KR20170026031A - 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브 - Google Patents

오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스용기에 압축된 기체상태의 연료가 토출되는 압력과 분출량을 조정하기 위하여 오리피스의 길이를 세밀하게 조절하여 화력의 세기를 사용자가 원하는 만큼 정밀하고 안정적으로 조절할 수 있도록 하는 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브에 관한 것이다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 가스가 압축된 가스용기에 정밀 가스기기 조절밸브를 결합함으로써, 야외용 및 휴대용 가스버너 사용 시 사용자가 원하는 화력조절을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브{PRECISION VALVE FOR GAS DEVICE IN ORIFICE TYPE}
본 발명은 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스용기에 압축된 기체상태의 연료가 토출되는 압력과 분출량을 조정하기 위하여 오리피스의 길이를 세밀하게 조절하여 화력의 세기를 사용자가 원하는 만큼 정밀하고 안정적으로 조절할 수 있도록 하는 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브에 관한 것이다.
근래에 들어 캠핑이 증가하면서 취사를 위해 부탄가스를 연결하는 야외용(휴대용) 가스버너 및 LPG 가스통에 직접 연결하는 직결식 가스버너, 장작에 불을 붙이기 위한 토치 등이 많이 사용되고 있다.
이러한 가스를 이용한 기기들의 가장 큰 단점은 가스가 압축된 가스용기에서 나오는 압력이 강하여 화력 조절이 힘들다는 것이다. 이로 인하여 시중에 유통되고 있는 가스버너들의 사례를 보면 일반적인 ON/OFF 가스 밸브를 사용하여 화력이 아주 강하거나 아주 약하게 조절되어 사용자가 원하는 화력의 세기 조정이 불가능했다.
기체 상태의 연료를 공급하면서 공급량의 조정을 통해 화력을 조절하는 밸브로는 대표적으로 니들밸브가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 니들밸브의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 니들밸브에 포함된 스템의 구조를 나타낸 단면도이다.
니들밸브는 기본적으로 유체가 출입하는 유입구(12) 및 배출구(16), 상기 유입구(12) 및 배출구(16)와 연통되는 중앙 유로(14)를 구비한 몸체(10)와, 상기 몸체(10) 내부를 운동하며 상기 중앙 유로(14)를 개폐시키는 스템(20)과, 상기 스템(20)을 조작하기 위한 조작 핸들(50)을 포함하여 이루어진다
한편, 중앙 유로(14)를 개폐시키는 스템(20)은 도 2에 개시된 것과 같이 그 단부에 외벽(24)과 함몰부(26)를 형성시키고 관통 홀(32)이 구비된 시트부재(30)를 볼트와 같은 체결수단(40)으로 결합시켜 유동 유체의 기밀이 더욱 완전하게 유지될 수 있도록 하고 있다.
그러나 이러한 종래기술의 니들밸브에서는 스템(20)은 중앙 유로(14)의 중심 축 Y에 대하여 일정 오차범위를 가지고 승, 하강운동을 하기 때문에 스템(20)이 중앙 유로(14)를 완전하게 밀폐시키고자 하는 경우에도 스템(20) 단부에 결합되는 시트부재(30)의 모서리 부분이 중앙 유로(14)에 있어서 대응되어 접촉되는 부분과 완전하게 밀착되지 못하여 유체가 유동하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 고압용 가스기기를 사용하는 사용자의 편의를 위하여 화력을 정밀하게 조절하는 조절밸브가 요구되고 있다.
KR 20-0348821 Y1 KR 10-1520429 B1
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 가스가 흘러가는 경로를 오리피스로 형성하고, 오리피스의 길이를 조절할 수 있도록 하여 가스의 압력 변화에 따른 유동량 변화가 정밀하게 이루어지도록 하는 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 가스통으로부터 화구까지 연소용 가스가 이동하는 경로의 길이를 조절하여 가스의 유동량을 정밀하게 변화시키는 가스기기 조절밸브로서, 내부에 중공이 형성되며, 가스유입구(104)와 가스토출구(106)가 일측과 타측에 각각 형성되는 밸브몸체(102)와; 원통형의 중공이 형성되며, 내부 공간에는 상기 가스유입구(104)와 연결되는 가스유입관(108)이 연결되며, 외부 공간에는 상기 가스토출구(106)와 연결되는 가스토출관(110)이 연결되는 밸브시트(112)와; 일단이 상기 밸브몸체(102)의 중공 내부로 삽입되며, 타단에는 조절노브(116)가 부착되는 스템(114)과; 상기 스템(114)의 일단에 연결되며, 상기 밸브시트(112)의 내부 공간과 동일한 크기의 외경을 갖는 원통으로서, 표면에는 나사산(118a)이 형성되는 밀폐마개(118);를 포함한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 가스통으로부터 화구까지 연소용 가스가 이동하는 경로의 길이를 조절하여 가스의 유동량을 정밀하게 변화시키는 가스기기 조절밸브로서, 내부에 중공이 형성되며, 가스유입구(104)와 가스토출구(106)가 일측과 타측에 각각 형성되는 밸브몸체(102)와; 원통형의 중공이 형성되며, 내부 공간에는 상기 가스유입구(104)와 연결되는 가스유입관(108)이 연결되며, 외부 공간에는 상기 가스토출구(106)와 연결되는 가스토출관(110)이 연결되며, 상기 내부 공간의 벽면에는 나사산이 형성되는 밸브시트(112)와; 일단이 상기 밸브몸체(102)의 중공 내부로 삽입되며, 타단에는 조절노브(116)가 부착되는 스템(114)과; 상기 스템(114)의 일단에 연결되며, 상기 밸브시트(112)의 내부 공간과 동일한 크기의 외경을 갖는 원통형의 밀폐마개(118);를 포함한다.
