KR102388094B1 - 포펫 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브는, 내부에 유체 채널을 구비하는 밸브 바디; 상기 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫; 및 상기 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 상기 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하고, 상기 포펫은 상기 유체 채널의 내주면에 접촉하는 단부 경사부에 형성된 홈을 포함한다.

Description

포펫 밸브{Poppet Valve}

본 발명은 포펫 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 체크 밸브의 출구 포트의 유로 형상을 개선하여 유동 특성을 향상시키고 유체력을 보상하여 소음 및 진동을 줄일 수 있는 포펫 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 체크밸브는 소정 조건에서 유체가 한쪽 방향으로만 유동하도록 허용하고, 반대쪽 방향으로는 유동을 차단하는 밸브이다.

체크밸브는 유로 채널이 형성된 밸브체 내부에 스프링에 의해 탄성적으로 지지되는 볼 또는 포펫이 설치되어 구성된다.

체크밸브 중 포펫이 설치된 것을 포펫 밸브라 한다. 종래의 포펫 밸브는 밸브 입구부에 유체력을 보상하는 기구가 없고, 유체 출구부도 단순히 드릴 가공을 통하여 측벽에 직각으로 형성되기 때문에 유체의 유동이 원활하지 못한 문제가 있다.

이에 따라, 밸브 작동 중에 미세한 떨림 또는 진동 현상이 발생하고, 캐비테이션에 의해 소음이 발생하는 문제가 있다.

등록특허공보 제10-1395620호

본 발명은 체크밸브에서 밸브의 적응 변위에서도 많은 유량을 얻을 수 있고 유체력을 보상할 수 있으며 소음과 진동을 줄일 수 있는 포펫 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브는, 내부에 유체 채널을 구비하는 밸브 바디; 상기 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫; 및 상기 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 상기 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하고, 상기 포펫은 상기 유체 채널의 내주면에 접촉하는 단부 경사부에 형성된 홈을 포함한다.

상기 유체 채널의 내주면에 오목하게 형성된 장착홈에 장착되어 상기 스프링을 지지하는 지지부재와, 상기 장착홈에 장착되어 상기 지지부재를 탄성적으로 지지하는 고무링을 더 포함할 수 있다.

상기 포펫은 상기 유체 채널의 내주면에 슬라이딩되는 바디부; 상기 바디부의 일측에서 단차지게 연장되는 유로부; 상기 유로부에 관통형성되는 복수의 유동홀; 상기 유로부의 개구면에 일체로 형성되어 개구면을 막는 폐색부; 및 상기 유로부와 폐색부의 연결 부위 외주면에 테이퍼지게 형성되어 상기 유체 채널의 개폐부에 선택적으로 접촉되는 경사부를 포함할 수 있다.

상기 경사부에는 4개의 홈이 90도 간격으로 형성될 수 있다.

상기 경사부에는 8개의 홈이 45도 간격으로 형성될 수 있다.

상기 경사부에는 외주면 전체에 걸쳐 홈이 360도 연속적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 포펫 밸브는, 내부에 유체 채널을 구비하는 밸브 바디; 상기 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫; 및 상기 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 상기 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하고, 상기 포펫은 그 측면에 상기 유체 채널의 길이방향에 수직인 평면에 대해 경사지게 관통형성된 복수의 유동홀을 포함할 수 있다.

상기 복수의 유동홀의 경사 각도는 20~70도일 수 있다.

상기 포펫은 상기 유체 채널의 내주면에 슬라이딩되는 바디부; 상기 바디부의 일측에서 단차지게 연장되는 유로부; 상기 유로부에 관통형성되는 복수의 유동홀; 상기 유로부의 개구면에 일체로 형성되어 개구면을 막는 폐색부; 및 상기 유로부와 폐색부의 연결 부위 외주면에 테이퍼지게 형성되어 상기 유체 채널의 개폐부에 선택적으로 접촉되는 경사부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 유동홀은 상기 유로부의 측벽에 4개가 관통형성되고, 상기 복수의 유동홀의 경사 각도는 30도일 수 있다.

상기 복수의 유동홀은 상기 유로부의 측벽에 4개가 관통형성되고, 상기 복수의 유동홀의 경사 각도는 60도일 수 있다.

