KR20240044745A - 밸브 본체 및 이를 포함한 플러그 밸브 - Google Patents

Abstract

밸브 본체 및 이를 포함하는 플러그 밸브가 개시된다. 개시된 밸브 본체는, 상단부에 플러그가 내부에 삽입되도록 개방된 상측 개구가 형성되고, 상측 개구를 한정하는 내주면에 환형의 밀봉링 탑재홈이 형성된 본체 하우징; 밀봉링 탑재홈의 내측면에 밀착되도록 밀봉링 탑재홈에 끼워지는 환형의 밀봉링; 및 상측 개구를 폐쇄하도록 본체 하우징에 결합되고, 아래로 갈수록 직경의 크기가 작아지도록 경사지며 밀봉링에 밀착되는 경사면을 구비한 커버;를 포함한다.

Description

밸브 본체 및 이를 포함한 플러그 밸브{VALVE BODY AND PLUG VALVE WITH THE SAME}

본 발명은 유로를 개폐하기 위해 회전하는 플러그를 포함하는 플러그 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플러그가 삽입되는 밸브 본체 및 이를 포함하는 플러그 밸브에 관한 것이다.

플러그 밸브는 온도 및 압력의 넓은 영역에 걸쳐 액체, 기체(gas) 및 슬러리(slurry)와 같은 유체의 흐름을 조절하는데 이용되는 기계 장치로서, 예컨대, 정제, 화학, 석유화학, 약학, 등 다양한 산업 분야에서 이용된다. 플러그 밸브는 손으로 핸들을 잡고 돌리는 인력에 의해 개폐되거나, 공압, 유압, 또는 전동 모터를 포함하는 액추에이터의 동력에 의해 개폐될 수 있다.

플러그 밸브는 밸브 본체 및 밸브 본체의 내부에 삽입되어 유로를 개폐하도록 회전하는 플러그(plug)를 포함한다. 밸브 본체는 본체 하우징 및 본체 하우징에 고정 결합되는 커버(cover)를 구비한다. 본체 하우징과 커버 사이에는 유체의 누출을 방지하기 위하여 오링(O-ring)과 같은 밀봉재가 설치된다.

그런데, 플러그 밸브에 의해 흐름이 조절되는 유체가 예컨대, 강산(strong acid)과 같은 부식성 유체인 경우에는, 통상적인 고무 소재로 형성된 오링이 부식성 유체에 의해 쉽게 부식되어서 밸브 본체 외부로의 유체의 누출을 막을 수 없다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1105451호(2012.01.05. 등록, 발명의 명칭: 플러그 밸브)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 커버와 본체 하우징에 강하게 밀착되면서도 파손되지 않도록 본체 하우징에 장착되는 밀봉링을 포함하는 밸브 본체, 및 이를 구비한 플러그 밸브를 제공한다.

본 발명은, 상단부에 플러그가 내부에 삽입되도록 개방된 상측 개구(開口)가 형성되고, 상기 상측 개구를 한정하는 내주면에 환형의 밀봉링 탑재홈(groove)이 형성된 본체 하우징; 상기 밀봉링 탑재홈의 내측면에 밀착되도록 상기 밀봉링 탑재홈에 끼워지는 환형의 밀봉링; 및 상기 상측 개구를 폐쇄하도록 상기 본체 하우징에 결합되고, 아래로 갈수록 직경의 크기가 작아지도록 경사지며 상기 밀봉링에 밀착되는 경사면을 구비한 커버;를 포함하는 밸브 본체를 제공한다.

본 발명의 밸브 본체는, 상기 본체 하우징과 상기 커버를 결합시키는 적어도 하나의 볼트(bolt);를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 볼트의 조임력이 커질수록 상기 밀봉링과 상기 경사면 사이의 밀착력이 커질 수 있다.

상기 밀봉링은 PTFE(polytetrafluoroethylene) 소재로 이루어질 수 있다.

상기 밀봉링은, 고무 소재로 이루어진 링 코어(ring core), 및 PTFE 소재로 이루어지고 상기 링 코어를 에워싸도록 적층된 외피를 구비할 수 있다.

상기 커버는 상기 경사면이 하단부에 형성되도록 아래로 돌출된 하향 돌기부를 더 구비하고, 상기 밸브 본체는, 상기 상측 개구의 주변에 마련된 상기 본체 하우징의 주변부와, 상기 하향 돌기부의 주변에 마련된 상기 커버의 주변부 사이에 개재되는 밀봉 가스켓(gasket);을 더 포함할 수 있다.

상기 상측 개구의 내주면의 내경의 크기보다 상기 밀봉링의 단면의 중심을 이어서 형성된 원궤도의 직경의 크기가 더 클 수 있다.

