KR20220019751A - 유체 구동 밀봉부를 포함하는 유체 밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

유체 밸브는 밸브 바디와 플러그를 포함한다. 바디는 챔버, 및 챔버와 연통하는 포트들을 포함한다. 플러그는 챔버 내에서 회전하고, 플러그 표면에 제공된 환형 그루브에 배치된 밀봉부를 포함한다. 탄성 부재는 그루브에 배치되고, 챔버의 내부 표면에 대해 밀봉부를 편향시킨다. 그루브가 포트와 정렬되도록 플러그가 바디에 대해 배향될 때, 밀봉부는 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버와 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 챔버를 분리하고 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체기밀 밀봉을 제공한다. 또한 밀봉부 내경 및 외경은 밀봉부에 걸친 유체 압력 차이에 기초하여 변한다.

Description

유체 구동 밀봉부를 포함하는 유체 밸브 조립체

본 발명은 유체 구동 밀봉부를 포함하는 유체 밸브 조립체에 관한 것이다.

유체 밸브 조립체는 로터리 플러그 밸브, 로터리 플러그 밸브를 작동시키도록 사용되는 모터, 및 모터를 로터리 플러그 밸브에 연결하는 기어 세트를 포함한다. 로터리 플러그 밸브는 유체 공급 시스템을 통한 유체 흐름 및 분배를 제어하도록 사용될 수 있는 유체 밸브의 유형이다. 예를 들어, 로터리 플러그 밸브는 차량 냉각 시스템을 통한 냉각제의 흐름을 제어하도록 사용될 수 있다. 로터리 플러그 밸브는 밸브 바디, 및 탄성중합체 밸브 밀봉부에 의해 밸브 바디에 작동 가능하게 연결된 밸브 플러그를 포함할 수 있다. 일부 종래의 로터리 플러그 밸브는 밸브의 밀봉을 위해 밸브 바디와 플러그 사이의 탄성 중합체 밀봉부 또는 스프링 또는 둘 모두의 압축으로부터의 힘에 의지한다. 다양한 경질 밀봉 재료(예를 들어, 열가소성 수지, 세라믹 또는 금속)가 또한 사용되었으며, 통상적으로 경질 밀봉부에 요구되는 비교적 높은 밀봉력을 공급하기 위해 스프링을 사용한다. 이러한 힘은 밸브 전체에 걸쳐서 차동 압력(pressure differential)이 최대일 때 밸브를 밀봉하는데 충분해야만 한다. 그러므로, 일부 종래의 유체 밸브 조립체들에서, 밸브 액추에이터는 실제 차동 압력이 훨씬 작을지라도 이러한 최대 차동 압력에 대해 밸브 플러그를 회전시킬 수 있도록 크기화된다. 일부 경우에, 이러한 힘은 밀봉부와 밸브 바디의 과도한 마모를 초래하고 밸브의 작동 수명을 감소시킬 수 있다.

높은 토크가 또한 밸브의 제조 공차 및 작동 온도에서의 변화로부터 유발되는 치수 변화로 인해 발생할 수 있다. 이러한 허용 오차를 허용하기 위해, 제조업체는 유체 밸브 조립체에 대형 액추에이터를 제공할 수 있다.

전술한 내용에 기초하여, 밸브에 걸쳐서 차동 압력이 있을 때, 심지어 밸브에 걸쳐서 차동 압력이 최대일 때에도 유체 기밀 밀봉을 보장하면서, 밸브 내에서 감소된 토크를 제공하는 것을 포함하여, 기술에서의 한계를 극복하는 밀봉부 구성을 포함하는 로터리 플러그 밸브에 대한 필요성이 있다.

일부 양태에서, 유체 밸브는 밸브 바디 및 밸브 플러그를 포함한다. 밸브 바디는 밸브 플러그 챔버와 밸브 포트들을 포함한다. 각각의 밸브 포트는 밸브 플러그 챔버와 연통한다. 밸브 플러그는 밸브 플러그 챔버에 배치되고, 회전축을 중심으로 밸브 바디에 대해 회전 가능하다. 밸브 플러그는, 밸브 바디에 대한 밸브 플러그의 특정 회전 배향들에서, 밸브 포트들의 제1 포트와 밸브 포트들의 제2 포트 사이에서 연장되는 유체 경로를 제공하는 유체 통로를 포함한다. 밸브 플러그는 유체 통로 반대편의 밸브 플러그의 측면에 제공된 블라인드 구멍과, 블라인드 구멍을 둘러싸는 그루브를 포함한다. 그루브는 블라인드 구멍과 공유되는 그루브 내벽과, 그루브 내벽을 둘러싸고 그루브 내벽으로부터 이격된 그루브 외벽을 포함한다. 밸브 플러그는 그루브에 배치된 환형 밀봉부를 포함하고, 밀봉부는 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경을 가진다. 아울러, 밸브 플러그는 그루브의 블라인드 단부와 밀봉부 사이의 그루브에 배치되는 탄성 부재를 포함한다. 탄성 부재는 밸브 플러그 챔버의 내부 표면으로 밀봉부를 지향시키는 힘을 제공한다. 블라인드 구멍이 밸브 포트들 중 임의의 하나와 정렬되도록 밸브 플러그가 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때, 밀봉부는 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버 및 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 밸브 플러그 챔버를 분리하고 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하며, 밀봉부 내경과 밀봉부 외경은 유체 압력 차이에 기초하여 변하며, 유체 압력 차이는 제1 챔버에 있는 유체의 압력과 제2 챔버에 있는 유체의 압력 사이의 차이이다.

일부 실시예에서, 유체 압력 차이가 0의 값을 가질 때, 밀봉부 내경은 그루브 내벽의 직경보다 크고, 밀봉부 외경은 그루브 외벽의 직경보다 작고, 탄성 부재는 밸브 바디 내부 표면으로 밀봉부를 이동시키는 힘을 제공한다.

일부 실시예에서, 제1 챔버에서의 유체 압력이 제2 챔버에서의 유체 압력보다 높을 때, 밀봉부는 밀봉부 내경이 감소하고 밀봉부의 내부 표면이 그루브 내벽과 접촉하여 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 수축된다. 아울러, 제1 챔버에서의 유체 압력이 제2 챔버에서의 유체 압력보다 낮을 때, 밀봉부는 밀봉부 외경이 증가하고 밀봉부의 외부 표면이 그루브 외벽과 접촉하여 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 확장한다.

일부 실시예에서, 유체 압력 차이가 넌제로 값을 가질 때, 밀봉부는 a) 밸브 바디, 및 b) 그루브 내벽 및 그루브 외벽 중 하나와 직접 접촉하여 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성한다.

일부 실시예에서, 밀봉부는 중공의 원통형 부재이고, 밀봉부의 외부 표면은 그루브 외벽을 향하고, 밀봉부의 외부 표면은 밀봉부의 외부 원주 주위로 연장되는 환형 돌출부를 가진다.

일부 실시예에서, 밀봉부는 중공의 원통형 부재이고, 밀봉부의 내부 표면은 그루브 내벽을 향하고, 밀봉부의 내부 표면은 밀봉부의 내부 원주 주위로 연장되는 환형 돌출부를 가진다.

일부 실시예에서, 밀봉부는, 밸브 바디 내부 표면을 향하는 밀봉부 외부 단부, 및 밀봉부 외부 단부 반대편의 밀봉부 내부 단부를 포함하는 중공 원통형 부재이며, 밀봉부 내부 단부는 탄성 부재를 향한다. 밀봉부 외부 단부는 밀봉부 외부 단부의 제1 가장자리 및 밀봉부 외부 단부의 제2 가장자리에 대해 오목한 환형 오목부를 포함하고, 밀봉부 외부 단부의 제1 가장자리는 밀봉부의 밀봉부 외부 단부와 외부 표면의 교차점에 위치되고, 밀봉부 외부 단부의 제2 가장자리는 밀봉부의 밀봉부 외부 단부와 내부 표면의 교차점에 위치된다.

일부 실시예에서, 밸브 플러그 챔버의 내부 표면을 향하는 밀봉부의 외부 표면의 제1 부분은 제1 부분으로부터 이격된 밀봉부의 제2 부분보다 낮은 마찰 계수를 가진다.

일부 실시예에서, 탄성 부재는 코일 스프링, 웨이브 스프링 또는 웨이브 와셔 중 하나이다.

일부 실시예에서, 유체 통로는 선형이고, 회전축에 직각인 제1 플러그 횡축에 평행하게 연장된다. 또한, 블라인드 구멍이 밸브 포트들의 제3 포트와 정렬되도록, 밸브 플러그가 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때, 블라인드 구멍은 회전축 및 제1 플러그 횡축에 직각인 제2 플러그 횡축과 동심이다.

일부 실시예에서, 밸브 바디는 베이스; 및 회전축에 평행한 방향으로 베이스의 주변으로부터 돌출되는 측벽을 포함한다. 밸브 포트들의 제1 포트는 측벽에 제공되며, 밸브 포트들의 제1 밸브 포트는, a) 회전축에 직각이고 b) 회전축을 교차하는 제1 밸브 바디 횡축과 동심이다. 또한, 밸브 포트들의 제3 포트는 측벽에 제공되며, 밸브 포트들의 제3 포트는, a) 회전축에 직각이고, b) 제1 밸브 바디 횡축에 직각이며, c) 회전축을 교차하는 제2 밸브 바디 횡축과 동심이다.

일부 실시예에서, 밸브 포트들의 제2 포트는 밸브 포트들의 제1 포트와 정반대인 위치에서 측벽에 제공된다.

일부 실시예에서, 그루브 내벽의 직경은 각각의 밸브 포트의 직경 이상이다.

일부 실시예에서, 각각의 밸브 포트는 공통 평면에 위치된다.

일부 실시예에서, 블라인드 구멍은 밸브 포트들 중 적어도 하나의 형상 및 치수에 대응하도록 형상화 및 치수화된다.

일부 양태에서, 유체 밸브는 밸브 바디 및 밸브 플러그를 포함한다. 밸브 바디는 밸브 플러그 챔버와 밸브 포트들을 포함한다. 각각의 밸브 포트는 밸브 플러그 챔버와 연통한다. 밸브 플러그는 밸브 플러그 챔버에 배치되고, 회전축을 중심으로 밸브 바디에 대해 회전 가능하다. 밸브 플러그는 밸브 바디에 대한 밸브 플러그의 일부 회전 배향에서, 밸브 포트들의 제1 포트와 밸브 포트들의 제2 포트 사이에서 연장되는 유체 통로의 일부를 제공하는 선형 제1 그루브를 포함한다. 밸브 플러그는 제1 그루브 반대편의 밸브 플러그의 측면에 배치된 중공의 관형 돌출부, 및 블라인드 구멍을 한정하는 관형 돌출부의 내부 표면을 포함한다. 밸브 플러그는, 관형 돌출부를 둘러싸고 관형 돌출부로부터 이격된 슬리브를 포함하고, 관형 돌출부와 슬리브 사이의 공간은 관형 돌출부를 둘러싸는 환형 제2 그루브를 한정한다. 제2 그루브는 관형 돌출부와 공유되는 그루브 내벽, 및 슬리브와 공유되는 그루브 외벽을 가진다. 밸브 플러그는 제2 그루브에 배치된 환형 밀봉부를 포함하고, 밀봉부는 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경을 가진다. 아울러, 밸브 플러그는 제2 그루브의 블라인드 단부와 밀봉부 사이의 제2 그루브에 배치되는 탄성 부재를 포함한다. 탄성 부재는 밸브 플러그 챔버의 내부 표면으로 밀봉부를 지향시키는 힘을 제공한다.

일부 실시예에서, 블라인드 구멍이 밸브 포트들 중 임의의 밸브 포트와 정렬되도록 밸브 플러그가 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때, 밀봉부는 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버 및 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 밸브 플러그 챔버를 분리하고 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공한다. 아울러, 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경은 유체 압력 차이에 기초하여 변하며, 유체 압력 차이는 제1 챔버에 있는 유체의 압력과 제2 챔버에 있는 유체의 압력 사이의 차이이다.

일부 양태에서, 유체 밸브 조립체는 유체 밸브; 액추에이터; 및 액추에이터를 유체 밸브에 기계적으로 연결하는 기어 세트를 포함한다. 유체 밸브는 밸브 바디; 및 밸브 플러그 챔버에 배치되고 회전축을 중심으로 밸브 바디에 대해 회전 가능한 밸브 플러그를 포함한다. 밸브 바디는 밸브 플러그 챔버; 및 밸브 포트들을 포함하며, 각각의 밸브 포트는 밸브 플러그 챔버와 연통한다. 밸브 플러그는, 밸브 바디에 대한 밸브 플러그의 일부 회전 배향에서, 밸브 포트들의 제1 포트와 밸브 포트들의 제2 포트 사이에서 연장되는 유체 경로를 제공하는 유체 통로를 포함한다. 밸브 플러그는 유체 통로 반대편의 밸브 플러그의 측면에 제공되는 블라인드 구멍, 및 블라인드 구멍을 둘러싸는 그루브를 포함한다. 그루브는 블라인드 구멍과 공유되는 그루브 내벽, 및 그루브 내벽을 둘러싸고 그루브 내벽으로부터 이격된 그루브 외벽을 포함한다. 밸브 플러그는 그루브에 배치된 환형 밀봉부를 포함하고, 밀봉부는 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경을 가진다. 아울러, 밸브 플러그는 그루브의 블라인드 단부와 밀봉부 사이의 그루브에 배치되는 탄성 부재를 포함한다. 탄성 부재는 밸브 플러그 챔버의 내부 표면으로 밀봉부를 지향시키는 힘을 제공한다. 블라인드 구멍이 밸브 포트들 중 임의의 밸브 포트와 정렬되도록 밸브 플러그가 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때, 밀봉부는 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버 및 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 밸브 플러그 챔버를 분리하고, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하며, 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경은 유체 압력 차이에 기초하여 변하며, 유체 압력 차이는 제1 챔버에 있는 유체의 압력과 제2 챔버에 있는 유체의 압력 사이의 차이이다.

