KR101750189B1 - 체크 밸브 - Google Patents

Abstract

밸브체(112)가 밸브 시트(104)에 대해 접속·분리하여 밸브의 개폐를 시행하되, 유입구(101)로부터 유입하고, 유출구(102)로부터 유출하는 유체의 흐름을 제어하는 체크 밸브(100)로서, 아래쪽에 설치된 유입구(101)와, 위쪽에 설치된 유출구(102)와, 유입구(101)를 둘러싸도록 형성된 밸브 시트(104)와, 밸브 시트(104)에 대해 상하 방향으로 접속·분리 이동 가능하게 구성된 밸브체(112)와, 아래쪽에 유입구(101)로부터 유입된 유체를 수평 방향으로 안내하는 유체 안내면(118)과, 측면에 상하 방향으로 밸브체를 안내하는 밸브체 안내면(111)을 갖는 안내부(105)를 구비한다.

Description

체크 밸브 {CHECK VALVE}

본 발명은 체크 밸브에 관한 것이다.

액체 질소 등의 공기보다 액화 온도가 낮은 유체를 공급하기 위한 저온 유체 용의 펌프는, 포화 증기 압력(대기압 하에서 약 77K)의 액체를 액송(液送)하기 위해 사용되는 일이 많으며, 부압(負壓) 등에 의한 기화를 방지하기 위해 펌프의 필요 유효 흡입 헤드(required NPSH)가 작게 구성되는 경우가 많다. 그 때문에, 펌프에 사용되는 체크 밸브는, 유량 저항이 작은(유량 계수가 큰) 것이 바람직하다.

한편, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같은, 벨로우즈 펌프와 같은 용적(容積)형 펌프에 있어서는, 펌프 행정의 고속화, 즉 1행정의 시간이 짧아지도록 구성함으로써, 장치의 경량 소형화, 특히 펌프 지지부재나 벨로우즈 작동축의 경량화를 도모할 수 있으며, 이것에 의해 구동부에서 발생하는 열의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 펌프 행정의 고속화를 위해서는, 사용되는 체크 밸브의 거동, 특히 특허 문헌 2에 나타낸 바와 같은 포펫(poppet)식 체크 밸브에 있어서는 폐지(閉止) 스트로크 시의 밸브체의 자중(自重)에 의한 복귀 동작의 시간 단축이 요구된다. 또, 폐지 타이밍의 지연은 폐지 시의 유체의 역류로 이어져 역류에 의한 수격(water hammer, 水擊)의 영향을 무시할 수 없는 경우도 있다.

일반적으로, 밸브의 폐지 지연을 해결하는 수단으로서는, 밸브체의 복귀 방향으로 스프링력을 부여하는 것이나, 밸브 개방 시의 밸브체의 개방량을 작게 하는 수단 등을 들 수 있다(스프링 부착 체크 밸브 등). 또, 특허 문헌 3에 나타낸 바와 같은, 캠이나 솔레노이드 등의 외력을 이용하여 강제적으로 폐지 시키는 수단도 있다. 그러나, 스프링력 부여나 개방량을 작게 하는 경우, 밸브의 유량 계수가 상대적으로 작아져서, 필요한 유량 계수를 얻기 위해서는 밸브의 대형화가 필요하게 되고, 펌프 자체도 대형화해 버린다. 또, 강제적으로 폐지하는 경우, 기구가 복잡화하고, 저온에서의 사용 환경 조건이나 단열성을 고려할 필요가 있어 설계의 곤란성을 수반한다.

한편, 포펫식 체크 밸브에서의 밸브체의 거동은, 도 12에 나타낸 모델과 같이 유체의 운동량에 의해 밸브체에 작용하는 힘의 영향이 크다는 것이 알려져 있다. 도 12는 포펫 밸브의 밸브체에 작용하는 힘을 설명하는 모식도이다. 밸브체에 가해지는 힘으로서 밸브체의 상류 측 압력(P1), 하류 측 압력(P2)의 차압 ΔP(P1-P2=ΔP)의 작용뿐만 아니라, 유체의 운동량이 작용하게 된다. 포펫 밸브의 밸브체에 작용하는 힘으로서 도 12에 나타낸 모델에서는 아래 식과 같이 주어진다.

F = A·ΔP + ρ·Q ·(V0 - V·COSθ) … (1)

V = C / A·√(2 / ρ·ΔP) … (2)

여기서, A는 관(管)의 단면적(= π·d² / 4), d는 관의 지름, ρ는 유체의 밀도, Q는 유량(= V0·A), V0는 상류의 유속, V는 밸브부에서의 유속, C는 유량 계수, θ는 밸브체 테이퍼면의 축선과 이루는 각도이다.

식 (1)의 우변의 첫번째 항이 상류와 하류의 차압 ΔP에 의해 작용하는 힘, 두번째 항이 유체의 운동량에 의해 작용하는 힘으로 된다. 자중식(自重式)의 밸브 구조에 있어서, 밸브체의 리프트량이 유량에 비해 충분히 큰 경우, V ≒ V0으로 되기 때문에, 식 (2)를 대입하여 정리하면, 식 (1)은

F = 1 / 2·ρ·A·V0²·1 / C² + ρ·A·V0² ·(1 - COSθ) … (3)

로 된다.

식 (3)의 우변 첫번째 항이 상류와 하류의 차압 ΔP에 의해 작용하는 힘, 두번째 항이 유체의 운동량에 의해 작용하는 힘으로 된다. 만약 차압 ΔP만이 작용하고 리프트량에 대한 유량 계수가 동일한 밸브와 비교한 경우, 두번째 항이 작용하는 부분만큼 동일 유량에 있어서도 밸브체를 밀어 올리는 힘이 많이 작용한다. 그 때문에, 포펫 밸브는 자중에 의해 최대 리프트량으로부터 밸브 폐쇄 위치로 낙하하는 시간이 증가하여 폐지 타이밍이 지연된다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개 2012-52617 호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개 2008-95820 호 공보 특허 문헌 3 : 일본국 특개소 62-228679 호 공보

본 발명의 목적은 간이(簡易)한 구성에 의해 밸브 폐쇄 동작의 고속화를 도모할 수 있는 체크 밸브를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서의 체크 밸브는,

밸브체가 밸브 시트에 대해 접속·분리하여 밸브의 개폐를 시행하되, 유입구로부터 유입하고, 유출구로부터 유출하는 유체의 흐름을 제어하는 체크 밸브로서,

아래쪽에 설치된 유입구와,

위쪽에 설치된 유출구와,

상기 유입구를 둘러싸도록 형성된 밸브 시트와,

상기 밸브 시트에 상하 방향으로 접속·분리 이동 가능하게 구성된 밸브체와,

아래쪽에 상기 유입구로부터 유입한 유체를 수평 방향으로 안내하는 유체 안내면과, 측면에 상하 방향으로 밸브체를 안내하는 밸브체 안내면을 갖는 안내부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 밸브체에 대해 작용하는 유체의 운동량에 따른 힘의 크기를 저감할 수 있다. 유입구로부터 유입해 온 유체는 안내부의 유체 안내면에 의해 유동 방향이 대체로 수평 방향으로 변경된다. 유체의 운동량에 따른 힘은, 상하 방향으로 이동하는 밸브체에 대해 수평 방향으로 작용하기 때문에, 상기 식 (3)에서의 우변 두번째 항이 저감된다. 이것에 의해, 밸브체를 밀어 올리는 힘이 저감되어 밸브체의 리프트량이 작아지므로, 자중에 의해 최대 리프트량으로부터 밸브 폐쇄 위치로 낙하하는 시간이 단축되어 폐지 타이밍의 지연이 단축된다.

