KR100233871B1 - 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압공기의 유통을 제어하는 다이아프램 밸브에 관한 것으로, 밸브상단부(20)와 밸브트리거 조립체(62)로 구성되어 전기적 솔레노이드 신호 또는 진공압 신호가 소정시간동안 가해짐에 따라 다이아프램(18)이 정확하게 시이트(24)에서 떨어지거나 이 시이트로 복귀하도록 상기 밸브 상단부(20)와 밸브 조립체(62)가 상호 작동하며, 또 상기 밸브상단부(20)와 밸브트리거 조립체(62)는 중공플런저(60)를 축방향으로 관통하는 구멍(76)의 한쪽 선단에 위치한 시이트에 대해 스프링의 힘 및 파일롯트 공기압으로 지지된 왕복동 고형플런저(68)에 의해 시이트에 대해 지지되어 있는 왕복 동 중공플런저(60)를 구비하고 있는 구조로서, 이러한 본 발명의 밸브(10)는 집진기의 필터백에 집진된 먼지등을 털어내기 위해 진동을 주거나, 호퍼의 경사진 출구를 통해 저장된 재료를 배출시키는데 사용할 수가 있으며, 이러한 작용에 소요되는 압축공기의 량을 종래의 널리 알려진 2단 다이아프램 밸브보다 훨씬 적게 줄일 수 있도록 된 것이다.

Description

[발명의 명칭]

급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브

[발명의 상세한 설명]

[기술적 배경]

본 발명은 파일롯트(pilot)로 작동되는 진공 또는 압축공기용 다이아프램 밸브에 관한 것으로, 특히 짧은시간 동안에 많은 량의 공기가 이동하는데 사용되는 다이아프램 밸브에 관한 것이다.

이러한 타입의 밸브는 특히 길다란 필터 백(Filter bag)을 갖춘 여과장치에 적합한 바, 이러한 여과장치는 상기 필터 백의 표면에 집진된 먼지를 주기적으로 털어내기 위해 상기 표면에 공기를 분사시킨 다음, 이 공기에 의해 떨어져 나온 먼지가 중력에 의해 아래로 떨어져서 수집호퍼에 수집되도록 하고 있다.

여기서 상기 필터 백과 먼지 수집호퍼는 하나의 밀봉된 유니트에 수용되어 있으므로, 여러개의 공기분출구를 갖춘 공기튜브의 한쪽선단을 상기 밀봉된 유니트속에 직접 삽입시켜 상기 필터 백에 구비된 상향 공기주입구에 상기 공기튜브의 공기분출구를 연결시켜 고압 공기를 주입 분사시키도록 되어 있다.

따라서, 공기주입밸브를 빨리 완전하게 열게되면 상기 공기주입구에 가해지는 공기압력의 공기파장에 의해 발생하는 쇼크효과가 그 만큼 커지게 되고, 그에따라 먼지를 떨어뜨리는 공기에너지가 커지게 되며, 상기 밸브를 빨리 닫아주면 압축공기의 공급이 차단되게 된다.

그런데, 이러한 타입의 종래의 대부분 밸브는 1개의 필터백 유니트에 연결 설치하거나, 순차적으로 작동되게 하는 경우에는 유동하고, 또 필터 백을 확실하게 진동시켜 전체적인 여과효과를 증진시키기에는 바람직하지만, 경제적인 면에 있어서 사용되는 압축공기의 량을 최소화할 수 없다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 먼지 수집기에 적절하게 적용시킬수가 있고, 기타 다른 목적 예컨대, 사일로(silo)와 호퍼등에서 그 출구부가 아래쪽으로 경사지게 형성되면서 그 주위에 아아치 또는 버팀재등에 의해 재료의 흐름이 방해를 받을 때 그 흐름을 도와주기 위해 압축공기를 분사시켜야 하는 경우에 사용하면 매우 효과적일 수 있는 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

일반적으로, 밸브 제조업자나 밸브사용자의 용어로서, 먼지 집진기에 주로 적용시키기 위해 사용되는 다이아프램 밸브는 20㎜에서 75㎜정도의 범위, 이중에서 주로 많이 사용되는 것은 25㎜에서 50㎜ 크기인 파이프 사이즈의 큰 것을 사용하는 바, 본 발명의 밸브 사용과 유사하게 사용된 종래의 밸브는 나중에 제5도와 관련지워 자세히 설명되는 바와 같이 약 30년이상 연구 개발되어 왔다.

또한 본 발명은 종래의 것과 크기에 따른 비교에서 압축공기를 효과적이고 정확하게 제어할 수 있으면서도 압축공기의 소모량을 크게 줄일 수 있게한 다이아프램 밸브를 제공하는데 다른 목적이 있는 것이다.

[발명의 개요]

