KR20120082929A

KR20120082929A - 감압 밸브

Info

Publication number: KR20120082929A
Application number: KR20127013055A
Authority: KR
Inventors: 마코토 니노미야; 카오루 노미치; 유타카 스즈키
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2012-07-24
Also published as: CN102959485B; US20130263942A1; JP5462764B2; CN102959485A; WO2012056647A1; JP2012093809A; EP2634662A4; CA2815674A1; CA2815674C; KR101378225B1; US9141115B2; EP2634662A1; EP2634662B1

Abstract

응답성, 내구성 및 신뢰성이 우수하고, 안정된 출력 특성을 얻을 수 있는 감압 밸브를 제공한다. 감압 밸브(1)는, 하우징(2)을 구비하고, 하우징(2)은 일차 포트(17)와 이차 포트(18)에 연결되는 밸브 통로(19)를 가지고 있다. 또한, 하우징(2) 내에는 밸브체(3)가 설치되어 있고, 밸브체(3)는 밸브 통로(19)를 막는 폐쇄 위치와 밸브 통로(19)를 개방하는 개방 위치 사이에서 이동하여 밸브 통로(19)의 개도를 조정 가능하게 되어 있다. 또한, 밸브체(3)는, 이차압(P₂)에 의해 폐쇄 위치를 향하여 눌러져 있고, 이차압(P₂)에 대항하여 밸브체(3)를 개방 위치를 향하여 부세하도록 스프링 부재(5)가 설치되어 있다. 더욱이, 밸브체(3)에는 구름 베어링(4)이 설치되고, 구름 베어링(4)에 의해 밸브체(3)가 이동 가능하게 지지되어 있다.

Description

감압 밸브{DECOMPRESSION VALVE}

본 발명은, 일차 포트(port) 측의 작동 유체를 감압하여 이차 포트 측으로 공급하는 감압 밸브(valve)에 관한 것이다.

압축 천연 가스 또는 수소 가스 등의 가스를 사용하는 기기에서는, 반송 효율이나 저장량의 관점에서 고압의 가스 공급원에서 연료 가스의 공급을 받고 이것을 사용압이나 내압 이하의 압력까지 감압하여 사용하고 있다. 이 때문에, 가스 공급원과 기기 사이에는 가스를 사용압 등으로 감압하는 감압 밸브가 설치되어 있다. 이 감압 밸브의 일 예로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 감압 밸브가 있다.

특허문헌 1에 기재된 감압 밸브는 본체를 구비하고 있다. 본체 내에는, 개구가 형성되고, 밸브체가 설치되어 있다. 밸브체는, 본체에 슬라이딩(sliding) 가능하게 지지되어 있고, 개구를 닫는 폐쇄 위치와 개구를 개방하는 개방 위치 사이에서 왕복 운동할 수 있도록 되어 있다. 밸브체는 폐쇄 위치를 향하여 이차압을 받고, 스프링에 의해 개방 위치를 향하여 부세되어 있으며, 이차압의 작용력과 스프링의 부세력이 균형이 잡히는 지점에 위치한다. 이 때문에, 감압된 이차압은 스프링의 부세력에 따른 대략 일정한 설정 압력으로 유지된다.

일본특허공개 특개 2005-4553호 공보

특허문헌 1에 기재된 감압 밸브에서는, 밸브체의 선단부 및 후단부가 각각 제1, 제2 실린더(cylinder)에 지지되어 있고, 밸브체와 실린더의 접촉이 일어날 수 있다. 이 때문에, 이차압의 압력을 조절하기 위하여 밸브체가 왕복 운동을 반복함으로써 밸브체와 실린더의 접촉면에서 마모되거나 눌어붙을 우려가 있다. 그러므로 밸브체의 내구성을 충분히 확보할 수가 없다. 또한, 밸브체와 실린더가 접촉하는 등으로 인해 슬라이딩 때의 마찰 저항(요컨대 슬라이딩 저항)이 커지면, 밸브체의 동작 방향에 대향하는 힘이 커져 밸브체의 응답성이 저하되고, 이차압의 안정성 및 압력 조절성의 정도가 나빠진다.

따라서, 밸브체와 실린더의 접촉을 회피하는 방안으로서, 밸브체와 실린더 사이의 간격(clearance)을 크게 하는 경우가 있는데, 그렇게 하면 밸브체가 경사지거나 편심되어 오링(O-ring)의 편마모나 밸브체와 실린더의 마모가 일어나기 쉬워져 감압 밸브의 내구성이 저하된다.

