KR20200107398A

KR20200107398A - 고압 밸브

Info

Publication number: KR20200107398A
Application number: KR1020190026484A
Authority: KR
Inventors: 정우석; 김영우; 오진식; 이동건; 이행선; 김성준; 장세민; 곽주환
Original assignee: 디케이락 주식회사
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-16
Also published as: KR102191059B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압 유체의 유동을 제어하는 고압 밸브가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브는, 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구를 구비하는 밸브 바디와, 밸브 바디 내에서 유입구와 배출구 사이에 장착되는 스템 시트와, 스템 시트와 상호작용하여 유입구와 배출구 사이의 유로를 개폐하는 밸브 스템과, 밸브 스템을 이동시키는 피스톤 부재와, 피스톤 부재 및 밸브 스템을 폐쇄 위치로 가압하는 스프링을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스템 시트는 중심부에 제1 직경의 보어부가 형성된 제1 밸브 시트와 중심부에 제2 직경의 보어부가 형성된 제2 밸브 시트를 포함하고, 밸브 스템은 제1 밸브 시트의 보어부를 개폐하는 제1 안착부와 제2 밸브 시트의 보어부를 개폐하는 제2 안착부를 포함하도록 구성될 수 있다.

Description

고압 밸브 {High pressure valve}

본 발명은 고압의 유체를 이송하는 파이프 라인 등에 장착되어 유체의 흐름을 제어하는 고압 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 밸브의 개폐구조를 개선해 밸브의 작동 신뢰성 및 사용 수명을 향상시킬 수 있도록 구성된 고압 밸브에 관한 것이다.

밸브는 배관 내에서 유동하는 유체의 흐름을 조절하기 위하여 이용되는 장치로, 유체가 유동하는 배관의 중간이나 끝단에 장착되어 유체의 흐름을 제어하는 기능을 수행한다.

이러한 밸브는 주로 자동차 등의 기계 장치나 플랜트 등의 배관에 장착되어 유체의 흐름을 제어하는데 이용되며, 유체를 원하는 부위로 적시에 공급하도록 유체의 흐름을 제어하는데 중요한 역할을 수행하고 있다.

필요한 부위에 적절한 유체의 공급을 수행하기 위해 밸브 장치에는 무엇보다 신속하고 정확한 유체의 유동 제어 기능이 요구된다. 특히, 배관 내부에 폭발성이 높은 위험 유체가 이송되거나 고압의 유체가 이송되는 경우에는 필요에 따라 신속히 유체의 흐름을 제어해 유체의 과잉 공급이나 누출로 인한 피해가 발생하지 않도록 제어될 필요가 있기 때문에, 밸브 장치의 작동 신뢰성이 더욱 중요해질 수 있다.

이와 관련해, 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 참조하면 배관을 통해 유동하는 고압의 유체의 흐름을 제어하는데 이용되는 고압 밸브(차단 밸브)가 제시되어 있다. 이러한 고압 밸브(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 밸브 바디(20) 내에 형성된 유로를 밸브 시트(30)와 밸브 스템(40)의 상호 작용을 통해 개폐하면서 고압 밸브(10)를 통한 유체의 흐름을 제어하도록 작동하게 된다.

구체적으로, 전술한 고압 밸브(10)는 고압 밸브(10)의 몸체를 형성하는 밸브 바디(20)에 외부로부터 유체가 유입되는 유입구(22)와 유체를 외부로 배출하는 배출구(24)가 구비되며, 유입구(22)와 배출구(24) 사이에는 유로(26)가 형성되어 유입구(22)와 배출구(24)가 서로 유체 연통하도록 구성된다. 한편, 밸브 바디(20) 내에 형성된 유로(26)에는 밸브 시트(30) 및 밸브 스템(40)이 장착되어 밸브 스템(40)과 밸브 시트(30) 사이의 상호작용에 의해 유입구(22)와 배출구(24) 사이의 유로(26)가 개방 및 폐쇄되면서 고압 밸브(10)를 통해 유체의 공급이 수행되거나 차단되도록 작동하게 된다.

