KR20230077020A - 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상하로 이동하는 스템봉을 구비한 스템과, 상기 스템봉을 가이드하고 실링면과 접촉하는 교체타입 금속씰를 이용하여 유체 또는 기체(가스)를 제어할 수 있도록 하되, 출구포트측으로 안내되는 출구저항을 감소시킬 수 있도록 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 출구용 유로를 구비하여 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브는, 상하이동하는 스템봉과, 상기 스템봉과 직선상에 위치하는 밸브몸체의 입구포트부 측으로 삽입되며 상기 입구포트부에 나사결합되는 금속씰 커넥터로 고정되는 교체타입 금속씰과, 상기 교체타입 금속씰이 설치되는 주통로와 출구포트부가 연통시키는 출구통로를 포함하는 고압 니들밸브에 있어서, 상기 주통로 상에는 교체타입 금속씰의 외경보다 크게 형성되어 소정의 챔버용 공간부를 형성하도록 이루어진 챔버통로부를 가지며, 상기 챔버용 공간부와 출구포트부를 연통시키며, 출구저항을 감소시키도록 스템봉의 중심과 소정의 출구각(θ)을 가지도록 형성된 출구용 통로를 포함하도록 이루어진다.

Description

출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브{A high-pressure needle valve that reduced the outlet resistance}
본 발명은 상하로 이동하는 스템봉을 구비한 스템과, 상기 스템봉을 가이드하고 실링면과 접촉하는 교체타입 금속씰를 이용하여 유체 또는 기체(가스)를 제어할 수 있도록 하되, 출구포트측으로 안내되는 출구저항을 감소시킬 수 있도록 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브에 관한 것이다.
일반적으로 밸브는 관속을 흐르는 유체 또는 기체(가스)의 유량, 유속, 압력 등을 제어하는 장치이며, 사용용도와 사용압력 등의 요건에 따라 다양한 종류로 구분되고 있다.
이러한 밸브의 종류를 간단하게 살펴보면, 유체의 흐름을 안전하게 막기 위한 스톱밸브, 압력이 높은 유로 차단기 위한 슬루스밸브, 관로의 열림을 조절하기 위한 나비형 밸브, 유체를 일방향으로만 흐르게 해 역류를 방지하기 위한 역류 방지 밸브(일명, 체크밸브), 관내의 유압이 규정 이상이 되면 자동적으로 작동하여 유체를 밖으로 흘리기도 하고 원래대로 되돌리기도 하는 이스케프밸브, 저압으로 작은 지름의 관로 개패용으로 사용하는 콕밸브 등이 있다.
본 발명은 고압의 유체 또는 가스(기체)의 흐름을 제어하기 위한 고압 니들밸브에 관한 것이다.
일반적으로 고압 니들밸브는 고압의 유체 또는 가스(기체)의 흐름을 제어하기 위한 씰링부는 금속간의 접촉으로 이루어지게 된다.
본 발명의 출원인은 고압 니들밸브에 있어서 제어를 위한 작동시 스템의 단부가 고압에 의하여 발생되는 흔들림 등에 의한 문제점을 개선하고자 등록특허 제2080603호인 스템용 가이드부를 구비한 리플레이스 시트 및 이를 포함하는 밸브, 등록특허 제2225407호인 유량조절 및 개폐 기능을 가지는 고압용 밸브 등을 제공하였다.
그러나 상기 특허기술 및 종래기술로 이루어진 고압 니들밸브에서는 출구측의 저항으로 인하여 종종 소음이 발생시키거나 스템 진동에 영향을 주고 있다.
종래 기술로 이루어진 고압 니들밸브에서는 보통 스템봉의 중심과 출구측 통로는 직교상태로 설계되어 있으며, 이로 인하여 개폐시에 소음 및 진동이 발생원인이 되는 저항이 발생함으로써 밸브의 수명을 단축시키는 요인이 되고 있다.
