KR101233571B1 - 유체 방향 전환 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 방향 전환 밸브에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유체 방향 전환 밸브는 몸체부, 제1 유로, 제2 유로, 우회 유로, 내부 유로, 차단 부재, 제1 스프링, 제2 스프링을 포함한다. 차단 부재는 제2 유로 내에서 이동 가능하게 장착되며, 제1 스프링과 제2 스프링의 탄성력에 의해 위치 이동한다. 제1 스프링은 형상 기억 합금 압축 스프링으로 형성되어 유체의 온도에 따라 탄성력의 크기가 달라지며, 저온시 압축됨에 따라 차단 부재가 제1 유로의 입구를 개방시켜 유체를 제1 유로로 이동시키고, 고온시 원래의 형상으로 돌아감에 따라 차단 부재가 제1 유로의 입구를 폐쇄시켜 유체가 제1 유로로 이동하는 것을 차단하고 우회 유로를 통해 제2 유로를 통과하도록 한다.
본 발명에 따른 유체 방향 전환 밸브는 유체 온도에 따라 유체의 이동 방향을 자동으로 전환할 수 있다.

Description

유체 방향 전환 밸브 {Fluid switching valve}

본 발명은 유체 방향 전환 밸브 및 이에 사용되는 구동 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 몸체부와, 몸체부 내부에 위치하며 유체가 통과하는 제1 유로 및 제2 유로와, 제2 유로에 병렬로 연결되는 우회 유로와, 내부 유로와, 제2 유로 내에서 내부 유로 둘레에 이동 가능하게 장착되는 차단 부재를 포함하고, 차단 부재가 제2 유로 내를 이동하며 제1 유로의 입구와 우회 유로의 입구를 선택적으로 차단하여 유체의 방향을 전환시키는 유체 방향 전환 밸브 및 이에 사용되는 구동 모듈에 관한 것이다.

밸브는 유체를 통과하게 하거나 차단하여, 유체의 방향 또는 유량을 제어하는 기구이다. 밸브는 용도나 구조에 따라 다양한 형태를 가지며, 그 작동에 있어 수동으로 개폐 동작이 수행되는 것과 자동으로 개폐 동작이 수행되는 것이 있다.

자동으로 개폐 동작이 수행되는 밸브에는 온도나 압력 등을 센서가 감지하여 구동부에 의해 밸브를 동작시키거나, 전기 신호를 받아 유압에 의해 동작되는 것 등을 포함하여 다양한 종류가 있다. 하지만, 이러한 밸브는 별도의 구동부를 구비해야하기 때문에 자주 고장이 발생할 우려가 있고, 구동을 위한 전원을 공급해야한다는 문제가 있다.

따라서 고장이 없고, 간단하게 구성되면서도 반영구적으로 사용할 수 있는 밸브의 개발이 필요하다. 또한, 유체의 온도에 따라 자동으로 유체의 방향이 전환되는 밸브의 개발이 요구된다.

본 발명의 목적은 유체의 온도에 따라 유체의 이동 방향을 자동으로 전환할 수 있는 유체 방향 전환 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 별도의 구동부를 구비하지 않고도 유체의 방향을 전환할 수 있는 유체 방향 전환 밸브를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브는 몸체부, 제1 유로, 제2 유로, 우회 유로, 내부 유로, 차단 부재, 제1 스프링, 제2 스프링을 포함한다. 제1 유로 및 제2 유로는 몸체부 내부에 형성되며 유체가 통과한다. 우회 유로는 제2 유로에 병렬로 연결된다. 내부 유로는 제2 유로 내부에 길이 방향으로 위치한다. 차단 부재는 제2 유로 내에서 내부 유로 둘레에 이동 가능하게 장착된다. 제1 스프링 및 제2 스프링은 차단 부재의 양측에 위치하며 차단 부재의 위치를 조절한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 제1 스프링 및 제2 스프링 중 적어도 하나는 형상 기억 합금으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 구동 모듈은 내부 유로, 차단 부재, 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함한다. 차단 부재는 내부 유로 둘레에 이동 가능하게 장착되며, 유체의 이동을 차단한다. 제1 스프링 및 제2 스프링은 차단 부재의 양측에 위치하며, 차단 부재의 위치를 조절한다.

본 발명의 유체 방향 전환 밸브는 밸브에 유입되는 유체의 온도에 따라 유체의 유동 방향을 자동으로 전환할 수 있다.

본 발명의 유체 방향 전환 밸브는 간단한 구성으로 동작하며, 고장 없이 반영구적으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 차단 부재를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 구동 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 유체의 이동을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 차단 부재의 이동을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 유체 방향의 전환을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 유체 방향의 전환을 나타내는 도면이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 차단 부재를 나타내는 도면이며, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 구동 모듈을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(1000)는 몸체부(1110), 제1 유로(1210), 제2 유로(1220), 우회 유로(1230), 차단 부재(1310), 제1 스프링(1410), 제2 스프링(1420)을 포함한다.

