KR101036589B1

KR101036589B1 - 유량 계측 밸브

Info

Publication number: KR101036589B1
Application number: KR1020080109704A
Authority: KR
Inventors: 히데오 오타니; 모토히로 후루야
Original assignee: 가부시키가이샤 야마다케
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2011-05-24
Also published as: JP2009115271A; KR20090048333A; TWI370878B; CN101430025B; TW200925475A; US20090120515A1; CN101430025A

Abstract

밸브체를 흐르는 유체의 유량을, 밸브 본체 내에 설치된 밸브체보다 상류 유로 내의 유체 압력 및 하류 유로 내의 유체 압력의 압력차와, 밸브체의 밸브 개도량으로부터 연산하는 유량 계측 밸브에 있어서, 종래보다도 콤팩트한 구조로 하고, 양호한 정밀도로 유량 연산을 행한다. 유량을 연산하기 위해서 하류 유로(12) 안의 유체 압력을 측정함에 있어서, 밸브 본체(1)를 흐르는 유체의 유량을 제어하는 밸브체(2)보다도 하류측의 유로의 일부에 형성된 유체 굄부(14)에 괸 유체의 굄 부분(3)의 압력을 유체 굄부(14)를 향한 밸브 본체(1)의 내주면(15)과 하류측 유체 압력 검출수단(42)이 장착되어 있는 밸브 본체(1)의 외주면(17)을 관통하는 하류측 유체 압력 도통로(20)를 통해 하류측 유체 압력 검출수단(42)에서 검출하도록 한 것으로, 동압의 영향을 받지 않아 양호한 정밀도로 하류측 유체 압력을 검출하는 것이 가능해 진다.

유량 계측 밸브, 밸브 개도량, 유량 연산, 유체 굄부, 유체 압력 도통로

Description

유량 계측 밸브{FLOW MEASUREMENT VALVE}

본 발명은 밸브 본체를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 동시에, 밸브 본체 내에 설치된 밸브체보다 상류측의 유로 내의 유체 압력 및 하류측의 유로 내의 유체 압력의 압력차과, 밸브체의 밸브 개도량으로부터 밸브 본체를 흐르는 유체의 유량을 연산하는 유량 계측 밸브에 관한 것이다.

종래의 빌딩의 공조 시스템에 있어서는, 밸브체를 소정의 밸브 개도로 설정해도, 유체의 압력이 높을 경우에는 밸브 본체 내부를 흐르는 유체의 유량이 목표값보다도 커져버리는 문제가 생기고 있었다. 즉, 필요 이상의 유체가 흐르기 때문에 쓸데 없는 에너지를 소비한다고 하는 불이익을 초래하고 있었다. 종래는, 이 문제를 해소하기 위해서 밸브 본체보다도 상류 또는 하류에 유량계를 설치하고, 유체의 유량을 계측함으로써 유체가 지나치게 흐르는 것을 검출하고, 계측 유량이 목표값에 일치하도록 밸브체의 개도 제어에 반영시킴으로써 문제의 해결을 꾀하고 있었다.

그렇지만, 상기한 수법에서는 유량계와 밸브의 양자를 배관으로 직렬로 접속하지 않으면 안되어, 배관의 스페이스를 크게 취한다고 하는 문제가 있었다. 또한, 유량계와 밸브를 각각 준비하기 때문에 비용 상승의 원인이 되고, 고객의 니즈로서도, 가격 면에서 유량 계측기능과 밸브기능의 양쪽 기능을 구비한 유량 계측 밸브가 요구되고 있었다.

유량 계측 밸브에서는, 밸브 본체 내부를 흐르는 유체의 유량 Q를 밸브체보다도 상류측의 유로중의 유체 압력(상류측 유체 압력)과 밸브체보다도 하류측의 유로중의 유체 압력(하류측 유체 압력)의 압력차 ΔP와, 밸브체의 개도를 측정하여, 소정의 유량 연산식에 대입해서 산출할 수 있다.

이 유량 계측 밸브에 관한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있으며, 특허문헌 1에는 유량 제어 밸브의 관로중에, 밸브체의 상류 관로의 유체 압력을 검출하는 제1 압력 검출수단과, 밸브체의 하류 관로의 유체 압력을 검출하는 제2 압력 검출수단을 구비하고, 제1 및 제2 압력 검출수단과 밸브 개도량 검출수단의 전기 출력 신호에 의거해서 관로 내를 흐르는 유체 유량을 연산하는 유량 제어 밸브가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 시이트 링의 상류측 및 하류측의 시이트 링에 형성된 4개소의 압력 받아들임구에서 압력을 받아들여, 환형의 공동부 내에서 평균화하고, 이것을 추출해서 압력차를 측정해서 밸브 본체를 통과하는 유체의 유량을 측정하는 버터플라이 밸브가 개시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개소 60-168974호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특공평 7-103945호 공보

