KR200212773Y1 - 압력완화방식의밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 압력완화방식의 밸브장치에 관한 것으로, 밸브몸체(21)의 오리피스(21a)를 개폐하는 디스크(28)의 하부면에 다수의 유통공(28b)를 형성하여 인입구(22)로부터 제공된 유체의 일부가 유통공(28b)을 통해 디스크(28)의 상부 공간에 충전되고 유입되는 유입량만큼 상기 배출구(23)로 배출되도록 구성하여, 오리피스(21a)로부터 디스크(28)의 하부면 하부에 작용하는 유체의 압력과 디스크(28)의 하부면 상부에 작용하는 유체의 압력을 상호 감쇄 또는 상쇄(완화)시켜 적은 힘으로도 밸브의 오리피스(21a)를 개폐조절할 수 있도록 한 특징이 있다.

Description

압력완화방식의 밸브장치

본 고안은 밸브의 오리피스를 조절하는 디스크에 있어서, 디스크에 작용하는 유압을 분산, 완화시켜 용이하게 밸브의 조절이 이루어지도록 한 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 밸브장치는 유체가 통과하는 통로에 오리피스를 형성하고 그 오리피스에 마련된 시트에 안착되도록 디스크를 배치하여 디스크에 의한 오리피스의 오리피스를 조절함으로 오리피스를 통과하는 유량을 조절하는 것이다.

도 1에는 종래의 밸브장치가 예시되어 있으며, 밸브몸체(1)에 형성된 통로는 디스크(2)에 의해 선택적으로 개폐되는 오리피스(3)에 유체가 유입되는 인입구(4)와 배출구(5)로 구분된다. 상기 디스크(2)는 유체에 의한 압력이 작용하게 되며, 즉 디스크의 상면에는 배출구(5)측의 유체압력이 작용하고 저면에는 인입구(4)측의 유체압력이 작용하게 되므로 오리피스(3)를 닫도록 디스크(2)를 작동시키기 위해서는 인입구(4)측의 압력보다 큰 힘이 디스크(2)에 작용되어야 한다. 디스크(2)의 작동은 통상 수동 또는 엑츄에이터로 하므로 디스크(2) 작동에 큰 힘이 필요한 경우에는 수동조작에 힘이 들거나 엑츄에이터를 용량이 큰 것으로 사용해야 하며, 이러한 큰 용량이 엑츄에이터는 밸브장치의 제조비용을 크게 증대시키게 된다. 따라서, 상대적으로 작은 엑츄에이터로 밸브 디스크를 작동시키기 위해서는 유체에 의해 디스크에 작용되는 힘이 감소되도록 해야한다.

이를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 오리피스(13a;13b)를 형성하고 하나의 로드에 일체로 제공된 2개의 디스크(12a;12b)로 개폐하도록 하는 방식의 밸브장치가 고안되었다. 상기 밸브장치에서는 하나의 유체 유입 통로(14)에서 2개의 오리피스(13a;13b)를 통해 배출되도록 구성함으로써, 상측의 디스크(12a)와 하측의 디스크(12b)에 작용하는 유압 방향을 반대로 조성하여 결과적으로 디스크(12a;12b)에 작용하는 유압을 완화, 예컨대 상쇄 또는 감쇄하여 보다 수동조작시 용이하게 밸브를 개폐하도록 함은 물론, 적은 용량의 엑츄에이터 사용을 가능하도록 하였다. 그러나, 이러한 구조의 밸브장치는 오리피스(13a,13b)를 통과하는 유량의 일정하게 배분할 수 없기 때문에 일정한 압력완화를 구현하기 곤란하여 후술되는 비례제어식 밸브장치에 적용될 수 없는 단점이 있다. 미설명번호 15는 배출구이다.

