KR20150143969A - 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체에 관한 것으로서, 유체가 통과 가능하도록 포트가 형성되며 수용홈이 형성되는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 수용홈에 회전 가능하게 수용되는 밸브체를 포함하되, 상기 밸브체의 회전방향 축방향 단면에서 바라볼 때, 상기 밸브체는 내부에 상기 포트를 통해 유입되는 유체가 유동하기 위한 내부 공간부를 구비하고, 상기 내부 공간부에는 입구와 출구가 형성되며, 상기 내부 공간부의 내면에는, 상기 입구와 출구 사이에 형성되며 상기 밸브체의 중심을 향해 돌출되는 가이드돌기부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

차압저감구조를 구비한 밸브 조립체{VALVE ASSEMBLY MOUNTED WITH COMPRESSING DIFFERENTIAL PRESSURE REDUCING STRUCTURE}

본 발명은 밸브 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체의 유로에 설치되어 상기 유체의 흐름 방향 및 유량을 제어하는 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 밸브 조립체는 유체가 흐르는 유로에 설치되어 유체의 흐름 방향 및 유량을 제어하는 장치로서, 상기 밸브 조립체를 구성하는 밸브체의 종류로는 볼 밸브, 글로브 밸브, 플러그 밸브, 게이트 밸브 등이 있다.

상기 볼 밸브(ball valve)는 밸브체의 밸브 바디 내에 내부가 관통된 볼이 삽입된 것으로, 핸들의 조작에 의해 볼이 회전함으로써 유로를 개폐하는 구조로 이루어진다.

통상의 볼 밸브를 설계함에 있어서는 수송 대상이 되는 유체의 누설을 방지해야하는 기밀성, 볼 밸브에 의한 밸브 시트의 마모를 방지해야 하는 내구성 등의 이외에도 볼의 위치 조작에 의한 정확한 유체 유량을 제어할 수 있어야 하는 제어성 등을 고려해야 하며, 이들은 볼 밸브를 구성하는 밸브 조립체의 성능을 평가하는 기준의 척도가 된다.

특히 자동차의 공조 시스템에 사용되며 볼 밸브로 이루어지는 3웨이 밸브 조립체는 3방향 이상의 다방향으로 유체의 출입구를 구성하는 밸브로서, 주로 컨트롤 모터와 조합하여 유체의 유로 전환과 동시에 유량 조절을 하는 자동 제어 밸브이다.

이와 같은 통상의 다방향 밸브 조립체는 히터 코어와 유로를 매개로 설치되어 자동차의 엔진을 순환한 냉각수의 흐름을 제어하여 히터 코어로 냉각수를 유입시키거나 히터 코어를 거치지 않고 바이패스 시켜 자동차의 실내 온도를 조절하도록 구성된다.

일 예로서, 국내공개특허공보 제2008-0106641호의 "워터 밸브"의 종래 기술에 개시되어 있는 밸브 조립체는, 내부가 중공된 몸체와, 상기 몸체를 밀폐하는 덮개와, 상기 몸체 내부의 중앙에 구동축이 연결되며 서로 연결된 제 1 연통부, 제 2 연통부, 제 3 연통부가 형성되어 회전에 의해 냉각수 유입부로 유입된 냉각수가 상기 바이패스라인을 통해 배출되는 양 및 상기 히터코어의 입구파이프로 유입되는 양을 조절하는 볼밸브, 및 상기 볼밸브를 구동하는 구동수단으로 이루어진다.

또 다른 예로서, 국내등록특허공보 1210640호의 "연료전지용 냉각수 공급 시스템 및 방법"에 따른 밸브 조립체는, 연료전지 스택에서의 과열 및 저열을 방지하기 위하여 제어수단으로부터 전달된 제어 신호에 따라 냉각수의 유량을 조절하도록 구성된다.

이와 같이 구성되는 종래의 밸브 조립체는 밸브 바디에 형성되는 포트가 3개의 구성으로 이루어져 유체의 유로 전환과 동시에 유량을 제어할 수 있는 3웨이 밸브 조립체로 구성된다.

