KR100514761B1 - 다이어프램 밸브 - Google Patents

Abstract

유량 제어 장치는 제1 본체 및 제2 본체와, 상기 본체들을 축방향으로 정렬된 관계로 함께 클램핑하는 나사 결합 수단과, 제1 본체 및 제2 본체 사이에서 축방향으로 배치되어 그 사이에 밀봉부를 형성하는 다이어프램 밀봉부를 포함하며, 상기 제1 본체 및 제2 본체 각각은 그 각각의 외주 근처에 거의 평탄한 표면 부분을 가지며, 거의 평탄한 표면의 적어도 하나 이상은 본체의 외측 코너에 인접하며, 상기 다이어프램은 거의 평탄한 부분들 사이에서 개별적으로 클램핑되며, 상기 다이어프램은 거의 평탄한 표면에 인접한 외주 부분을 가지며, 코너에서 만곡되어 밀봉을 수행한다.

Description

다이어프램 밸브{DIAPHRAGM VALVE}

본 발명은 미국 특허 제4,671,490호, 제4,732,363호 및 제4,750,709호에 개시된 일반적인 유형의 고유량 다이어프램 밸브에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 본 발명은 개량된 밸브 시트 구조와, 단일 클램프 및 코너 구조를 이용하는 개량된 본체 시일을 구비한 다이어프램 밸브에 관한 것이다.

다이어프램 밸브는 일반적으로 공지되어 있으며, 본체 시일 구조와 밸브 시트 구조를 포함한다. 통상적으로, 본체 시일은 대개 밸브 본체의 대향면 사이에서 다이어프램을 클램핑하고 압축함으로써 다이어프램의 외주 영역 또는 그 근처에서 구현된다. 그러나, 본체 표면과 다이어프램 표면에 결함이 있으면, 만족할 만한 시일을 구현하기 위해서는 다이어프램을 매우 강하게 압축할 필요가 있다. 다이어프램의 재질이 경질(硬質)일수록, 클램핑 표면에서의 본체 시일 문제가 심각해진다.

밸브 시트를 사용하여 다이어프램과 결합시킴으로써 입출구 통로를 밀봉한다. 종래의 구조는 유체에 노출된 시트의 표면적이 크게 되어, 유로가 누설되고 오염이 발생할 가능성이 있다. 밀봉을 개선하기 위하여 특정 윤곽으로 밸브 시트 표면을 예비 성형할 수 있지만, 이러한 단계는 시간 소모적이어서 비용이 많이 드는 경향이 있다.

따라서, 본 발명의 전반적인 목적은 본체 시일과 밸브 시트 구조를 개선시켜 유사한 전체 장치 치수를 사용하여 보다 많은 유량을 얻을 수 있고, 경쟁력 있는 가격과 성능으로 제작될 수 있는 다이어프램형 밸브를 제공하는 것이다.

도 1은 수동식 다이어프램 밸브의 종단면도.

도 2는 도 1의 다이어프램 밸브의 작동부의 분해 사시도.

도 3은 도 2의 수동식 시스템에 이용되는 표시 다이알(indicator dial)을 나타내며, 도 1의 선 3-3을 따라 취한 부분 단면도.

도 4A는 본원 발명의 모든 형태의 밸브에 이용되는 본체 요소의 정면도.

도 4B는 도 4A의 선 4B-4B를 따라 취한 단면도.

도 4C는 도 4B에 표시된 원형 영역의 확대도.

도 5A는 보닛이 다이어프램과 클램핑되기 직전의 도 1의 원형 영역을 도시한 도면.

도 5B는 클램핑이 종료된 직후의 도 1의 원형 영역을 도시한 도면.

도 6A, 도 6B, 도 6C는 탄력적인 시트 요소를 본체의 적소에 형성하고 스테이킹(staking)하는 과정 중의 도 1의 원형 영역을 도시하는 도면.

도 7은 공기로 작동되는 형태의 밸브(보통은 폐쇄된 공기 액츄에이터를 말함)의 종단면도.

도 8은 도 1 또는 도 7의 밸브 본체에 이용할 수 있는 보통은 개방된 공기 액츄에이터의 종단면도.