상기 밸브체가 상기 밸브 시트에 착좌(着座)한 때에, 상기 밸브체와 상기 밸브체 안내면과의 사이의 간극을 덮도록 상기 밸브체 및 상기 안내부에 착좌 가능하게 구성된 보조 밸브체를 더 구비하면 좋다.

밸브체와 안내부 사이의 간극을 밸브체의 착좌 후에 보조 밸브체에 의해 닫는 2단 밸브 구조로 함으로써, 역류 발생 시의 수격의 위력을 저감할 수 있다. 즉, 1단째의 밸브(밸브체)로 역류량을 줄인 후, 최종적으로 2단째의 밸브(보조 밸브체)로 폐지하는 구성으로 된다. 이것에 의해, 수격 작용의 크기의 기준으로 되는 폐지 시의 역류 유속을 작게 할 수 있다.

상기 보조 밸브체는, 상기 밸브체에 대해 소정 범위 내에서 상하 이동 가능하게 달라붙어 있으며,

상기 밸브체에 있어서 상기 보조 밸브체가 착좌하는 상면과, 상기 안내부에 있어서 상기 보조 밸브체가 착좌하는 상면은, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트에 착좌한 때에 같은 높이로 되도록 하면 좋다.

밸브체가 밸브 시트에 착좌할 때에, 보조 밸브체가 밸브체와 안내부 사이의 간극을 줄이면서 폐지함으로써, 수격의 영향을 더욱 효과적으로 저감할 수 있다.

상기 보조 밸브체를 상기 밸브체 및 상기 안내부를 향해 아래쪽으로 바이어스(bias)하는 바이어스 부재를 더 구비하면 좋다.

이것에 의해, 바이어스 부재에 의해 보조 밸브체를 통해서 밸브체에 폐쇄 방향의 바이어스력이 작용하여 밸브 폐쇄 동작의 고속화를 도모할 수 있다. 또, 바이어스력을 적절히 설정함으로써, 체크 밸브의 설치 방향을 중력 방향과는 반대 방향으로 하는, 즉 위쪽으로부터 아래쪽의 일방향으로 유체를 유통시키는 체크 밸브로서도 사용하는 것이 가능하게 된다.

상기 밸브체는, 상기 밸브체 안내면에 안내되는 내측의 측면의 하단으로부터 바깥쪽을 향해 상기 밸브 시트에 대향하여 수평으로 연장되는 수압면, 또는 상기 밸브체 안내면에 안내되는 내측의 측면의 하단으로부터 바깥쪽을 향해 상기 밸브 시트와의 거리가 서서히 좁아지도록 연장되는 수압면을 가지면 좋다.

이와 같이, 유체 안내면에 의해 안내되는 유체의 유동 방향에 거의 따른 방향으로 연장되는 수압면을 밸브체에 형성함으로써, 그 유체의 운동량에 의해 밸브체에 대해 작용하는 힘은 거의 생기지 않고, 밸브체에 작용하는 힘은 유입구 측의 압력(상류 측 압력(P1))과 유출구 측의 압력(하류 측 압력(P2))의 차압(ΔP)에 의한 힘이 대부분으로 된다. 이것에 의해, 상기 식 (3)에서의 우변 두번째 항을 대폭적으로 저감할 수 있다.

상기 밸브체와 상기 안내부 사이의 간극의 위치가 상하 방향으로 보아 상기 유입구보다 외측에 위치하면 좋다.

이와 같이, 밸브체와 안내부 사이의 간극이 상하 방향에 있어서 유입구와 겹치지 않도록 구성함으로써, 유입구로부터 유입해 온 유체는 일단 수평 방향으로 유동 방향을 바꾸고 나서 상기 간극으로 유입하게 된다. 따라서, 간극을 통해서 보조 밸브체에 작용하는 유체의 운동량의 영향을 저감할 수 있으며, 수격의 영향을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

삭제

상기 안내부는, 하단에 플랜지부를 가지고 있고, 상기 플랜지부의 하면이 상기 유체 안내면으로서 기능하도록 구성되고,
상기 밸브체는, 상기 밸브 시트에 착좌하는 대경(大徑)의 제1 밸브부와, 상기 플랜지부의 상면에 착좌하는 소경(小徑)의 제2 밸브부와, 상기 제2 밸브부로부터 우산 모양으로 퍼져 상기 제1 밸브부에 이어짐과 더불어 테이퍼 모양의 수압면을 형성하는 경사부를 구비하되,
상기 제1 밸브부에 있어서 유체가 유동하는 방향과, 상기 제2 밸브부에 있어서 유체가 유동하는 방향이 서로 역방향이도록 해도 좋다.

이것에 의해, 밸브 개방 시에 있어서, 밸브체에 대해 작용하는 유체의 운동량에 따른 힘의 크기를 저감할 수 있다.

본 발명에 의하면, 간이(簡易)한 구성에 의해 밸브 폐쇄 동작의 고속화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 체크 밸브의 모식적 단면도.
도 2는 도 1의 일부 확대도.
도 3은 액체 공급 시스템의 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 체크 밸브의 변형예의 모식적 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 체크 밸브의 모식적 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 체크 밸브에서의 폐쇄 응답 시간의 측정 결과.
도 7은 종래 예에 따른 체크 밸브에서의 폐쇄 응답 시간의 측정 결과.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 체크 밸브에서의 수격력(水擊力)의 측정 결과.
도 9는 종래 예에 따른 체크 밸브에서의 수격력의 크기의 측정 결과.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 체크 밸브의 모식적 단면도.
도 11은 도 10의 일부 확대도.
도 12는 포펫 밸브의 밸브체에 작용하는 힘에 대해 설명하는 모식도.

이하에 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초해서 예시적으로 상세히 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 특정적인 기재가 없은 한은, 본 발명의 범위를 그것들만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예 1)

도 3을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 체크 밸브를 구비한 액체 공급 시스템에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 체크 밸브를 구비한 액체 공급 시스템의 개략 구성도이다.

<액체 공급 시스템>

액체 공급 시스템(10)은 저온 유체용의 펌프 장치로서, 수지제의 용기(31)의 내부에 초전도 코일(32)이 구비된 피냉각장치(30)에 대해, 초전도 코일(32)을 초전도 가능한 상태로 유지시키기 위해, 용기(31) 내에 초저온의 액체(L)를 상시 공급하는 것이다. 초저온의 액체(L)의 구체 예로서는, 액체 질소나 액체 헬륨을 들 수 있다.