여기서, 통상적으로 압력완화가 요구되는 밸브장치는 단순히 ON-OFF식이 아닌 특히, 엑츄에이터를 채택하는 온도조절용도 등으로 사용되는 비례제어식 밸브장치로서, 특정변수에 따라 유량을 조절할 수 있도록 하는 경우이다. 예컨대, 열팽창물질을 주름관 등에 충전 밀봉한 온도조절용 밸브장치는 유통되는 유체의 열전달에 의해 팽창 또는 수축되고 이와 함께 디스크가 밸브의 오리피스를 조절하는 구조를 갖는다. 만약, 이러한 밸브장치의 디스크가 유압의 영향을 받는다면 민감한 온도변화에 즉각적으로 대응할 수 없게 되어 밸브의 조절감도가 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 그 목적은 밸브 디스크에 작용하는 유압을 완화하여 용이하게 밸브의 조절을 가능하도록 하는 동시에 구조가 간단한 밸브장치를 제공함에 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은 디스크에 작용하는 유압을 완화하여 형상기억합금 스프링과 같이 온도에는 민감하지만 용량이 적은 엑츄에이터에 의해 용이하게 밸브의 조절을 가능하도록 한 밸브장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래기술의 일 실시예에 의한 밸브장치를 나타내는 단면도.

도 2는 종래기술의 다른 실시예에 의한 압력완화방식의 밸브장치를 나타내는 단면도.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 의한 압력완화방식의 밸브장치를 나타내는 단면도.

도 4는 도 3의 밸브몸체를 나타내는 단면도.

도 5는 도 3의 개폐손잡이와 밀봉부재를 제거한 상태를 나타내는 평면도.

도 6은 도 3의 디스크를 나타내는 단면도.

도 7은 본 고안의 다른 실시예에 의한 디스크의 상단부 직경이 하단부 직경보다 크게 형성된 압력완화 방식의 밸브장치를 나타내는 단면도.

도 8은 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 형상기억합금 스프링과 바이어스 스프링을 엑츄에이터로 채택한 압력완화방식의 밸브장치를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 : 밸브몸체 22 : 인입구

23 : 배출구 24 : 마개부

25 : 밸브대 26 : 밀봉부재

27 : 밀봉재 28,32 : 디스크

29 : 시트 33a,33b : 걸림쇠

34 : 형상기억합금 스프링 35 : 바이어스 스프링

이러한 본 고안의 목적은, 인입구와 배출구 사이의 시트에 오리피스가 수평으로 형성되어 있고, 상부가 개방된 밸브몸체와; 밸브대가 상부 내측에 제공되며 상기 밸브몸체의 상부 외벽과 체결된 마개부와; 상부면이 개방된 구조로서 상기 밸브대의 하단에 체결되어 있되, 하부면에 다수의 유통공이 형성되어 상기 마개부의 조작에 따라 상기 오리피스를 개폐하는 디스크와; 상기 유통공으로부터 유입된 유체가 상기 마개부로부터 외부로의 누수를 방지하도록 상기 밸브몸체의 상부 내벽과 체결되어 있되, 상기 밸브대의 상하운동을 방해하지 않도록 밀봉재가 조립된 밀봉부재를 포함하여 구성된 압력완화방식의 밸브장치에 의해서 달성될 수 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 동일한 부분에 대해서는 새로이 번호매김을 하지 않고 동일번호를 사용하였다.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 의한 압력완화방식의 밸브장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 밸브몸체를 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 3의 마개부와 밀봉부재를 제거한 상태를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 3의 디스크를 나타내는 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 고안에 의한 밸브장치는 디스크(28)의 하부면에 유통공(28b)을 형성하여 밸브몸체(21)의 인입구(22)로부터 제공된 유체의 일부가 디스크(28)의 유토공(28b)을 통해 유입되어 디스크(28)의 상부 공간에 충전되도록 구성함으로써, 인입구(22)로부터 제공된 유체가 오리피스(21a)를 통해 디스크(28)의 하부면을 가압하는 압력과 디스크(28)의 상부 공간에 충전된 유체가 디스크(28)의 하부면을 가압하는 압력이 서로 상쇄되도록 하거나 또는, 감쇄되도록 구성하였다.

