KR20130098995A - 스위칭 밸브 - Google Patents

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레인만 게엠바하 엔 코 카게
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Abstract

본 발명은 길이 방향 축(L)을 갖는 밸브 시트(8), 및 밸브 판 표면(6)을 갖는 밸브 판(2)을 포함하는 스위칭 밸브에 관한 것으로, 이때 밸브 판(2)은 스위칭 밸브가 열리는 통과 위치 및 스위칭 밸브가 닫히는 폐쇄 위치를 가질 수 있고, 밸브 판(2)은 밸브 판 표면(6)에 의해 접촉 영역(10)에서 밸브 시트(8)에 지지되고, 상기 밸브 판은 적어도 1000 N/㎟의 탄성 계수를 가지며, 상기 스위칭 밸브에 있어서, 상기 밸브 판(2)은 상기 밸브 판 상에 작용하는 폐쇄력에 의해 폐쇄 위치로 변형되되, 상기 폐쇄 위치에서의 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10)이 상기 통과 위치에서의 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10)과 함께 0°가 아닌 각도(α)를 형성하도록 변형된다.

Description

스위칭 밸브{SWITCHING VALVE}
본 발명은, 길이 방향 축을 갖는 밸브 시트(valve seat), 밸브 판 표면(valve plate face)을 갖는 밸브 판을 포함하는 스위칭 밸브(switching valve)에 관한 것으로, 상기 밸브 판은 스위칭 밸브가 열리는 통과 위치(pass-through position) 및 스위칭 밸브가 닫히는 폐쇄 위치(closed position)를 가질 수 있고, 밸브 판은 밸브 판 표면에 의해 접촉 영역에서 밸브 시트에 지지하고, 밸브 판은 적어도 1000 N/㎟의 탄성 계수를 가진다.
이러한 유형의 밸브들은 압력 릴리프 밸브들(pressure relief valves) 또는 흡입 릴리프 밸브들(suction relief valves)로 사용될 수 있다. 압력 릴리프 밸브는 이하에서 예를 들어 항상 기술될 것이다. 그러나, 흡입 릴리프 밸브들에 대해서도 동일한 것은 이와 유사하게 적용된다.
일반적인 압력 릴리프 밸브를 이용하며, 컨테이너의 압력은 미리 결정된 응답 압력(response pressure) 이상으로 상승하는 것을 방지한다. 폐쇄 위치에서, 밸브 판은 밸브 판 표면을 통해 밸브 시트에 지지되고, 이로써, 밸브를 밀봉한다. 밸브 시트 아래에 위치한 컨테이너의 압력이 응답 압력 이상으로 상승한다면, 압력의 결과로 밸브 판 상에 작용하는 힘은 밸브 판이 폐쇄 위치로부터 통과 위치로 되기에 충분히 크다. 이로써, 밸브가 열리게 되고, 압력 보상이 일어날 수 있다. 충분한 매질이 밸브 시트를 통하여 컨테이너로부터 빠져나가고 밸브 시트 아래의 컨테이너의 압력이 다시 떨어지게 되면, 밸브는 통과 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하는 밸브 판의 결과로 닫히게 된다. 예를 들면, 이는 상기 밸브 판 상에 작용하는 중력의 결과로 일어난다. 밸브 판은 추가로 스프링 힘으로 작동될 수 있고, 그 결과, 폐쇄력은 자유롭게 설정될 수 있고, 즉 밸브 판을 통과 위치에 있게 하기 위해, 밸브 시트 아래의 컨테이너에 있는 압력에 의해 극복되어야 하는 힘은 자유롭게 설정될 수 있다.
흡입 릴리프 밸브가 스위칭 밸브로 제조되는 경우, 압력이 미리 결정된 응답 압력 이하로 떨어지지 않을 수 있는 컨테이너는 밸브 판 상의 영역에 대해 기술된 장치에 연결된다. 이로써 컨테이너의 압력이 미리 결정된 응답 압력 이하로 떨어지게 되는 경우, 힘은 또한 밸브 판에 가해지게 되고, 폐쇄 위치로부터 통과 위치로 밸브 판을 이동시킨다. 이로써, 스위칭 밸브는 열리게 되고, 압력 보상은 컨테이너와 주변 환경 사이에서 가능해진다. 컨테이너의 압력이 미리 결정된 응답 압력 이상으로 상승되면, 컨테이너의 부압(negative pressure)에 의해 밸브 판에 가해지는 힘은 통과 위치에서 밸브 판을 유지시키기에 더 이상 충분치 아니하고, 이로써, 밸브 판은 밸브 판 상에 작용하는 폐쇄력의 결과로 폐쇄 위치에 있게 된다.
