KR20210107124A

KR20210107124A - 가스용 릴리프 밸브

Info

Publication number: KR20210107124A
Application number: KR1020217024794A
Authority: KR
Inventors: 노리타카 나카무라; 유타카 스즈키; 카츠 요시다; 마사타카 시라사와; 노부유키 사사키
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키가이샤
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-31
Also published as: EP3933238A1; JP2020139576A; US20220136612A1; CN113518876A; EP3933238A4; JP6674571B1; WO2020175553A1

Abstract

가스용 릴리프 밸브는 유입 통로와 유출 통로에 연결되는 밸브구와, 밸브구를 둘러싸도록 유입 통로에 형성되는 테이퍼상의 밸브 시트를 갖는 하우징과; 테이퍼상의 밸브 머리부를 가지며, 밸브 머리부가 끼워 넣어지도록 하여 밸브 시트에 착좌시켜 밸브구를 막는 닫힘 위치와 밸브 시트로부터 가장 이격되는 풀 스트로크 위치 사이에서 이동 가능한 밸브체와; 닫힘 위치에 위치시키기 위해 밸브체를 부세하는 부세 부재;를 구비하며, 밸브체는 밸브 머리부의 외주면에 있어서 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐서 형성되는 실링 홈에 바깥쪽으로부터 끼워져 마련되고, 닫힘 위치에서 밸브 시트에 착좌하여 밸브 시트와 밸브 머리부 사이를 밀봉하는 실링 부재를 가지고 있다.

Description

가스용 릴리프 밸브

본 발명은 유로를 흐르는 가스의 압력을 소정 압력 이하로 유지시키기 위한 가스용 릴리프 밸브에 관한 것이다.

유로에는 그곳을 흐르는 가스의 압력이 소정 값 이상이 되는 것을 막기 위해 가스용 릴리프 밸브가 마련되어 있으며, 그 일례로서 예를 들면 특허문헌 1과 같은 릴리프 밸브가 알려져 있다. 특허문헌 1의 릴리프 밸브는 밸브체의 선단부, 즉, 밸브 머리에 시트 부재를 가지며, 이 시트 부재를 볼록상의 밸브 시트에 밀어 붙이듯이 착좌시켜 밸브구를 닫고 있다.

특허문헌 1: 일본 특개 2014-135219 호 공보

특허문헌 1의 릴리프 밸브에서는 합성 고무로 이루어지는 시트 부재가 금속으로 이루어지는 밸브 본체에 가황(加黃) 접착되어 있다. 또한, 밸브 시트의 형상은 밸브 개방 압력을 일정하게 하기 위해 복잡한 형상으로 되어 있으며, 밸브 시트의 가공이 곤란하다. 그렇기 때문에 릴리프 밸브의 제조 비용의 저감에 한계가 있다.

따라서 본 발명은 제조 비용을 저감시킬 수 있는 가스용 릴리프 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 가스용 릴리프 밸브는 유입 통로와 유출 통로에 연결되는 밸브구와, 상기 밸브구에 연결되도록 유입 통로에 형성되는 테이퍼상의 밸브 시트를 갖는 하우징과; 테이퍼상의 밸브 머리부를 가지며, 상기 밸브 머리부가 끼워 넣어지도록 하여 상기 밸브 시트에 착좌시켜 상기 밸브구를 막는 닫힘 위치와 상기 밸브 시트로부터 가장 이격되는 풀 스트로크(full stroke) 위치 사이에서 이동 가능한 밸브체와; 닫힘 위치에 위치시키기 위해 상기 밸브체를 부세(付勢)하는 부세 부재(付勢部材);를 구비하며, 상기 밸브체는 상기 밸브 머리부의 외주면에 있어서 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐서 마련되는 실링 홈과, 그 실링 홈에 바깥쪽으로부터 끼워져 마련되고, 또한, 닫힘 위치에서 상기 밸브 시트에 착좌하여 상기 밸브 시트와 상기 밸브 머리부 사이를 밀봉하는 실링 부재를 갖는다.

