KR20100083779A

KR20100083779A - 배압대응형 밸브

Info

Publication number: KR20100083779A
Application number: KR1020107007449A
Authority: KR
Inventors: 히로키 이가라시
Original assignee: 사파스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-07-22
Also published as: EP2199649A4; US20100229971A1; JP2009092192A; EP2199649A1; WO2009048014A8; WO2009048014A1

Abstract

큰 배압을 받는 배압대응형 밸브에 있어서, 엑츄에이터의 대형화를 억제 또는 방지함과 아울러 밸브 기능을 유지하기 위하여, 배압의 영향을 최소한으로 억제한다. 배압대응형 밸브(1A)는 밸브실(2) 내부를 상하운동하여 유체 유로(3)를 개폐하는 플러그형 밸브디스크(10A)와, 밸브디스크(10A)를 완전폐쇄위치 또는 완전개방위치 중 어느 한 방향으로 지지하는 탄성지지수단과, 탄성지지수단보다 큰 조작력으로 상기 밸브디스크(10A)를 개폐시키는 개폐조작기구와, 밸브디스크(10A)의 축부(12)에 연결되어 밸브디스크(10A)의 완전폐쇄위치에서 유체로부터 배압을 받는 다이아프램(8)을 포함하며, 밸브디스크(10A)의 직경은, 축부(12)에 연결된 다이아프램(8) 측의 근원부(根元部)가 밸브시트(7) 측의 선단부(11)보다 작게 설정된다.

Description

배압대응형 밸브{BACK PRESSURE RECEIVING VALVE}

본 발명은, 유체가 흐르는 유로와 밸브디스크의 개폐조작기구가 수용되는 공간과의 사이를 분리하는 다이아프램을 구비하여, 이 다이아프램에 배압이 가해지는 배압대응형 밸브에 관한 것이다.

종래, 약품 등의 유체를 취급하는 밸브로서는, 밸브실 내에서 플러그형(봉 형상)의 밸브디스크를 상하 운동시켜 유체 유로를 개폐하는 것이 있다. 이러한 개폐 밸브에는 수동조작에 의하여 밸브디스크(辨體)의 개폐를 행하는 수동 밸브뿐 아니라, 공기압 등에 의하여 동작하는 엑츄에이터를 구비하여 원격조작을 가능케 한 것도 있다.

도 2에 나타낸 밸브(1)는, 공기압에 의하여 동작하는 엑츄에이터(AC)를 구비하여, 플러그형의 밸브디스크(10)가 밸브실(2) 내를 상하운동하여 유체 유로(3)를 개폐한다. 이 유체 유로(3)는 밸브본체(4)에 형성된 밸브실(2)과 유로입구(5)와의 사이를 관통하는 입구 측 유로(3a)와, 밸브실(2)의 저면부(2a)로부터 하방으로 연장된 연직부(鉛直部)(3b)를 사이에 두고 유로출구(6)로 관통하는 출구 측 유로(3c)를 구비한다.

상술한 밸브(1)에 있어서는, 플러그형 밸브디스크(10)가 축 방향으로 대략 동일한 단면 형상을 갖는 원주형으로 이루어지며, 밸브디스크(10)의 하단부(11)를 밸브시트(7)에 밀착시킨 도 2의 상태가 완전폐쇄위치가 된다. 이 경우의 밸브시트(7)는 저면부(2a)로 개방되는 연직부(3b)의 상단부 주변영역이며, 연직부(3b)가 개방하는 밸브본체(4)의 주변영역이 된다.

또한, 상술한 밸브(1)는 노멀 오픈형이라고 불리는 것이며, 완전개방위치를 유지하기 위하여 밸브디스크(10)를 상향으로 탄성지지(付勢)하도록 탄성부재(미도시)가 축부(12)에 설치되어 있다. 그리고, 이 밸브(1)를 닫는 경우에는, 탄성부재의 지지력보다 큰 하향의 힘이 발생하도록 엑츄에이터(AC)의 수압면(受壓面)에 공기압이 공급된다.