유체 방향 전환 밸브(1000)는 유체관의 중간에 개재되어, 유체의 이동 방향을 전환한다. 몸체부(1110)에는 3개의 포트(1111, 1112, 1113)가 결합하며, 포트(1111, 1112, 1113)는 각각 유체관에 연결된다. 몸체부(1110)는 금속 및 플라스틱 등의 재질로 형성될 수 있으며, 금형에 의해 제조될 수 있다.

제1 유로(1210)는 몸체부(1110) 내부에 형성되며, 유입된 유체가 제1 포트(1111) 측으로 통과하게 한다. 제1 유로(1210)는 몸체부(1110)가 금형에 의해 형성될 때 동시에 형성되거나, 몸체부(1110)를 드릴 등으로 천공하여 형성될 수 있다. 제1 유로(1210)의 일단에는 유체관과 연결되는 제1 포트(1111)가 연결된다.

제2 유로(1220)는 몸체부(1110) 내부에 위치하며, 제1 유로(1210)와 연결된다. 제2 유로(1220)의 양단에는 제2 및 제3 포트(1112, 1113)가 위치하며, 제3 포트(1113)에 연결된 유체관으로부터 유입된 유체가 제2 유로(1220)를 통과한다. 제2 유로(1220) 역시 금형에 의해 형성되거나, 몸체부(1110)를 드릴 등으로 천공하여 형성될 수 있다. 제2 유로(1220)는 제1 유로(1210)와 수직이 되도록 연결될 수 있으나 이에 한정하지는 않으며, 필요에 따라 유로의 방향을 다양하게 설계할 수 있다. 본 실시예에서 제2 유로(1220)는 제1 유로(1210)와 수직으로 만나며, A지점에서 연결된다. 제2 유로(1220)를 통과하는 유체는 제1 유로(1210)의 입구(A) 개방시 제1 유로(1210)로 유입된다. 한편, 제1 유로(1210) 및 제2 유로(1220)는 몸체부(1110)를 금형에 의해 제작할 때 동시에 형성될 수도 있지만, 몸체부를 드릴 등으로 천공하여 형성될 수도 있다. 다른 실시예에서는 금속이나 플라스틱 등으로 일체형으로 제조된 제1 및 제2 유로(1210, 1220)가 몸체부(1110)에 삽입될 수도 있다.

우회 유로(1230)는 제2 유로(1220)에 병렬로 연결된다. 우회 유로(1230)는 몸체부(1110) 내부에서 제2 유로(1220)의 두 지점(B, C)과 연결되며 제2 유로(1220)와 평행이 되도록 위치한다. 제2 유로(1220) 상에서 우회 유로(1230)와 연결되는 두 지점인 B와 C는 제1 유로(1210)와 제2 유로(1220)가 연결되는 지점(A)에 대향하는 측면에 위치하며, A를 사이에 두고 이격되어 위치한다. 우회 유로(1230)는 금형에 의해 형성되거나, 몸체부(1110)를 드릴 등으로 천공하여 형성될 수 있다. 몸체부(1110)를 천공하여 우회 유로(1230)를 형성하는 경우 천공된 유로의 단부를 밀봉 부재로 밀봉하여 유체의 유출을 막는다.

제2 유로(1220)의 내부에는 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220)의 길이 방향으로 이동가능하게 장착된다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 차단 부재(1310)는 원통형으로 형성된다. 차단 부재(1310) 금속 또는 플라스틱의 일종인 폴리머 등으로 형성되어 제2 유로(1220)의 내면에 밀착되어 이동한다. 차단 부재(1310)는 유체의 이동을 차단한다. 다른 실시예에서 차단 부재(1310)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 실패 형상으로 형성될 수 있다. 차단 부재(1310)가 실패 형상으로 형성되는 경우, 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220)의 내면과 접촉하는 단면적이 적어 마찰을 줄일 수 있다. 따라서 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220) 내를 더욱 원활하게 이동할 수 있다.

제1 및 제2 스프링(1410, 1420)은 차단 부재(1310)의 양 단부측에 위치하며 탄성에 의해 각각 차단 부재(1310)의 양 단부를 밀어낸다. 제1 스프링(1410) 또는 제2 스프링(1420)이 차단 부재(1310)를 밀어내는 동작에 의해 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220) 내를 이동한다. 제2 유로(1220)의 양 단부 및 차단 부재(1310)의 양 단부에는 제1 스프링(1410)과 제2 스프링(1420)이 제2 유로(1220) 내부에서 위치가 고정될 수 있도록 고정 수단(1221, 1222, 1312, 1313)이 형성될 수 있다. 고정 수단(1221, 1222, 1312, 1313)에는 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)이 끼워질 수 있는 돌출부가 형성된다. 고정 수단(1221)과 고정 수단(1312)은 제1 스프링(1410)을 고정하고, 고정 수단(1222)과 고정 수단(1313)은 제2 스프링(1420)을 고정한다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 차단 부재(1310), 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)은 하나의 구동 모듈로써 구성될 수 있다. 이 경우 차단 부재(1310), 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)은 지지부(1120)의 둘레에 끼워져 장착될 수 있다. 지지부(1120)의 일단에는 제2 포트(1112)가 연결된다. 차단 부재(1310)는 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)의 탄성에 의해 지지부(1120) 상에서 위치 이동할 수 있다. 차단 부재(1310) 및 지지부(1120)의 양 단부에는 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)의 고정을 위한 고정 수단이 형성될 수 있다. 한편, 지지부(1120)는 내부로 유체를 통과시키는 유로가 형성될 수 있는데, 이러한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

