KR101945222B1 - 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 - Google Patents

다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 Download PDF

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KR101945222B1
KR101945222B1 KR1020180138179A KR20180138179A KR101945222B1 KR 101945222 B1 KR101945222 B1 KR 101945222B1 KR 1020180138179 A KR1020180138179 A KR 1020180138179A KR 20180138179 A KR20180138179 A KR 20180138179A KR 101945222 B1 KR101945222 B1 KR 101945222B1
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김기철
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Abstract

본 발명은 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 공실을 갖는 구조체의 제1 공간(R1)과 제2 공간(R2)을 개폐하는 제어 밸브 트림 구조에 있어서, 하사점에서 구조체에 지지된 메인 씨트(13, Main seat)에 안착하고 밸프 스템(20)에 의해 파이로트 플러그(30)와 함께 승강되는 메인 플러그(10, Main plug)와; 케이지 형성 공간(R3)의 상부에서 승강되는 밸브스템(20, Valve stem)과; 상기 밸브스템(20)의 하부 외주면에 결합하여 일체로 승강되면서 하강시 상기 메인 플러그(10)를 가압하는 파이로트 플러그(30, Pilot plug)와; 상기 메인 플러그(10, Main plug)와 파이로트 플러그(30, Pilot plug) 양자를 서로 이격된 상태에서 복원력을 갖도록 결합시키는 다중 가이드를 갖는 탄성가압 연결부(100);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 관한 것이다.

