KR101136325B1 - 극저온용 쓰리피스 볼 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저온용 볼밸브에 관한 것으로서, 좌우 양측면으로 분리가능한 하나씩의 어댑터가 연결되며 내부에 스템과 연결되는 볼이 설치되는 바디와; 상기 각 어댑터의 결합으로 볼의 외면과 밀착되는 PCTFE 재질로 이루어지는 한 쌍의 볼시트와; 상기 어댑터와 바디의 접속에 설치되는 고리 형상으로 구리재질의 어댑터시트와; 상기 스템이 삽입되는 바디의 헤드부 상면에 돌출되게 형성되는 고정핀과;다수의 오링이 결합되는 대단부를 기준으로 하부 소단부와 상부 소단부가 구비되어 하부 소단부 끝단은 볼과 연결되고 상부 소단부 끝단은 핸들과 결합이 되는 스템과; 상기 스템의 하부 소단부에 끼워지며 상단부에 돌출되는 플랜지가 형성되어 바디 내부의 제1걸림턱에서 맞닿게 되고 PCTFE 재질로 이루어지는 하부스템시트와; 상기 스템의 상부 소단부에 끼워지는 링 형상으로 바디 내부의 제2걸림턱에 맞닿게 되고 PCTFE 재질로 이루어지는 상부스템시트와; 헤드부 상면에 형성된 고정핀이 끼워지는 핀홀이 구비되며 중심부는 상부 소단부가 관통될 수 있는 천공홀이 형성되되, 상기 천공홀 둘레로 일부구간에 걸쳐 돌출되는 제한리브가 구비되는 스톱퍼와; 상기 스템의 상부 소단부 외면으로 돌출되게 결합되어 상기 제한리브의 양단부에서 맞닿게 됨으로써 스템의 회전각도가 규제되도록 하는 제한핀과; 상기 헤드부의 외주면과 결합되며 내경면에 형성되는 가압턱이 상기 스톱퍼의 상면 가장자리에 접촉되어 고정될 수 있도록 하는 캡과; 스템이 관통되는 센터홀이 구비되는 캡의 상부면에 센터홀 주위를 따라 함몰되는 핸들시트홈에 설치되어 상기 스템의 상단부에 체결되는 핸들의 하부면에 의해 가압되어 기밀을 유지토록 하는 테프론 재질의 핸들시트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온용 쓰리피스 볼 밸브에 관한 것이다.

극저온, 볼 밸브, PCTFE, 테프론, 스템, 시트, 스톱퍼, 제한리브, 고압, 어댑터, 호환성

Description

극저온용 쓰리피스 볼 밸브{Cryogenic 3-piece ball valve}

본 발명은 극저온, 고압 환경하에서 사용될 수 있는 볼 밸브에 관한 것이다.

다양한 밸브들 중의 하나로 볼 밸브가 널리 사용되고 있으며 특히 볼밸브는 조작을 신속하게 할 수 있다는 장점이 있고 비교적 구조도 간단하기 때문에 산업전반에 걸쳐서 활용되고 있는 실정이다.

밸브의 생명은 작동성과 실링성이라 할 수 있으며 위험한 유체를 다룰 경우에는 미량의 누설로도 큰 사고를 유발할 수 있다. 특히 근래에는 초고압이나 극저온과 같은 조건에서도 사용될 수 있는 볼 밸브의 수요가 증대되고 있다.

대표적인 고압 혹은 극저온 환경 조건으로는 CNG 용기에 부착되는 밸브, LNG의 사용에 따른 밸브 등이 있다. 일반적인 상온 조건과 같은 곳에서의 볼 밸브에 비교하여 열악한 조건에서는 보다 우수한 기밀성과 작동성이 요구된다.

본 발명과 관련되는 종래기술로 대한민국 특허출원번호 10-2006-41678호의 "극저온, 고압용 볼 밸브"가 공개된 바 있으며, 도1은 이에 따른 볼 밸브의 단면도에 해당된다.