액체 공급 시스템(10)은, 초저온의 액체(L)가 수용되는 제1 용기(11)와, 제1 용기(11)에 수용된 액체(L) 중에 배치되는 제2 용기(12)와, 제2 용기(12)의 내부로 파고 들어가도록 배치되는 벨로우즈(bellows; 13)를 구비하고 있다. 제2 용기(12) 내에 있어서 벨로우즈(13)의 외측의 영역에 의해, 제1 펌프실(P1)을 구성하고 있다. 또, 벨로우즈(13) 내부도 밀폐 공간으로 되어 있고, 이 밀폐 공간이 제2 펌프실(P2)로 되어 있다. 그리고, 제2 용기(12)에는, 제1 용기(11) 내의 액체(L)를 제1 펌프실(P1) 내로 흡입하는 제1 흡입구(21)와, 흡입한 액체(L)를 제1 펌프실(P1) 내로부터 시스템의 외부로 통하는 공급 통로(공급관; K1)로 송출하는 제1 송출구(22)가 설치되어 있다. 또, 제2 용기(12)에는, 제1 용기(11) 내의 액체(L)를 제2 펌프실(P2) 내로 흡입하는 제2 흡입구(23)와, 흡입한 액체(L)를 제2 펌프실(P2) 내로부터 공급 통로(K1)로 송출하는 제2 송출구(24)도 설치되어 있다. 또, 제1 흡입구(21) 및 제2 흡입구(23)에는, 각각 본 실시예에 따른 체크 밸브(100a, 100c)가 설치되어 있고, 제1 송출구(22) 및 제2 송출구(24)에도 각각 본 실시예에 따른 체크 밸브(100b, 100d)가 설치되어 있다.

또, 구동원으로서의 리니어 액츄에이터(14)에 의해 왕복 이동하도록 구성된 축(15)이 제1 용기(11)의 외부로부터 벨로우즈(13)의 내부로 파고 들어가, 그 선단이 벨로우즈(13)의 선단에 고정되어 있다. 이것에 의해, 축(15)이 왕복 이동함으로써, 벨로우즈(13)는 신축(伸縮)한다.

축(15)의 주위에는, 기체에 의해 가득 채워진 밀폐 공간(R1)이 형성되어 있다. 이 밀폐 공간(R1)은 제1 용기(11)의 외부로부터 벨로우즈(13)에 이르도록 신장하는 축(15)이 삽입·통과되는 통모양(바람직하게는 원통모양)의 관부(管部; 61)와, 이 관부(61)의 하단부와 상단부에 각각 설치되는 작은 벨로우즈(62, 63)에 의해 형성되어 있다. 또한, 이 밀폐 공간(R1)과 제2 펌프실(P2) 사이를 가로막는 작은 벨로우즈(63)와, 밀폐 공간(R1)과 외부 공간 사이를 가로막는 작은 벨로우즈(63)는, 모두 선단이 축(15)에 고정되어 있고, 축(15)의 왕복 이동에 따라 신축하도록 구성되어 있다. 또, 작은 벨로우즈(62, 63)는 그 외경이 벨로우즈(13)의 외경보다 작아지도록 구성되어 있다.

또, 벨로우즈(13)에서의 상단 측에도, 상기와 같이 작은 벨로우즈(62)가 설치됨으로써, 벨로우즈(13) 내부가 밀폐 공간으로 되도록 구성되고, 이 밀폐 공간이 상기와 같이 제2 펌프실(P2)로 되어 있다.

이상의 구성에 의해, 벨로우즈(13)가 축소되면, 제2 송출구(24)를 통해서 제2 펌프실(P2) 내로부터 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출되고, 또한 제1 흡입구(21)를 통해서 액체(L)가 제1 펌프실(P1) 내로 흡입된다. 또, 벨로우즈(13)가 신장하면, 제2 흡입구(23)를 통해서 액체(L)가 제2 펌프실(P2) 내로 흡입되고, 또한 제1 송출구(22)를 통해서 제1 펌프실(P1) 내로부터 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출된다. 이와 같이, 벨로우즈(13)가 축소될 때, 및 신장할 때 중 어느 경우에 있어서도 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출된다.

이상과 같이, 액체 공급 시스템(10)에 있어서는, 벨로우즈(13)의 신축 동작의 반복에 의해, 공급 통로(K1)를 통해 액체(L)가 피냉각장치(30)로 공급된다. 또, 액체 공급 시스템(10)과 피냉각장치(30)를 연결하는 복귀 통로(복귀관; K2)도 설치되어 있고, 피냉각장치(30)에 공급된 만큼 액체 공급 시스템(10)으로 액체(L)가 복귀하도록 구성되어 있다. 또, 공급 통로(K1)의 도중에는 액체(L)를 초저온의 상태까지 냉각하는 냉각기(20)가 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 냉각기(20)에 의해 초저온까지 냉각된 액체(L)는 액체 공급 시스템(10)과 피냉각장치(30) 사이를 순환한다.

이상 설명한 바와 같이, 벨로우즈(13)가 축소될 때 및 신장할 때의 어느 경우에 있어서도 액체(L)가 공급 통로(K1)로 송출되고, 벨로우즈(13)의 신축 동작에 따른 액체 공급량을, 제1 펌프실(P1)만으로 펌프 기능을 발휘시킨 경우에 비해, 2 배로 할 수 있다. 그 때문에, 소망하는 공급량에 대해, 제1 펌프실(P1)만으로 펌프 기능을 발휘시킨 경우에 비해, 1회분의 공급량을 반으로 할 수 있고, 공급 통로(K1) 내에서의 액체의 최대 압력을 절반 정도로 할 수 있다. 따라서, 공급되는 액체의 압력 변동(맥동)에 따른 악영향을 억제할 수 있다.

또, 액체(L)가 연속적으로 공급되기 때문에 맥동 자체를 억제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 시스템 밖에 완충 장치(댐퍼)를 설치하는 경우에 비해, 공간 절약화를 도모할 수 있고, 또 열교환이 발생하는 부위를 줄일 수 있으므로, 냉각 효율을 높일 수 있다.

더욱이, 축(15)이 삽입·통과되는 통모양의 관부(61) 내를 밀폐 공간(R1)으로 하고, 그 내부에 기체를 가득 채우는 구조를 채용하고 있다. 따라서, 기체가 가득 채워진 밀폐 공간(R1)이 전열(傳熱)을 방해하는 기능을 발휘하기 때문에, 리니어 액츄에이터(14)에서 발생하는 열이나 대기 열이 액체(L)까지 전해져 버리는 것을 억제할 수 있다. 또, 만약 액체(L)까지 열이 전해져 기화했다고 해도, 항상 새로운 액체(L)가 공급되고, 냉각 효과도 있기 때문에, 펌프실 내부에 있어서 액체(L)가 기화하는 온도까지 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 펌프 기능을 저하시키는 일도 없다.

