KR20190076472A

KR20190076472A - 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치

Info

Publication number: KR20190076472A
Application number: KR1020170178296A
Authority: KR
Inventors: 허덕재; 김언규
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-02
Also published as: KR102006336B1

Abstract

랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체; 상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재; 일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부; 상기 스템부의 타단에 제공되는 피니언 기어; 상기 피니언 기어에 치합되며, 상기 스템부와 교차하는 방향으로 연장되는 랙 기어; 일단이 상기 랙 기어에 힌지 연결되는 링크부; 상기 링크부의 타단에 힌지 연결되고, 직선 운동을 하는 액츄에이터; 및 상기 링크부의 회전 중심을 제공하는 피봇부를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치가 제공될 수 있다.

Description

랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치{RACK AND PINION TYPE BALL VALVE}

본 발명은 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 기밀성을 유지하고 랙 앤드 피니언 구조를 사용하여 조작의 용이성을 높이며 컴팩트한 사이즈를 갖는 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치에 관한 것이다.

첨단 산업의 발달과 함께 독성 가스의 수요가 계속해서 증가하고 있으며, 이에 따른 독성 가스의 누출 사고도 빈번하게 발생하고 있다. 대부분의 누출 사고는 밸브를 통해 발생하는 것으로 보고되고 있는 바, 밸브 실링의 중요성이 높아지고 있다.

밸브는 관로의 도중이나 용기에 설치하여 유체의 유량 및 압력 등을 제어하기 위한 것으로, 사용 목적에 따라 스톱 밸브, 슬루스 밸브, 체크 밸브 및 감압 밸브 등으로 구분될 수 있다.

이러한 밸브의 한 형태인 볼 밸브는, 유로가 관통되도록 형성된 볼을 수평 회전시켜 관로를 따라 흐르는 유체를 제어하기 위한 개폐 장치로서 간단한 체크 밸브나 펌프 밸브 등에 사용되는 구형의 밸브이다. 볼 밸브는 구조가 간단하여 유체 라인의 어떠한 부분에도 용이하게 설치할 수 있는 장점이 있다.

종래의 볼 밸브의 구조를 간단하게 살펴보면, 내부에 패킹부재를 구비한 밸브 본체와, 상기 패킹부재와 밀착된 상태로 유체의 흐름을 제어하기 위한 볼과, 상기 볼의 상부에 결합되는 축과, 상기 축을 지지하기 위한 보닛과, 상기 축의 끝단에 결합되어 볼을 회전시키기 위한 핸들로 구성된다.

따라서, 상기 볼을 좌우로 회전시키게 되면 상기 볼에 관통되도록 형성된 유로가 열리거나 닫히게 되어 관로를 따라 흐르는 유체의 흐름을 제어할 수 있게 된다.

그러나, 종래의 볼 밸브는 유체가 볼과 패킹부재에 직접 접촉되는 구조이기 때문에 볼의 빈번한 회전에 의해 패킹부재와 볼 사이에 마찰이 발생하여 패킹부재의 표면이 마모되면서 틈이 발생하는 단점이 있다.

볼 밸브의 틈은 결국 패킹부재의 기밀성을 저하시키는 바, 패킹부재와 볼 사이의 틈으로 유체의 누출이 생기게 되고, 유체가 유독성 및 부식성을 갖는 액체이거나 고온의 스팀인 경우 밸브의 외부로 유체가 누출되는 심각한 문제를 초래할 수 있다.

또한, 종래의 볼 밸브는 볼의 상부에 결합되는 축과 그 축의 끝단에 결합되어 볼의 회전시키기 위한 핸들이 일직선으로 구성되어 관로와 수직 방향으로 위치하기 때문에 수평 방향으로 배치되는 관로에 비하여 볼 밸브의 수직 방향의 높이가 높아지는바, 이에 따라 볼 밸브를 설치하기 위한 수직 방향의 공간이 충분히 확보되어야 하는 설치공간의 제약이 발생하게 된다.

