KR20040009905A

KR20040009905A - 초저온 밸브

Info

Publication number: KR20040009905A
Application number: KR1020020044276A
Authority: KR
Inventors: 고영석
Original assignee: 주식회사서흥금속
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-01-31
Also published as: KR100454723B1

Abstract

본 발명의 초저온 밸브는, 홀이 형성된 볼; 상기 볼을 수응하기 위한 몸체, 일단이 핸들에 결합되고 타단이 상기 볼의 상부에 결합된 스템; 및 상기 볼, 상기 몸체 및 상기 스템으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 스템의 외주면을 둘러싸며 상기 몸체의 상부에 체결된 본넷을 포함하는 초저온 밸브에 있어서, 유체 의 압력을 완충시키기 위한 스프링, 상기 스프링을 수용하기 위한 공동을 가진 제1스톱링, 일면은 상기 스프링의 일단에 접해 있고 타면은 몸체의 내측면에 접해 있으며 상기 제1 스톱링의 일방 오목부에 일부분이 삽입된 제1 시트개스킷, 및 상기 스프링의 타단과 접해 있으며 상기 제1 스톱링의 일방 오목부에 대향되는 타방 오목부에 일부분이 삽입되어 상기 볼과 접하는 제1 시트링을 갖는 완충부재; 및 상 기 볼의 외측면과 접하는 제2 시트링, 상기 몸체의 안측면에 접촉되는 제2 시트개 스킷, 상기 제2 시트링과 제2 시트개스킷의 각 대향면에 접하여 양단에 있는 오목부분들에서 상기 제2 시트링과 제2 시트개스킷을 각각 안착시키는 제2 스 톱링, 및 상기 볼과의 접촉면에 대향되는 제2 스톱링의 면과 제2 시트링의 면 사이에 삽입된 제3 시트개스킷을 갖는 실드부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

초저온 밸브{Cryogenic valve}

본 발명은 초저온 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초저온에서 기밀을유지할 뿐만 아니라 밸브의 개폐시에 작은 토크로 밸브를 개폐할 수 있는 초저온 밸브에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 최근 액체질소, 액체산소, 천연액화가스(LNG) 등의 초저온 유체에 대한 밸브의 수요가 날로 증가하고 있는 실정이다.

이러한 초저온의 유체들은 그 온도가 매우 낮기 때문에 밸브에 이용되는 재질이나 구성은 일반 실온에서 이용되는 밸브와 다르다.

특히, 초저온 밸브의 재질은 초저온에서도 변형이 잘 일어나지 않아야 밸브의 기밀성을 유지할 수 있다.

이와 같이 초저온의 상태에서 변형이 잘 일어나지 않는 재질로서, PCTFE를 실드 재료로 이용하고 있다.

그러한 재료를 이용하는 종래의 초저온 밸브를 설명하고자 한다.

도 1은 PCTFE의 실드 재료를 이용한 종래의 초저온 밸브의 단면을 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 A부분을 확대한 확대도이다.

종래의 초저온 밸브는, 도 1에서 나타낸 바와 같이, 유체가 제1 통로(814)로부터 제2 통로(875)로 통과할 수 있는 몸체(802), 스템(803)에 결합된 핸들(807)에 의해 유체의 개폐 작용을 할 수 있는 원통형의 공동을 가진 볼(801), 볼(801)이 연 결된 스템(803)을 덮는 본넷(804), 핸들(807)을 지지하기 위한 지지판(812), 플랜지부(808)을 매개하여 본넷(804)과 지지판(812)을 체결하는 볼트(809), 본넷(804)과 밀착되는 스템(803)의 상부로부터 유체가 누설되는 것을 방지하기 위한 패킹부재(811)와 그 위에 밀착된 글랜드(810)를 포함하고 있다.

이러한 종래의 초저온 밸브는, 볼(801)이 폐쇄상태에 있을 때, 몸체(802)와 볼(801) 사이에서 유체가 누설되지 않도록 하기 위하여 몸체(802)와 볼(801) 사이에 PCTFE(805)와 그래파이트(806)가 밀착된 실드부재가 삽입되는 것을 특징으로 하고 있다.

전술한 바와 같이, PCTFE(805)는 초저온에서 변형이 잘 일어나지 않기 때문에 몸체(802)와 볼(801) 사이의 실드부재로 이용되고 있으며, 제1 통로(814) 또는 제2 통로(815)의 유체로부터 볼(801)에 가해지는 압력에 대하여 완충작용을 할 수 있는 그래파이트(806)를 PCTFE(805)에 접합시키고 있다.