또, 만일 축(15)으로부터의 전열 등에 의해 벨로우즈(13) 내의 액체(L)가 기화하여 기체가 발생해 버려 제2 펌프실(P2)에 의한 펌프 기능이 저하되어도, 제1 펌프실(P1)에 의한 펌프 기능을 안정적으로 발휘시킬 수 있다. 더욱이, 벨로우즈의 내부 측이 (압축성 유체인) 기체의 경우에 비해, 본 예에서는 벨로우즈(13)의 내부 측과 외부 측에 각각 (비압축성 유체인) 액체(L)가 존재하기 때문에, 벨로우즈(13)의 신축 시에 벨로우즈(13)의 진동 회전이나 좌굴(座屈)을 억제할 수 있다.

또, 밀폐 공간(R1)을, 관부(61)와 한 쌍의 작은 벨로우즈(62, 63)에 의해 형성하는 구성을 채용하고 있다. 또, 작은 벨로우즈(62, 63)는 모두 선단이 축(15)에 고정되어 있고, 축(15)의 왕복 이동에 따라 신축하도록 구성되어 있다. 따라서, 접동(sliding, 摺動) 부위를 형성하는 일없이 밀폐 공간(R1)이 형성되기 때문에, 접동에 의한 마찰 저항에 따라 열이 발생해 버린다고 하는 일은 없다.

여기서, 본 예에 있어서는, 밀폐 공간(R1)을 기체로 가득 채우는 경우에 대해 설명했지만, 이 밀폐 공간(R1)의 내부를 진공 상태로 하는 구성을 채용할 수도 있다. 밀폐 공간(R1)의 내부를 진공 상태로 함으로써, 더 한층 단열 효과를 높일 수 있다.

<체크 밸브>

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 체크 밸브에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 체크 밸브의 모식적 단면도로서, (A)는 밸브 폐쇄 상태, (B)는 밸브 개방 상태를 각각 나타낸다. 도 2는 도 1의 일부 확대도로서, 보조 밸브체 주변의 구성을 나타낸다.

본 실시예에 따른 체크 밸브(100)는, 아래쪽에 설치된 유입구(101)로부터 유체(액체(L))가 유입하고, 위쪽에 설치된 유출구(102)로부터 유체가 유출하는 일방향 밸브로서, 중력 방향(연직 방향)과는 반대 방향으로만 유체를 유통시키기 위한 것이다. 본 실시예에 따른 체크 밸브(100)는, 상술한 바와 같이, 도 3에 나타낸 바와 같은 복동 펌프 형식의 저온 유체용 이중 벨로우즈 펌프에서는, 토출 측에 두 군데, 흡입 측에 두 군데 사용된다.

<체크 밸브의 구성>

체크 밸브(100)는, 개략적으로 통모양으로 형성된 밸브 본체(103)에, 유입구(101)와, 밸브 시트(valve seat; 104)가 형성되어 있다. 유입구(101)는 밸브 본체(103)의 내부 영역에 있어서 위쪽으로 향해 개구(開口)하고, 밸브 시트(104)는 유입구(101)의 외주에 환상(環狀, 고리 모양)으로 수평으로 형성되어 있다. 안내부로서의 지주 부재(105)는, 유입구(101)와 밸브 시트(104) 사이에 형성된 안쪽 낮은 부분(inside low part)에 삽입·위치 결정되고, 누름 금구(106)에 의해 위쪽으로부터 아래쪽으로 향해 꽉 눌려 고정되어 있다.

누름 금구(106)는 상하로 관통하는 복수의 구멍부(107)를 갖고, 유출구(102)가 형성된 개략적으로 통모양의 뚜껑(108)과 밸브 본체(103) 사이에 외주 단부가 끼워져 고정됨으로써 설비된다. 뚜껑(108)과 밸브 본체(103)는 너트 등의 체결 부재(109)에 의해 결합됨과 더불어, 결합면이 가스켓(110)에 의해 기밀하게 된다. 기밀을 위한 가스켓은 테프론계 가스켓이 일반적이지만, 금속계이어도 좋다. 또, 외부로의 누설의 허용도로부터, 가스켓을 사용하지 않아도 좋다. 또, 구멍부(107)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 단면은 원형(정원, 타원 등)이라도 구형(矩形, 직사각형)이라도 좋고, 다양한 구성을 채용할 수 있다.

지주 부재(105)의 외주면인 안내면(밸브체 안내면; 111)에는, 환상 부재인 밸브체(112)가 상하 방향(축 방향)으로 이동 가능하게 설비되어 있다. 밸브체(112)는 하부에 설치된 환상의 맞닿는 부분으로서의 돌기부(113)가 환상의 밸브 시트(104)에 맞닿음으로써 환상의 씰면(sealing surface)을 형성하고, 밸브 폐쇄 상태로 된다. 이와 같이 볼록(凸) 모양의 돌기부(113)로 함으로써, 착좌 시의 기밀에 있어서 접촉면의 면압을 높일 수 있다. 또, 밸브체(112)의 상부에는, 밸브체(112)와 지주 부재(105) 사이의 간극을 밀봉하기 위한 보조 밸브체(114)가 달라붙어 있다.

지주 부재(105)는, 하부에 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 노치 모양의 홈(115)이 축 대칭으로 형성되어 있고, 지주 부재(105)의 하면(116)과 더불어 아래쪽으로부터 위쪽으로 향해 유입구(101)로부터 유입해 온 유체를 수평 방향으로 안내하는 안내 유로를 형성한다.

밸브체(112)는 원활한 상하 이동을 가능하게 하기 위해, 지주 부재(105)의 안내면(111)과 피안내면인 내주면(117)과의 사이에, 소정의 간극을 가지고 맞물리도록(감합(嵌合)하도록) 되어 있다. 또, 돌기부(113)의 내측에는, 환상으로 수평한 수압면(유체 안내면; 118)이 형성되어 있다.