본 발명에 따르면, 실링 부재를, 테이퍼상으로 형성되어 있는 밸브 시트에 착좌시켜 밸브구를 막기 때문에, 밸브 시트를 테이퍼 형상으로 할 수 있다. 그렇기 때문에 밸브 시트에 복잡한 가공을 실시할 필요가 없고, 가스용 릴리프 밸브의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 실링 부재가 실링 홈에 바깥쪽으로부터 끼워져 있기 때문에, 용이하게 실링 부재를 장착할 수 있다. 이렇게 해서 가스용 릴리프 밸브의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 밸브 시트는 테이퍼상으로 형성되고 서로 다른 테이퍼 각도로 형성되는 근위(近位) 부분과 원위(遠位) 부분을 가지며, 상기 원위 부분은 상기 밸브체가 닫힘 위치에 위치할 때 상기 밸브 머리부를 착좌시키기 위해 상기 근위 부분보다 상기 밸브구로부터 멀리 위치하며, 상기 근위 부분은 그 테이퍼 각도가 상기 원위 부분에 비해 둔각으로 형성되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 전환 리프팅량을 보다 작게 할 수 있다. 이에 따라 밸브 개방시에 실링 부재가 큰 차압에 노출되는 시간을 짧게 할 수 있으며, 실링 부재가 변형되어 손상되거나 또한 실링 부재가 실링 홈으로부터 이탈되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 근위 부분의 테이퍼 각도는 상기 밸브구에 가까워질수록 커지도록 연속적으로 변화해도 좋다.

상기 발명에 있어서, 상기 유입 통로에는 축소부가 형성되어 있어도 좋다. 상기 구성에 따르면, 밸브 개방 직후에 축소부의 하류측을 흐르는 가스의 압력을 저감시킬 수 있다. 따라서, 밸브 개방 직후에 실링 부재에 작용되는 차압을 저감시킬 수 있으며, 실링 부재가 변형되어 손상되거나 또한 실링 부재가 실링 홈으로부터 이탈되는 것을 억제할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 실링 부재는 상기 실링 홈에 끼워 맞춰져 배치되고, 상기 실링 홈은 2차측의 측면의 단면이 오목인 곡면 형상으로 형성되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 실링 부재가 2차측으로 밀렸을 경우에 실링 부재를 곡면 형상의 부분에 밀어 넣을 수 있기 때문에, 실링 부재가 탈락되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 실링 홈을 이러한 형상으로 함으로써, 메인 밸브체가 움직여 밸브구가 열릴 때 필요한 압력, 즉, 밸브 개방 압력의 편차를 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면 참조하에 이하의 호적한 실시태양의 상세한 설명에서 밝혀진다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스용 릴리프 밸브를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 가스용 릴리프 밸브가 열린 후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 가스용 릴리프 밸브의 풀 스트로크 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 영역 X1을 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 영역 X2를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 도 3에 나타낸 영역 X3를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 7은 제 2 실시형태에 따른 가스용 릴리프 밸브의 일부분을 확대하여 나타내는 단면도이며, 도 7의 (a)는 밸브 폐쇄 상태의 가스용 릴리프 밸브의 확대 단면도이고, 도 7의 (b)는 밸브 개방 상태의 가스용 릴리프 밸브의 단면도이다.
도 8은 제 3 및 제 4 실시형태에 따른 가스용 릴리프 밸브의 일부분을 확대하여 나타내는 확대 단면도이며, 도 8의 (a)는 제 3 실시형태에 따른 가스용 릴리프 밸브의 단면도이고, 도 8의 (b)는 제 4 실시형태에 따른 가스용 릴리프 밸브의 단면도이다.
도 9는 제 5 실시형태에 따른 가스용 릴리프 밸브를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 제 1 내지 제 5 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1, 1A ~ 1D)에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용하는 방향의 개념은 설명하는 데 있어서 편의상 사용하는 것으로서, 발명의 구성 방향 등을 그 방향으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 가스용 릴리프 밸브(1, 1A ~ 1D)는 본 발명의 일 실시형태에 불과하다. 따라서, 본 발명은 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 추가, 삭제, 변경이 가능하다.

＜제 1 실시형태＞

고압 가스 탱크에는 고압 가스, 예를 들어 30 ~ 100MPa의 가스가 저장되어 있으며, 거기에 고압 가스를 충전하거나 또한 배출시키기 위해 다양한 기능의 밸브가 마련되어 있다. 이러한 밸브의 하나로서 예를 들면, 탱크로부터 배출되는 고압 가스를 1MPa 정도까지 감압시키는 감압 밸브가 있어며, 그 안전 장치로서 도 1에 나타낸 가스용 릴리프 밸브(1)가 있다. 가스용 릴리프 밸브(1)는, 예를 들어 고압 가스 탱크에 장착되는 밸브 블록(미도시), 혹은 밸브 블록과는 독립하여 마련되어 있으며, 유로(미도시)를 흐르는 작동 가스의 압력이 소정 압력 이상이 되면 릴리프 밸브가 열려 작동 가스를 외부로 방출시킬 수 있다. 이러한 기능을 갖는 가스용 릴리프 밸브(1)는 이하와 같이 구성되어 있다.

