KR102015797B1 - 밸브 - Google Patents

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KR102015797B1
KR102015797B1 KR1020177036681A KR20177036681A KR102015797B1 KR 102015797 B1 KR102015797 B1 KR 102015797B1 KR 1020177036681 A KR1020177036681 A KR 1020177036681A KR 20177036681 A KR20177036681 A KR 20177036681A KR 102015797 B1 KR102015797 B1 KR 102015797B1
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토모히로 모우리
마사카즈 나가오
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가부시끼가이샤후지킨
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Abstract

밸브체에 발생하는 자발 진동에 의해 시트가 손상하여 누설이 발생하는 일이 없는 간단한 구성의 밸브를 제공한다.
유체입구, 유체출구, 밸브실을 구비한 밸브 박스와, 상기 밸브실에 설치되며, 시트면을 갖는 시트와, 상기 밸브 박스에 상하이동이 가능하게 삽통된 스템과,상기 스템의 선단에 배치되며, 상기 스템의 상하이동에 의해 상기 시트의 상기 시트면에 당접 가능한 밸브체를 구비한 밸브로서, 상기 스템에 진동이 발생한 경우, 상기 밸브체의 선단부가 상기 시트면에 접촉하지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

밸브
본 발명은 밸브에 관한 것이다.
밸브(밸브장치)로서, 글로브 밸브, 슬루스 밸브, 볼 밸브 등이 종래에 알려져 있으며, 유체의 종류 또는 사용조건(즉, 화학적 특성(가연성이나 부식성)이나 물리적 특성(온도, 압력))에 따라 최적의 구조가 선택된다.
글로브 밸브는 구조가 단순하고, 손상의 발생이 적으며, 밸브체의 이동량이 적어도 전개(全開)ㆍ전폐(全閉)의 조작이 가능하므로, 화학 공장이나 선박 등의 산업용 설비에 이용되고 있다.
그러나 글로브 밸브의 경우, 폐쇄 조작 중에 밸브체가 시트에 접근하면, 밸브체와 시트 사이의 틈을 통과하는 유체의 유속이 높아져 맥동을 일으켜서, 밸브체에 자발 진동이 발생하여 밸브체와 시트가 반복 충돌한다는 문제가 있다.
특허문헌 1은 간단한 구성으로 밸브체에 발생하는 자발 진동을 억제하는 것이 가능한 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위해 유체입구 측의 상류유로와 유체출구 측의 하류유로가 밸브실을 개재하여 서로 교차하는 방향으로 연결하는 구성이 되고, 상기 밸브실을 구획하는 격벽의 상기 상류유로의 개구부에, 하류로 진행됨에 따라 점차 직경이 확대되는 시트가 설치된 밸브 박스와, 상기 시트에 착석 가능한 환상(環狀) 시트부가 설치되고, 상기 시트에 대해 진퇴 가능하게 구성되며, 진퇴방향에 소정 길이를 갖는 주상체(柱狀體)로 형성된 밸브체를 구비하고, 상기 유체로부터 상기 밸브체에 대해 작용하는 여진력을 저감시키는 여진력 저감수단을 구비하며, 당해 여진력 저감수단은 상기 시트와 상기 환상시트부와의 사이로부터 유출된 유체를 상기 밸브체에서 이간시키는 이간촉진부로서, 상기 이간촉진부에는 상기 밸브체의 축선을 따라 거의 일정한 지름이 된 외주부 전체를 덮는 피복부재가 설치되고, 상기 피복부재는 상기 환상시트부의 하류측 단부보다 큰 지름으로 구성되어 이루어지는 것을 요건으로 하고 있다.
특허문헌 1 기재의 밸브는 상기 구성을 구비함으로써, 완만한 경사부와 밸브체와의 틈이 커지게 되어, 상단부와 밸브체와의 틈이 작아지게 되므로, 완만한 경사부와 밸브체와의 틈을 통과한 유체가 상단부와 밸브체와의 틈에 유입하면, 지름방향 바깥쪽을 향하는 축류가 되어 유속이 증가하여 밸브체로부터 한층 이간하기 쉽게 된다는 이점을 얻고 있다.
