KR20190025380A - 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브 - Google Patents

비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밸브에 관련되는 것이며, 특히 쓰리웨이 밸브로서 유체의 방향을 절환시킬 수 있되, 급격한 유량변화를 억제함으로써 유량특성이 개선될 수 있도록 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브에 관한 것이고, 하나의 입구와 두 개의 출구를 갖는 밸브바디; 상기 입구에 동축상으로 장착되어 유체는 축 방향으로 유동하되, 측면으로 하나 이상의 제1배출홀이 형성되는 하부시트; 상기 하부시트와 이격되며 상기 입구와 동축상으로 상기 밸브바디 상측에 장착되어 상기 유체는 축 방향으로 유동하게 되고, 측면으로 하나 이상의 제2배출홀이 형성되되, 상기 제2배출홀은 상하 위치에 따라 개구면적이 달라지는 가변구간을 포함하는 상부시트; 상기 밸브바디 상단에 결합되는 본넷; 상기 본넷을 관통하여 상기 상부시트 내부에 이르게 되는 스템; 상기 스템과 연결되어 승하강 동작되면서 상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀 중 어느 하나가 개방되게 하는 디스크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브{3-Way valve with non-linear flow characteristic}
본 발명은 밸브에 관련되는 것이며, 특히 쓰리웨이 밸브로서 유체의 방향을 절환시킬 수 있되, 급격한 유량변화를 억제함으로써 유량특성이 개선될 수 있도록 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브에 관한 기술이다.
유체의 공급 및 배관의 연결을 위해서는 필수적으로 밸브류가 사용되어야 하며, 다양한 종류의 밸브들이 공급되고 있다. 밸브는 구조나 형상 목적 등에 따라 다양한 것들이 사용되고 있으며, 대표적인 밸브로는 볼 밸브, 게이트 밸브, 체크밸브, 버터플라이 밸브 등이 있다.
한편, 밸브 중 하나의 유입구로 유입되는 유체를 선택적으로 두 개 이상의 출구 중 어느 하나의 출구로 배출될 수 있도록 하는 다방향 밸브가 있다.
흔히, 쓰리웨이 밸브(3-way valve)가 널리 사용되고 있으며, 두 개의 출구가 마련되어 스템의 조작에 따라 어느 하나의 출구로 유체가 유동될 수 있도록 한다.
밸브는 기본적으로 밀폐성이 좋아야 하기 때문에 정밀한 제작이 요구된다.
한편, 밸브가 닫혀있다가 개방되는 경우 급격하게 유량이 증가되면 수격현상이 발생되어 문제를 유발하는 경우가 많기 때문에 밸브 개폐의 응답특성을 해치지 않으면서도 지나치게 급격한 유량변동이 생기지 않도록 설계가 이루어질 필요성이 있다.
즉, 밸브의 개폐시 유량특성 곡선은 비선형적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
도 1은 일반적인 쓰리웨이 밸브에서 측정되는 두 출구의 유량특성곡선을 나타낸 것으로서, 선형적인 유량곡선을 이루고 있다.
도 1의 경우 어느 하나의 출구는 쿨러(cooler)로 유체가 공급되는 경우이고 다른 하나의 출구는 바이패스(bypass) 되는 경우이며, 스템의 조작에 따라 유체는 쿨러 측으로 흐르거나 바이패스될 수 있다.
특히, 바이패스되는 경우에는 선형적인 유량특성이 만들어져도 큰 문제가 없겠지만, 쿨러로 유체가 공급되는 경우에는 급격한 유량 변동으로 인해 쿨러 자체에 악영향을 줄 수 있기 때문에 비선형적인 유량특성 곡선을 이루도록 하는 것이 보다 바람직하다.
대한민국 등록특허 제10-1080773호
따라서 본 발명에서는 쓰리웨이 밸브를 제공하되, 유체가 쿨러와 같은 소요처로 배출되는 출구에서의 유량특성곡선이 비선형적인 특성을 이룰 수 있도록 구성되는 쓰리웨이 밸브를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 리크(leak) 발생 가능성을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 쓰리웨이 밸브를 제공하고자 한다.