Description

다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 { Anti-rotating type Pilot trim for control valve with Multi-guide }
본 발명은 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 관한 것이다.
종래의 제어밸브의 밸브 내부 트림(Trim: Valve Plug, Cage, Seat Ring등 주요 내부속) 구조 중, 고온, 고압에서 유체의 구간제어(Modulating) 기능을 수행하면서도, 제어밸브가 Close될 때, 상당한 기밀을 요구하는 경우(일반적으로 ANSI B 16.104 / FCI 70-2의 Seat leakage Class 5 기준)에 Cage Balance type의 Trim구조 중 Pilot balance trim 구조를 선택하게되는데, 이 때, Valve plug와 Stem에 유체력에 의한 회전력이 발생하여, Valve stem이 Valve plug와 분리되어 절단되는 사고가 빈번히 발생한다.
<일반적인 Cage balance type 제어밸브 트림의 구조>
1) 도면 1은 일반적인 Cage balance type의 제어밸브 트림구조이다.
2) 제어밸브가 구간운전(Modulating)하다가, 닫힘(Close)상태가 되었을 때의 그림이다.
3) 닫힘상태일 때 제어밸브의 누설은 ①번 씨트(Seat)부분과 ②번 씰링(Seal ring)부분이다.
4) 일반적으로 사용유체의 온도 250℃까지는 재질 별로 연질의 씰링(Soft seal-ring)의 사용이 가능하기 때문에 일반적 기밀 요구조건인 ANSI B 16.104/FCI 70-2의 Class 4 기준을 충족할 수 있으나, 5) 온도가 250℃ 이상의 조건에서 ANSI B 16.104/FCI 70-2의 Class 4 기준을 요구할 때는 연질의 씰링(Soft Seal-ring)의 사용이 불가능하고, 6) 또한 ANSI B 16.104/FCI 70-2의 Class 5 기준을 요구 하는 경우가 있다. 7) 위 5)와 6)의 경우는 아래와 같은 일반적인 Cage balance type의 트림구조를 적용하기 어렵다.
<종전의 Pilot type 제어밸브 트림의 구조>
1) 도면 2는 일반적인 종전의 Pilot type 제어밸브 트림구조이다.
2) Pilot type의 트림구조는 일반적으로
가. 사용유체의 온도가 250℃ 이상의 조건에서 ANSI B 16.104/FCI 70-2의 Class 4
기준을 요구할 때 -- 연질의 씰링(Soft Seal-ring)의 사용이 불가능할 경우
나. ANSI B 16.104/FCI 70-2의 Class 5 기준을 요구 하는 경우
에 적용한다.
3) 도면 2에서 중심선을 기준으로 왼쪽부분은 제어밸브가 닫힘(Close)상태가 되었을 때의 그림이고, 오른쪽 그림은 열림(Open)상태의 그림이다.
3) 닫힘상태일 때 제어밸브의 누설은 ①,②번 메인씨트와 메인플러그(Main seat & Main plug)부분과 ⑤번 파리롯트 씨트(Pilot seat)부분이다. 이때, ④번의 씰링(Seal ring)은 누설과는 상관없는 부분이다.
4) 이 경우, ①,②번 메인씨트 부분이 먼저 닫히고, 그 다음에 ⑤번 파이롯트 플러그 부분이 그 후에 닫히면, 상류측으로부터 유입된 유체의 압력이 ②, ⑤번 플러그의 상부에 모두 가해지기 때문에, 구동기의 힘(Actuator force)과 함께 그 힘이 더해져, 씨트 기밀성을 향상시키게 된다.
즉, 밸브를 닫았을 때, 씨트에 가해지는 닫힘방향의 힘 F는
F = 구동기의 힘 + 메인 씨트(플러그) 면적 + 파이롯트 플러그 면적 X 차압
이 되어 일반적인 Cage balance type의 트림구조보다 기밀성이 향상된다.
<문제점>
일반적인 Pilot type 제어밸브 트림구조는 기밀성이 향상되는 반면에 아래와 같은 문제점이 있다.
1) 제어밸브가 닫힘위치에서 열림위치로 전환될 때, 내장된 ③번 압축스프링의 반발력과 함께 ②번 메인플러그와 ⑤번 파이롯트 플러그(⑧번 밸브 스템 포함)에 상류측에서 유입하게된다.
2) ⑤번 파이롯트 플러그와 ⑧번 밸브 스템은 나사와 핀으로 고정되어 있고, ⑧번 밸브스템은 구동기(Actuator)와 연결된 클램프가 고정하고 있다.
3) 위의 2)항의 부품이 고정되어 있는 것이 비해 ②번 메인플러그는 ③번 압축스프링의 힘외에 고정 또는 안내하는 장치가 없다.
4) 이 때, 상류측에서 유체가 유입되어 유체력에 의한 회전력이 ③번 압축스프링의 힘보다 크게 발생하면, 2)항의 부품들은 고정되어있는 반면, ②번 메인플러그는 단독으로 회전하게 된다.
즉, 도면 3에서 보는 바와 같이, A부품은 고정된 힘이 작용하는 반면, B부품은 회전력에 의해 회전하게된다.
5) ②번 메인플러그가 단독으로 회전하면
가. ④번 씰링과 ⑦번 케이지, ②번 메인플러그가 심한 손상을 입게되고
나. 그 회전력이 ⑤번 파이롯트 플러그와 ⑧번 밸브스템에도 영향을 주어 결국, ⑧번 밸브 스템이 절단, 분리되는 사고가 발생한다.
본 발명은 위와 같이 Pilot balance type의 Trim구조를 사용해야만 하는 조건에서 Valve plug와 Valve stem이 절단되지않고, 장기수명을 보장하기위한 형상을 갖는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조는 공실을 갖는 구조체의 제1 공간(R1)과 제2 공간(R2)을 개폐하는 제어 밸브 트림 구조에 있어서,
하사점에서 구조체에 지지된 메인 씨트(13, Main seat)에 안착하고 밸프 스템(20)에 의해 파이로트 플러그(30)와 함께 승강되는 메인 플러그(10, Main plug)와;
케이지 형성 공간(R3)의 상부에서 승강되는 밸브스템(20, Valve stem)과; 상기 밸브스템(20)의 하부 외주면에 결합하여 일체로 승강되면서 하강시 상기 메인 플러그(10)를 가압하는 파이로트 플러그(30, Pilot plug)와;
상기 메인 플러그(10, Main plug)와 파이로트 플러그(30, Pilot plug) 양자를 서로 이격된 상태에서 복원력을 갖도록 결합시키는 다중 가이드를 갖는 탄성가압 연결부(100); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