즉, 가스용 릴리프 밸브(1)는 하우징(2)과, 밸브체(3)와, 코일 스프링(4)을 구비하고 있으며, 하우징(2)은 주로 하우징 본체(11)와, 뚜껑체(12)를 가지고 있다. 또한, 하우징 본체(11)에는 대략 바닥이 있는 원기둥 형상의 밸브실(21)이 형성되어 있으며, 그 개구 부분은 거기에 뚜껑체(12)가 삽입되어 막혀 있다. 또한, 하우징 본체(11)에는 유입 통로(23) 및 유출 통로(24)가 형성되어 있다. 유입 통로(23)는 밸브실(21)의 축선 L1을 따라 연장되어 있으며, 그 일단이 상술한 유로에 연결되고 타단이 밸브실(21)의 저면(21a)에 밸브구(22)를 통해 밸브실(21)에 개구하고 있다. 또한, 유출 통로(24)는 그 일단이 밸브실(21)의 둘레면에서 개구하고 타단이 외부로 연결되어 있다. 또한, 유출 통로(24)는 반드시 밸브실(21)의 둘레면에서 개구하고 있을 필요는 없고, 뚜껑체(12)에 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이 2개의 통로(23, 24)는 밸브구(22)를 통해 서로 연결되고 유로를 흐르는 작동 가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 한편, 밸브실(21)에는 밸브구(22)를 막아 작동 가스의 배출을 차단하기 위해, 밸브체(3)와, 코일 스프링(4)이 수용되어 있다.

밸브체(3)는 대략 바닥이 있는 원통상의 부재이며, 축선 L1을 따라 이동 가능하고, 또한, 뚜껑체(12)로부터 이격하여 밸브실(21)에 수용되어 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 밸브체(3)는 내부 구멍(3a)을 가지고 있으며, 그 개구단(開口端)이 뚜껑체(12)와 대향되게 밸브실(21)에 수용되어 있다. 또한, 뚜껑체(12)는 밸브체(3)와 대항되는 부분에 오목부(12a)를 가지고 있다. 내부 구멍(3a)은, 이 오목부(12a)와 함께 스프링 수용실(13)이 형성되어 있으며, 이 스프링 수용실(13)에는 코일 스프링(4)이 수용되어 있다.

부세 부재의 일례인 코일 스프링(4)은 이른바 압축 코일 스프링이며, 그 일단이 뚜껑체(12)에 의해 받아지고, 또한, 타단이 밸브체(3)의 저면(3b)에 의해 받아지고 있다. 이렇게 해서 밸브체(3)는 코일 스프링(4)에 의해 뚜껑체(12)로부터 이격되도록 밸브구(22)로 향하는 방향, 즉, 도 1에 나타낸 닫힘 위치를 향해 부세되고 있다. 또한, 코일 스프링(4)은 그 대신에 판 스프링, 탄성체, 자기 스프링, 공기 스프링, 및 정전력에 의한 누름 기구 등을 이용할 수 있다. 이와 같이 코일 스프링(4)에 의해 부세되고 있는 밸브체(3)는 개구단의 반대측, 즉, 선단측 부분에 밸브 머리부(3c)를 가지고 있다. 밸브 머리부(3c)는 테이퍼 형상, 보다 자세하게는 대략 원뿔대상으로 형성되어 있으며, 그 선단의 외경이 밸브구(22)의 구멍 직경보다 작고, 또한, 기단측의 외경이 밸브구(22)의 구멍 직경보다 크게 형성되어 있다. 따라서, 밸브 머리부(3c)는 그 선단으로부터 중간 부분까지를, 밸브구(22)를 통해 유입 통로(23)에 삽입시킬 수 있다. 또한, 밸브 머리부(3c)의 삽입 가능한 부분인 시트부(3d)를 착좌시키기 위해, 유입 통로(23)에는 밸브 시트(25)가 형성되어 있다.

밸브 시트(25)는 하우징 본체(11)에 있어서 유입 통로(23)의 밸브구(22)에 가까운 부분, 본 실시형태에서는 유입 통로(23)의 밸브구(22)에 연결되는 부분에 형성되어 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 밸브 시트(25)는 밸브구(22)를 둘러싸도록 유입 통로(23)에 형성되며, 그 형상은 시트부(3d)와 대략 같은 형상으로 형성되어 있다. 즉, 밸브 시트(25)는 테이퍼 형상을 이루고 있으며, 밸브 시트(25)의 테이퍼 각도 θ는 밸브 머리부(3c)의 반꼭지각 α(=θ)와 대략 동일하게 형성되어 있다. 따라서, 시트부(3d)는 밸브 시트(25)에 끼워 넣어지도록 착좌하고 이에 의해, 밸브구(22)를 막을 수 있다. 또한, 밸브 머리부(3c)의 반꼭지각 α는, 예를 들면 10°

