KR20060127928A

KR20060127928A - 밸브

Info

Publication number: KR20060127928A
Application number: KR1020067015197A
Authority: KR
Inventors: 켄로 요시노; 다케시 하마다
Original assignee: 아사히 유키자이 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2006-12-13

Abstract

본 발명의 밸브(100)는 밸브시트부(10)가 형성된 본체부(1)와, 본네트(2)와, 밸브시트부(10)에 맞닿거나 떨어지는 밸브체(18)를 지지하는 다이아프램(3)과, O-링(5)과 같은 탄성체를 구비한다. 본체부(1)의 밸브시트부(10) 주위에 고리형상 홈(13)이 형성되어 있는 동시에, 다이아프램(3)의 테두리부(20)에 단면이 대략 L자 형상으로 형성된 고리형상 끼워맞춤부(21)가 형성되어 있고, 본네트(2)와 다이아프램(3)의 고리형상 끼워맞춤부(21) 사이에 배치된 탄성체에 의해, 고리형상 끼워맞춤부(21)가 고리형상 홈(13)에 밀착한 상태에서 끼워져 들어간다.

밸브, 본네트

Description

밸브{VALVE}

본 발명은 유체수송배관으로 사용되는 다이아프램을 사용한 밸브에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 다이아프램의 밀봉(seal) 성능을 향상시킨 밸브에 관한 것이다.

종래, 각종 화학약액라인이나 순수라인 등에 사용되는 다이아프램을 사용한 다이아프램 밸브는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 고리형상 홈(51)이 형성된 본체부(47)와, 본네트(48)와, 고리형상 끼워맞춤부(56)를 가진 다이아프램(49)을 구비하고, 다이아프램(49)의 고리형상 끼워맞춤부(56)를 본체부(47)의 고리형상 홈(51)에 끼워맞추어 본체부(47)와 본네트(48)의 사이에서 고리형상 끼워맞춤부(56)와 그 테두리부(55)를 끼워고정시킴으로써, 본체부(47)와 본네트(48) 사이를 밀봉하여 유체가 밸브 외부로 새는 것을 방지하고 있다. 하지만, 이와 같은 밀봉방법에서는, 장시간에 걸친 액체의 압력변동이나 온도변화 등에 의해 상기 구성으로 이루어지는 밀봉부분이 크리프(creep)를 일으키고, 그 때문에 유체가 외부로 흘러나갈 수 있다는 문제가 있다. 특히 다이아프램 재료로서 바람직하게 사용되는 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE라고 함)이나 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(이하, PFA라고 함) 등의 불소수지인 경우에는 이러한 경향이 현저하다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 종래의 다이아프램 밸브를 개량한 매우 간단한 구조로, 밀봉부분이 크리프를 일으켜도 밸브 외부로의 액체의 누출이 발생하지 않는 안정성 높은 다이아프램 밸브를 발명하여 앞서 출원하였다(일본특허공개 평6-2775호 공보 참조). 그 구조를 도 7에 따라 설명하면, 다이아프램 밸브는 고리형상 홈(62)이 설치된 본체부(57)와, 본네트(58)와, 테두리부(66)에 고리형상 끼워맞춤부(67)가 설치된 다이아프램(59)을 구비하고, 다이아프램(59)의 고리형상 끼워맞춤부(67)를 본체부(57)에 설치한 고리형상 홈(62)과 끼워맞추며, 또한 다이아프램(59)의 테두리부(66)를 탄성체(60)(O-링)를 통하여 본체부(57)와 본네트(58) 사이에 끼워고정하도록 하고 있다.

