KR101425903B1 - 유체개폐용 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 밸브에 관한 것으로, 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디와, 상기 바디의 상기 내부공간에 회전가능하게 장착되며 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼과, 상면에 누설차단홈이 형성되어 상기 볼과 바디의 내부공간 사이에 설치되는 시트와, 상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기가 하면에 형성되어 상기 시트의 상면에 결합됨으로써 유체의 누설을 차단하는 글랜드를 포함함으로써, 관로의 누설을 완벽하게 차단할 수 있는 효과를 가진다.

Description

유체개폐용 볼 밸브{Ball Valve for Opening and Closing Fluid Flow}

본 발명은 볼 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관로의 누설을 완벽하게 차단할 수 있는 구조를 가진 유체개폐용 볼 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 볼 밸브(Ball Valve)는 본체 내부에 구형의 회전체(볼)가 구비되어 유로를 선택적으로 개방함으로써 유체의 흐름을 조절하는 밸브를 말한다. 볼 밸브는 주로 간단한 체크밸브나 펌프 밸브에 사용되거나 석유 공업용(가스, 액체 및 화학 약품) 배관, 냉/온수 배관 및 수도용/오폐수 배관 등에 사용될 수 있다.

이와 같은 볼 밸브는 사용자가 핸들을 시계방향 또는 반시계방향으로 일정 각도 회전시키면 본체의 관로가 개방되고, 반대방향으로 핸들을 복귀시키면 본체의 관로가 폐쇄되는 방식으로 작동한다.

종래 기술에서, 통상 유체개폐용 볼 밸브는 볼 양측에 탄성체 밸브시트를 설치하여 유체차단을 하고 있는데, 종래의 경우 유체압에 의하여 밸브시트가 변형되어 유체의 차단이 불안정해지거나 밸브시트의 접촉면에 이물질이 들어갈 경우에는 유체가 누설될 수 있는바, 안전사고의 위험이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하고자, 한국등록특허 제10-0319665호에서는 도 1에서 보는 바와 같이, 오링(11a)이 부착된 탄성체 밸브시트(11)의 반대측에는 금속제 밸브시트(12)를 설치하며, 밸브몸통(10)에 형성시킨 관통구멍(13)을 통해 점도 높고 굳지않는 점액상 실런트(Sealant)를 주입할 수 있게 주입구(14)를 장치하여 외측에 개폐캡(14a)을 설치한 볼 밸브가 개시되어 있다.

그러나, 상기의 종래 기술문헌에서는 금속제 밸브시트를 별도로 설치하고, 밸브몸통에 주입구를 장치하고 개폐캡을 설치해야 하는 등 구성이 매우 복잡하여 제조가 어렵고, 구성요소 개수를 증가시켜 볼 밸브의 제조단가를 상승시키는 단점이 있었다.

또한, 종래의 볼 밸브에는 볼과 시트 내부의 누설을 차단하기 위하여, 시트를 가압하는 수단으로 다양한 패킹이 적용되기도 하나, 상기 패킹을 가압하는 패킹 볼트의 가압력에 의해 시트의 벽면이 내측으로 함몰되어 이에 따른 누설이 발생되기도 한다.

따라서, 관로의 누설을 효과적으로 방지하면서도 볼 밸브의 구성이 복잡하지 않아 볼 밸브의 제조원가를 절감시킬 수 있는 대안이 요구되는 추세이다.

한국등록특허 제10-0319665호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에서는 구성이 간단하면서도 볼 밸브의 누설을 완벽하게 차단할 수 있는 볼 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디와, 상기 바디의 상기 내부공간에 회전가능하게 장착되며 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼과, 상면에 누설차단홈이 형성되어 상기 볼과 바디의 내부공간 사이에 설치되는 시트와, 상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기가 하면에 형성되어 상기 시트의 상면에 결합됨으로써 유체의 누설을 차단하는 글랜드를 포함하는 볼 밸브가 제공된다.