또한, 종래기술인 리플레이스 시트(교체타입 금속씰)형 고압 니들밸브에서는 리플레이스 시트(교체타입 금속씰)가 나사결합 방식의 밸브몸체에 결합되는 금속씰 커넥터로 고정되도록 이루어짐으로써 금속씰 커넥터와 함께 회전하게 되어 여러 문제점을 야기시키고 있다.
즉, 도 10과 같이 손상으로 인한 교체되는 리플레이스 시트(교체타입 금속씰)(30)는 밸브몸체(10)의 입구포트부(12)를 통하여 삽입되어 통로(14)상에 일부분이 삽입되며, 삽입된 리플레이스 시트(교체타입 금속씰)(30)는 밸브몸체(10)의 입구포트부(12)에 형성된 나사부와 나사결합되는 금속씰 커넥터(16)로 고정된다.
이때, 나사결합되는 상기 금속씰 커넥터(16)의 끝단부와 접촉되어 고정되는 리플레이스 시트(교체타입 금속씰)(30)는 함께 회전하는 현상이 발생하게 되어 정확한 위치에 이동하여 스템봉과 동심원을 이루지 못하게 됨으로써 씰링이 잘 이루어지지 않거나, 쉽게 손상을 일으키는 원인이 될 수 있다.
또한, 리플레이스 시트(교체타입 금속씰)(30)는 금속씰 커넥터(16)로 가압되어 고정되고, 장시간 사용 및 단속(제어할) 유체의 종류 등에 따라 밸브몸체(10)의 통로상에서 분리가 잘되지 않아 교체시 많은 불편함을 야기 시킬 수 있다.
(KR) 등록특허 10-2080603 (KR) 등록특허 10-2225407
본 발명은 종래에 스템봉으로 개폐시 저항으로 인한 밸브의 소음 발생 및 수명 단축 등의 문제점과, 종래의 교체타입 금속씰을 구비한 고압 니들밸브에서 교체타입 금속씰의 교체시 회전으로 발생될 수 있는 문제점을 해결하고자 한다.
즉, 본 발명에서는 스템봉과 개폐시 안내되는 통로가 수직으로 배치됨으로써 소음 발생 및 진동 발생으로 야기되는 문제점을 해결하도록 하고, 교체타입 금속씰을 고정시키고자 밸브몸체에 나사결합 방식으로 결합되는 금속씰 커넥터와 교체타입 금속씰 사이에 회전하지 않고 교체타입 금속씰을 가압시킬 수 있는 슬리브 고정구를 구비하도록 함으로써 종래의 금속씰 커넥터로 고정되는 교체타입 금속씰을 구비한 고압 니들밸브가 가지는 문제점을 해결하고자 한다.
또한, 스템과 교체타입 금속씰을 동일한 소재의 금속을 사용하도록 하되, 스크린 이온질화법을 이용하여 스템의 강도를 교체타입 금속씰 보다 향상시킴으로써 씰링부의 손상시 교체타입 금속씰이 손상이 이루어지도록 하고자 한다.
또한, 교체타입 금속씰의 교체시 밸브몸체의 통로상에서 용이하게 분리할 수 있도록 하여 교체수리가 쉽게 이루어질 수 있도록 하고자 한다.
상기 목적을 달성하고자 하는 본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브는, 상하이동하는 스템봉과, 상기 스템봉과 직선상에 위치하는 밸브몸체의 입구포트부 측으로 삽입되며 상기 입구포트부에 나사결합되는 금속씰 커넥터로 고정되는 교체타입 금속씰과, 상기 교체타입 금속씰이 설치되는 주통로와 출구포트부가 연통시키는 출구통로를 포함하는 고압 니들밸브에 있어서, 상기 주통로 상에는 교체타입 금속씰의 외경보다 크게 형성되어 소정의 챔버용 공간부를 형성하도록 이루어진 챔버통로부를 가지며, 상기 챔버용 공간부와 출구포트부를 연통시키며, 출구저항을 감소시키도록 스템봉의 중심과 소정의 출구각(θ)을 가지도록 형성된 출구용 통로를 포함하도록 이루어진다.
