KR20120048098A - 볼 밸브 및 볼 밸브 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 밸브에 관련되는 것으로 특히 밸브의 열림각도에 따라 유체의 흐름량을 보다 정확하게 비례 제어할 수 있도록 하는 볼 밸브에 관한 기술로서, 내부 유로가 형성되는 밸브몸체; 스템과 연결되며 상기 밸브몸체 내부에 자리하게 되는 볼; 상기 볼의 좌우측에서 상기 볼의 외면과 접촉되어 기밀을 유지하도록 상기 유로에 고정되는 밸브시트; 상기 볼의 중심에 관통되게 형성되며 사각단면을 이루는 통과홀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼 밸브 및 볼 밸브 모듈{BALL VALVE AND BALL VALVE MODULE}

본 발명은 볼 밸브에 관련되는 것으로 특히 밸브의 열림각도에 따라 유체의 흐름량을 보다 정확하게 비례 제어할 수 있도록 하는 볼 밸브에 관한 기술이다.

유체의 흐름을 단속하며 유량을 조정할 수 있도록 하는 밸브에는 다양한 것들이 있고, 볼 밸브도 그러한 것 중 하나이다. 밸브는 기본적으로 누설이 발생되지 않아야 하며 조작도 간편해야 한다.

일반적인 볼 밸브는 밸브 몸체에 스템과 연결되는 볼이 마련되고 볼은 밸브시트와 접촉되어 누설이 방지되고 볼에는 관통되는 원형 단면의 통과홀이 형성된다.

기존의 볼 밸브들은 볼에 형성된 통과홀이 원형 단면이기 때문에 밸브의 개폐각도에 따라 유체의 흐름량을 비례적으로 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.

볼 밸브를 이용하여 비교적 정확하게 비례 제어하기 위해서는 무수한 실험과 시뮬레이션을 통해 미세한 개폐각도 조정을 해야만 할 것이다.

특히, 2종류 이상의 유체를 혼합하기 위해 일정한 비율로 각각의 유체를 공급해야 하는 경우에는 볼 밸브를 사용할 수 없었다. 하지만, 볼 밸브는 비교적 제작이 쉽고 가격도 저렴하며 조작도 간편하다는 장점이 있다.

1. 대한민국 등록특허번호 제10-0571565(2006.04.10 등록)

따라서 본 발명에서는 볼 밸브로서 유체의 유량을 보다 쉽게 비례 제어할 수 있도록 하는 볼 밸브 및 이러한 볼 밸브들의 조합을 통해 2종류 이상의 유체를 적정 비율로 공급할 수 있는 볼 밸브 모듈을 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 볼 밸브는, 내부 유로가 형성되는 밸브몸체; 스템과 연결되며 상기 밸브몸체 내부에 자리하게 되고 중심부에 관통되는 직사각형 형태의 단면을 이루는 통과홀이 형성되는 볼; 상기 볼의 좌우측에서 상기 볼의 외면과 접촉되어 기밀을 유지하도록 상기 유로에 고정되는 밸브시트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 통과홀은, 가로축이 세로축에 비해 길이가 긴 좁은 슬롯 형태가 되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 스템 상단에 웜휠이 결합되고 상기 웜휠은 모터와 연결된 웜과 맞물려 회전됨으로써 상기 볼의 회전각도를 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 볼은, 상기 스템과 동축상으로 상기 볼의 하부면으로부터 돌출되어 상기 밸브몸체를 관통하는 하부스템이 마련되고, 상기 밸브몸체 하측에 상기 하부스템의 회전을 감지하는 감지센서가 마련되는 것으로 하며, 상기 밸브시트는, 밸브시트받이에 의해 가압되어 볼과 밀착되며 상기 밸브시트받이와 밸브시트 사이에 오링이 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 측면으로 두 종류 이상의 유체를 적정 비율로 공급하기 위해 하나의 메인 볼 밸브와 하나 이상의 서브 볼 밸브로 이루어지는 볼 밸브 모듈에 있어서, 상기 메인 볼 밸브와 서브 볼 밸브 각각은, 내부 유로가 형성되는 밸브몸체; 스템과 연결되며 상기 밸브몸체 내부에 자리하게 되는 볼; 상기 볼의 좌우측에서 상기 볼의 외면과 접촉되어 기밀을 유지하도록 상기 유로에 고정되는 밸브시트; 상기 볼의 중심에 관통되게 형성되며 사각단면을 이루는 통과홀; 상기 스템 상단에 결합되는 웜휠;을 포함하되, 상기 메인 볼 밸브와 서브 볼밸브는 상기 웜휠끼리 서로 연결되고, 상기 메인 볼 밸브에는 모터와 연결되는 웜이 마련되어 상기 웜에 의해 상기 메인 볼 밸브의 웜휠이 회전되게 함으로써 서브 볼 밸브도 연동하여 상기 볼이 개폐될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 볼 밸브는 볼의 중심에 형성되는 통과홀이 사각 단면으로 이루어져 있기 때문에 기존의 볼 밸브에 형성되는 원형 단면의 통과홀과 비교하여 유량 제어시 보다 쉽게 밸브의 열림 각도에 따른 비례 제어를 달성할 수 있다는 효과 가 있다.