[특허문헌 1] 일본 등록특허 제5701360호 공보
그러나, 이러한 특허문헌 1 기재의 밸브는 진동을 발생하기 어렵게 하는 효과는 있지만, 유체 조건에 따라서는 진동을 방지할 수는 없다. 근년에 연료전지기술 등의 발전에 따라 밸브에 고압 수소 등의 고압 유체를 흐르게 하는 것이 요구되고 있으며, 본 발명자들은 이러한 특허문헌 1 기재의 밸브를, 예를 들면 밸브의 1차측 압력과 2차측 압력의 차가 50MPa 이상이 되는 유체 조건이나, 1차측 압력이 70MPa를 넘는 유체 조건에서 사용하면, 스템이 진동을 일으켜 스템의 선단에 형성된 밸브체의 선단부가 시트의 시트면에 접촉함으로써, 시트가 손상되어 시트에서 누설이 발생한다는 문제를 야기하는 경우가 있음을 발견하였다.
본 발명은 밸브에 발생하는 자발 진동에 의해 시트가 손상되어 누설이 발생하지 않는 간단한 구성의 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 청구항 1은, 유체입구, 유체출구, 밸브실을 구비한 밸브 박스와,
상기 밸브실에 설치되어 시트면을 갖는 시트와,
상기 밸브 박스에 상하이동이 가능하게 삽통된 스템과,
상기 스템의 선단에 배치되어, 상기 스템의 상하이동에 의해 상기 시트의 상기 시트면에 당접 가능한 밸브체를 구비한 밸브로서,
상기 스템의 진동에 의해 상기 밸브체의 선단부가 상기 시트면에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 청구항 2는, 상기 밸브실은 상기 시트가 설치되는 시트 삽입부와, 당해 시트 삽입부 위쪽의 원통부로 이루어지고,
상기 밸브체는 상기 시트와 대향하는 원추대부와, 상기 스템과 당해 원추대부를 고정하는 당해 원추대부 보다 큰 지름의 외주부로 이루어지며,
상기 원추대부 저면의 반지름이 상기 시트의 상기 시트면 최대반지름 보다 크고,
상기 원추대부 선단부의 반지름이 상기 시트 유로의 반지름보다 작으며,
상기 원추대부 선단부의 반지름과 상기 시트 유로의 반지름의 차가 상기 외주부 반지름과 상기 원통부 반지름의 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 청구항 3은, 유체의 1차측 압력과 유체의 2차측 압력과의 차가 50Mpa 이상 또는 유체의 1차측 압력이 70MPa 이상에서 사용하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 밸브에 관한 것이다.
또, 본 발명의 청구항 4는, 상기 시트면의 각도가 30°에서 60°인 청구항 1내지 3중 어느 한 항에 기재된 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 청구항 5는, 유체입구, 유체출구, 밸브실을 구비한 밸브 박스와,
상기 밸브실에 설치되어 시트면을 갖는 시트와,
상기 밸브 박스에 상하이동이 가능하게 삽통된 스템과,
상기 스템의 선단에 배치되어, 상기 스템의 상하이동에 의해 상기 시트의 상기 시트면에 당접 가능한 밸브체를 구비한 밸브로서,
상기 밸브체가 서로 대향하는 평면부와 서로 대향하는 곡면부를 구비하며, 당해 서로 대향하는 평면부가 상기 유체출구의 중심축에 평행하게 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 청구항 1에 의하면, 밸브체에 발생하는 자발 진동에 의해 시트가 손상되는 일이 없고, 누설이 발생하지 않는 간단한 구성의 밸브를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 청구항 2에 의하면, 스템이 진동을 일으켜도 스템의 선단에 형성된 밸브체의 선단부가 시트의 시트면에 접촉하는 일이 없으므로, 시트가 손상되지 않고 누설이 발생하지 않는 간단한 구성의 밸브를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 청구항 3에 의하면, 유체의 1차측 압력과 유체의 2차측 압력과의 차가 50MPa 이상의 유체 조건, 또는 유체의 1차측 압력이 70MPa 이상의 유체 조건에서 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 청구항 4에 의하면, 진동이 발생한 경우에 밸브체의 선단부가 상기 시트면에 접촉하기 어렵다는 이점을 얻을 수 있다.