상기한 바의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브는 짧은 시간동안에 고압의 압축공기를 밸브의 출구와 연결된 용기로 이송시켜주는 것으로서, 가요성의 다이아프램 어셈블리와 이 다이아프램의 서로 대향하는 양쪽 맞은편에 있는 압력평행수단을 구비함과 더불어 밸브상단부와 밸브트리거로 구성된 보조조립체를 갖추고 있는 대형 파일롯트 작동 다이아프램 밸브에 있어서, 상기 밸브 상단부가, (a) 상기 가요성의 다이아프램 어셈블리를 밸브몸체의 접촉면을 가로질러 지지해주기 위해 상기 밸브몸체의 접촉면에 맞추어 부착시켜주도록 이 밸브상단부의 제1외면에 개구 형성된 파일롯트 체임버와, (b) 상기 밸브 상단부의 제2외면에 개구 형성된 캐비티, (c) 상기 파일롯트 체임버를 캐비티에 연결시켜 주는 소올(sole) 수단이 구비된 제1유체 이송수단, (d) 상기 캐비티를 밸브 상단부의 외부대기로 연결시키는 제2유체 이송수단, (e) 상기 캐비티의 최소한 일부분을 점유하도록 된 중공 플런저, (f) 상기 캐비티에 대해 중공플런저를 이동시킴으로써 개폐 작동하도록 된 환형 시이트 및 시이트 밀폐수단, (g) 상기 보조조립체 내부에서 상호 작동관계에 있으면서 상기 중공플런저의 축 방향을 따른 양쪽 선단면 사이에 있는 제한된 유체 이송수단 및, (h) 상기 각 선단면에 인접한 작은 유체 저장요홈, 으로 구성되고, 상기 밸브트리거가, (i) 상기 중공플런저의 축 방향을 따른 선단면에 인접하면서 이 선단면으로부터 돌출되어 나온 중공플런저의 일부분을 감싸도록 된 기밀유지커버와, (j) 원격적으로 가해지는 힘에 의해 상기 중공플런저와 직접적으로 기밀 접촉하거나 떨어져 나오도록 상기 기밀유지 커버속에서 슬라이딩 이동하는 소형 플런저, (k) 상기 기밀유지커버에 대해 작동할 수 있게 내장되면서 상기 고형플런저의 축방향을 따른 양쪽 선단면 사이에 위치하고 있는 제한된 유체이송수단 및, (l) 상기 유체저장요홈에 이웃하는 선단의 맞은편 쪽에 위치하는 상기 고형플런저의 한쪽 선단 가까이에 배치되면서, 상기 고형플런저가 원격적으로 가해지는 힘에 의해 중공플런저와의 접촉을 벗어나 이 다이아프램 밸브의 개방 작동을 시작할 수 있게 하는 작은 여유공간으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바에서 그 바람직한 구체적인 특징은 다음과 같다.

상기 중공플런저의 축 방향길이가 캐비티의 깊이 일부분만을 점유하는 만큼으로 된 것이다. 이러한 배열은 상기 플런저의 한쪽 선단이 상기 캐비티를 가로지르는 평면을 지나 바깥쪽으로 연장될 수 있게 하며, 이로부터 상기 캐비티가 개방되어 상기 플런저가 원통형을 이루고 있는 기밀커버에 자유로이 슬라이딩하여 삽입할 수 있게 하는 한편, 상기 기밀커버와 중공플런저의 직경은 이 중공플런저가 커버속에서 자유로이 슬라이딩할 수 있는 크기로 되어 있다.

상기 중공플런저의 축 방향을 따른 양쪽 선단면 사이에 있는 제한된 유체이송수단이 중공플런저의 바깥 원주면과의 사이에서 소정의 간격여유가 구비되어 사용시에 상기 기밀커버내에서 미끄럼이동할 수 있게 된 것이다.

여기에서 상기 간격여유는 매우 중요하고 중공 플런저는 기밀커버와의 내부 관계에서 슬라이딩 씨-일을 구비하고 있지 않다. 만약 상기 간격이 없고 평행이 이루어지지 않는다면 요구하는 바대로 작동하지 않게 되는 바, 즉, 밸브가 상시 닫혀져 있는 동안에 중공플런저의 대향하는 맞은편 양쪽선단에 가해지는 압력이 평행을 이루지 않게 되는 것이다. 이러한 방법에 있어서, 상기 밸브트리거는 그 작동이 훨씬 민감하게 이루어지게 할 수 있고, 또 이러한 구조로 된 밸브는 종래의 동일한 크기의 밸브보다 완전하게 개방되면서 훨씬 빨리 닫혀지게 되는 것이다.

한편, 상기 간극은 다른 수단으로 대체할 수도 있는 바, 즉 밸브를 조립할 때 상기 중공플런저의 각 선단을 작은 공기수용요홈과 연결시켜주는 축 방향의 작은구멍 또는 그루브를 중공플런저에다 형성시켜 줄 수도 있다.

그리고 상기 간극의 직경은 플런저의 양단사이에 제한된 유체이송통로를 마련해주는 것으로 족한 바, 이는 제작과정에서 작업공정이 많지 않기 때문이다.

상기 기밀커버가 캐비티와 일직선으로 배열되면서 직각으로 연장된 부분으로 부터 하나의 일체적 유니트로서 상기 밸브상단부에 부착된 수직상방의 관형 돌출물로 된 것이다.

상기 고형 플런저가 이동작동범위 이내에 있는 동안 전체적으로 상기 커버 내부에 위치하게 된 것이다.

이는 상기 기밀커버의 상부에 일체적으로 설치된 솔레노이드가 요구되는 급속응답을 달성하기 위한 선택적인 기회를 제공하기 때문이고, 상기 밸브상단부에서 직각방향으로 돌출되어나온 돌출부는 솔레노이드를 설치하기 용이하게 하기 위해 도체로 되어 있다. 또한 만약 상기 고형플런저가 돌출커버내부에서 그 길이의 전체범위에 걸쳐 이동한다면 그 질량이 최소화 될 수 있게 되고, 이를 빨리 움직이도록 하기 위해 요구되는 솔레노이드의 크기를 최소화시킬 수 있다.

상기 고형플런저의 양쪽 평면선단 사이에 위치한 상기 제한된 유체이송수단이 고형플런저의 바깥 원주면과 커버의 내면 사이에 형성된 여유간극으로 이루어진 것이다.

상기 고형플런저가 중공플런저로 부터 떨어져나와 밸브의 개방작동이 시작될 수 있게하는 작은 간극의 공간이 상기 고형플런저에 의해 점유되는 체적의 1/4보다 작은 체적으로 된 것이다.

상기 고형 플런저를 작동시키기 위해 원격적으로 가해지는 힘은 상기 커버를 둘러싸고 있는 솔레노이드 코일을 통해 흘러가는 전류에 의해 발생하는 자력이고, 상기 고형 플런저는 마그네틱재로 이루어진 것이다.

이러한 특징은 상기 밸브상단부에 인접하게 설치된 전자석 솔레노이드에 의해 최적반응시간을 달성할 수 있게 하는 한편, 상기 솔레노이드 플런저의 이동 또는 이의 기계적인 평행은 밸브에서 부터 먼 곳에서 전달된 진공압에 의해 이루어지게 할 수가 있다.

