KR102006169B1

KR102006169B1 - 볼 밸브

Info

Publication number: KR102006169B1
Application number: KR1020150012012A
Authority: KR
Inventors: 코지 히라마츠; 마사히코 소가오
Original assignee: 가부시끼가이샤후지킨
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2019-08-02
Also published as: KR20150091235A; CN104819317A; TWI604148B; TW201530027A; CN104819317B; JP6341363B2; JP2015145691A

Abstract

볼 시트를 리테이너와 볼 사이에 개재시키지 않고 볼과 리테이너의 접촉을 방지하여 내구성이 뛰어난 볼 밸브를 제공한다.
입구 유로 및 출구 유로와 이들 유로 사이를 연결하는 내부공간을 가지는 밸브 몸체와, 내부공간에 설치되어 기준축 둘레의 회전에 의해 유로를 개폐하는 볼과, 상기 볼을 기준축 둘레에 회전시키는 조작 기구와, 상기 조작 기구와 볼을 연결하는 회전축과, 볼의 주위를 포위하도록 내부공간에 설치되고 측면에 개구부를 가지는 볼 시트와, 볼 시트의 개구부에 삽입된 리테이너를 구비하여 이루어지는 볼 밸브로서, 리테이너는 밸브 몸체측의 단부에 외주 단부로부터 돌출되어 있는 돌기부를 가지고, 볼 시트는 돌기부가 맞물리도록 노치부를 가지며, 리테이너는 돌기부의 볼 측의 단면이 볼 시트의 노치부에 접촉하도록 개구부에 맞물려 있는 볼 밸브.

Description

볼 밸브{BALL VALVE}

본 발명은, 볼과 리테이너 사이에 볼 시트를 개재시키지 않고 볼과 리테이너의 접촉을 방지하며, 내구성이 뛰어난 볼 밸브에 관한 것이다.

종래, 밸브 몸체의 내부공간에, 유로를 개폐하는 밸브 본체와 상기 밸브 본체의 주위를 둘러싸도록 설치된 볼 시트와, 볼 시트에 설치되는 리테이너를 구비한 구조를 갖고, 리테이너는 볼 시트의 변형을 억제하기 위한 보강재로서 설치되어 밸브 본체와는 접촉하지 않도록 배치되어 있는 볼 밸브가 알려져 있다.

특허문헌 1에는, 이러한 볼 밸브로서 도 7에 나타내는 구조를 갖는 볼 밸브가 기재되어 있다. 구체적으로는, 내부공간을 갖는 밸브 몸체(A)와 유로를 개폐하는 밸브 본체로서의 볼(B)과, 볼의 주위를 포위하면서 내부공간에 설치된 볼 시트(C)와 볼 시트(C)의 개구부에 삽입되어 있는 리테이너(D)를 구비하고, 리테이너(D)와 볼(B)이 접촉하지 않도록 볼 시트(C)의 볼 측의 일부가 유로측으로 돌출되며, 이 돌출부(E)가 볼(B)과 리테이너와(D) 사이에 개재하고 있는 볼 밸브가 기재되어 있다(도 7(a) 참조).

특허문헌 2에는, 좌우에 유로를 갖는 밸브 몸체에 접속하는 유로관의 선단에 시트 리테이너를 설치하고, 이 시트 리테이너에 볼 시트를 장착하며, 이 볼 시트에 용수철 기구를 통하여 볼 밸브 본체의 볼 면에 가압하여 접촉시키고 있는 볼 밸브가 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2008－185113호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 2008－286228호 공보

특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 도 7(b)에 나타내듯이, 리테이너(D)와 볼(B) 사이에 볼 시트의 돌출부(E)가 개재되어 있다. 여기서, 볼 시트(C)는 항상 용수철(F)의 탄발력에 의해 위쪽으로부터 눌리고 있고, 재질은 수지제이기 때문에, 돌출부(E)가 변형하는 경우가 있다. 그 때문에, 볼 시트(C)의 돌출부(E)의 변형에 의해, 도 7(c)에 나타내듯이, 돌출부(E)가 유로로 밀려나오고 유로가 좁아짐으로써, 상정하고 있던 양보다 유량이 적어지는 문제가 있다. 또한, 볼 시트(C)의 돌출부(E)가 유로 내로 돌출하도록 변형함으로써, 돌출부분 근방에 유체가 체류하여 때가 생기기 쉬워지고, 밸브 본체의 세정이 곤란해진다. 또한, 볼과 리테이너가 접촉함으로써 볼이 마모되고, 시트 누락을 발생시킬 가능성이 있다.

