KR20240037534A - 전동밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전동밸브는, 밸브챔버(valve chamber)를 구비하는 밸브케이스(valve case), 상기 밸브케이스의 일측에 연결되어 상기 밸브챔버에 연결되어 통하는 유체유입구, 상기 밸브케이스의 타측에 연결되어 상기 밸브챔버에 연결되어 통하는 유체유출구, 상기 밸브케이스의 내벽에 안착되고, 상기 유체유출구와 연결되어 통하는 밸브구멍을 구비하는 밸브시트, 상기 밸브구멍을 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 선택적으로 이동하는 핀틀(pintle), 상기 핀틀에 연결되어 상기 핀틀을 가압하여 이동시키는 가압부, 상기 가압부를 구동하는 전동모터, 그리고 상기 전동모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전동밸브{Electric valve}

본 발명은 전동밸브에 관한 것으로, 상세하게는 간단한 구성으로 유체 차단 및 유량 조절을 동시에 효과적으로 구현할 수 있는 유량조절밸브에 관한 것이다.

유량조절밸브는 유량의 흐름을 제어하는 밸브로서, 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다.

통상적으로, 고압/극저온 유체를 개방 및 차단하는 온-오프(on-off) 밸브는 주로 공압으로 작동되므로 이를 사용하려면 별도의 파일럿 배관과 솔레노이드밸브가 필요하다. 또한, 고압/극저온 유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브는 유체를 개방 및 차단하는 기능이 없다. 따라서, 유체의 유량을 조절하고, 유체의 흐름을 차단하려면 유량조절밸브와 온-오프 밸브가 함께 필요하다.

그러므로 유체 차단과 유량 조절의 두 가지 기능을 동시에 구현한 전동밸브가 있으면 시스템을 매우 단순하게 구성할 수 있어 설치 비용 절감, 중량 절감, 및 부품수 감소에 따른 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

그런데 유체 차단 및 유량 조절이 동시에 가능한 기존의 고압/극저온용 전동밸브는 주로 볼 밸브의 형태를 가지고 있다. 볼 밸브는 고압에서 밸브를 구동하는 힘(토크)이 크게 요구되기 때문에 모터의 크기가 큰 문제점이 있고, 또한 밸브 개방 각도와 유량계수가 비선형인 특성으로 인해 정밀 유량제어에 적합하지 않는 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제10-0392198호(등록일: 2003.07.08.)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 콤팩트 한 구성을 통하여 유체차단 및 유량조절을 동시에 구현할 수 있는 전동밸브를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 전동밸브는, 밸브챔버(valve chamber)를 구비하는 밸브케이스(valve case), 상기 밸브케이스의 일측에 연결되어 상기 밸브챔버에 연결되어 통하는 유체유입구, 상기 밸브케이스의 타측에 연결되어 상기 밸브챔버에 연결되어 통하는 유체유출구, 상기 밸브케이스의 내벽에 안착 되고, 상기 유체유출구와 연결되어 통하는 밸브구멍을 구비하는 밸브시트, 상기 밸브구멍을 개방 또는 폐쇄하는 방향으로 선택적으로 이동하는 핀틀(pintle), 상기 핀틀에 연결되어 상기 핀틀을 가압하여 이동시키는 가압부, 상기 가압부를 구동하는 전동모터, 그리고 상기 전동모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 밸브시트의 밸브구멍은 입구측에서 출구측으로 갈수록 점진적으로 직경이 작아지는 경사부를 포함한다.

또한, 상기 핀틀은, 제1 직경부, 그리고 상기 제1 직경부보다 큰 직경을 가지고 상기 제1 직경부에 단차진 제2 직경부를 포함한다.

또한, 상기 제2 직경부의 직경은 다음의 수학식을 만족한다.

