KR100947818B1 - 유량조절에 의한 자동온도조정 테이퍼밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방공급계통의 환수부에 장착되는 밸브로 유체의 온도에 따라 흐름양이 가변되어 자동으로 온도가 조정되는 테이퍼밸브에 관한 것이다.

종래의 기술로서, 형상기억합금의 특성을 활용한 유량조절밸브로 특허등록번호 10-0514469와 10-0583828로 등록되어 개발된 밸브가 난방공급계통에 장설되어 사용되고 있는 데, 10-0514469의 유량조절밸브는 구조적인 현상으로 SMA스프링의 온도감응이 실제의 유체온도에 대응하지 못해 응답속도가 늦다는 문제점과 지지스프링의 하부 캡 부위에 이물질이 정체되어 밸브의 작동이 불량해진다는 문제점이 지적되고 있으며, 10-0583828의 유량조절밸브는 구조적인 결함으로 인해 유량조절이 불량하고 구성부품이 파손되어 누수가 발생하는 문제점이 있어서 실용성의 한계를 드러내고 있다.

본 발명은 밸브의 핸들을 조작하여 원하는 온도에 알맞은 유량으로 조절하면 자동으로 온도가 조정되는 테이퍼밸브에 있어서, 유체를 유동시키는 밸브실과 축봉스템실이 단일체형으로 구비된 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 축봉스템실의 상부에 조립되어 있는 회전조절수단과, 조절한 회전력이 축봉스템실의 내공간부로 전달되는 축봉스템 및 편심회전축; 상기 편심회전축에 일체형으로 구비된 편심진원반의 외주 면이 U-자 형상으로 형성된 내측면에 접촉하여 직선운동으로 변환되는 밸브가이드 소켓; 상기 밸브가이드 소켓에 나사 체결된 밸브디스크축의 외주 면에 끼워진 원통형 테이퍼형상의 밸브디스크; 상기 밸브디스크의 원통부의 내, 외부에 설치되는 팽 창 및 수축수단; 상기 팽창 및 수축수단의 작용에 의해서 테이퍼로 형성된 밸브디스크와 밸브몸체의 디스크시트와의 간격 변화로 유량이 조절되고, 밸브디스크축의 정열 축을 안정되게 안내하는 디스크축 정열링을 포함하는 유량조절에 의한 자동온도조정 테이퍼 밸브를 제공함으로써 유체의 흐름양을 원활하게 조절하고, 유체의 온도에 따라 흐름양이 가변되어 자동으로 온도가 조정된다.

특히 밸브디스크와 디스크시트의 테이퍼형상으로 인해 미세하게 유량이 조절되고 유체의 흐름이 안정되며, 유체의 흐름방향과 같은 방향으로 밸브가 작동함으로 소음이 발생하지 않고, 반 바퀴 이내에서만 핸들조작이 가능하므로 사용자에게 편리함을 제공한다.

밸브몸체, 축봉스템, 편심회전축, 밸브가이드 소켓, 밸브디스크, 밸브디스크 축, 디스크축 정열링, 형상기억 팽창스프링, 테이퍼 압축스프링, 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브

Description

유량조절에 의한 자동온도조정 테이퍼밸브{Automatic temperature regulating taper valve by flow control}

본 발명은 원하는 온도에 알맞은 유량을 조절하면, 자동으로 온도가 조정되기 위하여 유체의 흐름방향과 동일방향으로 일직선으로 밸브가 작동케 하는 유량조절 테이퍼 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 사용하는 자동온도 조절밸브는 중앙난방방식이나 지역난방방식 및 개별난방방식 등의 난방공급계통의 온수분배기에 장착되어 설정된 온도에 의해서 유체를 차단하거나 유량을 제어하는 설비계통의 구성부품이다.

종래의 기술로, 형상기억합금의 특성을 이용한 대표적인 자동온도 조절밸브로써 5도 내지 6도에 도시된 유량조절밸브가 특허공보에 10-0514469호와 10-0583828호로 등록되어 있으며, 5도의 밸브는 한국산업규격 KSB6612 난방용 자동온도 조절밸브의 규격으로도 등재되어 있다.

상기의 이러한 밸브는 수온 감지식 및 자력식의 비례제어가 가능하여 에너지 절감에 유리한 성능의 제품임에도 불구하고 해결해야 할 과제로 인해 제품의 신뢰성이 떨어져 있으며, 최근 전기. 전자기술을 접목하여 개발된 기온 감지식 및 타력 식의 구동장치가 구비된 자동온도 조절밸브가 급속히 보급됨으로써 에너지절감효과의 실용성보다 사용상의 편의성이 요구되는 현실에 사용자로부터 외면을 당하고 있는 실정이다.

5도의 수온 감지식 자동온도 조절밸브는 난방온수가 유, 출입되는 유입구(11) 및 유출구(12)가 형성되어 있고, 내부에는 이중유로(13)가 형성되어 있는 밸브몸체(1)와; 밸브몸체(1)의 하부에 나사 조립되는 하부 캡(2)과; 이중유로(13)을 개폐하는 밸브디스크(6)와 밸브디스크(6)를 관통하는 상태로 설치되어 그 밸브디스크(6)의 상, 하측에 탄력 설치되는 SMA스프링(8b) 및 지지스프링(8a)에 지지되는 밸브스템(7)과; 밸브스템(7)의 상부를 감싼 상태에서 SMA스프링(8b)을 지지하는 스템가이더(4)와; 밸브몸체(1)의 상부에 나사 조립되어 스템가이더(4) 및 밸브스템(7)을 상, 하로 작동시켜서 밸브디스크(6)를 개폐작동시키는 핸들(3)로 구성된 것이다.

