KR100202160B1 - 유체 흐름의 제어 밸브 - Google Patents

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Abstract

이 발명은 유체 흐름을 조절하기 위한 압전 밸브에 관한 것이며, 특히 솔리노이드나 서어보 조력이 아닌 밸브에 관한 것이다. 명세서상에는 액체와 기체를 모두 포함한 유체에 대해 언급하고 있다.
밸브 하우징, 하우징내의 캐비티, 압전 밸브디스크 장치 및 밸브 시이트, 캐비티로부터 캐비티로 유체를 유도하기 위한 입구 및 출구관 및 밸브 시이트와 상호작용하기 위해 마련되고, 밸브 디스크 장치의 반대면에 배치된 입구 및 출구관 및 밸브 시이트와 상호작용하기 위해 비치된 디스크의 주변부와 장치의 중앙부에서 밸브 디스크 장치를 지지하기 위한 수단을 포함하며, 공급전압에 의해 장치가 작동되면 디스크의 주변이 교체가능하게 되고, 디스크의 주변영역의 적어도 일부가 입구 및 출구관 사이의 유체 흐름을 조절하는 유체 흐름 조절용 압전기 밸브가 한 유형이다.

Description

유체 흐름의 제어 밸브
제1도는 제1 형태의 밸브의 단면도이고,
제2도는 제2 형태의 밸브의 단면도이며,
제3a,3b,3c도는 상이한 기능적 자세를 취하는 제3 형태의 밸브의 유사한 단면도이고,
제4도는 제3a,3b,3c도의 밸브의 상이한 기능적 자세를 설명하는 밸브의 변위/시간의 그래프이며,
제5도는 전극의 구조를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 디스크 1A : 기판
1B : 세라믹층 2,3 : 기둥
4,5 : 하우징 5A : 시트 스텝부
6 : 입구 7 : 출구
8,9 : 도선 21 : 스프링
23 : 밀봉링 30 : 탄성 중합체 밀봉부재
본 발명은 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브, 특히 솔레노이드나 서어보에의해 조력되지 않는 압전(壓電: piezoelectric) 밸브에 관한 것이다. 본 명세서에 있어서, 유체는 액체 및 기체를 모두 포함하는 것이다.
종래에, 원형 디스크 또는 비임(beam) 형태로 밸브 부재를 구체화한 여러가지의 압전 밸브가 제안되었다. 일반적으로 원형 디스크 또는 비임 부재는 압전 세라믹 웨이퍼가 기판의 한쪽 또는 양쪽 주표면에 접착된 적층 구조물인데, 상기 기판의 팽창 계수는 웨이퍼의 팽창 계수와 상이하다. 선택적으로, 밸브 부재에는 팽창 계수가 서로 다르며 또 상호 마주보게 접합된 두 개의 반대 극성의 압전 세라믹 웨이퍼가 구비될 수도 있다. 웨이퍼에 전기장을 가하면, 그렇게 구성된 밸브 부재들은 바이메탈 스트립과 동일한 방식으로 휘어진다.
미국 특허 제4,545,561호에서는 유체 흐름을 제어하기 위한 압전 밸브에 대해 개시하고 있다. 그 밸브는 분할되거나 또는 두 부분으로 된 하우징을 포함하며, 그 부분들 사이에는 깊이가 얕고 일반적으로 원통형인 캐비티(cavity: 공동)가 형성되어 있다. 분할형 하우징은 원통형 캐비티의 양쪽 원형 단부면에 평행한 분할면을 따라 분할된다. 하우징의 한쪽 부분은 유체를 출입시키기 위한 입구 유체 구멍 및 출구 유체 구멍을 포함하며, 하우징의 다른쪽 부분은 전압원의 양쪽 단자에 접속 가능한 제1 및 제2의 가요성 전기 접점 부재를 포함한다. 변형 가능한 도전성 판부재는 그 주변부가 분할된 하우징의 두 부분 사이에 구속된다. 유체 구멍들과 반대쪽의 도전성 판부재의 면 상에는 압전 웨이퍼가 도전성 판부재의 중심에 근접한 위치에 접착되므로, 이 압전 웨이퍼는 그 주변부가 하우징과 접촉하지 않는 상태로 판부재에 의해 지지된다.
