KR102563106B1 - 고압유체 제어밸브의 기밀구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밸브 바디의 부품 장착부에 부품유닛의 삽입방향의 직각방향으로 형성되는 제1단차부와, 부품유닛의 외면에 상기 제1단차부와 마주보게 형성되는 제2단차부와, 제2단차부와 제2단차부 사이에 배치되어 밸브 바디와 부품 유닛 사이의 기밀을 유지하는 기밀유닛을 포함한다. 상기 기밀유닛은 상기 제1단차부의 상면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 하부 돌기부와, 상기 제2단차부의 하면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 상부 돌기부와, 상기 제1단차부와 제2단차부 사이에 삽입되어 배치되고 상기 하부 돌기부와 상부 돌기부가 파고 들어가는 실링부재를 포함하여 기밀 성능을 향상시킨다.
Description
본 발명은 고압의 유체가 저장되는 고압용기에 유체를 충전하거나 유체 사용부로 공급할 때 유체의 흐름을 제어하는 고압유체 제어밸브로서, 밸브 바디와 밸브 바디에 장착되는 각종 부품유닛 사이의 기밀구조를 개선하여 유체의 누설을 방지하는 고압유체 제어밸브의 기밀구조에 관한 것이다.
현재, 수소 연료전지 시스템의 경우 원료가스가 저장된 고압용기에 밸브 어셈블리가 설치되어 고압용기로 원료가스를 충전할 때 혹은 고압용기에 저장된 원료가스를 사용부로 공급할 때 원료가스의 흐름을 제어한다.
이러한 밸브 어셈블리는 밸브 바디에 각각 다른 작용을 수행하는 복수의 부품유닛이 장착된다.
이와 같은 부품유닛으로는 유로를 자동으로 개폐하는 솔레노이드 밸브와, 유로를 수동으로 개폐하는 매뉴얼 밸브와, 차량 사고나 전복시 차량의 배관이 끊어질 경우 고압용기 내부의 원료가스가 비정상적으로 과다 유출되는 것을 방지하는 과류차단밸브와, 차량 사고 등으로 화재 발생시 온도에 의해 고압용기 내의 압력이 상승하면 원료가스를 외부로 방출되도록 하는 압력해제장치 등이 있다.
기존의 부품유닛은 밸브 바디에 부품유닛을 장착할 때 밸브 바디에 형성되는 부품 장착부에 부품유닛이 나사결합 방식으로 조립되고, 밸브 바디와 부품유닛 사이에는 시일링이 장착되어 원료가스의 누설을 방지한다.
하지만, 이와 같은 종래의 부품유닛과 밸브 바디 사이의 기밀구조는 부품유닛의 외면에 복수의 시일링이 장착되고 이 시일링이 부품유닛의 부품 장착부 내면에 밀착되어 기밀을 유지하는 구조로서, 고압의 원료가스에 의해 시일링이 변형될 우려가 있고, 장시간 사용에 따라 시일링의 변형 및 부품유닛과 밸브 바디 사이의 유격 발생 등으로 인해 누설이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 밸브 바디에 나사결합 방식으로 장착되는 부품유닛과의 사이의 기밀구조를 개선하여 가스 누설을 방지할 수 있는 고압유체 제어밸브의 기밀구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기밀구조는 밸브 바디의 부품 장착부에 부품유닛의 삽입 방향에 대해 직각방향으로 형성되는 제1단차부와, 부품유닛의 외면에 상기 제1단차부와 마주보게 형성되는 제2단차부와, 제2단차부와 제2단차부 사이에 배치되어 밸브 바디와 부품 유닛 사이의 기밀을 유지하는 기밀유닛을 포함하고, 상기 기밀유닛은 상기 제1단차부의 상면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 하부 돌기부와, 상기 제2단차부의 하면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 상부 돌기부와, 상기 제1단차부와 제2단차부 사이에 삽입되어 배치되고 상기 하부 돌기부와 상부 돌기부가 파고 들어가는 실링부재를 포함한다.
상기 밸브 바디와 부품유닛은 상호 나사결합되어 부품유닛이 상기 밸브 바디의 부품 장착부에 고정되고 상기 밸브 바디와 부품유닛은 금속 재질로 형성되고, 상기 실링부재는 수지재질로 형성될 수 있다.