상기 교체타입 금속씰과 금속씰 커넥터 사이에 설치되어 상기 금속씰 커넥터과 함께 회전하지 않고 교체타입 금속씰을 축방향으로 가압하는 수단인 관형태로 형성되어 유로용 관통홀을 가지는 슬리브 고정구를 더 포함할 수 있다.
상기 교체타입 금속씰에 형성된 유로용 홀의 하측에는 교체시 분리를 위한 분리용 공구와 연결될 수 있도록 하는 분리용 연결나사부가 형성된다.
상기 슬리브 고정구를 관통하여 분리용 연결나사부에 연결되어 기밀을 향상시킬 수 있도록 하는 기밀향상용 보조관을 더 포함할 수도 있다.
상기 스템봉은 스크린 이온질화를 이용한 표면처리될 수 있으며, 상기 스템봉과 교체타입 금속씰은 STS 316CW 소재를 사용하되, 상기 스템봉은 이온질화법으로 표면처리하여 교체타입 금속씰의 경도(HV) 보다 140HV 이상의 경도(HV)를 가지도록 하며, 그 표면은 그래핀(Graphene), TiN, TiCN, DLC(diamond-like carbon) 중 어느 하나로 코팅될 수도 있다.
이와 같이 이루어진 본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브는 개폐를 위하여 상하로 이동하는 스템봉과 출구용 통로가 출구저항을 감소시킬 수 있도록 소정의 출구각(θ)을 형성함으로써 소음의 발생과 진동 발생을 줄일 수 있어 수명이 단축되는 현상을 줄을 수 있을 것이다.
또한, 교체타입 금속씰 외주면 측으로 소정의 챔버용 공간부가 형성되고, 상기 챔버용 공간부와 출구용 통로가 연통됨으로써 소음의 발생과 진동 발생을 줄일 수 있어 수명이 단축되는 현상을 줄을 수 있을 것이다.
또한, 밸브몸체에 결합되는 금속씰 커넥터에 의해 고정되는 교체타입 금속씰이 스템봉과 동심원이 이루어지지 못하는 현상을 금속씰 커넥터와 교체타입 금속씰 사이에 구비되는 슬리브 고정구로 인하여 해결할 수 있는 효과를 가진다.
즉, 도 10을 참조하여 설명된 종래기술의 문제점인 금속씰 커넥터가 밸브몸체에 나사결합되어 밸브몸체에 형성된 통로상에 설치되는 교체타입 금속씰을 고정함에 있어, 나사결합시 회전하는 상기 금속씰 커넥터와 함께 교체타입 금속씰이 회전하게 되어 그 위치가 미세하게 변경되고, 이로 인해 스템봉과 동심원이 이루어지 못하는 현상을 발생시켜 실링이 이루어지지 못하거나 쉽게 손상을 일으켜 내구성을 저하시키는 현상 등을 개선시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 교체타입 금속씰의 교체를 용이하게 하고자 구비되는 분리용 연결나사부에 기밀향상용 보조관을 연결하도록 함으로써 기밀을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 스템봉과 교체타입 금속씰을 동일한 소재의 금속을 사용하되, 상기 스템봉만을 스크린 이온질화법으로 경도를 향상시킴으로써 교체타입 금속씰 보다 경도가 높도록 할 수 있으며, 이로 인해 STS 316CW와 같이 비교적 경도가 낮은 금속으로 제작이 가능할 수 있도록 하여 제작비용 상승 및 제품비용의 상승을 방지할 수 있다. 이는 제품에 대한 경쟁력을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 단면 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 주요부분을 나타낸 단면 개략도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브에서 교체타입 금속씰이 분리배출용 공구와 결합되어 배출될 수 있음을 보인 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 단면 개략도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 주요부분에 대한 분리 단면 개략도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 단면 개략도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브의 주요부분에 대한 단면 개략도.
도 9는 본 발명의 실시예인 스크린 이온질화(플라즈마질화) 처리한 금속의 경도 그래표.