6도의 유량조절밸브는 밸브몸체(601)의 일단부에 나사 체결되며, 밸브실(602b)과 연통되는 내부공간부가 형성된 밸브커버(602); 밸브몸체(601)와 밸브커버(602)의 내공간부를 가로질러 유체유동방향으로 설치되는 밸브대(604), 밸브커버(602)의 내공간부(602a)에 끼워져 밸브대(604)를 지지하는 밸브대지지부재(603); 밸브대(604)에 끼워져 밸브실(602b)의 개구(601c)를 개폐시키는 디스크(607); 디스크(607)에 일방향으로 탄성력을 제공하여 밸브실(602b)의 개구(601c)를 개방시키기 위한 바이어스 스프링(610)과 바이어스 스프링(610)을 지지하는 바이어스 스프링 지지부재(606); 유체의 소정온도에서 감응하여 팽창되는 형상기억 합금재료로 밸브 실의 개구(601c)를 차폐하는 방향으로 디스크(607)에 가압력을 제공하는 코일스프링(609); 밸브대 지지부재(603)의 외면에 일체로 구비된 캠 케이스(611); 캠 케이스(611)의 내부에 삽입되며 소정 편심량 만큼 밸브대(604)를 전진시켜 밸브몸체(601)의 개폐정도를 조절하는 캠(612)과 캠축(615); 캠축(615)의 단부에 설치되어 캠(612)을 편심 회전시키기 위한 핸들(616); 핸들(616)의 회전각도를 계측하여 밸브의 최대밀폐한계를 지시하는 게이지 블록(618)을 결합시켜서 구성된 것이다.

[문헌1] 등록특허공보 등록번호 10-0514469(2005.9.6) 수온 감지식 자동온도 조절밸브

[문헌2] 등록특허공보 등록번호 10-0583828(2006.5.19) 실내온도 조절이 가능한 유량조절밸브

[문헌3] 한국산업규격 KSB6612 자동온도조절밸브(2006.12.18개정) 19,23쪽 수온식, 비전동식

5도에 도시된 종래의 수온 감지식 자동온도 조절밸브는 온도조절의 핵심 역할을 하는 형상기억합금의 SMA스프링(8b)의 상측 일단부가 유체의 흐름이 거의 정체되는 스템가이더(4)의 내부공간에 끼워져 있음으로써 실제의 유체온도와 차이가 발생하여 온도감응이 부정확하며, 지지스프링(8a)이 끼어 있는 하부 캡(2)의 공간부는 유체의 흐름이 정체되는 곳으로 장기간 사용 시에 유체속의 이물질이 침적되어 고착됨으로써 지지스프링(8a)의 작동에 장애요인으로 작용함으로 밸브의 작동상태가 불량해 진다는 문제점을 가지고 있다.

6도의 실내온도 조절이 가능한 유량조절밸브는 5도가 지니고 있는 문제점을 해소한 형태의 밸브이지만 구조적인 결함에 의한 기능상의 한계로 인해서 다수의 문제점이 발생하여 사용자에게 만족을 주지 못하는 실정이다.

따라서 해결하고자 하는 과제로써 도시된 7도 내지 8d도를 참조하여 설명하면,

상기와 같은 밸브의 구조는 7도에 도시된 바와 같이, 유체의 동압(p)으로 디스크(607) 등의 여러 부재에 작용한 힘이 캠(612)에 집중되어 캠 조립단부(615a)에 전달되므로, 외팔보지지 형태(R)를 하고 있는 캠축(615)이 밸브커버(602)의 중심선(CCL)에서 편심(α)되어 심하게 기울어짐으로써 O-링(614)이 압착되므로 사용초기부터 누수 현상이 발생하는 경우가 있다.

또한 상기와 같은 밸브는 전면에서 후면까지 직사각형으로 관통되어 제작된 캠 케이스(611)의 구멍에 캠(612)을 끼운 후, 밸브커버(602)의 하부에서 밸브실(602a)로 관통된 구멍과 캠 케이스(611)의 하부 슬롯(slot) 구멍을 통하여 캠축(615)을 끼워 넣고, 캠축(615)의 캠 조립단부(615a)를 캠의 축구멍에 끼워 넣고서 유출구의 외부에서 공구로 세트스크루(613)를 조여서 결합시키는 조립공정의 구조로 되어 있다.

따라서, 부품의 가공공차와 조립공차가 누적되어 캠(612)과 캠축(615)과의 직각도가 불량하게 됨으로써 밸브대 지지부재(603)가 밸브커버(602)의 내주면에서 대각을 이루고 밸브대 지지부재(603)에서 떨어 있는 곳의 밸브대(604)가 밸브몸체(601)의 밸브실 개구(601c)에서 중심선(VCL)에서 크게 벗어나면서 흔들림으로 밸브가 닫힘 상태에서도 유체가 차단되지 않는 경우가 발생하고 있으며, 장시간 사용 중에 유체내의 물때가 밸브커버(602)의 내벽과 밸브대 지지부재(603)의 사이에 끼어서 고착됨으로써 핸들조작이 뻑뻑해지는 현상이 발생하고 있다.

그리고, 캠축(615)의 캠 조립단부(615a)의 단턱은 강도상 취약부위이고 나취(notch)현상으로 인하여 절단되는 경우가 발생하며, 절단된 캠축(615)이 캠축커버(602)에서 외부로 이탈되는 사고의 사례가 발생하여 사용자로부터 불만이 접수되고 있다.

또한 상기와 같은 구조의 밸브는, 배관의 연결구(PC)가 밸브몸체(601)의 유입구(601a)의 내주면의 암나사와 체결되었을 때, 유입구(601a)의 내부공간에 돌출된 바이어스 스프링지지부재(606)와의 접촉으로 간섭이 일어나서 밸브의 핸들조작이 원활치 못하고 밸브의 작동상태도 불량한 문제점을 가지고 있다.

그리고 상기와 같은 구조의 밸브는, 밸브몸체(601)의 개구부(601c)의 시트부가 밸브몸체(601)의 길이방향과 직각으로 된 평면의 구조로 되어 있고, 내경이 넓어진 밸브실(602b)에 곧바로 이어짐으로써 유량이 거의 조절되지 않는 구조로 인해 디스크(607)와 시트부가 거의 맞닿은 최소범위에서만 유량이 조절되고, 최소범위를 벗어나면 유량이 조절되지 않는 문제점을 지니고 있다.