예컨대, 이러한 고압 밸브(10)는 가압홀(28) 등을 통해 공급되는 유체의 압력에 의해 피스톤(50) 및 이에 연결된 밸브 스템(40)이 일측으로 가압되어 이동하게 되면[도 1에 도시된 상태에서 밸브 스템(40)이 하방으로 이동하는 경우] 밸브 시트(30)의 중심부에 형성된 보어와 밸브 스템(40)이 이격되어 밸브 시트(30)의 중심부에 형성된 보어를 통해 밸브 바디(20)에 형성된 유입구(22)와 배출구(24)가 연통되고 이로 인해 유입구(22)를 통해 유입된 유체가 배출구(24)를 통해 외부로 배출됨으로써 밸브를 통한 유체 공급이 수행되고, 유체의 공급이 완료되어 외부에서 가해지는 압력이 제거되면 밸브 스템(40)은 서포터(35)와 피스톤(50) 사이에 장착된 스프링(60)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 복원되어 밸브 스템(40)이 밸브 시트(30)의 보어에 접촉하면서 밸브 바디(20)에 형성된 유입구(22)와 배출구(24)가 서로 차단되어 밸브를 통한 유체의 공급이 중단되게 된다.

그러나, 이러한 구조의 종래의 고압 밸브(10)는 유로를 개폐하기 위해 밸브 스템(40)이 밸브 시트(30)에 접촉된 상태와 이격된 상태 사이에서 반복 이동을 하는 과정에서, 고강성의 금속 재질로 형성되는 밸브 스템(40)이 플라스틱 등의 경량의 소재로 형성되는 밸브 시트(30)에 반복적인 충격을 가해 밸브 시트(30)의 접촉면에 파손을 일으킬 우려가 있고, 이와 같이 밸브 시트(30)의 접촉면에 손상이 발생하게 되면 밸브 시트(30)와 밸브 스템(40) 사이에 완전한 접촉이 발생하지 못해 폐쇄 상태에서 밸브를 통한 유체의 유동이 완전히 차단되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

특히, 수소 충전소 등과 같이 초고압의 압력 환경에서 작동하는 고압 밸브의 경우에는 밸브 스템(40)의 손상으로 인해 고압 밸브의 작동성이 저하될 경우 폭발 등의 대형 사고로 이어질 우려가 있기 때문에 밸브 스템(40)의 손상 등으로 인해 보다 큰 문제가 야기될 위험이 있다.

한국등록특허공보 제10-1524634호(등록일: 2015.05.26.) 한국공개특허공보 제10-2017-0022714호(공개일: 2017.03.02.)

본 발명은 종래의 고압 밸브의 전술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 고압 밸브 내에서 유체의 유동을 제어하는 밸브 시트와 밸브 스템의 구조를 개선해 밸브 시트의 손상에 의한 고압 밸브의 작동 신뢰성 저하를 방지하고 고압 밸브의 수명을 보다 향상시킬 수 있도록 구성된 개선된 구조의 고압 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 바디의 일측에는 밸브 스템의 일측 단부가 삽입되어 수용되는 가이드 보어가 구비되고, 가이드 보어의 일측에는 가이드 보어를 외부와 연통시키는 가이드홀이 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템은 중심부에 일측 단부로부터 길이방향을 따라 연장하는 중심 보어를 구비하고, 중심 보어는 가이드 보어와 연통하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템은 중심 보어를 외부와 연통시키는 연통홀을 구비하고, 연통홀에 의해 밸브 바디 내부에서 피스톤 부재가 이동하는 구동공간과 밸브 스템의 중심 보어가 연통하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스템 시트와 피스톤 부재 사이에는 밸브 바디의 내부에 장착되어 지지되는 서포터가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스프링은 서포터와 피스톤 부재 사이에 안착되어 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서포터에는 유입구로부터 유입된 유체가 배출구 측으로 유동하는 것을 매개하는 오리피스부가 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템은, 서포터의 관통 보어 내로 삽입되어 장착되는 제1 스템부와, 스템 시트와 상호작용해 밸브 바디 내부에 형성된 유로를 개폐하는 제2 스템부와, 밸브 바디에 형성된 가이드 보어 내로 삽입되어 장착되는 제3 스템부를 포함하며, 제2 스템부는 제1 밸브 시트의 보어부를 개폐하는 제1 안착부 및 제2 밸브 시트의 보어부를 개폐하는 제2 안착부를 포함하는 다단의 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압 밸브는 밸브 스템의 제2 스템부에 형성된 제1 안착부가 제1 스템 시트의 중심에 형성된 보어부의 일측에 접촉해 유체의 유동을 차단하도록 구성되며, 제1 스템 시트에 손상이 발생된 경우 제2 스템부에 형성된 제2 안착부가 제2 스템 시트의 중심에 형성된 보어부의 일측에 접촉해 유체의 유동을 차단하도록 구성될 수 있다.