특허문헌 1의 유량 제어 밸브에서는 상류측 유체 압력을 검출하는 위치 및 하류측 유체 압력을 검출하는 위치가 각각 밸브체로부터 떨어진 위치에 설치되어 있다. 이것은 유로 내의 유체 압력을 우수한 정밀도로 검출하기 위해서는, 밸브체의 근방을 유체가 통과할 때, 유체의 흐름에 있어서 밸브 개도에 따른 혼란이 생기는 것에 기인하는 유체 압력의 변화의 영향을 받지 않도록 할 필요가 있으므로, 밸브체의 상류 및 하류에 각각 직선적인 유로를 충분한 길이에 걸쳐 설치하고, 상류측, 하류측 모두 밸브체로부터 충분히 떨어진 위치로부터 유체 압력을 측정하도록 각각 압력 검출수단을 설치하기 때문이다. 특히 하류측은 상류측보다도 밸브 개도에 따른 혼란이 생기는 것에 기인하는 유체 압력의 변화가 커서, 유체 압력을 검출하는 위치는 상류측의 유체 압력을 검출하는 위치보다도 훨씬 밸브체에서 떨어진 위치로 하지 않을 수 없다.

이 때문에, 특허문헌 1에 있어서는 밸브의 면간 치수가 커지는 것을 피할 수 없어, 제품의 대형화, 중량화를 피할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 가령 특허문헌 1에 있어서, 직선적인 유로를 충분한 길이에 걸쳐 형성하지 않고 밸브체의 하류측 근방에 압력 검출수단을 배치했을 경우, 밸브체의 개도에 의해 유로중에 있어서의 유체가 흐르는 방향이 변화하고, 이 변화에 따라 유로중에 있어서의 압력도 변 동해 버려, 하류측의 유체 압력을 양호한 정밀도로 검출할 수 없어, 결과적으로 유량을 높은 정밀도로 계측할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에 있어서는 직선적인 유로를 설치하는 대신에, 4개소의 압력 받아들임구에서 추출한 압력을 동일한 공동부로 이끌어, 혼합함으로써 압력의 평균화를 행하여, 안정된 압력의 검출을 행하는 것으로 하고 있다. 그렇지만, 상류측, 하류측 모두 압력 받아들임구의 위치가 밸브체로부터 충분히 떨어져 있지 않으므로, 상류측, 하류측 모두 밸브 개도에 따른 혼란이 생기는 것에 기인하는 유체 압력의 변동을 크게 받아, 유량을 높은 정밀도로 계측할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 과제를 해결하기 위해서 행해진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 밸브의 면간 치수가 작고 콤팩트하며, 고정밀도의 유량 계측을 행하는 것이 가능한 유량 계측 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서의 제1발명(청구항 1에 관련되는 발명)의 유량 계측 밸브는, 밸브 본체 내에 설치되고, 밸브 본체 내를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 밸브체와, 밸브체보다 상류측의 유로에 있어서의 유체 압력을 검출하는 제1 압력 검출수단과, 밸브체보다 하류측의 유로에 있어서의 유체 압력을 검출하는 제2 압력 검출수단과, 밸브체의 밸브 개도량을 검출하는 밸브 개도량 검출수단과, 제1 및 제2 압력 검출수단과 밸브 개도량 검출수단의 각 검출 신호에 근거하여 밸브 본체 내 부를 흐르는 유체의 유량을 연산하는 유량 연산수단을 구비한 유량 계측 밸브에 있어서, 밸브 본체 내의 밸브체보다 하류측의 유로중의 밸브체 근방에 유체의 굄을 생기게 하는 유체 굄부와, 유체 굄부를 향한 밸브 본체 내주면과 밸브 본체 외주면을 관통하는 하류측 유체 압력 도통로를 설치하고, 제2 압력 검출수단을 밸브 본체 외주면에 장착해서 하류측 유체 압력 도통로와 접속한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서의 제2발명(청구항 2에 관련되는 발명)의 유량 계측 밸브는, 제1발명의 유량 계측 밸브에 있어서, 밸브는, 밸브체에 회전가능하게 고정된 밸브축의 이동에 따라 밸브 본체의 내부에서 상기 밸브체의 위치가 변화함으로써 밸브 본체 내부를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 그로브 밸브이며, 유체 굄부는 밸브체의 외주면과 밸브 본체의 내주면에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서의 제3발명(청구항 3에 관련되는 발명)은, 제1발명의 유량 계측 밸브에 있어서, 밸브체는 밸브 본체의 유로의 축선과 직교하는 밸브축과 회전가능하게 고정되고, 밸브축과 직교하는 면 내부에 있어서 밸브체는 회전이 자유롭게 밸브 축으로 축받이되는 동시에, 밸브체는 유체가 통과하는 관통공을 가지는 대략 반구체로 형성되고, 유체 굄부는 밸브체의 외주면과, 밸브 본체의 내주면에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 것이다.

