KR100972522B1 - 안전 제어 장치 - Google Patents

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솔리에기스랭
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지. 까르띠에 테크놀로지스
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 안전 차단 제어 밸브(A; safety shut-off control valve)를 포함하는 장치에 관한 것이다. 안전 밸브(B)는 선택적으로 유체 유동 경로에 직렬로 연결된 상기 안전 차단 제어 밸브에 연결된다. 상기 안전 차단 제어 밸브(A)에 있어서, 밀봉 밸브는 복귀 스프링(18)에 의해 시트(8)에 대한 밀봉 위치로 복귀되며, 상기 밸브 개구의 연속적인 조절을 위해 커넥팅 로드(9) 및 선형 액추에이터(10)에 의해 제어된다. 상기 커넥팅 로드(9)는 적어도 부분적으로 강자성 물질로 제조되며 코일(32)에 의해 작동되는 자기 결합 회로(19)에 자기적으로 결합되는 두개의 독립적인 세그먼트(12, 13)를 포함한다. 상기 코일(32)에 전력이 공급되는 동안, 상기 선형 액추에이터(10)가 상기 밀봉 밸브(7)를 제어할 수 있도록 상기 코일이 생성하는 자기장은 상기 세그먼트들(12, 13)을 서로 결합시키는 커넥팅 로드(9)를 유지한다. 상기 작동 코일(32)에 공급되는 전력이 중단되면, 상기 선형 액추에이터(10)의 위치에 무관하게 상기 세그먼트들(12, 13)이 분리되고 상기 밀봉 밸브(7)는 상기 밀봉 위치로 복귀된다. 동시에, 상기 안전 밸브(B)의 체크 밸브(26)는 복귀 스프링(29)에 의해 상기 밀봉 위치로 후퇴된다. 이러한 방식에 있어서, 이중 안전 시스템을 갖는 연속 제어 밸브가 형성된다.
안전 차단 제어 밸브, 안전 밸브, 유체 유동 경로, 밀봉 밸브, 복귀 스프링, 커넥팅 로드, 선형 액추에이터, 코일, 자기 결합 회로, 세그먼트

Description

안전 제어 장치{Safety control device}
본 발명은 유체 순환 경로 내의 유체 유량을 제어하기 위한 전자기 밸브에 관한 것이다.
상기 밸브는 특히, 가스 버너 또는 보일러에 공급되는 가스 유량을 조절하는데 사용된다.
본 기술분야에는 완전 개방 위치와 최소 개방 위치 사이에서 조절될 수 있는 가스 통로 구역을 가스 통로 내에서 결정하기 위해 시트와 협동하며 축방향으로 이동하는 밀봉 밸브에 의해 가스 유량을 연속적으로 조절하는 솔레노이드 밸브가 이미 공지되어 있다. 일반적으로, 가스 유량의 연속 조절을 가능하게 하는 솔레노이드 밸브는 완전 차단까지 진행하는 조절을 제공하지는 않으며, 차단 밸브가 상기 솔레노이드 밸브와 연관되어야만 한다.
또한, 상기 가스 유량을 조절하기 위해, 평행하게 연결되며 최대 가스 유량의 일부분을 각각 통과시키는 복수의 밸브들을 이용하는 기술이 공지되어 있다. 이러한 경우에, 각각의 솔레노이드 밸브는 그 자체의 통로를 전체적으로 차단할 수 있으며, 모든 밸브의 차폐는 상기 가스 통로를 완전히 차단한다. 이러한 기술의 결점은 상기 가스 유량의 불연속 조절이며, 각각의 솔레노이드 밸브는 조절 평면을 한정한다.
모든 경우에, 가스 유동의 제어를 유효하게 규정하는 현재의 표준은 솔레노이드 밸브로의 전력 공급을 실패할 경우에 안전한 차단을 보장하도록 두개의 안전 시스템을 직렬로 나란히 배치할 것을 강제하고 있다.
그러므로, 평행하게 연결된 복수의 밸브를 이용하는 기술에 있어서는, 안전 솔레노이드 밸브를 평행한 솔레노이드 밸브들의 세트에 직렬로 추가할 필요가 있다.
연속 조절식 솔레노이드 밸브 기술에 있어서, 상기 연속 조절식 솔레노이드 밸브가 전체 차단 솔레노이드 밸브와 연관되는 경우에는, 전력 공급이 실패할 경우에 이중 차단을 보장하도록 안전 솔레노이드 밸브를 추가할 필요가 있다.
상기 장치를 구성하기 위해 상술된 시스템들은 매우 복잡하고 복수의 솔레노이드 밸브들 및 그들의 제어 회로들을 동시에 사용해야할 필요가 있다.