유체 밸브 조립체는 로터리 유체 밸브, 유체 밸브를 작동시키도록 사용되는 액추에이터, 및 액추에이터를 유체 밸브에 연결하는 기어 세트를 포함한다. 로터리 유체 밸브는 밸브 바디, 및 밸브 바디에 회전 가능하게 지지되는 플러그 조립체를 포함하며, 플러그 조립체를 회전시키는데 필요한 토크를 감소시키고 필요한 밀봉부의 수를 최소화하도록 구성된다. 플러그 조립체는 탄성중합체 밸브 밀봉부에 의해 밸브 바디에 작동적으로 연결된다. 밸브 바디는 냉각 시스템 내의 상이한 위치들로 유체를 가이드하기 위한 다수의 포트, 및 플러그 조립체를 위한 캐비티를 한정한다. 플러그 조립체는 유체 흐름을 차단하는 폐쇄 부분과, 유체 흐름이 한 포트로부터 다른 포트로 이동하는 것을 허용하는 개방 부분을 가지는 플러그를 포함한다. 플러그 조립체는 포트를 선택적으로 차단 또는 개방하기 위해 상이한 포트 위치들 사이에서 밸브 바디에 대해 회전될 수 있다.

로터리 유체 밸브는 일부 종래의 로터리 유체 밸브들에 비해 회전을 위해 감소된 토크 요건을 가진다. 로터리 유체 밸브에서의 토크 감소는 밀봉을 용이하게 하기 위해 밸브 내의 유체 압력을 이용하는 밸브 밀봉부를 제공하는 것에 의해 실현된다. 디바이스는 예를 들어 밀봉력이 완전히 폐쇄된 위치에서 필요할 때 필요한 밀봉력을 제공하고, 밸브가 완전히 폐쇄된 위치들 사이에서 이동하는 동안 밀봉력을 감소시킨다. 이러한 것은 밀봉부의 마모를 최소화하고, 그러므로 밸브의 사용 수명을 향상시킨다. 밸브가 이동하는 동안 밀봉부의 감소된 힘으로부터 초래되는 감소된 마찰은 또한 밸브를 이동시키는 에너지의 양을 감소시킨다.

로터리 유체 밸브에 있는 밸브 포트가 폐쇄될 때, 밸브 바디 내의 유체 압력은 밀봉부와 밸브 플러그 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하도록 차동 압력에 의존하여 반경 방향으로 밀봉부를 팽창 또는 수축시킨다. 밸브 바디 내의 유체 압력은 또한 밀봉부와 밸브 바디 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하도록 축 방향으로 힘을 제공한다. 초기 편향력은 탄성 부재(즉, 스프링)에 의해 가해지고, 탄성 부재는 밀봉부에 걸쳐서 낮은 유체 차동 압력이 있을 때 밀봉을 제공한다.

로터리 유체 밸브는 밸브 바디에서 플러그 조립체를 회전시키는데 필요한 토크를 유리하게 감소시켜, 밀봉부 및 밸브 바디의 마모를 감소시키고, 로터리 유체 밸브의 신뢰성 및 내구성을 증가시킨다. 아울러, 플러그 조립체를 회전시키는데 필요한 토크가 감소하기 때문에, 밸브 바디 내에 플러그 조립체를 위치시키도록 소형 액추에이터 모터가 사용될 수 있다. 소형 액추에이터 모터는 적은 공간을 차지하고 보다 적은 에너지를 사용하며 비용이 저렴하기 때문에 유리하다.

유체 밸브 조립체는 플러그에서 지지되는 단일 밸브 밀봉부를 포함하는 유체 밸브를 포함하며, 이에 의해 유체 밸브에 필요한 밀봉부의 수가 일부 종래의 유체 밸브에 비해 감소된다. 필요한 밸브 밀봉부의 수가 감소되기 때문에, 밸브 조립체의 비용이 절감되고, 제조가 단순화된다.

플러그는 환형 그루브를 포함하고, 밀봉부는 그루브에 배치된다. 밀봉부가 포트를 둘러싸도록 밸브 플러그 조립체가 밸브 바디에 대해 배향될 때, 플러그와 밸브 바디의 내부 표면 사이의 여유가 밀봉부의 크기에 비해 작기 때문에, 밀봉부는 그루브 내에 유지된다. 그러나, 밸브 플러그 조립체가 밸브 바디에 대해 회전될 때, 밀봉부는 밸브 바디에 있는 포트 개구를 지나갈 수 있다. 이러한 상황에서, 밀봉부의 일부가 개구 내로 빠질 수 있다. 밸브 플러그 조립체의 계속적인 회전시에, 개구 내로 빠진 밀봉부의 부분은 개구의 가장자리와 밸브 플러그 사이에 끼일 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 유체 밸브는 그루브에서 밀봉부를 유지하는 특징부들을 포함할 수 있으며, 이에 의해, 밸브 플러그의 회전 동안 밀봉부의 끼임이 방지될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 밸브 플러그는 밀봉부를 유지하기 위해 그루브에 배치된 유지 링을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 밀봉부는 그루브 상에 제공된 대응하는 특징부와 맞물리는 유지 특징부들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 밸브 바디는 밸브 바디에 대한 밸브 플러그의 회전 동안 밀봉부가 끼는 것을 방지하는, 개구와 관련된 가이드 특징부들을 포함할 수 있다.

도 1은 유체 밸브 조립체의 사시도이다.
도 2는 액추에이터 커버가 제거되고 선 2-2를 따라서 취한 유체 밸브 조립체의 단면도이다.
도 3은 모터를 플러그에 기계적으로 연결하는 기어 세트의 등각도이다.
도 4는 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 5는 플러그 조립체의 평면 사시도이다.
도 6은 도 5의 플러그 조립체의 다른 평면 사시도이다.
도 7은 도 5의 플러그 조립체의 저면 사시도이다.
도 8은 도 5의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 9는 도 8의 밀봉부의 단부도이다.
도 10은 도 1의 선 10-10을 따라서 취한 유체 밸브의 단면도이다.
도 11은 도 1의 선 11-11을 따라서 취한 유체 밸브의 단면도이다.
도 12a는 수축된 구성에서의 밀봉부를 나타내는 유체 밸브의 일부의 단면도이다. 수축된 구성에서, 밀봉부는 제1 챔버(제1 크로스 해치를 사용하여 표현됨) 및 제2 챔버(제2 크로스 해치를 사용하여 표현됨)로 밸브 플러그 챔버를 분리한다.
도 12b는 수축된 구성에서의 밀봉부를 도시하고 수축된 구성에서의 밀봉부에 대한 힘을 나타내는 유체 밸브의 일부의 단면도이다.
도 13a는 팽창된 구성에서의 밀봉부를 나타내는 유체 밸브의 일부의 단면도이다. 팽창된 구성에서, 밀봉부는 제1 챔버(제1 크로스 해치를 사용하여 표현됨) 및 제2 챔버(제2 크로스 해치를 사용하여 표현됨)로 밸브 플러그 챔버를 분리한다.
도 13b는 팽창된 구성에서의 밀봉부를 도시하고 팽창된 구성에서의 밀봉부에 대한 힘을 예시하는 유체 밸브의 일부의 단면도이다.
도 14는 제1 유체 챔버 및 제2 유체 챔버에서의 공통 유체 압력에 대응하는 중립(예를 들어, 휴지) 구성에서의 밀봉부를 나타내는 유체 밸브의 일부의 단면도이다.
도 15는 대안적인 실시예의 플러그 조립체의 저면 사시도이다.
도 16은 도 15의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 17은 도 15의 선 17-17을 따라서 취한 도 15의 플러그 조립체의 단면도이다.
도 18은 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체의 평면 사시도이다.
도 19는 대안적인 실시예의 밀봉부의 사시도이다.
도 20은 도 19의 밀봉부의 단부도이다.
도 21은 도 18의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 22는 도 19의 밀봉부를 이용하는 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체의 평면 사시도이다.
도 23은 도 22의 플러그 조립체의 저면 사시도이다.
도 24는 도 22의 선 24-24를 따라서 취한 도 22의 플러그 조립체의 단면도이다.
도 25는 도 22의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 26은 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체의 저면 사시도이다.
도 27은 도 26의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 28은 도 26의 선 28-28을 따라서 취한 도 26의 플러그 조립체의 단면도이다.
도 29는 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체의 저면 사시도이다.
도 30은 도 29의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 31은 도 29의 선 31-31을 따라서 취한 도 29의 플러그 조립체의 단면도이다.
도 32는 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체의 저면 사시도이다.
도 33은 도 32의 플러그 조립체의 분해도이다.
도 34는 도 32의 선 34-34를 따라서 취한 도 32의 플러그 조립체의 단면도이다.
도 35는 대안적인 실시예의 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 36은 도 35의 선 36-36을 따라서 취한 도 35의 밸브 바디의 단면도이다.
도 37은 도 35의 밸브 포트를 예시하는 밸브 바디의 내부 표면의 일부의 측면도이다.
도 38은 도 35의 선 38-38을 따라서 취한 도 35의 플러그 조립체의 단면도이다.
도 39는 도 35의 선 39-39를 따라서 취한 도 35의 밸브 바디의 단면도이다.
도 40은 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 41은 도 40의 선 41-41을 따라서 취한 도 40의 밸브 바디의 단면도이다.
도 42는 도 40의 밸브 포트를 예시하는 밸브 바디의 내부 표면 일부의 측면도이다.
도 43은 도 40의 선 43-43을 따라서 취한 도 40의 밸브 바디의 단면도이다.
도 44는 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 45는 도 44의 선 45-45를 따라서 취한 도 44의 밸브 바디의 단면도이다.
도 46은 도 44의 밸브 포트를 예시하는 밸브 바디의 내부 표면의 일부의 측면도이다.
도 47은 도 44의 선 47-47을 따라서 취한 도 44의 밸브 바디의 단면도이다.
도 48은 대안적인 실시예의 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 49는 도 48의 선 49-49를 따라서 취한 도 48의 밸브 바디의 단면도이다.
도 50은 도 48의 밸브 포트를 예시하는 밸브 바디의 내부 표면의 일부의 측면도이다.
도 51은 도 35의 선 51-51을 따라서 취한 도 48의 밸브 바디의 단면도이다.
도 52는 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 53은 도 52의 선 53-53을 따라서 취한 도 52의 밸브 바디의 단면도이다.
도 54는 도 52의 밸브 포트를 예시하는 밸브 바디의 내부 표면의 일부의 측면도이다.
도 55는 도 52의 선 55-55를 따라서 취한 도 52의 밸브 바디의 단면도이다.
도 56은 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디의 평면 사시도이다.
도 57은 도 56의 선 57-57을 따라서 취한 도 56의 밸브 바디의 단면도이다.
도 58은 도 56의 밸브 포트를 예시하는 밸브 바디의 내부 표면의 일부의 측면도이다.
도 59는 도 56의 선 59-59를 따라서 취한 도 56의 밸브 바디의 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 유체 밸브 조립체(1)는 유체 밸브(2), 및 유체 밸브(2)를 작동시키도록 사용되는 액추에이터(200)를 포함한다. 유체 밸브 조립체(1)는 예를 들어 차량 냉각 시스템에서 냉각제의 분배 및 흐름을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 유체 밸브(2)는 로터리 플러그 밸브이다. 로터리 플러그 밸브(2)는 액추에이터 하우징(202)에 장착되며, 회전축(64)을 중심으로 밸브 바디(4)에 배치되고 이에 대해 회전하는 플러그 조립체(60)를 포함한다. 밸브 바디(4)는 3개의 밸브 포트(24, 26, 28)들을 포함하고, 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 회전 배향은 액추에이터(200)를 통해 설정된다. 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 회전 배향은 밸브 포트(24, 26, 28)들 중 대응하는 밸브 포트를 통한 하나 이상의 유체 경로를 결정한다. 로터리 플러그 밸브(2)는 밸브 바디(4)와 플러그 조립체(60) 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하는 단일 탄성중합체 밸브 밀봉부(130)를 가진다. 밀봉부(130)는 플러그 조립체(60)의 플러그(62)에 지지되고, 밸브 바디(4)와 플러그(62) 사이의 밀봉을 용이하게 하도록 밸브 바디(4) 내의 유체 압력을 이용한다. 밸브 밀봉부(130)는 다음에 자세히 설명된 바와 같이 플러그 회전을 위한 토크 요건을 감소시키도록 이러한 방식으로 구현된다.

