KR101592868B1 - 밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브 조립체에 관한 것으로서, 유체가 통과 가능하도록 포트가 형성되며 수용홈이 형성되는 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 수용홈에 수용되며 상기 포트에 대응하는 개구를 가지는 밸브체; 상기 밸브 본체의 포트 입구에 설치되어 상기 밸브체와 면하는 링 형상의 밸브 시트를 포함하되, 상기 밸브 시트는, 상기 밸브체의 이동을 안내하는 가이드링부재와, 상기 가이드부재의 외주면에 결합되어 압력에 의해 탄성 변형하는 밀봉링부재를 포함하며, 상기 밀봉링부재는 상기 포트에 대면하는 가이드링부재의 단부로부터 돌출되게 결합되어 단차부를 형성함으로써, 상기 포트와 상기 가이드링부재의 단부 사이에 갭이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

밸브 조립체{VALVE ASSEMBLY}

본 발명은 밸브 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브 본체의 내측의 유로에 밸브체와 밀접하게 설치되어 밸브 본체 내의 기밀을 유지하는 밸브 시트를 구비한 밸브 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 밸브 조립체는 유체가 흐르는 유로에 설치되어 유체의 흐름 방향 및 유량을 제어하는 장치로서, 상기 밸브 조립체를 구성하는 밸브체의 종류로는 볼 밸브, 글로브 밸브, 플러그 밸브, 게이트 밸브 등이 있다.

상기 볼 밸브(ball valve)는 밸브체의 밸브 본체 내에 내부가 관통된 볼이 삽입된 것으로, 핸들의 조작에 의해 볼이 회전함으로써 유로를 개폐하는 구조로 이루어진다.

통상의 볼 밸브를 설계함에 있어서는 수송 대상이 되는 유체의 누설을 방지해야하는 기밀성, 볼 밸브에 의한 밸브 시트의 마모를 방지해야 하는 내구성 등의 이외에도 볼의 위치 조작에 의한 정확한 유체 유량을 제어할 수 있어야 하는 제어성 등을 고려해야 하며, 이들은 볼 밸브를 구성하는 밸브 조립체의 성능을 평가하는 기준의 척도가 된다.

특히 자동차의 공조 시스템에 사용되며 볼 밸브로 이루어지는 3웨이 밸브 조립체는 3방향에 유체의 출입구를 구성하는 밸브로서, 주로 컨트롤 모터와 조합하여 유체의 유로 전환과 동시에 유량 조절을 하는 자동 제어 밸브이다.

이와 같은 통상의 3웨이 밸브 조립체는 히터 코어와 유로를 매개로 설치되어 자동차의 엔진을 순환한 냉각수의 흐름을 제어하여 히터 코어로 냉각수를 유입시키거나 히터 코어를 거치지 않고 바이패스 시켜 자동차의 실내 온도를 조절하도록 구성된다.

일 예로서, 국내공개특허공보 제2008-0106641호의 "워터 밸브"의 종래 기술에 개시되어 있는 밸브 조립체는, 내부가 중공된 몸체와, 상기 몸체를 밀폐하는 덮개와, 상기 몸체 내부의 중앙에 구동축이 연결되며 서로 연결된 제 1 연통부, 제 2 연통부, 제 3 연통부가 형성되어 회전에 의해 냉각수 유입부로 유입된 냉각수가 상기 바이패스라인을 통해 배출되는 양 및 상기 히터코어의 입구파이프로 유입되는 양을 조절하는 볼밸브; 및 상기 볼밸브를 구동하는 구동수단으로 이루어진다.

또한, 일 예로서, 국내등록특허공보 1210640호의 "연료전지용 냉각수 공급 시스템 및 방법"에 따른 밸브 조립체는, 연료전지 스택에서의 과열 및 저열을 방지하기 위하여 제어수단으로부터 전달된 제어 신호에 따라 냉각수의 유량을 조절하도록 구성된다.

그런데, 이와 같이 구성되는 종래의 밸브 조립체는 밸브 본체의 포트와 밸브체의 개구 사이에 개재되는 밸브 시트의 재질이 탄성 재질로 이루어져 있어, 밸브 시트와 접촉하는 내측 면이 시간이 경과함에 따라 내구성 저하로 마모나 변형이 발생되어 실링 기능이 급속히 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 탄성 재질의 밸브 시트는 마찰 계수가 높은 고무 재질로 이루어져 있어, 실링 성능은 우수하나, 조립시 밸브체 또는 밸브 본체와의 마찰로 인해 상기 밸브체가 작동 불능이 되거나 오작동 되는 문제점이 있었다.

