KR20180114934A - 전환 밸브 - Google Patents

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료헤이 후지모토
노리후미 순토우
미치오 야마지
야스히로 요시카네
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Abstract

유체의 유로를 전환하기 위한 애널라이저 모듈용의 전환 밸브로서, 제조비용이 삭감되고, 수명이 긴 전환 밸브를 제공한다. 밸브체는, 밸브 봉쇄시에 밸브 본체에 설치된 하측 밸브 시트와 밀착된 하측 밸브 접촉부, 및 밸브 해방시에 카운터 플레이트에 설치된 상측 밸브 시트와 밀착된 상측 밸브 접촉부가 형성되어 있다. 카운터 플레이트는, 아래로 향해 개구된 제1 오목부, 및 제1 오목부를 향해 개구되고 제1 오목부의 수평 단면적보다 수평 단면적이 작은 제2 오목부를 가지며, 제2 오목부에 상측 밸브 시트가 압입되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전환 밸브
본 발명은, 가스 등의 유체 성분 분석 애널라이저 시스템 등에 탑재되는 유체 제어 기기에 이용되는 전환 밸브에 관한 것이다.
특허문헌 1의 FiG.4(본 명세서의 도 6) 및 Fig.8(본 명세서의 도 7)에 나타낸 바와 같은 스팀 셀렉터가 알려져 있고, 이 스팀 셀렉터는, 크게는, 모듈 바디(33), 밸브봉(86), 밸브 바디(58) 및 피스톤(59)으로 구성되어 있다.
이러한 전환 밸브에 있어서, 피스톤(59)에 의해 밸브봉(86)을 상하로 움직이면, 밸브봉(86)이 아래로 밀어 내려지고, 밸브봉의 하부에 형성된 밸브체에 배치된 시일 플러그(99)가 좌측 밸브의 전측 밸브 시트(104)에 밀착되어 유체 제어 챔버(50)에 유체가 침입할 수 없는 클로즈 상태가 되고, 밸브봉(86)이 위로 밀어 올려지면 후측 시일 플러그(98)가 후측 밸브 시트에 밀착되어 유체 제어 챔버(50) 내의 유체가 우측에 이웃하는 제어 챔버(50)로 보내어져 유로(26)를 통과하여 전환 밸브 밖으로 방출되는 오픈 상태가 된다.
이러한 스팀 셀렉터를 몇 개나 나열하여, 많은 종류의 가스를 신속하게 전환하여 분석 장치로 보냄으로써 효율적인 분석을 할 수 있게 되었다.
특허문헌 1 : 미국 특허 제6,619,321호
전환 밸브로서, 특허문헌 1에는 도 7에 나타낸 바와 같이, 밸브봉(86)의 밸브체에 전측 시일 플러그(99)와 후측 시일 플러그(98)가 코킹에 의해 부착되어 있다.
이 구조의 밸브봉에서는, 밸브봉 제작시에 중심 맞춤을 하면서 2개소에서 코킹하는 것이 필요해진다. 이 때, 긴 밸브봉을 필요로 하는 형상으로 가공한 후에 코킹할 필요가 있고, 또한, 각각의 코킹에 있어서, 중심 맞춤을 하면서 코킹할 필요가 있기 때문에, 가공이 어렵고, 또한 밸브봉이 갖는 긴 밸브축의 선단부에 있는 밸브체에 대하여 이 작업을 하는 것은 더욱 중심 맞춤 작업을 어렵게 한다.
2개의 시일 플러그가 충분히 중심 맞춤이 되지 않으면, 시일 플러그와 밸브 시트의 밀접시에 어느 한쪽의 시일 플러그에 유체의 누설 원인이 되는 편마모가 발생하여, 그 결과, 시일 플러그의 수명이 줄어들고, 밸브봉의 교체도 빈번하게 필요해진다.
또한, 밸브봉이 피스톤에 의해 상하 이동할 때에, 밸브체를 가이드하는 기능을 갖는 구조가 없기 때문에, 밸브봉의 상하 이동에 의해서도 밸브봉의 밸브축의 흔들림이 발생하여, 밸브봉의 선단에 설치된 시일 플러그의 편마모를 조장한다.
