KR100372321B1 - 영구자석을 이용한 차압밸브 - Google Patents

Abstract

작은 힘으로 용량이 큰 밸브를 제어할 수 있으며, 조작유체와 작동유체를 동일한 유체로 사용하거나 다른 유체를 사용할 수 있도록 한 영구자석을 이용한 차압식 밸브를 제공하는데 목적이 있다.

위와 같은 목적을 실현하기 위하여, 입구 및 출구를 갖으며 이들과 연통하는 하부챔버를 갖는 밸브 케이싱과;

상기 하부챔버에 위치하여 입구와 출구 사이를 개폐하는 주 피스톤과;

상기 하부챔버의 위쪽으로 위치하며 상기 입구측으로 유입되는 유체 또는 다른 유체를 공급받는 상부챔버에 위치하며 영구자석을 갖는 보조 피스톤과;

상기 주 피스톤의 중앙부를 관통하여 설치되는 로드를 갖는 니들밸브와;

상기 니들밸브의 상측으로 연장되어 상기 보조 피스톤의 영구자석의 자력에 의해 이동하는 자성체와 연결되는 컨넥팅 부재와;

상기 상부챔버와 연통하며 제어유닛에 의해 제어되어 전자력으로 유입된 유체를 출구포트로 배출 또는 차단하는 차압발생부를 포함하는 영구자석을 이용한 차압밸브를 제공한다.

Description

영구자석을 이용한 차압밸브{DIFFERENTIAL VALVE USING PERMANENT MAGNET}

본 발명은 영구자석을 이용한 차압밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적은 힘으로 용량이 큰 밸브를 작동시킬 수 있으며, 작동유체와 조작유체를 다른 것으로 할 수 있도록 하여 사용범위를 넓게할 수 있도록 한 차압밸브에 관한 것이다.

출구측의 유체압력과 입구측의 유체압력을 다르게 하는 차압밸브는 유체를 사용하는 모든 시스템에 사용되고 있다.

상기 차압밸브의 특징중 그 하나는, 유체의 압력과 이 유체의 압력이 작용하는 피스톤의 면적에 따라 밸브를 개폐시킬 수 있으므로 피스톤의 크기를 적절히 설계하는 것에 의하여 필요한 용량의 밸브를 설계할 수 있다는 것이며, 그 개폐작동이 확실하다는 것이다.

다시 말하면 용량이 큰 밸브를 설계하기 위해서는 피스톤을 크게 설계하면 되고 용량이 적은 밸브를 설계하기 위해서는 피스톤의 크기를 작게하면 되는 것이므로 설계가 용이하며 용량이 따라 피스톤의 크기가 결정되므로 확실한 개폐작동을 보장할 수 있다는 것이다.

이러한 차압밸브는 밸브의 입구측과 밸브의 출구측 사이에 메인 밸브가 설치되어 출구측을 차단하고 있으며, 이 메인 밸브의 상측으로 위치한 제어밸브에 작용하는 유체압력을 조절하는 것에 의하여 상기 출구측을 개폐하는 구조를 갖는다.

그러나 위에 설명한 종래의 차압밸브는, 용량이 큰 밸브의 경우는 피스톤이 크게 되어 있으므로 제어밸브를 제어하기 위한 전기적 에너지가 많이 소모되는 단점이 있다.

게다가 위와 같은 차압밸브는 작동유체와 조작유체가 밸브의 입구측으로 유입되는 동일한 유체를 사용하고 있으므로 완벽한 기밀을 요구하는 화학적 물질의 유체나 고온의 유체를 작동유체로 사용하는 시스템에는 적용이 불가능하다.