제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브는, 하나의 입구와 두 개의 출구를 갖는 밸브바디; 상기 입구에 동축상으로 장착되어 유체는 축 방향으로 유동하되, 측면으로 하나 이상의 제1배출홀이 형성되는 하부시트; 상기 하부시트와 이격되며 상기 입구와 동축상으로 상기 밸브바디 상측에 장착되어 상기 유체는 축 방향으로 유동하게 되고, 측면으로 하나 이상의 제2배출홀이 형성되되, 상기 제2배출홀은 상하 위치에 따라 개구면적이 달라지는 가변구간을 포함하는 상부시트; 상기 밸브바디 상단에 결합되는 본넷; 상기 본넷을 관통하여 상기 상부시트 내부에 이르게 되는 스템; 상기 스템과 연결되어 승하강 동작되면서 상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀 중 어느 하나가 개방되게 하는 디스크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제2배출홀은, 상부에서 하부로 갈수록 개구면적이 넓어지는 형상의 가변구간을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제2배출홀은, 상기 가변구간에 연이어 비가변구간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제2배출홀은, 상기 비가변구간의 하부로 연이어 또 다른 가변구간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 디스크는, 내부에 상기 스템이 연결될 수 있는 스템홀더가 마련되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 디스크의 외면은 상기 상부시트의 내경면에 내접되며, 상기 디스크의 내면은 상기 하부시트의 외경면에 외접되어 상하 이동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀 주위에 오링이 설치되어 상기 디스크가 상기 오링에 접촉시 밀폐가 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀은 90도 각도로 4개소에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 하부시트의 하단측 외면에는 하나 이상의 걸림턱이 형성되고, 상기 밸브바디의 입구의 내경면에 상기 걸림턱에 대응하는 걸림홈이 형성되고, 상기 입구 하부측에 플랜지가 연결되어 상기 하부시트를 고정 연결되게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브는 밸브 개폐시 유량이 급격하게 흐르게 되는 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명에 의하면 수격현상을 줄일 수 있어 밸브 자체의 수명을 연장시킬 수 있음은 물론이고, 유체가 사용되는 쿨러와 같은 제품들의 내구성을 높일 수 있도록 한다는 효과도 있다.
도 1은 일반적인 쓰리웨이 밸브에서 측정되는 두 출구의 유량특성곡선을 나타낸 도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브의 단면도.
도 3은 하부시트의 종단면도.
도 4는 도 3에서 A-A선 단면도.
도 5는 상부시트의 종단면도.
도 6은 도 5에서 B-B선 단면도.
도 7은 디스크의 종단면도.
도 8은 도 7에서 C-C선 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브에서의 유량특성 곡선을 나타낸 도.
이하 본 발명에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브의 단면도이며, 도 3은 하부시트의 종단면도이며, 도 4는 도 3에서 A-A선 단면도이며, 도 5는 상부시트의 종단면도이며, 도 6은 도 5에서 B-B선 단면도이며, 도 7은 디스크의 종단면도이고, 도 8은 도 7에서 C-C선 단면도를 나타낸 것이고, 도 9는 본 발명에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브에서의 유량특성 곡선을 나타낸 도이다.
본 발명에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브는 그 주요한 구성요소로 밸브바디(100), 하부시트(200), 상부시트(300), 본넷(400), 스템(500) 및 디스크(600)를 포함한다.
밸브바디(100)는 하나의 입구(110)와 두 개의 출구(120)를 갖는 것이며, 주물로 제작될 수 있는 것이다.
본 실시예의 경우 하방측에 입구(110)가 형성되며, 좌우로 하나씩의 출구(120)가 형성되는 밸브바디(100)를 사용하도록 한다.
밸브바디(100)의 입구(110)에 하부시트(200)가 장착되며, 입구(110)와 동축상으로 하부시트(200)가 배치되며, 하부시트(200)는 상하방향으로 개구되는 짧은 관과 같은 형상을 이루어 유체는 축방향으로 상승 유동하게 된다. 특히, 하부시트(200)의 측면으로는 하나 혹은 둘 이상의 제1배출홀(210)이 형성될 수 있다.
하부시트(200)의 하단측 외면에는 계단 형태를 이루는 걸림턱(220)이 형성되도록 하며, 밸브바디(100)의 입구(110) 내경면에 걸림턱(220)에 대응하는 걸림홈(130)이 형성되게 하여 하부시트(200)를 입구(110)측에 끼워 안정적으로 설치할 수 있도록 한다. 입구(110)에 끼워지는 하부시트(200)의 고정을 위해 입구(110) 하부측에 플랜지(700)를 연결하여 하부시트(200)의 하면이 플랜지(700)에 의해 지지되면서 밀착되어 고정될 수 있도록 한다.
바람직하게 플랜지(700)와 하부시트(200)의 사이에는 가스켓을 끼워서 밀폐가 이루어져 리크가 발생되지 않도록 한다.
한편, 하부시트(200)에 형성되는 제1배출홀(210)의 상측 및 하측에 밀폐를 위한 오링(R)을 결합시키도록 하는데, 이를 위해 제1배출홀(210) 주위 외면에 오링홈(G)을 형성시키도록 한다.
하부시트(200)와 이격되어 상방으로 상부시트(300)가 마련되며, 상부시트(300) 역시 밸브바디(100)의 입구(110)와 동축상으로 배치된다. 상부시트(300) 역시 상하로 개구된 관 형상이며, 상부시트(300)의 상단은 밸브바디(100) 상단에 지지되어 매달린 형태로 설치되고, 측면으로 하나 이상의 제2배출홀(310)이 형성된다.
