KR101370151B1 - 고압 유체용 레귤레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레귤레이터에 관한 것이며, 그 목적은 감압부와 밸브부를 서로 일체로 연결하는 수단을 제시하여, 고압 유체의 감압 작용에서 응답성이 매우 신속하여 유체의 안정적인 감압 작용을 구현할 수 있는 고압 유체용 레귤레이터를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 유입포트(111a)와 연결되는 유입유로(111)와, 배출포트(112a)와 연결되는 배출유로(112)가 마련되는 바디(10)와; 상기 바디(10)와 결합되어 상기 유입유로(111)와 배출유로(112)를 연결하는 챔버(A)를 형성하는 하우징(20)과; 상기 유입유로(111)상에 형성된 오리피스(15)를 향해 가까워지거나 혹은 멀어지도록 이동 가능하게 설치되는 밸브부(30)와; 상기 하우징(20)에 설치되어 유입된 유체의 압력을 설정하고 조절하는 감압부(40); 및 상기 감압부(40)와 밸브부(30)를 연결하여, 상기 감압부(40)와 연동하여 밸브부(30)를 이동시키며 오리피스(15)를 개폐시키도록 하는 연결수단(50);을 포함하여 구성한 고압 유체용 레귤레이터에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고압 유체용 레귤레이터{Regulater}

본 발명은 신속한 응답성과 내구성이 우수한 레귤레이터에 관한 것으로, 특히 고압 유체에 적용 시 신속하고 안정한 압력으로 유체를 배출시킬 수 있는 레귤레이터에 관한 것이다.

레귤레이터(Regulater)는 기체를 포함한 유체를 대상으로 하여 한쪽 포트를 통해 유입되는 유체를 소정의 압력으로 감압시킨 다음 다른 쪽 포트로 배출시켜 공급하는 장치이다.

이러한 레귤레이터는 가스설비, 급수설비, 증기설비 등 항공기, 선박, 차량, 및 각종 선업설비에서 두루 설치 이용되고 있다.

본 출원인이 업으로 하고 있는 선박 건조 시, 선박 블록에 도장을 수행하는 도장 작업 장치에도 레귤레이터가 구비된다. 이렇게 도장 작업 장치에 장착되는 레귤레이터는 도료를 분사하는 스프레이건과 도료 펌프 사이에 설치되어, 스프레이건을 통하여 분사되는 도료 분사 압력을 일정하게 함으로써, 도막과 도장의 품질을 높일 수 있게 된다.

도 1은 도료를 취급하는 종래 레귤레이터의 일예를 보이는 도면이다.

도 1을 참조하면 기존 레귤레이터는, 유입포트(11a)와 연결되는 유입유로(11)와, 배출포트(12a)와 연결되는 배출유로(12)가 마련되는 바디(1)와; 상기 바디(1)와 결합되어 상기 유입유로(11)와 배출유로(12)와 연장되는 챔버(A)가 형성하는 하우징(2)과; 상기 바디(1)에 설치되어, 상기 챔버(A)와 연결되는 유입유로(11)를 개폐시키는 밸브부(3)와; 상기 하우징(2)에 설치되어, 유입된 유체의 압력을 설정하고 조절하는 감압부(4)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 감압부(4)는, 상기 하우징(2)에 나사 결합되어 일단에 구비된 조작노브(41)의 회전조작에 의해 축 방향 이동하는 조절 스크류(42)와; 상기 챔버(A)를 공유하도록 설치되어 챔버(A)에 채워진 유체의 유입과 배출에 따라 수축과 팽창 작용하는 다이어프램(43)과; 상기 조절 스크류(42)와 다이어프램(43)을 연결하는 스프링(44)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 밸브부(3)는, 유입유로 상에 형성된 오리피스(11b)를 향해 포핏(Poppet) 밸브가 스프링(31)의 탄성 복원력에 의하여 접촉함으로써 닫히고, 스프링(31)의 복원력을 극복하며 이격됨으로써 열리는 구조를 이룬다.

결국 이러한 레귤레이터는 유입포트(11a)를 통해 고압의 유체가 유입되면, 상기 유입유로(11) 상에 탄력적으로 설치되어 있는 밸브부(3)를 열어 챔버(A)내부로 유입된다. 이렇게 챔버(A)내부로 유체가 계속해서 유입됨으로써 챔버(A)내부의 압력은 상승하게 되고, 이에 따라 다이어프램(43)은 위쪽으로 상승 팽창된다. 그리고 이처럼 챔버(A)내부의 압력이 상승하게 되면 스프링(31)의 복원력에 의하여 밸브부(3)는 오리피스(11b)를 닫아 유입유로(11)를 통한 더 이상의 유체공급을 차단한다.