상기 밀폐마개(118)의 위쪽에 설치되어 상기 밸브시트(112)와 접촉하면서 상기 밸브시트(112)의 내부 공간과 외부 공간 사이의 이동경로를 차단하는 오링(120);을 추가로 포함한다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 가스가 압축된 가스용기에 정밀 가스기기 조절밸브를 결합함으로써, 야외용 및 휴대용 가스버너, 가스토치, 산업용 가스기기 등의 사용시 사용자가 원하는 화력조절을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 니들밸브의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 니들밸브에 포함된 스템의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조절밸브가 적용된 가스기기의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 조절밸브의 전체 모습을 나타낸 측면도.
도 5는 밸브몸체의 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 스템의 구조를 나타낸 측면도.
도 7은 밀폐마개의 나사산의 구조를 세부적으로 나타낸 확대도.
도 8은 밀폐마개가 밸브시트에 끼워진 상태를 나타낸 단면도.
도 9는 밀폐마개가 바깥으로 조금 이동한 상태를 나타낸 단면도.
도 10은 밀폐마개가 바깥으로 많이 이동한 상태를 나타낸 단면도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브"(이하, '조절밸브'라 함)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조절밸브가 적용된 가스기기의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 4는 조절밸브의 전체 모습을 나타낸 측면도이다.
본 발명의 조절밸브(100)가 적용되는 가스기기는 캠핑이나 야외활동에서 주로 사용되는 이동식 가스버너와, LPG 가스통에 화구를 직결하여 음식을 조리하는데 사용되는 일반적인 의미의 가스버너, 화염을 이용하여 요리를 하거나 불을 붙이는 가스토치, 산업용으로 사용되는 화염발생장치 등을 모두 포함한다.
조절밸브(100)는 주로 상부의 화구와 하부의 가스통 사이에 위치하는데, 가스통에서 화구로 전달되는 연소용 가스의 양을 조절하여 화력을 변화시키는 목적으로 사용된다.
조절밸브(100)는 화구와 가스통 사이에 설치되어 가스의 이동통로 역할을 하는 밸브몸체(102)와, 밸브몸체(102)에 일단이 삽입되는 스템(114)과, 스템(114)의 말단에 설치되어 사용자가 손으로 잡고 쉽게 돌릴 수 있도록 하는 조절노브(116)로 구성된다.
밸브몸체(102)의 내부에 삽입되는 스템(114)의 일단에는 가스의 유동경로의 길이를 변화시킬 수 있도록 하는 구조가 적용된다.
도 5는 밸브몸체의 내부 구조를 나타낸 단면도이며, 도 6은 스템의 구조를 나타낸 측면도, 도 7은 밀폐마개의 나사산의 구조를 세부적으로 나타낸 확대도, 도 8은 밀폐마개가 밸브시트에 끼워진 상태를 나타낸 단면도이다.
밸브몸체(102)는 대략 T자 모양이며, 내부에는 중공이 있어서 가스의 유동경로가 형성된다.
밸브몸체(102)의 일측에는 가스유입구(104)가 형성되며, 타측에는 가스토출구(106)가 형성된다. 가스유입구(104)와 가스토출구(106)는 서로 연통한다. 가스유입구(104)는 가스통의 배출부와 연결되어 가스통으로부터 배출된 연소용 가스가 밸브몸체(102)의 내부로 들어오게 된다. 가스토출구(106)는 화구와 연결되어 연소용 가스를 밸브몸체(102)의 외부로 내보내게 된다.
밸브몸체(102)의 내부에는 밸브시트(112)가 형성되는데, 밸브시트(112)는 스템(114)의 일단이 접촉하는 우물 형태의 구조로서, 밸브시트(112)를 경계로 하여 내부와 외부의 공간으로 구분된다. 밸브시트(112)의 내부 공간은 스템(114)의 일단의 형상과 비슷하게 구성하여 스템(114)의 일단이 삽입되면 유동경로가 완전히 밀폐되도록 한다.