따라서 본 발명은, 응답성, 내구성 및 신뢰성이 우수하고, 안정된 출력 특성이 얻어지는 감압 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 밸브좌체는, 일차 포트와 이차 포트에 연결되는 밸브 통로를 가진 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되어, 상기 밸브 통로를 막는 폐쇄 위치와 상기 밸브 통로를 개방하는 개방 위치 사이에서 이동하여 상기 밸브 통로의 개도(開度)를 조정하고 또한 이차압에 의해 상기 폐쇄 위치를 향하여 눌러져 있는 밸브체와, 상기 이차압에 대항하여 상기 밸브체를 상기 개방 위치를 향하여 부세하는 부세 부재와, 상기 밸브체에 외감(外嵌)되어, 상기 밸브체를 이동 가능하게 지지하는 구름 베어링(rolling bearing)을 구비한 것이다.

본 발명에 따르면, 밸브체가 구름 베어링에 의해 점으로 지지되어 있으므로 종래 기술의 감압 밸브보다 밸브체에 작용하는 슬라이딩 저항이 작다. 또한, 구름 베어링을 밸브체에 외감시킴으로써 구름 베어링과 밸브체의 클리어런스가 작아져 밸브체의 경사 및 편심을 작게 할 수 있다. 이에 따라 밸브체가 하우징에 접촉하여 슬라이딩 저항이 부분적으로 증대하는 것을 억제할 수 있어 감압 밸브의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 밸브체에 대한 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있으므로 이차압의 변화에 밸브체가 빠르게 반응하여 작동할 수 있어 이차압의 변화에 대한 응답성을 높일 수 있다. 또한, 밸브체의 경사짐 편심을 억제할 수 있기 때문에 밸브체와 하우징의 마모를 억제하여 감압 밸브의 내구성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 응답성, 내구성 및 신뢰성이 우수하고, 안정된 출력 특성이 얻어지는 감압 밸브를 제공할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 밸브체와 상기 하우징의 간격은 상기 밸브체와 상기 구름 베어링의 간격에 비하여 큰 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 하우징과 밸브체가 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 밸브체가 하우징과 접촉함으로 인한 마모를 방지할 수 있어 감압 밸브의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 구름 베어링은, 상기 밸브체의 중심을 덮도록 상기 밸브체에 외감되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 구름 베어링을 밸브체의 중심 근처에 배치함으로써 밸브체에 가해지는 관성력을 작게 할 수 있어 외란으로부터의 영향을 받기 어려운 지지 기구를 실현할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 하우징 내에는, 상기 밸브 통로에서 상기 이차압이 인도되는 이차압력실과, 상기 구름 베어링을 수용하는 베어링 수용 공간이 형성되어 있고, 상기 베어링 수용 공간은, 밀폐 부재에 의해 상기 이차압력실 및 상기 밸브 통로에서 격리되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 밸브 통로나 이차압력실의 작동 유체에 구름 베어링이 노출되는 경우가 없어진다. 이에 따라 구름 베어링을 부식시키는 부식성 유체를 작동 유체로서 사용할 수 있게 되어 감압 밸브의 사용 용도가 증가한다. 또한, 베어링 수용 공간에 존재하는 것이 작동 유체에 섞여 감압 밸브의 하류측으로 흐르는 것을 방지할 수 있으므로 예를 들면, 하류에서 작동 유체의 세정도(洗淨度)가 요구되는 장치에서도 구름 베어링에 대하여 그리스(grease) 등의 윤활제를 사용할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 구름 베어링은, 상기 하우징에 고정되고 상기 밸브체에 외장되어 있는 통 형태의 부시(bush)와, 상기 부시 내에 수용되어 있는 복수의 볼을 갖고, 상기 복수의 볼은 상기 밸브체에 맞닿아서 구르도록 배치되어 있고, 상기 부시의 양단부에는, 상기 볼이 상기 부시 밖으로 튀어나오지 못하도록 내향 플랜지(flange)가 형성되고, 상기 부시에는 그 외측에서 그 안으로 윤활제를 공급 가능한 공급공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 따르면, 부시의 외측에서 부시 안으로 윤활제를 공급할 수 있으므로 부시 내에서 윤활제가 고갈되는 것을 방지하여 감압 밸브의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 응답성, 내구성 및 신뢰성이 우수하고, 안정된 출력 특성이 얻어지는 감압 밸브를 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면의 참조하에 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 감압 밸브를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 영역(X)을 확대하여 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 영역(Y)을 확대하여 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 영역(Z)을 확대하여 도시한 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 감압 밸브를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 감압 밸브를 도시한 단면도이다.

이하에서는, 전술한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 감압 밸브(1, 1A, 1B)를 설명한다. 한편, 실시예에서의 상하 방향의 개념은, 설명의 편의상 사용하는 것으로, 감압 밸브(1, 1A, 1B)에 관하여 이것들의 구성의 배치 및 방향 등을 그 방향으로 한정하는 것을 시사하는 것이 아니다. 또한, 이하에 설명하는 감압 밸브(1, 1A, 1B)는 본 발명의 일 실시예에 불과하고, 본 발명은 실시예에 한정되지 아니하며 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 및 변경이 가능하다.

