KR102279402B1 - 다이어프램 밸브 구조 및 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법 - Google Patents

다이어프램 밸브 구조 및 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이어프램 밸브 구조 및 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법에 관한 것으로, 200℃의 과불소 수지의 제조에 사용되는 다이어프램 밸브로서, 밸브 몸체, 다이어프램 등 부재를 포함하는 밸브부; 및 밸브 샤프트, 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡 등 부재를 포함하는 구동 실린더로 구성되고, 실린더 구조는 밸브 상부캡, 상부 밸브 몸체와 환형부의 일부 구조를 포함하고, 밸브 몸체는 환형부, 사각부를 구비하고, 다이어프램은 환형부의 내주면에 설치되어, 원주부와 중심부를 구비하되, 원주부는 밸브 챔버의 밀폐홈에 고정되고, 중심부는 밸브 시트와 상대적으로 개폐되며, 상부 밸브 몸체는 환형부 내주면에 설치되어 다이어프램 상측에 위치하고, 샤프트 홀부를 구비하여 밸브 샤프트를 수용하며, 밸브 샤프트는 조임부, 중공 샤프트바와 피스톤부를 구비하되, 조임부는 다이어프램의 중심부를 고정할 수 있고, 피스톤부의 외측 테두리는 환형부 내주면에 밀착되어 실린더 챔버 공간을 2개로 분리하며, 밸브 상부캡은 환형부에 설치된다. 다이어프램 밸브는 열원 격리 방법을 이용하였으며, 열전달 제한 구조와 방열 구조를 포함하여 실린더 구조의 강성을 확보한다. 열전달 제한 구조는 사각부에 수평 개구된 격자형 립을 사용하며, 상기 격자형 립 및 환형부의 최소 직경 부위는 모두 그의 열전달 단면 두께를 제한한다. 방열 구조는 수평 개구된 격자형 립 다층 구조를 포함하여, 가장 적합한 외부 자연 냉각을 제공하여, 높은 온도 변화도를 유지할 수 있도록 한다. 방열 구조는 내부 냉각을 더 포함하며, 내부 냉각은 냉각 가스가 밸브 몸체의 냉각 가스홀과 냉각 가스 링홈을 통과한 후, 상부 밸브 몸체의 냉각 가스 가이드홀을 통과하여, 다이어프램 챔버의 비접액 측으로 유입되어, 밸브 샤프트의 가이드홀과 축심홀로 진입됨으로써, 다이어프램의 원주부와 밸브 샤프트의 밀폐 부재에 충분한 냉각이 이루어지는 것을 확보한다.

Description

다이어프램 밸브 구조 및 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법{DIAPHRAGM VALVE STRUCTURE AND THERMAL ISOLATION METHOD OF THE DIAPHRAGM VALVE}
본 발명은 다이어프램 밸브 구조 및 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법에 관한 것으로, 특히 약 0.25W/(mK)의 지극히 낮은 열전도 계수를 가지는 불소 수지로 제조되는 다이어프램 밸브에 관한 것이다. 이는 열전도 계수가 약 30W/(mK)의 세라믹 산화알루미늄인 Al2O3보다 훨씬 낮다. 이러한 지극히 낮은 열전도 특성에 의해, 이러한 재료들이 약 250℃의 고온의 작업 환경에서 견디게 되지만, 다이어프램 밸브가 압력을 받을 경우, 현재로서는 160℃ 미만의 낮은 고온 고부식 용도에만 사용될 수 있고, 250℃의 고온 작업 환경까지 달성하려면, 금속부재의 지지를 받아야 된다. 그러나 실무 상 불소 수지 라이닝의 볼밸브도 200℃의 고온 고부식 용도에만 사용되며, 과불소 수지의 다이어프램 밸브를 200℃의 고온 고부식 용도로 작업하는 것은 여전히 하나의 큰 도전이기도 하다.
다이어프램 밸브는 불소 수지로 제조되는 다이어프램과 밸브 몸체가 결합되고, 밸브 샤프트의 결합 구동에 의해 부식 액체를 격리하는 것으로, 종래의 내부식 다이어프램 밸브는 응용이 매우 광범위하여, 각종 응용에 필요하는 각종 구조로 발전되었으며, 대다수가 160℃ 미만의 중저온의 고부식 용도에 사용된다.
종래의 다이어프램 밸브는 아래의 특징 중의 하나 이상을 구비할 수 있다.
1. 고압 가스가 밸브 샤프트의 피스톤을 구동함으로써 개폐된다.
2. 수동 기구를 통해 개폐된다.
3. 전동 기구를 통해 개폐된다.
4. 기구를 통해 유량을 조절한다.
5. 이송 액체로 인해 발생한 정전을 제거할 수 있다.
6. 금속 볼트를 이용하여 밸브 몸체를 조인다.
7. 비금속 나사산을 이용하여 밸브 몸체를 조인다.
8. 입자 미석출 구조.
9. 구조의 크리이프(creep) 방지.
10. 누설 탐지
종래의 불소 수지로 제조되는 다이어프램 밸브는 밸브부와 구동 실린더로 구성되며, 밸브부는 밸브 몸체, 다이어프램 등 부재를 포함하고, 구동 실린더는 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트 등 부재를 포함하며, 밸브 몸체는 사각부와 환형부를 포함한다. 종래 기술의 구동 실린더는 상부 밸브 몸체와 밸브 상부캡으로 구성되어, 밸브 샤프트, 피스톤 및 스프링 등 부재를 수용하고, 공기를 고압으로 구동시킴으로써, 스프링이 힘을 가한 반대측에서 다이어프램의 개폐를 구동한다. 상기 구동 실린더도 실린더 구조를 포함한다. 용도에 따라 비금속 다이어프램 밸브와 금속 다이어프램 밸브로 구분될 수 있고, 구조에 따라 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브, 비금속 상시 개방 다이어프램 밸브, 금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브로 구분될 수도 있다. 비금속 다이어프램 밸브의 밸브 몸체, 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡 사이는 나사산에 의해 조여지게 되어, 고청결 액체의 이송에 가장 적합하다. 금속 다이어프램 밸브의 상기 실린더 구조의 4개의 코너에는 각각 금속 볼트가 구비되어 조여서 밀폐되고, 밸브 몸체, 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡을 함께 조여서 밀폐시킨다. 각각의 상기 볼트는 상부 볼트 기둥, 하부 볼트 기둥에 의해 밸브 몸체를 보호하고, 상부 볼트 기둥은 밸브 상부캡의 외주면에 위치하고, 하부 볼트 기둥은 상부 밸브 몸체의 외주면에 위치하며, 상기 상부 볼트 기둥과 하부 볼트 기둥 사이에는 제1 밀폐면이 위치하고, 하부 볼트 기둥과 밸브 몸체의 환형부 사이에도 제2 밀폐면이 위치한다. 종래의 다이어프램은 밸브 몸체 개구측의 내측에 설치되어, 다이어프램의 원주부가 밀폐홈 내부에서 가압되어 상부 밸브 몸체에 의해 가압된다. 실린더 구조 내에 설치되는 밸브 샤프트 어셈블리의 구조는 다이어프램, 밸브 샤프트와 상부 밸브 몸체 등 부재를 포함하고, 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리와 상시 개방 밸브 샤프트 어셈블리로 구분될 수도 있다. 금속 다이어프램 밸브의 밸브 샤프트에는 상부 밸브 몸체를 자주 사용하여 가압 고정하고, 비금속 다이어프램 밸브의 밸브 샤프트 어셈블리에는 상부 밸브 몸체의 수나사를 자주 사용하여 조임 고정하며, 일부는 상부 밸브 몸체의 반경방향 플렌지를 사용하여 조임 고정한다.
종래 기술의 실린더 구조의 실린더 챔버는 상부 밸브 몸체 또는 밸브 상부캡의 내주면에 설치되어, 피스톤이 실린더 챔버에서 상하 왕복 이동을 할 경우, 상부 밸브 몸체가 반드시 다수의 진동을 부담하게 되고, 실린더 챔버가 힘을 받게 되어, 밸브 샤프트가 쉽게 기울어져 다이어프램의 누설을 일으키게 된다. 하부 볼트 기둥의 제2 밀폐면의 위치가 다이어프램 외측 테두리와 근접하여, 쌍방향으로 침투되는 우려도 발생하게 되므로, 제조 엔지니어는 금속 볼트의 부식 상황을 상시로 확인해야 한다.
종래 기술의 다이어프램 밸브의 다수의 규격:
조작 온도: 80℃ 미만, 소수의 특수 설계는 160℃ 미만
상온 내압 등급: 3kg/cm^2, 5kg/cm^2
다이어프램에 특수 설계를 사용하고, 밸브 몸체 구조가 두꺼운 경우, 상온 내압이 7kg/cm^2에 도달할 수 있으며, 이러한 종래 기술은 모두 200℃의 작업 온도의 수요를 만족시킬 수 없다.
불소 수지의 열전도 열 에너지는 열전도 계수, 열전도 면적과 온도 변화도의 곱에 의한 것으로, 약 0.25W/(mK)의 매우 낮은 열전도 계수에 의해 불소 수지의 고온 조작의 가능 조건을 제공하였다. 열전도 면적이 클 수록 열전도 열 에너지가 크고, 다이어프램 밸브의 전체 구조 온도가 높아진다. 온도 변화도가 높을 수록 열전도 열 에너지가 높아지고, 온도 변화도가 높을 수록 이는 다이어프램 밸브의 전체 구조에 더 많은 상온 구역이 있는 것을 의미하며, 이러한 상온 구조에 의해 비교적으로 우수한 구조 강도를 제공할 수 있으나, 더 많은 방열에 의해서만 상온 구조를 유지할 수 있고, 구조 강도를 제공할 수 있다. 다이어프램 밸브의 열원 구역은 밸브 챔버 열원 구역, 통로 열원 구역, 유입관 열원 구역, 유출관 열원 구역, 입구 조인트 열원 구역, 출구 조인트 열원 구역을 구비하고, 고온 액체는 관벽, 구조와 다이어프램을 통해 외부로 전달되며, 다이어프램의 원주부는 통로 열원 구역과 근접하고, 밸브 몸체와 상부 밸브 몸체의 가압부는 모두 열원 구역이 외부로 전달하는 주요 경로이고, 사각부는 유입관 상측에 누적 두께의 구조를 구비하여, 열 에너지가 상향으로 실린더 구조로 전달되는 주요 경로 중의 하나가 된다. 종래의 다이어프램 밸브의 구조는 열 에너지가 다이어프램 밸브 내에 지속적으로 누적되게 되어, 구조 전체가 모두 고온이고 온도 변화도가 감소되어 구조 강도를 유지할 수 없으며, 불소 "O"형링 등 밀폐 부재가 고온의 위협을 벗어날 수 없어, 160℃ 미만의 용도에만 사용할 수 있다.
200℃ 용도의 다이어프램 밸브에 대해서는, 구조 상 아래의 4개의 문제를 반드시 만족해야 한다. 먼저, 다수 개의 열원 구역에 대해 열원 격리를 해야 하며, 열전달 제한 구조와 방열 구조를 포함한다. 상기 열전달 제한 구조는 구조의 열전달 단면 두께를 제한하여 열전달 제한 구역을 형성하는 것이고, 방열 구조는 자연 냉각과 내부 냉각을 포함한다. 이로써, 열원 구역의 열 에너지가 구조로 전달되는 것을 감소할 수 있고, 높은 온도 변화도를 구비하여 구조 강도를 유지하게 된다. 열원 격리의 문제에 관한 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 열전도 면적은 열원 구역의 열전달 경로에서의 구조 단면적을 의미하며, 반드시 제한을 받아 열전도 열 에너지를 감소하는 목적에 달성해야 한다. 열원 구역은 사각부의 사각판, 누적 두께, 통로 측벽과 수직 립을 통해 환형부와 상부 밸브 몸체로 전달되어, 더 많은 열 에너지가 실린더 구조로 전달되게 된다. 다이어프램 중심부는 큰 면적이 이송 액체에 침수되어, 다량의 열원이 밸브 샤프트로 전달되게 된다. 또한, 출입구관 상측의 누적 두께에 큰 열전도 면적이 구비되어, 출구 열원 구역과 입구 열원 구역의 열 에너지가 사각판, 환형부와 상부 밸브 몸체에 직접적으로 전달된다. 환형부와 상부 밸브 몸체에는 모두 큰 열전도 면적이 구비되어, 열전도 주요 경로가 되고, 출입구관 조인트도 누적 두께 구역과 서로 연결된다. 4개의 볼트 기둥도 두꺼운 체적과 면적이 존재하여 다량의 열전달이 형성되고, 4개의 금속 볼트 자체도 열 에너지를 전달하는 우수한 전도체가 된다.
문제 2: 자연 냉각: 외부면은 반드시 충분한 자연 냉각이 이루어져야 하며, 아닐 경우, 충분한 방열량을 제공할 수 없어 구조의 온도 변화도와 구조 강도를 유지할 수 없다. 특히 사각부의 내부의 열 공기가 외부로 방열될 수가 없어, 다수의 열 에너지가 상향으로 환형부로 전달될 수 밖에 없어, 다수의 열 에너지가 환형부와 상부 밸브 몸체의 큰 단면적을 통해 상부 밸브 몸체로 전달되게 된다.
문제 3: 내부 냉각: 다이어프램이 열원 구역과 인접하고, 다이어프램의 원주부가 환형부와 인접하여, 열 에너지 집중 구역이 되고, 또한 쉽게 변형되어 누설이 되는 위치이기도 하다. 다이어프램 중심부에 큰 면적이 이송 액체에 침수되어, 다량의 열원이 집중되어 밸브 샤프트로 전달된다. 외부로부터 냉각 가스를 인입하는 것은 반드시 다이어프램의 원주부와 밸브 샤프트의 냉각 수요에 만족해야 한다. 다음으로, 밸브부와 구동 실린더의 구조, 압력 지지와 왕복 이동 문제에 더하여, 환경의 가스 부식 문제를 더 포함하여 모두 밀폐 실효를 일으키게 되며, 그 설명은 다음과 같다.
문제 4: 가압 밀폐: 구조 강도, 피스톤 왕복 이동, 환경의 가스 부식 등 3개의 요소가 존재한다. 구조 강도에 있어서, 실린더 구조와 밸브 몸체는 4개의 금속 볼트 기둥의 가압력에 의해 밀폐되며, 부재 자체의 구조 강도가 부족할 경우 크리이프가 발생하게 되고, 예를 들어 구조 두께가 매우 얇으면, 고온으로 인해 변형이 더 심해지고, 볼트의 가압력이 크게 감소되어 다이어프램의 누설을 일으키게 된다. 피스톤 왕복 이동에 있어서, 피스톤 왕복 이동, 스프링의 반작용력과 구동 가스 압력은 모두 실린더 구조에 의해 지지되고, 작용력이 상부 밸브 몸체에 직접적으로 인가된 후 밸브 몸체로 다시 전달되어 다이어프램의 가압력에 영향을 준다. 실린더 구조와 밸브 몸체도 진동으로 인해 크리이프와 변형을 일으켜 볼트의 가압력이 감소하게 되고, 다이어프램의 원주부의 가압력이 감소되어 누설을 일으키게 된다. 환경의 가스 부식에 있어서, 4개의 조임 볼트는 볼트 기둥의 보호가 있지만, 부식 가스의 고침투력으로 인해 볼트 기둥의 제1 밀폐면과 제2 밀폐면으로 침입하여, 볼트의 파손을 일으켜 가압력이 감소하게 되며, 특히 볼트 기둥의 제2 밀폐면의 위치가 다이어프램의 외측 테두리와 근접하여, 볼트 부식 리스크와 쌍방향 침투 우려를 크게 높이게 된다.
이상 문제 1 내지 문제 4는 다이어프램 밸브가 고온인 200℃ 조건에서 지속적으로 작동할 경우 직면하게 되는 문제들이며, 기타 중요한 수요 측면에 따르면 다음의 문제들이 더 존재한다.
문제 5: 서스펜션 장치: 피스톤 왕복 이동과 스프링의 반작용력에 의해 진동이 발생하게 되며, 장기간의 작동에서 구조가 크리이프로 인해 변형되어 가압도가 감소하게 된다. 많은 종래 기술에서는 스프링, 서스펜션 고무 등으로 진동을 감소하여 다이어프램의 누설을 방지하며, 진동을 감소함으로써, 마찰 입자의 발생을 감소할 수도 있다.
문제 6: 마찰 입자: 밸브 샤프트의 동심도와 수직도는 반드시 확보해야 한다. 특히 200℃에서 다이어프램과 밸브 시트의 정면 압접을 확보해야 하며, 양자 간에 마찰이 없으면 입자가 발생하지 않는다. 밸브 몸체, 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡의 구조에 변형이 발생하여, 밸브 샤프트가 동심도와 수직도를 유지할 수 없어, 다이어프램과 밸브 시트가 정면 압접이 안될 경우, 다이어프램과 밸브 시트에 마찰이 발생하게 되어 입자가 발생하게 된다. 또한 완충 방법을 사용하는 것이다.
문제 7: 정전 제거: 비전도성 액체를 이송할 경우, 밸브 몸체와 다이어프램에 모두 정전 누적 문제가 발생하게 되며, 심각할 경우 불꽃 방전으로 인해 다이어프램에 파손이 생기게 된다. 많은 종래 기술은 전도성 재료를 이용하여 다이어프램의 비접액 배면에 부착하여, 누적된 정전을 도출함으로써, 방전으로 인한 다이어프램의 파손을 방지한다.
참조예 1
본 참조예의 설명 내용은 유사한 2009년 일본 특허 JP2009002442 (A) Fluid Control Valve를 참조할 수 있다. 이는 조작 온도
Figure 112019087860193-pat00001
160℃이고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 종래의 불소 수지로 제조되는 다이어프램 밸브(9)에 있어서, 본 사례는 금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브로, 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(961)(도 6c 참조)를 구비하며, 밸브부(90a)와 구동 실린더(90b)로 구성된다. 밸브부(90a)와 구동 실린더(90b)는 외관이 사각형이고 내부가 원형의 구조로, 4개의 코너에는 각각 볼트홀이 구비되어 4개의 금속 볼트로 조임 연결되어 기밀성을 유지한다. 금속 볼트는 볼트 기둥 내부에 설치되고, 볼트 기둥은 상부 볼트 기둥, 하부 볼트 기둥으로 구분되며, 상부 볼트 기둥과 하부 볼트 기둥 사이에는 상부 밀폐면이 구비되고, 하부 볼트 기둥과 밸브부 사이에는 하부 밀폐면이 구비된다. 밸브부(90a)는 밸브 몸체(91), 다이어프램(92), 고정판 등 부재를 포함하고, 구동 실린더(90b)는 상부 밸브 몸체(93), 밸브 상부캡(94), 밸브 샤프트(95) 등 부재를 포함한다.
