KR102054884B1 - 동파방지용 볼 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 온도가 설정 온도 이하로 하강하게 되면 타이머의 작동으로 밸브의 볼디스크가 자동으로 회전하여 배관 내의 물이 동결되기 전에 유로를 폐쇄하며, 폐쇄 상태에서 볼디스크를 통해 극소량의 물을 지속적으로 흘려줌으로써 배관의 동파를 방지할 수 있도록 한 동파방지용 볼 밸브에 관한 것으로, 본 발명에 따른 동파방지용 볼 밸브는, 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 밸브몸체; 상기 밸브몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전방향에 따라 유입구 및 배출구와 연통되는 밸브홀이 관통되게 형성되어 있고, 밸브홀이 유입구 및 배출구와 연통되지 않은 상태에서 유입구 및 배출구와 연통되게 형성되어 유체를 누출하는 복수의 누수공이 관통되게 형성되어 있는 볼 형태의 볼디스크; 상기 밸브몸체를 관통하여 볼디스크에 연결된 스템; 및, 상기 밸브몸체의 외부에서 상기 스템에 연결되며, 사용자가 시간 설정을 할 수 있는 작동노브를 구비하며, 사용자가 작동노브를 조작함에 따라 일정한 시간이 경과하면 스템 및 볼디스크를 자동으로 회전시켜 볼디스크가 유로를 폐쇄하게 하는 타이머유닛; 및, 일정 온도보다 낮은 저온 환경에서 누수공을 개방하고 일정 온도보다 높은 고온 환경에서 누수공을 폐쇄하는 누수공 개폐유닛;을 포함한다.

Description

동파방지용 볼 밸브{Ball Valve for Preventing from Freeze and Burst}
본 발명은 배관의 동파를 방지하기 위한 밸브 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이머의 작동에 의해 밸브의 볼디스크가 자동으로 회전하여 배관 내의 물이 동결되기 전에 유로를 폐쇄하며, 폐쇄 상태에서 볼디스크를 통해 극소량의 물을 지속적으로 흘려줌으로써 배관의 동파를 방지할 수 있도록 한 동파방지용 볼 밸브에 관한 것이다.
옥외에 설치된 도수관, 특히 학교나 공원 등에 설치된 사설 또는 공공도수관은 동절기에 동파를 방지하기 위하여 지표면 상에 노출된 도수관을 보온단열재를 이용하여 보온 처리하고 있으나, 이로서는 완벽한 동파를 방지할 수 없기 때문에 일정 온도 이하로 기온이 떨어지면 수돗물 또는 지하수의 공급을 원천적으로 차단함으로써 도수관의 동파를 방지하거나 수도꼭지를 조금만 개방하여 동파를 방지하고 있는 실정이다.
그러나, 도수관을 원천 차단하는 방법은 도수관이 부설된 공공시설물을 이용하는 일반인의 불편함을 가중시키고, 막대한 비용으로 설치된 사설 또는 공공시설의 이용 효율성을 저하시켜 경제적인 측면에서 바람직하지 못한 문제가 있다.
또한 수도꼭지를 조금만 개방하여 동파를 방지하는 방법은 사람이 직접 개방 조작을 해야 하므로 작업자가 부재 중일 때 급속히 온도가 저하되면 동파가 발생할 수 있다.
이에 종래에는 전동모터와 타이머를 이용하여 설정 시간이 되면 전동모터가 자동으로 동작하여 유로를 폐쇄할 수 있도록 한 동파방지 밸브가 개발되었다.
그러나 전동모터를 이용하는 경우 전동모터에 연결된 전선이 끊어지는 등의 원인으로 인해 전원 공급이 차단되거나 전동모터가 고장나면 동파 방지 기능을 전혀 수행할 수 없게 되는 문제가 있다.
