KR101195246B1

KR101195246B1 - 온도감응형 유로개폐 밸브

Info

Publication number: KR101195246B1
Application number: KR1020110000207A
Authority: KR
Inventors: 김복동
Original assignee: 김복동
Priority date: 2011-01-03
Filing date: 2011-01-03
Publication date: 2012-10-29
Also published as: KR20120078907A

Abstract

본 발명은 하우징 내에서 디스크의 상하운동으로 유로를 개폐하는 밸브에 있어서: 상기 하우징에 기밀되도록 고정되고, 상면에 통공을 지니는 외부몸체; 상기 외부몸체에 상하운동 가능하게 수용되고, 하면에 통공을 지니는 내부몸체; 상기 외부몸체와 내부몸체 사이에 회전 가능하게 수용되고, 외력으로 내부몸체의 상하운동을 수행하는 구동체; 및 상기 내부몸체의 내부에 SMA스프링과 바이어스스프링을 구비하고, 설정된 온도에서 디스크의 상하위치를 변동하는 작동수단을 포함하며; 상기 외부몸체와 내부몸체는 각각 안내홈과 안내돌기를 개재하여 맞물리는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 형상기억합금을 적용함에 전체적인 외형의 증가를 초래하지 않으면서 온도조절과 비상차단 기능을 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

온도감응형 유로개폐 밸브{Temperature sensitive valve for opening and shutting flow}

본 발명은 온도감응형 유로개폐 밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 형상기억합금을 적용함에 전체적인 외형의 증가를 초래하지 않으면서 온도조절과 비상차단 기능을 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 유지할 수 있는 온도감응형 유로개폐 밸브에 관한 것이다.

통상적으로 단독주택의 개별난방이나 복합주택의 지역난방에 있어서 난방과 급탕의 온도를 조절하기 위하여 다양한 규격을 지닌 다수의 유로개폐용 밸브가 설치된다. 어느 경우에나 유로개폐 밸브에 있어서도 경박단소의 설계가 선호되며, 근래에는 형상기억합금을 이용한 개폐조작이 시도되고 있다. 이와 관련되는 선행특허로서 한국 공개특허공보 제2010-0035500호의 "자동온도조절밸브", 한국 공개특허공보 제2010-0105111호의 "난방용 자동온도조절밸브" 등이 알려져 있다.

한국 공개특허공보 제2010-0035500호에 의하면, 형상기억합금 스프링(12)로 용수의 개폐를 단속하는 자동온도조절밸브(1)에 있어서; 상기 자동온도조절밸브(1)는 밸브바디(2)에 형성된 유출공(4)에 일단이 탄력지지되도록 조립되는 바이어스 스프링(3)과, 상기 바이어스 스프링(3)의 내측으로 개재되도록 조립되는 개폐디스크(6)와, 상기 개폐디스크(6)는 유출공(4)을 개폐하는 디스크면(8)이 연결관(9)의 선단부에 형성되고, 상기 연결관(9)의 후단에는 플랜지(7)가 형성되며, 상기 연결관(9)과 플랜지(7)에는 수개의 용수 유통용 통공(10,11)이 형성되고, 상기 바이어스 스프링(3)과 형상기억합금 스프링(12)이 상호 중첩되게 탄력설치토록 하는 구성을 제안한다.

이는 밸브의 크기를 최소화되게 설계, 제작이 가능하여 밸브의 콤팩트화 및 원가절감 효과를 도모할 수 있다.

한국 공개특허공보 제2010-0105111호에 의하면, 유입구(412)와 유출구(411)가 구비되며, 내부공간에 밸브실(413)이 구비되는 밸브몸체(410); 상기 밸브실(413)의 통로 둘레를 따라 형성된 개구부(420); 상기 밸브실(413)에 설치되는 밸브지지대(430); 상기 개구부(420)에서 상기 밸브실(413)을 개폐하는 개폐용디스크(440); 형상기억합금의 고유감응온도에 도달하면 팽창하여 상기 개폐용디스크(440)를 이동시키는 코일스프링(450); 및, 상기 코일스프링(450)의 내측에 위치하여 상기 코일스프링(450)이 수축되는 방향으로 탄성력이 작용되는 인장바이어스스프링(460);을 포함하여 구성된다.