보조 밸브체(114)는 중심에 구멍부를 갖는 원반 모양의 평판 부재로서, 유지 부재(119)에 의해 밸브체(112)의 상면(120)에 대해 소정 범위에서 상하 이동 가능한 간극(G)을 가지고 유지되어 있다(도 2). 또, 보조 밸브체(114)는, 내주면(121)이 누름 금구(106)의 누름부 외주면(122)에 대해 상하 방향으로 접동 자재(自在)로 접촉하는 구성으로 되어 있다. 밸브체(112)의 상면(120)과 지주 부재(105)의 상면(123)은, 밸브체(112)가 착좌한 상태에 있어서 같은 높이로 된다. 이것에 의해, 보조 밸브체(114)는 밸브체(112)의 내주면(117)과 지주 부재(105)의 안내면(111)과의 사이의 간극을 유출구(102) 측에 대해 덮도록, 밸브체(112)의 상면(120)과 지주 부재(105)의 상면(123)에 각각 착좌한 상태로 될 수 있다. 보조 밸브체(114)는 기본적으로 평판으로 족하지만, 구멍이나 홈, 노치 등을 형성해도 좋다. 또, 중심 방향으로 향해 요철(凹凸)을 형성하고 씰 위치(sealing position)의 조정을 시행하는 것도 가능하다. 또, 유지 부재(119)와 밸브체(112)의 상면(120) 사이에 형성되는 간극(G)의 크기는, 보조 밸브체(114)가 밸브 폐쇄할 때에 밸브 시트인 밸브체(112)의 상면과 지주 부재(105)의 상면(123)의 요철(높이의 차이)에 따라 휘는(요철에 따라 변형하는) 것을 저해하지 않는 관점으로부터, 보조 밸브체(114)의 외주부가 구속되지 않도록(충분히 변형 가능하도록), 그 외주부의 변형을 예측하여, 최저한의 크기가 확보되도록 설정된다. 또한, 보조 밸브체(114)의 외주부가 구속(고정)되어도, 밸브 시트의 요철에 따른 변형이 보장되는 것이라면, 간극(G)은 설치하지 않아도 좋다.

극저온에서 사용하기 위해, 본 실시예에 따른 체크 밸브(100)의 각 구성 요소의 부재로서는, 금속계로는 비교적 저온 취화가 적은 오스테나이트계 스테인리스동, 티타늄, 알루미계가 바람직하다. 또, 수지계로는 PTFE, 폴리이미드계 수지 등의 저온에서도 기계적 특성이 현저하게 저하하지 않는 재료가 바람직하다. 또, 상온으로부터 사용 온도까지는 온도차가 200℃ 이상 있고, 사용 온도 하에서는 부재에 열 수축을 수반하기 때문에, 밸브체(112), 보조 밸브체(114), 지주 부재(105)의 간극을 형성한 가동부는 동일 재료 혹은 간극이 증가하는 부재의 조합이 바람직하다. 더욱이, 밸브체 또는 밸브 시트의 접촉면, 밸브체, 보조 밸브체와 지주 부재의 가동부에는 마모 저감을 위한 열처리, 표면 처리(테프론 코팅, 은도금, 증착)를 실시해도 좋다.

<체크 밸브의 개폐 동작>

체크 밸브(100)는 유입구(101) 측의 유체 압력(P1)에 의해 작용하는 힘이 밸브체(112)의 중량과 유출구(102) 측의 유체 압력(P2)에 의해 작용하는 힘보다 작아지면, 밸브체(112)가 자중에 의해 하강하여 밸브 폐쇄 상태로 된다. 또, 유입구(101) 측의 유체 압력(P1)에 의해 작용하는 힘이 밸브체(112)의 중량과 유출구(102) 측의 유체 압력(P2)에 의해 작용하는 힘보다 커지면, 밸브체(112)가 밸브 시트(104)로부터 상승하여 밸브 개방 상태로 된다.

아래쪽으로부터 위쪽으로 향해 유입구(101)로부터 유입해 온 유체는, 지주 부재(105)의 홈(115)과 하면(116)에 의해 형성되는 안내 유로에 의해 수평 방향으로 안내된다. 안내 유로의 하류 측 개구(홈(115)의 외주 측 개구)보다 하류 측에는, 밸브 시트(104)와, 밸브체(112)의 돌기부(113), 수압면(118), 지주 부재(105)의 외주면(안내면(111))에 의해, 환상의 유로가 형성되어 있다. 이 유로 내의 압력(P1)에 의해 밸브체(112)에 걸리는 힘이 밸브체(112)의 중량 및 P2에 의해 밸브체(112)에 걸리는 힘보다 커지면, 압력(P1)을 수압면(118)에서 받음으로써 밸브체(112)가 상승하여 밸브 시트(104)로부터 이간(離間)된다. 이 때, 보조 밸브체(114)도 지주 부재(105)와 밸브체(112) 사이의 간극으로부터 유입해 오는 유체의 유체 압력(P1)에 의해 밸브체(112)에 대해 상승하고, 유입구(101) 측과 유출구(102) 측을 연통하는 미소한 유로를 형성한다. 그리고, 보조 밸브체(114)는 밸브체(112)의 상승에 따라, 누름 금구(106)의 누름부 외주면(122)과 접동하면서 지주 부재(105)의 상면(123)으로부터 더 이간되어 간다.

<본 실시예의 우수한 점>

본 실시예에 따른 체크 밸브(100)의 밸브 구조에 의하면, 밸브체(112)에 작용하는 힘은 수압면(118), 즉 밸브체(112)의 내주면(117)의 하단 가장자리와 돌기부(113)에 둘러싸인 환상 영역에 작용하는, 상류 측 압력(P1)과 하류 측 압력(P2)의 차압 ΔP에 의한 힘이 대부분으로 된다. 돌기부(113)도 외경 방향으로 압력을 받게 되지만, 그 크기는 수압면(118)과 비교하여 작아, 밸브체(112)의 거동에 대한 영향은 적다. 밸브체(112)에 대해 작용하는 유체의 운동량은, 상기 안내 유로에 의해 기본적으로 밸브체(112)의 지름 방향으로 작용하고, 축 방향으로 작용하는 힘은 돌기부(113)에 근소하게 작용하는 것만으로 되어, 도 12에 나타낸 바와 같은 포펫 밸브와 비교하여 대폭적으로 저감된다. 따라서, 밸브체(112)는 주로 수압면(118)에서 받는 압력에 의해 상승하게 된다.

또, 지름 방향으로 작용하는 유체의 운동량은, 축 대칭으로 작용하기 때문에 밸브체(112)에 가해지는 힘으로서는 상쇄된다. 즉, 포펫 밸브에 작용하는 힘 F의 식 (3)에서의 우변 두번째 항은 대폭적으로 저감된다. 그 때문에, 밸브체(112)를 밀어 올리는 힘이 포펫 밸브에 비해 작아지고, 밸브체(112)의 리프트량이 작아지므로, 자중에 의해 최대 리프트량으로부터 밸브 폐쇄 위치로 낙하하는 시간이 단축되어 폐지 타이밍의 지연이 단축된다.

이와 같이 체크 밸브의 폐지 타이밍 지연이 단축화됨으로써, 펌프의 고속화를 도모할 수 있다. 이 점에 대해 이하에 설명한다.

도 3에 나타낸 벨로우즈 펌프와 같은 용적형 펌프의 경우, 유량은 다음과 같은 관계이다.

Q = Vth × N × n

여기서, Q : 유량 [l / min], Vth : 행정 용적 [l], N : 행정 수 [cpm], n : 체적 효율로 한다.