α

45°로 설정되며, 본 실시형태에서는 반꼭지각 α은 30°이다. 또한, 시트부(3d)의 외주면에는 실링 홈(3e)이 형성되어 있다. 실링 홈(3e)은 밸브 머리부(3c)의 선단으로부터 거리 s 이격된 위치에 형성되며, 시트부(3d)의 외주면에 그 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 실링 홈(3e)의 단면은 대략 타원 형상으로 형성되며, 실링 홈(3e)에는 착좌시에 밸브 시트(25)와 시트부(3d) 사이를 밀폐하기 위해 실링 부재(5)가 장착되어 있다.

실링 부재(5)는 합성 고무로 이루어지는 대략 환상의 부재이며, 본 실시형태에서는 예를 들면 O링이다. 또한, 실링 부재(5)는 O링에 한정되지 않고, 환상의 실링이면 된다. 또한, 실링 부재(5)의 단면은, 예를 들어 원(圓) 단면 이외의 사다리꼴 단면 및 D자상 단면이어도 좋고, 그 단면 형상은 불문하다. 실링 부재(5)는 실링 홈(3e)에 끼워 넣어지도록 하여 시트부(3d)의 외주면, 즉, 밸브 머리부(3c)의 외주면에 장착되어 있다. 실링 홈(3e)의 단면(보다 자세하게는 둘레 방향에 수직인 단면)은 상술한 바와 같이 대략 타원 형상으로 형성되어 있으며, 1차측(즉, 상류측이며, 밸브 머리부(3c)의 선단측) 및 2차측(즉, 하류측이며, 밸브 머리부(3c)의 기단측)의 측면(즉, 실링 홈(3e)의 길이 방향 양쪽의 측면)이 대략 반원상(半圓狀)으로 형성되어 있다. 즉, 실링 홈(3e)은 1차측의 측면의 단면이 오목인 곡면 형상으로 형성되고 2차측의 측면의 단면이 오목인 곡면 형상으로 형성되어 있다. 이러한 형상을 갖는 실링 홈(3e)은 하류측 부분에 리턴(return)부를 가지며, 이하와 같은 효과를 달성한다. 즉, 밸브 개방시에 가스에 의해 실링 부재(5)가 밀렸을 경우, 실링 부재(5)를 하류측 부분에 밀어 넣을 수 있으며, 실링 부재(5)가 탈락되기 어렵다. 또한, 이러한 형상으로 함으로써, 밸브체(3)가 움직여 밸브구(22)가 열릴 때 필요한 압력, 즉, 밸브 개방 압력의 편차를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 실링 홈(3e)에는 실링 부재(5)만이 마련되어 있지만, 실링 부재(5)에 더하여 백업 링을 끼워 넣어 실링 홈(3e)으로부터 실링 부재(5)가 탈락되는 것을 억제하도록 해도 좋다.

이와 같이 배치되어 있는 실링 부재(5)의 내경 D2는 유입 통로(23)의 구멍 직경 D1에 대해 D2 ≥ D1×1.14의 관계를 만족하도록 형성되고, 실링 홈(3e)도 이러한 실링 부재(5)가 끼워 맞춰질 수 있도록 형성되어 있다. 또한, 실링 부재(5)의 선 직경 w는 실링 홈(3e)의 깊이 d보다 크게 형성되어 있으며, 실링 부재(5)는 장착된 상태에서 그 일부가 실링 홈(3e)에서부터 돌출되어 있다(예를 들어, 도 2 및 도 3 참조). 따라서, 실링 부재(5)는 착좌했을 때 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐서 밸브 시트(25)에 밀착하여 시트부(3d)와 밸브 시트(25) 사이를 밀봉할 수 있다(도 1 및 도 4 참조). 이와 같이 구성되어 있는 밸브체(3)는 또한 이하와 같이 구성되어 있다.

