 변화됨과 아울러 제1분기부(315)와 제1취합부(325)와 제2분기부(335) 및 제2취합부(345)에서 유체의 흐름방향이 수직방향으로도 상하로 다수회 변화되므로 상기 제1실시예에 따른 구조에 비해 유동방향이 더욱 다변화되어 유체의 감압 성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 실시예에 의할 경우에도 제1환형디스크(301)에 형성되는 홈(301a,301b,301c)과 제2환형디스크(302)에 형성되는 홈(302a,302b)이 반경방향 또는 원주방향을 따르는 비교적 단순한 형태로 이루어지므로 가공이 용이하고 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체의 분해 사시도, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 평면 투시도, 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태를 보여주는 도 9의 B-B 단면도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 디스크적층체(400)는, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 양측면에 유입유로(410)와 연결유로(430) 및 배출유로(450)를 형성하기 위한 홈(401a,401b,401c)이 형성된 제1환형디스크(401,403)와, 제1분기유로(420,421)와 제2분기유로(440,441)를 형성하기 위한 홈(402a,402b)이 양측면에 동심구조로 형성된 제2환형디스크(402,404)가 교대로 적층되어 이루어진 것이다.

본 실시예에 따른 디스크적층체(400)의 구성에 의하면, 제1환형디스크(401,403)와 제2환형디스크(402,404)의 양측면에 모두 유로가 형성되므로 상기 제2실시예에 따른 디스크적층체(300)의 구조에 비하여 보다 많은 수의 유로를 형성할 수 있게 되어 유체의 감압 효과를 더욱 높일 수 있을 뿐만 아니라 유동저항을 줄여 유체의 흐름이 더욱 원활해지는 이점이 있다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 유체의 흐름 경로는 상기 제2실시예에서와 마찬가지로, 유입구(411)로 유입된 유체는 유입유로(410), 제1분기부(415), 제1분기유로(420), 제1취합부(425), 연결유로(430), 제2분기부(435), 제2분기유로(440), 제2취합부(445), 배출유로(450)를 거쳐 배출구(455)를 통해 배출되는 유로를 형성하게 된다.

본 실시예에 따른 디스크적층체(400)의 구성에 의하면, 디스크적층체(400)를 통과하는 유체의 유로가 수평방향과 수직방향으로 다변화되어 압력 저감 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제1환형디스크(401,403)와 제2환형디스크(402,404)의 양측면에 동일한 형상의 홈이 형성되므로 가공이 용이한 이점이 있다.

도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 디스크적층체를 통과하는 유체의 유동 상태도이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 디스크적층체(500)는, 유입유로(510)와 연결유로(530) 및 배출유로(550)를 형성하기 위한 홈이 일측면에 형성되고, 타측면에는 제1분기유로(520)와 제2분기유로(540)를 형성하기 위한 홈이 동심구조로 형성된 환형디스크(501,502,503,504)가 적층되어 이루어진 것으로, 유체의 흐름 경로는 상기 제3실시예에서와 마찬가지로 유입구(511)로 유입된 유체는 유입유로(510), 제1분기부(515), 제1분기유로(520), 제1취합부(525), 연결유로(530), 제2분기부(535), 제2분기유로(540), 제2취합부(545), 배출유로(550)를 거쳐 배출구(555)를 통해 배출되는 유로를 형성하게 된다.

본 실시예에 따른 디스크적층체(500)의 구성에 의하면, 상기 제3실시예에 따른 디스크적층체(400)에서와 마찬가지로 디스크적층체(500)를 통과하는 유체의 유로가 수평방향과 수직방향으로 다변화되어 압력 저감 효과를 높일 수 있으며, 상기 제3실시예에서와는 달리 환형디스크(501,502,503,504)의 양측면에 서로 다른 형상의 홈이 형성되므로 적층되는 모든 환형디스크(501,502,503,504)의 형상이 동일해지므로 디스크적층체(500)의 가공이 용이한 이점이 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 고차압 제어밸브는, 밸브몸체(100) 내부의 유체 통로 상에 구비되는 디스크적층체(200,300,400,500) 내부에 유체의 감압을 위한 유로를 단순한 구조로 형성하면서도 다단의 오리피스 구조를 구비함으로써 유체의 급격한 변동을 방지하고 결과적으로는 큰 차압을 얻을 수 있게 되므로 유압의 급격한 변화에 의해 초래되는 캐비테이션 및 플래싱 현상을 최소화함으로써 밸브의 내구성 및 유체의 유동 안정성을 향상시키고 진동 및 소음 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