그리고 본 발명에 의한 볼 밸브 모듈에 의하면 2종류 이상의 유체를 소정의 비율로 혼합하고자 할 때 2개 이상의 볼 밸브가 연동되어 개폐되게 하여 정확한 비율로 유체를 공급할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 볼 밸브의 구성을 보여주는 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 볼 밸브의 개략적인 작동 상태도.
도 3은 기존의 볼 밸브와 본 발명의 볼 밸브를 비교 테스트한 결과에 대한 그래프.
도 4는 볼 밸브 모듈에 대한 개략적인 평면도.
도 5는 또 다른 형태의 볼 밸브 모듈에 대한 평면도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

첨부되는 도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 볼 밸브의 구성을 보여주는 개략적인 단면도에 해당된다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 볼 밸브는 밸브몸체(100), 볼(200), 밸브시트(300) 및 통과홀(400)을 포함하며, 특히 볼(200)에 형성되는 통과홀(400)이 사각 단면을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

밸브몸체(100)는 일측으로 유체가 유입되어 타측으로 유출될 수 있는 내부 유로(110)가 형성되어 있고, 밸브몸체(100) 내부의 내부 유로(110) 중간에 구형의 볼(200)이 마련된다. 볼(200)의 상단부에 스템(210)이 연결되며 스템(210)은 밸브몸체(100) 상부로 돌출된다.

내부 유로(110)에는 볼(200)의 좌우측에서 볼(200)의 외면과 접촉되는 밸브시트(300)가 마련된다. 밸브시트(300)는 볼(200)의 외면과 밀착되어 유체의 누설을 방지하는 기능을 한다. 밸브시트(300)는 테프론으로 불리우는 PTFE와 같은 소재를 사용하도록 함이 적당하다.

밸브시트(300)는 밸브시트받이(310)에 의해 가압되어 볼(200)과 접촉하게 되는데, 바람직하게 밸브시트받이(310)와 밸브시트(300) 사이에 고무재의 오링(320)을 두도록 한다. 오링(320)에 의해 밸브시트(300)는 보다 탄력적으로 볼(200)과 접촉하게 되는 바, 사용에 따라 밸브시트(300)가 마모되는 경우에도 밸브시트(300)는 오링(320)의 탄발력에 의해 어느 정도 밸브시트(300)의 기능을 유지할 수 있게 된다.

볼(200)의 중심에는 관통되는 사각 단면의 통과홀(400)이 형성되며, 볼(200)의 회전각도에 따라 통과홀(400)이 밸브 몸체(100)의 내부 유로(110)와 겹치게 되면 유체가 통과홀(400)을 통해서 공급될 수 있다.

기존의 볼 밸브와 달리 본 발명에서의 볼(200)에 형성되는 통과홀(400)은 사각 단면이기 때문에 밸브의 회전 각도에 따른 유체의 흐름량이 비례적으로 증가하게 된다는 장점이 있다.

보다 구체적으로 통과홀(400)은 직사각형 형태로 가로축이 세로축에 비해 상대적으로 길이가 긴 형태가 적합하고, 틈이 좁은 긴 슬롯 형태의 통과홀(400)이 되도록 한다.

본 발명의 이러한 특성은 유체의 흐름량을 비교적 정확하게 제어해야 하는 경우에 매우 유용하다. 기존의 볼 밸브는 단지 유체의 흐름을 단속하는 용도로 사용되었기 때문에 보다 정확한 유체의 흐름량 제어를 위한 용도로는 사용될 수가 없었다.

즉, 기존 볼 밸브의 통과홀은 원형 단면이기 때문에 밸브의 회전각도에 비례하여 유체의 흐름량이 증가되지 않아 유체의 흐름량을 비례적으로 제어할 수가 없었다.