그러므로, 물질 손실, 비용 손실 및 환경 영향을 최소화하기 위해, 밸브 판이 밸브 판 표면을 통해 밸브 시트에 가능한 한 빽빽하게 지지하는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해서, 서로 다른 해결 접근법이 종래 기술에서 공지되었다. 예를 들면, 알려진 바와 같이, 밸브 판 표면과 밸브 시트 간의 빽빽함을 확보할 수 있는 탄성 소자가 제공된다. 이러한 탄성 밀봉 소자는 예를 들면 밸브 시트의 상부 에지에, 즉 밸브 판 표면에 접촉하는 실제 영역에 부착될 수 있다. 밸브가 닫힐 시에 이러한 소자 상에 작용하는 폐쇄력으로 인해, 탄성 밀봉 소자는 변형되고, 이로써, 밸브 판 표면과 밸브 시트 사이의 연결이 밀봉되는 것이 확보된다.
대안적으로, 탄성 소자는 또한 밸브 판의 에지 영역에서 구비될 수 있고, 동일한 효과를 얻어낸다.
밸브 판은 US 3,394,732로부터 공지되었고, US 3,394,732에서, 환형 그루브(annular groove)는 밸브 판 표면의 에지 영역에서 제공되고 탄성 밀봉 소자에 의해 걸쳐지게 된다. 이러한 유형의 밸브가 닫히는 경우, 밸브 시트는 탄성 소자를 변형시키고, 상기 탄성 소자를 제공된 그루브로 가압한다. 밸브 판 표면과 밸브 시트 사이의 연결은 이러한 방식으로 밀봉된다.
단점으로는, 이러한 유형의 밸브 판의 설계가 상대적으로 복잡하고 비용이 많이 든다는 점이다. 게다가, 탄성 밀봉 소자, 예를 들면 FEP 막들로 제안된 플라스틱 층들, 예를 들면 FEP 막들은 60°내지 150°의 온도 범위 내에 제한된 범위에서만 사용될 수 있으며, 이들이 누출되게 하고 주름을 만들 수 있기 때문에 유용성이 떨어진다.
또한, 금속으로 밸브 판을 형성하고, 마찬가지로 금속으로 구성된 밸브 판에 상기 밸브 판의 밸브 판 표면을 통해 직접 밸브 판을 적용하는 것은 종래 기술로부터 공지되었다. 이러한 유형의 연결을 충분하게 밀봉하기 위해서, 밸브 판 및 밸브 시트 둘 다는 매우 평평하도록 제조되어야 한다. 이는 제조 방법을 복잡하게 하고, 그러므로, 시간 및 비용도 많이 들어간다. 이로써, 밸브 시트는 충분한 편평함을 만들기 위해서, 평평화되어(ground) 겹쳐져야 한다(lapped). 이러한 유형의 밸브 시트들 또는 밸브 판들은 일반적으로 10 ㎛ 미만의 평평하지 않은 상태(unevenness)를 가진다.
그러므로, 본 발명의 과제는 밸브 판의 폐쇄 위치에서 충분한 빽빽함을 제공하는 스위칭 밸브를 제공하여, 간단하고 비용이 효과적으로 들어가는 방식으로 제조할 수 있도록 하는 것에 있다.
본 발명은 일반적인 스위칭 밸브에 의해 언급된 과제를 해결하면, 상기 스위칭 밸브에서, 밸브 판은 밸브 판 상에 작용하는 폐쇄력의 결과로 폐쇄 위치로 변형되되, 폐쇄 위치에서의 밸브 판 표면의 접촉 영역이 통과 위치에서의 밸브 판 표면의 접촉 영역과 함께 0°가 아닌 각도(α)를 형성하도록 변형된다.
밸브 판은, 밸브 판이 폐쇄 위치에서 밸브 시트에 지지하는 접촉 영역에서 탄성적이며, 그 결과 이는 밸브 시트에서 평평하지 않도록 구성될 수 있고, 이로써, 폐쇄 위치에서 밸브의 빽빽함(tightness)을 확보한다. 이 경우에, 밸브 판은 상대적으로 평평한 표면을 가진 시트 금속으로부터 절단되고 요즘에는 대량의 상품의 형태로 시장에서 요즘 구입할 수 있으며, 이는 예를 들면 롤링함으로써, 생산된다. 이로써, 밸브 판의 필요한 편평함을 만들기 위해, 복잡하고, 비용이 많이 드는 기계적인 공정, 예를 들면 2 시간까지 지속될 수 있는 밸브 판의 글라이딩(grinding) 등은 생략될 수 있다. 밸브 시트는 또한 가공 처리되고 처음부터 양호한 편평함이 이루어져야 한다. 그러나, 본 발명에 따른 밸브 판이 평평하지 않은 것을 보상할 수 있기 때문에, 밸브 시트 및 밸브 하우징(valve housing) 둘 다는 물질이 상당하게 감소되는 방식으로(considerably material-reduced manner) 형성될 수 있다.