밸브몸체(21)는 소위 "티(T)"자 형상으로서, 인입구(22)와 배출구(23) 사이의 시트(29)에 오리피스(21a)가 수평으로 형성되어 있고, 개방된 상부의 가장자리에는 내벽 및 외벽에 각기 나사산이 형성되어 후술되는 밀봉부재(26) 및 마개부(24)와 조립되도록 구성되어 있다. 마개부(24)는 하부면이 개방된 중공구조로서 밸브몸체(21)의 상단 외벽과 조립되고, 상부 내벽 중심부분에 하방으로 연장된 밸브대(25)가 설치되어 있는데, 밸브대(25)의 하단부는 디스크(28)의 관통공(28a)에 체결되어 마개부(25)의 조작에 따라 오리피스(21a)를 개폐하는 기능을 수행한다.

여기서, 밸브대(25)를 지지하며 마개부(24)를 통해 외부로 유체의 누수를 방지하도록 밀봉부재(26)가 마개부(24)와 밸브몸체(21)의 상부 사이에 제공된다. 밀봉부재(26)는 중심부분에 관통공이 형성되어 밸브대(25)가 삽입되어 원활하게 습동되도록 밸브몸체(21)의 상단 내벽에 조립되고, 상부면에 형성된 요부에 밀봉재(27)가 밸브대(25)의 습동을 방해하지 않도록 조립되어 있다. 그리고, 마개부(24)가 밸브몸체(21)의 외벽에 형성된 나사산을 따라 최저 하강되는 경우에 적어도 밀봉부재(26)의 상부면과 마개부(24)의 하부면 사이에 일정한 거리가 이격되어 있도록 유지되어 있다.

디스크(28)의 구성은 원통형상으로서 상부면에 개방된 구조를 갖는다. 디스크(28)의 하부면은 전술된 밸브대(25)의 하단과 체결되도록 중심부분에 관통공(28a)이 형성되어 있으며, 오리피스(21a)를 통해 제공된 유체에 의해 가압되는 디스크(28) 하부면의 압력을 완화할 수 있도록 밸브대(25)가 체결되는 관통공(28a)주변에 다수의 유통공(28b)을 형성하였다. 유통공(28b)은 오리피스(21a)로부터 제공된 유체의 일부가 디스크(28)의 상부와 밸브몸체(21)의 상부 측면 및 밀봉부재(26)의 하부면으로 형성된 공간 내에 충전되도록 형성함으로써, 디스크(28)가 오리피스(21a)로부터 제공된 유체의 압력이 디스크의 하부면에 가압하는 압력에 반발력으로 작용하도록 하여 전체적인 디스크(28)에 작용되는 압력을 완화하였다.

그리고, 밸브몸체(21)의 내벽에는 철부(凸部;21c)와 요부(凹部;21b)가 형성되어 있으며, 철부(21c)에 대하여 습동되어 상하 운동하는 디스크(28)의 외주벽은 각기 상단부 및 하단부에 환형의 돌기부(28c;28d)가 형성되어 있다. 따라서, 이러한 구조는 디스크(28)의 유통공(28b)으로부터 유입되는 유체가 전술된 디스크(28)의 상부 공간에 충전된 상태에서 마개부(24)의 조작에 의해 디스크(28)가 오리피스(21a)를 개방하면 오리피스(21a)로부터 유입된 유체의 일부가 계속해서 유통공(28b)을 통해 유입되고 그 유입된 유량만큼 도 3에 나타나 있는 바와 같이 밸브몸체(21)의 요부(21b)와 디스크(28)의 외주벽 사이의 이격된 틈새를 따라 배출구(23)로 배출되도록 하여 디스크(28)에 작용하는 유체의 압력을 완화하도록 구성되어 있다. 여기서, 디스크(28)는 마개부(24)의 조작에 의해 하강하여 하단부의 돌기부(28d)가 오리피스(21a)의 내벽을 밀폐함과 동시에 상단부의 돌기부(28c)가 밸브몸체(21)의 철부(21c)의 내벽을 밀폐하고, 반대 조작에 의해 하단부의 돌기부(28d)가 오리피스(21a)를 개방하고 최정점까지 디스크(28)가 상승되면 하단부의 돌기부(28d)가 밸브몸체(21)의 철부(21c) 내벽을 밀폐하도록 되어 있다. 이러한 구조는 디스크(28)의 돌기부(28c;28d)가 밸브몸체(21)의 철부(21c)와 오리피스(21a)의 내벽을 각기 밀폐하는 구조로서, 습동에 따른 공차에 의해 미소량의 누수가 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 미소 누수량까지 차단하기 위해서는 도 7에 나타나 있는 실시예가 바람직하다.