특히, 조립시 밸브 본체에 대해 밸브 시트의 간섭 현상으로 인해 밸브 시트의 일부가 포트의 입,출구로 밀려 들어가는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 밸브 시트의 수리 또는 교체 등의 작업을 빈번하게 행해야 함은 물론 이에 다른 관리 비용이 과다하게 소요되는 등의 문제점을 수반하게 된다.

한편, 상기 밸브 시트를 경질의 소재로 제조하게 되면 누수가 발생되기 쉬운 단점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2008-0104461호(2008.12.09) 대한민국 등록특허공보 제1210640호(2012.12.03)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 밸브 바디의 포트와 밸브체의 개구 사이에 개재되는 밸브 시트의 재질을 기계적, 물리적 특성에 맞게 물성이 서로 다른 이형 재질로 구분하고, 탄성 변형이 최소화되도록 조립 구성을 최적화하여 조립성, 기밀성 및 내구성을 동시에 개선할 수 있도록 한 밸브 조립체를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 밸브 조립체는, 유체가 통과 가능하도록 포트가 형성되며 수용홈이 형성되는 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 수용홈에 수용되며 상기 포트에 대응하는 개구를 가지는 밸브체; 상기 밸브 본체의 포트 입구에 설치되어 상기 밸브체와 면하는 링 형상의 밸브 시트를 포함하되, 상기 밸브 시트는, 상기 밸브체의 이동을 안내하는 가이드링부재와, 상기 가이드부재의 외주면에 결합되어 압력에 의해 탄성 변형하는 밀봉링부재를 포함하며, 상기 밀봉링부재는 상기 포트에 대면하는 가이드링부재의 단부로부터 돌출되게 결합되어 단차부를 형성함으로써, 상기 포트와 상기 가이드링부재의 단부 사이에 갭이 형성되며, 상기 밀봉링부재는 고무 또는 합성수지 재질로 이루어지고, 상기 가이드링부재는 상기 밀봉링부재에 대해 상대적으로 저마찰 계수를 갖으며 상대적으로 경질인 합성수지 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 포트에 대면하는 상기 가이드링부재의 외주 모서리에는 결합홈이 형성되어 있고, 상기 밀봉링부재의 둘레방향 내주면과 상기 포트와 접하는 밀봉링부재의 반대쪽 면이 상기 결합홈에 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드링부재의 결합홈에는 둘레방향으로 돌출부가 형성되어 있고, 상기 밀봉링부재에는 상기 돌출부에 결합하는 설치홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 밸브 조립체에 의하면, 밸브 본체의 포트와 밸브체의 개구 사이에 개재되는 밸브 시트의 재질을 기계적, 물리적 특성에 맞게 이원화한 물성이 서로 다른 이형 재질로 형성하며, 밸브 본체의 포트에 접촉하는 밀봉링부재와 밸브체에 접촉하는 가이드링부재의 결합면 일측에 단차부를 형성하여 밸브 본체에 대한 상기 밀봉링부재의 과밀착을 방지하고, 밀봉링부재의 일부가 포트의 입,출구로 밀려들어 가는 현상을 방지하여 내구성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 조립성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 조립체를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 밸브 시트를 나타내는 도면으로서, 도 2는 밸브 시트의 정면 사시도이고, 도 3은 배면 사시도이다.
도 4는 밸브 시트를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 도 4의 A부를 확대 도시한 종단면도이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브 조립체는, 유체가 통과 가능하도록 내측에 다수의 포트(120)와, 수용홈(110)이 형성된 밸브 본체(100, valve body)와, 밸브 본체(100)의 수용홈(110)에 수용되며, 상기 포트(120)에 대응하는 개구(210)를 가지는 밸브체(200)와, 상기 밸브 본체(100)의 상부를 밀폐시키는 밸브 캡(300)과, 상기 밸브체(200)와 연결되어 밸브체(200)에 회전력을 부여하는 구동수단(400)을 포함한다.

특히, 상기 밸브 본체(100)에 형성되는 포트(120)가 3개의 구성으로 이루어지되, 1개의 입구와 2개의 출구(2개의 입구와 1개의 출구)로 이루어져 유체의 유로 전환과 동시에 유량을 제어할 수 있는 3웨이 밸브 조립체로 구성된다.