한국등록특허 제10-579418호 (2006. 05. 08. 등록)

본 발명의 실시예는, 유체와 직접 접촉하지 않는 곳에 벨로우즈를 사용하여 높은 기밀성을 유지하고, 랙 앤드 피니언 구조를 사용하여 밸브의 조작성과 정밀성을 높이면서 밸브의 높이를 감소시켜 관로에 대한 높이 방향의 설치 제약을 받지 않는 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체; 상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재; 일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부; 상기 스템부의 타단에 제공되는 피니언 기어; 상기 피니언 기어에 치합되며, 상기 스템부와 교차하는 방향으로 연장되는 랙 기어; 일단이 상기 랙 기어에 힌지 연결되는 링크부; 상기 링크부의 타단에 힌지 연결되고, 직선 운동을 하는 액츄에이터; 및 상기 링크부의 회전 중심을 제공하는 피봇부를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 랙 기어와 상기 몸체 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 랙 기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 벨로우즈부를 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 액츄에이터는, 동력부; 및 상기 동력부와 연결되어 직선 왕복 운동을 수행하며, 상기 링크부의 타단과 힌지 연결되는 커넥팅 로드를 포함할 수 있다.

또한 상기 피봇부는, 상기 링크부의 회전 중심과 힌지 연결되는 피봇암; 및 상기 피봇암과 힌지 연결되며, 상기 몸체에 설치되는 마운팅부를 포함할 수 있다.

한편 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체; 상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재; 일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부; 상기 스템부의 타단에 제공되는 피니언 기어; 상기 피니언 기어의 일측에 치합되고, 상기 스템부와 교차하는 제1 방향으로 연장되는 제1 랙 기어; 상기 피니언 기어의 타측에 치합되고, 상기 스템부와 교차하며 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 랙 기어; 상기 제1 랙 기어의 단부가 연결되는 제1 피스톤을 구비하고, 상기 제1 피스톤이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제공되는 제1 실린더; 상기 제2 랙 기어의 단부가 연결되는 제2 피스톤을 구비하고, 상기 제2 피스톤이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제공되는 제2 실린더; 및 상기 제1 실린더 및 상기 제2 실린더에 작동 매체를 공급 또는 회수 가능하게 연결되며, 상기 작동 매체를 통해 상기 제1 피스톤 및 상기 제2 피스톤에 외력을 제공하여 상기 피니언 기어를 회전시키는 외력 발생부를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 제1 랙 기어와 상기 제1 실린더 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 제1 랙기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 제1 벨로우즈; 및 상기 제2 랙 기어와 상기 제2 실린더 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 제2 랙기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 제2 벨로우즈를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 랙 기어와 상기 제2 랙 기어는 서로 평행하면서 반대 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.

또한 상기 외력 발생부는, 상기 작동 매체로 액체 또는 기체를 사용하는 유압 펌프로 구성될 수 있다.

한편 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체; 상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재; 일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부; 상기 스템부의 타단에 제공되는 피니언 기어; 상기 피니언 기어의 일측에 치합되고, 상기 스템부와 교차하는 방향으로 연장되는 랙 기어; 상기 랙 기어의 단부가 연결되는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제공되는 실린더; 및 상기 실린더에 작동 매체를 공급 또는 회수 가능하게 연결되며, 상기 작동 매체를 통해 상기 피스톤에 외력을 제공하여 상기 피니언 기어를 회전시키는 외력 발생부를 포함하는 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 랙 기어와 상기 실린더 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 랙 기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 벨로우즈를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 피니언 기어의 타측에 회전 가능하게 제공되어 상기 스템부를 지지하는 지지 베어링을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의하면, 유체와 직접 접촉하지 않는 곳에 벨로우즈를 설치하여 높은 기밀성을 유지하고, 랙 앤드 피니언 구조를 사용하여 밸브의 조작성과 정밀성을 높이면서 밸브의 높이를 감소시켜 관로에 대한 높이 방향의 설치 제약을 받지 않고 소형화가 가능한 장점이 있다.

도 1은 유체가 흐르는 파이프에 본 발명에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 보인 종단면도로서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 상태에서 볼 부재에 의해 파이프가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 "B"방향에서 바라본 평면도로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 상태에서 볼 부재에 의해 파이프가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 "B"방향에서 바라본 평면도로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 상태에서 볼 부재에 의해 파이프가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 각 실시예 별로 상세하게 설명한다.