위로, 아래로, 상부, 하부, 상단, 바닥, 전방 또는 후방과 같이 본 명세서에서 만들어진 방향에 대한 참조는 도 1에 도시된 바와 같은 유체 밸브 조립체의 배향과 관련하여 만들어진다. 방향에 대한 참조는 상대적이며, 제한하도록 의도되지않으며, 유체 밸브 조립체는 도 1에 도시된 배향 이외의 배향으로 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

액추에이터(200)는 액추에이터 하우징(202), 액추에이터 하우징(202) 내부에 배치되는 전기 모터(220), 및 모터(220)를 유체 밸브(2)에 연결하는 기어 세트(224)를 포함한다. 기어 세트(224)는 모터 출력 샤프트(222)의 회전 속도를 감소시키고 회전축(64)을 중심으로 플러그 조립체(60)를 회전시키도록 구성된다. 액추에이터 하우징(202)은 얕은 트레이형 컨테이너(302), 및 컨테이너(302)의 개방 단부를 폐쇄하는 커버(340)를 포함한다. 전기 모터(220), 기어 세트(224), 및 컨트롤러(도시되지 않음)를 포함하는 인쇄 회로 기판(240)은 예를 들어 컨테이너(302)와 커버(340) 모두로부터 돌출되는 스탠드-오프(stand-off)들을 통해 액추에이터 하우징(202) 내에서 지지된다. 전기 전도성 핀(242)들은 인쇄 회로 기판(240)과 컨테이너(302)의 측벽(306)으로부터 외측으로 돌출되는 전기 커넥터(210) 사이의 전기적 연결을 제공한다. 아울러, 한 쌍의 전기 전도성 리드(도시되지 않음)가 인쇄 회로 기판(240)을 모터(220)에 연결한다.

기어 세트(224)의 출력 샤프트, 예를 들어 밸브 구동 샤프트(236)는 컨테이너(302)의 바닥(304)에 있는 개구를 통해 밸브 바디(4) 내로 연장되며, 밸브 바디는 다음에 추가로 설명되는 바와 같이 플러그 조립체(60)의 플러그(62)와 맞물린다. 밸브 구동 샤프트(236)는 회전축(64)을 중심으로 회전하기 위해 부싱(239)에 의해 지지된다. 부싱(239)의 양쪽 단부는 샤프트 밀봉부(238)들에 의해 밀봉된다. 부싱(239) 및 밀봉부(238)들은 컨테이너 바닥(304)으로부터 예를 들어 커버(340)를 향해 내측으로 돌출된 중공 보스(308)에 배치된다.

로터리 플러그 유체 밸브(2)는 밸브 바디(4)와, 밸브 바디(4) 내부에 배치되어 이에 대해 회전하는 플러그 조립체(60)를 포함한다. 밸브 바디(4)는 베이스(10) 및 측벽(8)을 포함한다. 측벽(8)은 한쪽 단부에서 베이스(10)의 주변에 결합되고, 측벽(8)은 베이스(10)를 둘러싼다. 측벽(8)과 베이스(10)는 밸브 플러그 챔버(6)를 내부에 한정하는 대체로 컵 형상의 구조를 함께 형성한다. 측벽(8)의 자유 단부(20)(예를 들어, 베이스(10)로부터 이격된 측벽(8)의 단부)는 컨테이너 바닥(304)의 외부 표면과 접한다. 밸브 바디(4)의 측벽(8)과 컨테이너 바닥(304)의 외부 표면 사이의 경계면은 측벽 자유 단부(20)를 둘러싸는 O-링(322)을 통해 밀봉된다.

밸브 바디(4)는 베이스(10)로부터 액추에이터 하우징(202)을 향하는 방향으로 돌출된 원통형 스터브(12)를 포함한다. 스터브(12)는 베이스(10)의 중심에 위치되며, 회전축(64)과 동축이다. 스터브(12)는 플러그(62)에 제공된 원통형 오목부(78)에 수용된다. 스터브(12)는 밸브 플러그 챔버(6) 내에서 플러그 조립체(60)를 중심에 두고, 플러그 조립체(60)는 아래에서 더 논의되는 바와 같이 밸브 구동 샤프트(236)를 통해 회전축(64)을 중심으로 스터브(12) 상에서 회전하도록 구동된다.

밸브 바디(4)는 베이스(10)로부터 액추에이터 하우징(202)을 향하는 방향으로 돌출되는 스토퍼(14)을 포함한다. 스토퍼(14)는 스터브(12)와 측벽(8) 사이에 위치되고, 프리즘의 양쪽 측면(15, 16)이 밸브 바디(4)의 반경과 정렬되는 대체로 직사각형 프리즘의 형상을 가진다. 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 특정 회전 배향에서, 스토퍼(14)는 다음에 더 논의되는 바와 같이, 밸브 바디(4)의 외부 표면으로부터 돌출되는 리브(72)와 맞물린다.

도시된 실시예에서, 밸브 바디(4)는 제1 밸브 포트(24), 제2 밸브 포트(26) 및 제3 밸브 포트(28)를 포함하는 3개의 밸브 포트를 가진다. 각각의 밸브 포트(24, 26, 28)는, 측벽(8)으로부터 외측으로 돌출되고 밸브 플러그 챔버(6)와 연통하는 튜브(30)를 포함한다. 비록 각각의 밸브 포트의 길이는 다를 수 있을지라도, 각각의 밸브 포트(24, 26, 28)는 동일한 단면 형상 및 단면 치수를 가진다. 도시된 실시예에서, 밸브 포트(24, 26, 28)들을 형성하는 튜브(30)들은 원통형 튜브이고, 각각의 밸브 포트(24, 26, 28)는 밸브 바디 측벽(8)과의 교차점에서 원형 개구(34)를 형성한다.

밸브 포트(24, 26, 28)들은 측벽(8)의 원주 주위의 이격된 위치에 제공된다. 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들은 제1 밸브 바디 횡축(32)과 동축이며, 밸브 바디(4)의 직경 방향으로 양쪽 측면 상에 위치된다. 제3 밸브 포트(28)는 제2 밸브 바디 횡축(36)과 동축이며, 여기에서 제2 밸브 바디 횡축(36)은 제1 밸브 바디 횡축(32)에 직각이다. 그 결과, 제3 밸브 포트(28)는 밸브 바디 측벽(8)의 원주를 따라서 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들 사이의 중간에 배치된다. 제1 및 제2 밸브 바디 축(32, 36)들은 회전축(64) 및 서로 교차하고, 회전축(64)에 직각이다. 그 결과, 밸브 포트(24, 26, 28)들은 플러그 조립체(60)의 회전축(64)에 직각인 단일 평면에 위치된다.

도 5 내지 도 11을 참조하면, 플러그 조립체(60)는 플러그(62), 플러그(62)에 제공된 그루브(106)에 지지되는 밀봉부(130), 및 그루브(106)에 배치되고 밀봉부(130)를 밸브 바디(4)를 향해 편향시키는 탄성 부재(160)를 포함한다.

플러그(62)는 액추에이터 하우징(202)을 향하는 제1 단부(66), 및 제1 단부(66)에 평행하고 밸브 바디 베이스(10)의 내부 표면을 향하는 반대편 제2 단부(68)를 가지는 대체로 원통형 부재이다. 플러그(62)는 밸브 바디 측벽(8)의 내부 표면을 향하는 측부 표면(70)을 포함한다.

플러그(62)의 제1 단부(66)는 밸브 구동 샤프트(236)를 수용하여 이와 기계적으로 맞물리도록 구성된 중앙에 위치된 제1 오목부(74)를 포함한다. 비록 제1 오목부(74)가 일반적으로 원통형인 내부 표면을 가질지라도, 오목부 내부 표면은 회전축(64)을 향하는 평탄 부분(76)을 포함한다. 플러그 조립체(60)가 밸브 구동 샤프트(236)와 조립될 때, 밸브 구동 샤프트(236)의 단부는 제1 오목부(74)에 배치되고, 밸브 구동 샤프트(236)에 제공된 평탄 부분(235)은 제1 오목부 평탄 부분(76)과 접한다. 밸브 구동 샤프트(236)가 모터(220)에 의해 작동될 때, 각각의 평탄 부분(76, 235)들 사이의 맞물림은 밸브 구동 샤프트(236)가 회전축(64)을 중심으로 플러그(62)를 회전시키는 것을 가능하게 한다.

플러그(62)의 제2 단부(68)는 스터브(12)를 수용하도록 구성된 중앙에 위치한 제2 오목부(78)를 포함한다. 제2 오목부(78)는 헐거운 끼워맞춤으로 스터브(12)를 수용하는 치수화된 원통형 내부 표면을 가진다. 스터브(12)는 플러그(62)가 회전하는 스핀들로서 역할을 한다.

플러그(62)의 제2 단부(68)는 밸브 바디 베이스(10)를 향해 돌출되는 세장형 리브(72)를 포함한다. 리브(72)는 밸브 바디(4)의 반경과 정렬되는 선형 돌출부이다. 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 특정 배향들에서, 리브(72)는 밸브 바디(4)의 베이스(10)에 제공된 스토퍼(14)와 맞물린다. 리브(72)와 스토퍼(14) 사이의 상호 작용은 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 과도 회전을 방지할 수 있다. 아울러, 일부 실시예에서, 예를 들어 밸브 플러그 위치 센서를 포함하는 특정 제어 전자 기기(도시되지 않음)는 리브(72)가 스토퍼(14)와 맞물릴 때까지 밸브 바디(4)에 대해 플러그(62)를 회전시키는 동시에, 플러그(62)의 회전 배향을 검출하기 위해 센서를 사용하는 것에 의해 초기화될 수 있다.

플러그(62)는 회전축(64)에 직각인 방향으로 플러그(62)를 통해 직경 방향으로 연장되는 선형의 제1 그루브(84)를 포함한다. 제1 그루브(84)는 측부 표면(70)의 원주에서 개방되는 "U자" 형상을 한정하여서, 제1 그루브(84)는 밸브 바디 측벽(8)을 향하여 개방된다. 제1 그루브(84)는 회전축(64)에 직각이고 이를 교차하는 제1 플러그 횡축(86)과 동축이다. 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 일부 회전 배향에서, 예를 들어, 제1 플러그 횡축(86)이 제1 밸브 바디 횡축(32)에 평행할 때, 제1 그루브(84)는 제1 밸브 포트(24)와 제2 밸브 포트(26) 사이에서 연장되는 유체 통로(88)의 일부를 제공한다.

플러그(62)의 측부 표면(70)은 제1 그루브(84) 반대편의 플러그(62)의 측면에서 절두되고, 이에 의해, 측부 표면(70)은 평면 부분(80)을 가진다. 플러그(62)는 평면 부분(80)으로부터 외측으로 돌출되는 중공의 관형 돌출부(94)를 포함한다. 관형 돌출부(94)는 상대적으로 얇은 벽을 가지며, 관형 돌출부(94)의 내부 표면은 블라인드 구멍(100)을 한정한다. 관형 돌출부(94)는, 제1 플러그 횡축(86) 및 회전축(64) 모두에 직각이고 이를 교차하는 제2 플러그 횡축(90)과 동축이다. 관형 돌출부(94)는 밸브 바디 측벽(8)을 향하여 개방되고, 좁은 갭(g)(도 2)은 관형 돌출부(94)의 말단 단부(98)와 밸브 바디 측벽(8) 사이에 존재한다. 갭(g)은, 플러그(62)의 회전 동안 관형 돌출부(94)와 밸브 바디 측벽(8) 사이에 간섭이 없고 관형 돌출부(94)와 밸브 바디 측벽(8) 상에서 유체 흐름이 발생하는 것을 허용하도록 치수화된다.

관형 돌출부(94)는 밸브 포트(24, 26, 28)들의 형상 및 치수에 대응하는 단면 형상 및 치수를 가진다. 도시된 실시예에서, 밸브 포트(24, 26, 28)들은 원통형 튜브(30)들이다. 그러므로, 관형 돌출부(94) 및 관형 돌출부(94)의 내부 표면에 의해 한정되는 블라인드 구멍(100)은 형상이 원통형이고, 밸브 포트(24, 26, 28)들과 관련된 밸브 바디 측벽(8)에서의 원형 개구(34)들의 직경 이상인 직경을 가진다.

플러그(62)는, 관형 돌출부(94)를 둘러싸고 관형 돌출부(94)와 동축이며 관형 돌출부(94)로부터 이격되는 슬리브(110)를 포함한다. 관형 돌출부(94)와 같이, 슬리브(110)는 원통형 형상을 가진다. 슬리브(110)와 관형 돌출부(94)는 각각 밸브 바디 내부 표면(18)의 원통형 형상을 수용하기 위해 불균일한 길이(ℓp)를 가지며, 여기에서, 슬리브(110)와 관형 돌출부(94)의 길이(ℓp)는 제2 횡축(90)에 평행한 방향으로의 치수에 대응한다. 특히, 슬리브(110) 및 관형 돌출부(94)는 각각 밸브 플러그의 제1 및 제2 단부(66, 68)에 가장 가까운 부분에서 최대 길이(ℓp1)를 갖고, 밸브 플러그 제1 및 제2 단부(66, 68) 사이의 중간에 배치된 부분에서 최소 길이(ℓp2)를 가진다.

관형 돌출부(94)와 슬리브(110) 사이의 공간은 관형 돌출부(94)를 둘러싸는 환형 제2 그루브(106)를 한정한다. 제2 그루브(106)는 관형 돌출부(94)와 공유되는 그루브 내벽(108) 및 슬리브(110)와 공유되는 그루브 외벽(112)을 가진다. 또한, 제2 그루브(106)는 그루브 블라인드 단부(114)를 가진다. 도시된 실시예에서, 그루브 블라인드 단부(114)는 밸브 플러그 측부 표면(70)의 평면 부분(80)의 일부일지라도 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 제2 그루브(106)는 밀봉부(130)를 수용하고, 밸브 바디(4)에 대한 플러그 조립체(60)의 회전 동안 밀봉부(130)를 위한 기계적 지지를 제공한다.