또한, on/off 모드로 작동하는 이중 안전 솔레노이드 밸브가 문헌 DE 18 06 094 B에 공지되어 있다. 상기 문헌에서, 상기 밀봉 밸브는 드라이브 자기 코어에 체결된 액추에이터 로드를 슬라이드 구동시키는 관형 바디의 단부에 장착된다. 상기 드라이브 자기 코어는 상기 드라이브 자기 코어의 축방향 이동을 야기하는 자기장을 발생시키는 드라이브 코일에 의해 구동된다. 이중 안전식 제 2 자기 코어는 비자기 링에 의해 분리되는 상기 제 1 드라이브 자기 코어에 대해 축방향으로 이동할 수 있다. 상기 이중 안전식 제 2 자기 코어는 상기 밀봉 밸브 방향으로의 스프링 장착식 코어이며, 상기 이중 안전식 제 2 코어의 축방향 이동을 야기하는 자기장을 발생시키는 이중 안전식 제 2 코일에 의해 자기적으로 구동된다. 상기 밀봉 밸브는 스프링에 의해 밸브 시트를 향해 가압된다. 이러한 종류의 장치는 상기 시트를 향하는 상기 밀봉 밸브의 위치의 연속적인 조절을 제공하지 않으며, 상기 밸브는 on/off 모드로 작동하고, 상기 밀봉 밸브는 상기 코일들의 여기 상태에 따라 완전 개방 위치와 폐쇄 위치만을 취할 수 있다. 또한, 상기 드라이브 자기 코어는 상기 밀봉 밸브에 체결되는 것이 아니라, 상기 밀봉 밸브에 체결되는 원통형 바디 내에서 슬라이드 구동하는 로드에 의해 상기 밀봉 밸브에 연결된다. 또한, 상기 밸브를 개방하기 위해서는, 강하고 부피가 큰 코일들을 필요로 하는 자기 코어들을 서로에 대해 고착시키도록 강한 자기장을 발생시킬 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 첫번째로 유체 순환 경로 내의 유체 유량의 연속 조절을 그리고 두번째로 솔레노이드 밸브로의 전력 공급이 실패할 경우의 안전 차단을 한번에 및 동시에 보장하는 것이며, 장치의 간소화 및 비용 절감을 위해 소수의 솔레노이드 밸브들 및 제어 회로들을 사용하여 상술한 바를 달성하는 것이다.
본 발명의 임의의 실시예들이 해결하고자 하는 다른 과제는, 연속적이며 정확한 조절을 위해 조절식 솔레노이드 밸브를 모터에 의해 제어하는 것과, 밀봉부의 파손 위험이나 고착 현상의 증가 위험 없이 상기 모터의 미끄럼이나 고장 위험이 없는 상기 솔레노이드 밸브 차단 위치로의 상기 모터의 자동 복귀를 보장하는 것이다.
상기 및 다른 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 안전 제어 장치의 메인 바디를 통한 유체 순환 경로를 통해 유체를 유동시키기 위한 안전 제어 장치를 제공하는 것이며, 상기 안전 제어 장치는,
- 완전 개방 위치와 차단 위치 사이에서 조절할 수 있는 유체 통로 구역을 유체 통로 내에서 결정하기 위해 시트와 협동하는 축방향 변위형 밀봉 밸브와,
- 상기 시트를 향한 상기 밀봉 밸브의 연속적인 위치 조절이 가능하도록, 완전 개방 위치와 차단 위치 사이에서 상기 시트를 향해 상기 밀봉 밸브를 연속적으로 축방향으로 이동시키기 위한 축방향 변위형 커넥팅 로드에 의해 상기 밀봉 밸브에 직접적으로 기계식으로 연결되는 선형 액추에이터를 포함하고,
본 발명에 따르면,
- 상기 커넥팅 로드는 동축적이며 독립적인 제 1 세그먼트 및 제 2 세그먼트를 포함하고, 상기 제 1 세그먼트는 상기 밀봉 밸브에 체결되며, 상기 제 2 세그먼트는 상기 선형 액추에어터에 의해 구동되고, 상기 두개의 세그먼트들은 상대적으로 인접한 협동 위치와 상대적으로 멀리 이격된 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동할 수 있으며,
- 상기 커넥팅 로드의 상기 제 1 및 제 2 세그먼트들 각각은 적어도 하나의 개별적인 강자성 물질 연결부를 포함하고, 상기 두개의 연결부의 두개의 개별적인 접촉면은 이들이 상대적으로 멀리 이격된 위치에 있을 때 서로를 향하는 간극을 가지며,
- 복귀 스프링은 상기 밀봉 밸브와 상기 커넥팅 로드의 제 2 세그먼트로부터 멀리 떨어진 상기 커넥팅 로드의 상기 제 1 세그먼트를 가압하여 상기 밀봉 밸브를 상기 차단 위치내로 스프링 하중을 가하고,
- 여기 코일을 갖는 자기 결합 회로는 상기 커넥팅 로드의 상기 세그먼트들의 연결부들에 자기적으로 결합되며 상기 커넥팅 로드의 상기 세그먼트들의 상기 두개의 연결부들 사이에서 순환하는 자기장을 선택적으로 발생시키도록 형성되고, 상기 자기장은 상기 복귀 스프링에 의해 가해진 복귀력에 대해 상기 커넥팅 로드의 상기 세그먼트들이 서로를 향하도록 하는 상호 자기 인력을 발생시키며, 상기 자기 인력은 상기 두개의 세그먼트들이 상대적으로 인접한 협동 위치에 있을 때는 상기 복귀 스프링의 복귀력보다 커진다.
따라서, 상기 여기 코일에 전력을 공급하게 되면, 상기 커넥팅 로드의 세그먼트들이 서로 고착하게 되어, 그 기능적인 이동을 위해 상기 선형 액추에이터에 대한 상기 밀봉 밸브의 기계식 결합을 보장하고, 상기 여기 코일에의 전력 공급을 중단하게 되면, 상기 커넥팅 로드의 세그먼트들이 서로로부터 분리하게 되어, 상기 밀봉 밸브의 분리를 보장하며, 그에 따라 상기 선형 액추에이터의 상태와 무관하게 상기 복귀 스프링에 의해 상기 차단 위치로 복귀된다.
상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 "선형 액추에이터"라는 용어는 상기 밀봉 밸브를 축방향으로 및 연속적으로 이동시키고 상기 완전 개방 위치와 제한된 폐쇄 위치 사이의 임의의 위치에 유지하기 위한 임의의 부재, 즉 전력 공급이 중단될 경우에 제위치에 고정된 상태를 유지하는 종류의 부재를 의미한다. 이러한 종류의 선형 액추에이터의 일예는 스크루 잭(screw jack)과 관련된 회전식 모터이다.
