KR20160081891A - 파형 다이어프램을 갖는 유체 조절기 - Google Patents

파형 다이어프램을 갖는 유체 조절기 Download PDF

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에르네스토 바스케즈
제임스 라이먼 주니어 그리핀
앤드류 제레드 루켄스메이어
토니 알렌 더랜드
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테스콤 코포레이션
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Abstract

다이어프램의 향상된 사이클 수명을 위한 파형 다이어프램 장치가 본 명세서에서 기재된다. 일 기재된 예시 장치는 입구와 출구를 통하여 유체 유동을 허용하기 위하여 입구와 출구를 갖는 밸브 몸체, 밸브 몸체에 결합되고 보닛 내에 배열된 배킹 플레이트, 및 제1 및 제2 다이어프램을 포함한다. 각각의 다이어프램은 적층된 형상이고 파형 프로파일을 갖는다. 다이어프램은 배킹 플레이트에 작동가능하게 결합되고, 각각의 다이어프램은 다이어프램의 주변 에지에 인접하게 보닛과 밸브 몸체 사이에 클램핑된다.

Description

파형 다이어프램을 갖는 유체 조절기{FLUID REGULATORS HAVING CORRUGATED DIAPHRAGMS}
본 출원은 일반적으로 유체 조절기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 파형 다이어프램을 갖는 유체 조절기에 관한 것이다.
유체 조절기는 다양한 유체(예를 들어, 액체, 가스 등)의 유동 속도 및/또는 압력을 제어하기 위한 공정 제어 시스템 전체에 걸쳐 통상적으로 분포된다. 유체 조절기는 통상적으로 유체의 압력을 실질적으로 일정한 값으로 조절하기 위하여 사용된다. 특히, 유체 조절기는 조절기 내에서 다이어프램 또는 감지 요소와 접촉하는 유체를 공급할 수 있는, 입구 및 출구를 갖는다. 다이어프램 유체 조절기의 경우에, 다이어프램과 접촉하는 유체는 다이어프램을 이동시켜 밀봉 요소가 이동하도록 하여 입구와 출구 사이에서 유동하는 유체의 양에 영향을 미친다.
전형적으로, 유체 조절기 내의 다이어프램은 이의 주변 에지에서 유체 조절기의 밸브 몸체와 보닛 사이에 클램핑된다. 다이어프램의 주변에서 이러한 클램핑 연결은 다이어프램 내에 응력이 집중될 수 있도록 한다. 이들 응력 집중은 다이어프램의 조기 고장 또는 피로를 야기할 수 있고 및/또는 다이어프램이 이의 주변 구속으로부터 벗어나며, 이에 따라 다이어프램의 사이클 수명이 감소하고 보수 및 비용이 증가된다.
기재된 일 예시 장치는 입구와 출구를 통하여 유체 유동을 허용하기 위하여 입구와 출구를 갖는 밸브 몸체, 밸브 몸체에 결합되고 보닛 내에 배열된 배킹 플레이트, 및 제1 및 제2 다이어프램을 포함한다. 각각의 다이어프램은 적층된 형상이고 파형 프로파일을 갖는다. 다이어프램은 배킹 플레이트에 작동가능하게 결합되고, 각각의 다이어프램은 다이어프램의 주변 에지에 인접하게 보닛과 밸브 몸체 사이에 클램핑된다.
또 다른 기재된 예시 장치는 입구와 출구를 통하여 유체 유동을 허용하기 위하여 입구와 출구를 갖는 밸브 몸체, 밸브 몸체 내에 배열된 유체 챔버, 유체 챔버에 인접한 적층된 형상의 복수의 다이어프램을 포함하고, 각각의 다이어프램은 파형 프로파일을 갖는다. 제1 다이어프램은 배킹 플레이트에 작동가능하게 결합되고, 제2 다이어프램은 밸브 스템에 작동가능하게 결합된다. 장치는 또한 배킹 플레이트를 수용하는 보닛을 포함한다. 다이어프램은 밸브 몸체와 보닛 사이에 클램핑된다.
또 다른 기재된 예시 장치는 복수의 다이어프램을 포함하고, 이들 각각은 적층된 형상이며 파형 프로파일을 갖는다. 다이어프램은 유체 챔버에 인접하고 이의 주변 에지에서 구속된다. 장치는 또한 다이어프램의 구멍을 통하여 다이어프램에 작동가능하게 결합된 밸브 스템을 포함한다.
