KR101514595B1

KR101514595B1 - 체크 밸브

Info

Publication number: KR101514595B1
Application number: KR1020137032717A
Authority: KR
Inventors: 슌야 이케다; ?야 이케다; 무츠노리 고요모기; 메구무 마키노; 도시유키 이나다
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2015-04-22
Also published as: TWI568961B; KR20140007956A; WO2012169425A1; US20140216575A1; JP2012255506A; TW201309949A; CN103732962B; CN103732962A; US9395006B2; JP5933194B2

Abstract

본 발명은, 내열성을 향상시키며, 고온 사용에 따른 「시일 부재에 대한 마개체의 스티킹」이라고 하는 과제를 해소함으로써, 고온 조건 하에서도 사용할 수 있는 체크 밸브를 제공한다.
본 발명의 체크 밸브는, 제1 보디(2)에 마련된 유체 통로(2a)의 개구를 압박 부재(7)에 의해 압박된 마개체(5)가 시일 부재(4)에 접촉함으로써 차단 상태가 얻어진다. 시일 부재(4)가 2차 가류된 퍼플루오로엘라스토머제 패킹으로 이루어져 있다. 마개체(5)에, 시일 부재(4)에 선접촉하는 환형의 시일부(6)가 형성되어 있다.

Description

체크 밸브{CHECK VALVE}

본 발명은 체크 밸브에 관한 것으로서, 특히, 200℃를 초과하는 고온 조건에서의 사용에 적합한 체크 밸브에 관한 것이다.

체크 밸브로서, 특허문헌 1에는, 본체에 마련된 유체 통로의 개구를 압박 부재에 의해 압박된 마개체가 시일 부재로서의 O링에 접촉함으로써 차단 상태로 하고, 본체의 유체 통로 내에 정해진 값 이상의 유체압이 부하되었을 때에, 마개체가 압박 부재의 압박력에 대항하여 이동함으로써 개방 상태로 하는 체크 밸브가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 실용신안 공고 평성3-597호 공보

배관에 흐르는 가스의 액화 방지의 목적 등으로, 고온으로 유지되는 장치에서 사용되는 체크 밸브에서는, 내열성이 요구되지만, 상기 특허문헌 1의 체크 밸브는, O링의 내열성이 충분하지 않기 때문에, 고온 조건 하에서의 사용에는 적합하지 않다고 하는 문제가 있었다.

고온 조건 하에서 사용하기 위해서는, 시일 부재로서, O링 대신에, 내열성이 우수한 패킹을 사용하는 것이 고려된다. 그러나, 고온 조건 하에서 사용하기 위해서는, 고온 사용에 수반되는 「시일 부재에 대한 마개체의 스티킹(sticking)」이라고 하는 문제가 있어, 단순히, 내열성을 향상하는 것만으로는, 200℃를 초과하는 고온 조건 하에서의 사용에 적합한 체크 밸브를 얻을 수 없다.

본 발명의 목적은, 내열성을 향상시키며, 고온 사용에 따른 「시일 부재에 대한 마개체의 스티킹」이라고 하는 과제를 해소함으로써, 고온 조건 하에서도 사용할 수 있는 체크 밸브를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 체크 밸브는, 본체에 마련된 유체 통로의 개구를 압박 부재에 의해 압박된 마개체가 시일 부재에 접촉함으로써 차단 상태로 하고, 본체의 유체 통로 내에 정해진 값 이상의 유체압이 부하되었을 때에, 마개체가 압박 부재의 압박력에 대항하여 이동함으로써 개방 상태로 하는 체크 밸브로서, 시일 부재가 2차 가류된 퍼플루오로엘라스토머제 패킹으로 이루어지며, 시일 부재에 선접촉하는 환형의 시일부가 마개체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

고온 조건 하에서 사용 가능하게 하기 위해, 시일 부재가 퍼플루오로엘라스토머제 패킹으로 이루어진다. 이에 의해, 내열성이 확보된다. 퍼플루오로엘라스토머로서는, 예컨대 칼레즈(등록 상표)를 들 수 있다. 마개체는, 스테인리스강 등의 적절한 금속제로 된다.

본 발명자는, 시일 부재에 대한 마개체의 스티킹에 착안하여, 여러가지 해석을 행한 결과, 이 스티킹을 작게 하기 위한 구성으로서, 상기 구성을 얻은 것이다.