밸브시트(112)에 의해 생성된 원통형의 공간은 가스유입관(108) 및 가스토출관(110)에 의해 가스유입구(104) 및 가스토출구(106)와 각각 연결된다. 즉, 가스유입관(108)은 밸브시트(112)의 내부 공간에 연결되고, 가스토출관(110)은 밸브시트(112)의 외부 공간에 연결된다.
즉, 가스통에서 배출된 연소용 가스는 가스유입구(104), 가스유입관(108), 밸브시트(112)의 공간, 가스토출관(110), 가스토출구(106)를 통해 화구로 전달된다.
스템(114)의 일단에는 밀폐마개(118)가 연결된다. 밀폐마개(118)는 원통형으로서, 밸브시트(112)의 원통형의 내부 공간과 크기 및 모양이 동일하게 구성한다. 이로 인해 밀폐마개(118)가 밸브시트(112)의 내부 공간에 안착되면 밀폐마개(118)의 외표면과 밸브시트(112)의 내표면이 서로 밀착되어 가스가 이동할 수 없는 상태가 된다.
밀폐마개(118)의 위쪽에는 오링(120)이 끼워진다. 오링(120)은 밸브시트(112)의 바깥쪽 면과 접하면서 밀착된다. 조절밸브(100)를 최대한 잠근 상태에서는 오링(120)이 밸브시트(112)의 입구 부분에 밀착되는데, 이로 인해 밸브시트(112)의 내부 공간과 외부 공간 사이의 통로를 차단한다. 따라서 내부 공간과 외부 공간에 있는 가스는 서로 흘러가지 않는다. 조절밸브(100)를 풀면 오링(120)은 밸브시트(112)의 입구 부분과 이격되는데, 이로 인해 내부 공간과 외부 공간을 연결하는 이동통로가 형성된다.
스템(114)은 밸브몸체(102)에 끼워질 때, 나사결합되기 때문에 조절노브(116)를 회전시키는 방향에 따라서 스템(114)은 밸브몸체(102)의 내부를 향하는 방향 또는 외부를 향하는 방향으로 이동하게 된다. 밀폐마개(118)는 스템(114)과 함께 움직이면서 밸브시트(112) 내부 공간에 삽입되거나 바깥으로 이탈하게 된다.
본 발명에서는 밀폐마개(118)의 바깥쪽 표면에 나사산(118a)을 형성하거나, 밸브시트(112)의 안쪽 표면에 나사산(118a)을 형성하여 가스의 이동경로가 되도록 한다. 밀폐마개(118)의 바깥쪽 표면과 밸브시트(112)의 안쪽 벽면은 서로 밀착되기 때문에 어느 한 쪽에 나사산(118a)을 형성함으로써 가스가 이동하도록 할 수 있다. 본 발명의 도면에서는 밀폐마개(118)의 표면에 나사산(118a)을 형성하는 것만 설명하지만, 밸브시트(112)의 안쪽 벽면에 나사산(118a)을 형성하는 것도 본 발명의 개념에 속한다.
나사산(118a)은 일정한 깊이(D)와 각도(R)로 만들어진다. 깊이가 깊을수록, 각도가 클수록 가스의 유동량이 많아질 것이다. 가스버너의 규격이나 크기, 용도에 따라서 적절한 크기의 나사산(118a)을 형성할 수 있다.
나사산(118a)은 밀폐마개(118)의 끝에서부터 일정한 높이까지의 표면에 형성된다. 가스유입관(108)을 통해 밸브시트(112)의 내부 공간으로 들어온 가스는 나사산(118a)에 의해 형성되는 나선형의 경로를 따라서 이동하며, 밸브시트(112)의 외부 공간으로 나온 후에는 가스토출관(110)을 통해 배출된다.
이때, 나사산(118a)에 의해 형성되는 경로가 오리피스(orifice)가 된다. 오리피스는 유체의 이동경로에서 단면적이 급격히 작아지는 부분을 말하는데, 경로의 단면적이 갑자기 작아면서 마찰력과 불규칙성이 증가하게 된다. 이로 인해 유체의 흐름에 난류가 생기고, 압력이 떨어지면서 유동량도 감소하게 된다. 유동량의 감소는 오리피스의 길이가 길어질수록 커지게 된다.
도 9는 밀폐마개가 바깥으로 조금 이동한 상태를 나타낸 단면도이며, 도 10은 밀폐마개가 바깥으로 많이 이동한 상태를 나타낸 단면도이다.
