KR20180034020A - 이중 실린더 밸브 - Google Patents

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KR20180034020A
KR20180034020A KR1020160124003A KR20160124003A KR20180034020A KR 20180034020 A KR20180034020 A KR 20180034020A KR 1020160124003 A KR1020160124003 A KR 1020160124003A KR 20160124003 A KR20160124003 A KR 20160124003A KR 20180034020 A KR20180034020 A KR 20180034020A
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동아대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 볼 밸브의 디스크가 서로 상이한 방향으로 회전하는 내측과 외측의 디스크로 구성되어, 밸브 유로의 중앙에서부터 디스크의 개방 및 폐쇄가 이루어지는 이중 실린더 밸브에 관한 것으로, 전후방향으로 관통된 유로가 형성된 밸브몸체와, 전후방향으로 관통된 유로 및 내부에 챔버가 형성되며 밸브몸체 내에서 일축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 외측디스크와, 전후방향으로 관통된 유로가 형성되며 외측디스크의 챔버 내에서 외측디스크와 동축상으로 회전하도록 설치된 내측디스크와, 외측디스크의 유로 및 내측디스크의 유로의 개구된 부위가 밸브몸체의 유로의 전방 중앙에서 마주치도록 외측디스크와 내측디스크를 서로 반대방향으로 회전시키는 구동 기어세트를 포함한다.

Description

이중 실린더 밸브{DUAL CYLINDER VALVE ASSEMBLY}
본 발명은 이중 실린더 밸브에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 볼 밸브의 디스크가 서로 상이한 방향으로 회전하는 내측과 외측의 디스크로 구성되어, 밸브 유로의 중앙에서부터 디스크의 개방 및 폐쇄가 이루어지는 이중 실린더 밸브에 관한 것이다.
밸브는 각종 배관에 사용되어 배관 내 유체의 유량이나 압력을 조절하거나, 유체의 유동을 제어하는 기계요소로서 다양한 종류의 밸브가 배관 조건이나 배관 내 요구되는 기능에 따라 선택되어 사용된다.
밸브의 한 종류인 볼밸브(ball valve)는 유량을 제어하기 되는 요소로서 원형의 관통 구멍(hole)이 구비된 볼 디스크(ball disk)가 사용되는 것으로, 볼 디스크는 유체의 유동경로가 되는 관통 구멍에 수직한 방향으로 설치되는 스템(stem)의 회전에 따라 회전하게 된다.
종래의 볼밸브는 볼 디스크의 관통 구멍과 유체의 유동경로가 일치하게 되면 완전 열림(full open) 상태로서 최대 허용유량이 유동되도록 하고, 볼 디스크의 관통 구멍과 유체의 유동경로가 90ㅀ를 이루어 볼밸브가 완전 닫힘(full close) 상태가 되면 유체가 유동되지 않도록 하였다. 그리고 볼밸브를 유동하는 유체의 유량을 조절할 필요가 있을 경우에는 볼 디스크를 정해진 각도로 회전시켜 관통 구멍과 유체의 유동경로가 90도 이하의 각도를 이루는 부분 열림 상태가 되도록 하였다.
그러나 종래의 볼밸브는 단일 볼 디스크의 회전각 조절을 통해 볼밸브에 형성된 유로의 측면 가장자리부터 개폐가 이루어지게 되는데, 이 때 유로가 개폐되는 과정에서 밸브 전후에 위치한 유체의 압력 및 속도 차에 의해 캐비테이션이 발생되었다. 캐비테이션이 발생되면 볼밸브와 볼 디스크에는 강한 진동이 동반되며, 이러한 진동에 의해 볼 디스크가 손상되면 볼밸브의 수명이 단축되는 문제가 있었다.