본 발명의 일실시예에 따르면, 다이어프램 밸브와 같은 유량 제어 장치는 제1 본체 및 제2 본체와, 상기 본체들을 축방향으로 정렬된 관계로 함께 클램핑하는 클램핑 수단과, 제1 본체 및 제2 본체 사이에서 축방향으로 배치되어 그 사이에 시일을 형성하는 다이어프램 시일을 포함하며, 상기 제1 본체 및 제2 본체 각각은 그 각각의 외주 근처에 거의 평탄한 표면 부분을 가지며, 거의 평탄한 표면의 적어도 하나 이상은 본체의 외측 코너에 인접하며, 상기 다이어프램은 거의 평탄한 부분들 사이에서 클램핑되며, 상기 다이어프램은 거의 평탄한 표면에 인접한 외주 부분을 가지며 코너에서 절곡되어 밀봉을 수행한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내부에 유체 유입 개구와 유체 유출 개구가 마련되어 있는 제1 본체와, 상기 제1 본체에 축방향으로 결합되며, 입출구 통로 사이의 흐름을 제어하도록 본체들 사이에서 클램핑되는 윤곽을 갖는 다이어프램 시일이 마련되어 있는 제2 본체를 포함하는 유형의 다이어프램 밸브용 밸브 시트 구조가 제공되며, 이 밸브 시트 구조는 제1 칼라와, 제2 칼라, 그리고 리세스에 배치된 밸브 시트를 포함하며, 상기 제1 칼라는 유체 개구 중 하나를 둘러싸고 다이어프램을 향하여 축방향으로 연장하며, 제2 칼라는 제1 칼라로부터 외측 반경 방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 그 사이에 리세스를 형성하며, 상기 제2 칼라는 다이어프램을 향하여 제1 칼라보다 긴 거리를 축방향으로 연장하며, 상기 밸브 시트는 제2 칼라를 넘어서 축방향으로 연장하며 제1 칼라에 의해 리세스에 유지되며, 이 밸브 시트는 다이어프램의 일부와 결합되는 상면을 구비하며, 이 상면은 다이어프램의 일부와 함께 시일을 형성하여 하나의 개구를 폐쇄하며, 상기 상면은 다이어프램과 결합될 때 다이어프램의 윤곽에 거의 합치된다.

본 발명의 전술한 특징과 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로 본 발명을 실행한 바람직한 실시예를 설명하는 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 밸브는 첨부 도면을 참고로 하여 가장 잘 이해할 수 있다.

본 명세서에서 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브는 모두 도 1, 도 4A, 도 4B, 도 4C, 도 5A, 도 5B, 도 6A, 6B 및 도 6C를 참고로 하여 가장 잘 이해될 수 있는 통상의 본체 구성 및 구조를 채용한다. 전술한 바와 같이, 본체(10)는 스테인리스강과 같은 적절한 금속을 이용하여 기계 가공되며, 이 본체(10)의 상단부에 있는 밸브의 유출 개구(16)로 안내되도록 연직 방향으로 연장하는 흐름 통로(14)에 연결되는 유입 통로(12)를 구비한다. 배출 또는 방출 통로(18)는 흐름 통로(14)에 평행하게 하방으로 연장하여 출구(20)에 연결된다. 본체(10)의 상단부는 보닛 너트 부재(24)에 나사 결합식으로 수용되도록 도면 부호 22에서 외주에 나사산이 형성되어 있다. 본체(10)의 상단부 위에는 다층의 금속 다이어프램(28)이 위치되어 있으며, 이 다이어프램(28)은 보닛 부재(26)에 의하여 본체의 상단부에 클램핑된다. 다이어프램(28)의 통상적인 구조 및 배열은, 예컨대 본 명세서에 참고로 인용되는 전술한 미국 특허들에 개시되어 있는 것일 수 있다. 본 발명에 있어 중요한 것은, 다이어프램 조립체(28)의 둘레 엣지가 본체(10)에 대하여 클램핑되어 밀봉되는 방식이다. 이와 관련하여, 도 4A 내지 도 4C, 도 5A 및 도 5B를 설명하기로 한다. 도 4C에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 상단부 둘레에는 상방으로 돌출된 플랜지(30)가 원주 방향으로 연장하며, 이 플랜지는 흐름 통로(14)로부터의 출구와 흐름 통로(18)로의 입구를 모두 둘러싼다. 칼라(30)의 외벽은 외측 코너의 끼인각(32)이 약 120°내지 145°의 범위에 있도록 도시된 바와 같이 경사져 있는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 끼인각의 범위는 단지 예시적인 것이며, 전체 장치의 구성 및 구조를 기초로 하여 어떤 적절한 값으로도 선택될 수 있다.

도 5A 및 도 5B에는 플랜지 또는 칼라(30)와, 다이어프램 조립체(28), 그리고 보닛(26)의 하부 클램핑 엣지 부분 사이의 관계가 확대 도시되어 있다. 다이어프램(28)은 칼라(30)의 상부 평탄면(30a) 상의 위치에 도시되어 있다. 도 5A에 도시된 바와 같이, 다이어프램에는 볼록한 중앙 섹션(도 1 참조)과 거의 평탄하게 반경 방향으로 연장하는 둘레 엣지 섹션(28a)이 마련되는 것이 바람직하다. 보닛(26) 자체의 하부 둘레 표면은 코너(26c)에서 종결되는 원통형 벽(26b)으로 에워싸이는 평탄부(26a)를 포함하는 윤곽을 가진다. 보닛이 도 5B에 도시된 바와 같이 클램핑 결합될 때, 평탄부(26a)는 도시된 바와 같이 다이어프램 조립체(28)의 상면을 클램핑한다. 그러나, 코너(26c)는 다이어프램의 외주부를 하방으로 편향 및 만곡시켜 칼라(30)의 코너(32) 위에는 큰 밀봉 압력이 발생한다. 최종적인 클램핑 상태가 도 5B에 도시되어 있다.