압전 밸브의 조립시에, 제1 가요성 전기 접점 부재를 압입하여 압전 웨이퍼와 전기적으로 접촉시키고, 제2 가요성 전기 접점 부재를 변형 가능한 도전성 판부재에 대하여 가압한다. 그 결과, 전압원에 의해 압전 부재를 작동시키면, 판부재는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하게 되는데, 제1 위치에서는 판부재가 적어도 하나의 유체 구멍과 캐비티 사이의 통로를 폐색(閉塞)하며, 제2 위치에서는 판부재가 적어도 하나의 유체 구멍으로부터 분리되도록 변형되어 유체를 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 캐비티를 통해 흐르게 한다.
따라서, 미국 특허 제 4,545,561호에 기재된 밸브는 디스크의 주변부가 구속된 원형 디스크 유형의 압전 밸브의 일례이다. 한편, 밴더 부재(bender element)라고도 칭해지는 비임 부재 유형의 압전 밸브가 PCT 출원 WO86/07429호에 개시되어 있는데, 이 밸브에는 캐비티를 형성하는 하우징 수단과, 일단부가 입구 오리피스로 끝나게 되는 입구 도관 수단이 포함된다. 상기 입구 오리피스는 소정의 단면적을 가지며 캐비티 내의 예정 위치에 배치되며, 상기 입구 도관 수단의 타단부는 유체 공급원과 유체 연통하게 된다. 또한, 상기 밸브에는 출구 도관 수단이 포함되는데, 이 출구 도관 수단의 일단부는 상기 캐비티 내의 예정된 위치에서 출구 오리피스로 끝나며, 상기 출구 오리피스는 소정의 단면적을 가지며, 출구 도관 수단의 타단부는, 유효한 유체 저장 용적을 가지며 또 유체 공급원에서 오는 유체를 사용하는 수단과 유체 연통된다. 또한, 상기 밸브에는 상기 하우징 수단에 부착되고 상기 캐비티 내에 적합하게 위치하는 밴더 부재가 구비되는데, 상기 밴더 부재는 이 부재와 제어가능한 흐름(유량) 제어 신호 사이의 신호 소통을 제공하게 되는 수단을 구비하며, 상기 신호는 상기 밴더 부재를 제어된 양만큼 휘게 하여, 이에 의해 소정량의 유체가 제어된 유량으로 상기 밸브를 통과할 수 있도록 하는데 효과적이다. 마지막으로, 상기 밸브에는 제1 밀봉 수단이 구비되는데, 이 수단은 상기 밴더부재에 부착되어 상기 유체 제어 신호가 없는 동안 상기 출구 오리피스를 효과적으로 밀봉한다.
미국 특허 제3,360,664호에는 밸브와 대조적으로 전기기계적 변환기가 개시되어 있다. 상기 변환기에는, 음향 에너지를 받을 때 특수한 힌지 요소를 사용하여 휘어지도록 장착되고 이격 병치된 한 쌍의 압전 디스크 형상의 능동 부재가 구비된다. 능동부재는 주변부가 고정된 디스크 또는 양단부가 지지된 비임 형태가 될 수 있다. 미국 특허 제3,360,664호의 제9도에서는 디스크 형상의 능동적으로 진동하는 압전 부재가 그 중앙에서 포스트에 고정되지만{굽힘을 받는 동안 진동 절(節: node)을 형성함.}, 디스크 형상 부재의 주변부의 단부는 굽힘 진동 중에 진동의 복(腹: antinode)을 형성하도록 된 변환기가 도시되어 있다. 압전 부재를 여진(勵振)시키면, 상기 복의 진동 정도가 연결 로드를 통하여 판으로 전달되고, 이에 따라서 판이 이동(변위)된다. 이와 반대로, 판에 가해진 음향 에너지에 의해 판이 이동되면 압전 부재는 굽힘 절에서 반경 방향으로 묶여진다. 따라서, 미국 특허 제3,360,664호에 개시되어 있는 전기기계적 변환기는 휨 중에 압전 부재의 작용으로 파동 에너지를 전달하고 또 받을 수 있는 장치이다.