즉, 밸브체(3)는 그 기단측 부분이 밸브실(21)의 둘레면과 대략 동일 직경으로 형성되어 있으며, 밸브실(21)의 둘레면에 의해 슬라이딩 안내되고 있다. 한편, 밸브 머리부(3c)를 포함하는 잔여 부분이 밸브실(21)의 둘레면보다 작은 직경으로 형성되어 있으며, 그 주위에는 대략 원환상의 밸브 통로(26)가 형성되어 있다. 밸브 통로(26)는 유출 통로(24)와 상시 연결되고, 또한 밸브구(22)가 열렸을 때 유입 통로(23)와 연결된다. 즉, 밸브체(3)가 밸브 시트(25)로부터 이격하여 밸브구(22)가 열리면 2개의 통로(23, 24)가 밸브 통로(26)를 통해 연결되고 유로의 작동 가스가 외부로 방출된다. 또한, 밸브체(3)에는 스프링 수용실(13)의 신축을 허용하기 위해 연통로(3f)가 형성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 가스용 릴리프 밸브(1)는 이하와 같이 동작한다. 즉, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는, 도시하지 않은 유로를 흐르는 작동 가스가 유입 통로(23)로 유도되고 있으며, 유도된 작동 가스의 압력이 밸브체(3)의 선단, 즉, 밸브 머리부(3c)의 선단에 작용하고 있다. 그리고, 도시하지 않은 유로의 압력이 상승하여 소정의 설정 압력에 도달하면 밸브체(3)가 코일 스프링(4)의 부세력(附勢力)에 저항하여 들어 올려진다(도 2 참조). 이렇게 해서 밸브체(3)가 밸브 시트(25)로부터 이격하여(보다 자세하게는 실링 부재(5)가 밸브 시트(25)로부터 이격하여) 밸브체(3)와 밸브 시트(25) 사이에 환상 통로(30)가 형성되고, 밸브구(22)가 열린다(도 5 참조). 작동 가스는 이 환상 통로(30)를 통해 밸브 통로(26)에 들어가고 또한 유출 통로(24)를 통해 외부로 방출된다(도 5의 화살표 참조). 이렇게 해서 유로를 흐르는 작동 가스의 일부를 외부로 방출시켜 유로를 흐르는 작동 가스의 압력이 소정의 설정 압력 이상이 되는 것을 억제하고 있다.

또한, 밸브체(3)는 밸브 시트(25)로부터 이격된 후에도 그대로 들어 올려짐으로써 환상 통로(30)를 더욱 넓혀 보다 많은 유량의 작동 가스를 외부로 방출시킨다. 또한, 밸브체(3)가 들어 올려져 닫힘 위치로부터 리프팅량이 풀(full) 리프팅량 LF에 도달하면 도 3에 나타낸 바와 같이 밸브체(3)가 뚜껑체(12)에 닿아 그 위치, 즉, 풀 스트로크 위치에서 밸브체(3)가 멈춘다(도 3 및 도 6 참조). 이와 같이 밸브체(3)는 도 1에 나타낸 닫힘 위치로부터 도 3에 나타낸 풀 스트로크 위치까지 스트로크할 수 있다. 한편, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는 작동 가스가 외부로 방출되고 유입 통로(23)의 작동 가스의 압력이 저하되면 밸브체(3)를 닫힘 위치 쪽으로 이동시켜 방출되는 유량을 줄인다. 그리고 작동 가스의 압력이 소정의 설정 압력 미만이 되면 밸브체(3)가 밸브 시트(25)에 착좌하여 밸브구(22)를 막는다.

이러한 기능을 갖는 가스용 릴리프 밸브(1)에서는, 실링 부재(5)에 의해 밸브 머리부(3c)와 밸브 시트(25) 사이를 밀폐하고 있으며(도 4 참조), 그것을 달성시키기 위해 상술한 바와 같이, 밸브 머리부(3c)로부터 실링 부재(5)가 돌출되어 있다(도 5 및 도 6 참조). 이 돌출된 실링 부재(5)를 밸브 시트(25)에 맞닿게 하여 밀폐를 달성하고 있기 때문에, 밸브 폐쇄시에도 밸브 머리부(3c)와 밸브 시트(25) 사이에 약간의 틈(c)이 생긴다(도 4 참조). 그렇기 때문에 밸브 개방 직후(즉, 밸브체(3)가 밸브 시트(25)로부터 이격된 직후)에는 실링 부재(5)에 의해 밸브 시트(25)와의 사이에 스로트(throat)(31)가 형성되며, 이 스로트(31)에 의해 실링 부재(5)의 상류측 및 하류측에 있어서 큰 차압이 발생한다. 이 차압이 실링 부재(5)에 계속 작용함으로써 실링 부재(5)가 변형되고, 그리고 실링 홈(3e)으로부터 이탈되는 경우를 생각할 수 있다. 이러한 사태가 발생하는 것을 억지하기 위해, 가스용 릴리프 밸브(1)는 이하와 같이 구성되어 있다.