클램핑 순서는 다음과 같다. 보닛이 도 5A에 도시된 바와 같이 초기 클램핑 결합되면, 코너(26c)는 다이어프램의 외주부(28a)를 하방으로 그리고, 칼라(30)의 코너(32) 위에서 편향 및 절곡시킨다(도 5A 참조). 그 다음에, 평탄부(26a)는 다이어프램(28)의 상면을 칼라(30)의 상부 평탄면(30a)에 대하여 클램핑하기 시작하며〔보닛과 본체가 함께 클램핑될 때, 반드시 평탄부(26a)가 평탄부(30a)에 대해 거의 평행할 필요는 없지만, 평행한 것이 바람직하다〕, 그 동안 코너(26c)는 다이어프램 외주부(28a)에 계속해서 작용하여, 코너(32) 둘레에서 다이어프램(28)을 만곡하고 크림핑(crimping)한다. 이러한 형상 조작 중에 가해지는 힘은 다이어프램(28)과 코너(32)를 변형 또는 항복시키기에 충분하여 그 사이에서 본체의 1차 시일이 이루어진다. 본체의 1차 시일을 형성하기 위한 다이어프램(28)과 코너(32)의 변형 또는 항복은 코너(26c)의 직경과 경도, 코너(32)의 직경, 원통형 벽(26b)의 길이 및 다이어프램(28)의 두께를 적절한 크기로 정함으로써 제어된다. 또한, 양호한 1차 시일을 이루기 위하여는 변형 또는 항복이 주로 코너(32)와 다이어프램에서 발생하는 것이 바람직하기는 하지만 필수적인 것은 아니다. 이런 이유로, 보닛(26)은 칼라(30)보다 경질인(경도가 높은) 재료로 제작될 수 있다. 적절한 재료로는 17-4 PH(석출 경화)의 스테인리스 강이 바람직하지만, 이것은 당업자에게 널리 알려져 있는 다른 재료와 스테인리스 강의 단지 일례이다. 1차 시일을 만드는 코너(32)의 변형은 다이어프램(28)이 평탄면(26a, 30a) 사이에서 클램핑되면 제한되며, 이러한 클램핑으로 다이어프램(28)의 저면과 칼라(30)의 상부 평탄면(30a) 사이에서는 2차 시일이 이루어진다. 이러한 2차 시일과 클램핑은 결함 영역을 감소 또는 제거한다. 칼라(30)의 반경 방향 내측 엣지(30b)와, 코너(32)의 1차 시일 영역으로부터 반경 방향 내측으로 다이어프램(28)에 가해지는 클램핑 힘은 다이어프램이 상하 주기 운동하는 경우 다이어프램(28)에 대한 피벗점으로서 작용함으로써 다이어프램(28)의 주기적 작동 상태에서 1차 시일에 가해지는 응력을 감소시키도록 작용한다. 이러한 피벗점은 1차 시일의 반경 방향 내측으로 일정 간격을 두고 배치되며, 이에 의하여 전술한 다이어프램의 이동 중에 1차 시일 영역에 가해지는 응력을 감소시킨다. 전술한 본체 시일 구조는 밸브 내에서 다이어프램(28)을 밀봉 가능하게 클램핑하는 데 요구되는 내부 공간을 현저하게 감소시킴으로써, 내부 공간에 보다 많은 여유가 생겨 유량이 증가한다. 또한, 코너(26c)가 다이어프램의 평탄한 외주부(28a)와 결합하는 초기 결합 중에, 다이어프램(28)은 평탄부(26a, 30a) 사이에서 클램핑되기 전에 인장 상태로 위치된다. 이러한 인장은 다이어프램 돔의 반경과 둘레 평탄부(28a)로의 전이 반경을 증가시킨다. 그러므로, 인장은 다이어프램의 "스냅-스루(snap-through)" 작용에 의하여 야기되는 순환 응력을 감소시킨다. 이러한 결과는 모두 다이어프램(28)의 피로 수명을 증가시킨다.

코너(26c)로부터 반경 방향 외측을 향하는 보닛(26)의 부분은 점선으로 도시된 바와 같이 변경될 수 있다. 또한, 코너(26c)의 끼인각은 90°미만으로부터 100°를 초과한 어떤 각도로 변경될 수 있다. 그러나, 끼인각은 다이어프램을 코너(32) 위에서 필요한 만큼 편향시키게 제어하고 요구되는 밀봉 접촉을 보장하도록 선택되어야 한다.

다시 도 1에 대하여 설명하면, 보닛의 둘레 엣지를 다이어프램 조립체(28)와 밀봉 결합시키고 다이어프램의 둘레 엣지에 필요한 밀봉과 클램핑을 발생시키는 데 필요한 클램핑 힘은 본체와 나사 결합되어 적절하게 하방으로 이동되는 보닛 너트(24)에 의하여 발생된다는 것을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 다이어프램(28)은 그것의 정상적인, 편향되지 않은 위치에서 흐름 통로(14)로부터 출구(16) 위로 연장하도록 도 1에 도시된 바와 같이 미리 형성된 볼록 형상을 가지는 것이 바람직하다.