본 발명은 위에 설명한 종래기술의 문제점을 보완하여 전기적 에너지의 소모를 줄일 수 있으며 작동유체와 조작유체를 각각 다른 것으로 사용할 수 있는 영구자석을 이용한 차압밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 입구 및 출구를 갖으며 이들과 연통하는 하부챔버를 갖는 밸브 케이싱과;

상기 하부챔버에 위치하여 입구와 출구 사이를 개폐하는 주 피스톤과;

상기 하부챔버의 위쪽으로 위치하며 상기 입구측으로 유입되는 유체 또는 다른 유체를 공급받는 상부챔버에 위치하며 영구자석을 갖는 보조 피스톤과;

상기 주 피스톤의 중앙부를 관통하여 설치되는 로드를 갖는 니들밸브와;

상기 니들밸브의 상측으로 연장되어 상기 보조 피스톤의 영구자석의 자력에 의해 이동하는 자성체와 연결되는 컨넥팅 부재와;

상기 상부챔버와 연통하며 제어유닛에 의해 제어되어 전자력으로 유입된 유체를 출구포트로 배출 또는 차단하는 차압발생부를 포함하는 영구자석을 이용한 차압밸브를 제공한다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차압밸브의 반단면 절개사시도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차압밸브의 작동상태를 설명하기 위한 도면.

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차압밸브의 측단면도.

도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차압밸브의 측단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차압밸브의 반단면 절개 사시도로서, 밸브 케이싱(2)은 유체가 유입되는 입구(4)와 이 입구로 유입된 유체를 배출하는 출구(6)를 갖고 있다.

상기한 밸브 케이싱(2)의 내부는 하부챔버(8)와 상부챔버(10)로 구분되어 있으며, 이들 각각의 챔버(8,10)에는 유기적으로 개폐작용에 관련하는 밸브 개폐수단이 제공된다.

상기한 하부챔버(8)에는 입구(4)로 부터 유입되는 유체가 상하로 작용하는면을 갖는 주 피스톤(12)이 이동가능하게 배치되어 상기 케이싱의 내측에 일체로 형성된 밸브 시이트(14)에 밀착하여 유체의 흐름을 차단하고 있다.

상기한 주 피스톤(12)은 상기 밸브 시이트(14)에 안착된 상태에서 상기 입구(4)의 상하측으로 위치하는 랜드(16,18)를 갖으므로서 상기 하부챔버(8)를 제1실(c1), 제2실(c2), 제3실(c3)로 구분할 수 있도록 하고 있으며, 상기 랜드(16)에는 오리피스(20)가 뚫려져 입구(4)를 통하여 유입되는 유체가 제1실(c1)를 통하여 제2실(c2)로 유입될 수 있도록 하고 있다.

상기한 주 피스톤(12)에는 중심부를 관통하는 니들 밸브(22)가 설치되어 있으며, 이 니들 밸브의 하단부는 수동개폐레버(24)의 작동에 연동할 수 있는 크기로 연장된 로드(26)를 갖는다.

상기한 수동개폐레버(24)는 일반적으로 사용되고 있는 것들과 동일 또는 유사한 구조를 갖는 것으로서, 밸브 케이싱(2)아래측에 나사결합된 캡(28)의 내측에 위치하는 푸싱 플레이트(30)를 갖고 있다.

상기한 푸싱 플레이트(30)는 스프링(32)에 의해 탄성지지되는 푸시로드(34)의 수압판(36)과 접촉하는 상태로 있으며, 이 푸시로드(34)에는 실질적으로 상기한 로드(26)를 상측으로 밀어 올리기 위한 변위발생부재(38)를 갖는다. 이 변위발생부재(38)는 푸시로드(34)와 일체로 형성되거나 개별적으로 만들어져 고정될 수 있다.

상기한 푸시로드(34)는 수동개폐레버(24)가 상하좌우로 기울여질때 푸싱 플레이트(30)가 수압판(36)을 미는 것에 의해 직선이동을 하게 되고 이때 변위발생부재(38)가 로드(26)를 상측으로 밀게 된다.

상기한 로드(26)는 위에 설명한 바와 같이 상측으로 이동할때 직선운동을 가능하게 하는 블레이드들(40)을 갖는다.

상기한 니들 밸브(22)는 위에 설명한 바와 같이 아래측으로는 수동개폐를 위한 로드(26)가 연장되고, 상측으로는 컨넥팅 부재(42)가 연장된다.

이 컨넥팅 부재(42)는, 상기한 수동개폐와는 달리 본 실시예의 차압밸브를 자동으로 개폐작동시키기 위한 것으로서, 상기한 상부챔버(10)의 중앙부를 관통하여 밸브 케이싱에 고정된 실린더 부재(44) 내부로 진입되어 있다.