본 발명에 의한 사각 단면의 통과홀(400)을 갖는 볼 밸브와 종래의 원형 단면 통과홀을 갖는 볼 밸브를 동일한 각도 만큼씩 회전시키게 되면 원형 단면의 통과홀을 갖는 볼 밸브는 급격하게 유량이 증가되지만, 사각 단면의 통과홀(400)을 갖는 볼 밸브의 경우 상대적으로 열림 각도에 비례하면서 유량도 증가되기 때문에 유량 제어를 보다 정확하고 용이하게 실시할 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 볼 밸브의 개략적인 작동 상태도를 보여주며, 도 3은 기존의 볼 밸브(a)와 본 발명의 볼 밸브(b)를 비교 테스트한 결과에 대한 그래프이다.

본 발명에 의한 볼 밸브의 경우 도시된 바와 같이 대략 밸브 회전 각도 30도에서부터 개방이 이루어지며, 점차 10도씩 개방 각도를 높여감에 따라 도 2와 같이 유체의 흐름량도 점차 증가되면서 거의 비례적인 직선을 이루게 된다.

반면, 종래기술의 경우에는 그래프와 같이 밸브 개폐 각도에 비례하지 않고 초기에는 조금씩 증가되다가 이후에는 급격히 유량이 증가되는 양상을 나타내게 된다.

한편, 본 발명에 의한 볼 밸브를 구성함에 있어 보다 바람직하게는 볼(200)과 연결된 스템(210) 상단에 웜휠(WH)을 결합시키고 웜휠(WH)은 웜(W)과 맞물리도록 하고 웜(W)은 모터(M)와 연결되어 자동제어를 통해 밸브의 개폐 및 개폐정도를 제어할 수 있도록 한다. 물론, 볼 밸브의 작동은 수동으로 작업자가 레버를 조작하여 여닫힐 수 있도록 구성할 수도 있다.

또한, 더욱 바람직하게 볼(200)과 연결되는 스템(210)과 동축상으로 볼(200)의 하부면에 연결되어 돌출되는 하부스템(220)이 마련될 수 있다. 하부스템(220)은 밸브몸체(100)를 관통하게 되며 밸브몸체(100) 하부에 하부스템(220)의 회전을 감지하는 감지센서(S)를 두도록 한다. 감지센서(S)는 공지의 다양한 접촉식 혹은 비접촉식 센서 중에서 선택하여 사용할 수 있고, 감지센서의 전기적 신호를 이용하여 밸브의 작동여부나 밸브와 연관된 타 장치와의 연동동작등의 구현이 가능하다.

본 발명의 또 하나의 기술적 사상으로 볼 밸브 모듈에 대해 설명하도록 한다.

볼 밸브 모듈은 두 개 이상의 볼 밸브가 조합되어 2종류 이상의 유체를 각각 공급하되 적정 비율로 공급할 수 있도록 한다. 도 4는 볼 밸브 모듈에 대한 개략적인 평면도를 보여준다.

보다 구체적으로 하나의 메인 볼 밸브(10)가 마련되며, 이와 별도로 하나 이상의 서브 볼 밸브(20)가 마련된다. 본 실시예의 경우 두 개의 서브 볼 밸브(20)가 사용되며, 메인 볼 밸브(10)와 서브 볼 밸브(20) 각각은 거의 동일한 구성으로 이루어진다.

즉, 메인 볼 밸브(10) 및 서브 볼 밸브(20)는 도 1에서와 같은 밸브몸체(100), 볼(200), 밸브시트(300), 통과홀(400) 및 웜휠(WH)을 포함하며, 메인 볼 밸브(10)에는 웜휠(WH)을 회전되게 하기 위한 웜(W)이 마련되며, 웜(W)은 모터(M)와 연결된다.

밸브몸체(100), 볼(200), 밸브시트(300), 통과홀(400) 및 웜휠(WH)은 상술한 본 발명의 볼 밸브와 동일한 것인 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

인접하여 배치되는 메인 볼 밸브(10)와 서브 볼 밸브(20)는 스템(210) 상단에 결합되는 웜휠(WH)을 통해 서로 연결되어 밸브의 개폐동작이 동시에 이루어지게 된다.

메인 볼 밸브(10)의 웜휠(WH)과 제1서브 볼 밸브(20a)의 웜휠(WH)이 서로 치합되고, 제1서브 볼 밸브(20a)와 제2서브 볼 밸브(20b)의 웜휠(WH)이 서로 치합됨으로써 메인 볼 밸브(10)의 웜(W)이 회전되면 동시에 메인 볼 밸브(10) 및 서브 볼 밸브(20)들은 소정의 각도만큼씩 개폐동작하게 된다.