도 6A 내지 도 6C는 다이어프램 조립체(28)와 관련한 방법 및 시트를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 시트는 탄력적인 시트 링 부재(40)에 의하여 한정되며, 이 시트 링 부재는 흐름 통로(14) 상단 외주에 형성된 리세스(42) 내에 위치되어 있다. 도 4C를 참조하면, 이러한 리세스(42)는 본체(10)의 상면으로부터 축방향으로 연장하여, 축방향으로 연장하는 플랜지 또는 칼라(44)가 마련되도록 형성된다. 리세스(42)의 반경 방향 외측에는 도시된 바와 같은 윤곽과 일반적인 구조를 가지는 상향 돌출 칼라(46)가 마련된다. 도 6A 내지 도 6C에 대하여 구체적으로 설명하면, 도 6A에 도시된 보통은 변형되지 않은 형상을 갖는 탄력적인 시트 링(40)은 PCTFE(폴리클로로트리플루오르에틸렌)와 같은 어떤 적절한 탄력적인 재료 또는 작동 환경 또는 조건에 종속하는 전술한 미국 특허에서 제안된 어떠한 재료로도 형성된다.

리세스(42) 내에 시트를 조립하는 것은 도 6A 내지 도 6C에서 제안된 순서로 수행된다. 도 6A는 내측 칼라 또는 플랜지(44)를 변형시킨 후에 리세스(42) 내에 위치되어 있는 시트 요소를 도시한다. 시트 요소(40)가 리세스 내에 위치된 상태에서, 전체적으로 부호 50으로 표시된 스테이킹 공구(staking tool)가 위치된다. 이어서, 스테이킹 공구(50)는 하방으로 구동되어 칼라 또는 플랜지(44)를 반경 방향 외측으로 도 6B에 도시된 위치로 편향시키는데, 이 때 시트 요소는 칼라(46)를 포함하는 둘레의 본체 섹션과 칼라(44) 사이에서 기계적으로 로크되고, 견고하게 파지되어 밀봉된다. 이러한 스테이킹 공정으로 인하여, 시트(40)의 상면(40a)은 차단(shut-off) 중에 (도 6B에 도시되어 있는 바와 같이) 다이어프램 저면의 윤곽과 매우 긴밀하게 조화를 이루거나 합치하도록 약간 오목하게 된다. 이어서 본체와 시트 조립체가 밸브의 작동 위치로 조립되는 경우, 다이어프램은 제1 사이클 중에 하방으로 편향될 수 있으며, 이것은 이하에 설명하는 방식으로 작동 스템 및/또는 작동 버튼 하단부의 윤곽을 일반적으로 따른다. 다시 말하면, 전체적으로 볼록한 형상의 다이어프램 조립체는 오목하게 되어 시트 링(40)의 오목한 상단부면(40a)과 밀봉되게 맞물린다. 또한, 다이어프램(28)은 상면(46a)과 결합되어 차단 중의 토크 과다 또는 과도한 힘에 의하여 생기는 다이어프램과 시트의 손상을 감소시킨다. 사이클이 반복됨에 따라, 시트의 상면(40a)은 다이어프램의 윤곽과 한층 합치되는 경향이 있다.

시트(40)의 외측 둘레(40b)는 거의 전적으로 칼라(46)에 의하여 지지되어 차단력이 강한 경우에 시트의 긴장을 감소 또는 제한한다. 또한, 반경 방향 내측 칼라(44)의 축방향 길이는 외측 칼라(46)의 축방향 길이보다 실질적으로 짧다. 예컨대, 내측 칼라(44)의 축방향 길이는 외측 칼라의 축방향 길이의 약 25% 내지 약 75%일 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 차단 중에 시트 상부(40)가 내측으로 변형되도록 하고, 본 명세서의 여러 실시예에서 통상적으로 발생되는 차단력 작용 상태에서 시트 상부(40)가 탄성적으로 변형될 수 있게 시트(40) 상부의 탄성력을 증가시키고, 이에 따라 시트(40)의 상면(40a)이 다이어프램(28)과 합치하여 다이어프램에 대하여 밀봉될 수 있게 하는 (예컨대, 도 6C에 도시된 바와 같은 벌지 형태의) 공간이 마련될 수 있다.

전술한 시트(40) 구성 및 조립체의 스테이킹 공정으로 인하여, 시트(40)의 밀봉면(40a)을 보다 경제적으로 다듬질할 수 있다. 시트 밀봉면(40a)은 그것의 다듬질 단계를 단순화하기 위하여 초기에는 평탄한 수평면으로서 형성될 수 있다. 시트 밀봉면(40a)이 오목하게 형성되면, 그 표면을 다듬질하는 데에 매우 많은 비용이 든다. 또한, 스테이킹 작업에 의하여 형성되는 시트 밀봉면(40a)의 오목한 윤곽으로 인하여 시트(40)와 다이어프램 사이의 접촉 면적이 증가한다. 접촉 면적의 반경 방향 길이의 증가를 비롯한 밀봉 면적의 증가로 인하여, 시트의 밀봉 성능이 향상되고 밀봉 영역을 가로지르는 침투 누설이 감소된다.