그러나, 이러한 실드부재는 제1 통로(814) 또는 제2 통로(815)의 유체로부터 볼(801)에 가해지는 압력이 상당히 높기 때문에 PCTFE(805)와 몸체(802) 사이 또는 그래파이트(806)와 볼(801) 사이의 마찰이 상당히 크다.

따라서, 밸브의 개폐횟수가 증가함에 따라 PCTFE(805)와 몸체(802) 사이 또는 그래파이트(806)와 볼(801) 사이에서 PCTFE(805), 몸체(802), 그래파이트(806) 또는 볼(801)의 마모가 일어나게 되고, 그 결과, 유체가 몸체(802)와 볼(801) 사이에서 누설되는 문제점이 있다.

또한, 전술한 바와 같이, PCTFE(805)와 몸체(802) 사이 또는 그래파이트 (806)와 볼(801) 사이의 마찰이 상당히 크기 때문에 밸브의 개폐시에 핸들(807)에 상당히 큰 토크를 주어야만 한다.

이와 같이 큰 토크를 주기 위해서 핸들(807)의 반경을 크게 해야 하며, 그에 따라 밸브가 차지하는 공간이 증가된다.

따라서, 본 발명의 목적은 밸브의 개폐를 위한 볼의 회전시 밸브의 몸체와실드부재 사이의 마찰력을 감소시켜 밸브의 회전을 용이하게 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 유체의 압력을 이용한 밸브의 볼과 몸체 사이의 밀폐력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 테이퍼 방식을 이용한 볼의 탈착을 용이하게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이하의 설명에 의하면, 자명해질 것이다.

도 1은 종래의 초저온 밸브의 단면도,

도 2는 도 1의 A부분을 확대한 확대도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸브의 외관 형상을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸브의 단면도,

도 5는 도 3의 선 C-C에 대한 단면도,

도 6은 도 4의 B부분에 대한 확대도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 몸체 2 : 완충부재

3 : 실드부재 4 : 스템

5 : 개스킷 6 : 본넷

7 : 본넷볼트 8 : 본넷너트

9 : 패킹가이드 10 : 패킹

11 : 글랜드 12 : 글랜드플랜지

13 : 글랜드볼트 14 : 글랜드너트

15 : 핸들 16 : 핸들너트

17 : 스프링 18 : 공동

19 : 지지링 20 : 너트

27 : 볼 30 : 연결파이프

41 : 부싱 42 : 부싱와셔

121 : 체결공 122 : 플랜지부

131 : 대향면 132 : 대향면

201 : 제2 시트개스킷 202 : 제1 시트링

203 : 제 2시트링 204 : 제1 시트개스킷

205 : 제3 시트개스킷 206 : 제1 스톱링

207 : 제2 스톱링 271 : 홀

272 : 삽입부 273 : 면

274 : 면 301 : 체결볼트

302 : 너트 303 : 플랜지부

401 : 스템가이드 402 : 슬리브와셔

403 : 볼가이드 701 : 스프링와셔

본 발명의 일면에 따른 초저온 밸브는, 홀이 형성된 볼; 연결파이프에 연결되며, 상기 볼을 수용하기 위한 몸체; 일단이 핸들에 결합되고 타단이 상기 볼의 상부에 결합된 스템; 및 상기 볼, 상기 몸체 및 상기 스템으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 스템의 외주면을 둘러싸며 상기 몸체의 상부에 체결된 본넷을 포함하는 초저온 밸브에 있어서, 유체의 압력을 완충시키기 위한 스프링, 상기 스프링을 수용하기 위한 공동을 가진 제1 스톱링, 일면은 상기 스프링의 일단에 접해 있으며 타면은 몸체의 내측면에 접해 있으며 상기 제1 스톱링의 일방 오목부에 일부분이 삽입된 제1 시트개스킷, 및 상기 스프링의 타단과 접해 있으며 상기 제1 스톱링의 일방 오목부에 대향되는 타방 오목부에 일부분이 삽입되어 상기 볼과 접하는 제1 시트링을 갖는 완충부재; 및

상기 볼의 외측면과 접하는 제2 시트링, 상기 몸체의 안측면에 접촉되는 제2 시트개스킷, 상기 제2 시트링과 상기 제2 시트개스킷의 각 대향면에 접하여 양단에 있는 오목부분들에서 상기 제2 시트링과 상기 제2 시트개스킷을 각각 안착시키는제2 스톱링, 및 상기 볼과의 접촉면에 대향되는 제2 스톱링의 면과 상기 제2 시트링의 면 사이에 삽입된 제3 시트개스킷을 갖는 실드부재를 구비하며,

상기 완충부재는 상기 볼과 상기 몸체의 제1 접촉면에 위치되며, 상기 실드부재는 상기 볼과 상기 몸체의 제2 접촉면에 위치되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 볼을 수용하는 상기 몸체의 안측면들 및 홀의 양단에 있는 볼의 외측면들은 테이퍼 형상을 갖는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸브의 외관 형상을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸브의 단면도이다.

