KR101389627B1 - 진공밸브 - Google Patents

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Abstract

<과제> 진공밸브는 가동전극봉에 벨로우즈가 구비되고, 가동전극봉의 동작에 수반하여 벨로우즈가 신축함으로써, 진공용기 내를 기밀에 유지하고 있지만, 가동전극봉의 개극동작시에 벨로우즈에 좌굴이 발생한다는 문제가 있었다.
<해결수단> 절연통(1)과 그 양단부에 접합된 고정 측 단판(2) 및 가동 측 단판(3)에 의해 구성된 진공용기와, 그 진공용기의 내부에 대향해서 배치된 고정전극(7) 및 가동전극(8)과, 가동전극(8)을 일단에 고착되고 타단이 진공용기의 외부로 인출된 가동 측 전극봉(5)과, 그 가동 측 전극봉(5)의 이동에 수반하여 신축하는 사복부를 가지는 벨로우즈(6)를 구비한 진공밸브에 있어서, 원통 형상의 벨로우즈 지지재(12)를 그 내측에 벨로우즈(6)의 사복부가 접하도록 진공용기에 대해서 고정한다.

Description

진공밸브 {VACUUM VALVE}
본 발명은 진공밸브, 특히, 벨로우즈(bellows)를 구비한 진공밸브에 관한 것이다.
진공밸브에서는, 가동전극봉에 벨로우즈가 구비되고, 가동전극봉의 동작에 수반하여 벨로우즈가 신축함으로써, 진공용기 내를 기밀하게 유지하고 있다. 벨로우즈는 일반적으로 스테인리스 등의 금속으로 구성된다.
벨로우즈의 내측은 대기 혹은 가압된 절연가스이다. 한편, 벨로우즈의 외측은 진공밸브의 내부이기 때문에 진공이다. 이와 같이, 벨로우즈의 외측의 압력보다도 벨로우즈의 내측의 압력이 높고, 벨로우즈 양단이 구속되어 있기 때문에, 가동전극봉의 개극(開極) 동작시에 벨로우즈가 변형해 버리는 좌굴(座屈)이 발생할 우려가 있다.
이 문제의 대책방법으로서, 벨로우즈의 외경을 크게 함으로써, 벨로우즈의 좌굴이 발생하기 어렵게 할 수 있다.
또, 다른 대책법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이 벨로우즈를 진공용기의 외측에 배치하고, 벨로우즈의 일단을 가동 측 단판(端板)에 고정하고, 타단은 가동전극에 접속하는 진공밸브도 생각할 수 있다. 이 구조에서는, 벨로우즈의 내측이 진공, 벨로우즈의 외측이 대기 혹은 가압된 절연가스가 되기 때문에, 좌굴은 발생하게 어렵게 되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개2003-187679호 공보(제2페이지, 제6도)
그러나, 상술의 종래의 진공밸브와 같이, 벨로우즈의 외경을 크게 하거나, 벨로우즈를 진공용기의 외측으로 내거나 하면, 진공밸브 전체가 대형화해 버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 진공밸브의 대형화를 억제하면서, 벨로우즈의 좌굴을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 진공밸브에서는, 벨로우즈를 진공용기 내에 배치하고, 원통 형상의 벨로우즈 지지재를, 그 내측에 벨로우즈의 사복부(蛇腹部, accordion part)가 접하도록 진공용기에 대해서 고정한다.
본 발명에 관한 진공밸브에 의하면, 진공밸브의 대형화를 억제하면서, 벨로우즈의 좌굴을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브의 수직 단면도이다.
도 2]본 발명의 실시형태 2에 관한 진공밸브의 수직 단면도이다.
실시형태 1.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브를 나타내는 단면도이다. 이하, 도 1에 근거하여, 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브의 구성을 설명한다. 원통 형상의 절연통(1)은 알루미나 세라믹 등으로 구성된다. 절연통(1)의 양단에는 각각 고정 측 단판(2) 및 가동 측 단판(3)이 납땜에 의해 장착되어, 진공용기를 구성하고 있다. 이와 같은 납땜 접합에는 주로 은계의 납재가 사용된다.