그러므로, 이상 설명한 기본 구조는 보통은 폐쇄 및 개방되는 수동식 작동기 또는 공기 액츄에이터 뿐만 아니라 손 작동기(hand operator)에 이용된다. 구체적으로 말하자면, 도 1 내지 도 3은 수동식 작동기를 나타내는 반면, 도 7 및 도 8은 두 가지 형태의 공기 액츄에이터 또는 작동기를 나타낸다. 특히 도 1 내지 도 3을 참조하면, 손 또는 수동식 작동기의 보닛(26)에는 원통형 하단부(58)가 있는 수나사형 작동기 요소(56)를 수용하도록 암나사가 마련되어 있으며, 상기 원통형의 하단부는 보닛(26) 하단부의 직경이 감소된 개구(60)를 통과한다. 작동기의 하단부는 도면 부호 62로 도시된 바와 같이 약간 볼록하며, 다이어프램 조립체(28)의 상면과 직접 맞닿는다. 작동기의 하면은 외부 칼라(46)의 상면(46a)과 긴밀하게 합치되어 상향 돌출된 외측 칼라(46)에 의해 시트가 지지되는 외측 반경 방향으로 시트(40)의 밀봉력을 편향시킨다. 적절한 고체 또는 액체 윤활제가 다이어프램 조립체(28)의 상면과 작동기(58)의 작동 볼록면(62) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

작동 요소(56)는 그 상단에 직경이 감소된 키형 단부(reduced diameter keyed end portion; 64)를 구비하며, 이 키형 단부는 수동식 핸들(66)을 수용한다. 핸들(66)에는 작동 부재(56)의 단부(64)에 대응하는 키형의 중앙 개구(68)가 마련되는 것을 알 수 있다. 작동 요소의 최외측 단부는 도면 부호 70으로 도시된 바와 같이 나사가 형성되어 있으며, 핸들(66)을 적소에 유지하는 클램프 너트(72)를 수용하도록 되어 있다. 너트(72)를 둘러싸는 적절한 단부 커버(74)가 핸들의 적소에 끼워져 있다.

핸들은 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 3/4 바퀴 이동하는 구조로 제한된다. 이것은 핸들 내에 성형된 정지 요소(76)에 의하여 수행되며, 이 정지 요소는 보닛(26)의 상단부로부터 상방으로 연장하는 강성의 정지 요소(78)의 대향면과 결합되도록 배열된다. 물론, 핸들의 이동은 정지 요소(76)와 강성의 정지 요소(78) 사이의 결합에 의하여 회전의 양단이 제한된다.

보닛(26)과 핸들(66) 사이에는 베이스 요소(80)가 위치되며, 이 베이스 요소는 중앙의 원통형 부분과 반경 방향으로 연장하는 상부의 플랜지(82)를 구비한다. 그 하단부에는 직경이 감소된 슬리브 부분(84)이 있으며, 도 1에 잘 도시되어 있는 바와 같이 이 슬리브 부분은 보닛(26)의 상단부 내에서 하향 연장한다. 베이스 부재(80)를 관통하는 적절한 개구(88)가 형성되어, 정지 요소(78)는 이 개구를 통해 상향으로 연장하여 핸들(66)의 정지 부재(76)와 맞물린다.

베이스 요소(80)의 플랜지(82)의 상면에는 도 3에 도시된 형태의 표시(indicia)가 마련된다. 유사하게, 핸들에는 그 상면을 통과하는 개구가 마련되어, 이 개구를 통해 플랜지(82) 상에 있는 표시를 볼 수 있다. 핸들을 관통하는 개구는 90°슬롯인 것이 바람직하며, 이 슬롯은 표시 마킹에서 문자 C로 표시되어 있는 부분에 전체적으로 상응한다. 그러므로, 핸들이 완전히 폐쇄된 위치에 있는 경우, 상기 슬롯을 통하여 볼 수 있는 적색 C로 표시된 영역은 관찰자에게 밸브가 폐쇄된 상태인 것을 알려준다. 그러나, 밸브의 핸들이 반시계 방향으로 회전하는 경우에, 표시는 횐색/녹색 조합 부분으로부터 완전히 녹색 부분인 개방 위치로 변경되는 것을 알 수 있다.

