KR20160019551A

KR20160019551A - 다이어프램 밸브

Info

Publication number: KR20160019551A
Application number: KR1020167001008A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 나카타; 즈토무 시노하라; 미치오 야마지
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-02-19
Also published as: TWI623696B; WO2015012105A1; US20160290515A1; JP6232224B2; US10323757B2; TW201518631A; CN105473914B; KR102178798B1; CN105473914A; JP2015025502A

Abstract

시트 누설의 발생을 대폭 감소시킨 다이어프램 밸브를 제공한다. 시트(11)의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 오목부(14)가 형성되어 있다. 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분(15)과 다이어프램(6) 사이가 제1 시일부(17)가 된다. 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분(16)과 다이어프램(6) 사이가 제2 시일부(18)가 된다. 오목부(14)의 외주면(14b)이 원통면이 된다.

Description

다이어프램 밸브{DIAPHRAGM VALVE}

본 발명은 다이어프램 밸브에 관한 것이다.

밸브체로서 다이어프램을 사용하는 다이어프램 밸브는, 종래부터 잘 알려져 있다. 도 6에, 종래의 다이어프램 밸브를 나타낸다.

도 6에 있어서, 다이어프램 밸브(1)는, 유체 유입 통로(2a), 유체 유출 통로(2b) 및 상방을 향하여 개구한 오목부(2c)를 가지고 있는 블록형 보디(2)와, 보디(2)의 오목부(2c) 상부에 하단부가 나사 결합되어 상방으로 신장하는 원통형 본네트(3)와, 본네트(3)에 나사 결합된 케이싱(4)과, 유체 유입 통로(2a)의 둘레 가장자리에 마련된 환형의 합성 수지제 시트(5)와, 시트(5)에 압박 또는 이격되어 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 다이어프램(6)과, 다이어프램(6)의 중앙부를 누르는 다이어프램 누름부(7)와, 본네트(3) 및 케이싱(4)에 내장되어 다이어프램 누름부(7)를 통해 다이어프램(6)을 시트(5)에 압박·이격시키는 액추에이터(도시 생략)를 구비하고 있다.

이러한 다이어프램 밸브(1)에 있어서는, 내구성 및 신뢰성의 향상이 과제로 되어 있다. 예컨대, 상기 종래의 다이어프램 밸브(1)에 있어서, 도 7에 확대하여 나타내는 바와 같이, 시트(5)와 다이어프램(6) 사이에 이물(A)이 낀 경우, 누출(L)이 발생할 우려가 있다.

특허문헌 1에는, 상기 도시한 것과는 상이한 타입의 다이어프램 밸브에 있어서, 시트에 2개의 볼록부를 마련하여 다중 시일로 함으로써, 내구성 및 신뢰성을 향상시키는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3372091호 공보

상기 도 6 및 도 7에 나타내는 다이어프램 밸브에 있어서, 시트(5)와 다이어프램(6)의 접촉 면적이 상대적으로 작기 때문에, 시트(5)에 2개의 볼록부를 형성한 경우라도, 누출(시트 누설)이 발생할 우려가 여전히 있어, 추가적인 시트 누설의 감소가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 시트 누설의 발생을 대폭 감소시킨 다이어프램 밸브를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 다이어프램 밸브는, 유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 상향으로 개구한 오목부가 마련된 보디와, 보디의 오목부의 바닥면에 배치된 환형의 시트와, 시트에 압박·이격됨으로써 유체 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한 다이어프램을 구비하고 있는 다이어프램 밸브에 있어서, 시트의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 오목부가 형성되어, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분과 다이어프램 사이가 제1 시일부가 되고, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분과 다이어프램 사이가 제2 시일부가 되는 것을 특징으로 하는 것이다.

시트는, 예컨대, PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌)제가 되지만, 이외의 합성 수지제여도 좋다. 보디의 재질은, 예컨대, 스테인리스강(316L 등)이 되지만, 특별히 한정되는 것이 아니다.

시트의 꼭대기부는, 종래, 접촉 면적 확보의 점에서, 대략 평탄면이 되어, 시트의 꼭대기부의 전체면이 다이어프램에 밀착하도록 이루어져 있었다. 다이어프램 밸브 내를 흐르는 유체 중에는, 부식 생성물, 절삭분 등의 이물이 포함되어 있는 경우가 있으며, 시트의 꼭대기부와 다이어프램 사이에 이 이물이 낀 경우, 시트 누설이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 다이어프램 밸브에 있어서는, 시트의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 오목부가 형성되어 있는 것에 의해, 오목부의 직경 방향 내측의 부분의 벽을 형성하고 있는 시트의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분과, 오목부의 직경 방향 외측의 부분의 벽을 형성하고 있는 시트의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분이 다이어프램에 밀착하도록 이루어지고, 이에 의해, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분과 다이어프램 사이가 주(主) 시일 기능을 담당하는 제1 시일부가 되며, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분과 다이어프램 사이가 보조 시일 기능을 담당하는 제2 시일부가 된다. 제1 시일부에 이물이 낀 경우, 이 낀 부분으로부터 약간의 누출이 발생할 우려가 있지만, 제2 시일부가 형성되어 있는 것에 의해, 제2 시일부에 의해 누출이 시일되어, 시트 누설에 이르는 것이 방지된다.