본 발명의 목적은, 시일 플러그에 해당하는 밸브 접촉부 및 밸브 시트의 구성을 바꿔, 전환 밸브의 제작을 용이하게 하여 비용을 삭감하고, 전환 밸브의 수명을 길게 하는 것에 있다.
본 발명(1)은, 유체를 제어하는 제어 공간을 갖는 밸브 본체와, 제어 공간 내를 이동하여 유체를 제어하는 밸브체와, 제어 공간의 상측 외부로 유체가 유출되는 것을 방지하기 위한 카운터 플레이트를 포함하는 전환 밸브로서, 밸브체는, 밸브 봉쇄시에 상기 밸브 본체에 설치된 하측 밸브 시트와 접촉하는 하측 밸브 접촉부, 및 밸브 해방시에 상기 카운터 플레이트에 설치된 상측 밸브 시트와 접촉하는 상측 밸브 접촉부가 형성되어 있고, 카운터 플레이트는, 아래로 향해 개구된 제1 오목부, 및 상기 제1 오목부를 향해 개구되고 제1 오목부의 수평 단면적보다 수평 단면적이 작은 제2 오목부를 가지며, 제2 오목부에 상기 상측 밸브 시트가 압입되어 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브이다.
종래의 특허문헌 1에 있는 전환 밸브에서는, 하측 밸브 접촉부 및 상측 밸브 접촉부가 밸브체에 코킹에 의해 부착되어 있기 때문에, 양 밸브 접촉부의 중심이 일치해야 한다고 하는 문제가 있다.
이 중심을 일치시키는 데 요하는 시간을 절약하기 위해, 본 발명 (1)에서는, 카운터 플레이트에 상측 밸브 시트를 압입하고, 코킹 부재의 위치를 밸브체측으로부터 카운터 플레이트측으로 변경함으로써, 밸브축의 축심과 상측 밸브 시트의 축심을 일치시키고 있다.
상측 밸브 시트는, 비교적 가공이 용이한 카운터 플레이트측에 형성된 오목부에 상측 밸브 시트의 부재를 압입함으로써 구성되어 있기 때문에, 높은 기계 가공 정밀도로 제조가 가능하여, 중심 어긋남을 작게 할 수 있다.
이 구성에 의해, 밸브체에서의 중심 어긋남의 조정은, 하측 밸브 접촉부에 관해서만 조정하면 되어, 밸브봉의 제조에 관한 비용 삭감으로 이어지고, 밸브 접촉부의 편마모도 없어지기 때문에 전환 밸브의 수명을 길게 할 수 있다.
본 발명 (2)는, 하측 밸브 접촉부 및 상측 밸브 접촉부의 중간부에 가이드부가 설치되고, 제1 오목부의 측면이 가이드부에 외접하는 것을 특징으로 하는 본 발명 (1)에 기재된 전환 밸브이다.
본 발명(2)의 하측 밸브 접촉부 및 상측 밸브 접촉부의 중간부에 설치된 가이드부는, 카운터 플레이트의 제1 오목부의 내벽에 접해 있다.
밸브 본체에 고정된 카운터 플레이트의 제1 오목부의 내벽에 밸브체의 가이드부가 안내되어 밸브체가 이동하기 때문에, 밸브봉의 축의 중심 흔들림도 작아지고, 상측 밸브 접촉부의 편마모도 없어지기 때문에 전환 밸브의 수명을 더욱 길게 할 수 있다.
본 발명 (3)은, 제1 오목부의 측면과 가이드부의 측면 사이에 간극이 있는 것을 특징으로 하는 본 발명 (2)에 기재된 전환 밸브이다.
제1 오목부의 수평 단면이 원이고, 가이드부의 수평 단면이 다각형이고, 제1 오목부의 수평 단면의 원이 가이드부의 수평 단면의 다각형에 외접하고 있다. 이 원과 다각형의 변 사이의 간극으로부터 유체가 제어 공간 상부의 벤트 공간에, 밸브체가 이동중에 유입되게 되고, 상측 밸브 시트와 상측 밸브 접촉부가 접촉하지 않은 개방 상태의 경우는, 제어 공간과 벤트 공간이 연통 상태가 된다.
