KR20100084121A - 배압제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발생한 부식성 가스의 투과에 의한 금속 부품의 부식이 방지되고, 저가로 높은 수율의 제조가 가능한 동시에, 유체 안으로의 불순물 용출이나 약액의 오염이 극히 적으며, 내구성이 뛰어나고 안정적인 제어성능을 얻을 수 있는 배압제어밸브를 제공하는 것으로, 본체와, 보닛과, 스프링받이와, 피스톤과, 스프링과, 본체의 제1 공간에 뚜껑을 덮는 형태로 제1 밸브실을 형성하는 제1 다이어프램부가 배치되고, 제1 다이어프램부의 하면 중앙에 본체의 제1 공간 내부에 위치하는 연결유로보다 직경이 크게 설치된 밸브체가 배치되며, 로드 하단면에 제2 다이어프램부가 배치되어 이루어지는 밸브기구체와, 베이스 플레이트로 이루어지고, 피스톤의 상하이동에 따라서 밸브체 및 본체의 밸브시트에 의해 형성되는 유체제어부의 개구면적이 변하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배압제어밸브이다.

Description

배압제어밸브{Valve for controlling back pressure}

본 발명은 1차측 유체를 소정의 압력으로 제어하는 배압제어밸브에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 주로 반도체 산업에서의 초순수 라인이나 각종 화학약액 라인에 적절하게 사용되고, 유체 압력의 변화에 대한 즉응성(卽應性)이 뛰어난 배압제어밸브에 관한 것이다.

종래, 유체밸브의 1차측 압력을 제어하는 밸브에 있어서, 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같은 배압제어밸브가 있었다(예를 들어, 일본특허공개공보 제2001-99344호 공보 참조). 이 밸브는 1차측의 유체를 소정의 압력 상태로 제어하는 배압제어밸브로서, 피제어유체의 유입부(51)를 가지는 제1 챔버(52)와, 피제어유체의 유출부(53)를 가지는 제2 챔버(54)와, 제1 챔버(52)와 제2 챔버(54)를 연결하고 밸브시트(55)가 형성된 연결유로(56)를 가지는 몸체본체(57)와, 연결유로(56)의 제1 챔버(52)측에 위치하고 밸브시트(55)를 개폐하는 밸브부(58)를 가지는 로드부(59)와, 로드부(59)의 일측에 설치되고 제1 챔버(52) 안에 배치되는 제1 다이어프램부(60) 및 마찬가지로 로드부(59)의 타측에 설치되고 제2 챔버(54) 안에 배치되는 제2 다이어프램부(61)를 구비하는 밸브기구체(63)로 이루어지고, 제1 다이어프램부(60)는 그 외주부가 제1 챔버(52)를 구성하는 몸체본체(57)에 고정되고 제2 챔버(52)를 제1 다이어프램부(60) 내측의 유입부(51)를 포함하는 제1 밸브실(63)과 외측의 제1 조압실(64)로 구획하고, 제2 다이어프램부(61)는 그 외주부가 제2 챔버(54)를 구성하는 몸체본체(57)에 고정되고 제2 챔버(54)를 제2 다이어프램부(61) 내측의 유출부(53)를 포함하는 제2 밸브실(65)과 외측의 제2 조압실(66)로 구획하며, 제1 조압실(64)에는 제1 다이어프램부(60)를 소정 방향으로 소정의 설정 압력으로 조압하는 제1 조압수단이 설치되어 있는 동시에, 제2 조압실(64)에는 제2 다이어프램부(61)를 소정 방향으로 소정의 설정 압력으로 조압하는 제2 조압수단이 설치되어 있는 것이다.

하지만, 이와 같은 다이어프램을 이용한 밸브에서는 흐르는 유체로부터 발생한 가스가 다이어프램을 투과하는 문제가 있었다. 특히, 약액을 사용하는 배관라인에 사용하였을 경우, 약액으로부터 부식성 가스가 발생하거나 약액 자체의 기화가 있어나기 때문에, 부식성 가스가 다이어프램을 투과함으로써 다이어프램 부근의 금속 부품을 부식시켜 버리는 문제가 있어서, 상기 종래의 배압제어밸브의 경우, 제2 다이어프램부(61)의 하면에 스프링(67)이 배치되어 있기 때문에, 부식성 가스에 의해 스프링이 부식되어 정상적인 배압제어가 이루어질 수 없게 될 우려가 있었다. 그 대책으로서 제2 다이어프램부(61)를 투과한 가스로부터 스프링(67)을 보호하기 위하여 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE라고 함) 등에 의한 코팅이 필요하였다. 하지만, 스프링(67)을 코팅하면 스프링 정수가 코팅 두께 등에 의해 변하기 때문에, 배압제어밸브의 개체차를 발생시키는 문제나 코팅 작업에 의해 제조공정이 늘어나는 문제가 있었다.