등록특허 제10-1792458호(2017.10.25. 등록) 등록특허 제10-1073522호(2011.10.07. 등록) 등록특허 제10-0959416호(2010.05.14. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 시간 제어가 용이한 기계식 타이머의 작동으로 밸브의 볼디스크가 자동으로 회전하여 배관 내의 물이 동결되기 전에 유로를 폐쇄하며, 폐쇄 상태에서 볼디스크에 형성된 누수공을 통해 극소량의 물을 지속적으로 흘려줌으로써 배관의 동파를 방지할 수 있도록 한 동파방지용 볼 밸브를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 동파의 우려가 있는 겨울철의 저온 환경에서는 볼디스크의 누수공이 자동으로 개방되고 동파의 우려가 없는 온도 환경의 계절에서는 볼디스크의 누수공이 자동으로 폐쇄되어 볼디스크가 유로를 폐쇄했을 때 유체의 누출이 방지될 수 있도록 한 동파방지용 볼 밸브를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 동파방지용 볼 밸브는, 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 밸브몸체; 상기 밸브몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전방향에 따라 유입구 및 배출구와 연통되는 밸브홀이 관통되게 형성되어 있고, 밸브홀이 유입구 및 배출구와 연통되지 않은 상태에서 유입구 및 배출구와 연통되게 형성되어 유체를 누출하는 복수의 누수공이 관통되게 형성되어 있는 볼 형태의 볼디스크; 상기 밸브몸체를 관통하여 볼디스크에 연결된 스템; 및, 상기 밸브몸체의 외부에서 상기 스템에 연결되어 시간이 경과함에 따라 스템 및 볼디스크를 회전시키는 타이머유닛;을 포함한다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 동파방지용 볼 밸브는, 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 밸브몸체; 상기 밸브몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전방향에 따라 유입구 및 배출구와 연통되는 밸브홀이 관통되게 형성되어 있고, 밸브홀이 유입구 및 배출구와 연통되지 않은 상태에서 유입구 및 배출구와 연통되게 형성되어 유체를 누출하는 복수의 누수공이 관통되게 형성되어 있는 볼 형태의 볼디스크; 상기 밸브몸체를 관통하여 볼디스크에 연결된 스템; 및, 상기 밸브몸체의 외부에서 상기 스템에 연결되며, 사용자가 시간 설정을 할 수 있는 작동노브를 구비하며, 사용자가 작동노브를 조작함에 따라 일정한 시간이 경과하면 스템 및 볼디스크를 자동으로 회전시켜 볼디스크가 유로를 폐쇄하게 하는 타이머유닛; 및, 일정 온도보다 낮은 저온 환경에서 누수공을 개방하고 일정 온도보다 높은 고온 환경에서 누수공을 폐쇄하는 누수공 개폐유닛;을 포함하고, 누수공 개폐유닛은 상기 볼디스크의 외면에 상기 누수공에서부터 원주방향으로 일정 길이로 연장되게 형성된 가이드홈과, 상기 가이드홈을 따라 슬라이딩하면서 누수공을 개폐하는 개폐판과, 상기 가이드홈 내측에서 일단이 상기 개폐판에 연결되고 타단이 상기 볼디스크의 외면에 연결되게 설치되어 온도에 따라 팽창 및 수축하면서 개폐판을 이동시키는 형상기억합금 스프링을 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용자가 타이머유닛의 작동노브를 조작하여 시간을 설정해두면, 설정된 시간이 경과한 후 자동으로 볼디스크가 90도로 회전하여 유로를 폐쇄하게 되고, 유로가 폐쇄된 상태에서 누수공을 통해 극소량의 유체가 지속적으로 흘러나갈 수 있게 되므로 유체가 배관 내에서 동결되어 동파가 발생하는 현상을 방지할 수 있게 된다.
특히 본 발명은 동파의 가능성이 있는 겨울에는 누수공 개폐유닛의 형상기억합금 스프링에 의해 개폐판이 누수공을 개방하고, 동파의 우려가 없는 봄이나 가을, 여름에는 누수공 개폐유닛의 형상기억합금 스프링에 의해 개폐판이 누수공을 폐쇄하여 볼디스크가 유로를 폐쇄한 상태에서 누수공을 통한 유체의 누수가 발생하지 않게 된다. 즉, 계절에 따라 누수공의 개폐 조절이 자동으로 이루어질 수 있으므로 동파의 우려가 없는 계절에 유체가 낭비되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동파방지용 볼 밸브의 단면도로, 유로가 개방된 상태의 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 동파방지용 볼 밸브의 단면도로, 유로가 폐쇄된 상태의 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 동파방지용 볼 밸브에 구성된 누수공 개폐유닛의 일 실시예를 나타낸 요부 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 누수공 개폐유닛에 의해 누수공이 폐쇄된 상태를 나타낸 요부 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 누수공 개폐유닛의 일부분에 대한 평면도이다.
도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.