즉, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는 밸브체(3)가 리프팅(즉, 축선 방향 한 쪽으로 스트로크)되면 환상 통로(30)가 서서히 넓어지는데, 밸브체(3) 및 밸브 시트(25)가 테이퍼 형상으로 형성되어 있기 때문에 리프팅시에 있어서의 환상 통로(30)의 유로 면적의 변화율이 위치마다 다르다. 보다 자세하게는 밸브 머리부(3c)의 선단측에 대해 기단측 쪽이 리프팅량에 대한 유로 면적의 변화율이 크다. 실링 부재(5)와 밸브 시트(25) 사이의 유로 면적(이하, 유로 면적은 밸브 시트(25)의 시트면(25a)에 대해 직교하는 면에서 절단한 단면의 면적이다.)은, 실링 부재(5)가 선단으로부터 이격된 위치에 배치되어 있기 때문에, 밸브체(3)의 선단과 밸브 시트(25) 사이의 유로 면적에 비해 그 변화율이 크다. 따라서, 밸브체(3)가 닫힘 위치로부터 열림 방향으로 스트로크되면 즉시 그 2개의 유로 면적이 소정의 전환 리프팅량 LS에서 역전된다. 즉, 밸브체(3)가 전환 리프팅량 LS만큼 스트로크되어 전환 위치에 도달하면 환상 통로(30)에 있어서 스로트가 형성되는 위치, 즉, 형성 위치가 스로트(31)에서부터 스로트(32)로 전환된다.

이와 같이 구성되어 있는 가스용 릴리프 밸브(1)는 이하와 같은 작용 효과를 발휘한다. 즉, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는 밸브체(3)가 닫힘 위치에서부터 풀 스트로크 위치까지 스트로크하는 사이에 실링 부재(5)가 밸브구(22)로부터 이탈할 수 있다. 밸브구(22) 근처에서는 환상 통로(30)로부터 배출되는 작동 가스의 압력이 충분히 감압되지 않고 높아져 있는 것으로 생각된다. 이러한 밸브구(22)로부터 실링 부재(5)가 이탈되고 거기에서부터 이격됨으로써, 실링 부재(5)가 고압의 작동 가스에 노출되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 실링 부재(5)가 변형되어 손상되거나 또한 실링 부재(5)가 실링 홈(3e)으로부터 이탈되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 밸브 머리부(3c)의 선단과 실링 홈(3e)의 거리 s, 즉, 밸브 머리부(3c)의 선단과 실링 부재(5)와의 거리 s는 풀 리프팅량 LF보다 작게 설정되어 있기 때문에, 작동 가스를 환상 통로(30)에서 감압시켜 밸브실(21)로 유도할 수 있다. 이렇게 해서 실링 부재(5)가 고압에 노출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는 실링 부재(5)가 실링 홈(3e)에 바깥쪽으로부터 끼워지도록 마련되고 있기 때문에, 밸브체(3)에 대해 실링 부재(5)를 용이하게 장착할 수 있다. 이에 의해, 가스용 릴리프 밸브(1)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 특히, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는 실링 부재(5)가 실링 홈(3e)에 바깥쪽으로부터 끼워지도록 함으로써, 종래 기술과 같은 가황 접착을 불필요하게 할 수 있으므로 가스용 릴리프 밸브(1)의 제조 비용을 더욱 저감시킬 수 있다.

또한, 가스용 릴리프 밸브(1)에서는 테이퍼 형상의 밸브 시트(25)에 실링 부재(5)를 착좌시켜 밸브구(22)를 막기 때문에, 밸브 시트(25)를 테이퍼상으로 형성할 수 있다. 따라서, 밸브 시트(25)에 복잡한 가공을 실시할 필요가 없고, 가스용 실링 밸브의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 가스용 릴리프 밸브(1)에 있어서 실링 부재(5)의 내경 D2가 유입 통로(23)의 구멍 직경 D1에 대해 D2 ≥ D1×1.14의 관계를 만족하도록 형성되어 있다. 이렇게 하면 실링 부재(5)를 밸브 시트(25)의 원위단(遠位端)(즉, 유입 통로(23)의 개구단)으로부터 이격하여 배치시킬 수 있기 때문에, 조기에 스로트의 형성 위치를 실링 부재(5)에서부터 다른 위치로 전환시킬 수 있다. 또한, 실링 부재(5)를 밸브 시트(25)의 원위단으로보터 이격하여 배치시키는 것에 의해 밸브체(3)의 선단으로부터 실링 부재(5)를 이격하여 배치시킬 수 있기 때문에, 실링 홈(3e)을 형성하는 공간을 확보할 수 있다. 이렇게 해서 실링 홈(3e)을 적정한 형상으로 형성할 수 있는데, 즉, 실링 홈(3e)의 단면을 상술한 바와 같은 대략 타원 형상으로 형성할 수 있다. 이에 의해, 실링 부재(5)를 손상시키지 않고 실링 홈(3e)에 끼워 넣을 수 있고, 실링 부재(5)의 조립성을 향상시킬 수 있다.

