KR102660932B1 - 유량 조절용 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저개도 영역에서 구동부의 스트로크 변화에 따른 유량 변화를 낮게 설정하고, 나머지 영역에서는 높게 설정하여 저유량 영역에서 정교한 유량의 조절이 가능하고, 또한 구동부의 수명을 연장할 수 있는 유량 조절용 볼 밸브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 밸브부와 구동부를 포함하며, 구동부의 작동로드의 회전 동작에 따라 상기 밸브부의 개도가 결정되어 유량을 조절하는 유량 조절용 볼 밸브에 있어서, 상기 밸브부는: 유체가 유입되는 유입구와 유체가 유출되는 유출구, 상기 유입구와 연통되는 유입공간과 상기 유출구와 연통되는 유출공간, 상기 유입공간과 유출공간 사이에 배치되는 중앙공간을 포함하는 몸체; 상기 몸체의 중앙공간에 배치되며, 상기 작동로드가 결합하여 작동로드의 회전 동작에 따라 회전하여 밸브 개도를 조절하는 볼; 및 상기 볼 중앙에 형성되어 유입공간과 유출공간을 연통시키는 연통구를 포함하되, 상기 연통구는 폐루프 형태의 외곽선을 포함하고, 상기 외곽선 내부는 관통되며, 상기 외곽선은 복수의 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유량 조절용 볼 밸브{Ball valve for flow control}

본 발명은 유량 조절용 볼 밸브에 관한 것으로 더욱 상세하게는 미세한 유량 조절이 가능한 유량 조절용 볼 밸브에 관한 것이다.

선박, 발전, 제철, 정유 및 수처리 등의 산업 분야에서는 가스나 액체의 공급 유량을 조절하는 유량 조절용 밸브들이 많이 사용되고 있다.

특히 산업용에 적용되는 유량 조절용 밸브는 작업자가 필요에 따라 유량의 정도를 직접 조작하는 수동용과 별도의 액추에이터와 액추에이터를 제어하는 제어기를 포함하는 자동 방식의 유량 조절 밸브로 구분되고, 특히 자동 방식의 경우에는 상기 제어기가 공정 상태를 인식한 후 액추에이터 동작을 제어하고, 상기 액추에이터가 밸브의 개폐 정도를 조절하여 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 유량 조절 밸브는 다양한 방식들이 제안되었다. 예를 들면, 공개특허 제2003-0052991호에는 하우징 내에 고정되고, 또 밸브스프링의 밸브체 측의 일단을 지지하는 제2스프링 홀더를 구비하고, 상기 제2스프링 홀더는 주철 등으로 구성된 하우징보다도 열전도율이 낮은 재료로 형성된 대략 원통상의 부재이고, 원형상의 내저부와, 이 내저부의 외주에서 연재해서 밸브스프링의 주위를 둘러싸는 동체부인 스테이부와, 내저부의 중앙에 형성되고 하우징의 관통구멍을 구성하는 주벽의 외경보다 큰 내경을 갖는 관통구멍과, 스테이부의 상부에서 반경방향 외방으로 연재하고, 구형상태의 외주부를 갖는 손잡이부로 구성되는 유량 제어 밸브의 구성이 개시되어 있다.

또한, 공개특허 제2013-0053316호에는 양단부가 개방된 내부 공간을 구비하는 몸체와, 상기 내부 공간을 선택적으로 개폐하도록 상기 내부 공간에 회전 가능하게 설치되는 디스크와, 상기 디스크가 상기 내부공간을 개방한 제1 상태와 막은 제2 상태 사이에서 회전하도록 상기 디스크의 회전을 제어하는 제어장치, 및 상기 디스크가 상기 제1 및 제2 상태에 도달하면 각각 제1 및 제2 신호를 생성하고 상기 제1 및 제2 신호를 이용하여 상기 디스크의 회전 정도를 검출하는 위치감지장치를 포함하는 유량 제어 밸브가 개시되어 있다.