상기 하부 돌기부와 상부 돌기부는 그 단면이 삼각형 형상이고, 상기 부품유닛이 삽입되는 방향으로 일직선상에 배치될 수 있다.
상기 하부 돌기부는 상기 제1단차부에 일정 간격을 두고 형성되는 제1돌기부 및 제2돌기부를 포함하고, 상기 상부 돌기부는 제1돌기부와 제2돌기부 사이에 배치될 수 있다.
상기 하부 돌기부는 상기 제1단차부의 상면에 일정 간격으로 복수로 형성되고, 상기 상부 돌기부는 상기 제2단차부의 상면에 일정 간격으로 복수로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 기밀구조는 밸브 바디의 제1단차부에 하부 돌기부를 형성하고, 부품유닛의 제2단차부에 상부 돌기부를 형성하여 상부 돌기부와 하부 돌기부가 실링부재를 파고 들어가 고정되어 기밀성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고압용기용 밸브 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기밀유닛의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기밀유닛의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 기밀유닛의 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 기밀유닛의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 기밀유닛의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기밀유닛의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기밀유닛의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 기밀유닛의 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 기밀유닛의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 기밀유닛의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고압용기용 밸브 어셈블리의 구성도이다.
제1실시예에 따른 고압용기용 밸브 어셈블리는 원료가스가 저장되는 고압용기에 장착되는 밸브 바디(10)와, 밸브 바디(10)에 장착되어 유로를 개폐하는 밸브, 안전 관련 밸브 및 원료가스가 출입하는 파이프류를 포함하는 부품유닛(20)을 포함한다.
부품유닛(20)은 수동으로 원료가스가 통과하는 유로를 개폐하는 메뉴얼 밸브(12)와, 밸브 바디(10)에 장착되어 전기적인 신호에 따라 유로를 자동으로 개폐하는 솔레노이드 밸브(14)와, 차량 사고나 전복시 차량의 배관이 끊어질 경우 고압용기 내부의 원료가스가 비정상적으로 과다하게 유출되는 것을 방지하는 과류차단밸브(16)와, 차량 사고 등으로 화재 발생시 온도에 의해 고압용기 내의 압력이 상승하면 원료가스를 외부로 방출해주는 압력해제장치(18)를 포함한다.
그리고 밸브 바디(10)에는 외부의 원료가스 라인이 연결되어 원료가스가 통과하는 아웃렛 파이프(22)와, 고압용기에 삽입되어 배치되고 고압용기 내부로 원료가스를 충전할 때 원료가스가 통과하는 충전 파이프(24)와, 고압용기에 저장된 원료가스를 사용할 때 원료가스가 통과하는 사용 파이프(26)가 각각 장착된다.
밸브 바디(10)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 부품유닛(20)이 장착되는 부품 장착부(30)가 형성되고, 부품유닛(20)은 부품 장착부(30)에 나사결합 방식으로 장착된다. 즉, 밸브 바디(10)의 부품 장착부(30)의 내면에는 암나사부(32)가 형성되고, 부품유닛(20)의 외면에는 수나사부(34)가 형성되어 부품유닛(20)을 부품 장착부(30)에 삽입 후 나사결합하면 부품유닛(20)이 밸브 바디(10)에 장착된다.
밸브 바디(10)와 부품유닛(20)의 하우징은 금속 재질로 형성되고 특히, 밸브 바디(10)는 알루미늄 합금으로 형성되고 부품유닛(20)의 하우징은 스테인레스 스틸 재질로 형성된다.
부품 장착부(30)의 내면에는 원주방향으로 제1단차부(42)가 형성되고, 부품유닛(20)의 외면에는 제1단차부(42)와 마주보는 2단차부(44)가 형성된다. 즉, 제1단차부(42)는 부품유닛(20)이 삽입되는 방향에 대해 직각방향으로 수평하게 형성되고, 제2단차부(44) 역시 제1단차부(42)와 접촉하도록 부품유닛(20)의 삽입 방향에 대해 직각방향으로 수평으로 형성된다.