[수학식] D2 < D3 <D1

(여기서, D1은 상기 밸브구멍의 입구측의 직경, D2는 상기 밸브구멍의 출구측의 직경, D3는 상기 제2 직경부의 직경을 나타냄)

또한, 상기 제2 직경부와 상기 밸브구멍의 접촉 지점에는 밀봉을 위한 환형 씰이 구비된다.

또한, 상기 전동밸브는, 상기 가압부의 전진 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함하며, 상기 스토퍼는 상기 밸브케이스의 다른 내벽에 안착된다.

또한, 상기 핀틀은 상기 제1 직경부의 선단에 콘형상부를 더 포함한다.

또한, 상기 벨브케이스는 상기 경사부에 일단이 연결되어 통하고, 유출구에 타단이 연결되어 통하는 노즐부를 더 포함한다.

또한, 상기 노즐부의 노즐목의 직경은 상기 제1 직경부의 직경보다 크거나 같다.

상술한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 전동밸브는 다음과 같은 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 전동밸브는 하나의 밸브로서 유로 차단 기능 및 유량 조절 기능을 동시에 구현할 수 있다.

또한, 모듈식 구성으로 단순한 구조로 제작 비용이 저렴하다.

또한, 밸브 구동에 큰 토크가 필요치 않으므로 종래의 볼밸브에 비해 크기와 무게가 작다.

또한, 본 발명의 전동밸브는 모듈식으로 구성할 수 있으므로, 최소한의 부품 예컨대, 핀틀 등의 변경으로 이들 상호 간의 용도 변경이 가능하며, 손상 부위 발생시 해당 파트만 교체하면 되므로 유지 보수 비용도 저렴하다.

또한, 핀틀의 위치와 유량계수가 거의 선형인 관계로 정밀 유량조절이 용이하다.

한편, 본 발명은 명시적으로 기재되지는 않았지만 상술한 구성으로부터 기대할 수 있는 다른 효과도 물론 포함한다.

도 1은 본 발명의 전동밸브의 외관 모식도이다.
도 2는 도 1의 전동밸브의 한 실시예의 단면도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 도 1의 전동밸브의 다른 실시예의 단면도로서 밸브구멍이 개방된 상태를 나타낸다.
도 5는 도 1의 전동밸브의 다른 실시예의 단면도로서 밸브구멍이 폐쇄된 상태를 나타낸다.
도 6은 도 4의 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 전동밸브(100)는 주요 구성으로서, 밸브케이스(valve case)(1), 유체유입구(2), 유체유출구(3), 밸브시트(valve seat)(5), 핀틀(pintle)(4), 가압부(8), 전동모터(9), 그리고 제어부(미도시)를 포함한다.

밸브케이스(1)는 유체가 유동하는 밸브챔버(11)를 구비한다.

유체유입구(2)는 밸브케이스(1)의 일측에 연결되어 밸브챔버(11)에 연결되어 통한다.

유체유출구(3)는 밸브케이스(1)의 타측에 연결되어 밸브챔버(11)에 연결되어 통한다.

밸브시트(5)는 밸브케이스(1)의 내벽에 안착 되고, 유체유출구(3)와 연결되어 통하는 밸브구멍(51)을 구비한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 밸브시트(5)의 밸브구멍(51)은 입구측에서 출구측으로 갈수록 점진적으로 직경이 작아지는 경사부(52)를 포함한다. 참고로, 도 3에서 D1은 밸브구멍(51)의 입구측의 직경, D2는 밸브구멍(51)의 출구측의 직경을 각각 나타낸다.

핀틀(4)은 밸브구멍(51)을 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 선택적으로 이동할 수 있다.

구체적으로, 핀틀(4)은, 제1 직경부(41), 그리고 제1 직경부(41)보다 큰 직경을 가지고 제1 직경부(41)에 단차진 제2 직경부(42)를 포함한다.

여기서, 제2 직경부(42)의 직경(D3)는 다음의 [수학식 1]을 만족한다.