<제1실시예>

[감압 밸브의 구성]

감압 밸브(1)는 작동 유체, 주로 고압 가스를 사용압이나 대기압으로 감압하는 경우에 사용되는 밸브이고, 고압 탱크(tank) 등의 가스 공급원에 연결되는 공급 유로나 대기에 연결되는 배출 유로 등에 개재시켜 사용된다. 감압 밸브(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이 하우징(housing)(2)과, 밸브체(3)와, 구름 베어링(4)과, 스프링 부재(5)를 구비하고 있다.

하우징(2)은 하우징 블록(housing block)(11), 지지부(12), 및 커버(cover)(13)의 3개 부재로 구성되어 있다. 하우징 블록(11)에는 유저(有底)의 구멍인 삽입공(14)이 형성되어 있다. 삽입공(14)을 규정하는 바닥부에는 일차측 통로(15)가 형성되어 있고, 삽입공(14)을 규정하는 측면부에는 이차측 통로(16)가 형성되어 있다. 일차측 통로(15)는 일차 포트(17)에 연결되어 있고, 이차측 통로(16)는 이차 포트(18)에 연결되어 있다. 일차측 통로(15) 및 이차측 통로(16)는, 후술하는 일차측 영역(23)과 이차측 영역(24)(모두 삽입공(14)에 포함되는 영역)과 함께 밸브 통로(19)를 구성하고 있다. 또한, 삽입공(14)에는 하우징(2)의 지지부(12)가 삽입되어서 나사 결합되어 있다.

지지부(12)는, 대략 원통형으로 되어 있고, 그 선단 부분(12a)이 삽입공(14)에 삽입되고, 밀폐(seal)를 달성한 상태로 나사 결합되어 있다. 또한, 지지부(12)는, 그 중간 부분에 반경 방향 바깥쪽으로 연장하는 플랜지(flange)(12b)를 구비하고, 이 플랜지(12b)의 하면이 하우징 블록(11)의 상면에 맞닿아 있다. 플랜지(12b)는 외주연 부분(12c)에 비하여 그 이외 부분의 스프링 받침부(12d)가 두껍게 되어 있고, 이 스프링 받침부(12d)의 외주부에 커버(13)가 나사 결합되어 있다.

커버(13)는 대략 유저의 원통형으로 되어 있고, 그 안에 지지부(12) 중 하우징 블록(11)에서 돌출되어 있는 부분을 수용하도록 위치하며, 커버(13)의 개구단이 플랜지(12b)의 외주연 부분(12c)의 상면에 맞닿아 있다. 이와 같이 3개의 부재로 구성되는 하우징(2) 내에는, 지지부(12)의 축선(L1)을 따라 상하 방향으로 왕복 운동 가능하게 밸브체(3)가 설치되어 있다.

밸브체(3)는, 대략 원 기둥 형태로 형성되고, 그 기저부(3a)가 나머지 부분보다 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되어 있다. 밸브체(3)의 나머지 부분은 지지부(12)에 삽입 통과되어 있고, 그 선단부(3b)가 지지부(12)의 선단 부분(12a)에서 아래쪽으로 돌출되어 있다. 선단부(3b)는 일차측 통로(15)의 개구에 대향하고 있고, 이 일차측 통로(15)의 개구 주위에는 그 주위를 둘러싸도록 링(ring)형 돌기편(20)이 형성되어 있다. 또한 밸브체(3)는 선단부(3b)의 돌기편(20)에 대향하는 위치에 시트(seat)부(21)를 구비하고, 이 시트부(21)와 돌기편(20)이 서로 이격되는 개방 위치(도 1 참조)에 밸브체(3)가 위치함으로써 밸브 통로(19)가 개방되어 시트부(21)와 돌기편(20) 사이에 오리피스(orifice)(22)가 형성된다. 삽입공(14)은 상기 오리피스(22)에 의해 그 내측에 있는 일차측 영역(23)과 외측에 있는 이차측 영역(24)으로 나뉘고, 시트부(21)가 돌기편(20)에 안착함(요컨대 밸브체(3)가 폐쇄 위치에 위치함)으로써 오리피스(22)가 폐쇄되어 밸브체(3)에 의해 일차측 영역(23)과 이차측 영역(24) 사이가 막혀 밸브 통로(19)가 폐쇄되도록 되어 있다. 이와 같이 밸브 통로(19)를 개폐하는 밸브체(3)에는 구름 베어링(4)이 외감(外嵌)되어 있다.

