KR20230093716A - 냉매 유체의 유량분배조절 볼밸브 - Google Patents

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윤학용
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Abstract

본 발명의 유체 분배조절 볼밸브는 액추에이터에 의해 회전되도록 상부에 회전홈이 형성된 구형의 볼밸브, 상기 회전홈의 타측에 형성된 입구부, 상기 입구부와 연결되는 1개 이상의 출구부, 상기 출구부는 단면이 원형이며, 상기 원형 단면의 일측에 형성된 관통슬릿, 상기 입구부로 유입된 유체는 상기 출구부 및 상기 관통슬릿을 통해 배출될 수 있다.

Description

냉매 유체의 유량분배조절 볼밸브 { Ball Valve for Flow Rate Distribution and Control of Refrigerant }
본 발명은 냉매 유체의 유량을 분배해서 조절하기 위한 볼밸브에 관한 발명으로, 보다 구체적으로는 고압의 냉매 유체를 안정적으로 분배 제어하기 위한 볼밸브 구조에 관한 발명이다.
냉동시스템에 설치되어 압력강하 손실을 최소화하면서 개폐할 수 있도록 한 냉매주입장치가 일체로 형성된 볼밸브가 형성될 수 있다.
냉동시스템은 각종 냉매 환경 하에서 기밀유지가 필수이며, 차단밸브와는 달리 유로변경에 의한 압력 강하 손실이 없으며 개폐가 용이한 볼 타입의 밸브가 많이 사용된다.
냉동사이클에서 응축기와 팽창밸브의 사이에 형성되는 순환로와 증발기와 압축기의 사이에 형성되는 순환로에 주입구가 일체로 형성된 볼밸브가 설치될 수 있다.
일반적으로, 볼밸브(Ball Valve)는 밸브 몸체의 내부에 관로를 개폐하는 볼부재와, 볼부재가 회전 가능하게 결합되고, 밸브 몸체의 내주면에 볼부재에 시트면이 압착되는 시트(시트링)이 고정된 구성으로 되어 있다. 볼 밸브는 볼과 시트가 닿아 있는 상태를 유지하며 회전에 의해 유로를 선택적으로 개폐하도록 작동한다.
볼 밸브는 중앙에 유로 역할을 하는 홀이 형성된 구면을 가진 볼부재가 밸브 몸체 중앙에 위치하며, 밸브를 열었을 때 유체가 볼부재의 중앙 홀을 관통하며, 밸브가 개방 상태에서 90도로 회전하여 닫았을 때 볼부재의 막힌 구면부가 밸브 몸통의 유로방향과 시트 유로방향과 일치되며 유로를 폐쇄시킨다.
최근 고압의 냉매를 분배하고 제어하기 위해서 보다 미세한 냉매 유량분배의 필요성이 증가하고 있다.
KR 2009-0077686(2009.7.15)
위와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 본 발명은 고압의 냉매 유체를 안정적으로 분배 제어하기 위한 볼밸브 구조를 제공하는 것에 목적이 있다.
유체 분배조절 볼밸브에 있어서, 액추에이터에 의해 회전되도록 상부에 회전홈이 형성된 구형의 볼밸브, 상기 회전홈의 타측에 형성된 입구부, 상기 입구부와 연결되는 1개 이상의 출구부, 상기 출구부는 단면이 원형이며, 상기 원형 단면의 일측에 형성된 관통슬릿, 상기 입구부로 유입된 유체는 상기 출구부 및 상기 관통슬릿을 통해 배출될 수 있다.
또한, 관통슬릿은 상기 구형 볼밸브의 입구부 및 출구부와 연통되며, 상기 볼밸브의 회전에 의해 상기 출구부가 폐쇄되는 만큼, 상기 관통슬릿이 개방되고, 상기 관통슬릿은 원형단면의 상기 출구부의 중심을 지나는 가상의 수평면과 중첩될 수 있고, 상기 관통슬릿은 상기 출구부로부터 순차적으로 좁아지도록 단차가 형성될 수 있다.
관통슬릿은 상기 순차에 따라 제1 단차관통슬릿 및 제2 단차관통슬릿으로서, 상기 제1 단차관통슬릿의 폭보다 상기 제2 단차관통슬릿의 폭이 좁아지고, 상기 제1 단차관통슬릿의 길이보다 상기 제2 단차관통슬릿의 길이가 클 수 있다.
