KR20120004416A - 다이어프램 밸브 - Google Patents

Abstract

다이어프램 밸브 (1) 는 밸브 (1) 를 작동시키는 작동 장치 (4) 를 수용하는 하우징 상부 (2) 와, 다이어프램 (11) 을 수용하는 수용 영역 (9) 을 가진 하우징 하부 (3) 를 포함하고, 상기 다이어프램 (11) 아래의 하우징 하부 (3) 에는 유동 채널 (17) 을 형성하는 중심 영역 (51) 이 형성되며, 상기 하우징 하부 (3) 의 중심 영역 (51) 에서의 유동 채널 (17) 의 단면적은 밸브 (1) 의 개방 상태에서 일정하다.

Description

다이어프램 밸브 {DIAPHRAGM VALVE}

본 발명은, 밸브를 작동시키는 작동 장치를 수용하는 하우징 상부와, 다이어프램을 수용하는 수용 영역을 가진 하우징 하부를 포함하는 다이어프램 밸브에 관한 것으로, 다이어프램 아래의 하우징 하부에는 유동 채널을 형성하는 중심 영역이 형성된다.

배관 (pipeline) 구성에 있어서, 다이어프램 밸브는 상이한 매체의 유량을 조절하는데 사용된다. 다이어프램 밸브는 매체와 접촉하게 되는 몇 개의 개별 부품을 특징으로 한다. 밸브의 실제 제어 부재를 교체하면, 다이어프램만 교체할 필요가 있다. 다이어프램 밸브는 더러운 오염물에 영향을 받지 않는다. 그리하여, 다이어프램 밸브는 고형물을 포함하는 매체 유동을 조절하는데 매우 적합하다.

DE 10 2004 001 045-A1 에는 일반적인 유형의 다이어프램 밸브가 개시되어 있고, 단면적은, 유동 경로에 따라서, 하우징 입구에서부터 밀봉 랜드까지 점점 감소한 후, 이 밀봉 랜드에서부터 하우징 출구까지 다시 점점 증가한다.

이러한 종래 기술을 기반으로 하여, 본원의 목적은, 가능한 한 균일하고 또한 방해없이, 밸브 하우징을 통한 유동을 실현하는 다이어프램 밸브를 한정하는 것이다.

상기 목적은, 밸브를 작동시키는 작동 장치를 수용하는 하우징 상부와, 다이어프램을 수용하는 수용 영역을 가진 하우징 하부를 포함하는 다이어프램 밸브에 의해 달성되고, 상기 다이어프램 아래의 하우징 하부에는 유동 채널을 형성하는 중심 영역이 형성되고, 상기 하우징 하부의 중심 영역에서의 유동 채널의 단면적은 밸브의 개방 상태에서 일정하다.

본원의 바람직한 양태는 종속청구항에 기재되어 있다.

다이어프램 밸브는 종래의 배관에서 용이하게 설치가능한 것이 유리하다. 이는, 유동 방향에서 볼 때, 상기 유동 채널의 단면적이 연속적으로 원형, 타원형 및 원형을 가짐으로써 달성된다. 다이어프램 밸브는 다이어프램의 중심선에 대하여 대칭적으로 구성되고 또한 배관 시스템의 양방향으로 설치될 수 있다.

다이어프램은 밸브 하우징내에 가능한 한 용이하게 설치될 수 있는 것이 유리하다. 이는, 하우징 상부가 내부 하우징 및 외부 하우징을 가지고, 상기 외부 하우징이 하우징 하부의 수용 영역에 연결되도록 배열됨으로써 달성된다. 이는, 다이어프램이 수용 영역에 있어서 내부 하우징의 하가장자리 및 수용 영역의 베이스 사이에 배열됨으로써 달성된다.