환형 밀봉부(130)는 제2 그루브(106)에 배치된다. 밀봉부(130)는 그루브 외벽(112)을 향하는 밀봉부 외부 표면(136) 및 그루브 내벽(108)을 향하는 밀봉부 내부 표면(138)을 가진다. 밀봉부(130)는 또한 밸브 바디 측벽(8)을 향하는 제1 단부(132), 및 제1 단부(132) 반대편에 있고 그루브 블라인드 단부(114)를 향하는 제2 단부(134)를 가진다. 밀봉부 외부 및 내부 표면(136, 138)은, 효과적인 밀봉에 필요한 공차를 감소시키고, 밀봉부(130)와 그루브 내부 및 외부 벽(108, 112)들 사이의 마찰을 감소시키고, 밸브 바디(4)에 대한 플러그(62)의 회전 동안 밀봉부(130)를 기계적으로 지지하는 표면 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 밀봉부 외부 표면(136)은, 외측으로 돌출되고 밀봉부(130)의 외주 주위로 연장되는 환형 외부 원주 방향 비드(140)(예를 들어, 비드)를 포함한다. 또한, 밀봉부 내부 표면(138)은, 내측으로 돌출되고 밀봉부(130)의 내부 원주 주위로 연장하는 환형 내부 원주 방향 비드(146)(예를 들어, 비드)를 포함한다.

밀봉부(130)는 밸브 바디 내부 표면(18)의 원통형 형상을 수용하기 위해 불균일한 길이(ℓs)를 가지며, 여기에서 밀봉부(130)의 길이(ℓs)는 밀봉부 제1 단부(132)와 제2 단부(134) 사이의 거리에 대응한다. 특히, 밀봉부(130)는 밸브 플러그 제1 및 제2 단부(66, 68)들에 가장 가까운 밀봉부(130)의 제1 부분(152)에서(예를 들어, 도 8에 도시된 밀봉부(130)의 배향에 대해 밀봉부(130)의 상단 및 바닥에서) 최대 길이(ℓs1)를 가진다. 또한, 밀봉부(130)는 밀봉부(130)의 제2 부분(154)에서 최소 길이(ℓs2)를 가지며, 여기에서 제2 부분(154)들은 제1 부분(152)들 사이의 중간(예를 들어, 도 8에 도시된 밀봉부(130)의 배향에 대한 밀봉부(130)의 상단과 바닥 사이의 중간)에 위치된다.

밀봉부 제1 단부(132)는 밀봉부 제1 단부(132)와 밀봉부(130)의 외부 표면(136)의 교차점에 위치되는 제1 가장자리(142), 및 밀봉부 제1 단부(132)와 밀봉부(130)의 내부 표면(138)의 교차점에 위치되는 제2 가장자리(144)를 포함한다. 또한, 밀봉부 제1 단부는 제1 가장자리(142) 및 제2 가장자리(144) 모두에 대해 오목한 환형 오목부(156)를 포함한다. 그 결과, 밀봉부 제1 단부(132)는, 밀봉부(130)와 밸브 바디 내부 표면(18) 사이의 접촉이 밀봉부(130)의 외경 및 내경에서 발생하는 것을 보장하는 얕은 "V" 형상을 가진다. 유리하게, 얕은 "V" 형상은 플러그 조립체(60)가 밸브 바디(4)에 대해 회전할 때 밀봉부가 표면 와이핑 작용을 제공하는 것을 허용하여, 밀봉부 제1 단부(132)와 밸브 바디 내부 표면(18) 사이에 손상을 유발할 수 있는 입자가 들어가는 것을 방지한다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 가장자리(142, 144)는 밀봉부 제1 단부(132)가 궁극적으로 밸브 바디 내부 표면(18)의 형상에 일치하도록 시간이 지남에 따라서 "마모"된다.

밀봉부(130)는, 유체 밸브(2)를 통해 흐르는 유체와 양립 가능하고 작동 온도 및 내구성에 대한 요구 사항을 충족시키는 탄성 재료로 형성된다. 예를 들어, 차량 냉각제 시스템에서 유체를 제어하기 위해 사용되는 유체 밸브를 위하여, 밀봉부(130)는 자동차 냉각제와 호환되는 탄성중합체로 형성된다.

일부 실시예에서, 밀봉부 제1 단부(132)는 저마찰 코팅을 포함할 수 있고, 이에 의해 밀봉부 제1 단부(132)는 밀봉부 외부 및 내부 표면(136, 138) 및 밀봉부 제2 단부(134)를 포함하는 밀봉부(130)의 나머지 부분보다 낮은 마찰 계수를 가진다. 다른 실시예에서, 밀봉부(130)의 전체는 밀봉부(130)를 형성하는데 사용되는 탄성중합체에 비해 낮은 마찰인 코팅으로 코팅된다. 하나의 비제한적인 예에서, 밀봉부(130)는 탄성중합체로 형성되며, 코팅은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성된다. 밀봉부(130)에 저마찰 코팅을 제공하는 것에 의해, 유체 밸브(2)를 작동시키는데 필요한 토크가 감소된다.

일부 실시예에서, 저마찰 코팅에 대한 대안으로서, 밀봉부(130)는 "블루밍(blooming)" 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 블루밍 재료는, 밀봉부(130)에 통합되고 시간이 지남에 따라 밀봉부(130) 밖으로 스며 나오는 왁스일 수 있다. 이 예에서, 왁스는 밀봉부(130)를 코팅하고, 마찰을 감소시키는 윤활제로서 역할을 할 수 있다.

탄성 부재(160)는 밀봉부(130)와 제2 그루브 블라인드 단부(114) 사이에 있도록 제2 그루브(106)에 배치된다. 도시된 실시예에서, 탄성 부재(160)는 코일 스프링, 웨이브 스프링 또는 웨이브 와셔와 같은 스프링이다. 탄성 부재(160)는 스테인리스강으로 형성될 수 있지만, 이러한 재료로 한정되는 것은 아니다. 탄성 부재(160)는 제2 플러그 횡축(90)에 평행한 방향으로 밀봉부 제2 단부(134)로 지향되는 스프링력(Fs)을 제공한다. 즉, 탄성 부재(160)는 밸브 바디 내부 표면(18)를 향하고 이에 거슬러 밀봉부(130)를 탄성적으로 편향시킨다. 탄성 부재(160)는 후술하는 바와 같이 유체 밸브(2)에 걸쳐서 낮은 차동 압력이 존재할 때의 조건하에서 밀봉부(130)가 유밀 기밀 밀봉 기능을 제공하는 것을 가능하게 한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 사용시에, 밸브 바디(4) 내에서 플러그 조립체(60)의 배향은 밸브 포트(24, 26, 28)들을 통한 유체 흐름을 제어한다. 예를 들어, 일부 작동 조건에서, 플러그 조립체(60)는 제1 플러그 횡축(86)이 제1 밸브 바디 횡축(32)과 정렬되는 방식으로 밸브 바디(4)에 배치될 수 있다. 그 결과, 제1 그루브(84)는 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들과 정렬되고, 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들 사이에서 연장되는 유체 통로(88)의 일부를 제공하며, 이에 의해, 제1 및 제2 밸브 포트들이 개방된다. 이러한 배향에서, 블라인드 구멍(100)은 제3 밸브 포트(28)와 정렬된다. 블라인드 구멍(100)이 제3 밸브 포트(28)와 정렬될 때, 밀봉부(130)는 제3 밸브 포트(28)와 관련된 개구(34)를 둘러싸고, 밸브 바디(4)와 플러그(62) 모두와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성한다. 그 결과, 제3 밸브 포트(28)가 폐쇄된다. 또한, 밀봉부(130)는 밀봉부(130)의 외부 표면과 대체로 접하는 제1 챔버(38) 및 밀봉부(130)의 내부 표면과 대체로 접하는 제2 챔버(40)로 밸브 플러그 챔버(6)를 분리한다. 밀봉부(130)는 제1 챔버(38)와 제2 챔버(40) 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하며, 이는 도 12a 및 도 13a에 대해 다음에 설명된다.

밀봉부(130)는 밸브 플러그(62)와 밸브 바디(4) 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해 유체 밸브(2) 내의 유체 압력을 이용한다. 특히, 유체 기밀 밀봉은 제1 챔버(38)에 있는 유체와 제2 챔버(40)에 있는 유체 사이에 차동 압력이 있을 때 달성된다. 또한, 제1 챔버(38) 및 제2 챔버(40)의 경계는 변하고, 다음에 논의된 바와 같이 밸브 플러그 배향 및 유체 차동 압력을 포함하는 밸브 작동 조건에 의존한다.

도 12a 내지 도 14를 참조하면, 특정 밸브 작동 조건에서 밀봉부(130)에 걸쳐 차동 압력이 존재한다. 밀봉부(130)에 걸쳐서 차동 압력이 있을 때, 밀봉부(130)는 차동 압력에 의존하여 제2 그루브(106) 내에서 반경 방향으로 팽창하거나 수축하도록 충분히 탄성적이다. 밀봉부(130)의 수축 동안(도 12a 및 도 12b), 밀봉부 직경은 감소하고, 밀봉부(130)의 내부 원주 방향 비드(146)는 제2 그루브 내벽(108)과 함께 유체 기밀 밀봉을 형성한다. 밀봉부(130)의 팽창 동안(도 13a 및 도 13b), 밀봉부 직경은 증가하고, 밀봉부(130)의 외부 원주 방향 비드(140)는 제2 그루브 외벽(112)과 함께 유체 기밀 밀봉을 형성한다.

밀봉부(130)의 수축 동안, 밀봉부 내부 원주 방향 비드(146)는 밸브 플러그 챔버(6)를 제1 챔버(38)와 제2 챔버(40)로 분리한다(도 12a). 이러한 경우에, 제1 챔버(38)는 유체 통로(88) 및 갭(g)에 의해 한정되는 체적을 포함한다. 또한, 제1 챔버(38)는 밀봉부 내부 원주 방향 비드(146), 밀봉부 외부 표면(136), 제2 그루브 블라인드 단부(114), 및 제2 그루브 외벽(112) 사이에 한정된 제2 그루브(106)의 체적을 포함한다. 제2 챔버(40)는 블라인드 구멍(100)에 의해 한정된 체적 및 밀봉부 내부 원주 방향 비드(146), 밀봉부 내부 표면(138) 및 제2 그루브 내부 벽(108) 사이에 한정된 제2 그루브(106)의 체적을 포함한다.

밀봉부(130)의 팽창 동안, 밀봉부 외부 원주 방향 비드(140)는 밸브 플러그 챔버(6)를 제1 챔버(38) 및 제2 챔버(40)로 분리한다(도 13a). 이러한 경우에, 제1 챔버(38)는 유체 통로(88) 및 갭(g)을 포함한다. 또한, 제1 챔버(38)는 밀봉부 외부 원주 방향 비드(140), 밀봉부 외부 표면(136), 및 제2 그루브 외벽(112) 사이에 한정된 제2 그루브(106)의 체적을 포함한다. 제2 챔버(40)는 블라인드 구멍(100)에 의해 한정되는 체적을 포함한다. 또한, 제2 챔버(40)는 밀봉부 외부 원주 방향 비드(140), 밀봉부 내부 표면(138), 제2 그루브 블라인드 단부(114) 및 제2 그루브 내부 벽(108) 사이에 한정된 제2 그루브(106)의 체적을 포함한다.

유체 통로(88)가 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들과 정렬되고 그 사이에서 연장되도록 플러그 조립체(60)가 밸브 바디(4)에 대해 배향될 때, 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들은 개방되고 제3 밸브 포트(28)는 폐쇄된다. 이 구성에서, 제1 챔버(38)는 제2 챔버(40)보다 더 높은 압력을 가진다. 제1 챔버(38)에서의 유체 압력이 제2 챔버(40) 내의 유체 압력보다 높을 때, 제1 챔버(38)로부터 제2 그루브(106)로 들어가는 비교적 높은 압력 유체는 제2 플러그 횡축(90)에 직각인 방향으로 밀봉부 외부 표면(136)으로 지향되는 유체력(Ff)을 제2 플러그 횡축을 향해 제공한다. 내향 유체력(Ff)의 결과로서, 밀봉부(130)는 밀봉부 내부 원주 방향 비드(146)가 그루브 내부 벽(108)과 접촉하고 그루브 내부 벽(108)과 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 반경 방향으로 수축한다(도 12b). 동시에, 밀봉부(130)는 탄성 부재(160)(Fs)에 의해, 그리고 밀봉부 제2 단부(134)와 제2 그루브 블라인드 단부(114) 사이에 존재하는 유체의 힘(Ff)에 의해 밸브 바디(4)로 지향되며, 여기에서, 밀봉부 제2 단부(134)에 대한 유체의 힘(Ff)은 밀봉부 제2 단부(134)에 대한 스프링력(Fs)보다 크다. 그 결과, 유체 기밀 밀봉은 밀봉부 제1 단부(132)와 밸브 바디 내부 표면(18) 사이에 제공된다.

제1 챔버(38)에서의 유체 압력이 제2 챔버(40) 내의 유체 압력보다 낮을 때, 제2 챔버(40)로부터 제2 그루브(106)로 들어가는 비교적 높은 압력의 유체는 제2 플러그 횡축(90)에 직각인 방향으로 밀봉부 내부 표면(138)으로 지향되는 유체력(Ff)을 제2 플러그 횡축으로부터 멀어지게 제공한다. 외향 유체력(Ff)의 결과로서, 밀봉부(130)는 밀봉부 외부 원주 방향 비드(140)가 그루브 외벽(112)과 접촉하고 그루브 외벽(112)과 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 반경 방향으로 확장된다(도 13b). 동시에, 밀봉부(130)는 탄성 부재(160)에 의해, 그리고 밀봉부 제2 단부(134)와 제2 그루브 블라인드 단부(114) 사이에 존재하는 유체의 힘(Ff)에 의해 밸브 바디(4)로 지향되며, 여기에서 밀봉부 제2 단부(134)에 대한 유체의 힘(Ff)은 밀봉부 제2 단부(134)에 대한 스프링력(Fs)보다 크다. 그 결과, 유밀 기밀 밀봉이 밀봉부 제1 단부(132)와 밸브 바디 내부 표면(18) 사이에 제공된다.