상기한 실린더 부재(44)의 상측에는 조절축(46)이 나사결합되어 있으며, 이 조절축과 동일한 축선상에 상기한 컨넥팅 부재(42)가 위치한다.

상기한 실린더 부재(44)의 외측으로는 보조 피스톤(48)이 삽입되어 있으며, 이 보조 피스톤의 내부에는 영구자석(50)이 매립된 상태로 위치하고 있다.

상기한 조절축(46)과 컨넥팅 로드(42)에는 슬리브(52)가 끼워져 있는데, 이 슬리브는 컨넥팅 로드(42)의 상부를 끌어 올릴 수 있도록 걸림턱(54)을 갖고 있으며, 이 슬리브(52)와 니들 밸브(22) 사이에는 스프링(56)이 탄지되어 있다.

상기한 보조 피스톤(48)에는 오리피스(58)가 뚫려져 이 보조 피스톤에 의해 구분되는 상부챔버(10)의 제1실(c4)과 제2실(c5)가 서로 연통하도록 하고 있다.

상기 상부챔버(10)에는, 상기 입구(4)로부터 유입되는 유체를 유입시키기 위한 입구 브랜치(60)가 설치되어 있으며, 이 브랜치를 통하여 유입되는 유체가 보조 피스톤(48)에 작용하면서 상기 오리피스(58)를 통과하여 이 보조 피스톤의 상하면에 함께 작용할 수 있도록 하고 있다.

상기한 상부챔버(10)에는 출구 브랜치(62)가 설치되어 차압 발생부(64)로 유체를 전달할 수 있도록 되어 있다.

이 차압 발생부(64)는, 출구 브랜치(62)를 통하여 유체를 공급받는 감압실 바디(66)와, 이 바디의 상측으로 위치하는 밸브 하우징(68)을 갖으며, 이 밸브 하우징(68)의 내부에는 1차 코일이 감겨진 전자석(70)과 2차 코일이 감겨진 전자석(72)이 위치하고 있으며, 이 전자석(70,72)의 자력에 의해 이동하는 밸브 스풀(74)이 전자석을 관통하여 그 일측단이 스프링(76)으로 탄지되어 있고 그 타측단이 상기 감압실 바디(66)의 출구포트(78)를 막고 있는 상태로 위치하고 있다.

상기한 1차 코일과 2차 코일은 각각 6v - 12v의 직류전원과 연결되며 감지센서(S1) 또는 스위치(S2)의 신호를 받아 작용하는 제어유닛(U)에 전류가 흐르거나 차단되는 것으로 이러한 전류의 제어방식은 통상의 것을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 출구 브랜치(62)와 연통하는 감압실 바디(66)는 2개의 챔버(66a,66b)로 구분되어 있으며, 상기 챔버(66b)는 상기 출구(6)와 또다른 브랜치(80)를 통하여 연통하고 있다.

상기한 브랜치(6)에는 입구(4)로부터 유입되는 유체를 차단하기 위한 차폐부재(82)가 제공된다. 이 차폐부재는 스크류가 사용될 수 있다.

이와 같이 이루어지는 차압밸브는, 입구(4)측에서 유체가 유입되기 시작하면 밸브 케이싱(2)의 제1실(c1)로 유입되면서 오리피스(20)를 통하여 제2실(c2)까지 유입된다.

이 상태에서는 주 피스톤(12)이 밸브 시이트(14)에 안착된 상태로 스프링(56)의 탄성력을 받고 있게 된다.

이와 동시에 브랜치(60)를 통하여 유체가 상부챔버(10)로 유입되면서 오리피스(58)를 통하여 보조 피스톤(48)의 상하부에 까지 이르게 되는데, 이 상부챔버는 차압발생부(64)와 출구 브랜치(62)를 통하여 연통하여 있으므로 상기 유체는 감압실 바디(66)의 내부까지 이르러 제2도 a)와 같은 상태로 있게 된다.

이때 감지센서(S1)나 스위치(S2)의 작동에 따라 제어유닛(U)에 의해 차압발생부(64)가 작동하여 다음과 같은 작용이 이루어진다.