이 외에도, 본 발명에 따른 고압 밸브에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브는 밸브 바디 내에서 유입구와 배출구 사이에 형성된 유로를 개폐할 수 있는 개폐영역을 복수로 형성해 밸브 시트와 밸브 스템 사이의 반복 접촉에 의해 밸브 시트에 일부 손상이 발생하더라도 고압 밸브를 통한 밸브의 개폐 및 이를 통한 유체의 공급 및 차단이 문제없이 수행될 수 있도록 구성되어 있어 밸브의 작동 신뢰성 및 사용 수명이 크게 개선될 수 있게 된다.

도 1은 종래에 이용되고 있는 고압 밸브의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 고압 밸브에서 밸브 시트와 밸브 스템 사이의 작동 구조를 확대하여 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 전체적인 구성을 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 분해 사시도를 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 내부 구조를 예시적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 밸브 바디(제1 밸브 바디)를 예시적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 밸브 바디(제2 밸브 바디)를 예시적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 밸브 시트를 예시적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 서포터를 예시적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 제어부재를 예시적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브에서 제어부재를 구성하는 밸브 스템의 구조를 예시적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브에서 유입구와 배출구 사이의 유로가 개폐되는 모습을 예시적으로 도시한다. [도 12의 (a)는 유입구와 배출구 사이의 유로가 폐쇄된 상태를, 도 12의 (b)는 유입구와 배출구 사이의 유로가 개방된 상태를 도시함]

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 형상 및 크기는 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 형상 및 크기로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변형되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브

도 3 내지 도 12을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)가 예시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 후술하는 바와 같이 전술한 종래의 고압 밸브와 전체적으로 유사한 구조로 형성될 수 있으며, 유체를 이송하는 파이프 라인에 설치되어 유체의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 도면에 도시된 바와 같이 밸브 바디(200) 내부에 장착된 밸브 시트(300)의 보어부를 밸브 스템(400)을 통해 개폐하면서 밸브를 통한 유체의 유동을 제어하도록 기능하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 바디(200)는 고압 밸브(100)의 전체적인 몸체를 형성하는 부분으로, 예컨대 도면에 도시된 바와 같이 제1 밸브 바디(210)와 이에 체결되는 제2 밸브 바디(220)로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 밸브 바디(210)는 고압 밸브(100)의 하부 하우징 기능을 수행하는 부분으로, 일측에 외부로부터 유체가 유입되는 유입구(230)와 밸브 내부로 유입된 유체가 외부로 배출되는 배출구(240)가 구비되고 유입구(230)와 배출구(240)는 제1 밸브 바디(210) 내부에 형성된 공간을 통해 유체 연통되도록 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유입구(230)는 연결홀(235)을 통해 내부의 공간부와 연통되고 배출구(240)는 유도홀(245)을 통해 내부의 공간부와 연통되도록 구성될 수 있으며, 유도홀(245)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 배출구(240)로 유출되는 유체의 유속과 압력을 감소시켜 원활한 유체의 유동을 형성할 수 있도록 축방향에 대해 비스듬하게 경사진 구조로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 밸브 바디(210)의 일측에는[예컨대, 제2 밸브 바디(220)가 위치하는 방향] 후술하는 밸브 시트(300)가 장착되는 시트 장착부(250)와 서포터(500)가 장착되는 서포터 장착부(260)가 구비될 수 있으며, 이의 반대측에는[예컨대, 제2 밸브 바디(220)가 위치하는 반대 방향]에는 후술하는 밸브 스템(400)의 일부가 수용되는 가이드 보어(270)가 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가이드 보어(270)는 밸브 스템(400)의 일측 단부를 수용해 밸브 스템(400)의 이동을 가이드하는 기능을 수행할 수 있으며, 가이드 보어(270)에는 가이드 보어(270)를 외부와 연통시키는 가이드홀(275)이 구비되어 밸브 스템(400)의 이동시 가이드 보어(270) 내부의 공기를 외부로 배출하거나 가이드 보어(270) 내부로 공기를 유입시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 고압 밸브(100)에서 밸브 스템(400)이 하부로 이동해 유체 공급이 가능한 개방 위치로 이동하게 되면 가이드 보어(270) 내부를 채우고 있던 공기는 가이드홀(275)을 통해 외부로 배출되어 공기 압축에 의해 밸브 스템(400)의 이동이 방해되는 것이 방지될 수 있고, 밸브 스템(400)이 다시 상부로 이동해 밸브 시트(300)를 폐쇄하는 위치로 이동할 때에는 가이드홀(275)을 통해 외부의 공기가 유입되어 가이드 보어(270) 내를 채우게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 밸브 바디(210)의 일측에는 제2 밸브 바디(220)가 체결되어 고압 밸브(100)의 전체적인 몸체를 형성하도록 구성될 수 있으며, 제2 밸브 바디(220)는 나사 결합 등을 통해 제1 밸브 바디(210)에 결합되도록 구성될 수 있다. 제2 밸브 바디(220)는 내부에 후술하는 제어부재의 일부[예컨대, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 피스톤(500)]가 장착되어 작동할 수 있는 구동공간(280)이 구비되며, 구동공간의 일측에는 가압홀(290)이 형성되어 가압홀(290)을 통한 유체의 공급을 통해 제어부재[예컨대, 밸브 스템(400) 및 피스톤(500)]을 가압하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 가압홀(290)을 통해 밸브 내부로 유입된 유체에 의해 제어부재의 피스톤(500)이 가압되어 피스톤(500) 및 이에 연결된 밸브 스템(400)이 이동하면서 밸브가 개폐되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 시트(300)는 밸브 바디(200)[예컨대, 제1 밸브 바디(210)]의 시트 장착부(250)에 장착되어 후술하는 밸브 스템(400)과의 상호작용을 통해 유입구(230)와 배출구(240) 사이에 형성된 유로를 개폐해 밸브를 통한 유체의 흐름을 제어하는 기능을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 시트(300)는 대략 원통형의 구조로 형성될 수 있으며, 밸브 시트(300)의 중심부에는 밸브 스템(400)이 삽입될 수 있는 관통 보어가 형성되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 시트(300)는 내부에 서로 다른 직경의 관통 보어가 형성되는 복수의 영역으로 형성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 시트(300)는 중심에 제1 직경(D1)의 보어부[제1 보어부(315)]가 형성된 제1 밸브 시트(310)와 제1 직경(D1)과 다른 크기를 갖는, 예컨대 제1 직경(D1) 보다 작은 직경을 갖는 제2 직경(D2)의 보어부[제2 보어부(325)]가 형성된 제2 밸브 시트(320)로 구성될 수 있다. (도 5 및 도 8 참조)