일예에 따르면, 상기 커넥팅 로드의 세그먼트들의 연결부들은 각각 편평한 접촉면을 구비한다.
선택적으로, 상기 커넥팅 로드의 세그먼트들의 연결부들은 각각 서로 대응하는 절두원추형 접촉면을 구비한다.
상기 선형 액추에이터는 바람직하게는 스테퍼 모터(stepper motor)와 같은 모터를 포함한다.
상기 장치의 한가지 유리한 실시예는,
- 서로를 향한 이동에 의해 및 서로에 대한 상기 커넥팅 로드의 세그먼트들의 고착에 의해 상기 자기 결합 회로의 폐쇄시에 전기 결합 신호를 발생시키며 상기 여기 코일에 흐르는 전류에 반응하는 센서와,
- 상기 전기 결합 신호를 수신하며, 상기 전기 결합 신호 수신시에 상기 선형 액추에이터의 폐쇄 방향으로의 여기를 중단하도록 되어 있는 상기 선형 액추에이터의 제어 회로를 포함한다.
이러한 방식에서, 상기 선형 액추에이터의 위치에 무관하게 상기 전력 공급의 중단과 동시에, 상기 선형 액추에이터는 상기 밀봉 밸브를 상기 시트상에 과도하게 결합하지 않고 완전하게 규정된 폐쇄 위치로 복귀시킨다. 상기 선형 액추에이터의 폐쇄 위치는 정확하게 및 재현가능하게 규정된다. 그에 따라, 상기 밀봉 밸브를 상기 시트상에 과도하게 압착할 경우에 발생할 수 있는 선형 액추에이터의 모터의 모든 고장 위험이 회피된다.
간략화된 제 1 실시예에서, 상기 자기 결합 회로와 상기 여기 코일은 상기 안전 제어 장치의 메인 바디의 구성요소들이고, 이러한 조립체는 전력 공급의 중단시에 안전 차단 비례 제어 밸브를 구성한다.
이러한 경우에, 본 발명에 따른 장치는, 안전 기준에 부합하도록, 복귀 스프링에 의해 차단 위치 내로 스프링 하중이 가해지는 가동식 자기 코어에 의해 지지되며 안전 밸브 자기 회로와 작동 코일에 의해 발생된 밸브 개방 자기장에 의해 작동되는 안전 밀봉 밸브를 갖는 안전 밸브에 관련되어야 하며, 상기 안전 밸브는 상기 유체 순환 경로에 직렬로 연결되고, 상기 안전 밸브 작동 코일은 상기 안전 차단 제어 밸브의 상기 여기 코일과 동시에 전기적으로 여기된다.
본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예는 복귀 스프링에 의해 차단 위치 내로 스프링 하중이 가해지는 가동식 자기 코어에 의해 지지되며 안전 밸브 자기 회로와 작동 코일에 의해 발생된 밸브 개방 자기장에 의해 작동되는 안전 밀봉 밸브를 갖는 안전 밸브를 부가로 포함하며, 상기 안전 밸브는 상기 유체 순환 경로에 직렬로 연결되고, 상기 안전 밸브 자기 회로는 상기 안전 차단 제어 밸브의 자기 결합 회로를 동시에 구성하도록 형성되며, 상기 작동 코일은 상기 안전 차단 제어 밸브의 여기 코일의 기능을 동시에 달성한다.
도 1은 차단 위치에 도시된 본 발명에 따른 유체 유량 제어 및 안전 장치의 제 1 실시예의 개략적인 단면도.
도 2는 조절 위치에 있는 도 1의 장치의 개략적인 단면도.
도 3은 전력 공급이 중단된 경우에 차단 위치에 있는 도 1의 장치의 개략적인 단면도.
도 4는 완전 차단 위치에 도시된 본 발명에 따른 유체 유량 제어 및 안전 장 치의 제 2 실시예의 개략적인 단면도.
도 5는 안전 솔레노이드 밸브가 개방되어 있고 조절식 솔레노이드 밸브가 폐쇄되어 있는 도 4의 장치의 단면도.
도 6은 유량 조절 위치에 있는 도 4의 장치의 개략적인 단면도.
도 7은 전력 공급이 중단된 경우에 이중 안전 차단 위치에 있는 도 4의 장치의 개략적인 단면도.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로 주어진 특정 실시예의 하기 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 유체 유량 제어 및 안전 장치는 먼저 상기 유체 유량의 연속 조절 기능을 제공하고, 다음에 상기 장치로의 전력 공급이 중단될 경우에 자동 차단 기능을 제공한다.
상기 장치는 입구(2)와 출구(3) 사이에 유체 순환 경로가 제공되는 메인 바디(1)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 상기 유체 경로는 상기 입구(2)를 통과한 후, 상류 챔버(4), 하류 챔버(5), 출구 챔버(6), 및 마지막으로 출구(3)를 통과한다.
상기 상류 챔버(4)와 상기 하류 챔버(5) 사이에서는, 완전 개방 위치와 차단 위치 사이에서 조절가능한 유체 통로 세그먼트를 유체 통로 내에서 결정하도록, 밀봉 밸브(7)가 축선 I-I를 따라 축방향으로 이동하고 시트(8)와 협동한다. 도 1은 상기 차단 위치를 도시한다.