이는 자동온도조절밸브의 구조를 단순화시켜 제작단가를 절감할 수 있고, 형상기억합금소재의 코일스프링의 내측에 인장바이어스스프링이 설치되어 밸브의 전체 길이를 획기적으로 축소할 수 있다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 형상기억합금 스프링이나 바이어스 스프링이 유로의 중간에 위치하므로 관로 저항을 증가시킬뿐더러 수시로 유지관리하지 않는 경우 장기간에 걸쳐 이물질이 침적되면서 작동의 신뢰성을 유지하기 곤란한 단점이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 형상기억합금을 적용함에 전체적인 외형의 증가를 초래하지 않으면서 온도조절과 비상차단 기능을 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 유지할 수 있는 온도감응형 유로개폐 밸브를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하우징 내에서 디스크의 상하운동으로 유로를 개폐하는 밸브에 있어서: 상기 하우징에 기밀되도록 고정되고, 상면에 통공을 지니는 외부몸체; 상기 외부몸체에 상하운동 가능하게 수용되고, 하면에 통공을 지니는 내부몸체; 상기 외부몸체와 내부몸체 사이에 회전 가능하게 수용되고, 외력으로 내부몸체의 상하운동을 수행하는 구동체; 및 상기 내부몸체의 내부에 SMA스프링과 바이어스스프링을 구비하고, 설정된 온도에서 디스크의 상하위치를 변동하는 작동수단을 포함하며; 상기 외부몸체와 내부몸체는 각각 안내홈과 안내돌기를 개재하여 맞물리는 것을 특징으로 한다.

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또, 본 발명에 따르면 상기 구동체는 상단에 외력을 받기 위한 노브를 구비하고, 하단에 내부몸체와 맞물리는 나선을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 작동수단은 작동로드 상에 인장형의 SMA스프링을 바이어스스프링과 동심으로 중첩되도록 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 SMA스프링과 바이어스스프링은 상단에서 작동로드에 고정되는 동시에 하단에서 내부몸체의 저면에 고정되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 형상기억합금을 적용함에 전체적인 외형의 증가를 초래하지 않으면서 온도조절과 비상차단 기능을 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브를 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 요부를 분리하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 작동상태를 비교하여 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하우징(10) 내에서 디스크(17)의 상하운동으로 유로(11)(12)를 개폐하는 밸브에 관련된다. 디스크(17)로 유로(11)(12)를 개폐하는 방식의 모든 밸브에 적용되나, 특히 개별난방이나 지역난방 시스템에 설치되는 온수밸브를 주대상으로 한다. 하우징(10) 내의 유로(11)(12) 상에 디스크(17)와 밀착될 때 완전 폐쇄를 이루도록 밸브시트(13)가 구비된다.

본 발명에 따르면 상면에 통공(21)을 지니는 외부몸체(20)가 상기 하우징(10)에 기밀되도록 고정된다. 외부몸체(20)는 외면의 하단에 형성된 나선(27)을 이용하여 하우징(10)에 결합하며, 공구로 결합하기 편리하도록 나선(27)의 상측으로 각형 단면이 연장되도록 한다. 외부몸체(20)의 상면의 통공(21)은 단턱(23)과 함께 형성되고 후술하는 구동체(40)의 노브(41)를 노출시키는 용도이다. 노출된 노브(41)는 모터(15)와 연결되어 회전력을 제공받는다.