그러나, 본 발명은 3웨이 밸브에 국한되지 않고 3웨이를 초과하는 다방향 밸브에 적용할 수 있다.

여기서, 상기 밸브 본체(100)의 포트(120)와 밸브체(200)의 개구(210) 사이에는 포트(120) 입구에 설치되어 상기 밸브체(200)와 면하며, 상기 밸브 본체(100)의 내부를 흐르는 유체의 외부 누설을 방지하도록 기밀성을 유지하는 링 형상의 밸브 시트(500, valve seat)가 개재되어 있다.

상기 밸브 시트(500)는, 상기 밸브 본체(100) 내측 면의 포트(120) 측에 형성되는 하부 시트수용부(130)와, 상기 밸브 캡(300)의 하부에 형성되며 상기 하부 시트수용부(130)에 대응하는 상부 시트수용부(310) 사이에 둘레 면이 꼭 맞게 수용되어 고정된다.

이때, 상기 하부 시트수용부(130)와 상부 시트수용부(310)는 서로 결합할 경우 상기 밸브 시트(500)의 둘레 면에 일치하도록 각각 반원의 단면 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 밸브 본체(100)의 포트(120)와, 상기 밸브 시트(500)의 중공(510)과, 상기 밸브체(200)의 개구(210)의 직경은 거의 동일하여 압력 손실이 거의 발생하지 않는 장점이 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 밸브 시트(500)는 기계적, 물리적 특성에 맞게 물성이 서로 다른 이형 재질로 이루어지며, 서로 물리적으로 결합 가능하게 된다.

상기 밸브 시트(500)는, 상기 밸브체(200)의 이동을 안내하는 가이드링부재(530)와, 상기 가이드링부재(530)의 외주면에 결합되어 압력에 의해 탄성 변형하는 밀봉링부재(520)를 포함하게 된다.

상기 밀봉링부재(520)는, 밸브 시트(500)의 본래 기능을 수행할 수 있도록 상기 하부 시트수용부(130)의 측면에 압착되어 균일하게 기밀성을 유지하는 유연성 및 탄성을 가지는 고무 또는 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

물론, 기밀성을 유지하기 위하여 유연성과 탄성을 지니는 다른 재질이 채택될 수 있다.

반면, 상기 밸브 시트(500)의 내측에 형성된 가이드링부재(530)는 상기 밸브체(200)와의 마찰로 인한 밸브체(200)의 작동 불능이나 오작동을 방지하기 위하여 상기 밀봉링부재(520)에 대해 상대적으로 저마찰 계수를 가지며 열전달율이 적은 것이 바람직하다.

이를 위하여, 상기 가이드링부재(530)는 비점착성으로 마찰계수가 작으며, 경도를 유지하는 내마모성, 내충격성, 표면피로 저항성이 우수한 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론, 이러한 특성을 지니는 다른 재질이 채택되는 것 또한 가능하다.

상기 밀봉링부재(520)는 상기 하부 시트수용부(130)의 측면에 압착되어 균일하게 기밀성을 유지하게 되는 반면, 상기 가이드링부재(530)는 상기 밸브체(200)가 밸브 본체(100) 내에서 원활히 회전할 수 있도록 가이드 하는 역할을 수행한다(도 3 및 도 4 참조).

특히, 상기 가이드링부재(530)는 밀봉링부재(520)에 결합되어 상기 밀봉링부재(520)가 압착력을 받을 시에 휘거나 구부러지는 등의 변형을 방지하기 위한 지지대 역할을 하게 된다.

한편, 상기 포트(120)에 대면하는 상기 가이드링부재(530)의 외주 모서리에는 결합홈(600)이 형성되어 있고, 상기 밀봉링부재(520)의 둘레방향 내주면과 상기 포트(120)와 접하는 밀봉링부재(520)의 반대쪽 면이 상기 결합홈(600)에 결합된다.

상기 가이드링부재(530)의 결합홈(600)에는 둘레방향으로 돌출부(610)가 형성되어 있고, 상기 밀봉링부재(520)에는 상기 돌출부(610)에 결합하는 설치홈(620)이 형성되어 있다.