탄성가압 연결부(100)는, 상기 메인 플러그(10)의 상면에 상향 고정 설립되고 중공 개구부(43, 중공부)를 갖는 하부 가이드(40, Multi bottom guide)와,
상부가 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 하면에 고정 결합하여 하향 직립연장되고, 하부가 상기 개구부(43)에 슬라이딩 가능하게 내삽(內揷)되는 상부 포스트(50, Multi top post)와,
상단은 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 하부를 지지하고 하단은 상기 메인 플러그(10)의 상부를 가압하며 상기 하부 가이드(40, Multi bottom guide)에 외삽(外揷)되는 압축 코일스프링(60, Multi pilot spring), 를 포함하여 구성되는 것을 바람직하다.
본 발명에 따르는 경우, 위와 같이 Pilot balance type의 Trim구조를 사용해야만 하는 조건에서 Valve plug와 Valve stem이 절단되지 않고, 장기수명을 보장하기위한 형상을 갖는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조를 제공된다.
도 1은 종래의 통상의 일반적인 Cage balance type 제어밸브 트림구조.
도 2는 종래의 일반적인 종전의 Pilot type 제어밸브 트림구조.
도 3은 도2의 Pilot type 제어밸브 트림구조 작동상태도.
도 4는 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 전체 구성도.
도 5는 도 4의 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 작동 상태도.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 전체 구성도이고, 도 5는 도 4의 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조 작동 상태도이다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조는 공실을 갖는 구조체의 제1 공간(R1)과 제2 공간(R2)을 개폐하는 제어 밸브 트림 구조에 관한 것이고, 메인 플러그(10, Main plug)와 파이로트 플러그(30, Pilot plug)와 다중 가이드를 갖는 탄성가압 연결부(100)를 포함하여 구성된다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 메인 플러그(10, Main plug)와; 하사점에서 구조체에 지지된 메인 씨트(13, Main seat)에 안착하고 밸프 스템(20)에 의해 파이로트 플러그(30)와 함께 승강된다.
파이로트 플러그(30, Pilot plug)는 케이지 형성 공간(R3)의 상부에서 승강되는 밸브스템(20, Valve stem)과; 상기 밸브스템(20)의 하부 외주면에 결합하여 일체로 승강되면서 하강시 상기 메인 플러그(10)를 가압한다.
다중 가이드를 갖는 탄성가압 연결부(100)는 메인 플러그(10, Main plug)와 파이로트 플러그(30, Pilot plug) 양자를 서로 이격된 상태에서 복원력을 갖도록 결합시킨다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 있어서, 탄성가압 연결부(100)는 하부 가이드(40, Multi bottom guide)와 상부 포스트(50, Multi top post)와 압축 코일스프링(60, Multi pilot spring)를 갖는다.
여기서, 하부 가이드(40, Multi bottom guide)는 메인 플러그(10)의 상면에 상향 고정 설립되고 중공 개구부(43, 중공부)를 갖는다.
상부 포스트(50, Multi top post)는 상부가 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 하면에 고정 결합하여 하향 직립연장되고, 하부가 상기 개구부(43)에 슬라이딩 가능하게 내삽(內揷)된다.
압축 코일스프링(60, Multi pilot spring)에서 압축 코일스프링(60, Multi pilot spring)의 상단은 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 하부를 지지하고, 압축 코일스프링(60, Multi pilot spring)의 하단은 상기 메인 플러그(10)의 상부를 가압한다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 있어서, 탄성가압 연결부(100)는, 360도 원주 방향으로 균일각도 간격을 형성하며 4 ~ 8개가 구비되는 것이 회전방지 및 설계 구현 ㅊ측면에서 유리하다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 있어서, 메인 플러그 측벽(15)을 매개로 고정되고 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 상부에 위치하는 커버(70, Cover)와, 메인 플러그 측벽(15)의 상측 외주면을 둘러서 형성되어 케이지(cage) 내벽 사이를 밀봉하는 씰링(80, Seal ring)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 있어서, 하부 가이드(40)의 중공 개구부(43)는 상부 포스트(50, Multi top post)가 내삽된 상태에서 상기 상부 포스트(50)가 중공 개구부(43) 안에서 승강 가능하도록 형성된다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 가이드(40)의 중공 개구부(43)의 하부에 하부 가이드 숨 구멍(45, Guide breathing hole)이 존재하여, 상부 포스트(50)와 하부 가이드(40)가 상하운동할 때, 진공이 발생하지 않고 원활한 동작을 하기 위한 숨구멍(Breathing hole) 기능을 한다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 메인 플러그 측벽(15)은 하부에 단턱부(15a)가 존재하여 2중턱 구조(2 stage in main plug) 구조로 메인 플러그(10)가 상하운동할 때 케이지(Cage) 사이의 마찰력을 줄이고, 이물질의 통로로 사용된다.