한편 상기와 같은 구조의 밸브는, 8a도 내지 8d도에 도시된 바와 같이 전면에서 후면까지 관통되어진 캠 케이스(611)의 내공간부에 끼워진 캠(612)이 360도 회전이 가능하므로 디스크(607)가 밸브실의 개구(601c)에 먼저 접촉하면 밸브가 닫혀져 회전이 정지될 수 있지만 접촉되지 않으면 정지되지 않는 구조이며, 열림 상태에서는 캠(612)의 최대단이 캠 케이스(611)의 상단과 접촉하는 부위 P1에서 멈출 수 없어 좌, 우로 회전할 수 있음으로 외부에 별도의 멈춤 수단인 스토퍼(619)를 구비하여야 되고, 스토퍼(619)가 절단되거나 마모되어 그 기능을 상실했을 때에는 핸들이 360도 회전을 하게 되는 문제점이 발생하고 있다.

또한 상기와 같은 구조의 밸브는, 유체가 흐르는 방향으로 발생한 동압(p)이 밸브몸체(601)내의 디스크(607) 및 밸브지지부재(603)등에 작용하여 캠 케이스(611)에 전달될 때, 상기 8b도와 같이 완전 닫힘의 0도 상태에서 타원형태의 캠(612)의 작용점이 캠축(615)의 중심선(c)과 일치된다면, 캠(612)의 전, 후면(612a,612b)의 접촉면이 캠 케이스(611)의 중심부에 있어 캠에 회전력이 발생치 않으나, 8c도와 같이 0도를 벗어난 90도 사이에서는 캠(612)의 최대길이 L이 캠 케이스(611)의 내부 공간 폭 L'에 대하여 대각방향이 되고, 작용점(F)가 캠축의 중심선(c)에서 벗어나므로 캠(612)의 전면(612a)만이 캠 케이스(611)의 내부면(611a)에 접촉하고 캠(612)의 후면(612b)은 캠 케이스(611)와 접촉되지 않으므로 회전력이 발생하여 캠(612)에 조립된 캠축(615)이 회전하게 됨으로써 사용자가 조절한 눈금의 설정치에서 이탈되는 문제점을 지니고 있다.

그리고 상기와 같은 구조의 밸브는, 난방공급계통의 온수분배기 환수부에 다수의 밸브가 설치되어 각각 다른 온도조건의 설정치로 사용하고 있고, 설정치가 높은 온도의 유량(유량이 많음)이 온도 설정치가 낮은(유량이 적음) 밸브 쪽의 분배 기를 통하여 보일러로 들어 갈 때, 설정치가 높은 온도의 유량이 설정치가 낮은 온도의 밸브에 유입되는 현상이 일어나 형상기억합금의 팽창수단에 온도를 상승시킴으로써 온도설정치가 낮은 밸브의 온도 값으로 조절이 되지 않는 문제점이 발생하고 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 중앙난방방식이나 지역난방방식 및 개별난방방식 등의 난방공급계통의 온수분배기 환수부에 장착되어 소정온도에 알맞은 유량으로 조절함으로써 실내의 온도를 자동으로 조정할 수 있는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브에 있어서, 유체를 유입구에서 유출구로 일직선 방향으로 유동시키기 위한 밸브실과 밸브실의 수직방향으로 연통되는 축봉스템실이 형성된 단일체의 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 축봉스템실의 상부 외측에 조립되어 수동핸들 또는 타력식 구동장치로 회전되는 조절수단; 상기 조절수단에 끼워져 그 조절한 회전력이 밸브실의 내부로 전달되고 그랜드볼트의 내주면에 형성된 나사와 축봉스템의 외주면의 나사가 조립되어 나사면의 마찰력이 유체의 유동압에 의해 생성되는 회전력을 억제하며 밸브내의 유체를 밀봉하는 축봉스템; 상기 축봉스템의 하단의 커플링 홈과 결합하여 회전력을 전달받으며, 종래기술의 캠과 캠축을 세트 스크루로 조립함으로써 발생하는 나취(notch)현상에 의한 절단사고를 제거하고 가공의 정밀성을 확보하여 조립공차를 제로(zero)화한 편심된 진원의 원반이 축과 함께 일체형으로 제작되며, 하단부는 V-자형으로 형성되어 밸브몸체에 형성된 피봇(pivot)축수에 지지됨으로 축봉스템의 O-링에 가해지는 힘을 최소화시킨 편심회전축; 상기 편심회전축의 편심된 진원의 원반의 외주면이 180도 이내에서만 회전이 제어되도록 상부면이 개방되어서 U-자형으로 형성된 내면과 접촉하여 직선운동으로 변환되는 밸브가이드 소켓(valve guide socket); 상기 밸브가이드 소켓의 일단면에 나사 체결된 밸브디스크 축과 밸브디스크 축의 외주면에 끼워진 원통형 테이퍼형상의 밸브디스크; 상기 밸브디스크의 원통부 내, 외주면에 끼워지며, 특정온도에서 팽창되는 형상기억합금 소재의 스프링으로 이루어져 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 팽창하고 압축된 테이퍼형상의 스프링의 탄성력으로 형상기억 스프링이 수축하는, 팽창 및 수축수단; 상기 밸브디스크를 밸브실의 중심으로 안정되게 안내하고 상기 밸브가이드 소켓의 회전력을 구속하여 직선운동으로 변환케 보조역할을 하는 디스크축 정열링과; 유출구 쪽의 상기 밸브가이트 소켓의 외주면에 끼워진 역류방지 디스크 및 밸브몸체의 내주면에 설치되는 역류방지 디스크시트를 포함하는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브를 제공한다.

밸브몸체의 밸브실 내면에 형성된 테이퍼 형상의 디스크시트와 테이퍼 밸브디스크의 간격을 변화시켜 유체의 흐름양을 미세하게 조절함으로써 특정온도에서 팽창되는 형상기억팽창스프링과 테이퍼압축스프링의 팽창 및 수축의 반복 작용으로 유체의 설정된 값 이내에서 온도가 자동으로 조정되므로 에너지절감 효과가 탁월하여 실용적이다.

또한 본 발명의 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브는 핸들조작을 반 바퀴의 0˚∼180˚ 범위 내에서 소정의 유량으로 조절할 수 있으므로 조작이 간편하고, 타 력의 구동장치 설치가 가능하여 원격조작을 할 수 있음으로 편의성을 추구하는 사용자의 욕구를 충족시킬 수 있다.