각도(α)는 0.05° 내지 10°이며, 바람직하게 0.1°내지 5°이다. 이로써, 밸브 판이 밸브 시트의 평평하지 않은 상태를 따르고, 이로 인해 시스템의 빽빽함을 확보하도록 접촉 영역에서 충분하게 변형하고, 또한 밸브 판의 과잉의 기계적인 응력을 방지하여 스위칭 밸브의 서비스 수명이 장시간 이루어지도록 하는 것을 확보한다. 테스트에서 제시된 바와 같이, 밸브 시트의 직경이 500 mm이고, 일 밀리미터의 평평하지 않은 상태는 밸브 시트를 팽팽하게 함으로써 어려움 없이 균형을 맞출 수 있다. 밸브 시트의 이러한 유형의 평평하지 않은 상태는 또한, 예를 들면, 밸브 시트에 고정된 플랜지(flange)의 스크류가 비대칭적으로 또는 균일하지 못한 방식으로 죄어지는 경우에, 예를 들면 탱크에서 밸브의 부정확한 설치에 의해 발생될 수 있다. 이로써, 이러한 유형의 밸브는 간단하고 빠른 방식으로 기존 설비에 설치될 수 있다.
폐쇄력의 결과로, 밸브 판은 길이 방향 축에 대해 축 방향으로 밸브 시트의 직경의 2% 까지 중앙 영역에서 변형되되, 폐쇄 위치로 변형된다. 밸브 판의 중앙 영역의 이러한 큰 변형으로 인해, 필요한 각도는 밸브 판 표면의 접촉 영역에서, 또는 에지 영역에서 달성되고, 그 결과 밸브 판 표면은 밸브 시트의 평평하지 않도록 구성될 수 있고, 평평하지 않은 상태를 따를 수 있다.
본 발명의 일 대표적인 실시예에서, 밸브 판의 두께는 그의 중앙을 향해서 증가한다. 이로써, 확보될 수 있는 바와 같이, 충분한 탄성은 밸브 시트의 평평하지 않은 상태를 따른 폐쇄력의 효과로 변형되도록, 밸브 판 표면의 에지 영역에서, 특히 밸브 판 표면의 접촉 영역에서 나타난다. 동시에, 밸브 판의 중앙 영역은 폐쇄 위치로부터 통과 위치로 밸브 판의 이동을 안내하도록, 예를 들면 가이딩 장치(guiding device)를 고정시키기 위해, 충분한 안정성을 가진다. 이러한 실시예는 특히 간단한 방식으로 이루어질 수 있으며, 밸브 판이 서로 동축선상에 배치된 복수의 디스크들을 포함한 경우에 그러하며, 이때 복수의 디스크들의 직경은 밸브 시트를 향하여 증가한다. 이러한 경우, 상술된 안정성을 이루기 위해서, 밸브 시트를 향한 마지막 디스크는 차례대로 디스크의 직경이 작아질 수 있으며, 밸브 판의 폐쇄 위치에서 밸브 시트로 돌출한다.
밸브 판은 0.5 mm의 두께를 갖는 적어도 하나의 디스크를 포함하는 것이 바람직하다.
밸브 판은 특히 강으로 제조된다. 그러나, 다른 금속, 예를 들면 알루미늄으로 만들어지거나 플라스틱으로 만들어진 밸브 판들도 생각해 볼 수 있다.
밸브 판이 플라스틱으로 제조되는 경우, 밸브 판의 탄성 계수는 적어도 1000 N/㎟이다. 그러나, 적어도 1600 N/㎟의 탄성 계수는 또한 이점이 있다는 것이 입증되었다. 그러나, 플라스틱으로 구성된 밸브 판의 탄성 계수는 25000 N/㎟일 수 있다. 밸브 판이 금속 물질로 제조되는 경우, 밸브 판의 탄성 계수는 예를 들면, 40000 N/㎟ 내지 250000 N/㎟ 범위에 속한다. 탄성 계수가 70000 N/㎟인 알루미늄으로 구성되고, 탄성 계수가 105000 N/㎟인 티타늄으로 구성되고, 그리고 탄성 계수가 200000 N/㎟인 높은 등급의 강으로 구성된 밸브 판도 예시로 가능하다.