유체 분배조절 볼밸브에 있어서, 액추에이터에 의해 회전되도록 상부에 회전홈이 형성된 원통형의 볼밸브, 상기 회전홈의 타측에 형성된 입구부, 상기 입구부와 연결되는 1개 이상의 출구부, 상기 출구부는 단면이 원형이며, 상기 원형 단면의 일측에 형성된 관통슬릿, 상기 입구부로 유입된 유체는 상기 출구부 및 상기 관통슬릿을 통해 배출될 수 있다.
도 1은 유체 분배조절 볼밸브의 측면도이다.
도 2는 볼밸브 블록의 일부를 절개한 그림이다.
도 3은 본 발명의 볼밸브에 형성된 단차관통슬릿에 의한 배출유량의 변화 그림이다.
본 발명은 고압냉매의 유체가 유입되어 유량제어 블록으로서 볼밸브가 내부에 설치된 볼밸브 블록을 통해 유량을 출구부로 분배제어한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 유체 분배조절 볼밸브의 측면도이다. 도 1(a)에서 볼밸브 블록(12)의 내부공간에 볼밸브가 수용된다. 볼밸브의 일측에는 회전홈(20)이 형성되고, 엑추에이터(10)에 의해 회전되는 회전체(21)에 의해 일정방향으로 회전됨으로서, 궁극적으로 볼밸브가 회전된다.
도 1(b)는 볼밸브 블록의 사시도로서, 볼밸브 블록에 블록 입구(14) 및 블록 출구로서 제1 블록 출구(16-1), 제2 블록 출구(16-2)가 형성된다. 블록 입출구는 볼밸브의 입구부 및 출구부와 연통된다.
도 2는 볼밸브 블록의 일부를 절개한 그림이다. 도 2(a)에서 블록 입출구와 연통되는 볼밸브의 입구부(22) 및 출구부(24)가 형성되어 있다. 출구부는 단일 출구부일 수도 있고, 도 2(a)에서처럼 제1 출구부(24) 및 제2 출구부(미도시)일 수도 있다. 회전홈(20)이 일정방향으로 회전되면서, 볼밸브 블록 내에서 볼밸브가 회전되면서 볼밸브 블록의 입출구와 볼밸브의 입출구의 정렬이 변경될 수 있다. 도 2(a)는 블록 입구(14)를 통해 유입된 유체가 볼배브 내에서 제1 출구부(24) 및 제2 출구부(미도시)를 통해 배출되고, 볼밸브 블록의 제1,2 블록 출구(16-1,16-2)를 통해 최종적으로 볼밸브 블록을 빠져나간다.
볼밸브 블록의 입출구를 이루는 경로는 볼밸브 블록의 크기에 따라 볼밸브로부터 유로가 형성된다. 볼밸브 블록의 제1 블록출구(16-1)의 단면은 볼밸브의 제1 출구부(24)의 단면의 면적과 동일하다. 즉, 볼밸브의 제1 출구부(24) 및 제2 출구부(미도시)의 개방된 담면의 면적은 볼밸브 블록의 제1,2 블록 출구(16-1,2)의 단면적과 동일하다.
한편, 단면이 원형인 출구부로부터 원형 단면의 일측에 관통슬릿(26)이 형성될 수 있다. 입구부로 유입된 유체는 출구부 및 관통슬릿을 통해 배출될 수 있다. 즉, 관통슬릿(26)은 볼밸브 내부의 유동공간으로 관통되어 연결되는 개방된 구멍(hole)이다. 관통슬릿은 볼밸브 출구부(24) 단면의 일측에 형성되고, 볼밸브 출구부 원형단면의 출구부의 중심을 지나는 가상의 수평면과 중첩된다. 도 2(a)에서는 수평면과 중첩되나, 반드시 수평면에 한정된 것은 아니고, 원형단면의 원주에 대한 접선과 직각을 이루도록, 혹은 법선방향으로 형성될 수 있다.
도 2(a)에서는 회전홈(20)의 회전에 따라 볼밸브가 반시계방향으로 회전하게 된다. 최초 볼밸브의 위치는 닫힌 상태로서, 회전홈의 회전에 따라 열린 상태로 변경된다. 닫힌 상태는 볼밸브 표면의 닫힌 곡면이 볼밸브 블록의 출구를 향한 상태이다. 볼밸브가 반시계방향으로 회전되면서, 관통슬릿(26)이 먼저 볼밸브 블록의 출구부를 향해 개방되며, 볼밸브가 더욱 회전되면서 볼밸브의 원형단면인 제1 출구부(24)가 볼밸브 블록의 블록 출구(16-1 또는 16-2)를 향해 더욱 개방된다. 볼밸브의 원형단면인 제1 출구부(24)가 볼밸브 를록의 블록 출구와 일치할 때가 유로의 완전 개방상태이다.
