KR20160012171A - 가압 유체 용기 - Google Patents

Abstract

가압 실린더는 상기 밸브 안착부(11)를 밀봉하는 밸브 요소(6)와, 상기 밸브 요소에 결합된 선형으로 이동가능한 밸브 스템(18)을 구비하는 셧오프 밸브를 구비한다. 상기 레버가 선회 축(L) 주위로 회전하면 상기 밸브 요소가 선형으로 이동하도록 레버(27)는 편심 결합부재(38)를 통해 상기 밸브 스템에 결합된다. 상기 편심 결합부재와 상기 밸브 스템 사이에는, 상기 밸브를 개방시키는 방향으로 일정량의 유격(39)이 있다. 탄성 부재(50)는 상기 밸브가 폐쇄될 때 상기 편심 결합부재와 그리하여 상기 레버를 완전히 폐쇄된 위치에 유지하는 바이어스 힘을 편심 결합부재에 제공한다.

Description

가압 유체 용기{A PRESSURISED FLUID CONTAINER}

본 발명은 셧오프 밸브(shut off valve)를 가지는 가압 유체 용기에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은, 예를 들어, 의료 가스, 용접 가스 등에 사용하는 가압 가스 실린더에 관한 것이다.

이러한 실린더는 전통적으로 실린더의 상부에 셧오프 밸브를 구비하고 이 밸브는 보호재(guard)에 의해 보호된다. 밸브는 나사 기구를 회전시킴으로써 안착부(seat) 쪽으로 이동하거나 이 안착부로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 밸브 요소를 구비한다. 이것은 밸브 몸체에 있는 암나사 나사산과 맞물리는 수나사를 갖는 핸드 휠(hand wheel)로 구성된다. 그리하여 사용자는 핸드 휠을 회전시켜 밸브 요소를 상승 및 하강시키는 것에 의해 셧오프 밸브를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.

이러한 기구가 널리 사용되고 있지만, 이들 기구는 다수의 문제를 가지고 있다. 핸드 휠은 다수의 회전을 요구하여 회전하는데 시간이 소요되고, 특히 보호재가 위치해 있을 때에는 액세스가능하지 않다. 나아가, 이 핸드 휠은 완전히 개방된 위치 또는 완전히 폐쇄된 위치에서 갇혀 움직이지 못할 수 있다. 통상적으로 개방 방향과 폐쇄 방향을 사용자에 표시하는 화살표가 휠에 존재하지만, 휠의 현재 위치를 시야로 결정하는 것은 곤란하여, 사용자가, 예를 들어, 이미 완전히 개방된 밸브를 개방하려고 시도하면 잘못하여 밸브가 갇혀 움직이지 못하는 것으로 생각할 수 있다.

분명한 위치 표시가 없는 것에 따른 추가적인 곤란함은 밸브가 완전히 폐쇄된 위치에 도달하였다는 분명한 표시가 없어서 사용자가 밸브를 완전히 폐쇄하지 못하는 것에 의해, 용기로부터 의도치 않은 누설을 야기할 수 있다는 것이다.

이러한 다수의 문제는 핸드 휠 대신에 레버를 사용하는 것에 의해 극복된다.

레버를 사용하면, 레버의 회전 움직임을 밸브 스템과 밸브 요소의 선형 움직임으로 변환하는 캠 또는 크랭크와 같은 편심 결합부재가 있을 것이 요구된다. 이 결합부재에는 다수의 부품이 있을 수 있고, 이들 부품 모두는 결합부재에 공차 문제를 야기할 수 있다. 또한, 편심 결합부재의 여러 부품과 밸브 요소 그 자체는 마모를 받아서 그 치수에 변동을 야기할 수 있다. 이를 보상하기 위해, 일정량의 선형 유격이 편심 결합부재와 밸브 스템 사이에 도입되면 밸브 요소가 마모되더라도 밸브 요소가 모든 밸브에 올바르게 안착하는 것을 보장한다. 이것은 밸브 스템과 맞물림이 없이 밸브 스템/요소를 폐쇄하는 방향으로 결합부재가 짧은 거리만큼 이동할 수 있는 자유도를 갖는 형태를 취한다.