본 참조예에서 제시한 문제는 밸브 몸체(91)의 강성을 개선하는 것으로, 이는 고온에서 밸브 몸체(91)가 유입관로와 유출관로의 압력을 받아 변형되어, 특히 다이어프램(92)의 밀폐부위가 원형을 유지할 수 없어 누설이 발생하기 때문이다. 예를 들면JP2009002442 (A) Fluid Control Valve의 참조예의 도 11에 도시된 바와 같다.
밸브 몸체(91)는 유입관(911), 유출관(912), 밸브 챔버(913), 환형부(915), 사각부(916)를 구비하고, 다이어프램(92)은 원주부(921), 탄성편(922)과 중심부(923)를 구비하고, 상부 밸브 몸체(93)는 외주면(931), 내주면(932), 밀폐면(933), 가압부(934), 샤프트 홀부(935), 다이어프램 챔버(936)를 구비하고, 밸브 상부캡(94)은 내부 수용 챔버(941), 상단부(942), 외주면(943)과 밀폐면(944)을 구비하고, 밸브 샤프트(95)는 나사산부(951), 샤프트바(952)와 피스톤부(953)를 구비하고, 밸브 챔버(913)는 밸브 시트(9131), 통로(9132), 밀폐홈(9133), 통로 측벽(9134)을 구비하고, 상부 밸브 몸체(93)와 밸브 상부캡(94)은 실린더 구조를 구성한다. 상기 실린더 구조 내에는 실린더 챔버가 포함되고, 상기 실린더 챔버는 피스톤부(953)에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리된다.
다이어프램(92)의 원주부(921)는 통로 측벽(9134) 상측 테두리의 밀폐홈(9133)에 고정되어, 밸브 챔버(913)를 완전히 밀폐시킬 수 있으며, 중심부(923)는 밸브 시트(9131)와 대응되게 개폐되고, 상기 하부 밀폐면은 다이어프램(92)의 원주부(921)의 인접하는 상측에 위치한다.
상부 밸브 몸체(93)는 밸브 몸체(91)의 환형부(915)와 밸브 상부캡(94) 사이에 설치되고, 상부 밸브 몸체(93)는 중앙이 돌출된 개구된 컵 모양 구조를 가진다. 상부 밸브 몸체(93)의 내주면(932)에는 실린더 챔버(937)가 설치되어 밸브 샤프트(95)의 피스톤부(953)가 결합된다. 상부 밸브 몸체(93)의 바닥부 외측 테두리에는 가압부(934)가 구비되어 다이어프램(92)의 원주부(921)를 가압하고, 바닥부가 원뿔형으로 개구로 돌출되어 중심에 위치하는 샤프트 홀부(935)를 구성하고, 원뿔형의 내부로 오목한 바닥부 하측이 다이어프램 챔버(936)를 형성하여, 샤프트 홀부(935)가 밸브 샤프트(95)를 수용하고, 외주면(931)에 구동 가스 조인트(171)가 설치된다.
밸브 상부캡(94)은 컵 모양으로 상부 밸브 몸체(93)에 거꾸로 설치되고, 상부 밸브 몸체(93)와 밸브 상부캡(94)의 내부 수용 챔버 공간이 실린더 구조를 구성하고 즉 구동 실린더를 구성하고, 밸브 샤프트(95), 피스톤부(953) 및 스프링(12) 등 부재를 수용한다.
유입관 조인트는 사각부(916)의 일측 외벽에 설치되어 유입관(911)과 연결되고, 유입관(911)은 수평방향으로 관통되어, 절곡 후 개구가 밸브 챔버(913) 중앙에 위치하여 밸브 시트(9131)를 형성하여, 다이어프램(92)의 중심부(923)와 맞대어 접촉하도록 한다.
유출관(912)의 개구는 통로 측벽(9134)에 위치하고, 사각부(916)의 타측 외벽을 관통하여 유출관 조인트와 연결된다.
밸브 챔버(913) 내부의 밸브 시트(9131)의 주위에 원주형 대칭 오목 통로(9132)가 형성되고, 통로(9132)의 최고 위치가 수평 유입관(911)의 상측에 위치하여, 수평 유입관(911)의 양측을 따라 원호형으로 하향 오목되어 밸브 시트(9131)를 돌아서 연장되고, 최저점이 수평 유출관(912)의 내경의 저면측에 연결된다. 통로 측벽(9134)의 상측 테두리에는 밀폐홈(9133)에 설치되어 환형부(915)와 연결된다.
사각부(916)의 사각판(9161)의 중간은 개구 모양으로 밸브 챔버(913)를 수용하고, 사각판(9161)이 통로 측벽(9134)과 연결되고 환형부(915)의 하측 테두리와도 연결된다. 사각판(9161)의 하측은 하향 연장되는 사각형 통모양의 외벽 외에, 내측에는 하측으로 개구된 격자 모양의 종방향 수직 립(9162)이 더 구비되어, 개구 바닥부로부터 상향으로 사각판(9161), 환형부(915)와 밸브 챔버(913)로 연장된다. 이러한 종방향 수직 립(9162)은 사각판(9161), 하측의 유입관(911), 유출관(912)과 밸브 챔버(913)를 수직으로 가로질러 지지 구조를 구성하고, 이러한 구조의 사각부를 제1 형 사각부로 칭한다. 밸브 몸체(91)는 PFA 사출 또는 압출 성형으로, 이러한 립(9162)은 슬라이딩 블록에 의해 바닥부로부터 성형되므로, 유입관(911)과 유출관(912)의 상측에서 수평 중심선으로부터 시작하여 사각판(9161) 사이의 공간에는 PFA 재료가 충진되고, 이러한 재료들이 누적된 것을 누적 두께(9163)로 칭한다. 누적 두께(9163)는 사각판(9161), 통로 측벽(9134), 밀폐홈(9133), 유입관(911)과 유출관(912)과 직접적으로 연결되고, 유입관(911), 유출관(912)과 밸브 챔버(913)에 고온 고압의 유체가 충진되어 변형될 경우, 사각판(9161)은 필연적으로 유입관(911)과 유출관(912)의 압력과 온도로 인한 변형에 의해 변형되어, 통로 측벽(9134)의 진원도에도 영향을 주어, 다이어프램(92)의 밀폐에 영향을 주게된다.
환형부(915)의 하측은 사각판(9161)에 설치되어 밸브 챔버(913)의 밀폐홈(9133)의 외측에 위치하고, 상향 연장되어 밀폐면(9151), 개구부, 외주면과 호흡홀(9155)을 구비한다. 환형부(915)는 밀폐홈(9133) 상측에도 호흡홀(9155)을 설치하여 다이어프램(92) 개폐 시의 호흡 수요에 만족하도록 한다. 환형부(915)의 높이는 밀폐홈(9133)과 호흡홀(9155) 설치의 수요에만 만족하여, 환형부(915)와 밸브 챔버(913)가 컵 모양 구조를 구성하도록 하며, 상기 컵 모양 구조의 개구 부분은 상기 다이어프램(92)에 의해 밀폐되고, 상기 컵 모양 구조는 고온 액체를 수용함으로써 액체 압력도 받게된다. 상기 컵 모양 구조의 외측 테두리는 상기 환형부(915)이고, 상기 환형부(915)와 상기 다이어프램 원주부(921) 사이에는 외측 테두리 높이가 있으며, 예를 들어 1인치 구경의 다이어프램 밸브의 상기 외측 테두리 높이는 약 6mm 정도로, 상기 컵 모양 구조에 대해서는 얕은 컵 모양일 뿐이다. 밸브 챔버(913)가 고온 고압 액체를 수용할 경우, 상기 다이어프램 원주부(921)가 상기 컵 모양 구조의 상기 외측 테두리 근처에 설치되어 매우 쉽게 변형과 누설이 일어나게 된다. 이는 상기 외측 테두리 높이가 약 6mm 정도로 충분한 구조 강도를 제공할 수 없기 때문이다. 이에 더하여, 유입관(911), 유출관(912)과 누적 두께(9163)의 고온 고압에 의해 압력 변형이 되면, 밀폐홈(9133)이 매우 쉽게 누설되게 된다. 상기 호흡홀(9155)은 간혹 누설 탐지용으로도 사용된다. JP2009002442 (A) Fluid Control Valve 참조예의 도 11을 참조한다.
밸브 샤프트 어셈블리의 구조는 다이어프램(92), 밸브 샤프트(95)와 상부 밸브 몸체(93) 등 부재를 포함한다. 밸브 샤프트(95)의 샤프트바(952)는 상부 밸브 몸체(93)의 샤프트 홀부(935)를 관통하여 나사산부(951)로 다이어프램(92)을 조이고, 샤프트 홀부(935)에는 밀폐 불소 "O"형 링이 설치되어, 다이어프램(92)이 파손 시 액체가 누설되는 것을 방지하고, 실린더 구조의 기밀성을 제공한다. 피스톤부(953)는 상부 밸브 몸체(93)의 상측에 위치하여 샤프트바(952)와 결합되고, 피스톤부(953)의 외측 테두리에는 불소 "O"형 링이 설치되어 실린더 챔버(90d)와 접촉하는 곳을 밀폐하여 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리한다. 임의의 실린더로 공기를 충진할 경우, 피스톤부(953)는 고압 가스에 의해 구동되어 내주면(932)을 따라 상대적 회동을 하고, 상부 밸브 몸체(93)도 이에 의해 피스톤부(953)가 인가하는 힘과 구동 가스의 압력을 받아, 이에 의해 변형이 발생할 수 있다. 이로써, 밸브 샤프트(95)의 동심도와 수직도에 편차가 발생하게 되어, 나아가 다이어프램(92)의 사용 수명을 축소하게 되며, 이는 상부 밸브 몸체(93)가 환형부(915)의 밀폐면(9151)에 설치되었기 때문이다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 이는 밸브 몸체(9)의 열원 구역을 나타내는 도면으로, 다이어프램 밸브(9)의 열원 구역은 밸브 챔버 열원 구역(140a), 통로 열원 구역(140b), 유입관 열원 구역(140c), 유출관 열원 구역(140d), 입구 조인트 열원 구역(140e), 출구 조인트 열원 구역(140f)을 포함한다. 고온 액체는 관벽, 구조와 다이어프램(92)을 통하여 외부로 전달된다. 다이어프램(92)의 원주부(921)는 통로 열원 구역(104b)과 인접하고, 밸브 몸체(91)의 환형부(915)와 상부 밸브 몸체(93)의 가압부(934)는 모두 열원 구역이 외부로 전달하는 주요 경로로, 환형부(915)와 다이어프램(91)의 원주부(921)가 가장 쉽게 변형되어 누설되는 위치가 되어, 열 에너지가 열전달 경로(14)를 통해 밸브 몸체(91), 상부 밸브 몸체(93), 밸브 상부캡(94)을 통과함으로써, 실린더 구조의 구조 강도가 감소되고, 가압력이 감소된다.
도 6b 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 이는 다이어프램 밸브(9)의 열전달 경로를 나타내는 도면이다. 열전달 경로에 의하면, 밸브 샤프트 열전달 경로(141)는 밸브 챔버(913)에서 다이어프램(92) 중심부(923)를 통해 밸브 샤프트(95)로 직접적으로 전달되는 것이다. 사각판 열전달 경로(142)는 유출관 열원 구역(104d)과 유입관 열원 구역(140c)으로부터 누적 두께(9163)를 따라, 통로 열원 구역(140b)으로부터 통로 측벽(9134)과 밀폐홈(9133)을 통해 환형부(915)와 상부 밸브 몸체(93)로 전달되는 것이다. 조인트 열전달 경로(143)는 입구 조인트 열원 구역(140e)과 출구 조인트 열원 구역(140f)이 사각부(916)를 통해 열 에너지를 환형부(915)로 전달하는 것이다. 환형부 열전달 경로(144)는 상향으로 상부 밸브 몸체(93) 및 밸브 상부캡(94)으로 전달하고, 동시에 일부 열 에너지가 상부 밸브 몸체(93)를 통해 샤프트 홀부(935)로 전달된다. 샤프트 홀부 열전달 경로(145)는 링형벽 관 조인트 열전달 경로(143)로부터 분류되어 샤프트 홀부(935)를 통해 밸브 샤프트(95)로 전달된다. 사각부 열전달 경로(146)는 유출관 열원 구역(140d)과 유입관 열원 구역(140c)으로부터 종방향 수직 립(9162)을 따라 사각부 외부로 전달되는 것이다. 통로 측벽(9134)의 두께에 밀폐홈(9133)이 구비될 수 있고, 경도가 더 높은 고정 링을 설치할 수 있어, 통로 측벽(9134)의 두께가 더 큰 열전도 면적을 구비하게 되어, 사각판 열전달 경로(142)의 열 에너지를 높이게 된다. 본 참조예의 각 열원 구역은 모두 큰 열전도 면적을 구비하므로, 더 많은 열 에너지가 다이어프램 밸브 구조 전체로 전달되게 되어, 고온 구조의 크리이프와 변형을 일으키게 되고, 4개의 금속 볼트의 가압력도 감소되어 누설 리스크가 증가하게 된다.
도 6e에 도시된 바와 같이, 이는 다이어프램 밸브(9)의 방열을 나타내는 도면이다. 자연 방열 경로에 의하면, 밸브부(90a)의 사각부 방열 경로(151)는 사각부 립(152)에 의해 방열되고, 구동 실린더(90b)의 상부 밸브 몸체 방열 경로(153)와 밸브 상부캡 방열 경로(154)는 각각 상부 밸브 몸체(93)와 밸브 상부캡(94)에 의해 방열되며, 이들은 모두 외부면의 자연 대류에 의해 방열되어 방열 효과가 미미하다. 사각부(916)는 수직 밀폐 구조로, 다수의 열원 구역이 사각부(916)의 내부에 위치하여, 열 에너지가 외부로 방열되기 어렵다. 열 에너지는 사각판(9161)을 통해 환형부(915)와 밸브 샤프트(95)로 진입하여, 상부 밸브 몸체(93)의 온도를 높이고, 이로써 실린더 구조의 4개의 볼트의 가압력이 상실하게 되고, 밸브 샤프트(95)와 피스톤부(953)의 불소 "O"형 링도 기능을 유지할 수 없어 마모가 발생하게 된다. 밸브 샤프트(95)의 동심도와 수직도에도 문제가 존재하게 되고, 가압부(934)도 다이어프램(92)의 원주부(921)를 효율적으로 가압할 수 없어 누설이 발생하게 되며, 누설된 약액은 인접하는 하부 밀폐면을 통해 볼트 기둥으로 유출되어 금속 볼트와 부식 반응을 일으키게 되고, 반응물은 확산되어 다시 되돌아와 통로(9132)로 진입되어 약액에 오염을 일으키게 된다.
본 참조예의 특허의 특징: 두께가 증가된 통로 측벽(9134)의 상측 테두리가 사각판(9161)의 중심 개구를 관통하고, 통로 측벽(9134)의 상측 테두리에 밀폐홈(9133)이 설치되고, 환형부(915)가 통로 측벽(9134)의 외주면에 연결되어 사각판(9161)의 상부면에 연결된다. 다이어프램(92)의 원주부(921)에는 고정홈이 설치되어 경도가 더 높은 고정 링을 설치할 수 있고, 이러한 고정 링에 의해 밀폐홈(9133)의 진원도를 유지할 수 있어 가압부(934)의 가압력을 효율적으로 지지할 수 있으며, 통로 측벽(9134)의 두꺼운 벽에 의해 지지력을 높여, 다이어프램(92)의 원주부(921)가 안정적으로 고온 변형의 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 본 특허의 특징에 의해 밸브 몸체(91)의 컵 모양 구조의 외측 테두리의 고온 변형이 대폭 개선되고, 상기 원주부(921)의 누설 문제가 개선되어, 조작 온도
Figure 112020015294423-pat00002
160℃의 고온 용도에 달성할 수 있으며, 달성 효과는 JP2009002442 (A) Fluid Control Valve의 도 3을 참조한다.
본 참조예의 다이어프램(92)의 원주부(921)에는 경도가 더 높은 고정 링이 설치되며, 이러한 고정 링은 160℃ 미만에서만 밀폐홈(9133)의 진원도를 유지할 수 있어, 밸브 몸체(91)가 유입관로와 유출관로의 압력을 받아 변형되는 문제를 해결하지 못하였다. 유입관(911)과 유출관(912)에 고온 고압의 유체가 충진되어 변형될 경우, 사각판(9161)은 필연적으로 유입관(911)과 유출관(912)의 변형 영향을 받아 함께 변형되어, 통로 측벽(9134)의 진원도에도 영향을 주어, 다이어프램(92)의 밀폐에 영향을 주게된다. 160℃ ~ 200℃를 초과할 경우, 이러한 변형은 더 심해져 밀폐를 유지할 수 없게 된다.
도 6f에 도시된 바와 같이, 기타 본 참조예와 유사한 구조에는 밸브 몸체(91)가 온전한 사각부(916)를 구비하지 않는 구조가 존재하며, 제2형 밸브 몸체로 칭한다. 즉 사각판(9161)만이 4개의 볼트 홀을 제공하여 조임 작용을 하고, 유출관(912), 유입관(911), 통로, 입구 조인트와 출구 조인트는 모두 일부가 노출되는 것으로, 제2형 사각부의 구조로 칭한다. 또한, 유출관(912)과 유입관(911)의 상측은 모두 상기 사각판(9161)과 인접하여 여전히 큰 면적의 누적 두께(9163)가 존재하므로, 이러한 구조는 입구 조인트 열원 구역과 출구 조인트 열원 구역을 감소할 수 있고, 외부면의 직접 방열을 증가할 수 있어, 열 에너지가 사각부(916)에 누적되는 문제가 존재하지 않는다. 그러나, 누적 두께 구역(9163)은 여전히 큰 열전도 면적을 제공하게 되어, 열 에너지가 환형부(915), 상부 밸브 몸체(93), 밸브 상부캡과 밸브 샤프트(95)로 전달된다. 이러한 제2형 사각부의 구조는 여전히 종래의 문제를 개선하지 못하였으며, 즉 상기 컵 모양 구조의 외측 테두리 높이가 약 6mm일 경우 충분한 구조 강도를 제공할 수 없어, 컵 모양 구조가 사각부 종방향 수직 립의 지지가 부족한 상황에서, 유입관(911)과 유출관(912)에 고온 고압의 유체가 충진되어 변형될 경우, 사각판(9161)은 필연적으로 유입관(911)과 유출관(912)의 변형에 의해 함께 변형되어, 통로 측벽(9134)의 진원도에도 영향을 주어, 다이어프램(92)의 밀폐에 영향을 주게된다. 이로써, 비교적 낮은 작업 압력과 온도의 용도에만 사용하게 되며, 예를 들어 작업 압력이3kg/cm^2이고, 조작 온도<100℃일 경우이다. 상온 작업 압력이 5kg/cm^2인 수요를 만족하고자 할 경우, 환형부(915)의 두께와 컵 모양 구조의 외측 테두리 높이를 크게 해야 하며, 이로써 큰 열전도 면적의 문제를 초래하게 된다. 관로 조인트를 설치할 경우, 제2형 밸브 몸체에 고정을 간편하게 하는 사각부(916)가 존재하지 않아, 시공 시 고정 작업의 난이도가 증가하게 된다.
