KR101071183B1

KR101071183B1 - 난방용 자동온도조절밸브

Info

Publication number: KR101071183B1
Application number: KR1020090023967A
Authority: KR
Inventors: 이태원; 김용기
Original assignee: 신한콘트롤밸브 주식회사; 한국건설기술연구원
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2011-10-10
Also published as: KR20100105111A

Abstract

본 발명은 일측 단부에 유입구(412)가 구비되고 타측 단부에는 유출구(411)가 구비되며, 상기 유입구(412)와 상기 유출구(411) 사이의 내부공간에 밸브실(413)이 구비되는 밸브몸체(410); 상기 밸브실(413)의 통로 상에 구비되며 둘레를 따라 단턱(421)이 형성된 개구부(420); 상기 밸브실(413)에 고정설치되는 밸브지지대(430); 상기 개구부(420)의 단턱(421)에 밀착되거나 이격되면서 상기 밸브실(413)을 개폐하는 개폐용디스크(440); 상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440) 사이에 설치되며 형상기억합금의 고유감응온도에 도달하면 팽창하여 상기 개폐용디스크(440)를 상기 개구부(420) 방향으로 이동시키는 코일스프링(450); 및, 상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440)에 양측 단부가 연결되며 상기 코일스프링(450)의 내측에 위치하여 상기 코일스프링(450)이 수축되는 방향으로 탄성력이 작용되는 인장바이어스스프링(460);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난방용 자동온도조절밸브에 관한 것이다.

밸브몸체, 개구부, 밸브지지대, 개폐용디스크, 코일스프링, 인장바이어스스 프링, 밸브연장부, 원반형디스크, 개폐용회전축

Description

난방용 자동온도조절밸브{Heating Automatic Temperature Control Valve}

본 발명은 난방용 보일러와 연결되는 온수분배시스템의 환수부에 주로 설치되는 밸브로서, 형상기억합금을 이용하여 온수의 온도에 따라 자동적으로 밸브의 개폐가 이루어져 온수의 유량이 조절되고, 이로 인하여 난방공간의 온도가 자동으로 조절되는 자동온도조절밸브에 관한 것이다.

형상기억합금을 이용한 자동온도조절밸브는 이미 개발되어 있는데, 도1 또는 도2에 도시된 자동온도조절밸브의 경우 그 일측부에 유체배출구(201a)가 연통되어 있는 밸브실(203)이 형성되며, 상기 밸브실(203)의 타측에는 그와 연통하도록 길이방향으로 관통된 유체유입통로(201b)가 형성된 밸브몸체(201); 상기 밸브몸체(201)의 밸브실(203)에 내장되며, 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 수축 및 팽창하도록 형상기억합금으로 제조된 코일스프링(204); 상기 코일스프링(204)에 그 일측이 끼워지며, 코일스프링(204)의 수축 및 팽창동작에 따라 밸브몸체(201)의 밸브실(203)내에서 좌우 이동하면서 유체의 통로를 개폐하는 니 들(205); 그 일단이 상기 밸브실(203)의 내측면에 위치되며 타단이 상기 니들(205)의 타측에 끼워져 상기 밸브실(203)의 개방측으로 상기 니들(205)에 미는 힘을 제공하는 바이어스 스프링(206); 상기 밸브몸체(201)의 유체통로(201c)에 설치되어 소정 각도 방향으로 회전함에 따라 상기 유체통로(201b)를 개방 및 차단하는 볼(207); 일측이 상기 볼(207)에 연결되며, 타측이 상기 밸브몸체(201)의 외부로 노출된 볼 스템(208); 상기 볼 스템(208)에 결합되어 상기 볼(207)에 회동력을 제공하는 수동레버(209); 및 상기 볼(207)의 외주면에 구비되어 기밀을 유지하기 위한 패킹(210)으로 구성되어 있다.

이러한 밸브구조는 상기 난방시설 즉, 예를 들면, 보일러의 환수부에 구비된 환수밸브로 사용될 수 있다.

이러한 밸브의 작동과정을 설명하면, 저온의 유체가 밸브를 지나가면, 상기 코일스프링(204)이 수축하게 되고, 상기 코일스프링(204)에 끼워져 있는 니들(205)이 유체 입구 측으로 당겨짐으로써 밸브실(203)과 연통하는 유체유입구(201b)가 개

방되게 된다. 이때, 상기 바이어스 스프링(206)은 상기 니들(205)의 이동을 좀더 원활히 할 수 있도록 상기 유체 입구측으로 니들(205)을 밀게 된다.