그러나, 그 결과, 밸브가 폐쇄될 때, 레버가 밸브 요소와 맞물리기 전에 레버는 짧은 거리 리프팅되어야 한다. 이것은 레버가 운반 동안 덜거덕거리며 잡음을 야기하고 오랫 동안 반복되면 손상을 야기할 수도 있다는 것을 의미한다. 나아가, 이것은 밸브 폐쇄 기구의 품질이 불량하다는 인식을 야기한다.

본 발명에 따르면, 셧오프 밸브를 구비하는 가압 실린더로서, 상기 셧오프 밸브는 상기 밸브 안착부를 밀봉하는 밸브 요소, 상기 밸브 요소에 결합된 밸브 스템으로서, 상기 밸브 스템은 상기 밸브 스템은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 안착부 쪽으로 그리고 상기 밸브 안착부로부터 멀어지는 방향으로 선택적으로 이동시켜 상기 밸브를 선택적으로 개방하기 위하여 선형으로 이동 가능한, 상기 밸브 스템; 편심 결합부재를 통해 상기 밸브 안착부에 결합된 레버로서, 상기 레버가 선회 축 주위로 회전하면 상기 밸브 요소가 선형으로 이동하는, 상기 레버를 포함하고; 상기 편심 결합부재와 상기 밸브 스템 사이에는, 상기 밸브를 개방시키는 방향으로 일정량의 유격이 있으며, 상기 실린더는 상기 밸브가 폐쇄될 때 상기 편심 결합부재와 그리하여 레버를 완전히 폐쇄된 위치 쪽으로 유지하는 바이어스 힘을 상기 편심 결합부재에 제공하는 탄성 부재를 더 포함하는, 상기 가압 실린더가 제공된다.

탄성 부재를 제공하여 상기 편심 결합부재와 레버를 상기 완전히 폐쇄된 위치에 유지하는 것에 의해, 상기 탄성 부재는 상기 레버를 덜거덕거리게 하는 작은 힘에 저항할 수 있다. 나아가, 상기 탄성 부재는 상기 레버가 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 편심 결합부재를 바이어스시키는 데에만 사용되므로, 이 탄성 부재는 상기 밸브 요소를 폐쇄시키는 바이어스 힘에 기여할 필요가 없으므로 상대적으로 작은 바이어스 힘을 제공할 수 있다. 이것은 상대적으로 약한 힘을 제공하므로, 상기 사용자가 상기 레버를 개방할 때 이 탄성 부재의 힘을 극복하기에 용이하다. 이것을 지원하기 위해, 바람직하게는, 탄성 부재에 의해 상기 레버에 제공되는 힘은 상기 밸브 요소가 개방하기 시작하면 감소하도록 배열된다.

상기 탄성 부재는 내부 탄성 부재일 수 있다. 그러나, 바람직하게는 상기 밸브 요소와 밸브 스템은 밸브 몸체 내에 포함되고, 상기 탄성 부재가 상기 밸브 몸체 위에 끼워진다. 상기 탄성 부재가 손상되면, 교체하는 것이 용이하다. 보다 바람직하게는, 상기 탄성 부재는 편심 결합부재의 일부인 연결 핀을 바이어스시키는 스프링 클립이다.

일정량의 유격은, 예를 들어, 상기 밸브 요소가 측방향 방향으로 세장형(elongate)으로 형성된 편심 결합부재의 슬롯과 맞물리는 돌출부를 가지는 것에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 상기 유격은, 편심 결합부재가 이 결합부재를 밸브 스템의 세장형 슬롯에 결합시키는 핀을 가지는 것에 의해 제공된다. 상기 유격의 크기는 바람직하게는 2㎜ 미만이고 바람직하게는 대략 1㎜ 이다.

상기 탄성 부재는 밸브가 폐쇄될 때 바람직하게는 70N 미만, 보다 바람직하게는 50N 미만의 힘을 편심 결합부재에 제공한다.