본 발명의 청구항 5에 의하면, 스템 근방에 차압이 발생하는 것을 경감하는 것을 가능하게 하기 때문에, 스템의 진동을 억제하는 것이 가능하여 상기 밸브체의 선단부가 상기 시트면에 접촉하지 않는다는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명 밸브의 일례 전체를 나타내는 부분 단면 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 밸브의 요부 단면 설명도이다.
도 2a는 도 2의 밸브체를 나타내는 설명도이다.
도 2b는 도 2의 밸브체의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 2의 밸브체의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 2d는 도 2의 밸브체의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 2e는 도 2의 밸브체의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 2f는 도 2의 밸브체의 시트의 접촉 부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 밸브의 요부 단면 설명도이다.
도 4는 본 발명의 밸브와 종래기술에 관한 밸브를 비교하여 설명하기 위한 도면으로, (a)는 본 발명 밸브의 요부 단면 설명도이고, (b)는 종래기술에 관한 밸브의 요부 단면 설명도이다.
도 5는 본 발명 밸브의 요부를 나타내는 입체도이다.
도 6은 (a)는 다른 실시형태에 관한 밸브의 밸브체 및 스템을 나타내는 설명도이고, (b)는 (a)의 밸브체의 평면 설명도이다.
도 7은 비교예에 관한 밸브체의 배치를 나타내는 평면 설명도이다.
첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 관한 밸브에 대하여 이하에 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명 밸브의 일례 전체를 나타내는 부분 단면 설명도이다. 도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 밸브의 요부 단면 설명도이다. 도 2a는 도 2의 밸브체를 나타내는 설명도이다. 도 2b~e는 도 2의 밸브체의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 2f는 도 2의 밸브체의 시트의 접촉 부분을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 밸브의 요부 단면 설명도이다. 도 4는 본 발명의 밸브와 종래기술에 관한 밸브를 비교하여 설명하기 위한 도면으로, (a)는 본 발명 밸브의 요부 단면설명도이고, (b)는 종래기술에 관한 밸브의 요부 단면 설명도이다. 도 5는 본 발명 밸브의 요부를 나타내는 입체도이다. 도 6의 (a)는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 밸브의 밸브체 및 스템을 나타내는 설명도이고, 도 6의 (b)는 (a)의 밸브체의 평면 설명도이다. 도 7은 비교예에 관한 밸브체의 배치를 나타내는 평면설명도이다.
[실시형태 1]
도 1 및 도 2와 도 4를 참조하면, 실시형태 1의 밸브(1)는 유체입구(Pi), 유체출구(Po), 밸브실(7)을 구비한 밸브 박스(10)와, 상기 밸브실(7)에 설치되어 위쪽에 시트면(3t)을 설치하여 개구된 유로(P)(즉, 시트면(3t)에 개구부(H)가 설치되어 있음)를 갖는 시트(3)와, 밸브 박스(10)에 상하이동 가능하게 삽통된 스템(St)과, 상기 스템(St)의 선단에 배치되어 상기 스템(St)의 상하이동에 의해 상기 시트(3)의 시트면(3t)에 당접 가능한 밸브체(2)를 구비하고 있다. 또, 필수는 아니지만, 시트면(3t)의 경사각(θ)(도 4의 (a) 참조)을 30° 내지 60°로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태 1의 밸브(1)의 최대 특징은, 진동이 발생한 경우에 있어서도 상기 밸브체(2)의 선단부(8)가 상기 시트면(3t)에 접촉하지 않는 것을 구성상의 특징으로 하고 있다. 상기 밸브체(2)의 선단부(8)가 상기 시트면(3t)에 접촉하지 않도록 하는 기능은, 예를 들면 후술하는 실시형태 2의 구성에 의해 실현되지만, 이러한 구성에 한정되지 않는다. 또한, 도 2f를 참조하면, 밸브체(2)의 "선단부"란, 부호 X, X1, X2, X3에 의해 나타내는 것처럼, 밸브체(2)와 시트면(3t)과 접촉하는 부위를 말하며, 반드시 밸브체(2)의 저면(도 2f의 (a), (b), (c) 참조)을 가리키는 것은 아니고, 밸브체(2)의 저면 근방(도 2f의 (d) 참조)도 포함하는 개념이다.
실시형태 1의 밸브(1)는, 진동이 발생한 경우에 있어서도 밸브체(2)의 선단부(8)가 상기 시트면(3t)에 접촉하지 않는 것을 구성상의 특징으로 하고 있으므로, 밸브체(2)에 발생하는 자발 진동에 의해 시트(3)가 손상하여 누설이 발생하는 일이 없다.
