KR20200020876A - 밸브 - Google Patents

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KR20200020876A
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고지 히라마츠
다다유키 야쿠시진
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가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

패킹에 왜곡이 잘 생기지 않고 메인터넌스가 용이한 고압 가스용의 밸브를 제공하기 위해, 고압 가스용의 밸브(V)로서, 상기 밸브(V)의 밸브 몸체(1)에 형성된 관통구멍(5)의 내부에는 시트 부재(6)가 마련되어 있고, 상기 시트 부재(6)는 관통구멍 내부에서 고압 가스의 유로를 구성하고, 상기 시트 부재(6)는 누름 부재(9)에 의해서 관통구멍 내부에서 고정되고, 상기 관통구멍(5)의 단부 개구는 덮개 부재(10)에 의해서 닫히고, 상기 관통구멍(5)의 단부 개구의 둘레가장자리부에는 가스켓(11)이 마련되고, 상기 가스켓(11)은 상기 덮개 부재(10)와 상기 밸브 몸체(1)에 의해서 협지되고, 상기 덮개 부재(10)는 플러그(12)에 의해서 상기 밸브 몸체(1)에 근접하는 방향으로 압압되고, 상기 플러그(12)와 덮개 부재(10) 사이에는 베어링(13)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브로 한다.

Description

밸브
본 발명은 유체의 제어 밸브에 관한 것으로서, 특히, 고압 유체를 제어하는 개폐 밸브로서 바람직하게 이용되는 밸브에 관한 것이다.
밸브는 배관 등의 유로에 마련되며, 유체를 통과시키거나, 멈추거나, 제어하기 위해, 유로를 개폐할 수 있는 가동 기구(밸브)를 갖는 기기이다.
밸브를 올려 유로가 열렸을 때에는 유체가 상류에서 하류로 흐르고, 밸브를내려 유로가 닫혔을 때에는 유체의 흐름이 멈춘다.
또한, 밸브를 조금 상하시켜, 유로를 좁힘으로써 유량을 조정할 수 있는 밸브도 있다.
유로는 상류측과 접속하는 제 1 유로, 하류측과 접속하는 제 2 유로, 및 제 1 유로와 제 2 유로를 연결하고, 또한 스템이 이동하는 공간으로서 밸브 몸체내에 마련된 관통구멍으로 구성된다.
유체의 압력에 따라서는 유체가 유로내를 통과할 때에 샐 우려가 있었기 때문에 누출을 방지하기 위한 대책이 되어 왔다.
예를 들면, 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 유로를 형성하는 시트 부재를 밸브 몸체에 삽입하는 구성의 밸브에서는 예를 들면, 밸브체 구동 부재에 직접 고무재를 부착하거나, 혹은 시트 부재의 외용면과 밸브 몸체의 관통구멍의 내면의 대향면에 O링 등의 패킹을 부착함으로써 외부로 유체가 새지 않도록 밀폐를 하고 있었다.
특허문헌 1: 국제공개 제2017/022838호
그러나, 상기한 바와 같은 O링을 이용하는 종래의 밸브에서는 시트 부재의 외면과 밸브 몸체의 관통구멍의 내면의 대향면에 마련된 O링이 스템과의 마찰에 수반해서 마모되거나, 혹은 스템이나 몸체 등으로부터의 압압력에 의해서 O링이 변형된다. 통상, 이들 변형이 발생하고 있는 상태에서, 유체의 압력이 더욱 가해짐으로써, O링이 더욱 왜곡되지만, 유체의 압력이 높지 않은 경우에는 O링의 왜곡도 작고, 유체가 새는 일 없이 시일로서의 기능을 할 수 있다. 그러나, 고압의 유체의 경우, O링에 가해지는 압력이 높기 때문에, O링의 왜곡도 커진다. 또, O링은 고무 또는 수지 소재에 의해 형성되어 있기 때문에, 유체의 온도가 상온 정도의 온도이면 특히 문제는 발생하지 않지만, 특히 저온 유체가 흐르는 경우, O링은 수축해 버린다. 그것에 의해서 간극이 생김으로써, 유로에서 유체가 새는 경우가 있었다. 또한, 유체가 수소와 같은 저온에서 고압력인 분자수가 작은 유체인 경우, 수지제의 O링을 투과하여 유로의 밖으로 새어 버리는 문제가 있었다.
종래의 밸브에서는 누름 부재, 덮개 부재 및 플러그가 모두 일체로 되고, O링을 관통구멍내에 2개소 마련하는 구성을 하고 있었다.
이 종래의 밸브의 O링을 메탈 시일로 변경한 경우, 메탈 시일 2개소를 1개의 부재로 누르게 된다.
그러면, 메탈 시일은 변형되지 않기 때문에 한쪽의 메탈 시일에서 압압이 완료하면, 다른쪽의 시일의 압압이 완료되지 않아 시일의 압압력이 약해진다.