상기 밀봉 밸브(7)는 커넥팅 로드(9)에 의해 선형 액추에이터(10)에 직접적으로 기계식으로 연결된다. 상기 선형 액추에이터(10)는 상기 완전 개방 위치와 상기 차단 위치 사이에서 상기 커넥팅 로드(9)와 상기 밀봉 밸브(7)를 축방향으로 이동시키고, 상기 극한 위치들 사이에서 임의로 선택된 조절 위치에서 상기 커넥팅 로드와 밀봉 밸브를 유지하도록 되어 있다. 상기 선형 액추에이터(10)는 예를 들어, 제어 회로(11)를 통해 전력이 공급되는 전기 모터를 포함할 수 있다.
상기 커넥팅 로드(9)는 두개의 개별 부재, 즉 독립적이며 동축 관계인 제 1 및 제 2 세그먼트(12, 13)로 구성된다. 상기 제 1 세그먼트(12)는 상기 밀봉 밸브(7)에 체결된다. 상기 제 2 세그먼트(13)는 상기 선형 액추에이터(10)에 의해 구동된다. 상기 축선 I-I을 따라 상기 메인 바디(1) 내부에서 슬라이드 구동함으로써, 상기 두개의 세그먼트(12, 13)는 상대적으로 인접한 협동 위치(도 1 참조)와 상대적으로 멀리 이격된 위치(도 3 참조) 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동할 수 있다.
상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 세그먼트(12)는 적어도 하나의 강자성 물질 연결부(14)를 포함한다. 유사하게, 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 2 세그먼트(13)는 강자성 물질 연결부(15)를 포함한다. 상기 두개의 연결부(14, 15)는 서로를 향하는 개별적인 접촉면(16, 17)을 구비한다.
복귀 스프링(18)은 상기 시트(8)의 방향으로, 즉 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 2 세그먼트(13)로부터 상기 솔레노이드 밸브가 차단되는 지점까지 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 세그먼트(12)와 상기 밀봉 밸브(7)를 가압한다.
여기 코일(20)을 갖는 자기 결합 회로(19)는 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상기 연결부들(14, 15)에 자기적으로 결합된다. 상기 자기 결합 회로(19)는 상기 세그먼트들(12, 13)의 두개의 연결부들(14, 15) 사이에서 순환하는 자기장을 선택적으로 발생시키는 형상으로 이루어진다. 도 1은 상기 여기 코일(20)이 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 강자성 물질 연결부들(14, 15)을 둘러싸는 환형 코일이라는 것을 도시한다. 상기 C-형상 자기 결합 회로(19)는 한편으로는, 상기 자기 결합 회로(19)의 원위 자극(19a)과 근위 자극(19b) 사이에, 다른 한편으로는 상기 커넥팅 로드(9)의 개별적인 연결부들(14, 15) 사이에 협소한 간극만을 남기는 상태로, 상기 두개의 연결부들(14, 15) 사이에서 상기 여기 코일(20)의 외부로의 자기장 라인을 폐쇄한다. 도 3에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 상대적으로 멀리 이격된 위치에서 상기 커넥팅 로드(9)의 연결부들(14, 15)의 개별적인 접촉면들(16, 17) 사이의 계면에는 제 3 간극(E)이 존재한다.
상기 여기 코일(20)에는 입력 컨덕터(21)를 통해 전류가 공급된다. 전류가 흐를 경우에, 상기 여기 코일(20)은, 상기 복귀 스프링(18)에 의해 가해진 복귀력에 대해서 서로를 향해 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상호 자기 인력을 야기하도록, 상기 연결부들(14, 15)과 상기 자기 결합 회로(19) 내에서 흐르는 자기장을 생성한다. 상대적으로 인접한 협동 위치에서 상기 커넥팅 로드(9)의 두개의 세그먼트들(12, 13) 사이에 가해진 상기 자기 인력이 상기 복귀 스프링(18)의 복귀력보다 커지도록 상기 여기 코일(20)과 그 여기 전류가 선택된다.
결과적으로, 상기 여기 코일(20)에 전기 에너지를 공급하게 되면, 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상호 고착이 유지되어, 상기 유체 유량을 조절하기 위해 종방향으로 이동할 경우에 상기 밀봉 밸브(7)를 상기 선형 액추에이터(10)에 대한 영구적인 기계식 결합이 보장된다.
물론, 상기 세그먼트들(12, 13)이 상기 간극(E)에 대해서 상대적으로 멀리 이격된 위치에 있을 경우에는, 상기 여기 코일(20)에 의해 발생된 자속(magnetic flux)은 상기 간극으로 인해 낮아지며, 상기 세그먼트들(12, 13)의 상호 자기 인력을 보장하기 위해 상기 여기 코일(20)의 여기가 상기 복귀 스프링(18)에 의해 가해진 상기 복귀력보다 커질 필요가 있는 경우에는 고출력 여기 코일(20)을 사용할 필요가 있다. 그러면, 상기 장치의 부피는 매우 커지게 되며, 제조 비용이 더욱 증가되고, 상기 코일을 여기하기 위한 에너지의 소비가 증가된다.
본 발명에 따르면, 저출력 코일을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 인접한 협동 위치에 있을 때에는 상기 세그먼트들(12, 13)이 서로에 대해 고착된 상태를 유지하기 위해 충분한 힘을 사용하며, 상기 간극(E)이 존재할 경우에는 상기 자기 인력이 상기 세그먼트들(12, 13)을 서로를 향해 이동시키기에는 불충분하다. 상기 전력 공급이 회복된 후에 상기 세그먼트들(12, 13)이 서로 접촉하도록 상기 세그먼트들을 서로에 대해 이동시킬 수 있는 상기 선형 액추에이터로 인해, 상기 장치는 상기 여기 코일(20)의 여기에 의해 상기 선형 액추에이터와 상기 밀봉 밸브 사이의 연속적인 기계식 연결 상태로 복귀될 수 있다.