수동 조작 구조에 추가하여, 도 8에 도시된 보통은 개방된 액츄에이터와 같은 다른 유형의 액츄에이터를 이용하여 밸브를 조작하는 것이 가능하다. 이 액츄에이터는 본체(10)의 상단부에 직접 나사 결합되게 배치되어 있고, 다이어프램을 본체(10)와 밀봉 결합되게 클램핑하는 위치에 보다 짧고 변형된 보닛 요소(90)를 클램핑하는 보닛 너트(24')를 포함한다. 보닛(90)의 내부에는 도면 부호 92로 도시된 바와 같이 나사산이 형성되어 있다. 공기 액츄에이터(94)는 직경이 감소된 나선형 단부(100)가 마련되어 있는 저부 하우징 부분(98)을 포함하는 하우징(96)을 포함하며, 상기 나선형 단부(100)는 도시된 바와 같이 보닛 너트(90)에 나사 결합된다. 상기 하우징 부분(90)에는 여러 다른 직경의 내부 챔버가 형성되며, 이 내부 챔버는 도면 부호 102로 도시된 바와 같이 그 상단부에 나사가 형성되어 캡(104)을 수용한다. 상기 캡(104)에는 적절한 공기 공급 라인(도시 생략)에 연결되도록 나사가 형성된 입구 포트(106)가 마련된다. 하우징 부품(98)으로 형성되는 챔버 내에는 제1 피스톤 부재(108)가 위치되어 있으며, 이 피스톤 부재는 연직 왕복 이동 가능하게 장착되어 있으며, 비교적 탄성력이 큰 코일 스프링(110)에 의하여 상방 밸브의 개방 방향으로 연속적으로 편향되어 있다. 피스톤(108)의 하단부 또는 직경이 감소된 부분(108a)은 내마모성 부싱(108b)을 수납하여 직경이 감소된 하우징 부분(100) 내에서 저부 피스톤(108)을 안내한다. 피스톤(108)의 하단부는 구동 버튼 부재(112)에 대하여 지지되며, 상기 구동 버튼 부재는 상기 나사산이 있는 단부 내에서 안내 및 유지되며, 관련된 밸브 본체의 다이어프램(28) 상면에 대하여 직접적으로 작용한다. 바람직하게는, 상기 버튼 부재(112)는 윤활성이 있는 적절한 플라스틱 재료로 형성된다. 버튼(112)의 하단면(112a)은 시트(40)의 상부 오목면(40a)과 긴밀하게 합치하도록 약간 볼록하다. 피스톤(108)은 그 상단부 둘레에 위치된 적절한 O 링(114)에 의하여 밀봉된다. 통상적으로, 피스톤은 도시된 바와 같이 밸브 개방 위치로 상방으로 편향되어 있다. 피스톤 아래의 영역은 개구(98a)를 통하여 대기와 통해 있다. 상기 제1 피스톤(108) 위에 제2 피스톤 부재가 지지된다. 이러한 제2 피스톤(116)은 하우징(94)의 대략 중앙에 위치된 피스톤형 부재(120)를 형성하는 중간벽을 통하여 연장하는 직경이 감소된 부분(118)을 구비한다. 중간벽은 O 링(122)에 의하여 밀봉되며, 직경이 감소된 부분(118)은 O 링(124)에 의하여 또한 밀봉되고, 여기서 직경이 감소된 부분은 중간벽(120)을 통과한다. 상부 피스톤(116)과 중간 피스톤(120) 사이의 영역은 개구(98b)를 통하여 대기와 통해 있다.

입구 포트(106)를 통하여 공급된 공기는 피스톤(116)의 상면에 대하여 작용하고, 중앙 개구(116a)와 반경 방향 홈(116b)을 통하여 전달되어, 벽(120)의 하면과 피스톤(108)의 상면 사이의 공간을 충전한다. 그러므로, 이것은 상부 피스톤(116)과 피스톤(108)의 상부 영역의 모든 하향력이 스프링(110)의 힘에 대항하여 작동하게 하여, 밸브를 폐쇄 위치로 이동시킬 수 있다. 그러므로, 두 개의 피스톤 구성으로 인하여 크게 증가된 힘이 제공된다.

도 8에 도시된 보통은 개방된 공기 액츄에이터에 추가하여, 도 7에는 보통은 폐쇄된 액츄에이터가 제안되어 있다. 도 7은 밸브 본체(10)에 직접 결합된 조립체를 도시한다. 보통은 폐쇄된 액츄에이터 조립체(130)는 전술한 보닛 너트(24')와 보닛(90)에 의하여 밸브 본체(10)에 결합된다. 여기서, 시트의 상부 오목면(40a)과 긴밀하게 합치하도록 약간 볼록한 하면이 있는 버튼 요소(112)는 다시 다이어프램 조립체(28)에 대하여 직접적으로 작용하는 데 이용된다. 액츄에이터 조립체(130)는 직경이 감소된 하단부(134)를 포함하는 메인 하우징 부재(132)를 구비하며, 보닛(90)에 나사 결합되게 수용된다. 하우징(132)은 도시된 바와 같은 계단식 내경을 가지며, 그 하단부에 제1 피스톤 부재(136)를 탑재하고 있다. 피스톤(136)은 연직 왕복 이동 가능하게 장착되며, 중앙 O 링(138)에 의하여 밀봉된다. 그 하단부의 직경이 감소된 부분(140)에는 O 링(142)이 마련되며, 단부(134) 내의 직경이 감소된 개구 내부에서 밀봉된다. 하우징 부재(132)의 중앙에는, 벽을 형성하는 원반형 부재(144)가 있으며, 이 부재는 O 링(146)에 의하여 그 외주에서 밀봉된다. 벽(144) 아래의 영역은 개구(148)를 통하여 대기와 통해 있다. 피스톤(136)의 직경이 감소된 상단부(150)는 벽(144)에 있는 중앙 개구를 통하여 밀봉 및 활주 가능하게 수용되어, O 링(152)에 의하여 그 개구를 통과하는 이동 중에 밀봉된다.