[실시형태 2]
도 1 및 3을 참조하면, 실시형태 2의 밸브(1)는 상기 실시형태 1의 밸브(1)의 구성을 필수로 하고 있다. 즉, 유체입구(Pi), 유체출구(Po), 밸브실(7)을 구비한 밸브 박스(10)와, 상기 밸브실(7)에 설치되어 위쪽에 시트면(3t)을 설치하여 개구된 유로(P)(즉, 시트면(3t)에 개구부(H)가 설치되어 있다)를 갖는 시트(3)와, 밸브 박스(10)에 상하이동 가능하게 삽통된 스템(St)과, 상기 스템(St)의 선단에 배치되어 상기 스템(St)의 상하이동에 의해 상기 시트(3)의 시트면(3t)에 당접 가능한 밸브체(2)를 구비하고 있다. 도 1을 참조하면, 필수 구성부품은 아니지만, 밸브 박스(10)의 위쪽에 상부 격벽(4)을 개재하여 밸브(1)의 구동부(5)가 설치된다.
그리고 상기 밸브실(7)은, 상기 시트(3)가 설치되는 시트 삽입부(7se)와, 당해 시트 삽입부(7se) 위쪽의 원통부(7cy)로부터 구성되는 것을 필수로 하고 있다(도 3 참조).
또한 밸브체(2)는 상기 시트(3)와 대향하는 원추대부(2tc) 또는 원추부(도 2e의 (2) 참조)와, 상기 스템(St)과 당해 원추대부 또는 원추부(2tc)를 고정하는 당해 원추대부 또는 원추부(2tc) 보다 큰 지름의 외주부(2pe)로부터 구성되는 것을 필수로 하고 있다(도 3 참조). 또, 본 발명에 있어서 "원추대부"란, 도 2a에 나타내는 바와 같은 원추대 외에, 도 2c에 나타내는 원추부, 도 2b에 나타내는 바와 같은 원통과 원추대와의 복합형태, 도 2c에 나타내는 바와 같은 원통과 2개의 원추대와의 복합형태, 도 2d에 나타내는 바와 같은 원통과 3개의 원추대와의 복합형태 혹은 이들 2종 이상으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 복합형태를 포함하는 개념이다.
여기서, 도 4를 참조하면, 추가로 상기 원추대부(2tc) 저면의 반지름(R6)은 상기 시트(3)의 시트면(3t)의 최대 반지름(Rtmax)보다 크고, 상기 원추대부(2tc)의 선단부(8)의 반지름은 상기 시트(3)의 유로(P)의 반지름(Rp)보다 작으며(도 3의 (a) 참조), 상기 원추대부(2tc)의 선단부(8)의 반지름((D)/2)과 상기 시트(3)의 유로(P)의 반지름(Rp)의 차는 상기 외주부(2pe)의 반지름(R5)과 상기 원통부(7cy)의 반지름(Rcy)의 차이보다 큰 것을 필수로 하고 있다. 또한, 도 2 내지 4에서 참조부호 A는 정상 상태의 스템(St)의 축심을 나타내며, 참조부호 B는 진동에 기인한 편심 시의 축심을 나타낸다.
즉, 다음 식 (F1), (F2) 및 (F3)이 성립하는 것이 필수이다.
Ｒ６＞Ｒｔｍａｘ 　식 (F1)
（Ｄ／２）＜Ｒｐ 식 (F2)
|（Ｄ／２）－Ｒｐ|＞|Ｒ５－Ｒｃｙ|　 　식 (F3)
또한, Ｄ≥0이다.
도 4의 (b)를 참조하면, 도시된 밸브(1)는 식 (F3)을 만족하지 않는다. 즉, |（Ｄ／２）－Ｒｐ|＜|Ｒ５－Ｒｃｙ| 로 되어 있다. 이 경우, 스템(St)의 선단에 형성된 밸브체(2)의 선단부가 시트(3)의 시트면(3t)에 접촉한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태 2의 밸브(1)는 식 (F1), (F2) 및 (F3)이 성립하는 것을 필수 구성요건으로 하기 때문에, 스템(St)이 진동을 일으켜도 스템(St)의 선단에 형성된 밸브체(2)의 선단부가 시트(3)의 시트면(3t)에 접촉하는 일이 없다. 이 때문에 스템(St)이 진동을 일으켜도 시트(3)가 손상되지 않아 리크가 발생하지 않는 간단한 구성의 밸브를 제공하는 것이 가능하다.