또한, 일반적인 유체제어밸브에 있어서, 밸브의 개구도에 대하여 개구면적의 변화가 작은 편이 보다 미세한 제어를 가능하게 하여 유체제어성능이 향상되는 것은 잘 알려져 있다. 상기 배압제어밸브에서도 밸브부(58)의 축방향 이동량에 대하여 연결유로(56)의 개구면적 변화가 작은 편이 유체제어성능이 향상된다. 밸브기구체(62)의 이동량에 대하여 개구면적의 변화를 줄이기 위해서는, 밸브부(58)의 직경을 작게 설계하여야 하고, 그에 따라 밸브부(58)와 제2 다이어프램부(61)를 잇는 로드부(59)의 직경도 작아진다. 또한, 상기 배압제어밸브는 제1 조압실(調壓室; 64) 내의 압력에 의해 밸브부(58)의 위치를 조절함으로써 연결유로(56)의 개구면적을 조절할 수 있는데, 제1 다이어프램부(60)나 제2 다이어프램부(61)의 직경이 작으면 다이어프램부가 변형되기 어렵기 때문에, 제1 조압실(64) 내의 압력과 밸브부(58)의 위치의 관계가 직선적이지 않고, 또한 이력현상(hysteresis)도 커지는 문제가 있었다.

다이어프램부의 용이한 변형은 다이어프램부의 직경에 의존하기 때문에, 다이어프램부가 클수록 제1 조압실(64) 내의 압력과 밸브부(58)의 위치의 관계가 직선적이 되고, 이력현상도 작게 억제할 수 있다. 결국, 상기 배압제어밸브에서 배압 제어성능을 향상시키기 위해서는, 밸브부(58)의 직경을 작게 설치하는 동시에 다이어프램부의 직경을 크게 설계하여야 한다.

여기서, 제1 다이어프램부(60)의 직경을 크게, 또한 밸브부(58)의 직경을 작게 설치하였을 경우, 제1 조압실(64) 내부의 압력이 제1 다이어프램부(60)를 아래쪽으로 누르는 힘이 커지고, 또한 하류측 유체의 압력이 제1 다이어프램부(60)를 위쪽으로 누르는 힘도 커진다. 그 때문에, 힘의 균형을 유지하기 위하여 스프링의 반발력에 의한 위쪽으로의 힘도 크게 할 필요가 있다. 이 때, 그 힘들은 밸브부(58)의 상하단면과 제1, 제2 다이어프램부(60, 61)를 잇는 로드부(59)에 의해 지지되고 있으며, 로드부(59)는 항상 축방향으로 압축되어 있는데, 그 직경이 작게 형성되어 있기 때문에 그 강도가 우려되는 부품 중 하나였다. 특히, 피제어유체가 고온의 부식성 유체인 경우에는, 로드부(59)의 재질로서 내약품성 때문에 PTFE를 사용하는 경우가 많은데, PTFE는 기계적 강도가 낮은데다가 크리프(creep)되기 쉬운 특성을 가지기 때문에, 장기간에 걸쳐서 사용하면 로드부(59)에 굴곡이나 좌굴(buckling)이 일어나서 배압제어성능이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래의 배압제어밸브의 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 발생한 부식성 가스의 투과에 의한 금속 부품의 부식이 방지되고, 저가로 높은 수율의 제조가 가능한 동시에, 유체 안으로의 불순물 용출이나 약액의 오염이 극히 적으며, 내구성이 뛰어나고 안정적인 제어성능을 얻을 수 있는 배압제어밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성을 설명하면, 하부 중앙에 바닥부까지 개방되어 설치된 제2 공간과, 상기 제2 공간과 연결되는 출구유로와, 상부에 상면에 개방되어 설치되고 상기 제2 공간의 최대직경보다 큰 직경을 가지는 제1 공간과, 상기 제1 공간과 연결되는 입구유로와, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 연결하는 연결유로를 가지고, 상기 연결유로에 밸브시트가 형성된 본체; 상기 본체의 위쪽에 위치하고 측면 혹은 상면에 설치된 통기구멍에 연결된 원통형상의 틈을 내부에 가지며, 하단 내주면에 단차부가 설치된 보닛(bonnet); 상기 보닛의 상기 단차부에 끼워져서 상기 본체와 상기 보닛의 사이에서 협지(挾持)되고, 중앙부에 관통구멍을 가지는 스프링받이; 상부에 설치된 차양부와, 상기 차양부의 하부 중앙으로부터 늘어뜨려져서 형성된 피스톤축을 가지고, 상기 보닛의 틈 내부에 상하이동 가능하게 배치된 피스톤; 상기 피스톤의 상기 차양부 하단면과 상기 스프링받이의 상단면에 의해 협지되어 지지되어 있는 스프링; 둘레부가 상기 본체와 상기 스프링받이의 사이에서 협지되어 고정되고 상기 본체의 제1 공간에 뚜껑을 덮는 형태로 제1 밸브실을 형성하며 중앙부가 두꺼운 제1 다이어프램부가 배치되고, 상기 제1 다이어프램부의 상부 중앙은 상기 스프링받이의 상기 관통구멍을 관통한 상태에서 상기 피스톤축의 하단부와 접합고정되며, 상기 제1 다이어프램부의 하면 중앙에 상기 본체의 상기 제1 공간 내부에 위치하는 상기 연결유로보다 직경이 크게 설치된 밸브체가 배치되고, 상기 밸브체 하단부로부터 돌출하여 로드가 설치되며, 상기 로드 하단면에 직경방향으로 뻗어나와 설치된 제2 다이어프램부가 배치되어 이루어지는 밸브기구체; 및 상기 본체의 아래쪽에 위치하고 상기 제2 다이어프램부의 둘레부를 상기 본체와의 사이에서 협지하여 고정하며, 상부 중앙에 상기 제2 다이어프램부의 하면과 함께 형성하는 제3 공간을 가지고, 상기 제3 공간에 연결되는 호흡구멍이 설치되어 있는 베이스 플레이트;로 이루어지고, 상기 피스톤의 상하이동에 따라서 상기 밸브체 및 상기 본체의 밸브시트에 의해 형성되는 유체제어부의 개구면적이 변하도록 구성되어 있는 것을 제1 특징으로 한다.