상기한 바와 같이 종래 유량 조절 밸브들의 경우 밸브 개폐 정도에 따라 유량이 결정되며, 통상 개폐와 유량의 관계가 제어 특성을 고려하여, 최대 개폐 영역을 제외한 대부분의 영역에서 선형 관계로 설정하는 것이 일반적이다.

그러나 선박용 가스 엔진의 연료 공급부에 적용되는 밸브나 화학 공정 등에 적용되는 대용량 유체 공급 라인의 밸브는 대부분은 낮은 밸브 개도 상태에서 유량을 조절하는 형태로 운영되는 경우가 많아 장착된 구동부(액추에이터)는 좁은 영역의 스트로크에서만 반복적으로 구동되는 경우 많다.

즉, 저유량 영역에서 미소한 유량 변화로 밸브가 구동되는 것이 주를 이루어 구동부가 특정 스트로크에서 작은 변화만으로 구동되어 저유량 영역에서 정교한 유량 조절이 어려운 단점이 있으며, 또한 구동부의 동작 영역도 일부 영역에서만 반복되는 형태의 높은 피로도 환경에서 구동되어 구동부 자체의 수명이 상대적으로 짧아지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 저개도 영역에서 구동부의 스트로크 변화에 따른 유량 변화를 낮게 설정하고, 나머지 영역에서는 높게 설정하여 저유량 영역에서 정교한 유량의 조절이 가능하고, 또한 구동부의 수명을 연장할 수 있는 유량 조절용 볼 밸브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 밸브부와 구동부를 포함하며, 구동부의 작동로드의 회전 동작에 따라 상기 밸브부의 개도가 결정되어 유량을 조절하는 유량 조절용 볼 밸브에 있어서, 상기 밸브부는: 유체가 유입되는 유입구와 유체가 유출되는 유출구, 상기 유입구와 연통되는 유입공간과 상기 유출구와 연통되는 유출공간, 상기 유입공간과 유출공간 사이에 배치되는 중앙공간을 포함하는 몸체; 상기 몸체의 중앙공간에 배치되며, 상기 작동로드가 결합하여 작동로드의 회전 동작에 따라 회전하여 밸브 개도를 조절하는 볼; 및 상기 볼 중앙에 형성되어 유입공간과 유출공간을 연통시키는 연통구를 포함하되, 상기 연통구는 폐루프 형태의 외곽선을 포함하고, 상기 외곽선 내부는 관통되며, 상기 외곽선은 복수의 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 외곽선은 볼 회전축과 동일한 수직축에 직교하는 수평선에 대하여 대칭 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 외곽선은 제1곡선부, 상기 제1곡선부의 양끝단 중 상단에서 연장되는 상단 제2곡선부와 하단에서 연장되는 하단 제2곡선부, 상기 제2곡선부의 타끝단에서 각각 연장되는 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1곡선부와 상기 상단 제2곡선부 및 하단 제2곡선부는 동일한 방향으로 곡률이 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 상단 제3곡선부와 상기 하단 제3곡선부의 곡률은 각각 상단 제2곡선부와 하단 제2곡선부의 곡률과 반대 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1곡선부, 상단 제2곡선부, 하단 제2곡선부, 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부는 원호인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1곡선부, 상단 제2곡선부, 하단 제2곡선부, 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부는 2차 곡선인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1곡선부, 상단 제2곡선부, 하단 제2곡선부, 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부는 3차 곡선인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1곡선부와 상기 상단 제2곡선부 사이에는 상단 직선부가 형성되고, 상기 제1곡선부와 상기 하단 제2곡선부 사이에는 하단 직선부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 밸브부가 밀폐에서 개방되는 방향으로 상기 볼이 회전하는 경우 상기 제3곡선부, 제2곡선부 및 제1곡선부 순으로 개방되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유량 조절용 볼 밸브는 밸브 몸체, 상기 밸브 몸체에 안착되는 구형태의 볼, 상기 볼에 관통 형성되는 연통구를 포함하며, 상기 연통구는 일측면은 수평선에 대하여 서로 대칭형태로 배치되는 복수의 곡선부로 구성되어 저개도 영역에서 볼의 회전 스트로크 대비 유량이 서서히 증가하도록 하여 미소 유량의 제어가 용이하고, 또한 저유량 영역에서 구동부의 회전 스트로크를 길게 구동하도록 하여 구동부의 수명을 연장하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유량 조절용 볼 밸브의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 밸브부의 단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 몸체의 단면도이며,
도 4는 도 3의 다른 실시예이며,
도 5는 도 2에 도시된 볼에 형성된 연통구의 구성도이며,
도 6은 도 5의 연통구의 회전에 따른 개방 면적 설명도이며,
도 7은 도 5의 다른 실시예이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 유량 조절용 볼 밸브(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브부(1)와 상기 밸브부(1) 상단에 안착되어 밸브부(1)의 개폐 정도를 조절하는 구동부(2)를 포함하여 구성된다.