2차 가류는, 성형품을 노(爐) 내에서 200℃ 정도의 고온으로 수 시간 내지 수십 시간 가열함으로써, 통상은, 불순물 제거를 위한 공정으로서 행해지고 있다. 퍼플루오로엘라스토머는, 우수한 내약품성과 내열성을 가지며, 또한 고무와 동등한 탄력성을 구비하고 있다. 특히, 그 내열성은 우수하며, 300℃ 근처의 고온에서도 고무와 동등한 탄력성을 유지할 수 있고, 탈가스도 적다고 하는 이점을 갖고 있다.

본 발명의 체크 밸브에 따르면, 마개체에, 시일 부재에 선접촉하는 환형의 시일부가 형성되어 있는 것에 더하여, 시일 부재의 재료로서, 퍼플루오로엘라스토머를 채용하고, 승온 후에 자연 냉각이라고 하는 조건에서는, 선접촉+퍼플루오로엘라스토머로 하는 것만으로는 충분히 작아지지 않는 시일 부재에 대한 마개체의 스티킹에 대해서, 퍼플루오로엘라스토머를 2차 가류함으로써, 이 스티킹이 충분한 레벨로까지 저하시킨 것으로 되어 있다.

마개체는, 개방 상태의 유체의 통로가 되는 유체 릴리스 통로가 형성된 원기둥부와, 원기둥부의 선단측에 연속하여 마련되어 본체의 개구를 막는 소직경 원판부를 갖고, 마개체의 환형 시일부는, 원기둥부의 선단측의 면에서 직경 방향 외측으로 연장되는 제1 경사면과 제1 경사면에 연속하여 직경 방향 외측으로 연장되는 제2 경사면에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 선접촉하는 환형의 시일부를 갖는 마개체의 제작이 용이해진다.

시일 부재는, 본체의 유체 통로의 개구 가장자리부와 마개체의 환형 시일부 사이에 개재되는 원판부를 갖고, 환형 시일부에 의한 원판부의 눌림 여유(crushing margin)가 0.05 ㎜∼0.15 ㎜로 되어 있는 것이 바람직하다.

눌림 여유는, 압박 부재에 의해 압박되기 전의 두께와 압박 부재에 의해 압박된 후의 두께의 차이며, 눌림 여유가 0.05 ㎜∼0.15 ㎜라는 것은, 눌림 여유/압박되기 전의 두께로 나타내는 비율로서는, 5.5％∼17％가 된다.

이와 같이 하면, 적정한 시일력을 확보하여, 시일 부재에 대한 마개체의 스티킹을 작게 할 수 있다.

본 발명의 체크 밸브에 따르면, 시일 부재가 2차 가류된 퍼플루오로엘라스토머제 패킹으로 이루어지며, 시일 부재에 선접촉하는 환형의 시일부가 마개체에 형성되어 있기 때문에, 승온 후에 자연 냉각하였을 때에 발생하는 시일 부재에 대한 마개체의 스티킹을 없앨 수 있고, 이 결과, 고온 조건 하에서 사용하는 데 적합한 것이 된다.

도 1은 본 발명에 따른 체크 밸브의 실시형태를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 체크 밸브의 마개체를 도시하는 종단면도이며, (b)는 (a)의 주요부인 환형 시일부를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 체크 밸브의 마개체와 시일 부재의 위치 관계를 도시하는 확대 종단면도이다.
도 4는 체크 밸브의 비교예의 마개체를 도시하는 종단면도이며, (b)는 (a)의 주요부인 환형 시일부를 확대한 도면이다.
도 5는 체크 밸브의 비교예의 마개체와 시일 부재의 위치 관계를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 체크 밸브의 「개방 개시압」의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 좌우는, 도 1의 좌우를 말하는 것으로 한다.

본 발명에 따른 체크 밸브(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 유체 통로가 되는 좌측의 소직경 내주면(2a) 및 우측의 대직경 내주면(2b)을 갖는 통형의 제1 보디(본체)(2)와, 좌측의 대직경 내주면(3a), 우측의 소직경 내주면(3b) 및 이들 사이에 있는 중간 직경의 중간 내주면(3c)을 가지며 제1 보디(2)에 나사 결합된 통형의 제2 보디(3)와, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)과 대직경 내주면(2b) 사이의 환형 단차부(2c)에서 수용되는 환형의 시일 부재(4)와, 환형의 시일부(6)를 통해 시일 부재(4)에 우측으로부터 접촉하는 마개체(5)와, 마개체(5)를 좌측으로[시일 부재(4)를 향하여] 압박하는 압박 부재(7)와, 제1 보디(2)와 제2 보디(3) 사이를 시일하는 그랜드 패킹(8)을 구비하고 있다.