특히, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 밸브 조립체의 밸브체(1) 내부 공간은 원형 단면 구조로 이루어져 있어, 입구(2)로 유입되는 유체가 맞은 편 내벽 또는 앞서 유입된 유체에 반복적으로 충돌하면서 와류가 발생되고 밸브체(1) 내부 공간 전체로 확산되어 원치않는 차압 증가를 야기되고, 이로 인해 밸브체(1) 내에서 소음 진동이 발생하고, 장시간 사용시 밸브 조립체가 오작동되거나 작동 불능 상태에 놓이게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2008-0104461호(2008.12.09) 대한민국 등록특허공보 제1210640호(2012.12.03)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 밸브체 내의 유체 흐름을 원활히 하여 차압을 저감시킬 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체는, 유체가 통과 가능하도록 포트가 형성되며 수용홈이 형성되는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 수용홈에 회전 가능하게 수용되는 밸브체를 포함하되, 상기 밸브체의 회전방향 축방향 단면에서 바라볼 때, 상기 밸브체는 내부에 상기 포트를 통해 유입되는 유체가 유동하기 위한 내부 공간부를 구비하고, 상기 내부 공간부에는 입구와 출구가 형성되며, 상기 내부 공간부의 내면에는, 상기 입구와 출구 사이에 형성되며 상기 밸브체의 중심을 향해 돌출되는 가이드돌기부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 가이드돌기부는 오목하게 형성되는 2개의 벽면이 만나는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히 상기 2개의 벽면이 만나는 부분은 완만한 곡면 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 가이드돌기부를 종단면에서 바라볼 때, 상기 가이드돌기부의 외곽선은 'U'자형을 이루는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체에 의하면, 밸브체 내 유체가 원활히 외부로 배출되도록 흐름을 안내함으로써 와류 발생을 최소화하고, 이를 통해 밸브체 내의 압력손실, 즉 차압을 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 밸브체 내에서의 소음, 진동을 억제할 수 있으며, 이로 인한 밸브 조립체의 오작동이나 작동 불능을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 밸브 조립체의 밸브체 내부에서의 유체 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 밸브 조립체를 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브체 내부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브체 내부에서의 유체 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 가이드돌기부를 나타내는 단면도이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브 조립체는, 유체가 통과 가능하도록 내측에 다수의 포트(120)와 수용홈(110)이 형성된 밸브 바디(100, valve body)와, 상기 밸브 바디(100)의 수용홈(110)에 수용되며 내부에 상기 포트를 통해 유입되는 유체가 유동하기 위한 내부 공간부를 구비하고 상기 내부 공간부(220)에 개구(210)가 형성되는 밸브체(200)와, 상기 밸브 바디(100)의 상부를 밀폐시키는 밸브 캡(300)과, 상기 밸브체(200)와 연결되어 밸브체(200)에 회전력을 부여하는 구동수단(400)을 포함한다.

상기 밸브 바디(100)에는 3개의 포트(120)가 형성되어 있으며, 상기 밸브체(200)의 개구(210)는 상기 포트(120)에 연통 또는 폐쇄되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 밸브체(200)의 회전방향 축방향 단면에서 바라볼 때, 상기 밸브체(200)는 내부에 상기 포트(120)를 통해 유입되는 유체가 유동하기 위한 내부 공간부(220)를 구비하고, 상기 내부 공간부(220)에는 입구(211)와 출구(212)가 형성되어 있다.

상기 내부 공간부(220)의 내면에는, 상기 입구(211)와 출구(212) 사이에 형성되며 상기 밸브체의 중심을 향해 돌출되어 유체의 흐름을 안내하는 가이드돌기부(230)가 형성되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 내부 공간부(220)의 내부에는 가이드돌기부(230)에 의해 형성된 통로로서, 내부 공간부(220)의 중심을 기준으로 입구측 통로(221)와 출구측 통로(222)로 이루어진다.

상기 가이드돌기부(230)는 오목하게 형성되는 2개의 벽면이 만나는 구조로 형성되며, 2개의 벽면이 만나는 부분은 완만한 곡면 형상으로 이루어져, 상기 입구(211)를 통해 유입된 유체가 벽면과 급격한 충돌없이 서로 면하는 벽면을 따라 유동하게 되므로, 유체가 내부 공간부(220) 내에서 장시간 잔류하지 않고 단시간에 배출된다.

이때, 상기 입구(211)로부터 유입된 후 출구(212)를 향해 진행하는 유체는 상기 가이드돌기부(230)에 의해 와류가 방지된다.

상기 가이드돌기부(230)는 상기 출구측 통로(222)로 유동하는 유체가 입구측 통로(221)로 다시 역류되지 않도록 서로 마주보게 돌출되어 통로를 좁게 형성하며, 이와 같이 통로를 좁게 형성함에 따라 유체의 와류발생도 방지된다(도 4 참조).