하지만, 상기 다이아프램 밸브에서는 본체부나 다이아프램 등의 재료로 불소수지가 사용되고 있으며, 또한 장시간에 걸쳐 액체의 압력이나 온도가 크게 변하는 등, 밀봉부분에 크리프가 매우 진행하기 쉬운 조건에 놓여진 경우, 밸브 외부로의 액체의 누출이 발생할 위험성이 있는 것을 알게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 밀봉부분이 유체의 압력변동이나 온도변화 등에 따라 크리프를 일으켜도, 액체 누출이 발생하지 않는 개량된 밀봉구조를 가지는 밸브를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 밸브시트부가 형성된 본체부와, 본네트와, 상기 밸브시트부에 맞닿거나 떨어지는 다이아프램을 구비하고, 상기 본체부와 상기 본네트 사이에 상기 다이아프램의 테두리부를 끼워고정함으로써 본체 내부의 유체를 밀봉하도록 한 밸브에 있어서, 상기 밸브가 탄성체를 더 구비하고, 상기 본체부에 있어서 상기 밸브시트의 주위에 고리형상 홈을 설치하는 동시에, 상기 다이아프램의 테두리부에 단면이 대략 L자형상으로 형성된 고리형상 끼워맞춤부를 설치하고, 상기 본네트와 상기 다이아프램의 상기 고리형상 끼워맞춤부 사이에 배치된 상기 탄성체에 의해 상기 고리형상 끼워맞춤부를 상기 고리형상 홈에 밀착한 상태에서 끼워넣도록 한 밸브가 제공된다.

상기 밸브에 있어서, 상기 고리형상 홈의 안쪽 측면이 바깥쪽을 향하여 아랫쪽으로 경사지고, 상기 탄성체가 상기 고리형상 홈의 상기 경사면에 대응하는 경사진 내주면을 가지고 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성체는 O-링인 것이 바람직하다.

또한, 상기 고리형상 홈의 바닥면에 상기 다이아프램의 표면과 맞닿는 고리형상 돌기가 설치되어 있어도 좋고, 상기 본체부의 표면에서 상기 본네트와의 사이에 상기 다이아프램을 끼워고정하는 부분에, 상기 다이아프램의 표면과 맞닿는 고리형상 돌기가 설치되어 있어도 좋다.

본 발명이 구조를 가지는 밸브로서는 다이아프램 밸브, 레귤레이터, 유량제어밸브 등을 바람직한 것으로서 들 수 있다.

본 발명에서 본체 및 본네트 등의 재료로서, 내약품성이 뛰어나며 불순물의 용출도 적다는 점에서 PTFE 혹은 PFA 등의 불소계 수지가 바람직하게 사용되는데, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌 등의 그 밖의 플라스틱 혹은 금속이어도 좋고, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 다이아프램의 재료로서 PTFE, PFA 등의 불소수지가 바람직하게 사용되는데, 특별히 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 상술한 바와 같은 혹은 그 밖의 목적, 특징 및 이점을 본 발명의 실시예에 따라 보다 상세히 설명한다. 첨부도면에서,

도 1은 본 발명에 따른 밸브의 제 1 실시예를 나타내는 요부 종단면도이다.

도 2는 도 1에서의 다이아프램 외주부(外周部)의 밀봉부분을 나타내는 요부확대 종단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 밸브의 제 2 실시예를 나타내는 요부확대 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 밸브의 제 3 실시예를 나타내는 요부확대 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 밸브의 제 4 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 6은 종래기술의 요부확대 종단면도이다.

도 7은 다른 종래기술의 요부확대 종단면도이다.

**부호의 설명**

1: 본체부 2: 본네트

3: 다이아프램 4: 압축기(compressor)