이 전환 밸브에 의하면, 밸브 시트와 밸브체의 중심 어긋남을 작게 하여 제작할 수 있기 때문에, 제작이 용이해지고 비용이 삭감된다. 또한 밸브 접촉부의 편마모를 방지할 수 있기 때문에 전환 밸브의 수명도 길게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전환 밸브가 탑재된 전환 밸브 모듈의 일실시형태를 나타내는 종단면도이며, 밸브 폐쇄(클로즈)시의 상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 전환 밸브가 탑재된 전환 밸브 모듈의 일실시형태를 나타내는 종단면도이며, 밸브 개방(오픈)시의 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 전환 밸브의 밸브 본체의 일실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 전환 밸브의 카운터 플레이트와 상측 밸브 시트의 일실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 전환 밸브의 카운터 플레이트와 가이드부의 수평 단면도이다.
도 6은 종래의 전환 밸브의 종단면도이다.
도 7은 종래의 전환 밸브에서 사용하는 밸브봉의 종단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 자세히 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등 및 각종 제조 조건은, 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에 한정한다는 취지가 아니라 단순한 설명예에 불과하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 전환 밸브가 탑재된 전환 밸브 모듈(10)은, 밸브 본체(11) 및 베이스(50)로 이루어진다.
밸브 본체(11)에는, 밸브봉(20), 카운터 플레이트(30), 액츄에이터 바디(44), 피스톤(40), 원통체부(41), 스프링(43), 덮개(61) 및 볼트(62)를 구비하고 있다. 기타, 시일이 필요한 각 부재 사이는 O링으로 실링되어 있고, 도면상에서 O링을 부호없는 검은색 타원으로 나타내고 있다.
베이스(50)에는, 분석 가스 유입구(51), 구동 가스 유입구(58), 벤트 라인(53) 및 분석 가스 유출구(57)가 개구되고, 베이스(50) 내부에는, 분석 가스 유입 유로(52), 벤트 라인 연통 유로(54), 구동 가스 유입 유로(59), 분석 가스 이행 유로(55) 및 분석 가스 유출 유로(56)가 설치되어 있다. 가스가 흐르는 방향을 화살표로 나타내고 있다. 또, 도 1의 좌측을 좌측, 우측을 우측으로 하기로 한다.
밸브 본체(11)의 좌우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 아래로부터 순서대로 제어 공간(31), 벤트 공간(60) 및 구동 공간(42)이 각각 형성되어 있다. 제어 공간(31)에 카운터 플레이트(30)가 끼워져 밸브 본체(11)에 고정되어 있다.
벤트 공간(60)에 액츄에이터 바디(44)가 끼워져 밸브 본체(1)에 고정되어 있다. 구동 공간(42)에는 액츄에이터(44)의 통형상체부(41)가 끼워져 밸브 본체(11)에 고정되어 있고, 통형상체부(41)의 내부에 피스톤(40)이 이동 가능하게 끼워져 있다.
밸브 본체(11)의 상단부면에는, 구동 공간(42)을 막도록 덮개(61)가 덮여 있고, 덮개(61)는 볼트(62)로 밸브 본체(11)에 고정되어 있다.
카운터 플레이트(30), 액츄에이터 바디(44), 피스톤(40) 및 덮개(61)에는 밸브봉(20)의 밸브축(21)이 관통하는 동심의 관통 구멍(24)이 개구되어 있다.
밸브봉(20)은, 밸브축(21)과 밸브체(22)로 형성되고, 밸브체(22)에는, 위로부터 순서대로 상측 밸브 접촉부(25), 가이드부(23) 및 하측 밸브 접촉부(24)가 형성되어 있다. 하측 밸브 접촉부(24)는 별도의 부재(디스크 패킹)가 되어, 코킹에 의해 고정되어 있다.