제1발명에 따르면, 밸브 본체 내의 밸브체보다 하류측의 유로중의 밸브체 근 방에 유체의 굄을 생기게 하는 유체 굄부와, 유체 굄부를 향한 밸브 본체 내주면과 밸브 본체 외주면을 관통하는 하류측 유체 압력 도통로를 설치하고, 제2 압력 검출수단을 밸브 본체 외주면에 장착해서 하류측 유체 압력 도통로와 접속했으므로, 제2 압력 검출수단에 의해 검출하는 하류측의 유체 압력을 하류측의 유로중의 밸브체 근방에 설치된 유체 굄부 내부의 괸 유체의 유체 압력으로 함으로써 하류측 유로는 짧아도 되므로, 면간 치수가 작아지고, 또한, 검출되는 하류측의 유체 압력이 밸브체의 개도에 따르지 않고 안정되어 검출할 수 있어, 고정밀도의 유량 계측이 가능한 유량 계측 밸브를 실현할 수 있다.

또한, 제2발명에 따르면, 밸브는, 밸브체에 회전가능하게 고정된 밸브축의 이동에 따라 밸브 본체의 내부에서 상기 밸브체의 위치가 변화함으로써 밸브 본체 내부를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 그로브 밸브이며, 유체 굄부는 밸브체의 외주면과 밸브 본체의 내주면에 의해 형성되는 공간으로 했으므로, 면간 치수가 작아지고, 또한, 검출되는 하류측의 유체 압력을 밸브체의 개도에 의하지 않아 안정되어 검출할 수 있어, 고정밀도의 유량 계측이 가능한 그로브 밸브 타입의 유량 계측 밸브를 실현할 수 있다.

또한, 제3발명에 따르면, 밸브체는 밸브 본체의 유로의 축선과 직교하는 밸브축과 회전가능하게 고정되고, 밸브축과 직교하는 면 내부에 있어서 밸브체는 회전이 자유롭게 밸브 축으로 축받이되는 동시에, 밸브체는 유체가 통과하는 관통공을 가지는 대략 반구체로 형성되고, 유체 굄부는 밸브체의 외주면과, 밸브 본체의 내주면에 의해 형성되는 공간으로 했으므로, 면간 치수가 작아지고, 또한, 검출되 는 하류측의 유체 압력을 밸브체의 개도에 의하지 않아 안정되어 검출할 수 있고, 고정밀도의 유량 계측이 가능한 로터리밸브 타입의 유량 계측 밸브를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본발명에 따른 유량 계측 밸브의 일 실시예(실시예1)를 나타낸 단면도이다. 본 실시예 1의 밸브의 타입은 그로브 밸브이다. 도 1에 있어서, 1은 밸브 본체, 2는 밸브체, 21은 밸브축이며, 밸브축(21)은 밸브체(2)에 회전가능하게 고정 된다. 22는 액추에이터이며, 밸브축(21)을 상하 운동시켜서 밸브체(2)를 밸브축(21)의 축선방향으로 자유롭게 이동시킴으로써 밸브체(2)의 밸브 개도를 조절하지만, 이들 기구에 대해서는 일반적인 그로브 밸브와 같기 때문에 상세히 설명하지 않는다. 25는 밸브 개도량 검출수단이며, 밸브축(21)의 위치 정보로부터 밸브체(2)의 밸브 개도량을 검출하고, 후술하는 유량 연산수단(26)에 검출한 밸브 개도량을 표시하는 전기 출력 신호를 출력한다.

4는 밸브 본체(1)의 상류측 플랜지부로서, 도시하지 않은 상류측의 외부 배관의 플랜지부와 맞대어 체결부재로 체결된다. 5는 밸브 본체(1)의 하류측 플랜지부로서, 도시하지 않은 하류측의 외부 배관의 플랜지부와 맞대어 체결부재에 의해 체결된다. 11은 상류 유로이며, 밸브체(2)보다도 상류측에 배치된다. 6은 상류 유 로(11)의 상류 단부의 유입구이다. 12는 하류 유로이며, 밸브체(2)보다도 하류측에 배치된다. 7은 하류 유로(12)의 하류 단부의 유출구이다. 이때, 상류 유로(11)와 하류 유로(12) 사이에는 밸브실(13)이 설치되어 있고, 밸브체(2)는 밸브실(13) 안에 수용된다. 이때, 상류 유로(11) 및 하류 유로(12) 가운데의 각 위치에 표시되어 있는 화살표는 각 위치에서의 유체의 흐름의 방향 및 유속을 모식적으로 나타낸 것이다. 36은 시이트 링으로서, 상기 밸브실(13)과 상류 유로(11)의 경계부에 해당하는 밸브 본체(1)의 밸브 시트(16)에 장착되어 있다. 23은 밸브체(2)의 유량 조절부로서, 완전 폐쇄시에는 시이트 링(36)과 접촉해서 상류측으로부터 하류측으로의 유체의 흐름을 차단하고, 비완전 폐쇄시에는 시이트 링(36)과 이격되어, 그 틈을 통해 유체가 상류측으로부터 하류측으로 통과한다.