이는 도 2(b)에서 마찬가지이다. 그러나, 도 2(b)는 원통형상의 볼밸브 혹은 원통밸브이며, 원통형상의 볼밸브 블록 또는 원통밸브 블록이라 칭할 수 있을 뿐, 원리는 동일하다.
회전홈(30)의 회전에 따라 원통밸브가 반시계방향으로 회전하게 된다. 최초 원통밸브의 위치는 원통밸브의 입구부(32)가 개방되어 있다고 하더라도 출구부(34)는 닫힌 상태로서, 회전홈의 회전에 따라 열린 상태로 변경된다. 닫힌 상태는 원통밸브 표면의 닫힌 곡면이 원통밸브 블록의 출구를 향한 상태이다. 원통밸브가 반시계방향으로 회전되면서, 관통슬릿(36)이 먼저 원통밸브 블록의 블록 출구(16-1, 16-2)를 향해 개방되며, 원통밸브가 더욱 회전되면서 원통밸브의 원형단면인 제1 출구부(34)가 원통밸브 블록의 블록 출구(16-1 또는 16-2)를 향해 더욱 개방된다. 원통밸브의 원형단면인 제1 출구부(34)가 원통밸브 를록의 블록 출구(16-1, 16-2)와 일치할 때가 유로의 완전 개방상태이다.
한편, 도 2(c)는 볼밸브란 점에서 도 2(a)와 동일하나, 관통슬릿(46)의 형상에서 차이가 있다. 도 2(c)의 관통슬릿은 제1 단차관통슬릿(46-1) 및 제2 단차관통슬릿(46-2)에 의해 형성된다. 회전홈(40)의 회전에 따라 볼밸브가 반시계방향으로 회전하게 된다. 최초 볼밸브의 위치는 닫힌 상태로서, 회전홈의 회전에 따라 열린 상태로 변경된다. 닫힌 상태는 볼밸브 표면의 닫힌 곡면이 볼밸브 블록의 출구를 향한 상태이다. 볼밸브가 반시계방향으로 회전되면서, 제1 관통슬릿(46-1)이 먼저 볼밸브 블록의 출구부를 향해 개방되며, 볼밸브가 더욱 회전되면서 제2 관통슬릿(46-2)이 볼밸브 블록의 출구부를 향해 개방된다. 즉, 2단의 단차를 가진 관통슬릿에 의해 관통슬릿을 통한 유동 배출이란 점에서 도 2(a)를 더욱 미세하게 제어할 수 있다. 초기 유동에 민감하거나 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지하기 위해 다단의 단차를 가진 관통슬릿을 적용할 수 있다.
이후, 볼밸브의 원형단면인 제1 출구부(44)가 볼밸브 블록의 블록 출구(16-1 또는 16-2)를 향해 더욱 개방된다. 볼밸브의 원형단면인 제1 출구부(44)가 볼밸브 를록의 블록 출구와 일치할 때가 유로의 완전 개방상태이다.
유로의 완전 개방상태로부터 폐쇄상태로 전환은 회전홈을 시계방향으로 회전시킴으로서 역으로 수행된다.
도 3은 제1 단차관통슬릿(46-1) 및 제2 단차관통슬릿(46-2)에 의해 배출유량의 변화를 보여준다. X축은 유로의 폐쇄상태를 형성하는 각도로부터 완전 개방상태를 형성할 때의 각도까지의 회전홈에 의한 볼밸브(혹은 원통밸브)의 각도를 무차원화해서 0부터 100으로 표현한 것이고, Y축은 폐쇄상태에서 유량이 0인 경우와 최대유량이 가능한 완전 개방상태에서의 유량을 100으로 표현한 것이다. 초기 유동에 민감하거나 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지하기 위해 2단이상의 다단의 단차를 가진 관통슬릿을 적용한다면 더욱 미세하게 적용할 수 있는 유량제어 수단이 될 수 있다.
10 액추에이터
12 볼밸브 블록
14 블록 입구
16-1,2 제1,2 블록 출구
21 회전체
20 30 40 회전홈
22 32 42 입구부
24 34 44 제1출구부
26 36 관통슬릿
46-1,2 제1,2 단차관통슬릿