반대로 상기 코일스프링(204)의 설정된 온도보다 높은 고온의 유체가 밸브몸체(201)의 밸브실(203)을 통과할 경우에는, 상기 코일스프링(204)이 팽창하게 되고 이에따라 상기 니들(205)이 바이어스 스프링(206)의 미는힘을 극복하면서 밸브실

(203)의 유체배출구(201a)를 차단하게 되어 유체의 흐름을 막게 되는 것이다.

상기와 같이 밸브몸체(201)의 밸브실(203)을 통과하는 유체의 온도에 따라 상기 코일스프링(204)이 수축 또는 팽창하면서 밸브를 자동으로 개폐하여 유체의 온도를 선택한 온도로 항상 일정하게 유지시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 밸브실(203)의 유체통로를 인위적으로 차단할 경우에는, 상기 레버(209)를 열림위치에서 닫힘위치로 90°회동시킴에 따라 밸브몸체(201)의 유체통로(201b)를 개방하고 있던 볼(207)이 회전하여 유체통로(201b)를 차단하게 되는

것이다.

그러나, 상기의 자동온도 조절밸브는 여러가지 환경변화로 유체의 온도가 가변되는 경우가 많이 발생함에도 불구하고, 코일스프링(203)은 자체의 온도범위 내에서만 신축되기 때문에 밸브내에서 사용자가 원하는 온도로 유체를 통과시키기가 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도3에 도시된 바와 같이 온도에 따라 가변되는 형상기억합금을 밸브몸체 내에 장착하여 설정온도 이상의 온도를 가지는 유체가 흐를 경우 밸브를 차폐할 수 있도록 하되, 형상기억합금의 밀폐 정도를 조절하여 사용자가 요구하는 유체의 온도에 맞게 밸브의 개폐량을 조절할 수 있는 자동온도조절밸브가 있으나, 밸브커버(302)의 내부에 캠케이스(311)가 설치되고 캠케이스(311)의 내부에 캠(312)이 구비되는 구조이다. 또한 캠케이스(311)는 밸브대지지부재(303)과 연결되어 캠축(315)의 회전에 따라 디스크(307)가 장착된 밸브대(304)를 도면상에서 좌측 또는 우측으로 이동되어 코일스프링(309)와 바이어스스프링(310)에 의하여 작동되는 디스크(307)가 개구(301c)를 개폐하는 정도를 임의로 조절할 수 있다.

그러나 이러한 복잡한 구조는 제품의 단가를 상승시키고 디스크(307)의 양측에 코일스프링(309)과 바이어스스프링(310)이 각각 설치되어 제품의 전체 길이가 증가하는 문제점이 있다.

따라서, 좁은 공간에 자동온도조절밸브를 설치하는 경우 그 길이로 인하여 설치에 제한을 받으며, 이로 인하여 시공 및 설계시 큰 불편을 초래하는 경우가 자주 발생한다.

이에 제품의 구조를 단순화하고 전체 길이를 줄일 수 있음과 동시에 밸브의 개폐량을 임의로 조절할 수 있는 새로운 개념의 자동온도조절밸브가 요구되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 구조를 단순화시키고 밸브의 전체 길이를 축소함과 동시에 밸브의 개폐량을 임의로 조절할 수 있는 자동온도조절밸브를 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.

본 발명은 일측 단부에 유입구(412)가 구비되고 타측 단부에는 유출구(411)가 구비되며, 상기 유입구(412)와 상기 유출구(411) 사이의 내부공간에 밸브실(413)이 구비되는 밸브몸체(410); 상기 밸브실(413)의 통로 상에 구비되는 개구부(420); 상기 밸브실(413)에 고정설치되는 밸브지지대(430); 상기 개구부(420)에 밀착되거나 이격되면서 상기 밸브실(413)을 개폐하는 개폐용디스크(440); 상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440) 사이에 설치되며 고유감응온도에 도달하면 팽창하여 상기 개폐용디스크(440)를 상기 개구부(420) 방향으로 이동시키는 코일스프링(450); 및, 상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440)에 양측 단부가 연결되며 상기 코일스프링(450)의 내측에 위치하는 인장바이어스스프링(460);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 자동온도조절밸브의 구조를 단순화시켜 제작단가를 절감할 수 있다.

다시 말하면, 도3에 도시된 캠케이스(311), 캠(312), 캠축(315) 등이 필요 없고, 제품 자체의 구조가 단순화되어 보다 쉽고 간편하게 제품을 제작할 수 있다.