이하에서 본 발명의 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조에 대하여 부연하여 설명한다.
1) 도 4는 종전 Pilot type 제어밸브 트림구조의 문제점을 개선한 회전방지형 파이로트 제어밸브트림 구조를 보인다.
2) 도 4에서 중심선을 기준으로 왼쪽부분은 제어밸브가 닫힘(Close)상태가 되었을 때의 그림이고, 오른쪽 그림은 열림(Open)상태의 그림이다.
3) 닫힘상태일 때 제어밸브의 누설은 메인씨트(13)와 메인플러그(Main seat & Main plug, 10)부분과 파이롯트 플러그(30), 씨트(Pilot seat)부분이다. 이때, 씰링(80, Seal ring)은 누설과는 상관없는 부분이다.
4) 이 경우, 메인씨트(13) 부분이 먼저 닫히고, 그 다음에 파이롯트 플러그 (30) 부분이 그 후에 닫히면, 상류측으로부터 유입된 유체의 압력이 메인 및 파이로트 플러그(10, 30)의 상부에 모두 가해지기 때문에, 구동기의 힘(Actuator force)과 함께 그 힘이 더해져, 씨트 기밀성을 향상시키게 된다.
즉, 밸브를 닫았을 때, 씨트에 가해지는 닫힘방향의 힘 F는
F = 구동기의 힘 + 메인 씨트(플러그) 면적 + 파이롯트 플러그 면적 X 차압
이 되어 일반적인 Cage balance type의 트림구조보다 기밀성이 향상된다.
5) 제어밸브가 구동부 동작에 의해, 닫힘위치에서 열림위치로 전환될 때, 내장된 여러개의 압축코일스프링(60)의 반발력과 함께 파이로트 플러그(30, 밸브 스템 포함)가 먼저 Pilot stroke만큼 열린 후( 파이로트 플러그(30)가 커버(70)의 하단에 도달), 다음에 메인 플러그(10)가 메인 스트로크(Main stroke)만큼 열리게된다.
6) 이 때, 본 고안은 종전의 트림과는 달리, 다중 가이드(밸브 규격에 따라 4~8개) 즉, 하부 가이드(40), 압축코일 스프링(60), 상부 포스트(50)로 구성되어, 다중 가이드, 포스트의 범위내에서 상하 작동하게되므로, 유체력에 의한 회전력이 발생하여도, 메인 플러그와 파이로트 플러그, 밸브스템이 개별적으로 회전하지 않게 된다.
<품명 및 수량>
① 메인 씨트(13, Main seat) --------------------- 1개
② 메인 플러그(10, Main plug) ------------------- 1개
③ 다중 하부 가이드(40, Multi bottom guide) ----- 4~8개
④ 다중 압축코일스프링(60, Multi pilot spring) --- 4~8개
⑤ 다중 상부 포스트(50, Multi top post) -------- 4~8개
⑥ 씰링(80, Seal ring) ----------------------- 1개
⑦ 고정볼트(Bolt) ------------------------- 4~8개
⑧ 커버(70, Cover) ----------------------------- 1개
⑨ 파이로트 플러그(30, Pilot plug) ---------------- 1개
⑩ 밸브스템(20, Valve stem) --------------------- 1개
도 5에 도시된 바와 같이, 1) 다중 상부 포스트(50, Multi top post) : (메인 플러그)부분과 (파이로트 플러그, 밸브스템)부분에서 회전력이 생기지않고, 상하동작을 하기 위한 안내구조.
2) 다중 하부 가이드(40, Multi bottom guide) : (메인 플러그)부분과 (파이로트 플러그, 밸브스템)부분에서 회전력이 생기지않고, 상하동작을 하기위한 안내구조
3)가이드 숨 구멍(45, Guide breathing hole) : 상부 포스트와 하부 가이드가 상하운동할 때, 진공이 발생하지 않고 원활한 동작을 하기 위한 숨구멍(Breathing hole)
4) 다중 압축코일스프링(60, Multi pilot spring) : 제어밸브 상하운동할 때, 메인 플러그와 파이로트 플러그가 맞닿지않고, 설계된 간격을 유지하기 위한 스프링
5) 메인 벤트 홀(Main breathing hole) : 메인 플러그와 파이로트 플러그가 상하운동 할 때, 진공이 발생하지 않고 원활한 동작을 하기위한 숨구멍(Breathing hole)
6) 메인 플러그(10)의 2중턱 구조(2 stage in main plug) : 메인 플러그가 상하운동할 때, Cage와의 마찰력을 줄이고, 이물질의 통로로 사용하기 위한 구조
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
10 : 메인 플러그 13 : 메인 씨트
15a : 단턱부 20 : 밸브스템
30 : 파이로트 플러 40 : 하부 가이드
43 : 중공 개구부 45 : 하부 가이드 숨 구멍
50 : 상부 포스트 60 : 압축 코일스프링
70 : 커버 80 : 씰링 100 : 탄성가압 연결부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 공실을 갖는 구조체의 제1 공간(R1)과 제2 공간(R2)을 개폐하는 제어 밸브 트림 구조에 있어서,
    하사점에서 구조체에 지지된 메인 씨트(13, Main seat)에 안착하고 밸프 스템(20)에 의해 파이로트 플러그(30)와 함께 승강되는 메인 플러그(10, Main plug)와;
    케이지 형성 공간(R3)의 상부에서 승강되는 밸브스템(20, Valve stem)과; 상기 밸브스템(20)의 하부 외주면에 결합하여 일체로 승강되면서 하강시 상기 메인 플러그(10)를 가압하는 파이로트 플러그(30, Pilot plug)와;
    상기 메인 플러그(10, Main plug)와 파이로트 플러그(30, Pilot plug) 양자를 서로 이격된 상태에서 복원력을 갖도록 결합시키는 다중 가이드를 갖는 탄성가압 연결부(100);
    를 포함하여 구성되되,