나아가, 상술한 밸브(1)는, 유체가 흐르는 밸브실(2)과 개폐조작기구와의 사이를 새지 않도록 분리하기 위하여 설치된 다이아프램(8)을 구비한다. 이 다이아프램(8)은 밸브디스크(10)를 상하운동시키는 공간을 형성함과 함께 입구 측 유로(3a) 및 연직부(3b)에 연통하여 유체가 흐르는 유로의 일부가 되는 밸브실(2)과, 밸브디스크(10)의 상부에 형성된 엑츄에이터(AC)와의 연결 및 탄성부재의 설치 등에 사용되는 축부(12)의 수용 공간을 분리하며, 예를 들어, 슬러리상의 약액(藥液) 등 응고되기 쉬운 유체가 밸브(1)의 개폐조작기구에 유입되는 것을 방지한다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

실개소 63-74565호 공보

하지만, 상술한 종래의 밸브에는 아래에서 설명하는 바와 같은 문제가 지적되고 있다.

즉, 도 2에 나타낸 노멀 오픈형 밸브(1)는 엑츄에이터(AC)에 공기압이 공급되는 완전폐쇄 상태에 있어서, 유로입구(5) 측에 유체 압력을 받는다. 이 때문에, 밸브실(2)과 개폐조작기구와의 사이를 새지 않도록 분리하는 다이아프램(8)이 유체압력의 수압면으로도 되어, 이 유체압력이 밸브디스크(10)를 여는 방향(상향)의 힘(배압력)이 되어 축부(12)에 작용한다. 따라서, 밸브디스크(10)를 밸브시트(7)에 가압하는 완전폐쇄 상태를 확실히 유지하기 위해서는, 다이아프램(8)이 받는 배압력을 고려하여, 하향의 조작력을 충분히 얻을 수 있는 개폐조작기구를 구비할 필요가 있다.

이처럼, 상술한 다이아프램(8)을 구비한 밸브(1)는, 유체압력(배압)에 의하여 발생하는 밸브 열림 방향으로의 힘이 밸브 축(12)에 작용하는 정도만큼 엑츄에이터(AC)의 조작력을 증가시킬 필요가 있기 때문에, 폐쇄상태에서의 누출 없이 유로의 개폐를 실시하고자 하는 밸브 기능의 신뢰성 향상을 위해서는, 비용 면에서도 불리하게 되는 엑츄에이터(AC)의 대형화가 필요하게 된다. 즉, 예를 들면, 공기압을 이용한 엑츄에이터(AC)의 경우, 수압면적을 동일하게 하려면 공급되는 공기압이 높아지고, 혹은 공급되는 공기압을 동일하게 하려면 넓은 수압면적이 필요해지기 때문에, 내압 강도 확보나 수압면적 확대를 달성하기 위해서는, 비용면에서 불리한 엑츄에이터(AC)의 대형화는 불가피하다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 도출된 것으로서, 그 목적은 큰 배압을 받는 배압대응형 밸브에 있어서, 엑츄에이터의 대형화를 억제 또는 방지함과 함께 밸브 기능을 유지하기 위하여, 배압의 영향을 최소한으로 억제하는 것이다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여, 아래의 수단을 이용하였다.