상기 장치의 작동은 도 1 내지 도 3을 참조하여 추가로 설명된다.
도 1에서, 상기 장치가 완전 차단 위치에 있을 때, 상기 밀봉 밸브(7)는 상기 상류 챔버(4)와 상기 하류 챔버(5) 사이의 상기 유체 순환 경로를 전체적으로 차단하기 위해 상기 시트(8)상에 위치된다. 상기 밀봉 밸브(7)는 상기 스프링(18)에 의해 밀리는 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 세그먼트(12)와 상기 선형 액추에이터(10)에 의해 가압되는 상기 제 2 세그먼트(13)에 의해 상기 위치에 유지된다. 상기 장치는 상기 여기 코일(20)의 여기에 무관하게 이러한 상태를 유지한다.
도 2는 정상 유체 유량 조절 작업 상태의 장치를 도시하고, 상기 여기 코일(20)에는 전류가 공급되며, 상기 코일은 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)을 서로 완전히 고착시킨다. 이러한 경우에, 상기 선형 액추에이터(10)는 상기 유체 순환 경로 내의 유체 유량을 결정하는 유체 통로 구역(71)을 연속적으로 조절하기 위해 상기 커넥팅 로드(9)와 상기 밀봉 밸브(7)의 상기 종방향 축선 I-I을 따라 상기 시트(8)에 대해서 축방향으로 이동할 수 있다. 상기 밀봉 밸브(7)는 상기 여기 코일(20)이 여기되는 한 상기 선형 액추에이터(10)에 결합된 상태로 유지된다.
상기 여기 코일(20)에의 전력 공급이 중단된 경우에는, 상기 장치는 도 3에 도시된 상태로 되며, 상기 여기 코일(20)로부터의 전력 공급의 중단으로 인해, 상기 자기 결합 회로(19) 내의 자기장은 소실되고, 그에 따라 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13) 사이의 자기 인력도 소실된다. 상기 제 2 세그먼트(13)는 고정된 상태를 유지하고, 그 위치는 상기 선형 액추에이터(10)에 의해 결정되며, 이 선형 액추에이터도 또한 전력 공급의 중단으로 인해 고정된다. 한편, 상기 제 1 세그먼트(12)는 상기 복귀 스프링(18)에 의해 상기 차단 위치를 향해 이동되며, 그에 따라 상기 밀봉 밸브(7)는 자동적으로 상기 시트(8)상에 재위치되어 상기 솔레노이드 밸브를 전체적으로 차단하게 된다.
이러한 도 3의 위치에서, 완전 또는 부분 개방 위치에 있는 상기 선형 액추에이터(10)로의 전력 공급이 중단될 때, 상기 큰 제 3 간극(E)은 상기 두개의 세그먼트들(12, 13)을 분리시킨다. 그러므로, 상기 세그먼트들(12, 13)은 상기 간극(E)에 대해 상대적으로 멀리 이격된 위치에 위치된다.
상기 전력 공급이 회복되면, 상기 제 3 간극(E) 때문에, 상기 여기 코일(20)에 의해 발생된 자기장은 상기 복귀 스프링(18)의 복귀력을 극복하고 상기 세그먼트들(12, 13)이 서로에 대해 고착하기 위한 자기 인력으로서는 불충분하다. 상기 선형 액추에이터(10)는 상기 제 1 세그먼트(12)의 방향으로 상기 제 2 세그먼트(13)를 이동시키게 되므로, 상기 제 3 간극(E)이 충분히 감소되어 상기 세그먼트들(12, 13)이 서로에 대해 고착할 때까지 상기 접촉면들(16, 17)이 서로를 향해 이동하게 된다. 그런다음, 상기 솔레노이드 밸브는 그 유체 유량 조절 기능을 회복하게 된다.
도 1은 전력 공급이 회복된 후에, 상기 차단 위치로 복귀할 때에 상기 선형 액추에이터(10)의 정지를 자동으로 명령하기 위한 수단을 도시한다. 실질적으로, 상기 액추에이터가 상기 복귀 스프링(18)에 의해 차단 위치로 밀리는 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 세그먼트(12)로부터 수축된 상태로 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 2 세그먼트(13)를 유지하는 도 3에 도시된 안전 차단 위치로부터, 상기 전력 공급이 회복될 때, 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)을 함께 고착시키기 위해 자기장에 의해 상기 접촉면들(16, 17) 사이의 거리가 충분히 좁아지는 상태로 상기 접촉면들을 서로를 향해 이동시키도록 상기 선형 액추에이터를 제어할 필요가 있다. 그러나, 상기 선형 액추에이터(10)가 상기 시트(8)에 대해 상기 케넥팅 로드(9)와 밀봉 밸브(7)를 계속적으로 이동시키고 가압하면 밀봉부(70)가 파손될 수 있기 때문에, 상기 고착이 달성되는 것과 동시에 상기 선형 액추에이터(10)의 정지를 제어할 필요가 있다. 또한, 고착이 달성될 때 상기 선형 액추에이터(10)가 정지되지 않으면, 상기 선형 액추에이터(10)는 미끄러지며 위치 부정합을 발생하여 상기 밀봉 밸브(7)의 후속 개방 조절의 정확도가 저하된다.
도 1의 실시예는 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 두개의 세그먼트들(12, 13) 사이가 결합될 때 상기 액추에이터에 대한 전력 공급을 중단한다.