14는 유체 굄부로서, 하류 유로(12)의 일부이며, 밸브체(2)의 외주면(24) 및 밸브체(2)의 근방의 밸브 본체(1)의 내주면(15)으로 형성된 공간이다. 3은 유체의 굄 부분으로, 하류측에 유입되어, 유체 굄부(14)에 괴어 있는 유체이다. 유체의 굄 부분(3) 안에 표시되어 있는 복수의 점은 이 유체의 굄 부분(3)에 흐름이 없는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.

41은 밸브 본체(1)의 외주면(17)에 장착되는 상류측 유체 압력 검출수단(제1 압력 검출수단)이며, 18은 시이트 링(36)이 밸브체(2)와 접촉하는 위치에서 상류측으로 충분히 떨어진 곳의 밸브 본체(1)의 상류측 내주면(19)과 상류측 압력 검출수단(41)이 장착되어 있는 밸브 본체(1)의 외주면(17)을 관통하는 상류측 유체 압력 도통로이며, 상류측의 유체 압력은 상류측 유체 압력 도통로(18)를 경유해서 상류 측 압력 검출수단(41)으로 검출된다.

42는 밸브 본체(1)의 외주면(17)에 장착되는 하류측 유체 압력 검출수단(제2 압력 검출수단)이며, 20은 유체 굄부(14)를 향한 밸브 본체(1)의 내주면(15)과 하류측 유체 압력 검출수단(42)이 장착되어 있는 밸브 본체(1)의 외주면(17)을 관통하는 하류측 유체 압력 도통로로서, 유체 굄부(14) 안에 괴어 있는 유체의 굄 부분(3)의 유체 압력은 하류측 유체 압력으로서 하류측 유체 압력 도통로(20)를 경유해서 하류측 유체 압력 검출수단(42)에서 검출된다.

상류측 유체 압력 검출수단(41)에서 검출된 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력 검출수단(42)에서 검출된 하류측 유체 압력은 각각 유량 연산수단(26)에 전기 출력 신호로서 출력된다. 유량 연산수단(26)에서는 밸브 개도량 검출수단(25)에서 입력된 밸브체(2)의 밸브 개도량을 표시하는 신호와, 상류측 유체 압력 검출수단(41)으로부터 입력된 상류측 유체 압력을 표시하는 신호와, 하류측 유체 압력 검출부(42)에서 입력된 하류측 유체 압력을 표시하는 신호에서 소정의 유량 연산식에 따라 유량을 연산한다. 유량 연산수단(26)의 유량 연산의 결과, 얻어진 계측 유량은 액추에이터(22)에 피드백 값으로서 출력되어, 액추에이터(22)에 의한 밸브체(2)의 밸브 개도의 제어에 이용되는 동시에, 표시수단(50)에도 출력되어, 표시수단(50)에 계측 유량이 표시된다.

본 발명의 유량 계측 밸브에 있어서는 종래의 것과 달리, 하류측 유체 압력으로서, 유체 굄부(14) 안에 괸 유체의 굄 부분(3)의 유체 압력을 하류측 유체 압력 검출부(42)로 검출하도록 구성하고 있다. 이하에서, 유체 굄부(14) 안의 유체의 굄 부분(3)의 유체 압력을 하류측 유체 압력으로서 검출하는 것이 고정밀도의 유량 계측을 가능하게 하는 이유를 설명한다. 특허문헌 1로 대표되는 종래의 유량 계측 밸브의 하류 유로에는 본 발명의 실시예 1에 나타낸 유체 굄부는 설치하지 않으므로, 하류 유로중의 유체는 괴어 있는 부분은 존재하지 않고, 어느 장소에서도 흐르고 있지만, 밸브체의 개도에 의해 하류 유로중의 유체의 흐름 방향은 장소에 따라 다르다. 그러면, 유체의 흐름은 일정한 것은 아니고 혼란을 일으켜, 그것에 따라 유체 압력이 높은 곳과 낮은 곳이 생긴다. 이 현상은 유로의 단면적이 크게 바뀌는 밸브체 근방에서 현저하고, 밸브체로부터 멀어짐에 따라서 이 유체 압력의 편차는 수속하여 평균화된다. 또한, 밸브체의 개도가 변화할 때에, 이 현상은 더욱 현저해진다. 이것은 흐르고 있는 유체는 동압의 영향을 받으므로, 유체 자체가 가지는 압력인 정압만을 검출할 수 없어, 양호한 정밀도로 유체 압력을 검출할 수 없는 것을 의미한다.