도 1은 공지된 유체 조절기를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시 유체 조절기의 분해도.
도 3은 도 2의 유체 조절기의 단면도.
도 4는 또 다른 예시 유체 조절기의 단면도.
도 5a는 도 2 및 도 3의 예시 유체 조절기의 파형 다이어프램의 단면도.
도 5b는 도 5a의 파형 다이어프램의 일부의 확대된 단면도.
도 5c는 도 5a의 다이어프램을 구현하기 위하여 사용될 수 있는 주름의 대안의 일부의 또 다른 확대된 단면도.
도 5d는 도 4의 예시 유체 조절기의 파형 다이어프램의 단면도.
도 5e는 또 다른 예시 파형 다이어프램의 단면도.
도 5f는 도 5e의 파형 다이어프램의 일부의 확대된 단면도.
도 5g는 도 5e의 파형 다이어프램의 일부의 확대된 단면도.
도 6a는 도 2 및 도 3의 예시 유체 조절기의 클램핑 조립체의 확대된 단면도.
도 6b는 예시 개스킷의 단면도.
도 7은 도 4의 예시 유체 조절기의 중심 부분의 확대도.
도 8은 도 2, 도 3 및 도 6a의 유체 조절기의 예시 보닛의 확대된 단면도.
도 9는 도 2, 도 3 및 도 6a의 유체 조절기의 예시 밸브 몸체의 확대된 단면도.
도면은 축척이 아니다. 대신에, 다수의 층과 영역을 명확히 하기 위하여, 층의 두께가 도면에서 확대될 수 있다. 가능한대로 어디서든지, 동일한 도면부호가 동일하거나 또는 유사한 부분을 지칭하는 수반되어 기재된 설명 및 도면(들) 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 본 특허 출원에서 사용된 바와 같이, 임의의 부분(예를 들어, 층, 필름, 영역, 또는 플레이트)이 임의의 방식으로 또 다른 부분 상에 배치된다는(예를 들어, 상에 배치, 상에 위치, 상에 배열, 또는 상에 형성 등) 언급은 기준 부분이 다른 부분과 접촉하거나, 또는 기준 부분이 이들 사이에 하나 이상의 중간 부분(들)이 배열된 상태에서 다른 부분 위에 있는 것을 의미한다. 임의의 부분이 또 다른 부분과 접촉한다는 언급은 두 부분들 간에 중간 부분이 없는 것을 의미한다.
많은 공지된 유체 조절기가 감지 챔버 내의 유체와 상호작용하는 다이어프램(diaphragm)을 이용한다. 유체는 다이어프램을 이동시킬 수 있고, 상기 다이어프램은 밸브 스템을 차례로 이동시킨다. 밸브 스템의 이 이동은 밸브 스템에 고정된 밀봉 포핏(sealing poppet)이 이동되도록 하여 이에 따라 유체 조절기의 출구와 입구 사이의 압력차 및/또는 유체 유동이 변경된다. 다이어프램 이동의 다수의 사이클은 응력 집중으로 인해 조기 고장 또는 주기적 장착 불량(또는 피로)를 야기할 수 있다. 다이어프램이 구속되는(예를 들어, 클램핑되는) 방식 및 다이어프램의 기하학적 형상은 다이어프램 내에서 발생되는 응력 집중에 대해 상당히 영향을 미칠 수 있다. 추가로, 다이어프램 또는 다이어프램의 일부는 결국 이의 주연부에서 구속으로부터 벗어날 수 있으며(예를 들어, 비감쇠됨), 이에 따라 유체 조절기의 일차 기능의 손실 또는 성능 저하가 야기된다.
본 발명의 교시에 따라서, 본 명세서에서 기재된 예시 유체 조절기는 감지 챔버 내의 유체와 상호작용하는 다수의 다이어프램 배열을 구현할 수 있다. 더욱 구체적으로, 예시 유체 조절기는 다이어프램이 겪는 응력의 분포를 실질적으로 개선시키기 위하여 적층된 배열이며 파형 프로파일(corrugated profile)을 각각 갖는 다수의 다이어프램을 이용할 수 있다. 특히, 파형 프로파일을 갖는 다이어프램의 적층은 실질적으로 다이어프램 내에서 발생되는 접선 응력을 감소시킨다. 이들 및 다른 응력의 감소는 유체 조절기의 전체적인 신뢰성을 증가시키고 관련 수리 비용을 감소시킨다.