밸프 판이 제조되는 물질과 무관하게, 밸브 판에는, 응답 압력에 이를 시에 밸브의 열림 작동을 추가로 향상시키기 위해 융기 에지(raised edge)가 구비된다. 개방력을 증가시키려는 목적으로, 밸브 판들 상에 융기 에지들의 다양한 실시예들이 공지되었고, 또한 본 발명의 대표적인 실시예에 따른 밸브 판과 함께 사용될 수 있다.
밸브 판이 폐쇄 위치로부터 통과 위치로 되게 하는 응답 압력은 이 경우에 적어도 1.5 mbar이며, 바람직하게 적어도 2.5 mbar이며, 보다 바람직하게 적어도 5 mbar이며, 그리고 최대 1000 mbar,바람직하게 최대 500 mbar, 보다 바람직하게 최대 15 mbar이다.
본 발명의 제 1 특정 대표적인 실시예에서, 밸브 판은 675 mm의 직경 및 0.5 mm의 두께를 갖는 제 1 강(steel) 디스크를 포함한다. 이 경우에, 밸브 시트는 500 mm의 직경을 가진다. 이러한 제 1 강 디스크가 밸브 판의 직경보다 많이 크다는 사실은 밸브의 필요한 개방 속도에 의한 것이다. 물론, 제 1 디스크가 상기와 같은 크기로 되기에 충분하여, 밸브 판의 폐쇄 위치에서 밸브 시트에 지지된다. 450 mm의 직경을 갖는 제 2 디스크, 이뿐 아니라, 400 mm의 직경을 갖는 제 3 디스크 및 350 mm의 직경을 갖는 제 4 디스크는 이러한 제 1 강 디스크 상에 배치된다. 이러한 추가적인 디스크들 모두는 두께가 0.5 mm이다. 강 디스크들의 사용으로 인해, 밸브 판은 밸브 시트에 지지되고, 마찬가지로 금속으로 구성되며, 특히 플라스틱으로 구성된 탄성 밀봉 소자를 더 이상 필요로 하지 않는다. 그러므로, 이러한 유형의 밸브들은 매우 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있다. 0 ℃ 내지 400 ℃의 온도 범위에서 어려움 없이 사용될 수 있지만, 특정 물질은 이러한 범위 이하 및 이상에서 사용될 수도 있다.
안정성의 이유로, 추가 디스크는 제 1 강 디스크 아래에서 배열되고, 350 mm의 직경 및 2 mm의 두께를 가진다. 이러한 5 개의 상술된 층들 모두는 서로 동축선상에 배치되고, 밸브 판을 함께 형성한다.
밸브 판의 두께가 밸브 판의 에지에서 가장 얇고, 특히 밸브 판 표면의 접촉 영역에서 가장 얇기 때문에, 탄성은 이러한 지점에서 가장 크다. 이로써, 필요한 탄성 변형성이 달성되고, 이로 인해 밸브 시트에서 평평하지 않도록 밸브 판이 구성되는 것이 확보된다.
대표적인 실시예로 기술된 밸브 판은 5 kg보다 다소 큰 본래 중량(natural weight)을 가진다. 테스트에서 밝혀진 바와 같이, 이러한 밸브 판은 어려움 없이 약 일 밀리미터의 밸브 시트에서의 평평하지 않은 상태를 보상할 수 있다. 여기에서, 밸브 판은 그의 본래 중량의 결과로 중앙 영역에서 3.5 mm 아래에서 변형되되 폐쇄 위치로 변형된다. 밸브 판의 중앙 영역이 하부 방향으로 가압되기 때문에, 길이 방향 축에 대해 밸브 시트 외부에 방사상으로 위치한 밸브 판 표면 영역은 외부 방향으로 늘어나게 된다(raised). 이로써, 폐쇄 위치에서, 밸브 판 표면의 접촉 영역은 또한, 통과 위치에서 밸브 판 표면의 동일 영역과 함께 각도를 형성한다.
2.5 mbar의 응답 압력은 500 mm의 밸브 시트의 공칭 폭(nominal width)뿐만 아니라, 본래 중량 및 최종적인 중력으로부터 제공된다.