도 7은 도 2의 대응도로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동파방지용 볼 밸브의 단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 동파방지용 볼 밸브를 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동파방지용 볼 밸브는, 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 배출되는 배출구(12)가 형성되어 있는 밸브몸체(10), 상기 밸브몸체(10) 내에 회전 가능하게 설치되어 유입구(11)와 배출구(12) 사이의 유로를 개폐하는 볼디스크(20), 밸브몸체(10)를 관통하여 볼디스크(20)에 연결된 스템(30), 밸브몸체(10)의 외부에서 상기 스템(30)에 연결되어 시간이 경과함에 따라 스템(30) 및 볼디스크(20)를 회전시키는 타이머유닛(40), 일정 온도보다 낮은 저온 환경에서 누수공(22)을 개방하고 일정 온도보다 높은 고온 환경에서 누수공(22)을 폐쇄하는 누수공 개폐유닛을 포함한다.
밸브몸체(10)는 양측에 배관과 연결되는 유입구(11)와 배출구(12)가 대향되게 형성되고, 볼디스크(20)가 설치되는 중앙부의 상부에 상기 스템(30)이 통과하여 설치되는 스템설치공(13)이 관통되게 형성된다.
볼디스크(20)는 전체적으로 볼 형태로 되어 상기 밸브몸체(10) 내에서 유입구(11)와 배출구(12) 사이에서 스템(30)을 중심축으로 하여 회전하도록 설치된다. 볼디스크(20)에는 회전방향에 따라 유입구(11) 및 배출구(12)와 연통되는 밸브홀(21)이 관통되게 형성되어 있다. 또한 상기 볼디스크(20)에는 상기 밸브홀(21)의 내외측으로 연통되는 2개의 누수공(22)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 상기 볼디스크(20)가 일방향으로 회전하여 밸브홀(21)이 유입구(11) 및 배출구(12)와 연통되지 않을 경우, 상기 2개의 누수공(22) 중 어느 하나는 유입구(11)와 연통되고 다른 하나는 배출구(12)와 각각 연통된다. 따라서 유입구(11)를 통해 유입된 유체가 유입구(11)와 연통되는 어느 한 누수공(22)을 통해 밸브홀(21)의 내측으로 유입된 다음, 배출구(12)와 연통되는 다른 한 누수공(22)을 통해 극소량씩 누출된다.
볼디스크(20)의 누수공(22)은 밸브홀(21)과 비교하여 현저히 작은 직경을 갖도록 되어 극소량의 유체만 누출될 수 있게 되어 있다. 볼디스크(20)에는 2개의 누수공(22)이 각각 유입구(11) 및 배출구(12)와 마주보면서 연통되게 형성되는데, 이 실시예에서 2개의 누수공(22)은 서로 마주보게 배치된다.
상기 스템(30)은 밸브몸체(10)의 중앙부 상부에 상하로 관통되게 형성되어 있는 스템설치공(13)을 관통하여 회전 가능하게 설치된다. 스템(30)의 하단부는 볼디스크(20)의 일단부(도면상 상단부)에 고정되게 결합되며, 상단부는 타이머유닛(40)에 연결되어 타이머유닛(40)에 의해 회전한다.
볼디스크(20)에 형성된 누수공(22) 중 유입구(11) 쪽에 배치된 누수공(22)은 누수공 개폐유닛에 의해 기온이 급격히 하강하는 겨울철에만 개방되고, 배관 속의 유체의 동결 우려가 없는 봄이나 가을, 여름에는 폐쇄될 수 있도록 되어 있다.
도 3 내지 도 6은 이러한 온도 환경에 따라 자동으로 누수공(22)을 개폐하는 작용을 하는 누수공 개폐유닛의 일 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 누수공 개폐유닛은, 볼디스크(20)의 외면에 슬라이딩 가능하게 설치되어 누수공(22)을 개폐하는 개폐판(51)과, 일단이 개폐판(51)에 연결되고 타단이 볼디스크(20)에 연결되어 온도에 따라 팽창 및 수축하는 형상기억합금 스프링(52)을 포함한다.
상기 형상기억합금 스프링(52)은 겨울과 같이 상대적으로 온도가 낮을 때에는 급격히 수축하고 봄이나 가을, 여름과 같이 상대적으로 온도가 높을 때에는 급격히 팽창하는 성질을 갖는 공지의 형상기억합금으로 이루어진다.
따라서 온도가 낮은 겨울철에는 도 3에 도시한 것과 같이 형상기억합금 스프링(52)이 수축하여 개폐판(51)이 당겨져서 누수공(22)이 개방되고, 온도가 상대적으로 높은 때에는 도 4에 도시한 것과 같이 형상기억합금 스프링(52)이 팽창하여 개폐판(51)이 밀어져서 누수공(22)이 폐쇄된다.