참조예 1이 제시하는 문제 1 내지 문제 4에 대한 해결 방안에 관한 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 사각판, 유입관 및 유출관 사이에는 관로 직경만큼 한 폭의 누적 두께 구역이 존재하며, 이러한 큰 열전도 면적으로 인해 다량의 열이 환형부와 상부 밸브 몸체로 전달되고, 통로 측벽의 두께도 열전도 면적을 대폭 증가하게 된다. 다이어프램의 원주부에 고정 링을 추가 설치하는 것도 열전도 면적을 증가하게 된다. 4개의 금속 볼트와 볼트 기둥이 환형부와 인접하는 것도 다량의 열전달을 형성하게 된다.
문제 2: 자연 냉각: 표면적의 자연 냉각만 있으며, 상부 밸브 몸체와 밸브 상부캡은 표면 자연 방열만 있어, 제1형 사각부의 격자형 수직 립이 효율적인 방열을 전혀 할 수 없어, 열 에너지가 다이어프램 밸브 내에 지속적으로 누적되어 구조 전체가 계속 고온을 유지하게 되고, 제2형 사각부의 격자형 수직 립이 효율적인 방열을 전혀 할 수가 없다.
문제 3: 내부 냉각: 외부 가스를 유입하여 내부를 냉각하는 메커니즘이 부족하고, 밸브 샤프트 어셈블리가 냉각되지 않았다.
문제 4: 가압 밀폐: 환형부, 가압부, 다이어프램 원주부, 다이어프램 중심부에 열 에너지가 지속적으로 전달되어 실린더 구조 내에 지속적으로 누적됨으로써, 실린더 구조 전체가 고온으로 인해 구조 크리이프와 변형 증가를 일으키게 되어, 조여진 4개의 금속 볼트가 느슨해 진다. 실린더 챔버가 상부 밸브 몸체에 위치하여, 피스톤의 왕복 이동과 실린더 압력이 상부 밸브 몸체에 직접적으로 힘을 인가함으로써, 상부 밸브 몸체의 가압부가 다이어프램의 원주부를 효율적으로 가압할 수 없도록 된다. 사각판이 유입관과 유출관에 밀접하게 연결되고, 누적 두께가 더 존재하여, 유입관과 유출관에 고온 고압의 유체가 충진되어 변형될 경우, 사각판이 함께 변형되고, 통로 측벽의 진원도가 유지될 수 없게 된다. 본 참조예는 컵 모양 구조의 외측 테두리의 변형만을 개선하였으며, 최종적으로 다이어프램 밸브는 160℃ 미만의 온도에서만 작업을 할 수 있어, 200℃ 미만의 온도의 수요를 만족시킬 수 없다. 제2형 밸브 몸체에 사각부의 립의 지지가 부족하여, 작업 압력은 상온에서 작업 압력이 3kg/cm^2의 수요만 만족할 수 있다.
참조예 2
1996년 일본 특허, JPH08152078 (A) Air-Operated Valve, 이는 선형 자성 구조를 구비하여 다이어프램의 개방도를 탐지하는 구조로, 해당 참조예의 구조는 고온 용도가 아닌 상온 용도에 사용된다. 그러나, 이는 관 조인트가 외부에 노출되는 구조로, 입구 조인트 열원 구역과 출구 조인트 열원 구역이 없으며, 비교적 작은 유입관 열원 구역과 유출관 열원 구역이 있다. 기타 종래 기술의 구조에 비해 열원 구역이 비교적 작은 특징이 있으나, 이의 유입관과 유출관은 여전히 큰 면적의 누적 두께 구역을 구비하여, 열전도 통로를 형성하여 사각판과 환형부에 직접적으로 연결된다. 본 참조예의 상부 밸브 몸체는 나사산에 의해 밸브 몸체의 환형부 외측에 조여지고, 환형부의 열전도 단면적을 축소하였다. 다이어프램을 고정하는 환형부재는 환형부 내측에 조여져 큰 열전도 단면적을 구비하고, 다이어프램 중심부 상측에는 여전히 큰 열전도 면적을 구비하므로, 이러한 구조는 열원 격리 설계가 부족하는 것이다. 밸브 상부캡의 중심에는 구동 가스 조인트가 구비되어 밸브 샤프트 중심의 구동 가스 가이드홀에 연결되어, 가스가 실린더 내부로 진입하여 피스톤의 일측에 도달하여 피스톤을 구동하도록 할 수 있으나, 해당 환기홀은 밸브 샤프트의 냉각 수요를 만족시킬 수 없고, 냉각을 강제 실행하는 설계 메커니즘도 아니다. 방열 메커니즘 측면에서, 밸브 몸체는 공기에 직접 노출되어 직접적으로 자연 냉각을 함으로써, 높은 온도 변화도 설계가 부족하다. 1996년 일본 특허, JPH04181079 (A) Pneumatic Operating Valve, 이에도 밸브 샤프트에 구동 가스 가이드홀을 설치하는 유사한 종래 기술이 있다.
참조예 2가 제시하는 문제 1 내지 문제 4에 대한 해결 방안에 관한 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 환형부와 다이어프램 원주부가 분리되어, 환형부를 통해 전달된 열 에너지가 다이어프램의 원주부에 집중되어 있지 않다. 다이어프램을 고정하는 환형부재에는 여전히 큰 열전도 단면적이 존재하고, 다이어프램 중심부 상측에 여전히 큰 열전도 면적이 존재하여, 다량의 열원이 다이어프램에 의해 전달된다.
문제 2: 자연 냉각: 다이어프램에 다량의 열원 전달의 문제가 존재하여, 표면 자연 냉각만으로 다량의 방열로 온도 변화도를 유지하도록 하는 것을 제공할 수 없다.
문제 3: 내부 냉각: 외부로부터 가스를 인입하여 냉각하는 메커니즘이 부족하고, 축심의 구동 가스 가이드홀은 밸브 샤프트의 냉각에 도움을 주지만, 다이어프램의 냉각에 도움이 않된다.
문제 4: 가압 밀폐: 환형부재가 환형부 내측에 고정 조여짐으로, 다이어프램의 원주부를 가압하여, 상부 밸브 몸체의 가압 효율성을 증가함으로써, 피스톤 왕복 이동이 다이어프램에 대한 가압 영향을 낮출 수 있다.
참조예 3
1997년 일본 특허, JPH09217845 (A) Diaphragm Valve, 이는 완충 스프링을 구비하는 상시 폐쇄 다이어프램 밸브 구조로서, 해당 참조예의 구조는 고온 용도가 아닌 상온 용도에 사용된다. 피스톤 상측에 상시 폐쇄된 스프링이 구비되어, 다이어프램이 밸브 시트에 압접되는 것을 확보할 수 있고, 피스톤 하측에 보조 스프링이 구비되어, 다이어프램이 폐쇄 시 원활하게 폐쇄될 수 있어, 이로써 밸브 시트에서 발생한 입자를 대폭 감소할 수 있다.
참조예 3는 상온 용도에 사용되는 것으로, 문제 1 내지 문제 4를 해결하는 것 외에, 문제 5 및 문제 6도 해결하며, 해결 방안에 관한 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 큰 면적의 누적 두께 구역이 있으며, 출입구관 조인트도 누적 두께 구역과 연결된다. 환형부는 다이어프램 원주부에 더 큰 열전도 면적이 있으며, 통로 측벽의 두께도 열전도 면적을 대폭 증가시키고, 4개의 금속 볼트 및 볼트 기둥도 다량의 열전달을 형성하게 된다. 고온에서 이러한 열 에너지가 상부 밸브 몸체로 전달되어, 구조 강도를 낮추어 심한 크리이프와 변형이 발생하게 된다.
문제 2: 자연 냉각: 외부면 자연 냉각만 있고, 특별한 냉각 방안이 없어, 높은온도 변화도 설계가 부족하다.
문제 3: 내부 냉각: 외부로부터 가스를 인입하여 냉각하는 메커니즘이 부족하다.
문제 4: 가압 밀폐: 상온에 사용되어, 열 에너지가 다이어프램 밸브 내에 지속적으로 누적되는 문제를 고려하지 않았고, 고온으로 인한 구조 크리이프와 변형 문제도 고려하지 않았다.
문제 5: 서스펜션 장치: 피스톤 왕복 이동과 스프링의 반작용력에 의해 진동이 발생하게 되며, 장기간의 작동에서 구조가 크리이프로 인해 변형되어 가압도가 감소하게 된다. 본 참조예에서는 스프링으로 진동을 감소하여 다이어프램의 누설을 방지하며, 진동을 감소함으로써, 마찰 입자의 발생을 감소할 수도 있다.
문제 6: 마찰 입자: 본 참조예는 밸브 몸체, 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡의 고온 변형에 대해 특별히 설계하지 않았으며, 특히 200℃에서 밸브 샤프트의 동심도와 수직도를 확보하여 입자의 발생을 감소할 수 없다.
참조예 4
2015년 중국 특허, CN104633171 (A) Valve Apparatus, 해당 참조예의 구조는 고온 용도가 아닌 상온 온도에 사용되는 것으로, 이는 밸브 샤프트 중심에 전도성 재질을 설치하여 이송 액체와 접촉함으로써, 다이어프램의 정전을 제거할 수 있는 밸브 구조이다. 비전도성 고 정제수 또는 기타 비전도성 액체를 이송하는 상황에서, 비전도성 다이어프램과 밸브 몸체에 마찰 정전이 누적되어, 다이어프램의 고전압 정전이 상부 밸브 몸체에 대해 방전 시, 다이어프램도 브레이크다운되어 파괴된다. 밸브 샤프트 상의 전도성 재질도 통상적으로 뜨거운 전도체이므로, 밸브 챔버로부터 열원을 기타 구조로 쉽게 전달할 수 있어, 열원 격리 설계에 있어서 매우 불리하다. 2010년 일본 특허, JP2010121689 (A) Diaphragm Valve, 이는 다이어프램의 비접촉 액체 측에 전도성 재료를 설치한 것이다.
이상 2개의 참조예의 구조는 모두 상온 용도에 사용되는 것으로, 문제 1 내지 문제 4를 해결하는 것 외에, 문제 5 및 문제 7도 해결하며, 해결 방안에 관한 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 큰 면적의 누적 두께 구역이 있으며, 출입구관 조인트도 누적 두께 구역과 연결된다. 통로 측벽의 두께도 열전도 면적을 대폭 증가시키고, 다이어프램 중심부도 큰 열전도 면적을 구비한다.
문제 2: 자연 냉각: 외부면 자연 냉각만 있고, 특별한 냉각 방안이 없어, 높은온도 변화도 설계가 부족하다.
문제 3: 내부 냉각: 외부로부터 가스를 인입하여 냉각하는 메커니즘이 부족하다.
문제 4: 가압 밀폐: 상부 밸브 몸체가 밸브 몸체에 조여져 있고, 밸브 상부캡이 상부 밸브 몸체에 조여져 있으며, 상부 밸브 몸체가 피스톤의 이동과 스프링의 작용력 및 고압 구동 가스 압력을 직접적으로 받아, 상부 밸브 몸체가 다이어프램 원주부에 대한 가압에 영향을 주게 된다.
문제 5: 서스펜션 장치: 본 참조예는 상부 밸브 몸체에 탄성 고무를 설치하여 진동을 감소함으로써, 다이어프램의 누설을 방지한다.
문제 7: 정전 제거: 밸브 샤프트 중심에 전도성 재질을 설치함으로써, 정전기 전도에 유리하지만, 열원 격리에 불리하다. JP2010121689 (A) Diaphragm Valve의 정전기 가이드 모드는 열 에너지 전달 문제를 피할 수 있다.
참조예 5
2003년 미국 특허, US6612538 (B2) Two-way valve, 해당 참조예의 구조는 고온 용도가 아닌 상온 온도에 사용되는 것으로, 본 참조예의 대책은 밸브 샤프트 중심에 금속 볼트를 설치함으로써, 금속 볼트로 다이어프램을 밸브 샤프트에 견고하게 조인다. 상부 밸브 몸체의 양단에 조임 나사산을 제공함으로써, 밸브 몸체에 조이고 밸브 상부캡을 연결하며, 이로써 밸브의 외부면에 금속 볼트가 없어 환경 가스 부식을 방지할 수 있다. 본 참조예는 추가로 회동 가능한 링형체가 설치되어, 구동 가스 조인트를 설치함으로써, 고압 구동 가스 관로의 설치가 더 간편하도록 한다. 상기 링형체는 본체와 밸브 상부캡에 의해 가압 밀폐된다. 본 참조예는 상부 밸브 몸체에 서스펜션 패드를 설치함으로써, 피스톤 이동 시의 진동을 감소하여 상부 밸브 몸체의 나사산의 풀어짐을 방지하게 된다. 본 참조예에 설치된 링형체는 중요한 특징이기는 하지만, 실무상 고압 가스 관로는 반드시 환경 가스 관홈 구조부재에 고정되어야 하고, 또한 이러한 관로는 모두 설정된 배치 방향이 있으므로, 이러한 장치에 의해 밸브의 가치를 높일 수 없고, 또한 별도로 밀폐 수요를 증가해야 하므로, 고온 용도에 더 불리하고, 더 많은 부품으로 인해 더 많은 구조의 크리이프 리스크를 초래할 수 있다. 출입구관은 큰 면적의 누적 두께 구역을 구비하여 열전도 통로를 형성하여 사각판과 환형부에 연결한다. 다이어프램 외주부는 통로 측벽의 상측에 설치되고, 상부 밸브 몸체는 환형부 내측에서 다이어프램 외주부를 가압하고, 다이어프램 외측의 환형부에는 큰 열전도 면적이 있다. 밸브 샤프트의 금속 볼트로 인해 열원 격리가 실효되고 높은 온도 변화도를 구축할 수 없게 된다. 밸브 몸체의 환형부와 상부 밸브 몸체의 가압부는 모두 열 에너지가 외부로 전달되는 주요 경로이고, 환형부와 누적 두께 구역이 열전도 통로를 형성하고, 고온에서 상기 열 에너지가 상부 밸브 몸체로 전달되어 구조 강도를 낮추게 되어, 심한 크리이프와 변형이 발생한다. 다이어프램 중심부에서 큰 면적이 이송 액체에 침수되어 다량의 열이 밸브 샤프트로 전달되게 되고, 축심의 금속 볼트가 열전달의 고속 통로를 형성하게 되고, 밸브 샤프트와 접촉하는 불소 "O"형 링이 160℃를 초과한 조건에서 밀폐 기능을 잃게 되어, 축심의 금속 샤프트에는 여전히 다이어프램 누설 시 금속 부식과 오염의 문제가 존재한다. 다이어프램의 원주부에 다량의 열원 문제가 있으나 특별한 냉각 방안이 없고, 높은 온도 변화도를 구축할 수도 없다.
참조예 5가 제시하는 문제 1 내지 문제 4에 대한 해결 방안에 관한 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 큰 면적의 누적 두께 구역이 있으며, 출입구관 조인트도 누적 두께 구역과 연결된다. 통로 측벽의 두께도 열전도 면적을 대폭 증가시키고, 환형부 구조에 큰 열전도 면적이 있고, 다이어프램 중심부도 큰 열전도 면적을 구비한다.
문제 2: 자연 냉각: 외부면 자연 냉각만 있고, 특별한 냉각 방안이 없어, 높은온도 변화도 설계가 부족하다.
문제 3: 내부 냉각: 외부로부터 가스를 인입하여 냉각하는 메커니즘이 부족하다.
문제 4: 가압 밀폐: 이는 다이어프램 밸브 외부의 4개의 조임용 볼트가 환경 가스 부식으로 인해, 볼트가 느슨해지고 나아가 끊어짐이 발생하여, 다이어프램의 가압력 부족으로 인해 실질적으로 누설이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 상부 밸브 몸체가 밸브 몸체에 조여지고, 밸브 상부캡이 상부 밸브 몸체에 조여지며, 상부 밸브 몸체가 피스톤의 이동, 스프링의 작용력 및 고압 구동 가스 압력을 직접적으로 받아, 상부 밸브 몸체가 다이어프램 원주부에 대한 가압에 영향을 주게 된다. 회동 가능한 링형체가 밸브 몸체와 밸브 상부캡 사이에 설치되고, 상부 밸브 몸체의 외주면에서 밀폐되어, 상부 밸브 몸체가 느슨해지는 리스크를 증가하게 된다.
참조예 6
2014년 중국 특허, CN103717954 (A) Fluid control valve, 해당 참조예의 구조는 고온 용도에 사용되는 것으로, 본 참조예의 구동 실린더는 여기서 실린더체로 칭하는 상부 밸브 몸체를 포함한다. 해당 특허의 특징은: 실린더 챔버와 밸브 몸체의 접촉면 사이에 네킹(necking)부가 설치되고, 상기 접촉면이 밸브부와 구동 실린더 사이에 위치하여 다이어프램 원주부를 가압한다. 상기 접촉면이 밸브 몸체에서의 부분을 여기서 환형부로 칭한다. 네킹부는 실린더체에 설치되어 축소된 단면적을 구비하고, 네킹부의 하측에 원판형의 플렌지가 구비되어, 금속 볼트에 의해 밸브 몸체와 금속 고정판을 고정시켜, 다이어프램 원주부가 고정판과 원판형 플렌지의 지지 하에 가압력을 유지하도록 한다. 다음으로, 다이어프램의 비접액 측에 냉각 가스 조인트가 설치되어, 축심의 중심홀을 통해 실린더 챔버의 배기구로 연결되며, 목적은 200℃ ~ 250℃의 고온 용도를 제공하는 것이다. 본 참조예의 바람직한 실시예는 밸브부를 불소 수지를 사용하고, 구동 실린더는 밀폐 부재 외에 모두 금속 재질인 것이다. 밸브 본체의 열 에너지가 환형부를 통해 원판형 플렌지로 전달되는 것에 제한되고, 열 에너지 전달 경로도 네킹부의 단면적 감소에 제한되므로, 열 에너지가 구동 실린더로 효율적으로 전달될 수 없고, 더불어 외부 가스 냉각에 의해 고온 작동에 착오가 없음을 확보할 수 있다. 불소 수지 재질의 밸브부는 200℃를 초과할 경우 다량의 크리이프가 발생하게 되지만, 밸브부의 환형부는 고정판과 원판형 플렌지에 의해 지지되고, 금속 볼트가 고정판에 조여져 고온 영향을 받지 않아, 밸브체에서 크리이프가 발생하더라도 금속 볼트는 풀어지지 않는다.