종래기술에서의 볼 밸브는 볼(6)과 핸들(9)을 연결하는 스템(8)은 그 길이를 짧게 구성하고, 상기 스템(8)이 경유하는 보닛(10) 일측면으로는 상온의 질소가스가 주입될 수 있도록 질소가스주입튜브(12)를 퍼지커넥터(11)와 너트(11a)로 연결배관한 것을 특징으로 한다.

이처럼 종래기술에서는 극저온 및 고압용으로 사용하기 위해 질소가스를 투입시켜서 스템에서의 실링효과가 향상될 수 있도록 하나, 질소가스 공급을 위한 별도의 배관을 설치해야 하고 연결부를 형성시켜야 하는 등 오히려 사용상의 불편함과 가격적인 측면에서의 비용증가라는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 볼 밸브들의 경우 볼이 내장되는 바디의 어느 일측으로만 어댑터가 결합되어 볼의 설치 후 어댑터를 체결하게 되므로 다른 일측은 연결될 배관이나 용기의 연결방식이 상이한 경우 이에 맞는 새로운 볼 밸브를 구매해야만 했었다.

따라서 본 발명에서는 극저온이나 고압조건에서도 우수한 기밀성을 유지할 수 있으며 콤팩트한 구조이고, 스템의 최대회전각도 제어를 위한 스토퍼가 스템과 동일 축상으로 형성되어 캡에 의해 감싸여져 노출되지 않도록 구성하여 손상을 예방하며 범용적으로 사용할 수 있도록 하는 볼 밸브를 제공하고자 한다.

그리고 볼 밸브가 연결되는 배관이나 용기의 연결방식에 따라 바디와 연결되는 어댑터의 좌우 양측 모두를 교체가능하도록 함으로써 호환성이 우수한 볼 밸브를 제공함을 또 다른 과제로 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명은, 극저온용 볼밸브에 관한 것으로서, 좌우로 개방되는 유로가 내부에 형성되어 그 내부 유로에 볼이 설치되고, 개방된 양측의 내경부에는 외주면에 나사산이 형성되는 어댑터가 각각 나사 결합하며, 상기 내부 유로에 연통하는 스템홀이 형성되는 헤드부가 상부에 형성되는 바디와; 상기 볼의 외주면에 유로 방향으로 대향하도록 밀착 설치되는 한 쌍의 볼시트와; 상기 어댑터의 외경에 장착되어 바디와의 접속 부위를 밀봉하는 고리 형상의 어댑터 시트와; 상기 스템이 삽입되는 바디의 헤드부 상면에 돌출되게 형성되는 고정핀과; 외주면에 다수의 오링이 결합되는 대단부와, 이보다 작은 직경을 가지도록 대단부의 하방에 형성되는 하부 소단부와, 대단부의 상방에 형성되는 상부 소단부가 구비되어 하부 소단부 끝단은 볼과 연결되고 상부 소단부 끝단은 핸들과 결합이 되는 스템과; 상기 스템의 하부 소단부에 끼워지며 상단부에 돌출되는 플랜지가 형성되어 바디 내부의 제1걸림턱에서 맞닿게 되는 하부스템시트와; 상기 스템의 상부 소단부에 끼워지는 링 형상으로 바디 내부의 제2걸림턱에 맞닿게 되는 상부스템시트와; 판면에 헤드부 상면에 형성된 고정핀이 끼워지는 핀홀이 구비되며 판면의 중심부는 상부 소단부가 관통될 수 있는 천공홀이 형성되되, 상기 천공홀 둘레로 일부 구간에 걸쳐 돌출되는 제한리브가 구비되는 스톱퍼와; 상기 스템의 상부 소단부 외면으로 돌출되게 결합되어 상기 제한리브의 양단부에서 맞닿게 됨으로써 스템의 회전각도가 규제되도록 하는 제한핀과; 상기 헤드부의 외주면과 결합되며 내경면에 형성되는 가압턱이 상기 스톱퍼의 상면 가장자리에 접촉되어 고정될 수 있도록 하는 캡과; 스템이 관통되는 센터홀이 구비되는 캡의 상부면에 센터홀 주위를 따라 함몰되는 핸들시트홈에 설치되어 상기 스템의 상단부에 체결되는 핸들의 하부면에 의해 가압되어 기밀을 유지토록 하는 핸들시트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온용 쓰리피스 볼 밸브를 제안한다.