바람직하게는, 상기 밸브 요소는 스프링에 의해 폐쇄된 상태로 바이어스된다. 보다 바람직하게는, 상기 레버는 상사점 위치(top dead centre position)를 통과하여 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 개방된 위치로 이동하도록 구성되고, 상기 스프링은 상기 레버를 개방된 위치에서 개방 상태로 바이어스시키도록 배열된다. 이 경우에, 바람직하게는, 상기 탄성 부재에 의해 생성된 피크 힘은 스프링에 의해 생성된 피크 힘의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만이다. 스프링은 레버가 완전히 개방된 위치 또는 완전히 폐쇄된 위치로부터 우연히 해제되는 것을 방지하는 강한 쌍안정 배열을 제공한다. 탄성 부재는 폐쇄된 위치에서 레버가 덜거덕거리는 것을 방지하지만, 그렇지 않은 경우에는 레버 동작에 과도하게 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 따른 실린더의 일례가 이제 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 실린더의 상부와 밸브 몸체를 통한 단면도;
도 2는 도 1에서 라인 II-II을 따라 취한 단면도;
도 3은 밸브 몸체의 사시도;
도 4는 도 1의 상부 부분의 상세도;
도 5는 리턴 스프링을 보여주는 밸브 몸체의 상부 부분의 상세 정면도;
도 6은 도 5와 유사한 측면도; 및
도 7a 내지 도 7c는 스프링 클립, 스프링 및 이들 2개가 각각 결합된 것의 각도 변위에 대해 사용자가 느끼는 힘을 나타낸 그래프.

유체 실린더는 가압 유체를 위한 실린더 몸체(1)와 밸브 몸체(2)로 구성된다. 실린더(1)는 밸브 몸체(2)의 하부 부분의 외부 표면에 있는 수나사 나사산(4)과 맞물리는 암나사 나사산(3)을 구비한다.

밸브 몸체는 밸브 몸체(2)를 통해 위쪽으로 중심 부분에서 연장하는 축방향 가스 출구 경로(5)를 구비한다. 가스 출구 경로(5)를 통한 흐름은 가스 출구 포트(7)로의 흐름을 선택적으로 차단하는 밸브 요소(6)에 의해 제어된다. 밸브 요소(6)의 압력측의 측방향 포트(8)는 이 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이 압력 게이지(G)로 이어진다.

가압 가스 경로는 내부(9) 및 외부(10) 고압 O-링 밀봉재에 의해 밸브 요소(6) 위에서 밀봉된다.

그 안착부(11)로부터 밸브 요소(6)를 리프팅(lift)하면 실린더로부터 가스 흐름 경로를 선택적으로 개방하고 폐쇄할 수 있다.

밸브 요소(6)를 리프팅하는 기구가 이제 설명된다.

밸브 요소(6)는 스프링(15)에 의해 폐쇄된 상태로 바이어스되고, 스프링의 상부(top) 단부는 밸브 몸체 내 쇼울더(16)에 지지되고, 스프링의 하부(bottom)는 밸브 스템(18)의 일부를 형성하는 환형 플랜지(17)에 지지된다. 도면에 도시된 바와 같이, 밸브 스템(18)은, 메인 스템(19), 밸브 요소 유지 부재(20) 및 밸브 요소 결합 부재(21)를 포함하고 이들은 모두 강성으로 함께 고정된다.

스프링(15)의 작용에 대항하여 밸브 요소(6)를 개방하기 위하여, 레버 기구가 제공된다. 이것은 고정된 레버 축(L) 주위로 샤프트(31)가 회전가능하도록 한 쌍의 보스(28)와 전단 핀(29)을 통해 연결된 레버(27)를 포함한다. 전단 핀은 샤프트(31)의 양 단부를 보스(28)로 돌출하고, 개방 방향으로 레버 축(L) 주위로 예상치 못한 힘에 대해 밸브 기구를 보호한다.

정지부(40)는 밸브 몸체(2)로부터 돌출하고, 폐쇄된 위치에서 레버(27)를 정지시키는 정지부로 작용한다. 레버(27)의 일부는 정지부(40)를 지지하여, 레버에 대한 원치 않는 폐쇄 힘이 밸브 요소로 전달되지 않고 정지부(40)로 전달되게 한다.