본 명세서에서 기재된 일부 예시에서, 다이어프램은 밸브 스템이 밸브 스템의 이동의 정확성을 증가시키기 위해 고정되게 구속될 수 있는 중심 구멍을 갖는다. 추가로, 본 명세서에서 기재된 일부 예시는 다이어프램의 클램핑에 연계된 표면들 사이에 마찰을 증가시키기 위한 구조물을 포함한다. 이는 다이어프램이 클램핑된 조인트로부터 인출되는 것을 방지함으로써 유체 조절기의 전체적인 신뢰성을 향상시키다. 특히, 보닛(bonnet) 및/또는 밸브 몸체의 클램핑 표면과 같이 다이어프램을 구속하는 구조물은 클램핑 마찰을 증가시키기 위하여 다이어프램의 주변 에지와 접촉하는 클램핑 표면 상에 세레이션(serration) 또는 다른 요철(irregularity)을 포함할 수 있다. 증가된 마찰은 클램핑 표면으로부터 다이어프램이 결합해제되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 유체 조절기의 신뢰성이 상당히 향상된다. 다이어프램의 주변 영역에서 마찰을 추가로 증가시키기 위하여 다이어프램은 이의 주변 에지 근처에 세레이션을 가질 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 밸브 스템이 다이어프램에 고정되게 결합되는 형상의 경우, 다이어프램은 중심 부분에서 마찰을 추가로 증가시키기 위하여 이의 중심 부분 근처에 세레이션을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 다른 예시는 다이어프램의 조기 고장 및 높은 피크 응력을 야기할 수 있는 다이어프램의 과도한 이동을 방지하기 위하여 다이어프램의 주변 에지 근처에 개스킷을 통합시키는 것을 포함한다.
전술된 예시 유체 조절기를 설명하기 전에, 공지된 유체 조절기의 간략한 설명이 도 1을 참조하여 하기에서 제공된다. 도 1을 다시 언급하면, 유체 조절기(100)의 단면도가 제공된다. 유체 조절기(100)는 종래의 방식으로 보닛(104)과 밸브 몸체(102)의 외부 에지를 따라 이격된 복수의 체결구(106, 108)를 이용하여 보닛(104)에 결합된 밸브 몸체(102)를 포함한다. 다이어프램(110)은 대기압 챔버(114)와 유체 감지 챔버(112) 내로 보닛(104) 및 밸브 몸체(102) 내의 공간을 분리하고 보닛(104)과 밸브 몸체(102) 사이에 포획된다. 대안으로, 대기압 챔버(114)는 비-대기압(예를 들어, 압력차 유체 조절기의 경우)을 가질 수 있다. 다이어프램(110)은 나선형으로 감기고, 이에 따라 만곡된 부분(115)을 갖는다. 예를 들어, 만곡된 부분(115)은 단일의 변곡점을 갖는 파-형 단면 형상을 가질 수 있다.
정합 홀(registration hole, 116)은 유체가 출구(118)로부터 유체 감지 챔버(112)로 유동하도록 허용한다. 다이어프램 배킹 플레이트(120)가 배킹 플레이트(120)에 로딩력을 제공하는 스프링(122) 및 다이어프램(110)에 작동가능하게 결합된다. 스프링(122)에 의해 제공된 힘의 크기는 보닛(104)에 나사산 결합되는 조절 나사(124)를 조정함으로써 조절될 수 있다. 특정 예시에서, 스템 플레이트(125)가 밸브 스템(126)에 결합된다.
출구(118)에서 유체의 압력이 감소될 때, 다이어프램(110)은 밸브 몸체(102)를 향하여 이동하여 스프링(127)의 힘을 상쇄시키며, 밀봉 포핏(128)에 고정된 밸브 스템(126)이 이동된다. 밀봉 포핏(128)의 대응 이동은 출구(118)와 입구(130) 사이의 개구가 증가되도록 하며, 이에 따라 출구(118)와 입구(130) 사이의 압력 차이가 감소된다.