상기 벨브부(1)는 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 유출되는 유출구(12)를 포함하여 구성되며, 내부 개도 조절에 따라 상기 유출구(12)를 통하여 유출되는 유체의 유량이 조절된다.

한편, 상기 구동부(2)는 구동본체(81)와 상기 구동본체(81) 하단 중앙에 배치되어 회전하는 작동로드(82)를 포함하여 구성되며, 상기 작동로드(82)의 끝단은 밸브부(1)의 볼과 결합을 위한 결합부가 형성되어 있다.

상기 구동부(2)는 사용처의 상태와 연동하여 동작되는 것으로, 다이아프램 방식, 유압식, 공압식 또는 전기식으로 구현될 수 있으며, 기타 필요한 경우 다른 방식으로 구동할 수 있으며, 그 방식은 제한되지 않는다.

또한 필요한 경우 상기 구동부(2)를 동작시키는 별도의 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 사용처의 상태를 감지하는 센서부를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 센서부에서 감지되는 상태에 따라 상기 구동부(2)의 작동로드(82)의 회전 스트로크를 조절하는 형태로 구현될 수 있다.

한편, 상기 밸브부(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구(11) 및 유출구(12)를 포함하는 몸체(10)와 상기 몸체(10) 중앙에 배치되어 상기 작동로드(82)와 결합하여 회전하는 볼(40)과 상기 볼(40)에 관통형성되는 연통구(50)를 포함하여 구성된다.

필요한 경우 상기 볼(40)과 상기 몸체(10) 사이에 배치되어 밀봉성을 향상시켜주는 시트링(90)을 포함할 수 있다.

상기 몸체(10)의 내부 구성은 도 3에 도시된 바와 같이, 유입구(11)와 연통되는 유입공간(13), 유출구(12)와 연통하는 유출공간(14) 및 중앙에 형성되어 상기 볼(40)이 안착되는 중앙공간(15)을 포함하여 구성되며, 상기 유입공간(13), 중앙공간(15) 및 유출공간(14)은 서로 연통되어 구성된다.

상기 중앙공간(15)은 구형태의 볼(40)의 상단 및 하단이 안착되 수 있는 형태로 구성된다.

또한 상기 몸체(10)의 상단에는 상기 구동부(2)와 결합을 위한 결합면(19)이 형성되어 있으며, 필요한 경우 상기 구동부(2)와 결합을 위한 결합홀과 별도의 결합구 등을 포함하여 구성될 수 있다.

물론 상기 결합면(19)에 결합하는 구동부(2)는 구동본체(81)의 하면으로, 상기 하면 역시 상기 결합면(19)과 결합될 수 있는 형태로 구성된다.

한편, 상기 몸체(10)는 내부에 볼(40)의 안착을 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 제1몸체(21)와 제2몸체(22)가 결합하는 형태로 구성될 수 있다.

