KR101562538B1 - 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관의 단부를 파지하기 위한 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브에 관한 것으로, 유체 도관에 연결되어 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디와, 상기 바디의 내부공간에 회전가능하게 장착되며, 상기 관로를 선택적으로 개폐하도록 오리피스가 형성되는 볼과, 상기 바디와 상기 볼의 사이에 위치하며 일면에 톱니 형상이 형성되는 시트와, 상기 볼의 회동축을 형성하며 상기 바디에 대해 회전가능하게 장착되는 스템과, 상기 볼의 일면에 위치하며, 상기 볼의 개폐 작업 시 상기 시트와 볼 사이에 이격거리를 형성하기 위한 캠과, 상기 캠에 설치되어 상기 볼의 회전 시 상기 시트의 톱니와 맞물려 상기 시트를 회전시키는 캠 고정쇠를 포함함으로써, 개폐 작업마다 시트가 볼로부터 이격되어 핸들 토크를 저감시키고, 볼 밸브에 적용되는 시트에 톱니를 구성해 시트가 회전할 수 있게 하여 시트의 국부적 마모로 인한 내구성이 상실되는 것을 방지할 수 있다.

Description

회전하는 시트를 구비한 볼 밸브{Ball Valve with Rotating Seat}

본 발명은 유체 개폐용 도관에 사용되는 볼 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼 밸브 스템부에 캠을 달아 개폐 작업마다 시트가 볼로부터 이격되어 핸들 토크를 저감시키고, 볼 밸브에 적용되는 시트에 톱니를 구성해 시트가 회전할 수 있게 하여 시트의 국부적 마모로 인한 내구성이 상실되는 것을 방지할 수 있는 회전하는 시트를 구비한 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 체크 밸브나 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 밸브 시트를 설치하여 유체차단을 하고 있는데, 종래의 경우 유체압에 의하여 밸브시트가 변형되어 유체의 차단이 불안정해지거나 밸브 시트의 접촉면에 이물질이 들어갈 경우에는 유체가 누설될 수 있는바, 안전사고의 위험이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하고자, 한국등록실용신안 제20-0303583호에서는 도 9에서 보는 바와 같이, 유체 조절용 볼 밸브(100)는 개폐핸들(103)로서 작동되는 작동축(105)이 밸브몸체(107)의 내부 중앙에 설치된 유로 개폐용 볼(109)과 축결합되어 그 개폐핸들(103)의 조작에 따라 밸브몸체(107)의 좌우측 관체접속구들(121)에 대한 유체 유량을 조절하도록 된 결합구조를 갖는 볼 밸브가 개시되어 있다.

그러나, 상기의 종래 기술문헌에서는 핸들을 조작하는데 과다한 토크가 발생하는 문제에 대한 해결방안이 없고, 유체의 압력에 따라 볼 밸브의 볼이 시트에 지속적으로 압착될 시에 시트가 변형되어 밸브의 수명이 반영구적일 수 없는 단점이 있다.

따라서, 한번 시공하면 오랜 시간 동안 유지보수가 어려운 해양 플랜트용 볼 밸브나 작업환경이 열악한 곳에 설치된 볼 밸브는 기밀성을 유지하는 시트의 반영구적인 수명이 요구되는 추세이다.

한국등록실용신안 제20-0303583호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 볼에 연결된 캠으로 인해 개폐 작업마다 시트가 볼로부터 이격되어 과다한 토크가 발생하는 것을 방지하고, 볼 밸브를 여닫을 때마다 볼에 형성된 캠 고정쇠와 시트에 형성된 톱니가 서로 맞물려 돌아가면서 시트가 회전하게 되어 시트의 국부적 손상을 방지하여 반영구적인 수명을 갖는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 유체 도관에 연결되어 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디와, 상기 바디의 내부공간에 회전가능하게 장착되며, 상기 관로를 선택적으로 개폐하도록 오리피스가 형성되는 볼과, 상기 바디와 상기 볼의 사이에 위치하며 일면에 톱니 형상이 형성되는 시트와, 상기 볼의 회동축을 형성하며 상기 바디에 대해 회전가능하게 장착되는 스템과, 상기 볼의 일면에 위치하며, 상기 볼의 개폐 작업 시 상기 시트와 볼 사이에 이격거리를 형성하기 위한 캠과, 상기 캠에 설치되어 상기 볼의 회전 시 상기 시트의 톱니와 맞물려 상기 시트를 회전시키는 캠 고정쇠를 포함하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브가 제공된다.