또, 본 발명에 따르면 하면에 통공(31)을 지니는 내부몸체(30)가 상기 외부몸체(20)에 상하운동 가능하게 수용된다. 원통 구조의 내부몸체(30)는 상면이 개방되고 하면에 통공(31)을 지닌다. 통공(31)은 후술하는 작동수단(50)의 작동로드(51)가 상하운동을 수행하도록 안내하는 용도이다. 외부몸체(20) 상에서 내부몸체(30)의 상하운동이 원활하도록 내부몸체(30)의 외경은 외부몸체(20)의 내경과 헐꺼운 끼워맞춤의 치수관계를 유지하는 것이 좋다.

이때, 상기 외부몸체(20)와 내부몸체(30)는 각각 안내홈(25)과 안내돌기(35)를 개재하여 맞물리는 구조로 한다. 본 발명은 모터(15)의 회전력으로 내부몸체(30)의 상하운동을 유발하기 때문에 외부몸체(20)의 안내홈(25)과 내부몸체(30)의 안내돌기(35)가 헐겁게 맞물려 내부몸체(30)의 불필요한 회전을 구속한다. 물론 모터(15) 대신에 솔레노이드(도시 생략)를 사용하는 경우라면 회전운동이 배제되므로 안내홈(25)과 안내돌기(35)를 생략할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 외력으로 내부몸체(30)의 상하운동을 수행하는 구동체(40)가 상기 외부몸체(20)와 내부몸체(30) 사이에 회전 가능하게 수용된다. 구동체(40)는 원형 단면의 소재 외면에 다층으로 요철홈(42)을 형성하여 오링(44)(45)을 장착한 구조이다. 요철홈(42) 중에서 상단의 것은 외부몸체(20)의 단턱(23)에 일측의 오링(44)을 개재하여 기밀 가능하게 맞물리고, 하단의 것은 외부몸체(20)의 내면에 타측의 오링(45)을 개재하여 기밀 가능하게 맞물린다. 이에 따라, 외부몸체(20)와 내부몸체(30)가 형성하는 공간에 수용된 구동체(40)가 회전과 동시에 상하운동을 수행하더라도 오링(44)(45)을 통하여 기밀이 유지된다.

이때, 상기 구동체(40)는 상단에 외력을 받기 위한 노브(41)를 구비하고, 하단에 내부몸체(30)와 맞물리는 나선(47)을 구비하는 구조이다. 상단의 노브(41)는 모터(15)와 긴밀하게 연결되도록 외주면에 주름홈을 구비한다. 하단의 나선(47)은 내부몸체(30)의 내면에 형성된 나선(37)과 맞물려 나선운동을 수행한다. 이에 따라, 노브(41)를 통하여 전달되는 모터(15)의 회전력에 의하여 내부몸체(30)가 상승 또는 하강운동을 수행한다.

또, 본 발명에 따르면 작동수단(50)이 상기 내부몸체(30)의 내부에 SMA스프링(55)과 바이어스스프링(56)을 구비하고, 설정된 온도에서 디스크(17)의 상하위치를 변동하는 기능을 수행한다. SMA스프링(55)은 형상기억합금 소재를 택하는 반면, 바이어스스프링(56)은 밸브용 일반 소재를 택한다. SMA스프링(55)은 유로(11)(12)의 유체가 설정 온도를 초과하면 바이어스스프링(56)의 탄성력을 이겨내고 디스크(17)를 하강시켜 유로(11)(12)를 차단한다.

이때, 본 발명의 상기 작동수단(50)은 작동로드(51) 상에 인장형의 SMA스프링(55)을 바이어스스프링(56)과 동심으로 중첩되도록 구비한다. SMA스프링(55)과 바이어스스프링(56)이 동심으로 중첩되면 전체 길이를 축소할 수 있으므로 밸브의 경박단소 설계에 유리한 것은 물론 일측으로 편중되게 배치 가능하여 유로(11)(12)를 피하므로 장기간 작동 신뢰성을 유지할 수 있다. 다만 본 발명의 경우 양 스프링(55)(56)이 일측에 편중되는 구조상 SMA스프링(55)은 설정된 온도에 도달하면 수축되는 인장형을 사용한다. 작동로드(51)의 요동없는 원활한 승하강을 위해 상단에 내부몸체(30)의 내경과 유사한 크기의 원판(52)을 부착한다. 작동로드(51)의 하단에는 디스크(17)를 나선으로 결합한다.