본 발명의 배압대응형 밸브는, 밸브실 내부를 상하운동하여 유체 유로를 개폐하는 플러그형 밸브디스크와, 상기 밸브디스크를 완전폐쇄위치 또는 완전개방위치 중 어느 한 방향으로 지지하는 지지수단과, 상기 지지수단보다 큰 조작력으로 상기 밸브디스크를 개폐시키는 개폐조작기구와, 상기 밸브디스크의 축부에 연결되어 상기 밸브디스크의 완전폐쇄위치에서 유체로부터 배압을 받는 다이아프램을 포함하는 배압대응형 밸브에 있어서, 상기 밸브디스크의 직경은, 상기 축부에 연결된 다이아프램 측의 근원부(根元部)가 밸브시트 측의 선단부보다 작게 설정된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 배압대응형 밸브에 따르면, 축부에 연결된 다이아프램 측의 근원부 직경이 밸브시트 측의 선단부 직경보다 작게 설정된 밸브디스크를 사용하기 때문에, 밸브디스크의 작은 직경 부분(소경부(小徑部)) 측에 연결되는 축부 외주에 연결되어 설치되는 다이아프램은, 밸브디스크와 함께 밸브 축도 소직경화(小直徑化)되기 때문에, 형상이 작아져, 수압면적이 감소될 수 있다.

또한, 다이아프램의 형상이 작아지면, 다이아프램을 수납설치하는 케이스의 외형을 동일하게 하면 내압성능에 유효한 두께가 증가하고, 내압성능을 동일하게 하면 케이스의 외형을 소형화할 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 배압을 받는 다이아프램의 형상을 작게 함으로써 수압면적의 감소가 가능해지기 때문에, 높은 배압에 대항하여 밸브 기능을 유지하기 위하여 엑츄에이터를 대형화할 필요가 없어진다. 이 때문에, 엑츄에이터를 구비한 배압대응형 밸브는, 외형 형상의 소형화나 저비용화가 가능해 짐과 함께, 완전폐쇄시의 누출에 대해서도 높은 신뢰성을 유지할 수 있다고 하는 현저한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 밸브시트 포트 직경(오리피스 직경)을 유지하면서 사용압력(내압)을 높일 수 있기 때문에, 유량특성의 향상과 고배압(高背壓)에 대한 대응이 양립될 수 있다.

도 1은, 본 발명에 의한 배압대응형 밸브의 일 실시형태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는, 종래의 밸브 구조를 나타낸 부분 단면도이다.

이하, 본 발명에 의한 배압대응형 밸브의 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 상술한 종래기술(도 2 참조)과 동일한 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하였다.

도 1에 나타낸 배압대응형 밸브(이하, "밸브"로 약칭한다)(1A)는, 예를 들면 슬러리상의 약액(藥液)을 유체로서 흐르게 하는 배관 유로에 설치되며, 유로입구(5)로부터 유입되는 유체를 유로출구(6)로 유출시키는 유로의 개폐기능을 지니고 있다. 이 밸브(1A)는 플러그형의 밸브디스크(10A)를 조작하는 개폐조작기구로서, 공기압 공급 등의 ON·OFF에 의하여 동작하는 유체압력 이용 엑츄에이터(AC)를 구비한다. 한편, 밸브디스크(10A)를 개폐조작하는 개폐조작기구에 관해서는, 공기압 또는 기타 유체압력을 이용한 엑츄에이터(AC)에 한정되지는 않고, 예를 들면 전자석(電磁石)을 이용하여 개폐되는 전자변(솔레노이드 밸브) 타입 등의 사용도 가능하다.

밸브디스크(10A)는 밸브 본체(4) 내에 형성된 공간이자, 유체가 흐르는 유로의 일부이기도 한 밸브실(2) 내에서 상하운동함에 따라, 밸브 본체(4) 내에 형성된 밸브실(2)에 연통하는 유체유로(3)를 개폐하는 부재이다. 이 유체유로(3)는 유로입구(5)로부터 밸브실(2)까지의 사이를 연통시키는 입구 측 유로(3a)와, 밸브실(2)의 저면부(2a)로부터 하방으로 연장된 연직부(3b)를 사이에 두고 유로출구(6)까지 연통시키는 출구 측 유로(3c)를 포함한다.