이를 위해, 상기 여기 코일(20)에서 흐르는 전류를 감지하는 센서(22)가 상기 여기 코일(20)에 전력을 공급하는 입력 컨덕터(21)에 삽입되며, 상기 자기 결합 회로(19)가 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)을 서로를 향해 이동시켜 함께 고착시킬 때, 상기 센서는 그 출력부(23)에서 전기 결합 신호를 발생시킨다. 상기 센서(22)의 출력부(23)는 상기 제어 회로(11)의 입력부(24)에 접속된다. 따라서, 상기 선형 액추에이터(10)의 제어 회로(11)는 상기 전기 결합 신호를 수신하고, 상기 전기 결합 신호의 수신시에 상기 밀봉 밸브(7)의 폐쇄 방향에서 상기 선형 액추에이터(10)로의 전력 공급을 중단하도록 되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 자기 결합 회로(19)와 여기 코일(20)은 상기 안전 제어 장치의 메인 바디(1)에 장착되는 부재들이고, 이러한 조립체는 상기 전력 공급이 중단될 경우에 안전 차단 기능을 갖는 제어 밸브를 구성한다.
적용가능한 안전 기준을 충족시키기 위해, 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 안전 차단 제어 밸브는 상기 유체 유동 경로와 직렬로 연결되는, 당업자에게 공지된 형태의 안전 밸브에 관련될 수 있다.
예를 들어, 상기 안전 차단 밸브는 복귀 스프링에 의해 차단 위치로 스프링 하중이 가해지는 가동식 자기 코어에 의해 지지되며 자기 회로 및 작동 코일에 의해 발생된 밸브 개방 자기장에 의해 작동되는 밀봉 밸브를 갖는 안전 밸브에 관련될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 안전 밸브의 작동 코일은 도 1 내지 도 3에 도시된 장치의 상기 여기 코일(20)과 동시에 전력이 공급된다.
한편, 도 4 내지 도 7에 도시된 실시예는 바람직하게는 안전 제어 밸브를 이중으로 배치한 것이다.
이러한 실시예에서, 도 4의 우측 절반부에 도시된 안전 차단 제어 밸브(A)는 도 4의 좌측 절반부에 도시된 안전 밸브(B)에 연관된다.
상기 안전 차단 제어 밸브(A)는 도 1 내지 도 3에 도시된 제 1 실시예와 동일한 구조를 갖는다. 그러므로, 상기 밸브(A)는 동일한 참조번호로 지시된 동일한 부재들 즉, 메인 바디(1), 입구(2), 출구(3), 상류 챔버(4), 하류 챔버(5), 출구 챔버(6), 밀봉 밸브(7), 시트(8), 커넥팅 로드(9), 선형 액추에이터(10), 상기 커넥팅 로드(9)의 제 1 세그먼트(12), 상기 커넥팅 로드(9)의 제 2 세그먼트(13), 강자성 물질 연결부(14, 15), 복귀 스프링(18), 및 원위 자극(19a)과 근위 자극(19b)이 있는 자기 결합 회로(19)를 포함한다.
도 4 내지 도 7에 도시된 실시예에서, 상기 안전 차단 제어 밸브(A)는 후술하는 바와 같이, 상기 자기 결합 회로(19)와 그 자기 결합 회로(19)에서 자기장을 발생시키는 여기 코일의 구조 면에서는 상이하다.
상기 안전 밸브(B)는 동일하게 메인 바디(1)에 제공되며, 상기 안전 차단 제어 밸브(A)의 입구(2)와 메인 입구(25) 사이의 유체 순환 경로 내로 직렬로 연결된다. 상기 안전 밸브(B)는 유체의 임의의 통로에 대향하도록 안전 시트(28)상에 지지되는 도 4에 도시된 차단 위치와 메인 입구(25)로부터 상기 안전 차단 제어 밸브(A)의 입구(2)까지 유체를 유동시키기 위해 상기 안전 시트(28)로부터 수축되는 도 5 및 도 6에 도시된 개방 위치 사이에서 안전 밀봉 밸브(26)를 이동시키기 위해 상기 메인 바디(1) 내에서 종방향 축선 II-II를 따라 슬라이드 구동할 수 있는 가동식 자기 코어(27)에 의해 지지되는 안전 밀봉 밸브(26)를 포함한다.
상기 가동식 자기 코어(27)는 차단 위치를 향해 복귀 스프링(29)에 의해 스프링 하중이 가해진다.
상기 가동식 자기 코어(27)는 상기 축선 II-II를 따라 동축적으로 배치되며 공기갭(31)에 의해 분리되는 고정식 자기 코어(30)에 연관된다. 전력 공급기에 의해 전력이 공급되는 작동 코일(32)은 상기 자기 코어들(27, 30) 둘레에 배치된다.
상기 자기 결합 회로(19)는 상기 원위 자극(19a)으로부터 연장하는 원위 플레이트(119a)를 포함하고, 상기 원위 플레이트의 일부분은 상기 가동식 자기 코어(27)에 자기적으로 결합하기 위해 상기 가동식 자기 코어(27)의 근처에 위치된다. 유사하게, 상기 자기 결합 회로(19)는 상기 근위 자극(19b)으로부터 연장하는 근위 플레이트(119b)를 포함하고, 상기 근위 플레이트의 일부분은 그 자기 결합을 고정하기 위해 상기 고정식 자기 코어(30)의 근처에 위치된다. 그러므로, 상기 작동 코일(32)에 의해 발생된 자기장은 상기 고정식 자기 코어(30)와 상기 가동식 자기 코어(27)의 상호 인력을 발생시키고, 상기 인력은 상기 공기갭(31)을 감소시키며 상기 안전 밸브(B)를 개방시키기 위해 상기 두개의 코어(27, 30)를 서로 고착시킨다. 동시에, 상기 작동 코일(32)에 의해 발생된 자기장은 자기 결합 회로(19) 내의 자극들(19a, 19b)에까지 전파하고, 상기 커넥팅 로드(9)의 연결부(14, 15)에서는 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)을 함께 고착시킴으로써, 상기 선형 액추에이터(10)가 상기 안전 차단 제어 밸브(A)를 제어할 수 있도록 한다.