제 2 특정 대표적인 실시예에서, 밸브 판은 초기에 675 mm의 직경 및 0.5 mm의 두께를 각각 가진 2 개의 강 디스크들을 포함한다. 이 경우 역시, 밸브 시트의 공칭 폭은 다시 500 mm이다. 0.5 mm의 두께를 각각 가진, 동일한 크기인 2 개의 강 디스크들은 상술된 직경 및 두께가 1 mm인 강 디스크보다 큰 탄성을 가진다. 그러므로, 에지에서, 특히 밸브 판 표면과 밸브 시트 사이의 접촉 영역에서 밸브 판의 큰 탄성은 이러한 실시예의 결과로 달성된다. 450 mm, 400 mm 및 350 mm의 직경, 0.5 mm의 두께를 각각 갖는 디스크들은 이러한 2 개의 강 디스크들 상에 차례대로 위치한다. 안정성 목적을 위해, 폭이 350 mm이고 두께가 2 mm인 강 디스크는 2 개의 큰 강 디스크들의 아래에 차례대로 부착된다. 이러한 디스크들 모두는 서로 동축선상에 다시 정렬된다. 이러한 밸브 판을 이용하여 보다 높은 응답 압력을 달성하기 위해, 밸브 판에는 추가로 밸브 판에 배치되고, 직경이 350 mm, 두께가 2 mm로 측정된 추가 디스크가 구비된다. 밸브 판의 본래 중량은 7.8 kg 까지 증가하고, 이로써, 최종 응답 압력은 3.9 mbar까지 증가한다.
25 mbar 까지의 응답 압력은 밸브 판의 본래 중량을 증가시킴으로써 일반적으로 설정되는 반면, 필요한 큰 응답 압력은 추가적인 힘에 의해, 예를 들면 스프링 힘으로 작동되는(spring-loaded) 밸브 판들을 통하여 일어난다.
분당 몇 ㎤의 누출비(leakage rates)는 기술된 밸브 판으로 달성될 수 있다. 이로써, 2.9 ㎤/min의 누출비는, 공칭 폭이 500 mm이고, 응답 압력이 2 mbar인 밸브 시트를 갖는 테스트 밸브로 달성된다.
본 발명의 대표적인 실시예는 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 하부 절반에서, 도 1 내지 5 각각은 본 발명의 대표적인 실시예에 따른 밸브의 개략적인 평면도를 도시하며, 그리고 상부 절반에서는 각각의 하부 절반에서 나타난 수평 라인을 따른 부분을 도시한다.
도 1의 하부 절반은 본 발명의 제 1 대표적인 실시예에 따른 스위칭 밸브의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 1에서 원형을 하고 있는 밸브 판(2)을 볼 수 있다. 페쇄 위치로부터 통과 위치로 안내되는 밸브 판(2)의 이동을 따른 가이드(4)는 중앙에 위치한다. 제시된 대표적인 실시예들에서 스위칭 밸브의 대칭 축을 하고 있고 밸브 판(2)이 이동할 수 있는 길이 방향 축(L)은 가이드(4) 중앙으로 진행한다. 도 1의 상부 절반은 라인 I-I을 따른 스위칭 밸브를 통한 부분을 도시한다.
도시된 바와 같이, 밸브 판(2)은 폐쇄 위치에 위치한다. 밸브 판(2)은 그의 하측면을 통하여 밸브 시트(8)에 지지되고 밸브 판 표면(6)을 형성한다. 밸브 판(2)이 밸브 시트(8)에 지지되는 밸브 판 표면(6)의 영역은 접촉 영역(10)이 된다.
도 1에 도시된 밸브 판(2)은 2 개의 강 판들로 구성되고, 예를 들면, 상기 강 판들 각각은 0.5 mm의 두께를 가진다. 가이드(4)는 밸브 판의 중앙에 배치되고, 스크류 연결을 통해 밸브 판(2)과 연결된다. 그러므로, 너트(12)는 도 1에 개략적으로 도시된다.
도 1에 도시된 밸브 판이 통과 위치에 있게 되면, 밸브 판 표면(6)은 접촉 영역(10)에서 밸브 시트(8)에 지지되지 않는다. 이러한 경우에, 밸브 판(2)의 에지 영역은 밸브 판의 본래 중량(natural weight)의 결과로 하부 방향으로 늘어지고(hang), 이로써, 특히 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10)은 중력의 영향으로 하부 방향으로 늘어지게 된다. 밸브 판(2)의 탄성 등급(level)에 따라서, 접촉 영역(10)은 이 경우에 예를 들면, 밸브 판 표면(6)의 중앙 영역에서 3.5 mm 아래 위치할 수 있다.