상기 시트는 상기 볼의 양측에 설치되며, 중앙부에 관로가 형성된 링형 부재로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 캠은 상기 스템의 하단과 상기 볼의 사이에 고정되는 플레이트 형상이며, 상기 볼의 개폐 작업 시 상기 시트와 볼 사이에 이격거리를 형성하도록 양측에 절단면이 구비될 수 있다.

상기 절단면이 아닌 캠의 다른 양측면은 원호 형상으로 둥글게 라운딩 된 형상으로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캠의 중앙에는 상기 스템의 하단이 삽입가능한 결합공이 관통되게 형성되고, 상기 스템의 하단은 상기 결합공에 삽입되어 끼워지는 돌출부가 구비되고, 상기 볼의 상면에는 상기 돌출부가 삽입되어 고정될 수 있는 고정홈이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 결합공은 직사각형 형상으로 이루어지며, 상기 돌출부의 하면은 원호의 단면형상으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 캠 고정쇠는 상기 캠의 회전방향으로 상기 절단면의 후단부에 인접한 위치에 고정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캠 고정쇠는 상기 캠에 힌지고정되며, 힌지고정된 단부의 반대측 자유단은 상기 톱니의 형상에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 볼에 연결된 캠으로 인해 개폐 작업마다 시트가 볼로부터 이격되어 과다한 토크가 발생하는 것을 방지하고, 볼 밸브를 여닫을 때마다 볼에 형성된 캠 고정쇠와 시트에 형성된 톱니가 서로 맞물려 돌아가면서 시트가 회전하게 되어 시트의 국부적 손상을 방지하여 반영구적인 수명을 갖는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 볼 밸브가 닫혔을 경우를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에서의 정면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 볼 밸브가 열렸을 경우를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에서의 정면도이다.
도 7은 도 6의 A-A선 단면도이다.
도 8은 본 발명의 볼 밸브를 회전시켜 시트가 회전하는 것을 순차적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 9는 종래의 기술을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 볼 밸브가 닫혔을 경우를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에서의 정면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.

본 발명의 볼 밸브는 핸들을 조작할 때 과다한 토크가 발생하는 것을 방지하고, 볼이 시트에 지속적으로 압착되어 시트가 변형되는 것을 방지하기 위한 것으로, 유체 도관에 연결되는 바디(10)와, 상기 바디(10) 내부에 회전가능하게 장착되는 볼(20)과, 상기 바디(10)와 상기 볼(20)의 사이에 위치하는 시트(30)와, 상기 볼(20)의 회동축을 형성하며 상기 바디(10)에 대해 회전가능하게 장착되는 스템(40)을 포함한다.

상기 바디(10)는 관로(12)를 형성하는 내부공간을 가지며, 상기 바디(10)의 양측으로 관이 연결 설치될 수 있다. 이를 위해 바디(10)의 양측에는 각각 결합 너트(80)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.

상기 볼(20)은 상기 바디(10)의 내부공간에 장착되며, 상기 관로(12)를 선택적으로 개폐하도록 오리피스(22)가 형성된다.

상기 볼(20)의 상부에는 스템(40)이 결합되는데, 본 발명에서 일실시예로 제시하는 볼 밸브는 상기 볼(20)과 스템(40)이 별개로 이루어지어 연결되는 구성을 갖는다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 관로를 선택적으로 개폐하는 볼(20)과 스템(40)의 기능이 일체로 구성된 볼 스템이 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 스템(40)에는 상기 스템(40)을 회동시키기 위한 핸들(100)이 결합되어 핸들(100)을 시계방향 또는 반시계방향으로 일정 각도 회전시키면 상기 바디(10)의 관로가 개방되고, 반대방향으로 핸들(100)을 복귀시키면 본체의 관로가 폐쇄되는 방식으로 작동한다.

본 발명에서의 상기 시트(30)는 상기 바디(10)와 상기 볼(20)의 사이에 위치하며, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 볼(20)의 양측에 설치된다.

상기 시트(30)는 중앙부에 관로가 형성되어 유체가 이동할 수 있는 링형 부재로 이루어지며, 본 발명에서의 시트(30)는 상기 볼(20)에 접하는 일면에 톱니(32) 형상이 형성되는데 그 특징이 있다.