등록특허공보 10-1275056 : 볼밸브 및 그 제조방법
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 본 발명은 볼 밸브의 디스크가 서로 상이한 방향으로 회전하는 내측과 외측의 디스크로 구성되어 밸브 유로의 중앙에서부터 디스크의 개방 및 폐쇄가 이루어지는 이중 실린더 밸브를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 이중 실린더 밸브는, 전후방향으로 관통된 유로가 형성된 밸브몸체와, 전후방향으로 관통된 유로 및 내부에 챔버(chamber)가 형성되며 상기 밸브몸체 내에서 일축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 외측디스크와, 전후방향으로 관통된 유로가 형성되며, 상기 외측디스크의 챔버 내에서 상기 외측디스크와 동축상으로 회전하도록 설치된 내측디스크와, 상기 외측디스크의 유로 및 상기 내측디스크의 유로의 개구된 부위가 상기 밸브몸체의 유로의 전방 중앙에서 마주치도록 상기 외측디스크와 상기 내측디스크를 서로 반대방향으로 회전시키는 구동 기어세트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 기어세트는 하부가 상기 외측디스크의 상부에 결합되어 상기 외측디스크와 동일 회전축으로 함께 회전하는 링기어와, 하부가 상기 링기어의 중심을 관통하여 상기 내측디스크의 상부에 결합되고 상기 내측디스크와 함께 회전하는 선기어와, 상기 선기어 및 상기 링기어와 치합되어 상기 선기어의 회전력을 역방향으로 변환하여 상기 링기어로 전달하는 유성기어로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 내측디스크의 회전축에는 회전동력을 제공하는 스템이 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 내측디스크는 상기 외측디스크보다 3배 빠른 속도로 회전하며, 상기 밸브몸체의 유로의 직경은 외측디스크의 지름보다 1/5 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 외측디스크의 회전 반경은 90도로 제한되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 밸브몸체의 유로와, 상기 외측디스크의 유로와, 상기 내측디스크의 유로는 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 이중 실린더 밸브에 따르면,
첫째, 연동되어 상호 반대방향으로 회전하는 외측디스크과 내측디스크에 의해 유로가 중심에서부터 개방됨에 따라 개폐 시 디스크 내에 발생하는 캐비테이션을 최소화 할 수 있게 되어 밸브의 손상을 예방할 수 있다.
둘째, 외측디스크 및 내측디스크가 서로 유성기어로 치합되기 때문에 내측디스크로 제공된 회전동력이 외측디스크에 안정적으로 제공될 수 있게 된다.
셋째, 내측디스크가 외측디스크보다 3배 빨리 회전하는 상황에서 밸브몸체의 유로의 직경은 외측디스크의 지름보다 1/5 이하로 형성되기 때문에 밸브몸체의 유로 측면에서 디스크가 개방되는 것이 방지된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 실린더 밸브의 단면을 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 실린더 밸브의 구동 기어세트를 설명하기 위한 투시도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 실린더 밸브가 폐쇄상태에서 개방상태로 구동되는 것을 단면으로 나타낸 평면도.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 실린더 밸브는 배관 내에 설치되어 배관을 통해 유동하는 유체의 진행과 유량을 제어하는 장치이다.
도 1을 참조하여 자세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 실린더 밸브는 전후방향으로 관통된 유로(104)가 형성된 밸브몸체(102)와, 전후방향으로 관통된 유로(114) 및 내부에 챔버가 형성되며 밸브몸체(102) 내에서 일축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 외측디스크(110)와, 전후방향으로 관통된 유로(124)가 형성되며 외측디스크(110)의 챔버 내에서 외측디스크(110)와 동축상으로 회전하도록 설치된 내측디스크(120)와, 외측디스크의 유로(114) 및 내측디스크의 유로(124)의 개구된 부위가 밸브몸체의 유로(104)의 전방 중앙에서 마주치도록 외측디스크(110)와 내측디스크(120)를 서로 반대방향으로 회전시키는 구동 기어세트를 포함한다.
밸브몸체(102)는 유체가 유동되는 배관 상에 설치되며, 유체의 진행과 유량을 제어하는 구성들을 내부에 수용한다. 밸브몸체(102)에 관통되어 형성된 유로(104)는 수직으로 형성되는 것이 바람직하다.
외측디스크(110) 및 내측디스크(120)는 동일한 회전축을 가지도록 밸브몸체(102) 내에 설치된다. 원활한 유체의 유통을 위해 밸브몸체의 유로(104)와, 외측디스크의 유로(114)와, 내측디스크의 유로(124)는 동일한 직경으로 형성된 것이 바람직하다.
이 실시예에서 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)는 원통형(cylinder)의 형상으로 실시되었으나, 구(sphere) 형상으로도 실시될 수 있다.
이어서, 도면을 참고하여 구동 기어세트를 보다 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이 실시예의 구동 기어세트는 하부가 외측디스크(110)의 상부에 결합되어 외측디스크(110)와 동일 회전축으로 함께 회전하는 링기어(136)와, 하부가 링기어(136)의 중심을 관통하여 내측디스크(120)의 상부에 결합되고 내측디스크(120)와 함께 회전하는 선기어(132)와, 선기어(132) 및 링기어(136)와 치합되어 선기어(132)의 회전력을 역방향으로 변환하여 링기어(136)로 전달하는 유성기어(134)로 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 링기어(136)는 링의 내측 방향에 이가 형성된 기어이다. 선기어(132) 및 유성기어(134)는 모두 외주면에 이가 형성된 기어이며, 특히 유성기어(134)는 선기어(132) 및 링기어(136)의 사이에 치합되어 선기어(132)의 회전력을 링기어(136)로 전달하는 기능을 한다. 유성기어(134)는 밸브몸체(102)에 회전 가능하게 결합된다. 이 실시예에서는 유성기어(134)가 1개인 것으로 실시되었으나, 유성기어(134)가 선기어(132)를 중심으로 복수개로 배치되면 선기어(132)의 회전력이 링기어(136)로 보다 효과적으로 전달될 수 있게 된다.