구름 베어링(4)은, 소위 직동(直動)형 볼 가이드(ball guide)이고, 그 상세한 구성에 대해서는 후술하지만 대략 원통형으로 구성되어 있다. 구름 베어링(4)은, 베어링 수용 공간(25)에 수용되어 있다. 베어링 수용 공간(25)은 지지부(12)와 밸브체(3) 사이에 형성되는 원통형 공간이고, 지지부(12)의 기단부(12e) 측의 내주부가 잔여부에 비하여 대경(大徑)으로 형성됨으로써 그곳에 형성되어 있다. 베어링 수용 공간(25)에 수용되는 구름 베어링(4)은 지지부(12)의 내주부에 끼워 넣어져 지지부(12)와 밸브체(3) 사이에 개재하고 밸브체(3)를 축선(L1)을 따라 상하 방향으로 왕복 운동 가능하게 지지되어 있다. 이와 같이 밸브체(3)를 지지하는 구름 베어링(4)은, 밸브체(3)의 중앙 부분, 구체적으로는 밸브체(3)의 중심점(G)을 반경 방향 외측에서 덮도록 위치하고, 밸브체(3)의 좌우전후(요컨대 반경방향 바깥쪽)로의 경사 운동(傾動)을 억제하고 있다. 이하에서는, 구름 베어링(4)의 구체적인 구성에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다.

구름 베어링(4)은, 도 2에 도시된 바와 같이 부시(bush)(26)와, 리테이너(retainer)(27)와, 복수의 볼(ball)(28)을 구비하고 있다. 부시(26)는, 대략 원통형으로 형성되고, 그 양측의 개구 단부에 내향 플랜지(26a, 26b)를 구비한다. 내향 플랜지(26a,26b)는 각 개구 단부의 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 반경 방향 내측을 향하여 연장되어 있다. 이들 2개의 내향 플랜지(26a,26b) 사이에는 원통형 리테이너(27)가 개재되어 있다. 리테이너(27)에는 복수의 구멍이 형성되어 있고, 각각의 구멍에는 볼(28)이 전동(轉動) 가능하게 끼워 넣어져 있다. 복수의 볼(28)은 축선(L1)에 평행하게 나열되어 정렬되고, 볼(28)의 열은 리테이너(27)에서 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 등간격으로 위치하고 있다.

이와 같이 하여 구성되는 구름 베어링(4)에서는, 부시(26)가 지지부(12)에 끼워 넣어져 고정되어 있다. 복수의 볼(28)은 부시(26)의 내주면과 밸브체(3)의 외주면에 맞닿도록 배치되어 있고, 밸브체(3)가 상하 방향으로 작동할 때에 전동하여 밸브체(3)가 상하 방향으로 원활하게 이동하도록 되어 있다. 더욱이 구름 베어링(4)은, 상술한 바와 같은 구조에 한정되지 아니 하고, 예를 들면 리테이너(27)의 내주면에 복수의 관형 그루브(groove)가 형성되어 각 링형 그루브에 복수의 볼(28)이 전동 가능하게 설치되고, 볼(28)이 그 링형 그루브를 따라 전동하는 것과 같은 리니어 가이드(linear guide)이어도 좋다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 밸브체(3)의 선단부(3b) 측 및 기저부(3a) 측과 하우징(2)의 각각의 간격(t2, t3)이 구름 베어링(4)과 밸브체(3)의 간격(t1)보다 크게 되어 있다. 구체적으로 설명하면, 밸브체(3)의 중앙 부분보다 선단부(3b) 측의 부분(이하, 「밀폐 부분」이라고도 한다)(3c)의 외경은, 구름 베어링(4)이 외감되어 있는 중앙 부분보다 소경(小徑)이고(도 1 참조), 또한 지지부(12)의 소경 부분(12f)의 내경보다 작게 되어 있다. 이 밀폐 부분(3c)의 외주부와 소경 부분(12f) 사이에는 도 3에 도시된 바와 같이 간격(t1)보다 큰 간격(t2)이 있고, 이 간격(t2)에 의해 밀폐 부분(3c)이 지지부(12)의 소경 부분(12f)과 접촉하는 것이 방지되어 있다. 또한, 밀폐 부분(3c)의 외주부에는, 그 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 제1 밀폐 그루브(seal groove)(29)가 형성되어 있다. 이 제1 밀폐 그루브(29)에는, 제1 밀폐 부재(30)가 끼워 넣어져 있고, 제1 밀폐 부재(30)에 의해 밀폐 부분(3c)과 지지부(12) 사이가 밀폐되어 있다.