본 참조예의 청구 범위의 제1항에는 금속 재료를 기재하지 않았으며, 실무 상 이러한 과불소 재료 구조에 의해 주장하고 있는 250℃에 달할 수 있는 데이터 설명이 개시되어 있지 않다. 이는 불소 수지가 200℃에 달할 경우 다량의 크리이프가 발생하기 때문이고, 금속 다이어프램 밸브가 고온에서 사용시 네킹 구조는 통상적인 설계이다. 2001년 미국 특허, US2001028049 (A1) High-temperature gas control valve, 2017년 대만 특허, TW201702508 (A)Diaphragm valve에 유사한 네킹 설계가 있으며, 축심에 구동 가스홀이 구비되어 냉각과 유사한 효과가 달성될 수 있다.
참조예 6을 과불소 재료 구조에 사용 시 여전히 다음과 같은 문제가 존재한다.
문제 1: 열전달 제한: 다이어프램의 원주부가 통로 열원 구역에 인접함으로써, 환형부의 밀폐홈과 다이어프램의 원주부가 가장 쉽게 변형되어 누설되는 위치가 된다. 또한, 밸브체의 환형부가 열 에너지 전달의 주요 경로가 된다. 열 에너지가 비금속 원판형 플렌지에 누적된다. 비금속 고정판이 다이어프램 원주부의 가압량 유지에 협조를 할 수 있지만, 고온 구조의 변형으로 인한 누설의 리스크는 여전히 높다. 실질적으로 효율적인 열전달 제한 구역은 상부 밸브 몸체의 네킹부로, 불소 수지 구조가 쉽게 고온 변형이 된다.
문제 2: 자연 냉각: 다이어프램의 원주부가 통로 열원 구역에 인접함으로써, 환형부의 밀폐홈과 다이어프램의 원주부가 가장 쉽게 변형되어 누설되는 위치가 된다. 밸브 몸체와 상부 밸브 몸체는 모두 표면에 의해 자연 방열되어, 과불소 수지의 네킹부의 구조 강도를 확보할 수 없고, 밸브 샤프트의 동심도와 수직도도 유지할 수 없다.
문제 3: 내부 냉각: 외부 가스를 유입하여 냉각하는 메커니즘이 있고, 다이어프램의 비접액 측에 냉각 가스 조인트를 설치하여, 축심의 중심홀을 통해 실린더의 배기구에 연결한다. 이러한 설치를 통해 다이어프램의 원주부에 더 많은 냉각을 제공할 수는 없다.
문제 4: 가압 밀폐: 불소 재료 원판형 플렌지와 비금속 고정판이 다수의 열 에너지로 인해 변형되고, 이로써 조여진 볼트가 느슨해져, 다이어프램 원주부의 가압력이 감소하게 된다. 고온에 의해 구동 실린더의 왕복 이동도 네킹부 구조에 직접적인 변형을 일으키게 된다.
참조예 7
2004년 일본 특허, JP2004019792a TRANSMISSION GAS DISCHARGE STRUCTURE OF DIAPHRAGM VALVE, 해당 특허는 소량의 유체가 다이어프램을 침투 관통하여 다이어프램 배면에 지속적으로 누적됨으로써, 이러한 지속적인 누적에 의한 부식성 유체가 밸브의 내부 부품을 파손시키는 것을 해결한다. 본 참조예의 구조는 4개의 조임 볼트를 사용하여, 밸브 몸체, 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡을 함께 조이고, 여기서 밸브 상부캡의 내부 수용 챔버는 구동 실린더로 구동 가스 조인트를 구비하고, 밸브 샤프트의 피스톤은 실린더 챔버 내에서 왕복 이동을 하며, 상부 밸브 몸체는 다이어프램 비접액 측에 2개의 서로 연통되는 세척 가스 가이드홀과 조인트가 구비하되, 하나는 입구이고 하나는 출구로, 누적된 침투 유체를 배출할 수 있다.
참조예 7은 다이어프램 배면에 누적된 유체에 대한 세척으로, 고온 용도에 대해 전문적으로 제출한 설계가 아니다. 그러나, 세척 가스 가이드홀의 설계는 고온 용도의 다이어프램과 밸브 샤프트의 냉각에도 사용될 수 있으나, 구조 상 다이어프램 원주부의 냉각 수요를 만족시킬 수 없다. 유출관 위치가 유입관보다 높으므로, 밸브 챔버에 통로 설계가 없으며, 벽 두께가 두꺼운 환형부를 사용하고, 그의 개구 내측에 밀폐홈을 설치하여 다이어프램의 원주부를 설치하는 것에 의해, 밸브 챔버의 다량의 열원이 환형부와 밸브 샤프트를 통해 상향 전달되게 된다.
참조예 7을 고온 용도에 사용할 경우 여전히 다음과 같은 문제가 존재한다.
문제 1: 열전달 제한: 다이어프램의 원주부가 통로 열원 구역에 인접함으로써, 환형부의 밀폐홈과 다이어프램의 원주부가 가장 쉽게 변형되어 누설되는 위치가 된다. 또한, 상부 밸브 몸체에 큰 열전도 면적이 구비되어 열 에너지 누적이 발생하게 되고, 4개의 금속 볼트 및 볼트 기둥에도 다량의 열전달이 형성되어, 구조 전체가 고온 변형되어 누설의 리스크가 여전히 높다.
문제 2: 자연 냉각: 다이어프램의 원주부가 통로 열원 구역에 인접함으로써, 환형부의 밀폐홈과 다이어프램의 원주부가 가장 쉽게 변형되어 누설되는 위치가 된다. 밸브 몸체는 표면에 의해 자연 방열되어, 환형부가 고온에서의 구조 강도, 밸브 샤프트의 동심도와 수직도를 유지할 수 없게 된다.
문제 3: 내부 냉각: 외부 가스를 유입하여 냉각하는 메커니즘이 있고, 상부 밸브 몸체는 다이어프램 비접액 측에 2개의 서로 연통되는 세척 가스 가이드홀과 조인트가 구비되어, 하나는 입구이고, 하나는 출구로, 다이어프램에 의해 침투되어 누적된 유체를 배출할 수 있다. 이러한 장치는 다이어프램과 밸브 샤프트의 냉각 용도로도 사용할 수 있어, 상부 밸브 몸체의 온도를 낮추게 되지만, 다이어프램의 원주부에 더 많은 냉각을 제공할 수는 없다.
문제 4: 가압 밀폐: 환형부가 다수의 열 에너지를 받아 변형되어, 높은 온도 변화도를 구축할 수 없고, 이로써 조임 볼트가 느슨해져 다이어프램 원주부의 가압력이 감소된다.
상술한 참조예 1 내지 참조예 7에 대한 설명, 및 문제 1 내지 문제 4에 대한 논술을 통해, 종래 기술의 불소 수지 재료로 제조되는 다이어프램 밸브는 200℃의 고온의 수요를 전혀 만족시킬 수 없다.
부식 액체: 불화 수소산, 염산, 황산 등 유체 이송.
200℃에서 불소 수지에 재료 크리이프 결함이 쉽게 발생하는 것을 개선한, 불소 수지로 제조되는 다이어프램 밸브는, 밸브 몸체, 다이어프램 등 부재를 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트 및 상기 밸브 몸체의 일부 구조 등 부재를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 구동 실린더는 실린더 구조를 포함하고, 구동 가스 조인트와 냉각 가스 조인트를 더 포함하며, 상기 실린더 구조는 상기 밸브 상부캡에 의해 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되고, 상기 실린더 구조의 내부에는 밸브 샤프트 어셈블리와 스프링 등 부재가 수용되어 상기 구동 실린더를 구성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 밸브 샤프트 어셈블리 중의 피스톤에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리되고, 상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조는 상기 다이어프램, 상기 밸브 샤프트와 상기 상부 밸브 몸체 등을 포함하는 부재로 구성되고, 상기 밸브 샤프트의 말단은 상기 밸브 상부캡의 중앙 관통홀을 관통하게 되고, 상기 실린더 챔버는 상기 다이어프램 밸브의 상이한 구조로 인해 환형부 또는 상기 밸브 상부캡에 설치된다.
상기 밸브 몸체는 유입관, 유출관, 밸브 챔버, 환형부 및 사각부를 구비한다.
상기 다이어프램 밸브의 열원 구역은 모두 상기 밸브 몸체에 위치하여, 밸브 챔버 열원 구역, 통로 열원 구역, 유입관 열원 구역, 유출관 열원 구역, 입구 조인트 열원 구역, 출구 조인트 열원 구역을 구비하고, 고온 액체는 관벽, 상기 사각부, 상기 환형부, 상기 상부 밸브 몸체와 상기 다이어프램을 통해 외부로 전달된다.
상기 밸브 챔버는 밸브 시트와 통로를 포함하고, 상기 다이어프램은 원주부, 탄성편과 중심부를 구비하며, 상기 원주부는 상기 밸브 챔버를 완전히 밀폐시킬 수 있고, 상기 중심부는 밸브 시트와 상대적으로 개폐된다.
상기 밸브 샤프트는 조임부, 중공 샤프트바, 축심홀과 피스톤부를 구비하고, 상기 조임부는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이고, 상기 중공 샤프트바는 상기 상부 밸브 몸체의 샤프트 홀부를 관통하여 복수 개의 "O"형 링에 의해 밀폐된다.
상기 환형부는 개구된 환형 구조를 가지고, 밀폐면, 개구부, 내주면, 최소 직경부위 및 외주면을 포함하며, 상기 내주면은 밀폐홈과 "O"형 링홈을 포함한다.
상기 사각부는 사각판, 다수 개의 종방향 수직 립, 다수 개의 횡방향 수직 립, 다수 개의 수평 립을 포함하여, 수평으로 개구된 격자형 립 구조를 구성하고, 상기 종방향 수직 립은 상기 사각판 하측과 상기 유입관, 상기 유출관의 상측을 연결하고 상기 통로에 연결되며, 상기 사각판은 중간이 개구되어 상기 밸브 챔버를 수용하고, 상기 통로 측벽과 서로 연결된다.
상기 상부 밸브 몸체는 외주면, 내주면, 가압부, 샤프트 홀부, 다이어프램 챔버를 구비하고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부 내부에 설치되고, 상기 가압부는 다이어프램의 상기 원주부를 상기 환형부의 상기 밀폐홈에 가압하고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부의 상기 내주면에 설치되어, 중앙이 원뿔형으로 돌출된 개구된 컵 모양 구조를 가진다.
상기 밸브 상부캡은 내부 수용 챔버, 상단부, 중앙 관통홀, 외주면 및 밀폐면을 구비하고, 상기 밸브 상부캡은 상기 환형부 상측에 설치된다.
상기 환형부와 상기 밸브 챔버는 컵 모양 구조를 구성하고, 상기 컵 모양 구조의 개구 부분은 상기 다이어프램에 의해 밀폐된다. 상기 컵 모양 구조는 고온 액체를 수용하되 액체 압력도 받는다. 상기 컵 모양 구조는 깊은 컵 모양으로, 이는 외측 테두리 높이의 범위가 상부 밸브 몸체 높이의 80%~160%에 도달했기 때문이다. 또한, 상기 다이어프램은 상기 컵 모양 구조의 바닥부와 근접하는 위치에 설치되고, 상기 위치에는 냉각을 진행하는 냉각 통로가 구비되며, 고온 변형 시 구조 강도가 높은 상기 환형부가 협조도 해준다. 상기 밸브 샤프트 어셈블리는 상기 환형부에 설치되며, 즉 깊은 컵 모양 구조는 밸브 샤프트 어셈블리에게 가장 안정적인 지지 구조를 제공하는 것으로, 밸브 샤프트의 개폐 이동 시 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 입자 석출의 감소에도 가장 큰 도움이 된다.
본 발명은 밸브 몸체, 실린더 구조와 밸브 샤프트 어셈블리의 창조적인 구조에 의해 달성된다. 본 발명의 창조적인 구조는 상기 다이어프램 밸브의 상이한 형식에 적용되며, 이는 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브, 비금속 상시 개방 다이어프램 밸브, 금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브, 정전 도출 상시 개방 다이어프램 밸브에 적용되고, 상기 정전 도출 다이어프램 밸브는 전도성 섬유가 상기 축심홀 및 상기 볼트홀의 빈 공간을 관통하여 링형 곡선형으로 감겨져 상기 다이어프램 표면에 부착됨으로써, 상기 축심홀 내의 상기 전도성 섬유가 고정된 상태가 되어, 밸브 샤프트와 함께 상대적 회동을 하지 않는다.
본 발명의 열원 격리 방법은 열전달 제한 방법과 방열 방법을 포함하고, 이로써 열원을 격리하고, 방열을 강화하여 구조의 온도 변화도를 유지할 수 있다. 본 발명의 열전달 제한 방법은 구조의 열전달 단면 두께를 제한하는 것으로, 이하에서 열전달 제한 구역으로 약칭하고, 열원 구역에서 전도되는 열 에너지를 감소하여, 열원 격리 목표에 달성한다.
열원 격리 방법은 다수 개의 열전달 제한 방법과 다수 개의 방열 방법을 포함하여 달성되며, 상기 열전달 제한 방법은 구조의 열전달 단면 두께를 제한함으로써 열전달 제한 구역을 구성하고, 1인치 구경의 다이어프램 밸브를 예로 하여, 열전달 단면 두께
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3mm이다. 상기 사각부의 상기 격자형 립도 열전달 제한 구역이다. 상기 환형부의 최소 직경 부위의 상기 밀폐홈의 외측벽이 상기 환형부의 내주면이고, 조립된 상기 다이어프램이 상기 최소 직경 부위와 실질적으로 동일한 수평 위치에 위치되고, 상기 밀폐홈의 내측벽이 상기 통로의 측벽이고, 상기 밀폐홈의 바닥부가 상기 사각판이며, 이들은 모두 열전달 제한 구역이다. 상기 외주면에는 다수 개의 수직 방열 립이 설치되어 상기 사각판과 연결되고, 상기 방열 립은 모두 상기 열전달 제한 구역을 구비한다. 상기 실린더 구조는 상기 환형부의 일부를 포함하고, 상기 실린더 구조는 상기 사각판과 상기 환형부의 열전달 제한 구역의 상측에 위치한다. 상기 실린더 구조가 다수 개의 볼트 기둥과 다수 개의 금속 볼트에 의해 조임 밀폐될 경우, 상기 볼트 기둥과 상기 금속 볼트가 모두 환형부의 최소 직경 상측, 사각판 상측에 위치하여 열전달 제한 구역의 상측에 위치한다. 상기 냉각 가스 조인트가 밸브 상부캡에 설치될 경우, 상기 실린더 구조 외측의 다수 개의 가스 기둥은 모두 환형부의 최소 직경 상측, 사각판 상측에 위치하여 열전달 제한 구역의 상측에 위치한다.
상기 방열 방법은 외부 다수 개의 자연 냉각 구조와 내부 냉각 구조를 포함하며, 외부의 상기 자연 냉각 구조는 상기 격자형 립, 상기 환형부의 상기 립과 상기 밸브 상부캡의 상기 립에 의해 자연 대류 냉각을 제공하고, 상기 내부 냉각 구조는 냉각 가스가 가스 냉각 통로를 통해 달성된다. 상기 가스 냉각 통로는 상기 환형부의 하나 이상의 냉각 가스홀을 포함하여 냉각 가스 링홈과 연통되고, 상기 냉각 가스 링홈은 또 상기 상부 밸브 몸체의 상기 가압부와 연통되어 다수 개의 냉각 가스 가이드홀을 구비한다. 상기 냉각 가스 가이드홀은 상기 다이어프램 챔버와 연통되고, 다음으로 상기 중공 샤프트바의 다수 개의 가이드홀에 의해 상기 축심홀과 연통된다.
내부 자연 냉각은 중공 샤프트바의 고온에서의 가스 부력을 이용하여, 외부 냉각 가스가 상기 환형부의 다수 개의 냉각 가이드홀을 통해 유입되도록 하고, 중공 샤프트바의 열기를 배출하는 목적에 달성한다. 내부 강제 냉각은 외부에서 냉각 가스를 강제로 공급하고, 상기 냉각 가스 조인트에 의해 고압 냉각 가스를 연결하여, 냉각 가스가 냉각 가이드홀을 통해 상기 냉각 가스 링홈으로 진입하여, 중공 샤프트바를 통해 내부 강제 냉각을 구성한다. 냉각 가스는 상기 환형부의 상기 냉각 가스 링홈을 통해 상기 상부 밸브 몸체의 상기 다수 개의 냉각 가스 가이드홀을 통과함으로써 상기 다이어프램의 상기 원주부를 냉각하고, 비접액 측의 상기 다이어프램 공간을 통과함으로써 상기 다이어프램을 냉각하고, 중공 샤프트바의 상기 축심홀을 통해, 상기 다이어프램의 상기 중심부로부터 전달된 열 에너지를 가져감으로써, 밀폐용 불소 "O"형 링이 고온의 영향을 받지 않도록 확보한다.
상기 환형부와 상기 다이어프램의 상기 원주부가 가장 쉽게 열 변형되어 누설되는 위치가 되어, 상기 상부 밸브 몸체가 다이어프램의 상기 원주부를 상기 환형부의 상기 밀폐홈에 가압할 경우 상기 원주부가 상기 냉각 가스홀과 서로 인접된다. 상기 컵 모양 구조는 깊은 컵 모양으로, 이는 외측 테두리 높이의 범위가 상부 밸브 몸체 높이의 80%~160%에 도달했기 때문이다. 또한, 상기 다이어프램은 상기 컵 모양 구조의 바닥부와 근접하는 위치에 설치되고, 상기 위치에는 냉각을 진행하는 냉각 통로도 구비되며, 고온 변형 시 구조 강도가 높은 상기 환형부가 협조도 해준다. 상기 밸브 샤프트 어셈블리는 상기 환형부에 설치되며, 즉, 깊은 컵 모양 구조는 밸브 샤프트 어셈블리에게 가장 안정적인 지지 구조를 제공하는 것으로, 밸브 샤프트의 개폐 이동 시 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 입자 석출의 감소에도 가장 큰 도움이 된다. 상기 실린더 구조는 상기 사각판과 상기 환형부의 열전달 제한 구역 상측에 위치하며, 상기 구동 실린더의 조임 밀폐 장치와 부재를 포함한다. 외부 자연 냉각에 있어서, 상기 사각부의 상기 격자형 립 구조와 상기 환형부의 상기 외주면의 상기 다수 개의 방열 립이 다량의 자연 방열 표면을 제공함으로써, 구조의 높은 온도 변화도를 유지하고, 수평으로 개구된 다층 립이 개방되어 통풍 구조 특징을 구비하여 자연 방열을 가속화할 수 있다.