밸브바디(100) 상단에 덮개 역할을 하는 본넷(400)이 결합되는데, 본넷(400)과 상부시트(300) 사이에 가스켓을 끼워서 밀폐가 형성되게 하는 것이 바람직하다.
밸브바디(100)의 내부에 마주보게 좌우로 형성되는 두 출구(120)의 구분을 위한 내부격벽(140)이 형성되어 있는데, 상부시트(300)의 하단은 내부격벽(140)에 밀착되게 설치된다.
내부격벽(140)에 의해 형성되는 내경면에 상부시트(300)의 하단 외면이 삽입되는 형태로 설치되는데 그 사이는 밀폐가 이루어져야 하며, 이를 위해 상부시트(300)의 하단측 외면에 오링홈(G)을 형성시켜서 오링홈(G)에 오링(R)을 끼운 상태로 내부격벽(140)의 내경면에 삽입되게 설치한다.
상부시트(300)에 형성되는 제2배출홀(310)은 최소 하나일 수 있고, 바람직하게 90도 각도로 4개소에 제2배출홀(310)이 형성되게 한다. 특히 제2배출홀(310)은 상하 위치에 따라 개구면적이 달라지는 가변구간(311)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 도 2와 같이 상부시트(300)의 하단은 내부격벽(140)에 밀착되므로 제2배출홀(310)은 우측 출구(120)와 연통되는 결합구조를 이루게 된다.
바람직하게 제2배출홀(310)에 형성되는 가변구간(311)은 상부로부터 하부로 갈수록 개구면적이 넓어지는 형상을 이루도록 한다.
제2배출홀(310)은 전체가 가변구간(311) 형태가 될 수도 있지만, 본 실시예의 경우 도시된 바와 같이 가변구간(311)에 연이어 비가변구간(312)이 연속적으로 형성되도록 한다.
도 10은 제2배출홀의 변형 실시예를 보여주는 실시 가능 예시도이다.
비가변구간(312)은 개구면적이 일정한 사각홀을 이루고 있는 부위가 되며, 가변구간(311)과 비가변구간(312)이 하나의 제2배출홀(310)을 형성하게 된다.
바람직하게 제2배출홀(310)은 수직센터라인을 기준으로 좌우 대칭을 이루도록 한다.
한편, 제2배출홀(310)은 비가변구간(312)의 하부로 연이어 또 다른 가변구간(311)이 형성되는 형태로 제공될 수도 있다. 따라서 제2배출홀(310)은 상부로부터 가변구간(311), 비가변구간(312), 가변구간(311) 순으로 형성될 수 있으며, 비가변구간(312)을 중심으로 상하로 형성되는 가변구간(311)들은 동일한 형태일 수도 있고 두 가변구간(311)의 형태가 다르게 형성될 수도 있는 것이다.
밸브바디(100) 상단을 밀폐시키는 본넷(400)을 수직 관통하여 상부시트(300) 내부까지 도달되는 스템(500)이 구비된다. 스템(500)은 액츄에이터(800)와 연결되어 상하로 이동할 수 있는 것이다.
제1배출홀(210)과 제2배출홀(310)을 통한 유체의 흐름을 선택할 수 있도록 하는 디스크(600)가 마련된다. 디스크(600)는 중공 원통체 형상을 이루되, 스템(500)과 연결되어 승하강 동작하여 제1배출홀(210)과 제2배출홀(310) 중 어느 하나가 개방될 수 있도록 한다.
디스크(600)는 중공원통체를 이루지만 내부에는 스템(500)과의 연결을 위해 스템홀더(610)가 형성된다. 스템홀더(610)는 디스크(600)의 내부에 동축상으로 배치되며, 스템(500)의 끝단이 끼워져 체결될 수 있도록 하는 삽입구(611)와 삽입구(611)를 지지하여 디스크(600) 내면과 연결되는 복수의 브릿지(612)를 포함하게 된다.
디스크(600)는 스템(500)의 이동에 연동하여 상하 이동하게 되는데, 상부시트(300)와 하부시트(200) 사이를 오고 가면서 유체의 흐름방향을 전환시키게 된다.
바람직하게 디스크(600)의 외면은 상부시트(300)의 내경면에 내접되도록 하며, 디스크(600)의 내면은 하부시트(200)의 외경면에 외접되는 상태로 설치되어 상하 이동되도록 한다.
제1배출홀(210) 및 제2배출홀(310) 주위 상하로 오링(R)이 설치되며, 디스크(600)가 오링(R)에 접촉시 밀폐가 이루어지도록 한다.
디스크(600)가 상부시트(300)의 내면에 내접되기 때문에 제2배출홀(310)의 상하로 내경부위에 오링(R)이 설치되고, 제1배출홀(210)이 형성되는 하부시트(200)의 외면에 오링(R)이 설치된다.