또한, 밸브체(3)의 기저부(3a)의 외경은, 도 4에 도시된 바와 같이 커버(13)의 내경보다 작게 되어 있고, 기저부(3a)의 외주부와 커버(13)의 내주부 사이에는, 간격(t1)보다 큰 간격(t3)이 있다. 이에 따라, 밸브체(3)의 기저부(3a)가 커버(13)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기저부(3a)의 외주부에는, 그 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 제2 밀폐 그루브(31)가 형성되어 있다. 이 제2 밀폐 그루브(31)에는 제2 밀폐 부재(32)가 끼워 넣어져 있고, 제2 밀폐 부재(32)에 의해 기저부(3a)와 커버(13) 사이가 밀폐되어 있다.

더욱이, 밸브체(3)의 기저부(3a)에는, 밸브체(3)의 축선을 따라 연장되는 오목부(33)가 형성되어 있고, 밸브체(3)의 기저부(3a)와 커버(13)(구체적으로는, 커버(13)의 천정) 사이에는, 상기 오목부(33)를 포함하는 이차압력실(34)이 형성되어 있다. 이차압력실(34)은 제2 밀폐 부재(32)에 의해 후술하는 스프링 수용실(37)과 격리되어 있다. 또한, 이차압력실(34)은 밸브체(3)에 형성되는 연통공(35) 및 링 통로(36)에 의해 이차측 영역(24)에 연결되어 있다.

연통공(35)은, 도 1에 도시된 바와 같이 연통부(35a)와 접속부(35b)를 구비하고, 연통부(35a)는 오목부(33)의 바닥측에서 밸브체(3)의 축선을 따라 연장되어 있다. 연통공(35)의 선단측은, 밸브체(3)의 선단부(3b)의 바로 앞까지 연장되고, 그 선단측의 부분에 접속부(35b)가 연결되어 있다. 접속부(35b)는 밸브체(3)의 반경 방향으로 관통하도록 연장되어 있고, 그 양단이 밸브체(3)의 외주부이며 밀폐 부분(3c)보다 선단부(3b) 측에서 개구되어 있다. 밸브체(3)의 밀폐 부분(3c)보다 선단부(3b) 측은 소경으로 형성되어 있고, 지지부(12)의 내주면과의 사이에는 링형의 링 통로(35)가 형성되어 있다. 연통공(35)은 링 통로(36)를 개재하여 이차측 영역(24)에 연결되어 있고, 링 통로(36) 및 연통공(35)에 의해 이차측 영역(24)과 이차압력실(34)이 연통되어 있다. 그리고 이차압력실(34)에는 밸브체(3)의 기저부가 접해 있다.

밸브체(3)의 기저부는, 이차압력실(34)로 인도된 작동 유체의 압력을 받는 수압면(3d)을 이루고, 수압면(3d)에서 받는 압력(즉, 압압력)에 의해 밸브체(3)가 폐쇄 위치를 향하여 눌린다. 반면에, 스프링 부재(5)는 이차압에 의한 압압력에 대항하여 밸브체(3)를 개방 위치를 향하여 부세하고 있다.

스프링 부재(5)는, 소위 압축 코일(coil) 스프링이고, 하우징(2) 내에 배치되어 있다. 하우징(2)에는 지지부(12)의 외주면과 커버(13)의 내주면 사이에 링형의 스프링 수용실(37)이 형성되어 있고, 스프링 부재(5)는 스프링 수용실(37)에 압축된 상태로 수용되어 있다. 스프링 부재(5)는, 그 하단부 및 상단부가 지지부(12)의 스프링 받침부(12d)의 상면 및 기저부(3a)의 하면에 각각 맞닿아 있고, 밸브체(3)를 개방 위치를 향하여 부세하고 있다.

또한, 스프링 수용실(37)은 커버(13)에 형성되는 대기 연통공(38)에 의해 대기에 개방되고, 지지부(12)의 기단부(12e)와 기저부(3a) 사이를 개재하고 베어링 수용 공간(25)과 연결되어 있다. 이와 같이 연결되어 있는 스프링 수용실(37) 및 베어링 수용 공간(25)은 제1 밀폐 부재(30)에 의해 이차측 영역(24)(요컨대 밸브 통로(19))과 격리되고, 제2 밀폐 부재(32)에 의해 이차압력실(34)과 격리되어 있다. 요컨대 스프링 수용실(37) 및 베어링 수용 공간(25)은, 작동 유체가 인도되는 영역에서 격리되어 대기에 개방되어 있다. 이에 따라 구름 베어링(4)이 작동 유체에 노출되는 경우가 없어져 구름 베어링(4)을 부식시키는 부식성 유체(예를 들면, 수소 가스나 유황 가스)를 작동 유체로서 사용할 수 있게 되어 감압 밸브(1)의 사용 용도가 증가한다. 또한, 베어링 수용 공간(25) 내에 존재하는 것이 이차압력실(34)이나 이차측 영역(24)으로 유출되는 경우가 없어 그것이 작동 유체에 섞여 감압 밸브(1)의 하류측으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 하류에서 작동 유체의 세정도가 요구되는 장치에서도 구름 베어링(4)에 대하여 그리스 등의 윤활제를 사용할 수 있다.