내부 냉각법에 있어서, 냉각 가스는 상기 환형부의 상기 냉각 가스 링홈을 통해 상기 상부 밸브 몸체의 상기 다수 개의 냉각 가스 가이드홀을 통과함으로써, 상기 다이어프램의 상기 원주부를 냉각하고, 비접액 측의 상기 다이어프램 공간을 통과함으로써 상기 다이어프램을 냉각하고, 중공 샤프트바의 상기 축심홀을 통해, 상기 다이어프램의 상기 중심부로부터 전달된 열 에너지를 가져감으로써, 밀폐용 불소 "O"형 링이 고온의 영향을 받지 않도록 확보하여, 과불소 수지의 다이어프램 밸브가 200℃의 고온 용도에 달성하도록 확보한다. 자연 순환 냉각일 경우, 밸브 내부의 중공 축심 통로 내의 열공기 부력를 이용하여, 외부 공기가 하나 이상의 상기 냉각 가스홀을 통해 유입되도록 가이드한다. 강제 순환 냉각일 경우, 고압 냉각 가스를 공급함으로써, 200℃의 고온 고부식 용도의 신뢰도와 내구성을 추가로 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다이어프램 밸브 구조이기도 하며, 이는 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 사각부는 제1 측면, 제2 측면, 바닥면, 유입관, 유출관 및 밸브 챔버를 포함하고, 상기 밸브 챔버는 밸브 시트와 통로를 포함하며, 상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되어 상기 다이어프램을 가압하고, 상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 피스톤 부분에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리되며, 상기 밸브 샤프트는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이는 조임부를 포함하고, 다수 개의 립은 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 바닥면 중의 어느 하나 이상에 위치한다.
본 발명은 다이어프램 밸브 구조이기도 하며, 이는 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며, 상기 상부 밸브 몸체는 다이어프램 챔버를 포함하고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되어 상기 다이어프램을 가압하고, 상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 피스톤 부분에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 구획되며, 상기 밸브 샤프트는 조임부, 중공 샤프트바 및 축심홀을 포함하며, 상기 조임부는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이고, 상기 중공 샤프트바에는 가이드홀이 설치되어, 상기 가이드홀이 상기 축심홀과 연통되고, 상기 다이어프램 챔버와도 연통되며, 가스 냉각 통로는 상기 환형부에 설치되어, 상기 다이어프램 챔버까지 관통된다.
본 발명은 다이어프램 밸브 구조이기도 하며, 이는 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되어 상기 다이어프램을 가압하고, 상기 상부 밸브 몸체는 제1 링형홈을 포함하고, 상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 피스톤 부분에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 구획되며, 상기 밸브 샤프트는 조임부, 중공 샤프트바 및 완충 링을 포함하며, 상기 조임부는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이고, 상기 완충 링은 전술한 제1 링형홈에 대응되게 조합된다.
본 발명은 다이어프램 밸브 구조이기도 하며, 이는 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 사각부와 상기 환형부의 연결되는 부위에는 최소 직경이 구비되고, 상기 환형부는 밀폐홈이 구비되는 내주면을 구비하여, 상기 밀폐홈이 상기 최소 직경 부위에 위치하고, 상기 최소 직경 부위의 외면은 테이퍼형으로 마련되며, 상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 원주부를 상기 밀폐홈 위치에 가압하는 가압부를 포함하고, 상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 피스톤 부분에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 구획되며, 상기 밸브 샤프트는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이는 조임부를 포함한다.
본 발명은 다이어프램 밸브 구조이기도 하며, 이는 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며,
상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 사각부는 밸브 챔버를 포함하여, 상기 환형부와 상기 밸브 챔버가 깊은 컵 모양의 컵 모양 구조를 구성하며,
상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며,
상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되어 상기 다이어프램을 가압하며,
상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 피스톤 부분에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 구획되며,
상기 밸브 샤프트는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이는 조임부를 포함하고, 상기 컵 모양 구조의 외측 테두리 높이는 상부 밸브 몸체 높이의 80%~160%에 도달한다.
열원 격리는 아래의 문제 1 내지 문제 4에 대해 바람직한 대책을 제시하였고, 열원 격리 방안은 200℃의 고온 용도에 만족할 수 있으며, 설명은 다음과 같다.
문제 1: 열전달 제한: 통로 측벽, 사각판, 상부 밸브 몸체와 환형부에 모두 단면적이 제한을 받는 열전달 제한 구역이 설치되고, 열원 구역의 유입관 조인트, 유출관 조인트, 유입관, 유출관과 통로는 모두 사각부의 격자형 립 구조에 의해 지지되어, 열전도 면적이 제한되고 열 에너지가 외부로 전달되는 경로가 수평으로 개구된 립으로 분산되어 방열되도록 한다. 상부 밸브 몸체의 제1 링형홈과 제2 링형홈의 바닥부에 열전달 제한 구역이 설치된다. 열원 구역의 열 에너지는 외부로 전달 시 열전도 면적의 제한을 받아 대폭 감소되며, 열전도 양의 감소에 의해 방열 립 및 부재의 외부면의 자연 방열이 가능하게 된다.
문제 2: 자연 냉각: 밸브 몸체 구조는 다량의 자연 방열 표면을 사용함으로써, 구조의 높은 온도 변화도를 유지하고, 사각부의 수평으로 개구된 격자형 다층 립은 개방되어 통풍 구조 특징을 구비하여 자연 방열을 가속화할 수 있어, 높은 온도 변화도를 충분히 유지하여 구조 강도를 확보할 수 있다. 열 에너지가 환형부로 전달될 경우, 외주면의 방열 립이 자연 방열을 제공한다.
문제 3: 내부 냉각: 상기 가스 냉각 통로는 다이어프램 밸브 내부의 다이어프램과 밸브 샤프트에 대한 냉각으로, 원래의 열원 격리 효과를 증가한다. 강제 순환 냉각 또는 자연 순환 냉각의 가스는 가스 링홈을 통해 상부 밸브 몸체의 다수 개의 가이드홀을 통과함으로써 다이어프램의 원주부를 냉각하고, 비접액 측으로 흘러 다이어프램을 냉각하고, 다음으로 중공 샤프트바의 가이드홀을 통해 중심홀로 진입하여, 다이어프램의 중심부로부터 전달된 열 에너지를 가져감으로써, 밀폐용 불소 "O"형 링이 고온의 영향을 받지 않도록 확보하여, 과불소 수지의 다이어프램 밸브가 200℃의 고온 용도에 달성하도록 확보한다. 가스 공급 방식은 자연 순환 냉각 또는 외부 가스 강제 냉각이 있다.
자연 순환 냉각일 경우, 밸브 내부의 중공 축심 통로 내의 열공기 부력를 이용하여, 외부 공기가 하나 이상의 가스 가이드홀을 통해 유입되도록 가이드한다.
강제 순환 냉각일 경우, 고압 냉각 가스가 냉각 가스 조인트를 통해 공급되어, 200℃의 고온 고부식 용도의 신뢰도와 내구성을 추가로 향상시킬 수 있다.
문제 4: 가압 밀폐: 밸브 몸체, 실린더 구조와 밸브 샤프트 어셈블리의 구조는 높은 구조 강도, 내환경부식 가스와 피스톤 왕복 이동에 대한 지지에 부합된다.
높은 구조 강도: 밸브 몸체의 사각부는 수평으로 개구된 격자형의 립 구조를 구비하여, 밸브 몸체의 구조 강도를 제공하고 열전달 제한 메커니즘을 구비한다. 상기 환형부와 상기 밸브 챔버는 컵 모양 구조를 구성하되, 깊은 컵 모양으로, 이는 외측 테두리 높이의 범위가 상부 밸브 몸체 높이의 80%~160%에 도달했기 때문이다. 또한, 상기 다이어프램은 상기 컵 모양 구조의 바닥부와 근접하는 위치에 설치되고, 상기 위치에는 냉각을 진행하는 냉각 통로가 구비되며, 고온 변형 시 구조 강도가 높은 상기 환형부가 협조도 해주어, 종래 기술에 비해 더 높은 강도의 구조를 구비하게 된다. 상기 밸브 샤프트 어셈블리는 상기 환형부에 설치되며, 즉 깊은 컵 모양 구조는 밸브 샤프트 어셈블리에게 가장 안정적인 지지 구조를 제공하는 것으로, 밸브 샤프트의 개폐 이동 시 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 입자 석출의 감소에도 가장 큰 도움이 된다. 상기 실린더 구조는 상기 환형부의 구조에 의해 지지되어, 샤프트 홀부의 강성 지지를 확보하고 밸브 샤프트의 수직도와 동심도를 확보한다. 외주면에 방열 립을 설치함으로써, 실린더 챔버에 별도의 지지력을 제공할 수 있고, 피스톤이 실린더 챔버에서의 구동 기압과 스프링 진동은 모두 밸브 몸체로 전달되어 밸브 몸체의 구조에 의해 흡수되고 지지될 수 있어, 가압력으로 인한 구조 크리이프에 의해 느슨해지는 영향을 대폭 감소하게 된다. 또한, 상기 실린더 구조가 환형부의 열전달 제한 구역의 상측에 위치하고, 상기 상부 밸브 몸체도 열전달 제한 구역을 구비함으로써, 열원 구역의 열 에너지 전달을 감소할 수 있어, 실린더 구조 강도를 유지할 수 있다.
내환경부식 가스: 비금속 구조일 경우, 밸브 상부캡은 나사산에 의해 밸브 몸체에 조여져, 금속 산화물 오염 문제가 없다. 금속 구조일 경우, 실린더 구조의 금속 볼트가 상기 볼트 기둥의 보호를 받으며, 또한 상기 볼트 기둥은 하나의 밀폐면만을 구비하고, 상기 밀폐면과 상기 다이어프램의 상기 원주부 사이의 높이 차이값이 적어도 상기 상부 밸브 몸체의 길이의 80% 이상에 달하여, 금속 산화물이 주변으로 확산 시, 이러한 높이에 의해 침투 오염 문제를 충분히 차단할 수 있다. 작업 검사자는 볼트가 부식되어 교체가 필요한지 여부를 검사할 필요가 없으며, 즉 밸브 몸체의 외부면이 환경 부식 가스의 침식을 받더라도, 가압력이 감소하는 문제가 없게 된다.
피스톤 왕복 이동에 대한 지지: 피스톤의 왕복 이동은 실린더 챔버에서 실행되며, 상부 밸브 몸체가 환형부의 내주면에 설치되어, 밸브 몸체가 다수의 피스톤 작용력과 고압 가스 압력을 받아, 상부 밸브 몸체는 이에 의해 변형되거나 느슨해지지 않으며, 더욱이 가압력이 감소되어 다이어프램의 누설이 발생하지 않아, 밸브 샤프트의 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 다이어프램 원주부의 가압력을 확보하여 누설의 발생을 감소시키고 사용 수명을 연장한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 상시 개방 다이어프램 밸브의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 밸브 몸체 열원 구역을 나타내는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 다이어프램 밸브의 열전달 경로를 나타내는 도면이다.
도 2c는 본 발명의 다이어프램 밸브의 자연 방열 경로를 나타내는 도면이다.
도 2d는 본 발명의 다이어프램 밸브의 내부 냉각을 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 밸브 몸체의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 밸브 몸체의 유입관 위치의 횡단면을 나타내는 도면이다.
도 3c는 본 발명의 제2형 밸브 몸체의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 상시 폐쇄 수나사 베어링 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 상시 개방 수나사 베어링 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 4c는 본 발명의 상시 폐쇄 플랜지 밸브 샤프트 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 4d는 본 발명의 상시 개방 플랜지 밸브 샤프트 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 4e는 본 발명의 상시 폐쇄 정전 밸브 샤프트 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 환형부 실린더 챔버의 실린더 구조에 수나사 베어링 어셈블리를 사용한 것을 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 밸브 상부캡 실린더 챔버의 실린더 구조에 수나사 베어링 어셈블리를 사용한 것을 나타내는 도면이다.
도 5c는 본 발명의 밸브 상부캡 실린더 챔버의 실린더 구조에 플랜지 베어링 어셈블리를 사용한 것을 나타내는 도면이다.
도 6a는 종래의 내고온 다이어프램 밸브의 단면도이다.
도 6b는 종래의 밸브 몸체의 횡단면도이다.
도 6c는 종래의 밸브 몸체 열원 구역을 나타내는 도면이다.
도 6d는 종래의 다이어프램 밸브의 열전달 경로를 나타내는 도면이다.
도 6e는 종래의 다이어프램 밸브의 방열을 나타내는 도면이다.
도 6f는 종래의 다이어프램 밸브의 밸브 몸체의 단면도로서, 제2형 사각부를 사용하고, 금속 환형부를 구비한다.
본 발명의 열원 격리 방법은 열전달 제한 방법과 방열 방법을 포함하고, 이로써 열원을 격리하고, 방열을 강화하여 구조의 온도 변화도를 유지할 수 있으며, 본 발명의 열전달 제한 방법은 구조의 열전달 단면 두께를 제한하는 것으로, 이하에서 열전달 제한 구역(147)으로 약칭하고, 열원 구역에서 전도되는 열 에너지를 감소하여, 열원 격리 목표에 달성한다.
도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 도 4e, 도 5a, 도 5b, 도 5c를 참조한다.
수지로 제조되는 다이어프램 밸브, 예를 들어 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브(1a)는 밸브부(10a)와 구동 실린더(10b)로 구성되고, 열원 격리 방법을 구현하며, 상기 밸브부(10a)는 밸브 몸체(2), 다이어프램(3) 등 부재를 포함하고, 상기 구동 실린더(10b)는 상부 밸브 몸체(5), 밸브 상부캡(6), 밸브 샤프트(4), 구동 가스 조인트(171) 및 냉각 가스 조인트(161)를 포함하고, 상기 구동 가스 조인트(171)와 상기 냉각 가스 조인트(161)는 모두 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치한다.
상기 밸브 상부캡(6)은 상기 밸브 몸체(2)에 조여서 밀폐되어 실린더 구조(8)를 형성하고, 상기 실린더 구조(8)의 내부에는 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)와 스프링 등 부재가 수용되고, 상기 실린더 구조(8)는 실린더 챔버(175)를 구비한다. 상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)는 상기 다이어프램(3), 상기 밸브 샤프트(4)와 상기 상부 밸브 몸체(5)를 포함하고, 상기 실린더 챔버(175)는 상기 다이어프램 밸브의 상이한 구조로 인해 상기 밸브 몸체(2) 또는 상기 밸브 상부캡(6)에 설치된다.
밸브 몸체(2)는 환형부(24)와 사각부(25)를 포함하고, 상기 사각부(25)는 유입관(21), 유출관(22), 밸브 챔버(23)를 포함하고, 상기 유입관(21)은 관 조인트(211)와 연결되고, 상기 유출관(22)은 관 조인트(221)와 연결된다.
상기 밸브 챔버(23)는 밸브 시트(231), 통로(232)와 통로 측벽(233)을 포함하고, 상기 밸브 시트(231)는 중앙 위치에 위치하여, 주변에 원주형이 형성되어 오목된 상기 통로(232)와 대칭된다.
상기 환형부(24)는 밀폐면(240), 개구부(241), 최소 직경 부위(242), 내주면(243), 밀폐홈(245), 외주면(246)과 방열 립(248)을 구비하고, 구동 가스홀(172), 냉각 가스홀(162)이 설치되고, 상기 환형부(24) 일단의 최소 직경 부위(242)는 상기 사각부(25)와 연결되고, 상기 최소 직경 부위(242)의 외면은 테이퍼형으로 마련되며, 상기 방열 립(248)은 상기 최소 직경 부위(242)의 상기 외주면(246)에 설치되어 상기 사각부(25)와 연결되며, 상기 사각부(25), 상기 최소 직경 부위(242), 상기 밀폐홈(245)과 상기 방열 립(248)은 모두 열전달 제한 구역(147)이다.
상기 사각부(25)는 사각판(251)과 다수 개의 립을 구비하고, 상기 립은 다수 개의 수평 립(253), 종방향 수직 립(254), 다수 개의 횡방향 수직 립(255)을 포함하고, 상기 사각판(251)의 중간 개구는 상기 밸브 챔버(23)를 수용하기 위한 것으로, 상기 통로 측벽(233)과 서로 연결되고, 상기 사각판(251)의 하측에는 상기 종방향 수직 립(254)과 상기 횡방향 수직 립(255)이 설치되어 유입관(21), 유출관(22)과 통로 측벽(233)을 연결되며, 상기 사각판(251)과 상기 종방향 수직 립(254), 횡방향 수직 립(255)은 모두 열전달 제한 구역(147)이다.
상기 다이어프램(3)은 원주부(31), 탄성편(32)과 중심부(33)를 구비하고, 상기 중심부(33)에는 볼트홀(331)이 설치된다.
상기 밸브 샤프트(4)는 조임부(41), 중공 샤프트바(42)와 피스톤부(43)를 구비하고, 상기 조임부(41)는 상기 다이어프램(3)의 상기 중심부(33)를 조이고, 상기 중공 샤프트바(42)는 상기 상부 밸브 몸체(5)의 샤프트 홀부(53)를 관통하여 복수 개의 "O"형 링에 의해 밀폐되고, 상기 중공 샤프트바(42)에는 축심홀(425)과 다수 개의 가이드홀(426)이 설치되고, 상기 피스톤부는 플레이트부(431), 하부 링형 립(432)과 상부 링형 립(433)을 구비하고, 상기 상부 링형 립(433)은 상기 플레이트부(431)의 상측에 설치되고, 상기 하부 링형 립(432)은 상기 플레이트부(431)의 하측에 설치된다.
상기 상부 밸브 몸체(5)는 상기 환형부(24)의 내측에 설치되고, 상기 상부 밸브 몸체(5)는 외주면(51), 가압부(52), 상기 샤프트 홀부(53), 제1 링형홈(54), 제2 링형홈(55), 다이어프램 챔버(56)를 구비하고, 상기 가압부(52)에는 다수 개의 냉각 가이드홀(164)과 구동 가이드홀(174)이 설치되고, 상기 제2 링형홈(55)에는 다수 개의 반경방향 립(551)이 설치되며, 상기 제1 링형홈(54)과 상기 제2 링형홈(55)의 바닥부는 모두 열전달 제한 구역(147)이다.
상기 밸브 상부캡(6)은 컵모양으로 밸브 몸체(2)에 거꾸로 설치되고, 내부 수용 챔버(61), 상단부(62), 외주면(63)과 밀폐면(64)을 구비하고, 상기 내부 수용 챔버(61)는 내주면(611)을 구비하고, 상기 상단부(62)는 중앙 관통홀(621), 다수 개의 방열 립(625)을 구비한다.
상기 관 조인트(211)는 상기 사각부(25)의 일측에 설치되고, 상기 유입관(21)은 수평방향으로 상기 사각부(25)의 일측을 관통하여, 상기 밸브 시트(231)의 통로(232)와 연통되고, 상기 밸브 시트(231)의 개구는 상기 다이어프램(3)의 상기 중심부(33)와 맞대어 접촉하고, 상기 유출관(22)의 입구는 상기 밸브 챔버의 통로 측벽(233)에 설치되어, 사각부(25)의 타측을 관통하여 상기 관 조인트(221)와 연결된다.
상기 유입관(21) 및 상기 유출관(22)의 연장 방향은 수평 방향으로, 상기 통로(232)의 최고 위치가 상기 유입관(21)과 상기 유출관(22)의 상측에 위치하고, 통로 측벽(233)의 두께가 유입관(21)과 동일하고, 상기 통로 측벽(233)은 열전달 제한 구역(147)이다.