그리고 챔버(A)내에서 감압된 유체는 배출유로(12)를 따라 배출포트(12a)로 배출된다. 이렇게 챔버(A)내부의 유체가 배출됨으로써 챔버(A)내부의 압력은 다시 하강하게 되고, 이에 따라 다이어프램(43)은 아래쪽으로 하강 수축된다. 그리고 이처럼 챔버(A)내부의 압력이 하강하게 되면 탄성 복원력을 극복하며 밸브부(3)는 오리피스(11b)를 다시 열고 유입유로(11)를 통해 유체가 다시 공급되어 챔버(A)내부에 채워진다.

이처럼 밸브의 반복적인 개폐를 통해 고압의 연료가 챔버(A)내부에 채워지고 배출되는 작용을 반복함으로써 일정한 압력으로 감압된 유체를 안정적으로 공급할 수 있게 된다.

하지만 이러한 종래 레귤레이터는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 유체의 압력평형을 유지하기 위한 응답성이 떨어지는 문제점이 있다.

즉, 상기 감압부(4)와 밸브부(3)는 서로 독립적으로 설치되어 있기 때문에, 감압부(4)에 구비된 다이어프램(43)이 수축과 팽창 작용과 스프링(31)에 의한 밸브부(3)의 개폐 작용은 오로지 챔버(A)내부로 유입된 유체의 압력에 따라 연동하게 된다. 이러한 경우 비교적 낮은 압력의 유체를 취급하는 경우에는 큰 무리가 없으나 가스와 같은 기체나 분사용 도료액 등과 같이 비교적 고압의 기체나 유체를 취급하는 경우에는 응답성이 떨어져 유체공급이 안정적이지 못하다.

둘째, 내구성의 떨어지는 문제점이 있다.

즉, 감압부(4)에 구비되는 다이어프램(43)은 고무 등과 같은 수지 재질로 형성되는데, 이러한 재질의 다이어프램(43)은 수축과 팽창 작용을 반복하는 과정에서 쉽게 손상되며, 특히 고압의 기체나 각종 화학성분을 포함하는 도료액과 같은 유체를 취급하는 경우에서 그 손상 정도가 크게 발생된다.

셋째, 조립성이 떨어지고 제작비가 비싸며 외형도 커지는 문제점이 있다.

즉, 감압부(4)와 밸브부(3)가 서로 독립적으로 설치되어 있기 때문에 스프링 부재 등 관련한 부재들이 많아 제작 조립이 어렵고 부품 제작에 따른 원가가 상승되며, 복잡한 부재들의 장착으로 인하여 외형을 이루는 하우징과 바디의 크기가 커지는 문제점이 발생된다.

국내특허공보 공개번호 제2009-0109207(2009.10.20) 국내특허공보 공개번호 제2008-0059040(2008.06.26)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유체의 압력평형을 유지하기 위한 응답성이 매우 빠르고, 고압 혹은 화학성분이 포함된 유체로부터 내구성이 우수하며, 조립성이 우수한 레귤레이터를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 감압부와 밸브부를 서로 일체로 연결하는 수단을 제시하여, 고압 유체의 감압 작용에서 응답성이 매우 신속하여 유체의 안정적인 감압 작용을 구현할 수 있는 고압 유체용 레귤레이터를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명은 유입된 유체를 감압하여 배출하는 레귤레이터에 있어서,

유입포트와 연결되는 유입유로와, 배출포트와 연결되는 배출유로가 마련되는 바디;

상기 바디와 결합되어 상기 유입유로와 배출유로를 연결하는 챔버를 형성하는 하우징;

상기 유입유로 상에 형성된 오리피스를 향해 가까워지거나 혹은 멀어지도록 이동 가능하게 설치되는 밸브부;

상기 하우징에 설치되어 유입된 유체의 압력을 설정하고 조절하는 감압부; 및

상기 감압부와 밸브부를 연결하여, 상기 감압부와 연동하여 밸브부를 이동시키며 오리피스를 개폐시키도록 하는 연결수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 감압부는, 상기 하우징에 나사 결합되며, 일단에 구비된 조작노브의 회전조작에 의해 축 방향 이동하는 조절 스크류와; 상기 조절 스크류로부터 축 방향에 대해 이격되며 상기 하우징에 축 방향 이동 가능하게 설치되는 작동샤프트와; 상기 조절 스크류와 작동샤프트의 사이를 연결하며, 조절 스크류와 작동샤프트를 축 방향으로 서로 이격시키는 스프링; 및 상기 작동샤프트의 일단에 결합되며, 상기 챔버의 내부에 위치하는 피스톤 블록으로 구성될 수 있다.