상기 보닛의 측면 또는 상면에, 외부와 상기 틈을 연결하는 상기 틈 내의 작동유체가 배출되는 배출구멍이 설치된 것을 제2 특징으로 한다.

상기 스프링이 복수개 설치되며, 상기 피스톤축의 축대칭 위치에 균일하게 배치되는 것을 제3 특징으로 한다.

한편, 본체(1)의 재질은, PTFE, 폴리비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등의 불소수지가 바람직하게 사용되는데, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌(이하, PP라고 함), 폴리스틸렌, ABS 수지 등 그 밖의 플라스틱 혹은 금속이어도 되고 특별히 한정되지 않는다. 또한, 보닛(2), 스프링받이(3) 및 피스톤(4)은 강도, 내열성의 관점에서 PP가 바람직하게 사용되는데, 마찬가지로 그 밖의 플라스틱이나 금속이어도 되고 특별히 한정되지 않는다. 스프링(5)은 내식성, 방청성의 관점에서 스테인레스 스틸이 바람직하게 사용되는데, 그 밖의 금속이어도 되고 특별히 한정되지 않는다. 더욱이, 각 다이어프램부(7, 9)의 재질은 PTFE 등의 불소수지가 바람직하게 사용되는데, 고무 및 금속이어도 되고 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 배압제어밸브는 이상 설명한 바와 같은 제조를 하고 있으며, 이것을 사용함으로써 아래의 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

(1) 틈 내부로 공급되는 작동유체의 압축공기가 외부로 배출되기 때문에, 다이어프램부를 투과한 가스에 의해 스프링이 부식되지 않고, 코팅 등의 대책이 필요하지 않게 되어, 스프링의 개체차를 줄여서 수율을 향상시킬 수 있으며, 저가로 제조할 수 있다.

(2) 배출구멍으로부터 항상 압축공기를 배출함으로써 틈 내부의 배출효율을 향상시킨다.

(3) 제1 다이어프램부가 파손되어 틈 안으로 유체가 흘러들어와도 배출구멍으로부터 유체를 배출할 수 있기 때문에, 압축공기의 공급장치에 유체가 유입하여 장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

(4) 밸브기구체의 로드나 각 접합부에 굴곡이나 좌굴이 일어나지 않기 때문에, 내구성을 향상시킬 수 있다.

(5) 콤팩트한 구조이며, 안정된 배압제어가 가능하다.

도 1은 본 발명의 배압제어밸브를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1에서 상류측 압력이 증가하였을 경우의 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 밸브기구체의 분해단면도이다.
도 4는 본 발명의 배압제어밸브의 다른 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 배압제어밸브를 이용한 배관라인의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6은 종래의 배압제어밸브를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하는데, 본 발명은 분명 본 실시예에 의해 한정되지 않는다.

도면에서, PTFE제 본체(1)는, 하부 중앙에 바닥면까지 개방되어 설치된 제2 공간(11)과, 상부에 상면까지 개방되어 설치된 제2 공간(11)의 직경보다 큰 직경을 가지는 제1 공간(12)을 가지고, 측면에는 제1 공간(12)과 연결되어 있는 입구유로(13)와, 입구유로(13)와 마주보는 면에 제2 공간(11)과 연결되어 있는 출구유로(14)가 설치되며, 더욱이 제1 공간(12)과 제2 공간(11)을 연결하고 제2 공간(11)의 직경보다 작은 직경을 가지는 연결유로(15)가 설치되어 있다. 연결유로(15)의 제1 공간(12)과의 접속부에는 밸브시트(16)가 형성되어 있다.