상기 원주부(31)는 상기 밀폐홈(245)에 고정되어 상기 냉각 가스홀(162)과 서로 인접되고, 상기 가압부(52)에 의해 상기 밸브 챔버(23)를 완전히 밀폐시킬 수 있으며, 상기 다이어프램(3)과 상기 최소 직경 부위(242)가 실질적으로 동일한 수평 위치에 위치되고, 상기 중심부(33)는 상기 밸브 시트(231)와 대응되게 개폐된다.
상기 실린더 구조(8)는 상기 밸브 상부캡(6), 상기 상부 밸브 몸체(5)와 상기 환형부(24)를 포함하고, 상기 실린더 챔버(175)는 상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)의 상기 피스톤부(43)에 의해 상부 실린더 챔버(175a)와 하부 실린더 챔버(175b)로 분리되고, 상기 실린더 챔버(175)는 환형부(24)의 내주면(243)에 설치될 수 있고, 밸브 상부캡(6)의 내부 수용 챔버(61)의 내주면(611)에 설치될 수도 있으며, 상기 피스톤부(43)의 외측 테두리는 상기 실린더 챔버(175)와 결합되어 왕복 이동을 한다. 상기 밸브 샤프트(4)의 말단은 상기 밸브 상부캡(6)의 상기 중앙 관통홀(621)을 관통하고, 상기 실린더 구조(8)는 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치한다.
상술한 수평 립(253), 종방향 수직 립(254), 횡방향 수직 립(255)은 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로 측벽(233)에 연결되어, 종래 기술의 누적 두께(9163) 문제가 존재하지 않는다.
상기 하부 링형 립(432)은 상기 제2 링형홈(55)과 결합되되, 양자 간의 크기는 슬라이딩 결합으로, 상기 다이어프램(3)이 상하 이동 시 감쇠 효과를 제공할 수 있어 완충이 된다.
상기 실린더 구조(8)는 상기 환형부(24)의 구조에 의해 지지되어, 샤프트 홀부(53)의 강성 지지를 확보하고 밸브 샤프트(4)의 수직도와 동심도를 확보한다. 상기 외주면(246)에 상기 방열 립(248)이 설치되어 상기 실린더 구조(8)에게 별도의 지지력을 제공할 수 있으며, 이는 상기 상부 밸브 몸체(5)의 외주면(51)이 모두 상기 환형부(24)의 내측에 설치되었기 때문이다. 상기 피스톤부(43)은 상기 실린더 챔버(175)에서의 구동 기압과 스프링 진동이 모두 상기 밸브 몸체(2)에 전달되어, 즉 상기 밸브 몸체(2)의 구조가 가압력을 흡수 및 지지할 수 있어, 구조 크리이프가 쉽게 발생하지 않아 느슨해지지 않는다. 또한, 상기 실린더 구조(8)가 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치하고, 상기 상부 밸브 몸체(5)도 열전달 제한 구역(147)을 구비하므로, 열원 구역의 열 에너지 전달을 감소하여 상기 실린더 구조(8)의 강도를 유지할 수 있다.
상기 환형부(24)와 상기 밸브 챔버(23)가 컵 모양 구조(26)를 구성하며, 상기 컵 모야 구조(26)는 깊은 컵 모양으로, 외측 테두리 높이(261)(H)를 구비하고, 상기 외측 테두리 높이(261)(H)는 상기 밀폐홈(245)으로부터 상기 밀폐면(240)까지의 높이이며, 상기 외측 테두리 높이(261)(H)는 적어도 상기 상부 밸브 몸체(5) 높이의 80%~160%이다. 상기 다이어프램(3)은 상기 컵 모양 구조(6)의 바닥부와 근접하는 위치에 설치되고, 상기 위치에는 냉각을 진행하는 냉각 통로가 구비되며, 고온 변형 시 구조 강도가 높은 상기 환형부(24)가 협조도 해주어, 다이어프램의 원주부(31)의 누설 확률을 최저로 낮출 수 있다. 또한, 상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)는 상기 환형부(24)에 설치되며, 즉 상기 컵 모양 구조(26)는 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)에게 가장 안정적인 지지 구조를 제공하는 것으로, 상기 밸브 샤프트(4)의 개폐 이동 시 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 입자 석출의 감소에도 가장 큰 도움이 된다.
본 발명의 열원 격리 방법의 방열 방법은 외부 자연 냉각(15)과 내부 냉각(16) 포함한다. 외부 자연 냉각(15)은 밸브 몸체(2)의 사각부(25), 환형부(24)의 방열 립(248)과 밸브 상부캡(6)의 방열 립(633)에 의해 자연 대류 냉각을 진행하고, 내부 냉각(16)은 내부 냉각 통로를 통해 달성된다. 상기 내부 냉각 통로는 상기 밸브 몸체(2)의 하나 이상의 냉각 가스홀(162), 냉각 가스 링홈(163), 상기 상부 밸브 몸체(5)의 다수 개의 냉각 가스 가이드홀(164), 상기 상부 밸브 몸체(5)의 상기 다이어프램 챔버(56)의 다이어프램 공간(165), 상기 밸브 샤프트(4)의 다수 개의 가이드홀(426) 및 상기 중공 샤프트바(42)의 축심홀(425)을 포함한다. 내부 냉각(16)은 내부 자연 냉각과 내부 강제 냉각으로 구분되며, 내부 자연 냉각은 상기 중공 샤프트바(42)의 고온에서의 가스 부력을 이용하여, 외부 냉각 가스가 유입되어 내부 냉각 통로를 통해 열 에너지를 배출하는 목적에 달성하도록 하고, 내부 강제 냉각은 외부에서 냉각 가스를 강제로 공급하여 내부 냉각 통로를 통해 열 에너지를 배출하는 목적에 달성하도록 한다. 또한, 상기 사각판(251)과 상기 수평 립(253), 상기 종방향 수직 립(254), 상기 횡방향 수직 립(255)은 열전달 단면 두께를 구비하되, 상기 열전달 단면 두께가 1mm에서 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)의 두께를 초과하지 않으며, 3mm 미만이다. 상기 방열 립(625)은 열전달 단면 두께를 구비하되, 상기 열전달 단면 두께가 1mm에서 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)의 두께를 초과하지 않으며, 3mm 미만이다. 상기 환형부(24)는 열전달 단면 두께를 구비하되, 최소 직경 부위(242)의 열전달 단면 두께가 상기 환형부(24)의 기타 위치의 열전달 단면 두께보다 작으며, 상기 최소 직경 부위(242)의 열전달 단면 두께는 1mm에서 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)의 두께를 초과하지 않으며, 3mm 미만이다. 이러한 설치를 통해 우수한 방열 효과 및 충분한 구조 강도를 구비할 수 있다.
본 발명의 상기 다이어프램 밸브는 상이한 형식에 따라, 비금속 다이어프램 밸브(1a)와 금속 다이어프램 밸브가 있으며, 비금속 다이어프램 밸브(1a)는 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브, 비금속 상시 개방 다이어프램 밸브로 구분될 수 있고, 금속 다이어프램 밸브는 금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브로 구분될 수 있다. 정전 도출 다이어프램 밸브는 žA 양자로부터 확장된 것이다.
상기 밸브 몸체(2)의 상기 환형부(24)의 상기 외주면(246)은 수나사(247)가 설치되는 비금속 환형부(24a)로 구분되거나 또는 다수 개의 볼트 기둥(13)이 설치되는 금속 환형부(24b)로 구분되며, 상기 볼트 기둥(13)은 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치한다.
상기 밸브 몸체(2)의 상기 사각부(25)는 상기 사각판(251), 다수 개의 종방향 수직 립(254), 다수 개의 수평 립(253)과 다수 개의 횡방향 수직 립(255)으로 구분되어, 제1형 사각부(25a)로 칭하거나, 또는 상기 사각판(251)과 2개의 횡방향 수직 립(255)으로 구분되어, 제2형 사각부(25b)로 칭한다. 제1형 사각부(25a)의 상기 사각판(251)의 하측 구조는 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)를 지지하기 위한 것으로, 다수 개의 수평으로 개구된 격자형 립을 구성하고, 상기 종방향 수직 립(254)은 사각판(251)의 하측에 위치하여 유입관(21)과 유출관(22)의 상측과 하측이 연결된다. 상기 수평 립(253)은 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)의 양측 및 하측에 위치하고, 상기 횡방향 수직 립(255)은 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)를 가로지르게 된다. 제2형 사각부(25b)의 상기 사각판(251)의 하측 구조는 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)를 지지하기 위한 것으로, 수평으로 개구된 구조를 구성하고, 상기 종방향 수직 립(254)은 사각판(251)의 하측에 위치하여 유입관(21)과 유출관(22)의 상측이 연결되고, 상기 횡방향 수직 립(255)은 상기 유입관(21)과 상기 유출관(22)의 하측을 가로지르게 된다. 즉, 상기 사각부(25)는 제1 측면, 제2 측면 및 바닥면을 포함하고, 상기 종방향 수직 립(254), 수평 립(253)과 횡방향 수직 립(255)이 상기 제1 측면, 제2 측면 및 바닥면 중 어느 하나 이상에 위치하여 상기 격자형 립을 형성한다.
밸브 몸체(2)는 PFA 사출 또는 압출 성형으로, 이러한 수평으로 개구된 격자형립은 양측의 슬라이딩 블록이 수평 슬라이딩에 의해 성형되는 것이므로, 유입관(21)과 유출관(22)의 외부면에서 수평 중심선으로부터 사각판 사이의 공간에는 PFA 재료의 누적 두께(9163)가 존재하지 않는다. 또한, 상기 사각부(25)의 최하면의 4개의 코너에는 4개의 고정 너트와 볼트를 이용하여 밸브 몸체(2)를 고정판(10a1)에 고정할 수도 있다.
상기 밸브 샤프트(4)는 회동 가능 밸브 샤프트와 고정 밸브 샤프트로 구분될 수도 있다. 회동 가능 밸브 샤프트의 상기 조임부(41)는 볼트홀(411)을 구비하여 볼트(416)를 설치할 수 있고, 상기 볼트(416)는 상기 볼트홀(411)을 관통한 후 너트(414)를 설치하여 상기 다이어프램(3)의 볼트홀(331)을 조이고, 상기 너트(414)는 상기 다이어프램을 반대 방향으로 조이며, 상기 볼트(416)의 외경은 상기 볼트홀(411)보다 작아 반경방향으로 빈 공간을 확보한다. 고정 밸브 샤프트의 상기 조임부(41)는 나사산부(413)를 구비하고, 상기 나사산부(413)는 상기 다이어프램(3)의 볼트홀(331)을 조인다.
회동 가능 밸브 샤프트는 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)와 상시 개방 밸브 샤프트(4ad)로 구분될 수 있다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)의 상기 피스톤부(43)의 하측에는 완충 링(434)이 추가되어, 상기 완충 링(434)이 상기 제1 링형홈(54)과 결합된다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)의 상기 피스톤부(43)의 상측에는 스프링이 설치되어, 상기 다이어프램 밸브(1)가 상시 폐쇄 상태가 되도록 확보하며, 양자 간의 크기는 슬라이딩 결합으로, 상기 다이어프램(3)이 상하 이동 시 감쇠 효과를 제공할 수 있어 완충이 된다. 상기 상시 개방 밸브 샤프트(4ad)의 상기 피스톤부(43)의 하측은 상기 제1 링형홈(54) 내에 설치된 스프링을 지지하여, 상기 다이어프램 밸브가 상시 개방 상태가 되도록 확보한다.
고정 밸브 샤프트(4b)는 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)와 상시 개방 밸브 샤프트(4bd)로 구분될 수 있다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)의 상기 피스톤부(43)의 하측에는 완충 링(434)가 추가되어, 상기 완충 링(434)이 상기 제1 링형홈(54)과 결합된다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)의 상기 피스톤부(43)의 상측에는 스프링이 설치되어, 상기 다이어프램 밸브가 상시 폐쇄 상태가 되도록 확보하며, 양자 간의 크기는 슬라이딩 결합으로, 상기 다이어프램(3)이 상하 이동 시 감쇠 효과를 제공할 수 있어 완충이 된다. 상기 상시 개방 밸브 샤프트(4bd)의 상기 피스톤부(43)의 하측은 상기 제1 링형홈(54) 내에 설치된 스프링을 지지하여, 상기 다이어프램 밸브(1)가 상시 개방 상태가 되도록 확보한다.
상기 상부 밸브 몸체(5)의 상기 외주면(51)은 수나사(511)가 설치되는 수나사 상부 밸브 몸체(5a) 또는 반경방향 플렌지(512)가 설치되는 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)로 구분된다.
상기 밸브 상부캡(6)은 암나사(632)가 설치되는 비금속 밸브 상부캡(6a) 또는 상기 암나사(632)가 설치되어 있지 않고 상기 외주면(63)에 다수 개의 볼트 기둥(13)이 설치되는 금속 밸브 상부캡(6b)으로 구분된다.
상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)는 상기 다이어프램(3), 상기 상부 밸브 몸체(5)와 상기 밸브 샤프트(4)를 포함한다. 회동 가능 밸브 샤프트를 사용하는 것은 수나사 밸브 샤프트 어셈블리(71)이고, 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 사용한다. 고정 밸브 샤프트를 사용하는 것은 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)이고, 상기 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)를 사용한다. 상기 정전 밸브 샤프트 어셈블리(73)는 상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조(7)에 전도성 섬유(44)를 추가한 것으로, 상기 전도성 섬유(44)는 상기 축심홀(425)을 관통한 후 상기 조임부(41)를 통해 상기 다이어프램(3)의 비접액 측 표면에 링형 곡선형으로 설치되며, 상기 회동 가능 밸브 샤프트를 사용한 것에서 상기 전도성 섬유는 상기 볼트홀(411)의 반경방향 빈 공간을 관통하고, 상기 고정 밸브 샤프트를 사용한 것에서 상기 전도성 섬유(44)는 상기 가이드홀(426)을 관통한다.
상기 실린더 구조(8)의 실린더 챔버(175)가 상기 환형부에 설치되는 것을 링형 실린더 챔버(176)로 칭하고, 실린더 챔버(175)가 상기 밸브 상부캡에 설치되는 것을 밸브 상부캡 실린더 챔버(177)로 칭한다. 링형 실린더 챔버(176)는 반드시 회동 가능 밸브 샤프트 어셈블리를 사용해야 하고, 밸브 상부캡 실린더 챔버(177)는 구조로 인해 회동 가능 밸브 샤프트 어셈블리 또는 고정 밸브 샤프트 어셈블리를 선택하여 사용한다.
상기 실린더 구조(8)는 비금속 실린더 구조(8a)와 금속 실린더 구조(8b)로 구분되며, 비금속 실린더 구조(8a)는 비금속 환형부(24a)와 비금속 밸브 상부캡(6a) 사이를 나사산으로 조이는 것으로, 이는 비금속 다이어프램 밸브의 유래이기도 하다. 금속 실린더 구조(8b)의 4개의 코너에는 각각 금속 볼트가 구비되어 조여서 밀폐시킴으로써, 금속 환형부(24b)와 금속 밸브 상부캡(6b)을 가압하여 밀폐시킨다. 각각의 볼트는 볼트 기둥(13)에 의해 보호되고, 상부 볼트 기둥(131), 하부 볼트 기둥(132)을 포함하며, 이는 금속 다이어프램 밸브의 유래이기도 하다.
제1 실시예에 대해서는 도 1a, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 3a, 도 3c, 도 4a, 도 5a를 참조한다. 불소 수지로 제조되는 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브(1a)는 밸브 몸체(2), 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a), 비금속 밸브 상부캡(6a)을 포함하여, 열원 격리 방법으로 실시되며, 상기 밸브 몸체(2)는 유입관(21), 유출관(22), 밸브 챔버(23), 비금속 환형부(24a), 제1형 사각부(25a)를 포함하고, 비금속 환형부(24a)는 링형 실린더 챔버(176)를 구비하고, 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a)는 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)를 사용한다. 상기 환형부(24a), 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a), 비금속 상부캡(6a)도 비금속 실린더 구조(8a)를 구성하며, 비금속 실린더 구조(8a)는 상기 환형부(24a)와 비금속 상부캡(6a)이 나사산에 의해 조여지는 것이다.
제1형 사각부(25a)의 수평으로 개구되는 격자형 립은 PFA 사출 또는 압출 성형으로, 이러한 수평으로 개구된 격자형 립은 양측의 슬라이딩 블록이 수평 슬라이딩에 의해 성형되는 것이고, 최하측의 수직으로 개방되는 격자형 립은 슬라이딩 블록이 수직 슬라이딩에 의해 성형되는 것이므로, 유입관(21)과 유출관(22)의 외부면에서 수평 중심선으로부터 사각판 사이의 공간에는 PFA 재료의 누적 두께(9163)가 존재하지 않는다.
비금속 환형부(24a)는 제1형 사각부(25a)를 연결하는 일단에 최소 직경 부위(242)가 구비되며, 이의 외주면(246)에 방열 립(248)이 설치된다. 밀폐홈(245)은 최소 직경 부위(242)에 설치되어, 내측벽이 통로 측벽(233)이고, 외측벽이 내주면(243)이고, 홈 바닥이 사각판(251)으로, 다이어프램(3)의 원주부(31)를 수용하고 상부 밸브 몸체(5)의 가압력을 받아 밀폐를 구현한다. 유입관(21)과 유출관(22)에 고온 고압 유체가 충진되어 변형이 발생할 경우, 종방향 수직 립(254)의 격리에 의해 사각판(251)의 변형이 대폭 감소되는 것을 확보하고, 방열 립(248), 최소 직경 부위(242)의 구조와 상기 컵 모양 구조(26) 및 상기 외측 테두리 높이(261)(H)에 의해 밀폐홈(245)의 진원도가 유지될 수 있다.
수나사(247)는 개구부(241)의 외주면(246)에 설치되어, 비금속 밸브 상부캡(6a)을 조이고, 내주면(243)에도 암나사(244)가 설치되어 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 조인다. 상기 수나사(247)와 상기 암나사(244)의 나사산이 서로 중첩되는 길이는 상기 암나사(244)의 2개의 피치 이상으로, 이로써 고강도의 구조를 제공할 수 있다.
냉각 가스 조인트(161)와 구동 가스 조인트(171)는 최소 직경 부위의 상측에 설치되어, 사각판(251)의 상측과 이격되어 위치되며, 즉 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치한다. 냉각 가스 조인트(161)는 냉각 가스홀(162)를 통해 밀폐홈(245) 상측의 냉각 가스 링홈(163)에 연결되어, 다이어프램(3)의 원주부(31)를 냉각함으로써 고온 용도의 수요에 만족하도록 한다.