본 발명에서 상기 누설차단홈은 'V'자 형상의 단면형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 누설차단홈은 상기 볼에 인접한 일측면에 형성된 제1 경사면과, 타측면에 형성된 제2 경사면과, 상기 제1 경사면과 제2 경사면 사이에 형성된 수평면으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 경사면의 경사각도가 상기 제2 경사면의 경사각도보다 완만하게 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 경사면의 경사각도는 상기 볼의 곡률반경에 대응되는 각도로 이루어지어 상기 시트가 균일한 두께로 형성될 수 있다.

한편, 상기 글랜드는 상기 제1 경사면에 접촉하여 밀착되는 제1 돌출면을 갖는 하부 글랜드와, 상기 제2 경사면에 접촉하여 밀착되는 제2 돌출면을 갖는 상부 글랜드로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 상부 글랜드와 하부 글랜드는 수직방향으로 구분되며, 각각의 단부가 상기 수평면에 접하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 상부 글랜드와 하부 글랜드 사이에 스템 패킹이 설치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 시트의 하면에는 단차가 형성되어 2단의 원통부로 이루어지고, 상기 시트가 설치되는 바디의 내경 하단에도 상기 단차에 대응되는 단차가 형성될 수 있다.

상기 단차는 상기 관로와 평행하게 형성되는 수평면과, 상기 수평면과 직각으로 이루어지는 수직면으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 볼의 회동축을 형성하며 회전가능하게 장착되는 스템이 상기 볼과 일체로 이루어지어 볼 스템을 구성할 수 있다.

또한, 상기 볼의 회동축을 형성하며 회전가능하게 장착되는 스템이 별도로 구성되어 상기 볼과 결합되는 형태가 적용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 바디의 단부에는 관이 연결될 수 있도록 관이음 연결구가 구비되며, 이러한 관이음은 나사, 용접, 페럴 등의 다양한 방식들이 적용될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 볼 밸브의 구성이 간단하면서도 유체의 누설을 완벽하게 차단할 수 있는 효과가 있다.

즉, 시트의 상면에 누설차단홈이 형성되고, 글랜드에는 상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기를 형성하여 결합함으로써, 종래의 기술에 비해 구성요소가 추가되지 않으면서도 유체가 누설되는 것을 완벽하게 차단할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 볼 밸브의 내부구성을 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 볼 밸브의 내부 구성요소를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 볼 밸브의 내부구성을 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 볼 밸브의 요부를 도시한 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 볼 밸브의 내부 구성요소를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 볼 밸브의 내부구성을 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 볼 밸브의 요부를 도시한 단면도이다.

본 발명의 볼 밸브는 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디(10)와, 상기 바디(10)의 상기 내부공간에 회전가능하게 장착되며 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼(20)과, 상기 볼(20)과 바디(10)의 내부공간 사이에 설치되는 시트(60)와, 상기 시트(60)의 상면에 결합됨으로써 유체의 누설을 차단하는 글랜드(gland)(40)(90)를 포함한다.

상기 바디(10)는 양측으로 관이 연결 설치될 수 있으며, 이를 위해 바디(10)의 양측에는 각각 결합 너트(150)가 장착될 수 있다. 여기서, 상기 바디(10)에 관이 설치되는 위치는 상술한 양측에만 한정되는 것이 아니며, 3개소 또는 4개소에 관이 연결 설치될 수 있는 형상을 포함함은 물론이다.

본 발명에서 일실시예로 제시하는 볼 밸브는 상기 볼(20)의 회동축을 형성하며 상기 바디(10)에 회전가능하게 장착되는 스템(30)이 상기 볼(20)과 일체로 이루어지는 볼 스템이 적용된다.

즉, 본 발명에서는 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼의 기능과, 상기 볼의 회동축을 형성하며 상기 바디에 회전가능하게 장착되는 스템의 기능이 일체로 구성된 볼 스템이 적용되는 것이다.

그러나, 본 발명의 볼 밸브가 이에 한정된 것은 아니며, 상기 볼(20)과 스템(30)이 별개로 이루어지어 연결되는 통상적인 구성에도 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 스템(30)에는 상기 스템(30)을 회동시키기 위한 핸들(100)이 결합된다.