더욱이, 구름 베어링(4)은, 볼(28)이 동일한 장소(요컨대 리테이너(27)의 구멍 안)에서 자전(自轉)하고 있을 뿐이므로 볼(28)에 도포된 윤활제가 고갈되기 어려운 구조이기는 하지만, 장기 연속 사용하면 윤활제가 적어진다. 부시(26)의 양단부의 개구가 내향 플랜지(26a,26b)에 의해 닫혀 있기 때문에, 이들 개구로부터의 윤활제 공급이 어렵지만, 지지부(12) 및 부시(26)에는 스프링 수용실(37)과 부시(26) 안을 연결하도록 공급공(39, 40)이 형성되어 있고, 여기에서부터 부시(26) 안으로 윤활제를 공급할 수 있도록 되어 있다. 이에 따라, 조립한 후에도 부시(26)의 외측에서 그 안으로 윤활제를 용이하게 공급할 수 있어 볼(28)을 항상 윤활할 수 있다.

[감압 밸브의 동작]

이하에서는, 일차 포트(17)에 인도된 작동 유체, 예를 들면 고압 가스를 감압할 때의 감압 밸브(1)의 동작에 대하여 도 1을 참조하면서 설명한다. 한편, 작동 유체로서는, 유황 가스 등의 부식성 유체나 고압 공기 등의 비부식성 유체가 사용되어도 좋다.

감압 밸브(1)는, 밸브체(3)가 스프링 부재(5)에 의해 개방 방향을 향하여 부세되어 있으므로 평시 개방(normal open)되어 있고, 일차 포트(17)에 인도된 고압 가스는 오리피스(22)를 통하여 이차측 영역(24)으로 인도된다. 고압 가스는 오리피스(22)를 통과할 때에 일차압(p₁)에서 저압의 이차압(p₂)으로 감압되어 이차측 영역(24)으로 인도되고, 나아가 이차측 통로(16) 및 이차 포트(18)를 통하여 하류측의 기기로 공급된다.

감압된 저압 가스는, 이차측 통로(16)뿐 아니라 링 통로(36) 및 연통공(35)을 통하여 이차압력실(34)로도 인도된다. 이에 따라 밸브체(3)의 수압면(3d)에 이차압(p₂)이 작용하고 이차압(p₂)에 의해 밸브체(3)가 폐쇄 위치를 향하여 눌린다. 그렇게 함으로써 밸브체(3)가 오리피스(22)를 막는 방향으로 이동하고 밸브체는 수압면(3d)에서 수압하는 이차압(p₂)에 의한 작용력, 스프링 부재(5)에 의한 부세력, 및 그 외의 밸브체(3)에 작용하는 힘이 균형 잡히는 위치까지 이동한다.

예를 들면, 이차압(p₂)이 감소하였을 경우, 수압면(3d)에 작용하는 작용력이 저하하여 스프링 부재(5)에 의한 부세력이 수압면(3d)에 작용하는 작용력을 상회한다. 그러면, 밸브체(3)는, 수압면(3d)에 작용하는 작용력과 스프링 부재(5)에 의한 부세력의 힘이 균형을 유지하기 위하여 개방 위치를 향하여 이동하여 오리피스(22)를 개방한다. 이에 따라 이차압(p₂)이 증가하여 설정압으로 유지된다.

더욱이 감압 밸브(1)에는 구름 베어링(4)을 채용하고, 또한 밸브체(3)와 하우징(2) 사이에 간격(t2, t3)을 형성하고 있다. 반면에, 구름 베어링(4)에서는, 볼(28)이 밸브체(3)와 맞닿아 있고, 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 볼(28)과 밸브체(3)의 간격(t1)이 대략 영(0)으로 되어 있다. 따라서, 밸브체(3)의 편심 및 경사짐을 종래 기술의 감압 밸브보다 작게 할 수 있고, 나아가 밸브체(3)가 하우징(2)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 슬라이딩 저항이 증대하는 것을 억제할 수 있어 감압 밸브(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 밸브체(3)에 대한 슬라이딩 저항을 작게 함으로써 이차압(p₂)의 변화에 빨리 반응하여 작동할 수 있어 이차압(p₂)의 변화에 대한 응답성을 높일 수 있다.

