KR102548525B1 - 공기 압축기용 체크밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용 환경에 적합하여 공기의 역유입 및 누설이 방지되는 공기 압축기용 체크밸브에 관한 것으로, 공기가 유통하는 유로가 관통 형성된 밸브 바디, 상기 밸브 바디와의 사이에 스페이서가 개재되어 상기 밸브 바디로부터 상기 스페이서의 폭만큼 이격되어 배치된 채 상기 밸브 바디와 고정되는 밸브 스토퍼, 상기 밸브 바디와 상기 밸브 스토퍼 사이의 이격된 공간에서 이동되도록 배치되어 이동에 따라 상기 유로를 개폐하는 밸브 씰 및 상기 밸브 씰에 대해 이동 방향으로 탄성력을 제공하도록 상기 밸브 스토퍼와 상기 밸브 씰 사이에 배치되는 스프링을 포함한다.

Description

공기 압축기용 체크밸브{CHECK VALVE FOR AIR COMPRESSOR}

본 발명은 사용 환경에 적합하여 공기의 역유입 및 누설이 방지되는 공기 압축기용 체크밸브에 관한 것이다.

일반적으로 발전소에서는 제어 및 작업용 작동 유체용으로 압축공기를 사용하며, 이를 공급하기 위해 왕복동 방식의 공기 압축기를 사용하고 있다.

왕복동 공기 압축기는 실린더 내부에서 피스톤의 왕복운동에 의해 공기를 흡입 및 압축하는 방식의 압축기이며, 압축된 기체는 밸브를 통해 외부로 배출된다.

여기서 밸브는 실린더에 설치되는 씰 플레이트 타입(Seal Plate type) 체크밸브가 사용되는데, 압축 전 공기는 흡입용 체크밸브를 통해 실린더 내로 공급되고 실린더 내에서 피스톤에 의해 압축된 공기는 배출용 체크밸브를 통해 실린더 밖으로 배출된다. 이와 같은 씰 플레이트 타입 체크밸브는 설정된 압력 이상이 되면 밸브가 개방되고 그 이하 압력에서는 닫히는 구조를 갖는다.

하지만 종래의 씰 플레이트 타입 체크밸브는 사용 과정 중 압축기에서 발생되거나 외부로부터 흡입되는 이물질이 금속재질의 씰 플레이트면에 부착되거나, 또는 사용 온도에 의해 씰 플레이트에 변형이 발생되면서 씰 플레이트의 수평도에 불량이 발생하여 공기의 역유입 및 누설이 발생되고 있다. 그로인해 공기 압축 효율이 저하되어 압축기의 운전시간이 증가하고 체크밸브의 교체가 빈번히 요구되는 등의 문제가 발생하고 있다.

한국등록특허 제10-0895105호(등록일: 2009.04.20)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 사용 환경에 적합하여 공기의 역유입 및 누설이 방지됨으로써 체크밸브의 수명이 증가되고 관리 비용이 절감되며 설비 운영의 안정성이 제고되는 공기 압축기용 체크밸브를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브는 공기가 유통하는 유로가 관통 형성된 밸브 바디, 상기 밸브 바디와의 사이에 스페이서가 개재되어 상기 밸브 바디로부터 상기 스페이서의 폭만큼 이격되어 배치된 채 상기 밸브 바디와 고정되는 밸브 스토퍼, 상기 밸브 바디와 상기 밸브 스토퍼 사이의 이격된 공간에서 이동되도록 배치되어 이동에 따라 상기 유로를 개폐하는 밸브 씰 및 상기 밸브 씰에 대해 이동 방향으로 탄성력을 제공하도록 상기 밸브 스토퍼와 상기 밸브 씰 사이에 배치되는 스프링을 포함하며, 상기 밸브 씰은 금속 소재의 제1 씰과 상기 제1 씰의 일면상에 적층 형성되는 탄력적인 소재의 제2 씰을 포함하되, 상기 제2 씰은 상기 유로를 향해 돌출되는 링부를 포함하여 상기 밸브 씰의 이동시 상기 링부가 상기 유로의 단부에 접촉되면서 상기 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브에 있어서, 상기 유로의 단부는 상기 유로의 끝단으로 갈수록 폭이 커지는 경사면부가 형성되며, 상기 링부는 단면상 반구 형상일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브에 있어서, 상기 링부상에 상기 유로를 향해 돌출되는 보강부가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브에 있어서, 상기 유로를 향하는 상기 보강부의 단부면이 평면으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면 밸브 씰이 금속 소재의 제1 씰과 여기에 적층 형성된 탄력적 소재의 제2 씰을 포함함으로써 밸브 씰에 의한 기밀성이 향상되고 밸브 씰 자체의 손상 또한 방지된다.