또한 상기 연결수단은, 상기 밸브부와 결합되어 연동하는 이동블록와; 일단이 상기 이동블록에 결합되며 축 방향에 대해 상기 바디를 관통한 타단이 상기 피스톤 블록과 결합되는 다수개의 볼트 가이드로 구성될 수 있다.

또한 상기 피스톤 블록의 축 방향 이동 구간은 1mm 이내로 설정함이 바람직하다.

본 발명은 감압부와 밸브부를 일체로 연결하는 연결수단을 이용하여, 고압의 유체를 설정 압력으로 유지하기 위한 응답성이 매우 빠르고, 고압 혹은 화학성분이 포함된 유체로부터 내구성이 우수하며, 조립성이 우수한 이점이 있다.

도 1은 종래 레귤레이터의 측면도
도 2는 본 발명에 의한 레귤레이터의 측면도
도 3은 도 2와 반대방향에서 도시된 레귤레이터의 측면도
도 4는 본 발명에 의한 제1 바디의 평면도
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 취한 단면도
도 6은 도 4의 B-B선을 따라 취한 단면도
도 7은 본 발명에 의한 레귤레이터의 유체 흐름을 보이는 부분 단면도

위에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은 이하 첨부도면을 참조한 본 발명의 실시 예들을 통하여 더욱 명백히 한다.

도 1과 도 2를 참조하면 본 발명에 의한 레귤레이터는, 크게 바디(10), 하우징(20), 밸브부(30), 감압부(40), 및 연결수단(50)을 포함한다.

상기 바디(10)는 제1 바디(110)와 제2 바디(120)를 포함한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면 상기 제1 바디(110)는, 일측에 구비된 유입포트(111a)와 연결되는 유입유로(111)가 형성되어 있으며, 타측에 구비된 배출포트(112a)와 연결되는 배출유로(112)가 형성된다. 또 중앙 상부에는 상기 유입유로(111)와 배출포트(112)와 연결되는 챔버(A)가 형성된다. 그리고 중앙 하부에는 상기 밸브부(30)가 설치되는 장착 공간(30A)이 형성되어 있다.

다시 말해 상기 유입유로(111)는 유체의 진행방향에 따라 상기 유입포트(111a)로부터 수평 연장되고, 수직 하부로 이어지며 오리피스(15)를 사이에 두고 밸브부(30)의 장착 공간(30A)과 연결되며, 이후 수직 상부로 이어지며 상기 챔버(A)와 연결된다. 그리고 상기 배출유로(112)는 상기 챔버(A)와 배출포트(112a)를 연결하며 형성된다. 더불어 본 발명에 의한 제1 바디(110)에는 상기 연결수단(50)으로써 볼트 가이드(52)가 축 방향(상하 방향) 관통할 수 있게 가이드 홀(115)이 형성된다.

상기 제2 바디(120)는 상기 밸브부(30)를 장착한 다음 제1 바디(110)의 하단부와 나사 결합되는 것에 의하여 유입유로(111)를 폐시킨다.

상기 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 결합 시에는 패킹, 개스킷, 오링 등의 기밀부재를 개제하여 기밀을 확보하게 된다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면 상기 하우징(20)은, 상기 제1 바디(110)의 상부와 나사 결합되는 것에 의하여 챔버(A)를 폐시킨다. 이러한 하우징(20)과 제1 바디(110)의 결합 시에도 패킹, 개스킷, 오링 등의 기밀부재(25)를 개재하여 챔버(A)의 기밀을 확보하게 된다.

그리고 하우징(20)에는 상기 감압부(40)가 설치 구성된다.

상기 밸브부(30)는, 유입유로(111)에 형성된 오리피스(15)에 밀착되거나 혹은 이격되어 유입유로(111)를 개폐하는 부재로써, 오리피스(15)를 대향하여 포핏(Poppet)밸브 구조를 취하게 되며, 여기서 본 발명에 의한 밸브부(30)에는 종래와 같이 오리피스(15)를 향해 밸브부(15를 탄성 지지하는 스프링 부재를 배제한 것에 큰 차이가 있다. 이러한 밸브부(30)에 대한 상세한 구성 및 작용 설명은 종래와 크게 구별되는 것이 아닌 관계로 생략한다.

상기 감압부(40)는, 조작노브(41)와, 조절 스크류(42), 작동샤프트(43), 스프링(44) 및 피스톤 블록(45)을 포함한다.