샤프트는 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 밸브 몸체의 상부에 각 보스(33) 내 베어링(32)에 장착된다. 편심 핀(35)은 샤프트(31)의 중심 부분을 형성하고, 레버 축(L)으로부터 오프셋된 편심 축(E) 주위로 회전하고 레버(27)가 동작될 때 이동하도록 장착된다. 연결 부재(37)는 핀 베어링을 통해 편심 핀(35)에 회전가능하게 장착되고, 하부 단부에서 연결 핀(38)으로 연장되고, 이 연결 핀은 밸브 요소 결합 부재(21) 내 세장형 오리피스(39)를 통해 연장되고 이 오리피스에 결합된다.

이것은 도 1 및 도 4에 도시된 휴지 위치로부터 리프팅 레버(27)가 리프팅되면 초기에 연결 핀(38)과 그리하여 밸브 요소가 아래쪽으로 움직이고, 이에 의해 스프링(15)을 압축시키는 크랭크 배열을 제공한다. 이것은 밸브가 개방되기 전에 스프링 힘이 극복되어야 하므로 밸브가 폐쇄된 위치에 록킹되는 것을 효과적으로 보장한다. 레버(27)가 중심 위 위치에 도달하면, 레버에 의해 연결 핀(38)에 인가되는 힘의 방향이 역전되고, 이것은, 실린더 내 가스 압력과 초기 압축에 의해 스프링에 저장되는 에너지에 의해 밸브 요소(6)가 개방 상태로 스냅하게 한다.

폐쇄된 위치에 있는 밸브를 도시하는 특히 도 2 및 도 5로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 이 핀과 세장형 오리피스(30) 사이 연결 핀(38) 위에는 간극이 있다. 그 결과, 레버(27)의 초기 움직임에는 저항이 거의 없어서 세장형 오리피스(39) 내에서 연결 핀(38)을 용이하게 리프팅할 수 있다. 이것은 레버가 운반 동안 덜거덕거리는 원인이 될 수 있다.

이것을 방지하기 위해, 스프링 클립(50)이 제공된다. 도 2 내지 도 6의 조합으로 볼 수 있는 바와 같이, 스프링 클립(50)은 밸브 몸체의 일측에 있는 세장형 보스(51)와 반대측에 있는 한 쌍의 보스(52) 아래에 유지된다.

그러나, 필요에 따라 양측에 1개 또는 2개의 보스가 있을 수 있다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 스프링 클립(50)은 연결 핀(38)의 양 단부에 걸쳐 연장되고 그루브(53)에 유지된다. 도 4에 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 스프링 클립(50)이 존재하면 연결 핀(38)에 대략 50N의 하향 바이어스 힘을 제공하여, 그렇지 않은 경우 레버(27)를 진동시킬 수 있는 임의의 작은 힘에 저항한다.

개방 동작이 여러 각도 위치에 있는 레버에 사용자가 느끼는 힘을 나타낸 그래프인 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 이제 상세히 설명된다. 도 7a는 스프링 클립(50)으로 기인할 수 있는 힘을 나타내고, 도 7b는 스프링(15)으로 기인할 수 있는 힘을 도시하고, 도 7c는 결합된 힘을 나타낸다. 스프링(15)의 목적은, 밸브 요소(6)에 상대적으로 강한 바이어스 힘을 제공하는 강한 쌍안정 힘을 제공하고 이후 레버가 개방시 레버가 폐쇄된 위치로부터 개방된 위치로 전이 시에 상사점 위치를 통과할 때, 밸브를 개방 상태로 유지하는 바이어스 힘을 제공하는 것이다. 그리하여 이 스프링은 밸브를 개방된 위치와 폐쇄된 위치에 유지하고, 밸브가 우연히 개방되거나 폐쇄되는 것을 방지한다. 스프링 클립(50)은 단순히 폐쇄된 위치에 있을 때 결합부재와 그리하여 레버에 상대적으로 약한 바이어스 힘을 제공하여 레버가 덜거덕거리는 것을 방지하도록 제공된다.