제1 시일부에 낀 이물은, 유체로 압박되어 오목부 내에 들어간다. 오목부의 외주면은, 이물의 막음 기능을 가지고 있고, 이 때문에, 이물은 오목부에 체류한다. 오목부는 이물 집합소의 기능을 가지고 있고, 이에 의해 제1 시일부에 있어서의 이물의 낌 상태가 조기에 해소되어, 제1 시일부의 손상이 억제되며, 제2 시일부에 이물이 낄 가능성은 매우 작은 것으로 되어, 시트 누설이 확실하게 방지된다.

보디의 오목부의 바닥면에, 환형이며 상대적으로 직경이 작은 내측 돌출부와 환형이며 상대적으로 직경이 큰 외측 돌출부가 마련되며, 시트(합성 수지제의 시트)는, 내측 돌출부와 외측 돌출부 사이에 삽입되어 있고, 내측 돌출부 및 외측 돌출부 중 적어도 한쪽이 코오킹됨으로써, 시트의 빠짐이 방지되어 있는 경우가 있다. 상기 시트의 형상은, 이러한 구조의 다이어프램 밸브에 있어서, 특히 유용한 것이 된다.

시트의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 형성되어 있는 오목부는, 외주면이 원통면이 되는 것이 바람직하다. 외주면이 원통면이 되는 것에 의해, 테이퍼면 또는 원호면에 비해서, 외주면에 의한 이물 막음 효과가 높아지고, 이에 의해 오목부의 이물 집합소로서 기능이 높아져, 시트 누설의 방지 기능이 높아진다.

시트 이외의 다이어프램 밸브의 구성은, 적절한 공지의 구성이 된다. 예컨대, 다이어프램을 시트에 압박·이격시키는 액추에이터는, 압축 공기를 사용하는 것이어도 좋고, 그 외의 구성이어도 좋다. 또한, 다이어프램은, 예컨대, 니켈 합금 박판으로 이루어지는 것이 되지만, 스테인리스강 박판으로 이루어지는 것이나, 스테인리스강 박판과 니켈·코발트 합금 박판의 적층체로 이루어지는 것이 되는 경우도 있다.

본 발명의 다이어프램 밸브에 따르면, 제1 시일부인 시트의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분과 다이어프램 사이에 이물이 끼어, 이 부분으로부터의 누설이 생긴 경우라도, 제2 시일부인 시트의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분과 다이어프램 사이에서 이 누설을 시일함으로써, 시트 누설에 이르는 것이 방지된다. 시트의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 형성된 오목부는, 이물 집합소의 기능을 가지고 있고, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분과 다이어프램 사이에 낀 이물은, 유체로 압박되어 오목부 내에 들어가 오목부에 체류하며, 이에 의해 이물의 낌 상태가 조기에 해소되어, 제1 시일부의 손상이 억제되며, 제2 시일부에 이물이 낄 가능성이 매우 작은 것으로 되어, 시트 누설이 확실하게 방지된다.

도 1은 본 발명에 따른 다이어프램 밸브의 1 실시형태를 나타내는 확대 종단면도이다.
도 2는 이물이 낀 상태에 있어서의 시트 누설을 모식적으로 나타내는 확대 종단면도이다.
도 3은 이물이 낀 상태에 있어서의 시트 누설의 방지를 모식적으로 나타내는 확대 종단면도이다.
도 4는 이물이 낀 상태가 해소된 상태를 모식적으로 나타내는 확대 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다이어프램 밸브와 종래의 다이어프램 밸브에 대해서, 각종 이물에 대한 시트 누설의 유무를 비교한 도면이다.
도 6은 종래의 다이어프램 밸브를 나타내는 종단면도이다.
도 7은 종래의 다이어프램 밸브에 있어서의 시트 누설을 모식적으로 나타내는 확대 종단면도이다.