둘째, 종래의 자동온도조절밸브와는 달리 형상기억합금소재의 코일스프링(450)의 내측에 인장바이어스스프링(460)이 설치되어 밸브의 전체 길이를 획기적으로 축소할 수 있다.

다시 말하면 종래의 자동온도조절밸브의 경우 디스크(307)의 양측에 각각 코일스프링(309)과 (압축)바이어스스프링(310)이 서로 마주보도록 설치되어 밸브 자체의 길이가 증가하는 요인이 되었으나, 본 발명의 경우에는 종래와는 달리 인장바이어스스프링(460)을 코일스프링(450)의 내측에 설치하여 밸브 자체의 길이를 획기적으로 감소시켜 보다 컴팩트한 자동온도조절밸브의 제작이 가능하다.

셋째, 별도의 원반형디스크(480)를 밸브연장부(470)에 설치하여 밸브의 개폐량을 임의로 조절할 수 있다.

다시 말하면, 단순한 구조의 원반형디스크(480)를 밸브연장부(470)에 설치하여 밸브의 개폐량을 임의로 조절할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설 명한다.

도4는 본 발명의 구체적 실시예의 구성이 도시되어 있는데, 밸브몸체(410)의 내부에 밸브지지대(430)가 고정되고, 형상기억합금으로 만들어진 코일스프링(450), 및 인장바이어스스프링(460)의 일측 단부가 밸브지지대(430)에 설치되고, 코일스프링(450) 및 인장바이어스스프링(460)의 타측 단부에는 개폐용디스크(440)가 설치되는 구조이다.

밸브몸체(410)는 일측 단부에 유입구(412)가 구비되고 타측 단부에는 유출구(411)가 구비되며, 유입구(412)와 유출구(411) 사이의 내부공간에 밸브실(413)이 구비된다.

즉 온수는 유입구(412)로 진입하여 밸브실(413)을 통과한 후 유출구(411)로 빠져나가게 된다.

밸브실(413)의 통로 상에는 단턱(421)이 형성된 개구부(420)가 구비되고, 개폐용디스크(440)가 개구부(420)의 둘레에 형성된 단턱(421)에 밀착되는 경우 유입구(412)와 유출구(411)를 연결하는 통로가 막히게 된다.

밸브지지대(430)는 도4에 함께 도시된 바와 같이 가운데 부분에는 중공(433)이 형성된 중심편(431)이 구비되고, 3개의 지지팔(432)이 중심편(431)에서 연장되어 밸브몸체(410)의 내주면에 도달한다. 지지팔(432)은 경우에 따라 3개 이상이 구비될 수도 있으며, 지지팔(432) 사이의 공간이 유체가 흐르는 통로가 된다.

지지팔(432)의 외측 단부에는 나사부(11)가 구비되어 밸브몸체(410)의 내주면에 구비된 나사부(12)에 체결되는 방식으로 밸브실(413)에 고정설치된다.

개폐용디스크(440)는 개구부(420)의 단턱(421)에 밀착되거나 이격되면서 밸브실(413)을 개방하거나 닫는 역할을 한다.

즉 개폐용디스크(440)가 도면상에서 좌측으로 이동하게 되면 개구부(420)가 점차 닫히게 되어 유입구(412)를 통하여 밸브실(413)로 유입하는 온수의 흐름이 점차 줄어들게 되고, 개폐용디스크(440)가 개구부(420)의 단턱(421)에 밀착되면 개구부(420)가 완전히 닫히게 되어 온수의 흐름이 차단된다.

코일스프링(450)은 형상기억합금(SMA, Shape Memory Alloy)으로 만들어지는데, 도4에 도시된 바와 같이 밸브지지대(430)와 개폐용디스크(440) 사이에 설치되며 형상기억합금의 고유감응온도에 도달하면 팽창하여 개폐용디스크(440)를 개구부(420) 방향으로 이동시킨다.

코일스프링(450)은 내구성이 우수한 티타늄-니켈(Ti-Ni) 계열의 것을 사용하였는데, 반드시 이러한 재질에만 한정되는 것은 아니며 고유감응온도에 따라 팽창과 수축을 반복할 수 있고 내부식성이 강한 합금이면 어떠한 재질을 사용해도 무방하다.

인장바이어스스프링(460)의 양측 단부는 밸브지지대(430)와 개폐용디스크(440)에 각각 연결되며 코일스프링(450)의 내측에 위치하여 코일스프링(450)이 수축되는 방향으로 탄성력이 작용된다.