도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시 유체 조절기(200)의 분해도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다이어프램(202, 204)은 보닛(208)과 밸브 몸체(206) 사이에서 적층된 형상으로 클램핑된다. 밸브 몸체(206)와 보닛(208)은 나사산 홀(210)과 결합되고 클리어런스 홀(clearance hole, 209)을 통과하는 복수의 체결구에 의해 결합된다. 각각의 다이어프램(202, 204)은 적어도 접선 응력을 감소시키고 또한 나선형으로 감긴 다이어프램 내에서 발견되는 바와 같이 비교적 평평한 프로파일 또는 단일 만곡된 부분(예를 들어, 도 2의 부분(115))과 비교하여 응력을 분배하기 위한 상당히 더 넓은 표면적을 제공함으로써 다이어프램(202, 204) 내에서 겪는 피크 응력을 감소시키는 파형 프로파일을 갖는다. 예시 파형 프로파일 또는 기하학적 형상이 도 5b 및 도 5c에 관해 더 상세히 도시될 것이다.
다이어프램(202, 204)은 실질적으로 평평한 주변 부분(220, 222), 전술된 파형 프로파일을 갖는 중간 부분(216, 218) 및 각각의 평평한 중심 부분(212, 214)을 갖는다. 적층된 구성으로 다이어프램(202, 204)을 배열함으로써 다이어프램(202, 204) 내에서 피크 응력이 추가로 감소되고 이에 따라 유체 조절기(200)의 전체 신뢰성이 향상되고 다이어프램(202, 204)의 사이클 수명이 개선된다. 도 2의 예시가 2개의 다이어프램을 도시할지라도, 임의의 다른 개수의 다이어프램이 사용될 수 있다. 추가로, 다이어프램(202, 204)은 금속, 탄성중합체, 및/또는 임의의 다른 적합한 재료(들)로 구성될 수 있다. 파형 프로파일(예를 들어, 주름의 높이 치수, 등)이 또한 다이어프램(202, 204)들 간에 상이할 수 있다.
도 3은 도 2의 예시 유체 조절기(200)의 단면도이다. 이 예시에서, 다이어프램(202, 204)은 중심 구멍을 포함하지 않는다. 밸브 몸체(206)와 보닛(208)은 클램핑 조립체(301)를 통하여 이의 주변 부분(220, 222)에서 다이어프램(202, 204)을 클램핑 및 구속한다. 다이어프램(202)들 중 제1 다이어프램은 대기 챔버(302)에 인접하고 제2 다이어프램(204)은 감지 챔버(303) 내의 유체에 의해 이동한다. 차례로, 제2 다이어프램(204)은 유체 감지 챔버(303)와 유체 접촉에 의해 야기되는 이의 중심 부분(214)의 이동을 통해 밸브 스템(126)을 차례로 이동시키는 밸브 스템 플레이트(310)(즉, 범프 연결부)를 가압한다. 추가로, 제1 다이어프램(202)은 배킹 플레이트(308)를 이동시키기 위해 상향 이동될 수 있고, 이에 따라 제2 다이어프램(204)이 감지 챔버(303) 내의 유체 압력에 응답하여 상향 이동될 때 스프링(122)의 힘이 상쇄된다.
일부 예시에서, 윤활제가 조립의 용이성을 실질적으로 향상시키기 위하여 다이어프램(202, 204)들 사이에 적용될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 윤활제는 조립의 용이성을 실질적으로 향상시키기 위하여 제2 다이어프램(204)과 밸브 스템 플레이트(310) 사이에 그리고 제1 다이어프램(202)과 배킹 플레이트(308) 사이에 적용될 수 있다. 윤활제는 고착 방지 응용 또는 임의의 다른 적합한 윤활을 위한 그래파이트-계일 수 있다.
유체 조절기(100)와 유사하게, 출구(311)는 정합 홀(312)을 통하여 감지 챔버(303)과 유체 연통한다. 따라서, 감지 챔버(303)는 출구(311)와 동일한 유체 압력을 갖는다. 밸브 스템(126)은 개구(314)의 축을 따라 이동하고 밀봉 포핏(128)에 고정된다. 챔버(316)는 입구(320)로부터 출구(311)로 유체 연통을 허용하는 오리피스(318)에 인접하고 밀봉 포핏(128)을 수용한다. 다이어프램(204)의 이동은 스프링(127)의 힘을 상쇄시키고 밸브 스템(126)이 이동하도록 하며, 이에 따라 밀봉 포핏(128)이 이의 밀봉 위치로부터 이격되도록 가압된다. 밀봉 포핏(128)의 이 이동은 입구(320)와 출구(311) 사이의 챔버(316) 내의 개구의 크기를 변경하여 이를 통한 유체 유동을 변화시킨다.