바람직하게 상기 스톱퍼의 제한리브는, 스템이 90도 범위내에서 회전될 수 있도록 상기 천공홀 둘레를 따라 270도 범위로 형성되고, 상기 스톱퍼는 황동으로 제작되는 것을 특징으로 하는 극저온용 쓰리피스 볼 밸브를 제안한다.

본 발명에 의한 볼 밸브는 소형화가 가능하도록 콤팩트한 구조를 이루고 있으며, 극저온 또는 고압에 사용될 수 있도록 적재적소에 적합한 재질로 이루어지는 다수의 실링용 시트를 두도록 하여 열악한 환경하에서도 작동성과 실링성이 유지될 수 있는 볼 밸브를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 바디 좌우측의 두 어댑터 모두는 교체가 가능하므로 호환성이 우수한 볼 밸브를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 볼 밸브에 대해 보다 구체적인 설명을 하기로 하며, 본 발명에 따른 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해 관련도면을 첨부하며 제시되는 도면들은 하나의 실시예에 해당된다.

도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼 밸브의 외관 사시도이며, 도3은 조립 상태에서의 단면도이며, 도4는 절개 사시도이고 도5는 분해사시도에 해당된다.

도시된 바와 같이 본 발명의 볼 밸브는 공급되는 유체의 흐름을 단속하기 위한 것으로서 바디(100)의 좌우 양측면으로 하나씩의 어댑터(200)가 연결되며 바디(100)와 어댑터(200)의 결합으로 형성되는 내부 공간에 볼(300)이 설치된다. 상기 볼(300)은 바디(100) 상부로부터 수직하게 삽입되는 스템(400)의 하단부와 연결되어 회전동작되어 유체의 흐름을 단속하게 된다.

상기 바디(100)의 양측으로 어댑터(200)가 조립되는데 상기 볼(300)은 볼의 외면과 접촉되는 두개의 볼시트(310)로 인해 1차적인 유체의 누설이 방지된다. 즉, 볼(300)의 좌우측으로 하나씩의 볼시트(310)가 위치되며 바디(100)의 좌우측으로 하나씩의 어댑터(200)가 체결됨으로써 각 어댑터(200)의 끝단부가 상기 볼시트(310)와 접촉되면서 볼(300)과 볼시트(310)가 서로 밀착되게 된다.

특히, 본 발명에서 사용되는 볼시트(310)는 PCTFE(다이플론,PolyChloroTri-FluoroEthylene) 재질인 것으로 하는데, PCTFE로 제작되는 볼시트는 저온하에서도 우수한 실링성을 제공할 수 있다는 특성이 있다.

한편, 바디(100)에 연결되는 어댑터(200)는 나사결합방식으로 바디(100)와 체결되며 도시된 바와 같이 바디(100)와 어댑터(200)의 접속부위에 고리 형상의 어댑터시트(210)가 설치되어 유체의 누설이 예방될 수 있도록 한다. 특히 어댑터시트(210)는 구리(Cu)로 제작되는 고리 형상이며 어댑터(200)를 규정된 토크값 범위로 바디(100)에 체결하게 되면 상기 어댑터시트(210)는 압착되면서 유체의 누설을 방지하게 된다.

