3.6 밸브

진공 시스템의 밸브들도 진공 기술에 일반적이고 제품 제작 시 고려해야 하는 차단 요소들에 대한 일반적인 기술 요구조 건 이외에도 특별한 요구조건의 영향을 받을 수 있습니다.

진공 밸브 구성 및 선택 시 분자 흐름 범위의 구성품들의 최 소 변위 최종 압력과 높은 흐름 저항을 고려해야 합니다. 또 한 밸브 하우징과 밸브 시트에 대해 최소 누출률이 요구됩니 다. 밸브의 이동 부품에 대한 진공 측면 윤활제는 요구된 압 력 및 온도 범위에 적합해야 하고, 그렇지 않으면 가능한 경 우 고진공 또는 초고진공에서 전적으로 회피되어야 합니다. 최소 불감 부피와 높은 전도성은 특히 분자 흐름 범위에서 중 요합니다.

기계적 구동 요소들에 대한 피드스루는 압력 및 온도 범위 뿐 만 아니라 기밀에 대한 요구조건들을 충족시키는 방식으로 설계되어야 합니다. 품질에 따라 탄성 중합체 밀봉 피드스루( 예: 샤프트 실)가 1 · 10^-4 hPa보다 더 큰 압력 범위에서 더 낮 은 진공 요구조건에 사용될 수 있습니다. 반면에 멤브레인 벨 로우즈 또는 스프링 벨로우즈는 1 · 10^-4 hPa 미만의 압력 범 위에 사용됩니다. 또한 금속 벨로우즈로 밀봉된 밸브는 적절 히 제작된 경우 베이크 아웃될 수 있습니다. 탄성 중합체 밀 봉 하우징, 플레이트 또는 플랜지가 있는 밸브는 최대 1 · 10^-8 hPa 의 압력에 사용됩니다. 설치는 일반적으로 대기압이 밸브 판 위에 있고, 폐쇄된 위치에 있고, 따라서 폐쇄력을 증 가시키는 방식으로 실행됩니다.

모든 실이 금속으로 만들어진 순금속 밸브는 UHV 어플리케 이션과 더 높은 베이크 아웃 온도에 적합하지만 대개 실에 더 높은 폐쇄력을 요구합니다. 연질 금속(구리 또는 특수 합금) 이 밀봉재로 사용됩니다. 폐쇄력이 높으면 실 사용 수명도 짧 다고 예상해야 합니다.

진공 기술 분야의 다양한 어플리케이션에는 다양한 유형의 밸브가 있습니다. 이 밸브들은 디자인이나 기능에 따라 명명 됩니다.

3.6.1 뱉브 제어

밸브가 구동되는 데에는 다양한 방법이 있습니다. 명목 직경 이 작은 밸브는 전자석 반응 코일에 의해 전자기적으로 열릴 수 있습니다. 이 밸브들은 일반적으로 스프링의 힘으로 닫힙 니다. 더 큰 밸브의 경우 요구되는 코일은 상당히 큰 것으로 많은 열을 만들어냅니다. 솔레노이드 전류의 개봉 후 구동의 과열을 방지하기 위하여 내장된 제어 전자 제품에 의해 지지 전류가 감소될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 DN 40보다 더 큰 치수의 밸브들은 전자기적으로 작동하는 경우가 드뭅 니다.

공압 작동 밸브의 경우 구동에 공압이 사용됩니다. 요구되는 제어 압력의 범위는 종종 0.4~0.8 MPa입니다. 공압 실린더 는 그 움직임을 밸브 판에 전달합니다. 압축 공기에 의해 방 향이 조작되고 스프링으로 그 반대 방향이 리셋될 때의 구동 은 “단일 작용 공압”이라 불립니다. 압축 공기가 두 방향에 모 두 요구될 경우엔 “이중 작용 공압”이라 불립니다. 공압 구동 헤드에 압축 공기의 유입구와 출구에 대한 전자기 제어 밸브 가 직접 달려 있는 경우는 전자 공압 구동입니다. 여기서는 공압이 적용되어야 하고, 이 공압은 제어 전압(종종 24 V DC)으로 제어 밸브를 스위치하여 제어되어야 합니다. 정기 적인 공압 구동의 경우, 전자기 밸브 역시 일반적으로 압축 공기 제어에 사용됩니다. 하지만 전자기 밸브는 캐비닛에 있 고, 많은 밸브가 연결되어 있는 경우엔 제어 밸브를 보관하는 소위 밸브 터미널에 있습니다. 제어에 실패할 경우 리턴 스프 링이 있는 밸브가 제한된 밸브 위치에 놓여 있을 때 종종 이 점이 있습니다. “정상적으로 닫힘” 설계와 “정상적으로 열림” 설계는 확실히 구별되는데, 이 때 표준은 닫힘 위치입니다. 이외에도 밸브는 전기 모터에 의해 작동될 수 있습니다. 중간 위치 역시 밸브 설계가 허용할 경우 가능합니다.

대부분의 밸브는 “열림/닫힘” 광학 위치 표시기를 갖고 있는 데, 이는 밸브 위치를 표시합니다. 자동 공정에서는 실질적인 밸브 위치에 관한 피드백을 받는 것이 유용하거나 필요합니 다. 이것은 스위칭 상태와 무관합니다. 이런 목적을 위하여 밸브에 밸브 판의 위치를 직접 표시하는 밸브 위치 표시기가 장착되어 있습니다. 이 표시기는 압축 공기의 실패와 같은 오 작동이나 제어 밸브의 오작동을 표시합니다.