밀폐마개(118)가 밸브시트(112)의 내부 공간에 최대한 삽입되어 밀착된 경우에는 오링(120)이 밸브시트(112)의 입구부분을 밀폐시키기 때문에 가스의 흐름이 발생하지 않는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 조절노브(116)를 약간 돌려서 스템(114)이 밸브몸체(102)의 바깥으로 이동하도록 하면, 밀폐마개(118)도 밸브시트(112) 내부의 공간으로부터 약간 빠져나오게 된다. 그러면 오링(120)과 밸브시트(112)의 접촉이 해제되면서 가스유입관(108)으로부터 가스토출관(110)으로 가스의 흐름이 생기게 된다. 이때 가스는 나선형으로 형성된 나사산(118a)을 따라 흘러간다. 그리고 나사산(118a)은 진행방향 단면의 크기가 아주 작기 때문에 오리피스의 역할을 하게 된다.
비교적 단면의 크기가 큰 가스유입관(108)을 통해 들어온 가스가 단면의 크기가 아주 작은 나사산(118a)을 통과하면서 저항이 생겨서 압력과 유동량이 감소하게 된다. 나사산(118a)을 다 통과한 가스는 밸브시트(112)의 외부 공간에 연결된 가스토출관(110)을 통해 배출된다. 밀폐마개(118)가 밸브시트(112)의 내부에 많이 들어가 있을수록 오리피스의 길이가 길어지고, 이로 인해 가스의 유동량은 적어진다.
그리고 도 10과 같이, 조절노브(116)를 더 돌려주면 밀폐마개(118)가 밸브시트(112)로부터 더 멀리 떨어지게 되고, 밸브시트(112)의 내부 공간에 삽입된 나사산(118a)의 길이가 더 짧아지게 된다. 이로 인해 나사산(118a)을 통과하는 가스의 압력 저하는 더 작아지게 되고, 유동량은 상대적으로 더 커지게 된다.
특허 오리피스의 길이를 조정하는 방식에서는 길이 변화에 따른 가스 유동량의 변화가 거의 선형적으로 나타난다. 따라서 조절노브(116)를 잠그거나 여는 정도에 따라서 정밀한 가스 유동량의 조절이 가능해지며, 이로 인해 화력의 조절이 더 정밀해진다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 조절밸브 102 : 밸브몸체
104 : 가스유입구 106 : 가스토출구
108 : 가스유입관 110 : 가스토출관
112 : 밸브시트 114 : 스템
116 : 조절노브 118 : 밀폐마개
118a : 나사산 120 : 오링

Claims (3)

  1. 가스통으로부터 화구까지 연소용 가스가 이동하는 경로의 길이를 조절하여 가스의 유동량을 정밀하게 변화시키는 가스기기 조절밸브로서,
    내부에 중공이 형성되며, 가스유입구(104)와 가스토출구(106)가 일측과 타측에 각각 형성되는 밸브몸체(102)와;
    원통형의 중공이 형성되며, 내부 공간에는 상기 가스유입구(104)와 연결되는 가스유입관(108)이 연결되며, 외부 공간에는 상기 가스토출구(106)와 연결되는 가스토출관(110)이 연결되는 밸브시트(112)와;
    일단이 상기 밸브몸체(102)의 중공 내부로 삽입되며, 타단에는 조절노브(116)가 부착되는 스템(114)과;
    상기 스템(114)의 일단에 연결되며, 상기 밸브시트(112)의 내부 공간과 동일한 크기의 외경을 갖는 원통으로서, 표면에는 나사산(118a)이 형성되는 밀폐마개(118);를 포함하는, 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브.
  2. 가스통으로부터 화구까지 연소용 가스가 이동하는 경로의 길이를 조절하여 가스의 유동량을 정밀하게 변화시키는 가스기기 조절밸브로서,
    내부에 중공이 형성되며, 가스유입구(104)와 가스토출구(106)가 일측과 타측에 각각 형성되는 밸브몸체(102)와;
    원통형의 중공이 형성되며, 내부 공간에는 상기 가스유입구(104)와 연결되는 가스유입관(108)이 연결되며, 외부 공간에는 상기 가스토출구(106)와 연결되는 가스토출관(110)이 연결되며, 상기 내부 공간의 벽면에는 나사산이 형성되는 밸브시트(112)와;
    일단이 상기 밸브몸체(102)의 중공 내부로 삽입되며, 타단에는 조절노브(116)가 부착되는 스템(114)과;
    상기 스템(114)의 일단에 연결되며, 상기 밸브시트(112)의 내부 공간과 동일한 크기의 외경을 갖는 원통형의 밀폐마개(118);를 포함하는, 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀폐마개(118)의 위쪽에 설치되어 상기 밸브시트(112)와 접촉하면서 상기 밸브시트(112)의 내부 공간과 외부 공간 사이의 이동경로를 차단하는 오링(120);을 추가로 포함하는, 오리피스 방식의 정밀 가스기기 조절밸브.
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