본체(1)의 위쪽에는 PP제 보닛(2)이 배치되어 있다. 보닛(2)은, 내부에 원통형상의 틈(17)과, 하단 내주면에 틈(17)보다 직경이 확대된 단차부(18)가 설치되고, 상면에는 틈(17)과 외부를 연결하는 통기구멍(19)이 설치되어 있다. 통기구멍(19)은 외부 장치로부터 틈(17) 내부로 작동유체인 압축된 불활성 가스나 공기를 공급 또는 배출한다. 보닛(2)의 측면에는 틈(17)과 외부를 연결하는 배출구멍(40)이 설치되어 있다. 한편, 통기구멍(19)은 공기공급용와 공기배출용으로 각각 설치되어도 되고, 배출구멍(40)은 통기구멍(19)보다 낮은 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 배출구멍(40)은 구멍만 설치한 구성이어도 되고, 튜브를 설치하여도 된다. 배출구멍(40)은 틈(17)과 외부를 연결할 수 있다면 형상은 특별히 한정되지 않는다.

본체(1)와 보닛(2)의 사이에는 PP제 평면 원형상의 스프링받이(3)가 협지되어 있다. 스프링받이(3)는 중앙부에 관통구멍(20)을 가지고, 대략 상부 절반이 보닛(2)의 단차부(18)에 밀봉된 상태로 끼워져 있다. 스프링받이(3)의 측면부에는 고리형상 홈 또는 고리형상 절결부가 설치되어 O-링을 장착하는 등에 의해 보닛(2)으로부터 외부로 불활성 가스나 공기가 유출되는 것을 막고 있다.

PP제 피스톤(4)은, 상부에 원반형상의 차양부(21)와, 차양부(21)의 중앙 하부로부터 원기둥형상으로 돌출하여 설치된 피스톤축(22)과, 피스톤축(22)의 하단에 설치된 암나사부로 이루어지는 제1 접합부(23)를 가진다. 피스톤축(22)은 스프링받이(3)의 관통구멍(20)보다 작은 직경으로 설치되어 있다.

SUS제 스프링(5)은, 피스톤(4)의 차양부(21) 하단면과 스프링받이(3)의 상단면에 의해 협지되고, 피스톤(4)을 위쪽으로 누르고 있다. 피스톤(4)의 상하이동에 따라서 스프링(5)도 신축(伸縮)하는데, 그 때의 하중 변화가 적도록 자유길이가 긴 것이 바람직하게 사용된다.

PTFE제 밸브기구체(6)는, 제1 다이어프램부(7), 로드부재(8), 제2 다이어프램부(9)로 구성되어 있다.

제1 다이어프램부(7)는, 바깥둘레부(24)를 가지는 막부(25)와 두께부를 중앙부에 가지고, 제1 다이어프램부(7)의 중앙 상부로 돌출하여 설치된 작은 직경의 숫나사로 이루어지는 제2 접합부(26)와, 제1 다이어프램부(7)의 중앙 하부에 오목한 형상으로 설치되고 제2 접합부(26)보다 직경이 작은 암나사로 이루어지는 제3 접합부(27)를 가지고 있다(도 3 참조). 제1 다이어프램부(7)와 피스톤(4)은, 피스톤축(22)이 스프링받이(3)의 관통구멍(20)을 관통하여 피스톤축(22) 하단의 제1 접합부(23)와 제1 다이어프램부(7)의 제2 접합부(26)가 나사결합에 의해 접합된다. 한편, 제1 다이어프램부(7)의 중앙 상부에 돌기부(도시하지 않음)를 설치하여, 이 돌기부가 스프링받이(3)의 관통구멍(20)을 관통하여 피스톤축(22) 하단의 제1 접합부(23)와 이 돌기부 선단에 설치된 제2 접합부(26)를 접합하여 설치하여도 된다. 제1 다이어프램부(7)의 바깥둘레부(24)는, 본체(1)와 스프링받이(3) 사이에서 협지되어 고정됨으로써 본체(1)의 제1 공간(12), 제2 다이어프램부(7)의 하면으로 형성되는 제1 밸브실(28)을 가지고 있다. 또한, 제1 다이어프램부(7)의 상면, 스프링받이(3), 보닛(2)의 틈(17)은 0-링 등을 통하여 밀봉되어 있으며, 보닛(2)의 통기구멍(19)으로부터 공급되는 작동유체인 압축된 불활성 가스나 공기가 가득차는 공기실을 형성하고 있다.

로드부재(8)는, 상부에 본체(1)의 제1 공간(12)의 내부에 설치되고 연결유로(15)보다 직경이 크게 설치된 밸브체(29)와, 밸브체(29)의 상단에 설치되고 제1 다이어프램부(7)의 제3 접합부(27)와 나사결합에 의해 접합 고정되는 제4 접합부(30)와, 밸브체(29) 하단면으로부터 돌출하여 설치된 로드(31)와, 로드(31)의 하단에 설치된 암나사부로 이루어지는 제5 접합부(32)를 가지고 있다(도 3 참조).

제2 다이어프램부(9)는, 중앙 상부에 로드부재(8)의 제5 접합부(32)와 나사결합에 의해 접합 고정되는 제6 접합부(33)와, 직경방향으로 뻗어나와 설치된 막부(34)와, 바깥둘레부(35)를 가지고 있다(도 3 참조).