이와 같은 본 발명의 볼 밸브는 상기 볼(20)과 바디(10) 및 시트(60)와 볼(20) 내부의 오리피스 간의 누설을 차단하기 위하여, 상기 시트(60)를 가압하기 위한 수단으로 글랜드(40)(90)와 패킹(50)이 적용되는데, 사용압력에 따라 글랜드(40)(90)와 패킹(50)을 가압하는 패킹 볼트(110)를 회전시키는 토크가 적절하게 선정된다.

이때, 패킹 볼트(110)에 의한 가압력에 의해 시트(60) 벽면이 바디(10) 내부 벽면에 전체적으로 밀착되지 않고 공간이 형성되는 경우, 유체의 누설이 발생할 수 있다.

본 발명에서는 이를 해결하고자, 상기 시트(60)의 상면에 유체의 누설을 완벽하게 방지하지 위한 누설차단홈을 형성하고, 상기 글랜드(40)(90)에는 상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기(42)(92)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 시트(60)와 글랜드(40)(90)가 접하는 접촉면을 홈과 돌기형상으로 형성함으로써 접촉되는 면의 표면적을 넓히고, 패킹 볼트(110)의 가압력에 의해 글랜드(40)(90)가 시트(60)를 누를 때 후술할 제1 경사면(62)과 제2 경사면(64)의 접촉면에 수직방향으로 가압력의 분력이 상기 시트(60)와 볼(20), 바디(10) 내경부측으로 각각 작용하여 보다 적은 가압력으로도 누설 차단 효과를 극대화할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에서 실시예로 제안한 상기 누설차단홈은 도 4에서 보는 바와 같이, 대략 'V'자 형상의 단면형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 누설차단홈은 상기 스템(30)에 인접한 일측면에 형성된 제1 경사면(62)과, 타측면에 형성된 제2 경사면(64)을 포함하여, 대략 'V'자 형상의 단면형상을 갖는 것이다.

이와 같은 누설차단홈은 상기 시트(60)의 상면 두께를 전체적으로 균일한 정도의 범위를 갖도록 형성하는 역할도 한다. 즉, 도 2 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 시트(60)의 상면에 'V'자 형상의 홈이 형성됨으로 인해 상기 시트(60)의 상면이 전체적으로 균일한 정도의 두께를 갖게 되는데, 이로 인한 효과는 다음과 같다.

통상 시트(60)는 사출(Injection)을 통해 제작되는데, 이러한 사출은 액상의 플라스틱이 일정형상을 가지는 틀(Mold)에 주입시켜 제품을 만드는 공정을 가진다. 이 경우, 상기 틀 내에 액상의 플라스틱을 주입한 후 식는 과정에서 수축에 외형 변화가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 제안하는 바와 같이, 상기 시트(60)에 대략 'V'자 형상의 단면을 갖도록 누설차단홈을 형성하여, 상기 시트(60)의 상면 두께가 전체적으로 균일한 정도의 범위를 갖게 되면, 액상의 플라스틱이 식는 과정에서 발생하는 수축이 최소화된다.

따라서, 시트(60)의 형상이 몰드의 형상에 매우 근접하게 되므로, 시트(60)가 볼 밸브에 설치되었을 때 상기 볼(20)과 바디(10) 사이에서 유체의 누설을 방지하는 역할을 완벽하게 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에서 실시예로 제시한 상기 누설차단홈은 상기 스템(30)에 인접한 일측면에 형성된 제1 경사면(62)과, 타측면에 형성된 제2 경사면(64)의 사이에 수평면(66)이 형성된다.

즉, 상기 누설차단홈이 제1 경사면(62)과 제2 경사면(64)으로만 이루어지지 않음으로써, 이에 대응되는 형상을 가지는 상기 돌기(42)(92)가 뾰족하게 이루어지지 않을 수 있고, 이로 인해 볼 밸브의 장기간 사용에 의해 글랜드(40)(90)의 단부가 파손되거나 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 누설차단홈의 제1 경사면(62)과 제2 경사면(64)는 그 경사각도가 동일하지 않게 이루어질 수 있다.