지금까지 제안된 밸브 및 변환기는 대체로 그 제조 비용이 고가이며, 작동중에 이용가능한 유체 유량을 받아들일 수 없을 정도로 제한하게 되는 결점이 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 대량 생산할 수 있고 리프트량이 일정한 유량 특성을 갖는 압전 밸브를 제공하는 것이다. 본 발명에 의한 밸브는 예를 들어 도시 가스, 병 주입 가스, 액화석유 가스에 의해 연료 공급되는 각종 기구에 있어서 기체 매질의 흐름을 제어하기에 특히 적합하다. 이러한 기구에는 예를 들어, 온풍기, 온수기, 보일러, 냉장고 및 요리 가열 기구에 사용되는 가정용, 공업용 및 상업용 버너가 포함된다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 유체 흐름을 제어하는 밸브로서, 밸브 하우징, 하우징 내의 캐비티, 캐비티로의 유체 출입을 안내하는 출구 덕트와 입구 덕트, 캐비티 내에 배치되고 전기왜곡 재료(electrostrictive material)로 형성된 밸브 디스크 부재 및 밸브 디스크 부재를 디스크 주변부로부터 안쪽의 위치에서 지지하는 지지 수단을 구비하며, 상기 부재에 인가된 전압에 의해 그 부재가 작동될 때에 디스크의 주변부(주위부)가 이동(변위) 가능하며 디스크의 주변 영역의 적어도 일부가 입구 덕트와 출구 덕트 사이의 유체 흐름을 제어하도록 되어 있다.
또한, 본 발명에 의하면 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브가 제공되며, 이 밸브는 하우징, 하우징 내의 캐비티, 전기왜곡 재료로 형성된 밸브 디스크 부재, 밸브시트, 캐비티로의 유체 출입을 안내하며 밸브 디스크 부재의 반대쪽에 배치되는 출구 덕트와 입구 덕트 및 디스크의 주변 영역이 밸브 시트와 협력하도록 배치된 상태에서 밸브 디스크 부재를 그 중앙 영역에서 지지하는 지지 수단을 구비하며, 상기 부재에 인가된 전압에 의해 그 부재가 작동될 때에 디스크의 주변부가 이동(변위)가능하며 디스크의 주변 영역의 적어도 일부가 입구 덕트와 출구 덕트 사이의 유체흐름을 제어하도록 되어 있다.
바람직하기로는, 디스크가 원형 압전 디스크이고 지지 부재가 디스크와 동심으로 배치된다. 압전 밸브 디스크는 금속 기판을 구비하고, 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 압전층이 결합되며, 기판은 압전성의 자유 주변 연부를 형성하도록 각 압전층 또는 각 압전층을 지나 바깥쪽으로 연장되어 있다.
기판은 본 장치의 작동 범위를 넓히기 위해 적절한 강성을 지님과 동시에 압전 재료의 열팽창 계수에 적합한 열팽창 계수를 가져야 한다. 바람직하기로는, 기판을 압전 세라믹 재료의 열팽창 계수와 유사한 낮은 열팽창 계수의 철/니켈 합금 등의 금속, 예로서 INVAR(등록상표) 또는 NIL036으로 제조한다.
이하, 본 발명을 첨부 도면에 기초한 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도를 참조하면, 등록상표 INVAR로 제조한 원형 디스크 형상의 기판(1A)을 갖는 바이모르프 압전 디스크(1: bimorph piezoelectric disk)는 기판(1A)의 각 주표면에 접착(결합)된 세라믹층(1B)들을 갖는다. 또한, 압전 세라믹층(1B)들도 원형 디스크 형태로 되고 기판(1A)의 주변(주위) 영역이 남겨지도록 배치되므로, 기판(1A)의 주변 영역은 층(1B)의 압전 세라믹 재료에 의해 피복되지 않게 된다.
디스크(1)의 중앙부는 밸브 하우징의 마주보는 부재(4, 5)와 일체가 되게 형성된 두개의 기둥(2, 3) 사이에서 클램프된다. 입구(6)는 유체를 밸브로 유도하도록 작용하며, 출구(7)는 밸브로부터 유체를 유도하도록 작용한다. 하우징의 부재(4, 5)는 나사 또는 유사한 고정 요소에 의해 체결될 수 있다. 제1도로부터 알 수 있듯이, 밸브 하우징에는 환상의 시트 스텝부(5A)가 마련되며, 제1도에서 밸브는 '폐쇄'위치로 나타나 있다.