한편, 상기 SMA스프링(55)과 바이어스스프링(56)은 상단에서 작동로드(51)에 고정되는 동시에 하단에서 내부몸체(30)의 저면에 고정되는 구조이다. 상기 SMA스프링(55)과 바이어스스프링(56)은 고정핀(58)을 사용하여 고정하는 것이 좋으나 용접 또는 여타의 방식을 배제하지 않는다. 고정핀(58)은 작동로드(51)의 상하로 관통공을 형성하고 결합한다.

작동에 있어서, 본 발명의 온도감응형 유로개폐 밸브는 평상모드와 비상모드를 구현한다. 평상모드에서 제어기(도시 생략)는 난방이나 급탕 부하에 따라서 모터(15)를 작동하여 구동체(40)의 회전을 유발하고 이에 따라 내부몸체(30)가 디스크(17)와 함께 상승 또는 하강하면서 유로(11)(12)의 개도를 조절한다. 그러나 만일 유로(11)(12) 상의 유체 온도가 설정치를 초과하면 SMA스프링(55)이 수축하여 작동로드(51)가 하강하고 디스크(17)가 밸브시트(13)에 접하면서 유체의 유동이 차단된다. 물론 유체 온도가 정상치로 되면 SMA스프링(55)이 탄성력을 잃고 바이어스스프링(56)이 원상태로 복귀하면서 상기한 평상모드가 속행된다. 도 3에서, D1은 평상모드의 조절상태를, D2는 비상모드의 조절상태를 예시한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 하우징 11: 12: 유로
15: 모터 17: 디스크
20: 외부몸체 21, 31: 통공
25: 안내홈 27, 37, 47: 나선
30: 내부몸체 35: 안내돌기
40: 구동체 41: 노브
42: 요철홈 50: 작동수단
51: 작동로드 55: SMA스프링
56: 바이어스스프링 58: 고정핀

Claims

하우징(10) 내에서 디스크(17)의 상하운동으로 유로(11)(12)를 개폐하는 밸브에 있어서:
상기 하우징(10)에 기밀되도록 고정되고, 상면에 통공(21)을 지니는 외부몸체(20);
상기 외부몸체(20)에 상하운동 가능하게 수용되고, 하면에 통공(31)을 지니는 내부몸체(30);
상기 외부몸체(20)와 내부몸체(30) 사이에 회전 가능하게 수용되고, 외력으로 내부몸체(30)의 상하운동을 수행하는 구동체(40); 및
상기 내부몸체(30)의 내부에 SMA스프링(55)과 바이어스스프링(56)을 구비하고, 설정된 온도에서 디스크(17)의 상하위치를 변동하는 작동수단(50)을 포함하며;
상기 외부몸체(20)와 내부몸체(30)는 각각 안내홈(25)과 안내돌기(35)를 개재하여 맞물리는 것을 특징으로 하는 온도감응형 유로개폐 밸브.
삭제
제1항에 있어서,
상기 구동체(40)는 상단에 외력을 받기 위한 노브(41)를 구비하고, 하단에 내부몸체(30)와 맞물리는 나선(47)을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도감응형 유로개폐 밸브.
제1항에 있어서,
상기 작동수단(50)은 작동로드(51) 상에 인장형의 SMA스프링(55)을 바이어스스프링(56)과 동심으로 중첩되도록 구비하는 것을 특징으로 하는 온도감응형 유로개폐 밸브.
제4항에 있어서,
상기 SMA스프링(55)과 바이어스스프링(56)은 상단에서 작동로드(51)에 고정되는 동시에 하단에서 내부몸체(30)의 저면에 고정되는 것을 특징으로 하는 온도감응형 유로개폐 밸브.