본 발명에서는 상기 제1 경사면(62)의 경사각도가 상기 제2 경사면(64)의 경사각도보다 완만하게 이루어지는 형상을 제시하는데, 이는 상기 제1 경사면(62)이 상기 스템(30)에 인접한 일측면에 형성되어 상기 볼(20)에 직접적으로 접촉하기 때문이다. 즉, 상기 제1 경사면(62)의 경사각도를 상기 볼(20)의 곡률반경에 대응되는 각도로 형성함으로써, 상기 시트(60)의 상면이 균일한 두께로 이루어질 수 있으며, 이로 인해 상술한 수축 감소의 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 제2 경사면(64)은 시트(60)의 외주면에 인접하게 형성되는 것으로, 경사각도가 상기 제1 경사면(62) 보다 높게 형성된다. 바람직하게는 수직방향에 근접한 경사각도, 예컨대, 60 ~ 80°범위에서 제2 경사면(64)의 경사각도가 형성된다.

이와 같은 경사각도를 갖는 제2 경사면(64)은 후술할 상부 글랜드(40)의 돌기(42)가 시트(60)를 가압할 때 상기 시트(60)를 측면방향으로 누르는 힘을 발생시키므로, 상기 시트(60)가 바디(10)에 밀착하게 하여 패킹 볼트(110)의 가압력에 의해 시트의 벽면이 내측으로 함몰되어 누설이 발생하는 종래의 문제점을 해결할 수 있게 한다.

한편, 상기 글랜드(40)(90)에는 상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기(42)(92)가 형성된다. 즉, 상기 글랜드(40)(90)는 상기 제1 경사면(62)에 접촉하여 밀착되는 제1 돌출면과, 상기 제2 경사면(64)에 접촉하여 밀착되는 제2 돌출면을 포함된 돌기가 형성될 수 있다.

상기 글랜드는 한 개의 글랜드로 형성되어도 무방하나, 본 발명에서는 상기 글랜드(40)(90)를 상부 글랜드(40)와 하부 글랜드(90)로 양분하여 형성하는 것을 실시예로 제안한다.

이 경우, 상기 상부 글랜드(40)와 하부 글랜드(90)는 수직방향으로 구분될 수 있다. 즉, 상기 하부 글랜드(90)가 내측에 설치되고, 상기 상부 글랜드(40)가 하부 글랜드(90)의 외측에 설치되며, 각각의 글랜드(40)(90)에 형성된 돌기(42)(92)에 상기 제1 돌출면과 제2 돌출면이 각각 형성될 수 있다.

이와 같은 상기 상부 글랜드(40)와 하부 글랜드(90) 사이에는 도 4에서 보는 바와 같이, 스템 패킹(50)이 설치될 수 있다.

또한, 상기 상부 글랜드(40)와 하부 글랜드(90)는 상기 돌기(42)(92)의 단부가 상기 수평면(66)에 대응되는 형상으로 이루어지도록 평평하게 형성된다. 이로써, 상술한 바와 같이, 상기 돌기(42)(92)가 뾰족하게 이루어지지 않아 볼 밸브의 장기간 사용에 의해 글랜드(40)(90)의 단부가 파손되거나 훼손되는 것을 방지할 수 있으며, 글랜드(40)(90)가 시트(60)를 누르는 가압이 안정적으로 이루어지게 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 시트(60)의 하면에는 단차가 형성된다. 즉, 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 단차로 인해 상기 시트(60)의 하면은 2단의 원통부로 이루어지고, 상기 시트(60)가 설치되는 바디(10)의 내경 하단에도 상기 단차에 대응되는 단차가 형성되어 시트(60)와 바디(10) 내경이 밀착되도록 한다.