본 발명은, 이들 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 볼 시트를 리테이너와 볼 사이에 개재시키지 않고, 볼과 리테이너의 접촉을 방지하여 내구성이 뛰어난 볼 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1과 관련되는 발명은, 입구 유로 및 출구 유로와 이들 유로 사이를 연결하는 내부공간을 갖는 밸브 몸체와, 상기 내부공간에 설치되어 기준축 둘레의 회전에 의해 상기 유로를 개폐하는 볼과, 상기 볼을 기준축 둘레에 회전시키는 조작 기구와, 상기 조작 기구와 상기 볼을 연결하는 회전축과, 상기 볼의 주위를 포위하도록 상기 내부공간에 설치되고, 측면에 대략 원통 형상의 개구부를 가지는 볼 시트와, 상기 볼 시트의 상기 개구부에 삽입된 리테이너를 구비하여 이루어지는 볼 밸브로서, 상기 리테이너는 상기 밸브 몸체측의 단부에 외주 단부로부터 밖을 향하여 돌출되어 있는 돌기부를 가지며, 상기 볼 시트는 상기 돌기부가 삽입되도록 설치된 노치부를 가지고, 상기 리테이너는 상기 돌기부의 상기 볼 측 단면이 상기 볼 시트의 상기 노치부에 접촉하도록, 상기 개구부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브에 관한 것이다.

청구항 2와 관련되는 발명은, 상기 리테이너는 상기 유로에 대해 상부에만 상기 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 볼 밸브에 관한 것이다.

청구항 3과 관련되는 발명은, 상기 돌기부는 상기 리테이너의 외주 단부에 걸쳐서 둥근 고리 형상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 볼 밸브에 관한 것이다.

청구항 1과 관련되는 발명에 의하면, 리테이너는 돌기부의 볼 측의 면과 볼 시트의 노치부에 접촉하도록 개구부에 삽입되어 있는 점에서, 리테이너가 볼 시트와 접촉하고 있는 위치로부터 볼 측으로 가압되지 않기 때문에, 볼과 리테이너의 접촉을 방지할 수 있고, 볼이 마모되지 않는다. 또한, 돌출부를 구비한 볼 시트보다 볼 시트의 형상이 간소화되고, 볼 시트 제작의 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 볼 시트의 개구부가 대략 원통 형상인 점에서, 리테이너와 볼 사이에 볼 시트를 개재하지 않고, 볼 시트의 변형에 의해 유로가 좁아지지 않으며, 볼 밸브의 유로를 흐르는 유체의 유량이 항상 일정하게 된다.

청구항 2와 관련되는 발명에 의하면, 리테이너는 유로에 대해서 상부에 돌기부를 가짐으로써, 볼 밸브를 조립할 때의 리테이너의 조립 실수를 방지할 수 있다.

청구항 3과 관련되는 발명에 의하면, 돌기부가 리테이너의 외주 단부에 걸쳐서 둥근 고리 형상으로 설치되는 점에서 리테이너의 형상을 단순화 할 수 있고, 또한, 볼 시트의 노치부의 형상이 둥근 고리 형상으로 설치되게 되어, 볼 시트의 형상도 간소화되며, 볼 시트 제작의 작업 효율을 향상시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명과 관련되는 볼 밸브의 단면도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 볼 밸브의 주요부 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 볼 밸브를 구성하는 볼, 회전축, 볼 시트와 리테이너를 추출하여 나타내는 도면이고, 유로가 열린 상태에서의 (a)는 유로 방향의 단면도, (b)는 유로에 대해서 직교하는 단면도, (c)는 유로측에서 본 도면이다.
도 4는 유로를 가지는 리테이너를 나타내는 도면이고, (a)는 정면도, (b)는 단면도, (c)는 평면도이다.
도 5는 유로를 갖지 않는 리테이너를 나타내는 도면이고, (a)는 정면도, (b)는 단면도, (c)는 평면도이다.
도 6은 본 발명과 관련되는 볼 밸브에 이용되는 볼과 리테이너를 나타내는 평면도이고, (a)는 이방밸브, (b)는 삼방밸브, (c)는 사방밸브이다.
도 7은 종래의 볼 밸브의 주요부(하부)를 나타내는 도면이고, (a)는 주요부 확대 단면도, (b)는 볼 시트와 리테이너의 확대도, (c)는 볼 시트가 유로로 밀려나오는 도면이다.