이하, 본원의 대표적인 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은 본원에 따른 다이어프램 밸브의 사시도,
도 2 는 도 1 의 다이어프램 밸브의 절단도,
도 3 은 다이어프램 밸브의 절단 영역의 사시도,
도 4 는 종래의 다이어프램 밸브의 유동 채널의 상이한 부분에서의 단면적을 나타내는 도면,
도 5 는 본원에 따른 다이어프램 밸브의 유동 채널의 상이한 부분에서의 단면적의 대표도,
도 6 은 유동 채널의 길이에 따른 단면적 변화를 비교하는 그래프,
도 7 은 다이어프램 밸브의 스핀들 및 다이어프램 홀더의 조립체의 절단도, 및
도 8 은 다이어프램 밸브의 다이어프램 홀더의 절단도.

도 1 에서는, 다이어프램 밸브 (1) 의 사시 대표도를 도시한다. 다이어프램 밸브 (1) 는, 하우징 상부 (2), 정합하는 하우징 하부 (3) 및 본원에서 지시 핀 (5) 을 가진 핸드휠 (4) 로 나타낸 작동 부재로 실질적으로 구성된다. 하우징 하부 (3) 는 3 개의 개구 (7, 8, 9) 및 유동 채널 (17) 을 구비한다. 이 제 1 개구 (9) 는, 하우징 상부 (2) 와 하우징 하부 (3) 사이에 배치되고, 유동 채널 (17) 에 수직하게 형성되며, 또한 다이어프램 (11) 용 수용 영역 (9) 으로서 형성된다. 2 개의 개구 (7, 8) 는 다이어프램 밸브 (1) 를 배관 시스템에 연결하는 배관 연결 부재 (7, 8) 로서 형성된다.

도 2 에서, 도 1 의 다이어프램 밸브 (1) 는 배관 축선 (L) 을 따라서 절단 도시되어 있다. 도 3 에서, 하우징 하부 (3) 는 배관 축선 (L) 을 따라서 절단되고 또한 사시도로 도시되어 있다. 유동 채널 (17) 은 예리한 가장자리 또는 단차부를 갖지 않는다. 배관은 2 개의 배관 연결 부재 (7, 8) 에 나사체결되거나 또는 대응하는 실시형태에서 다른 연결 방법, 예를 들어 아크 용접 또는 플랜지 조인트에 의해 연결된다. 다이어프램 밸브 (1) 는 유동 방향에 무관하게 또한 대칭적으로 형성된다. 대칭 축선은 본원에서 다이어프램 (11) 의 중심선으로 나타내었다. 제 1 배관 연결 부재 (7) 및 제 2 배관 연결 부재 (8) 는 유동 채널 (17) 의 유입부 및 유출부 둘 다로서 사용될 수 있다. 다이어프램 밸브 (1) 는 유동 방향에 상관없이 어떠한 위치에 설치될 수 있다.

하우징 하부 (3) 의 수용 영역 (9) 은 원형 형상으로 된다. 이 수용 영역 (9) 은, 다이어프램 (11) 을 수용할 뿐만 아니라 하우징 상부 (2) 를 체결하는데 사용된다. 하우징 상부 (2) 는 내부 하우징 (10) 및 외부 하우징 (13) 으로 구성된다. 수용 영역 (9) 의 외부측에는, 예를 들어 외부 하우징 (13) 에 나사연결하는 나사산 (12) 이 형성된다. 수용 영역 (9) 의 내부측에는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 다수의 축방향으로 연장하는 리세스 (14, 15) 가 형성된다. 다이어프램 (11) 의 중심선을 따라서 서로 맞은편에 배치된 2 개의 동일한 리세스 (14) 는 다이어프램 (11) 을 고정시키는데 사용된다. 각각의 경우에, 90°로 오프셋되어 배열된 다른 4 개의 리세스 (15) 는 내부 하우징 (10) 을 고정시키는데 사용되고, 이 내부 하우징의 외부측에는 리세스 (15) 와 끼워맞춰지는 4 개의 캠을 구비한다. 하우징 상부 (2) 중, 내부 하우징 (10) 에 동심으로 배열되는, 수용 영역 (9), 내부 하우징 (10) 및 외부 하우징 (13) 은 원형 구성으로 되어 있다. 그리하여, 다이어프램 (11) 은 내부 하우징 (10) 의 인덱싱과는 별개의 인덱싱을 가진다. 이렇게 함으로써, 다이어프램의 위치를 일정하게 유지시키면서 내부 하우징 (10) 을 회전시키는데 사용할 수 있다.