도 4는 또 다른 예시 유체 조절기(400)의 단면도이다. 밸브 몸체(402)와 보닛(404)은 이의 주변 부분(410, 412)에서 제1 및 제2 다이어프램(406, 408)을 클램핑 및 구속한다. 대기 챔버(416)에 인접한 다이어프램(406, 408)은 감지 챔버(418) 내의 유체에 의해 이동한다. 이 예시에서, 다이어프램(406, 408)은 각각의 중심 구멍(420, 422)을 갖는다. 배킹 플레이트(428) 및 밸브 스템 플레이트(426)에 고정되는 밸브 스템(424)은 배킹 플레이트(428)와 밸브 스템 플레이트(426) 사이에 다이어프램(406, 408)과 개스킷(429)을 구속하여 개스킷(429)을 압축하고 중심 구멍(420, 422)을 밀봉한다. 배킹 플레이트(428) 및/또는 밸브 스템 플레이트(426)와 통합될 수 있는 밸브 스템(424)은 중심 구멍(420, 422)을 통과하고 또한 밸브 플러그(430)에 고정된다. 체결구를 이용하여 구현될 수 있는 이들 구성요소에 대한 밸브 스템(424)의 고정, 용접 또는 다른 방식이 유체 조절기(400)의 정확도를 상당히 증가시킨다. 작동 시에, 밸브 스템(424)은 다이어프램(406, 408)에 의해 이동하여 밸브 플러그(430)가 밀봉 위치(431)로부터 이격되는 방향으로 이동한다.
유체 조절기(200)와 유사하게, 일부 예시에서 윤활제가 조립의 용이성을 실질적으로 향상시키기 위하여 다이어프램(406, 408)들 사이에 적용될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 윤활제는 조립의 용이성을 실질적으로 향상시키기 위하여 제2 다이어프램(408)과 밸브 스템 플레이트(426) 사이에 그리고 제1 다이어프램(406)과 배킹 플레이트(428) 사이에 적용될 수 있다. 윤활제는 고착 방지 응용 또는 임의의 다른 적합한 윤활을 위한 그래파이트-계일 수 있다.
유체 조절기(100)와 유사하게, 입구(433)는 정합 홀(434)을 통하여 감지 챔버(418)과 유체 연통한다. 따라서, 감지 챔버(418)는 입구(433)와 동일한 유체 압력을 갖는다. 밸브 스템(424)은 구멍(436)의 축을 따라 이동하고 밸브 플러그(430)에 고정되게 고정된다. 챔버(438)는 밸브 플러그(430)를 수용하고 입구(433)로부터 출구(440)로 유체 연통을 허용하는 오리피스(437)에 인접한다. 보닛(404)을 향한 다이어프램(406, 408)의 이동은 스프링(439)의 힘을 상쇄시키고 밸브 스템(424)이 이동하도록 하며, 이에 따라 밸브 플러그(430)가 이의 밀봉 위치(431)로부터 이격되도록 가압된다. 밸브 플러그(430)의 이 이동은 입구(433)와 출구(440) 사이의 챔버(438) 내의 개구의 크기를 변경하여 이를 통한 유체 유동을 변화시킨다. 다이어프램(406, 408)의 중심 구속을 나타내는 중심 섹션(442)이 도 7을 참조하여 하기에서 상세히 언급된다.
도 5a는 도 2 및 도 3의 파형 다이어프램(202, 204)의 단면도이다. 다이어프램(406, 408)(및 하기에서 임의의 다른 예시)은 또한 도 5b, 도 5c, 도 5f 및 도 5g에 관한 특징부를 기재할 수 있다. 중심 부분(212, 214)과 주변 부분(220, 222)은 파형의 환형 프로파일 영역(502)을 갖는 중간 부분(216, 218)에 비해 비교적 평평하다. 이 특정 예시에서, 파형 프로파일 영역(502)은 다수의 곡선, 윤곽 및/또는 변곡점을 갖는 것으로 도시된다.