그리고 본 발명의 경우 바디(100)의 좌우측으로 하나씩의 어댑터(200)가 조립되는 형태를 이루게 됨으로써 배관이나 용기와의 연결시에 다양한 연결방식에 적극적으로 대처할 수 있게 되는 특징이 있다. 즉, 필요에 따라 어댑터(200)만을 연결될 배관이나 용기와 일치되는 것으로 교체함으로써 어떠한 곳에서도 사용할 수가 있어 호환성이 우수하다.

유체의 흐름을 차단하기 위한 볼 밸브는 주로 배관 사이에 설치되거나 특정 용기에 결합된 후 배관과 연결되는데, 이때 볼 밸브의 어댑터를 통해서 접속이 이루어진다. 어댑터와 배관과의 연결방식에는 락타입, 용접식, 나사타입 혹은 튜브타입이 있으며, 하나의 바디에 대해 여러 결합방식을 갖는 어댑터를 선택적으로 교체하여 사용이 가능하다.

바디(100)의 좌우 수평방향으로 유로가 형성되어 양측에 어댑터(200)가 연결 되며 그리고 상기 바디(100)의 상부로부터 볼(300)이 설치되는 내부공간까지 연결되는 스템홀(110)이 마련된다. 상기 스템홀(110)을 통해 스템(400)이 삽입되며 그 하단부는 볼(300)과 연결되어 스템(400)의 상단부에 연결될 핸들(H)의 조작에 따라 스템(400)과 볼(300)은 함께 일정한 범위에서 회전동작하게 된다.

이처럼 바디(100)에 스템(400)을 직립되게 설치할 수 있도록 하기 위해 상기 바디(100)에는 도시된 바와 같이 헤드부(100a)가 형성된다. 상기 헤드부(100a) 중심에는 바디(100) 내부와 연결되는 스템홀(110)이 형성되고 헤드부(100a)의 가장자리는 매끈하게 가공되어 있고 그 상면 어느 한 곳에 고정핀(120)이 돌출된다. 상기 고정핀(120)은 헤드부(100a) 상면에 수직하게 함몰 형성되는 핀홈(미도시)에 끼워져서 그 상단부가 헤드부(100a) 상면으로 돌출되는 것이다.

스템홀(110)을 통해 바디(100)에 결합되는 스템(400)은 길다란 봉상 형태이되 직경이 가장 큰 대단부(410)를 기준으로 하여 하부 소단부(420)와 상부 소단부(430)로 구분된다. 상기 하부 소단부(420) 끝단에서 볼(300)이 연결되며 상부 소단부(430) 끝단에서는 핸들(H)이 결합된다. 그리고 상기 대단부(410)에는 다수의 오링(411)이 설치된다.

한편, 상기 스템(400)에 있어서 하부 소단부(420)에는 하부스템시트(421)가 결합되는데, 도시된 바와 같이 상기 하부스템시트(421)는 짧은 관 형태이되 상단부에는 돌출되는 플랜지(421a)가 구비되며 재질은 PCTFE로 만들어진다. 상기 하부스템시트(421)는 스템(400)의 대단부(410)와 하부 소단부(420)의 경계 부위에 하부스템시트(421)의 상단에 형성되는 플랜지(421a)가 맞닿게 하부 소단부(420)에 끼워지 게 되며 바디(100)의 스템홀(110)을 따라 형성되는 제1걸림턱(111)에서 상기 플랜지(421a)가 걸리게 된다.

상기 스템(400)의 대단부(410)와 상부 소단부(430)의 경계지점에 링 형상의 상부스템시트(431)가 설치되며 상기 상부스템시트(431) 역시 PCTFE 재질로 이루어지고, 바디(100)를 이루는 헤드부(100a) 상단면에 스템홀(110)보다 큰 직경으로 함몰되는 제2걸림턱(112)에 가장자리가 걸리도록 위치된다.