다이어프램 (11) 은 수용 영역 (9) 의 베이스 (29) 및 내부 하우징 (10) 의 하가장자리 사이에서 수용 영역 (9) 에 클램핑되어 배열된다. 하우징 상부 (2) 를 하우징 하부 (3) 에 연결함으로써, 다이어프램 (11) 의 클램핑을 얻을 수 있다. 내부 하우징 (10) 의 하가장자리, 수용 영역 (9) 의 베이스 (29) 및 다이어프램 (11) 의 림 각각은, 서로 보완되도록 형성되는 비드 (30, 31) 및 홈 (32, 33) 을 가지고, 그럼으로써 다이어프램 (11), 밸브 하우징 및 다이어프램 (11) 의 한정된 위치 사이에서 형상 폐쇄부 (form closure) 를 얻게 된다.

새로운 다이어프램 밸브 (1) 는, 조립하기 위해, 종래의 다이어프램 밸브의 경우에서처럼, 유동 방향에 수직하게 하우징 하부 (3) 를 통과하는 보어를 가진 나사, 스프링 또는 너트를 사용하지 않는다. 그럼으로써, 밸브 하우징은, 스핀들 방향에서 볼 때, 정사각형 형상 대신에 둥근 형상을 얻게 된다. 다이어프램 밸브 (1) 는 플라스틱 부품으로 실질적으로 제조될 수 있고 또한 나사, 스프링, 및 너트 등의 금속 부재없이 제조될 수 있다. 수명에 걸쳐서 다이어프램 (11) 의 클램핑이 느슨해지면, 그 후에 하우징 상부 (2) 는 하우징 하부 (3) 와 함께 추가로 나사결합되어 적합한 클램핑을 보장한다. 다이어프램 (11) 의 클램핑은 하우징 하부 (3) 에서 하우징 상부 (2) 의 나사결합에 의해서만 형성되기 때문에, 클램핑은 종래의 다이어프램 밸브보다는 실질적으로 보다 균일하게 되고, 밸브 하우징의 코너에서 4 개의 나사에 의해 점 형태 (punctiform) 의 클램핑이 더 얻어진다.

배관 연결 부재 (7, 8) 사이의 유동 채널 (17) 은, 하우징 하부 (3) 에서, 다이어프램 밸브 (1) 의 중심 영역 (51) 에서의 유동 채널 (17) 의 전체 길이에 걸쳐서 단면적이 개방 상태에서 일정하도록 형성된다. 유동 방향에서 볼 때, 단면적은 연속적으로 원형, 타원형 및 다시 원형으로 되어 있다. 이러한 형상들간의 천이부는 연속 형상으로 되어 있다.

도 4 에서, 종래의 다이어프램 밸브의 유동 채널을 통한 12 개의 절단면을 도시한다. 이 절단면은, 배관 연결 부재에 의한 유동 채널의 시작부에서부터 다이어프램의 중심선까지, 유동 채널내의 연속 지점에 배치된다. 단면적은 명암을 넣어 각각 나타내었다. 단면적의 형상은 원형에서부터 코너가 둥글게 된 보틀 형상의 사각형을 통하여 드립 (drip) 형상으로 변한다.

도 5 에서, 본원에 따른 다이어프램 밸브 (1) 의 유동 채널 (17) 을 통한 다른 12 개의 절단면을 도시한다. 이 절단면은, 마찬가지로, 배관 연결 부재 (7, 8) 에 의한 유동 채널 (17) 의 시작부에서부터 다이어프램 (11) 의 중심선까지, 유동 채널 (17) 내의 연속 지점에 형성된다. 단면적은 명암을 넣어 각각 나타내었다. 단면적의 형상은 하우징 하부 (3) 의 시작부에서의 원형에서부터 다이어프램 (11) 아래의 중심 영역 (51) 에서의 타원형으로 변한다.