먼저 도 1은 유체가 흐르는 파이프(10)에 본 발명에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치(100,200,300)가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도로서, 도 1을 참조하면 파이프(10)의 내부에는 유체가 흐르고 그 유체의 흐름을 제어하기 위해 본 실시예에 따른 볼 밸브 장치(100,200,300)가 파이프(10)의 일측에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 볼 밸브 장치(100,200,300)는 랙 앤드 피니언 구조를 사용하고 수평 방향으로 배치되는 파이프(10)에 비하여 수직 방향의 높이가 높지 않아 설치 공간에 따른 제약을 거의 받지 않으며, 파이프(10)를 흐르는 유체와 직접 접촉하지 않는 곳에 기밀 유지를 위한 벨로우즈가 설치되어 오랫동안 기밀성을 유지할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치(100)에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼 밸브 장치(100)는 몸체(110), 볼 부재(120), 스템부(130), 피니언 기어(140), 랙 기어(150), 링크부(160), 액츄에이터(170) 및 피봇부(180)를 포함할 수 있다.

몸체(110)는 본 실시예의 전체적인 외관을 구성하며 다른 대부분의 구성들이 설치될 수 있는 공간을 제공하는 요소로서, 몸체(110)는 파이프(10)의 외주면 일측에 설치될 수 있고, 몸체(110)의 내부에는 소정의 수용 공간이 형성될 수 있다. 여기서 몸체(110)의 수용 공간은 필요에 따라 몇 개의 공간으로 구획 분리될 수 있다.

볼 부재(120)는 전체적인 형상이 대략 구 형상으로 이루어지며, 양측에 구의 일부를 자른 절개면(121)이 형성되고 그 안쪽은 볼 부재(120)를 관통하는 유로(11)가 형성되어 그 절개면(121)이 파이프(10)의 길이 방향으로 위치해 있을 때 파이프(10)를 흐르는 유체가 그 유로(11)를 통해 볼 부재(120)를 지나갈 수 있도록 구성된다.

볼 부재(120)는 파이프(10)의 내부에서 수평 방향으로 회전 가능하게 설치되며, 볼 부재(120)의 회전에 따라 절개면(121)과 유로(11)의 위치가 변화되면서 파이프(10)를 흐르는 유체의 흐름을 제어할 수 있다.

스템부(130)는 일단이 파이프(10)를 관통하여 볼 부재(120)에 연결되며 외력을 제공받아 볼 부재(120)를 제자리에서 수평 방향으로 회전시키는 요소로서, 스템부(130)는 몸체(110)의 내부 및 파이프(10)에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

피니언 기어(140)는 스템부(130)의 타단에 제공되며 스템부(130)의 회전과 관련 있는 요소이다. 피니언 기어(140)는 스템부(130)의 외주면에 형성되며, 피니언 기어(140)의 외주면에 다수 개의 기어 이가 형성될 수 있다.

랙 기어(150)는 피니언 기어(140)에 치합되며 직선 왕복 운동을 수행하여 피니언 기어(140)를 정회전 또는 역회전시킬 수 있는 요소이다. 여기서 랙 기어(150)는 스템부(130)와 교차하는 방향으로 연장되기 때문에 본 실시예에 따른 볼 밸브 장치(100)의 전체적인 높이를 낮게 유지할 수 있다.

링크부(160)는 그 일단이 랙 기어(150)에 힌지 연결되는 요소로서, 외력을 전달받아 랙 기어(150)를 직선 왕복 운동시킬 수 있다.

액츄에이터(170)는 링크부(160)의 타단에 힌지 연결되고 외력을 발생시키는 요소로서, 직선 운동을 수행할 수 있다. 액츄에이터(170)와 연결되는 링크부(160)의 힌지점에는 링크부(160)의 높이 방향 이동을 흡수할 수 있도록 장공(160a)이 형성될 수 있다. 이 장공(160a)은 랙 기어(150)와 연결되는 힌지점에도 형성될 수 있다.