밸브실(2)은 대략 원주형상의 공간으로서, 연직부(3b)가 개방하는 저면부(2a)는 저부(底部) 중앙을 낮게 만든 그릇 형상으로 이루어진다. 이러한 그릇 형상의 저면부(2a)는 유체가 밸브실(2)의 내부에 잔류하지 않고 연직부(3b)로부터 확실히 유출되도록 하는 것이다.

한편, 도면부호 9는, 밸브(1A)의 밸브 본체(4)를 지지하는 베이스 고정판이다.

상술한 밸브(1A)에 있어서는, 밸브디스크(10A)의 하단부(11)를 밸브시트(7)가 되는 저면부(2a)에 밀착시킨 상태(도 1 참조)가 완전폐쇄위치로 된다. 이 경우의 밸브시트(7)는 저면부(2a)로 개방되는 연직부(3b)의 상단부 주변영역이 되는 밸브 본체(4)이며, 연직부(3b)가 개방되는 저면부(2a)의 주변부분이 된다.

또한, 상술한 밸브(1A)는 노멀 오픈형이라 불리는 것으로서, 통상의 상태에서 완전개방위치를 유지하기 위하여, 밸브디스크(10A)를 상향으로 탄성지지(付勢)하도록하는 탄성지지수단으로서, 예를 들면 코일 스프링 등의 탄성(스프링)부재(미도시)가 축부(12)에 설치된다. 그리고, 이 밸브(1A)를 닫고자 하는 경우에는, 탄성(스프링)부재에 의한 상향으로의 탄성지지력보다 큰 하향으로의 조작력이 발생하도록 엑츄에이터(AC)의 수압면(受壓面)에 공기압이 공급된다.

나아가, 상술한 밸브(1A)는, 예를 들면 슬러리상의 약액(藥液) 등 응고되기 쉬운 액체가 밸브(1A)의 개폐조작기구에 유입되는 것을 방지하기 위하여, 유체가 흐르는 밸브실(2)과 개폐조작기구와의 사이를 새지 않도록 분리하는 다이아프램(8)을 구비한다. 이 다이아프램(8)은 밸브디스크(10A)를 상하운동시키는 공간을 형성함과 아울러, 입구 측 유로(3a) 및 연직부(3b)에 연통하여 유체가 흐르는 유로의 일부가 되는 밸브실(2)과, 밸브실(2)의 상부에 형성된 축부(12)의 수용공간을 분리하기 위한 부재이다.

또한, 다이아프램(8)은 축부(12)의 외측에 설치된 도너츠 형상의 부재로서, 외주 측이 밸브 본체(4)에 지지됨과 아울러, 내주 측이 축부(12)에 지지된다.

축부(12)는 플러그상으로 이루어진 밸브디스크(10A)의 상면과 일체로 연결되어 상방으로 연장되는 부재로서, 엑츄에이터(AC)와의 연결 및 탄성부재의 설치 등에 사용된다.

상술한 밸브(1A)와 같이, 큰 배압에 대응하여 개폐조작용의 공기압이 커지는 고배압(高背壓) 대응형 밸브에 있어서는, 밸브디스크(10A)의 선단부 측 직경(d1)에 대하여 근원(根元) 측 직경(d2)이 작게(d1>d2) 설정된다.

이러한 밸브(1A)는, 밸브디스크(10A)의 근원 측 직경(d2)이 작아지는 정도만큼 다이아프램(8)의 소직경화를 가능케 한다. 즉, 도너츠 형상으로 이루어진 다이아프램(8)의 내경이 약 d2까지 작아짐과 함께, 다이아프램(8)의 설치에 필요한 외경(D)도 종래의 D'보다 작게 할 수 있기 때문에, 배압의 수압면적이 되는 다이아프램(8)의 면적을 감소시킬 수 있다.

이렇게 하여 다이아프램(8)의 수압(受壓) 면적이 작아지면, 밸브디스크(10A)에 작용하는 배압(背壓)은 감소된다. 따라서, 밸브디스크(10A)를 완전폐쇄위치에 이동시켜 지지하기 위하여 필요하게 되는 엑츄에이터(AC)는, 밸브디스크(10A)의 조작용으로서 공급되는 공기압을 낮게 억제할 수 있어, 엑츄에이터(AC)의 소형화가 가능한 배압대응형 밸브가 된다.