또한 본 발명은, 상단부에 상측 개구(開口)가 형성되고, 상기 상측 개구를 한정하는 내주면에 환형의 밀봉링 탑재홈(groove)이 형성된 본체 하우징, 상기 밀봉링 탑재홈의 내측면에 밀착되도록 상기 밀봉링 탑재홈에 끼워지는 환형의 밀봉링, 및 상기 상측 개구를 폐쇄하도록 상기 본체 하우징에 결합되고, 아래로 갈수록 직경의 크기가 작아지도록 경사지며 상기 밀봉링에 밀착되는 경사면을 구비한 커버를 포함하는 밸브 본체; 및 상기 밸브 본체의 내부에서 회전하여 상기 밸브 본체를 관통하여 흐르는 유체의 유로를 개폐하도록, 상기 본체 하우징의 상측 개구를 통해 상기 본체 하우징의 내부에 삽입되는 플러그;를 포함하는 플러그 밸브를 제공한다.

상기 유체는 부식성 유체일 수 있다.

본 발명에 의하면, 밀봉링이 강도가 크고 경질인 경우에도 커버의 경사면에 의해 가압되면서 커버에 밀착되어서 커버와 본체 하우징 사이가 견고하게 밀봉된다. 따라서, 강산(strong acid)과 같이 부식성 유체의 흐름을 제어하는 플러그 밸브에서 예컨대, PTFE와 같이 통상의 고무에 비해 경질이고 내부식성이 우수한 소재로 이루어진 밀봉링을 적용하면, 밀봉링이 부식되지 않으며, 부식성 유체의 누출도 신뢰성있게 방지된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플러그 밸브의 사시도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 제1 작동체, 제2 작동체, 작동체 하우징, 환형 슬리브, 및 플러그를 분해 도시한 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 그림이고, 도 4는 아래에서 본 그림이다.
도 5는 도 2의 V 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 VI 부분을 확대 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 밸브 본체 및 이를 포함한 플러그 밸브를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플러그 밸브의 사시도 및 단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 제1 작동체, 제2 작동체, 작동체 하우징, 환형 슬리브, 및 플러그를 분해 도시한 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 그림이고, 도 4는 아래에서 본 그림이다. 도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플러그 밸브(10)는 밸브 본체(100), 플러그(30), 한 쌍의 밀봉 보강체(35), 제1 작동체(40), 제2 작동체(50), 작동체 하우징(housing)(70), 환형 슬리브(sleeve)(60), 작동 볼(ball)(84), 캠 핀(cam pin)(80), 및 회전 액추에이터(actuator)(90)를 구비한다.

밸브 본체(100)는 유체가 유입되도록 유체의 흐름 방향을 따라 상류측 파이프(pipe)에 연결되는 제1 포트(port)(102), 유체가 유출되도록 유체의 흐름 방향을 따라 하류측 파이프에 연결되는 제2 포트(104), 제1 포트(102) 및 제2 포트(104) 사이에 마련된 플러그 수용부(106)를 구비한 본체 하우징(101)과, 플러그 수용부(106)의 상측에 형성된 본체 하우징(101)의 상측 개구(110)를 폐쇄하며 본체 하우징(101)에 결합되는 커버(cover)(120)를 구비한다. 플러그 수용부(106)는 본체 하우징(101)의 내측면에서 축선(CX)을 따라 아래로 파인 요홈(groove)를 포함한다.

플러그(30)는 밸브 본체(100)의 내부에서 회전하여서 밸브 본체(100)를 관통하여 흐르는 유체의 유로를 개폐하도록, 본체 하우징(101)의 상측 개구(110)를 통해 본체 하우징(101)의 내부에 삽입된다. 플러그(30)는 제1 포트(102)와 제2 포트(104)를 잇는 유로를 개폐하도록 회전 및 승강 가능하게 플러그 수용부(106)에 회전 가능하게 탑재된다.

구체적으로, 플러그(30)는 플러그 수용부(106)의 요홈에 끼워지는 하향 돌기(32)를 구비한다. 플러그(30)에는 유체가 관통하여 흐르도록 중앙부를 수평 방향으로 개방된 수평 관통공(31)이 형성된다. 플러그(30)는 수평 관통공(31)의 양 측 개구 사이에 아래로 갈수록 축선(CX)과 가까워지게 기울어진 한 쌍의 플러그 경사면(33)과, 한 쌍의 플러그 경사면(33)에서 돌출되고 플러그 경사면(33)의 경사 방향으로 연장된 한 쌍의 경사 가이드 돌기(34)를 구비한다. 스템(25)은 플러그(30)의 상단에서 밸브 본체(100)의 커버(120)를 관통하여 축선(CX) 방향으로 상향 연장되며, 플러그(30)와 일체로 형성된다.

한 쌍의 밀봉 보강체(35)는 각각 플러그 경사면(33)과 마주보며 플러그 경사면(33)과 같은 방향으로 기울어진 보강체 경사면(36)을 구비한다. 본체 하우징(101)의 내부에서 일 측 및 타 측의 보강체 경사면(36)이 한 쌍의 플러그 경사면(33)과 마주보도록, 한 쌍의 밀봉 보강체(35)는 플러그(30)의 양 측에 배치된다. 각각의 보강체 경사면(36)에는 경사 가이드 돌기(34)가 끼워질 수 있게 보강체 경사면(36)에서 내측으로 파이고 보강체 경사면(36)의 경사 방향으로 연장된 경사 가이드 홈(37)이 형성된다. 각각의 밀봉 보강체(35)에서 보강체 경사면(35)의 반대 측면에는 유체의 누출을 차단하는 가스켓(38)이 설치된다.