본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 고압 밸브와 달리 밸브 스템(400)과 상호작용하여 유입구(230)와 배출구(240) 사이의 유로를 개폐하는 밸브 시트(300)가 서로 다른 직경의 관통 보어를 갖도록 복수의 영역으로 형성되어 있기 때문에, 밸브 스템(400)이 왕복 운동하며 고압 밸브가 작동하는 과정에서 밸브 시트(300)에 일부 손상이 발생하더라도 밸브 시트(300)의 다른 부분을 통해 유로가 차폐될 수 있어 고압 밸브(100)의 작동 신뢰성 및 사용 수명이 향상될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 시트(300)는 도면에 도시된 바와 같이 복수의 밸브 시트[제1 밸브 시트(310) 및 제2 밸브 시트(320)]가 결합되어 형성되도록 구성되거나, 중심부에 서로 다른 관통 보어가 형성된 하나의 부재로 형성될 수 있으며, 밸브 시트(300)의 관통 보어의 모서리 부분은 챔퍼 또는 라운딩처리 되어 형성되도록 구성되어도 무방하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 시트(300)의 상부에는 서포터(350)가 구비될 수 있다. 서포터(350)는 밸브 바디의 내부에 형성된 서포터 장착부(260)에 장착되며, 중심부에 관통 보어(360)를 구비하여 관통 보어(360)를 통해 밸브 스템(400)을 수용하고 밸브 스템(400)의 장착 및 이동을 안내하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서포터(350)의 하부에는 오리피스부(370)가 형성될 수 있다. 오리피스부(370)는 유입구(230)를 통해 유입된 유체가 배출구(240)를 향해 안정적으로 유동할 수 있도록 유체의 유동을 안내하는 기능을 수행하며, 오리피스부(370)에는 하나 이상의 분기홀(375)이 구비되어 유입되는 유체의 유동 방향을 변화시키고 유체의 유속 및 유량을 완화시키는 기능을 수행할 수 있다.