그리고 장기간 사용으로 인해 O-링이 열화되어 누수가 발생하였을 때 배관계통상에 본 발명의 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브가 장착된 상태에서 조절장치를 분해하고 그랜드볼트(grand bolt)(135)를 풀어 축봉스템(131)의 O-링(132)을 교환할 수 있음으로 수리가 간편하고 유지보수비용이 적게 든다.

한편 종래의 기술과 비교하여 본 발명에 의한 밸브의 우수한 효과로써,

유체내의 동압으로 밸브디스크 등의 부재에 작용한 힘이 편심진원반의 외주면에 집중되어 편심회전축에 전달되었을 때, 편심회전축의 하부단은 밸브몸체의 밸브실에 형성된 피봇(pivot)축수에 끼워져서 지지되고, 상부단은 축봉스템의 커플링부에 끼워져서 2군데로 안정적으로 분산됨으로써 축봉스템의 외주면의 홈과 축봉스템실의 내주면 사이에 끼워진 O-링에도 최소한의 힘만 작용하므로 조기에 누수현상이 발생하지 않으며 밸브의 수명도 연장된다.

또한, 편심된 진원의 원반이 축과 함께 단일체형으로 제작되고, 편심회전축의 하부가 밸브몸체의 피봇(pivot)축수로 안정되게 지지됨으로써 종래기술의 캠과 캠축을 세트스크루로 조립함으로써 발생하는 직각도 불량 및 캠 조립단부의 나취(notch)현상에 의한 절단사고가 전혀 발생하지 않으며, 편심회전축에서 떨어진 위치의 유입구에 장설된 디스크축 정열링의 중심구멍과 밸브디스크축의 정열축을 통하여 밸브디스크의 중심을 안정되게 안내함으로써, 종래의 기술에서 발생하는 밸브커버의 내벽과 밸브대 지지부재의 외주면 사이에 이물질이 끼어 뻑뻑해지고, 바이어스스프링지지부재가 처지는 현상이 전혀 발생하지 않으며 테이퍼형상의 디스크시트와의 간격변화에 의해 유량을 미세하게 조절하고 유체를 완전하게 차단시킬 수 있다.

그리고, 수축수단의 테이퍼 압축스프링이 밸브실의 밸브시트와 접하여 있는 안쪽의 단턱부에 지지되고, 밸브디스크의 원통부 외주면의 단턱부에 지지되므로 유입구의 내주면 나사부에 체결되는 배관연결구와의 접촉이 전혀 발생치 않아서 밸브의 작동이 원활하며 밸브의 몸체의 길이도 짧게 제작할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있다.

또한, 밸브몸체의 유입구 측의 밸브실에 형성된 테이퍼형상의 밸브시트와 팽창 및 수축수단이 작용하는 테이퍼 형상의 밸브디스크와의 간격변화로 어느 위치에서든지 유량이 원활히 조절되고 소정온도에서의 유량으로 조절되어 자동으로 온도가 조정된다.

한편, 편심회전축과 일체형으로 제작된 편심된 진원의 원반의 외주면과, 상부면이 개방된 밸브가이드 소켓의 U-자형 내부 공간면과 접촉하여 소정의 각도(본 실시예 0∼180도)에서만 회전되고 멈춤 기능을 하므로 외부에 별도의 멈춤장치를 구비할 필요가 없어서 구조가 간단하며 제조원가를 절감할 수 있다. 또한, 유체가 흐르는 방향으로 동압이 밸브몸체내의 밸브디스크 및 밸브가이드 소켓 등에 작용하여 밸브가이드 소켓의 U-자형의 내부 공간면에 접한 편심회전축의 편심된 진원의 원반에 전달되었을 때, 종래기술의 타원형태의 캠이 아닌 편심된 진원의 원반으로 접촉면적이 많으며 0∼180도의 어느 설정위치에서도 진원의 원반의 외주면이 밸브가이드 소켓의 U-자형의 내부 공간부 전, 후면에 접하므로 회전력의 발생을 억제하고, 아울러 축봉스템의 외주면에 형성된 수나사부가 그랜드볼트의 내주면에 형성된 암나사에 조립되어서 나사면에 마찰력이 발생하여 억제되므로 사용자가 조절한 눈금의 설정치에서 이탈되지 않는다.

한편 난방공급계통의 온수분배기의 환수부에 다수의 밸브를 설치하여 각각 다른 온도의 조건으로 설정하여 사용할 때, 유출구 쪽의 밸브가이드 소켓의 일단부 외주면에 역류방지디스크가 설치되고, 밸브몸체의 내주면에 역류방지디스크시트가 설치되어서 타 밸브에서의 유량의 유입을 막아줌으로 각각의 밸브의 설정치에 의해 밸브가 정상적으로 작동된다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 밸브몸체 100a : 디스크시트(disc seat)

110a : 유입구 110b : 유출구

111 : 밸브디스크(valve disc) 112 : 밸브디스크 축

113 : 디스크(disc)축 정열링(ring) 114 : 형상기억 팽창스프링

115 : 테이퍼 압축스프링 120 : 밸브실

121 : 밸브가이드 소켓(valve guide socket) 122 : 편심회전축

124 : 역류방지 디스크 125 : 역류방지 디스크시트

123 : 밸브가이드 소켓받침대

130 : 축봉스템실 131 : 축봉스템

132 : O-링 133 : 압축 코일스프링

135 : 그랜드볼트(grand bolt) 143 : 유량조절핸들

본 발명은 1도에 도시된 바와 같이, 수온에 따라 난방수의 유량을 조절하기 위한 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브로써, 더욱 상세하게는 인위적으로 유량을 조절하여 소정의 온도를 설정할 수 있으며 유체의 온도에 따라 자동으로 흐름 양이 가변되어 일정한 온도로 조정되는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 유체를 유입구(110a)에서 유출구(110b)로 일직선 방향으로 유동시키기 위한 밸브실(120)과 상기 유출구(110b) 쪽에 가까운 밸브실(120)에서 수직방향으로 연통되는 축봉스템실(130)이 형성되어 단일체로 밸브몸체(100)를 구성하고 있다.