사용시에, 플러그 조립체(60)가 부분적으로 개방된 위치(도 14)에 있을 때 유체 밸브(2)에 걸쳐서 차동 압력이 없는 상태가 발생한다. 부분적으로 개방된 위치에서, 플러그 조립체(60)는 제1 및 제2 플러그 횡축(86, 90)들이 제1 및 제2 밸브 바디 횡축(32, 36)들과 정렬되지 않도록(예를 들어, 밸브 포트(24, 26, 28)들과 정렬되지 않도록) 밸브 바디(4)에 대해 배향된다. 이러한 것은 예를 들어 밸브 포트(24, 26, 28)들이 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환될 때 발생한다.

밀봉부(130)는 밀봉부(130)에 외력이 없을 때 밀봉부 내경(d1)이 그루브 내벽(108)의 직경보다 크고(예를 들어, 관형 돌출부(94)의 직경보다 크고) 밀봉부 외경(d2)이 그루브 외벽(112)의 직경보다 작도록(예를 들어, 슬리브(110)의 직경보다 작도록) 치수화된다. 그 결과, 유체 밸브(2)에 걸쳐서 차동 압력이 없을 때, 밀봉부(130)는 일반적으로 제2 그루브(106) 내에서 부유하고, 밀봉부(130)와 그루브 내벽(108) 및 그루브 외벽(112) 중 하나 또는 둘 모두 사이에 간격이 존재할 수 있다. 이러한 상태에서, 탄성 부재(160)는, 유체가 제2 그루브(106) 내로 지향되고 밀봉부 제2 단부(134)와 제2 그루브 블라인드 단부(114) 사이에 존재하도록, 밸브 바디 내부 표면(18)으로 밀봉부(130)를 계속 지향시킨다. 밀봉부 제2 단부(134)와 제2 그루브 블라인드 단부(114) 사이에 존재하는 유체는 밸브 바디 내부 표면(18)으로 밀봉부(130)를 지향시키는데 또한 기여할 수 있다. 블라인드 구멍(100)이 밸브 포트(24, 26, 28)들 중 하나와 정렬되는 배향으로 플러그 조립체(60)가 회전됨에 따라서, 유체 밸브(2)에 걸쳐서 차동 압력이 전개되고, 제2 그루브(106)에 배치된 유체는 도 12a 내지 도 13b에 대해 위에서 설명된 바와 같이 유체 기밀 밀봉의 형성을 용이하게 한다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예의 플러그 조립체(460)를 포함할 수 있다. 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)는 도 1 내지 도 14에 도시된 플러그 조립체(60)와 유사하며, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통의 도면 부호로 지칭된다. 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)는 제2 그루브(106)에서 밀봉부(130)를 유지하도록 구성된 강성 유지 링(480)을 포함한다는 점에서 앞서 설명된 실시예와 상이하다. 유지 링(480)은 밸브 바디 측벽(8)을 향하는 제1 단부(486), 및 플러그(462)를 향하는 반대편 제2 단부(488)를 포함한다. 유지 링의 제1 단부(486)는 관형 돌출부(94)의 밸브 바디 대면 단부와 밀봉부(130) 사이에 연속 표면을 형성하도록 제2 플러그 횡축(90)에 대해 각을 이룬다. 유지 링(480)의 외부 표면(482)은 밀봉부 내부 표면(138)과 공차 끼워맞춤(tolerance fit)을 가진다. 또한, 유지 링(480)의 내부 표면(484)은 그루브 내벽(108)에 제공된 환형 절개부(490)와 억지 끼워맞춤된다. 유지 링(480)의 두께는 절개부(490)의 깊이보다 크고, 이에 의해 유지 링(480)은 제2 그루브 내벽(108)의 표면에 대해 반경 방향 외측으로 돌출된다. 그 결과, 유지 링의 제2 단부(488)는 밀봉부 내부 원주 방향 비드(146)와 맞물릴 수 있고, 밸브 바디 내부 표면(18)을 향한 밀봉부(130)의 변위를 제한할 수 있다.

도 18 내지 도 21을 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예의 플러그(562), 탄성 부재(160), 및 플러그(562)에 제공된 제2 그루브(106)에 지지되는 대안적인 실시예의 밀봉부(530)를 포함하는 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체(560)를 포함할 수 있다. 도 18 내지 도 21에 도시된 플러그 조립체(560)는 도 1 내지 도 14에 도시된 플러그 조립체(60)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소들은 공통의 도면 부호로 지칭된다. 도 18 내지 도 21에 도시된 플러그 조립체(560)는 플러그(562) 및 밀봉부(530)가 플러그(562)의 제2 그루브(106) 내에서 밀봉부(530)를 유지하는 역할을 하는 특징부를 포함한다는 점에서 도 1 내지 도 14에 도시된 플러그 조립체(60)와 상이하다. 특히, 제2 그루브(106)의 표면(예를 들어, 외벽(112))은 하나 이상의 래치 수용 관통 개구(566)와 같은 제1 유지 구조들을 포함한다. 또한, 밀봉부(530)는 하나 이상의 돌출 래치(532)와 같은 제2 유지 구조를 포함하며, 여기에서 밀봉부(530)에 제공된 래치(532)들의 수는 제2 그루브 외벽(112)에 제공된 관통 개구(566)들의 수에 대응한다. 도시된 실시예에서, 플러그 조립체(560)는 4개의 관통 개구(566) 및 4개의 래치(532)를 포함하지만, 이러한 수의 유지 구조로 제한되지 않는다. 유지 구조의 수는 4개보다 적거나 많을 수 있으며. 특정 적용의 요구 사항에 의해 결정된다.

관통 개구(566)들은 슬리브(510)의 원주 방향으로 신장되고, 슬리브(510)의 원주를 따라서 서로 이격된다. 또한, 관통 개구(566)들은 밸브 플러그 측부 표면(70)의 평면 부분(80)으로부터 이격된다. 슬리브(510)는 또한 슬리브(510)의 밸브 바디 대면 단부(515)에 제공되는 직사각형의 키 수용 절개부(564)를 포함한다.

밀봉부(530)는 밀봉부 외부 표면(136)으로부터 외측으로 돌출된 래치(532)들을 포함한다. 래치(532)들은 밀봉부(530)의 원주 방향으로 신장되며, 밀봉부(530)의 원주를 따라서 서로 이격된다. 또한, 래치(532)들은 밀봉부 제2 단부(134)에 대응하는 가장자리에 있는 밀봉부 외부 표면(136)에 위치된다. 각각의 래치(532)는 플러그(562)를 향하는 경사 표면(533)을 가진다. 경사 표면(533)은 플러그 조립체의 조립 동안 제2 그루브(106) 내로 밀봉부(530)의 삽입을 용이하게 한다. 각각의 래치(532)는, 경사 표면(533) 반대편에 있고 밀봉부 외부 표면(136)에 직각인 법선 표면(535)을 가진다. 사용시에, 밀봉부(530)가 제2 그루브(106)에 배치될 때, 래치(532)들은 슬리브(510)의 관통 개구(566)들 내로 돌출되며, 각각의 래치(532)의 법선 표면(535)은 대응하는 관통 개구(566)의 가장자리와 맞물린다. 래치(532)들과 관통 개구(566)들 사이의 맞물림은 제2 그루브(106) 내에서 밀봉부(530)를 유지하고 밸브 바디 내부 표면(18)을 향한 밀봉부(530)의 변위를 제한하도록 작용한다.

밀봉부(530)는 밀봉부 외부 표면(136)으로부터 외측으로 돌출된 키(534)를 포함한다. 키(534)는 키 수용 절개부(564)의 형상에 대응하는 형상을 가진다. 도시된 실시예에서, 키(534)는 직사각형 프리즘의 형상을 가진다. 키(534)는 밀봉부 제2 단부(134)에 대응하는 가장자리에 있는 밀봉부 외부 표면(136) 상에 위치된다. 사용시에, 밀봉부(530)가 제2 그루브(106)에 배치될 때, 키(534)는 슬리브(510)의 키 수용 절개부(564) 내에 수용된다. 키(534)와 키 수용 절개부(564) 사이의 맞물림은 플러그 조립체의 조립 동안 제2 그루브(106)에 대해 밀봉부(530)을 적절하게 배향시키는 역할을 한다.

도 18 내지 도 21에 도시된 밀봉부(530)는 밀봉부(530)가 환형 외부 원주 방향 비드(140)를 포함하지 않는다는 점에서 도 1 내지 도 14에 도시된 밀봉부(130)와 추가로 상이하다. 밀봉부 팽창 동안, 밀봉부 외부 표면(136)은 제2 그루브 외벽(112)과 직접 접촉하여 유체 기밀 밀봉을 형성한다.

도 22 내지 도 25를 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 도 18 내지 도 21의 다른 대안적인 실시예의 플러그(662), 탄성 부재(160), 및 밀봉부(530)를 포함하는 다른 대안적인 실시예의 플러그 조립체(660)를 포함할 수 있다. 플러그 조립체(660)는 전술한 실시예와 공통적인 요소를 포함하며, 공통적인 요소는 공통의 도면 부호로 지칭된다. 도 22 내지 도 25에 도시된 플러그 조립체(660)는 도 22 내지 도 25에 도시된 플러그 조립체(660)가 이전에 설명된 플러그 조립체(60, 460, 560)에 제공된 단일 밀봉부(130)보다는 오히려 2개의 밀봉부(530(1), 530(2))를 포함하다는 점에서 이전에 설명된 플러그 조립체(60, 460, 560)들과 상이하다. 도 22 내지 도 25의 플러그 조립체(660)는 예를 들어 4-포트 밸브(도시되지 않음)에 사용하는데 적합하다.

플러그(662)는 후술하는 바와 같이 밀봉부(530(1), 530(2))들을 지지하는 허브(664)를 포함한다. 허브(664)는 회전축(64)과 동축인 중공 스템(670)을 포함한다. 스템(670)의 제1 단부(672)는, 밸브 구동 샤프트(236)를 수용하고 이와 기계적으로 맞물리도록 구성된 제1 오목부(674)를 포함한다. 제1 오목부(674)가 대체로 원통형인 내부 표면을 가질지라도, 오목부 내부 표면은 회전축(64)을 향하는 평탄 부분(676)을 포함한다. 플러그 조립체(660)가 밸브 구동 샤프트(236)와 조립될 때, 밸브 구동 샤프트(236)의 단부는 제1 오목부(674)에 배치되고, 밸브 구동 샤프트(236)에 제공된 평탄 부분(235)은 제1 오목부 평탄 부분(676)과 접한다. 밸브 구동 샤프트(236)가 모터(220)에 의해 작동될 때, 각각의 평탄 부분(676, 235)들 사이의 맞물림은 밸브 구동 샤프트(236)가 회전축(64)을 중심으로 플러그(662)를 회전시키는 것을 허용한다.

스템(670)의 제2 단부(673)는 스터브(12)를 수용하도록 구성된 중앙에 위치된 제2 오목부(678)를 포함한다. 제2 오목부(678)는 헐거운 끼워맞춤으로 스터브(12)를 수용하도록 치수화된 원통형 내부 표면을 가진다. 스터브(12)는 플러그(662)가 회전하는 스핀들의 역할을 한다.

플러그 조립체(660)는 도 18 내지 도 21에 대해 위에서 설명된 바와 같이 각각의 밀봉부(530(1), 530(2))를 지지한다. 특히, 밀봉부(530(1), 530(2))들은 밸브 밀봉을 제공하기 위해 대응하는 관형 돌출부(94(1), 94(2)) 및 슬리브(510)와 각각 협력한다. 플러그 조립체(660)는 관형 돌출부(94(1), 94(2))가 블라인드 구멍(100)들을 한정하지 않고 대신 각각의 관형 돌출부(94(1), 94(2))가 플러그(662)를 통과하는 유체 통로(688)의 일부를 한정한다는 점에서 도 18 내지 도 20과 관련하여 위에서 설명된 플러그 조립체(560)와 상이하다.

특히, 유체 통로(688)는 제1 부분(690) 및 제2 부분(692)을 포함한다. 제1 부분(690)은 제1 밀봉부(530(1))의 관형 돌출부(94(1))에 의해 부분적으로 한정되고, 제2 부분(692)은 제2 밀봉부(530(2))의 관형 돌출부(94(2))에 의해 부분적으로 한정된다. 제1 부분(690)은 회전축(64)에서 제2 부분(692)을 교차한다. 제1 부분(690)은 제2 부분(692)에 대해 각을 이룬다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 제1 부분(690)은 제2 부분(692)에 직각이고, 제1 및 제2 부분(690, 692)은 모두 회전축(64)에 직각이다.

도 22 내지 도 25에 도시된 플러그(662)는 플러그(662)의 각각의 밀봉부(530(1), 530(2))가 플러그(662)의 제2 그루브(106) 내에서 밀봉부(530(1), 530(2))들을 유지하는 역할을 하는 특징부들을 포함한다는 점에서 도 18 내지 도 21에 도시된 플러그(562)와 유사하다. 특히, 제2 그루브(106)의 표면(예를 들어, 외벽(112))은 하나 이상의 래치 수용 관통 개구(566)와 같은 제1 유지 구조들을 포함한다. 또한, 밀봉부(530(1), 530(2))들은 하나 이상의 돌출 래치(532)와 같은 제2 유지 구조를 포함한다.