5: O-링 6: 유체유입구

7: 유체유출구 8: 격벽

9: 개구부 10: 밸브시트부

11: 밸브실 12: 평탄부

13: 고리형상 홈 14: 단차부

15: 돌기부 16: 관통구멍

17: 오목부 18: 밸브체

19: 막부(膜部) 20: 테두리부

21: 고리형상 끼워맞춤부 22: 숫나사부

23: 본체부 24: 본네트

25: 다이아프램 26: 패킹

27: 평탄부 28: 고리형상 홈

29: 단차부 30: 돌기부

31: 막부 32: 테두리부

33: 고리형상 끼워맞춤부 34: 본체부

35: 본네트 36: 다이아프램

37: O-링 38: 평탄부

39: 고리형상 홈 40: 단차부

41: 돌기부 42: 막부

43: 테두리부 44: 고리형상 끼워맞춤부

45: 고리형상 돌기 46: 고리형상 돌기

47: 본체부 48: 본네트

49: 다이아프램 51: 고리형상 홈

55: 테두리부 56: 고리형상 끼워맞춤부

57: 본체부 58: 본네트

59: 다이아프램 60: O-링

62: 고리형상 홈 66: 테두리부

67: 고리형상 끼워맞춤부 100: 밸브

이하, 본 발명의 실시예에 따라 도면을 참조하여 설명하는데, 물론 본 발명이 본 실시예에 한정되지는 않는다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 도 1 및 도 2에 근거하여 설명한다.

밸브(100)는 밸브본체부(1)(이하, 본체부라고 함)와, 본네트(2)와, 다이아프램(3)을 구비한다.

본체부(1)는 유체유입구(6)와 유체유출구(7)를 가진 PTFE제 스톱밸브형 밸브본체부이며, 내부에 설치된 격벽(8)에 의해 유체유입구(6)와 유체유출구(7)가 격리되어 있다. 본체부(1)에는 또한 유체유입구(6)와 밸브실(11)을 연결하는 개구부(9)가 설치되어 있으며, 개구부(9)의 테두리부는 고리형상의 밸브시트부(10)를 형성하고 있다. 본체부(1)의 상부 테두리에는 고리형상 홈(13)이 설치되며, 고리형상 홈(13)의 안쪽에는 평탄부(12)가 설치되어 있고, 그 윗면은 밸브시트부(10)보다 윗쪽이면서 고리형상 홈(13)의 바깥쪽 벽의 윗면보다 아랫쪽에 위치한다. 따라서, 고리형상 홈(13)의 상부에는 단차부(14)가 형성되어 있다.

본네트(2)는 본체부(1)의 상부에 볼트·너트 등(도시하지 않음)으로 끼워맞 춤 고정되어 있으며, 그 바닥부 테두리부에는 본체부(1)에 설치된 단차부(14)로 끼워져들어가는 고리형상의 돌기부(15)가 설치되어 있다. 본네트(2)의 아랫면 중앙에는 관통구멍(16)이 설치되어 있으며, 압축기(4)를 상하 슬라이딩 운동가능한 상태로 지지하고 있다. 관통구멍(16)의 아랫쪽에는 관통구멍(16)의 직경보다 큰 직경의 원통형상의 오목부(17)가 설치되고, 상기 오목부(17)의 바깥둘레와 상기 돌기부(15)의 안쪽 끝을 잇는 바닥면은 바깥쪽을 향하여 내려가는 경사면으로 되어 있다.

다이아프램(3)은 PTFE제이며, 그 중앙 아랫면에는 본네트(2)의 오목부(17)에 수용되는 밸브체(18)가 설치되어 있다. 밸브체(18)의 중앙부 윗면에는 숫나사부(22)가 돌출하여 설치되어 있으며, 압축기(4)의 끝부분에 나사결합으로 고정되어 있다. 따라서, 밸브체(18)는 압축기(4)의 상하운동에 따라 상하로 이동하여 본체부(1)의 밸브시트부(10)에 맞닿거나 떨어져, 유체를 막거나 혹은 개방을 할 수 있게 되어 있다. 밸브체(18)의 테두리에는 막부(19)와, 그 테두리부(20)에 연속하여 아랫쪽으로 굴곡되어 설치된 대략 L자형상의 고리형상 끼워맞춤부(21)가 일체로 형성되어 있다. 테두리부(20)는 본체부(1)의 평탄부(12)와 본네트(2)의 돌기부(15)에 의해 그 사이에 끼워고정되며, 고리형상 끼워맞춤부(21)는 본체부(1)의 고리형상 홈(13)에 끼워맞춤 고정된다. 또한, 고리형상 끼워맞춤부(21)의 바깥쪽 측면은 탄성체의 하나인 불소고무제 O-링(5)에 의해 고리형상 홈(13)의 안쪽 측면으로 압착되어 있으며, 바닥면은 본네트(2)의 돌기부(15)에 의해 O-링(5)을 통하여 고리형상 홈(13)의 바닥면으로 압착되어 있다. 여기서, 고리형상 끼워맞춤부(21)의 형상이 경사진 L자형상으로 설치되어 있는 것(도 3 참조)이나, 바닥면이 수평이 아니라 곡면 상에 설치되어 있는 형상이어도 좋고, 고리형상 홈(13)에 따른 형상이면 특별히 한정되지 않는다.