상기 각 중공플런저의 각 선단에 이웃하는 작은 수용요홈이, (i) 플런저의 각 선단에 있는 개개의 시이트 수단이 플런저의 각 선단에 대해 돌출됨으로써 구획지워지는 축 방향의 짧은 간격과, (ii) 상기 각 시이트 밀봉수단의 노출선단면 및, (iii) 상기 캐비티의 환형 원주면 또는 플런저의 각 선단을 수용하는 커버에 의해 구획지워지는 것이다.

상기 제1유체이송수단이 상기 캐비티를 가로지르는 다수개의 구멍으로 이루어져 상기 캐비티로 오목하게 들어간 다수개의 슬롯을 구획지우며, 상기 슬롯의 전체 단면적이 상기 캐비티에서 부터 이 캐비티를 대기로 연결시켜주는 제2유체이송수단까지 개방되어 구획지워지는 개구부의 단면적을 초과하도록 된 것이다.

상기 제2유체이송수단의 단면적이 상기 캐비티를 가로지르는 단면적보다 작지 않게 된 것이다.

이러한 구조는 밸브를 개방시킬 때 파일롯트 공기가 누출되는 량을 최소화할 수 있기 때문에 중요하고, 밸브 개방작동시의 적절한 시간에 파일롯트 체임버내에 있는 공기는 배출튜브를 통해 대기와 연결되어 있는 캐비티 내부의 개구부를 거쳐 빠르게 빠져나갈 수 있게 할 필요가 있는 바, 개구부를 ″상류축″ 및 ″하류축″으로 그 흐름을 제한하는 것보다 공기의 배출률을 결정하는 상기 개구부의 크기를 특정지워 설계하는 것이 바람직하다.

시이트 밀폐수단이 캐비티의 삽입면에 대향하는 캐비티의 편편한 바닥으로부터 수직방향으로 돌출된 원형의 관형돌기로 이루어지고, 상기 밀폐수단이 조립할 때 상기 캐비티속으로 들어가는 플런저의 선단에 설치된 탄성와셔로 되어 있다. 만약 시이트가 플런저에 설치되고, 그 개구가 캐비티 바닥에 고정된 탄성워셔를 통해 이루어지면, 이러한 배열로 기능하게 되고, 그 반대도 바람직한 배열이 된다. 왜냐하면 시이트의 개구부의 크기는 주커버의 제작을 위해 바람직한 알루미늄과 같은 금속재로 가공될 때 더욱 정밀하게 결정될 수 있고 유지될 수 있기 때문이다. 이러한 바람직한 형태는 튼튼한 장점을 가지는 구조에서 제조되기 쉬울뿐만 아니라 성능을 일정하게 유지하며 유지보수가 쉽다.

캐비티는 밸브상단부의 평면에서 부터 파일롯트 체임버가 개방된 면까지 개방시켜 주도록 형성될 수 있다. 밸브상단부의 평면으로부터 캐비티를 예를 들면 직각을 이루는 면으로 부터 개방시키는 대체 가능성은 어려운 바, 왜냐하면 만약 트리거조립체가 캐비티와 파일롯트 리저버에 접촉된 면에 평행한 밸브의 상부면사이에 틈새를 불충분하게 외부로 개방되면, 트리거조립체위에 솔레노이드 코일이 설치되어야 하기 때문이다. 제1도에 도시된 바람직한 실시예에서 좀더 상세히 설명하면, 솔레노이드의 조립체에 주변의 위치적 장애가 없기때문에 트리거 조립체(62)가 최상단평면(46)으로 부터 직각으로 돌출되어 있기 때문에 아무어려움 없다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브의 수직 종단면도.

제2도는 제1도에 도시된 밸브의 주 커버를 확대 도시한 사시도와 단면도.

제3도는 제1도의 밸브에 함께 도시된 주 커버와 밸브트리거 조립체의 확대 단면도.

제4도는 제1도와 제3도의 밸브 트리거에 내장된 플런저의 확대 수직 단면도.

제5도는 본 발명과 동일한 타입으로서 일반적으로 사용되는 종래 다이아프램 밸브의 단면도.

제6(a)도는 본 발명에 따른 밸브의 입력 대비 시간 특성을 나타낸 그래프.

제6(b)도는 제5도에 도시한 밸브에 대해 제6(a)도의 결과가 얻어지는 조건과 동일한 조건으로 하여 측정한 압력 대비 시간 특성 그래프이다.

[발명의 구체적 설명]

본 발명에 따른 밸브(10)의 구체적 실시예가 제1도에 도시되어 있는 바, 이 밸브(10)는 어떤 위치로도 적용시킬수가 있는 것으로서, 제1도에서 왼쪽에 몸체(14)속으로 공기가 들어가는 공기 주입구(12)가 구비되고, 바닥쪽에 공기가 몸체로 부터 빠져 나가는 공기 배출구(16)가 구비되어 있다.

상기 몸체(14)의 최상단 원형 평면위에는 이 평면을 가로질러 가요성이 있는 다이아프램 어셈블리(18)가, 통상적인 방법으로 위치되어 상기 몸체(14)에 적절한 체결수단에 의해, 즉 이 실시예에 있어서는 6개의 등간격을 둔 보울트(22)에 의해 고정되어 있는 주 커버(20)의 바닥면과의 사이에 끼워져 있다.

한편, 상기 다이아프램 어셈블리(18)는 그 중심부에 일반적인 금속판으로 된 보강수단이 내장되고 압축스프링(26)에 의해 환형으로 된 제1시이트(24)에 대해 아래쪽으로 탄력적으로 눌리워져 있다. 그리고 상기 공기주입구(12)는 몸체(14)속으로 연장되어 상기 시이트(24)가 최상단을 이루는 관형몸체부(30) 주변을 둘러싸듯이 환형 체임버(28)를 형성시키도록 되어 있다.