이에 따라 부품 장착부(30)의 암나사부(32)에 부품유닛(20)의 수나사부(34)를 나사결합 방식으로 결합하여 삽입하면, 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이의 간격은 좁아지게 된다.
즉, 제1단차부(42)는 부품 장착부(30)의 내면에 상면이 평면 형태로 형성되고, 제2단차부(44)는 부품유닛(20)에 하면이 평면 형태로 형성되어 부품유닛(20)을 부품 장착부(30)에 결합하면 상호 접촉될 수 있다.
제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에는 부품 장착부(30)와 부품유닛(20) 사이의 기밀을 유지하기 위한 기밀유닛(50)이 형성된다.
상기 기밀유닛(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1단차부(42)의 상면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 하부 돌기부(52)와, 제2단차부(44)의 하면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 상부 돌기부(54)와, 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에 삽입되어 배치되고 하부 돌기부(52)와 상부 돌기부(54)가 파고 들어가는 실링부재(56)를 포함한다.
하부 돌기부(52) 및 상부 돌기부(54)는 서로 마주보게 배치되고, 제1단차부(42)와 제2단차부(44)의 원주방향으로 돌출 형성된다. 하부 돌기부(52) 및 상부 돌기부(54)는 그 단면이 삼각형 형상일 수 있다.
실링부재(56)는 그 단면이 사각형상이고 금속재질인 하부 돌기부 (52) 및 상부 돌기부(54)가 파고 들어갈 수 있는 강도를 갖는 수지재질로 형성되며, 특히 폴리이미드(PI) 재질로 형성될 수 있다. 즉, 실링부재(56)는 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에 밀착되어 실링작용을 수행할 수 있는 충분한 강도를 가지면서 하부 돌기부(52) 및 상부 돌기부(54)가 파고 들어갈 수 있는 재질로 형성된다.
이와 같이 구성되는 실링유닛(50)은 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에 실링부재(56)를 삽입하고 부품유닛(20)을 부품 장착부(30)에 삽입한 후 결합하면 부품유닛(20)이 전진하여 부품유닛(20)의 외면에 형성되는 수나사부(34)가 부품 장착부(30)의 내면에 형성되는 암나사부(32)에 나사결합된다.
그리고 부품유닛(20)이 더욱 전진하게 되면 도 4에 도시된 바와 같이, 부품 장착부(30)의 제1단차부(42)에 형성되는 하부 돌기부(52)가 실링유닛(56)의 하면을 파고 들어가고, 부품유닛(20)의 제2단차부(44)에 형성되는 상부 돌기부(54)가 실링유닛(56)의 상면을 파고 들어가면서 실링유닛(56)은 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에 압착되어 부품 장착부(30)와 부품유닛(20) 사이는 확실하게 실링된다.
즉, 하부 돌기부(52)가 실링유닛(56)의 하면에 파고 들어가 압착된 상태로 되어 제1단차부(42)와 실링유닛(56)의 하면 사이의 기밀이 유지되고, 상부 돌기부(54)가 실링유닛(56)의 상면에 파고 들어가 압착된 상태로 되어 제2단차부(44)와 실링유닛(56)의 상면 사이의 기밀이 유지되는 것으로서, 시간이 경과하더라도 압착된 상태가 유지되어 기밀 유지에 대한 내구성이 향상될 수 있다.
제2실시예에 따른 기밀유닛(60)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1단차부(42)의 상면에 끝부분이 뾰족한 형태로 형성되고 제1단차부(42)에 일정 간격을 두고 형성되는 한 쌍의 하부 돌기부(62,64)와, 제2단차부(44)의 하면에 끝부분이 뾰족한 형태로 형성되고 하부 돌기부(62,64) 사이에 배치되는 하나의 상부 돌기부(66)와, 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에 삽입되어 배치되고 하부 돌기부(62,64)와 상부 돌기부(66)가 파고 들어가는 실링부재(56)를 포함한다.
하부 돌기부(62,64)는 제1단차부(42)의 양쪽 가장자리에 각각 형성되는 제1돌기부(62) 및 제2돌기부(64)로 구성되고, 상부 돌기부(66)는 제1돌기부(62)와 제2돌기부(64) 사이에 위치된다.