상기 구성으로 이루어지는 본 실시예의 밸브(100)는 아래와 같이 동작한다.

도 1에서 밸브(100) 안에 유체를 흘리면, 상기 유체는 유체유입구(6)로부터 유입되고, 개구부(9), 본체부(1)의 상부와 다이아프램(3) 사이에 형성되는 밸브실(11)을 통과하여, 유체유출구(7)로 유출된다. 이 때 밸브실(11)에 도달한 유체는 그 압력의 작용에 의해 다이아프램(3)의 테두리부(20) 및 고리형상 끼워맞춤부(21)와 본체부(1)의 클리어런스(clearance)를 통과하여 밸브(100)의 외부로 유출하려고 한다.

하지만, 테두리부(20) 및 고리형상 끼워맞춤부(21)는 본네트(2)에 의해 본체부(1)의 평탄부(12) 및 고리형상 홈(13)에 밀접하게 끼워고정되어 있기 때문에, 유체가 밸브(100)의 외부로 유출하는 것이 저지된다.

또한, 유체압력이나 온도가 장기간에 걸쳐 변동함으로써, 다이아프램(3)의 테두리부(20) 및 고리형상 끼워맞춤부(21)가 크리프를 일으키거나, 또는 본체부(1)의 평탄부(12) 및 고리형상 홈(13)이 비틀어지거나 하여도 고리형상 끼워맞춤부(21)는 본네트(2)의 돌기부(15)와 O-링(5)의 탄성작용에 의해 항상 고리형상 홈(13)으로 압착되기 때문에, 고리형상 홈(13)과 고리형상 끼워맞춤부(21) 사이의 클리어런스는 확대되지 않고, 유체가 밸브(100)의 외부로 유출되는 것이 저지된다.

또한, 본 실시예와 같이 탄성체로서 O-링(5)을 사용함으로써, 다이아프램(3) 의 고리형상 끼워맞춤부(21)의 측면 및 바닥면을 동시에 각각 본체부(1)의 고리형상 홈(13)의 안쪽 측면 및 바닥면에 집중적으로 압착시킨다는 목적을 가장 효과적으로 달성할 수 있는 동시에, 탄성체 자체의 크리프를 최소한으로 저지할 수 있기 때문에, 상기 탄성작용을 장기간에 걸쳐 가능하게 한다는 상승효과도 함께 가질 수 있다. 또한 만일 이물질의 혼입 등으로 인해 다이아프램(3)의 밀봉부분에 상처가 생기는 등의 문제가 발생한 경우에도, O-링(5)은 본체부(1)의 고리형상 홈(13)의 바깥쪽 측면으로도 동시에 압착되어 있기 때문에, 최종적으로는 O-링(5)과 고리형상 홈(13) 사이에서 유체를 밀봉할 수 있어, 따라서 밸브(100)의 외부로 유체가 누출되지 않는다. 여기서, O-링(5)의 재료는 뛰어난 내약품성능을 가지는 불소고무가 바람직하게 사용되는데, 사용조건에 적합한 성능을 가지는 것이라면 임의의 재료이어도 좋고, 또한 O-링(5) 대신에 시트형상 패킹이나 고무형상 플라스틱 등의 탄성체를 사용할 수도 있으며, 특별히 한정되지 않는다.