고정 측 단판(2)에는 고정전극봉(4)이 관통하여 납땜 접합되어 있다. 벨로우즈(6)의 일단은 가동 측 단판(3)에 납땜 접합되고, 타단은 벨로우즈(6)의 내부 및 가동 측 단판(3)을 관통하는 가동전극봉(5)에 납땜 접합되어 있다. 벨로우즈(6)의 측면은 산(山)과 곡(谷)을 교호로 반복하는 사복부로 이루어져 있고, 도면 중 상하방향으로 신축 가능하게 구성되어 있다. 벨로우즈(6)의 재료에는 스테인리스 등의 금속재료를 이용할 수 있다. 진공용기 내에서의 고정전극봉(4)의 단부에는 고정전극(7)이, 가동전극봉(5)의 단부에는 가동전극(8)이 납땜 접합되며, 고정전극(7)과 가동전극(8)은 서로 대향하고 있다.
가동전극봉(5)은 도면 중 상하방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 고정전극(7)과 가동전극(8)은 접촉하고 있을 때, 벨로우즈(6)가 가장 늘어난 상태가 된다. 가동전극봉(5)의 가동범위 내에서 고정전극(7)과 가동전극(8)이 가장 떨어져 있을 때, 벨로우즈(6)가 가장 줄어든 상태가 된다.
원통 형상의 쉴드(9)는 절연통(1)의 반경보다 조금 작은 반경을 가진다. 쉴드(9)는 그 중심축이 절연통(1)의 중심축과 일치하고, 고정전극(7) 및 가동전극(8)을 둘러싸도록 절연통(1)의 내면에 납땜에 의해 고정되어 있다. 쉴드(9)는 전류 차단시에 절연통(1)의 내면이 고정전극(7) 및 가동전극(8)으로부터 발생하는 금속증기에 의해 오손되는 것을 방지하고 있다.
가동전극봉(5)의 이동을 안내하는 가이드(10)는 진공밸브의 납땜에 의한 조립 완료 후, 나사 등(도시생략)에 의해서 가동 측 단판(3)에 장착되어 있다. 가이드(10)는 가동전극봉(5)의 도면 중 상하방향 이외의 방향으로의 움직임을 제한하고 있다.
벨로우즈(6)의 가동전극(8) 측 단부에는 벨로우즈 커버(11)가 가동전극봉(5)에 고정전극(7) 및 가동전극(8)으로부터 벨로우즈(6)를 차폐하도록 납땜 접합되어 있다. 벨로우즈 커버(11)는 전류 차단시에 고정전극(7) 및 가동전극(8)으로부터 발생하는 금속증기에 의해, 벨로우즈(6)의 표면이 오손되는 것을 방지하고 있다.
벨로우즈 지지재(12)는, 원통형으로 형성된, 벨로우즈(6)의 좌굴을 방지하기 위한 부재이다. 벨로우즈 지지재(12)의 중심축은 벨로우즈(6)의 중심축과 일치하고 있다. 벨로우즈 지지재(12)는 벨로우즈(6)가 가장 늘어난 상태에서 사복부 전체를 덮을 수 있는 만큼의 축방향의 길이를 가지고, 그 일단이 가동 측 단판(3)에 납땜에 의해 접합되어 있다. 벨로우즈 지지재(12)를 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 스테인리스 등의 금속재료를 이용할 수 있다.
벨로우즈 지지재(12)의 반경은 벨로우즈(6)가 가장 줄어든 상태에서 벨로우즈 지지재(12)의 내측에 벨로우즈(6)의 사복부의 산의 정점 외면이 정확히 접하도록, 중심축으로부터 가장 줄어든 상태의 벨로우즈(6)의 사복부의 산의 정점까지의 거리와 동일하게 한다.