상기한 감지센서나 스위치는 본 발명의 차압밸브가 설치되는 장소나 용도 또는 그 목적에 따라 설치될 수 있는데, 화장실의 변기 세정용으로 사용하는 경우 용변을 보는 사람을 감지할 필요가 있으므로 감지센서가 사용될 수 있고, 또 본 발명의 차압밸브가 화학약품등을 취급하는 설비라인에 설치되는 경우 작업자에 의해 조작될 수 있는 스위치의 설치가 바람직하다. 그러나 어떠한 것을 설치하여도 이하에 설명되는 작용은 동일하다.

먼저 제어유닛(U)으로부터 제어신호가 출력되면, 전자석(70)이 자력을 발생하게 되므로 밸브스풀(74)이 도면에서 보아 상측으로 이동하게 된다.

이러한 작용으로 출구포트(78)가 열리면서 감압실 바디(66)의 챔버(66b)내부에 유입된 유체는 이 출구포트를 통하여 빠져 나가게 되므로 이때 빠져 나가는 브랜치(80)는 출구(6)를 통하여 이 출구와 연결된 사용장소로 이동하게 된다.

이와 동시에 감압실 바디(66)의 챔버(66b)에 유입된 유체가 빠져 나가게 되므로 출구 브랜치(62)를 통하여 연통되어 있는 상부챔버(10)의 제2실(c5)에 있는 유체도 함께 빠져 나가게 된다.

이러한 작용으로 상부챔버(10)의 제2실은 압력이 낮아지게 되므로 제1실(c4)의 유체압력에 의하여 보조 피스톤(48)은 상측으로 밀려 올라가게 된다.

그러면 보조 피스톤(48)에 매립되어 있는 영구자석(50)도 함께 이동하는 결과가 되므로 이 영구자석의 자력에 의하여 슬리브(52)가 끌려 올라가게 되고, 이 슬리브가 올라가게 되면 이 슬리브와 연결되어 있는 컨넥팅 부재(42)가 이동하게 되므로 결국 주 피스톤(12)이 상승하게 된다.

이와 같이 주 피스톤(12)이 상승하게 되므로 도2b)와 같은 상태가 되면서 입구(4)를 통하여 유입되는 유체는 신속하게 출구(6)를 통하여 빠져 나가게 된다.

이러한 작용이 이루어지는 동안에 제어유닛(U)에서 출력되는 제어신호가 끊어지게 되면 전자석(70)은 자력을 잃게 되므로 스프링(76)의 탄성력에 의해 밸브스풀(74)은 아래측으로 이동하여 열려있던 출구포트(78)를 차단하게 된다.

그러면 입구(4) 측에서는 계속하여 유체가 유입되므로 상부챔버(10)와 하부챔버(8)로 유체가 유입되는데, 이때 상부챔버(10)의 제1실(c4)과 제2실(c5)의 압력이 같아지게 되면 보조 피스톤(48)의 자중에 의하여 이 피스톤은 하강하게 된다.

이때 영구자석(50)의 자력에 의해 상승하였던 슬리브(52)는 자력에 의해 하강하게 되므로 이 슬리브의 아래측에 있는 스프링(56)을 통하여 주 피스톤(12)은 압력을 받게 되어 주 피스톤도 하강하여 도2a)와 같은 초기으이 상태를 유지하게 된다.

상기한 바와 같이 전자석(70)이 제어유닛(U)에 의해 자력을 발생하여 밸브스풀을 이동시킴으로서 갑압실 바디(66) 내부의 유체압력을 저하시킬때 제어유닛에 의해 또다른 전자석(72)을 자화시키면 밸브스풀(74)의 이동거리를 더욱 증가시킬 수 있으므로 유체의 배출량을 조절할 수 있다.

위의 실시예에서 보여준 그러한 차압밸브는 단일 유체를 사용하는 경우에 적합한 밸브인데, 감압을 일으키는 유체와 사용유체가 다른 경우에는 도3에 나타낸 바와 같이 브랜치(60)에 설치된 차폐부재(82)를 잠그었을때 다른 종류의 유체가 상부챔버(10)로 유입될 수 있는 관로(D)를 연결하고, 또 감압실 바디(66)의 출구포트(78)를 출구(6)와 연통시키지 않고 다른 위치로 이동시킬 수 있는 관로(E)를 설치하는 것으로 실현할 수 있다.