그렇지만, 하류 유로중에 흐름이 없는 유체, 즉, 괸 유체가 존재하도록 유체 굄부를 밸브체 근방에 설치하고, 밸브체의 개도를 변화시키면서 유체 굄부의 괸 유체의 유체 압력을 계측하는 실험을 행한 바, 굄부에서 측정한 압력과, 밸브체로부터 하류측으로 충분히 이격된 위치에서 측정한 압력이 상관 관계를 가지는 것이 확인되었다. 이것은, 괸 유체는 흐르지 않고 있으므로, 동압의 영향을 받기 어렵고 정압만을 검출하는 것이 가능해지기 때문으로 추측된다. 따라서, 하류측의 유체 압력을 고정밀도로 검출할 수 있으므로, 결과적으로 고정밀도의 유량 계측이 가능해 진다. 동시에, 이 유체 굄부를 하류 유로중의 밸브체 근방에 설치함으로써, 하류 유로의 길이는 짧아도 되므로, 밸브 본체의 면간 치수를 작게 할 수 있어, 유량 계측 밸브의 소형화, 경량화를 꾀하는 것이 가능해 진다. 또한, 종래의 그로브 밸브를 기초로 하여, 그것에 대해 밸브체(1)의 하류 유로(12)의 형상을 약간 변경하는 것만으로 설계할 수 있다고 하는 이점도 있다.

이어서, 본 발명의 다른 실시예에 관하여 설명한다.

[실시예 2]

도 2는 본발명에 따른 유량 계측 밸브의 다른 실시예(실시예2)를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는, 밸브의 타입은 로터리 밸브이다. 도 2에 있어서 전술한 실시예 1과 같은 기능을 구비한 부위에는 같은 부호를 붙이는 동시에 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예 2에 관련되는 유량 계측 밸브가 전술한 실시예 1의 유량 계측 밸브와 다른 점은, 밸브 본체(1) 안의 상류 유로(11) 및 하류 유로(12)의 축선이 동일한 직선이 되도록 배치되어 있는 점, 및 밸브체(2)는 통과하는 유체의 유량 조절부인 유로 관통공(23)을 가지는 중공의 대략 반구체로 형성되어 있고, 이 밸브체(2)는 유로의 축선과 직교하는 밸브축(21)과 회전가능하게 고정되고, 밸브축(21)과 직교하는 면(도 2의 단면) 내에 있어서 회전이 자유롭게 축받이되어 있는 점이다.

우선, 도 1에 도시되어 있지 않고, 도 2에 있어서 새롭게 도시되어 있는 부재에 관하여 설명한다. 31은 밸브 본체(1)의 일부로서, 밸브체(2)가 완전 폐쇄 위치까지 회전했을 때에, 밸브체(2)에 접촉하도록 밸브 본체(1)에서 돌출해서 설치되 는 완전 폐쇄 위치 규제부이다. 32는 밸브 본체(1)의 일부로서, 밸브체(2)가 완전 개방 위치까지 회전했을 때에, 밸브체(2)에 접촉하도록 밸브 본체(1)로부터 돌출해서 설치되는 완전 개방 위치 규제부이다. 이때, 도 2에서는 밸브체(2)의 완전 개방 상태를 나타내고 있고, 밸브체(2)가 완전 개방 위치 규제부(32)에 접촉하고 있다. 33은 밸브 본체(1)의 상류측의 내주면(19)과 시이트 링(36) 사이에 끼워진 탄성부재로서, 압축되어서 장착됨으로써, 시이트 링(36)을 밸브체(2)에 누르는 압력을 발휘해서 밸브체(2)와 시이트 링(36) 사이의 씰 성을 유지하는 동작을 한다.

이러한 차이점, 구조의 차이는 있지만, 실시예 2에 있어서도, 실시예 1과 같이 하류 유로(12)의 일부로서, 밸브체(2)의 외주면(24) 및 밸브체(2) 근방의 밸브 본체(1)의 내주면(15)으로 형성된 공간인 유체 굄부(14)가 형성되고 있고, 이 유체 굄부(14) 안에 괸 유체(3)는 밸브체(2)의 밸브 개도에 의하지 않고 괴어 있다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로, 41은 밸브 본체(1)의 외주면(17)에 장착되는 상류측 유체 압력 검출수단(제1 압력 검출수단)이며, 18은 시이트 링(36)이 밸브체(2)와 접촉하는 위치에서 상류측으로 충분히 떨어진 곳의 밸브 본체(1)의 상류측 내주면(19)과 상류측 압력 검출수단(41)이 장착되어 있는 밸브 본체(1)의 외주면(17)을 관통하는 상류측 유체 압력 도통로이며, 상류측의 유체 압력은 상류측 유체 압력 도통로(18)를 경유해서 상류측 압력 검출수단(41)에서 검출된다.