도 11은 종래 기술인 고압 니들밸브의 주요부분인 교체타입 금속씰이 금속씰 커넥터로 고정됨을 보인 개략도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 상하로 이동하는 스템봉을 구비한 스템과, 상기 스템봉을 가이드하고 실링면과 접촉하는 교체타입 금속씰를 이용하여 유체 또는 기체(가스)를 제어할 수 있도록 하되, 출구포트측으로 안내되는 출구저항을 감소시킬 수 있도록 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브에 관한 것이다.
본 발명인 고압 니들밸브에서는 금속씰 커넥터를 이용하여 교체타입 금속씰을 고정함에 있어 금속씰 커넥터로 인하여 교체타입 금속씰의 회전함으로써 발생하는 문제점을 해결하고자 슬리브 고정구를 구비한 고압 니들밸브에 관한 것이다.
이하, 첨부된 본 발명의 실시 예 도면을 참조하여 설명하고자 한다.
본 발명의 제1 실시 예를 나타낸 도 1 내지 도 4를 참조하면,
본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)는 스템봉을 상하로 이동시켜 고압의 유체 또는 가스(기체)를 제어할 수 있는 것으로, 그 구성을 살펴보면, 입구포트(16)와, 출구포트(17) 및 스템(20)의 설치를 위한 나사부가 각각 형성되어 있는 입구포트부(11)와 출구포트부(12) 및 스템설치부(13)가 구비된 밸브몸체(10)와, 상기 스템설치부(13)에 설치되어 스템핸들을 조작하여 개폐를 위한 스템봉(21)이 상하이동하도록 하는 스템(20)과, 상기 입구포트부(11)를 통하여 삽입된 후 입구포트(16a)를 구비한 금속씰 커넥터(16)로 고정되는 교체타입 금속씰(30)를 포함한다.
상기 밸브몸체(10)에 구비된 입구포트부(11)와 출구포트부(12) 및 스템설치부(13)는 유로를 형성할 수 있도록 형성된 주통로(14)와 서로 연통하도록 형성되어 있는 것으로, 도면상 하측에는 유체 또는 가스(기체)가 유입될 수 있도록 유입수단과 연결을 위한 입구포트부(11)가 형성되고, 우측에 소정의 각도로 경사지게 출구통로(15)가 형성될 수 있도록 상기 입구포트부(12)로 유입된 유체 또는 가스(기체)가 배출될 수 있도록 배출수단과 연결을 위한 출구포트부(12)가 형성되고, 상기 입구포트부(11)와 대향되는 상측에는 유입된 유체 또는 가스(기체)를 제어하는 스템(20) 설치를 위한 스템설치부(13)와, 상기 입구포트부(11)와 출구포트부(12) 및 스템설치부(13)가 서로 연통될 수 있도록 하며 금속씰 커넥터(16)의 일측부분이 삽설되는 주통로(14)가 형성되어 있다.
상기 입구포트부(11)와 출구포트부(12) 및 스템설치부(13)는 나사결합방식으로 결합될 수 있도록 암나사가 형성되어 있다.
상기 입구포트부(11)에는 나사결합방식으로 결합되어 교체타입 금속씰(30)을 고정하는 단부에 입구포트(16a)가 형성된 금속씰 커넥터(16)가 설치된다.
상기 출구포트부(12)에는 나사결합방식으로 결합되는 출구포트(17)가 설치된다.
상기 스템설치부(13)에는 스템봉(21)과 밸브몸체(10) 내 주통로(14) 사이에 기밀을 위하여 설치된 고체씰(solid seal)을 가압고정을 위한 씰링 가압부재와, 스템봉(21)이 설치되고, 스템봉(21)의 회전방향에 따라 상하 이동할 수 있도록 이루어진 스템그랜드가 설치되며, 상기 스템그랜드의 내면에는 통상적으로 스템봉(21)의 상하 이동을 위한 나사부가 형성되어 있다.
상기 주통로(14)에는 일부분이 삽입설치되는 교체타입 금속씰(30)의 외경보다 크게 형성되어 소정의 챔버용 공간부(14-2)를 형성하도록 이루어진 챔버통로부(14-1)를 가진다.