상기한 본 발명의 포펫 밸브에 의하면, 체크밸브에서 밸브의 적응 변위에서도 많은 유량을 얻을 수 있고 유체력을 보상할 수 있으며 소음과 진동을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 포펫의 접촉 단부에 4개의 홈이 형성된 제1실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.
도 5는 포펫의 접촉 단부에 8개의 홈이 형성된 제2실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.
도 6은 포펫의 접촉 단부에 라운드 홈이 형성된 제3실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.
도 7은 홈이 형성되지 않은 포펫 모델의 압력과 속도 분포를 나타내는 해석 결과 이미지들이다.
도 8은 홈이 형성되지 않은 포펫 밸브에서 압력 계산 위치(a)와 홈이 형성되지 않은 포펫 모델의 압력 그래프(b)를 나타내는 이미지이다.
도 9는 제1실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.
도 10은 제1실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.
도 11은 제2실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.
도 12는 제2실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.
도 13은 제3실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.
도 14는 제3실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.
도 15는 3가지 실시예에서 각 변위에 따른 유량을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 종단면도이다.
도 17은 포펫의 측면 유동홀이 길이방향에 수직인 평면에 대해 0도의 각도로 평행하게 형성된 종래기술에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.
도 18은 포펫의 측면 유동홀이 길이방향에 수직인 평면에 대해 30도의 각도로 경사지게 형성된 제4실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.
도 19는 포펫의 측면 유동홀이 길이방향에 수직인 평면에 대해 60도의 각도로 경사지게 형성된 제5실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.
도 20은 유동홀의 경사각이 0도인 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.25mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 21은 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 22는 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 1.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 23은 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 24는 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.25mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 25는 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 26은 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 1.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 27은 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 28은 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 3.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 29는 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.25mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 30은 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 31은 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 1.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 32는 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 33은 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 3.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.
도 34는 종래기술, 제4실시예, 제5실시예에서 각 변위에 따른 유량을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 절개 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 분해 사시도이다.

본 발명의 포펫 밸브(1)는, 내부에 유체 채널(20)을 구비하는 밸브 바디(10)와, 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫(100)과, 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링(50)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 포펫(100)은 유체 채널(20)의 내주면에 접촉하는 단부 경사부(150)에 형성된 홈(160)을 포함한다.

밸브 바디(10)는 전체적으로 내부에 유체 채널(20)이 형성된 원형관 형태로 이루어질 수 있다. 밸브 바디(10)의 외주면은 단면이 원형으로 형성될 수도 있으나, 단면이 다각형, 예를 들어 정육각형으로 형성될 수 있다.

유체 채널(20)은 밸브 바디(10)의 일단부에 유입구(21)가 형성되고, 밸브 바디(10)의 타단부에 유출구(27)가 형성될 수 있다. 유입구(21)의 내측에는 밸브 바디(10)의 내경이 작아져서 단차부가 형성되고, 단차부의 내부 공간 일측이 포펫(100)에 의해 개폐되는 개폐부(23)가 될 수 있다. 즉, 이 개폐부(23)가 밸브 시트(valve seat)를 구성할 수 있다.

단차부와 유출구(27) 사이에는 포펫(100)이 슬라이딩 가능하게 삽입되어 장착될 수 있다. 유체 채널(20)의 유출구(27) 내측에는 스프링(50)을 지지하는 지지부재(40)가 장착될 수 있다. 지지부재(40)는 원형 디스크의 중심에 원형 관통공이 형성된 형태로 이루어질 수 있다. 지지부재(40)의 가장자리에는 스프링(50)이 지지되고, 지지부재(40)의 관통공을 통해 유체가 유동할 수 있다.

밸브 바디(10)의 내주면에는 유체 채널(20)의 직경보다 크게 형성된 장착홈(25)이 구비될 수 있다. 이 장착홈(25)에 지지부재(40)의 테두리부가 삽입되어 장착될 수 있다.

장착홈(25)에는 유출구(27) 측에 고무링(30)이 장착되어 지지부재(40)를 고정하고 지지할 수 있다. 고무링(30)은 전체적으로 원형 링 형태로 이루어지고 그 단면은 사각형으로 형성될 수 있다. 고무링(30)의 내경은 지지부재(40)의 내경보다 훨씬 크게 형성되어, 고무링(30)이 지지부재(40)의 테두리부를 탄성적으로 지지할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 포펫(100)은 전체적으로 일측면이 막힌 원형관 형태로 이루어질 수 있다. 포펫(100)은 유체 채널(20)의 내주면에 슬라이딩되는 바디부(110)와, 바디부의 일측에서 직경이 작아져서 단차지게 연장되는 유로부(120)와, 유로부의 측벽에 관통형성되는 복수의 유동홀(130)과, 유로부의 개구면에 일체로 형성되어 개구면을 막는 폐색부(140)와, 유로부와 폐색부의 연결 부위 외주면에 테이퍼지게 형성되는 경사부(150)를 포함할 수 있다.