그러나, 도 1에서, 밸브 판(2)은 폐쇄 위치에 위치하고, 그러므로 밸브 판(2)은 그의 본래 중량 및 가이드(4)의 중량으로 중앙에서 하부 방향으로 편향된다. 그러므로, 밸브 판(2)은 그의 에지 영역에서 상부 방향으로 구부려지게 된다. 그러므로, 밸브 판 표면(6)은 통과 위치에서, 밸브 판 표면(6)과 함께, 접촉 영역(10)에서 각도(α)를 형성한다. 밸브 판 표면(6)을 가진 밸브 판(2)은 이러한 변형이 있을 시 밸브 시트(8)에서 평평하지 않도록 구성되고, 그 결과 스위칭 밸브는 충분하게 빽빽해 진다(tight). 그러므로 500 mm의 밸브 시트(8)의 공칭 폭을 이용하여 94.2 ㎤/min 미만의 누출비, 특히 27 ㎤/min 미만의 누출비는 이러한 유형의 밸브로 달성될 수 있다. 스위칭 밸브가 이러한 경우에 열린 응답 압력은 예를 들면, 1.5 mbar 내지 5 mbar에 속한다. 그러나, 보다 높은 응답 압력, 예를 들면 15 mbar 또는 25 mbar로도 설정될 수 있다.
밸브 판(2) 아래에서 밸브 시트(8) 내의 압력이 미리 결정된 응답 압력을 초과하는 경우, 밸브 판(2)은 가이드(4)와 함께, 상부 방향으로 가압되고, 스위칭 밸브는 열리게 된다. 이 경우에, 응답 압력은 가이드(4)와 함께, 밸브 판(2)의 본래 중량을 통해 설정될 수 있다. 응답 압력을 보다 높은 압력을 향하여 이동시키기 위해서, 추들이 밸브 판(2) 또는 가이드(4)에 손쉽게 부착될 수 있다.
도 2의 하부 절반은 다시 본 발명의 추가적인 대표적인 실시예에 따른 스위칭 밸브의 개략적인 도면을 도시한다. 이 예에서 도시되고 가이드(4)가 다시 배치된 중앙에 도시된 밸브 판(2)은 이 경우 서로 동축선상에(concentrically) 배치된 복수의 디스크들(22, 24, 26)로 구성된다. 라인 II-II을 따른 부분은 도 2의 상부 절반에서 도시된다.
도시된 바와 같이, 도 2에 제시된 밸브 판(2)은 서로 동축선상에 배치된 3 개의 디스크들(22, 24, 26)로 구성된다. 이러한 디스크들의 직경은 도 2에서 상부 방향을 향하여 감소된다. 이들 두께는 모든 디스크들(22, 24, 26)에 대해 일정하고 일치하며, 예를 들면 0.5 mm이다. 물론, 디스크들(22, 24, 26)의 두께는 또한 변화될 수 있고, 모든 디스크들에 대해 일정하고 동일할 필요는 없다.
한편, 이로써, 밸브 판(2)의 본래 중량은 도 1에 제시된 실시예에 비해 증가된다. 이러한 유형의 스위칭 밸브는 결과적으로 도 1에 제시된 대표적인 실시예보다 높은 응답 압력을 가진다.
도 2에 도시된 밸브 판(2)은 밸브 시트(8) 아래에 위치한 컨테이너의 압력의 결과로, 밸브 판에 가해진 힘이 밸브 판(2) 상에 작용되는 폐쇄력과 정확하게 동일한 크기를 가지는 위치에 있게 되며, 이때 이러한 힘은 예를 들면, 밸브 판(2) 상에 작용하는 중력일 수 있다. 밸브 판의 본래 중량으로 생성될 수 있는 압력보다 큰 응답 압력이 필요할 경우, 밸브 판은 또한 예를 들면 스프링의 힘으로 작동될 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 밸브 판(2)은 실제로 밸브 시트(8)에 지지될 수 있지만, 그러나 중앙에서 하부 방향으로 편향되지 않는다. 밸브 판(2)이 폐쇄 위치에 있게 되면, 도 1에 도시된 대표적인 실시예와 같이 하부 방향으로 편향될 수 있고, 접촉 영역(10)에서의 밸브 판 표면(6)은 통과 위치에서 밸브 판 표면(6)의 동일 영역과 함께 각도(α)를 형성할 수 있다. 그러나, 밸브 판(2) 상에 작용하는 폐쇄력이 밸브 시트(8) 아래의 컨테이너에 있는 압력에 의해 균형이 잡히기 때문에, 밸브 판 표면(6)은 구부려지지 않는다.
복수의 디스크들(22, 24, 26)의 특정 배치로 인해, 밸브 판(2)의 중앙 영역에서 안정성이 높아질 수 있고, 게다가 밸브 판(2)의 본래 중량도 증가될 수 있어서, 가이드(4)는 고정되어 배치될 수 있다.
밸브 판(2)이 또한 접촉 영역(10)에서 매우 얇기 때문에, 중앙에 비해 탄성이 이 지점에서 증가하는 것을 확보하고, 그러므로 필요한 변형성도 제공될 수 있다. 도 2에 도시된 밸브 판은, 접촉 영역(10)에서의 밸브 판 표면(6)이 통과 위치에서의 밸브 판 표면의 접촉 영역(10)에 대해 각도(α)를 형성하도록, 작용하는 폐쇄력으로 밸브 판의 폐쇄 위치로 변형할 수도 있다.