구체적으로, 액츄에이터(170)는 동력부(171)와 커넥팅 로드(172)를 포함하여 구성될 수 있다. 동력부(171)는 직선 왕복 운동을 수행할 수 있는 외력을 발생시키는 것이라면 어느 것이나 가능하지만 본 실시예에서는 동력부(171)가 모터로 구현될 수 있다.

또한, 커넥팅 로드(172)는 동력부(171)와 연결되어 직선 왕복 운동을 수행하며, 링크부(160)의 타단과 힌지 연결될 수 있다. 커넥팅 로드(172)에서 링크부(160)의 타단과 힌지 연결되는 곳에는 높이 방향의 장공(160a)이 형성되어 랙 기어(150)와 힌지 연결되는 링크부(160)의 높이 방향의 위치 변화를 흡수할 수 있다.

피봇부(180)는 링크부(160)의 회전 중심을 제공하는 요소로서, 링크부(160)의 회전 중심이 피봇부(180)에 힌지 연결되기 때문에 액츄에이터(170)로부터 직선 왕복 운동을 전달받으면 링크부(160)는 피봇부(180)와의 힌지점을 회전 중심으로 하여 그 일단이 랙 기어(150)에 직선 방향의 외력을 제공할 수 있다.

구체적으로, 피봇부(180)는 피봇암(181)과 마운팅부(182)를 포함하여 구성될 수 있다.

피봇암(181)은 링크부(160)의 회전 중심과 힌지 연결되며, 마운팅부(182)는 몸체(110)에 설치되는 것으로 피봇암(181)과 힌지 연결될 수 있다. 따라서 링크부(160)가 높이 방향으로 위치 변화될 때 피봇암(181)이 연동하여 마운팅부(182)로부터 힌지 운동하며 랙 기어(150)가 링크부(160)에 의해 높이 방향으로의 위치 변화 없이 수평하게 직선 방향으로만 이동되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예는 벨로우즈부(190)를 더 포함할 수 있다.

벨로우즈부(190)는 랙 기어(150)와 몸체(110) 사이에 형성되는 틈새에 제공되어 길이 신축 가능하도록 제공될 수 있다. 벨로우즈부(190)는 랙 기어(150)가 직선 왕복 운동을 할 때 파이프(10)에서 누출된 유체가 랙 기어(150)와 몸체(110) 사이의 틈새를 통해 외부로 이동하는 것을 차단하여 유체가 몸체(110) 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

이때 벨로우즈부(190)는 파이프(10) 내부를 흐르는 유체와 직접 접촉하는 것이 아니라 랙 기어(150)의 틈새를 통해 미량 배어 나온 유체의 이동을 차단하기 때문에 쉽게 마모되지 않고 높은 기밀성을 유지할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예는 도 2에서 보듯이 볼 부재(120)가 파이프(10)의 내경을 폐쇄하고 있다가 액츄에이터(170)부의 작동에 의해 링크부(160)가 원호 운동을 하여 랙 기어(150)와 피니언 기어(140)가 움직이면서 스템부(130)를 회전시켜 도 3에 도시된 바와 같이 볼 부재(120)의 유로(11)가 파이프(10)의 길이 방향과 일치하는 방향으로 이동되면 유체가 흐를 수 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치(200)에 대하여 설명한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 몸체(210), 볼 부재(220), 스템부(230), 피니언 기어(240), 제1 랙기어(251), 제2 랙기어(252), 제1 실린더(261), 제2 실린더(262), 외력 발생부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 몸체(210), 볼 부재(220), 스템부(230) 및 피니언 기어(240)는 앞에서 설명한 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

제1 랙기어(251)는 피니언 기어(240)의 일측에 치합되는 요소로서, 스템부(230)와 교차하는 제1 방향(도면상 좌측 방향)으로 길게 연장될 수 있다.

제2 랙기어(252)는 피니언 기어(240)의 타측에 치합되고, 스템부(230)와 교차하며, 제1 방향과 다른 제2 방향(도면상 우측 방향)으로 길게 연장될 수 있다.