도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 밀봉 보강체(35) 중 일 측의 밀봉 보강체(35)가 제1 포트(102)를 가로막고 타 측의 밀봉 보강체(35)가 제2 포트(104)를 가로막으면 제1 포트(102)에서 제2 포트(104)를 향하는 유체 흐름이 폐쇄되는 밸브 폐쇄 상태가 된다. 이때에는 플러그(30)가 축선(CX)을 따라 아래로 하강한 상태로서, 일 측 및 타 측의 밀봉 보강체(35)의 보강체 경사면(36)이 한 쌍의 플러그 경사면(33)에 면접촉 가압되어서 일 측의 밀봉 보강체(35)에 설치된 가스켓(38)은 제1 포트(102)에 강하게 밀착되고, 타 측의 밀봉 보강체(35)에 설치된 가스켓(38)은 제2 포트(104)에 강하게 밀착된다.

밸브 폐쇄 상태의 플러그(30)가 밸브 본체(100) 내부에서 축선(CX)을 따라 상승하고, 상기 축선(CX)을 중심으로 90° 만큼 회전하여 플러그(30)의 수평 관통공(31)의 연장선과 제1 포트(102) 및 제2 포트(104)를 잇는 연장선이 평행하게 되면 밸브 개방 상태가 된다. 플러그(30)가 상승하면 한 쌍의 플러그 경사면(33)이 일 측 및 타 측의 보강체 경사면(36)과 이격된다. 이에 따라, 마치 쐐기(wedge)가 빠진 것처럼 일 측 및 타 측 밀봉 보강체(35)는 제1 포트(102) 및 제2 포트(104)에 밀착되지 않는다. 그러나, 한 쌍의 경사 가이드 돌기(34)는 일 측 및 타 측의 경사 가이드 홈(37)에서 완전히 이탈되지 않고 부분적으로 끼워진 상태이다.

그리고, 플러그(30)가 축선(CX)을 중심으로 90° 만큼 회전하면 경사 가이드 홈(37) 및 이에 끼워진 경사 가이드 돌기(34)에 의해 연계된 한 쌍의 밀봉 보강체(35)도 플러그(30)와 함께 90° 만큼 회전한다. 상술한 바와 같이 한 쌍의 밀봉 보강체(35)가 제1 포트(102) 및 제2 포트(104)에 밀착되지 않은 상태이기 때문에 큰 마찰 저항 없이 플러그(30)와 한 쌍의 밀봉 보강체(35)가 회전할 수 있어서, 이들(30, 35)의 회전을 위해 요구되는 회전력이 감소된다.

제1 작동체(40)는 스템(25)의 상측에서 축선(CX)을 중심으로 회전한다. 제1 작동체(40)는 외주면에 핀 탑재 홈(groove)(42)이 형성된 상부(41), 외주면에 볼 체류 홈(groove)(46)이 형성되고, 방사 방향으로 돌출되게 외주면에 끼워진 회전 연계 핀(pin)(47)을 구비한 제1 하부(45), 제1 하부(45) 아래에 배치되고 외주면에 수나사 패턴(male thread pattern)이 형성된 제2 하부(48), 및 상부(41)와 제1 하부(45) 사이에 직경이 커지도록 방사 방향으로 확장된 플랜지부(43)를 구비한다.

제2 작동체(50)는 중공이 형성된 실린더(cylinder) 형상의 부재로서, 제2 작동체(50)의 상측으로 제1 작동체(40)의 하단부, 즉 제2 하부(48)가 끼워지며, 제2 작동체(50)의 하단부에는 스템(25)의 상단부가 결합된다. 구체적으로, 제2 작동체(50)의 실린더 형상을 한정하는 측벽(51)의 내주면(59)에는 제2 하부(48)의 수나사 패턴에 치합되는 암나사 패턴(female thread pattern)이 형성된다. 제2 작동체(50)의 상단부에 상기 암나사 패턴 상측에는 측벽(51)을 관통하는 볼 통공(53)이 형성된다. 제2 작동체(50)의 하단에는 결합 핀(28)이 가로질러 끼워지는 핀 체결 통공(58)이 형성된다.

스템(25)의 상단부에도 결합 핀(28)이 가로질로 끼워지는 핀 체결 통공(26)이 형성된다. 작업자가 스템(25)의 상단부를 제2 작동체(50)의 하단부에 끼우고, 스템(25)과 제2 작동체(50)의 핀 체결 통공(26, 58)을 가로지르도록 결합 핀(28)을 끼우며, 결합 핀(28)의 양 단부에 핀 고정구인 스냅 링(snap ring)(29)을 결합함으로써 스템(25)과 제2 작동체(50)가 분리 가능하게 결합된다.