100 : 밸브몸체 110 : 입구
120 : 출구 130 : 플러그
140 : 스템 200,300,400,500 : 디스크적층체
201,202 : 환형디스크 211,311,411,511 : 유입구
210,310,410,510 : 유입유로 215,315,415,515 : 제1분기부
220,221,320,321,420,421,520 : 제1분기유로
225,325,425,525 : 제1취합부 230,330,430,530 : 연결유로
235,335,435,535 : 제2분기부
240,241,340,341,440,441,540 : 제2분기유로
245,345,445,545 : 제2취합부 250,350,450,550 : 배출유로
255,355,455,555 : 배출구 260,360,460 : 내부공간
301,303,401,403 : 제1환형디스크 302,304,402,404 : 제2환형디스크

Claims

원형디스크가 적층되어 이루어진 디스크적층체가 유체 통로 상에 구비되어 상기 디스크적층체를 통과하는 유체의 압력을 감압하는 고차압 제어밸브에 있어서,
상기 디스크적층체는,
유체의 유입구가 일측에 형성되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 유입유로;
상기 유입유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제1분기유로;
상기 유입유로와 인접된 위치의 다른 유입유로를 통해 유입되어 상기 제1분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 연결유로;
상기 연결유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제2분기유로;
상기 연결유로와 인접된 위치의 다른 연결유로를 거쳐 상기 제2분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장된 단부에는 유체의 배출구가 형성되며, 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 배출유로;를 포함하되,
상기 디스크적층체는,
상기 유입유로와 연결유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 일측면에 형성되고, 타측면은 평평한 형상으로 이루어진 제1환형디스크와,
상기 제1분기유로와 제2분기유로를 형성하기 위한 홈이 상기 제1환형디스크의 일측면에 맞닿는 면에 동심구조로 형성되고, 그 반대면은 평평한 형상으로 이루어진 제2환형디스크가 교대로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 차압 제어밸브.
원형디스크가 적층되어 이루어진 디스크적층체가 유체 통로 상에 구비되어 상기 디스크적층체를 통과하는 유체의 압력을 감압하는 고차압 제어밸브에 있어서,
상기 디스크적층체는,
유체의 유입구가 일측에 형성되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 유입유로;
상기 유입유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제1분기유로;
상기 유입유로와 인접된 위치의 다른 유입유로를 통해 유입되어 상기 제1분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 연결유로;
상기 연결유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제2분기유로;
상기 연결유로와 인접된 위치의 다른 연결유로를 거쳐 상기 제2분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장된 단부에는 유체의 배출구가 형성되며, 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 배출유로;를 포함하되,
상기 디스크적층체는,
상기 유입유로와 연결유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 양측면에 형성된 제1환형디스크와,
상기 제1분기유로와 제2분기유로를 형성하기 위한 홈이 양측면에 동심구조로 형성된 제2환형디스크가 교대로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 고차압 제어밸브.
원형디스크가 적층되어 이루어진 디스크적층체가 유체 통로 상에 구비되어 상기 디스크적층체를 통과하는 유체의 압력을 감압하는 고차압 제어밸브에 있어서,
상기 디스크적층체는,
유체의 유입구가 일측에 형성되고 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 유입유로;
상기 유입유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제1분기유로;
상기 유입유로와 인접된 위치의 다른 유입유로를 통해 유입되어 상기 제1분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장되며 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 연결유로;
상기 연결유로의 연장된 단부에서 원주방향의 양측으로 형성된 제2분기유로;
상기 연결유로와 인접된 위치의 다른 연결유로를 거쳐 상기 제2분기유로를 통해 반대방향으로 흐르는 유체가 취합되는 위치에 일단이 형성되고, 반경방향으로 소정 길이 연장된 단부에는 유체의 배출구가 형성되며, 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 배출유로;를 포함하되,
상기 디스크적층체는,
상기 유입유로와 연결유로 및 배출유로를 형성하기 위한 홈이 일측면에 형성되고, 타측면에는 상기 제1분기유로와 제2분기유로를 형성하기 위한 홈이 동심구조로 형성된 환형디스크가 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 고차압 제어밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입유로와 배출유로를 연결하는 유로 상에는,
상기 제1분기유로와 연결유로 및 제2분기유로가 반경방향을 따라 반복적으로 복수 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 고차압 제어밸브.
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