플러그 조립체(660)는 2-포트 유체 밸브(도시되지 않음) 또는 4-포트 유체 밸브(도시되지 않음)에 유용하다.

도 26 내지 도 28을 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예의 플러그 조립체(760)를 포함할 수 있다. 도 26 내지 도 28에 도시된 플러그 조립체(760)는 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소들은 공통의 도면 부호로 지칭된다. 도 26 내지 도 28에 도시된 플러그 조립체(760)는 제2 그루브(106)에 밀봉부(130)를 유지하도록 구성된 강성 유지 링(780)을 포함한다는 점에서 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)와 유사하다. 그러나, 유지 링(780)은 유지 링(480)과 약간 다른 형상을 가진다. 특히, 유지 링(780)은 밸브 바디 측벽(8)을 향하는 제1 단부(786), 및 플러그(462)를 향하는 반대편 제2 단부(788)를 포함한다. 유지 링의 제1 단부(786)는 관형 돌출부(94)의 밸브 바디 대면 단부와 동일 높이이다. 또한, 유지 링의 제1 단부(786)는 제2 플러그 횡축(90)에 직각이다. 앞서 설명된 유지 링(480)과 마찬가지로, 유지 링(780)의 외부 표면(782)은 밀봉부 내부 표면(138)과 공차 끼워맞춤된다. 또한, 유지 링(480)의 내부 표면(784)은 제2 그루브 내벽(108)에 제공된 환형 절개부(490)에 수용되고 이와 억지 끼워맞춤된다. 유지 링(780)의 두께는 절개부(490)의 깊이보다 크며, 유지 링(780)은 제2 그루브 내벽(108)의 표면에 대해 반경 방향 외측으로 돌출된다. 그 결과, 유지 링 제2 단부(788)는 밀봉부 내부 원주 방향 비드(146)과 맞물리고, 밸브 바디 내부 표면(18)을 향한 밀봉부(130)의 배치를 제한한다.

도 29 내지 도 31을 참조하면, 일부 실시예에서 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예의 플러그 조립체(860)를 포함할 수 있다. 도 29 내지 도 31에 도시된 플러그 조립체(860)는 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 29 내지 도 31에 도시된 플러그 조립체(860)는 제2 그루브(106)에서 밀봉부(830)를 유지하도록 구성된 강성 유지 링(880)을 포함한다는 점에서 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)와 유사하다. 그러나, 도 29 내지 도 31에 도시된 플러그 조립체(860)는 대안적인 실시예의 밀봉부(830)를 포함하고, 유지 링(880)이 밀봉부(830)의 외부 표면(836)을 둘러싼다는 점에서 도 15 내지 도 17에 도시된 플러그 조립체(460)와 상이하다.

밀봉부(830)에서, 외부 원주 방향 비드(146)는 생략되고, 밀봉부 외부 표면(836)은 외측으로 돌출된 환형 플랜지(840)를 포함한다. 플랜지(840)는 밀봉부 제2 단부(834)에 인접한다. 밀봉부 확장 동안, 플랜지(840)는 제2 그루브 외벽(112)와 직접 접촉하고 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성한다.

유지 링(880)은 밸브 바디 측벽(8)을 향하는 제1 단부(886), 및 플러그(862)를 향하는 반대편 제2 단부(888)를 포함한다. 유지 링의 제1 단부(886)는 슬리브(111)의 밸브 바디 대면 단부와 동일 높이이다. 또한, 유지 링의 제1 단부(886)는 제2 플러그 횡축(90)에 직각이다. 유지 링(880)의 내부 표면(884)은 밀봉부 외부 표면(136)과 공차 끼워맞춤된다. 또한, 유지 링(880)의 외부 표면(882)은 제2 그루브 외벽(112)에 제공된 환형 절개부(890)에 수용되고 이와 억지 끼워맞춤된다. 유지 링(880)의 두께는 절개부(890)의 깊이보다 더 크고, 이에 의해 유지 링(880)은 제2 그루브 외부 표면(118)에 대해 반경 방향 내측으로 돌출된다. 그 결과, 유지 링 제2 단부(888)는 플랜지(840)와 맞물릴 수 있고, 밸브 바디 내부 표면(18)을 향한 밀봉부(130)의 변위를 제한할 수 있다.

도 32 내지 도 34를 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예의 플러그 조립체(960)를 포함할 수 있다. 도 32 내지 도 34에 도시된 플러그 조립체(960)는 도 29 내지 도 31에 도시된 플러그 조립체(860)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 32 내지 도 34에 도시된 플러그 조립체(960)는 밀봉부(830)를 제2 그루브(106)에 유지하도록 구성된 강성 유지 링(880) 및 밀봉부(830)를 포함한다는 점에서 도 29 내지 도 31에 도시된 플러그 조립체(860)와 유사하다. 그러나, 도 32 내지 도 34에 도시된 플러그 조립체(960)는 도 26 내지 도 28과 관련하여 전술한 바와 같은 내부 유지 링(780)을 또한 포함한다는 점에서 도 29 내지 도 31에 도시된 플러그 조립체(860)와 상이하다. 따라서, 밀봉부(830)는 내부 유지 링(780)과 외부 유지 링(880) 모두에 의해 플러그 조립체(960)에서 유지된다.

도 35 내지 도 39를 참조하면, 일부 실시예에서 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예의 밸브 바디(1004)를 포함할 수 있다. 도 35 내지 도 39에 도시된 밸브 바디(1004)는 도 1 내지 도 14에 도시된 밸브 바디(4)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 35 내지 도 39에 도시된 밸브 바디(1004)는 각각의 포트(24, 26, 28)의 개구(34)와 관련된 밀봉부 가이드 특징부(1800)들을 포함한다는 점에서 도 1 내지 도 14에 도시된 밸브 바디(4)와 상이하다. 밀봉부 가이드 특징부(1800)들은 밸브 바디(1004)에 대한 밸브 플러그(62)의 회전 동안 밀봉부 끼임을 방지하도록 구성된다. 즉, 밸브 바디에 대한 밸브 플러그의 회전 동안, 가이드 특징부(1800)들은 밀봉부가 올라타는 경사 표면을 제공하여, 밀봉부가 밸브 바디 내부 표면(18)의 곡률 반경(R1)에 대응하는 반경을 가지는 원형 경로를 따라서 밸브 바디에 대해 이동되는 동안, 밀봉부(130)가 개구(34) 내로 과도하게 잠식되는 것을 방지한다.

도시된 실시예에서, 가이드 특징부(1800)들은 각각의 밸브 포트(24, 26, 28)들의 튜브(30)에 배치된 한 쌍의 대향 리브(1802)를 포함한다. 리브(1802)들은 각각의 밸브 포트(24, 26, 28)들과 관련된 측벽(8)의 개구(34)에 인접한 위치에서 튜브(30)의 내부 표면(48)으로부터 돌출된다. 즉, 리브(1802)들은 밸브 포트에 의해 한정된 유체 경로 내로 돌출된다. 리브(1802)들은 튜브(30)의 직경과 정렬되는 방향으로 돌출되고, 그러므로 회전축(64)에 직각이다. 제1 및 제2 밸브 포트(24, 26)들에 대해, 리브(1802)들은 제1 밸브 바디 횡축(32)에 직각인 방향으로 돌출된다. 제3 밸브 포트(28)에 대해, 리브들은 제2 밸브 바디 횡축(36)에 직각인 방향으로 돌출된다.

리브(1802)들은 서로 동일하고, 서로를 향해 연장되고, 각각의 밸브 바디 횡축에 걸쳐서 대칭된다. 밸브 포트(26)에 대해, 리브들은 제1 밸브 바디 횡축(32)에 걸쳐서 대칭된다. 각각의 리브(1802)는 거리(ℓr1)만큼 돌출되고 튜브 내부 표면(48)으로부터 이격된 리브 단말 단부(1804)에서 종료된다. 거리(ℓr1)는 튜브(30)의 반경보다 더 짧고, 이에 의해 한 쌍의 리브를 구성하는 2개의 리브(1802)의 각각의 말단 단부(1804)들 사이에 갭이 존재한다. 일반적으로, 리브(1802)들은 구조를 제공하고 도구화(tooling)를 단순화하고 흐름 저항을 제한하도록 충분한 길이를 가진다.

리브(1802)들은 튜브(48)의 내부 표면으로부터 일체로 연장되고, 둥근 필렛(rounded fillet)은 각각의 리브(1802)의 베이스(1805)에 제공된다. 도 37에 도시된 실시예에서, 필렛은 반경(R2)을 가진다.

각각의 리브(1802)는 가이드 표면(1806)으로서 지칭되는 곡선형 밀봉부 대면 표면 및 반대편의 후미 표면(1808)을 포함한다. 밀봉부(130)는 밸브 바디(1004)에 대한 밸브 플러그(62)의 회전 동안 가이드 표면(1806)을 따라서 슬라이딩한다. 단면에서 볼 때 가이드 표면(1806)의 적어도 일부는, 개구(34)를 가로질러 연장되고 원형 경로의 외삽인 원호(1810)와 동일한 공간을 차지하지 않는다(예를 들어, 원호(1810)는 반경(R1)을 가진다).

도시된 실시예에서, 가이드 표면(1806)은 곡선 형상을 가지며, 가이드 표면(1806)의 경사로 부분(1814)은 원호(1810)에 대해 오목화된다. 즉, 경사로 부분(1814)은 튜브(30) 내에 존재한다. 경사로 부분(1814)은 가이드 표면(1806) 상의 지점(α1) 사이에서 가이드 표면(1806)의 지점(β1)까지 연장된다. 지점(α1)은 경사로 부분(1814)이 리브 말단 단부(1804)를 교차하는 위치이고, 지점(β1)은 경사로 부분(1814)이 밸브 바디 측벽 내부 표면(18)의 반경(R1)을 교차하는 지점이다. 이 실시예에서, 지점(β1)은 지점(γ)과 일치한다. 지점(γ)은 포트(26)의 가장자리, 예를 들어 튜브 내부 표면(48)과 함께 연장되는 선이 밸브 바디 내부 표면(18)을 교차하는(예를 들어, 원호(1810)를 교차하는 위치)에 대응한다.

가이드 표면(1806)의 경사로 부분(1814)은 튜브(30)의 중심선에 대해 예각(θ1)으로 있으며, 튜브(30)의 중심선은 각각의 밸브 바디 횡축(32 또는 36)에 대응한다. 도시된 실시예에서, 각도(θ1)는 약 62°이지만, 이러한 각도로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각도(θ1)는 약 40° 내지 약 70°의 범위에 있을 수 있다.

각각의 리브(1802)의 후미 표면(1808)은 튜브(30)의 중심선에 평행한 방향으로 테이퍼지고, 2개의 직교 방향으로 테이퍼진다. 예를 들어, 회전축(64)을 가로지르는 제1 단면에서 볼 수 있는 바와 같이(도 38), 리브 단말 단부(1804)는 리브 베이스(1805)의 대응하는 치수보다 작은 튜브 중심선에 평행한 방향으로의 치수를 가진다. 그 결과, 후미 표면(1808)은 튜브 중심선에 대해 각을 이룬다. 다른 예에서, 회전축에 평행한 제2 단면에서 볼 수 있는 바와 같이(도 39), 리브(1802)들은 가이드 표면(1806)이 볼록하게 둥글고 후미 표면(1808)이 가이드 표면(1806)으로부터 가장 먼 위치에서 최소 두께를 가지도록 각각의 밸브 바디 횡축(32 또는 36)에 대해 각을 이루는 수중익선 형상(hydrofoil shape)을 가질 수 있다.

도 40 내지 도 43을 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디(2004)를 포함할 수 있다. 도 40 내지 도 43에 도시된 밸브 바디(2004)는 도 35 내지 도 39에 도시된 밸브 바디(1004)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 40 내지 도 43에 도시된 밸브 바디(2004)는 밸브 바디(2004)가 리브(2802)들의 형태를 하는 가이드 특징부(1800)들을 포함한다는 점에서 이전 실시예와 유사하다. 그러나, 도 40 내지 도 43에 도시된 리브(2802)들은 전술한 리브(1802)들과 형상이 상이하다. 특히, 리브(2802)들의 경사로 부분(1814)은 가이드 표면(1806) 상의 지점(α2) 사이에서 가이드 표면(1806) 상의 지점(β2)까지 연장된다. 지점(α2)은 경사로 부분(1814)이 리브 말단 단부(1804)를 교차하는 위치이고, 지점(β2)은 경사로 부분(1814)이 밸브 바디 측벽 내부 표면(18)의 반경(R1)을 교차하는 위치이다. 이 실시예에서, 지점(β2)은 포트(26)의 가장자리에 대응하는 지점(γ) 안쪽에 있다. 또한, 가이드 표면(1806)의 경사로 부분(1814)은 튜브(30)의 중심선에 대해 예각(θ2)으로 있다. 이 실시예에서, 각도(θ2)는 각도(θ1)보다 작다. 예를 들어, 각도(θ2)는 약 49°일 수 있지만, 이러한 각도로 제한되지 않는다.

또한, 리브(2802)들은 리브(1802)의 길이(lr1)보다 큰 길이(lr2)를 가진다. 더 긴 리브(2802)들은 리브(1802)들보다 더 효과적인 글라이드 표면을 제공하지만, 유체 압력 손실이 증가되는 것으로 밝혀졌다.