여기서, 상기 단차는 상기 관로와 평행하게 형성되는 수평면(63)과, 상기 수평면(63)과 직각으로 이루어지는 수직면(65)으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 단차가 직각방향으로 형성됨으로써, 시트(60)가 가압될 때 도 4에서의 화살표 방향으로 힘을 받을 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 시트(60)는 상면에 'V'자 형상의 누설차단홈을 형성함과 동시에 하면에는 2단의 원통부를 두고, 상기 누설차단홈을 가압하는 글랜드를 상기 누설차단홈과 동일한 돌기 형상으로 함과 동시에 바디(10)의 내경부 하단에 2단의 원통부를 가지도록 하여, 시트(60)와 볼(20)의 외면 및 시트(60)와 바디(10)의 내경부의 밀착에 문제가 없도록 할 수 있다.

이러한 형상을 가짐으로써, 본 발명에서는 2가지 이점이 추가로 발생한다.

먼저, 상기 시트(60)는 사출(Injection)을 통해 제작되는데, 이러한 사출은 액상의 플라스틱을 일정형상을 가지는 틀(Mold)에 주입시켜 제품을 만드는 공정을 갖는 것으로, 상기 틀 내에 액상의 플라스틱을 주입한 후 식는 과정에서 수축에 외형 변화가 발생할 수 있으나, 본 발명의 시트(60)는 전체 두께 부분이 균일해지면서 이러한 수축이 최소화된다.

또한, 상기 시트(60)의 전체 두께 부분이 균일해짐에 따라 보다 적은 가압력으로 동일한 누설차단이 가능하여 패킹 볼트에 적용되는 토크가 대략 30% 정도 감소되는 효과가 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 바디(10) 일측 이상의 외면에는 관과 연결될 수 있는 관이음 연결구가 포함된다.

상기 관이음 연결구는 나사, 용접 또는 페럴을 이용한 관이음 연결구가 적용될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 바디 20: 볼
30: 스템 40: 상부 글랜드
42, 92: 돌기 60: 시트
62: 제1 경사면 64: 제2 경사면
66: 수평면 90: 하부 글랜드
100: 핸들

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디;
   상기 바디의 상기 내부공간에 회전가능하게 장착되며 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼;
   상면에 누설차단홈이 형성되어 상기 볼과 바디의 내부공간 사이에 설치되는 시트; 및
   상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기가 하면에 형성되어 상기 시트의 상면에 결합됨으로써 유체의 누설을 차단하는 글랜드;
   를 포함하며,
   상기 누설차단홈은 'V'자 형상의 단면형상을 갖도록 상기 볼에 인접한 일측면에 형성된 제1 경사면과, 타측면에 형성된 제2 경사면과, 상기 제1 경사면과 제2 경사면 사이에 형성된 수평면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 경사면의 경사각도는 상기 볼의 곡률반경에 대응되는 각도로 이루어지어 상기 시트가 균일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 경사면의 경사각도가 상기 제2 경사면의 경사각도보다 완만하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 글랜드는 상기 제1 경사면에 접촉하여 밀착되는 제1 돌출면을 갖는 하부 글랜드와,
   상기 제2 경사면에 접촉하여 밀착되는 제2 돌출면을 갖는 상부 글랜드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 상부 글랜드와 하부 글랜드는 수직방향으로 구분되며, 각각의 단부가 상기 수평면에 접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 상부 글랜드와 하부 글랜드 사이에 패킹이 설치되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
9. 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디;
   상기 바디의 상기 내부공간에 회전가능하게 장착되며 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼;
   상면에 누설차단홈이 형성되어 상기 볼과 바디의 내부공간 사이에 설치되는 시트; 및
   상기 누설차단홈에 대응되는 형상의 돌기가 하면에 형성되어 상기 시트의 상면에 결합됨으로써 유체의 누설을 차단하는 글랜드;
   를 포함하며,
   상기 시트의 하면에는 단차가 형성되어 2단의 원통부로 이루어지고, 상기 시트가 설치되는 바디의 내경 하단에도 상기 단차에 대응되는 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 단차는 상기 관로와 평행하게 형성되는 수평면과,
    상기 수평면과 직각으로 이루어지는 수직면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
    
    
11. 삭제
12. 삭제

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