본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 다이어프램 밸브의 전체도는, 시트를 제외하고 도 6과 동일하기 때문에, 도시를 생략하며, 종래와 상이한 시트 부분만을 도시하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다이어프램 밸브의 실시형태의 주요부를 나타내고 있다. 다이어프램 밸브(10)는, 유체 유입 통로(2a) 및 유체 유출 통로(2b)를 가지고 있는 블록형 보디(2)와, 유체 유입 통로(2a)의 둘레 가장자리에 마련된 환형의 합성 수지제 시트(11)와, 시트(11)에 압박 또는 이격되어 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 다이어프램(6)과, 다이어프램(6)의 중앙부를 누르는 다이어프램 누름부(7)를 구비하고 있다.

시트(11)는, PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌)제가 된다. 보디(2)의 재질은, 예컨대 316L 등의 스테인리스강제가 된다.

시트(11)는, 단면 대략 사각형의 환형체가 된다. 보다 상세하게는, 내주면(11a)은 원통면이 되고, 외주면은, 하측이 대직경의 원통면(11b), 상측이 소직경의 원통면(11c), 이들의 중간 부분이 테이퍼면(11d)이 된다.

보디(2)에는, 환형이며 상대적으로 직경이 작은 내측 돌출부(12)와, 환형이며 상대적으로 직경이 큰 외측 돌출부(13)가 마련되어 있고, 합성 수지제 시트(11)는, 내측 돌출부(12)와 외측 돌출부(13) 사이에 삽입되어 있다. 그리고, 내측 돌출부(12)가 직경 방향 외측으로 코오킹되며, 외측 돌출부(13)가 직경 방향 내측으로 코오킹됨으로써, 합성 수지제 시트(11)의 빠짐이 방지되어 있다.

시트(11)의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 오목부(14)가 형성되어 있다. 그리고, 오목부(14)의 직경 방향 내측의 부분의 벽을 형성하고 있는 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분(15)과, 오목부(13)의 직경 방향 외측의 부분의 벽을 형성하고 있는 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분(16)이 다이어프램(6)에 밀착하도록 이루어져 있다.

다이어프램(6)은, 시트(11)에 압박될 때, 먼저 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분(15)에 밀착하고, 그 후, 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분(16)에 밀착하도록 이루어져 있다.

오목부(14)는, 단면이 대략 사각형인 환형으로 형성되어 있고, 도 1에 있어서, 오목부(14)의 내주면(14a)은 테이퍼면, 오목부(14)의 외주면(14b)은 원주면, 오목부(14)의 바닥면(14c)은 평탄면이 된다.

여기서, 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분(15)과 다이어프램(6) 사이가 주 시일 기능을 담당하는 제1 시일부(17)가 되고, 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분(16)과 다이어프램(6) 사이가 보조 시일 기능을 담당하는 제2 시일부(18)가 된다.

다이어프램 밸브(10) 내를 흐르는 유체 내에는, 다이어프램 밸브(10)의 설치 부분이나 용도에 따라 상이하지만, 여러 가지 이물(먼지)이 존재하고 있다. 이물로서는, 다이어프램 밸브(10) 내를 흐르는 유체가 반응함으로써 생성되는 부식 생성물, 외부로부터 침입하는 절삭분, 절삭 부스러기 등이 있다. 다이어프램 밸브(10)가 개방되었을 때의 유체의 흐름은, 유체 유입 통로(2a)로부터 유체 유출 통로(2b)를 향하기 때문에, 시트(11)의 내측으로부터 시트(11)의 외측으로의 흐름이 되고, 이물의 흐름도 이것과 같은 흐름이 된다.

도 2는 다이어프램 밸브(10)가 완전 폐쇄 상태가 되기 바로 전의 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서, 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분(15)과 다이어프램(6) 사이[제1 시일부(17)]에 이물(A)이 낀 경우, 이 낀 부분으로부터 약간의 누출이 발생한다. 완전 폐쇄 상태가 되기 바로 전의 상태에서는, 제2 시일부(18)는 기능하고 있지 않기 때문에, 시트 누설(L)이 발생하게 된다.

도 3은 도 2의 상태로부터 더욱 다이어프램(6)이 압박되어, 다이어프램 밸브(10)가 완전 폐쇄 상태가 된 상태를 나타내고 있다. 즉, 이 상태에서는, 시트(11)의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분(16)이 다이어프램(6)에 밀착하여 제2 시일부(18)가 형성되어 있고, 제2 시일부(18)에 의해 도 2의 상태에서 생기고 있던 누출(L)이 시일되어, 시트 누설에 이르는 것이 방지되어 있다.

이후, 다이어프램 밸브(10)가 완전 개방 상태가 되면, 유체가 유체 유입 통로(2a)로부터 유체 유출 통로(2b)를 향하여 흐름으로써, 제1 시일부(17)에 낀 이물(A)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 오목부(14)에 들어간다. 오목부(14)는, 단면이 대략 사각형인 환형으로 형성되어, 그 외주면(14b)이 원주면이 되기 때문에, 오목부(14) 내에 들어간 이물(A)은, 외주면(14b)에서 막히게 되어, 오목부(14)에 체류한다.