특히, 구름 베어링(4)은 시동 마찰 계수가 작고 작동 마찰 계수와의 차이가 작다는 특성을 가지므로, 감압 밸브(1)는 기동 때(시동 때)에 있어서의 시동 마찰 저항을 종래 기술의 감압 밸브보다 매우 작게 할 수 있다. 이 때문에, 감압 밸브(1)에서는, 구름 베어링(4)을 사용함으로써 기동 시(밸브체(3)의 작동 시작) 응답성을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 본 실시예의 감압 밸브(1)에서는, 밸브체(3)를 이동시켜 오리피스(22)의 개도(開度)(즉, 밸브 통로(19)의 개도)를 조정할 수 있는데, 밸브체(3)에 대한 슬라이딩 저항이 작기 때문에 이차압(p₂)을 설정압으로 정확성 있게 조정할 수 있다. 그러므로 이차압(p₂)이 안정되어 있고, 안정된 출력을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예의 감압 밸브(1)에서는, 밸브체(3)의 경사짐이나 편심이 작으므로 제품마다의 밸브체(3)의 경사짐이나 편심의 편차를 억제할 수 있고, 또한 제1 및 제2 밀폐 부재(30, 32)가 편마모하여 파손되거나, 작동 유체가 베어링 수용 공간(25)으로 누출되거나 하는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 신뢰성이 높고 내구성이 우수한 감압 밸브(1)를 실현할 수 있다.

또한, 감압 밸브(1)에서는, 구름 베어링(4)이 밸브체(3)의 중심(G)을 덮도록 설치되어 있으므로 밸브체(3)의 경사짐이나 편심을 억제할 수 있고, 더욱이 축선(L1)에 대한 밸브체(3)의 기저부(3a) 및 선단부(3b)의 흔들림을 억제할 수 있다. 또한, 구름 베어링(4)을 밸브체(3)의 중심(G) 근처에 배치함으로써 밸브체(3)에 가해지는 관성력을 작게 할 수 있어 외란으로부터의 영향을 받기 어려운 지지 기구를 실현할 수 있다. 더욱이, 밸브체(3)의 기저부(3a) 및 선단부(3b)와 하우징(2) 사이의 간격(t3, t2)을 밸브체(3)와 구름 베어링(4)의 간격(t1)보다 크게 할 수 있으므로 작동 중에 밸브체(3)가 하우징(2)에 접촉하여 마모되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 감압 밸브(1)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

<제2실시예>

본 발명의 제2실시예에 따른 감압 밸브(1A)는, 제1실시예에 따른 감압 밸브(1)와 구성이 유사하다. 따라서 제2실시예에 따른 감압 밸브(1A)의 구성에 대하여 제1실시예에 따른 감압 밸브(1)의 구성과 다른 구성에 대해서만 설명하고 동일 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 후술하는 제3실시예에 따른 감압 밸브(1B)에 대해서도 마찬가지이다.

감압 밸브(1A)에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 여기에 구비되는 구름 베어링(4A)이 제1실시예의 구름 베어링(4)보다 짧은 치수로 되어 있고, 구름 베어링(4A) 외에 또 하나의 구름 베어링(41A)이 구비되어 있다. 또 하나의 구름 베어링인 기저부측 베어링(41A)은, 소위 직동형 볼 가이드이고, 구름 베어링(4)과 대략 같은 구조를 가지고 있다. 기저부측 베어링(41A)은, 베어링 수용 공간(51)에 수용되어 있고, 밸브체(3)의 기저부(3a)에 외감되고 또한 커버(13)의 내주부에 끼워 넣어져 있다. 이와 같이 배치된 기저부측 베어링(41A)은 커버(13)와 밸브체(3) 사이에 개재되고, 밸브체(3)를 축선(L1)을 따라 상하 방향으로 왕복 운동 가능하게 지지하고 있다.

이와 같이 2개의 구름 베어링(4A, 41A)에 의해 밸브체를 지지함으로써 구름 베어링(4A, 41A)의 길이를 짧게 하면서 밸브체(3)의 직동성을 확보할 수 있다. 따라서, 감압 밸브(1A)의 축선 방향의 길이를 짧게 할 수 있다.

감압 밸브(1A)는, 그 외에 제1실시예의 감압 밸브(1)와 같은 작용 효과가 있다.

<제3실시예>

본 발명의 제3실시예에 따른 감압 밸브(1B)는, 도 6에 도시된 바와 같이 제2실시예에 따른 감압 밸브(1A)와 유사하다. 커버(13B)는 그 천정부(요컨대 원통의 바닥부)에 축선(L1)을 따라 아래쪽으로 연장하는 지지부(13a)를 갖고 있다. 이 지지부(13a)는, 밸브체(3)의 오목부(33)에 연재되어 있고, 그 외주부에 기저부측 베어링(41B)이 외감되어 있다. 기저부측 베어링(41B)은, 밸브체(3)의 오목부(33)를규정하는 내주부에 끼워 넣어져 있고, 커버(13)와 밸브체(3) 사이에 개재하여 밸브체(3)를 축선(L1)을 따라 상하 방향으로 왕복 운동 가능하게 지지하고 있다.