42는 밸브 본체(1)의 외주면(17)에 장착되는 하류측 유체 압력 검출수단(제2 압력 검출수단)이며, 20은 유체 굄부(14)를 향한 밸브 본체(1)의 내주면(15)과 하류측 유체 압력 검출수단(42)이 장착되어 있는 밸브 본체(1)의 외주면(17)을 관통 하는 하류측 유체 압력 도통로로서, 유체 굄부(14) 안에 괴어 있는 유체의 굄 부분(3)의 유체 압력은 하류측 유체 압력으로서 하류측 유체 압력 도통로(20)를 경유해서 하류측 유체 압력 검출수단(42)에서 검출된다.

상류측 유체 압력 검출수단(41)에서 검출된 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력 검출수단(42)에서 검출된 하류측 유체 압력은 각각 유량 연산수단(26)에 전기 출력 신호로서 출력된다. 유량 연산수단(26)에서는 밸브 개도량 검출수단(25)에서 입력된 밸브체(2)의 밸브 개도량을 표시하는 신호와, 상류측 유체 압력 검출수단(41)에서 입력된 상류측 유체 압력을 표시하는 신호와, 하류측 유체 압력 검출부(42)에서 입력된 하류측 유체 압력을 표시하는 신호로부터 소정의 유량 연산식에 따라서 유량을 연산한다. 유량 연산수단(26)의 유량연산의 결과, 얻어진 계측 유량은 액추에이터(22)에 피드백 값으로서 출력되어, 액추에이터(22)에 의한 밸브체(2)의 밸브 개도의 제어에 이용되는 동시에, 표시수단(50)에도 출력되어, 표시수단(50)에 계측 유량이 표시된다.

실시예 2의 유량 계측 밸브에서는 밸브의 타입으로서 로터리밸브를 채용했기 때문에, 일반적으로 그로브 밸브를 사용해서 구성된 실시예 1의 유량 계측 밸브에 비교하여 소형화를 꾀하는 것이 가능해 진다. 더구나 전술한 것과 같이 유체의 굄 부분(3)의 유체 압력을 하류측 유체 압력으로서 검출하도록 구성했으므로, 양호한 정밀도로 하류측 유체 압력을 검출할 수 있어, 고정밀도의 유량 계측이 가능해 진다. 또한, 유체 굄부(14)를 밸브체(2)의 외주면(24) 및 밸브체(2) 근방의 밸브 본체(1)의 내주면(15)으로 형성된 공간으로 한 것에 의해, 종래의 로터리밸브 타입의 유량 계측 밸브에 대하여 하류 유로(12)의 길이가 짧아도 되며, 밸브 본체의 면간 치수를 작게 할 수 있어, 유량 계측 밸브의 소형화, 경량화를 꾀하는 것이 가능해 진다. 또한, 종래의 로터리 밸브를 기초로 하여, 그것에 대해 밸브체(1)의 하류 유로(12)의 형상을 약간 변경하는 것만으로 설계할 수 있다고 하는 이점도 있다.

이어서, 본 발명의 또 다른 실시예에 관하여 설명한다.

[실시예 3]

도 3은 본 발명에 따른 유량 계측 밸브의 또 다른 실시예(실시예3)를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는, 밸브의 타입은 실시예 2와 마찬가지로 로터리 밸브이다. 도 3에 있어서 전술한 실시예 2와 같은 기능을 구비한 부위에는 같은 부호를 부착하고 있다. 본 실시예 3에 관련되는 유량 계측 밸브가 실시예 2의 유량 계측 밸브와 다른 점은, 상류측 유체 압력 검출수단(41) 및 하류측 유체 압력 검출수단(42) 대신에 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력을 동시에 검출하는 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)을 밸브 본체(1)의 외주면(17)에 장착한 점, 및 상류 유로(11) 안에 상류측 유체 압력을 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)으로 이끄는 동시에 시이트 링(36)을 유지하는 리테이너(37)를 설치한 점이며, 밸브체(1)와 하류 유로(12)의 구조는 실시예 2와 기본적으로 동일하다. 따라서, 실시예 2와의 차이점을 중심으로 상세히 설명하고, 실시예 2와의 공통점은 상세한 설명을 생략한다.

밸브 본체(1)의 내부에서 밸브체(2)의 상류측에는, 밸브체(2)의 외주면(24)과 밀접하는 시이트 링(36)과, 이 시이트 링(36)을 상류 유로(11)의 축선방향으로 이동이 자유롭게 유지하는 리테이너(37)와, 시이트 링(36)을 밸브체(2)에 누르는 탄성부재(33)와, 시이트 링(36)과 리테이너(37) 사이를 씰하는 O링(34)이 설치되어 있어, 이들에 의해 시이트 링부의 씰 구조를 구성하고 있다. 상기 시이트 링(36)은 양단 개방의 통체로 형성되고, 그것의 상류측 단부는 얇은 두께로 형성되어서 소경부가 되고, 한편, 그것의 하류측 단부는 두께가 두껍게 형성되어서 대경부가 되어 있어, 밸브체(2)에 탄성부재(33)에 의해 가압된다.