상기 형상기억합금 스프링(52)에 의한 개폐판(51)의 원활한 이동을 위해 볼디스크(20)의 외면에 개폐판(51)이 슬라이딩하는 가이드홈(53)이 원주방향을 따라 오목하게 형성된다. 도 3 및 도 4에 도시한 것과 같이상기 가이드홈(53)의 끝단부에는 개폐판(51)이 누수공(22)을 폐쇄할 때 개폐판(51)의 끝단부가 삽입되면서 지지되는 'ㄷ'자형의 클램핑홈(55)이 형성된다.
또한 도 5 및 도 6에 도시한 것과 같이 가이드홈(53)의 양측에는 개폐판(51)의 양측 가장자리 부분이 끼워져 안내되는 'ㄷ'자형으로 된 가이드레일부(54)가 가이드홈(53)의 길이방향을 따라 형성된다.
한편, 타이머유닛(40)은 밸브몸체(10)의 외부에 설치되어 사용자가 설정한 시간이 경과하면 스템(30) 및 볼디스크(20)를 90도로 회전시켜, 겨울철에 배관을 사용하는 동안에는 유로가 개방 상태를 유지하고 배관을 사용하지 않을 때에는 볼디스크(20)가 회전하여 유로를 폐쇄하도록 하는 작용을 한다.
타이머유닛(40)은 케이스(41)와, 케이스(41)의 상부에 사용자의 조작에 의해 회전 운동하면서 사용자가 시간 설정을 할 수 있게 하는 작동노브(42)를 구비하며, 케이스(41) 내부에는 작동노브(42)의 조작에 따라 일정한 시간이 경과하면 스템(30) 및 볼디스크(20)를 자동으로 회전시켜 볼디스크(20)가 유로를 폐쇄하게 하는 타이머 메커니즘(미도시)이 구성된다.
상기 타이머유닛(40)의 케이스(41) 내부에 구성되는 타이머 메커니즘은 공지의 타이머 적용 밸브에 적용되는 타이머장치를 이용하여 구성될 수 있다. 예를 들어 타이머유닛(40)의 타이머 메커니즘은 등록특허 제10-0310503호에 개시되어 있는 볼 밸브용 타이머장치를 적용하거나, 공개실용신안 제1999-005166호에 개시되어 있는 볼밸브 자동 작동용 타이머장치를 적용하여 구성할 수 있다. 이외에도 다양한 공지의 타이머장치를 적용하여 타이머 메커니즘을 구성할 수 있으며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 공지의 타이머장치로부터 본 발명의 타이머 메커니즘을 용이하게 실현할 수 있을 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동파방지용 볼 밸브는 다음과 같이 작동한다.
도 1에 도시한 것과 같이 볼디스크(20)의 밸브홀(21)이 유입구(11) 및 배출구(12)와 연통되어 유로가 개방된 상태에서 사용자가 겨울철 동파를 방지하기 위하여 타이머유닛(40)의 작동노브(42)를 잡고 돌려서 시간을 설정하면, 타이머유닛(40)의 케이스(41) 내부에 구성된 타이머 메커니즘(미도시)이 작동하게 된다.
사용자가 지정한 시간이 경과하면, 상기 타이머유닛(40)이 스템(30)을 90도로 회전시키게 되고, 볼디스크(20)가 스템(30)과 함께 90도로 회전하여 도 2에 도시한 것과 같이 유로가 폐쇄된다.
이 때 볼디스크(20)에 형성되어 있는 2개의 누수공(22)이 각각 유입구(11)와 배출구(12)에 연통되므로 미량의 유체가 유입구 측의 누수공(22)을 통해 볼디스크(20) 내부 공간으로 지속적으로 유입된 후 배출구 측의 누수공(22)을 통해 배출된 후 배출구(12)를 통해 배출된다. 따라서 유로 폐쇄 상태에서 누수공(22)을 통해 극소량의 유체가 계속 흘러나갈 수 있게 되므로 유체의 낭비를 최소화하면서 동결을 방지할 수 있게 된다.