또한, 지지부(13a)에는 바이패스(bypass) 통로(42)가 형성되어 있다. 바이패스 통로(42)는 연통로(42a)와 관통부(42b)를 구비한다. 연통부(42a)는 지지부(13a)의 하면으로 개구되고, 축선(L1)을 따라 위쪽으로 연장되어 있다. 연통부(42a)의 상단에는 관통부(42b)가 연결되어 있다. 관통부(42b)는 지지부(13a)를 반경 방향으로 관통하고 있고, 지지부(13a)의 외주면에 있어서 기저부측 베어링(41B)보다 상측에 개구되어 있다. 이와 같이 형성되는 바이패스 통로(42)는 기저부측 베어링(41B)에 의해 상하 분단되어 있는 이차압력실(34)을 연결하고, 연통공(35)에 의해 인도되는 이차압을 기저부측 베어링(41)에 의해 상측에 있는 기저부(3a)의 수압면(3d)으로 인도할 수 있도록 되어 있다.

감압 밸브(1B)는 제2실시예의 감압 밸브(1A)와 같은 작용 효과가 있다.

<그 외의 실시예>

제1실시예 내지 제3실시예의 감압 밸브(1)에서는, 이차측 통로(16)가 일차측 통로(15)에 대하여 직교하고 있지만, 이차측 통로(16)를 커버(13)의 청전부에 형성하여 일차측 통로(15)와 이차측 통로(16)가 일직선으로 나열하도록 하여도 좋다. 또한, 일차측 영역(23)의 작동 유체로부터 받는 일차압(p₁)을 상쇄하기 위하여, 밸브체(3)에 상기 일차측 영역(23)과 연결되는 배(背)압력실을 형성하여도 좋다. 이에 따라 일차압(p₁)의 영향이 억제되어 이차압(p₂)을 보다 정도 좋게 감압할 수 있게 된다.

상기 설명으로부터 당업자에게 있어 본 발명의 다양한 개량이나 다른 실시예가 명확하다. 따라서 상기 설명은 예시로서만 해석해야만 하고, 본 발명을 실행하는 가장 바람직한 태양을 교시하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

1: 감압 밸브
2: 하우징
3: 밸브체
4: 구름 베어링
5: 스프링 부재
17: 일차 포트
18: 이차 포트
19: 밸브 통로
25: 베어링 수용 공간
26: 부시
26a: 내향 플랜지
26b: 외향 플랜지
28: 볼
30: 제1 밀폐 부재
32: 제2 밀폐 부재
34: 이차압력실
37: 스프링 수용실
38: 대기 연통공
39: 공급공
40: 공급공

Claims

일차 포트와 이차 포트에 연결되는 밸브 통로를 구비한 하우징과,
상기 하우징 내에 설치되어, 상기 밸브 통로를 막는 폐쇄 위치와 상기 밸브 통로를 개방하는 개방 위치 사이에서 이동하여 상기 밸브 통로의 개도를 조정하고 또한 이차압에 의해 상기 폐쇄 위치를 향하여 눌러져 있는 밸브체와,
상기 이차압에 대항하여 상기 밸브체를 상기 개방 위치를 향하여 부세하는 부세 부재와,
상기 밸브체에 외감되어, 상기 밸브체를 이동 가능하게 지지하는 구름 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 감압 밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브체와 상기 하우징의 간격은 상기 밸브체와 상기 구름 베어링의 간격에 비하여 큰 것을 특징으로 하는 감압 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구름 베어링은, 상기 밸브체의 중심을 덮도록 상기 밸브체에 외감되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징 내부에는, 상기 밸브 통로에서 상기 이차압이 인도되는 이차압력실과, 상기 구름 베어링을 수용하는 베어링 수용 공간이 형성되어 있고,
상기 베어링 수용 공간은, 밀폐 부재에 의해 상기 이차압력실 및 상기 밸브 통로에서 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 밸브.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구름 베어링은 상기 밸브체에 외장되어 있는 통 형태의 부시와, 상기 부시 내에 수용되어 있는 복수의 볼을 구비하고,
상기 복수의 볼은 상기 밸브체에 맞닿아서 구르도록 배치되어 있고,
상기 부시의 양단부에는 상기 볼이 상기 부시 밖으로 빠져나오지 못하도록 내향 플랜지가 형성되고,
상기 부시에는 그 외측에서 그 안으로 윤활제를 공급 가능한 공급공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 밸브.