그리고 상기 다이아프램 조립체(18)의 윗면과 아랫면 사이의 몸체(14)와 주 커버(20) 및 다이아프램 조립체(18)의 한쪽 측방에는 관통호올 형태로 공기추출튜브(32)가 형성되어, 이 밸브(10)를 사용할 때 상기 다이아프램 조립체(18)가 시이트(24)에 안착되어 밸브를 폐쇄시키고 있는 경우 상기 공기주입구(12)에 가해지는 압축공기가 다이아프램 어셈블리(18)의 상ㆍ하 양쪽면에 동일하게 작용하도록 되어있다.

상기 다이아프램 어셈블리(18)가 시이트(24)에 안착되어 있을 때, 이 다이아프램 어셈블리(18)에 아래쪽 방향으로 가하여 질 수 있는 실제 힘은 윗쪽으로 작용하는 힘보다 훨씬 큰 바, 이는 공기압이 윗쪽으로 작용하도록 상기 밸브시이트(24)에 의해 둘러싸여져 있으면서 다이아프램의 아래쪽으로 향하고 있는 환형면 보다 상기 공기압이 아랫쪽으로 가해질 수 있게 다이아프램의 윗쪽을 향하고 있는면이 훨씬 크기 때문이다.

그리고 상기 공기추출튜브(32)는 나중에 설명되어지는 바와 같은 이유로 인해, 이 공기추출튜브(32)속에 필히 제어수단을 구비하고 있는 종래의 밸브에 있어서 해당부분보다 그 단면을 크게할 수 있는 바, 본 발명에 따른 밸브의 상기 공기추출튜브(32)속에 있는 제한수단을 압축공기의 입력파를 빠르게 제어할 수 있게 한다는 잇점이 있고, 또 이 공기추출튜브(32)는 상기 몸체(14)와 주 커버(20) 사이에서 상기 시이트(24)의 반경방향 바깥에 위치하는 가요성 다이아프램 어셈블리의 주변 가장자리 환형부에 1개이상 다수개의 구멍을 뚫어 이를 대체할 수도 있다.

한편, 상기 주 커버(20)에는 이 주 커버(20)가 닫혔을 때 상기 시이트(24)에 대해 다이아프램 어셈블리를 강한 힘으로 누르는 많은 량의 압축공기가 저장되는 파일롯트 체임버(34)가 구비되고, 상기 주 커버(20)의 윗쪽으로 뻗어나와 있는 하우징(25)에는 스프링(26)의 상단이 끼워지도록 되어 있다.

다음에는 상기 주 커버(20)를 제2도의 확대도를 참조하여 설명한다.

제2도에 도시된 주 커버(20)에는, (i) 다이아프램 어셈블리(18)에 아랫쪽 방향으로 작용하는 압축공기가 저장되는 파일롯트 체임버(34)와, (ii) 압축스프링(26)의 상단이 끼워지는 중앙하우징(25), (iii) 상기 파일롯트 체임버(34) 속으로 유체(압축공기)를 유통시키는 3개의 구멍(1개는 도시되고 나머지 2개는 원주방향을 따라 등간격으로 형성됨), (iv) 캐비티(42), 및 (v) 이 캐비티(42)를 밸브(10)의 바깥쪽 대기와 연결시키는 튜브(44)가 구비되어 있다.

제2도에서 투시도의 형태로 도시한 주 커버(20)의 외부형태는 상기 (i)에서 (v)까지의 특징에 알맞는 일반적인 형상으로 되어 있는 바, 이를 금속 또는 플라스틱으로 성형시키는 기술은 밸브의 설계 및 제조에 관련된 당업자에게는 일반적인 기술이므로 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.

상기 캐비티(42)는 제3도와 관련지워 설명하여야 할 중공 플런저(60)가 삽입 수용되기에 알맞게 되어 있고, 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 주 커버(20)의 최상단 평면(46)에는 밸브트리거 조립체(62)가 나사구멍(48)(제2도)에 삽입된 4개의 보울트(64)로 고정된 환형링에 의해 일체적으로 지지되어 있고, 제2도의 단면도에서 더욱 쉽게 알 수 있는 바와 같이 상기 캐비티(42)에는 캐비티(42)와 외부의 대기로 유도하는 튜브(44) 사이에서 분할라인을 형성시키는 제2밸브시이트(50)가 구비되어 있으며, 이 제2밸브시이트(50)에는 그 하단에 환형의 탄성와셔(66)를 갖춘 중공의 플런저(60)가 안착되어 상기 탄성와셔(66)가 밸브시이트(50)에 대해 기밀상태를 유지시킬 수 있도록 한다. 이러한 제2밸브시이트(50)는 일반적인 파이프 사이즈가 40㎜인 밸브인 경우 7㎜의 직경인 것이 적합하다.

상기 중공플런저(60)와 그 위에 있는 접촉링(68)은 관형안내쉘(70)의 내부에서 약간의 간격을 유지하면서 자유롭게 미끄럼 이동할 수가 있고, 상기 관형 안내쉘(70)에는 밸브트리거 조립체(62)를 구성하는 여러개의 부품이 내장되어 있다. 상기 플런저(60)와 접촉링(68)은 그 원주면이 쉘(70)과 기밀상태로 밀봉되어 있지 않기 때문에, 밸브(10)가 상기 폐쇄상태로 있는 동안에도 상기 관형 안내쉘(70)과 플런저(60) 및 접촉링(68) 사이에 비록 제한되지만 공기소통에는 충분한 경로가 형성되어 상기 플런저(66)와 접촉링(68)의 전체 둘레면은 물론 쉘(70)의 상단까지 공기압력의 균형을 유지할 수가 있다.