도 5b는 유체 조절기(200)의 작동 중에 구부러지고 만곡되는 파형 프로파일 영역(502)의 확대도이다. 도 5b의 배향에서, 파형 또는 비-평면 프로파일 영역(502)이 복수의 볼록한 부분(504a, 504b, 504c)과 오목한 부분(506a, 506b)을 갖는 나선을 갖는다. 오목한 부분(506a, 506b)은 비교적 평평한 부분(508, 510) 위 그리고 아래의 높이 범위일 수 있다. 이 예시가 3개의 볼록한 부분(504a, 504b, 504c)을 도시할지라도, 임의의 다른 개수의 볼록한 부분 또는 나선이 사용될 수 있다. 각각의 볼록한 부분(504a, 504b, 504c)과 오목한 부분(506a, 506b)은 파형 프로파일(502)을 따라 상이한 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 볼록한 부분(504a)의 반경은 볼록한 부분(504b)과 상이할 수 있다. 유사하게, 볼록한 부분(504a, 504b, 504c)의 곡률 반경은 오목한 부분(506a, 506b) 및/또는 서로 상이할 수 있다.
도 5c는 비교적 날카로운 에지 또는 변곡점을 갖는 대안의 비-평면 또는 파형 프로파일(511)을 도시한다. 파형 프로파일 영역(502)과 대조적으로, 파형 프로파일(511)은 비교적 날카로운 에지(514)에 의해 형성되는 다수의 실질적으로 선형 부분(512)을 갖는다. 이 프로파일은 성형된 시트 금속 또는 임의의 적합한 재료 또는 공정으로부터 제조될 수 있다.
도 5d는 중심 부분(516)에 구멍(420, 422)을 포함하는 도 4의 다이어프램(406, 408)의 단면도를 도시한다. 전술된 바와 같이, 중심 구멍(420, 422)은 밸브 스템 플레이트(426)와 배킹 플레이트(428)에 다이어프램(406, 408)을 결합하기 위해 사용될 수 있다. 다이어프램(406, 408)은 전술된 주변 부분(410, 412)에 추가로 중간 부분(518)을 갖는다.
도 5e는 밸브 스템(424)을 통하여 밸브 스템 플레이트(426)와 배킹 플레이트(428)에 임의의 복수의 다이어프램(522)을 작동가능하게 결합하기 위해 사용될 수 있는 복수의 구멍(524, 526)을 갖는 예시 다이어프램(522)의 단면도이다. 다이어프램(522)은 중심 부분(527), 중간 부분(528), 및 주변 부분(530)을 갖는다.
도 5f는 도 5e의 다이어프램(522)의 주변 부분(530)의 확대도를 도시한다. 이 예시에서, 주변 부분(530)은 마찰을 증가시키기 위해 세레이션(532)을 갖는다.
도 5g는 도 5e의 중심 부분(527)의 확대도를 도시한다. 이 예시에서, 중심 부분(527)은 마찰을 증가시키기 위해 세레이션(534)을 갖는다. 세레이션(532, 534) 및 마찰에 대한 이의 관계의 더욱 상세한 설명이 도 6a, 도 6b, 및 도 7에 관해 하기에서 제공된다. 유체 조절기(200, 400)에서 사용된 다이어프램(202, 204, 406, 408, 522)은 구멍, 세레이션, 등의 임의의 조합을 가질 수 있다.
도 6a는 도 3의 유체 조절기(200)의 클램핑 조립체(301)의 확대된 단면도이다. 전술된 바와 같이, 보닛(208)과 밸브 몸체(206)는 다이어프램(202, 204)을 클램핑하기 위하여 서로 결합된다. 밸브 몸체(206)의 리세스(600)는 다이어프램(202, 204)의 주변 영역(220, 222)을 보유한다. 보닛(208)과 밸브 몸체(206)는 다이어프램(202, 204)의 주변 영역(220, 222)이 밸브 몸체(206) 또는 보닛(208)을 편향시키고 이와 접촉함에 따라 다이어프램(202, 204)이 국부적 응력 집중을 겪는 것을 방지하기 위하여 윤곽형성된 (예를 들어, 둥근) 환형 에지(602, 604)를 가질 수 있다.
대안으로 또는 추가로, 표면(610, 612)은 다이어프램(202, 204)의 주변 영역(220, 222)이 클램핑 조립체(301)로부터 인출되는 방지하기 위하여 밸브 몸체(206)와 보닛(208)과 다이어프램(202, 204) 사이에서 마찰을 증가시키기 위한 세레이션을 가질 수 있다. 다이어프램(202, 204)은 또한 클램핑 조인트에서 마찰을 추가로 증가시키기 위하여 이의 주변 영역(220, 222)(도 5f에 도시된 바와 같이)에 세레이션을 가질 수 있다.