제2 작동체(50)의 측벽(51)의 외주면에는 캠 그루브(cam groove)(55)가 형성된다. 캠 핀(80)은 캠 그루브(55)와 연계되어서 제2 작동체(50)가 축선(CX) 방향으로 승강할지 또는 축선(CX)을 중심으로 회전할지 결정한다. 캠 핀(80)의 말단은 캠 그루브(55)에 끼워진다. 캠 그루브(55)는 축선(CX)과 평행한 방향으로 연장되게 파인 수직 연장부(56)와, 수직 연장부(56)의 하단에 이어지며 축선(CX)을 중심으로 하는 원호 방향으로 연장되게 파인 수평 연장부(57)를 포함한다.

캠 핀(80)의 말단이 수직 연장부(56)의 길이 방향을 따라 상대 운동하는 동안에는 제2 작동체(50)와, 이에 연결된 스템(25)과 플러그(30)는 축선(CX) 방향으로 승강만 하고 회전하지 않는다. 한편, 캠 핀(80)의 말단이 수평 연장부(57)의 길이 방향을 따라 상대 운동하는 동안에는 제2 작동체(50)와, 이에 연결된 스템(25)과 플러그(30)는 축선(CX)을 중심으로 회전만 하고 승강하지는 않는다.

제2 작동체(50)은 상단에 제1 작동체(40)가 제2 작동체(50)에 대해 축선(CX)을 중심으로 회전할 때 회전 연계 핀(47)과 충돌하는 걸림턱(52)을 구비한다. 회전 연계 핀(47)이 걸림턱(52)에 충돌하기 전까지는 제1 작동체(40)가 회전할 때 제2 작동체(50)가 회전하지 않을 수 있으나, 회전 연계 핀(47)이 걸림턱(52)에 충돌한 이후에는 제1 작동체(40)가 회전하면 제2 작동체(50)가 함께 회전하게 된다.

작동체 하우징(70)은 제1 작동체(40)와 제2 작동체(50)를 에워싸는 부재로서, 중공이 형성된 관형(管形)의 측벽부(73)와, 밸브 본체(100)의 상단부, 구체적으로는 커버(120)에 고정 결합되는 하단 플랜지부(72)와, 회전 액추에이터(90)의 액추에이터 커버(91)에 고정 결합되는 상단 플랜지부(71)를 구비한다. 작동체 하우징(70)의 측벽부(73)에는 캠 핀(80)이 끼워져 고정되는 캠 핀 체결공(77)이 형성된다.

또한, 측벽부(73)의 캠 핀 체결공(77) 아래에는 결합 핀(28)이 작동체 하우징(70)의 내부로 삽입 가능하게 개방된 한 쌍의 결합 핀 삽입공(78)이 형성된다. 작업자는 스템(25)과 제2 작동체(50)를 연결하기 위하여 한 쌍의 결합 핀 삽입공(78)을 통해 결합 핀(28)을 작동체 하우징(70)의 내부 공간으로 밀어 넣거나, 반대로 스템(25)과 제2 작동체(50)를 분리하기 위하여 한 쌍의 결합 핀 삽입공(78)을 통해 결합 핀(28)의 말단에서 스냅 링(29)을 분리하고 결합 핀(28)을 작동체 하우징(70)의 밖으로 빼낼 수 있다.

환형 슬리브(60)는 작동체 하우징(70)의 내부에 끼워진다. 구체적으로, 작동체 하우징(70)의 내주면은 상부 내주면(74)과, 상부 내주면(74)보다 작은 내경(inner diameter)을 가지며 상부 내주면(74)보다 아래에 마련된 하부 내주면(76)을 포함하며, 환형 슬리브(60)는 상부 내주면(74)에 외주면(61)이 면접촉되게 작동체 하우징(70)의 상측으로부터 끼워져 작동체 하우징(70)에 고정된다.

환형 슬리브(60)의 외주면에는 상단에서 아래로 축선(CX)과 평행하게 연장된 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(elongated groove)(65)이 형성된다. 작동체 하우징(70)의 내주면에는 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(65)에 대응되게 상단에서 아래로 축선(CX)과 평행하게 연장된 한 쌍의 제2 핀 탑재 장홈(75)이 형성된다. 작업자는 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(65)과 한 쌍의 제2 핀 탑재 장홈(75)이 서로 마주보고 정렬되도록 환형 슬리브(60)를 상기 작동체 하우징(70)에 삽입하고, 서로 마주보고 정렬된 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(65)과 한 쌍의 제2 핀 탑재 장홈(75)에 각각 하나씩 슬리브 결합 핀(88)을 끼워 넣어 환형 슬리브(60)를 작동체 하우징(70)에 설치할 수 있다.

환형 슬리브(60)의 하단에는 캠 핀 체결공(77)에 끼워진 캠 핀(80)을 회피하도록 상측으로 파인 캠 핀 회피 덴트(dent)(67)가 형성된다. 또한, 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에는 축선(CX)과 평행하게 연장되면서 파인 볼 안내 장홈(extended groove)(63)이 형성된다. 작동 볼(84)은 제2 작동체(50)의 볼 통공(53)에 끼워져서 제1 작동체(40)의 외주면, 구체적으로는 제1 하부(45)의 외주면 및 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 밀착된다.