이것은 스프링 클립(50)이 덜거덕거리는 것을 방지하기에 충분한 작은 힘을 완전히 폐쇄된 위치에서 생성하는 것을 보여주는 도 7a로부터 명백하다. 이 힘은 레버가 개방될 때 점점 줄어들므로(taper off), 그 목적은 연결 핀(38)이 세장형 오리피스(30)의 상부에 도달하면 스프링 클립으로부터 가능한 한 작은 힘을 제공하는 것이다.

이에 비해, 스프링(50)에 의해 제공되는 힘은 핀(38)이 세장형 오리피스(30) 위로 진행할 때 초기에 0이다. 핀이 슬롯의 상부에 도달하면, 핀은 스프링(15)의 힘에 대항하여 밸브 요소를 리프팅하기 시작하여 도 7b에 도시된 바와 같이 급격히 증가하는 힘을 제공한다. 사용자가 경험하는 힘은 핸들이 상사점에 도달할 때 줄어든다. 핀이 상사점을 통과할 때, 스프링은 핸들을 개방 상태로 스냅한다. 이것은, 축과 교차하고 완전히 개방된 위치 직전에서 네거티브로 되는 힘 곡선으로 도 7b 및 도 7c에 도시된다.

도 7c로부터 이해되는 바와 같이, 스프링 클립은 레버의 움직임의 제1 부분이 완전히 폐쇄된 위치로부터 멀리 있는 동안 외에는 거의 영향을 미치지 않는다.

Claims (10)

1. 셧오프 밸브를 구비하는 가압 실린더로서, 상기 셧오프 밸브는 상기 밸브 안착부를 밀봉하는 밸브 요소, 상기 밸브 요소에 결합된 밸브 스템으로서, 상기 밸브 스템은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 안착부 쪽으로 그리고 상기 밸브 안착부로부터 멀어지는 방향으로 선택적으로 이동시켜 상기 밸브를 선택적으로 개방하기 위하여 선형으로 이동 가능한, 상기 밸브 스템; 편심 결합부재를 통해 상기 밸브 스템에 결합된 레버로서, 상기 레버가 선회 축 주위로 회전하면 상기 밸브 요소가 선형으로 움직이는, 상기 레버를 포함하고, 상기 편심 결합부재와 상기 밸브 스템 사이에는, 상기 밸브의 개방 방향으로 일정량의 유격이 있으며, 상기 실린더는 상기 밸브가 폐쇄될 때 상기 편심 결합부재와 그리하여 상기 레버를 완전히 폐쇄된 위치에 유지하는 바이어스 힘을 상기 편심 결합부재에 제공하는 탄성 부재를 더 포함하는, 가압 실린더.
2. 제1항에 있어서, 상기 유격은 핀을 가지는 상기 편심 결합부재에 의해 제공되고 상기 핀을 통해 상기 편심 결합부재는 상기 밸브 스템 내 세장형 슬롯에 결합되는, 가압 실린더.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성 부재에 의해 상기 레버에 제공되는 힘은 상기 밸브 요소가 개방하기 시작하면 감소하도록 배열되는, 가압 실린더.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 요소와 밸브 스템은 밸브 몸체 내에 포함되고, 상기 탄성 부재는 상기 밸브 몸체 위에 끼워지는, 가압 실린더.
5. 제4항에 있어서, 상기 탄성 부재는 상기 편심 결합부재의 일부인 연결 핀을 바이어스시키는 스프링 클립인, 가압 실린더.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유격의 크기는 2㎜ 미만, 바람직하게는 대략 1㎜ 미만인, 가압 실린더.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 부재에 의해 제공되는 최대 힘은 70N 미만, 보다 바람직하게는 50N 미만인, 실린더.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 요소는 스프링에 의해 바이어스된, 가압 실린더.
9. 제8항에 있어서, 상기 레버는 상사점 위치를 통과하며 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 개방된 위치로 이동하도록 구성되고, 상기 스프링은 상기 레버를 상기 개방된 위치에서 개방 상태로 바이어스시키도록 배열된, 가압 실린더.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 탄성 부재에 의해 생성된 피크 힘은 상기 스프링에 의해 생성된 피크 힘의 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만인, 가압 실린더.

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