상기 쉘(70)의 상단부는 원주방향을 따라 안쪽으로 약간 오목하게 들어가 최상단에 있는 금속캡(74)의 계단부에 O링(72)을 걸어줄 수 있도록 되어 있으며, 상기 금속캡(74)은 상기 관형 안내쉘(70)의 벽이 약간 반경방향의 안쪽으로 들어가서 금속캡(74)에 형성된 원주방향의 홈 속에 끼워지게 함으로써 이 관형안내쉘(70)의 상단부에 고정되어 있게 된다. 따라서 상기 쉘(70)은 압축공기를 누출시킴이 없이 충분한 공기압력을 유지시킬수가 있고 밸브가 닫혀져 있는 경우에도 그 압력(약 860kpa의 압력)을 유지시킬수가 있다.

상기 플런저(60)가 그 아래쪽 위치(폐쇄위치)에 있을 때 관형안내쉘(70)안의 공기압에 노출되는 플런저(60)의 하향면부는 제2밸브시이트(50)의 반경외주방향의 상향면부보다 더 크게된다. 따라서 밸브(10)가 상기 폐쇄위치에서 사용중에 평행상태에 있을 때 플런저(60)에 작용하는 합력은 아래쪽으로 향하게 된다. 그리고 플런저내에 있는 구멍(76)은 필요에 따라 구멍(76)을 더 강하게 밀폐시킬 수 있는 탄성와셔(78)를 갖춘 접촉링(68)에 의해 상단에서 막아줄 수가 있다. 또 접촉링(68)의 상부는 연철이나 스테인레스강의 오스테나이트류와 같은 자성체로 만들어 진다.

한편, 상기 접촉링(68)에는 깊은 오목부가 형성되어 그 길이의 대부분이 압축스프링(80)속에 수용되게 되어 있고, 상기 스프링(80)의 상단은 접촉링(74)의 밑면에 걸려지며, 접촉링이 하부에 위치할 때 즉 밸브가 닫혔을 때 금속캡(74)의 밑면과 접촉링(68)의 윗면사이에는 틈새가 형성되게 되는 바, 이 틈새는 가능한 한 작은 것이 좋고 그 틈새 공간 체적은 접촉링이 차지하는 체적의 1/4보다 작은 것이 좋다.

관형상으로 된 솔레노이드 코일의 일반적인 설계는 상기 쉘(70)의 외주에 끼워져, 원형클립과 같은 조임구에 의해 지지되며, 또한 설명되지 않았지만 금속캡(74)에 형성되어 있는 그루브(82) 속으로 끼워진다.

이하, 제1도와 제3도를 주로 참조하여, 밸브(10)의 기능을 설명한다. 제1도에서 예시한 위치는 밸브(10)의 일반적인 폐쇄위치인 바, 이 위치에서 상기 가요성 다이아프램 어셈블리(18)는 제1시이트(24)에 접촉되어 통로를 밀폐하는 최하위치에 있게 되어 공기주입구(12)로부터 공기배출구(16)로 유동하는 압축공기를 차단한다.

한편, 환형체임버(28)를 점유하고 있는 압축공기는 가요성의 다이아프램 어셈블리(18)둘레에 있는 공기추출튜브(32)를 통해 흘러서, 여러장소중에서도 상기 파일롯트 체임버(34)로 유동되어 들어간다.

여기서 상기 파일롯트 체임버(34)는 구멍(40)과 연결되어 제2밸브시이트(50)(플런저(60)의 밑면)와 제3시이트(61)(플런저(60)의 윗면)의 외부반경방향으로 중공플런저(60)의 둘레에 있는 공간부로 공기가 유통되도록 한다. 한편 밸브가 닫힌 평형상태에서 상기 중공플런저는 하향의 압력에 의해 제2밸브시이트(50)에 대해 강하게 밀리게 된다.

밸브가 닫혀져 있을 때, 접촉링(68)은 그 위아래로 부터 작용하는 압축공기와 하향으로 작용하는 압축스프링(80) 힘과 밸브(10)의 나머지 부분에 대해 트리거조립체(62)에 압력을 주는 결과로 인해 상기 관형안내쉘(70)내에서 하향 평행위치가 되게 된다.

다수의 집진백휠터에 축적된 먼지를 털기위해 역분사맥동이 필요하므로, 밸브(10)의 출구를 통해 공기분사 튜브내로 짧은 간격의 큰맥동을 주도록 밸브(10)를 요동시키기위해, 솔레노이드코일(미도시)에 짧은 간격의 전류를 도통시킨다. 마그네틱접촉링(68)에 상대적인 솔레노이드 코일의 위치는 접촉링(68)이 압축스프링(80)을 위쪽으로 끌어당겨 제3시이트(61)에서 떨어지도록 배치된다. 접촉링위에 있는 압축공기는 중공플런저위의 미소공간내 아래쪽 원주면으로 빠지고, 플런저(60)위 압축공기는 구멍(76)을 통해 튜브(44)속으로 대기에 방출된다.

미소량의 공기만이 시이트(61)와 와셔(78)사이에서 위로 급속히 이동하여 재접촉하도록 플런저(60)위에 작용하는 하향압력이 역방향이 되기전에 이 방법으로 배출되는 것이 필요하다. 플런저(60)의 상향이동은 제2밸브시이트(50)에서 떨어지게 하며, 비교적 큰 직경인 점에서 상당히 많은 양을 압축공기가 구멍(40)과 그 연결된 파일롯트체임버(34)로 부터 급속히 배출된다. 파일롯트체임버(34)안에 있는 압축공기는 플런저(62)가 시이트(50)에서 떨어지는 동안 공기추출튜브(32)를 통하여 보충되는 것보다 훨씬더 급속히 배출될 수 있으며, 다이아프램어셈블리(18)를 따라 압력차가 생기므로 압축스프링(26)의 상대적으로 작은 하향힘에 대하여, 다이아프램 어셈블리(18)를 제1시이트(24)에서 뜨게하는 상방향의 합력이 생긴다.

필요한 공기압 액동이 공기배출구(16)를 통해 줄 때에는, 가능한한 빨리 다이아프램 어셈블리(18)로 제1시이트(24)를 밀폐하는 것이 바람직하다. 솔레노이드로 공급되는 진력을 차단하므로써 여는동작의 반대로 밸브(10)가 닫히게 된다. 그것은 가장 많이 알려진 공지 밸브를 아래에서 기술하면서 설명한다.