도 5는 도 3의 선 C-C에 대한 단면도이며, 도 6은 도 4의 B부분에 대한 확대도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 연결파이프(30)의 플랜지부(303)에 결합되어 체결공(121)으로 끼워진 다수의 체결볼트(301) 및 너트(302)로 체결되어 고정되는 플랜지부(122)를 가지며 유체의 흐름을 차폐할 수 있는 밸브의 볼(27)을 수용할 수 있는 몸체(1); 몸체(1)의 안측에 수용되고 유체가 통과할 수 있는 홀(271)을 가지며, 스템(4)에 있는 하단의 돌출부가 삽입될 수 있는 삽입부(272)를 상부에 가지며, 하부는 부싱(41)과 부싱와셔(42)를 매개하여 몸체(1)의 안측 하부에 형성된 홈에 삽입된 볼(27); 및 볼(27)의 삽입부(272)의 외측에 접해 있는 볼가이드(403)와 볼가이드(403)의 외측에 접해 있는 스템가이드(401)를 매개하여 하단의 내측이 볼(27) 의 삽입부(272)의 외측에 접하며, 하단의 외주변에 형성된 체결공과 몸체(1)의 상부에 있는 체결공을 통하여 본넷볼트(7)와 스프링와셔(701)/본넷너트(8)에 의해 몸체(1)와 체결되는 본넷(6)을 포함하며, 볼(27) 외측의 일면과 몸체(1) 안측의 일면 사이에 몸체(7)의 안측 일면과 볼(27)의 외측 일면간을 밀폐시킬 뿐만 아니라 볼(27)의 회전을 용이하도록 하기 위한 완충부재(2)와 몸체(1)의 안측 타면과 볼(27)의 외측 타면간을 밀폐시키기 위한 실드부재(3)를 더 구비한다.

또한, 몸체(1)에 접하는 본넷(6)의 하단과 본넷(6)의 하단에 접하는 몸체(1)의 상단 사이에 개스킷(5)이 삽입됨으로써, 본넷(6)의 하단과 몸체(1)의 상단 사이에 기밀을 유지한다.

또한, 스템가이드(401)의 상단과 본넷(6) 사이에 슬리브와셔(402)가 설치 된다.

한편, 본넷(6)과 스템(4)의 상부의 구성은 일반적인 초저온 밸브의 구성과 유사하게 구성된다.

도 4에서 보듯이, 본넷(6)의 상부 안쪽과 스템(4)의 외주면 사이에는 이들 사이의 밀폐를 기하기 위하여 아래부분부터 순착적으로 패킹가이드(9), 패킹(10) 및 글랜드(11)가 삽입되며, 글랜드(11)의 외주면을 둘러싸는 글랜드플랜지(12)의 체결공과 본넷(6)의 상부에 있는 플랜지의 체결공을 관통하는 글랜지볼트(13)와 글랜드너트(14)에 의해 본넷(6)은 스템(4)을 지지하는 지지링(19)을 매개하여 핸들(15)의 글랜드플랜지(12)에 체결된다.

스템(4)의 상단은 핸들(15)의 중심 부분에 있는 체결공을 관통한 상태에서 너트(20)로 체결되어 핸들(15)과 결합되어 있다.

도 6에서 보듯이, 완충부재(2)는 스프링(17)을 수용할 수 있는 공동(18)을 가진 제1 스톱링(206), 제1 스톱링(206)의 공동(18) 내에 수용된 스프링(17), 스프링(17)의 일단과 접해 있으며 제1 스톱링(206)의 일방 오목부에 일부분이 삽입된 제1 시트개스킷(204), 스프링(17)의 타단과 접해 있으며 제1 스톱링(206)의 타방 오목부에 일부분이 삽입된 제1 시트링(202)을 구비한다.

스프링(17)과 접해있는 면과 반대편에 있는 제1 시트개스킷(204)의 면은 몸체(1) 안측의 일면과 접촉되어 있다.

스프링(17)과 접해 있는 면과 반대편에 있는 제1 시트링(202)의 면은 볼(27) 외측의 일면과 접촉되어 있다.

완충부재(2)의 구성재료에 있어서, 제1 시트링(202)과 제1 시트개스킷(204)은 초저온에서 변형이 적은 PCTFE로 이루어지며, 제1 스톱링(206)은 예를 들면, SUS316의 스텐레스로 이루어진다.