도 7에 나타나 있는 밸브장치는 도 3 내지 도 6에 나타나 있는 디스크(28)의 돌기부(28c;28d)보다 디스크(32)의 돌기부(32c;32d) 직경을 보다 크게 형성한 구조로서, 디스크(32)의 돌기부(32c;32d)가 각기 대응된 철부(21c)의 상부면 및 오리피스(21a)가 형성된 시트(29)의 상부면을 가압하여 완전 차단을 구현할 수 있도록 구성한 것이다.

그러나, 이러한 구조는 디스크(32)의 상부 돌기부(32c)가 하부 돌기부(32d)의 지름보다 상대적으로 크기 때문에 디스크(32)의 하부가 오리피스(21a)가 형성된 시트(29)에 근접될수록 디스크(32) 상부의 압력이 하부의 압력보다 크게 되어 디스크(32)와 오리피스(21a)의 인접부에서 흡인력이 발생됨으로써 비례제어식 밸브장치에는 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 통상적으로 비례제어식 밸브장치는 엑츄에이터가 채택되는 구조로서 특정 변수에 따라 밸브의 오리피스가 조절되기 때문에 만약, 흡인력이 발생하면 조절감도가 저하되어 정확한 오리피스의 조절을 구현할 수 없기 때문이다. 따라서, 이와 같이 비례제어식 밸브장치에 있어 흡인력이 문제되는 경우에는 디스크의 상부 돌기부와 하부 돌기부의 지름 차를 줄임으로서 해결할 수 있다. 실례로 상부 돌기부의 지름을 15.0mm, 하부 돌기부의 지름을 14.9mm로 하였을 때 유체의 흡인력은 발생되지 않는다. 흡인력을 제거할 수 있는 또 다른 방안은 디스크(32)에 형성된 유통공(32b)을 작게 형성하여 전체적으로 디스크(32)를 통과하는 유체의 유량을 줄임으로써 방지할 수 있다.

도 8은 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 형상기억합금 스프링과 바이어스 스프링을 엑츄에이터로 채택한 압력완화방식의 밸브장치를 나타내는 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 고안의 밸브장치는 전술된 실시예와는 달리 엑츄에이터를 채택한 비례제어식 온도조절밸브를 나타내고 있는 것으로, 전술된 실시예와 마찬가지로 디스크(28)에 영향을 미치는 유체의 압력을 완화하도록 구성됨으로써, 형상기억합금 스프링(34)과 바이어스 스프링(35)과 같이 적은 용량의 엑츄에이터를 이용하여 밸브몸체(21)의 오리피스(21a)를 비례적으로 조절할 수 있도록 구성한 것이다. 본 실시예의 밸브장치 구조는 디스크(28)의 하부면 상부와 밀봉부재(26)의 하부면에 밸브대(25)의 외주연을 따라 일방향으로 신축되는 형상기억합금 스프링(34)을 제공하여 유체의 온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우에 확장되어 오리피스(21a)를 폐쇄하고 미리 정해진 온도 이상인 경우에 원상태로 복귀하여 오리피스(21a)를 개방하도록 구성하였고, 디스크(28)의 하부면 하부와 개방된 밸브몸체(21)와 체결된 하부마개부(36)의 사이에 밸브대(25)의 외주연을 따라 신장되는 바이어스 스프링(35)을 제공하여 디스크(28)가 오리피스(21a) 인접부에서 발생되는 인입력을 방지하도록 구성한 것 외에는 도 3 내지 도 6의 실시예와 구성이 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 바이어스 스프링(35)은 형상기억합금 스프링(34)의 복귀를 조력하는 기능을 수행하는 것으로, 형상기억합금 스프링(34)의 신장방향에 대하여 대칭적으로 신장된다.