바디부(110)는 유체 채널(20)의 내경과 동일하거나 그보다 약간 작은 외경을 가진 원형관으로서, 유체 채널(20)의 내주면에 슬라이딩될 수 있다.

유로부(120)는 바디부(110)의 일측면에서 직경이 작아지도록 단차지게 연결된 원형관 형태로 형성될 수 있다. 스프링(50)의 일단부는 지지부재(40)에 지지되고, 스프링(50)의 타단부는 바디부(110)와 유로부(120) 사이의 단차면에 지지될 수 있다.

유로부(120)의 측벽에는 복수의 유동홀(130)이 관통형성될 수 있다. 유동홀(130)은 유로부(120)의 주위에 4개의 관통홀이 일정한 간격으로 배열될 수 있다.

폐색부(140)는 유로부(120)의 개구면에 일체로 연결되고 원형 디스크 형태로 이루어질 수 있다.

경사부(150)는 유로부(120)와 폐색부(140)의 연결 부위 외주면이 테이퍼진 경사면 형태로 이루어질 수 있다. 이 경사부(150)는 유체 채널(20)의 개폐부(23)에 선택적으로 접촉하여 유체 채널(20)을 선택적으로 개폐할 수 있다.

경사부(150)에는 적어도 하나의 홈(160)이 형성되어 유체력을 보상하고 소음 및 진동을 줄일 수 있다. 경사부(150)에서 유체 채널(20)의 개폐부(23) 밸브 시트에 접촉하는 부위는 경사부(150)의 끝단 부위이기 때문에, 경사부(150)에 홈(160)을 형성하더라도 유체 채널(20)을 완전히 막을 수 있다.

도 4는 포펫의 접촉 단부에 4개의 홈이 형성된 제1실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.

경사부(150)에는 4개의 홈(160)이 90도 간격으로 형성될 수 있다. 홈(160)은 반경방향 외측에서 보면 길이방향으로 길쪽한 타원 형태로 형성될 수 있다. 경사부(150)의 경사면 외측 윤곽에서 홈(160)의 최대 깊이는 길이방향 중간이 가장 깊고 길이방향으로 최대 깊이 지점을 연결한 윤곽선은 곡선 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 최대 깊이 지점을 연결한 윤곽선은 두 직선이 90~120도로 만나는 ㄱ자 형태로 형성될 수도 있다.

도 5는 포펫의 접촉 단부에 8개의 홈이 형성된 제2실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.

경사부(150)에는 8개의 홈(160)이 45도 간격으로 형성될 수 있다. 홈(160)은 반경방향 외측에서 보면 길이방향으로 길쪽한 타원 형태로 형성될 수 있다. 경사부(150)의 경사면 외측 윤곽에서 홈(160)의 최대 깊이는 길이방향 중간이 가장 깊고 길이방향으로 최대 깊이 지점을 연결한 윤곽선은 곡선 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 최대 깊이 지점을 연결한 윤곽선은 두 직선이 90~120도로 만나는 ㄱ자 형태로 형성될 수도 있다.

도 6은 포펫의 접촉 단부에 라운드 홈이 형성된 제3실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.

경사부(150)에는 외주면 전체에 걸쳐 홈이 360도 연속적으로 형성될 수 있다. 즉, 경사부(150)의 외주면 전체에 걸쳐 라운드 홈(162)이 형성될 수 있다.

라운드 홈(162)은 길이방향으로 경사부(150)의 중간 부위에 형성되고, 경사부(150)의 끝단 부위가 개폐부(23)의 밸브 시트에 접촉할 수 있다. 라운드 홈(162)을 포펫(100)의 중심을 지나는 평면으로 자르면, 라운드 홈(162)의 오목한 바닥을 이루는 선은 오목한 곡선 형태 또는 90~120도로 만나는 ㄱ자 형태로 형성될 수 있다.