이처럼, 상술한 고배압(高背壓) 대응형 밸브(1A)를 사용함에 따라, 완전폐쇄시에 밸브디스크(10A)를 개방하는 방향(상향)으로 작용하는 유체의 압력(배압)이 작아지기 때문에, 엑츄에이터(AC)에 의하여 밸브디스크(10A)를 폐쇄하는 방향으로 가압하는 힘의 절감이 가능하게 된다. 따라서, 밸브(1A)는 엑츄에이터(AC)이 내압을 낮게 억제할 수 있게 되어, 소형화나 저비용화에 유리해 진다. 즉, 배압을 받는 다이아프램(8)의 형상을 작게 하여 수압면적의 감소가 가능하게 되기 때문에, 높은 배압에 대항하여 밸브 기능을 유지하기 위하여 엑츄에이터(AC)를 대형화할 필요가 없고, 이 때문에, 엑츄에이터(AC)를 구비한 배압대응형 밸브(1A)는 외형 형상의 소형화나 저비용화가 가능하게 됨과 함께, 완전폐쇄시의 누출에 있어서도 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.

나아가, 밸브(10A)에 있어서의 엑츄에이터(AC)의 외형 치수를 대략 동일하게 하면, 다이아프램(8)을 작은 직경으로 구성하는 만큼 엑츄에이터 케이스 부분의 두께를 증가시킬 수 있기 때문에, 유량 특성에 영향을 주는 밸브시트 포트 직경(연직유로부(3b)의 입구 직경)을 유지하면서, 사용압력(밸브의 압력)을 높이는 것도 가능해 진다. 즉, 밸브(1A)의 유량 특성을 결정하는 밸브시트 포트 직경(오리피스 직경)을 유지하면서, 밸브(1A)를 흐르는 유체압력의 상한을 규정하는 사용압력(내압)을 높일 수 있기 때문에, 유량 특성의 향상과 고배압 대응이 양립될 수 있다.

또한, 상술한 설명에서는 엑츄에이터(AC)에 의하여 밸브디스크(10A)를 닫는 노멀 오픈형 밸브에 적용하였지만, 상술한 바와 같이 밸브디스크(10A)의 직경을 변화시키는 구조는, 노멀 클로스형의 밸브나 전자석 등에 의하여 작동시키는 개폐조작기구를 사용한 밸브에도 적용가능하다. 노멀 클로스형의 경우, 밸브의 폐쇄 상태를 유지하기 위하여 필요로 하는 탄성지지부재(코일 스프링 등)의 탄성지지력을 낮게 억제할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.

1A: 배압대응형 밸브
2: 밸브실
3: 유체 유로
4: 밸브 본체
7: 밸브시트
8: 다이아프램
10A: 밸브디스크
11: 하단부
12: 축부
AC: 엑츄에이터

Claims

밸브실 내부를 상하운동하여 유체 유로를 개폐하는 플러그형 밸브디스크와, 상기 밸브디스크를 완전폐쇄위치 또는 완전개방위치 중 어느 한 방향으로 지지하는 탄성지지수단과, 상기 탄성지지수단보다 큰 조작력으로 상기 밸브디스크를 개폐시키는 개폐조작기구와, 상기 밸브디스크의 축부에 연결되어 상기 밸브디스크의 완전폐쇄위치에서 유체로부터 배압을 받는 다이아프램을 포함하는 배압대응형 밸브에 있어서,
상기 밸브디스크의 직경은, 상기 축부에 연결된 다이아프램 측의 근원부(根元部)가 밸브시트 측의 선단부보다 작게 설정된 것을 특징으로 하는 배압대응형 밸브.