결과적으로, 상기 안전 밸브(B)의 자기 회로는 상기 안전 차단 제어 밸브(A)의 자기 결합 회로(19)를 동시에 구성하도록 형성되며, 상기 작동 코일(32)은 상기 안전 차단 제어 밸브(A)의 상기 여기 코일의 기능을 동시에 달성한다.
상기 장치의 작동은 도 4 내지 도 7을 참조하여 추가로 설명된다.
도 4에서, 상기 장치는 안전 폐쇄 위치에 있으며, 상기 안전 차단 제어 밸브(A)는 상기 밀봉 밸브(7)가 상기 시트(8)에 대해 지지되는 상기 완전 차단 위치에 위치된다. 유사하게, 상기 안전 밸브(B)는 차단 위치에 위치되며, 상기 작동 코일은 여기되지 않으므로, 상기 안전 밀봉 밸브(26)와 상기 가동식 자기 코어(27)는 상기 안전 시트(28)에 대해 상기 안전 밀봉 밸브(26)를 가압하는 상기 복귀 스프링(29)에 의해 후퇴된다.
도 5에서, 상기 작동 코일(32)은 상기 고정식 자기 코어(30)에 의해 상기 가동식 자기 코어(27)가 끌어당겨지도록 여기되며, 상기 유체 통로를 개방시키기 위해 상기 안전 밀봉 밸브(26)를 상기 안전 시트(28)로부터 후퇴시킨다. 그러나, 상기 유체 통로는 상기 선형 액추에이터(10)가 아직은 개방되어 있지 않은 상기 안전 차단 제어 밸브(A)에 의해 차단된다.
도 6에서, 상기 장치는 조절 상태에 있으며, 상기 작동 코일(32)은 전류가 공급되고, 이 작동 코일은 상기 안전 밸브(B)를 개방시키는 동시에 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)을 함께 고착시키는 자기장을 생성하고, 상기 시트(8)에 대해 상기 밀봉 밸브(7)를 효과적으로 이동시키는 상기 선형 액추에이터(10)는 상기 유체 통로 구역(71)을 조절하게 된다.
도 6에 도시된 상기 조절 위치로부터, 상기 작동 코일(32)에의 전력 공급이 중단되면, 상기 장치는 도 7에 도시된 안전 폐쇄 상태를 취하고, 상기 자기 결합 회로(19) 내의 자기장이 소실될 때, 상기 가동식 자기 코어(27)와 상기 안전 밀봉 밸브(26)는 상기 복귀 스프링(29)에 의해 폐쇄 위치로 후퇴되어 제 1 안전 폐쇄를 제공하게 되고, 동시에, 상기 자기 결합 회로(19) 내의 자기장의 소실에 의해 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 세그먼트(12)가 상기 제 2 세그먼트(13)로부터 이격되게 되고, 그에 따라 상기 커넥팅 로드(9)의 제 1 세그먼트(12)와 상기 밀봉 밸브(7)는 상기 시트(8)에 대한 차단 위치로 상기 복귀 스프링(18)에 의해 후퇴되어 자동적으로 제 2 안전 폐쇄를 제공하게 된다.
상기 작동 코일(32)의 전력 공급이 회복될 때, 상기 안전 밸브(B)는 개방되지만, 상기 안전 차단 제어 밸브(A)는 작동기 또는 적절한 프로그램이 상기 선형 액추에이터(10)를 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)이 서로를 향해 이동하여 상기 두개의 세그먼트를 함께 고착시키는 방향으로 작동시킬 때까지는 폐쇄 상태를 유지하고, 이후에 상기 안전 차단 제어 밸브(A)를 개방하게 된다.
명확하게는, 이러한 제 2 실시예는 이중 안전 차단 제어 밸브를 제공함에 있어서 특히 경제적이다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가동식 자기 코어(27)와 상기 고정식 자기 코어(30) 사이의 공기갭(31)은 절두원추 형상으로 이루어진다. 이러한 형상은 장시간에 걸친 상기 가동식 자기 코어(27)의 견인이 용이하도록 한다. 한편, 도 3에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 원칙적으로 상기 두개의 세그먼트들(12, 13) 사이의 견인은 장시간에 걸쳐 제공될 필요는 없기 때문에, 상기 커넥팅 로드(9)의 세그먼트들(12, 13) 사이의 상기 제 3 간극(E)은 두개의 편평한 접촉면(16, 17)에 의해 제한된다. 그렇지만, 선택적으로, 상기 공기갭(31)과 동일한 방식으로 각각 서로 대응하는 절두원추형 접촉면(16, 17)이 제공될 수 있다.
본 발명은 상술된 실시예들에 제한되는 것이 아니며 후술하는 특허청구범위 내에서의 변형 및 일반화를 포함하는 것이다.