이와 같은 제2실시예에 따른 기밀유닛(60)은 하부 돌기부(62,64)가 한 쌍으로 구성되어 실링부재(56)의 하면에 파고 들어갈 때 보다 안정적인 자세를 유지하여 파고 들어가는 위치를 일정하게 유지할 수 있고, 상부 돌기부와 하부 돌기부의 위치가 서로 달라 실링부재(56)가 변형될 우려를 최소화할 수 있다.
제3실시예에 따른 기밀유닛(70)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제1단차부(42)의 상면에 끝부분이 뾰족한 형태로 형성되고 제1단차부(42)에 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 하부 돌기부(72,74)와, 제2단차부(44)의 하면에 끝부분이 뾰족한 형태로 형성되는 복수의 상부 돌기부(76,78)와, 제1단차부(42)와 제2단차부(44) 사이에 삽입되어 배치되고 하부 돌기부(72,74)와 상부 돌기부(76,78)가 파고 들어가는 실링부재(56)를 포함한다.
이와 같은 제3실시예에 따른 기밀유닛(70)은 하부 돌기부와 상부 돌기부가 복수로 형성되어 기밀성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10: 밸브 바디 20: 부품유닛
30: 밸브 장착부 42: 제1단차부
44: 제2단차부 52: 하부 돌기부
54: 상부 돌기부 56: 실링부재
30: 밸브 장착부 42: 제1단차부
44: 제2단차부 52: 하부 돌기부
54: 상부 돌기부 56: 실링부재
Claims (6)
- 내주면에 암나사부를 구비하는 부품 장착부를 포함하는 밸브 바디;
상기 부품 장착부에 삽입되어 나사결합 가능하도록 외주면에 수나사부를 구비하는 부품유닛;
상기 부품유닛의 삽입방향에 대해 직각방향으로 상기 부품 장착부에 형성되는 제1단차부;
상기 제1단차부와 마주보도록 상기 부품유닛의 외면에 형성되는 제2단차부; 및
상기 제1단차부와 제2단차부 사이에 배치되어 상기 밸브 바디와 부품유닛 사이에 기밀을 유지하는 기밀유닛;을 포함하고,
상기 부품 장착부(30)와 상기 부품유닛(20)는 나사결합에 의해 상기 제1단차부(42)와 제2단차부(44)가 상호 접촉이 가능하도록 그 간격이 좁아지게 되고,
상기 기밀유닛은,
상기 제1단차부의 상면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 하부 돌기부와, 상기 제2단차부의 하면에 끝부분이 뾰족한 형태로 돌출되는 상부 돌기부와, 상기 제1단차부와 제2단차부 사이에 삽입되어 배치되고 상기 하부 돌기부 및 상부 돌기부가 파고 들어가는 실링부재를 포함하는 고압유체 제어밸브의 기밀구조. - 제1항에 있어서,
상기 밸브 바디와 부품유닛은 금속 재질로 형성되고, 상기 실링부재는 수지재질로 형성되는 고압유체 제어밸브의 기밀구조. - 제2항에 있어서,
상기 밸브 바디는 알루미늄 합금으로 형성되고, 상기 부품유닛의 하우징은 스테인레스 스틸 재질로 형성되며, 상기 실링부재는 폴리이미드(PI) 재질로 형성되는 고압유체 제어밸브의 기밀구조. - 제1항에 있어서,
상기 하부 돌기부와 상부 돌기부는 그 단면이 삼각형 형상이고, 상기 부품유닛이 삽입되는 방향으로 일직선상에 배치되는 고압유체 제어밸브의 기밀구조. - 제1항에 있어서,
상기 하부 돌기부는 상기 제1단차부에 일정 간격을 두고 형성되는 제1돌기부 및 제2돌기부를 포함하고, 상기 상부 돌기부는 상기 제1돌기부와 제2돌기부 사이에 배치되는 고압유체 제어밸브의 기밀구조. - 제1항에 있어서,
상기 하부 돌기부는 상기 제1단차부의 상면에 일정 간격으로 복수로 형성되고, 상기 상부 돌기부는 상기 제2단차부의 상면에 일정 간격으로 복수로 형성되는 고압유체 제어밸브의 기밀구조.
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