구동 기어세트가 유성기어(134)로 구성된 이 실시예에서는 내측디스크(120)가 외측디스크(110)보다 3배 빠른 속도로 회전하는 것으로 실시될 수 있다. 내측디스크(120)가 외측디스크(110)보다 3배 빠른 속도로 회전할 수 있도록 선기어(132) 및 링기어(136)는 1:3의 기어비를 갖는다. 내측디스크(120)가 외측디스크(110)보다 3배 빠른 속도로 회전하면, 외측디스크(110)가 90도 회전할 때, 내측디스크(120)는 270도를 회전하게 된다. 내측디스크의 유로(124)는 내측디스크(120)를 수직으로 관통하여 형성(180도)되므로, 외측디스크(110)가 90도 회전하는 동안 내측디스크의 유로(124)는 두 차례 밸브몸체의 유로(104)와 평행하게 된다. 또한 내측디스크의 유로(124)는 외측디스크(110)가 0도, 45도, 90도 일 때 외측디스크의 유로(114)와 평행하게 된다. 내측디스크(120)는 외측디스크(110)의 회전 각도가 45도 일 때도 서로의 유로(114, 124)가 평행하게 되므로, 외측디스크(110)의 지름에 비하여 밸브몸체의 유로(104) 및 외측디스크의 유로(114)의 크기가 일정 비율 이상 크게 형성되면 외측디스크(110)가 45도 회전 상태일 때 외측디스크의 유로(114)가 밸브몸체의 유로(104) 상에 노출되어 밸브몸체의 유로(104) 가장자리에서 밸브의 개방이 발생하게 될 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 내측디스크(120)가 외측디스크(110)보다 3배 빠른 속도로 회전하는 이 실시예에서는 밸브몸체의 유로(104), 외측디스크의 유로(114) 및 내측디스크의 유로(124)의 직경이 외측디스크(110)의 지름보다 1/5크기 이하인 것이 바람직하다.
밸브의 개폐를 위한 회전 동력을 제공하는 스템(140)은 내측디스크(120)의 회전축 상하부 중 어느 하나에 결합될 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 실린더 밸브의 구동 과정에 관하여 설명한다.
도 3a 및 도 3d에 도시된 실시예는 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 동일한 속도로 회전하는 것으로 가정하였다.
도 3a는 이 실시예의 밸브가 폐쇄된 상태를 나타낸 평면의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 외측디스크(110) 및 내측디스크의 유로(124)가 밸브몸체의 유로(104)와 수직되는 방향을 향하도록 회전되어 있으면 밸브몸체(102) 내에서 유체가 유통되지 못하여 밸브가 폐쇄 상태가 된다.
도 3b는 이 실시예의 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 소정의 각도로 회전한 상태를 나타낸 평면의 단면도이다. 스템(140)의 상부에 연결된 핸들(150)(도 1 참조)을 회전시키면 구동 기어세트에 의해 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 서로 반대방향으로 회전하게 된다. 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 어느 정도 회전하더라도 두 디스크의 유로(114, 124)가 서로 마주치지 않은 상태에서는 밸브몸체(102) 내 유체가 유통되지 않는다.
도 3c는 이 실시예의 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 추가 회전하여 밸브가 일부 개방된 상태를 나타낸 평면의 단면도이다. 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 추가 회전하여 두 디스크의 유로(114, 124)의 가장자리가 서로 마주치게 되면 두 디스크의 유로(114, 124)를 통해 미세한 유입로가 형성되며, 외측디스크(110) 및 내측디스크(120)가 동일 방향으로 회전할수록 유입로의 크기는 두 디스크의 유로(114, 124)가 완전히 평행이 될 때 까지 점차 확장된다. 두 디스크의 유로(114, 124)가 마주치게 되어 형성된 유입로의 크기에 비례하여 유체의 유통량도 증감된다.
도 3d는 이 실시예의 밸브가 완전 개방된 상태를 나타낸 평면의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 외측디스크(110) 및 내측디스크의 유로(124)가 밸브몸체의 유로(104)와 수평되면 밸브몸체(102) 내에서 유체가 자유롭게 유통될 수 있는 상태가 된다.