수나사 상부 밸브 몸체(5a)는 다수 개의 냉각 가이드홀(164)을 구비하여 냉각 가스 링홈(163)을 연결함으로써, 다이어프램(3)의 원주부(31)와 비접액 측이 충분한 냉각이 되도록 확보할 수 있다. 수나사 상부 밸브 몸체(5a)의 외주면(51)에는 수나사(511)가 설치되어, 환형부(24)의 내주면(243)의 암나사(244)와 조여지게 되어, 수나사 상부 밸브 몸체(5a)가 피스톤부(43)가 인가한 힘 및 구동 가스의 압력을 받아 변형되지 않아, 밸브 샤프트(4)의 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 다이어프램(3)의 원주부(31)의 가압력을 확보하여, 누설이 감소되고 사용 수명이 연장된다.
상기 비금속 밸브 상부캡(6a)의 상단부(62)는 중앙 관통홀(621)을 구비하여, 밸브 샤프트(4)의 말단이 수용되어 관통 연장될 수 있으며, 다이어프램이 상승하여 개방될 경우 밸브 샤프트(4)의 말단이 상승하게 되어, 작업자는 육안으로 작업 상태를 확인할 수 있다. 상단부(62)에 방열 립(625)이 설치되고, 외주면(63)에 방열 립(633)이 설치된다.
도 2d, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브에 적용되는 밸브 몸체(2)는 유입관(21), 유출관(22), 밸브 챔버(23), 비금속 환형부(24a)와 제1형 사각부(25a)를 구비한다. 상기 유입관(21)은 관 조인트(211)와 연결되고, 상기 유출관(22)은 관 조인트(221)와 연결된다. 상기 밸브 챔버(23)는 밸브 시트(231), 통로(232)와 통로 측벽(233)을 포함하고, 상기 밸브 시트(231)는 중앙 위치에 위치하여, 주변이 원주형을 형성하여 오목한 상기 통로(232)와 대칭된다. 비금속 환형부(24a)는 밀폐면(240), 개구부(241), 최소 직경 부위(242), 내주면(243), 밀폐홈(245), 구동 가스 링홈(173), 냉각 가스 링홈(163), 외주면(246), 방열 립(248), 수나사(247)와 암나사(244)를 구비하고, 냉각 가스홀(162)과 냉각 가스 조인트(161)가 설치되고, 구동 가스홀(172)과 구동 가스 조인트(171)가 설치된다. 비금속 환형부(24a)의 일단은 최소 직경 부위(242)를 구비하여 상기 제2형 사각부(25b)와 연결되고, 상기 통로(232)의 외측에 위치한다. 상기 방열 립(248)은 상기 최소 직경 부위(242)의 상기 외주면(246)에 설치되어 상기 제2형 사각부(25b)와 연결되고, 상기 최소 직경 부위(242)와 상기 밀폐홈(245)은 모두 열전달 제한 구역(147)이다. 상기 제1형 사각부(25a)는 사각판(251), 다수 개의 종방향 수직 립(254), 다수 개의 횡방향 수직 립(255), 다수 개의 수평 립(253)을 포함한다. 상기 사각판(251)의 중간 개구는 상기 밸브 챔버(23)를 수용하기 위한 것으로, 상기 통로 측벽(233)과 서로 연결된다. 상기 사각판(251)의 하측 구조는 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)를 지지하기 위한 것으로, 다수 개의 수평으로 개구된 격자형 립을 구성하고, 상기 격자형 립은 모두 열전달 제한 구역(147)이다. 또한, 상기 종방향 수직 립(254)은 사각판(251)의 하측에 위치하여 유입관(21)과 유출관(22)의 상측과 하측이 연결된다. 상기 수평 립(253)은 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)의 양측 및 하측에 위치하고, 상기 횡방향 수직 립(255)은 상기 유입관(21), 상기 유출관(22)과 상기 통로(232)를 가로지르게 된다. 밸브 몸체(2)의 상기 밸브 챔버(23)와 비금속 환형부(24a)는 컵 모양 구조(26)를 구성하고, 상기 컵 모양 구조(26)는 외측 테두리 높이(261)(H)를 구비하되, 상기 외측 테두리 높이(261)(H)는 상기 밀폐홈(245)에서 상기 밀폐면(240)까지의 높이로, 적어도 상기 상부 밸브 몸체(5)의 높이의 80%~160%이다.
도 2d, 도 3c, 도 5a를 참조하면, 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브의 분해도로서, 회동 가능 밸브 샤프트를 사용한 것과 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 사용하였다. 상기 실린더 챔버(175)에서 비금속 환형부(24a) 내측에 설치되는 것은 링형 실린더 챔버(176)이다. 상기 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a)는 상기 다이어프램(3), 상기 수나사 상부 밸브 몸체(5a)와 상기 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)로 구성된다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)는 조임부(41), 중공 샤프트바(42), 피스톤부(43)를 포함한다. 상기 조임부(41)는 볼트홀(411), 너트(414), 볼트(416)를 포함한다. 상기 중공 샤프트바(42)는 축심홀(425), 가이드홀(426)을 포함한다. 상기 피스톤부(43)는 플레이트부(431), 하부 링형 립(432), 상부 링형 립(433), 완충 링(434)을 포함한다. 상기 수나사 상부 밸브 몸체(5a)는 외주면(51), 가압부(52), 샤프트 홀부(53), 제1 링형홈(54), 제2 링형홈(55), 다이어프램 챔버(56)를 포함한다. 상기 외주면(51)에는 수나사(511)가 설치된다. 상기 가압부(52)에는 냉각 가스 가이드홀(164)과 구동 가스 가이드홀(174)이 설치된다. 상기 제2 링형홈(55)에는 다수 개의 반경방향 립(551)이 설치된다.
도 4a, 도 5a를 참조하면, 이는 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a)로, 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브에 사용된다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)를 사용한 것과 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 사용하였다. 상기 실린더 챔버(175)에서 비금속 환형부(24a) 내측에 설치되는 것은 링형 실린더 챔버(176)이다. 상기 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a)는 상기 다이어프램(3), 상기 수나사 상부 밸브 몸체(5a)와 상기 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)로 구성된다.
도 4b, 도 5b를 참조하면, 이는 수나사 상시 개방 밸브 샤프트 어셈블리(71b)로, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브에 사용된다. 회동 가능 밸브 샤프트를 사용한 것과 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 사용하였다. 도 4a와 상이한 점은, 상기 실린더 챔버(175)에서 금속 밸브 상부캡(6b) 내측에 설치되는 것은 밸브 상부캡 실린더 챔버(177)이다. 상기 수나사 밸브 샤프트 어셈블리(71)는 상기 다이어프램(3), 상기 수나사 상부 밸브 몸체(5a)와 상기 상시 개방 밸브 샤프트(4ad)로 구성된다.
도 5a를 참조하면, 이는 환형부 실린더 챔버의 실린더 구조(8a)로, 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a)를 사용하였고, 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브에 사용된다. 상기 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)를 사용한 것과 상기 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 사용하였다. 상기 실린더 챔버(175)에서 비금속 환형부(24a) 내측에 설치되는 것은 링형 실린더 챔버(176)이다.
도 5b를 참조하면, 금속 실린더 구조(8b)로, 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(71a)를 사용하였고, 금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브에 사용된다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)를 사용한 것과 수나사 상부 밸브 몸체(5a)를 사용하였다. 도 5a와 상이한 점은, 상기 실린더 챔버(175)에서 금속 밸브 상부캡(6b) 내측에 설치되는 것은 밸브 상부캡 실린더 챔버(177)이다. 상기 수나사 밸브 샤프트 어셈블리(71)는 상기 다이어프램(3), 상기 수나사 상부 밸브 몸체(5a)와 상기 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4ac)로 구성된다.
제2 실시예에 대해서는 도 1b, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 3b, 도 4d, 도 5c를 참조한다. 불소 수지로 제조되는 금속 상시 개방 다이어프램 밸브는 밸브 몸체(2), 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72), 금속 밸브 상부캡(6b)을 포함하고, 상기 밸브 몸체(2)는 유입관(21), 유출관(22), 밸브 챔버(23), 금속 환형부(24b), 제2형 사각부(25b)를 포함하여, 내부 냉각을 구비한다. 금속 환형부(24b)의 내주면(243)은 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)를 설치하기 위한 것이고, 금속 밸브 상부캡(6b)의 내부에는 실린더 챔버(175)가 설치되고, 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)는 상시 개방 밸브 샤프트(4bd)를 사용한다. 상기 환형부(24b), 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72), 금속 상부캡(6b)도 금속 실린더 구조(8b)를 구성하며, 금속 실린더 구조(8b)는 금속 환형부(24b)와 금속 상부캡(6b)이 금속 볼트에 의해 조여지는 것으로, 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)가 양자에 의해 조여져 상기 반경방향 플렌지(512)에 밀폐된다.
금속 밸브 상부캡(6b)은 컵 모양으로 금속 환형부(24b)에 설치되고, 금속 밸브 상부캡(6b), 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72) 및 금속 환형부(24b)가 실린더 구조(8b)를 구성하며, 밸브 상부캡 실린더 챔버(177)를 구비하여, 열전달 제한 구역의 상측에 위치한다.
금속 밸브 상부캡(6b)과 금속 환형부(24b)의 4개의 코너에는 각각 볼트 기둥(13)이 구비되고, 환형부(24)의 최소 직경 부위의 상측에 설치되어, 사각판(251)의 상측과 이격되어 위치되며, 즉 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치하여, 볼트 기둥(13)의 두꺼운 구조가 큰 열전도 면적이 되어 열원 격리 실효가 발생하는 것을 방지한다. 금속 환형부(24b)의 하부 볼트 기둥(132) 내부에 금속 암나사 슬리브가 구비되어, 금속 볼트로 조여 밀폐면(240)에서 밀폐할 수 있으며, 상부 볼트 기둥(131)과 하부 볼트 기둥(132) 사이에 상부 밀폐면(133)이 구비되어 금속 볼트의 부식 방지를 확보하도록 한다.
금속 밸브 상부캡(6b)과 금속 환형부(24b)에 각각 가스 기둥(11)이 설치되어, 유입관(21) 측 또는 유출관(22) 측에서 볼트 기둥(13)과 인접하며, 금속 상부캡(6b)에 각각 상기 냉각 가스 조인트(161)와 상기 구동 가스 조인트(171)를 설치하여, 상기 구동 가스 조인트(171)가 상기 실린더 챔버(175)와 직접 연통될 수 있다. 밸브 상부캡(6)과 환형부(24)에는 각각 냉각 가스홀(162)과 구동 가스홀(172)이 설치된다. 2개의 가스 기둥(169)은 밀폐면(113)에 각각 "O"형링이 설치되어 밀폐시킴으로써 기밀성을 확보하고, 가스 기둥(169)은 환형부(24)의 최소 직경 부위의 상측에 설치되어 사각판(251)의 상측에 이격되어 위치하며, 즉 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치하여, 가스 기둥(169)의 두꺼운 구조가 큰 열전도 면적이 되어 열원 격리 실효가 발생하는 것을 방지한다.
구동 가스는 구동 가스 조인트(171)를 통해 상기 피스톤(43)의 상측에서 구동되고, 피스톤(43)의 외측 테두리와 실린더 챔버(175)가 결합되어 왕복 이동을 한다.
내부 냉각(16)은 내부 강제 냉각(16b)을 사용하며, 냉각 가스가 냉각 가스 조인트(161)를 통해 냉각 가스홀(162)을 통과하여 냉각 가스 링홈(163)으로 진입한 후, 다수 개의 냉각 가스 가이드홀(164)을 통해 다이어프램 공간(165)의 다이어프램(3)의 비접액 측으로 진입하고, 마지막으로 가이드홀(426)을 통해 축심홀(167)로 진입하여 가스 회수 조인트(168)를 통한다. 내부 강제 냉각(16b)은 추가로 다이어프램(3)의 원주부(31)에 대해 더 우수한 냉각을 하게 되어, 가압부(52)의 가압력을 유지할 수 있으며, 열 에너지가 외부로 방열되기 어려운 밸브 샤프트(4)와 피스톤부(43)의 불소 "O"형링도 중공 축심 통로(158)를 통해 방열을 할 수 있어, 밸브 샤프트(4)의 동심도와 수직도를 모두 확보할 수 있다.
가압 밀폐는 높은 구조 강도, 내환경부식 가스, 피스톤 왕복 이동에 대한 지지를 포함한다.
높은 구조 강도: 실린더 구조, 4개의 볼트 기둥(13)과 가스 기둥(11)은 모두 환형부(24)의 최소 직경 부위(242)의 상측에 위치하고, 사각판(251)의 상측에도 위치하고, 열전달 제한 구역(147)의 상측에 위치한다. 피스톤을 이동시키는 구동 기압과 스프링(12)의 진동은 모두 밸브 몸체(2)로 전달되어, 밸브 몸체(2)의 구조에 의해 흡수 및 지지된다.
내환경부식 가스: 컵 모양 구조(26) 및 상측 테두리 높이(261)(H)에 의해 금속 볼트가 다이어프램(3) 위치와 멀리 떨어지게 되어, 다이어프램(3)을 관통하는 소량 가스 또는 액체의 침식을 감소하여, 금속 산화물이 확산되어 오염되는 문제가 발생하지 않아, 작업 검사자는 볼트가 부식되어 교체가 필요한지 여부를 검사할 필요가 없다.
피스톤 왕복 이동에 대한 지지: 컵 모양 구조(26) 및 상측 테두리 높이(261)(H)에 의해 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)의 안정적인 지지를 확보하고, 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)가 피스톤부(43)에 의해 인가된 힘 및 구동 가스의 압력을 받지 않아, 높은 신뢰도를 구비하는 가압력으로 밀폐함으로써 변형과 크리이프의 발생을 감소시키고, 더욱이 가압력의 감소로 인한 다이어프램(3)의 누설이 발생하지 않으며, 고정 밸브 샤프트(4b)의 동심도와 수직도를 확보할 수 있고, 다이어프램(3)의 원주부(31)의 가압력을 확보하여, 누설의 발생을 감소시키고 사용 수명을 연장한다.
도 3b를 참조하면, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브(1d)에 적용되는 밸브 몸체(2)는 유입관(21), 유출관(22), 밸브 챔버(23), 금속 환형부(24b)와 제2형 사각부(25b)를 구비한다. 상기 유입관(21)은 관 조인트(211)와 연결되고, 상기 유출관(22)은 관 조인트(221)와 연결된다. 상기 밸브 챔버(23)는 밸브 시트(231), 통로(232)와 통로 측벽(233)을 포함하고, 상기 밸브 시트(231)는 중앙 위치에 위치하여, 주변이 원주형을 형성하여 오목한 상기 통로(232)와 대칭된다. 금속 환형부(24b)는 밀폐면(240), 개구부(241), 최소 직경 부위(242), 내주면(243), 밀폐홈(245), 냉각 가스 링홈(163), 외주면(246), 방열 립(248), 하나의 하부 가스 기둥(112)과 다수 개의 하부 볼트 기둥(132)을 구비하고, 냉각 가스홀(162)이 설치된다. 상기 환형부(24)의 일단은 최소 직경 부위(242)를 구비하여 상기 제2형 사각부(25b)와 연결되고, 상기 통로(232)의 외측에 위치한다. 상기 방열 립(248)은 상기 최소 직경 부위(242)의 상기 외주면(246)에 설치되어 상기 제2형 사각부(25b)와 연결되고, 상기 최소 직경 부위(242)와 상기 밀폐홈(245)은 모두 열전달 제한 구역(147)이다. 상기 제2형 사각부(25b)는 사각판(251), 다수 개의 종방향 수직 립(254), 다수 개의 횡방향 수직 립(255)을 포함한다. 상기 사각판(251)의 중간 개구는 상기 밸브 챔버(23)를 수용하기 위한 것으로, 상기 통로 측벽(233)과 서로 연결된다. 상기 사각판(251)의 하측에는 상기 종방향 수직 립(254)이 설치되어 유입관(21)과 유출관(22)의 상측을 연결하고, 통로 측벽(233)을 연결한다. 상기 사각판(251)과 상기 종방향 수직 립(254)은 모두 열전달 제한 구역(147)이다. 밸브 몸체(2)의 상기 밸브 챔버(23)와 금속 환형부(24b)는 컵 모양 구조(26)를 구성하고, 상기 컵 모양 구조(26)는 외측 테두리 높이(261)(H)를 구비하되, 상기 외측 테두리 높이(261)(H)는 상기 밀폐홈(245)에서 상기 밀폐면(240)까지의 높이로, 적어도 상기 상부 밸브 몸체(5)의 높이의 80%~160%이다.
도 4c를 참조하면, 이는 플렌지 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리(72a)로, 금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브(1c)에 사용된다. 고정 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)를 사용한 것과 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)를 사용하였다. 상기 실린더 챔버(175)에서 비금속 환형부(24a) 내측에 설치되는 것은 링형 실린더 챔버(176)이다. 상기 수나사 밸브 샤프트 어셈블리(71a)는 상기 다이어프램(3), 상기 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)와 고정 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)로 구성된다.
도 4d를 참조하면, 이는 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)로, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브(1d)에 사용된다. 상시 개방 밸브 샤프트(4bd)를 사용한 것과 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)를 사용하였다. 상기 수나사 밸브 샤프트 어셈블리(71)는 상기 다이어프램(3), 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)와 상시 개방 밸브 샤프트(4bd)로 구성된다.
도 4e를 참조하면, 정전 밸브 샤프트 어셈블리(73)는 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)에 전도성 섬유(44)를 추가한 것으로, 상기 전도성 섬유(44)는 상기 축심홀(425)을 관통한 후, 회동 가능 밸브 샤프트(4a)의 상기 볼트홀(411)의 반경방향의 빈 공간을 통해, 상기 다이어프램(3)의 비접액 측 표면에 링형 곡선형으로 설치되어, 외부 접지 회로에 연결된다. 상기 전도성 섬유(44)는 밸브 샤프트(4)의 회동의 영향을 받지 않는다. 본 방안은 상시 개방 밸브 샤프트(4bd)를 사용할 수도 있으며, 상기 전도성 섬유(44)가 상기 축심홀(425)을 관통한 후, 고정 밸브 샤프트(4b)의 상기 가이드홀(426)을 통해, 상기 다이어프램(3)의 비접액 측 표면에 링형 곡선형으로 설치되어, 외부 접지 회로에 연결된다.
도 5c를 참조하면, 이는 밸브 상부캡 실린더의 실린더 구조로, 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)를 사용하였고, 금속 상시 개방 다이어프램 밸브(1d)에 사용된다. 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)를 사용한 것과 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)를 사용하였다. 상기 실린더 챔버(175)에서 금속 밸브 상부캡(6b) 내측에 설치되는 것은 밸브 상부캡 실린더 챔버(177)이다. 상기 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리(72)는 상기 다이어프램(3), 플렌지 상부 밸브 몸체(5b)와 상시 폐쇄 밸브 샤프트(4bc)로 구성된다.