한편, 상기 밸브몸체(100)의 유입구(110a) 쪽에 접한 상기 밸브실(120)에는 일정한 각도를 갖는 테이퍼형상의 디스크시트(disc seat)(100a)가 형성되고 상기 디스크시트(100a)의 테이퍼부 선단에 접한 내주면은 단턱(100b)이 형성되어 있으며, 상기 축봉스템실(130)의 중심부와 연직방향으로 상기 밸브실(120)에는 피봇(pivot)축수(100c)가 형성되어 있고, 유출구(110b) 쪽의 상기 밸브실(120) 내주면에는 구멍용 멈춤 링(127)을 끼울 수 있도록 홈(100d)이 형성되어 있고 상기 축봉스템실(130)의 상부 내주면에는 암나사부(130a)로 형성되어 있다.

상기 밸브몸체(100)의 상기 축봉스템실(130)의 암나사부(130a)에 체결된 그랜드 볼트(grand bolt)(135)에 의해서, 축봉스템실(130)의 내공간부에 끼워져서 축봉스템실(130)에서 외부로 돌출된 턱단(131c)의 상단에는 유량조절핸들(143) 또는 타력식 구동수단(여기서는 미표기)과 체결되어 회전되는 조절수단을 구비하며, 상기 밸브실(120) 내부의 유체가 상기 축봉스템실(130)을 통하여 외부로 새지 않도록 밀폐시키는 O-링(132)이 장착되도록 외주면에 홈이 형성되고, 상기 그랜드 볼트(135)의 내주면에 형성된 암나사와 체결되도록 외주면에 수나사가 형성되며, 하단부의 중심에는 회전축정열 구멍(131a)과 커플링 홈(131b)이 형성된 축봉스템(131)을 구성하고 있다.

상기 축봉스템(131)의 하단부 커플링 홈(131b)에 끼워지도록 커플링(122b)으로 형성된 상단과 커플링의 끝단부는 원기둥으로 형성되어 상기 축봉스템(131)의 회전축정열 구멍(131a)의 내부에 구비된 압축 코일스프링(133)이 압축되도록 회전축정열 구멍(131a)에 끼워지며, 상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)의 중심선상에는 진원의 원반(122a)이 축의 중심에서 소정의 량으로 편심되어 일체형으로 형성되고, 하단부는 V-자형으로 형성되어 상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)에 형성된 피봇축수(100a)에 의해서 지지되도록 형성된 편심회전축(122)을 구비하고 있다.

여기서, 상기 축봉스템(131)의 회전축정렬 구멍(131a)의 내부에 장설된 압축 코일스프링(133)은 상기 편심회전축(122)의 상단부를 상시 누름상태에 있음으로써 상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)에 형성된 피봇축수(100a)에 밀착되어 있음으로 유체의 유동력에 의한 편심회전축(122)의 흔들림 현상을 방지할 수 있어 밸브의 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 편심회전축(122)의 편심된 진원의 원반(122a)이 상기 축봉스템실(130)의 개구된 상부를 통하여 끼워지도록 중간부의 상부면이 개방되어서 U-자형 공간부(121a,121b)가 형성되고, 중간부의 하부면은 편심회전축(122) 하단부의 외주면이 끼워져서 일정량만큼 움직일 수 있도록 슬롯(slot)구멍(121c)이 형성되며, U-자형 공간부의 우측에 접한 일단부는 단턱(121d)과 외주면으로 형성되고 끝단 중심부에 암나사가 형성된 밸브가이드 소켓(valve guide socket)(121)를 구성하고 있다.

한편, 상기 밸브가이드 소켓(121)의 유출구(110b) 쪽의 일단부에 단턱이 형성되고, 역류방지 디스크(124)를 단턱까지 끼운 후 축용 멈춤 링(126)을 끼울 수 있도록 끝단 외주면에 홈(121e)이 형성되어 있다.

또한, 상기 편심회전축(122)의 하부에서 축의 외주면에 끼워져서 상기 밸브가이드 소켓(121)의 하부면을 지지하고 있는 밸브가이드 소켓받침대(123)를 더 포함하고 있다.

상기 밸브가이드 소켓(121)의 일단부 외주면에 형상기억 팽창스프링(114)이 끼워진 후 선단은 밸브가이드 소켓(121)의 중간부 외주면에 형성된 단턱(121d)에 의해 지지되고, 밸브디스크(111)의 축 구멍에 끼워져서 상기 밸브가이드 소켓(121)의 끝단 중심부에 형성된 암나사부와 나사 조립되는 밸브디스크 축(112)을 포함하며, 상기 형상기억 팽창스프링(114)의 후단은 상기 밸브디스크(111)의 원통 공간부 내면에 지지되도록 구성하고 있다.

상기 밸브가이드 소켓(121)의 끝단 중심부의 암나사와 조립되는 밸브디스크 축(112)은 더 상세하게, 중간부에는 상기 밸브디스크(111)의 축 구멍이 끼워 지도록 외주면에 축이 형성되어 있으며, 상기 밸브디스크(111)의 끝단이 멈출 수 있도 록 단턱이 형성되어 있고, 타 일단부는 외주면을 갖는 정열 축으로 형성되어 있다.

상기 밸브디스크 축(112)에 끼워진 밸브디스크(111)는 더 상세하게, 일단부의 밸브 면이 테이퍼형상의 디스크로 형성되고, 디스크 부의 중심에는 상기 밸브가이드 소켓(121)의 끝단과 상기 밸브디스크 축(112)의 단턱 사이에서 소정의 거리만큼 미끄러지게 축 구멍이 형성되며, 타 일단부는 원통형으로 형성되어 유입된 유체가 밸브디스크(111)의 내공간부에 장설된 형상기억 팽창스프링(114)에 접촉하여 흐르도록 내, 외주면이 관통되어 있고, 원통의 외주면 끝단부에는 단턱이 형성되어 테이퍼 압축스프링(115)의 작은 지름의 끝단이 지지되도록 구비되어 있다.