여기서, 제1 랙기어(251)와 제2 랙기어(252)의 연장 방향은 랙 기어(251,252)들끼리 간섭되지 않도록 서로 다르기만 하면 되지만, 본 실시예에서 제1 랙기어(251)와 제2 랙기어(252)는 서로 평행하면서 반대 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.

이와 같이 제1 랙기어(251)와 제2 랙기어(252)가 피니언 기어(240)의 일측과 타측에서 서로 평행하게 배치되기 때문에 구조적으로 스템부(230)를 180도의 각도로 지지하여 스템부(230)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한 제1 실린더(261)는 제1 랙기어(251)의 단부가 연결되는 제1 피스톤(261a)을 구비할 수 있다. 제1 실린더(261)는 내부에 설치된 제1 피스톤(261a)이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제1 피스톤(261a)에 유체의 압력(이하, "유압(流壓)"이라 한다)을 제공할 수 있다.

제2 실린더(262)는 제2 랙기어(252)의 단부가 연결되는 제2 피스톤(262a)을 구비할 수 있고, 제2 피스톤(262a)이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제2 피스톤(262a)에 유압을 제공할 수 있다.

외력 발생부(270)는 제1 실린더(261) 및 제2 실린더(262)에 작동 매체를 공급하거나, 공급된 작동 매체를 제1 실린더(261) 및 제2 실린더(262)로부터 회수할 수 있는 요소로서, 외력 발생부(270)는 제1 실린더(261) 및 제2 실린더(262)와 유체 공급 라인(L)을 통해 연결될 수 있다.

외력 발생부(270)는 공급 또는 회수되는 작동 매체를 통해 제1 피스톤(261a) 및 제2 피스톤(262a)에 외력을 제공하여 피니언 기어(240)를 회전시킬 수 있다.

외력 발생부(270)는 작동 매체로 액체 또는 기체를 사용하는 유압 펌프로 구현될 수 있으며, 이 유압 펌프에 의해 유압 또는 공압을 제1 실린더(261) 및 제2 실린더(262)에 공급 또는 회수할 수 있다.

또한 본 발명의 제2 실시예는 제1 벨로우즈(281) 및 제2 벨로우즈(282)를 더 포함할 수 있다.

제1 벨로우즈(281)는 제1 랙기어(251)와 제1 실린더(261) 사이에 형성되는 틈새에 제공되어 길이 신축되며, 제1 벨로우즈(281)는 제1 랙기어(251)가 직선 왕복 운동을 할 때 그 틈새를 통해 유체가 이동하는 것을 차단하여 유체가 몸체(210) 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

제2 벨로우즈(282)는 제2 랙기어(252)와 제2 실린더(262) 사이에 형성되는 틈새에 제공되어 길이 신축되며, 제2 벨로우즈(282)는 제2 랙기어(252)가 직선 왕복 운동을 할 때 그 틈새를 통해 유체가 이동하는 것을 차단할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예는, 도 4에서 보듯이 볼 부재(220)가 파이프(10)의 내경을 폐쇄하여 유체의 흐름을 차단하고 있는 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이 외력 발생부(270)의 작동에 의해 제1 실린더(261)의 작동 매체가 회수되고 제2 실린더(262)에 작동 매체가 공급되면 제1 랙기어(251)는 도면상 좌측으로 이동되고 제2 랙기어(252)는 도면상 우측으로 이동되기 때문에 피니언 기어(240)가 도면상 반시계 방향으로 회전된다.

이에 따라 스템부(230)가 반시계 방향으로 회전되어 볼 부재(220) 역시 도면상 반시계 방향으로 회전되므로 볼 부재(220)에 형성된 유로(11)가 도 4의 위치에서 파이프(10)의 길이 방향과 일치하는 도 5의 위치로 이동되는 바, 파이프(10)가 개방되어 유체가 흐를 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치(300)에 대하여 설명한다.

본 발명의 제3 실시예는, 몸체(310), 볼 부재(320), 스템부(330), 피니언 기어(340), 랙 기어(350), 실린더(360) 및 외력 발생부(370)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 몸체(310), 볼 부재(320), 스템부(330) 및 피니언 기어(340)는 앞에서 설명한 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

랙 기어(350)는 피니언 기어(340)의 일측에 치합되고, 스템부(330)와 교차하는 방향(도면상 좌측 방향)으로 길게 연장되는 요소이다.