또, 시트 부재와 밸브 몸체 사이는 시일의 기능이 있으며, 새는 일은 없지만, 시일 부재와 누름 부재, 거기에 밸브 몸체와의 사이에는 시일을 하는 부재가 없으므로 샌다. 그 때문에, 누름 부재와는 별도로, 외부에 가스가 새지 않도록, 가스켓으로 시일할 필요가 있었다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 누름 부재, 덮개 부재 및 플러그를 별도의 부재로 하고, 상기와 같은 시트 부재는 누름 부재에 의해서 상기 밸브 몸체내의 상기 밸브실에 고정되고, 상기 관통구멍의 단부 개구는 덮개 부재에 의해 폐지되고, 상기 단부 개구와 상기 덮개 부재 사이에는 가스켓이 협지되어 있고, 상기 덮개 부재는 밸브 몸체에 근접하는 방향으로 압압하는 플러그에 의해서 고정된다는 구성의 밸브로 하였다.
청구항 1에 기재된 발명은 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체내에 상기 유체 입구 및 상기 유체 출구와 연통하는 밸브실을 갖고, 상기 밸브실에는 밸브 시트를 갖는 시트 부재가 고정되어 있는 밸브에 있어서, 상기 밸브 몸체에는 상기 밸브실과 연통하는 관통구멍이 마련되고, 상기 시트 부재는 상기 관통구멍으로부터 밸브실내에 삽입되고, 삽입된 상기 시트 부재는 누름 부재에 의해서 상기 밸브 몸체내의 상기 밸브실에 고정되고, 상기 관통구멍의 단부 개구는 덮개 부재에 의해 폐지되고, 상기 단부 개구와 상기 덮개 부재 사이에는 가스켓이 협지되어 있고, 상기 덮개 부재는 밸브 몸체에 근접하는 방향으로 압압하는 플러그에 의해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브에 관한 것이다.
청구항 2에 기재된 발명은 상기 가스켓은 메탈 시일인 것을 특징으로 하는 청구항 1의 밸브에 관한 것이다.
청구항 3에 기재된 발명은 상기 덮개 부재와 상기 플러그 사이에는 슬라이딩 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 밸브에 관한 것이다.
청구항 4에 기재된 발명은 상기 슬라이딩 부재는 베어링, 혹은 스러스트 링인 것을 특징으로 하는 청구항 3의 밸브에 관한 것이다.
청구항 1에 관한 발명에 따르면, 시트 부재는 누름 부재에 의해 밸브 몸체내의 밸브실에 직접 고정되어 있기 때문에, 폐쇄시에 밸브 시트부로부터의 리크의 발생을 방지할 수 있고, 또, 외부로의 리크에는 가스켓을 덮개 부재로 협지하고, 덮개 부재를 플러그에 의해서 밸브 몸체에 가까워지도록 압압함으로써, 가스켓이 변형되고, 그것에 의해서, 외부로의 리크를 방지할 수 있다. 시트 부재를 교환하는 경우에는 플러그의 나사를 풀어 어긋나게 하고, 덮개 부재, 가스켓 및 누름 부재를 어긋나게 함으로써, 시트 부재를 떼어낼 수 있으므로, 용이하게 교환하는 것이 가능하다.
청구항 2에 관한 발명에 따르면, 가스켓이 메탈 시일이기 때문에, 종래의 O링과 같이, 마모에 의한 변형은 거의 발생하지 않고, 가스의 압력에 의한 변형도 발생하지 않기 때문에, 외부 영향에 관계없이 장기적인 기밀 성능의 유지를 도모할 수 있다.
청구항 3 및 4에 관한 발명에 따르면, 덮개 부재와 플러그 사이에 슬라이딩 부재를 이용함으로써, 플러그를 밸브 몸체에 고정시킬 때, 플러그를 회전시키지만, 슬라이딩 부재에 의해서, 덮개 부재에는 플러그의 회전이 전달되지 않고, 플러그에 의한 압압력만이 덮개 부재에 가해지게 된다. 덮개 부재에 회전력이 가해지지 않음으로써, 덮개 부재와 접촉하고 있는 가스켓도 회전력은 가해지지 않고, 덮개 부재로부터의 압압력만을 받게 되어, 가스켓에 왜곡 등이 발생하지 않게 된다.
도 1은 본 발명에 관한 밸브의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 관통구멍의 단부 개구를 확대한 도면으로서, 본 발명의 1실시형태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태를 도면의 기재를 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 밸브 V의 부분 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 밸브 V의 밸브 몸체(1)는 유체 입구(2), 유체 출구(3), 밸브실(4) 및 관통구멍(5)으로 구성된다.