상기 밸브디스크(111)의 원통의 외주면 끝단의 단턱에 지지되는 테이퍼 압축스프링(115)은 더 상세하게, 작은 지름과 큰 지름을 갖는 테이퍼 형상의 압축스프링으로 큰 지름의 끝단은 상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)에 형성된 단턱(100b)에 지지되어 압축된 상태로 장설되도록 구비되어 있다.

한편, 종래기술의 밸브는 6도와 같이 밸브작용을 하는 디스크(607)를 기준으로 하여 전단과 후단에 형상기억 코일스프링(609)과 바이어스 스프링(610)을 일직선(직렬)으로 구비함으로써 밸브의 길이가 길어지고 밸브대(604)가 중심선에서 처져서 밸브의 작동이 불량한 문제점을 지니고 있었는데, 본 발명에 따른 밸브는 밸브작용을 하는 밸브디스크(111)의 원통의 내공간부에는 형상기억 팽창스프링(114)이 구비되고 원통의 외주면과 밸브실(120) 사이의 공간부에 테이퍼 압축스프링(115)이 구비되는 구조를 특징으로 함으로써 밸브의 길이를 보다 짧게 제작할 수 있으며, 상기 밸브디스크 축(112)의 일단부 정열축이 하기에서 설명할 디스크축 정열링의 축 구멍에 끼워짐으로써 밸브의 중심선에서 안정되게 정열 되므로 밸브의 작동이 원활하다는 특징을 지니고 있다.

상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)에 형성된 테이퍼형상의 디스크시트(100a)의 후단턱에 접하여 유체의 흐름을 완전하게 차단하는 디스크시트 팩킹(disc seat packing)(116)을 구비한다.

상기 디스크시트 팩킹(116)의 일면을 고정하며 유입구(110a)의 내주면에 형성된 배관체결용 암나사에 나사 결합되도록 외주면에 수나사가 형성되고, 유입구(110a)에서 밸브실(120)내로 유체가 원활히 흐르도록 관통된 구멍이 형성되며 상기 밸브디스크 축(112)의 일단부 정열축의 외주면과 내접하도록 중심부에 구멍이 형성된 디스크축 정열링(113)을 더 구비한다.

상기 밸브몸체(100)의 유출구(110b) 쪽의 밸브실(120) 내주면에 형성된 홈에 구멍용 멈춤링(127)을 끼우고 내주면에 역류방지 디스크시트(125)를 더 구비한다.

본 발명에 따른 밸브개폐수단의 작용상태를 첨부된 2a도 내지 2c도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

밸브몸체(100)의 개폐량을 조절하는수단은 편심회전축(122)과 밸브가이드 소켓(121)와 밸브디스크 축(112) 및 밸브디스크(111) 그리고 디스크축 정열링(113)과의 작용으로 조절되도록 구성되어 있는 데, 상기 사용자가 원하는 온도에 알맞은 유량을 설정키 위해 유량조절핸들(143)을 조작하여 회전시키면 축봉스템(131)을 통하여 편심회전축(122)에 회전력이 전달되고, 단일체로 제작된 편심회전축(122)의 축 중심에서 편심량 α값으로 형성된 편심된 진원의 원반의 외주면(122a)이 2b도의 중간 열림의 작용상태 또는 2c도의 완전 열림의 작용상태에서 시계방향으로 회전할 때에는 밸브가이드 소켓(121)의 공간부 U-자형의 오른쪽 내면(121b)에 접촉하여 미끄러지며, 밸브가이드 소켓(121)의 하부면에 관통된 편심회전축 슬롯 구멍(121c)과 밸브디스크 축(112)의 일단부 정열축(112a)의 외주면이 디스크축 정열링(113)의 구멍(113a)에 의해서 회전력이 구속되어 직선운동으로 변환됨으로써 밸브가이드 소켓(121)의 일단면 중심에 형성된 암나사에 나사 조립되어 있는 밸브디스크 축(112)의 외주면에 끼워져 있는 밸브디스크(111)가 유입구(110a) 쪽으로 이동하고 이때에 편심회전축(122)의 편심된 진원의 원반의 외주면(122a)의 최대점(r +α)이 P₂ 면의 접점 P₂ '에 도달하기 전에 2a도에 도시된 바와 같이 디스크시트 팩킹(116)의 면에 먼저 접촉하므로 닫힘 상태가 되며, 유량조절핸들에 약간의 회전력을 더 가하면 완전하게 밀착되어 유체를 차단할 수 있다.

그리고 상기 사용자가 유량조절핸들(143)을 조작하여 2a도의 닫힘의 작용상태 또는 2b도의 중간 열림의 작용상태에서 시계 반대방향으로 회전시키면 축봉스템(131)을 통하여 편심회전축(122)에 회전력이 전달되고, 단일체로 제작된 편심회전축(122)의 축 중심에서 편심량 α값으로 형성된 편심된 진원의 원반의 외주면(122a)이 밸브가이드 소켓(121)의 공간부 U-자형의 왼쪽 내면(121a)에 접촉하여 미끄러지며, 밸브가이드 소켓(121)의 하부면에 관통된 편심회전축 슬롯 구멍(121c)과 밸브디스크 축(112)의 일단부 정열축(112a)의 외주면이 디스크축 정열링(113)의 구멍(113a)에 의해서 회전력이 구속되어 직선운동으로 변환됨으로써 밸브디스크 축(112)의 외주면에 끼워져 있는 밸브디스크(111)가 유출구(110b) 쪽으로 이동하고 이때에 편심회전축(122)의 편심된 진원의 원반의 외주면(122a)의 최대점(r +α)이 P₁ 면의 접점 P₁ '에 접촉되어 완전 열림 상태가 되며 P₁ 면에 의해서 편심회전축(122)의 회전은 정지된다.

또한 상기 사용자가 유량조절 밸브핸들(143)을 목시눈금판(141)(본 실시 예에서는 범위 0˚∼180˚)의 90˚를 지시하는 곳으로 조작하였을 때 2b도에 도시된 바와 같이 편심회전축(122)의 편심된 진원의 원반의 외주면(122a)의 중립점(r)과 밸브가이드 소켓(121)의 U-자형 홈의 직선부 내면(P₁ ,P₂ )과 접촉하여 중간 열림상태가 된다.