본 발명과 관련되는 볼 밸브의 실시형태의 일례에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련되는 볼 밸브의 단면도이고, 도 2는 본 발명과 관련되는 볼 밸브의 주요부 확대 단면도이다.

본 발명과 관련되는 볼 밸브(1)는, 입구 유로(21) 및 출구 유로(22)와 이들 유로(2) 사이를 연결하는 내부공간을 가지는 밸브 몸체(3)와, 내부공간에 설치되어 기준축(수직축) 둘레의 회전에 의해 유로를 개폐하는 볼(4)과, 상기 볼을 기준축 둘레에 회전시키는 조작 기구(11)와, 상기 조작 기구(11)와 볼(4)을 연결하는 회전축(5)과, 대략 원통 형상으로서 측면의 대향 위치에 개구부를 가지고, 볼(4)의 주위를 포위하도록 내부공간에 설치된 볼 시트(6)와, 상기 볼 시트(6)의 개구부에 삽입된 리테이너(7)를 구비하고 있다.

밸브 몸체(3)는, 도 1에 나타내듯이, 입구 유로(21) 및 출구 유로(22)를 구비하고 있고, 대략 원통 형상의 내부공간을 갖고 있다. 내부공간에는, 도 1에 나타내듯이, 볼(4)과 볼 시트(6)와 리테이너(7)가 설치되어 있다.

볼(4)은 대략 구형상이고, 입구 유로(21) 및 출구 유로(22) 사이의 유통로가 되는 수평 방향의 관통구멍(41)을 가지고 있다.

볼(4)은 수직축 둘레에 회전함으로써, 입구 유로(21)와 출구 유로(22) 사이의 유통을 허용 또는 차단하여 유로(2)를 개폐한다. 즉, 볼(4)에 형성된 관통구멍(41)이 입구 유로(21) 및 출구 유로(22)와 겹쳤을 때에는 유로가 열린 상태가 되고, 겹치지 않을 때에는 유로가 닫힌 상태가 된다.

볼(4)의 상부에는 막대 형상의 회전축(5)이 일체로 설치되어 있다.

회전축(5)은, 하단부가 볼(4)의 상면에 일체화되어 있고, 상단부에는 핸들 등의 조작 기구(11)가 연결되어 있다.

이것에 의해 조작 기구(11)를 회전시키면, 회전축(5)과 함께 볼(4)이 수직축 둘레로 회전하여 유로가 개폐하게 된다.

또한, 회전축(5)과 볼(4)은, 1개의 부재로 구성해도 좋고, 회전축(4)과 볼(5)을 각각 별도의 부재로 하여, 이들 2개의 부재를 결합하는 것으로 구성해도 좋다.

도 3은, 본 발명과 관련되는 볼 밸브를 구성하는 볼(4), 회전축(5), 볼 시트(6)와 리테이너(7)를 추출하여 나타내는 도면이고, 유로가 열린 상태에 있어서의 (a)는 유로 방향의 단면도, (b)는 유로에 대해서 직교하는 단면도, (c)는 유로측에서 본 도면이다.

볼 시트(6)는, 볼(4)의 주위를 포위하도록 밸브 몸체(3)의 내부공간에 설치되어 있다. 볼 시트(6)는 밸브 몸체(3)의 입구 유로(21) 및 출구 유로(22) 측의 측면에 개구부를 가지고 있다. 볼 시트(6)의 개구부는 유로의 일부가 되는 대략 원통 형상의 내부공간을 형성한다. 볼 시트(6)는, 개구부의 밸브 몸체(3) 측의 단부에 노치부(61)를 가지고 있고, 노치부(61)는 후술하는 리테이너(7)의 돌기부(71)와 맞물려 있다.

볼 시트(6)는 합성수지 재료로 형성되어 있고, 보다 구체적으로는 PTFE(폴리 테트라 플루오로 에틸렌), PFA(테트라 플루오로 에틸렌·퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 공중합체), PEEK(폴리 에테르 에테르 케톤), 초고분자량 폴리에틸렌 등으로 형성되는 것이 바람직하다.

볼 시트(6)의 상부에는, 도 1에 나타내듯이, 링 형상의 누름 부재(8)와 용수철(9)과 누름 나사(10)가 아래에서 위로 이 순서대로 설치되어 있고, 이들 부재의 중심을 회전축(5)이 관통하고 있다.