회전 액추에이터(90)는 제1 작동체(40)를 축선(CX)을 중심으로 일 방향 및 반대 방향으로 회전시키는 동력을 제공한다. 회전 액추에이터(90)는, 제1 작동체(40)의 핀 탑재 홈(42)에 탑재되는 구동 핀(93)과, 구동 핀(93)을 노출되지 않게 덮으며 작동체 하우징(70)의 상단 플랜지부(71)에 결합 지지되는 액추에이터 커버(cover)(91)와, 구동 핀(93)의 회전과 연동하여 회전하는 구동 휠(wheel)(92)을 구비한다.

작업자가 구동 휠(92)을 잡고 인력(人力)으로 회전시켜서 구동 핀(93)를 회전시켜 제1 작동체(40)를 축선(CX)을 중심으로 회전시킬 수도 있고, 공압 장치, 유압 장치, 또는 전동 모터의 동력을 이용하여 구동 핀(93)를 회전시켜서 제1 작동체(40)를 축선(CX)을 중심으로 회전킬 수도 있다.

플러그 밸브(10)는 밸브 본체(100) 내부의 유체가 스템(25)의 외주면을 따라 외부로 누출되지 않도록, 스템(25)의 외주면과 커버(120)의 스템 관통공의 내주면 사이에 개재되는 누출 방지 패킹(packing)(87)을 더 구비한다. 누츨 방지 패킹(87)은 스템(25)에 꿰어지는 복수의 환형 씰(seal)을 포함할 수 있다. 플러그 밸브(10)는 누출 방지 패킹(87)이 밸브 본체(100) 내부의 압력에 의해 상승하여 커버(120)에서 분리되지 않도록, 커버(120)의 상단에 체결되어 누출 방지 패킹(87)을 아래로 가압하는 패킹 가압 블록(block)(86)을 더 구비한다. 패킹 가압 블록(86)은 작동체 하우징(70)의 하단 플랜지부(72)에 덮여 노출되지 않는다.

캠 그루브(55)에 캠 핀(80)의 말단이 끼워져 있으므로, 캠 그루브(55)의 경로에 따라 회전 액추에이터(90)의 동력에 의해 제1 작동체(40)가 축선(CX)을 중심으로 회전할 때 제2 작동체(50)의 움직임은 축선(CX)을 따라 승강하거나, 제1 작동체(40)의 회전에 동조하여 축선(CX)을 중심으로 회전하는 동작으로 제한된다. 부연하면, 도 2에 도시된 바와 같이 밸브 폐쇄 상태인 때 플러그(30)는 밸브 본체(100)의 내부에서 하강한 위치에 있고, 제2 작동체(50)도 제1 작동체(40)에 대해 하강한 위치에 있다. 이 때 캠 핀(80)의 말단은 캠 그루브(55)의 수직 연장부(56)의 상단에 끼워져 있고, 볼 통공(53)에 끼워진 작동 볼(84)은 제1 작동체(40)의 제1 하부(45)의 외주면과 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 밀착된다. 구체적으로는, 작동 볼(84)의 내측면은 제1 하부(45)의 외주면에 밀착되고 작동 볼(84)의 외측면은 볼 안내 장홈(63)의 길이 방향 하단부에 부분적으로 끼워진다.

제1 작동체(40)가 도 3을 기준으로 반시계 방향으로 회전하면 제1 작동체(40)의 수나사 패턴에 치합된 암나사 패턴에 의해 제1 작동체(40)와 결합된 제2 작동체(50)는, 수직 연장부(56)의 경로에 의해 움직임이 제한되므로 환형 슬리브(60)와 작동체 하우징(70)에 대해 축선(CX) 방향으로 상승한다. 제1 작동체(40)가 180° 만큼 회전하면 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)와 교차하는 수직 연장부(56)의 하단에 캠 핀(80)이 위치하도록 제2 작동체(50)가 상승하고, 걸림턱(52)이 회전 연계 핀(47)에 접촉된다. 스템(25)에 의해 제2 작동체(50)에 연결된 플러그(30)는 밸브 본체(100)의 내부에서 상승한다.

제2 작동체(50)가 작동체 하우징(70)과 환형 슬리브(60)에 대해 상승하는 동안에 작동 볼(84)은 제1 하부(45)의 외주면에 의해 방사 방향으로 가압되어 볼 안내 장홈(63)에 부분적으로 끼워진 상태를 유지하며 볼 안내 장홈(63)의 길이 방향 하단부에서 상단부로 이동한다. 캠 핀(80)이 수직 연장부(56)의 하단에 캠 핀(80)이 위치하도록 제2 작동체(50)가 상승하면, 작동 볼(84)과 제1 작동체(40)의 볼 체류 홈(46)이 축선(CX)의 방사 방향 일직선을 따라 같은 높이에 위치하도록 정렬된다.

제1 작동체(40)가 반시계 방향으로 계속 회전하면 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)를 따라 상대 이동하고 회전 연계 핀(47)이 걸림턱(52)을 접촉하면서 밀어서 제2 작동체(50)가 제1 작동체(40)와 마찬가지로 반시계 방향으로 회전한다. 스템(25)에 의해 제2 작동체(50)에 연결된 플러그(30)는 밸브 본체(100) 내부에서 상승한 상태로 회전한다. 제1 작동체(40), 제2 작동체(50), 스템(25), 및 플러그(30)가 반시계 방향으로 90° 만큼 회전하면 밸브 개방 상태가 된다. 이 상태에서 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)의 막다른 말단에 위치한다.