한편, 도 6에서 보듯이, 실드부재(3)는 볼(27)의 외측면과 접촉되는 제2 시트링(203), 몸체(1) 안측의 일면에 접촉되는 제2 시트개스킷(201), 및 제2 시트링(203)과 제2 시트개스킷(201)의 각 대향면에 접하여 오목부분들에서 각각 제2 시트링(203)과 제2 시트개스킷(201)을 안착시키는 제2 스톱링(207), 상기 볼(27)과의 접촉면에 대향되는 제2 스톱링(207)의 면과 제2 시트링(203)의 면 사이에 삽입된 제3 시트개스킷(205)을 구비한다.

여기서, 제2 시트개스킷(201)은 PCTFE와 그래파이트의 적층체이다.

실드부재(3)의 구성재료에 있어서, 제2 시트링(203)은 PCTFE로 이루어지며,제3 시트개스킷(205)은 그래파이트로 이루어지며, 제2 스톱링(207)은 예를 들면, SUS316의 스텐레스로 이루어진다.

또한, 볼(27)에 있는 홀(271)의 양단에 있는 면(273, 274)들 사이의 거리 및 볼(27)을 수용하는 몸체(1)의 안측에 있는 대향면(131, 132)들 사이의 거리는 볼(27)의 상부에서 하부로 갈수록 작아지도록 면(273, 274)들과 대향면(131, 132)들이 경사진다.

즉, 볼(27)을 수용하는 몸체(1)의 안측면(131, 132)들 및 홀(271)의 양단에 있는 볼(27)의 외측면(273, 274)들은 테이퍼 형상을 가진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸드의 작용 및 효과를 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸브의 개방시에는, 핸들(15)을 회전시키면, 스템(4)의 하단이 삽입부(272)의 삽입되어 볼(27)이 회전되어, 체결된 볼(27)의 중앙을 관통하는 홀(271)의 축이 유체가 통과하는 몸체(1)의 축과 같은 방향으로 배치된다.

반대로, 밸브의 폐쇄시에는, 스템(4)을 매개하여 볼(27)에 연결된 핸들(15)을 더 회전시켜 볼(27)에 있는 홀(271)의 축이 유체가 통과하는 몸체(1)의 축과 직각상태로 이루게 된다.

전술한 바와 같이, 볼(27) 외측의 일면과 접해 있는 완충부재(2)의 제1 스톱링(206)의 공동(18) 안에는 스프링(17)이 삽입되어 있기 때문에 유체가 볼(27)에 미치는 압력은 스프링(17)의 인장력에 의해 완충되어 감소된다.

따라서, 밸브의 개폐를 위하여 볼(27)이 회전될 때, 유체가 볼(27)에 미치는압력이 감소되어 완충부재(2)와 볼(27) 및 몸체(1) 사이의 마찰력이 감소되기 때문에 스템(4)을 매개하여 볼(27)에 연결된 핸들(15)에 작은 토크를 인가하여 밸브를 용이하게 개폐시킬 수 있다.

이와 같이, 작은 토크로 밸브를 용이하게 개폐할 수 있기 때문에 핸들(15)의 반경을 그 만큼 작게 할 수 있으며, 그에 따라, 밸브가 점유하는 공간을 작게 할 수 있다.

한편, 밸브의 폐쇄시에는, 완충부재(2)와 몸체(1) 안측면이 접해 있는 부분이나 완충부재(2)와 볼(27)의 외측면이 접해 있는 부분에서 유체가 누설되더라도, 유체에 의하여 볼(27)에 인가되는 압력으로 인하여 볼(27)의 외측면은 볼(27)의 외측면과 접해 있는 실드부재(3)에 압력을 인가하게 된다.

이와 같이 인가되는 압력으로 인하여 볼(27)의 외측면이 제2 스톱링(207)의 일측면에 있는 제2 시트링(203)에 압력을 인가하게 되어 볼(27)과 제2 시트링(203) 사이가 밀폐된다.

또한, 이때 유체에 의한 압력은 제2 시트링(203)을 매개하여 제2 스톱링(207)에도 전달되기 때문에 제2 시트링(203)과 제2 스톱링(207) 사이의 제3 시트개스킷(205)에 의해 제2 시트링(203)과 제2 스톱링(207) 사이가 밀폐된다.

또한, 이때 계속해서 유체에 의한 압력은 몸체(1)의 안측면과 이에 대향되는 제2 스톱링(207)의 대향면 사이에 있는 제2 시트개스킷(201)을 매개하여 몸체(1)의 안측면에도 전달된다.