상기 리테이너(37)는 양단 개방의 통체로 형성되고, 상기 시이트 링(36)을 상류 유로(11)의 축선 방향으로 이동이 자유롭게 수납하고 있으며, 상류측 단부의 외주면(35)에 볼트가 형성되고, 밸브 본체(1)의 상류측 개구부의 내주면(45)에 형성된 너트에 비틀어 박아져 있다. 또한, 리테이너(37)의 상류측 개구부(43)는, 개구 단면으로부터 하류측을 향해 소직경화하는 테이퍼 구멍을 형성하고 있고, 그것의 최소 경부의 내경은 상기 시이트 링(36)의 구멍 지름과 같다. 또한, 리테이너(37)의 내주면과 시이트 링(36)의 외주면 사이에는, 상기 탄성부재(33)를 수납하는 환형의 수납부(46)가 형성되어 있다. 이 수납부(46)는 시이트 링(36)의 외주면에 형성된 단차부와, 리테이너(37)의 내주면에 형성된 단차부로 구성된다. 더구나, 리테이너(37)의 내주면에는 상기 O링(34)이 끼워 붙여지는 환형의 홈(47)이 형성되어 있다.

리테이너(37)의 상류측 개구부(43)의 테이퍼 구멍의 최소 직경부 부근에 리테이너(37)의 내주면과 외주면을 관통하는 관통공으로 이루어진 4개의 상류측 유체 압력 추출부(38)가 원주 방향으로 동일한 간격을 두어 형성되고, 더구나 상류측 유 체 압력 추출부(38)가 형성되어 있는 부분보다 하류측 외주면에는 4개로 이루어진 상류측 유체 압력 연통로(39)가 원주 방향으로 동일한 간격을 두어 형성되어 있다. 이 상류측 유체 압력 연통로(39)는 리테이너의 축선방향에 형성된 홈으로 이루어지고, 그것의 상류측 단부가 상기 각 상류측 유체 압력 추출부(38)에 연통하고 있다. 더구나, 리테이너(37)의 외주면의 하류측 단부에는 상기 4개로 이루어진 상류측 유체 압력 연통로(39)의 하류측 단부를 연통하는 환형 홈(48)이 형성되어 있다. 또한, 상류측 유체 압력이 밸브체(2)의 개도에 의하지 않아 안정되어 검출할 수 있도록, 상류측 유체 압력 추출부(38)의 리테이너(37)의 내주면의 개구부가, 시이트 링(36)과 밸브체(2)의 외주면이 접촉하는 위치에서 충분히 떨어지도록 리테이너(37)의 축방향의 치수가 정해진다.

한편, 밸브 본체(1)에는 상기 각 상류측 유체 압력 연통로(39)를 상기 환형 홈(48)을 통해 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)에 접속하는 상류측 유체 압력 도통로(18)가 형성되어 있다. 상류측 유체 압력 도통로(18)는 밸브체(2) 근방의 밸브 본체(1)의 상류측 내주면(19)과 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)이 장착되어 있는 밸브체(2) 근방의 밸브체(1)의 외주면(17) 사이에 형성되어 있으므로, 상기 상류 유로(11)의 유체 압력은, 상류측 유체 압력 추출부(38)-상류측 유체 압력 연통로(39)-환형 홈(48)-상류측 유체 압력 도통로(18)를 통해 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)으로 이끌어진다.

상류 하류 유체 압력 검출수단(44)은 실시예 1 및 2에서 사용한 것과 같은 상류측 압력 검출수단(41)과 하류측 압력 검출수단(43)을 일체로 형성한 것으로, 상기한 바와 같이 상류측 유체 압력을 검출하는 한편, 밸브 본체(1)의 하류 유로(12) 안의 밸브체(2)의 외주면(24) 및 밸브체(2) 근방의 밸브 본체(1)의 내주면(15)으로 형성된 공간인 유체 굄부(14)에 괸 유체의 굄 부분(3)의 유체 압력을 유체 굄부(14)를 향한 밸브 본체(1)의 내주면(15)과 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)이 장착되어 있는 밸브 본체(1)의 외주면(17)을 관통하는 하류측 유체 압력 도통로(20)를 경유해서 하류측 유체 압력으로서 검출한다.

그리고, 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)에서 검출된 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력은 각각 유량 연산수단(26)에 전기 출력 신호로서 출력된다. 유량 연산수단(26)에서는 밸브 개도량 검출수단(25)으로부터 입력된 밸브체(2)의 밸브 개도량을 표시하는 신호와, 상류측 유체 압력을 표시하는 신호와, 하류측 유체 압력을 표시하는 신호로부터 소정의 유량 연산식에 따라서 유량을 연산한다. 유량 연산수단(26)의 유량 연산의 결과, 얻어진 계측 유량은 액추에이터(22)에 피드백 값으로서 출력되어, 액추에이터(22)에 의한 밸브체(2)의 밸브 개도의 제어에 이용되는 동시에, 표시수단(50)에도 출력되어, 표시수단(50)에 계측 유량이 표시된다. 이때, 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)은 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력을 각각 유량 연산수단(26)에 출력하는 대신에, 내부에서 검출한 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력의 압력차를 취하여, 상기 압력차 신호를 유량 연산수단(26)에 전기 출력 신호로서 출력하도록 구성해도 된다.