한편, 서포터(350)는 상부에 밸브 스템(400)에 탄성력을 가해 밸브를 폐쇄상태로 위치시키는 스프링(600)의 일단을 수용하여 지지하기 위한 스프링 수용홈(380)이 구비되도록 구성될 수 있으며, 서포터(350)의 외주면에는 씰링홈(390)이 형성되어 O링 및/또는 씰링 시트 등이 결합되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고압 밸브(100)의 내부에는 제어부재가 구비되어 제어부재의 이동에 의해 고압 밸브의 유입구(230)와 배출구(240) 사이에 형성된 유로가 개폐되면서 유체의 공급이 제어되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부재는 밸브 시트(300)와 상호작용해 고압 밸브(100)를 통한 유체의 이동을 개방 및 차단하는 밸브 스템(400)과 이에 결합되어 밸브 스템(400)을 이동시키는 기능을 수행하는 피스톤 부재(500)를 포함하도록 구성될 수 있으며, 밸브 스템(400)과 피스톤 부재(500)는 로킹핀(510) 등을 통해 일체로 체결되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템(400)은 서포터(350)의 중심부에 형성된 관통 보어(360) 내에 삽입되어 장착되는 제1 스템부(410), 밸브 시트(300)와 상호작용해 밸브 바디(200) 내부의 형성된 유로를 개방 및 폐쇄하는 제2 스템부(420), 제1 밸브 바디(210)의 가이드 보어(270) 내로 삽입되어 장착되는 제3 스템부(430)를 포함하도록 구성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 스템(400)은 전술한 종래의 고압 밸브와 달리 밸브 스템(400)이 밸브 시트(300)에 형성된 복수의 관통 보어를 개폐할 수 있도록 제2 스템부(420)에 복수의 안착면을 형성한 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)의 밸브 스템(400)은 도 5 및 도 11에 도시된 바와 같이 제2 스템부(420)에 제1 밸브 시트(310)와 상호작용하는 제1 안착면(420b)과 제2 밸브 시트(320)와 상호작용하는 제2 안착면(420a)이 구비되도록 구성될 수 있다.

예컨대, 밸브 스템(400)의 제2 스템부(420)는 밸브 시트(300)에 형성된 보어부[도면에 도시된 실시예의 경우, 제2 밸브 시트(300)에 형성된 제2 보어부(325)] 보다 작은 직경(d1)을 갖는 직경 축소부[제4 스템부(440)]에서 시작해 제2 밸브 시트(320)의 보어부[제2 보어부(325)] 직경(D2) 보다는 크고 제1 밸브 시트(310)의 보어부[제1 보어부(315)] 직경(D1) 보다는 작은 직경(d2)을 갖는 단차부(422)까지 직경이 확대되는 제2 안착면(420a)과, 단차부(422)로부터 시작해 제1 밸브 시트(320)의 보어부[제1 보어부(315)] 직경(D1)보다 큰 직경(d3)을 갖는 외경부(424)까지 직경이 확대되는 제1 안착면(420b)을 구비하도록 다단의 구조로 형성될 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 밸브 스템(400)은 도 5 및 도 12에 도시된 바와 같이 제1 안착면(420b)이 제1 밸브 시트(310)의 일측 단부에서 제1 보어부(315)의 내주면에 접촉해 개폐를 수행하고 제2 안착면(420a)이 제2 밸브 시트(320)의 일측 단부에서 제2 보어부(325)의 내주면에 접촉해 개폐를 수행할 수 있게 되어, 밸브의 작동 과정에서 강성이 약한 밸브 시트의 내주면에 일부 손상이 발생하더라도 다른 밸브 시트에 의해 개폐 동작이 수행될 수 있어 안정적인 밸브의 작동이 보장될 수 있게 된다.

예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 초기에는 밸브 스템(400)의 제2 스템부(420)에 형성된 제1 안착면(420b)이 제1 밸브 시트(300)의 제1 보어부(315)에 접촉해 유체의 유동을 차단하도록 작동하다가, 밸브의 작동 과정에서 제1 밸브 시트(300)의 접촉면에 손상이 가해지면 밸브 스템(400)이 보다 상승해 제2 스템부(420)의 제2 안착면(420a)이 제2 밸브 시트(320)의 제2 보어부(325)에 접촉해 유체의 유동을 차단하도록 작동할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 전술한 종래의 고압 밸브에 비해 고압 밸브(100)의 작동 신뢰성이 향상될 수 있고 고압 밸브(100)의 사용 수명이 더욱 증가될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템(400)의 제3 스템부(430)는 밸브 바디[제1 밸브 바디(210)]에 형성된 가이드 보어(270) 내에 수용되어 밸브 스템(400)의 이동이 안내되도록 구성될 수 있다.

한편, 제2 스템부(420)의 안착면 반대측[도면에 도시된 실시예의 경우, 제2 스템부(420)와 제3 스템부(430) 사이]에는 축소된 직경(d4)을 갖는 직경 축소부[제5 스템부(450)]가 더 구비되어, 직경이 축소된 제5 스템부(430)와 제2 스템부(420) 사이에 숄더부(426)가 형성되어 유입구(230) 측에 존재하는 고압의 유체에 의해 정상 상태에서 밸브 스템(400)에 폐쇄방향의 힘이 인가되도록 구성될 수 있다.