도 6 에서, 하우징 하부 (3) 의 유입부에서부터 다이어프램 (11) 의 중심선까지 다이어프램 밸브 (1) 의 길이 절반에 걸친 유동 채널 (17) 내의 단면적 변화를 도시한다. 이러한 변화는 하우징 하부 (3) 의 유입부에서의 단면적에 대하여 백분율로 나타내었다. 밸브 길이는 밸브 길이 절반의 0% ~ 약 50% 의 유입부 영역 (50) 및 밸브 길이 절반의 50% ~ 100% 의 중심 영역 (51) 을 포함한다. 도 6 에서, 라인 A 는 종래의 다이어프램 밸브의 유동 채널에서의 단면적 변화를 나타낸다. 도 6 의 라인 A 로부터, 다이어프램 밸브의 중심 영역, 즉 다이어프램 하부의 단면적은 반복적으로 현저히 변하고, 이는 상당한 압력차를 유발하고 또한 다이어프램 밸브의 효율을 변동시킴을 알 수 있다.

도 6 에서 명암을 넣은 영역 B 는 본원에 따른 다이어프램 밸브 (1) 의 유동 채널 (17) 에서의 단면적 변화를 나타낸다. 영역 B 는, 마찬가지로, 본원에 따른 다이어프램 밸브 (1) 에서의 백분율 변화의 허용 한계를 나타낸다. 도 6 에서의 영역 B 로부터, 유동 채널 (17) 의 유입부 영역 (50) 에서, 단면적은 100% 에서부터 약 85% ~ 75% 로 점점 경사지고, 다음의 중심 영역 (51) 에서, 단면적은 초기값의 약 75% ~ 85% 에서 일정하게 유지됨을 알 수 있다.

도 2 에서, 내부 하우징 (10) 내에서 밸브 작동 기구의 다른 부재를 볼 수 있는데 : 다이어프램 (11) 의 균일한 변형을 위해 사용되는 가압편 (16), 실제 스핀들 (18) 및 핸드휠 (4) 의 회전 운동이 상기 가압편 (16) 과 함께 스핀들 (5) 의 축방향 운동으로 전환됨을 보장해주는 스핀들 너트 (19) 이다. 도 3 에서, 하우징 하부 (3), 다이어프램 (11) 및 다이어프램 핀 (20) 은 절단면의 사시도로 도시되어 있다.

도 7 에서, 다이어프램 핀 (20) 및 스핀들 구성간의 연결 부재로서의 연결 너트 (21) 는 절단면으로 도시되어 있다. 다이어프램 핀 (20) 은, 다이어프램 (11) 의 중심 지점에서 체결되고 또한 외부 나사산을 가진 금속 핀이다. 금속 핀 (20) 은 작은 유지 너트 (25) 에 나사결합가능하게 연결된다. 이 유지 너트 (25) 는 길이방향 보어 (22) 의 하부 깊이보다 작은 높이를 가지며 또한 축방향으로 유극을 가지고서 연결 너트 (21) 안으로 놓여 있다. 연결 너트 (21) 자체는 더 큰 너트로서 형성되고, 마찬가지로 축방향으로 유극을 갖고서 가압편 (16) 의 육각형 구멍에 삽입된다. 도 8 에서, 연결 너트 (21) 는 유지 너트 (25) 와 함께 절단면으로 도시되어 있다. 연결 너트 (21) 자체는, 스핀들 (18) 을 수용하는 종방향 보어 (22) 및 횡방향 핀 (24) 을 수용하는 횡방향 보어 (23) 를 구비하고, 이 횡방향 핀은 마찬가지로 스핀들 (18) 에 연결된다.