또한 밸브 씰과 제1 유로 간 접촉 부분에 이물질이 존재하더라도 제2 씰의 탄력적 변형을 통한 이물질의 수용으로 이물질에 의한 틈이 발생되지 않아 공기의 역유입 및 누설이 방지된다.

또한, 흡입용 체크밸브로서 적용시 지그부에 의해 밸브 씰을 강제 이동시킬 때 뼈대 역할을 하는 제1 씰에 의해 밸브 씰이 일체적으로 안정적으로 이동되어 흡입용 체크밸브의 개방 작동이 안정적으로 수행된다.

또한, 밸브 씰에 보강부가 형성됨으로서 지그부의 반복 작동에도 밸브 씰의 손상이 방지된다.

그리고 전술한 이점으로 인해 체크밸브의 수명이 연장됨에 따라 관리 비용이 절감될 뿐만 아니라 설비 운영의 안정성이 제고된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 체크밸브의 분해도,
도 3은 도 1에 도시된 밸브 바디를 나타낸 도면,
도 4는 도 1에 도시된 밸브 스토퍼를 타나낸 도면,
도 5는 도 1에 도시된 밸브 씰을 나타낸 도면,
도 6은 도 5에 도시된 밸브 씰의 분해도,
도 7은 도 1에 도시된 "A" 영역의 확대도,
도 8 및 도 9는 지그부가 더 포함된 체크밸브를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 공기 압축기용 체크밸브는 압축기의 실린더에 배치된 상태에서 실린더 내측으로부터 외측 방향으로 밸브 스토퍼, 밸브 씰 및 밸브 바디의 순으로 배열되는 흡입용 체크밸브이거나 또는 그 반대의 순으로 배열되는 배출용 체크밸브일 수 있으며, 이하에서는 일례로서 흡입용 체크밸브로서 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 체크밸브의 단면도, 도 2는 도 1에 도시된 체크밸브의 분해도, 도 3은 도 1에 도시된 밸브 바디를 나타낸 도면, 도 4는 도 1에 도시된 밸브 스토퍼를 타나낸 도면, 도 5는 도 1에 도시된 밸브 씰을 나타낸 도면, 도 6은 도 5에 도시된 밸브 씰의 분해도, 도 7은 도 1에 도시된 "A" 영역의 확대도, 도 8 및 도 9는 지그부가 더 포함된 체크밸브를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 체크밸브(1)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 바디(100), 스페이서(150), 밸브 스토퍼(200), 밸브 씰(300) 및 스프링(400)을 포함한다.

밸브 바디(100)는 도 2 및 도 3에 도시되며, 특히 도 3에서는 밸브 바디(100)에 있어서 후술할 밸브 씰(300)을 마주하는 일면(도 2를 기준으로 밸브 바디(100)의 하면)이 노출되고 있다.

밸브 바디(100)는 도시된 바와 같이 공기가 유통되는 제1 유로(101)가 관통 형성되는데, 제1 유로(101)는 도 2 및 도 3에서 확인되듯이 밸브 바디(100)의 하면측 단부에서 경사면부(101a)가 형성되어 제1 유로(101)의 하측 끝단으로 갈수록 폭이 커지는 형태를 갖는다. 제1 유로(101)의 하측 단부에 이와 같이 경사면부(101a)가 형성됨으로써 도 7에서 참조되듯이 후술할 밸브 씰(300)의 링부(321)가 제1 유로(101)의 단부 내로 안정적으로 이동되어 경사면부(101a)에 접촉되면서 제1 유로(101)를 폐쇄한다.