    상기 탄성가압 연결부(100)는,
    상기 메인 플러그(10)의 상면에 상향 고정 설립되고 중공 개구부(43, 중공부)를 갖는 하부 가이드(40, Multi bottom guide)와,

    상부가 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 하면에 고정 결합하여 하향 직립연장되고, 하부가 상기 개구부(43)에 슬라이딩 가능하게 내삽(內揷)되는 상부 포스트(50, Multi top post)와,

    상단은 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 하부를 지지하고 하단은 상기 메인 플러그(10)의 상부를 가압하며 상기 하부 가이드(40, Multi bottom guide)에 외삽(外揷)되는 압축 코일스프링(60, Multi pilot spring),
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄성가압 연결부(100)는,
    360도 원주 방향으로 균일각도 간격을 형성하며 4 ~ 8개가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조.
  4. 제2항에 있어서,
    메인 플러그 측벽(15)을 매개로 고정되고 상기 파이로트 플러그(30, Pilot plug)의 상부에 위치하는 커버(70, Cover)와,
    상기 메인 플러그 측벽(15)의 상측 외주면을 둘러서 형성되어 케이지(cage) 내벽 사이를 밀봉하는 씰링(80, Seal ring),
    을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하부 가이드(40)의 중공 개구부(43)는 상부 포스트(50, Multi top post)가 내삽된 상태에서 상기 상부 포스트(50)가 중공 개구부(43) 안에서 승강 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 가이드(40)의 중공 개구부(43)의 하부에 하부 가이드 숨 구멍(45, Guide breathing hole)이 존재하여, 상부 포스트(50)와 하부 가이드(40)가 상하운동할 때, 진공이 발생하지 않고 원활한 동작을 하기 위한 숨구멍(Breathing hole) 기능을 하는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조.
  7. 제5항에 있어서,
    메인 플러그 측벽(15)은 하부에 단턱부(15a)가 존재하여 2중턱 구조(2 stage in main plug) 구조로 메인 플러그(10)가 상하운동할 때 케이지(Cage) 사이의 마찰력을 줄이고, 이물질의 통로로 사용되는 것을 특징으로 하는 다중가이드에 의한 회전방지형 파이로트 제어밸브 트림구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012207707A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Lixil Corp 給水制御バルブ
KR101513088B1 (ko) * 2014-04-15 2015-04-21 주식회사 코밸 이단 플러그 구조의 극저온 초고압가스의 제어밸브

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