피스톤 부분(150)의 상단부에 대하여 작용하도록 벽(144) 위에는 제2 작동 피스톤(160)이 위치되며, 이 피스톤은 하우징 부재(132)의 상단부에서 연직 왕복 이동 가능하게 장착되며, O 링(162)에 의하여 그 둘레에서 밀봉된다. 상부 피스톤(160)의 직경이 감소된 상단부(164)는 O 링(166)을 구비하며, 단부 캡 부재(170)에 지탱되는 원통형 보어(168) 내에 활주 가능하게 수용된다. 상부 피스톤(160) 상부의 영역은 개구(148a)를 통하여 대기와 통해 있다. 단부 캡 부재는 하우징 부재(132)의 상단부에 나사 결합되어 밀봉 가능하게 수용되며, 비교적 탄성력이 큰 코일 스프링(172)을 지지하며, 이 스프링은 피스톤(160)에 대하여 하방으로 작용하고, 이 피스톤(160)은 피스톤(136)의 상단부(150)에 대하여 차례로 작용한다. 그러므로, 밸브는 폐쇄된 위치로 항상 편향되어 있다. 그러나, 도 7에는 개방 상태에 있는 밸브가 도시되어 있다. 이러한 개방 상태를 이루기 위하여, 공기는 캡(170)의 상단부에 있는 포트(170a)를 통하여 공급된다. 그 다음, 공기는 중앙 개구(160a)를 통하여 피스톤(160) 아래의 위치로 흐르며, 이로 인하여 피스톤은 스프링(172)의 편향에 대항하여 작용하게 되는 상부 힘을 가한다. 또한, 공기는 중앙 개구(136a)를 통하여 특정 위치로 공급되며, 이 위치에서 공기는 반경 방향으로 통로(136b)를 통과하여 피스톤(136) 아래에 있는 공간으로 흐른다. 이것에 의해, 상단부(150)가 피스톤(160)의 저면에 대하여 지지되는 상태로 피스톤(136)이 상방으로 편향된다. 이것은 다이어프램 조립체(28)가 도시된 개방 위치로 이동할 수 있게 상방으로 작용하는 힘을 증가시킨다.

본 발명의 구체적인 실시예를 참고로 하여 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 이것은 한정의 의미가 아니라 예시적인 것이며, 본 명세서에서 설명되고 도시된 구체적인 실시예의 다른 수정예 및 변형예는 첨부된 청구범위에 설명된 본 발명의 사상과 범주 내에서 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (30)

1. 제1 본체(26) 및 제2 본체(10)와, 이들 본체들을 축방향으로 정렬된 관계로 클램핑하는 클램핑 수단(22, 24)과, 제1 본체 및 제2 본체 사이에 축방향으로 배치되어 그 사이에 유체 시일을 형성하는 다이어프램(28)을 포함하며,

   상기 다이어프램은 유체가 흐르는 측부와 유체가 흐르지 않는 측부를 가지고,

   상기 제1 본체 및 상기 제2 본체는 각각의 외주 부근에 평탄한 표면(30a, 26a)을 가지며, 상기 거의 평탄한 표면(30a) 중 하나 이상은 그 외측의 코너(32)에 인접하고,

   상기 다이어프램은 상기 평탄한 표면들 사이에 클램핑되며,

   상기 다이어프램은, 상기 평탄한 표면들에 인접하고 상기 다이어프램의 유체 흐름 측부 쪽의 클램핑된 부분으로부터 반경 방향 외측인 상기 코너(32) 위에서 절곡되어 밀봉되는 외주부(28a)를 포함하는 것인 유량 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 1차 시일은 상기 다이어프램과 코너 사이에서 형성되고, 2차 시일은 상기 다이어프램과 평탄한 표면 사이에서 형성되는 것인 유량 제어 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 코너는 상기 평탄한 표면 및 상기 평탄한 표면과 인접하는 표면 사이에 형성되며,