유체 입구(2), 유체 출구(3), 밸브실(4) 및 관통구멍(5)은 연통되어 있으며, 유체 입구(2)에서 들어온 유체는 관통구멍(5)에 삽입된 시트 부재(6) 및 밸브 시트(7)를 통과하고, 밸브실(4)내로 들어가 밸브실(4)에서 유체 출구(3)로 흘러 배출된다.
밸브실(4)내를 스템(8)이 상하로 슬라이딩하고, 그것에 의해 유로의 개폐 및 유량의 조절을 실행한다.
도 2에 나타내는 바와 같이 본 발명에 관한 밸브 몸체(1)의 관통구멍내에는 밸브 시트(7), 시트 부재(6), 상기 시트 부재(6)를 관통구멍(5) 내부에 고정시키는 누름 부재(9), 상기 관통구멍의 단부 개구에 마련된 덮개 부재(10), 상기 관통구멍(5)의 단부 개구의 둘레가장자리부에 마련된 가스켓(11), 상기 덮개 부재(10)를 상기 밸브 몸체(1)에 근접하는 방향으로 압압하고 있는 플러그(12)로 구성되어 있다.
본 발명의 밸브 V는 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 플러그(12)와 덮개 부재(10) 사이에 슬라이딩 부재(13)를 마련해도 좋다.
본 발명에 관한 밸브는 고압 가스용의 밸브이다. 본 발명에 관한 밸브는 수소 등의 고압 가스 등의 고압의 유체에 적용할 수 있다.
「고압」은 유체에 의한 압력으로서, 1메가파스칼 이상의 압력을 말한다.
근래에는 연료 전지 기술 등의 발전에 의해, 매우 고압인 50메가파스칼 이상의 유체를 흘리는 것도 요구되고 있다.
본 발명에 관한 밸브 V의 밸브 몸체(1)는 유체 입구(2), 유체 출구(3), 밸브실(4) 및 관통구멍(5)으로 구성된다.
유체 입구(2), 유체 출구(3), 밸브실(4) 및 관통구멍(5)은 연통되어 있으며, 유체 입구(2)에서 들어온 유체는 관통구멍(5)에 삽입된 시트 부재(6) 및 밸브 시트(7)를 통과하고, 밸브실(4)내로 들어가 밸브실(4)에서 유체 출구(3)로 흘러 배출된다.
밸브실내를 스템(8)이 상하로 슬라이딩하고, 스템 선단에 형성된 밸브체(14)가 밸브 시트(7)와 착좌·이좌함으로써 유로의 개폐, 유량의 조정이 가능하다.
스템(8)을 상하로 슬라이딩시키기 위해 스템(8)의 상부에는 액추에이터(15)가 마련된다.
액추에이터(15)는 자동식 혹은 수동식의 어느 것이라도 좋고, 자동의 경우에는 전자, 모터, 에어 등에 의해서 구동해도 좋다.
밸브 몸체(1)에 마련된 관통구멍(5)에 시트 부재(6)가 삽입된다.
시트 부재(6)는 유로를 닫았을 때에, 밸브 시트(7)에 마련된 구멍과 유체 입구(2)를 연통시키는 유로를 구성한다.
시트 부재(6)는 기밀성의 유지, 내마모성, 열전도성, 강도가 요구되고, 재질은 일반적인 카본이나 금속제라도 좋다.
시트 부재(6)는 누름 부재(9)에 의해서 관통구멍(5) 내부에서 고정된다.
시트 부재(6)는 밸브실(4)과 관통구멍(5)의 경계에 단차 부분을 마련하고, 단차 부분에 삽입되어도 좋다.
누름 부재(9)를 고정시키는 방법은 예를 들면 관통구멍내에 나사골을 냄으로써 나사부를 마련하고, 관통구멍 내부에 나사결합시켜도 좋다.
누름 부재는 금속 등 일반적으로 이용되는 것이어도 좋으며 이것에 한정되지 않는다.
누름 부재(9)에 의해서 시트 부재(6)와 밸브 몸체(1)가 밀착하기 때문에, 밸브를 닫았을 때 밸브실(4)측에 리크가 발생하지 않는다.
누름 부재(9)의 중앙에 구멍을 마련해도 좋다.
그렇게 함으로써 누름 부재(9)의 나사부에서 누출된 유체가 구멍을 통해 원래의 유체로 되돌아 가는 것이 가능하게 된다.
관통구멍(5)의 단부 개구는 덮개 부재(10)에 의해 닫힌다.
덮개 부재(10)의 재질은 금속 등의 일반적으로 이용하는 것이어도 좋으며, 이것에 한정되지 않는다.
덮개 부재(10)는 단부 개구와는 밀접하게 접합되지만, 누름 부재(9)와는 접합할 필요가 없다.
관통구멍(5)의 단부 개구의 둘레가장자리부에는 가스켓(11)을 마련하며, 기밀성을 향상시킨다.