3.6.2 앵글 밸브

앵글 밸브는 높은 기밀이 특징이고, 튼튼하고, 산업 어플리케 이션에 적합하고, 분진에 대해 저항력이 있습니다. 유입구 및 출구 플랜지가 알루미늄 또는 스테인레스강 하우징 위에 직 각으로 배치되어 있습니다. 그림 3.21은 벨로우즈 밀봉 앵글 밸브의 설계를 보여줍니다. 사다리꼴 모양 또는 오링 모양 탄 성 중합체 실이 밸브 판 위에 위치해 있습니다. 밸브 판은 밸 브 시트와 반대로 움직여 밸브를 닫습니다. 기계적 활성화 요 소들은 진공 범위 밖에 위치해 있기 때문에 아무런 문제 없이 윤활제 공급을 받을 수 있습니다. 앵글 밸브는 모든 일반 플 랜지 유형에 사용 가능하고, 수동, 공압, 전자 공압 및 솔레노 이드 구동 설계에서 사용 가능합니다.

UHV 어플리케이션의 경우 용접 밀봉 밸브 하우징과 FKM 또 는 구리(순금속 설계)로 만들어진 밸브 시트 실이 있습니다.

3.6.3 인라인 밷브와 격막 밷브

인라인 밸브는 기본적으로 위에서 설명한 앵글 밸브와 설계 가 동일합니다. 자신의 유입구와 출구를 제외하곤 축에 위치 해 있습니다. 설계 덕분에 인라인 밸브의 흐름 저항은 대개 비교 가능한 앵글 밸브의 흐름 저항보다 더 큽니다.명목 직경이 더 작은 밸브들은 격막 밸브로 사용 가능합니다. 격막은 시트를 내부와 외부에서 밀봉합니다.

3.6.4 게이트 밷브

위에서 설명한 밸브들은 명목 횡단면을 부분적으로만 개방 하는 반면, 게이트 밸브는 열림 위치에서 자유로운 통과를 제 공합니다. 낮은 설치 높이에서 높은 전도도를 이끌면서 고진 공 펌프를 사용하는 동안 요구되는 최소 성능이 손실됩니다.

대개 이중 설계로 된 밸브 판은 앞뒤로 움직여 이 밸브를 열 고 닫습니다. 닫힘 위치에서 두 요소는 구체에 의하여 밀봉 표면에서 떨어져 반대로 움직입니다. 밸브 게이트의 이동 방 향에 따라 리바운드 밸브, 셔틀 밸브, 회전 날개 밸브가 구별 됩니다. 대부분의 게이트 밸브는 특수한 설계 덕분에 밸브 판 위에서 0.1 MPa의 차압에 반하여 밀봉할 수 있지만, 밸브 판 위에서 낮은 차압이 존재하면 열 수만 있습니다.

3.6.5 버터플라이 밷브와 볼 밷브

버터플라이 밸브의 실은 밸브 판의 원주 위에 장착되어 있습 니다. 판은 축 주위를 회전하고, 축은 원형 밸브 하우징을 관 통하여 가로축으로 움직입니다. 밸브 판은 밸브 개구 속에 있 습니다. 밸브는 게이트가 전체 횡단면을 거의 개방하기 때문 에 짧은 설계와 낮은 흐름 저항을 갖습니다.

볼 밸브는 자유롭게 통과할 수 있고 진공이 약 1 · 10^-5 hPa에 달하는 매우 튼튼한 밸브입니다. 관통하는 구멍이 있는 볼은 회전 지원을 받으며, 마찬가지로 관통하는 구멍이 있는 범용 볼 접합부(보통 PTFE로 만들어짐)에 의해 양쪽이 밀봉됩니 다. 구멍이 흐름 방향에 있으면 전체 횡단면이 열립니다. 볼 밸브는 닫힘 상태일 때 막힌 부피를 포함합니다.

3-방향 설계에서 구체 구멍은 “L” 또는 “T” 형태입니다. 구멍 의 크기 때문에 세 개의 포트가 스위칭 시 겹칠 수 있습니다.

3.6.6 기체 도징 밷브와 기체 제어 밷브

기체 도징 밸브는 예를 들어 일정한 압력을 유지하거나 설정 하기 위하여 제한된 기체 흐름을 진공 시스템으로 유입시키 는데 사용됩니다. 이 밸브는 종종 니들 밸브의 원칙에 따라 작동합니다. 스핀들을 돌리면 틈이 벌어지고 이 구멍과 길이 가 흐름 전도도를 제공합니다. 기체 흐름은 스핀들 회전에 따 라 달라지며, 특징적인 곡선으로 표시됩니다. 밸브 위치는 눈 금으로 판독할 수 있으며 재생 가능하게 설정할 수 있습니다.

기체 제어 밸브는 모터 제어 가능 도징 또는 비례 밸브이고, 밸브 개구의 크기는 적용된 코일 전류와 함께 최대 구멍이 열 릴 때까지 계속 증가합니다. 코일 전류와 연관된 부피 흐름은 특징적인 곡선으로 설명됩니다. 제어 밸브는 제어 유닛에 의 해 작동하거나 외부 제어기에 의해 직접 제어됩니다. 제어 밸 브는 압력 또는 흐름 제어를 위한 자동 공정에서 사용됩니다.

UHV 조건에서 굉장히 낮은 유량률(예: 질량 분석기 어플리 케이션)일 때는 구을 수 있는 순금속 기체 도징 밸브와 금속 시트에 반하여 세라믹 판으로 밀봉하는 기체 제어 밸브가 있 습니다.