   상기 평탄한 표면 및 상기 평탄한 표면과 인접하는 표면은 유량 제어 장치의 입출구 통로를 둘러싸는 환형 칼라의 일부인 것인 유량 제어 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 표면은 거의 평탄한 표면과 끼인각을 형성하고, 이 끼인각은 180°미만인 것인 유량 제어 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 코너는 초기에 날카로운 엣지로서 형성되며, 상기 다이어프램이 상기 코너에 대하여 압축되어 상기 코너가 항복되는 것인 유량 제어 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 코너는 항복되어 곡면을 이루는 것인 유량 제어 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 다이어프램은 상기 본체 재료보다 경도가 더 높은 재료로 구성되는 것인 유량 제어 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 본체들 중 하나는 저탄소 스테인레스강으로 이루어지고, 나머지 하나는 저탄소 스테인레스강보다 경도가 더 높은 재료로 이루어져 보닛(bonnet)으로 사용되는 것인 유량 제어 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 외측 코너는 상기 제1 본체에 형성되어 있으며, 상기 제2 본체는 상기 거의 평탄한 표면에 인접하게 형성된 제2 코너를 구비하며, 상기 제2 코너는 상기 제2 본체가 상기 제1 본체와 함께 구성되는 경우, 상기 다이어프램이 상기 거의 평탄한 표면들 사이에서 클램핑되기 전에 초기에 상기 다이어프램의 외주부와 결합되는 것인 유량 제어 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 코너는 지렛 받침으로서 작용하며, 상기 다이어프램은 상기 제1 및 제2 본체가 클램핑될 때 상기 코너 둘레에서 밀봉 가능하게 절곡되는 것인 유량 제어 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 다이어프램의 상기 클램핑된 부분은 상기 다이어프램 시일(seal)의 주기적인 동작 중에 상기 코너에서의 응력을 감소시키는 것인 유량 제어 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 제2 본체는 상기 제2 코너로부터 표면을 따라 반경 방향 외측으로 연장하며, 이 표면은 상기 제1 본체를 향하여 축방향으로 연장하여 제1 본체 및 제2 본체를 클램핑하는 중에 상기 코너 둘레에서 다이어프램을 절곡하기 시작하도록 상기 다이어프램과 초기에 결합되는 엣지를 형성하며, 상기 제2 코너는 상기 초기 결합 후에 상기 다이어프램과 결합되어 상기 다이어프램이 상기 거의 평탄한 표면들 사이에서 클램핑되기 전에 상기 코너 둘레에서 추가로 날카롭게 상기 다이어프램을 절곡시키는 것인 유량 제어 장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 초기 결합으로 인하여 상기 다이어프램에 인장력이 가해지는 것인 유량 제어 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 다이어프램은 환형이고 대체로 볼록하며, 상기 다이어프램의 외측 엣지에 인접하게 외주가 거의 평탄한 부분을 구비하는 것인 유량 제어 장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 다이어프램(28)이 밸브의 두 본체(10, 26) 사이에 클램핑되는 유형의 다이어프램 밸브에 본체 시일을 형성하는 시일 형성 방법으로서,

    제1 평탄부(30a)와 인접한 제1 코너(32)를 구비하도록 상기 본체 중 하나의 본체(10)를 형성하는 단계와,

    제2 평탄부(26a)와 인접한 제2 코너(26c)를 구비하도록 상기 본체 중 다른 하나의 본체(26)를 형성하는 단계로서, 상기 제2 평탄부는 상기 본체가 조립될 때 상기 제1 평탄부와 축방향으로 대향하는 것인 단계와,

    상기 본체의 조립 중에, 상기 제2 코너(26c)는 상기 제1 코너(32) 둘레에서 다이어프램을 날카롭게 절곡하도록 다이어프램(28)과 결합되어 시일을 형성하며, 상기 다이어프램이 상기 코너 둘레에서 만곡된 후에 상기 제1 평탄부와 제2 평탄부 사이에 상기 다이어프램을 클램핑하는 단계

    를 포함하는 시일 형성 방법.
28. 삭제
29. 제1 본체와 제2 본체; 및

    상기 제1 본체 및 상기 제2 본체 사이에 배치되고, 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체 사이에서 밀봉을 형성하는 것인 다이어프램을 포함하는데,

    상기 제1 본체 및 상기 제2 본체는 각각의 외주 부근에 평탄한 표면을 가지며,

    상기 평탄한 표면들 중 하나 이상은 그 외측의 코너에 인접하고,

    상기 다이어프램은 상기 평탄한 표면들 사이에 클램핑되며,

    상기 다이어프램은, 상기 평탄한 표면들에 인접하고 상기 코너 위에서 절곡되어 밀봉되는 외주부를 구비하여, 상기 다이어프램과 상기 코너 사이에 주 밀봉이 형성되는 것인 유량 제어 장치.
30. 제1 본체 및 제2 본체;및

    상기 제1 본체 및 상기 제2 본체 사이에 배치되고, 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체 사이에서 밀봉을 형성하는 것인 다이어프램을 포함하는데,

    상기 제1 본체 및 상기 제2 본체는 각각의 외주 부근에 평탄한 표면을 가지며,

    상기 평탄한 표면들 중 하나 이상은 그 외측의 코너에 인접하고,

    상기 다이어프램은 상기 평탄한 표면들 사이에 클램핑 되며,

    상기 다이어프램은, 상기 평탄한 표면들에 인접하고 상기 코너 위에서 절곡되어 밀봉되는 외주부를 구비하는데, 상기 다이어프램은 하나의 코너에서 절곡되는 것인 유량 제어 장치.