다만, 도면에 도시된 밸브 스템(400)의 구조는 본 발명을 실시하기 위한 예시적인 구조에 불과한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 밸브 스템(400)이 복수의 안착면을 갖는 다단의 구조로 형성되는 한 다양한 구조 및 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 밸브 스템(400)은 제2 스템부(420)의 제1 안착면(420b)과 제2 안착면(420a)이 직경이 확장하는 경사진 테이퍼면으로 구성되어 있으나 제1 안착면(420b) 및/또는 제2 안착면(420a)은 테이퍼면 대신 직경이 확장하는 곡선면으로 형성되어도 무방하며, 제1 스템부(410)와 제2 스템부(420) 사이에 별도의 직경 감소부(440; 제4 스템부)를 구비하지 않고 제1 스템부(410)와 제4 스템부(440)를 동일한 외경을 갖도록 일체로 형성해도 무방하며[예컨대, 제4 스템부가 밸브 스템의 끝단부까지 연장되어 하나의 제1 스템부를 형성함], 제3 스템부(430)와 제5 스템부(450)를 동일한 외경을 갖도록 일체로 형성해도 무방하다[예컨대, 제5 스템부가 밸브 스템의 끝단부까지 연장되어 하나의 제3 스템부를 형성함]. 또한, 전술한 실시형태와 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는, 사용 초기에는 밸브 스템(400)의 제1 안착면(420b)과 제2 안착면(420a)이 각각 제1 밸브 스템(310)과 제2 밸브 스템(320)의 보어부 일단에 접촉해 유체의 유동을 차단하다가, 안착면 중 일부에 손상이 발생한 경우에는 손상이 발생되지 않은 안착면에 의해 유체의 유동 차단이 수행될 수 있도록 구성되어도 무방하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템(400)은 중심부에 일측 단부로부터 길이방향을 따라 연장하는 중심 보어(460)를 구비할 수 있으며, 밸브 스템(400)의 일측에는 중심 보어(460)를 외부로 연통하는 연통홀(470)이 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 스템(400)의 중심부에 형성된 중심 보어(460)는 가이드 보어(270) 및 가이드홀(275)과 연통하도록 구성될 수 있으며, 밸브 스템(400)에 형성된 연통홀(470)은 밸브 바디[제2 밸브 바디(220)]에 형성된 구동공간(280)과 연통하도록 구성될 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 가압홀(290)을 통해 유입된 유체에 의해 피스톤 부재(500)가 가압되어 피스톤 부재(500) 및 이에 연결된 밸브 스템(400)이 이동할 때 구동공간(280)에 수용되어 있던 공기는 연통홀(470) 및 중심 보어(460)를 통해 가이드 보어(270)로 이동된 다음 가이드홀(275)을 통해 외부로 배출될 수 있고, 가압홀(290)을 통한 유체의 유입이 중단되어 피스톤 부재(500) 및 이에 연결된 밸브 스템(400)이 다시 원래의 위치로 복귀할 때에는 반대의 과정을 통해 가이드 보어(270) 및 구동공간(280)으로 공기가 유입되면서 피스톤 부재(500) 및 밸브 스템(400)이 본래의 위치로 복귀할 수 있게 된다.

따라서, 밸브 바디[제2 밸브 바디(220)]에 구동공간(280) 내외로 공기를 배출/유입하기 위한 공기 유입/배출홀을 별도로 형성하지 않더라도 공기 압축에 의한 저항 없이 피스톤 부재(500) 및 밸브 스템(400)이 원활하게 밸브 바디 내에서 이동하면서 밸브의 개폐 동작을 신속하고 정확하게 수행할 수 있게 된다.

한편, 밸브 스템의 외주면에는 씰링 부재가 삽입되는 씰링홈이 하나 이상 구비될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 제1 스템부(410)의 외주면에 씰링 부재를 결합하기 위한 씰링홈(415)을 형성하고 제3 스템부(430)의 외주면에 씰링 부재를 결합하기 위한 씰링홈(435)을 형성해 O링 및/또는 씰링 시트 등의 씰링 부재를 결합하도록 구성되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피스톤 부재(500)는 밸브 바디에 형성된 가압홀(290)을 통해 유입되는 유체의 압력과 스프링(600)의 탄성력 등에 의해 피스톤 부재(500)에 연결된 밸브 스템(400)을 왕복운동시키는 기능을 수행한다.