이 관계로부터, 동일 유량의 경우, 행정수 N이 많을수록 필요한 행정용적 Vth가 작아진다. 행정 용적 Vth가 작을수록 구성 요소의 벨로우즈 행정 용적이 작아진다. 벨로우즈 행정 용적이 작은 경우, 설계적으로 가능한 벨로우즈 스트로크의 관계에서 구해지는 벨로우즈 유효 면적을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 벨로우즈 유효 면적(Ab) ×(펌프 토출 압력 P)에 의해 구해지는 벨로우즈 작동 하중을 저감시킴으로써, 벨로우즈 작동에 관한 부재에 필요한 강성을 작게 할 수 있고, 펌프 지지부재 및 벨로우즈 작동 축의 부재의 경량화가 가능하게 된다.

펌프 지지부재 및 벨로우즈 작동 축의 경량화에 의해, 펌프에서의 장치 축 방향의 열전달 계수가 저감되고, 구조상, 탱크 내에 저유되어 있는 저온 액으로 대기 측으로부터 침입하는 열량이 저감된다. 그 때문에 저온 액의 증발량이 줄어들어, 냉동기를 사용하고 있는 경우는 필요한 냉각 능력을 줄일 수 있어 바람직하다.

또, 펌프 자체의 경량 컴팩트화는 취급 용이성, 설치 공간 절약화, 내진동성, 내충격성의 향상에 의해 바람직하다.

이상의 점으로부터, 펌프의 고속화(1행정의 시간을 짧게 하는 것)은 저온 펌프에 있어서 바람직하다. 그러나, 펌프를 고속화하는 경우, 체크 밸브의 폐지 타이밍의 지연 시간이 펌프의 토출 성능(체적 효율)에 크게 관계한다. 체크 밸브의 폐지 타이밍이 지연된 경우(지연 시간이 큰 경우), 체크 밸브의 폐지 지연 시간 중에 토출(흡입)된 유체가 역류함으로써, 결과적으로 체적 효율이 저하된다. 또, 역류 시의 밸브의 폐지에 의해 발생하는 수격(water hammer, 水擊)의 영향을 무시할 수 없는 경우도 있다. 펌프를 고속화하여 1행정의 시간이 짧아지고, 밸브의 폐지 지연 시간과 1행정의 시간이 동일하게 된 경우, 실질적으로 토출량과 역류량이 동일하게 되기 때문에 고속화의 한계로 된다. 그 때문에, 펌프의 고속화의 한계 사이클을 향상시키기 위해서는 체크 밸브의 폐지 지연 시간의 단축이 크게 기여하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 체크 밸브의 폐지 지연 시간이 단축됨으로써, 펌프의 고속화를 도모할 수 있다.

또, 밸브체(112)와 지주 부재(105) 사이에는, 밸브체(112)를 원활하게 이동시키기 위한 간극을 설치하고, 밸브체(112)의 착좌 후에 보조 밸브체(114)에 의해 상기 간극을 닫는 2단 밸브 구조로 하고 있다. 이러한 2단 밸브 구조에 의해, 역류 시의 수격을 1단 밸브 구조의 경우와 비교하여 저감시킬 수 있다. 이것은, 1단째의 밸브(밸브체(112))로 역류량을 줄인 후, 최종적으로 2단째의 밸브(보조 밸브체(114))로 폐지하기 때문에, 상대적으로 수격 작용의 크기의 기준으로 되는 폐지 시의 역류 유속이 작아지기 때문이다.

또, 밸브체(112)와 지주 부재(105)의 간극의 위치가 상하 방향으로 보아 유입구(101)보다 외측에 위치하도록(상하 방향에 있어서 유입구(101)와 겹치지 않도록) 구성함으로써, 유입구(101)로부터 유입해 온 유체는 일단 수평 방향으로 유동 방향을 바꾸고 나서 상기 간극에 유입하게 된다. 따라서, 간극을 통해서 보조 밸브체(114)에 작용하는 유체의 운동량의 영향을 저감할 수 있고, 수격의 영향을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.

본 실시예의 밸브 구조에 의하면, 밸브 개방 압력이 밸브체(112)의 씰 위치(돌기부(113)의 밸브 시트(104)에 대한 맞닿는 위치)를 밸브체(112)의 지름 방향으로 적절히 조정함으로써, 유입구(101) 측의 유로의 지름을 변경하는 일없이 밸브체(112)의 중량과의 관계로 결정된다. 따라서, 밸브 개방 압력의 적당한 조정이 가능하다.

또, 밸브 리프트량에 대해서도, 밸브체(112)의 씰 위치를 밸브체(112)의 지름 방향으로 적절히 조정함으로써, 유입구(101) 측의 유로의 지름을 변경하는 일없이 유량과 밸브체(112)의 중량과의 관계로부터 대략 결정된다. 따라서, 밸브 리프트량에 대해서도 적당한 조정이 가능하다.

더욱이, 밸브 폐쇄 시에 발생하는 ΔP에 의한 꽉 누르는 힘에 대해서도, 유입구(101) 측의 유로의 지름을 변경하는 일없이 밸브체(112)의 씰 위치를 밸브체(112)의 지름 방향으로 적절히 조정함으로써, 조정할 수 있다. 과도한 꽉 누르는 힘은, 밸브체(112)와 밸브 시트(104)의 반복 접촉에 의해 마모를 촉진하기 때문에, 꽉 누르는 힘의 조정에 의해 마모를 저감하고, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.

<변형예>

도 4는 본 실시예의 체크 밸브의 변형예의 모식적 단면도로서, (A)는 밸브 폐쇄 상태, (B)는 밸브 개방 상태를 각각 나타낸다. 본 변형예와 같이, 보조 밸브체(114)를 아래쪽으로 바이어스하는 바이어스 부재로서의 스프링(124)을, 보조 밸브체(114)의 상면과 누름 금구(106)의 하단면 사이에 상하 방향으로 압축하여 맞붙여도 좋다. 본 변형예에 따르면, 스프링(124)에 의해 보조 밸브체(114)를 통해서 밸브체(112)에 밸브 폐쇄 방향의 바이어스력이 작용하여 밸브 폐쇄 동작의 고속화를 도모할 수 있다. 또, 스프링 하중을 적절히 설정함으로써, 체크 밸브(100)의 설치 방향을 중력 방향과 반대 방향으로 하는, 즉 위쪽으로부터 아래쪽의 일방향으로 유체를 유통시키는 체크 밸브로서 사용하는 것이 가능하게 된다.

(실시예 2)

도 5를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 체크 밸브에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 체크 밸브의 모식적 단면도로서, (A)는 밸브 폐쇄 상태, (B)는 밸브 개방 상태를 각각 나타낸다. 여기에서는, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해 설명하고, 실시예 1과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 여기에서 설명하지 않는 사항은 실시예 1과 마찬가지이다.