실린더(360)는 랙 기어(350)의 단부와 연결되는 피스톤(360a)을 구비할 수 있다. 실린더(360)는 내부에 설치된 피스톤(360a)이 직선 왕복 운동을 수행하도록 피스톤(360a)에 유압을 제공할 수 있다.

외력 발생부(370)는 실린더(360)에 작동 매체를 공급하거나, 공급된 작동 매체를 실린더(360)로부터 회수할 수 있는 요소로서, 외력 발생부(370)는 실린더(360)와 유체 공급 라인(L)을 통해 연결될 수 있다.

이때 외력 발생부(370)는 작동 매체로 액체 또는 기체를 사용하는 유압 펌프로 구현될 수 있으며, 이 유압 펌프에 의해 생성된 유압 또는 공압을 실린더(360)에 공급 또는 회수함으로써 피스톤(360a)이 실린더(360) 내부에서 직선 왕복 운동되도록 하여 피니언 기어(340)를 회전시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예는 벨로우즈(380) 및 지지 베어링(390)을 더 포함할 수 있다.

벨로우즈(380)는 랙 기어(350)와 실린더(360) 사이에 형성되는 틈새에 제공되어 길이 신축되며, 벨로우즈(380)는 랙 기어(350)가 직선 왕복 운동을 할 때 그 틈새를 통해 유체가 이동하는 것을 차단하여 유체가 몸체(310) 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

또한 지지 베어링(390)은 피니언 기어(340)의 타측에 회전 가능하게 제공되어 스템부(330)를 지지하는 요소로서, 도 6에 도시된 바와 같이 랙 기어(350)와 지지 베어링(390)이 피니언 기어(340)의 일측과 타측에 180도의 각도로 배치되기 때문에 스템부(330) 또한 180도의 각도로 지지되어 스템부(330)의 변형을 방지할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제3 실시예는 도 6에서 보듯이 볼 부재(320)가 파이프(10)의 내경을 폐쇄하여 유체의 흐름을 차단하고 있는 상태에서 도 7에 도시된 바와 같이 외력 발생부(370)의 작동에 의해 실린더(360)의 일측으로 작동 매체가 공급됨과 동시에 실린더(360)의 타측으로 작동 매체가 회수되면 실린더(360) 내부의 피스톤(360a)이 도면상 좌측으로 이동되면서 랙 기어(350)도 도면상 좌측으로 이동되기 때문에 피니언 기어(340)가 도면상 반시계 방향으로 회전된다.

이에 따라 피니언 기어(340)가 설치된 스템부(330) 역시 반시계 방향으로 회전되어 볼 부재(320)가 도면상 반시계 방향으로 회전되므로 볼 부재(320)에 형성된 유로(11)가 도 6의 위치에서 파이프(10)의 길이 방향과 일치하는 도 7의 위치로 이동되는 바, 파이프(10)가 개방되어 유체가 흐를 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

10 : 파이프
100 : 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼 밸브 장치
200 : 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼 밸브 장치
300 : 본 발명의 제3 실시예에 따른 볼 밸브 장치
110, 210, 310 : 몸체 120,220,320 : 볼 부재
130,230,330 : 스템부 140,240,340 : 피니언 기어
150 : 랙 기어 160 : 링크부
170 : 액츄에이터 171 : 동력부
172 : 커넥팅 로드 180 : 피봇부
181 : 피봇암 182 : 마운팅부
190 : 벨로우즈부
251 : 제1 랙기어 252 : 제2 랙기어
261 : 제1 실린더 261a : 제1 피스톤
262 : 제2 실린더 262a : 제2 피스톤
270 : 외력 발생부 281 : 제1 벨로우즈
282 : 제2 벨로우즈
350 : 랙 기어 360 : 실린더
360a : 피스톤 370 : 외력 발생부
380 : 벨로우즈 390 : 지지 베어링