[실시형태 3]
본 실시형태 3의 밸브(1)는 실시형태 1 및 2에 기재된 구성을 모두 필수로 하고 있으므로, 밸브(1)의 밸브체(2) 선단부가 시트면(3t)에 접촉하지 않는다. 그 때문에, 유체의 1차측 압력과 유체의 2차측 압력과의 차가 50MPa 이상에 도달하는 밸브거나, 유체의 1차측 압력이 70MPa 이상에 도달하는 밸브로서 채용하는 것이 가능하다.
[실시형태 4]
실시형태 4의 밸브는 실시형태 1의 밸브(1)가 최대의 특징으로 하고 있는 점, 즉, 진동이 발생한 경우에 있어서도 밸브체(2)의 선단부가 상기 시트면(3t)에 접촉하지 않는 것 대신에, 도 6에 나타내는 것처럼 밸브체(2)가 서로 대향하는 평면부(PL)와 서로 대향하는 곡면부(CF)를 구비하고, 또한 서로 대향하는 평면부(PL)가 밸브(1)의 유체출구(Po)의 중심축(CL)(도 1 참조)에 평행으로 배치되는 것으로 하고 있는 점을 구성상의 특징으로 하고 있다. 실시형태 4의 밸브(1)는 이 점을 제외하고, 실시형태 1의 밸브(1)의 모든 구성을 구비하고 있다.
보다 상세하게는 본 실시형태의 밸브의 밸브체(2)는 평면에서 볼 때 대략 타원형상을 나타내고 있는, 즉, 도 6에 나타내는 대로, 장축(α)과 단축(β)을 가지는 대략 타원형상을 나타내고 있다. 본 실시형태에 관한 밸브(1)는 밸브체(2)가 서로 대향하는 평면부(PL)와 서로 대향하는 곡면부(CF)를 구비하고, 당해 서로 대향하는 평면부(PL)가 유체출구(Po)의 중심축(CL)에 평행으로 배치되어 이루어지는 것을 구성상의 특징으로 하고 있으므로, 스템(St) 근방에 차압이 발생하는 것을 경감하는 것을 가능하게 하기 때문에, 스템의 진동을 억제하는 것이 가능하다는 우수한 효과를 보인다.
[실시예]
이하에 실시예에 기초하여 본 발명의 밸브를 더 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
(1) 소프트웨어(SCRYU/Tetra)를 사용하여 주식회사 후지킨의 고압 수소 차단밸브(M3R4-7100)를 대상으로 실험한 것으로, 배관지름 14.2mm, 밸브체의 서로 대향하는 평면부를 유체출구의 중심축에 평행으로 한 것, 스템 선단지름 2mm의 것을 사용하여 고압 수소의 흐름을 해석하였다.
또한, 난류 타입은 평균 레이놀즈, 난류 모델은 표준 κ－ε모델, 벽면은 정지 벽, 흐름의 상태는 정상 해석으로 하였다.
(2) 경계조건은 1차측 압력을 85MPa로 하고, 2차측 압력을 대기 해방(0kPaG)으로 하였다.
(3) 온도조건은 초기온도 조건을 20℃로 하고, 외부온도를 20℃로 하였다.
(4) 질소의 유체 물성 값은, 밀도(27℃ 시) １.１４２１×１０－ ９ｋｇ／ｍｍ３, 열전도율(27℃ 시) ２６.２μＷ／ｍｍ℃, 비열(50℃ 시) １０４２Ｊ／ｋｇㆍＫ, 절대 점도((27℃ 시) １.７８×１０－ ８ｋｇ／ｍｍㆍｓｅｃ, 기체 상수 ２９６.８Ｊ／ｋｇㆍＫ로 하였다.
해석 결과로서, 스템 근방에 약 4MPa의 차압이 발생했지만 시트부 유속의 편향 상황은 "거의 균일" 즉, 밸브체의 선단부가 시트면에 접촉하지 않았다.