제5도에서 공지밸브를 기술함에 있어서 참조번호는 공지밸브와 제1도 내지 제4도의 본 발명의 실시예를 구별하기 쉽도록 하였다. 제5도에서 ″1″로 시작되는 세자리 숫자는 기본적으로 같은 대응물을 나타내고, 두번째 두자리는 제1도 내지 제4도에서 사용한 것과 같다. ″2″로 시작되는 세자리 숫자는 본 발명과 기본적으로 다른 것을 나타낸다.

제5도를 참조하면 다이아프램 어셈블리 위는 밸브위 200으로 본 발명의 구체화 예와 틀린다. 이 부분은 제2다이아프램 위에 상당히 큰 용량의 제2파일롯트 리저버(204)가 이웃하고 있는 제2다이아프램 어셈블리(202)를 가진다. 구멍(140)의 제2시이트는 단면상에 굵은 점선으로 도시되어 있으며, 제2다이아프램 어셈블리(202)의 밑쪽에 이웃하고 있는 상당히 큰 용량의 입구 체임버(20)와 파일롯트 체임버(134)를 연결한다. 큰 직경의 시이트(207)와 파일롯트 배출튜브(208)(모두 공칭 파이프 사이즈 40㎜ 밸브용 9㎜ 직경)는 입구 체임버(206)로 부터 밸브의 대기 밖으로 각각 유도한다.

제2시험공기통(204)(pilot resevoir)과 체임버 입구(206)은 제2다이아프램 어셈블리를 통과함으로 해서 두번째 유량관(210)(bleed tube)에 의해 상호 결합된다. 다이아프램 어셈블리(18)에 관계된 공기추출밸브(32)가 제1도에 도시한 밸브와 같이 제2공기추출밸브(210)는 제2의 다이아프램의 작용에 관한 동일한 목적을 가지고 있다.

제3출입구(passage)(211)(점선으로 도시한 바와 같이)는 상기 발명에 따른 밸브에 응용하기 위하여 유사한 방법으로 밸브 상부에 유도관(170)이 설치된 전기자(armature)어셈블리(168)의 저면 말단부에 주위의 작은 체임버와 결합하기 위해 위로 제2파일롯트 공기통으로 부터 유추된다.

종래의 밸브기술에서 전기자(212)(armature) 자체는 밸브 상부(200)의 상부면으로 제2다이아프램 어셈블리를 삽입하는 제2밸브커버(214) 상부면 안으로 후퇴하는(recess) 공동(cavity)으로 유도관(170)의 하부말단부(lower end) 너머로 내밀 정도로 매우 길다.

전기자(212)는 가장 낮은 위치에 있을 때 제3시이트(sear)를 막고 혹은 맞물리게 하도록 하부말단부에 첨가된 탄력있는 워셔를 가지고 있다. 밸브시이트(214)의 하측은 제2배출관(218)을 경유하여 대기 주위로 제2밸브커버의 몸체에 통하게 한다.

종래의 밸브는 한번의 개폐주기를 완성하기 위해서는 더 느린것을 제외하고 발명의 밸브와 유사한 방법으로 개폐주기 동안에 작동하게 된다.

상기와 같이 하는 중요한 이유는 종래의 밸브기술이 작동의 중간 위상을 바꾸는 것이 매우 느리기 때문이다. 즉, 제2다이아프램 스프링과 차등압력의 합으로 부터 아래로 가해지는 힘을 초과하도록 제2의 다이아프램의 하면에 정미력(net force)을 공급하기 위해 추출관(132)(21) 및 구멍(140)의 제2응압력을 통해 입구로 부터 얻어진 공기를 압축할 수 있도록 비교적 큰 제2파일롯트 공기통(204)으로 부터 충분한 공기를 배출시키는 것이다.

상기의 비교적 큰 용량의 공기가 작은 제3시이트와 제2파일롯트 배출관(218)을 통해 배출된다.

제3시이트(214)는 만일 이 제3시이트(214)가 컸더라면 전기자의 정미 하향력이 보다 커져야 하므로 상기 밸브에서 필수적으로 작아야 한다. 밸브를 빠르게 작동하기 위하여 상당한 공기유동량에 영향을 미치는 제3시이트 지름을 충분히 증가시켜 열기 위해 이용할 수 있는 솔레노이드 전력에 이르게 아래로 향할 때 아마츄어 위에서 정미 하향력을 부과한다.(상기한 바와 같이 그것이 안정된 파일롯트 공기라고 조정)

종래의 밸브동작의 폐쇄위상에서 아마츄어(212)는 우선 다이아프램(202) 위에있는 정미력이 한 방향으로 내려가면서 변하는 점으로 증가시키기 위해 제2파일롯트 공기통(204)에 공기압의 원인이 되는 제3시이트(214)를 폐쇄하고 제2다이아프램은 제2시이트(207)를 폐쇄한다.

공기압은 시이트 위로 다이아프램을 폐쇄함에 따라 제1다이아프램을 가로지르는 차동압력을 이겨내어 균형이 잡힐때 까지 파일롯트 공기통(134)을 증가시킬 수 있다.

종래의 밸브기술은 본 발명에 따른 밸브보다도 공기추출튜브(132)에서 보다 더 많은 리스트릭션(220)이 요구된다는 것은 주목할 만하다. 만약, 리스트릭션(220)이 종래의 밸브기술에 포함되지 않는다면 밸브는 공기추출튜브(132)를 통과하는 유입량의 속도를 유지하는 제3시이트와 상호 결합된 공기통을 통하여 대기로 빠져나가는 공기때문에 필요에 따라 열리지 않으려는 경향이 있다.

제2다이아프램 어셈블리(132)를 전환시키는데 요구되는 압력차는 상기와 같이 이루어지지 않는다. 따라서 밸브를 열기 위해 시이트(124)를 올릴 수 있는것이 큰 다이아프램(118)이 아니다.