Claims (7)

  1. 유체 분배조절 볼밸브에 있어서,
    액추에이터에 의해 회전되도록 상부에 회전홈이 형성된 구형의 볼밸브;
    상기 회전홈의 타측에 형성된 입구부;
    상기 입구부와 연결되는 1개 이상의 출구부;
    상기 출구부는 단면이 원형이며, 상기 원형 단면의 일측에 형성된 관통슬릿;
    상기 입구부로 유입된 유체는 상기 출구부 및 상기 관통슬릿을 통해 배출되는 것을
    특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통슬릿은 상기 구형 볼밸브의 입구부 및 출구부와 연통되는 것을
    특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브
  3. 제2항에 있어서,
    상기 볼밸브의 회전에 의해 상기 출구부가 폐쇄되는 만큼, 상기 관통슬릿이 개방되는 것을 특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관통슬릿은 원형단면의 상기 출구부의 중심을 지나는 가상의 수평면과 중첩되는 것을 특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관통슬릿은 상기 출구부로부터 순차적으로 좁아지도록 단차가 형성된 것을 특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통슬릿은 상기 순차에 따라 제1 단차관통슬릿 및 제2 단차관통슬릿으로서, 상기 제1 단차관통슬릿의 폭보다 상기 제2 단차관통슬릿의 폭이 좁아지고, 상기 제1 단차관통슬릿의 길이보다 상기 제2 단차관통슬릿의 길이가 큰 것을 특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브
  7. 유체 분배조절 볼밸브에 있어서,
    액추에이터에 의해 회전되도록 상부에 회전홈이 형성된 원통형상의 볼밸브;
    상기 회전홈의 타측에 형성된 입구부;
    상기 입구부와 연결되는 1개 이상의 출구부;
    상기 출구부는 단면이 원형이며, 상기 원형 단면의 일측에 형성된 관통슬릿;
    상기 입구부로 유입된 유체는 상기 출구부 및 상기 관통슬릿을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는
    관통슬릿이 형성된 유체 분배조절 볼밸브

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090077686A (ko) 2008-01-11 2009-07-15 가부시키가이샤 야마다케 3 방향 볼 밸브

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