용수철(9)은 그 탄발력에 의해, 누름 부재(8)를 통해서 볼 시트(6)를 위쪽으로부터 가압하고 있다.

누름 나사(10)는 밸브 몸체(3)에 대하여 단단히 붙어있고, 이 누름 나사의 위치를 상하 방향으로 조절함으로써, 용수철(9)의 길이를 변화시켜 그 탄발력을 조절할 수 있다.

리테이너(7)는 볼(4)의 둘레방향에 90˚ 간격으로 4개소에 볼(4)을 덮듯이 설치되어 있고, 볼 시트(6)의 개구부에 삽입되어 있다. 리테이너(7)는, 예를 들면 스테인레스철과 같은 금속재료로 형성되고, 볼 시트(6)와 접촉하도록 설치되어 있으며, 상부로부터의 가압에 의한 볼 시트(7)의 변형을 억제하기 위한 보강재로서의 기능을 가지고 있다. 또한, 리테이너(7)는 원통 형상이어도 상관없고, 사각형단면의 튜브형상이어도 상관없다.

리테이너(7)는, 밸브 몸체(3) 측의 단부에, 외주 단부로부터 밖을 향하여(반경 방향 바깥쪽) 돌출되어 있는 반원 형상의 돌기부(71)를 구비하고 있고, 돌기부(71)는 도 2에 나타내는 바와 같이 2개소에 설치되어 있다. 도 3(a)의 리테이너(7)와 볼 시트(6)의 주요부 확대도에 나타내는 바와 같이, 리테이너(7)는 돌기부(71)의 볼 측의 면(711)이 볼 시트(6)의 노치부(61)에 접촉하도록, 볼 시트(6)의 개구부에 맞물려 있다. 이로 인하여, 리테이너(7)가 볼 시트(6)의 접촉위치보다 볼(4) 측에 가압되지 않게 되고, 리테이너(7)와 볼(4)의 접촉을 방지할 수 있어, 리테이너(7)와 볼(4)의 접촉에 의해 볼(4)이 마모되지 않는다. 그 때문에, 볼(4)은 내구성이 뛰어난 것이 된다.

또한, 볼 시트(6)의 개구부가 대략 원통 형상인 점, 바꾸어 말하면, 볼 시트(6)가 도 7에 나타내는 것 같은 돌출부(E)를 갖지 않는 점에서, 볼(4)과 리테이너(7)의 사이에 볼 시트(6)가 개재되지 않게 되고, 개재되어 있는 경우에 발생하는 볼 시트(6)의 변형에 의한 유량의 저하가 일어나지 않는다. 따라서, 볼 밸브(1)는, 시간 경과에 따른 유량의 열화가 적고, 항상 일정하게 유체를 공급할 수가 있다. 또한, 볼 시트(6)의 형상이 간소화되어, 볼 시트 제작의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

리테이너(7)의 돌기부(71)와 볼 시트(6)의 노치부(61)의 접촉 부분이 라운드 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 볼(4)과 리테이너(7)의 접촉을 방지할 수 있는데 더하여, 볼 시트(6)에 상처가 생기는 것을 막을 수 있다.

리테이너(7)는 볼(4)의 둘레방향에 90˚ 간격으로 4개소에 볼(4)을 덮도록 설치되어 있다. 리테이너(7)는, 밸브 몸체(3)의 입구 유로(21) 또는 출구 유로(22)의 일부가 되는 유로를 가지는 경우와 유로를 갖지 않는 경우에 그 형상이 다르다.

도 4는 유로를 가지는 리테이너(7)를 나타내는 도면으로서, (a)는 정면도, (b)는 단면도, (c)는 평면도이고, 도 5는 유로를 갖지 않는 리테이너(7)를 나타내는 도면으로서, (a)는 정면도, (b)는 단면도, (c)는 평면도이다. 리테이너(7)가 밸브 몸체(3)의 유로에 대면하는 개소에 설치되는 경우, 리테이너(7)는 도 4에 나타내듯이 유로를 가지는 원통 형상이고, 밸브 몸체(3)의 유로에 대면하지 않는 개소에 설치되는 경우, 리테이너(7)는 도 5에 나타내듯이 유로를 갖지 않는 대략 원기둥 형상이다. 리테이너(7)는 볼(4)을 덮듯이 설치되고, 볼(4)과 대향하는 면에 구면 형상의 오목부(72)가 형성되어 있다.