본 발명의 밸브에 있어서, 제1도 내지 제4도에서 예를 든 바와 같이 공기추출튜브(32)는 속이 빈 플런저는 작은 질량과 공기배출통로의 상대적 크기때문에 아마츄어 어셈블리(68)의 상승 다음으로 매우 빠르게 시이트(50)를 들어올리는데 적합하기 때문에 비제한적이고 필수적이다.

일단 이것이 일어나게 되면 요홈(34)에서 요구되는 압력의 감소비율은(제1다이아프램 어셈블리 18에 대한 파일롯트 공기통에 따른 작동) 비교적 비제한적인 공기추출튜브(32)를 통과하는 공기유입량을 더 크게 함으로써 방해할 수 없다. 그러므로 밸브는 요구에 따라 빠르게 열 수 있다. 그러나 본 발명의 밸브에 있어 공기추출튜브(32)의 구속의 상대적 절감의 보다 중요한 잇점을 밸브의 닫힘이 완전하다는 것인데, i) 더 빨리, ii) 밸브의 개폐사이클을 제공하기 위해 사용된 전기변화상태에 보다 정확한 반응작용을 가지고, iii) 소스로 부터 압축공기를 중요하게 덜 소비하는, 사이클의 폐쇄부분동안에 제1도 내지 제4도에 계속된 언급에서 솔레노이드 코일에 공급되는 전류가 접지할 때 아마츄어는 제3시이트(61)(제4도)로 즉시 밀폐될 수 있다. 속이 빈 플런저 위와 아래로 향한 힘은 제2시이트(50)와 접촉하도록 그것의 하면에 작용한다. 제2시이트가 구멍(40)과 공기통(34)에서 공기압력에 의해 닫히자마자 다이아프램 어셈블리(18)를 가로질러 움직이는 차동압력이 제1시이트(24)와 반대로 닫혀진 위치로 돌아가기 위해 다이아프램으로 바뀌므로 제2시이트는 공기추출튜브(32)를 통해 유입되는 공기에 의해 제공된다.

[사용 및 잇점]

동일한 일반적인 형태의 가장 밀접한 종래 밸브기술과 발명에 따른 밸브의 비교성능이 제6(a),(b)도에서 보여주고 있다.

그림의 양 부분에서 수평축은 시간 그리고 수직축은 압력을 표시한다. 사인곡선으로 형성된 커브는 각 밸브의 각각의 솔레노이드에 유입되는 교류전기를 표시하고 압력대 시간곡선에 따른 동일한 시간 눈금을 나타낸 것이다.

전류곡선의 진폭은 특히 비례하지 않는다.(눈금) 제6(a),(b)도 각각은 R과 동일한 제2압력과 시간곡선을 나타내고 있다. 곡선 R은 밸브의 한번의 개폐 사이클이 형성할 때의 공급압력변화를 나타낸다.

잘 알다시피 비교실험의 목적으로 고정된 부피로 공급된 공기통이 사용되고 명확한 내부압력으로 미리 채워지고(prefilled), 실험하는 동안에는 채워지지 않는다.

제6(a)(b)도에서 언급한 바와 같이 압력과 시간축의 원점 0는 닫혀진 밸브와 밸브를 열기위해 시간 t + o에서 얻어진 전기신호를 표시한다.

밸브 배출구(outlet)는 먼지수집기(공기청정기(dust collector))에서 blow tube로서 사용되는 것처럼 유사한 성능의 긴 닫혀진 파이프를 비교실험 목적으로 부착되어 있다.

압력측정변환기(pressure measuring transducer)는 밸브배출구(valve outlet)로 부터 떨어져 있는 파이프의 말단 내부에 고정되어 있고 출력단은 오실로스코우프와 연결된다. 제6도에 도시한 것처럼 오실로스코프에서 P & Q를 추적함에 있어서 밸브의 열림이 일어나는 연속적으로 파악된 단계에서 기계적인 지연(mechanical delay)으로 부터 생기는 압력상승전에 time lag는 명백해진다.

측정 피크 압력에 대한 상승시간은 압력에 이르도록 밸브의 하류부피의 함수이고 밸브의 일반적인 사이즈에 부분적으로 의존한다.

제6(a)도의 경우에 (본 발명의 밸브) 순간최대압력은 P₁(제1도)으로 확인된다. 밸브 주 커버가 닫혀진 후에 거기에 순간최대압력의 약 90%까지 급격한 압력의 감소가 있고, 제2의 최소압력의 순간최대치 P₂가 기록되었을 때 그때의 압력은 갑자기 떨어지게 된다.

닫혀진 밸브의 평형상태에서 존재함으로해서 압력이 빨리 떨어진다. 중요한 다이아프램 어셈블리는 순간최대치 P₂가 될 때 까지 열려진 채로 있다.

제6(b)도의 경우에서 제1압력피크는 Q₁처럼 확인되었다. 그러나 이러한 경우에 이전의 경우하에서 세개 이상의 피크 Q₂, Q₃, Q₄각각의 10%가 압력이 평형으로 내려가기 전에 기록될 수 있다. 이러한 경우에 중요한 다이아프램 어셈블리는 순간최대치 P₄가 될 때 까지 열려진 채로 있다.

본 발명의 밸브는 공급체계에 있어 압축공기의 소비를 최소화하므로서 상당한 이익들을 제공한다. 나중 순간최대압력들은 제1압력피크의 이동능력을 조금 개선해 주거나 혹은 아예 개선시키지 않는다.

공기소비(air consumption)량을 나타내는 각 곡선의 아래면적은 본 발명의 밸브를 사용하므로서 얻어질 수 있는 상당한 절감을 보여주는 것이다.