본 실시예에 따른 체크 밸브(200)는, 밸브체의 구성이 실시예 1에 따른 체크 밸브(100)와 다르다. 본 실시예에서의 밸브체(125)는, 수압면(126)이 테이퍼 모양의 경사로 되어 있다. 수압면(126)은 밸브체(125)의 내주면 하단으로부터 외경 방향으로 향할수록 밸브 시트(104)의 상하 방향의 거리가 서서히 좁아지도록 연장되는 경사면으로 되어 있고, 그 외주단이 밸브 시트(104)에 맞닿는 환상의 맞닿는 부분(127)으로 되어 있다. 이러한 구성에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로, 밸브체(125)에 대해 작용하는 유체의 운동량에 따른 힘의 크기를 저감할 수 있다.

수압면(126)의 각도는, 수압면(126)에 작용하는 힘의 수평 방향의 분력(分力)이 수직 방향의 분력보다 커지는 것과 같은 각도, 즉 밸브체(125)에 대해 작용하는 유체의 운동량에 따른 힘의 크기를 가능한 한 작게 할 수 있는 각도로 설정한다. 예를 들어, 수평면에 대해 10° 정도의 얕은 각도로 설정할 수 있다. 또한, 실시예 1에서의 돌기부(113)의 높이에 대해서도 마찬가지의 관점으로부터 설정되어, 수압면(118)에 대해 상기 테이퍼면의 경우에서의 내주단과 외주단과의 사이의 고저차와 같은 정도의 높이로 되도록 설정하면 좋다.

또, 수압면(126)은 역테이퍼 모양의 경사면, 즉 밸브체(125)의 내주면 하단으로부터 외경 방향으로 향할수록 밸브 시트(104)와의 상하 방향의 거리가 서서히 넓어지도록 연장되는 경사면으로 해도 좋다. 다만, 맞닿는 부분(127)의 내주면에 외경 방향으로 작용하는 힘, 즉 밸브체(125)에 대해 작용하는 유체의 운동량에 따른 힘의 크기가 커지지 않도록 설정한다.

또, 본 실시예에서는, 실시예 1의 유지 부재(119)을 폐지하고, 스페이서(128)에 의해 보조 밸브체(114)의 상하 방향의 이동 범위를 규제하는 구성으로 하고 있다. 스페이서(128)는, 보조 밸브체(114)의 상면에 고정되어 있고, 소정의 두께를 가지고 있다. 이러한 구성에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로, 역류 시의 수격의 영향을 저감할 수 있다.

<비교 실험>

도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 실시예에 따른 폐쇄 응답 시간의 단축 효과 및 수격력의 저감 효과에 대해 설명한다. 도 6은 실시예 2에 따른 체크 밸브의 폐쇄 응답 시간을 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도 7은 종래 예에 따른 체크 밸브의 폐쇄 응답 시간을 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도 8은 실시예 2에 따른 체크 밸브에서의 수격력의 크기를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도 9는 종래 예에 따른 체크 밸브에서의 수격력의 크기를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

본 실시예에 따른 체크 밸브로서, 테이퍼면의 각도가 약 10°, 수압 면적이 약 10㎠, 밸브체의 최대 가동 범위가 약 3mm, 밸브체의 유효 지름이 25mm의 체크 밸브를 사용했다. 또, 종래 예에 따른 체크 밸브로서, 본 실시예에 따른 체크 밸브와 동등한 유효 지름을 갖는 포펫 밸브를 사용했다.

<< 폐쇄 응답 시간의 비교 >>

상기 실시예에 따른 체크 밸브와 종래 예로서의 포펫 밸브에 대해, 각각 벨로우즈의 스트로크와 밸브체(밸브)의 스트로크를 변위계로 계측하고, 벨로우즈 스트로크의 최하점(하사점(下死點))으로부터 밸브체가 착좌점까지 하강할 때까지의 시간을 폐쇄 응답 시간으로 했다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 종래 예의 포펫 밸브에서는 21ms였는데 반해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 체크 밸브에서는 12ms로 되어, 폐쇄 응답 시간이 대폭적으로 단축되는 결과로 되었다.

<< 수격의 크기의 비교 >>

밸브체(밸브)의 상류 측 및 하류 측에 각각 압력계를 설치하여 밸브 폐쇄 시에 발생하는 수격 압력을 측정했다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 종래 예의 포펫 밸브에서는, 입구 측에 있어서 라인 압력(100KPa)에 대해 -120KPa의 압력이 발생함과 더불어, 출구 측에 있어서 라인 압력에 대해 +460KPa의 압력이 발생하고 있다. 한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 체크 밸브에서는, 입구 측에 발생하는 압력이 라인 압력에 대해 -100KPa, 출구 측에 발생하는 압력이 라인 압력에 대해 +210KPa로 되어, 수격력이 대폭적으로 저감되는 결과로 되었다.

(실시예 3)

도 10, 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예 3에 따른 체크 밸브에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 체크 밸브의 모식적 단면도로서, (A)는 밸브 폐쇄 상태, (B)는 밸브 개방 상태를 각각 나타낸다. 도 11은 밸브체 주변의 구성을 나타내는 도 10의 일부 확대도로서, (A)는 제1 밸브부만이 폐쇄된 상태, (B)는 제1 밸브부와 제2 밸브부가 폐쇄된 상태를 각각 나타낸다. 여기에서는, 주로 실시예 1, 2와 다른 점에 대해 설명하고, 실시예 1, 2와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 여기에서 설명하지 않는 사항은 실시예 1, 2와 마찬가지이다.

본 실시예에 따른 체크 밸브(300)는, 밸브체 및 지주 부재의 구성이 실시예 1, 2에 따른 체크 밸브(100, 200)와 다름과 더불어, 보조 밸브체를 갖추고 있지 않은 점에서도 다르다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서의 밸브체(130)는 대경(大徑)의 제1 밸브부(131)와, 소경(小徑)의 제2 밸브부(132)와, 제2 밸브부(132)로부터 우산 모양으로 퍼져 제1 밸브부(131)에 이어지는 경사부(134)를 구비한다. 제2 밸브부(132)의 상면에는, 환상의 추(錘; 133)가 접합되어 있다. 밸브체(130)는 SUS나 수지 등의 내부 유체에 따른 영향이 없는 재료이고 탄성 변형이 가능한 재료로 구성된다.

밸브체(130)의 제1 밸브부(131)는, 밸브 시트(104)에 착좌하여 제1의 환상의 씰면을 형성한다. 또, 밸브체(130)의 경사부(134)의 하면은 테이퍼 모양으로 경사진 수압면을 형성한다. 본 실시예에서의 지주 부재(135)는, 하단에 플랜지부(137)를 가지고 있고, 플랜지부(137)의 상면이 밸브체(130)의 제2 밸브부(132)의 밸브 시트로 된다. 또, 플랜지부(137)의 하면은, 유입구(101)로부터 유입해 온 유체를 지름 방향 바깥쪽을 향해 안내하는 유체 안내면으로서 기능한다. 제2 밸브부(132)가 플랜지부(137)의 상면에 착좌함으로써 제2의 환상의 씰면이 형성된다. 또한, 본 실시예에서의 누름 금구(136)는, 실시예 1, 2의 누름 금구(106)와 형상이 다르지만, 요구되는 기능은 동일하다.