밸브봉(20)의 축방향의 길이는, 전환 밸브가 폐쇄 상태일 때에는, 밸브축(21)의 상단부면이 덮개(61)보다 위로 돌출되지 않고, 전환 밸브가 개방 상태일 때에, 밸브축(21)의 상단부면이 덮개(61)보다 위에 돌출되도록 조정되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 전환 밸브가 폐쇄 상태인지 개방 상태인지 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
카운터 플레이트(30)에는, 도 4에 확대하여 나타낸 바와 같이 아래로 향해 개구된 제1 오목부(32) 및 제1 오목부(32)를 향해 개구된 제1 오목부(32)의 수평 단면적보다 수평 단면적이 작은 제2 오목부(33)가 형성되어 있다.
카운터 플레이트(30)의 제2 오목부(33)에 상측 밸브 시트(35)가 압입되어 있다.
압입된 상측 밸브 시트(35)는 고리형으로 되어 있고, 그 중앙 부분에는 밸브봉을 삽입 관통할 수 있는 관통 구멍이 형성되어 있다.
이 전환 밸브가 탑재된 전환 밸브 모듈(10)은, 평상시에는 폐쇄 상태이며, 스프링(43)에 바이어스된 피스톤이, 밸브봉(20)을 아래로 향해 이동시키고, 하측 밸브 접촉부(24)가 밸브 본체(11) 하부에 형성된 하측 밸브 시트(12)에 밀착되어, 분석 가스 유입 유로로부터 오는 분석 가스의 제어 공간(31)에 대한 유입을 차단하여 폐쇄 상태로 하고 있다.
분석 가스 유입구(51)로부터의 분석 가스를 이 전환 밸브 모듈(10)을 통해서 분석 장치에 보내는 단계로서, 처음에 벤트 라인(53)은(도시하지 않음) 진공 펌프 등에 접속되고, 이에 의해 내부의 가스는 배기되어 있는 경우와, 벤트 라인의 일부가 대기에 해방되어 있는 경우가 있다. 벤트 라인(53)은, 벤트 라인 연통로(54)를 통해 벤트 공간(60)에 연통해 있고, 에어 퍼지한 경우는, 벤트 공간(60)의 내부에 있는 가스는 배기된다. 대기에 해방되어 있는 경우는, 벤트 공간(60)까지 대기와 동일한 상태로 되어 있다.
좌측의 전환 밸브에서는, 분석 가스 유출구(57)가 벤트 라인의 역할도 하고 있다.
다음으로, 구동 가스가, 구동 가스 유입구(58)로부터 구동 가스 유입 유로(59)를 통하여 구동 공간(63)으로 보내어지고, 구동 공간(63)의 내압을 상승시켜 피스톤(40)을 상측으로 밀어 올린다.
피스톤(40)의 상승과 함께 피스톤(40)에 고정된 밸브봉(20)이 상승하고, 하측 밸브 접촉부(24)가 하측 밸브 시트(12)로부터 이격되어 분석 가스가 제어 공간(31)을 채우고, 상측 밸브 접촉부(25)가 상측 밸브 시트(35)에 밀접하여 분석 가스의 벤트 공간(60)에 대한 유출이 정지된다. 도 2는, 상측 밸브 접촉부(25)가 상측 밸브 시트(35)에 밀접한 상태를 나타낸 것이다.
분석 가스는 계속 더 보낼 수 있기 때문에, 분석 가스는, 제어 공간(31) 및 분석 가스 이행 유로(55)를 통과하여 이웃하는 제어 공간(31)에 들어가, 분석 가스 유출 유로(56)를 통과하고, 분석 가스 유출구(57)로부터 유출되어 분석 기기로 보내어진다.
도 4는, 카운터 플레이트(30)와 상측 밸브 시트(35)를 분리시켰을 때의 도면이다. 카운터 플레이트(30)에는, 아래로 향해 개구된 제1 오목부(32)와 제2 오목부(33)가 설치되고, 상측 밸브 시트(35)가 제2 오목부(33)에 압입 감합된다.
제2 오목부(33) 및 상측 밸브 시트(35)는 기계 가공 등으로 정밀하게 형성되기 때문에, 상측 밸브 시트(35)의 중심 어긋남은 매우 작아진다.
도 5a는, 카운터 플레이트(30)와 가이드부(23)의 수평 단면을 나타낸다. 가이드부(23)의 단면은, 이 도면에서는 정육각형이지만, 정다각형이 아니어도 좋다. 정육각형의 꼭지점이 제1 오목부(32)의 측면을 가이드하고 있기 때문에, 밸브봉(20)이 수직으로 이동하더라도 밸브체(20)의 축의 수평 방향의 어긋남이 억제되기 때문에, 중심 어긋남이 더욱 작아진다.