사용자가 핸들(150)의 회전 정도로 밸브의 폐쇄와 개폐된 상태를 파악할 수 있도록 외측디스크(110)의 회전 반경은 90도로 제한되는 것이 바람직하다. 외측디스크(110)의 회전 반경은 유로(114)가 밸브몸체의 유로(104)와 평행하여 밸브가 개방되는 상태의 0도에서부터 서로 수직되어 밸브가 폐쇄되는 상태의 90도까지이다. 외측디스크(110)의 회전 반경을 제한하는 것은 스템(140)의 외주면 또는 외측디스크(110)의 외주면과 밸브몸체(102)에 일정 각도 이상의 회전을 물리적으로 제한하는 차단돌기가 형성되는 것을 실시될 수 있다.
스템(140)으로 회전력을 제공하는 부재에는 핸들(150) 외에도 전동기와 같이 전기적인 장치에 의해 자동으로 제어되는 수단이 이용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시 예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
102 : 밸브몸체 104 : 밸브몸체의 유로
110 : 외측디스크 114 : 외측디스크의 유로
120 : 내측디스크 124 : 내측디스크의 유로
132 : 선기어 134 : 유성기어
136 : 링기어 140 : 스템
150 : 핸들

Claims (7)

  1. 전후방향으로 관통된 유로가 형성된 밸브몸체와;
    전후방향으로 관통된 유로 및 내부에 챔버가 형성되며, 상기 밸브몸체 내에서 일축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 외측디스크와;
    전후방향으로 관통된 유로가 형성되며, 상기 외측디스크의 챔버 내에서 상기 외측디스크와 동축상으로 회전하도록 설치된 내측디스크와;
    상기 외측디스크의 유로 및 상기 내측디스크의 유로의 개구된 부위가 상기 밸브몸체의 유로의 전방 중앙에서 마주치도록 상기 외측디스크와 상기 내측디스크를 서로 반대방향으로 회전시키는 구동 기어세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 실린더 밸브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동 기어세트는
    하부가 상기 외측디스크의 상부에 결합되어 상기 외측디스크와 동일 회전축으로 함께 회전하는 링기어와,
    하부가 상기 링기어의 중심을 관통하여 상기 내측디스크의 상부에 결합되고, 상기 내측디스크와 함께 회전하는 선기어와,
    상기 선기어 및 상기 링기어와 치합되어 상기 선기어의 회전력을 역방향으로 변환하여 상기 링기어로 전달하는 유성기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 실린더 밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내측디스크의 회전축에 결합되어 회전동력을 제공하는 스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 실린더 밸브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 내측디스크는 상기 외측디스크보다 3배 빠른 속도로 회전하며, 상기 밸브몸체의 유로의 직경은 외측디스크의 지름보다 1/5 이하인 것을 특징으로 하는 이중 실린더 밸브.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 외측디스크의 회전 반경은 90도로 제한되는 것을 특징으로 하는 이중 실린더 밸브.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브몸체의 유로와, 상기 외측디스크의 유로와, 상기 내측디스크의 유로는 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량 제어를 위한 이중 실린더 밸브.
  7. 전후방향으로 관통된 유로가 형성된 밸브몸체와;
    전후방향으로 관통된 유로 및 내부에 챔버가 형성되며, 상기 밸브몸체 내에서 일축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 외측디스크와;
    전후방향으로 관통된 유로가 형성되며, 상기 외측디스크의 챔버 내에서 상기 외측디스크와 동축상으로 회전하도록 설치된 내측디스크와;
    상기 내측디스크의 회전축에 결합되어 회전동력을 제공하는 스템과;
    상기 외측디스크의 유로 및 상기 내측디스크의 유로의 개구된 부위가 상기 밸브몸체의 유로의 전방 중앙에서 마주치도록 상기 외측디스크와 상기 내측디스크를 서로 반대방향으로 회전시키는 구동 기어세트를 포함하고,
    상기 구동 기어세트는 하부가 상기 외측디스크의 상부에 결합되어 상기 외측디스크와 동일 회전축으로 함께 회전하는 링기어와, 하부가 상기 링기어의 중심을 관통하여 상기 내측디스크의 상부에 결합되고 상기 내측디스크와 함께 회전하는 선기어와, 상기 선기어 및 상기 링기어와 치합되어 상기 선기어의 회전력을 역방향으로 변환하여 상기 링기어로 전달하는 유성기어로 구성되고,
    상기 내측디스크는 상기 외측디스크보다 3배 빠른 속도로 회전하며, 상기 밸브몸체의 유로의 직경은 외측디스크의 지름보다 1/5 이하이고,
    상기 외측디스크의 회전 반경은 90도로 제한되며,
    상기 밸브몸체의 유로와, 상기 외측디스크의 유로와, 상기 내측디스크의 유로는 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량 제어를 위한 이중 실린더 밸브.
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