도4에 도시된 바와 같이 인장바이어스스프링(460)의 일측 단부는 개폐용디스크(440)의 후방면에 구비되는 스프링걸이(441)에 결합되고, 인장바이어스스프링(460)의 타측 단부는 밸브지지대(430)의 중공(433)을 통과한 후 중공(433)을 가 로질러 중심편(431)에 지지되는 잠금핀(434)에 결합된다.

이와 같이 코일스프링(450)의 내측에 삽입되는 인장바이어스스프링(460)을 통하여 밸브지지대(430)와 개폐용디스크(440)가 하나로 연결되면 코일스프링(450)도 도4에 도시된 바와 같이 개폐용디스크(440)와 밸브지지대(430) 사이에 위치하게 되는데, 인장바이어스스프링(460)이 코일스프링(450)이 수축되는 방향으로 탄성력을 가하게 되어 코일스프링(450)의 양측 단부가 개폐용디스크(440) 및 밸브지지대(430)에 밀착된 상태를 유지하게 된다.

이런 상태에서 밸브실(413)을 통과하는 온수의 온도가 코일스프링(450)의 고유감응온도에 도달하면 코일스프링(450)이 팽창하면서 개구부(420)를 점차 닫게 되어 온수의 유량이 감소되고, 반대로 온수의 온도가 고유감응온도 이하로 떨어지게 되면 팽창하였던 코일스프링이 원래의 형태로 수축되고, 인장바이어스스프링(460)의 탄성력으로 개폐용디스크(440)가 도면상에서 오른쪽으로 이동하면서 개구부(420)를 점차 개방하게 된다.

따라서 별도의 온도감지장치가 구비되지 않더라도 밸브실(413) 통과하는 온수의 유량을 자동으로 조절하여 적절한 온도로 난방을 할 수가 있다.

도5 및 도6에는 밸브연장부(470), 캠하우징(480), 개폐용회전축(490), 및 회전손잡이(491)이 더 구비된 실시예이다. 이런 경우에도 밸브지지대(430)의 전체 형상은 도4에 도시된 형태와 유사한데, 다만 도4와는 달리 지지팔(432) 단부에 나사부가 구비될 필요가 없다. 왜냐하면 밸브지지대(430)가 밸브실(413) 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되기 때문이다. 따라서 밸브실(413)의 내측면에도 나사부가 구비될 필요가 없다.

밸브연장부(470)는 밸브몸체(410)의 일측 단부와 나사결합되는데, 그 내부에는 밸브실(413)과 연통하는 통로(471)가 구비된다.

캠하우징(480)은 밸브지지대(430)에 일체로 고정되며 캠이 내장된다.

개폐용회전축(490)의 내측 단부는 밸브연장부(470)를 관통하여 캠하우징(480)의 캠과 연결되고, 밸브연장부(470)의 외측으로 돌출된 외측 단부에는 캠하우징(480)의 캠을 회전시키는 회전손잡이(491)가 부착된다.

회전손잡이(491)를 돌려주면 캠의 회전에 따라 캠하우징(480)이 좌우로 이동하고 이에 따라 밸브지지대(430) 및 개폐용디스크(440)이 함께 좌우로 이동하게 된다.

따라서 코일스프링(450)과 인장바이어스스프링(460)에 의하여 자동적으로 작동되는 개폐용디스크(440)와는 별도로 온수의 유량을 임의로 제어할 수 있다.

즉, 온수의 온도에 상관없이 온수의 흐름을 차단하거나 최소화하고 싶으면 도6에 도시된 바와 같이 개폐용디스크(440)가 닫히는 방향으로 이동하도록 회전손잡이(491)를 돌려주면 되고, 반대로 개폐용디스크(440)가 도5와 같이 열리는 방향으로 회전손잡이(491)을 돌려주면 온수의 온도에 상관 없이 일정량 이상의 온수 흐름이 확보된 범위 내에서 온수의 유량이 온도에 따라 조절된다.

즉 온수의 유량이 조절되는 범위를 적절히 선택할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 관용수단의 전환, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명 의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

도1은 종래의 자동온도조절밸브의 실시예로서, 밸브가 열린 상태를 도시한다.

도2는 종래의 자동온도조절밸브의 실시예로서, 밸브가 닫힌 상태를 도시한다.

도3은 종래의 자동온도조절밸브의 다른 실시예로서, 캠을 이용하여 밸브의 개폐량을 임의로 조절할 수 있는 경우이다.

도4는 본 발명의 구체적 실시예의 구성을 도시한다.

도5는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서, 밸브연장부(470)와 캠하우징(480)이 추가된 경우인데, 개폐용디스크(440)가 개구부(420)를 개방한 상태를 도시한다.