메인 볼 밸브(10)와 각 서브 볼 밸브(20)를 통해 공급되는 유체는 각각 다른 것으로 하며, 동시에 볼 밸브들의 열림각도가 조정되기 때문에 항상 일정한 비율로 유체를 공급할 수 있다.

특히, 메인 볼 밸브(10) 및 각 서브 볼 밸브(20)의 웜휠의 이빨수를 달리하면 각 밸브의 열림각도를 달리할 수 있어 여러 유체간 혼합비율을 달리할 수 있다.

도 5는 또 다른 형태의 볼 밸브 모듈에 대한 평면도를 나타낸 것이다.

예를들어 메인 웜휠(WH0), 제1웜휠(WH1), 제2웜휠(WH2)의 이빨수 비율을 2:1:2로 하면 제1웜휠(WH1)은 메인웜휠(WH0)이나 제2웜휠(WH2)의 2배만큼 밸브가 여닫히게 된다.

즉, A, B, C 기체를 공급하여 혼합시키고자 할 때 각 기체의 혼합비율은 1:2:1이 되고자 한다면 언급한 바와 같이 메인 웜휠, 제1웜휠 및 제2웜휠의 이빨수를 이에 맞게 조정하면 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 의한 볼 밸브 및 볼 밸브 모듈은 기체나 액체의 흐름을 단속하는 용도로 사용될 수 있고, 특히 유체의 흐름량이 밸브의 개폐각도에 따라 비례적으로 증감될 수 있도록 하고자 하는 용도에 적합하고, 두 종류 이상의 유체를 혼합 공급하기 위한 시스템에 사용될 수 있다.

100 : 밸브몸체 110 : 내부유로
200 : 볼 210 : 스템
220 : 하부스템 300 : 밸브시트
310 : 밸브시트받이 320 : 오링
400 : 통과홀 WH : 웜휠
W : 웜 M : 모터
S : 감지센서 10 : 메인 볼 밸브
20 : 서브 볼 밸브 20a: 제1서브 볼 밸브
20b: 제2서브 볼 밸브 WH0: 메인웜휠
WH1: 제1웜휠 WH2: 제2웜휠

Claims (5)

1. 볼 밸브에 있어서,
   내부 유로가 형성되는 밸브몸체;
   스템과 연결되며 상기 밸브몸체 내부에 자리하게 되고 중심부에 관통되는 직사각형 형태의 단면을 이루는 통과홀이 형성되는 볼;
   상기 볼의 좌우측에서 상기 볼의 외면과 접촉되어 기밀을 유지하도록 상기 유로에 고정되는 밸브시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 통과홀은,
   가로축이 세로축에 비해 길이가 긴 좁은 슬롯 형태가 되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스템 상단에 웜휠이 결합되고 상기 웜휠은 모터와 연결된 웜과 맞물려 회전됨으로써 상기 볼의 회전각도를 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 볼은,
   상기 스템과 동축상으로 상기 볼의 하부면으로부터 돌출되어 상기 밸브몸체를 관통하는 하부스템이 마련되고, 상기 밸브몸체 하측에 상기 하부스템의 회전을 감지하는 감지센서가 마련되는 것으로 하며,
   상기 밸브시트는,
   밸브시트받이에 의해 가압되어 볼과 밀착되며 상기 밸브시트받이와 밸브시트 사이에 오링이 마련되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
5. 두 종류 이상의 유체를 적정 비율로 공급하기 위해 하나의 메인 볼 밸브와 하나 이상의 서브 볼 밸브로 이루어지는 볼 밸브 모듈에 있어서,
   상기 메인 볼 밸브와 서브 볼 밸브 각각은,
   내부 유로가 형성되는 밸브몸체;
   스템과 연결되며 상기 밸브몸체 내부에 자리하게 되는 볼;
   상기 볼의 좌우측에서 상기 볼의 외면과 접촉되어 기밀을 유지하도록 상기 유로에 고정되는 밸브시트;
   상기 볼의 중심에 관통되게 형성되며 사각단면을 이루는 통과홀;
   상기 스템 상단에 결합되는 웜휠;을 포함하되, 상기 메인 볼 밸브와 서브 볼밸브는 상기 웜휠끼리 서로 연결되고, 상기 메인 볼 밸브에는 모터와 연결되는 웜이 마련되어 상기 웜에 의해 상기 메인 볼 밸브의 웜휠이 회전되게 함으로써 서브 볼 밸브도 연동하여 상기 볼이 개폐될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브 모듈.

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