도 7은 홈이 형성되지 않은 포펫 모델의 압력과 속도 분포를 나타내는 해석 결과 이미지들이고, 도 8은 홈이 형성되지 않은 포펫 밸브에서 압력 계산 위치(a)와 홈이 형성되지 않은 포펫 모델의 압력 그래프(b)를 나타내는 이미지이다.

도 7(a)는 홈이 없는 포펫 밸브에서 포펫의 변위가 길이방향으로 0.5mm 이동했을 때 유체 채널 내부의 압력 분포를 나타낸다. 유체 채널에서 포펫 이전까지는 높은 압력이 거의 동일하게 분포되고, 포펫 이후에는 낮은 압력이 미소한 차이에서 유출구까지 거의 동일하게 분포된다.

도 7(b)는 홈이 없는 포펫 밸브에서 포펫의 변위가 길이방향으로 0.5mm 이동했을 때 유체 채널 내부의 속도 분포를 나타낸다. 포펫에 의해 개폐되는 밸브 시트 부근을 제외하고는, 유체 채널 내부의 유체 유동 속도가 거의 제로에 가깝게 분포됨을 알 수 있다.

도 7(c)는 홈이 없는 포펫 밸브에서 포펫의 변위가 길이방향으로 0.5mm 이동했을 때 유체 채널 내부 중 밸브 시트 부위의 속도 벡터를 나타낸다. 포펫에 의해 개폐되는 밸브 시트 부근을 제외하고는, 유체 채널 내부의 유체 유동 속도 벡터가 거의 제로에 가깝게 분포됨을 알 수 있다.

도 8(a)는 포펫 밸브에서 도 8(b)의 압력 그래프 계산 위치를 나타낸다. 도 8(a)에서 "1"로 표시된 밸브 시트 위치가 도 8(b)에서 Chart Count 1로 표시되고, 도 8(a)에서 "2"로 표시된 밸브 시트 위치가 도 8(b)에서 Chart Count 2로 표시되어 있다.

도 8(b)의 그래프에서 Chart Count 2로 표시된 압력은 반경방향 외측에서 내측 위치까지 거의 동일하게 유지되다가 0.5mm 개방된 밸브 시트 내측 단부 위치에서 조금 떨어짐을 알 수 있다.

도 9는 제1실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이고, 도 10은 제1실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.

도 9(a)의 압력 분포는 도 7(a)의 비교예에 비해 유출구 부위의 압력이 조금 커진 것을 알 수 있다. 도 9(b)의 속도 분포는 도 7(b)의 비교예에 비해 유체 채널 내부의 유동 속도가 전체적으로 조금 커진 것을 알 수 있다. 도 9(c)의 속도 벡터도 도 7(c)의 비교예에 비해 유체 채널 내부의 유동 속도가 전체적으로 조금 커진 것을 알 수 있다. 도 9(d)의 그래프를 보면 도 8(b)의 그래프에 비해, Chart Count 2로 표시된 압력이 포펫의 경사부 위치에서 약간 커지는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 포펫 밸브는 포펫의 경사부에 형성된 홈에 의해 유체의 압력과 속도가 더 커지게 되어 유체력을 보상할 수 있고, 소음과 진동도 줄일 수 있다.

도 10(a)의 압력 분포와 도 10(b)의 속도 분포와 도 10(c)의 속도 벡터는 포펫의 변위가 2mm로 더 커졌기 때문에 도 9의 경우보다 더욱 커짐을 알 수 있다. 도 10(d)의 그래프를 보면, 포펫이 "2" 위치보다 더 많이 개방되었기 때문에 Chart Count 2로 표시된 압력이 유체 채널의 중심부에서 Chart Count 1의 압력과 유사하게 높아짐을 알 수 있다.

도 11은 제2실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이고, 도 12는 제2실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.

제2실시예의 경우 경사부에 8개의 홈이 형성되기 때문에, 도 11(a)에서 압력 분포는 도 9(a)에 비해 유출구 쪽에서 약간 작고, 도 11(b) 및 도 11(c)에서 속도 분포는 도 9(b) 및 도 9(c)에 비해 전체적으로 약간 작은 것을 알 수 있다. 그래도 도 7의 비교예에 비해서 제2실시예의 경우 유출구의 압력이 조금 더 크고 속도도 조금 더 크다. 도 11(d)의 그래프를 보면, Chart Count 2로 표시된 압력이 포펫의 경사부 위치에서 약간 커지는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 포펫 밸브는 포펫의 경사부에 형성된 홈에 의해 유체의 압력과 속도가 더 커지게 되어 유체력을 보상할 수 있고, 소음과 진동도 줄일 수 있다.