PP제 베이스 플레이트(10)는, 제2 다이어프램부(9)의 바깥둘레부(35)를 베이스 플레이트(10)와 본체(1) 사이에서 협지하여 고정함으로써 본체(1)의 제2 공간(11)과 제2 다이어프램부(9)에 의해 형성되는 제2 밸브실(36)을 가진다. 베이스 플레이트(10)의 상면 중앙에는 오목부(37)가 설치되어 있고, 제2 다이어프램부(9)의 하면과 오목부(37)의 내주면에 의해 제3 공간(41)이 형성되며, 하면에는 오목부(37)에 연결되는 호흡구멍(38)이 설치되어 있고, 보닛(2)과의 사이에서 본체(1)를 통하여 볼트와 너트에 의해 협지 고정되어 있다(도시하지 않음). 제3 공간(41)은 제2 다이어프램부(9)의 상하이동에 의해 내부 부피가 변하며, 제3 공간(41)의 부피 변화에 따라 호흡구멍(38)으로부터 공기를 흡인 또는 배출함으로써 제3 공간(41) 안이 대기압과 같아지도록 일정하게 하여, 제2 다이어프램부(9)의 상하이동에 부하를 걸지 않고 부드럽게 실행할 수 있다.

본 실시예에서 각 접합부(23, 26, 27, 30, 32, 33)는 나사결합에 의한 접합이 나타나 있는데, 접착, 열융착, 핀고정, 바요넷(bayonet)에 의한 접합이어도 된다. 또한, 도시된 바와 같이, 본 발명의 배압제어밸브는 외관이 평면 직사각형 형상으로 되어 있는데, 이 형상으로 한정되지 않고, 사용되는 장소에 따라 평면 원형상으로 형성하여도 된다. 한편, 밸브기구체(6)는 제1 다이어프램부(7), 로드부재(8), 제2 다이어프램부(9)의 3가지 부재의 나사결합에 의해 형성되어 있는데, 배압제어밸브의 조립에 지장이 없으면 일체로 형성하여도 되고, 예를 들어 제1 다이어프램부(7)와 로드부재(8)를 하나의 부재로 하거나, 로드부재(8)와 제2 다이어프램부(9)를 하나의 부재로 하여 일체로 형성하여도 된다.

아래에 본 실시예의 작동에 대하여 설명한다.

도 1은 보닛(2)의 틈(17)으로 전공 레귤레이터(Electro-Pneumatic Regulator) 등(도시하지 않음)을 이용하여 어느 일정한 압축공기를 공급하고 있는 경우를 나타내고 있다. 여기서, 밸브기구체(6)의 밸브체(29)는, 피스톤(4)의 차양부(21)와 스프링받이(3)에 협지되어 있는 스프링(5)의 반발력과, 밸브기구체(6)의 제1 다이어프램부(7) 하면의 유체 압력에 의해 위쪽으로 밀려 올라가고, 제1 다이어프램부(7) 상면의 압축공기의 압력에 의해 밀려 내려가고 있다. 더욱 엄밀하게는, 밸브체(29)의 하면과 밸브기구체(6)의 제2 다이어프램부(9)의 상면이 유체 압력을 받고 있는데, 그들의 수압(受壓)면적이 거의 동등하게 되어 있기 때문에 힘은 거의 상쇄되고 있다. 따라서, 밸브기구체(6)의 밸브체(29)는 상술한 3개의 힘이 조화를 이루는 위치에 정지되어 있게 된다. 그 때문에, 이 시점에서 배압제어밸브의 1차(상류)측은 일정한 압력을 유지할 수 있다.

여기서, 1차측 유체 압력이 증가하였을 경우, 순간적으로 제1 밸브실(28) 안의 압력도 증가한다. 그러면, 제1 다이어프램부(7)의 상면이 압축공기로부터 받는 힘보다 제1 다이어프램부(7)의 하면이 유체로부터 받는 힘이 커져서 밸브기구체(6)가 위쪽으로 이동한다. 그와 함께, 밸브체(29)의 위치도 위쪽으로 이동하기 때문에, 밸브시트(16)와의 사이에 형성되는 유체제어부(39)의 개구면적이 증가하고, 제1 밸브실(28) 안의 유체가 제2 밸브실(36)로 흘러들어감으로써 제1 밸브실(28) 안의 압력을 감소시킨다. 최종적으로 밸브체(29)의 위치가 상기 3개의 힘이 조화를 이루는 위치까지 이동하여 정지한다(도 2 상태). 이 때 스프링(5)의 하중이 크게 변하지 않으면 틈(17) 내부의 압력 즉, 제1 다이어프램부(7) 상면이 받는 힘은 변하지 않기 때문에, 제1 다이어프램부(7)의 하면이 받는 압력은 대략 변하지 않게 된다. 따라서, 제1 다이어프램부(7) 하면의 유체 압력 즉, 제1 밸브실(28) 안의 압력은 1차측 압력이 증가하기 전의 압력과 같아져 있다.