밸브 스토퍼(200)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공기가 유통되는 제2 유로(201)가 관통 형성된다. 밸브 스토퍼(200)는 예컨대 볼트(11) 및 너트(12)로 구성되는 고정부재(도 1 참조)에 의해 밸브 바디(100)와 고정되는데, 이때 밸브 바디(100)와의 사이에 스페이서(150)가 개재된 채 고정된다. 따라서 밸브 스토퍼(200)와 밸브 바디(100)는 스페이서(150)의 폭만큼 서로 이격되어, 그 사이에 공간이 형성된다. 이 공간에는 후술할 밸브 씰(300)이 배치되어 이동될 수 있다.

밸브 씰(300)은 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 공기가 유통되는 제3 유로(301)가 관통 형성된다. 제3 유로(301)는 그 전체 또는 부분적으로 밸브 스토퍼(200)의 제2 유로(201)와 대향하도록 형성되며, 밸브 바디(100)의 제1 유로(101)를 통해 흡입되는 외기는 제3 유로(301) 및 제2 유로(201)를 차례로 통하면서 밸브 스토퍼(200)를 통과한 후 압축기의 실린더 내로 흡입될 수 있다.

밸브 씰(300)은 중앙에 스페이서(150)가 수용되는 수용홀(302)이 형성된다. 밸브 씰(300)은 수용홀(302) 내 스페이서(150)가 배치되도록 밸브 스토퍼(200)와 밸브 바디(100) 사이의 이격된 공간 내에 배치되며, 스페이서(150)에 의해 안내되면서 공간 내에서 밸브 스토퍼(200) 쪽인 제1 방향(도 1을 기준으로 하방)으로 또는 밸브 바디(100) 쪽인 제2 방향(도 1을 기준으로 상방)으로 이동될 수 있다. 밸브 씰(300)은 제1 방향으로 이동되면서 밸브 바디(100)의 제1 유로(101)를 개방하며, 반대로 제2 방향으로 이동되면서 밸브 바디(100)의 제1 유로(101)를 폐쇄한다.

밸브 씰(300)은 더 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 씰(310)을 포함한다. 제1 씰(310)은 금속 소재로 이루어지며, 밸브 씰(300)이 후술할 지그부(500)에 의해 강제 이동될 때 일체로 안정적으로 이동되게 하는 뼈대 역할을 한다.

그리고 밸브 씰(300)은 제1 씰(310)의 일면(도 6을 기준으로 상면)에 적층되는 제2 씰(320)을 포함한다. 제2 씰(320)은 금속 소재보다는 탄력적 변형이 허용되는 고무 등의 소재로 이루어질 수 있다. 또한 제1 씰(310)의 타면(도 6을 기준으로 하면)에 적층되는 고무 등의 소재로 된 제3 씰(330)을 더 포함할 수 있다. 이러한 밸브 씰(300)은 예컨대, 접착제가 도포된 금속 소재의 제1 씰(310)이 금형 내에 배치된 상태에서 그 양면에 제2 씰(320) 및 제3 씰(330)을 형성하는 고무판을 적층 배치하여 압착 성형함으로써 제작될 수 있다.

한편, 제2 씰(320)은 제1 유로(101)를 향해 돌출되는 링부(321)를 갖는다. 링부(321)는 일례로 단면 형상이 반구 형상으로 이루어질 수 있다. 밸브 씰(300)이 제2 방향으로 이동하면 링부(321)가 제1 유로(101)의 단부 내로 접근하면서 수용되고 곧이어 링부(321)의 표면이 경사면부(101a)에 접촉됨으로써 제1 유로(101)가 폐쇄된다.

이때, 링부(321)와 경사면부(101a)의 접촉은 링부(321)의 형상적 특징에 기인하여 선 접촉 형태를 취한다. 따라서, 면 접촉되는 경우와 비교하여 접촉 부위에서 이물질이 개재되더라도 이물질에 의한 틈 발생이 방지되거나 최소화된다.

또한, 밸브 바디(100)에 접촉되는 제2 씰(320)의 소재적 특성에 기인하여 링부(321)가 제1 유로(101)의 단부에 탄력적으로 접촉됨으로써 기밀성이 향상되며 밸브 씰(300)이 전체적으로 강성의 소재로 이루어지는 경우와 비교하여 밸브 씰(300)의 반복적 접촉에도 불구하고 밸브 씰(300)이 손상되지 않는다.