상기 톱니(32)는 시트(30)의 원주를 둘러가며 형성되며, 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 핸들(100)의 회전 시 후술할 캠 고정쇠(60)가 상기 톱니(32)에 맞물려 상기 시트(30)를 회전시킴이 더욱 용이하도록 회전하는 방향에 맞닿는 면은 최대한 경사지지 않는 형상으로 이루어짐이 바람직하다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다.

한편, 본 발명에서는 상기 볼(20)의 일면에 위치하며, 상기 볼(20)의 개폐 작업 시 상기 시트(30)와 볼(20) 사이에 이격거리를 형성하기 위한 캠(50)과, 상기 캠(60)에 설치되어 상기 볼(20)의 회전 시 상기 시트(30)의 톱니(32)와 맞물려 상기 시트(30)를 회전시키기 위한 캠 고정쇠(60)가 포함된다.

상기 캠(50)은 상기 스템(40)의 하단과 상기 볼(20) 사이에 고정되는 플레이트(plate) 형상으로 이루어질 수 있다.

이러한 캠(50)은 상기 볼(20)의 개폐 작업 시 상기 시트(30)와 볼(20) 사이에 이격거리를 형성하도록 양측에 절단면(52)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 캠(50)의 양측면은 상기 시트(30)와 소정 간격으로 떨어질 수 있는 형상을 하며, 이를 위해 본 발명에서는 상기 절단면(52)을 구비한다. 상기 절단면(52)의 형상은 특정하지 않으며, 도면에 도시한 바와 같이, 직선형으로 절단된 형상이 가능하다.

상기 절단면(52)으로 인해 상기 볼(20)의 개방 또는 폐쇄 시 상기 절단면(52)이 볼(20)의 양측면에 위치하게 되면 상기 시트(30)와 볼(20) 사이에 이격거리를 형성하게 된다.

또한, 상기 절단면(52)이 아닌 캠(50)의 다른 양측면(54)은 원호 형상으로 둥글게 라운딩 된 형상으로 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 원호 형상의 양측면(54)은 그 단부가 상기 시트(30)에 닿을 정도의 폭을 갖는다.

상기 캠(50)은 상기 스템(40)의 하단에 결합되는데, 이를 위해 상기 캠(50)의 중앙에는 상기 스템(40)의 하단이 삽입가능한 결합공(56)이 관통되게 형성된다.

상기 스템(40)의 하단은 상기 결합공(56)에 삽입되어 끼워지는 돌출부(42)가 구비되는데, 상기 결합공(56)과 돌출부(42)는 직사각형 단면형상으로 이루어짐이 가능하다.

이와 같은 직사각형의 형상은 상기 캠(50)이 양측에 절단면(52)이 형성된 것에 기인한 것으로, 상기 결합공(56)의 주변으로 캠(50)의 두께를 일정하게 유지하여 상기 스템(40)의 회전 시 가장 안정적으로 힘을 받을 수 있게 한 형상이다.

그러나, 본 발명에서는 이를 직사각형 형상에 한정하지 않으며, 예컨대, 소정의 두께로 이루어지는 '＋'자 형상 등이 적용될 수 있다.

한편, 상기 스템(40)은 볼(20)과 결합되어야 하며, 이를 위해 볼(20)의 상면에는 상기 돌출부(42)가 삽입되어 고정될 수 있는 고정홈(24)이 형성될 수 있다.

상기 돌출부(42)와 고정홈(24)은 암수로 이루어져 서로 결합되어야 하므로, 상기 고정홈(24)은 돌출부(42)의 형상에 대응되는 형상으로 이루어져야 한다.

여기서, 상기 돌출부(42)의 하면은 원호의 단면형상으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 상기 고정홈(24)은 상기 돌출부(42)가 삽입가능하도록 직사각형의 형상에 그 하면이 상기 돌출부(42)의 하면에 대응되게 원호의 단면형상으로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 캠 고정쇠(60)는 상기 캠(50)의 다른 양측면(54)에 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 캠 고정쇠(60)는 상기 캠(50)의 회전방향으로 상기 절단면(52)의 후단부에 인접한 위치에 고정되는 것이 바람직하다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 캠 고정쇠(60)는 상기 캠(50)에 힌지고정되어 소정각도로 회동이 가능하게 설치될 수 있다.