디스크 표면을 가로지르는 도선(8,9)을 통해 디스크의 표면을 가로지르도록 전압을 인가함으로써, 디스크는 전압의 극성 및 크기에 따라 시트 스텝부(5A)로부터 위쪽으로 분리되도록 이동하게 되고, 이에 따라 디스크(1)와 시트 스텝부(5A)사이에 노출되는 유효 흐름 면적을 증가 또는 감소시킨다. 외부로부터 압전 세라믹 재료로 된 층(1B)에 걸리는 전기장은 압전 세라믹 재료내의 영구적인 분극과 평행하게 된다. 사용시에, 밸브가 개방되면 밸브를 통과하는 유체의 유량은 아날로그식으로 변화하고, 그 유량은 흐름 면적에 대략 비례한다.
제5도를 참조하여 알 수 있듯이, 제1도의 바이모르프의 압전 부재들 중의 하나 또는 제2도의 디스크(1A)의 단일 세라믹층(1B)에는, 주전극(ME)과 전기적으로 직접 접촉하지 않고 분리된 감지(검출) 전극(SE)이 조립되어 있다. 선택적으로, 상기 감지 전극(SE)은 0 전위로 유지시킨 보호 전극(GE)에 의해 주전극(ME)에 대한 용량적 전기 결합 및/또는 간접적인 압전 결합으로부터 더욱 절연시킬 수 있다. 압전 장치가 구부러짐에 따라, 압전 장치의 실제 변위에 비례하는 전압이 감지 전극(SE)에 의해 발생된다. 이는 감지 전극(SE)의 전압을 모니터함으로써 전체적으로 압전 부재의 폐쇄 루우프 제어를 행하기 위한 메카니즘을 제공한다.
압전 장치는 여러개의 상이한 모드로 작동될 수 있다. 압전 장치를 가로질러 직류 전압을 인가함으로써, 디스크는 인가된 전압에 비례하는 거리만큼 휠 수 있다. 디스크에 의한 이동 거리는 노출된 유효 흐름 면적을 결정한다. 감지 전극으로부터의 피드백(feed back)을 사용하여 실제의 변위(이동량)를 제어한다. 선택적으로, 압전 디스크를 진동시키기 위해 압전 디스크에 교류 전압을 인가할 수 있다. 밸브의 유효 흐름 면적은 진동의 진폭을 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 다른 별개의 작동 모드에 있어서 압전 디스크(1)는 전압으로부터의 방형파(方形波)(펄스)에 의하여 구동될 수 있고, 평균 유효 흐름 면적은 펄스의 폭을 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 따라서, 일정기간에 걸쳐 밸브를 통과하는 평균 유량을 변화시킬 수 있다.
다른 밸브 형태를 제2도에 도시하였으며, 이는 제1도에서와 같이 디스크(1)의 중앙부가 구속되어 있고 그 주변부(주위부)는 자유롭게 이동할 수 있도록 되어 있다. 제2도에서, 제1도와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 참조 부호를 사용하였다. 디스크(1)의 중앙부가 자유롭고 주변부가 고정된 밸브(미합중국 특허번호 제4,545,561호 참조)와 대비하면, 제1도 및 제2도의 밸브의 장점은 상당히 큰 흐름 면적이 이용 가능하게 되며, 따라서 더욱 많은 유량을 얻을 수 있다는 것이다.
제2도에 도시된 밸브의 형태에 있어서, 디스크(1)는 기판(1A)의 한면(위표면)에만 부착된 세라믹층(1B)을 갖는다. 또한, 디스크(1)는 대략 도면 참조 부호(20)으로 나타낸 작은 돌출부 및 오목부에 의해 기둥(3) 상에서 중심이 맞추어진다. 비록 제2도에서는, 오목부가 기둥(3)의 상면에 형성되어 있지만, 그 구조는 역으로 할 수도 있다. 또한, 디스크(1)와 기둥(3) 사이의 접촉과 중심성을 유지하기위하여, 스프링(21)을 하우징 부재(4)의 하부 표면과 디스크(1) 사이에 삽입한다. 압전 세라믹층(1B)의 완전성을 유지하기 위하여, 탄성 재료로 된 디스크(22)를 스프링(21)과 세라믹층(1B) 사이에 배치한다. 바람직하다면, 위치결정 및 조립을 돕기 위하여, 디스크(22)에는 스프링을 수용하는 홈을 형성하거나 또는 스프링내로 연장되는 스피곳(spigot)을 형성할 수 있다.