폐쇄 작동시, 연결 너트 (21) 에 의해 가압편 (16) 및 다이어프램 (11) 에 폐쇄력이 전달된다. 다이어프램 밸브 (1) 의 폐쇄시, 유지 너트 (25) 및 다이어프램 핀 (20) 은 자유롭게 상방으로 운동한다. 이렇게 함으로써, 다이어프램 밸브 (1) 를 작동시키는 힘이 완화되고 다이어프램 (11) 은 가능한 한 최소한의 부하를 받게 된다. 스핀들 (18) 은 다이어프램 (11) 에 고정되도록 연결되지 않는다. 핸드휠 (4) 은 축방향 운동없이 회전하고 또한 작동시 다이어프램 밸브 (1) 의 하우징 상부 (2) 로부터 자체적으로 이격되지 않는다. 핸드휠 (4) 은 중공의 스플라인된 샤프트에 의해 스핀들 너트 (19) 에 연결된다. 그리하여, 스핀들 너트 (19) 는 축방향 운동을 실시하지 않는다. 스핀들 (18) 은 스핀들 너트 (19) 의 나사산과 결합된다. 그리하여, 스핀들 너트 (15) 는 핸드휠 (4) 의 회전 운동을 연결 너트 (21) 의 축방향 운동으로 전환시킨다. 다이어프램 밸브 (1) 의 개방시, 다이어프램 (11) 은 다이어프램 핀 (20) 에 연결되는 유지 너트에 의해 상승된다.

다이어프램 밸브 (1) 는 소형의 둥근 구성을 특징으로 한다. 이러한 다이어프램 밸브는 사출 성형된 부품으로 실질적으로 제조된다. 유동 채널 (17) 의 특별한 형상으로 인해, 다이어프램 밸브의 압력 손실은 최소한으로 된다. 하우징 상부 (2) 를 하우징 하부 (3) 에 나사 연결함으로써, 후속의 다이어프램 체결 조절은 간단해지고 또한 다이어프램 (11) 은 근처의 모든 방향으로 보다 균일하게 클램핑된다. 핸드휠 (4) 의 위치에서, 다이어프램 밸브 (1) 상에 공압 또는 다른 원격 제어가능한 드라이브를 장착할 수도 있다.

Claims (7)

1. 밸브 (1) 를 작동시키는 작동 장치 (4) 를 수용하는 하우징 상부 (2) 와,
   다이어프램 (11) 을 수용하는 수용 영역 (9) 을 가진 하우징 하부 (3) 를 포함하는 다이어프램 밸브 (1) 로서,
   상기 다이어프램 (11) 아래의 하우징 하부 (3) 에는 유동 채널 (17) 을 형성하는 중심 영역 (51) 이 형성되는 다이어프램 밸브에 있어서,
   상기 하우징 하부 (3) 의 중심 영역 (51) 에서의 유동 채널 (17) 의 단면적은 밸브 (1) 의 개방 상태에서 일정한 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유동 채널 (17) 은, 하우징 하부 (3) 의 유입부에서 원형 단면, 중심 영역 (51) 에서 타원형 단면 및 하우징 하부 (3) 의 유출부에서 원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 유동 채널 (17) 의 단면 형상들간의 천이부는 무단차식인 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징 상부 (2) 는 실질적으로 원통형으로 형성되는 내부 하우징 (10) 과 실질적으로 원통형으로 형성되는 외부 하우징 (13) 을 가지고, 상기 외부 하우징 (13) 은 하우징 하부 (3) 의 수용 영역 (9) 에 나사결합가능하게 연결되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다이어프램 (11) 은, 비드 (30, 31) 및 홈 (32, 33) 에 의해 클램핑될 수 있도록, 수용 영역 (9) 에 있어서 내부 하우징 (10) 의 하가장자리 및 수용 영역 (9) 의 베이스 (29) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내부 하우징 (10) 과 상기 다이어프램 (11) 을 별도로 위치시키기 위해서, 하우징 하부 (3) 는, 수용 영역 (9) 에서, 내부 하우징 (10) 상의 캠 및 다이어프램 (11) 상의 돌출부와 끼워맞춰지는 축방향으로 연장하는 상이한 리세스 (14, 15) 를 가지는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스핀들 (18) 은, 연결 너트 (21) 와 횡방향 핀 (24) 에 의해 또한 축방향으로 유극을 가진 유지 너트 (25) 에 의해 다이어프램 (11) 에 연결되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.

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