그리고, 실시예의 밸브장치는 바이어스 스프링(35)을 채택함으로써 밸브대(25)의 길이가 길어지기 때문에 그에 대응하여 밸브몸체(21)를 일체로 연장 제작하거나 도면에 나타나 있는 바와 같이 하부가 개방된 밸브몸체(21)에 하부마개부(36)를 체결하여 구성된다. 여기서, 미설명번호 33a, 33b는 밸브대(25)의 외주연을 따라 신축되는 형상기억합금 스프링(34)이나 바이어스 스프링(35)을 지지하는 걸림쇠이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따른 구조에 의하면, 디스크에 작용되는 유체의 압력을 완화하여 밸브의 오리피스를 용이하게 조절할 수 있는 한편, 밸브장치의 구조가 간단하여 플라스틱 사출, 다이케스팅사출, 단조 및 주물에 의해 용이하게 제작될 수 있으며, 부품수가 적어 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 형상기억합금 스프링을 채택한 비례제어식 온도조절밸브를 건물이나 산업시설에 설치하는 경우에 미소 온도차에 민감하게 반응하는 형상기억합금 스프링의 작동에 따라 밸브의 오리피스를 비례적으로 정확하게 개폐조절할 수 있기 때문에 에너지 낭비를 효과적으로 억제할 수 있는 효과가 있다. 예컨대, 가정의 난방 배관에 본 형상기억합금 스프링을 채택한 온도조절밸브를 설치한 경우에는 보일러와 인접한 방이나 회수측의 방이나 모두 동일한 온도를 유지할 수 있어 가장 추운 방을 기준으로 보일러를 가동하던 종래의 방식으로 낭비되던 에너지를 효과적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 인입구(22)와 배출구(23) 사이의 시트(29)에 오리피스(21a)가 수평으로 형성되어 있고, 상부가 개방된 밸브몸체와; 밸브대(25)가 상부 내측에 제공되며 상기 밸브몸체(21)의 상부 외벽과 체결된 마개부(24)와; 상부면이 개방된 구조로서 상기 밸브대(25)의 하단에 체결되어 있되, 하부면에 다수의 유통공(28b)이 형성되어 상기 마개부(24)의 조작에 따라 상기 오리피스(21a)를 개폐하는 디스크(28)와; 상기 유통공(28b)으로부터 유입된 유체가 상기 마개부(24)로부터 외부로의 누수를 방지하도록 상기 밸브몸체(21)의 상부 내벽과 체결되어 있되, 상기 밸브대(25)의 상하운동을 방해하지 않도록 밀봉재(27)가 조립된 밀봉부재(26)를 포함하여 구성된 압력완화방식의 밸브장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유통공(28b)으로부터 유입된 유체가 원활하게 상기 배출구(23)로 배출되도록 상기 밸브몸체(21)의 내벽에 요부(21b) 및 철부(21c)를 형성하고, 상기 디스크(28)의 외주벽이 상기 밸브몸체(21)의 철부(21c)에 습동하되 유체가 상기 철부(21c)와 상기 디스크(28)의 외주벽 사이의 틈새를 통해 유동되어 상기 배출구(23)로 배출되도록 상기 디스크(28)의 상부 및 하부에 환형이 돌기부(28c;28d)를 형성한 것을 특징으로 하는 압력완화방식의 밸브장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엑츄에이터가 채택되는 비례제어식 온도조절밸브에 적용됨에 있어, 상기 밸브몸체(21)의 오리피스(21a)를 온도에 따라 자동적으로 개폐조절할 수 있도록 상기 디스크(28)의 하부면 상부 및 상기 밀봉부재(26)의 하부면 사이에 상기 밸브대(25)의 외주연을 따라 미리 정해진 온도에 대응하여 민감하게 신장되도록 제공된 형상기억합금 스프링(34)과, 상기 디스크(28)의 하부면이 상기 오리피스(21a)가 형성된 시트(29)에 근접됨에 따라 발생되는 유체의 흡인력을 방지하고 상기 형상기억합금 스프링(34)이 원상태로 복귀하도록 상기 디스크(28)의 하부면 하부 및 상기 밸브몸체(21)의 하부에 상기 밸브대(25)의 단부를 지지하도록 설치된 걸림쇠(33b) 사이에 상기 밸브대(25)의 외주연을 따라 상기 형상기억합금(34)의 신장에 대칭적으로 신장되도록 제공된 바이어스 스프링(35)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력완화 방식의 밸브장치.