상기 챔버통로부(14-1)는 교체타입 금속씰(30)의 유로용 홀(31)을 통하여 유입되는 유체 또는 기체가 측면에 형성된 구멍을 통하여 외측으로 이동시 일시 수용될 수 있는 공간을 제공하여 완충역활을 수행할 수 있는 챔버용 공간부(14-2)를 제공할 수 있도록 하는 한편, 상기 출구포트부(12)와 연통하도록 출구용 통로(15)를 형성하되 출구저항을 감소시키도록 스템봉(21)의 중심과 소정의 출구각(θ)의 설계가 용이할 수 있도록 한다.
즉, 상기 챔버통로부(14-1)는 교체타입 금속씰(30)의 외주면보다 크게 형성하여 소정의 챔버용 공간부(14-2)를 제공하고, 이러한 챔버용 공간부(14-2)와 출구포트부(12)가 연통하도록 하는 출구용 통로(15)의 설계시, 설계되는 출구각(θ)을 가질 수 있도록 출구용 통로(15)의 형성이 용이할 수 있도록 한다.
상기 출구각(θ)은 보통 40~50도가 적당하다.
상기 스템(20)은 상측에 구비된 스템핸들의 조작으로 스템봉(21)이 상하로 이동하는 구성으로 고압 니들밸브에 널리 사용되고 있는 공지기술이다.
상기 교체타입 금속씰(30)은 밸브몸체(10) 내에 유로형성 및 스템봉 설치를 위하여 형성된 주통로(14) 상에 설치되는 것으로, 입구포트부(11) 측으로 삽입되어 나사결합방식으로 결합되는 금속씰 커넥터(16)로부터 가해지는 힘에 의하여 고정된다.
상기 교체타입 금속씰(30)은 유로를 형성하기 위한 내부를 관통하는 유로용 홀(31)과, 상기 유로용 홀(31) 중간부분에 형성된 씰링부(32)와, 상기 씰링부(32) 상측부분에 형성된 스템가이드부(33)와, 하측부분에 금속씰 커넥터(16)로 고정될 수 있도록 외주면이 돌출되게 형성된 고정용 확관부(34)와, 상기 유로용 홀(31) 하측에 형성된 분리용 연결나사부(35)를 포함한다.
상기 분리용 연결나사부(35)는 교체타입 금속씰(30)의 손상으로 교체시 분리배출용 공구(T)를 이용하여 손쉽게 분리하고자 하는 구성으로, 분리배출용 공구(T)의 단부에 형성된 나사부와 나사결합될 수 있도록 암나사부가 형성되어 있다.
즉, 도 4와 같이 분리용 연결나사부(35)는 교체타입 금속씰(30)의 손상으로 인한 교체시 분리배출용 공구(T)를 사용하여 분리할 수 있도록 하고자 하는 구성으로, 입구포트부(12)에서 금속씰 커넥터(16)를 분리한 후 분리배출용 공구(T)를 삽입하여 분리배출용 공구(T)의 끝단부에 형성되어 있는 나사부를 분리용 연결나사부(35)에 체결한 후 교체타입 금속씰(30)를 외부로 배출시킬수 있도록 한다.
이로 인하여, 교체타입 금속씰(30)이 금속씰 커넥터(16)로 가압되어 고정되고, 장시간 사용 및 단속(제어할) 유체의 종류 등에 따라 밸브몸체(10)의 통로(14)상에서 분리되지 않을 수 있는 현상으로 발생하는 불편함을 해결할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예를 나타낸 도 5 내지 도 6을 참조하면,
본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)는 스템봉을 상하로 이동시켜 고압의 유체 또는 가스(기체)를 제어할 수 있는 것으로, 그 구성을 살펴보면, 입구포트(16)와, 출구포트(17) 및 스템(20)의 설치를 위한 나사부가 각각 형성되어 있는 입구포트부(11)와 출구포트부(12) 및 스템설치부(13)가 구비된 밸브몸체(10)와, 상기 스템설치부(13)에 설치되어 스템핸들을 조작하여 개폐를 위한 스템봉(21)이 상하이동하도록 하는 스템(20)과, 상기 입구포트부(11)를 통하여 삽입된 후 입구포트(16a)를 구비한 금속씰 커넥터(16)로 고정되는 교체타입 금속씰(30)과, 상기 교체타입 금속씰(30)과 금속씰 커넥터(16) 사이에 구비되는 슬리브 고정구(40)를 포함한다.