도시 생략하지만, 시트(11) 부분에 있어서의 유량 특성 시뮬레이션을 행하면, 오목부(14)에 소용돌이가 발생하고 있는 것을 알 수 있어, 오목부(14)에 이물이 들어가기 쉬운 것을 확인할 수 있었다.

이에 의해, 도 4에 있어서는, 제1 시일부(17)에 있어서의 이물(A)의 낌 상태가 해소되어, 제2 시일부(18)에서만의 시일 상태가 해소되어, 제1 시일부(17)의 손상이 억제된다. 그리고, 제2 시일부(18)에 이물이 낄 가능성이 매우 작아지며, 제1 시일부(17)와 제2 시일부(18)의 2단 시일이 되어, 높은 시일성이 확보된다. 이렇게 하여, 시트 누설이 확실하게 방지된다.

도 5에는, 부식 생성물의 일례인 알루미나(2종류의 크기) 및 절삭분, 절삭 부스러기의 일례인 SUS(스테인레스편)(2종류의 크기)를 사용하여, 시일 성능을 평가한 결과를 나타낸다. 시일 성능은, 질소 가스에 강제적으로 이물(알루미나 및 SUS)을 혼입한 후에, 이것을 다이어프램 밸브(10)에 송입하여, 누출의 유무를 검출함으로써 평가하였다.

동(同) 도면에 나타내는 바와 같이, 종래의 시트(도 7에 나타낸 시트)(5)에서는, 입경이 1 ㎛인 알루미나여도, 시트 누설이 발생하는 데 대하여, 본원 발명의 시트(11)에서는, 시트 누설의 발생이 없었다. 입경이 20 ㎛인 알루미나에 대해서도, 동일한 결과가 얻어졌다. 또한, 1.2 ㎜×0.6 ㎜의 크기의 SUS에 대해서는, 종래의 시트에서는, 알루미나에 비해서, 누설량이 커졌지만, 본원 발명의 것에서는, 시트 누설의 발생이 없었다. 단, 14 ㎜×1.2 ㎜라고 하는 10 ㎜를 넘는 길이의 SUS에 대해서는, 본원 발명의 것이라도, 시트 누설의 방지는 할 수 없었다.

또한, 오목부(14)의 형상에 대해서, 오목부(14)의 외주면(14b)은, 상기한 바와 같이, 원주면인 것이 바람직하지만, 오목부(14)의 내주면(14a)은, 테이퍼면이어도 원통면이어도 좋고, 오목부(14)의 바닥면(14c)은, 평탄면이어도 곡면이어도 좋다.

다이어프램 밸브에 있어서는, 누출(시트 누설)의 감소가 요구되고 있으며, 본 발명에 따르면, 시트 누설의 발생을 대폭 감소할 수 있다. 따라서, 다이어프램 밸브의 내구성 및 신뢰성의 향상에 기여할 수 있다.

2 : 보디 2a : 유체 유입 통로
2b : 유체 유출 통로 2c : 오목부
6 : 다이어프램 10 : 다이어프램 밸브
11 : 시트 14 : 오목부
14b : 외주면 15 : 반경 방향 내측 부분
16 : 반경 방향 외측 부분 17 : 제1 시일부
18 : 제2 시일부

Claims

유체 유입 통로, 유체 유출 통로 및 상향으로 개구한 오목부가 마련된 보디와, 보디의 오목부의 바닥면에 배치된 환형의 시트와, 시트에 압박·이격됨으로써 유체 통로의 개폐를 행하는 탄성 변형 가능한 다이어프램을 구비하고 있는 다이어프램 밸브에 있어서,
시트의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 오목부가 형성되어, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 내측 부분과 다이어프램 사이가 제1 시일부가 되고, 시트의 꼭대기부의 반경 방향 외측 부분과 다이어프램 사이가 제2 시일부가 되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
제1항에 있어서, 보디의 오목부의 바닥면에, 환형이며 상대적으로 직경이 작은 내측 돌출부와, 환형이며 상대적으로 직경이 큰 외측 돌출부가 마련되며, 시트는 내측 돌출부와 외측 돌출부 사이에 삽입되어 있고, 내측 돌출부 및 외측 돌출부 중 적어도 한 쪽이 코오킹되는 것에 의해, 시트의 빠짐이 방지되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 시트의 꼭대기부의 직경 방향 중간 부분에 형성되어 있는 오목부의 외주면이 원통면이 되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.