D2 < D3 <D1 ... [수학식 1]

한편, 핀틀(4)의 제2 직경부(42)와 밸브시트(5)의 밸브구멍(51)의 접촉 지점에는 밀봉을 위한 환형 씰(7)이 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가압부(8)는 핀틀(4)에 연결되어 핀틀(4)을 가압하여 밸브구멍(51)을 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 핀틀(4)을 이동시킨다.

전동모터(9)는 가압부(8)를 구동한다.

제어부(미도시)는 전동모터(9)의 속도, 온-오프 등을 제어한다.

또한, 핀틀(4)이 밸브 시트(5)에 접촉할 때, 가압부(8)의 추가적인 전진 즉, 도 2 기준 우측으로의 이동을 제한하는 스토퍼(6)가 구비된다. 스토퍼(6)는 밸브케이스(1)의 다른 내벽에 안착된다.

상술한 본 발명의 한 실시예에 따른 전동밸브(100)는, 유체유출구(3)로 유동하는 유량을 줄이고자 할 경우, 전동모터(9)를 구동시켜 가압부(8)가 핀틀(4)을 우측(도 2 기준)으로 이동시킨다. 이때, 핀틀(4)의 제1 직경부(41)가 밸브구멍(51)의 경사부(52) 쪽으로 이동하여, 유체유출구(3)로의 유동이 줄어들게 된다. 만일, 유동을 완전 차단하고자 할 경우, 핀틀(4)을 우측으로 더 이동시켜, 핀틀(4)의 제2 직경부(42)가 밸브구멍(51)의 경사부(52)에 접촉되도록 한다. 이때, 환형 씰(7)을 통하여 유동이 완전 밀봉된다.

이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동밸브(200)에 대하여 설명한다. 편의상, 상술한 전동밸브(100)와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 차이 나는 구성에 대하여 설명한다.

핀틀(4)은 제1 직경부(41)의 선단에 콘형상부(43)를 더 포함한다.

또한, 벨브케이스(1)는 노즐부(nozzle)(12)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 노즐부(12)는 밸브구멍(51)의 경사부(52)에 일단이 연결되어 통하고, 유체유출구(3)에 타단이 연결되어 통한다. 여기서, 노즐부(12)란 직경이 점점 작아지다 다시 커지는 유체 통로를 의미하며, 최소 직경을 가지는 단면(노즐목)(121)을 구비한다.

또한, 노즐부(12)의 노즐목(121)의 직경(Dn)은 핀틀(4)의 제1 직경부(41)의 직경(D2)보다 크거나 같다.

또한, 핀틀(4)의 제2 직경부(42)와 밸브구멍(51)의 접촉 지점에는 밀봉을 위한 환형 씰(7)이 구비된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전동밸브(200)는, 유체유출구(3)로 유동하는 유량을 줄이고자 할 경우, 전동모터(9)를 구동시켜 가압부(8)가 핀틀(4)을 우측(도 4 기준)으로 이동시킨다. 이때, 핀틀(4)의 제1 직경부(41) 및 콘형상부(43)가 노즐부(12) 쪽으로 이동하면서, 유체유출구(3)로의 유동이 줄어들게 된다. 만일, 유동을 완전 차단하고자 할 경우, 핀틀(4)을 우측으로 더 이동시켜, 핀틀(4)의 제2 직경부(42)가 밸브구멍(51)의 경사부(52)에 접촉되도록 한다. 이때, 환형 씰(7)을 통하여 유동이 완전 밀봉된다.

상술한 바와 같이, 전동밸브(200)는 온-오프 기능 이외에, 캐비테이션(cavitation)을 방지 또는 억제하는 유량조절밸브로서 기능을 한다. 캐비테이션 즉, 공동현상은 유체의 속도 변화에 의한 압력 변화로 인해 유체 내에 공동이 생기는 현상을 말하는데, 본 전동밸브(200)는 유체유출구 압력과 무관하게 유체유입구 압력과 핀틀의 위치로 유량을 목표값의 ±2% 범위 내에서 제어 가능하다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 전동밸브와는 달리, 본 발명의 전동밸브(100,200)는 핀틀의 위치와 유량계수가 거의 선형인 관계로 정밀한 유량 조절이 용이하다.