본 발명과 관련되는 볼 밸브에 대해서, 지금까지 도 1에 나타내는 이방밸브에 대해 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 삼방밸브, 사방밸브여도 좋다. 도 6은 본 발명과 관련되는 볼 밸브에 이용되는 볼과 리테이너를 나타내는 도면으로서, (a)는 이방밸브, (b)는 삼방밸브, (c)는 사방밸브이다.

리테이너(7)는, 볼(4)의 둘레방향에 90˚ 간격으로 4개소에 볼(4)을 덮듯이 설치되어 있다. 볼 밸브(1)가 이방밸브인 경우, 도 6(a)에 나타내듯이 입구 유로(21) 및 출구 유로(22)가 되는 2개소에 원통 형상인 리테이너(7)가 설치되고, 유로가 되지 않는 2개소에 원기둥 형상의 리테이너(7)가 설치된다. 삼방밸브의 경우, 도 6(b)에 나타내듯이 3개소에 원통 형상인 리테이너(7)가 설치되고, 1개소에 원기둥 형상의 리테이너(7)가 설치된다. 사방밸브의 경우, 도 6(c)에 나타내듯이 4개소에 원통 형상의 리테이너(7)가 설치된다.

이방밸브, 삼방밸브, 사방밸브의 볼 밸브를 제작할 때, 볼 시트(6)의 형상을 동일하게 하고, 리테이너(7)의 형상만 다르도록 설계함으로써 볼 시트(6)의 제작을 간소화할 수 있다.

리테이너(7)의 돌기부(71)는 1개소에만 설치되어도 좋지만, 2개소 이상에 설치되어 있어도 좋다. 리테이너(7)의 상부에 1개소 설치한 경우, 볼 밸브를 조립할 때에 리테이너의 조립 실수를 방지할 수가 있다. 돌기부(71)를 복수의 개소에 설치한 경우, 리테이너(7)와 볼 시트(6)의 접촉 면적이 커지고, 리테이너(7)가 볼 시트(6)의 접촉 위치보다 볼(4) 측에 가압되기 어려워지게 됨으로써, 리테이너(7)와 볼(4)의 접촉을 확실히 회피할 수 있다.

또한, 돌기부(71)는 리테이너(7)의 외주 단부에 걸쳐서 둥근 고리 형상으로 설치되어 있어도 좋고, 이 경우 볼 시트(6)의 개구부에 돌기부(71)와 맞물리도록 둥근 고리 형상의 노치부(61)를 설치한다. 이에 따라, 리테이너(7)의 형상을 단순화할 수 있고, 볼 시트(6)의 형상도 간소화되어 볼 시트 제작의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 유체의 유통을 허용 및 차단하기 위한 볼 밸브로서 이용된다.

1 볼 밸브
2 유로
21 입구 유로
22 출구 유로
3 밸브 몸체
4 볼
5 회전축
6 볼 시트
61 노치부
7 리테이너
71 돌기부
711 볼 측의 면
11 조작 기구

Claims

입구 유로 및 출구 유로와 이들 유로 사이를 연결하는 내부공간을 가지는 밸브 몸체와,
상기 내부공간에 설치되어 기준축 둘레의 회전에 의해 상기 유로를 개폐하는 볼과,
상기 볼을 기준축 둘레에 회전시키는 조작 기구와,
상기 조작 기구와 상기 볼을 연결하는 회전축과,
상기 볼의 주위를 포위하도록 상기 내부공간에 설치되고, 측면에 원통 형상의 개구부를 가지는 볼 시트와,
상기 볼 시트의 상기 개구부에 삽입된 리테이너를 구비하여 이루어지는 볼 밸브로서,
상기 리테이너는, 상기 밸브 몸체측의 단부에, 외주 단부로부터 밖을 향하여 돌출되어 있는 돌기부를 가지며,
상기 볼 시트는 상기 돌기부가 맞물리도록 설치된 노치부를 가지고 있으며,
상기 리테이너는, 상기 돌기부의 상기 볼 측 단면이 상기 노치부에 접촉하여 지지되게 상기 개구부에 맞물리도록 구성하되, 상기 리테이너가 상기 볼에 접촉되는 것을 방지할 수 있게 상기 볼로부터 이격되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제1항에 있어서,
상기 리테이너는 상기 유로에 대해 상부에만 상기 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는 상기 리테이너의 외주 단부에 걸쳐서 둥근 고리 형상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 볼 시트의 위쪽에 설치된 용수철을 추가로 구비하고, 상기 볼 시트는 상기 용수철에 의해 위쪽으로부터 가압되고 있는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.