＜제 2 실시형태＞

제 2 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1A)는 제 1 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1)와 구성이 유사하다. 따라서 제 2 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1A)의 구성에 대해서는 제 1 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1)와 다른 점에 대해 주로 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 또한, 후술하는 제 3 내지 제 5 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1B ~ 1D)에 대해서도 마찬가지이다.

제 2 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1A)는 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이 하우징(2)과, 밸브체(3A)와, 코일 스프링(4)을 구비하고 있으며, 밸브체(3A)가 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 밸브체(3A)의 밸브 머리부(3c)는 대략 원뿔 형상으로 형성되어 있으며, 그 선단 부분이 밸브 시트(25)를 넘어 연장되어 있다. 따라서, 가스용 릴리프 밸브(1A)에서는 실링 부재(5)와 밸브 시트(25) 사이를 제외한 환상 통로(30)의 각 위치에 있어서, 최소 유로 면적인 위치는 이하와 같다. 즉, 밸브 시트(25)의 원위단(즉, 밸브 시트(25)에 있어서 밸브구(22)로부터 이격되어 있는 측의 개구단)(25b)와 밸브 머리부(3c) 사이가 환상 통로(30)의 최소 유로 면적이다(도 7의 (b) 참조). 이 사이에 있어서의 유로 면적의 변화는 제 1 실시형태에 있어서의 밸브체(3)의 선단과 밸브 시트(25) 사이의 유로 면적의 변화보다 완만하다. 따라서, 가스용 릴리프 밸브(1A)에서는 그 전환 리프팅량 LS2를 제 1 실시형태의 전환 리프팅량 LS보다 작게 할 수 있다. 이에 의해, 밸브 개방시에 실링 부재(5)가 큰 차압에 노출되는 시간을 짧게 할 수 있으며, 실링 부재(5)가 변형되어 손상되거나 또한 실링 부재(5)가 실링 홈(3e)으로부터 이탈되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

기타, 제 2 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1A)는 제 1 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.

또한, 밸브체(3A)의 밸브 머리부(3c)는 반드시 대략 원뿔 형상으로 형성되어 있을 필요는 없고, 밸브 머리부(3c)가 밸브 시트(25)를 넘어 연장되고 밸브 머리부(3c)의 선단이 유입 통로(23)로서 밸브 시트(25)보다 원위측에 위치하도록 구성되면, 제 1 실시형태의 밸브 머리부(3c)와 마찬가지로 대략 원뿔대 형상이어도 좋다.

＜제 3 실시형태＞

제 3 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1B)는 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 하우징(2B)과, 밸브체(3)와, 코일 스프링(4)을 구비하고 있으며, 하우징(2B)의 밸브 시트(25B)가 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 밸브 시트(25B)는 밸브구(22)로부터 이격된 원위 부분(35a)과, 밸브구(22) 근처에 위치하는 근위 부분(35b)을 가지고 있다. 원위 부분(35a) 및 근위 부분(35b)은 모두 테이퍼상으로 형성되어 있으며, 각각의 테이퍼 각도 θ1, θ2가 다르다. 즉, 원위 부분(35a)의 테이퍼 각도 θ1에 비해 근위 부분(35b)의 테이퍼 각도 θ2가 둔각이다. 따라서, 밸브 시트(25)는 밸브구(22)에 가까워질수록 직경 방향 외측으로 넓어져 있다. 또한, 실링 부재(5)는 원위 부분(35a)에 착좌하도록 배치되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 가스용 릴리프 밸브(1B)에서는 밸브 시트(25)의 근위 부분(35b)의 테이퍼 각도 θ2를 원위 부분(35a)의 테이퍼 각도 θ1보다 크게 함으로써, 제 1 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1)보다 작은 리프팅량으로 형성 위치를 전환시킬 수 있다. 이에 의해, 실링 부재(5)가 변형되어 손상되거나 또한 실링 부재(5)가 실링 홈(3e)으로부터 이탈되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

기타, 제 3 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1B)는 제 1 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.