돌출부/오목부(20)의 구조의 사용을 회피함으로써 디스크(1) 또는 기둥(3)을 만드는 부가적인 제조 공정을 피하는 것이 바람직한 경우에는, 환형의 링(24)을 기판(1A)의 하부 표면에 기판(1A)의 중심 및 기둥(3)의 중심과 대략 동심인 위치에 부착할 수 있다. 밸브가 폐쇄될 때 밸브의 밀봉을 보조하기 위하여, O-링 형태의 밀봉링(23)이 하우징 부재(5)의 환형의 시트 스텝부(5A)상에 지지된다.
본 장치가 유량 제어 기구 뿐만 아니라 차단 기구로 작용하도록 하기 위해, 흐름 오리피스는 반드시 밀봉될 수 있어야 한다. 이는 밀봉링(23) 등과 같은 여러 방식에 의해 이루어질 수 있다. 밸브를 밀봉하기 위한 다른 방법은 서로 맞물리는 두 표면상에 암수형 대칭부를 형성하는 것이다. 선택적으로, 서로 맞물리는 표면을 한쪽이 다른쪽에 일치되도록 제조할 수 있다.
종래의 방식대로 유연한 밀봉 부재(compliant seal)를 압전 밸브에 사용한 경우에는, 밀봉 재료의 컴플라이언스(compliance)에 비교하여 디스크의 변위(이동량)가 비교적 작다고 가정하면, 압전 밸브를 개방할 수 없게 된다. 그 이유는 종래에는 밸브 구조보다 훨씬 더 낮은 컴플라이언스를 가진 밀봉 재료, 예컨대 고무와같은 재료를 사용하는 것이 표준적이었기 때문이다. 그러나, 유연하지만 휘어진 후의 복귀 속도가 느린 밀봉 재료를 사용함으로써, 유연한 밀봉 부재를 구비한 압전밸브를 형성할 수 있다. 하나의 실시가능한 구조를 제3a,3b 및 3c도에 도시하였는데, 여기서 제1도 및 제2도에서와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 참조 부호를 사용하였다. 동력이 차단되어 밸브가 휴지 상태에 있을 때(제3a도), 유연한 탄성 중합체의 밀봉 부재(30: compliant elastomeric seal)는 압전 디스크(1A)에 대해 밀봉하도록 회복된다. 상기 밀봉 부재는 압전 디스크에 대한 밸브 시트로 작용하며, 밸브 시트에 포함될 수 있다. 밸브를 개방하기 위해 압전 디스크는 먼저 밀봉 부재(30)를 누르도록 구동되어, 밀봉 부재(30)를 약간 휘어지게 한다(제3b도). 다음에, 압전 디스크를 가로지르도록 인가된 전압을 역전(반전)시켜 디스크(1A)를 밀봉 부재의 표면으로부터 떨어지도록 이동시키면, 밸브는 개방되어 유체를 흐르게 한다(제3c도). 밀봉 부재가 밸브를 재차 밀봉하도록 완전히 회복되기 전에 디스크(1A)는 다시 밀봉 부재(30)를 누르도록 구동되어 그 밀봉 부재를 휘게한다. 제4도의 그래프는 시간에 대한 디스크(1A)와 밀봉 부재(30)의 변위 관계를 나타내며, 유효한 밸브 개방 면적을 나타낸다. 제4도에서 실선은 밀봉 부재(30)의 변위를 나타내며, 파선은 압전 디스크(1A)의 변위를 나타낸다. 임의의 특정한 밸브의 적용 분야에 대해 밀봉 부재의 동적 특성들을 변화시킴으로서, 광범위한 흐름관리 체제가 가능해진다. 디스크 변위의 진폭 및 진동수(주파수)를 변화시킴으로써 어떠한 적용예에서도 흐름의 변화가 가능해진다.