즉, 상기 조절 스크류(42)는, 상기 하우징(20)의 상단과 나사 결합되는 것으로, 일단에 구비된 상기 조작노브(41)의 회전조작에 의하여 축 방향(도면에서 수직방향)으로 상하 이동가능하게 설치된다. 이를 위해 상기 하우징(20)의 상단부에는 내주면이 너트 가공된 너트블록이 장착된다.

상기 작동샤프트(43)는, 상기 조절 스크류(42)와 이격된 하우징(20)의 하단에 축 방향으로 이동 가능하게 설치되는 것으로, 정확하게는 하우징(20)과 제1 바디(110)를 연결하는 패킹부재(25)를 관통하여 축 방향 이동 가능하게 설치되어 일단(하단)이 챔버(A)의 내부공간에 위치된다.

상기 스프링(44)은, 상기 조절 스크류(42)의 하단에 결합된 상부플레이트(421)와, 상기 작동샤프트(42)의 상단에 결합된 하부플레이트(431)의 사이에 긴장되게 설치되어, 상기 조절 스크류(42)와 작동샤프트(43)를 축 방향으로 서로 이격시키도록 구성된다.

상기 피스톤 블록(45)은, 상기 작동샤프트(43)의 하단에 결합되어, 챔버(A)의 내부공간에 위치된다.

이러한 감압부(40)는 챔버(A)내부에 유체가 유입되는 것에 의하여 챔버(A)내부의 압력이 상승하게 되면 이에 따라 상기 피스톤 블록(45)이 위쪽을 상승하게 되는 것으로써, 결국 상기 조작노브(41)를 회전시켜 작동샤프트(43) 및 피스톤 블록(45)을 탄성 지지하고 있는 스프링(44)의 탄성 복원력을 변경하여 줌으로써 챔버(A) 내부에 배치되는 피스톤 블록(45)의 상하 작동 시점을 조절할 수 있게 되고, 이로부터 유체의 설정 압력을 조절할 수 있게 된다.

한편 상기 연결수단(50)은 본 발명의 주요 특징부로써, 상기 감압부(40)와 밸브부(30)를 연결하도록 구성되는 것으로써, 도 1에 도시된 종래 레귤레이터와 같이 챔버(A)내부로 유입된 유체의 압력 변동에 따라 탄력적으로 설치된 밸브부(3)의 연관된 개폐 작동이 구현되는 것이 아니라, 본 발명은 연결수단(50)을 이용하여 상기 감압부(40)와 밸브부(30)가 직접적으로 연결 구성되어 있기 때문에, 챔버(A)내부의 압력변동에 따라 작동하는 피스톤 블록(45)과 연동하여 밸브부(30)의 신속한 개폐가 이루어지게 된다.

본 발명의 실시 예에 의한 연결수단(50)은, 상기 밸브부(30)와 결합되어 연동하는 이동블록(51)과; 일단(하단)이 이동블록(51)과 결합되고 축 방향에 대해 상기 제1 바디(110)를 관통한 타단(상단)이 상기 피스톤 블록(45)과 결합되는 다수개의 볼트 가이드(52);를 포함하여 구성된다.

상기 제1 바디(110)에는 각 볼트 가이드(52)의 축 방향 이동을 견고히 안내할 수 있도록 상기 제1 바디(110)에 형성된 가이드 홀(115)에 볼트 가이드(52)의 외면과 대응하는 형상의 내면을 가지는 가이드부재(511)를 포함하여 구성함이 좋다. 이러한 가이드부재(511)내부에서 축 방향(수직 방향) 이동이 안내되는 볼트 가이드(52)로 인하여 피스톤 블록(45)의 축 방향 이동과 연동하여 이동블록(51) 및 밸브부(30)의 연고한 축 방향 이동을 만족하게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 레귤레이터의 유체 흐름을 보이는 부분 단면도로써, 도 1 및 도 2와 연계하여 레귤레이터의 작용을 설명하면 다음과 같다.

유입포트(111a)를 따라 유입유로(111)로 유입되는 유체는 개방된 오리피스(15)를 통하여 챔버(A)내부에 채워진다.

이렇게 챔버(A)내부에 유체가 채워짐으로 인하여 압력이 상승하게 되면, 감압부(40)의 피스톤 블록(45)은 스프링(44)의 탄성 복원력을 극복하며, 수직 상승하게 된다.

이와 동시 피스톤 블록(45)과 볼트 가이드(52)와 이동블록(51)으로 구성된 연결수단(50)을 매개로 연결된 밸브부(30)가 연동하여 수직 상승함에 따라 오리피스(15)에 근접하여 밀착된다.