뿐만 아니라 링부(321)의 접촉 부위에 이물질이 존재하더라도 링부(321) 자체의 탄력적 변형을 통한 이물질의 수용으로 밸브 씰(300)의 수평도에 변형이 초래되지 않으며, 또한 이물질에 의한 틈이 발생되지 않아 이물질에 의한 공기의 역유입 또는 누설이 방지된다.

스프링(400)은 도 2에 도시된 바와 같이 밸브 스토퍼(200)와 밸브 씰(300) 사이에 배치된다. 구체적으로 밸브 스토퍼(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 스프링(400)을 수용하는 홈(202)이 형성될 수 있으며, 스프링(400)은 이 홈(202) 내 배치된 상태에서 밸브 씰(300)에 대해 제2 방향으로 이동되도록 탄성력을 제공한다.

본 실시예에 따른 체크밸브(1)는, 압축기의 실린더 상에 배치된 상태에서 피스톤의 왕복 과정 중 발생하는 압력에 의해, 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브 씰(300)이 제1 방향으로 이동해 옴에 따라 제1 유로(101)가 개방되면서 외기가 제1 유로(101)를 통해, 그리고 이어서 제3 유로(301) 및 제2 유로(201)를 통해 밸브 스토퍼(200)를 통과한 후 실린더 내로 흡입되며, 이후 압력이 제거됨으로써 밸브 씰(300)이 스프링(400)의 탄성력에 의해 다시 제2 방향으로 이동함에 따라 링부(321)가 제1 유로(101)를 폐쇄함으로써 제1 유로(101)를 통한 공기의 유통이 차단된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 공기 압축기용 체크밸브는 도시되어 있지는 않지만 배출용 체크밸브일 수 있는데, 배출용 체크밸브로서 적용되는 경우는 압축기의 실린더 내 압력에 의해 밸브 씰이 밸브 스토퍼 방향으로 이동되면서 밸브 바디의 제1 유로가 개방되며, 실린더 내 압축 공기는 밸브 바디의 제1 유로를 통해 배출되면서 이어서 제3 유로 및 제2 유로를 통해 밸브 스토퍼를 통과한 후 그 외부의 배출 배관으로 배출된다.

한편, 배출 배관 내 압력이 일정 압력 이상이 되면 실린더 내 압축공기의 배출용 체크밸브를 통한 배출이 원활하지 못하여 실린더 내 압력 상승이 초래되고 그로 인해 압축기에 과부하가 발생될 수 있다.

이를 방지하기 위해 배출 배관 내 압력 이상이 감지되면 흡입용 체크밸브를 강제 개방하여 유지시킴으로써, 압축공기가 흡입용 체크밸브를 통해 외부로 배출되도록 하여 실린더 내 압력 상승을 방지할 수 있다.

이를 위하여 전술한 일 실시예에 따른 체크밸브(1; 흡입용 체크밸브)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 지그부(500)를 더 포함할 수 있다. 지그부(500)는 밸브 바디(100)의 일측(도 8을 기준으로 상측)에서 제1 방향(도 8을 기준으로 하향) 또는 제2 방향(도 8을 기준으로 상향)으로 이동 가능하도록 배치된다. 지그부(500)의 이동은 예컨대 에어 실린더(미도시)의 작동에 의해 수행될 수 있다.

지그부(500)는 제1 유로(101)를 관통하는 레그(510)를 갖는다. 지그부(500)의 제1 방향 이동에 따라 레그(510)는 제1 유로(101)를 관통하여 밸브 씰(300)의 링부(321)와 접촉되면서 링부(321)를 밀게 된다. 링부(321)가 레그(510)에 의해 밀려 밸브 씰(300)이 제1 방향으로 이동된 후 유지됨로써 제1 유로(101)가 개방된 상태를 유지하게 된다. 그에 따라 실린더 내 압축공기는 피스톤의 왕복 과정에서 흡입용 체크밸브를 통해 외부로 배출될 수 있고 그에 따라 실린더 내 압력 상승이 차단된다.