따라서 본 발명에 따른 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브는 상부가 개방된 U-자형의 홈을 특징으로 한 밸브가이드 소켓(121)와 디스크시트 팩킹(116)에 의해서 밸브실(120)내에서 열림 상태의 멈춤 작용과, 닫힘 작용이 이루어짐으로 외부의 유량조절수단에 별도의 멈춤 장치를 구비할 필요가 없어 밸브의 제작비용을 절감할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 핵심 특징인 원하는 온도에 알맞은 유량으로 설정하여 자동적으로 온도가 조정되는 팽창 및 수축수단의 작동상태를 첨부된 3a도 내지 3b의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시 예에서, 상기 형상기억 팽창스프링(114)은 설정된 최소온도 예컨대 42℃의 난방수와 접촉되면 신장이 시작되고 최대온도 45℃이상일 때는 기억된 형태 로 완전히 신장된다. 따라서 설정된 45℃이상의 온도를 지닌 난방수와 접촉되면 형상기억 팽창스프링(114)은 기억된 형태로 신장되어 최대 팽창력을 유지하고, 설정된 45℃이하의 온도를 지닌 난방수와 접촉하면 상기 형상기억 팽창스프링(114)의 팽창력은 점차 감소하며 42℃이하에서는 팽창력이 최소가 된다.

상기 사용자가 전술한 밸브개폐수단의 작용상태로 원하는 온도에 알맞은 유량을 설정키 위해 유량조절핸들(143)을 목시눈금판(141)(본 실시 예에서는 0∼180도)의 180도를 표시하는 곳으로 조작하여 3a도에 도시된 바와 같이 완전 열림의 작용상태가 되었을 때, 상기 실시 예와 같이 난방수의 온도가 42℃ 이하일 때는 형상기억 팽창스프링(114)의 팽창력이 밸브디스크(111)의 외주면 단턱에 지지되어 압축되어 있는 테이퍼 압축스프링(115)의 탄성력보다 훨씬 적어서 수축됨으로써 밸브디스크(111)의 내부단(111a)이 밸브가이드 소켓(121)의 단턱(121a)에서 멈추며, 보일러에서 일정한 온도로 데워진 난방수가 순환되면서 온도가 상승하여 형상기억 팽창스프링(114)의 최대온도 45℃이상이 되었을 때에는 형상기억 팽창스프링(114)의 팽창력이 최대가 되어 테이퍼 압축스프링(115)의 탄성력보다 훨씬 커서 팽창됨으로써 3b도에 도시된 바와 같이 밸브디스크(111)가 밸브디스크 축(112)의 단턱(112a)면까지 소정의 거리(β)를 움직여서 밸브의 개폐량이 감소되어 난방수가 적게 흐르게 됨으로 실내의 온도가 일정하게 유지된다.

이때, 난방수의 온도가 42℃와 45℃의 범위 내에서 변화를 거듭할 때 형상기억 팽창스프링(114)의 팽창력도 비례하여 변화하고, 밸브의 개폐양이 증, 감 되어서 난방수의 흐름양이 가변되므로 수온감지 비례제어의 특성을 지니고 있다.

상기 실시예로 4도의 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 볼 밸브가 설치된 난방구획별 방(R₁ ,R₂ ,R₃ ,R₄ )에 보일러(410) 등의 열원설비에서 가열된 온수가 난방코일배관(440)에 동일하게 제공 되더라도 방의 데워지는 속도는 공급설비와의 거리, 방의 면적, 단열 및 방열 상태 등에 따라 달라진다.

따라서 공급부(420)의 밸브(421)를 조절하지 않는 이상, 방의 가온시간과 실내온도는 균일하지 않게 된다.

그러나 본 발명에 따른 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브를 사용하는 경우, 면적이 좁고 온수분배기(420,430)에 가까운 방, 예를 들면 방(R₁ )과 방(R₂ )은 개도량 90˚이내의 중간 열림상태와 닫힘 상태의 범위내에서 미세하게 조절하고, 면적이 중간정도인 방(R₃ )은 개도량 90˚정도의 중간열림상태의 근처에서 알맞게 조절하며, 면적이 넓으며 온수분배기(420,430)에서 먼 방(R₄ )은 개도량 90˚이상의 완전 열림상태의 범위안에서 적절하게 조절하여 사용할 수 있음으로 각 난방구획별로 원하는 온도로 설정이 가능하고 환수되는 수온을 감지하여 자동으로 유량이 조절되어 온도가 조정 되므로 에너지도 절약할 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브의 단면도