제1 보디(2)와 제2 보디(3)는, 제1 보디(2)의 우측부 외주에 마련된 수나사부와, 제2 보디(3)의 대직경 내주면(3a)에 마련된 암나사부의 나사 맞춤에 의해 결합되어 있다.

시일 부재(4)는, 2차 가류된 퍼플루오로엘라스토머제 패킹으로 이루어져 있고, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)의 개구 가장자리부와 마개체(5)의 시일부(6) 사이에 개재되는 원판부(11)와, 원판부(11)의 외주 가장자리부로부터 오른쪽으로 연장되는 원통부(12)를 포함한다. 시일 부재(4)의 외직경은, 제1 보디(2)의 대직경 내주면(2b)의 내직경과 거의 동등하게, 시일 부재(4)의 내직경은, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)의 내직경보다 크게 형성되어 있다.

마개체(5)는, 유체 릴리스 통로(13a, 13b, 13c)가 형성된 원기둥부(13)와, 원기둥부(13)의 좌측(선단측)에 연속하며 원기둥부(13)보다 외직경이 작은 소직경 원판부(14)와, 원기둥부(13)의 우측(기단측)에 연속하며 원기둥부(13)보다 외직경이 큰 대직경 원통부(15)를 포함한다.

마개체(5)는, 그 소직경 원판부(14)의 외주 가장자리부의 좌측면이 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)의 우단 개구 가장자리부에 접촉되며, 그 원기둥부(13)의 좌단 외주 가장자리부에 마련된 환형의 시일부(6)가 시일 부재(4)의 원판부(11)의 우측면을 압박함으로써, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(유체 통로)(2a)의 우단 개구를 차단 상태로 하고 있다.

원기둥부(13)의 유체 릴리스 통로(13a, 13b, 13c)는, 원기둥부(13)의 외주면에 있는 유체를 대직경 원통부(15) 내로 유도하도록 형성되어 있다.

압박 부재(7)는, 원통형의 압축 코일 스프링으로 되어 있고, 그 좌단면은, 마개체(5)의 원기둥부(13)의 우측면에서 수용되며, 그 우단면은, 제2 보디(3)의 소직경 내주면(3b)과 중간 내주면(3c) 사이에 형성된 단차부(3e)에서 수용된다.

그랜드 패킹(8)은, 원통부(16)와, 원통부(16)의 좌단 개구 가장자리부에 마련된 내향 플랜지부(17)와, 원통부(16)의 우단 개구 가장자리부에 마련된 외향 플랜지부(18)를 포함한다. 내향 플랜지부(17)는, 시일 부재(4)의 원통부(12)의 우측면에 접촉하고 있다. 외향 플랜지부(18)는, 축방향으로 긴 대략 사각형상으로 되어, 제1 보디(2)의 좌단면과 제2 보디(3)의 대직경 내주면(3a)과 중간 내주면(3c) 사이에 형성된 단차부(3d)에 끼여 있고, 제1 보디(2)와 제2 보디(3)가 나사 맞춤되었을 때에, 정해진 양 변형시켜짐으로써, 제1 보디(2)와 제2 보디(3) 사이를 시일하고 있다.

이 체크 밸브(1)에 따르면, 도 1에 도시된 상태에서는, 압박 부재(7)에 의해 압박된 마개체(5)의 시일부(6)가 시일 부재(4)의 원판부(11)에 오른쪽으로부터 접촉함으로써 차단 상태가 얻어지고 있다. 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a) 내에는 유체가 도입되고, 이 유체의 압력이 압박 부재(7)에 의한 압박력에 비해서 작은 동안은, 차단 상태가 계속된다. 그리고, 유체압이 커지면, 이 유체압에 의해 마개체(5)가 압박 부재(7)의 압박력에 대항하여 오른쪽으로 이동하게 되며, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)의 개구로부터 마개체(5)와 시일 부재(4) 사이를 통과하고, 마개체(5)의 유체 릴리스 통로(13a, 13b, 13c)로부터 동대직경 원통부(15) 내를 지나, 제2 보디(3)의 소직경 내주면(3b) 내로 통하는 통로가 생겨, 개방 상태를 얻을 수 있다.

도 2에 확대하여 도시하는 바와 같이, 마개체(5)의 시일부(6)[시일 부재(4)에 접촉하는 면]는, 원기둥부(13)의 선단측의 면에 있어서 소직경 원판부(14)와의 경계로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 제1 경사면(6a)과, 제1 경사면(6a)에 연속하여 직경 방향 외측으로 연장되는 제2 경사면(6b)에 의해 형성되어 있다.