결국, 챔버(A)내부에 채워지는 유체의 압력이 설정 압력보다 높을 경우에는 피스톤 블록(45)이 상승하여 밸브부(30)가 오리피스(15)의 개도 량을 줄여 감압시킨 상태에서 배출유로(112)를 향해 감압된 유체를 배출시키게 된다.

본 발명에 의한 레귤레이터는 유입포트(111a)로 전해지는 유체의 어떠한 압력 상태에서도 안정적으로 감압된 유체를 배출할 수 있는 구조를 만족하나, 바람직하게는 적어도 200bar이상을 유지하는 고압용 유체를 취급할 경우 보다 효율적으로 이용될 수 있다.

아울러 감압부(40)의 피스톤 블록(45)과 밸브부(30)의 신속한 응답성을 유지하기 위해서, 상기 피스톤 블록(45)의 축 방향(수직 방향) 이동 구간은 1mm 이내에서 작동하도록 설정함이 좋다. 다시 말해 오리피스(15)와 밸브부(30)의 최대 개방 구간을 1mm 내에서 개도 량을 유지하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 고압 유체의 신속 감압과 설정 압력으로 감압된 유체를 안정적으로 배출할 수 있을 뿐만 아니라, 종래와 같이 수지 재질의 다이어프램이 배제되기 때문에 고압의 기체뿐만 아니라 도료와 같이 화학 성분이 포함된 유체를 취급하는 경우에도 내부 부품의 손상이나 불량 없이 오랜 시간 구동될 수 있는 이점이 있다.

더불어 밸브부(30)와 결합된 이동블록(51)과 피스톤 블록(45)이 다수개의 볼트 가이드(52)로 견고하게 체결되어 있기 때문에, 장시간 사용에도 불구하고 우수한 내구성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(10) : 바디 (110) : 제1 바디
(120) : 제2 바디 (111) : 유입유로
(112) : 배출유로 (15) : 오리피스
(20) : 하우징 (30) : 밸브부
(40) : 감압부 (41) : 조작노브
(42) : 조절 스크류 (43) : 작동샤프트
(44) : 스프링 (45) : 피스톤 블록
(50) : 연결수단 (51) : 이동블록
(52) : 볼트 가이드 (511) : 가이드부재
(A) : 챔버

Claims (5)

1. 유입된 유체를 감압하여 배출하는 레귤레이터에 있어서,
   유입포트(111a)와 연결되는 유입유로(111)와, 배출포트(112a)와 연결되는 배출유로(112)가 마련되는 바디(10);
   상기 바디(10)와 결합되어 상기 유입유로(111)와 배출유로(112)를 연결하는 챔버(A)를 형성하는 하우징(20);
   상기 유입유로(111)상에 형성된 오리피스(15)를 향해 가까워지거나 혹은 멀어지도록 이동 가능하게 설치되는 밸브부(30);
   상기 하우징(20)에 설치되어 유입된 유체의 압력을 설정하고 조절하는 감압부(40); 및
   상기 감압부(40)와 밸브부(30)를 연결하여, 상기 감압부(40)와 연동하여 밸브부(30)를 이동시키며 오리피스(15)를 개폐시키도록 하는 연결수단(50);를 포함하며,
   상기 감압부(40)는,
   상기 하우징(20)에 나사 결합되며, 일단에 구비된 조작노브(41)의 회전조작에 의해 축 방향 이동하는 조절 스크류(42);
   상기 조절 스크류(42)로부터 축 방향에 대해 이격되며, 상기 하우징(20)에 축 방향 이동 가능하게 설치되는 작동샤프트(43);
   상기 조절 스크류(42)와 작동샤프트(43)의 사이를 연결하며, 조절 스크류(42)와 작동샤프트(43)를 축 방향으로 서로 이격시키는 스프링(44); 및
   상기 작동샤프트(43)의 일단에 결합되며, 상기 챔버(A)의 내부에 위치하는 피스톤 블록(45); 을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 고압 유체용 레귤레이터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결수단(50)은,
   상기 밸브부(30)와 결합되어 연동하는 이동블록(51);
   일단이 상기 이동블록(51)에 결합되며, 축 방향에 대해 상기 바디(10)를 관통한 타단이 상기 피스톤 블록(45)과 결합되는 다수개의 볼트 가이드(52);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 유체용 레귤레이터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤 블록(45)의 축 방향 최대 이동구간은 1mm 이내 인 것을 특징으로 하는 고압 유체용 레귤레이터.
5. 제3항에 있어서,
   상기 바디(10)에는 볼트 가이드(52)의 축 방향 이동을 안내하는 가이드부재(511)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 고압 유체용 레귤레이터.

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