도 5 내지 도 6을 설명되는 제2 실시예인 본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)의 구성 중 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 제1 실시예의 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)와 동일한 도면부호의 구성들은 동일한 구성으로 추가 설명하지 않는다.
즉, 제2 실시예인 본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)는 제1 실시예의 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)의 구성들에서 슬리브 고정구(40)를 더 포함하고 있다.
상기 슬리브 고정구(40)는 금속씰 커넥터(16)와 교체타입 금속씰(30) 사이에 설치되되, 일부분이 금속씰 커넥터(16)에 형성된 유로용 관통홀(16b)에 삽입 설치되어 설치되어 금속씰 커넥터(16)가 밸브몸체(10)에 나사결합시 교체타입 금속씰(30)이 회전하지 않도록 하며 고정을 위한 압력을 가할 수 있도록 하는 구성이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면,
이러한 상기 슬리브 고정구(40)는 금속씰 커넥터(16)의 유로용 관통홀(16b)에 삽입되는 슬리브관부(41)와, 상기 슬리브관부(41)의 끝단부에 턱이 형성될 수 있도록 금속씰 커넥터(16)에 형성된 유로용 관통홀(16b) 보다 큰 직경으로 이루어지며 교체타입 금속씰(30)의 단부와 접촉하는 고정관부(42)와, 유로통로를 위한 관통홀(43)을 포함한다.
상기 고정관부(42)의 단부에는 씰링요홈부(42a)가 형성되어 교체타입 금속씰(30)의 하측면과 접촉시 할 수 있도록 한다. 즉, 상기 씰링요홈부(42a)는 교체타입 금속씰(30)의 끝단부의 일부분이 삽입될 수 있도록 형성된다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 제3 실시 예를 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면,
본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)는, 스템봉을 상하로 이동시켜 고압의 유체 또는 가스(기체)를 제어할 수 있는 것으로, 그 구성을 살펴보면, 입구포트(16)와, 출구포트(17) 및 스템(20)의 설치를 위한 나사부가 각각 형성되어 있는 입구포트부(11)와 출구포트부(12) 및 스템설치부(13)가 구비된 밸브몸체(10)와, 상기 스템설치부(13)에 설치되어 스템핸들을 조작하여 개폐를 위한 스템봉(21)이 상하이동하도록 하는 스템(20)과, 상기 입구포트부(11)를 통하여 삽입된 후 입구포트(16a)를 구비한 금속씰 커넥터(16)로 고정되는 교체타입 금속씰(30)과, 상기 교체타입 금속씰(30)과 금속씰 커넥터(16) 사이에 구비되는 슬리브 고정구(40)와, 상기 슬리브 고정구(40)를 관통하여 교체타입 금속씰(30)에 형성된 분리용 연결나사부(35)에 연결되어 기밀을 향상시킬 수 있도록 하는 기밀향상용 보조관(50)을 포함한다.
도 7 내지 도 8을 설명되는 제3 실시예인 본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)의 구성 중 도 5 내지 도 6를 참조하여 전술한 제2 실시예의 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)와 동일한 도면부호의 구성들은 동일한 구성으로 추가 설명하지 않는다.
즉, 제3 실시예인 본 발명인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)는 제2 실시예의 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)의 구성들에서 기밀향상용 보조관(50)을 더 포함하고 있다.
상기 기밀향상용 보조관(50)은 슬리브 고정구(40)의 관통홀(43)을 통하여 교체타입 금속씰(30)의 교체시 통로(14)상에서 배출(분리)을 시키고자 형성된 분리용 연결나사부(35)에 일단부가 설치되고, 유로통로를 위한 관통홀(51)이 형성되도록 관형태로 구성된다.