즉 입구(4)를 통하여 화하적 특성을 갖는 유체가 유입되고 관로(D)를 통하여 다른 종류의 액체가 유입되는 설비에도 사용할 수 있다.

위에서 설명되지 않은 수동개폐레버(24)는 제어유닛에 이상이 있거나 사용자가 선택사용할 수 있도록 마련된 것으로서, 이 수동개페레버를 누르게 되면 변위발생부재(38)가 주 피스톤의 로드(26)를 밀어 올리게 되므로 위의 작용과 동일한 작용을 실현할 수 있다.

도4는 상기한 실시예와는 달리 유체의 흐름이 동일축선상에 존재하는 설비에 사용될 수 있는 것을 보여준다.

이 실시예의 구성을 설명함에 있어서 상기한 실시예와 동일 또는 유사한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 설명을 한다.

입구(4)와 출구(6)가 동일 축선상에 있으며, 이들 입구와 출구 사이는 개구(100)가 형성된 격벽(102)이 있는 것을 보여준다.

이들 입구와 출구 및 격벽은 도시한 바와 같이 일체로 형성되거나 분리제작될 수 있는데, 이 실시예에서는 상기한 격벽(102)에 밸브 시이트(14)를 만들고 이 시이트에 주 피스톤(12)의 하단부가 위치하여 유체의 흐름을 차단하거나 허용할 수 있도록 하고 있다.

상기한 주 피스톤(12)의 하단부는 상기한 입구(4)와 출구(6) 사이에 위치하며 상단부는 입구와 출구 사이에 형성된 하부챔버(8)에 위치한다.

상기한 주 피스톤(12)의 랜드(16) 아래측에는 하부챔버(8)에 일체로 고정된 플레이트(104)가 위치하며, 이 플레이트에는 랜드(16)에 뚫려진 오리피스(20)를 통하여 유체가 상측으로 이동할 수 있는 홀(106)이 뚫려있다.

상기한 플레이트(104)는 입구(4)측으로 유입되는 유체의 압력을 주 피스톤(12)이 직접 받지 않도록 하기 위하여 사용된다.

그 주 피스톤(12)은 상기 실시예와는 달리 하부챔버(8)와의 사이에서 스프링(56)으로 탄지되어 있다.

그리고 이 하부챔버(8) 위쪽으로 위치하는 상부챔버(10)에는 실린더 부재(44)가 위치하여 상기한 주 피스톤(12)의 컨넥팅 부재(42)가 위치될 수 있도록 하고 있으며, 이 컨넥팅 부재의 외주에 자성체(108)가 고정되어 있다.

이 실린더 부재(44)의 외측으로는 보조 피스톤(48)이 위치하여 있으며 상기 실시예와 같이 영구자석(50)을 보유하고 있다.

이 영구자석(50)은 보빈(110)에 의해 감싸여져 있으며 이 보빈은 보조 피스톤 상에 위치하고 있다.

상기한 보빈의 내경은 실린버 부재(44)의 외경보다 크게 되어 이들 사이로 유체의 흐름이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

상기한 상부챔버(10)로 유입되는 유체를 외부로 배출하기 위한 관로(E)가 이 챔버에 마련되어 있으며, 이 관로에는 제어유닛(U)에 의해 제어되어 자력을 형성하는 솔레노이드 어셈블리(112)가 위치하여 이 관로를 개폐할 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 이루어지는 본 실시예의 차압밸브는, 입구(4)를 통하여 유체가 유입되면서 하부챔버(8)와 상부챔버(10)로 유입되고 보조 피스톤(48)은 도4에 도시한 바와 같이 아래측으로 이동하여 있으며 주 피스톤(12)도 아래측으로 이동하여 개구(100)를 차단하고 있는 상태로 있게 된다.