제2 작동체(50)가 작동체 하우징(70)과 환형 슬리브(60)에 대해 회전하는 동안에 작동 볼(84)은 볼 체류 홈(46)에 부분적으로 끼워진 채로 볼 안내 장홈(63)에서 벗어나서 볼 안내 장홈(63)를 제외한 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 밀착된다. 작동 볼(84)이 볼 안내 장홈(63)에서 이탈하면, 볼 안내 장홈(63)보다 축선(CX) 방향으로 돌출된 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 의해 축선(CX) 방향으로 가압되므로 작동 볼(84)의 내측면이 볼 체류 홈(46)에 안정적으로 끼워질 수 있으며, 이 때에는 작동 볼(84)이 환형 슬리브(60)에 대한 제2 작동체(50)의 상대 회전을 방해하지 않는다.

제1 작동체(40)가 도 2를 기준으로 시계 방향으로 회전하면 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)를 따라 반대 방향으로 상대 이동하고, 볼 통공(53)과 볼 체류 홈(46)에 끼워진 작동 볼(84)에 의해 제2 작동체(50)가 제1 작동체(40)에 동조하여 회전한다. 제1 작동체(40)와 제2 작동체(50)가 시계 방향으로 90° 만큼 회전하면 플러그(30)가 마찬가지로 시계 방향으로 90° 만큼 회전하고, 캠 핀(80)은 수평 연장부(57)와 교차하는 수직 연장부(56)의 하단까지 상대 운동하여 이동한다. 이 때 작동 볼(84)과 볼 체류 홈(46)과 볼 안내 장홈(63)의 길이 방향 상단부가 축선(CX)의 방사 방향 일직선을 따라 같은 높이에 위치하도록 정렬된다.

제1 작동체(40)가 시계 방향으로 더 회전하면 상술한 제2 작동체(50)의 상승 운동과 반대되게 제2 작동체(50)가 하강하고, 제1 작동체(40)가 180°만큼 회전하면 도 2에 도시된 것처럼 플러그(30)가 밸브 본체(100)의 내부에서 하강하여 밸브 폐쇄 상태가 된다.

환형 슬리브(60)는 작동체 하우징(70)보다 강도 및 경도가 크다. 작동체 하우징(70)의 소재로는 덕타일 주철(ductile iron)이 적용될 수 있다. 환형 슬리브(60)의 소재로는 덕타일 주철보다 강도 및 경도가 큰 크롬(Cr)-몰리브덴(Mo) 합금강이 사용될 수 있다. 작동체 하우징(70)은 형상이 복잡하여 형상 전체를 크롬-몰리브덴 합금강으로 형성하기도 어렵고, 소재의 가격 부담도 너무 커서 플러그 밸브(10)의 생산 원가가 불필요하게 높아질 수 있다.

바람직하게는, 크롬-몰리브덴 합금강에서 크롬(Cr) 함유량은 0.5 내지 2.0 wt%, 몰리브덴(Mo) 함유량은 0.1 내지 1.0 wt% 일 수 있다. 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)의 함유량이 이보다 낮으면, 환형 슬리브(60)의 강도와 경도 향상이 미흡하여 환형 슬리브(60)가 손상될 수 있다. 또한, 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)의 함유량이 이보다 높으면 소재의 가격이 너무 높고 가공이 어려워질 수 있다.

도 5는 도 2의 V 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 VI 부분을 확대 도시한 도면이다. 도 1, 도 2, 도 5, 및 도 6을 참조하면, 밸브 본체(100)는 상술한 바와 같이 본체 하우징(101)과 커버(120)를 포함한다. 본체 하우징(101)은 상단부에 형성된 상측 개구(110)를 한정하는 내주면(111), 및 상측 개구(110)의 주변에 마련된 본체 하우징 주변부(115)를 구비한다. 내주면(111)의 평면 형상은 축선(CX)을 중심으로 하는 원형이다.

본체 하우징 주변부(115)는 상측 개구(110)의 주변을 에워싸는 환형의 개구 주변 수평면(118)과, 상측 개구(110)와 개구 주변 수평면(118) 사이에 마련된 환형의 가스켓 설치면(116)을 구비한다. 가스켓 설치면(116)은 내주면(111)의 상단 모서리에서 수평하게 절곡되고 개구 주변 수평면(118)의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 개구 주변 수평면(118)과 단차진 수평면이다. 내주면(111)에는 플러그(30) 및 밀봉 보강체(35)의 상단부의 높이보다 높은 위치에 환형의 밀봉링 탑재홈(groove)(112)이 형성된다.