즉, 제1몸체(21)에 볼(40)을 안착시킨 후, 상기 제2몸체(22)를 결합하는 형태로 조립되며, 제1몸체(21)와 제2몸체(22)는 별도의 볼트를 이용하여 결합시킬 수 있으며, 필요한 경우 볼트를 분해하여 제1몸체(21)와 제2몸체(22)를 분리하고, 내부에 안착된 볼(40) 역시 분리할 수 있다.

이때 볼(40)과 몸체(10) 사이에 시트링(90)이 배치되는 경우, 제1몸체(21) 내부에 시트링(90)을 안착시키고, 이후 볼(40)을, 그리고 제2몸체(22)에 다른 시트링(90)을 안착시킨 후, 상기 제1몸체(21)와 제2몸체(22)를 결합시킨다.

필요한 경우, 상기 제1몸체(21)와 제2몸체(22)는 수직으로 결합되는 형태 이외에 수평으로 결합되는 형태 또는 경사로 결합되는 형태로 구성될 수 있으며, 또는 상기 방식 이외에 내부에 볼(40)을 안착할 수 있는 다른 형태로 결합되는 구성으로 구현될 수도 있다.

한편, 상기 볼(40)은 사전에 설정된 각도로 회전하도록 구성되며, 대략 90도 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 구동부(2)는 상기 볼(40)을 사전에 설정된 범위로 회전시켜 밸브부(1)의 개도를 설정한다.

상기 볼(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 양측면이 절단된 형태이며, 상기 절단된 부분에는 볼(40)을 관통하여 형성되는 연통구(50)가 형성된다.

또한 상기 볼(40)은 상단에 형성되어 상기 작동로드(82)와 결합하는 결합홈(41)을 포함한다.

한편, 상기 연통구(50)의 외곽선은 도 5에 도시된 바와 같이, 볼(40)의 중심에서 형성되는 수평선과 상기 수평선과 수직이면서 상기 볼(40)의 회전축과 동일한 방향의 수직선을 중심으로, 대칭형으로 구성된다.

상기 연통구(50)는 폐루프 형태의 외곽선(51)을 포함하고, 상기 외곽선(51)의 내부가 상기 볼(40)을 관통하여 형성된다.

상기 외곽선(51)은 상기 볼(40)의 중심선에서 수평 방향으로 이격된 위치를 중심으로 형성되는 제1곡선부(52)를 포함하며, 상기 제1곡선부(52)의 형성 각도 a는 180도 이상으로 구성된다.

또한, 상기 외곽선(51)은 상기 제1곡선부(52)의 양끝단 중 상단 끝단에 연장 형성되는 상단 제2곡선부(53)를 포함한다.

여기서 상기 상단 제2곡선부(53)의 곡률 방향은 상기 제1곡선부(52)와 동일한 방향으로 형성된다.

또한, 상기 외곽선(51)은 상기 상단 제2곡선부(53)의 끝단에서 연장 형성되는 상단 제3곡선부(55)를 포함한다.

여기서 상기 상단 제3곡선부(55)의 중심은 상기 제1곡선부(52)의 중심과 반대 방향으로 설정된다.

한편, 상기 제1곡선부(52)의 하단 끝단에는 하단 제2곡선부(54), 상기 하단 제2곡선부(54)의 끝단에는 하단 제3곡선부(56)가 연장 형성되고, 각각의 특성을 상단에 형성된 곡선부와 대칭되도록 형성한다.

그리고 상단 제3곡선부(55)와 하단 제3곡선부(56)의 일끝단은 서로 연결되어 폐루프 형태의 외관선(51)을 구성한다.

상기 연통구(50)의 회전 스트로크에 따른 개방 면적은 도 6에 도시된 바와 같이, 저개도 영역에서 개방 면적인 회전 개도에 따라 서서히 증가하다 급격히 증가하는 형태로 구성되며, 고개도에서는 회전 개도와 면적 증가가 비례적으로 설정되는 특성이 있다.

필요한 경우 상기 외곽선(51)은 도 7에 도시된 바와 같이 제1곡선부(52)와 제2곡선부(53, 54) 사이에는 수평으로 배치되는 상단 직선부(57) 및 하단 직선부(58)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때 상기 제1곡선부(52)의 형성 각도 a는 180도 또는 180도 부근의 각도로 설정할 수 있다.