또한, 벨로우즈(6)의 내측은 대기 혹은 가압된 절연가스이며, 벨로우즈(6)의 외측이 진공상태에서는 벨로우즈(6)의 내외에서 압력차가 있다.
다음으로, 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브의 동작을 설명한다. 폐극상태에서는 고정전극(7)과 가동전극(8)은 접촉하고 있다. 그 상태에서 과전류가 흐르면, 진공밸브는 개극동작을 개시하고, 가동전극봉(5)이 도 1 중의 아래쪽 방향으로 이동함으로써, 고정전극(7)과 가동전극(8)이 이간하여 개극된다. 이 때, 벨로우즈(6)에도 도 1 중의 아래쪽 방향의 응력이 걸려, 가동전극봉(5)의 이동에 수반하여 도 1 중의 아래쪽 방향으로 수축하여, 진공용기 내를 기밀로 유지하는 기능을 한다.
여기서, 벨로우즈(6)의 내외에서 압력차가 있기 때문에, 상기 응력에 의해서 벨로우즈(6)가 외측으로 변형하는 좌굴이 발생할 우려가 있다. 그러나, 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브에서는, 벨로우즈 지지재(12)가 벨로우즈(6)의 사복부에 접촉하여, 벨로우즈(6)가 외측으로 변형하지 않도록 누르기 때문에, 좌굴을 방지할 수 있다.
또, 가동전극봉(5)이 급가속 혹은 급감속할 때에, 벨로우즈(6)에는 진동이 발생하지만, 벨로우즈(6)이 전해지는 진동에너지가 벨로우즈 지지재(12)와 벨로우즈(6)와의 마찰에 의해서 소모되어, 벨로우즈(6)의 진동은 감쇠한다.
이상, 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브에서는, 벨로우즈(6)의 사복부에 접하도록 벨로우즈 지지재(12)를 배치함으로써, 진공밸브의 대형화를 억제하면서, 벨로우즈(6)의 좌굴을 방지할 수 있다.
또, 고속으로 개폐조작되는 진공밸브에서는, 개폐동작 중의 급가속되는 최초의 행정과 급감속되는 최후의 행정에서, 벨로우즈는 충격력을 받아 벨로우즈에 진동이 발생하지만, 본 발명의 실시형태 1에 관한 진공밸브에서는, 벨로우즈(6)의 사복부 전체에 접하도록 벨로우즈 지지재(12)가 배치되어 있으므로, 벨로우즈(6)에 전해지는 진동에너지가 벨로우즈 지지재(12)와의 마찰에 의해서 소모되어, 벨로우즈(6)의 진동은 감쇠한다. 이 때문에, 벨로우즈(6)에 발생하는 응력이 저감되므로, 벨로우즈(6)를 장수명화할 수 있다.
또한, 벨로우즈(6)가 줄어든 상태와 늘어난 상태에서는, 중심축으로부터 벨로우즈(6)의 사복부의 산의 정점까지의 거리가 약간 바뀐다. 그래서, 벨로우즈 지지재(12)의 재료를 고무 등의 탄성체로 하여 반경방향으로 탄성을 갖게 하고, 벨로우즈(6)를 단단히 조이도록 해도 된다. 이것에 의해, 벨로우즈(6)가 가장 줄어든 상태가 아니어도, 벨로우즈(6)와 벨로우즈 지지재(12)가 접하게 되어, 보다 확실히 좌굴을 방지할 수 있다.
실시형태 2.
도 2는 본 발명의 실시형태 2에 관한 진공밸브를 나타내는 수직 단면도이다.도 1과 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하여 설명을 생략한다. 본 발명의 실시형태 2에 관한 진공밸브에서도 기본적인 구성은 실시형태 1에 관한 진공밸브와 동일하다.