더 나아가, 적당한 동적 특성을 갖는 적합한 탄성 중합체를 선택함으로써, 디스크(1A)가 펄스화되는 진동수가 밀봉 부재의 회복 시간의 역수의 절반과 동일하게 되는 시스템을 구성할 수 있다. 디스크(1A)의 진동수의 위상을 180이동시킴으로써, 밀봉 부재와 디스크는 반대 위상으로 되어 유효한 흐름 면적은 그렇게 조절되지 않은 시스템에서의 흐름 면적에 비교하여 증가된다. 이러한 모드에서 밸브의 작동은 볼을 배트로 그라운드에서 튀게 하는 것과 비교될 수 있다. 감지 전극으로부터의 피드백 신호는 밸브 시스템이 조절된 상태를 확실하게 유지하도록 진동수와 진폭을 제어하는데 사용될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 성능을 최적화 하려면 기판과 압전 재료 사이에 조화된 강성을 이루는 것이 중요하다. 이는 밸브가 가열된 환경에서 사용될 때 특히 중요하다. 본 발명자들은 이러한 안정성을 달성하기 위한 두가지 방식 즉, 열적으로 매치된 기판과 압전층을 사용하는 방식, 또는 기판(1A)의 각각의 주표면에 라미네이트된 동일한 압전층(1B)을 갖는 대칭적인 구조를 사용하는 방식이 있다는 것을 알게 되었다. 단일 측면이 있는 디스크를 사용하는 경우, 즉 단 하나의 압전 재료층(1B)만 이용하는 경우에 금속 기판 재료의 열 팽창 계수는 압전 세라믹 재료와 긴밀하게 매치되어야 한다. 이는 열팽창 계수가 매우 낮은 금속, 예컨대 INVAR 또는 NIL036으로 시판되는 공지된 철/니켈 합금에 의해 달성될 수 있다. 또한 동력이 가해질 때 층(1B) 및 기판(1A)의 강성은 압전 세라믹층의 최상면이 압축되도록 주의깊게 선택되어야 한다. INVAR 기판의 두께가 바람직하게는 0.20.1mm 이고 압전층(1B)의 두께는 바람직하게는 0.30.1mm 이다. 일반적으로 말하자면, 기판(1A)이 얇아지면 동력이 가해질때 층(1B)도 얇아진다.
약간 다른 관점에서, 기판 및 압전 세라믹층의 두께 배치는 디스크의 중립축이 인접층들 사이의 계면과 일치하지 않도록 선택된다. 이러한 매칭은 압전층(1B)의 바깥쪽 표면내의 인장 응력을 제거하기 위하여 중요하다. 기판이 너무 강성인 경우에는, 리프트량이 감소된다. 유사하게 기판이 너무 약한 경우에는, 그 형상이 압전층과 함께 변화하므로 역시 리프트량이 감소될 것이다. 또한, 기판은
a)비세라믹 재료로 형성된 것과,
b)압전 재료내에 균열이 생긴 경우에 밸브가 닫혀진 상태로 유지되고, 또 동력이 제거(정전)된 경우에도 밸브가 닫혀지게 되도록 수동적인 것이 바람직하다. 또한, 얇은 절연층 또는 상사 피복(conformal coating)으로 압전층(1B)을 피복하는 것이 유익하다는 것을 알게 되었다. 이러한 피복은 주변 영역에 대한 전기적 절연성을 증가시킬 수 있고, 따라서 부재의 활동 영역이 최대화되게 한다. 전기적 아크가 발생할 위험이 없도록 압전층(1B)을 기판(1A)의 주변 연부까지 확장시켜 주어진 기하학적 형상 내에서 활동 영역을 증가시키게 되는 경우, 전술한 상사 피복을 이용하는 것은 매우 중요하다.

Claims (20)

  1. 하우징과, 상기 하우징 내의 캐비티(cavity)와, 하나 이상의 면에 압전층이 결합된 금속 기판을 구비하고 전기 왜곡 재료(electrostrictive material)로 제조된 밸브 디스크 부재와, 상기 밸브 디스크 부재의 양 측부에 배치되어 유체가 상기 캐비티를 출입하도록 안내하는 출구와 입구 사이에서 상기 캐비티 내부에 배치되며 상기 밸브 디스크 부재의 주변 형상에 대응하는 주변 형상을 갖는 밸브 시트 및 디스크의 주변 영역이 상기 밸브 시트와 상호 동작하는 상태에서 상기 밸브 디스크 부재의 중심 영역에서 상기 밸브 디스크 부재를 지지하는 지지 수단을 포함하며, 전압이 인가되어 상기 밸브 디스크 부재가 작동하게 되면 디스크의 주변은 상기 밸브 시트로부터 떨어져 변위되어 유체가 상기 입구로부터 디스크의 주변을 지나 상기 출구로 흐를 수 있게 한 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디스크는 원형이고, 상기 디스크에 대해 동심으로 지지 부재가 배치된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은 상기 압전층을 지나 그 외측으로 연장되어 압전 자유 주변 경계부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 주전극과, 상기 주전극으로부터 절연된 감지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은 철/니켈 합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은 압전 재료의 층에 대해 열적으로 적합하게 된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압전 밸브 디스크의 각 층의 두께는 디스크의 중립축이 인접 층들간의 경계면과 일치하지 않도록 선택된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  8. 