Claims

파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체;
상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재;
일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부;
상기 스템부의 타단부에 제공되는 피니언 기어;
상기 피니언 기어에 치합되며, 상기 스템부와 교차하는 방향으로 연장되는 랙 기어;
일단이 상기 랙 기어에 힌지 연결되는 링크부;
상기 링크부의 타단에 힌지 연결되고, 직선 운동을 하는 액츄에이터; 및
상기 링크부의 회전 중심을 제공하는 피봇부;
를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제1 항에 있어서,
상기 랙 기어와 상기 몸체 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 랙 기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 벨로우즈부를 더 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 액츄에이터는,
동력부; 및
상기 동력부와 연결되어 직선 왕복 운동을 수행하며, 상기 링크부의 타단과 힌지 연결되는 커넥팅 로드를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제3 항에 있어서,
상기 피봇부는,
상기 링크부의 회전 중심과 힌지 연결되는 피봇암; 및
상기 피봇암과 힌지 연결되며, 상기 몸체에 설치되는 마운팅부를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체;
상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재;
일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부;
상기 스템부의 타단부에 제공되는 피니언 기어;
상기 피니언 기어의 일측에 치합되고, 상기 스템부와 교차하는 제1 방향으로 연장되는 제1 랙 기어;
상기 피니언 기어의 타측에 치합되고, 상기 스템부와 교차하며 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 랙 기어;
상기 제1 랙 기어의 단부가 연결되는 제1 피스톤을 구비하고, 상기 제1 피스톤이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제공되는 제1 실린더;
상기 제2 랙 기어의 단부가 연결되는 제2 피스톤을 구비하고, 상기 제2 피스톤이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제공되는 제2 실린더; 및
상기 제1 실린더 및 상기 제2 실린더에 작동 매체를 공급 또는 회수 가능하게 연결되며, 상기 작동 매체를 통해 상기 제1 피스톤 및 상기 제2 피스톤에 외력을 제공하여 상기 피니언 기어를 회전시키는 외력 발생부;
를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제5 항에 있어서,
상기 제1 랙 기어와 상기 제1 실린더 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 제1 랙기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 제1 벨로우즈; 및
상기 제2 랙 기어와 상기 제2 실린더 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 제2 랙기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 제2 벨로우즈를 더 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제5 항 또는 제6 항에 있어서,
상기 제1 랙 기어와 상기 제2 랙 기어는 서로 평행하면서 반대 방향으로 움직이도록 구성되는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제7 항에 있어서,
상기 외력 발생부는, 상기 작동 매체로 액체 또는 기체를 사용하는 유압 펌프로 구성되는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
파이프의 외주면 일측에 설치되며, 수용 공간이 형성된 몸체;
상기 파이프의 내부에서 수평 방향으로 회전되며 유체의 흐름을 제어하는 볼 부재;
일단이 상기 파이프를 관통하여 상기 볼 부재에 연결되고, 상기 몸체의 내부에 회전 가능하게 설치되는 스템부;
상기 스템부의 타단부에 제공되는 피니언 기어;
상기 피니언 기어의 일측에 치합되고, 상기 스템부와 교차하는 방향으로 연장되는 랙 기어;
상기 랙 기어의 단부가 연결되는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤이 직선 왕복 운동을 수행하도록 제공되는 실린더; 및
상기 실린더에 작동 매체를 공급 또는 회수 가능하게 연결되며, 상기 작동 매체를 통해 상기 피스톤에 외력을 제공하여 상기 피니언 기어를 회전시키는 외력 발생부;
를 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제9 항에 있어서,
상기 랙 기어와 상기 실린더 사이에 형성되는 틈새를 커버하며, 상기 랙 기어의 이동에 따라 길이 신축되고, 상기 유체의 누출을 차단하는 벨로우즈를 더 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제9항 또는 제10 항에 있어서,
상기 피니언 기어의 타측에 회전 가능하게 제공되어 상기 스템부를 지지하는 지지 베어링을 더 포함하는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.
제9 항에 있어서,
상기 외력 발생부는, 상기 작동 매체로 액체 또는 기체를 사용하는 유압 펌프로 구성되는, 랙 앤드 피니언 타입의 볼 밸브 장치.