전술한 실시예에서는 볼디스크(20)에 형성되어 있는 2개의 누수공(22)이 볼디스크(20)의 중간 부분에 서로 마주보게 배치되지만, 이와 달리 도 7에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 볼디스크(20)의 누수공(22) 중 유입구(11) 쪽에 배치된 누수공(22)은 볼디스크(20)의 중간부 또는 상부에 배치되고, 누수공(22) 중 배출구(12) 쪽에 배치된 누수공(22)은 볼디스크(20)의 하부에 배치될 수 있다.
이와 같이 볼디스크(20)의 누수공(22)의 높이가 다르게 배치되면, 유입구(11) 쪽의 누수공(22)을 통해 유입된 유체가 하측에 배치된 배출구(12) 쪽의 누수공(22)을 통해 원활하게 배출될 수 있으므로 볼디스크(20 내부에서 유체가 동결되지 않고 극소량의 유체가 지속적으로 원활하게 흘러나갈 수 있게 된다. 따라서 급격한 온도 저하에도 유체의 동결이 발생하지 않고 극소량의 유체를 지속적으로 흘려줘 동파를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
10 : 밸브몸체 11 : 유입구
12 : 배출구 20 : 볼디스크
21 : 밸브홀 22 : 누수공
30 : 스템 40 : 타이머유닛
41 : 케이스 42 : 작동노브
51 : 개폐판 52 : 형상기억합금 스프링
53 : 가이드홈 54 : 가이드레일부
55 : 클램핑홈

Claims (10)

  1. 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 배출되는 배출구(12)가 형성되어 있는 밸브몸체(10);
    상기 밸브몸체(10) 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전방향에 따라 유입구(11) 및 배출구(12)와 연통되는 밸브홀(21)이 관통되게 형성되어 있는 볼 형태의 볼디스크(20);
    상기 밸브몸체(10)를 관통하여 볼디스크(20)에 연결된 스템(30); 및,
    상기 밸브몸체(10)의 외부에서 상기 스템(30)에 연결되어 시간이 경과함에 따라 스템(30) 및 볼디스크(20)를 회전시키는 타이머유닛(40);
    을 포함하고,
    상기 볼디스크(20)에는 상기 밸브홀(21)의 내외측으로 연통되는 2개의 누수공(22)이 간격을 두고 형성되며, 상기 볼디스크(20)가 일방향으로 회전하여 밸브홀(21)이 유입구(11) 및 배출구(12)와 연통되지 않을 경우, 상기 2개의 누수공(22) 중 어느 하나는 유입구(11)와 연통되고 다른 하나는 배출구(12)와 각각 연통되어, 유입구(11)를 통해 유입된 유체가 유입구(11)와 연통되는 어느 한 누수공(22)을 통해 밸브홀(21)의 내측으로 유입된 다음, 배출구(12)와 연통되는 다른 한 누수공(22)을 통해 누출되고,
    상기 볼디스크(20)에는 일정 온도보다 낮은 저온 환경에서 누수공(22)을 개방하고 일정 온도보다 높은 고온 환경에서 누수공(22)을 폐쇄하는 누수공 개폐유닛이 설치되고,
    상기 누수공 개폐유닛은 볼디스크(20)의 외면에 슬라이딩 가능하게 설치되어 누수공(22)을 개폐하는 개폐판(51)과, 일단이 개폐판(51)에 연결되고 타단이 볼디스크(20)에 연결되어 온도에 따라 팽창 및 수축하는 형상기억합금 스프링(52)을 포함하는 동파방지용 볼 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2개의 누수공(22)은 볼디스크(20)에 서로 마주보게 형성된 동파방지용 볼 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 누수공(22) 중 유입구(11) 쪽에 배치된 누수공(22)과 배출구(12) 쪽에 배치된 누수공(22)은 높이가 다르게 배치되는 동파방지용 볼 밸브.
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  6. 제1항에 있어서, 상기 볼디스크(20)의 외면에 상기 개폐판(51)이 슬라이딩하는 가이드홈(53)이 형성된 동파방지용 볼 밸브.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가이드홈(53)의 끝단부에 상기 개폐판(51)이 누수공(22)을 폐쇄할 때 개폐판(51)의 끝단부가 삽입되면서 지지되는 'ㄷ'자형의 클램핑홈(55)이 형성된 동파방지용 볼 밸브.
  8. 제6항에 있어서, 상기 가이드홈(53)의 양측에 개폐판(51)의 양측 가장자리 부분이 끼워져 안내되는 가이드레일부(54)가 가이드홈(53)의 길이방향을 따라 형성된 동파방지용 볼 밸브.
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