물론, 다소의 디스크들(22, 24, 26)로 형성된 밸브 판(2)의 다른 구조체도 생각해 볼 수 있는데, 예를 들면, 4 개, 5 개 또는 6 개의 디스크들도 사용될 수 있고, 이로 인해 특히 본래 중량 및 스위칭 밸브의 응답 압력이 증가될 수 있다. 또한, 예를 들면 작지만 두꺼운 추가적인 디스크가 밸브 판(2) 상의 가이드(4)의 배치의 안정성을 더 증가시키도록 최대 디스크(22) 아래에 배치되는 경우가 이점이 있는 것으로 입증되었다. 최대 디스크(22) 아래에 배치된 이렇게 작은 디스크는 밸브 판(2)의 폐쇄 위치에서 밸브 시트(8)로 돌출된다.
본 발명의 추가의 대표적인 실시예에 따른 스위칭 밸브의 개략적인 평면도는 도 3의 하부 절반에서 다시 도시된다. 라인 III-III을 따른 부분은 도 3의 상부 절반에서 도시된다. 도 3에 도시된 밸브 판(2)은 도 1 및 2에 제시된 대표적인 실시예들과는 달리, 가변 두께를 가진 단일 디스크(28)로 구성된다. 디스크(28)의 두께는 중앙 영역에서 가장 크고, 즉 가이드(4)가 밸브 판(2) 상에 배치된 영역에서 가장 크다. 이로써, 이러한 영역에서 밸브 판(2)의 충분한 안정성도 확보되는 반면, 밸브 판(2)의 변형에 필요한 탄성은 에지를 향해 감소하는 두께에 의해 달성된다.
도 3에 도시된 밸브 판은 또한 밸브 시트(8) 아래에 위치한 컨테이너의 압력의 결과로, 밸브 판에 가해진 힘이 밸브 판 상에 작용되는 폐쇄력과 정확하게 동일한 크기를 가지는 위치에 있게 되어, 밸브 판 표면(6)은 특히 접촉 영역(10)에서 구부려지지 않는다. 밸브 판(2)이 그의 폐쇄 위치에 위치한 경우, 밸브 판(2)은 또한 하부 방향으로 편향될 수 있되, 접촉 영역(10)에서의 밸브 판 표면(6)이 통과 위치에서의 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10)과 함께 각도를 형성하도록 편향될 수 있다.
본 발명의 추가의 대표적인 실시예에 따른 스위칭 밸브의 평면도는 도 4의 하부 절반에 다시 도시된다. 라인 IV-IV을 따른 부분은 상부 부분에 도시된다. 이 예에서 도시된 밸브 판(2)은, 탄성 소자(30)가 위치한 환형 영역(annular region)을 가진다. 그러므로, 밸브 판(2)의 변형에 필요한 탄성은 이러한 영역에서 제공되는 반면, 밸브 판은 상대적으로 비탄력적이고 안정된 방식으로 형성될 수 있되, 특히 접촉 영역(10)에서, 그리고 가이드(4)가 밸브 판(2) 상에 배치된 영역에서 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 밸브 판은 또한, 아래로부터 밸브 판 상에 작용하는 압력이 폐쇄력을 보상하여 밸브 판 표면(6)이 구부려지지 않는 위치에 있게 된다.
본 발명의 추가의 대표적인 실시예에 따른 스위칭 밸브의 개략적인 평면도는 도 5의 하부 절반에 도시되는 반면, 라인 V-V을 따른 부분은 상부 절반에서 도시된다.
도 5에 도시된 밸브 판(2)은 그의 폐쇄 위치에 있게 된다. 밸브 판(2)은 예를 들면 강, 또 다른 금속 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있는 개별적인 디스크로 구성된다. 밸브 판(2)은 밸브 판(2) 및 가이드(4)의 본래 중량으로 중앙에서 하부 방향으로 편향되되, 밸브 판 표면(6)이 접촉 영역(10)에서 상부 방향으로 구부려지도록 편향된다. 통과 위치에서, 밸브 판 표면(6)은 도 5에서 개략적으로 파선으로 나타낸 바와 같이, 특히 접촉 영역(10)에서 하부 방향으로 늘어진다.
밸브 판 상에 작용하는 폐쇄력으로 밸브 판(2)이 변형됨으로 인해, 각도(α)는 접촉 영역(10)에서의 밸브 판 표면(6)과 통과 위치에서의 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10) 사이에서 만들어진다. 도 1에 제시된 대표적인 실시예와 도 5에서 제시된 대표적인 실시예의 차이점은, 추가적인 밀봉 소자(32)가 밸브 시트(8)의 상부 말단 상에 배치되어 밸브 판(2) 상에 작용하는 압력으로 변형됨으로써, 밸브를 밀봉시킨다는 점이다.