도 12(a)의 압력 분포와 도 12(b)의 속도 분포와 도 12(c)의 속도 벡터는 포펫의 변위가 2mm로 더 커졌기 때문에 도 10의 경우보다 더욱 커짐을 알 수 있다. 도 11(d)의 그래프를 보면, 포펫이 "2" 위치보다 더 많이 개방되었기 때문에 Chart Count 2로 표시된 압력이 유체 채널의 중심부에서 Chart Count 1의 압력과 유사하게 높아짐을 알 수 있다.

도 13은 제3실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이고, 도 14는 제3실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지와 그래프이다.

도 13(a)의 압력 분포는 도 7(a)의 비교예에 비해 유출구 부위의 압력이 조금 커진 것을 알 수 있다. 도 13(b)의 속도 분포는 도 7(b)의 비교예에 비해 유체 채널 내부의 유동 속도가 전체적으로 조금 커진 것을 알 수 있다. 도 13(c)의 속도 벡터도 도 7(c)의 비교예에 비해 유체 채널 내부의 유동 속도가 전체적으로 조금 커진 것을 알 수 있다. 도 13(d)의 그래프를 보면 도 8(b)의 그래프에 비해, Chart Count 2로 표시된 압력이 포펫의 경사부 위치에서 약간 커지는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 포펫 밸브는 포펫의 경사부에 형성된 라운드 홈에 의해 유체의 압력과 속도가 더 커지게 되어 유체력을 보상할 수 있고, 소음과 진동도 줄일 수 있다.

도 14(a)의 압력 분포와 도 14(b)의 속도 분포와 도 14(c)의 속도 벡터는 포펫의 변위가 2mm로 더 커졌기 때문에 도 13의 경우보다 더욱 커짐을 알 수 있다. 도 14(d)의 그래프를 보면, 포펫이 "2" 위치보다 더 많이 개방되었기 때문에 Chart Count 2로 표시된 압력이 유체 채널의 중심부에서 Chart Count 1의 압력과 유사하게 높아짐을 알 수 있다.

도 15는 포펫 경사부의 홈 형태에 관한 3가지 실시예에서 각 변위에 따른 유량을 나타내는 그래프이다.

포펫 변위(Poppet displacement)가 0.5mm인 경우 홈이 8개인 제2실시예의 유량이 제일 적고 홈이 4개인 제1실시예의 유량이 제일 많다. 포펫 변위(Poppet displacement)가 2mm인 경우 홈이 8개인 제2실시예와 라운드 홈을 가진 제3실시예의 유량이 유사하게 적고 홈이 4개인 제1실시예의 유량이 그보다 더 많다. 따라서, 포펫 밸브의 유량 특성 면에서는 홈이 4개인 제1실시예가 가장 바람직하다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포펫 밸브를 나타내는 종단면도이고, 도 17은 포펫의 측면 유동홀이 길이방향에 수직인 평면에 대해 0도의 각도로 평행하게 형성된 종래기술에 따른 포펫을 나타내는 사시도이며, 도 18은 포펫의 측면 유동홀이 길이방향에 수직인 평면에 대해 30도의 각도로 경사지게 형성된 제4실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이고, 도 19는 포펫의 측면 유동홀이 길이방향에 수직인 평면에 대해 60도의 각도로 경사지게 형성된 제5실시예에 따른 포펫을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 포펫 밸브(100)는, 내부에 유체 채널(20)을 구비하는 밸브 바디(10)와, 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫(100)과, 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링(50)을 포함한다. 본 실시예에서 포펫(100)은 그 측면에 유체 채널(20)의 길이방향에 수직인 평면에 대해 경사지게 관통형성된 복수의 유동홀(130)을 포함한다.

유체 채널(20)의 구성과 고무링(30) 및 지지부재(40)의 구성은 상술한 실시예와 같다. 또한, 포펫(100)의 구조도 경사부(150)에 홈이 형성되지 않은 것과 복수의 유동홀(130)의 형태를 제외하고는 상술한 실시예와 같다.