도6은 도5의 개폐용디스크(440)가 개구부(420)를 차단한 상태를 도시한다.

삭제

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

410:밸브몸체

411:유출구

412:유입구

413:밸브실

420:개구부

421:단턱

430:밸브지지대

431:중심편

432;지지팔

433:중공

434:잠금핀

440:개폐용디스크

441:스프링걸이

450:코일스프링

460:인장바이어스스프링

470:밸브연장부

471:통로

480:캠하우징

490:개폐용회전축

491:회전손잡이

11, 12:나사부

Claims

일측 단부에 유입구(412)가 구비되고 타측 단부에는 유출구(411)가 구비되며, 상기 유입구(412)와 상기 유출구(411) 사이의 내부공간에 밸브실(413)이 구비되는 밸브몸체(410);

상기 밸브실(413)의 통로 상에 구비되며 둘레를 따라 단턱(421)이 형성된 개구부(420);

상기 밸브실(413)에 설치되는 밸브지지대(430);

상기 개구부(420)의 단턱(421)에 밀착되거나 이격되면서 상기 밸브실(413)을 개폐하는 개폐용디스크(440);

상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440) 사이에 설치되며 형상기억합금의 고유감응온도에 도달하면 팽창하여 상기 개폐용디스크(440)를 상기 개구부(420) 방향으로 이동시키는 코일스프링(450); 및,

상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440)에 양측 단부가 연결되며 상기 코일스프링(450)의 내측에 위치하여 상기 코일스프링(450)이 수축되는 방향으로 탄성력이 작용되는 인장바이어스스프링(460);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 난방용 자동온도조절밸브.
일측 단부에 유입구(412)가 구비되고 타측 단부에는 유출구(411)가 구비되며, 상기 유입구(412)와 상기 유출구(411) 사이의 내부공간에 밸브실(413)이 구비 되는 밸브몸체(410);

상기 밸브실(413)의 통로 상에 구비되며 둘레를 따라 단턱(421)이 형성된 개구부(420);

상기 밸브실(413) 내부에 슬라이딩 가능하도록 설치되는 밸브지지대(430);

상기 개구부(420)의 단턱(421)에 밀착되거나 이격되면서 상기 밸브실(413)을 개폐하는 개폐용디스크(440);

상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440) 사이에 설치되며 형상기억합금의 고유감응온도에 도달하면 팽창하여 상기 개폐용디스크(440)를 상기 개구부(420) 방향으로 이동시키는 코일스프링(450);

상기 밸브지지대(430)와 상기 개폐용디스크(440)에 양측 단부가 연결되며 상기 코일스프링(450)의 내측에 위치하여 상기 코일스프링(450)이 수축되는 방향으로 탄성력이 작용되는 인장바이어스스프링(460); 및,

상기 밸브몸체(410)의 일측 단부와 나사결합되며 상기 밸브실(413)과 연통하는 원형단면의 통로(471)가 구비된 밸브연장부(470);

상기 밸브지지대(430)에 일체로 고정되며 캠이 내장되는 캠하우징(480); 및,

내측 단부는 상기 밸브연장부(470)를 관통하여 상기 캠하우징(480)의 캠과 연결되고, 상기 밸브연장부(470)의 외측으로 돌출된 외측 단부는 상기 캠하우징(480)의 캠을 회전시키는 회전손잡이(491)가 부착되는 개폐용회전축(490);

를 더 포함하고, 상기 회전손잡이(491)의 회전에 따라 상기 밸브지지대(430) 및 상기 개폐용디스크(440)이 함께 좌우로 이동하는 것을 특징으로 하는 난방용 자 동온도조절밸브.
제1항에서,

상기 밸브지지대(430)는 중심편(431); 및,

상기 중심편(431)에서 연장된 다수 개의 지지팔(432);

을 포함하여 구성되고,

상기 지지팔(432)의 외측 단부에는 나사부(11)가 구비되어 상기 밸브몸체(410)의 내주면에 구비된 나사부(12)에 체결되는 것을 특징으로 하는 난방용 자동온도조절밸브.
제3항에서,

상기 밸브지지대(430)의 중심편(431)에는 중공(433)이 구비되고,

상기 인장바이어스스프링(460)의 일측 단부는 상기 개폐용디스크(440)의 후방면에 구비되는 스프링걸이(441)에 결합되고, 상기 인장바이어스스프링(460)의 타측 단부는 상기 중공(433)을 통과한 후 상기 중공(433)을 가로질러 상기 중심편(431)에 지지되는 잠금핀(434)에 결합되는 것을 특징으로 하는 난방용 자동온도조절밸브.