이때, 본 실시예에 따른 체크밸브(1)의 밸브 씰(300)은 뼈대 역할을 하는 금속 소재의 제1 씰(310)이 포함됨으로써 레그(510)가 탄력적 소재의 제2 씰(320)의 링부(321)를 밀때 제1 씰(310)로 힘이 전달됨에 따라 제1 씰(310)에 의해 밸브 씰(300)이 일체적으로 안정적으로 이동된다.

이후 배출 배관의 압력이 정상 압력으로 감지되면 에어 실린더의 제어로써 지그부(500)는 다시 제2 방향으로 복귀되며, 흡입용 체크밸브(1)의 밸브 씰(300)은 실린더 내 압력의 작용에 따라 이동되면서 제1 유로(101)를 개폐 작동하게 된다.

한편, 레그(510)가 링부(321)와 접촉하여 미는 과정이 반복되면 링부(321)의 표면이 손상될 수 있다. 이러한 손상은 링부(321)와 제1 유로(101) 단부의 접촉 부분에서 틈을 발생시켜 공기가 역유입 또는 누설되게 할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 실시예에 따른 체크밸브(1)는 링부(321) 상에 제1 유로(101)를 향해 돌출되는 보강부(322)가 형성될 수 있다. 지그부(500)의 제1 방향 이동시 레그(510)는 그 단부가 보강부(322)에 접촉된 채 링부(321)를 밀게 되는데, 이 보강부(322)에 의해 링부(321) 표면의 손상이 방지됨으로써 지그부(500)의 반복 작동에도 밸브 씰(300)은 손상되지 않고 기밀 성능을 유지할 수 있다. 그리고 전술한 보강부(322)는 제1 유로(101)를 향하는 단부면, 즉 지그부(500)의 레그(510)가 접촉되는 단부면이 레그(510)와 안정적으로 접촉되도록 평면으로 형성될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 이 실시예는 바람직한 예를 나타내는 것일 뿐, 본 발명이 이 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이 실시예로부터 다양한 변형이나 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1: 공기 압축기용 체크밸브 100: 밸브 바디
101: 제1 유로 101a: 경사면부
150: 스페이서 200: 밸브 스토퍼
201: 제2 유로 300: 밸브 씰
301: 제3 유로 310: 제1 씰
320: 제2 씰 321: 링부
322: 보강부 330: 제3 씰
400: 스프링 500: 지그부
510: 레그

Claims (4)

1. 공기가 유통하는 유로(101)가 관통 형성된 밸브 바디(100);
   상기 밸브 바디(100)와의 사이에 스페이서(150)가 개재되어 상기 밸브 바디(100)로부터 상기 스페이서(150)의 폭만큼 이격되어 배치된 채 상기 밸브 바디(100)와 고정되는 밸브 스토퍼(200);
   상기 밸브 바디(100)와 상기 밸브 스토퍼(200) 사이의 이격된 공간에서 이동되도록 배치되어 이동에 따라 상기 유로를 개폐하는 밸브 씰(300); 및
   상기 밸브 씰(300)에 대해 이동 방향으로 탄성력을 제공하도록 상기 밸브 스토퍼(200)와 상기 밸브 씰(300) 사이에 배치되는 스프링(400)을 포함하며,
   상기 밸브 씰(300)은 금속 소재의 제1 씰(310)과 상기 제1 씰(310)의 일면상에 적층 형성되는 탄력적인 소재의 제2 씰(320)을 포함하되, 상기 제2 씰(320)은 상기 유로를 향해 돌출되는 링부(321)를 포함하여 상기 밸브 씰(300)의 이동시 상기 링부(321)가 상기 유로(101)의 단부에 접촉되면서 상기 유로(101)를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기용 체크밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유로(101)의 단부는 상기 유로의 끝단으로 갈수록 폭이 커지는 경사면부(101a)가 형성되며,
   상기 링부(321)는 단면상 반구 형상인 것을 특징으로 하는 공기 압축기용 체크밸브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 링부(321)상에 상기 유로(101)를 향해 돌출되는 보강부(322)가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기용 체크밸브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 유로(101)를 향하는 상기 보강부(322)의 단부면이 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기용 체크밸브.

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