실시예 3의 유량 계측 밸브에서는 실시예 2의 이점에 덧붙여, 상류측 유체 압력과 하류측 유체 압력을 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)으로 검출할 수 있으 므로, 압력 검출수단이 1대로 되어 부품수를 삭감할 수 있다, 더구나, 상류측 유체 압력 도통로(18)와 하류측 유체 압력 도통로(20)가 근접하고 있기 때문에 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)은 콤팩트한 것을 사용할 수 있다. 또한, 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)과 유량 연산수단(26)도 근접시킬 수 있으므로, 상류 하류 유체 압력 검출수단(44)과 유량 연산수단(26)을 접속하는 신호선도 짧게 할 수 있어, 유량 계측 밸브 전체로서 더욱 콤팩트하고 염가로 되는 이점을 가지는 것이다.

이때, 본 발명은 전술한 것과 같은 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 즉, 본 발명은 밸브체보다도 하류측의 유로에 있어서의 유체 압력을 검출함에 있어서, 유체의 굄 부분, 즉 유체의 흐름이 없는 부분의 유체 압력을 측정하도록 한 것이면 되며, 밸브의 종류가 전술한 실시예와 다른 타입의 밸브, 예를 들면 나비 밸브라도, 이 조건을 충족시키는 위치로부터 하류측 유체 압력 검출수단에 유체 압력을 이끌면 된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 유량 계측 밸브의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 2의 유량 계측 밸브의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예 3의 유량 계측 밸브의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1…밸브 본체, 2…밸브체, 3…유체의 굄 부분, 11…상류 유로, 12…하류 유로, 13…밸브실, 14…유체 굄부, 18…상류측 유체 압력 도통로, 20…하류측 유체 압력 도통로, 21…밸브축, 22…액추에이터, 23…유량 조절부, 25…밸브 개도량 검출수단, 26…유량 연산수단, 31…완전 폐쇄 위치 규제부, 32…완전 개방 위치 규제부, 33…탄성부재, 34…O링, 36…시이트 링, 37…리테이너, 38…상류측 유체 압력 추출부, 39…상류측 유체 압력 연통로, 41…상류측 유체 압력 검출수단, 42…하류측 유체 압력 검출수단, 44…상류 하류 유체 압력 검출수단, 48…환형 홈, 50…표시수단

Claims

밸브 본체 내에 설치되고, 상기 밸브 본체 내를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 밸브체와, 상기 밸브체보다 상류측의 유로에 있어서의 유체 압력을 검출하는 제1 압력 검출수단과, 상기 밸브체보다 하류측의 유로에 있어서의 유체 압력을 검출하는 제2 압력 검출수단과, 상기 밸브체의 밸브 개도량을 검출하는 밸브 개도량 검출수단과, 상기 제1 및 제2 압력 검출수단과 상기 밸브 개도량 검출수단의 각 검출 신호에 근거하여 상기 밸브 본체 내를 흐르는 유체의 유량을 연산하는 유량 연산수단을 구비한 유량 계측 밸브에 있어서, 상기 밸브 본체 내의 밸브체보다 하류측의 유로중의 상기 밸브체 근방에 유체의 굄을 생기게 하는 유체 굄부와, 상기 유체 굄부를 향한 밸브 본체 내주면과 밸브 본체 외주면을 관통하는 하류측 유체 압력 도통로를 설치하고, 상기 제2 압력 검출수단을 상기 밸브 본체 외주면에 장착해서 상기 하류측 유체 압력 도통로와 접속한 것을 특징으로 하는 유량 계측 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 밸브는, 상기 밸브체에 회전가능하게 고정된 밸브축의 이동에 따라 상기 밸브 본체의 내부에서 상기 밸브체의 위치가 변화함으로써 상기 밸브 본체 내부를 통과하는 유체의 유량을 조절하는 그로브 밸브이고, 상기 유체 굄부는 상기 밸브체의 외주면과 상기 밸브 본체의 내주면에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 유 량 계측 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 밸브체는 상기 밸브 본체의 유로의 축선과 직교하는 밸브축과 회전가능하게 고정되고, 상기 밸브 축과 직교하는 면 내부에 있어서 상기 밸브체는 회전이 자유롭게 상기 밸브 축에 축받이되는 동시에, 상기 밸브체는 유체가 통과하는 관통공을 가지는 반구체로 형성되고, 상기 유체 굄부는 상기 밸브체의 외주면과, 상기 밸브 본체의 내주면에 의해 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 유량 계측 밸브.