<실시예 2>
(1) 소프트웨어(SCRYU/Tetra)를 사용하여 주식회사 후지킨의 고압 수소 차단밸브(M3R4-7100)를 대상으로 실험한 것으로, 배관지름 14.2mm, 밸브체의 서로 대향하는 평면부를 유체출구의 중심축에 직각으로 한 것, 스템 선단지름 1mm의 것을 사용하여 고압 수소의 흐름을 해석하였다.
또한, 난류 타입은 평균 레이놀즈, 난류 모델은 표준 κ－ε모델, 벽면은 정지 벽, 흐름의 상태는 정상 해석으로 하였다.
(2) 경계조건은 1차측 압력을 85MPa로 하고, 2차측 압력을 대기 해방(0kPaG)으로 하였다.
(3) 온도조건은 초기온도 조건을 20℃로 하고, 외부온도를 20℃로 하였다.
(4) 질소의 유체 물성 값은, 밀도(27℃ 시) １.１４２１×１０－ ９ｋｇ／ｍｍ３, 열전도율(27℃ 시) ２６.２μＷ／ｍｍ℃, 비열(50℃ 시) １０４２Ｊ／ｋｇㆍＫ, 절대 점도((27℃ 시) １.７８×１０－ ８ｋｇ／ｍｍㆍｓｅｃ, 기체 상수 ２９６.８Ｊ／ｋｇㆍＫ로 하였다.
해석 결과로서, 스템 근방에 약간의 차압이 발생했지만, 시트부 유속의 편향 상황은 "거의 균일", 즉, 밸브체의 선단부가 시트면에 접촉하지 않았다.
<실시예 3>
(1) 소프트웨어(SCRYU/Tetra)를 사용하여 주식회사 후지킨의 고압 수소 차단밸브(M3R4-7100)를 대상으로 실험한 것으로, 배관지름 14.2mm, 밸브체의 서로 대향하는 평면부를 유체출구의 중심축에 평행으로 한 것, 스템 선단지름 1mm의 것을 사용하여 고압 수소의 흐름을 해석하였다.
또한, 난류 타입은 평균 레이놀즈, 난류 모델은 표준 κ－ε모델, 벽면은 정지 벽, 흐름의 상태는 정상 해석으로 하였다.
(2) 경계조건은 1차측 압력을 85MPa로 하고, 2차측 압력을 대기 해방(0kPaG)으로 하였다.
(3) 온도조건은 초기온도 조건을 20℃로 하고, 외부온도를 20℃로 하였다.
(4) 질소의 유체 물성 값은, 밀도(27℃ 시) １.１４２１×１０－ ９ｋｇ／ｍｍ３, 열전도율(27℃ 시) ２６.２μＷ／ｍｍ℃, 비열(50℃ 시) １０４２Ｊ／ｋｇㆍＫ, 절대 점도((27℃ 시) １.７８×１０－ ８ｋｇ／ｍｍㆍｓｅｃ, 기체 상수 ２９６.８Ｊ／ｋｇㆍＫ로 하였다.
해석 결과로서, 스템 근방에 약간의 차압이 발생했지만, 시트부 유속의 편향 상황은 "거의 균일이었다". 즉, 밸브체의 선단부가 시트면에 접촉하지 않았다.
<비교예>
(1) 소프트웨어(SCRYU/Tetra)를 사용하여 주식회사 후지킨의 고압 수소 차단밸브(M3R4-7100)를 대상으로 실험한 것으로, 배관지름 14.2mm, 밸브체의 서로 대향하는 평면부를 유체출구의 중심축에 수직으로 한 것(즉, 도 7을 참조하여 밸브체(2)가 서로 대향하는 평면부(PL)와 서로 대향하는 곡면부(CF)를 구비하고, 당해 서로 대향하는 평면부(PL)가 유체출구(Po)의 중심축(CL)에 수직으로 배치되는 밸브)으로, 스템 선단지름 2mm의 것을 사용하여 고압 수소의 흐름을 해석하였다.
또한, 난류 타입은 평균 레이놀즈, 난류 모델은 표준 κ－ε모델, 벽면은 정지 벽, 흐름의 상태는 정상 해석으로 하였다.
(2) 경계조건은 1차측 압력을 85MPa로 하고, 2차측 압력을 대기 해방(0kPaG)으로 하였다.