상기 캠 고정쇠(60)의 힌지고정된 단부(62)의 반대측 자유단(64)은 상기 톱니(32)의 형상에 대응되는 형상으로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같은 캠 고정쇠(60)는 상기 핸들(100)을 돌려 스템(40)이 회전할 때 상기 캠(50)이 회전하면서 상기 시트(30)의 톱니(32)에 상기 캠 고정쇠(60)의 자유단(64)이 맞닿게 되면서 상기 톱니(32)에 끼워지어 상기 시트(30)를 소정만큼 회전시키게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 톱니(32)는 상기 핸들(100)의 회전 시 캠 고정쇠(60)가 상기 톱니(32)에 맞물리기 용이하도록 핸들(100)의 회전하는 방향에 맞닿는 면이 대략 수평면(도 8을 기준으로)으로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 형성된 톱니(32) 형상은 상기 핸들(100)을 회전시킬 때 상기 캠 고정쇠(60)가 상기 톱니(32)의 수평면에 맞닿아 미는 힘이 더욱 증가되어, 시트(30)를 회전시키기 용이하게 된다.

도 8은 본 발명의 볼 밸브를 회전시켜 시트가 회전하는 것을 순차적으로 도시한 부분 단면도로서, 사용자가 핸들(100)을 반시계방향(도면에서 볼 때 반시계방향)으로 일정 각도 회전시키면 상기 캠(50)이 회전하게 되고, 상기 캠(50)에 설치된 캠 고정쇠(60)가 회전하면서 상기 시트(30)의 톱니(32)에 걸리게 된다.

이후, 상기 핸들(100)을 더욱 회전시키면 상기 캠 고정쇠(60)가 톱니(32)를 밀게 되어 상기 시트(30)를 소정 각도로 회전시킨다.

따라서, 상기 핸들(100)의 회동에 따라 시트(30)가 회전할 수 있게 하여 시트(30)의 국부적 마모로 인한 내구성이 상실되는 것을 방지할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 또한, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 바디 12: 관로
20: 볼 22: 오리피스
30: 시트 32: 톱니
40: 스템 42: 돌출부
50: 캠 52: 절단면
56: 결합공 60: 캠 고정쇠
62: 힌지부

Claims (7)

1. 유체 도관에 연결되어 관로를 형성하는 내부공간을 가지는 바디;
   상기 바디의 내부공간에 회전가능하게 장착되며, 상기 관로를 선택적으로 개폐하도록 오리피스가 형성되는 볼;
   상기 바디와 상기 볼의 사이에 위치하며 일면에 톱니 형상이 형성되는 시트;
   상기 볼의 회동축을 형성하며 상기 바디에 대해 회전가능하게 장착되는 스템;
   상기 볼의 일면에 위치하며, 상기 볼의 개폐 작업 시 상기 시트와 볼 사이에 이격거리를 형성하기 위한 캠; 및
   상기 캠에 힌지고정되어 상기 볼의 회전 시 상기 시트의 톱니와 맞물려 상기 시트를 회전시키는 캠 고정쇠;
   를 포함하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 시트는 상기 볼의 양측에 설치되며, 중앙부에 관로가 형성된 링형 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 캠은 상기 스템의 하단과 상기 볼의 사이에 고정되는 플레이트 형상이며,
   상기 볼의 개폐 작업 시 상기 시트와 볼 사이에 이격거리를 형성하도록 양측에 절단면이 구비되는 것을 특징으로 하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 캠의 중앙에는 상기 스템의 하단이 삽입가능한 결합공이 관통되게 형성되고,
   상기 스템의 하단은 상기 결합공에 삽입되어 끼워지는 돌출부가 구비되고,
   상기 볼의 상면에는 상기 돌출부가 삽입되어 고정될 수 있는 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 결합공은 직사각형 형상으로 이루어지며,
   상기 돌출부의 하면은 원호의 단면형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 캠 고정쇠는 상기 캠의 회전방향으로 상기 절단면의 후단부에 인접한 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 캠 고정쇠의 힌지고정된 단부의 반대측 자유단은 상기 톱니의 형상에 대응되는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전하는 시트를 구비한 볼 밸브.
   
   
   

Images