Claims (13)

1. 짧은 시간동안에 고압의 압축공기를 밸브의 출구와 연결된 용기로 이송시켜주는 것으로서, 가요성의 다이아프램 어셈블리(18)와 이 다이아프램(18)의 서로 대향하는 양쪽 맞은편에 있는 압력평행수단을 구비함과 더불어 밸브상단부와 밸브트리거로 구성된 보조조립체를 갖추고 있는 대형 파일롯트 작동 다이아프램 밸브에 있어서, 상기 밸브 상단부가, (a) 상기 가요성의 다이아프램 어셈블리(18)를 밸브몸체(14)의 접촉면을 가로질러 지지해주기 위해 상기 밸브몸체(14)의 접촉면에 맞추어 부착시켜 주도록 이 밸브상단부의 제1외면에 개구 형성된 파일롯트 체임버(34)와, (b) 상기 밸브 상단부의 제2외면에 개구 형성된 캐비티(42), (c) 상기 파일롯트 체임버(34)를 캐비티(42)에 연결시켜 주는 소올(sole) 수단이 구비된 제1유체 이송수단, (d) 상기 캐비티(42)를 밸브 상단부의 외부대기로 연결시키는 제2유체 이송수단, (e) 상기 캐비티(42)의 최소한 일부분을 점유하도록 된 중공 플런저(60), (f) 상기 캐비티(42)에 대해 중공플런저(60)를 이동시킴으로써 개폐 작동하도록 된 환형 시이트(50) 및 시이트 밀폐수단(78), (g) 상기 보조조립체 내부에서 상호 작동관계에 있으면서 상기 중공플런저(60)의 축 방향을 따른 양쪽 선단면 사이에 있는 제한된 유체 이송수단 및, (h) 상기 각 선단면에 인접한 작은 유체 저장요홈으로 구성되고, 상기 밸브트리거가, (i) 상기 중공 플런저(60)의 축 방향을 따른 선단면에 인접하면서 이 선단면으로 부터 돌출되어 나온 중공플런저(60)의 일부분을 감싸도록 된 기밀유지커버와, (j) 원격적으로 가해지는 힘에 의해 상기 중공플런저(60)와 직접적으로 기밀 접촉하거나 떨어져 나오도록 상기 기밀유지 커버속에서 슬라이딩 이동하는 소형 플런저, (k) 상기 기밀유지커버에 대해 작동할 수 있게 내장되면서 상기 고형플런저의 축 방향을 따른 양쪽 선단면 사이에 위치하고 있는 제한된 유체이송수단 및, (l) 상기 유체저장요홈에 이웃하는 선단의 맞은편 쪽에 위치하는 상기 고형플런저의 한쪽 선단 가까이에 배치되면서, 상기 고형플런저가 원격적으로 가해지는 힘에 의해 중공플런저(60)와의 접촉을 벗어나 이 다이아프램 밸브의 개방 작동을 시작할 수 있게 하는 작은 여유 공간, 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 중공플런저(60)의 축 방향길이가 캐비티(42)의 깊이 일부분만을 점유하는 만큼으로 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 중공플런저(60)의 축 방향을 따른 양쪽 선단면 사이에 있는 제한된 유체이송수단이 중공플런저(60)의 바깥 원주면과의 사이에서 소정의 간격 여유가 구비되어 사용시에 상기 기밀커버내에서 미끄럼이동할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기밀커버가 캐비티(42)와 일직선으로 배열되면서 직각으로 연장된 부분으로 부터 하나의 일체적 유니트로서, 상기 밸브상단부에 부착된 수직상방의 관형 돌출물로 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
5. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 고형 플런저가 이동작동범위 이내에 있는 동안 전체적으로 상기 커버 내부에 위치하게 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 고형플런저의 양쪽 평면선단 사이에 위치한 상기 제한된 유체이송수단이 고형플런저의 바깥 원주면과 커버의 내면 사이에 형성된 여유간극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
7. 제1항에 있어서, 상기 고형플런저가 중공플런저로 부터 떨어져나와 밸브의 개방작동이 시작될 수 있게 하는 작은 간극의 공간이 상기 고형플런저에 의해 점유되는 체적의 1/4보다 작은 체적으로 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
8. 제1항에 있어서, 상기 고형 플런저를 작동시키기 위해 원격적으로 가해지는 힘은 상기 커버를 둘러싸고 있는 솔레노이드 코일을 통해 흘러가는 전류에 의해 발생하는 자력이고, 상기 고형 플런저는 마그네틱재로 이루어진 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
9. 제1항에 있어서, 상기 각 중공플런저(60)의 각 선단에 이웃하는 작은 수용요홈이, (i) 플런저의 각 선단에 있는 개개의 시이트 수단이 플런저의 각 선단에 대해 돌출됨으로써 구획지워지는 축 방향의 짧은 간격과, (ii) 상기 각 시이트 밀봉수단의 노출선단면 및, (iii) 상기 캐비티(42)의 환형 원주면 또는 플런저의 각 선단을 수용하는 커버, 에 의해 구획지워지는 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1유체이송수단이 상기 캐비티(42)를 가로지르는 다수개의 구멍으로 이루어져 상기 캐비티로 오목하게 들어간 다수개의 슬롯을 구획지우며, 상기 슬롯의 전체 단면적이 상기 캐비티에서 부터 이 캐비티(42)를 대기로 연결시켜주는 제2유체이송수단까지 개방되어 구획지워지는 개구부의 단면적으로 초과하도록 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
11. 제10항에 있어서, 상기 제2유체이송수단의 단면적이 상기 캐비티를 가로지르는 단면적보다 작지 않게 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
12. 제1항에 있어서, 상기 시이트 밀폐수단이 캐비티의 삽입면에 대향하는 캐비티의 편편한 바닥으로 부터 수직방향으로 돌출된 원형의 관형돌기로 이루어지고, 상기 밀폐수단이 조립할 때 상기 캐비티속으로 들어가는 플런저의 선단에 설치된 탄성와셔로 된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.
13. 제1항에 있어서, 상기 캐비티(42)와, 밸브상단부의 평면에서 부터 파일롯트 체임버가 개방된 면까지 개방시켜 주도록 형성된 것을 특징으로 하는 급속반응 파일롯트 작동 다이아프램 밸브.