실시형태 1에 관한 진공밸브와의 차이점은, 실시형태 2에 관한 진공밸브에서는 실시형태 1에서의 벨로우즈 커버(11)를 제거하고, 그 대신에 벨로우즈 지지재(12)의 가동전극(8) 측의 단부에 차폐부(12a)를 일체 성형한 점이다. 이 차폐부(12a)는 벨로우즈(6)의 전극 측 단부와 가동전극(8)과의 사이의 개폐동작시에 가동전극(8)과 접촉하지 않는 위치에 배치한다. 차폐부(12a)는 가동전극(8)과 벨로우즈(6)의 가동전극(8) 측 단부와의 사이를 차폐한다.
이 차폐부(12a)는 벨로우즈 커버(11)와 동일한 기능을 발휘하며, 전류차단시에 고정전극(7) 및 가동전극(8)으로부터 발생하는 금속증기로부터 벨로우즈(6)가 오손되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태 2에 관한 진공밸브에서는, 벨로우즈 지지재(12)에 차폐부(12a)를 일체 성형함으로써, 벨로우즈 커버(11)를 장착하는 작업이 불필요하게 되어, 부품 점수를 삭감하고, 조립을 용이하게 할 수 있다.
1 절연통 2 고정 측 단판
3 가동 측 단판 4 고정전극봉
5 가동전극봉 6 벨로우즈
7 고정전극 8 가동전극
9 쉴드 10 가이드
11 벨로우즈 커버 12 벨로우즈 지지재
12a 차폐부

Claims (4)

  1. 절연통의 단부를 봉지(封止, sealing)하여 형성된 진공용기와,
    상기 진공용기의 내부에서 대향 배치된 고정전극 및 가동전극과,
    상기 가동전극에 일단이 고착되고 타단이 상기 진공용기의 외부로 인출되며, 이동함으로써 상기 가동전극을 상기 고정전극에 대해서 접리(接離)시키는 가동전극봉과,
    상기 진공용기 내에 배치되고, 상기 가동전극봉의 이동에 수반하여 신축하는 사복부(蛇腹部, accordion part)를 가지는 벨로우즈(bellows)를 구비한 진공밸브에 있어서,
    내측에 상기 벨로우즈의 사복부가 접하도록 상기 진공용기에 대하여 고정하는 원통 형상의 벨로우즈 지지재와,
    전류차단시에 상기 고정전극 및 상기 가동전극으로부터 발생하는 금속증기에 의해 상기 벨로우즈의 표면이 오손(汚損)되는 것을 방지하고 있는 벨로우즈 커버를 구비하며,
    상기 벨로우즈 지지재는 가장 늘어난 상태에서의 상기 벨로우즈의 사복부 전체를 덮을 수 있는 축방향의 길이를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
  2. 절연통의 단부를 봉지(封止, sealing)하여 형성된 진공용기와,
    상기 진공용기의 내부에서 대향 배치된 고정전극 및 가동전극과,
    상기 가동전극에 일단이 고착되고 타단이 상기 진공용기의 외부로 인출되며, 이동함으로써 상기 가동전극을 상기 고정전극에 대해서 접리(接離)시키는 가동전극봉과,
    상기 진공용기 내에 배치되고, 상기 가동전극봉의 이동에 수반하여 신축하는 사복부(蛇腹部, accordion part)를 가지는 벨로우즈(bellows)를 구비한 진공밸브에 있어서,
    내측에 상기 벨로우즈의 사복부가 접하도록 상기 진공용기에 대하여 고정하는 원통 형상의 벨로우즈 지지재를 구비하고,
    상기 벨로우즈 지지재는 가장 늘어난 상태에서의 상기 벨로우즈의 사복부 전체를 덮을 수 있는 축방향의 길이를 가지며, 상기 벨로우즈 지지재의 상기 가동전극 측의 단부에 상기 가동전극과 상기 벨로우즈와의 사이를 차폐(遮蔽)하는 차폐부를 일체 성형한 것을 특징으로 하는 진공밸브.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 벨로우즈 지지재는 가장 줄어든 상태에서의 상기 벨로우즈의 중심축으로부터 사복부의 산의 정점까지의 거리와 동일한 반경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 벨로우즈 지지재는 반경방향으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
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