Claims (9)

  1. 완전 개방 위치와 차단 위치 사이에서 조절할 수 있는 유체 통로 구역(71)을 유체 통로 내에서 결정하기 위해 시트(8)와 협동하는 축방향 변위형 밀봉 밸브(7)와,
    상기 시트(8)를 향한 상기 밀봉 밸브(7)의 연속적인 위치 조절이 가능하도록, 완전 개방 위치와 차단 위치 사이에서 상기 시트(8)를 향해 상기 밀봉 밸브(7)를 연속적으로 축방향으로 이동시키기 위한 축방향 변위형 커넥팅 로드(9)에 의해 상기 밀봉 밸브(7)에 직접적으로 기계식으로 연결되는 선형 액추에이터(10)를 포함하며,
    상기 커넥팅 로드(9)는 동축적이고 독립적인 제 1 세그먼트(12) 및 제 2 세그먼트(13)를 포함하고, 상기 제 1 세그먼트(12)는 상기 밀봉 밸브(7)에 체결되며, 상기 제 2 세그먼트(13)는 상기 선형 액추에어터(10)에 의해 구동되고, 상기 두개의 세그먼트들(12, 13)은 상대적으로 인접한 협동 위치와 상대적으로 멀리 이격된 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동할 수 있으며,
    상기 밀봉 밸브(7)와 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 2 세그먼트(13)로부터 멀리 떨어진 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 세그먼트(12)를 가압하여 상기 밀봉 밸브(7)를 상기 차단 위치내로 스프링 하중이 가해지는 복귀 스프링(18)을 또한 포함하는, 안전 제어 장치의 메인 바디(1)를 통한 유체 순환 경로를 통해 유체를 유동시키기 위한 안전 제어 장치에 있어서,
    상기 커넥팅 로드(9)의 상기 제 1 및 제 2 세그먼트들(12, 13) 각각은 적어도 하나의 개별적인 강자성 물질 연결부(14, 15)를 포함하고, 상기 두개의 연결부들(14, 15)의 두개의 개별적인 접촉면들(16, 17)은 이들이 상대적으로 멀리 이격된 위치에 있을 때에 서로를 향하는 간극(E)을 가지며,
    여기 코일(20)을 갖는 자기 결합 회로(19)는 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상기 연결부들(14, 15)에 자기적으로 결합되며 상기 커넥팅 로드의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상기 두개의 연결부들(14, 15) 사이에서 순환하는 자기장을 선택적으로 발생시키도록 형성되고, 상기 자기장은 상기 복귀 스프링(18)에 의해 가해진 복귀력에 대해 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)이 서로를 향하도록 하는 상호 자기 인력을 발생시키며, 상기 자기 인력은 상기 두개의 세그먼트들(12, 13)이 상대적으로 인접한 협동 위치에 있을 때는 상기 복귀 스프링(18)의 복귀력보다 커지고,
    상기 자기 결합 회로(19)와 상기 여기 코일(20)은 상기 안전 제어 장치의 메인 바디(1)의 구성요소들이며,
    상기 여기 코일(20)의 여기에 의해 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 고착이 함께 유지되고, 그 기능적인 이동을 위해 상기 선형 액추에이터(10)에 대한 상기 밀봉 밸브(7)의 기계식 결합을 보장하며, 상기 여기 코일(20)에의 전력 공급의 중단에 의해 상기 커넥팅 로드(9)의 세그먼트들(12, 13)이 서로로부터 분리되어 상기 밀봉 밸브(7)의 분리를 보장하며, 그에 따라 상기 밀봉 밸브는 상기 선형 액추에이터(10)의 상태와 무관하게 상기 복귀 스프링(18)에 의해 상기 차단 위치로 복귀되며,
    복귀 스프링(29)에 의해 차단 위치 내로 스프링 하중이 가해지는 가동식 자기 코어(27)에 의해 지지되며 안전 밸브 자기 회로와 작동 코일(32)에 의해 발생된 밸브 개방 자기장에 의해 작동되는 안전 밀봉 밸브(26)를 갖는 안전 밸브(B)를 부가로 포함하고, 상기 안전 밸브(B)는 상기 유체 순환 경로에 직렬로 연결되며, 상기 안전 밸브 자기 회로는 안전 차단 제어 밸브(A)의 상기 자기 결합 회로(19)를 동시에 구성하도록 형성되고, 상기 작동 코일(32)은 상기 안전 차단 제어 밸브(A)의 여기 코일(20)의 기능을 동시에 달성하는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상기 연결부들(14, 15)은 각각 편평한 접촉면들(16, 17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 상기 연결부들(14, 15)은 각각 대응하는 절두원추형 접촉면들(16, 17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 선형 액추에이터(10)는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 서로를 향한 이동에 의해 및 서로에 대한 상기 커넥팅 로드(9)의 상기 세그먼트들(12, 13)의 고착에 의해 상기 자기 결합 회로(19)의 폐쇄시에 전기 결합 신호를 발생시키며 상기 여기 코일(20)에 흐르는 전류에 반응하는 센서(22)와,
    상기 전기 결합 신호를 수신하며, 상기 전기 결합 신호 수신시에 상기 폐쇄 방향으로 상기 선형 액추에이터(10)의 여기를 중단하도록 되어 있는 상기 선형 액추에이터(10)의 제어 회로(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 결합 회로(19)와 상기 여기 코일(20)은 상기 안전 제어 장치의 메인 바디(1)의 구성요소들이고, 이들의 조립체는 상기 전력 공급의 중단시에 안전 차단 제어 밸브(A)를 구성하는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 작동 코일(32)은 상기 안전 차단 제어 밸브(A)의 상기 여기 코일(20)과 동시에 전기적으로 여기되는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 여기 코일(20)과 그 여기 전류는 상기 세그먼트들(12, 13)이 상기 인접한 협동 위치에 있을 때 서로에 대한 고착을 유지할 수 있을 정도로만 되어 있는 것을 특징으로 하는 안전 제어 장치.
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