체크 밸브(300)는, 유입구(101) 측의 유체 압력(P1)에 의해 작용하는 힘이 밸브체(130)의 중량과 유출구(102) 측의 유체 압력(P2)에 의해 작용하는 힘보다 작아지면, 밸브체(130)가 자중에 의해 하강하여 밸브 폐쇄 상태로 된다. 추(133)는 밸브체(130)의 자중에 의한 하강을 가능하게 하기 위해 설치되어 있고, 추(133)를 설치하는 대신에 제2 밸브부(132)에 두꺼운 부분(肉厚部)을 설치하는 등에 의해 밸브체 자체의 무게를 조정하도록 해도 좋다.

밸브 폐쇄 시에는, 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 최초로 제1 밸브부(131)가 밸브 시트(104)에 착좌하고, 제2 밸브체(132)는 착좌하지 않는 상태로 된다. 그 후, 먼저 착좌한 제1 밸브부(131)를 기점으로 해서 밸브체(130) 전체가 탄성 변형을 일으켜 제2 밸브부(132)가 플랜지부(137) 상면에 착좌한다.

구체적으로는, 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이, 먼저 착좌한 제1 밸브부(131)의 주변이 확경(擴徑, 직경이 확대됨) 변형하여 제1 밸브부(131)의 착좌 위치가 외측으로 어긋남(씰면이 확경함)과 더불어, 경사부(134)가 내측으로 향하여 넘어지도록 변형한다. 이와 동시에, 제2 밸브부(132) 및 추(133)는 약간 축경(縮徑, 직경이 축소됨) 변형하면서 하강하여 플랜지부(137) 상면에 착좌한다. 제2 밸브부(132)의 내주면과 지주 부재(135)의 외주면 사이에는 간극이 형성되어 있고, 환상의 유로를 형성하고 있다. 제2 밸브부(132)는, 밸브 폐쇄 시에 상기 환상의 유로를 좁히면서 플랜지부(137)의 상면에 착좌한다.

밸브 개방 시에는, 유입구(101) 측의 유체 압력(P1)에 의해 작용하는 힘이 밸브체(130)의 중량과 유출구(102) 측의 유체 압력(P2)에 의해 작용하는 힘보다 커지면, 밸브체(130)의 제1 밸브부(131), 제2 밸브부(132)가 밸브 시트(104), 플랜지부(137) 상면으로부터 각각 상승하여, 밸브 개방 상태로 된다.

본 실시예에 따른 체크 밸브(300)는, 제1 밸브부(131)의 밸브 폐쇄 후에 제2 밸브부(132)가 밸브 폐쇄하는 2단 밸브 구조로 되어 있다. 또, 제1 밸브부(131)에 있어서 유체가 유동하는 방향과, 제2 밸브부(132)에 있어서 유체가 유동하는 방향이 서로 반대 방향으로 되어 있다. 즉, 유입구(101)로부터 유입해 온 유체는, 일단 수평 방향 바깥쪽을 향해 유동 방향을 바꾸고, 그 후 수평 방향 안쪽을 향해 흐름의 방향을 바꾸고 나서 제2 밸브부(132)로 유입하게 된다. 수압면인 경사부(134)의 하면은, 밸브체(130)의 내주 측으로부터 외경 방향으로 향할수록 밸브 시트(104)와의 상하 방향의 거리가 서서히 좁아지도록 연장되는 경사면으로 되어 있다. 이것에 의해, 실시예 1, 2와 마찬가지로, 본 실시예에 있어서도, 밸브체(130)에 대해 작용하는 유체의 운동량에 따른 힘의 크기를 저감할 수 있다.

상기 각 실시예는, 각각의 구성을 서로 조합시켜 적용할 수 있다.

체크 밸브 100
유입구 101
유출구 102
밸브 본체 103
밸브 시트 104
지주 부재(안내부) 105
누름 금구 106
구멍부 107
뚜껑 108
안내면(밸브체 안내면) 111
밸브체 112
돌기부(맞닿는 부분) 113
보조 밸브체 114
홈 115
수압면(유체 안내면) 118
유지 부재 119

Claims (8)

1. 밸브체가 밸브 시트에 대해 접속·분리하여 밸브의 개폐를 시행하되, 유입구로부터 유입하고, 유출구로부터 유출하는 유체의 흐름을 제어하는 체크 밸브로서,
   아래쪽에 설치된 유입구와,
   위쪽에 설치된 유출구와
   상기 유입구를 둘러싸도록 형성된 밸브 시트와,
   상기 밸브 시트에 대해 상하 방향으로 접속·분리 이동 가능하게 구성된 밸브체와,
   아래쪽에 상기 유입구로부터 유입한 유체를 수평 방향으로 안내하는 유체 안내면과, 측면에 상하 방향으로 밸브체를 안내하는 밸브체 안내면을 갖는 안내부와,
   상기 밸브체가 상기 밸브 시트에 착좌한 때에, 상기 밸브체와 상기 밸브체 안내면과의 사이의 간극을 덮도록 상기 밸브체 및 상기 안내부에 착좌 가능하게 구성된 보조 밸브체를 구비하는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 밸브체는 상기 밸브체에 대하여 소정 범위 내에서 상하 이동 가능하게 달라붙어 있고,
   상기 밸브체에 있어서 상기 보조 밸브체가 착좌하는 상면과, 상기 안내부에서의 상기 보조 밸브체가 착좌하는 상면은, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트에 착좌한 때에, 같은 높이로 되는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
   
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 보조 밸브체를 상기 밸브체 및 상기 안내부로 향하여 아래쪽으로 바이어스하는 바이어스 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
   
4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 밸브체는 상기 밸브체 안내면에 안내되는 내측의 측면의 하단으로부터 바깥쪽을 향해 상기 밸브 시트에 대향하여 수평으로 연장되는 수압면을 갖는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
   
5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 밸브체는 상기 밸브체 안내면에 안내되는 내측의 측면의 하단으로부터 바깥쪽을 향해 상기 밸브 시트와의 거리가 서서히 좁아지도록 연장되는 수압면을 갖는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
   
6. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 밸브체와 상기 안내부 사이의 간극의 위치가 상하 방향으로 보아 상기 유입구보다 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 안내부는, 하단에 플랜지부를 가지고 있고, 상기 플랜지부의 하면이 상기 유체 안내면으로서 기능하도록 구성되고,
   상기 밸브체는, 상기 밸브 시트에 착좌하는 대경의 제1 밸브부와, 상기 플랜지부의 상면에 착좌하는 소경의 제2 밸브부와, 상기 제2 밸브부로부터 우산 모양으로 퍼져 상기 제1 밸브부에 이어짐과 더불어 테이퍼 모양의 수압면을 형성하는 경사부를 구비하되,
   상기 제1 밸브부에 있어서 유체가 유동하는 방향과, 상기 제2 밸브부에 있어서 유체가 유동하는 방향이 서로 역방향인 것을 특징으로 하는 체크 밸브.
8. 삭제

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