또한, 상술한 전동밸브(100,200)는 모듈식으로 구성할 수 있으므로, 최소한의 부품 예컨대, 핀틀 등의 변경으로 이들 상호 간의 용도 변경이 가능하며, 손상 부위 발생시 해당 파트만 교체하면 되므로 유지 보수 비용도 저렴하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1...밸브케이스
11...밸브챔버
2...유체유입구
3...유체유출구
4...핀틀
41...제1 직경부, 42...제2 직경부
43...콘형상부
5...밸브시트
51...밸브구멍, 52...경사부
6...스토퍼
7...환형 씰
8...가압부
12...노즐부

Claims (11)

1. 밸브챔버(valve chamber)를 구비하는 밸브케이스(valve case),
   상기 밸브케이스의 일측에 연결되어 상기 밸브챔버에 연결되어 통하는 유체유입구,
   상기 밸브케이스의 타측에 연결되어 상기 밸브챔버에 연결되어 통하는 유체유출구,
   상기 밸브케이스의 내벽에 안착 되고, 상기 유체유출구와 연결되어 통하는 밸브구멍을 구비하는 밸브시트,
   상기 밸브구멍을 개방 또는 폐쇄시키는 방향으로 선택적으로 이동하는 핀틀(pintle),
   상기 핀틀에 연결되어 상기 핀틀을 가압하여 이동시키는 가압부,
   상기 가압부를 구동하는 전동모터, 그리고
   상기 전동모터를 제어하는 제어부
   를 포함하는 전동밸브.
2. 제1항에서,
   상기 밸브시트의 밸브구멍은
   입구측에서 출구측으로 갈수록 점진적으로 직경이 작아지는 경사부를 포함하는
   전동밸브.
3. 제2항에서,
   상기 핀틀은,
   제1 직경부, 그리고
   상기 제1 직경부보다 큰 직경을 가지고 상기 제1 직경부에 단차진 제2 직경부
   를 포함하는 전동밸브.
4. 제3항에서,
   상기 제2 직경부의 직경은 다음의 수학식을 만족하는
   [수학식] D2 < D3 <D1
   (여기서, D1은 상기 밸브구멍의 입구측의 직경, D2는 상기 밸브구멍의 출구측의 직경, D3는 상기 제2 직경부의 직경을 나타냄)
   전동밸브.
5. 제4항에서,
   상기 제2 직경부와 상기 밸브구멍의 접촉 지점에는 밀봉을 위한 환형 씰이 구비되는
   전동밸브.
6. 제1항에서,
   상기 전동밸브는,
   상기 가압부의 전진 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함하며,
   상기 스토퍼는 상기 밸브케이스의 다른 내벽에 안착 되는
   전동밸브.
7. 제3항에서,
   상기 핀틀은
   상기 제1 직경부의 선단에 콘형상부를 더 포함하는
   전동밸브.
8. 제7항에서,
   상기 벨브케이스는
   상기 경사부에 일단이 연결되어 통하고, 유출구에 타단이 연결되어 통하는 노즐부를 더 포함하는
   전동밸브.
9. 제7항에서,
   상기 노즐부의 노즐목의 직경은 상기 제1 직경부의 직경보다 크거나 같은
   전동밸브.
10. 제9항에서,
    상기 제2 직경부와 상기 밸브구멍의 접촉 지점에는 밀봉을 위한 환형 씰이 구비되는
    전동밸브.
11. 제10항에서,
    상기 전동밸브는,
    상기 가압부의 전진 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함하며,
    상기 스토퍼는 상기 밸브케이스의 다른 내벽에 안착 되는
    전동밸브

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