도 3은 압박 부재(7)에 의해 압박되기 전의 시일 부재(4)와 마개체(5)의 위치 관계를 도시하는 도면이며, 동일 도면에서, 마개체(5)의 시일부(6)는, 시일 부재(4)에 선접촉하고 있고, 눌림 여유로서, C1을 갖고 있다. 이 상태에서, 압박 부재(7)의 압박력이 작용하면, 마개체(5)가 좌측으로 이동하여, 도 1에 도시하는 바와 같이, 마개체(5)의 소직경 원판부(14)의 좌측면(선단면)은, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)의 개구 가장자리부에 접촉하여, 시일 부재(4)의 좌측면과 민면이 된다. 시일 부재(4)는, 눌림 여유의 C1분만큼 압축됨으로써, 시일 기능을 발휘한다.

도 4는 비교예로서의 마개체(21)를 도시하는 것이며, 이 마개체(21)는, 유체 릴리스 통로(23a, 23b, 23c)가 형성된 원기둥부(23)와, 원기둥부(23)의 좌측(선단측)에 연속하는 소직경 원판부(24)와, 원기둥부(23)의 우측(기단측)에 연속하는 대직경 원통부(25)로 이루어지며(도 2의 것과 동일함), 마개체(21)의 시일부(22)는, 원기둥부(23)의 좌측면 외주 가장자리부의 평탄면으로 되어 있다.

도 5는 도 3에서 사용되고 있는 것과 동일한 시일 부재(4)를 도 4에 도시된 마개체(21)로 조합한 경우에 있어서의 압박 부재(7)에 의해 압박되기 전의 시일 부재(4)와 마개체(21)의 위치 관계를 도시하는 도면이며, 동일 도면에서, 마개체(21)의 환형의 시일부(22)는, 시일 부재(4)에 면접촉하고 있고, 눌림 여유로서, C2를 갖고 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시형태는, 도 4 및 도 5에 도시된 비교예에 대하여, 고온 사용 조건 하에서 적합한 것으로 되어 있다.

고온 사용 조건 하에서 적합한 것으로 하기 위해, 본 발명자는, 시일 부재(4)에의 마개체(5, 21)의 스티킹에 착안하여, 여러가지의 조건 하에서, 개방 개시압(체크 밸브(1)의 유체 릴리스 기능이 나타날 때의 압력값)을 측정하였다. 「스티킹」은, 마개체(5, 21)에 시일 부재(패킹)(4)가 밀착되는 것이며, 이 경우, 유체압에 의해 마개체(5, 21)가 이동하기 위해서는, 압박 부재(7)의 압박력+밀착력에 상당하는 유체압이 필요로 되고, 밀착력의 증가에 따라, 개방 개시압이 증대된다.

상기 도 3에 있어서의 C1을 0.1 ㎜로 하고, 도 5에 있어서의 C2를 0.3 ㎜로 하며, 원판부(11)의 두께가 0.9 ㎜인 시일 부재(4)와 조합하여, 이들에 대해서, 개방 개시압을 측정한 결과의 일례를 도 6에 나타낸다. 개방 개시압으로서는, 도 1에 도시된 체크 밸브(1)의 우측으로부터 1 ㎫의 압력을 부하한 후, 좌측으로부터 유체를 도입하여 그 압력을 서서히 올려 가, 제1 보디(2)의 소직경 내주면(2a)의 개구가 개방되어 압력이 저하하기 직전의 유체압을 측정하였다.

도 6에는, 초기 설정시(승온 전), 승온후 및 자연 냉각후(승온후에 자연 냉각)의 3조건에 대해서, 도 2 및 도 3의 형상(선접촉 타입)으로 2차 가류 없음, 도 2 및 도 3의 형상(선접촉 타입)으로 2차 가류 있음, 도 4 및 도 5의 형상(면접촉 타입)으로 2차 가류 없음 및 도 4 및 도 5의 형상(면접촉 타입)으로 2차 가류 있음의 4개의 것을 평가한 결과를 나타내고 있다.

도 6에 나타낸 측정 결과에 따르면, 스티킹은, 승온+자연 냉각후에 특히 크고, 면접촉 타입의 것은, 이 냉각후의 스티킹이 큰 것을 알 수 있다. 선접촉 타입으로 함으로써, 냉각후의 스티킹은 작아지며, 면접촉 타입의 초기 설정시와 동등한 레벨로 내릴 수 있다. 그리고, 2차 가류 있음으로 함으로써, 면접촉 타입이라도 선접촉 타입이라도 스티킹을 작게 할 수 있고, 특히, 선접촉 타입 또한 2차 가류 있음인 것에서는, 개방 개시압이 작으며 또한 조건에 따른 변동이 작은 것으로 되어 있다.