하우징과, 상기 하우징 내의 캐비티(cavity)와, 하나 이상의 면에 압전층이 결합된 금속 기판을 구비하고 전기 왜곡 재료(electrostrictive material)로 제조된 밸브 디스크 부재와, 상기 밸브 디스크 부재의 양 측부에 배치되어 유체가 상기 캐비티를 출입하도록 안내하는 출구와 입구 사이에서 상기 캐비티 내부에 배치되며 상기 밸브 디스크 부재의 주변 형상에 대응하는 주변 형상을 갖는 밸브 시트 및 디스크의 주변 영역이 상기 밸브 시트와 상호 동작하는 상태에서 상기 밸브 디스크 부재의 중심영역에서 상기 밸브 디스크 부재를 지지하는 지지 수단을 포함하며, 전압이 인가되어 상기 밸브 디스크 부재가 작동하게 되면 디스크의 주변은 상기 밸브 시트로부터 떨어져 변위되어 유체가 상기 입구로부터 디스크의 주변을 지나 상기 출구로 흐를 수 있게 되고, 상기 금속 기판은 압전층을 지나 외측으로 연장되어 압전 자유 주변 경계부를 형성하며, 상기 압전 자유 주변 경계부는 밸브가 폐쇄될 때 상기 밸브 시트에 대해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  9. 제8항에 있어서, 개구 변위를 조절하여 유체의 흐름을 변조하는 피드백 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  10. 제8항에 있어서, 상기 디스크는 원형이고, 상기 디스크에 대해 동심으로 지지 부재가 배치된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  11. 제8항에 있어서, 주전극과, 상기 주전극으로부터 절연된 감지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  12. 제8항에 있어서, 상기 압전 밸브 디스크의 각 층의 두께는 디스크의 중립축이 인접 층들간의 경계면과 일치하지 않도록 선택된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  13. 제8항에 있어서, 상기 밸브 시트는 유연한 탄성 중합체의 밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  14. 하우징과, 상기 하우징 내의 캐비티(cavity)와, 하나 이상의 면에 압전층이 결합된 금속 기판을 구비하고 전기 왜곡 재료(electrostrictive material)로 제조된 밸브 디스크 부재와, 상기 밸브 디스크 부재의 양 측부에 배치되어 유체가 상기 캐비티를 출입하도록 안내하는 출구와 입구 사이에서 상기 캐비티 내부에 배치되며 상기 밸브 디스크 부재의 주변 형상에 대응하는 주변 형상을 갖는 밸브 시트 및 디스크의 주변 영역이 상기 밸브 시트와 상호 동작하는 상태에서 상기 밸브 디스크 부재의 중심 영역에서 상기 밸브 디스크 부재를 지지하는 지지 수단을 포함하며, 전압이 인가되어 상기 밸브 디스크 부재가 작동하게 되면 디스크의 주변은 상기 밸브 시트로부터 떨어져 변위되어 유체가 상기 입구로부터 디스크의 주변을 지나 상기 출구로 흐를 수 있게 되고, 상기 밸브 시트는 유연한 탄성 중합체의 밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  15. 제14항에 있어서, 상기 디스크는 원형이고, 상기 디스크에 대해 동심으로 지지 부재가 배치된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  16. 제14항에 있어서, 상기 금속 기판은 상기 압전층을 지나 그 외측으로 연장되어 압전 자유 주변 경계부를 형성하며, 상기 압전 자유 주변 경계부는 상기 밸브가 폐쇄될 때 상기 밸브 시트에 대해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  17. 제14항에 있어서, 주전극과, 상기 주전극으로부터 절연된 감지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  18. 제14항에 있어서, 개구 변위를 조절하여 유체의 흐름을 변조하는 피드백 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  19. 제14항에 있어서, 상기 금속 기판은 압전 재료의 층에 대해 열적으로 적합하게 된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
  20. 제14항에 있어서, 상기 압전 밸브 디스크의 각 층의 두께는 디스크의 중립축이 인접 층들간의 경계면과 일치하지 않도록 선택된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어용의 차단 및 흐름 제어 밸브.
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