상기와 같은 외관선(51)의 구성을 고개도 부분의 면적을 저개도 부분의 면적보다 크게 형성하여 고개도 부분의 회전 스트로크도 상대적으로 크게 구동해야 하는 특성이 있다.

한편, 상기 곡선부(52, 53, 54, 55, 56)는 도면 상에 원호와 유사한 형태로 도시되었으나, 필요한 경우 일반적인 2차 곡선, 더 나아가 스플라인 곡선과 같은 3차 곡선으로 구성될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 밸브부 2: 구동부
10: 몸체 11: 유입구
12: 유출구 13: 유입공간
14: 유출공간 15: 중앙공간
19: 결합면 21: 제1몸체
22: 제2몸체 40: 볼
41: 결합홈 50: 연통구
51: 외곽선 52: 제1곡선부
53: 상단 제2곡선부 54: 하단 제2곡선부
55: 상단 제3곡선부 56: 하단 제3곡선부
57: 상단 직선부 58: 하단 직선부
81: 구동본체 82: 작동로드
90: 시트링 100: 볼 밸브

Claims (10)

1. 밸브부와 구동부를 포함하며, 구동부의 작동로드의 회전 동작에 따라 상기 밸브부의 개도가 결정되어 유량을 조절하는 유량 조절용 볼 밸브에 있어서,
   상기 밸브부는:
   유체가 유입되는 유입구와 유체가 유출되는 유출구, 상기 유입구와 연통되는 유입공간과 상기 유출구와 연통되는 유출공간, 상기 유입공간과 유출공간 사이에 배치되는 중앙공간을 포함하는 몸체;
   상기 몸체의 중앙공간에 배치되며, 상기 작동로드가 결합하여 작동로드의 회전 동작에 따라 회전하여 밸브 개도를 조절하는 볼; 및
   상기 볼 중앙에 형성되어 유입공간과 유출공간을 연통시키는 연통구를 포함하되,
   상기 연통구는 폐루프 형태의 외곽선을 포함하고, 상기 외곽선 내부는 관통되며, 상기 외곽선은 복수의 곡선부를 포함하며,
   상기 외곽선은 볼 회전축과 동일한 수직축에 직교하는 수평선에 대하여 대칭 형태로 구성되며,
   상기 외곽선은 제1곡선부, 상기 제1곡선부의 양끝단 중 상단에서 연장되는 상단 제2곡선부와 하단에서 연장되는 하단 제2곡선부, 상기 제2곡선부의 타끝단에서 각각 연장되는 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부를 포함하며,
   상기 제1곡선부와 상기 상단 제2곡선부 및 하단 제2곡선부는 동일한 방향으로 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 상단 제3곡선부와 상기 하단 제3곡선부의 곡률은 각각 상단 제2곡선부와 하단 제2곡선부의 곡률과 반대 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1곡선부, 상단 제2곡선부, 하단 제2곡선부, 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부는 원호인 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.
   
7. 청구항 5에 있어서, 상기 제1곡선부, 상단 제2곡선부, 하단 제2곡선부, 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부는 2차 곡선인 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.
   
8. 청구항 5에 있어서, 상기 제1곡선부, 상단 제2곡선부, 하단 제2곡선부, 상단 제3곡선부 및 하단 제3곡선부는 3차 곡선인 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.
   
9. 청구항 5에 있어서, 상기 제1곡선부와 상기 상단 제2곡선부 사이에는 상단 직선부가 형성되고, 상기 제1곡선부와 상기 하단 제2곡선부 사이에는 하단 직선부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.
   
10. 청구항 5에 있어서, 상기 밸브부가 밀폐에서 개방되는 방향으로 상기 볼이 회전하는 경우 상기 제3곡선부, 제2곡선부 및 제1곡선부 순으로 개방되는 것을 특징으로 하는 유량 조절용 볼 밸브.