상기 기밀향상용 보조관(50)의 타측(분리용 연결나사부(35)와 연결되는 단부와 반대측) 외주면(52)은 슬리브 고정구(40)의 관통홀(43)의 내주면과 접촉하여 기밀을 유지시킬 수 있도록 확관된 형태로 이루어진다.
전술된 본 발명의 제1, 제2, 제3 실시인 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브(1)에서의 스템봉(21)과 교체타입 금속씰(30)은 동일한 소재의 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 스템봉(21)과 교체타입 금속씰(30)은 동일한 소재의 금속인 STS 316CW 또는 STS 630을 사용하며, 바람직하게는 STS 316CW를 사용하는 것이 좋다.
상기 스템봉(21) 만을 이온질화시켜 스템봉(21)의 경도가 교체타입 금속씰(30)의 경도 보다 140HV 이상이 되도록 하여 스템봉(21)이 파손되는 현상을 최소화한다.
또한, 스템봉(21)의 표면인 외주면에는 고체씰에 대해 내마모성과 마찰계수를 줄일 수 있도록 그래핀(Graphene), TiC, TiCN, DLC(diamond-like carbon) 등의 코팅방법을 이용한 코팅층을 추가할 수도 있다.
스크린 이온질화(Screen ion nitriding)란, 처리물이 아닌 챔버내 타공판에 음극의 고전압을 인가하여 생성된 글로우 방전을 이용한 것으로 챔버내 주입되는 질소가스가 이온화되며 발생된 활성질소의 확산에 의해 질화가 되는 것으로 알려져 있다. 이런 이유로 질화처리후 처리물의 표면조도가 우수하며 복잡한 형상의 제품도 처리가 가능한 것이 특징이다.
이온질화는 내마모성, 내식성, 피로강도를 끌어올리고 표면경도를 극도로 높게 개선시킨다. 저온 진공 상태에서 처리하므로 변형이 거의 발생하지 않고 후 가공을 생략할 수 있는 장점이 있다.
본 출원인은 아래와 같은 실험방법으로 스템봉(21)의 소재로 사용될 수 있는 금속에 대하여 경도(HV) 실험을 실시하였다.
실험방법
소재 : STS 316CW, STS 630, 열처리된 STS 630(이하, 'STS 630T' 칭함), STR 660
시편 : 디스크 타입(Disk type) (직경(Ф) 31.9(㎜), 두께(T) 6㎜)
경도 측정방법 : 마이크로비커스 경도계로 5회 측정
표면처리방법 : 스크린 이온질화(플라즈마질화)
STS 316CW, STS 630, STS 630T, STR 660 소재로 이루어진 준비된 각각의 시편을 0시간(hr), 4시간(hr), 8시간(hr), 12시간(hr) 간격으로 이온질화을 시킨다.
상기 각각의 시간으로 이온질화법으로 표면처리한 시편을 마이크로비커스 경도계를 사용하여 5회 측정하였으며, 그 결과는 아래 표와 도 8과 같다.
Standard(0hr) 4hr 8hr 12hr
STR 660 HV 414 HV 770 HV 1015 HV 1021
STS 316CW HV 308 HV 663 HV 827 HV 947
STS 630 HV 340 HV 905 HV 890 HV 924
STS 630T HV 430 HV 896 HV 1017 HV 1104
시편을 시크린 이온질화법으로 표면처리한 결과 상기 표에서와 같이 모든 시편의 경도(HV)가 상승하였다.
일반적으로 고압 니들밸브에 사용되는 스템은 고압에 의한 스템의 파손을 방지하고자 경도가 높은 소재인 STS 630을 열처리 가공한 STS 630T 소재를 사용한다.
열처리한 STS 630T의 경도(HV)는 430정도가 되는 높은 경도를 가지며, 이러한 높은 경도의 소재를 가공하여 스템을 제작할 경우 높은 경도에 의하여 제작이 어려운 단점이 있으며, 소재의 단가가 비싼 문제점을 가지고 있다.