커버(120)는 상측 개구(110)를 폐쇄하도록 복수의 볼트(135, 136)에 의해 본체 하우징(101)에 결합된다. 커버(120)는 하향 돌기부(121), 경사면(123), 커버 주변부(125)를 구비한다. 본체 하우징(101)에 커버(120)가 결합된 때 상측 개구(110)에 삽입되도록 하향 돌기부(121)는 축선(CX)을 따라 아래로 돌출된다. 하향 돌기부(121)의 외주면이 상측 개구(110)의 내주면(111)과 마주보도록 하향 돌기부(121)는 원통형으로 연장된다. 하향 돌기부(121)의 외주면은 내주면(111)에 상하 방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 접촉될 수 있다.

커버 주변부(125)는 하향 돌기부(121)의 주변에 마련된다. 커버 주변부(125)는 하향 돌기부(121)의 주변을 에워싸는 환형의 돌기 주변 수평면(128)과, 하향 돌기부(121)와 돌기 주변 수평면(128) 사이에 마련된 환형의 가스켓 설치면(126)을 구비한다. 가스켓 설치면(126)은 돌기 주변 수평면(128)의 높이보다 낮은 높이를 갖도록 돌기 주변 수평면(128)과 단차진 수평면이다.

경사면(123)은 밀봉링 탑재홈(112)의 높이와 대등한 높이에 배치되도록 하향 돌기부(121)의 하단부에 형성된다. 경사면(123)은 축선(CX)을 따라 아래로 갈수록 직경(diameter)의 크기가 작아지도록 경사지게 연장된다.

본체 하우징(101)의 개구 주변 수평면(118)과 커버(120)의 돌기 주변 수평면(128)을 위아래로 관통하도록 복수의 볼트(135, 136)가 본체 하우징(101)과 커버(120)에 체결되어서 커버(120)가 본체 하우징(101)에 고정 결합된다.

밀봉링(140)은 환형의 폐곡선을 이루며 연장된다. 밀봉링(140)은 커버(120)가 본체 하우징(101)에 결합되기 전에 밀봉링 탑재홈(112)에 끼워진다. 밀봉링(140)이 밀봉링 탑재홈(112)에 끼워지고 커버(120)가 본체 하우징(101)에 결합되면 경사면(123)이 밀봉링(140)의 내주면, 즉 축선(CX)을 향한 면에 밀착된다. 경사면(123)에 의해 축선(CX)을 중심으로 하는 방사 방향으로 밀린 밀봉링(140)의 외주면, 즉 축선(CX)을 등지는 면은 밀봉링 탑재홈(112)을 한정하는 바닥면 및 측면에 밀착된다.

본체 하우징(101)과 커버(120)를 결합시키는 복수의 볼트(135, 136)의 조임력이 커질수록 밀봉링(140)의 내주면과 경사면(123) 사이의 밀착력, 및 밀봉링(140)의 외주면과 밀봉링 탑재홈(112)의 바닥면 및 측면 사이의 밀착력이 커진다. 따라서, 제1 포트(102)를 통해 본체 하우징(101)의 내부로 유입된 유체가 상측 개구(110)의 내주면(111)과 하향 돌기부(121)의 외주면 사이 및, 본체 하우징(101)의 주변부(115)와 커버(120)의 주변부(125) 사이를 통해 밸브 본체(100)의 외부로 누출되지 않게 된다.

제1 포트(102)를 통해 본체 하우징(101)의 내부로 유입되는 유체는 예컨대, 강산(strong acid)과 같은 부식성 유체일 수 있다. 밀봉링(140)은 부식성 유체에 노출되더라도 쉽게 부식되지 않도록, 예컨대 PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 내부식성이 우수한 소재로 이루어질 수 있다. 내부식성이 우수한 소재는 오링의 소재인 통상의 고무에 비해 경질이고 강도도 크다.

본 발명의 밀봉링(140)은 PTFE와 같이 통상의 고무에 비해 경질이고 강도도 큰 소재로 이루어지지만, 경사면(123)에 의해 점진적으로 밀착력이 강화되도록 경사면(123)에 밀착되어 밀봉링(140)이 심하게 압축 변형되지 않더라도 상측 개구(110)의 내주면(111)과 하향 돌기부(121)의 외주면 사이를 신뢰성있게 밀봉한다. 상술한 바와 같이 경사면(123)에 밀착되는 밀봉링(140)이 심하게 압축 변형되지 않으므로 복수의 볼트(135, 136)로 본체 하우징(101)에 커버(120)를 결합하는 과정에서 밀봉링(140)이 파손되지 않는다.

축선(CX)을 중심으로 하는 상측 개구(110)의 내주면(111)의 내경(inner diameter)(ID)의 크기보다 밀봉링(140)의 단면의 중심(CR)을 이어서 형성된 원궤도의 직경(RD)의 크기가 더 크다. 이와 반대로 내주면(111)의 내경(ID)의 크기보다 밀봉링(140)의 단면의 중심(CR)을 이어서 형성된 원궤도의 직경(RD)의 크기가 작거나 같으면, 커버(120)가 본체 하우징(101)에 결합되는 과정에서 경사면(123)에 밀린 밀봉링(140)이 밀봉링 탑재홈(112)에서 빠져나와 이탈될 수 있다.