밸브 바디(2004)가 각각의 포트(24, 26, 28)에서 밀봉부 가이드 특징부(1800)를 포함할 수 있을지라도, 밸브 바디(1004)는 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 도 41에 도시된 바와 같이, 밀봉부 가이드 특징부(1800)(즉, 리브(2802))들은 일부 포트에서 생략될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 리브(2802)들은 폐쇄될 포트들에만 제공될 수 있는 반면에, 입구 포트는 폐쇄될 필요가 없고, 가이드 특징부(1800)가 없을 수 있다.

도 44 내지 도 47를 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 대안적인 실시예 밸브 바디(3004)를 포함할 수 있다. 도 44 내지 도 47에 도시된 밸브 바디(3004)는 도 35 내지 도 39에 도시된 밸브 바디(1004)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 44 내지 도 47에 도시된 밸브 바디(3004)는 밸브 바디(3004)가 리브(3802)들의 형태를 하는 가이드 특징부(1800)들을 포함한다는 점에서 이전 실시예와 유사하다. 그러나, 도 44 내지 도 47의 리브(3802)들은 전술한 리브(1802)들과 형상이 상이하다. 특히, 리브(3802)들의 가이드 표면(1806)은 리브 말단 단부(1804)에 인접한 경사로 부분(1814), 및 경사로 부분(1814)과 포트(γ)의 가장자리 사이에 배치된 돌출 부분(1820)(예를 들어, "범프"(1820))을 포함한다. 범프(1820)는 원호(1810)를 넘어 밸브 플러그 챔버(6) 내로 돌출된다.

도 48 내지 도 51을 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디(4004)를 포함할 수 있다. 도 48 내지 도 51에 도시된 밸브 바디(4004)는 도 44 내지 도 47에 도시된 밸브 바디(3004)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 48 내지 도 51에 도시된 밸브 바디(4004)는 밸브 바디(4004)가 리브(4802)의 형태를 하는 가이드 특징부(1800)들을 포함한다는 점에서 이전 실시예와 유사하다. 그러나, 도 48 내지 도 51의 리브(4802)들은 도 44 내지 도 47과 관련하여 설명된 리브(3802)들과 형상이 상이하다. 특히, 리브(4802)들은 리브(3802)들의 필렛 반경(R2)보다 작은 필렛 반경(R3)을 가져서, 앞서 설명된 실시예에 비해 포트(26)를 통한 유체 압력 손실을 감소시킨다. 그러나, 상대적으로 더 큰 필렛 반경(R2)은 밀봉부(130) 상으로 하중을 분배하기 위해 포트(26)의 가장자리에서 더 넓은 리브(1802), 그러므로 더 큰 표면적을 제공한다. 예를 들어, 리브(1802)의 가이드 표면(1806)은 반경(R3)을 가지는 필렛의 부근에서 면적(A2)을 가지는 리브(4802)의 가이드 표면(1806)과 비교할 때 반경(R2)을 가지는 필릿 부근에서 더 큰 면적(A1)(도 46)을 가진다.

도 52 내지 도 55를 참조하면, 일부 실시예에서, 유체 밸브(2)는 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디(5004)를 포함할 수 있다. 도 52 내지 도 55에 도시된 밸브 바디(5004)는 도 35 내지 도 39에 도시된 밸브 바디(1004)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 52 내지 도 55에 도시된 밸브 바디(5004)는 밸브 바디(5004)가 개구(34)의 직경을 따라서 개구(34)의 양쪽 측면 사이에서 중단 없이 연장되는 단일 리브(예를 들어, "레일")(5802)의 형태를 하는 가이드 특징부(1800)를 포함한다는 점에서 이전 실시예와 상이하다.

레일(5802)이 이전 실시예에서 설명된 리브(1802)들에 비해 증가된 흐름 저항을 제공할지라도, 레일(5802)은 밸브 바디(5004)에 대한 밸브 플러그 조립체의 회전 동안 밸브 플러그 조립체와 밸브 바디(5004) 사이에 밀봉부(130)가 끼이는 것을 방지한다.

각각의 레일(5802)은 가이드 표면(1806)으로서 지칭되는 곡선형 밀봉부 대면 표면 및 반대편 후미 표면(1808)을 포함한다. 밀봉부(130)는 밸브 바디(1004)에 대한 밸브 플러그(62)의 회전 동안 가이드 표면(1806)을 따라서 슬라이딩한다. 단면에서 볼 때 가이드 표면(1806)의 적어도 일부는 원호(1810)와 동일한 공간을 차지하지 않는다.

도시된 실시예에서, 가이드 표면(1806)은 곡선 형상을 가지며, 가이드 표면(1806)의 경사로 부분(1814)은 원호(1810)에 대해 오목화된다. 즉, 경사로 부분(1814)은 튜브(30) 내에 존재한다. 경사로 부분(1814)은 가이드 표면(1806)의 지점(α3) 사이에서 가이드 표면(1806)의 지점(β3)까지 연장된다. 지점(α3)은 경사로 부분(1814)이 가이드 표면(1806)의 중앙 오목 부분(5804)을 교차하는 위치이다. 지점(β1)은 경사로 부분(1814)이 밸브 바디 측벽 내부 표면(18)의 반경(R1)을 교차하는 위치이다. 이 실시예에서, 지점(β1)은 지점(γ)과 일치하며, 이에 의해, 경사로 부분(1814)은 포트(26)의 가장자리에 있는 하우징 반경에 도달한다. 중앙 오목 부분(5804)은 밸브 바디 내부 표면(18)의 곡률 반경(R1)보다 작은 곡률 반경(R4)을 가진다.

가이드 표면(1806)의 경사로 부분(1814)은 튜브(30)의 중심선에 대해 예각(θ3)으로 있으며, 튜브(30)의 중심선은 각각의 밸브 바디 횡축(32 또는 36)에 대응한다. 도시된 실시예에서, 각도(θ3)는 약 61°이며, 그러므로 상대적으로 얕다. 그러나, 각도(θ3)는 이 각도로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각도(θ3)는 약 40°내지 약 70°의 범위에 있을 수 있다.

레일(5802)의 후미 표면(1808)은 튜브(30)의 중심선에 평행한 방향으로 테이퍼진다. 예를 들어, 레일(5802)은, 가이드 표면(1806)이 볼록하게 라운딩되고 후미 표면(1808)이 가이드 표면(1806)으로부터 가장 먼 위치에서 최소 두께를 가지도록 각각의 밸브 바디 횡축(32 또는 90)에 대해 각을 이루는 수중익선 형상을 가질 수 있다.

도 56 내지 도 59를 참조하면, 일부 실시예에서 유체 밸브(2)는 다른 대안적인 실시예의 밸브 바디(6004)를 포함할 수 있다. 도 56 내지 도 59에 도시된 밸브 바디(6004)는 도 35 내지 도 39에 도시된 밸브 바디(1004)와 유사하고, 양 실시예에 공통적인 요소는 공통 도면 부호로 지칭된다. 도 56 내지 도 59에 도시된 밸브 바디(6004)는 밸브 바디(6004)가 리브(6802)들의 형태를 하는 가이드 특징부(1800)들을 포함한다는 점에서 이전 실시예와 유사하다. 그러나, 밸브 바디(6004)의 포트(24, 26, 28)들은 다수의 쌍(6801(a), 6801(b))의 리브(6802)들을 포함하며, 리브 쌍(6801(a), 6801(b))은 회전축(64)에 평행한 방향을 따라서 정렬된다.

도시된 실시예에서, 밸브 바디(6004)의 포트(24, 26, 28)들은 두 쌍(6801(a), 6801(b))의 리브(6802)들을 포함하지만, 두 쌍(6801(a), 6801(b))으로 제한되지 않는다. 각각의 쌍(6801(a), 6801(b))의 리브(6802)들은 각각의 밸브 포트(24, 26, 28)들과 관련된 측벽(8)에서의 개구(34)에 인접한 위치에서 튜브(30)의 내부 표면(48)으로부터 돌출된다. 즉, 리브(6802)들은 밸브 포트에 의해 한정된 유체 경로 내로 돌출된다. 리브(6802)들은, 회전축(64)에 직각이고 각각의 밸브 바디 횡축(32 또는 36)에 직각인 방향으로 돌출된다. 제1 리브 쌍(6801(a))은 튜브(30)의 직경에 대해 제2 리브 쌍(6801(b))을 미러링한다.

리브(6802)들은 이전의 리브 실시예 중 임의의 것, 또는 이들의 다양한 조합의 특징에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 유리하게, 다수의 리브 쌍을 사용하는 것은 밀봉부(130)로의 하중을 더 분산시키고, 그러므로 단일 리브 쌍을 가지는 실시예에 비해 밀봉부(130)의 마모율을 감소시킨다.

플러그 조립체(60)가 3-포트 밸브 바디(4)에 배치되는 것으로 본 명세서에서 설명되었을지라도, 본 명세서에서 설명된 플러그 조립체(60, 460, 560, 660)들 중 임의의 것이 특정 적용에서 요구되는 바와 같이 상이한 수의 포트를 가지는 대안적인 포트 바디와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 주어진 유체 밸브(2)는 유체 시스템에서의 포트 구성에 의존하여 다른 기능을 수행할 수 있다. 이제 다양한 유체 밸브 구성의 예가 제공된다.

3-포트 밸브는 다음의 구성들 중 하나를 가질 수 있다:

하나의 입구, 2개의 출구 밸브, 여기에서, 밸브 밀봉부가 입구와 출구들을 모두 밀봉한다. 이 경우에, 환형 외부 및 내부 원주 방향 비드(140, 146)들은 밀봉부 외부 및 내부 표면(136, 138)들 상에서 360°의 원주 전체에 걸쳐서 연장된다.

1개의 입구, 2개의 출구 밸브, 여기에서, 밸브 밀봉부는 출구들만을 밀봉한다. 이러한 경우에, 환형 내부 원주 방향 비드(146)만이 필요하고, 밀봉부 외부 표면(136)은 추가적인 유지 특징부들을 가질 수 있다.

2개의 입구, 1개의 출구 밸브, 여기에서, 밸브 밀봉부는 입구와 출구들을 모두 밀봉한다. 이 경우에, 환형 외부 및 내부 원주 방향 비드(140, 146)들은 밀봉부 외부 및 내부 표면(136, 138)들 상에서 360°의 원주 전체에 걸쳐서 연장된다.

2개의 입구, 1개의 출구 밸브, 여기에서, 밸브 밀봉부는 입구들만을 밀봉한다. 이러한 경우에, 환형 외부 원주 방향 비드(140)만이 필요하다.

4-포트 밸브는 다음과 같은 구성을 가질 수 있다:

2개의 입구, 2개의 출구 밸브, 여기에서, 밸브 밀봉부는 차동 압력이 양 및 음일 때 밀봉한다. 이 경우에, 환형 외부 및 내부 원주 방향 비드(140, 146)들은 밀봉부 외부 및 내부 표면(136, 138) 상에서 360°의 원주 전체에 걸쳐서 연장된다.

3-포트 및 4-포트 밸브의 기능이 조합된 5-포트 밸브가 또한 제공될 수 있다. 5-포트 밸브는 밀봉부 외부 및 내부 표면(136, 138)들 상에서 360°의 원주 전체에 걸쳐서 연장되는 환형 외부 및 내부 원주 방향 비드(140, 146)들을 요구할 수 있는 것으로 고려된다.

본 발명은 필요할 때 완전히 폐쇄된 위치에서 필요한 밀봉력을 제공하고, 밸브가 완전히 폐쇄된 위치들 사이에서 이동하는 동안 힘을 감소시킨다. 이러한 것은 밀봉부의 마모를 최소화하고, 그러므로 밸브의 사용 수명을 향상시킨다. 밸브가 이동하는 동안 밀봉부의 감소된 힘으로 인한 마찰 감소는 또한 밸브를 이동시키는 에너지의 양을 감소시킨다.

밸브 포트(24, 26, 28)들 및 밸브 플러그 관형 돌출부(94)의 형상이 원통형인 것으로 본 명세서에서 설명되었을지라도, 밸브 포트(24, 26, 28)들 및 밸브 플러그 관형 돌출부(94)는 특정 적용에 의해 요구되는 바와 같이 대안적인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 밸브 포트(24, 26, 28)들 및 밸브 플러그 관형 돌출부(94)는 직사각형 튜브, 또는 불규칙한 단면 형상을 가지는 튜브일 수 있다.

각각의 밸브 포트(24, 26, 28)가 동일한 단면 형상 및 단면 치수를 가지는 것으로 본 명세서에서 설명되었을지라도, 밸브 포트(24, 26, 28)들은 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 밸브 포트 중 하나 이상은 고유한 형상 및/또는 단면 치수를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 밸브를 통한 흐름이 한쪽 방향으로만 흐르는 상황에서 밀봉부와 그루브 사이의 반경 방향 끼워맞춤은 편향된다. 이러한 편향은 그루브과 밀봉부의 폭에 대해 더욱 큰 공차를 허용하여, 더욱 용이한 제조를 가능하게 한다.

다른 실시예에서, 밸브 플러그는 밸브 포트를 폐쇄하지 않고 오히려 밸브 플러그 위치에 의존하여 상이한 밸브 포트들로 유체 흐름을 지향시키는 상이한 밸브 플러그 기하학적 구조를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 탄성 부재 및 밀봉부(ℓℓ)는 밸브 플러그에서가 아니라 밸브 바디에 제공된 그루브에서 지지될 수 있다.

다른 실시예에서, 밸브 바디는 예를 들어 2개의 밸브 포트로부터 5개의 밸브 포트까지의 범위에 있는 상이한 수의 밸브 포트들을 가질 수 있다.