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 입구측 통로(221)를 지나 밸브체(200)의 내부 공간부(220)로 유입되어 출구측 통로(222)로 향하는 유체가 밸브체(200)와 밸브바디(100)의 벽면에 충돌하여 회전하더라도 가이드돌기부(230)의 출구측 통로(222)와 인접하는 벽면에 다시 충돌하면서 흐름 방향이 초기 흐름 방향으로 전환되며, 후 유입된 유체와 함께 섞여 출구(212)로 원활하게 배출된다.

또한, 상기 가이드돌기부(230)는 종단면에서 바라볼 때, 상기 가이드돌기부(230)의 외곽선은 오목한 곡선형을 이루게 된다.

예컨대, 도 5에 도시한 바와 같이, "U"자형으로 형성될 수 있다.

이와 같은 가이드돌기부(230)는 상기 밸브체(200)이 내면 형상과 유사한 형상을 따르게 되므로 유체의 원활한 흐름이 유도되어 차압을 저감시킬 수 있게 된다.

상기 밸브 바디(100)의 포트(120)와 밸브체(200)의 개구(210) 사이에는 포트(120)에 설치되어 상기 밸브체(200)와 면하며, 상기 밸브 바디(100)의 내부를 흐르는 유체의 외부 누설을 방지하도록 기밀성을 유지하는 링 형상의 밸브 시트(500, valve seat)가 개재되어 있다.

상기 밸브 시트(500)는, 상기 밸브 바디(100) 내측 면의 포트(120) 측에 형성되는 하부 시트수용부(130)와, 상기 밸브 캡(300)의 하부에 형성되며 상기 하부 시트수용부(130)에 대응하는 상부 시트수용부(310) 사이에 둘레 면이 꼭 맞게 수용되어 고정된다.

이때, 상기 하부 시트수용부(130)와 상부 시트수용부(310)는 서로 결합할 경우 상기 밸브 시트(500)의 둘레 면에 일치하도록 각각 반원의 단면 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그러나, 하부 시트수용부(130)와 상부 시트수용부(310)가 서로 결합하는 방식이 아닌 기타 결합 방식으로 구성될 수 있는 등, 밸브체(200)를 제외한 다른 구성은 공지된 다른 구성이 채택될 수 있다.

상기 구동수단(400)은 상기 밸브체(200)의 상측에 모터와 기어 등의 부속품으로 이루어져 상기 밸브체(200)의 고정구(220)에 연결되는 액츄에이터이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체는, 밸브체 내 유체 흐름에 의한 와류 발생을 원천적으로 방지하여 원활히 외부로 배출되도록 함으로써, 밸브체 내의 압력손실, 즉 차압을 저감시킬 수 있으며, 이로 인해 밸브체 내에서의 소음, 진동을 억제할 수 있고, 장시간 사용시 밸브 조립체의 오작동이나 작동 불능을 예방할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 밸브 바디 110 : 수용홈
120 : 포트 130 : 하부 시트수용부
200 : 밸브체 210 : 개구
211 : 입구 212 : 출구
220 : 내부 공간부 221 : 입구측 통로
222 : 출구측 통로 230 : 가이드돌기부
240 : 고정구 300 : 밸브 캡
310 : 상부 시트수용부 400 : 구동수단
500 : 밸브 시트

Claims (4)

1. 유체가 통과 가능하도록 포트가 형성되며 수용홈이 형성되는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 수용홈에 회전 가능하게 수용되는 밸브체를 포함하되,
   상기 밸브체의 회전방향 축방향 단면에서 바라볼 때, 상기 밸브체는 내부에 상기 포트를 통해 유입되는 유체가 유동하기 위한 내부 공간부를 구비하고, 상기 내부 공간부에는 입구와 출구가 형성되며,
   상기 내부 공간부의 내면에는, 상기 입구와 출구 사이에 형성되며 상기 밸브체의 중심을 향해 돌출되는 가이드돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드돌기부는 오목하게 형성되는 2개의 벽면이 만나는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 2개의 벽면이 만나는 부분은 완만한 곡면 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가이드돌기부를 종단면에서 바라볼 때, 상기 가이드돌기부의 외곽선은 오목한 곡선형을 이루는 것을 특징으로 하는 차압저감구조를 구비한 밸브 조립체.
   

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