즉, 상기 돌출부(610)를 설치홈(620)에 삽입한 상태에서 고정 상태를 유지할 수 있도록 억지 끼움 방식 또는 접착 방식으로 고정하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 밀봉링부재(520)는 상기 밸브 본체(100)의 하부 시트수용부(130)에 밀착 형성되며, 상기 밸브체(200)가 접촉하는 상기 가이드링부재(530)의 일측면은 밸브체(200)의 외면을 따라 내측으로 함몰되게 형성된다(도 2 참조).

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 밀봉링부재(520)와 가이드링부재(530)의 결합홈(600)의 결합 시 상기 가이드링부재(530)의 결합면 일부가 외부로 노출되어 상기 밀봉링부재(520)와 가이드링부재(530)는 서로 단차지게 형성된다.

즉, 상기 밀봉링부재(520)는 상기 포트(120)에 대면하는 가이드링부재(530)의 단부로부터 돌출되게 결합되어 단차부(540)를 형성함으로써, 상기 포트(120)와 상기 가이드링부재(530)의 단부 사이에 갭(t)이 형성된다.

상기 단차부(540)에 생기는 갭(t)으로 인해, 밸브 본체(100)의 포트(120)에 대한 상기 밀봉링부재(520)의 간섭 현상이 방지되고, 밀봉링부재(520)의 일부가 포트(120)의 입,출구로 밀려들어가 유체의 유동이 방해되거나 조립 불량이 발생하는 현상이 방지된다(도 5 참조).

이로 인해 밸브 시트(500)의 기밀성 및 내구성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 밸브 조립체의 조립성 향상을 도모할 수 있게 된다.

한편, 상기 구동수단(400)은 상기 밸브체(200)의 상측에 모터와 기어 등의 부속품으로 이루어져 상기 밸브체(200)의 고정구(220)에 연결되는 액츄에이터 또는 핸들이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 밸브 조립체는, 밸브 본체(100)의 포트(120)와 밸브체(200)의 개구(210) 사이에 개재되는 밸브 시트(500)의 재질을 기계적, 물리적 특성에 맞게 이원화한 이형 재질로 형성하며, 밸브 본체(100)의 포트(120)에 접촉하는 밀봉링부재(520)와 밸브체(200)에 접촉하는 가이드링부재(530)의 결합면 일측에 단차부(540)를 형성하여 밸브 본체(100)에 대한 상기 밀봉링부재(520)의 과밀착을 방지하고, 밀봉링부재(520)의 일부가 포트(120)의 입,출구로 밀려들어 가는 현상을 방지하여 밸브 시트(500)의 마모 현상을 억제하여 내구성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 조립성을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 밸브 본체 110 : 수용홈
120 : 포트 130 : 하부 시트수용부
200 : 밸브체 210 : 개구
220 : 고정구 300 : 밸브 캡
310 : 상부 시트수용부 400 : 구동수단
500 : 밸브 시트 510 : 중공
520 : 밀봉링부재 530 : 가이드링부재
540 : 단차부 600 : 결합홈
610 : 돌출부 620 : 설치홈

Claims (4)

1. 유체가 통과 가능하도록 포트가 형성되며 수용홈이 형성되는 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 수용홈에 수용되며 상기 포트에 대응하는 개구를 가지는 밸브체; 상기 밸브 본체의 포트 입구에 설치되어 상기 밸브체와 면하는 링 형상의 밸브 시트를 포함하되,
   상기 밸브 시트는, 상기 밸브체의 이동을 안내하는 가이드링부재와, 상기 가이드링부재의 외주면에 결합되어 압력에 의해 탄성 변형하는 밀봉링부재를 포함하며,
   상기 밀봉링부재는 상기 포트에 대면하는 가이드링부재의 단부로부터 돌출되게 결합되어 단차부를 형성함으로써, 상기 포트와 상기 가이드링부재의 단부 사이에 갭이 형성되며,
   상기 밀봉링부재는 고무 또는 합성수지 재질로 이루어지고, 상기 가이드링부재는 상기 밀봉링부재에 대해 상대적으로 저마찰 계수를 갖으며 상대적으로 경질인 합성수지 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 포트에 대면하는 상기 가이드링부재의 외주 모서리에는 결합홈이 형성되어 있고, 상기 밀봉링부재의 둘레방향 내주면과 상기 포트와 접하는 밀봉링부재의 반대쪽 면이 상기 결합홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가이드링부재의 결합홈에는 둘레방향으로 돌출부가 형성되어 있고, 상기 밀봉링부재에는 상기 돌출부에 결합하는 설치홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 조립체.
   
4. 삭제

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