도 18 내지 도 25에 도시된 실시예에서, 플러그 조립체는 유지 구조들을 포함한다. 특히, 제2 그루브(106)의 외벽(112)은 하나 이상의 래치 수용 개구(566)와 같은 제1 유지 구조를 포함하고, 밀봉부(130)는 하나 이상의 돌출 래치(532)와 같은 제2 유지 구조를 포함하는 것으로 이해된다. 유지 구조들이 이러한 구성으로 제한되지 않는다는 것이 이해된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 유지 구조는 그루브 외벽(112)에 형성된 래치를 포함할 수 있고, 제2 유지 구조는 밀봉부 외부 표면(136)에 있는 오목부를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 제1 및 제2 유지 구조들은 밀봉부(130)와 제2 그루브(106) 사이에서 베이넛, 스크루 나사 또는 다른 유형의 맞물림 연결을 허용하는 구조를 포함할 수 있다.

밸브 바디 및 플러그 조립체를 포함하는 유체 밸브의 선택적인 예시적인 실시예가 위에서 일부 상세하게 설명되었다. 유체 밸브를 명확히 하는데 필요한 것으로 간주되는 구조만이 본 명세서에서 설명되었다는 것을 이해해야 한다. 다른 통상적인 구조, 및 유체 밸브의 보조 및 보조적 구성요소의 구조는 당업자에 의해 공지되고 이해되는 것으로 가정된다. 더욱이, 유체 밸브의 작동예가 위에서 설명되었지만, 유체 밸브는 상술한 작동예에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 청구범위에 제시된 유체 밸브를 벗어나지 않는 범위에서 수행될 수 있다.

Claims (18)

1. 유체 밸브로서,
   밸브 플러그 챔버; 및
   상기 밸브 플러그 챔버와 각각 연통하는 밸브 포트들을 포함하는 밸브 바디, 및
   상기 밸브 플러그 챔버에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 밸브 바디에 대해 회전 가능한 밸브 플러그를 포함하며, 상기 밸브 플러그는,
   상기 밸브 바디에 대한 상기 밸브 플러그의 특정 회전 배향들에서, 상기 밸브 포트들의 제1 밸브 포트와 상기 밸브 포트들의 제2 밸브 포트 사이에서 연장되는 유체 경로를 제공하는 유체 통로;
   상기 유체 통로 반대편의 상기 밸브 플러그의 측면에 제공되는 블라인드 구멍;
   상기 블라인드 구멍을 둘러싸고, 상기 블라인드 구멍과 공유되는 그루브 내벽 및 상기 그루브 내벽을 둘러싸고 상기 그루브 내벽으로부터 이격된 그루브 외벽을 가지는 그루브;
   상기 그루브에 배치되고, 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경을 가지는 환형 밀봉부; 및
   상기 그루브의 블라이드 단부와 상기 밀봉부 사이에 배치되고, 상기 밸브 플러그 챔버의 내부 표면으로 상기 밀봉부를 지향시키는 힘을 제공하는 탄성 부재를 포함하며,
   상기 블라인드 구멍이 상기 밸브 포트 중 임의의 것과 정렬되도록 상기 밸브 플러그가 상기 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때,
   상기 밀봉부는 상기 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버 및 상기 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 상기 밸브 플러그 챔버를 분리하고 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하며,
   상기 밀봉부 내경과 상기 밀봉부 외경은 유체 압력 차이에 기초하여 변하며, 상기 유체 압력 차이는 상기 제1 챔버에 있는 유체의 압력과 상기 제2 챔버에 있는 유체의 압력 사이의 차이인, 유체 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체 압력 차이가 0을 값을 가질 때,
   상기 밀봉부 내경은 상기 그루브 내벽의 직경보다 크고,
   상기 밀봉부 외경은 그루브 외벽의 직경보다 작고,
   상기 탄성 부재는 상기 밸브 바디 내부 표면으로 밀봉부를 이동시키는 힘을 제공하는, 유체 밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 챔버에서의 유체 압력이 상기 제2 챔버에서의 유체 압력보다 높을 때, 상기 밀봉부는 상기 밀봉부 내경이 감소하고 상기 밀봉부의 내부 표면이 상기 그루브 내벽과 접촉하여 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 수축되며,
   상기 제1 챔버에서의 유체 압력이 상기 제2 챔버에서의 유체 압력보다 낮을 때, 상기 밀봉부는 상기 밀봉부 외경이 증가하고 상기 밀봉부의 외부 표면이 상기 그루브 외벽과 접촉하여 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하도록 확장되는, 유체 밸브.
4. 제1항에 있어서, 상기 유체 압력 차이가 넌제로 값을 가질 때, 상기 밀봉부는 a) 상기 밸브 바디, 및 b) 상기 그루브 내벽 및 상기 그루브 외벽 중 하나와 직접 접촉하고 이와 함께 유체 기밀 밀봉을 형성하는, 유체 밸브.
5. 제1항에 있어서, 상기 밀봉부는 중공의 원통형 부재이고,
   상기 밀봉부의 외부 표면은 상기 그루브 외벽을 향하고,
   상기 밀봉부의 외부 표면은 상기 밀봉부의 외부 원주 주위로 연장되는 환형 돌출부를 가지는, 유체 밸브.
6. 제1항에 있어서, 상기 밀봉부는 중공의 원통형 부재이고,
   상기 밀봉부의 내부 표면은 상기 그루브 내벽을 향하고,
   상기 밀봉부의 내부 표면은 상기 밀봉부의 내부 원주 주위로 연장되는 환형 돌출부를 가지는, 유체 밸브.
7. 제1항에 있어서, 상기 밀봉부는 상기 밸브 바디 내부 표면을 향하는 밀봉부 외부 단부, 및
   상기 밀봉부 외부 단부 반대편의 밀봉부 내부 단부를 포함하는 중공 원통형 부재이며, 상기 밀봉부 내부 단부는 상기 탄성 부재를 향하며,
   상기 밀봉부 외부 단부는 상기 밀봉부 외부 단부의 제1 가장자리 및 상기 밀봉부 외부 단부의 제2 가장자리에 대해 오목한 환형 오목부를 포함하고, 상기 밀봉부 외부 단부의 제1 가장자리는 상기 밀봉부의 밀봉부 외부 단부와 외부 표면의 교차점에 위치되고, 상기 밀봉부 외부 단부의 제2 가장자리는 상기 밀봉부의 밀봉부 외부 단부와 내부 표면의 교차점에 위치되는, 유체 밸브.
8. 제1항에 있어서, 상기 밸브 플러그 챔버의 내부 표면을 향하는 상기 밀봉부의 외부 표면의 제1 부분은 상기 제1 부분으로부터 이격된 상기 밀봉부의 제2 부분보다 낮은 마찰 계수를 가지는, 유체 밸브.
9. 제1항에 있어서, 상기 탄성 부재는 코일 스프링, 웨이브 스프링 또는 웨이브 와셔 중 하나인, 유체 밸브.
10. 제1항에 있어서, 상기 유체 통로는 선형이고, 상기 회전축에 직각인 제1 플러그 횡축에 평행하게 연장되며,
    상기 블라인드 구멍이 상기 밸브 포트들의 제3 포트와 정렬되도록, 상기 밸브 플러그가 상기 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때, 상기 블라인드 구멍은 상기 회전축 및 상기 제1 플러그 횡축에 직각인 제2 플러그 횡축과 동심인, 유체 밸브.
11. 제1항에 있어서, 상기 밸브 바디는,
    베이스; 및
    상기 회전축에 평행한 방향으로 상기 베이스의 주변으로부터 돌출되는 측벽을 포함하며,
    상기 밸브 포트들의 제1 포트는 상기 측벽에 제공되며, 상기 밸브 포트들의 제1 밸브 포트는, a) 상기 회전축에 직각이고, b) 상기 회전축을 교차하는 제1 밸브 바디 횡축과 동심이며,
    상기 밸브 포트들의 제3 포트는 상기 측벽에 제공되며, 상기 밸브 포트들의 제3 포트는, a) 상기 회전축에 직각이고, b) 상기 제1 밸브 바디 횡축에 직각이며, c) 상기 회전축을 교차하는 제2 밸브 바디 횡축과 동심인, 유체 밸브.
12. 제11항에 있어서, 상기 밸브 포트들의 제2 포트는 상기 밸브 포트들의 제1 포트와 정반대인 위치에서 상기 측벽에 제공되는, 유체 밸브.
13. 제11항에 있어서, 사익 그루브 내벽의 직경은 각각의 밸브 포트의 직경 이상인, 유체 밸브.
14. 제1항에 있어서, 각각의 밸브 포트는 공통 평면에 위치되는, 유체 밸브.
15. 제1항에 있어서, 상기 블라인드 구멍은 상기 밸브 포트들 중 적어도 하나의 형상 및 치수에 대응하도록 형상화 및 치수화되는, 유체 밸브.
16. 유체 밸브로서,
    밸브 플러그 챔버; 및
    각각의 밸브 포트가 상기 밸브 플러그 챔버와 연통하는 밸브 포트들을 포함하는 밸브 바디; 및
    밸브 플러그 챔버에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 밸브 바디에 대해 회전 가능한 밸브 플러그를 포함하며, 상기 밸브 플러그는,
    상기 밸브 바디에 대한 상기 밸브 플러그의 일부 회전 배향에서, 상기 밸브 포트들의 제1 포트와 상기 밸브 포트들의 제2 포트 사이에서 연장되는 유체 통로의 일부를 제공하는 선형 제1 그루브;
    상기 제1 그루브 반대편의 상기 밸브 플러그의 측면에 배치된 중공의 관형 돌출부, 및 블라인드 구멍을 한정하는 관형 돌출부의 내부 표면;
    상기 관형 돌출부를 둘러싸고 상기 관형 돌출부로부터 이격된 슬리브로서, 상기 관형 돌출부와 상기 슬리브 사이의 공간이 상기 관형 돌출부를 둘러싸는 환형 제2 그루브를 한정하고, 상기 제2 그루브는 상기 관형 돌출부와 공유되는 그루브 내벽, 및 상기 슬리브와 공유되는 그루브 외벽을 가지는, 상기 슬리브;
    상기 제2 그루브에 배치되고, 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경을 가지는 환형 밀봉부; 및
    상기 제2 그루브의 블라인드 단부와 상기 밀봉부 사이의 제2 그루브에 배치되는 탄성 부재를 포함하며, 상기 탄성 부재는 상기 밸브 플러그 챔버의 내부 표면으로 밀봉부를 지향시키는 힘을 제공하는, 유체 밸브.
17. 제16항에 있어서, 상기 블라인드 구멍이 상기 밸브 포트들 중 임의의 밸브 포트와 정렬되도록 상기 밸브 플러그가 상기 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때,
    상기 밀봉부는 상기 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버 및 상기 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 상기 밸브 플러그 챔버를 분리하고 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하며,
    상기 밀봉부 내경 및 상기 밀봉부 외경은 유체 압력 차이에 기초하여 변하며, 상기 유체 압력 차이는 상기 제1 챔버에 있는 유체의 압력과 상기 제2 챔버에 있는 유체의 압력 사이의 차이인, 유체 밸브.
18. 유체 밸브 조립체로서,
    유체 밸브;
    액추에이터; 및
    상기 액추에이터를 상기 유체 밸브에 기계적으로 연결하는 기어 세트를 포함하며,
    상기 유체 밸브는,
    밸브 바디; 및
    밸브 플러그 챔버에 배치되고 회전축을 중심으로 밸브 바디에 대해 회전 가능한 밸브 플러그를 포함하며,
    상기 밸브 바디는,
    밸브 플러그 챔버; 및
    각각의 밸브 포트가 밸브 플러그 챔버와 연통하는 밸브 포트들을 포함하며,
    상기 밸브 플러그는,
    상기 밸브 바디에 대한 상기 밸브 플러그의 일부 회전 배향에서, 상기 밸브 포트들의 제1 포트와 상기 밸브 포트들의 제2 포트 사이에서 연장되는 유체 경로를 제공하는 유체 통로;
    상기 유체 통로 반대편의 상기 밸브 플러그의 측면에 제공되는 블라인드 구멍;
    상기 블라인드 구멍을 둘러싸는 그루브로서, 상기 블라인드 구멍과 공유되는 그루브 내벽, 및 상기 그루브 내벽을 둘러싸고 상기 그루브 내벽으로부터 이격된 그루브 외벽을 포함하는, 상기 그루브;
    상기 그루브에 배치되고, 밀봉부 내경 및 밀봉부 외경을 가지는 환형 밀봉부; 및
    상기 그루브의 블라인드 단부와 상기 밀봉부 사이의 그루브에 배치되는 탄성 부재를 포함하며, 상기 탄성 부재는 상기 밸브 플러그 챔버의 내부 표면으로 상기 밀봉부를 지향시키는 힘을 제공하며,
    상기 블라인드 구멍이 상기 밸브 포트들 중 임의의 밸브 포트와 정렬되도록 상기 밸브 플러그가 상기 밸브 바디에 대해 회전적으로 배향될 때,
    상기 밀봉부는 상기 밀봉부의 외부 표면과 접하는 제1 챔버 및 상기 밀봉부의 내부 표면과 접하는 제2 챔버로 상기 밸브 플러그 챔버를 분리하고 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하며,
    상기 밀봉부 내경 및 상기 밀봉부 외경은 유체 압력 차이에 기초하여 변하며, 상기 유체 압력 차이는 상기 제1 챔버에 있는 유체의 압력과 상기 제2 챔버에 있는 유체의 압력 사이의 차이인, 유체 챔버 조립체.

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