그 결과, 몸체(1)의 안측면과 제2 스톱링(207) 사이도 밀폐된다.

따라서, 밸브의 폐쇄시에 일방의 연결파이프로부터 타방의 연결파이프로 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 볼(27)을 수용하는 몸체(1)의 안측면(131, 132)들 및 홀(271)의 양단에 있는 볼(27)의 외측면(273, 274)들은 테이퍼 형상을 가지기 때문에 볼(27)의 마모 등으로 인하여 볼(27)을 교체하고자 할 경우, 본넷(6)과 몸체(1)를 체결하는 본넷볼트(7)와 본넷너트(8)를 해제하여 볼(27)과 완충부재(2), 실드부재(3) 및 몸체(1)를 제외한 본넷(6), 스템(4) 등을 분리한 후, 실드부재(3), 및 이들과 밀착되어 있는 볼(27)을 함께 상방향으로 용이하게 꺼내고 다시 집어넣을 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 초저온 밸브의 몸체(1)의 안측면(131, 132)들과 볼(27)의 외측면(273, 274)들이 테이퍼 형상을 가지기 때문에 볼(27)의 교체가 용이하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초저온 밸브에 의하면, 유체의 압력에 의하여 실드부재의 기밀을 유지함으로써, 밸브의 폐쇄시 유체가 일방의 연결파이프로부터 타방의 연결파이프로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 실드부재의 제1 스톱링 내에는 스프링이 유체의 압력을 완충시킴으로써, 밸브의 개폐시에 토크를 작게 할 수 있으며, 그에 따라 핸들의 반경을 감소시켜, 밸브의 공간을 작게 할 수 있다.

또한, 볼의 외측면들과 볼을 수용하는 몸체의 안측면들이 테이퍼 형상을 가짐으로써, 볼의 교체를 용이하게 할 수 있다.

Claims

홀(271)이 형성된 볼(27); 연결파이프(37)에 연결되며, 상기 볼(27)을 수용하기 위한 몸체(1);

일단이 핸들(15)에 결합되고 타단이 상기 볼(27)의 상부에 결합된 스템(4);

상기 볼(27), 상기 몸체(1) 및 상기 스템(4)으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 스템(4)의 외주면을 둘러싸며 상기 몸체(1)의 상부에 체결된 본넷(6)을 포함하는 초저온 밸브에 있어서,

유체의 압력을 완충시키기 위한 스프링(17), 상기 스프링(17)을 수용하기 위한 공동(18)을 가진 제1 스톱링(206), 일면은 상기 스프링(17)의 일단에 접해 있으며 타면은 몸체(1)의 내측면에 접해 있으며 상기 제1 스톱링(206)의 일방 오목부에 일부분이 삽입된 제1 시트개스킷(204), 및 상기 스프링(17)의 타단과 접해 있으며 상기 제1 스톱링(206)의 일방 오목부에 대향되는 타방 오목부에 일부분이 삽입되어 상기 볼(27)과 접하는 제1 시트링(202)을 갖는 완충부재(2); 및

상기 볼(27)의 외측면과 접하는 제2 시트링(203), 상기 몸체(1)의 안측면에 접촉되는 제2 시트개스킷(201), 상기 제2 시트링(203)과 상기 제2 시트개스킷(201)의 각 대향면에 접하며 양단에 있는 오목부들에서 상기 제2 시트링(203)과 상기 제2 시트개스킷(201)을 각각 안착시키는 제2 스톱링(207), 및 상기 볼(27)과의 접촉면에 대향되는 제2 스톱링(207)의 면과 상기 제2 시트링(203)의 면 사이에 삽입된 제3 시트개스킷(205)을 갖는 실드부재(3)를 구비하며,

상기 완충부재(2)는 상기 볼(27)과 상기 몸체(1)의 제1 접촉면에 위치되며, 상기 실드부재(3)는 상기 볼(27)과 상기 몸체(1)의 제2 접촉면에 위치되는 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제1 시트링(202)은 PCTFE로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제1 시트개스킷(204)은 PCTFE로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제1 스톱링(206)은 스텐레스로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제2 시트개스킷(201)은 PCTFE와 그래파이트의 적층체인 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제2 시트링(203)은 PCTFE로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제3 시트개스킷(205)은 그래파이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 제2 스톱링(207)은 스텐레스로 이루어진 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.
제1항에 있어서,

상기 볼(27)을 수용하는 상기 몸체(1)의 안측면(131, 132)들 및 홀(271)의 양단에 있는 볼(27)의 외측면(273, 274)들은 테이퍼 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 초저온 밸브.