도 17에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 포펫(100)은 유체 채널(20)의 내주면에 슬라이딩되는 바디부(110)와, 바디부의 일측에서 직경이 작아져서 단차지게 연장되는 유로부(120)와, 유로부의 측벽에 관통형성되는 복수의 유동홀(130)과, 유로부의 개구면에 일체로 형성되어 개구면을 막는 폐색부(140)와, 유로부와 폐색부의 연결 부위 외주면에 테이퍼지게 형성되는 경사부(150)를 포함할 수 있다.

복수의 유동홀(130)은 유로부(120)의 측벽에 수직으로 형성되어 있다. 즉, 복수의 유동홀(130)은 포펫(100)의 길이방향에 수직인 평면에 대해 0도의 각도로 평행하게 형성되어 있다.

종래기술에 따른 포펫(100)에서 유동홀(130)은 유로부(120)의 측벽에 수직으로 형성되어 있기 때문에, 유체의 유동방향이 유동홀(130)에서 90도로 급격히 꺽이게 된다. 그래서, 유체의 유동에 대한 저항이 커서 유체의 유동 속도가 감소될 수 있다.

이에 반해, 본 실시예의 포펫(100)에서 복수의 유동홀(130)의 경사 각도는 20~70도 중 하나로 형성될 수 있다. 유동홀(130)의 경사 각도가 20도 미만으로 너무 작으면, 종래기술에 비해 유량 특성을 개선하는 효과가 미미하다. 반대로 유동홀(130)의 경사 각도가 70도 초과로 너무 크면, 유동홀(130)의 모서리 부위가 너무 뾰족해지게 되어 강도가 약해질 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 포펫(100)에서 유동홀(130)은 길이방향에 수직인 평면에 대해 30도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 유체가 경사지게 형성된 유동홀(130)을 통과할 때 유체의 유동 방향이 꺽이는 각도가 종래보다 작아지기 때문에, 유체가 더 원활하게 유동할 수 있다. 그래서, 제4실시예에 따른 포펫(100)에 의하면 유체의 속도와 유량 특성이 향상되고 소음 및 진동도 줄어들 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 포펫(100)에서 유동홀(130)은 길이방향에 수직인 평면에 대해 60도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 제5실시예의 경우, 제4실시예의 경우보다 유체의 유동 경로가 꺽이는 각도가 더 작아지기 때문에, 유체의 속도가 더 빠르고 유량 특성도 더욱 향상될 수 있다.

경사지게 형성된 유동홀(130)은 포펫(100)의 유로부(120) 측벽에 소정 직경의 드릴로 경사지게 드릴링함으로써 형성될 수 있다.

도 20은 유동홀의 경사각이 0도인 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.25mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이고, 도 21은 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이며, 도 22는 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 1.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이고, 도 23은 종래기술에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.

도 20 내지 도 23에 나타낸 압력 분포와 속도 분포는 본 발명의 실시예에 대한 비교예가 될 수 있다. 포펫 변위가 0.25mm일 때는 유체 채널에서 밸브 시트 하류의 압력은 거의 동일하고, 유체 속도는 밸브 시트 부위를 제외하고는 유체 채널 전체에서 거의 제로에 가깝게 분포되어 있다. 포펫 변위가 커질수록 압력은 유출구로 갈수록 압력이 더 많이 떨어지고, 유체 속도는 더 커지게 된다.

도 24는 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.25mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이고, 도 25는 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이며, 도 26은 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 1.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이고, 도 27은 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이며, 도 28은 제4실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 3.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.

도 24에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에서 포펫의 변위가 0.25mm인 경우 도 20의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 조금 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 25에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에서 포펫의 변위가 0.5mm인 경우 도 21의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 26에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에서 포펫의 변위가 1.0mm인 경우 도 22의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 조금 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 27에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에서 포펫의 변위가 2.0mm인 경우 도 23의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 조금 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 28에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예에서 포펫의 변위가 3.0mm인 경우 도 27의 2.0mm인 경우에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 덜 떨어지고 유동 속도는 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 29는 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.25mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이고, 도 30은 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 0.5mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이며, 도 31은 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 1.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이고, 도 32는 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 2.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이며, 도 33은 제5실시예에 따른 포펫 밸브에서 변위 3.0mm일 때 압력과 속도 분포를 나타내는 이미지이다.