도 2의 상태로부터 1차측 유체 압력이 감소하였을 경우, 순간적으로 제1 밸브실(28) 안의 압력도 감소한다. 그러면, 제1 다이어프램부(7)의 상면이 압축공기로부터 받는 힘보다 제1 다이어프램부(7)의 하면이 유체로부터 받는 힘이 작아져서 밸브기구체(6)가 아래쪽으로 이동한다. 그에 따라 밸브체(29)의 위치도 아래쪽으로 이동하기 때문에, 밸브시트(16)와의 사이에 형성되는 유체제어부(39)의 개구면적이 감소하고, 제1 밸브실(28) 안의 유체가 제2 밸브실(36)로 흘러들어가지 않게 됨으로써 제1 밸브실(28)의 유체 압력을 증가시킨다. 최종적으로 밸브체(29)의 위치가 상기 3개의 힘이 조화를 이루는 위치까지 이동하여 정지한다(도 1 참조). 따라서, 상류측 압력이 증가하였을 경우와 마찬가지로, 제1 밸브실(28) 안의 유체 압력은 1차측 압력이 감소하기 전의 압력과 같아져 있다.

이상의 동작에 의해 배압제어밸브의 1차측 유체 압력이 변하여도 제1 밸브실(28) 안의 유체 압력은 거의 변하지 않는다. 그 때문에, 배압제어밸브에 유입하는 1차측 유체 압력을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 보닛(2)의 틈(17) 내부에는 작동유체인 압축공기가 통기구멍(19)으로부터 공급되면 틈(17) 내부의 압축공기는 체류하지 않고 항상 유동하여 배출구멍(40)으로부터 외부로 배출된다. 그 때문에, 부식성 유체를 흘렸을 경우에 부식성 가스가 제1 다이어프램부(7)를 투과하여 틈(17) 안으로 들어오더라도, 공급된 공기의 흐름에 실려서 배출구멍(40)으로부터 배출됨으로써 틈(17) 안에 부식성 가스가 체류하는 것이 방지된다. 그 때문에, 틈(17) 안에 배치된 스프링(5)이 부식성 가스에 의해 부식되지 않고, 부식을 방지하기 위한 코팅 등을 할 필요가 없어서, 저가로 제조할 수 있다. 더욱이, 코팅에 의한 스프링 정수의 변화도 일어나지 않기 때문에, 개체차를 작게 유지할 수 있어서 수율을 향상시킬 수 있다. 한편, 배출구멍(40)도 설치하지 않고 통기구멍(19)으로부터 압축공기를 공급·배출함으로써 틈(17) 안의 공기를 체류시키지 않도록 하여도 된다. 배출구멍(40)을 설치하는 편이 부식성 가스의 배출효율이 보다 향상되기 때문에 바람직하다.

또한, 가령 제1 다이어프램부가 파손되었을 경우, 유체가 틈(17) 안으로 흘러들어와도 압축공기가 공급되는 통기구멍(19)에 대하여 배출구멍(40)은 대기개방이기 때문에, 압력차에 의해 유체가 배출구멍(40) 쪽으로 흘러서 배출구멍(40)으로부터 외부로 배출된다. 이에 의해, 유체가 통기구멍(19)을 통하여 압축공기의 공급장치에 유체가 유입되어 장치가 파손되는 등의 2차 피해를 방지할 수 있다.

또한, 제1 밸브실(28) 안의 유체 압력에 의한 위쪽으로의 힘, 제1 다이어프램부(7)가 받는 틈(17) 내부의 압력에 의한 아래쪽으로의 힘, 및 스프링(5)의 반발력에 의한 위쪽으로의 힘은, 밸브기구체(6)의 로드(31)와 피스톤(4)의 피스톤축(22)에 의해 지지되어 상쇄되고 있기 때문에 로드(31)나 각 접합부에 실리는 부하가 작고, 밸브체(29)의 직경을 줄여도 로드(31)나 각 접합부에 굴곡이나 좌굴이 일어나지 않기 때문에 내구성을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 밸브기구체(6)는 피스톤(4)의 피스톤축(22)과 접합 고정되어 있으며, 피스톤축(22)은 스프링받이(3)의 관통구멍(20)을 관통한 상태로 보유되어 있기 때문에, 피스톤축(22)은 축심이 어긋나지 않고 보유되며, 피스톤축(22)과 접합되어 있는 밸브기구체(6)도 축심이 어긋나지 않고 배압제어밸브 안에서 보유된다. 이 때문에, 유로 안의 압력변동에 대하여 밸브기구체(6)의 안정적인 작동, 특히 유체제어부(39)에서의 안정적인 유체제어가 가능하며, 돌발적인 압력변화가 일어나도 밸브기구체(6)의 축심이 어긋나지 않고 안정적으로 유체의 압력제어를 할 수 있다.

이어서, 본 발명의 배압제어밸브의 다른 실시예에 대하여 도 4에 근거하여 설명한다. 도 4는 도 1의 스프링(5)을 다른 구성의 스프링(42)으로 바꾼 것으로, 도 1과 같은 부재는 같은 번호로 설명한다.