개스킷(614)은 다이어프램(202, 204)이 이의 주변 영역(220, 222)에서 과도한 편향을 겪는 것을 방지하기 위하여 사용될 수 있고, 이에 따라 다이어프램(202, 204)의 지지부가 제공되고 전체 응력이 감소된다. 또한, 개스킷(614)은 응력을 분배하고 다이어프램(202, 204)의 전체 피크 응력을 추가로 감소시키기 위하여 다이어프램(202, 204)에 대해 추가 표면적을 제공한다. 개스킷(614)이 밸브 몸체(206)에 인접하게 배치된 것으로 도시될지라도, 개스킷(614)은 대안으로 또는 추가로(즉, 다수의 개스킷) 보닛(208)에 인접하게 배치될 수 있다. 개스킷(614)은 다이어프램(202, 204)과 접촉하는 표면 상에 세레이션(616)을 가질 수 있고, 복합물, 탄성중합체, 플라스틱, 금속 또는 임의의 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다. 단지 개스킷(202, 204)이 도시될지라도, 도 6a에 기재된 특징부는 개스킷(406, 408, 522)에 적용될 수 있다.
도 6b는 양 측면 상에 세레이션(620)을 갖는 개스킷(618)을 도시한다. 세레이션이 개스킷(614)의 단일의 측면 상에 있는 것으로 도 6a에 도시될지라도, 이러한 세레이션은 예를 들어, 표면(612)이 세레이션을 갖지 않는 경우 개스킷(618)의 양 측면 상에서 사용될 수 있다. 게다가, 표면(610)이 세레이션을 갖지 않는 경우, 개스킷(618)은 표면(610)에 인접하게 배치될 수 있다.
도 7은 도 4의 유체 조절기(400)의 중심 섹션(442)의 확대된 단면도이다. 다이어프램(406, 408)은 밸브 몸체(402)와 보닛(404) 사이에 클램핑된다. 배킹 플레이트(428)는 다이어프램(406, 408)의 파형 프로파일과 일체되는 윤곽(700)을 포함할 수 있다. 다이어프램(406, 408)과 개스킷(429)은 밸브 스템 플레이트(426)와 배킹 플레이트(428) 사이에 구속된다. 이 특정 예시에서, 밸브 스템 플레이트(426)는 밸브 스템(424)과 통합된다. 개스킷(429)은 구멍(420, 422)을 통하여 밀봉을 유지하기 위하여 압축된다. 이 압축은 억지 끼워맞춤을 통하여 다이어프램(406, 408)과 개스킷(429)을 압축하는 배킹 플레이트(428)와 밸브 스템 플레이트(426) 사이의 거리의 결과이다(즉, 다이어프램(406, 408)과 개스킷(429)의 조합된 두께는 밸브 스템 플레이트(426)와 배킹 플레이트(428) 사이의 거리보다 큼). 다이어프램(406, 408)이 도 7에 도시될지라도, 이러한 클램핑 구성이 또한 복수의 다이어프램(522)을 적층하는데 적용될 수 있다.
다이어프램(406, 408, 522)이 또한 다이어프램(406, 408, 522)과 배킹 플레이트(428) 및/또는 밸브 스템 플레이트(426) 사이의 마찰을 증가시키기 위하여 이의 중심 부분(516, 527)(도 5g에 도시된 바와 같이)에 세레이션을 가질 수 있다. 이들 위치에서 마찰이 증가함에 따라 다이어프램(406, 408, 522)은 다이어프램(406, 408, 522)의 중심 근처에서 중심 구속으로부터 인출되는 것이 방지되어 유체 조절기의 신뢰성(예를 들어, 사이클 수명)이 향상된다.
도 8 및 도 9는 도 2, 도 3 및 도 6a의 밸브 몸체(206)와 보닛(208)의 확대된 단면도이다. 보닛(208)과 밸브 몸체(206)는 전술된 바와 같이 복수의 체결구를 이용하여 표면(802, 902)에서 결합될 수 있다. 개스킷(202, 204)의 주변 영역(220, 222)은 표면(610, 612) 사이에서 적층 및 클램핑된다. 이 예시에서, 보닛(208)과 밸브 몸체(206)는 다이어프램(202, 204)을 마찰방식으로 결합시키기 위하여 표면(610, 612)에 세레이션을 갖는다. 표면(610, 612)은 다이어프램(202, 204)이 클램핑될 때 실질적으로 타이트한 밀봉부를 제공한다. 윤곽형성된 환형 에지(602, 604)는 다이어프램(202, 204)이 비교적 날카로운 에지와 접촉하는 경우에 겪을 수 있는 고도의 국부적 응력 집중을 겪지 않고 환형 에지(602, 604) 주위에서 롤링하거나 또는 구부러지도록 허용한다. 이들 예시 구성 및 변형은 도한 다이어프램(406, 408, 522), 밸브 몸체(402), 보닛(404), 등에 적용될 수 있다.