1a: 비금속 상시 폐쇄 다이어프램 밸브
10a: 밸브부
10a1: 고정판
10b: 구동 실린더
11: 가스 기둥
111: 상부 가스 기둥
112: 하부 가스 기둥
113: 밀폐면
12: 스프링
13: 볼트 기둥
131: 상부 볼트 기둥
132: 하부 볼트 기둥
133: 밀폐면
140a: 밸브 챔버 열원 구역
140b: 통로 열원 구역
140c: 유입관 열원 구역
140d: 유출관 열원 구역
140e: 유입관 조인트 열원 구역
140f: 유출관 조인트 열원 구역
141: 밸브 샤프트 열전달 경로
142: 사각판 열전달 경로
143: 관 조인트 열전달 경로
144: 환형부 열전달 경로
145: 샤프트 홀부 열전달 경로
146: 사각부 열전달 경로
147: 열전달 제한 구역
15: 외부 자연 냉각
151: 사각부 방열 경로
152: 사각부 립
153: 상부 밸브 몸체 방열 경로
154: 밸브 상부캡 방열 경로
16: 내부 냉각
161: 냉각 가스 조인트
162: 냉각 가스홀
163: 냉각 가스 링홈
164: 냉각 가스 가이드홀
165: 다이어프램 공간
168: 가스 회수 조인트
169: 가스 기둥
171: 구동 가스 조인트
172: 구동 가스홀
173: 구동 가스 링홈
174: 구동 가스 가이드홀
175: 실린더 챔버
175a: 상부 실린더 챔버
175b: 하부 실린더 챔버
176: 링형 실린더 챔버
177: 밸브 상부캡 실린더 챔버
2: 밸브 몸체
21: 유입관
211: 관 조인트
22: 유출관
221: 관 조인트
23: 밸브 챔버
231: 밸브 시트
232: 통로
233: 통로 측벽
24: 환형부
24a: 비금속 환형부
24b: 금속 환형부
240: 밀폐면
241: 개구부
242: 최소 직경 부위
243: 내주면
244: 암나사
245: 밀폐홈
246: 외주면
247: 수나사
248: 방열 립
25: 사각부
25a: 제1형 사각부
25b: 제2형 사각부
251: 사각판
253: 수평 립
254: 종방향 수직립
255: 횡방향 수직립
26: 컵 모양 구조
261: 외측 테두리 높이
3: 다이어프램
31: 원주부
32: 탄성편
33: 중심부
331: 볼트홀
4: 밸브 샤프트
4ac: 상시 폐쇄 밸브 샤프트
4ad: 상시 개방 밸브 샤프트
4bc: 상시 폐쇄 밸브 샤프트
4bd: 상시 개방 밸브 샤프트
41: 조임부
411: 볼트홀
413: 나사산부
414: 너트
416: 볼트
42: 중공 샤프트바
425: 축심홀
426: 가이드홀
43: 피스톤부
431: 플레이트부
432: 하부 링형 립
433: 상부 링형 립
434: 완충 링
44: 전도성 섬유
5: 상부 밸브 몸체
5a: 수나사 상부 밸브 몸체
5b: 플렌지 상부 밸브 몸체
51: 외주면
511: 수나사
512: 반경방향 플렌지
52: 가압부
53: 샤프트 홀부
54: 제1 링형홈
55: 제2 링형홈
551: 반경방향 립
56: 다이어프램 챔버
6: 밸브 상부캡
6a: 비금속 밸브 상부캡
6b: 금속 밸브 상부캡
61: 내부 수용 챔버
611: 내주면
62: 상단부
621: 중앙 관통홀
622: 밀폐홈
625: 방열 립
63: 외주면
631: 볼트 홀
632: 암나사
633: 방열 립
64: 밀폐면
641: 오목홈
7: 밸브 샤프트 어셈블리 구조
71: 수나사 밸브 샤프트 어셈블리
71a: 수나사 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리
71b: 수나사 상시 개방 밸브 샤프트 어셈블리
72: 플렌지 밸브 샤프트 어셈블리
73: 정전 밸브 샤프트 어셈블리
8: 실린더 구조
8a: 비금속 실린더 구조
8b: 금속 실린더 구조
9: 다이어프램 밸브
90a: 밸브부
90b: 구동 실린더
91: 유입관
912: 유출관
913: 밸브 챔버
9131: 밸브 시트
9132: 통로
9133: 밀폐홈
9134: 통로 측벽
915: 환형부
9151: 밀폐면
9155: 호흡홀
916: 사각부
9161: 사각판
9162: 종방향 수직 립
9163: 누적 두께
92: 다이어프램
921: 원주부
922: 탄성편
923: 중심부
93: 상부 밸브 몸체
931: 외주면
932: 내주면
933: 밀폐면
934: 가압부
935: 샤프트 홀부
936: 다이어프램 챔버
937: 실린더 챔버
94: 밸브 상부캡
941: 내부 수용 챔버
942: 상단부
943: 외주면
944: 밀폐면
95: 밸브 샤프트
951: 나사산부
952: 샤프트바
953: 피스톤부
961: 상시 폐쇄 밸브 샤프트 어셈블리

Claims (56)

  1. 200℃의 고온 고부식 용도에 만족할 수 있고, 비금속 다이어프램 밸브와 금속 다이어프램 밸브에 적용되는 다이어프램 밸브 구조로서, 상기 다이어프램 밸브 구조는,
    불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트, 구동 가스 조인트 및 냉각 가스 조인트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며,
    상기 다이어프램은 원주부, 탄성편과 중심부를 구비하며,
    상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 사각부는 유입관, 유출관 및 밸브 챔버를 구비하고, 상기 밸브 챔버는 밸브 시트와 통로를 포함하고, 상기 환형부는 개구된 환형 구조로, 밀폐면, 개구부, 내주면 및 외주면을 포함하고, 상기 내주면은 밀폐홈과 "O"형 링홈을 포함하며,
    상기 상부 밸브 몸체는 외주면, 내주면, 가압부, 샤프트 홀부, 다이어프램 챔버를 포함하고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부 내부에 설치되고, 상기 가압부는 다이어프램의 상기 원주부를 상기 환형부의 상기 밀폐홈에 가압하며,
    상기 밸브 샤프트는 조임부, 중공 샤프트바, 축심홀과 피스톤부를 포함하고, 상기 조임부는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이고, 상기 중공 샤프트바는 상기 상부 밸브 몸체의 상기 샤프트 홀부를 관통하여 복수 개의 "O"형 링에 의해 밀폐되며,
    상기 밸브 상부캡은 내부 수용 챔버, 상단부, 중앙 관통홀, 외주면 및 밀폐면을 포함하고, 상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하되, 상기 실린더 챔버는 상기 피스톤부에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리되며,
    상기 다이어프램, 상기 밸브 샤프트와 상기 상부 밸브 몸체가 조립되어 밸브 샤프트 어셈블리 구조를 구성하고, 상기 밸브 샤프트의 말단은 상기 밸브 상부캡의 상기 중앙 관통홀을 관통하게 되고, 상기 환형부와 상기 밸브 챔버는 컵 모양 구조를 구성하고, 상기 밸브 샤프트 어셈블리 구조와 상기 실린더 구조는 상기 컵 모양 구조에 의해 지지되며,
    열원 구역은 밸브 챔버 열원 구역, 통로 열원 구역, 유입관 열원 구역, 유출관 열원 구역을 포함하고, 상기 사각부, 상기 환형부, 상기 상부 밸브 몸체와 상기 다이어프램에 의해 열전달 경로가 형성되고, 상기 사각부는 사각판과 다수 개의 립을 포함하고, 상기 립은 상기 사각판의 하측과 연결되어 상기 유입관과 상기 유출관의 측벽에 연결되고, 더욱이 상기 통로의 측벽에 연결되며, 열전달 제한 구역은 상기 사각판과 상기 립을 포함하고, 상기 열전달 제한 구역은 열전달 단면 두께를 구비하되, 상기 열전달 단면 두께는 상기 유입관의 두께를 초과하지 않고, 3mm 미만이며, 상기 사각판의 중간은 개구되어 상기 밸브 챔버를 수용하고, 상기 통로 측벽과 서로 연결되며, 상기 환형부의 최소 직경 부위는 상기 사각판의 상측에 연결되어, 상기 밀폐홈의 외측벽이 상기 환형부의 내주면이고, 상기 밀폐홈의 내측벽이 상기 통로의 측벽이고, 상기 밀폐홈의 바닥부가 상기 사각판이며, 상기 열전달 제한 구역은 상기 밀폐홈과 상기 환형부의 최소 직경 부위도 포함하고, 상기 외주면에는 다수 개의 방열 립이 설치되어 상기 사각판과 연결되고, 상기 열전달 제한 구역은 상기 방열 립도 포함하며,
    다수 개의 방열 구조는 외부의 다수 개의 자연 냉각 구조와 내부 냉각 구조를 포함하며,
    상기 자연 냉각 구조는 상기 사각부의 외부면, 상기 환형부의 상기 방열 립과 상기 밸브 상부캡의 다수 개의 밸브 상부캡 립을 포함하여 자연 대류 냉각을 제공하고,
    상기 내부 냉각 구조는 냉각 가스가 가스 냉각 통로를 통해 달성되는 것이며, 상기 가스 냉각 통로는 상기 환형부의 하나 이상의 냉각 가스홀을 포함하여, 상기 냉각 가스홀이 냉각 가스 링홈과 연통되고, 상기 냉각 가스 링홈은 또 상기 상부 밸브 몸체의 상기 가압부의 다수 개의 냉각 가스 가이드홀과 연통되고, 상기 냉각 가스 가이드홀은 상기 다이어프램 챔버의 비접액 측과 연통되고, 상기 중공 샤프트바의 다수 개의 가이드홀을 통해 상기 축심홀과 연통되는 다이어프램 밸브 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 챔버의 개구된 직경은 1인치로, 상기 열전달 제한 구역의 열전달 단면 두께는 1mm 초과인 다이어프램 밸브 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더 구조는 상기 환형부의 일부를 포함하고, 상기 실린더 구조는 상기 사각판과 상기 환형부의 열전달 제한 구역의 상측에 위치하는 다이어프램 밸브 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입관과 상기 유출관의 연장 방향은 수평 방향이고, 상기 사각부는 상기 사각판, 다수 개의 수평 립, 종방향 수직 립, 다수 개의 횡방향 수직 립을 포함하여 서로 연결되어, 수평으로 개구된 격자형 립을 구성하는 다이어프램 밸브 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사각부는 상기 밸브 챔버 열원 구역, 상기 통로 열원 구역, 상기 유입관 열원 구역, 상기 유출관 열원 구역을 연결하고, 상기 수평 립은 상기 유입관, 상기 유출관과 상기 통로의 양측 및 하측에 위치하게 되고, 상기 수직 립은 상기 사각판의 하측 및 상기 유입관, 상기 유출관과 상기 통로를 가로지나가는 다이어프램 밸브 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달 제한 구역은 상기 밸브 챔버 열원 구역의 주변을 포함하고, 상기 밸브 챔버 열원 구역의 주변은 상기 환형부의 최소 직경 부위, 상기 밸브 챔버의 상기 통로의 측벽과 상기 사각판을 포함하는 다이어프램 밸브 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 밸브 몸체에는 제1 링형홈과 제2 링형홈이 설치되고, 상기 열전달 제한 구역은 상기 상부 밸브 몸체의 상기 제1 링형홈과 상기 제2 링형홈의 바닥부를 포함하는 다이어프램 밸브 구조.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 냉각 구조는 내부 자연 냉각을 이용한 것으로, 상기 내부 자연 냉각은 중공 샤프트바의 고온에서의 가스 부력을 이용하여, 외부 냉각 가스가 상기 가스 냉각 통로를 통해 유입된 후, 중공 샤프트바를 통해 열기를 배출하도록 하는 다이어프램 밸브 구조.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 냉각 구조는 내부 강제 냉각을 이용한 것으로, 상기 내부 강제 냉각은 외부에서 냉각 가스를 강제로 공급하고, 상기 냉각 가스 조인트에 의해 고압 냉각 가스가 연결되며, 상기 가스 냉각 통로 통해 유입되어, 중공 샤프트바를 통해 열기를 배출함으로써, 내부 강제 냉각에 달성하는 다이어프램 밸브 구조.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 링홈은 상기 환형부의 상기 내주면에 설치되는 다이어프램 밸브 구조.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 링홈은 상기 상부 밸브 몸체의 상기 외주면에 설치되는 다이어프램 밸브 구조.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 링홈의 상측에 고압 가스를 격리하는 "O"형 링이 설치되는 다이어프램 밸브 구조.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 조인트는 상기 환형부에 설치되되, 환형부의 최소 직경 부위 및 사각판으로 구성된 열전달 제한 구역의 상측에 위치하는 다이어프램 밸브 구조.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 가스 조인트는 상기 환형부에 설치되되, 환형부의 최소 직경 부위 및 사각판으로 구성된 열전달 제한 구역의 상측에 위치하는 다이어프램 밸브 구조.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더 구조가 다수 개의 볼트 기둥과 다수 개의 금속 볼트에 의해 조여서 밀폐될 경우, 상기 볼트 기둥과 상기 금속 볼트가 모두 환형부의 최소 직경 부위 및 사각판으로 구성된 열전달 제한 구역의 상측에 위치하는 다이어프램 밸브 구조.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 조인트는 상기 밸브 상부캡에 설치되고, 상기 실린더 구조 외측의 다수 개의 가스 기둥은 모두 환형부의 최소 직경 부위 및 사각판으로 구성된 열전달 제한 구역의 상측에 위치하는 다이어프램 밸브 구조.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 가스 조인트는 밸브 상부캡에 설치되고, 상기 실린더 구조 외측의 다수 개의 가스 기둥은 모두 환형부의 최소 직경 부위 및 사각판으로 구성된 열전달 제한 구역의 상측에 위치하는 다이어프램 밸브 구조.
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  50. 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며,
    상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 사각부는 제1 측면, 제2 측면, 바닥면, 유입관, 유출관 및 밸브 챔버를 포함하고, 상기 밸브 챔버는 밸브 시트와 통로를 포함하며,
    상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되어 상기 다이어프램을 가압하고,
    상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하되, 상기 실린더 챔버는 상기 밸브 상부캡의 피스톤부에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리되며, 상기 밸브 샤프트는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이는 조임부를 포함하고, 다수 개의 립은 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 바닥면 중의 어느 하나 이상에 위치하여, 격자형 립을 형성하되, 상기 다수 개의 립은 다수 개의 수평 립, 종방향 수직 립, 다수 개의 횡방향 수직 립을 포함하고, 상기 격자형 립은 수평 개구를 구비하는 다이어프램 밸브 구조.
  51. 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 환형부는 냉각 가스홀을 구비하며, 상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며,
    상기 상부 밸브 몸체는 다이어프램 챔버를 포함하고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되어 상기 다이어프램의 원주부을 가압하고, 상기 다이어프램이 상기 다이어프램 챔버에 대응되며, 상기 원주부가 상기 냉각 가스홀과 서로 인접되고,
    상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 상기 밸브 상부캡의 피스톤부에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리되며, 상기 밸브 샤프트는 조임부, 중공 샤프트바 및 축심홀을 포함하며, 상기 조임부는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이고, 상기 중공 샤프트바에는 가이드홀이 설치되어, 상기 가이드홀이 상기 축심홀과 연통되고, 상기 가이드홀 및 상기 냉각 가스홀은 상기 다이어프램 챔버와도 연통되어 가스 냉각 통로를 형성하는 다이어프램 밸브 구조.
  52. 삭제
  53. 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며,
    상기 밸브 몸체는 환형부와 사각부를 포함하고, 상기 사각부는 유입관 및 유출관을 구비하며, 상기 사각부와 상기 환형부의 연결되는 부위에는 최소 직경 부위가 구비되되, 상기 최소 직경 부위의 외면은 테이퍼형으로, 그의 벽 두께가 상기 유입관의 두께를 초과하지 않고, 3mm 미만이며, 열전달 제한 구역이 형성되고, 상기 환형부는 밀폐홈이 구비되는 내주면을 구비하여, 상기 밀폐홈이 상기 최소 직경 부위에 위치하고,
    상기 다이어프램은 원주부, 탄성편 및 중심부를 구비하며, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 환형부에 설치되고, 상기 상부 밸브 몸체는 상기 원주부를 상기 밀폐홈 위치에 가압하여, 상기 다이어프램과 상기 최소 직경 부위가 실질적으로 동일한 수평 위치에 위치되는 가압부를 포함하고,
    상기 밸브 상부캡은 상기 밸브 몸체에 조여서 밀폐되어 실린더 구조를 형성하고, 상기 실린더 구조는 실린더 챔버를 구비하며, 상기 실린더 챔버는 피스톤부에 의해 상부 실린더 챔버와 하부 실린더 챔버로 분리되며,
    상기 밸브 샤프트는 상기 다이어프램의 상기 중심부를 조이는 조임부를 포함하는 다이어프램 밸브 구조.
  54. 삭제
  55. 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법에 있어서, 상기 다이어프램 밸브는 불소 재료에 사용되는 다이어프램 밸브로, 상기 열원 격리 방법은 열전달 제한 방법과 방열 방법을 포함하고, 상기 열전달 제한 방법은 다이어프램 밸브 구조의 다수 개의 열전달 제한 구역의 벽 두께를 제한하는 것으로, 그의 벽 두께는 상기 다이어프램 밸브 구조의 유입관의 두께를 초과하지 않고, 3mm 미만이며, 이로써 열 에너지가 다수 개의 열원 구역에 의해 전달되는 것을 감소하여, 실린더 구조와 다수 개의 열원 구역의 열원 격리 효과에 달성하고, 상기 방열 방법은 자연 냉각 구조와 내부 냉각 구조를 통해 진행되며, 여기서 자연 냉각 구조는 상기 다이어프램 밸브 구조의 사각부의 다수 개의 립, 환형부의 다수 개의 립과 밸브 상부캡의 다수 개의 립에 의해 자연 대류 냉각을 진행하고, 상기 내부 냉각 구조는 상기 환형부의 가스 냉각 통로를 통해 외부 냉각 가스가 진입되어, 다이어프램의 비접액 측 및 중공 샤프트바를 통과하도록 하는 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 다이어프램 밸브는 불소 수지의 밸브 몸체, 불소 수지의 상기 다이어프램을 포함하는 밸브부; 및 상부 밸브 몸체, 밸브 상부캡, 밸브 샤프트를 포함하는 구동 실린더를 포함하며, 상기 밸브 몸체는 상기 환형부와 상기 사각부를 포함하고, 상기 사각부의 립은 상기 사각부의 외부면이 수평 개구된 격자형 립이고, 상기 가스 냉각 통로는 상기 환형부의 하나 이상의 냉각 가스홀을 포함하여, 상기 냉각 가스홀이 냉각 가스 링홈과 연통되고, 상기 냉각 가스 링홈은 또 상기 상부 밸브 몸체의 다수 개의 냉각 가스 가이드홀과 연통되고, 상기 냉각 가스 가이드홀은 상기 다이어프램의 비접액 측과 연통되고, 다음으로 상기 중공 샤프트바의 다수 개의 가이드홀을 통해 상기 밸브 샤프트의 중공 샤프트바와 연통되어 외부로 배출되는 다이어프램 밸브의 열원 격리 방법.
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