4개의 SUS제 스프링(42)은 각각 동일한 스프링 정수이고 같은 크기이며, 틈(17) 안에서 피스톤(4)의 피스톤축(22)의 축대칭 위치에 균일하게 원주상에 따라 일정한 간격을 두고 배치되고, 피스톤(4)의 차양부(21) 하단면과 스프링받이(3)의 상단면에 의해 협지되어 피스톤(4)을 위쪽으로 누르고 있다. 한편, 스프링(42)은 2개 이상이고, 틈(17) 안에서 배치할 수 있으면 개수는 한정되지 않는데, 4개, 6개, 8개인 것이 대칭위치에 배치되어 가압하는 힘이 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한, 스프링(42)의 스프링 정수는 축심에 대하여 대칭 위치에 있는 것이 일정하다면 모두가 일정할 필요는 없다.

본 실시예의 배압제어밸브는, 피스톤(4)이 피스톤축(22)의 축대칭 위치에서 같은 힘으로 눌리기 때문에, 스프링(42)에 의한 힘의 누름이 피스톤(4)의 축심방향으로부터 어긋나지 않고 안정적으로 누를 수 있다. 여기서, 스프링(42)은 스프링 정수가 작은 편이 누르는 힘의 변화가 적고, 미세한 압력제어가 가능하기 때문에 바람직하다. 도 1과 같이 스프링이 1개뿐인 경우, 스프링 정수를 줄이기 위해서는 스프링의 전체 길이가 긴 것을 사용하지 않으면 안되기 때문에 밸브높이가 높아지고, 스프링이 압축되었을 때 비틀림이 발생하기 쉬운데, 본 실시예와 같이 복수개의 작은 스프링을 사용함으로써, 1개당 스프링의 길이를 작게 억제할 수 있는 동시에 밸브 높이도 낮게 억제할 수 있어서 바람직하다. 더욱이, 용도에 따라 스프링의 누르는 힘을 변화시키는 경우, 스프링 정수가 다른 스프링으로 교환하지 않고 스프링의 개수를 증감함으로써 용이하게 조정할 수 있다.

이어서, 본 발명의 배압제어밸브의 사용예에 대하여 도 5에 근거하여 설명한다.

도 5와 같이, 펌프(43)를 사용하여 저장된 약액(도시하지 않음)을 배관라인으로부터 각 공급라인으로 분배하는 장치에 있어서, 펌프에서 공급되는 약액의 유량을 측정하는 유량계(44)가 설치되고, 유량계(44)의 하류 배관라인을 5개로 분기시키고, 분기시킨 하나의 공급라인(49)에 본 발명의 배압제어밸브(45)가 접속되어 있다. 또한, 분기시킨 다른 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)에는 상류측으로부터 차례로 각각 유량계(46a, 46b, 46c, 46d), 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d), 니들밸브(needle valve; 48a, 48b, 48c, 48d)가 접속되어 있다. 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)가 개방상태일 때, 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)은 각각 유량계(46a, 46b, 46c, 46d)로 유량을 확인하면서 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)로 각각 유량을 조절하여 약액을 흘릴 수 있다.

이어서, 배관라인 안에서의 배압제어밸브(45)의 작동을 설명한다.

먼저, 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)가 개방상태에서 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)를 조절하여 각각의 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 유량을 일정하게 한다. 배압제어밸브(45)에 의해 배압제어밸브(45)의 1차측 압력이 일정하게 된다. 이에 의해 배압제어밸브(45)의 1차측 공급라인(49) 및 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력이 일정해진다. 이어서, 유체를 흘리고 있는 상태에서 개폐밸브(47a)를 폐지(閉止)하였을 때, 배압제어밸브(45)의 1차측 공급라인(49)과 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력이 변동하여, 배압제어밸브(45)에 흐르는 유량이 증가한다. 이 때, 배압제어밸브(45)에 의해 1차측 압력이 일정해지도록 조절되기 때문에, 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력은 일정해지고, 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 유량도 개폐밸브(47a)의 폐지에 의한 압력 변동에 영향을 받지 않고 일정한 유량으로 흘릴 수 있다. 마찬가지로, 유체를 흘리고 있는 상태에서 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)를 임의로 폐지하였다고 하여도, 배압제어밸브(45)에 의해 배압제어밸브(45)의 1차측 공급라인(49)과 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력이 일정해지도록 제어되며, 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 유량도 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)의 폐지에 의한 압력 변동에 영향을 받지 않고 일정한 유량으로 흘릴 수 있다.

또한, 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)가 폐지상태인 때로부터 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)를 임의로 개방하였을 경우에도 마찬가지이며, 배압제어밸브(45)의 1차측 공급라인(49)과 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력이 변동하여 배압제어밸브(45)에 흐르는 유량은 감소하지만, 배압제어밸브(45)에 의해 배압제어밸브(45)의 1차측 공급라인(49)과 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력이 일정해지도록 제어되며, 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 유량도 개폐밸브(47a, 47b, 47c, 47d)의 개방에 의한 압력 변동에 영향을 받지 않고 일정한 유량으로 흘릴 수 있다.