이를 위해, 피스톤 부재(500)는 제2 밸브 바디(220)에 형성된 구동공간(280)의 내주면에 대응하는 크기의 외경을 갖도록 형성되며 일측 단부는 밸브 스템(400)에 체결되어 밸브 스템(400)과 일체로 이동하도록 구성될 수 있다.

도면에 도시된 실시예의 경우에는 피스톤 부재(500)가 연결부재(520) 및 로킹핀(510) 등을 통해 밸브 스템(400)과 일체로 체결되도록 구성되어 있으나, 피스톤 부재(500)는 이러한 구조로 한정되어야 하는 것은 아니고 밸브 스템(400)과 피스톤 부재(500)가 일체로 왕복운동을 할 수 있는 구조라면 임의의 다양한 형상 및 구조로 형성되어도 무방하다. 예컨대, 도면에 도시된 연결부재(520)와 피스톤 부재(500)가 하나의 일체형 구조로 형성되어도 좋고, 밸브 스템(400)도 피스톤 부재(500)와 일체형 구조로 형성되어도 무방하다.

또한, 피스톤 부재(500)의 원활한 이동을 위해 피스톤 부재(500)의 외주면에는 씰링홈(530)이 형성되어 O링 등의 씰링 부재를 결합하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피스톤 부재(500)와 서포터(350) 사이에는 스프링(600)이 게재되어 장착되도록 구성될 수 있다. 스프링(600)은 도면에 도시된 바와 같이 서포터(350)와 피스톤 부재(500) 사이에 압축된 상태로 장착되어 밸브를 폐쇄하는 방향으로 제어부재[밸브 스템(400) 및 피스톤 부재(500)]를 가압하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 가압홀(290)을 통해 가압된 공기가 밸브 내부로 유입되지 않는 경우 밸브 스템(400)은 밸브 시트에 접촉해 폐쇄 상태로 유지되어 밸브를 통한 유체의 공급을 차단할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브의 작동원리

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)가 작동하는 모습이 예시적으로 도시되어 있다.

먼저, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 평상시에는 밸브 스템(400)이 밸브 시트(300)에 접촉해 밸브 바디 내부의 유로가 차단된 상태로 위치하게 된다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 밸브(100)는 스프링(600)의 탄성력 및 유입구(230) 측에서 유입되는 유체의 압력에 의해 제어부재(밸브 스템 및 피스톤 부재)가 폐쇄 방향으로 가압되어 밸브 스템(400)에 의해 밸브 시트(300)에 접촉해 밸브 시트(300)의 보어부[예컨대, 제1 보어부(315)]를 폐쇄함으로써 밸브 바디 내부의 유로가 차단된 상태로 위치하게 된다.

이러한 상태에서, 가압홀(290)을 통해 유체가 유입되면 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 유입된 유체에 의해 피스톤(500)이 가압되어 피스톤 부재(500) 및 이에 연결된 밸브 스템(400)이 이동하면서 밸브 스템(400)과 밸브 시트(300)가 서로 이격되어 밸브 스템(400)과 밸브 시트(300) 사이에 간극이 형성되고, 이러한 간극을 통해 유입구(230) 측의 유체가 밸브 시트(300)의 보어부, 서포터(350)의 오리피스부, 유도홀(245) 등을 거쳐 배출구(240) 측으로 이동하게 되고, 이로 인해 고압 밸브(100)를 통한 유체의 공급이 수행되게 된다.

이후, 유체의 공급이 완료되고 가압홀(290)을 통해 주입되는 공기가 차단되면, 제어부재[밸브 스템(400) 및 피스톤 부재(500)]는 스프링(600)의 탄성복원력 등에 의해 본래의 위치(폐쇄 위치)로 이동하고, 다시 유체의 흐름은 차단되게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 이들 실시예는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위에 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 고압 밸브
200: 밸브 바디
210: 제1 밸브 바디
220: 제2 밸브 바디
230: 유입구
235: 연결홀
240: 배출구
245: 유도홀
250: 시트 장착부
260: 서포터 장착부
270: 가이드 보어
275: 가이드홀
280: 구동공간
290: 가압홀
300: 밸브 시트
310: 제1 밸브 시트
315: 제1 보어부
320: 제2 밸브 시트
325: 제2 보어부
350: 서포터
360: (서포터의) 관통 보어
370: 오리피스부
375: 분기홀
380: 스프링 수용홈
390: (서포터의) 씰링홈
400: 밸브 스템
410: 제1 스템부
415: (제1 스템부의) 씰링홈
420: 제2 스템부
420a: 제2 안착면
420b: 제1 안착면
422: (제2 스템부의) 단차부
424: (제2 스템부의) 외경부
426: (제2 스템부의) 숄더부
430: 제3 스템부
435: (제3 스템부의) 씰링홈
440: 제4 스템부
450: 제5 스템부
460: (밸브 스템의) 중심 보어
470: 연통홀
500: 피스톤 부재
510: 로킹핀
520: 연결부재
530: (피스톤의) 씰링홈
600: 스프링