본 발명에서는 고압 니들밸브에 사용되는 스템봉을 STS 630T 보다 비교적 경도가 낮고 가격이 저렴할 수 있는 STS 316CW 또는 STS 630을 사용할 수 있도록 한다.
상기 실험결과에서 보는 바와 같이 STS 316CW와 STS 630를 이온질화 방법으로 4시간(hr) 표면처리 할 경우 STS 316CW와 STS 630 모두 이온질화 하지 않은 STS 630T의 경도(HV) 430보다 높은 결과를 보였다.
더욱이 소재 STS 316CW의 경우에는 4시간(hr) 이온질화 방법으로 표면처리 할 경우 경도(HV)가 663정도를 보였으며, 이는 고압 니들밸브에 사용되는 스템의 소재로서 아주 우수한 소재로 사용될 수 있음을 입증하였다.
정리하면, 경제성을 고려하여볼 때, 스템봉의 소재는 STS 316CW 또는 STS 630을 사용하고, 스크린 이온질화 시간은 경도 대비 생산 시간 및 비용 등과 같은 다양한 종합적 요인을 검토한 결과 5시간(hr) 이내로 처리하는 것이 바람직하다.
바람직하게 스템봉의 소재는 STS 316CW를 사용하고, 스크린 이온질화 시간은 3~4시간(hr)으로 하되, 교체타입 금속씰의 경도차이가 스템이 140HV이상이 높도록 한다.
1 : 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브
10 : 밸브몸체 11 : 입구포트부
12 : 출구포트부 13 : 스템설치부
14 : 주통로 14-1 : 챔버통로부
14-2 : 챔버용 공간부
20 : 스템 21 : 스템봉
30 : 교체타입 금속씰
40 : 슬리브 고정구
50 : 기밀향상용 보조관

Claims (6)

  1. 상하이동하는 스템봉과, 상기 스템봉과 직선상에 위치하는 밸브몸체의 입구포트부 측으로 삽입되며 상기 입구포트부에 나사결합되는 금속씰 커넥터로 고정되는 교체타입 금속씰과, 상기 교체타입 금속씰이 설치되는 주통로와 출구포트부가 연통시키는 출구통로를 포함하는 고압 니들밸브에 있어서,
    상기 주통로(14) 상에는 교체타입 금속씰(30)의 외경보다 크게 형성되어 소정의 챔버용 공간부(14-2)를 형성하도록 이루어진 챔버통로부(14-1)를 가지며,
    상기 챔버용 공간부(14-2)와 출구포트부(12)를 연통시키며, 출구저항을 감소시키도록 스템봉(21)의 중심과 소정의 출구각(θ)을 가지도록 형성된 출구용 통로(15)를 포함함을 특징으로 하는 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교체타입 금속씰(30)과 금속씰 커넥터(16) 사이에 설치되어 상기 금속씰 커넥터(16)과 함께 회전하지 않고 교체타입 금속씰(30)을 축방향으로 가압하는 수단인 관형태로 형성되어 유로용 관통홀(43)을 가지는 슬리브 고정구(40)를 더 포함함을 특징으로 하는 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 교체타입 금속씰(30)에 형성된 유로용 홀(31)의 하측에는 교체시 분리를 위한 분리용 연결나사부(35)가 형성됨을 특징으로 하는 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 슬리브 고정구(40)를 관통하여 분리용 연결나사부(35)에 연결되어 기밀을 향상시킬 수 있도록 하는 기밀향상용 보조관(50)을 더 포함함을 특징으로 하는 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스템봉(21)은 스크린 이온질화를 이용한 표면처리됨을 특징으로 하는 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스템봉(21)과 교체타입 금속씰(30)은 STS 316CW 소재를 사용하되, 상기 스템봉(21)은 이온질화법으로 표면처리하여 교체타입 금속씰(30)의 경도(HV) 보다 140HV 이상의 경도(HV)를 가지도록 하며, 그 표면은 그래핀(Graphene), TiN, TiCN , DLC(diamond-like carbon) 중 어느 하나로 코팅됨을 특징으로 하는 출구저항을 감소시킨 고압 니들밸브.
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