도 6에 도시된 밀봉링(140)은 전체가 PTFE 소재로 이루어지나, 본 발명이 하나의 소재로 이루어진 밀봉링(140)을 포함하는 것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 밀봉링은 통상의 오링의 소재가 되는 고무 소재로 이루어진 링 코어(ring core), 및 PTFE 소재로 이루어지고 링 코어를 에워싸도록 적층된 외피를 구비할 수도 있다.

밸브 본체(100)는 본체 하우징 주변부(115)와 커버 주변부(125) 사이에 개재되는 밀봉 가스켓(gasket)(150)을 더 포함한다. 구체적으로, 밀봉 가스켓(150)은 본체 하우징(101)과 커버(120)의 이격된 한 쌍의 가스켓 설치면(116, 126) 사이의 틈새를 채우며 한 쌍의 가스켓 설치면(116, 126) 사이에 개재된다. 밀봉 가스켓(150)으로 인해 본체 하우징(101) 내부의 유체가 본체 하우징(101)의 주변부(115)와 커버(120)의 주변부(125) 사이를 통해 밸브 본체(100)의 외부로 누출되지 않게 된다.

이상에서 설명한 플러그 밸브 본체(100)에 의하면 밀봉링(140)이 강도가 크고 경질인 경우에도 커버(120)의 경사면(123)에 의해 가압되면서 커버(120)에 밀착되어서 커버(120)와 본체 하우징(101) 사이가 견고하게 밀봉된다. 따라서, 강산(strong acid)과 같이 부식성 유체의 흐름을 제어하는 플러그 밸브(10)에서 예컨대, PTFE와 같이 통상의 고무에 비해 경질이고 내부식성이 우수한 소재로 이루어진 밀봉링(140)을 적용하면, 밀봉링(140)이 부식되지 않으며, 부식성 유체의 누출도 신뢰성있게 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 플러그 밸브 25: 스템
28: 결합 핀 30: 플러그
35: 밀봉 보강체 40: 제1 작동체
50: 제2 작동체 55: 캠 그루브
60: 환형 슬리브 70: 작동체 하우징
80: 캠 핀 90: 회전 액추에이터
100: 밸브 본체 101: 본체 하우징
112: 밀봉링 탑재홈 120: 커버
121: 하향 돌기부 123: 경사면
140: 밀봉링 150: 가스켓

Claims (8)

1. 상단부에 플러그가 내부에 삽입되도록 개방된 상측 개구(開口)가 형성되고, 상기 상측 개구를 한정하는 내주면에 환형의 밀봉링 탑재홈(groove)이 형성된 본체 하우징;
   상기 밀봉링 탑재홈의 내측면에 밀착되도록 상기 밀봉링 탑재홈에 끼워지는 환형의 밀봉링; 및
   상기 상측 개구를 폐쇄하도록 상기 본체 하우징에 결합되고, 아래로 갈수록 직경의 크기가 작아지도록 경사지며 상기 밀봉링에 밀착되는 경사면을 구비한 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 본체.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 밸브 본체는,
   상기 본체 하우징과 상기 커버를 결합시키는 적어도 하나의 볼트(bolt);를 더 포함하고,
   상기 적어도 하나의 볼트의 조임력이 커질수록 상기 밀봉링과 상기 경사면 사이의 밀착력이 커지는 것을 특징으로 하는 밸브 본체.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 밀봉링은 PTFE(polytetrafluoroethylene) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 밸브 본체.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 밀봉링은, 고무 소재로 이루어진 링 코어(ring core), 및 PTFE 소재로 이루어지고 상기 링 코어를 에워싸도록 적층된 외피를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 본체.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 커버는 상기 경사면이 하단부에 형성되도록 아래로 돌출된 하향 돌기부를 더 구비하고,
   상기 밸브 본체는,
   상기 상측 개구의 주변에 마련된 상기 본체 하우징의 주변부와, 상기 하향 돌기부의 주변에 마련된 상기 커버의 주변부 사이에 개재되는 밀봉 가스켓(gasket);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 본체.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 상측 개구의 내주면의 내경의 크기보다 상기 밀봉링의 단면의 중심을 이어서 형성된 원궤도의 직경의 크기가 더 큰 것을 특징으로 하는 밸브 본체.
   
7. 상단부에 상측 개구(開口)가 형성되고, 상기 상측 개구를 한정하는 내주면에 환형의 밀봉링 탑재홈(groove)이 형성된 본체 하우징, 상기 밀봉링 탑재홈의 내측면에 밀착되도록 상기 밀봉링 탑재홈에 끼워지는 환형의 밀봉링, 및 상기 상측 개구를 폐쇄하도록 상기 본체 하우징에 결합되고, 아래로 갈수록 직경의 크기가 작아지도록 경사지며 상기 밀봉링에 밀착되는 경사면을 구비한 커버를 포함하는 밸브 본체; 및
   상기 밸브 본체의 내부에서 회전하여 상기 밸브 본체를 관통하여 흐르는 유체의 유로를 개폐하도록, 상기 본체 하우징의 상측 개구를 통해 상기 본체 하우징의 내부에 삽입되는 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 유체는 부식성 유체인 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.

Images