Claims

고압 유체의 유동을 제어하는 고압 밸브(100)이며,
유체가 유입되는 유입구(230)와 유체가 배출되는 배출구(240)를 구비하는 밸브 바디(200)와,
상기 밸브 바디(200) 내에서 상기 유입구(230)와 상기 배출구(240) 사이에 장착되는 스템 시트(300)와,
상기 스템 시트(300)와 상호작용하여 상기 유입구(230)와 상기 배출구(240) 사이의 유로를 개폐하는 밸브 스템(400)과,
상기 밸브 스템(400)을 이동시키는 피스톤 부재(500)와,
상기 피스톤 부재(500) 및 상기 밸브 스템(400)을 폐쇄 위치로 가압하는 스프링(600)을 포함하고,
상기 스템 시트(300)는 중심부에 제1 직경(D1)의 보어부가 형성된 제1 밸브 시트(310)와 중심부에 제2 직경(D2)의 보어부가 형성된 제2 밸브 시트(320)를 포함하고,
상기 밸브 스템(400)은 제1 밸브 시트(310)의 보어부를 개폐하는 제1 안착부(420b)와 상기 제2 밸브 시트(320)의 보어부를 개폐하는 제2 안착부(420a)를 포함하는,
고압 밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브 바디(200)의 일측에는 상기 밸브 스템(400)의 일측 단부가 삽입되어 수용되는 가이드 보어(270)가 구비되고,
상기 가이드 보어(270)의 일측에는 상기 가이드 보어(270)를 외부와 연통시키는 가이드홀(275)이 구비되는,
고압 밸브.
제2항에 있어서,
상기 밸브 스템(400)은 중심부에 일측 단부로부터 길이방향을 따라 연장하는 중심 보어(460)를 구비하고,
상기 중심 보어(460)는 상기 가이드 보어(270)와 연통하는,
고압 밸브.
제3항에 있어서,
상기 밸브 스템(400)은 상기 중심 보어(460)를 외부와 연통시키는 연통홀(470)을 구비하고,
상기 연통홀(470)에 의해 상기 밸브 바디(200) 내부에서 상기 피스톤 부재(500)가 이동하는 구동공간(280)과 상기 밸브 스템(400)의 중심 보어(450)가 연통하는,
고압 밸브.
제4항에 있어서,
상기 스템 시트(300)와 상기 피스톤 부재(500) 사이에는 상기 밸브 바디(200)의 내부에 장착되어 지지되는 서포터(350)가 더 구비되고,
상기 스프링(600)은 상기 서포터(350)와 상기 피스톤 부재(500) 사이에 안착되어 장착되는,
고압 밸브.
제5항에 있어서,
상기 서포터(350)에는 유입구(230)로부터 유입된 유체가 배출구(240) 측으로 유동하는 것을 매개하는 오리피스부(370)가 구비되는,
고압 밸브.
제6항에 있어서,
상기 밸브 스템(400)은,
상기 서포터(350)의 관통 보어 내로 삽입되어 장착되는 제1 스템부(410)와,
상기 스템 시트(300)와 상호작용해 밸브 바디(200) 내부에 형성된 유로를 개폐하는 제2 스템부(420)와,
상기 밸브 바디(200)에 형성된 가이드 보어(270) 내로 삽입되어 장착되는 제3 스템부(430)를 포함하며,
상기 제2 스템부(420)는 상기 제1 밸브 시트(310)의 보어부를 개폐하는 제1 안착부(420a) 및 상기 제2 밸브 시트(320)의 보어부를 개폐하는 제2 안착부(420b)를 포함하는 다단의 구조로 형성되는,
고압 밸브.
제7항에 있어서,
상기 고압 밸브(100)는 상기 밸브 스템(400)의 제2 스템부(420)에 형성된 제1 안착부(420a)가 제1 스템 시트(310)의 중심에 형성된 보어부의 일측에 접촉해 유체의 유동을 차단하도록 구성되며,
제1 스템 시트(310)에 손상이 발생된 경우, 상기 제2 스템부(420)에 형성된 제2 안착부(420b)가 제2 스템 시트(320)의 중심에 형성된 보어부의 일측에 접촉해 유체의 유동을 차단하도록 구성되는,
고압 밸브.