특히, 본 발명의 비용 효과적인, 대표적인 실시예들에서, 개별적인 디스크들(22, 24, 26)은 표면 물질의 높은 등급을 가진 얇은 시트 금속(thin sheet metal)으로 절단되고, 가이드(4) 상의 나사산을 통하여 동축선상에서 함께 스크류된다. 그러므로, 이러한 유형의 스위칭 밸브는 매우 간단하고 비용이 효과적인 방식으로 생산될 수 있다.
이러한 유형의 스위칭 밸브들은 압력 릴리프 밸브들로서, 그리고 흡입 릴리프 밸브들로서 둘 다 사용될 수 있다. 통상적인 응답 압력은 예를 들면 1.5 mbar 내지 15 mbar의 범위에 속한다. 그러나, 보다 큰 응답 압력도 가능하다. 응답 압력이 예를 들면 25 mbar를 초과하는 경우, 이러한 응답 압력은 단지 밸브 판의 본래 중량의 증가로 인해 일반적으로 더 이상 이루어지지는 않지만, 밸브 판(2) 상에 추가로 작용하는 힘에 의해, 예를 들면 스프링 또는 레버에 의해 이루어진다. 특히, 탄성 플라스틱 소자 없이 제공되는 도 1 내지 3에 도시된 대표적인 실시예들은 매우 넓은 온도 범위에 대해 적합하다. 밸브 판(2) 및 밸브 시트(8)의 개별적인 구성요소가 예를 들면, 높은 등급을 갖는 강으로 제조되는 경우에, 400 ℃까지의 온도는 어려움 없이 가능하다.
L 길이 방향 축 α 각도
2 밸브 판 4 가이드
6 밸브 판 표면 8 밸브 시트
10 접촉 영역 12 너트
22 디스크 24 디스크
26 디스크 28 디스크
30 탄성 소자 32 밀봉 소자

Claims (10)

  1. 길이 방향 축(L)을 갖는 밸브 시트(8), 및 밸브 판 표면(6)을 갖는 밸브 판(2)을 포함하는 스위칭 밸브로서, 상기 밸브 판은 상기 스위칭 밸브가 열리는 통과 위치 및 스위칭 밸브가 닫히는 폐쇄 위치를 가질 수 있고, 상기 밸브 판(2)은 접촉 영역(10)에서 밸브 판 표면(6)에 의해 밸브 시트(8)에 지지되고, 상기 밸브 판은 적어도 1000 N/㎟의 탄성 계수를 가지는 스위칭 밸브에 있어서,
    상기 밸브 판(2)은 상기 밸브 판 상에 작용하는 폐쇄력의 결과로 상기 폐쇄 위치로 변형되되, 상기 폐쇄 위치에서의 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10)이 상기 통과 위치에서의 밸브 판 표면(6)의 접촉 영역(10)과 함께 0°가 아닌 각도(α)를 형성하도록 변형되는 스위칭 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각도(α)는 0.05° 내지 10°이며, 바람직하게는 0.1° 내지 5°인 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 폐쇄력의 결과로, 상기 밸브 판(2)은 상기 길이 방향 축(L)에 대해 축 방향으로 상기 밸브 시트(8)의 직경의 2% 까지 중앙 영역에서 변형되되, 상기 폐쇄 위치로 변형되는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 판(2)의 두께는 상기 밸브 판의 중앙을 향하여 증가하는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 밸브 판(2)은 서로 동축선상에 배치된 복수의 디스크들(22, 24, 26)을 포함하며, 상기 복수의 디스크들의 직경은 밸브 시트(8)를 향하여 증가하는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 판(2)은 0.5 mm의 두께를 갖는 적어도 하나의 디스크(22, 24, 26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 시트(8)는, 상기 밸브 판(2)이 상기 밸브 판 표면(6)을 통하여 지지하는 밀봉 소자(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 판(2)은 강(steel)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 판(2)은 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 판(2)이 상기 폐쇄 위치로부터 상기 통과 위치로 되게 하는 응답 압력은 적어도 1.5 mbar, 바람직하게는 적어도 2.5 mbar, 보다 바람직하게는 적어도 5 mbar, 그리고 최대 1000 mbar, 바람직하게 최대 500 mbar, 보다 바람직하게 최대 15 mbar인 것을 특징으로 하는 스위칭 밸브.
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Macglashan Jr High pressure regulator valve Patent

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