이어서 외부로부터 구동력을 부여함으로써 압축기(4)를 아랫쪽으로 이동시키면, 그것에 연동하여 다이아프램(3)의 밸브체(18)도 아랫쪽으로 이동하여 본체부(1)의 밸브시트부(10)에 맞닿는다. 그리고, 또한 밸브체(18)가 밸브시트부(10)로 압착됨으로써 개구부(9)가 완전히 차단되어 밸브(100)는 닫힘상태가 된다. 또한, 이것과는 반대로 압축기(4)를 윗쪽으로 이동시키면, 밸브체(18)도 윗쪽으로 이동하여 밸브시트부(10)로부터 떨어지고, 밸브체(18)는 본네트(2)의 오목부(17) 안으로 수용되어 밸브체(18)의 윗면이 상기 오목부(17)의 윗면에 접촉하는 한편, 막부(19)는 본네트(2)의 경사면과 접촉함으로써 윗쪽으로의 이동이 저지되어, 밸브(100)는 전개(全開) 상태가 된다(도 1의 상태).

도 3은 본 발명에 따른 밸브의 제 2 실시예를 나타내는 요부확대 종단면도이다. 밸브는 제 1 실시예와 마찬가지로 본체부(23)와, 본네트(24)와, 다이아프램(25)을 구비하고 있으며, 본체부(23)는 평탄부(27)와 고리형상 홈(28)과 단차부(29)를 가지고, 본네트(24)는 돌기부(30)를 가지며, 다이아프램(25)은 막부(31)와 테두리부(32)와 고리형상 끼워맞춤부(33)를 가지고 있다. 본 실시예의 구성에서 제 1 실시예와 다른 점은, 고리형상 홈(28)의 안쪽 측면이 경사져 형성되어 있으며, 다이아프램(25)의 고리형상 끼워맞춤부(33)도 고리형상 홈(28)의 안쪽 측면의 기울기와 같은 각도로 경사져 형성되어 있다는 점과, 탄성부재로서 상기 기울기와 같은 각도로 경사진 표면을 내주에 가지는 패킹(26)이 사용되고 있다는 점이다. 나머지 구성은 제 1 실시예와 같기 때문에, 설명은 생략한다.

본 실시예의 밀봉구조에 따르면, 고리형상 홈(28)의 안쪽 측면에 기울기가 형성되어 있으며, 평탄부(27)의 두께가 두껍게 형성되어, 그 결과 평탄부(27)의 강도가 상승되어 있기 때문에, 장기간에 걸친 유체압력이나 온도의 변동에 의해서도 평탄부(27)가 안쪽으로 넘어지는 변형이 일어나는 것을 방지할 수 있으며, 초기의 밀봉성능을 장기간에 걸쳐 보유할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 밸브의 제 3 실시예를 나타낸 요부확대 종단면도이다. 밸브는 제 1 실시예와 마찬가지로, 본체부(34)와, 본네트(35)와, 다이아프램(36)과, O-링(37)을 구비하고 있으며, 본체부(34)는 평탄부(38)와 고리형상 홈(39)과 단차부(40)를 가지고, 본네트(35)는 돌기부(41)를 가지며, 다이아프 램(36)은 막부(42)와 테두리부(43)와 고리형상 끼워맞춤부(44)를 가지고 있다. 본 실시예의 구성에서 제 1 실시예와 다른 점은, 본체부(34)의 평탄부(38) 윗면 및 고리형상 홈(39)의 바닥부에 단면이 삼각형 형상인 고리형상 돌기(45,46)가 각각 형성되어 있는 점이다. 나머지 구성은 제 1 실시예와 같기 때문에, 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 밸브의 제 4 실시예를 나타낸 종단면도이다. 도면에서 밸브(200)는 밸브 본체부(68)(이하, 본체부라고 함)와, 본네트(69)와, 다이아프램(70)을 구비하는 염화비닐수지제 다이아프램 밸브이다. 본체부(68)는 입구유로(71)와 출구유로(72)를 가지고, 또한 이 두 유로의 중간에 유로를 구부린 완만한 원호형상의 곡면을 가진 칸막이벽(73)을 가지고 있다. 본체부(68) 상부의 테두리에는 제 1 실시예와 마찬가지로 고리형상 홈(74)이 형성되어 있다. 압축기(75)는 스템(stem,76)의 하단부에 고정되어 있다. 다이아프램(70)은 불소수지제의 박막으로 EPDM 등의 고무탄성체(77)로 대어져 있으며, 압축기(75)의 하단부에 고정되어, 칸막이벽(73)의 윗면에 압접 또는 이간됨으로써 유로를 개폐하고 있다. 다이아프램(70)의 테두리부에는 제 1 실시예와 마찬가지로 아랫쪽으로 굴곡하여 설치된 대략 L자형상의 고리형상 끼워맞춤부(78)가 형성되어 있으며, 이 고리형상 끼워맞춤부(78)는 본체부(68)의 고리형상 홈(74)에 끼워맞추어지고, 다이아프램(70)은 본체부(68)와 본네트(69)에 의해 그 사이에 끼워져 고정된다. 또한, 제 1 실시예와 마찬가지로 고리형상 끼워맞춤부(78)의 바깥쪽 측면은 탄성체의 하나인 불소고무제 O-링(80)에 의해 고리형상 홈(74)의 안쪽 측면으로 압착되어 있으며, 바닥면은 본네트(69) 아랫면에 의해 O-링(80)을 통하여 고리형상 홈(74)의 바닥면으로 압착되 어 있다. 여기서 고리형상 끼워맞춤부(78) 및 고리형상 홈(74)의 구성은 제 2, 제 3 실시예와 마찬가지의 구성을 가져도 좋다.