다른 실시예인 도 5b에 나타낸 바와 같이, 가이드부(23)의 수평 단면이 다각형이 아니라 원형이며, 그 원의 어딘가에 오목부(홈)나 구멍이 있어도 좋다. 이 간극은, 제어 공간(31), 제1 오목부(32) 및 카운터 플레이트(30) 위의 상부 공간인 벤트 공간(60)을 연통하기 위한 유로이면 되며, 카운터 플레이트(30)측에 오목부를 형성해도 좋다.
가이드부(23) 또는 카운터 플레이트(30)에 형성된 연통시키기 위한 홈 등은, 밸브체의 일부분에만 압력이 가해지지 않도록 하기 위해, 밸브체(22) 전체에 균등하게 압력이 가해지도록 하는 것이 바람직하다.
도 5a나 도 5b에 나타내는 형상은 실시예에 불과하며, 수평 단면의 형상은 이들에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 가이드부(23)는, 밸브체(22)의 중심 어긋남을 방지하는 부분인 동시에, 벤트 라인(53)을 에어 퍼지한 경우, 제어 공간(31), 제1 오목부(32) 및 카운터 플레이트(30) 위의 상부 공간인 벤트 공간(60)뿐만 아니라, 분석 가스 이행 유로(55)까지의 가스를, 분석 가스를 흘리기 전에 배기할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전환 밸브를 구비하는 전환 밸브 모듈(10)을 복수개 연결하여 사용함으로써, 많은 종류의 가스의 전환을 용이하게 행할 수 있다.
10 : 전환 밸브 모듈
11 : 밸브 본체
12 : 하측 밸브 시트
20 : 밸브봉
21 : 밸브축
22 : 밸브체
23 : 가이드부
24 : 하측 밸브 접촉부
25 : 상측 밸브 접촉부
30 : 카운터 플레이트
31 : 제어 공간
32 : 제1 오목부
33 : 제2 오목부
34 : 관통 구멍
35 : 상측 밸브 시트
40 : 피스톤
41 : 통형상체부
42 : 구동 공간
43 : 스프링
44 : 액츄에이터 바디
50 : 베이스
51 : 분석 가스 유입구
52 : 분석 가스 유입 유로
53 : 벤트 라인
54 : 벤트 라인 연통로
55 : 분석 가스 이행 유로
56 : 분석 가스 유출 유로
57 : 분석 가스 유출구
58 : 구동 가스 유입구
59 : 구동 가스 유입 유로
60 : 벤트 공간
61 : 덮개
62 : 볼트
63 : 구동 공간

Claims (3)

  1. 유체를 제어하는 제어 공간을 갖는 밸브 본체와,
    상기 제어 공간 내를 이동하여 유체를 제어하는 밸브체와,
    상기 제어 공간의 상측 외부로 유체가 유출되는 것을 방지하기 위한 카운터 플레이트
    를 포함하는 전환 밸브로서,
    상기 밸브체는, 밸브 봉쇄시에 상기 밸브 본체에 설치된 하측 밸브 시트와 접촉하는 하측 밸브 접촉부, 및 밸브 해방시에 상기 카운터 플레이트에 설치된 상측 밸브 시트와 접촉하는 상측 밸브 접촉부가 형성되어 있고,
    상기 카운터 플레이트는, 아래로 향해 개구된 제1 오목부, 및 상기 제1 오목부를 향해 개구되고 상기 제1 오목부의 수평 단면적보다 수평 단면적이 작은 제2 오목부를 가지며,
    상기 제2 오목부에 상기 상측 밸브 시트가 압입되어 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하측 밸브 접촉부 및 상기 상측 밸브 접촉부의 중간부에 가이드부가 설치되고, 상기 제1 오목부의 측면이 상기 가이드부에 외접하는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 오목부의 측면과 상기 가이드부의 측면의 사이에 간극이 있는 것을 특징으로 하는 전환 밸브.
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