제2a도는 본 발명의 주요부인 밸브개폐수단의 닫힘의 작용상태를 설명하기 위한 1도의 X-X부의 단면도

제2b도는 본 발명의 주요 기능인 밸브개폐수단의 중간 열림의 작용상태를 나타내는 1도의 X-X부의 단면도

제2c도는 본 발명의 주요 기능인 밸브개폐수단의 완전 열림의 작용상태를 설명하기 위한 1도의 X-X부의 단면도

제3a도는 본 발명에 따른 팽창 및 수축수단의 작동상태를 설명하기 위한 완전 열림, 수축상태의 단면도

제3b도는 본 발명에 따른 팽창 및 수축수단의 작동상태를 설명하기 위한 완전 열림, 팽창상태의 단면도

제4도는 본 발명의 일실시 예로 현대식 온돌구조 주택에서 보일러와 난방온수 공급계통을 개략적으로 도시한 개념도

제5도는 등록특허공보 등록번호 10-0514469에 게재된 수온 감지식 자동온도 조절밸브의 단면도

제6도는 등록특허공보 등록번호 10-0583828에 게재된 실내온도의 조절이 가능한 유량조절밸브의 단면도

제7도는 6도의 해결하고자 하는 과제를 설명하기 위한 단면도

제8a도는 6도의 발명의 특허공보에서 발췌한 캠 구조를 설명하는 단면도

제8b도는 8a도에서의 닫힘상태의 캠 구조를 설명하는 단면도

제8c도는 8a도에서의 닫힘상태를 벗어난 0도∼90도사이의 캠 구조를 설명하는 단면도

제8d도는 8a도에서의 완전 열림상태의 캠 구조를 설명하는 단면도

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 유체를 유동시키는 밸브실(120)과 축봉스템실(130)이 단일체형으로 구비된 밸브몸체(100)와; 상기 밸브몸체(100)의 축봉스템실(130)의 내부공간부에 설치되는 축봉스템(131)의 회전수단과; 상기 축봉스템(131)의 회전수단에 끼워져서 상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)내에서 유체의 유동방향으로 이동하여 유량을 조절하는 밸브개폐수단과; 상기 밸브개폐수단에 끼워져서 원하는 온도에 알맞은 유량으로 조절되어 자동으로 온도가 조정되는 팽창 및 수축수단과; 상기 밸브몸체(100)의 유입구(110a) 쪽에 설치되어서 상기 밸브개폐수단에 의해서 유체를 차단하고 밸브축의 중심을 안정되게 정열하는 차단 및 축정열 수단과; 상기 밸브몸체(100)의 유출구(110b) 쪽에 설치되어서 타 유체의 유입을 방지하는 역류방지수단을 갖는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브에 있어서,

   유체를 일방향에서 타방향으로 유동시키기 위해 내부에는 소정의 크기로 형성된 밸브실(120)에 유입구(110a)와 유출구(110b)가 구비되고, 소정의 위치에 밸브실(120)과 수직방향으로 연통되는 축봉스템실(130)을 일체형으로 구비하고 있으며, 유입구(110a) 쪽의 밸브실(120)에는 소정의 각도를 갖는 테이퍼 형상의 디스크시트(100a)와 단턱(100b)이 형성되고, 축봉스템실(130)의 연직방향의 밸브실(120)에 피봇(pivot)축수(100c)가 형성되며 유출구(110b) 쪽의 밸브실(120)의 내주면에 구멍용 멈춤링의 홈(100d)이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브몸체(100)와;

   상기 축봉스템(131)의 회전축 정열구멍(131a)과 하단부의 커플링 홈(131b)에 결합되는 상단부의 커플링(122b)과, 축 중심에서 소정의 양으로 편심된 진원의 원반(122a)으로 형성되며 하부 일단부가 V-자형으로 형성되어 상기 밸브몸체(100)의 피봇축수(100c)에 끼워져서 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 단일체의 편심회전축(122)과;

   상기 밸브개폐수단은 밸브몸체(100)의 밸브실(120) 내부 공간부에 설치되어 중간부의 상부면이 개방되어서 U-자형 공간부(121a,121b)가 형성되고, 중간부의 하부면은 관통하는 슬로트(slot)구멍(121c)이 형성되며, U-자형의 일측에 접한 우측은 단턱(121d)이 형성되고 연이어져 외주면을 형성하고 있으며 끝단의 중심부에 암나사가 형성되어 있고, U-자형의 일측에 접한 좌측은 단턱이 형성되고 연이어져 외주면을 형성하고 있으며 끝단의 외주면에 축용 멈춤링의 홈(121e)이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브가이드 소켓(valve guide socket)(121)와;

   상기 밸브가이드 소켓(121)의 하부면과 상기 밸브몸체(100)의 피봇축수(100c) 사이에 설치되어 상부면이 플랜지로 형성되고, 중심에는 편심회전축(122)의 하부 일단부가 끼워지도록 관통된 구멍이 형성된 밸브가이드 소켓받침대(123)와;

   상기 밸브가이드 소켓(121)의 끝단부의 암나사와 결합하도록 일단부에 수나사가 형성되고 중간부에는 축 구멍이 끼워지도록 외주면을 형성하며, 연이어져 단턱(112a)이 형성되고 타일단부는 외주면을 갖는 정열 축이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브디스크 축(112)과;

   상기 밸브디스크 축(112)에 끼워져서 상기 밸브가이드 소켓(121)의 끝단과 밸브디스크 축(112)의 단턱(112a) 사이에서 소정의 거리만큼 움직이도록 중심부에 축 구멍이 형성되고, 일단부의 밸브면이 테이퍼형상의 디스크로 형성되며 타일단부는 원통형으로 내, 외주면이 관통되어 있고, 원통의 끝단부는 단턱(111b)을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브디스크(111)와;

   상기 밸브디스크 축(112)의 정열축의 외주면과 내접하는 축 구멍(113a)이 형성되며 유체가 흐르는 통로를 형성한 디스크(disc)축 정열링(ring)(113)을 더 포함하는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브
6. 청구항 5에 있어서

   상기 밸브가이드 소켓(121)과 상기 밸브디스크(111) 사이의 공간부에 끼워져서 밸브가이드 소켓(121)의 외주면 단턱(121d)과 밸브디스크(111)의 원통 내공간부의 일측면에 의해서 지지되는 형상기억 팽창스프링(114)과;

   상기 밸브몸체(100)의 밸브실(120)과 상기 밸브디스크(111)의 원통 외주면 사이에 끼워져서 스프링이 테이퍼로 형성되어 큰 지름의 단부는 밸브실(120)의 단턱(100b)에 지지되고, 작은 지름의 단부는 상기 밸브디스크(111)의 원통 외주 끝단턱(111b)에 지지되는 테이퍼 압축스프링(115)이 상기 밸브디스크(111)의 원통부 내,외 공간부에 병렬로 구비되어서 유체의 소정온도에 의해서 팽창 및 수축작용을 하는 것을 특징으로 하는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브
7. 삭제
8. 청구항 5에 있어서

   상기 밸브몸체(100)의 유출구(110b) 쪽의 밸브실(120) 내주면에 형성된 홈(100d)에 구멍용 멈춤링(127)이 구비되고 유출구(110b) 쪽에서 밸브실의 내주면에 끼워진 역류방지 디스크시트(125)를 포함하며, 상기 밸브가이드 소켓(121)의 유출구 쪽의 외주면에 역류방지 디스크(124)가 끼워지고 끝단에 형성된 홈에 축용 멈춤 링(126)을 구비함으로써 타유체가 유입되는 것을 방지하는 작용을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절 자동온도조정 테이퍼밸브

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