특정 예시 장치가 본 명세서에서 기재될지라도, 본 발명의 보호 범위는 이에 제한되지 않는다. 역으로, 본 특허는 명시적으로 균등론 하에서 또는 문헌적으로 보정된 청구항의 범위 내에 있는 모든 제조 방법, 장치 및 용품을 포함한다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    입구와 출구를 통하여 유체 유동을 허용하기 위하여 입구와 출구를 갖는 밸브 몸체;
    밸브 몸체에 결합되고 보닛 내에 배열된 배킹 플레이트; 및
    적층된 형상이며 파형 프로파일을 각각 갖는 제1 및 제2 다이어프램을 포함하고, 상기 다이어프램은 배킹 플레이트에 작동가능하게 결합되며 각각의 다이어프램은 다이어프램의 주변 에지 근처에서 보닛과 밸브 몸체 사이에 클램핑되는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 다이어프램은 배킹 플레이트에 다이어프램을 고정되게 결합하기 위하여 중심 구멍을 갖는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 다이어프램은 배킹 플레이트에 고정된 스템에 다이어프램을 고정되게 결합하기 위하여 중심 구멍을 갖는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 다이어프램은 다이어프램, 밸브 몸체 및 보닛 간의 마찰을 증가시키기 위하여 다이어프램의 주변 에지에 인접한 세레이션을 갖는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 몸체 또는 보닛은 제1 또는 제2 다이어프램과 밸브 몸체 또는 보닛 간의 마찰을 증가시키기 위하여 세레이션을 갖는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 몸체 또는 보닛은 다이어프램의 주변 에지에 인접한 개스킷을 보유하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 개스킷은 세레이션을 갖는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 몸체 또는 보닛은 다이어프램의 주변 에지에 인접한 윤곽형성된 환형 에지를 포함하는 장치.
  9. 장치로서,
    입구와 출구를 통하여 유체 유동을 허용하기 위하여 입구와 출구를 갖는 밸브 몸체;
    밸브 몸체 내에 배열된 유체 챔버;
    유체 챔버에 인접한 적층된 형상의 복수의 다이어프램 - 각각의 다이어프램은 파형 프로파일을 가지며 제1 다이어프램은 배킹 플레이트에 작동가능하게 결합되고 제2 다이어프램은 밸브 스템에 작동가능하게 결합됨 - ; 및
    배킹 플레이트를 수용하는 보닛 - 다이어프램은 밸브 몸체와 보닛 사이에 클램핑됨 - 을 포함하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 다이어프램은 다이어프램을 배킹 플레이트에 고정되게 결합하기 위하여 다이어프램의 중심에 인접한 하나 이상의 구멍을 갖는 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 다이어프램은 다이어프램의 중심 또는 주변 에지에 인접한 세레이션을 갖는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 몸체 또는 보닛은 세레이션을 갖는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 몸체 또는 보닛은 다이어프램의 주변 에지를 보유하기 위하여 환형 리세스를 포함하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 몸체 또는 보닛은 다이어프램의 주변 에지에 인접한 윤곽형성된 환형 에지를 포함하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 다이어프램의 주변 에지에 인접한 개스킷을 추가로 포함하는 장치.
  16. 장치로서,
    적층된 형상이며 파형 프로파일을 각각 갖는 복수의 다이어프램 - 다이어프램은 유체 챔버에 인접하고 이의 주변 에지에서 구속됨 - ; 및
    다이어프램의 중심 구멍을 통하여 다이어프램에 작동가능하게 결합된 밸브 스템을 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 밸브 스템은 중심 구멍을 통하여 다이어프램에 고정되게 고정되는 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 다이어프램은 다이어프램의 중심 또는 주변 에지에 인접한 세레이션을 갖는 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 다이어프램의 주변 에지에 인접한 개스킷을 추가로 포함하는 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 다이어프램은 파형 표면에 의해 구속되는 장치.
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