본 실시예의 밀봉구조에 따르면, 다이아프램(36)의 테두리부(43)의 아랫면과 고리형상 끼워맞춤부(44)의 바닥면은 각각 고리형상 돌기(45,46)로 압착되기 때문에, 유체가 밸브 외부로 유출하는 것이 여기에서 저지된다. 또한, 이 고리형상 돌기(45,46)와 다이아프램(36)의 접촉면적이 극히 작아져, 그 결과 압착력이 집중되기 때문에, 그 밀봉효과는 매우 커지게 된다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같은 구조를 가지고 있어, 장시간에 걸친 유체압력 및 온도의 변동에 의해 밀봉부분이 크리프를 일으켜도 밸브 외부로의 유체의 누출이 발생하지 않는 매우 안정성이 높은 유체 제어가 가능하다.

본 명세서 내용 중에 포함되어 있음.

Claims

밸브시트부가 형성된 본체부와, 본네트와, 상기 밸브시트부에 맞닿거나 떨어지는 다이아프램을 구비하고, 상기 본체부와 상기 본네트 사이에 상기 다이아프램의 테두리부를 끼워고정함으로써 본체 내부의 유체를 밀봉하도록 한 밸브에 있어서,

상기 밸브가 탄성체를 더 구비하고, 상기 본체부에 있어서 상기 밸브시트의 주위에 고리형상 홈을 설치하는 동시에, 상기 다이아프램의 테두리부에 단면이 대략 L자형상으로 형성된 고리형상 끼워맞춤부를 설치하고, 상기 본네트와 상기 다이아프램의 상기 고리형상 끼워맞춤부 사이에 배치된 상기 탄성체에 의해 상기 고리형상 끼워맞춤부를 상기 고리형상 홈에 밀착한 상태에서 끼워넣는 것을 특징으로 하는 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 고리형상 홈의 안쪽 측면이 바깥쪽을 향하여 아랫쪽으로 경사지고, 상기 탄성체가 상기 고리형상 홈의 상기 경사면에 대응하는 경사진 내주면을 가지고 있는 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 탄성체는 O-링인 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 고리형상 홈의 바닥면에 상기 다이아프램의 표면과 맞닿는 고리형상 돌기가 설치되어 있는 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 본체부의 표면에서 상기 본네트와의 사이에 상기 다이아프램을 끼워고정하는 부분에, 상기 다이아프램의 표면과 맞닿는 고리형상 돌기가 설치되어 있는 밸브.