(3) 온도조건은 초기온도 조건을 20℃로 하고, 외부온도를 20℃로 하였다.
(4) 질소의 유체 물성 값은, 밀도(27℃ 시) １.１４２１×１０－ ９ｋｇ／ｍｍ３, 열전도율(27℃ 시) ２６.２μＷ／ｍｍ℃, 비열(50℃ 시) １０４２Ｊ／ｋｇㆍＫ, 절대 점도((27℃ 시) １.７８×１０－ ８ｋｇ／ｍｍㆍｓｅｃ, 기체 상수 ２９６.８Ｊ／ｋｇㆍＫ로 하였다.
해석 결과로서, 스템 근방에 약 4MPa의 차압이 발생했지만, 시트부 유속의 편향 상황은 "출구유로 측에 강한 편향이 확인되었다" 즉, 밸브체의 선단부가 시트면에 접촉하였다.
이상 실시예 1 내지 3 및 비교예로부터, 밸브체(2)가 서로 대향하는 평면부(PL)와 서로 대향하는 곡면부(CF)를 구비하고, 당해 서로 대향하는 평면부(PL)가 유체출구(Po)의 중심축(CL)에 평행으로 배치되어 이루어지는 것을 구성상의 특징으로 하는 밸브는, 스템(St) 근방에 차압이 발생하는 것을 경감하는 것을 가능하게 하기 때문에, 스템의 진동을 억제할 수 있고, 또한, 스템(St) 근방에 차압이 발생한 경우라도 밸브체(2)의 선단부가 시트면(3t)에 접촉하지 않는다는 우수한 효과를 보이는 것으로 판명되었다.
본 발명에 관한 밸브는 밸브체에 발생하는 자발 진동에 의해 시트가 손상되는 일이 없고, 누설이 발생하지 않는 간단한 구성의 밸브를 제공하는 것이 가능하다.
１ 밸브
２ 밸브체
２pe 외주부
２tc 원추대부
３ 시트
３t 시트면
４ 상부 격벽
７ 밸브실
７cy 원통부
７se 시트삽입부
８ 원추대부의 선단부
10 밸브 박스
A 정상 상태의 축심
B 편심시의 축심
D 원통부의 선단부 지름
H 개구
P 유로
Pi 유체입구
Po 유체출구
R5 외주부의 반지름
R6 원추대부 저면의 반지름
St 스템
α 장축
β 단축
CF 곡면부
CL 중심축
PL 평면부 기술

Claims (5)

  1. 유체입구, 유체출구, 밸브실을 구비한 밸브 박스와,
    상기 밸브실에 설치되어 시트면을 갖는 시트와,
    상기 밸브 박스에 상하이동이 가능하게 삽통된 스템과,
    상기 스템의 선단에 배치되어, 상기 스템의 상하이동에 의해 상기 시트의 상기 시트면에 당접 가능한 밸브체를 구비한 밸브로서,
    상기 밸브실은 상기 시트가 설치되는 시트 삽입부와, 당해 시트 삽입부 위쪽의 원통부로 이루어지고,
    상기 밸브체는 상기 시트와 대향하는 원추대부와, 상기 스템과 당해 원추대부를 고정하는 당해 원추대부 보다 큰 지름의 외주부로 이루어지며,
    상기 원추대부 저면의 반지름이 상기 시트의 상기 시트면 최대 반지름보다 크고,
    상기 원추대부 선단부의 반지름이 상기 시트 유로의 반지름 보다 작으며,
    상기 원추대부 선단부의 반지름과 상기 시트 유로의 반지름의 차가 상기 외주부 반지름과 상기 원통부 반지름의 차 보다 크게 형성함으로써,
    상기 스템이 정상 상태의 축심(A)에서 편심 상태의 축심(B) 위치로 진동을 하더라도 상기 밸브체가 상기 시트면에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    유체의 1차측 압력과 유체의 2차측 압력과의 차가 50Mpa 이상 또는 유체의 1차측 압력이 70MPa 이상에서 사용하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 시트면의 각도가 30°에서 60°인 것을 특징으로 하는 밸브.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 밸브체가 서로 대향하는 평면부와 서로 대향하는 곡면부를 구비하며, 당해 서로 대향하는 평면부가 상기 유체출구의 중심축에 평행하게 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브.
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