이러한 상태에서 상기한 실시예와 같이 제어유닛(U)에 의해 솔레노이드 어셈블리(112)가 작동하여 관로(E)를 열게 되면, 상부챔버(10)에 있는 유체가 관로(E)를 통하여 빠져 나가게 되므로 상부챔버로 유입되는 유체의 압력에 의해 보조 피스톤(48)은 상측으로 이동하게 된다.

따라서 이 보조 피스톤에 위치한 영구자석(50)도 함께 이동하게 되므로 이 영구자석의 자력에 의해 자성체(108)가 이동하게 되므로 이와 연결되어 있는 컨넥팅 부재(42)가 이동하면서 주 피스톤(12)을 끌어 올리게 된다.

이러한 작용으로 입구(4)와 출구(6) 사이에서 개구(100)를 막고 있던 주 피스톤(12)이 개구를 개방하게 되므로 입구(4)측으로 유입되는 유체는 출구(6)측으로흐르게 된다.

그리고 제어유닛으로부터 제어신호가 차단되면 솔레노이드 어셈블리(112)는 관로(E)를 차단하게 되는데, 입구(4)측으로부터 유체는 계속하여 유입되므로 상부챔버(10)는 보조 피스톤을 중심으로 상하부가 동압을 이루게 된다.

이러한 상태에서는 보조 피스톤의 자중에 의해 상승하고 있던 이 보조 피스톤은 하강을 하게 되고, 이 보조 피스톤의 하강으로 이와 연결된 주 피스톤이 하강하여 격벽(102)에 마련된 개구(100)를 차단하게 되므로 유체가 출구측으로 흐르는 것을 막을 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 차압밸브는 전자석을 자화시킬 수 있는 전류가 흐르면 되므로 적은 조작력으로 큰 작동력을 얻을 수 있어서 용량이 큰 밸브의 개폐작용을 실현할 수 있으며, 조작유체와 작동유체를 동일 또는 다른 종류의 것을 사용할 수 있어 사용범위에 제한받지 않으며, 자동개폐가 이루어지지 않는 경우에는 수동개폐를 가능하게 하므로 어떠한 경우에도 밸브로서의 기능을 다할 수 있다.

Claims (6)

1. (정정) 입구 및 출구를 갖으며 이들과 연통하는 하부챔버를 갖는 밸브 케이싱과;

   상기 하부챔버에 위치하여 입구와 출구 사이를 개폐하는 주 피스톤과;

   상기 하부챔버의 위쪽으로 위치하며 상기 입구측으로 유입되는 유체 또는 다른 유체를 공급받는 상부챔버에 위치하며 영구자석을 갖는 보조 피스톤과;

   상기 주 피스톤의 중앙부를 관통하여 설치되는 로드를 갖는 니들밸브와;

   상기 니들밸브의 상측으로 연장되어 상기 보조 피스톤의 영구자석의 자력에 의해 이동하는 자성체와 연결되는 컨넥팅 부재와;

   상기 상부챔버와 연통하며 제어유닛에 의해 제어되어 전자력으로 유입된 유체를 출구포트로 배출 또는 차단하는 차압발생부를 포함하며, 차압발생부는, 제어유닛에 의해 자화되는 전자석과, 이 전자석의 자력에 의해 이동하는 밸브스풀과, 이 밸브스풀의 일측에 위치하여 개폐되는 출구포트를 갖으며 상기 상부챔버로부터 유입되는 유체를 일시적으로 저장하는 감압실 바디를 포함하는 영구자석을 이용한 차압밸브.
2. 삭제
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 출구포트는 관로를 통하여 밸브 케이싱의 출구와 연통하거나 대기로 노출되는 영구자석을 이용한 차압밸브.
4. 청구항 1에 있어서, 주 피스톤에는 입구로부터 유입되는 유체를 이 주피스톤의 상측으로 보내기 위한 오리피스가 뚫려있는 영구자석을 이용한 차압밸브.
5. 청구항 1에 있어서, 밸브 케이싱의 입구와 출구는 동축상에 위치하는 영구자석을 이용한 차압밸브.
6. 청구항 1에 있어서, 밸브 케이싱에는 로드를 밀어 입구와 출구를 개방하기 위한 수동개폐레버가 설치되는 영구자석을 이용한 차압밸브.