도 29에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에서 포펫의 변위가 0.25mm인 경우 도 20의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 30에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에서 포펫의 변위가 0.5mm인 경우 도 21의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 31에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에서 포펫의 변위가 1.0mm인 경우 도 22의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 조금 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 32에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에서 포펫의 변위가 2.0mm인 경우 도 23의 종래기술에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 조금 덜 떨어지고 유동 속도는 조금 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 33에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 60도인 제5실시예에서 포펫의 변위가 3.0mm인 경우 도 32의 2.0mm인 경우에 비해, 유체 압력은 유체 채널의 유출구에서 덜 떨어지고 유동 속도는 더 빠른 것을 알 수 있다.

도 34는 종래기술, 제4실시예, 제5실시예에서 각 변위에 따른 유량을 나타내는 그래프이다.

도 34에 도시된 바와 같이, 유동홀의 경사각이 30도인 제4실시예와 60도인 제5실시예의 경우 각 변위에서 유동홀의 경사각이 0도인 종래기술에 비해 유량이 더 많은 것을 알 수 있다. 또한, 제5실시예의 경우 제4실시예에 비해 유체의 유동 방향이 덜 꺽이므로, 대체로 유량이 더 많은 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

예를 들어, 본 발명의 포펫 밸브(1)에서 포펫(100)은 유체 채널(20)의 내주면에 접촉하는 단부 경사부(150)에 형성된 홈(160)을 포함할 뿐만 아니라, 포펫(100)은 그 측면에 유체 채널(20)의 길이방향에 수직인 평면에 대해 경사지게 관통형성된 복수의 유동홀(130)을 동시에 포함할 수도 있다.

1: 포펫 밸브
10: 밸브 바디 20: 유체 채널
21: 유입구 23: 개폐부
25: 장착홈 27: 유출구
30: 고무링 40: 지지부재
50: 스프링
100: 포펫
110: 바디부 120: 유로부
130: 유동홀 140: 폐색부
150: 경사부 160: 홈
162: 라운드 홈

Claims (11)

1. 내부에 유체 채널을 구비하는 밸브 바디;
   상기 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫; 및
   상기 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 상기 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하고,
   상기 포펫은
   상기 유체 채널의 내주면에 슬라이딩되는 바디부;
   상기 바디부의 일측에서 단차지게 연장되는 유로부;
   상기 유로부에 관통형성되는 복수의 유동홀;
   상기 유로부의 개구면에 일체로 형성되어 개구면을 막는 폐색부;
   상기 유로부와 폐색부의 연결 부위 외주면에 테이퍼지게 형성되어 상기 유체 채널의 개폐부 내주면 단부에 선택적으로 접촉되는 경사부; 및
   상기 경사부에 오목하게 형성된 적어도 하나의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유체 채널의 내주면에 오목하게 형성된 장착홈에 장착되어 상기 스프링을 지지하는 지지부재와,
   상기 장착홈에 장착되어 상기 지지부재를 탄성적으로 지지하는 고무링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 경사부에는 4개의 홈이 90도 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.
5. 제1항에 있어서,
   상기 경사부에는 8개의 홈이 45도 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.
6. 제1항에 있어서,
   상기 경사부에는 외주면 전체에 걸쳐 홈이 360도 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.
7. 내부에 유체 채널을 구비하는 밸브 바디;
   상기 유체 채널을 개폐하도록 장착된 포펫; 및
   상기 유체 채널에 장착되어 유체 채널이 닫히는 방향으로 상기 포펫을 밀어주는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함하고,
   상기 포펫은
   상기 유체 채널의 내주면에 슬라이딩되는 바디부;
   상기 바디부의 일측에서 단차지게 연장되는 유로부;
   상기 유로부에 관통형성되는 복수의 유동홀;
   상기 유로부의 개구면에 일체로 형성되어 개구면을 막는 폐색부;
   상기 유로부와 폐색부의 연결 부위 외주면에 테이퍼지게 형성되어 상기 유체 채널의 개폐부에 선택적으로 접촉되는 경사부; 및
   상기 유로부의 측면에 상기 유체 채널의 길이방향에 수직인 평면에 대해 20~70도의 각도로 경사지게 관통형성된 복수의 유동홀을 포함하는 포펫 밸브.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 유동홀은 상기 유로부의 측벽에 4개가 관통형성되고,
    상기 복수의 유동홀의 경사 각도는 30도인 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.
11. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 유동홀은 상기 유로부의 측벽에 4개가 관통형성되고,
    상기 복수의 유동홀의 경사 각도는 60도인 것을 특징으로 하는 포펫 밸브.

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