그 때문에, 분기된 공급라인을 폐지하거나 개방함으로써 공급라인의 압력이 변동하여 배압제어밸브(45)에 흐르는 유량이 증감하였다고 하여도, 배압제어밸브(45)에 의해 1차측 공급라인(49)과 니들밸브(48a, 48b, 48c, 48d)의 1차측 각 공급라인(50a, 50b, 50c, 50d)의 압력을 일정하게 할 수 있으며, 각 공급라인의 유량이 변동하지 않고 항상 안정적으로 일정한 유량을 공급할 수 있다. 한편, 유체의 압력은 정압(positive pressure)이 아니라 부압(negative pressure)이어도 되며, 마찬가지로 1차측 압력 즉, 진공압을 일정하게 제어할 수 있다.

1: 본체 2: 보닛
3: 스프링받이 4: 피스톤
5: 스프링 6: 밸브기구체
7: 제1 다이어프램부 8: 로드부재
9: 제2 다이어프램부 10: 베이스 플레이트
11: 제2 공간 12: 제1 공간
13: 입구유로 14: 출구유로
15: 연결유로 16: 밸브시트
17: 틈 18: 단차부
19: 통기구멍 20: 관통구멍
21: 차양부 22: 피스톤축
23: 제1 접합부 24: 바깥둘레부
25: 막부 26: 제2 접합부
27: 제3 접합부 28: 제1 밸브실
29: 밸브체 30: 제4 접합부
31: 로드 32: 제5 접합부
33: 제6 접합부 34: 막부
35: 바깥둘레부 36: 제2 밸브실
37: 오목부 38: 호흡구멍
39: 유체제어부 40: 배출구멍
41: 제3 공간 42: 스프링
43: 펌프 44: 유량계
45: 배압제어밸브 46a, 46b, 46c, 46d: 유량계
47a, 47b, 47c, 47d: 개폐밸브 48a, 48b, 48c, 48d: 니들밸브
49: 공급라인 50a, 50b, 50c, 50d: 공급라인

Claims (3)

1. 하부 중앙에 바닥부까지 개방되어 설치된 제2 공간과, 상기 제2 공간과 연결되는 출구유로와, 상부에 상면에 개방되어 설치되고 상기 제2 공간의 최대직경보다 큰 직경을 가지는 제1 공간과, 상기 제1 공간과 연결되는 입구유로와, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 연결하는 연결유로를 가지고, 상기 연결유로에 밸브시트가 형성된 본체;
   상기 본체의 위쪽에 위치하고 측면 혹은 상면에 설치된 통기구멍에 연결된 원통형상의 틈을 내부에 가지며, 하단 내주면에 단차부가 설치된 보닛;
   상기 보닛의 상기 단차부에 끼워져서 상기 본체와 상기 보닛의 사이에서 협지되고, 중앙부에 관통구멍을 가지는 스프링받이;
   상부에 설치된 차양부와, 상기 차양부의 하부 중앙으로부터 늘어뜨려져서 형성된 피스톤축을 가지고, 상기 보닛의 틈 내부에 상하이동 가능하게 배치된 피스톤;
   상기 피스톤의 상기 차양부 하단면과 상기 스프링받이의 상단면에 의해 협지되어 지지되어 있는 스프링;
   둘레부가 상기 본체와 상기 스프링받이의 사이에서 협지되어 고정되고 상기 본체의 제1 공간에 뚜껑을 덮는 형태로 제1 밸브실을 형성하며 중앙부가 두꺼운 제1 다이어프램부가 배치되고, 상기 제1 다이어프램부의 상부 중앙은 상기 스프링받이의 상기 관통구멍을 관통한 상태에서 상기 피스톤축의 하단부와 접합고정되며, 상기 제1 다이어프램부의 하면 중앙에 상기 본체의 상기 제1 공간 내부에 위치하는 상기 연결유로보다 직경이 크게 설치된 밸브체가 배치되고, 상기 밸브체 하단부로부터 돌출하여 로드가 설치되며, 상기 로드 하단면에 직경방향으로 뻗어나와 설치된 제2 다이어프램부가 배치되어 이루어지는 밸브기구체; 및
   상기 본체의 아래쪽에 위치하고 상기 제2 다이어프램부의 둘레부를 상기 본체와의 사이에서 협지하여 고정하며, 상부 중앙에 상기 제2 다이어프램부의 하면과 함께 형성하는 제3 공간을 가지고, 상기 제3 공간에 연결되는 호흡구멍이 설치되어 있는 베이스 플레이트로 이루어지고,
   상기 피스톤의 상하이동에 따라서 상기 밸브체 및 상기 본체의 밸브시트에 의해 형성되는 유체제어부의 개구면적이 변하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배압제어밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보닛의 측면 또는 상면에, 외부와 상기 틈을 연결하는 상기 틈 내의 작동유체가 배출되는 배출구멍이 설치된 것을 특징으로 하는 배압제어밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스프링이 복수개 설치되며, 상기 피스톤축의 축대칭 위치에 균일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배압제어밸브.

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