＜제 4 실시형태＞

제 4 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1C)는 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이 하우징(2C)과, 밸브체(3)와, 코일 스프링(4)을 구비하고 있으며, 하우징(2C)의 밸브 시트(25C)가 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 밸브 시트(25C)는 밸브구(22)로부터 이격된 원위 부분(36a)과, 밸브구(22) 근처에 위치하는 근위 부분(36b)을 가지고 있다. 원위 부분(36a) 및 근위 부분(36b)은 모두 테이퍼상으로 형성되어 있으며, 각각의 테이퍼 각도 θ1, θ3이 다르다. 즉, 원위 부분(36a)의 테이퍼 각도 θ1에 비해 근위 부분(36b)의 테이퍼 각도 θ3이 크게 되어 있다. 또한, 근위 부분(36b)의 테이퍼 각도 θ3은 연속적으로 변화하고 있으며, 축선 방향 한 쪽, 즉, 밸브구(22)에 가까워질수록 커지고 있다. 이러한 형상을 갖는 근위 부분(36b)은 본 실시형태에 있어서 R형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 제 4 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1C)는 제 3 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1B)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.

＜제 5 실시형태＞

제 5 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1D)에서는 도 9에 나타낸 바와 같이 유입 통로(23D)가 축소부(37)를 가지고 있다. 축소부(37)는 밸브 개방시에 축소부(37)보다 하류측의 가스의 압력을 저감시킬 수 있다. 즉, 환상 통로(30)의 압력을 억제할 수 있다. 이에 의해, 밸브 개방 직후에 실링 부재(5)에 작용하는 차압을 저감시킬 수 있으며, 실링 부재(5)가 변형되어 손상되거나 또한 실링 부재(5)가 실링 홈(3e)으로부터 이탈되는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이 구성되어 있는 제 5 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1D)는 제 1 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.

<그 외의 실시형태>

제 1 내지 제 5 실시형태의 가스용 릴리프 밸브(1, 1A ~ 1D)는 고압 가스 탱크로부터 작동 가스를 배출시키는 유로에 마련되어 있지만, 반드시 이러한 유로에 마련되어 있을 필요는 없다. 즉, 저압의 가스가 흐르는 유로에 마련되어도 좋고, 그 용도는 불문하다.

상기 설명에서 당업자에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 분명하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최량의 형태를 당업자에게 교시하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

1, 1A ~ 1C 가스용 릴리프 밸브
2, 2B, 2C 하우징
3, 3A 밸브체
4 코일 스프링
5 실링 부재
21 밸브실
21a 저면
22 밸브구
23 유입 통로
24 유출 통로
25, 25B, 25C 밸브 시트
31 스로트
32 스로트
33 밸브 머리부
33b 선단 부분
34 환상 협로(狹路)(스로트)
35 밸브 시트
35a, 36a 원위(遠位) 부분
35b, 36b 근위(近位) 부분

Claims

유입 통로와 유출 통로에 연결되는 밸브구와, 상기 밸브구에 연결되도록 유입 통로에 형성되는 테이퍼상의 밸브 시트를 갖는 하우징과;
테이퍼상의 밸브 머리부를 가지며, 상기 밸브 머리부가 끼워 넣어지도록 하여 상기 밸브 시트에 착좌시켜 상기 밸브구를 막는 닫힘 위치와 상기 밸브 시트로부터 가장 이격되는 풀 스트로크(full stroke) 위치 사이에서 이동 가능한 밸브체와;
닫힘 위치에 위치시키기 위해 상기 밸브체를 부세(付勢)하는 부세 부재(付勢部材);를 구비하며,
상기 밸브체는 상기 밸브 머리부의 외주면에 있어서 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐서 마련되는 실링 홈과, 그 실링 홈에 바깥쪽으로부터 끼워져 마련되고, 또한, 닫힘 위치에서 상기 밸브 시트에 착좌하여 상기 밸브 시트와 상기 밸브 머리부 사이를 밀봉하는 실링 부재를 가지는, 가스용 릴리프 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브 시트는 테이퍼상으로 형성되며, 서로 다른 테이퍼 각도로 형성되는 근위(近位) 부분과 원위(遠位) 부분을 가지며,
상기 원위 부분은 상기 밸브체가 닫힘 위치에 위치할 때 상기 밸브 머리부를 착좌시키기 위해 상기 근위 부분보다 상기 밸브구로부터 멀리 위치하며,
상기 근위 부분은 그 테이퍼 각도가 상기 원위 부분에 비해 둔각으로 형성되어 있는, 가스용 릴리프 밸브.
제 2 항에 있어서,
상기 근위 부분의 테이퍼 각도는 상기 밸브구에 가까워질수록 커지도록 연속적으로 변화하고 있는, 가스용 릴리프 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 유입 통로에는 축소부가 형성되어 있는, 가스용 릴리프 밸브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실링 부재는 상기 실링 홈에 끼워 맞춰져 배치되고,
상기 실링 홈은 2차측의 측면의 단면이 오목인 곡면 형상으로 형성되어 있는, 가스용 릴리프 밸브.