상기 헤드부(100a) 상면에 고정핀(120)이 돌출되게 형성됨은 설명한 바와 같으며, 상기 고정핀(120)을 이용하여 스톱퍼(500)가 회전되지 못하도록 헤드부(100a) 상면에 설치되고 헤드부(100a) 상면에 스톱퍼(500)가 위치되어 후술할 캡(600)이 헤드부(100a)에 체결되면 상기 스톱퍼(500)가 상부스템시트(431)를 누르게 되어 상기 상부스템시트(431)는 제2걸림턱(112)에 밀착된다.

상기 스톱퍼(500)는 중심부에 천공홀(510)이 형성되는 원판 형태로서 그 상면에는 상기 천공홀(510) 둘레를 따라 돌출되는 제한리브(520)가 부분적으로 마련된다. 그리고 상기 스톱퍼(500)에는 상기 고정핀(120)이 끼워져 회전이 저지될 수 있도록 하는 핀홀(530)이 구비된다. 본 실시예의 경우 상기 스톱퍼(500)에 형성되는 제한리브(520)는 270도 범위로 형성되며 따라서 나머지 90도 범위는 뚫린 상태가 된다.

한편, 상기 스템(400)의 상부 소단부(430) 외면에는 스템(400)의 회전각도가 규제될 수 있도록 하기 위한 제한핀(440)이 돌출되게 결합되며, 상기 제한핀(440)은 스톱퍼(500)의 상면 중 일부구간에 형성되는 제한리브(520) 양단부 사이에 위치 되어 제한리브(520) 이외의 영역범위에서 스템(400)이 회전될 수 있도록 한다. 본 실시예의 경우 상기 제한리브(520)는 270도 만큼 형성되므로 상기 제한핀(440)이 움직일 수 있는 범위는 90도 범위이므로 결국 스템(400)의 최대회전각도 범위는 90도가 된다.

상기 헤드부(100a)를 감싸서 스톱퍼(500)를 고정되게 하는 캡(600)이 결합되는데 상기 헤드부(100a) 외주면에 나사부를 두어서 캡(600)을 체결하도록 하며 상기 캡(600)의 내경면에는 스톱퍼(500)의 상면 가장자리에 접촉되어 눌러주게 되는 가압턱(610)이 마련된다. 그리고 상기 캡(600)의 중심부는 천공된 센터홀(620)이 구비되며 상기 센터홀(620)을 통해 스템(400)의 상단부가 캡(600) 상면부보다 돌출된다.

그리고 상기 캡(600)의 상부면에는 상기 센터홀(620) 주위를 따라 함몰되는 핸들시트홈(630)이 마련되는데, 상기 핸들시트홈(630)에 원형고리 형상의 핸들시트(631)가 위치되어 핸들(H)의 하부면에 의해 가압되어 기밀이 유지될 수 있도록 구성된다. 상기 핸들시트(631)는 테프론 재질로 함이 적합하며 스템(400)의 상단부가 핸들시트(631)의 중심을 통과하여 상부로 돌출되어 핸들(H)이 스템(400)에 결합되고 핸들(H)의 하부면이 핸들시트(631)를 가압하는 상태가 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서의 볼 밸브는 극저온이나 고압 조건하에서도 사용이 가능하도록 PCTFE 재질로 이루어지는 볼시트, 상부스템시트, 하부스템시트를 두며, 그 외에도 어댑터시트 및 핸들시트를 두어서 누설이 방지될 수 있도 록 한다. 또한, 스템의 회전각도를 규제하기 위해 캡으로 보호되게 바디의 헤드부 상부에 설치함으로써 콤팩트한 구조가 가능하도록 한다.

그리고 바디 양측으로 교체가능한 어댑터가 형성됨으로써 필요에 따라 적당한 어댑터를 선정하여 쉽게 교체하여 사용할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 볼 밸브는 일반적인 산업용 볼 밸브로서 뿐 아니라 극저온이나 고압 조건에서도 실링성과 작동성이 보장되므로 이용 가능성이 매우 높다고 할 것이다.

그리고 바디 양측으로 결합되는 어댑터 각각을 상황에 따라 교체하여 사용할 수 있기 때문에 배관과의 연결시에 편리함을 제공할 수 있어 이용 범위가 넓다고 할 수 있다.