가스켓(11)은 특히 한정되지 않지만, 외부 영향에 관계없이 장기적인 기밀성의 유지를 예상할 수 있기 때문에 메탈 시일을 이용하는 것이 바람직하다.
가스켓은 덮개 부재(10)와 밸브 몸체(1)에 의해서 협지된다.
덮개 부재(10)는 플러그(12)에 의해서 밸브 몸체(1)에 근접하는 방향으로 압압된다.
플러그(12)를 밸브 몸체(1)에 고정시키는 방법은 예를 들면 밸브 몸체에 나사골을 마련하고, 나사결합시켜도 좋다.
플러그(12)와 덮개 부재(10) 사이에는 슬라이딩 부재(13)를 마련한다. 슬라이딩 부재(13)를 마련함으로써 회전 토크가 감소하고, 가스켓(11)에 회전력이 가하지 않게 되어 가스켓(11)이 잘 왜곡되지 않는다.
슬라이딩 부재(13)로서는 베어링, 스러스트 링 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
본 발명의 밸브 V는 상기와 같은 시트 부재(6), 누름 부재(9), 덮개 부재(10) 및 플러그(12)가 각각 별도의 부재로 구성되어 있기 때문에 스템을 교환하는 것이 용이하다.
이하, 나사결합시킴으로써 고정시킨 경우에 대해 기재하겠지만, 이것에 한정되지 않는다.
스템을 교환하는 경우에는 우선 플러그(12)를 장착시와는 반대의 방향으로 회전시켜 밸브 몸체(1)에서 어긋나게 한다.
그 다음에, 덮개 부재(10)를 떼어내고, 관통구멍(5)에서 누름 부재(9)를 떼어낸다. 누름 부재(9)는 장착시와 반대 방향으로 회전시킴으로써 떼어내는 것이 가능하게 된다.
다음에, 시트 부재(6)를 떼어내고, 마지막으로 스템(8)을 떼어내고, 새로운 스템으로 교환한다.
스템의 교환 후, 시트 부재, 누름 부재, 덮개 부재, 플러그의 순으로 장착시켜 감으로써 교환 작업이 종료된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 밸브는 종래의 밸브와 달리, 가스켓이 유체의 압력에 의해서 변형되지 않아, 외부 영향에 관계없기 때문에 장기적인 기밀성의 유지를 예상할 수 있는 밸브로 할 수 있다.
또, 상기 밸브의 밸브 몸체에 형성된 관통구멍의 내부에는 시트 부재가 마련되어 있고, 상기 시트 부재는 관통구멍 내부에서 고압 가스의 유로를 구성하고, 상기 시트 부재는 누름 부재에 의해서 관통구멍 내부에서 고정되고, 상기 관통구멍의 단부 개구는 덮개 부재에 의해서 닫히고, 상기 관통구멍의 단부 개구의 둘레가장자리부에는 가스켓이 마련되고, 상기 가스켓은 상기 덮개 부재와 상기 밸브 몸체에 의해서 협지되고, 상기 덮개 부재는 플러그에 의해서 상기 밸브 몸체에 근접하는 방향으로 압압되어 있는 구성으로 함으로써, 스템을 용이하게 교환할 수 있으며 메인터넌스가 용이한 밸브이다.
1; 밸브 몸체 2; 유체 입구
3; 유체 출구 4; 밸브실
5; 관통구멍 6; 시트 부재
7; 밸브 시트 8; 스템
9; 누름 부재 10; 덮개 부재
11; 가스켓 12; 플러그
13; 슬라이딩 부재 14; 밸브체
15; 액추에이터 V; 밸브

Claims (4)

  1. 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 밸브 몸체와,
    상기 밸브 몸체내에 상기 유체 입구 및 상기 유체 출구와 연통하는 밸브실을 갖고,
    상기 밸브실에는 밸브 시트를 갖는 시트 부재가 고정되어 있는 밸브에 있어서,
    상기 밸브 몸체에는 상기 밸브실과 연통하는 관통구멍이 마련되고,
    상기 시트 부재는 상기 관통구멍으로부터 밸브실내에 삽입되고,
    삽입된 상기 시트 부재는 누름 부재에 의해서 상기 밸브 몸체내의 상기 밸브실에 고정되고,
    상기 관통구멍의 단부 개구는 덮개 부재에 의해 폐지되고,
    상기 단부 개구와 상기 덮개 부재 사이에는 가스켓이 협지되어 있고,
    상기 덮개 부재는 밸브 몸체에 근접하는 방향으로 압압하는 플러그에 의해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스켓은 메탈 시일인 것을 특징으로 하는 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개 부재와 상기 플러그 사이에는 슬라이딩 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 부재는 베어링, 혹은 스러스트 링인 것을 특징으로 하는 밸브.
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