이 결과로부터, 스티킹(개방 개시압)을 작게 하기 위해서는, 마개체(5)와 시일 부재(4)가 선접촉하는 것이 바람직하고, 시일 부재(4)의 재료인 퍼플루오로엘라스토머가 2차 가류되어 있는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다.

한편, 도 1에는, 보디(2, 3)가 파이프 이음매와 유사한 형상으로 된 라인 체크 밸브(1)를 도시하였지만, 본 발명의 체크 밸브는, 이것에 한정되는 것은 아니며, 본체에 마련된 유체 통로의 개구를 압박 부재에 의해 압박된 마개체가 시일 부재에 접촉함으로써 차단 상태로 하고, 본체의 유체 통로 내에 정해진 값 이상의 유체압이 부하되었을 때에, 마개체가 압박 부재의 압박력에 대항하여 이동함으로써 개방 상태로 하는 것이면, 본체의 형상, 유체 통로의 형상, 압박 부재의 구성이나 그 외의 구성은 여러가지 변경 가능하다.

또한, 실시예에서의 마개체(5)의 시일부(6)는, 원기둥부(13)의 선단측의 면에 있어서 소직경 원판부(14)와의 경계로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 제1 경사면(6a)과, 제1 경사면(6a)에 연속하여 직경 방향 외측으로 연장되는 제2 경사면(6b)에 의해 형성되어 있지만, 제1 경사면(6a)은, 소직경 원판부(14)와의 경계보다 외측으로 기운 위치로부터 직경 방향 외측으로 연장되도록 마련되어 있어도 좋고, 요컨대, 시일부(6)의 형상은, 시일 부재(4)에의 접촉이 선접촉이 되는 형상이면 어떠한 것이어도 좋으며, 예컨대, 도 4의 시일부(평탄면)(22)의 직경 방향 중간부에 환형 돌기를 형성하는 식의 구조나, 시일부(평탄면)(22)의 외주 부분에만 돌기를 형성하는 식의 구조여도 좋다.

본 발명의 체크 밸브는, 200℃를 초과하는 고온 조건에서의 사용에 적합하다. 본 발명의 체크 밸브에 따르면, 내열성을 향상시키며, 고온 사용에 따른 「시일 부재에 대한 마개체의 스티킹」이라고 하는 과제를 해소함으로써, 고온 조건 하에서 사용하는 데 적합한 것으로 되어 있다.

1 : 체크 밸브 2 : 제1 보디(본체)
4 : 시일 부재 5 : 마개체
6 : 시일부 6a : 제1 경사면
6b : 제2 경사면 7 : 압박 부재
11 : 원판부 13 : 원기둥부
14 : 소직경 원판부 13a, 13b, 13c : 유체 릴리스 통로

Claims

본체에 마련된 유체 통로의 개구를 압박 부재에 의해 압박된 마개체가 시일 부재에 접촉함으로써 차단 상태로 하고, 본체의 유체 통로 내에 정해진 값 이상의 유체압이 부하되었을 때에, 마개체가 압박 부재의 압박력에 대항하여 이동함으로써 개방 상태로 하는 것인 체크 밸브로서,
시일 부재가 2차 가류된 퍼플루오로엘라스토머제 패킹으로 이루어지며, 시일 부재에 선접촉하는 환형의 시일부가 마개체에 형성되어 있고,
시일 부재는, 본체의 유체 통로의 개구 가장자리부와 마개체의 환형 시일부 사이에 개재되는 원판부를 포함하고, 환형 시일부에 의한 원판부의 눌림 여유(crushing margin)가 존재하는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
제1항에 있어서, 마개체는, 개방 상태의 유체의 통로가 되는 유체 릴리스 통로가 형성된 원기둥부와, 원기둥부의 선단측에 연속하여 마련되어 본체의 개구를 막는 소직경 원판부를 포함하고, 마개체의 환형 시일부는, 원기둥부의 선단측의 면에서 직경 방향 외측으로 연장되는 제1 경사면과 제1 경사면에 연속하여 직경 방향 외측으로 연장되는 제2 경사면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원판부의 눌림 여유(crushing margin)가 0.05 ㎜∼0.15 ㎜로 되어 있는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.