도1은 종래기술에 따른 극저온, 고압용 볼 밸브의 단면도.

도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 볼 밸브의 외관 사시도.

도3은 조립 상태에서의 단면도.

도4는 절개 사시도.

도5는 분해사시도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

100 : 바디 110 : 스템홀

111 : 제1걸림턱 112 : 제2걸림턱

100a: 헤드부 120 : 고정핀

121 : 핀홈 200 : 어댑터

210 : 어댑터시트 300 : 볼

310 : 볼시트 400 : 스템

410 : 대단부 411 : 오링

420 : 하부 소단부 421 : 하부스템시트

421a: 플랜지 430 : 상부소단부

431 : 상부스템시트 500 : 스톱퍼

510 : 천공홀 520 : 제한리브

530 : 핀홀 600 : 캡

610 : 가압턱 620 : 센터홀

630 : 핸들시트홈 631 : 핸들시트

H : 핸들

Claims (2)

1. 극저온용 볼밸브에 관한 것으로서,

   좌우로 개방되는 유로가 내부에 형성되어 그 내부 유로에 볼이 설치되고, 개방된 양측의 내경부에는 외주면에 나사산이 형성되는 어댑터가 각각 나사 결합하며, 상기 내부 유로에 연통하는 스템홀이 형성되는 헤드부가 상부에 형성되는 바디와;

   상기 볼의 외주면에 유로 방향으로 대향하도록 밀착 설치되는 한 쌍의 볼시트와;

   상기 어댑터의 외경에 장착되어 바디와의 접속 부위를 밀봉하는 고리 형상의 어댑터 시트와;

   상기 스템이 삽입되는 바디의 헤드부 상면에 돌출되게 형성되는 고정핀과;

   외주면에 다수의 오링이 결합되는 대단부와, 이보다 작은 직경을 가지도록 대단부의 하방에 형성되는 하부 소단부와, 대단부의 상방에 형성되는 상부 소단부가 구비되어 하부 소단부 끝단은 볼과 연결되고 상부 소단부 끝단은 핸들과 결합이 되는 스템과;

   상기 스템의 하부 소단부에 끼워지며 상단부에 돌출되는 플랜지가 형성되어 바디 내부의 제1걸림턱에서 맞닿게 되는 하부스템시트와;

   상기 스템의 상부 소단부에 끼워지는 링 형상으로 바디 내부의 제2걸림턱에 맞닿게 되는 상부스템시트와;

   판면에 헤드부 상면에 형성된 고정핀이 끼워지는 핀홀이 구비되며 판면의 중심부는 상부 소단부가 관통될 수 있는 천공홀이 형성되되, 상기 천공홀 둘레로 일부 구간에 걸쳐 돌출되는 제한리브가 구비되는 스톱퍼와;

   상기 스템의 상부 소단부 외면으로 돌출되게 결합되어 상기 제한리브의 양단부에서 맞닿게 됨으로써 스템의 회전각도가 규제되도록 하는 제한핀과;

   상기 헤드부의 외주면과 결합되며 내경면에 형성되는 가압턱이 상기 스톱퍼의 상면 가장자리에 접촉되어 고정될 수 있도록 하는 캡과;

   스템이 관통되는 센터홀이 구비되는 캡의 상부면에 센터홀 주위를 따라 함몰되는 핸들시트홈에 설치되어 상기 스템의 상단부에 체결되는 핸들의 하부면에 의해 가압되어 기밀을 유지토록 하는 핸들시트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온용 쓰리피스 볼 밸브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스톱퍼의 제한리브는,

   스템이 90도 범위내에서 회전될 수 있도록 상기 천공홀 둘레를 따라 270도 범위로 형성되고, 상기 스톱퍼는 황동으로 제작되는 것을 특징으로 하는 극저온용 쓰리피스 볼 밸브.

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