스템(500)과 연동되는 디스크(600)는 상사점과 하사점 사이에서 이동하게 되면 최대 행정거리는 상사점과 하사점 간 거리가 된다.
디스크(600)가 상사점으로 이동되면 제1배출홀(210)이 열리게 되고, 제2배출홀(310)은 완전히 닫히게 된다. 반면에 디스크(600)가 하사점으로 이동되면 제1배출홀(210)은 닫히고 제2배출홀(310)이 열리게 된다.
이처럼 스템(500)과 연결되는 디스크(600)의 이동에 의해 제1배출홀(210)과 제2배출홀(310)은 선택적으로 개폐가 가능하게 되며, 특히 제2배출홀(310)의 개방시에는 디스크(600)가 하강되면 제2배출홀(310)의 가변구간(311)으로 인해 초기에는 배출유량이 작게 되며, 점차 하강될 수록 개구면적이 증가되어 점진적으로 유체의 배출량이 증가되는 비선형적 유량특성을 나타내게 된다.
제2배출홀(310)을 통해 배출되는 유량이 개도율에 따라 증가되지만 초기에 급격하게 많은 유량이 흘러 충격을 유발하는 문제를 해결할 수 있다.
첨부되는 도 9와 같이 본 발명에 의한 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브는 제1배출홀(210)을 통해 바이패스되는 유체는 선형적 유량특성을 나타내게 되나, 제2배출홀(310)을 통해 쿨러로 흐르는 유체는 비선형 유량특성을 나타내게 된다.
본 발명의 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브를 구현함에 있어서 밸브바디 상측에 액츄에이터 등이 마련되지만 이러한 것들은 공지의 기술들인 바, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고 본 실시예의 경우 어느 일측 출구는 바이패스 출구로 하고 타측 출구는 유체를 필요로 하는 어떠한 장치, 즉 쿨러로 유체가 공급되는 것을 보여주지만 그 외 다양한 유체의 소요처로 유체를 선택적 공급하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
본 발명은 밸브가 열릴 때 급격하게 유체가 공급되어 수격작용이 발생되는 것을 방지할 필요가 있는 사용처에 적용될 수 있다.
100 : 밸브바디
110 : 입구 120 : 출구
130 : 걸림홈 140 : 내부격벽
200 : 하부시트
210 : 제1배출홀 220 : 걸림턱
300 : 상부시트
310 : 제2배출홀 311 : 가변구간
312 : 비가변구간
400 : 본넷
500 : 스템
600 : 디스크
610 : 스템홀더 611 : 삽입구
612 : 브릿지
700 : 플랜지
800 : 액츄에이터
R : 오링 G : 오링홈

Claims (9)

  1. 하나의 입구와 두 개의 출구를 갖는 밸브바디;
    상기 입구에 동축상으로 장착되어 유체는 축 방향으로 유동하되, 측면으로 하나 이상의 제1배출홀이 형성되는 하부시트;
    상기 하부시트와 이격되며 상기 입구와 동축상으로 상기 밸브바디 상측에 장착되어 상기 유체는 축 방향으로 유동하게 되고, 측면으로 하나 이상의 제2배출홀이 형성되되, 상기 제2배출홀은 상하 위치에 따라 개구면적이 달라지는 가변구간을 포함하는 상부시트;
    상기 밸브바디 상단에 결합되는 본넷;
    상기 본넷을 관통하여 상기 상부시트 내부에 이르게 되는 스템;
    상기 스템과 연결되어 승하강 동작되면서 상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀 중 어느 하나가 개방되게 하는 디스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2배출홀은,
    상부에서 하부로 갈수록 개구면적이 넓어지는 형상의 가변구간을 갖는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2배출홀은,
    상기 가변구간에 연이어 비가변구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2배출홀은,
    상기 비가변구간의 하부로 연이어 또 다른 가변구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 디스크는,
    내부에 상기 스템이 연결될 수 있는 스템홀더가 마련되는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디스크의 외면은 상기 상부시트의 내경면에 내접되며, 상기 디스크의 내면은 상기 하부시트의 외경면에 외접되어 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀 주위에 오링이 설치되어 상기 디스크가 상기 오링에 접촉시 밀폐가 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1배출홀과 상기 제2배출홀은 90도 각도로 4개소에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부시트의 하단측 외면에는 하나 이상의 걸림턱이 형성되고, 상기 밸브바디의 입구의 내경면에 상기 걸림턱에 대응하는 걸림홈이 형성되고, 상기 입구 하부측에 플랜지가 연결되어 상기 하부시트를 고정 연결되게 하는 것을 특징으로 하는 비선형 유량특성을 갖는 쓰리웨이 밸브.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
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