도 3의 (b)에는 구동 모듈이 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에 조립된 상태가 나타나 있다. 이와 같이, 차단 부재(1310), 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)이 일체형으로 구성되는 경우, 구동 모듈을 커플러에 장착시킴으로써 차단 부재(1310), 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)이 제2 유로(1220) 내에 간단하게 장착될 수 있다.

한편, 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420) 중 적어도 하나는 형상 기억 합금으로 형성될 수 있다. 형상 기억 합금이란 외부 힘이 작용하여 형태가 변형되더라도, 가열이나 냉각에 의해 원래의 모양으로 되돌아가는 금속을 말한다. 즉, 형상 기억 합금은 변형되기 전의 형상을 기억하여 특정 조건에서 원래의 형상으로 되돌아가는 성질을 가지고 있다. 본 발명은 형상 기억 합금이 특정 온도에서 원래의 형태로 돌아가는 성질을 이용하여 유체의 온도에 따라 유체의 방향을 전환하고 있다. 한편, 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)은 둘 다 압축 스프링 또는 인장 스프링일 수 있으며, 압축 스프링과 인장 스프링의 혼합 형태가 될 수도 있다. 제1 스프링(1410)과 제2 스프링(1420)의 형태에 따라 다양한 실시예가 도출된다. 도면을 참조하여 다양한 실시예에서 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220) 내부를 이동하는 동작에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 유체의 이동을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 차단 부재의 이동을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 유체 방향의 전환을 나타내는 도면이다.

<실시예 1>

제1 및 제2 스프링(1410, 1420)에 의하여 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220) 내를 이동하는 동작에 대해서 자세히 설명한다. 실시예 1은 제1 스프링(1410)이 형상 기억 합금 압축 스프링이고, 제2 스프링(1420)이 일반 압축 스프링인 경우이다. 제1 스프링(1410)은 외부 온도에 따라 형태가 달라지며, 이에 따라 제2 스프링(1420)과의 관계에서 탄성력의 상대적 크기가 달라진다. 탄성력의 상대적 크기가 달라짐에 따라 차단 부재(1310)가 이동하는 방향이 전환된다. 차단 부재(1310)는 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)의 탄성력의 상대적 크기에 따라 제2 유로(1220) 내를 이동한다.

제1 스프링(1410)은 일정한 온도에서 압축이 되지 않은 초기 형태를 기억한다. 본 실시예에서는 상온, 즉 20℃ 이상에서 초기 형상을 기억하는 것으로 설정된다. 본 실시예에서 제1 스프링(1410)이 초기 형상으로 되돌아가는 온도는 20℃이지만 이에 한정하지 않으며, 제1 스프링(1410)이 초기 형상으로 되돌아가는 온도는 필요에 따라 달리 세팅될 수 있다.

외부의 온도가 낮을 때에는 유체 방향 전환 밸브(1000)의 온도 역시 낮으며, 제1 스프링(1410)은 원래의 형태를 잃어 제1 스프링(1410)의 탄성력보다 제2 스프링(1420)의 탄성력이 더 커진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 차단 부재(1310)는 압축 스프링인 제2 스프링(1420)의 탄성력에 의해 제2 유로(1220)의 왼쪽으로 이동해 있으며, 이에 따라 제1 유로(1210)의 입구측(A)이 개방되고 우회 유로(1230)와 제2 유로(1220)의 접합 지점 B는 폐쇄되어 있다. 외부의 온도가 낮은 상태에서 제3 포트(1113)를 통해 제2 유로(1220)로 유입된 유체는 B 지점이 폐쇄됨에 따라 제2 포트(1112) 측으로 이동하지 못하고 제1 유로(1210)로 이동한다.

반대로 고온의 유체가 유입됨에 따라 유체 방향 전환 밸브의 온도가 높아져 20℃ 이상이 되면, 제1 스프링(1410)은 압축된 상태에서 원래의 형상으로 되돌아가려 하므로, 제1 스프링(1410)의 탄성력이 제2 스프링(1420)의 탄성력보다 커진다. 즉, 제1 스프링(1410)은 원래의 형상인 압축되지 않은 형태로 복원되며, 제2 스프링(1420)은 제1 스프링(1410)의 탄성력에 의해 압축된다. 이에 따라 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 오른편으로 이동하며 제1 유로(1210)의 입구측(A)을 폐쇄시킨다. 제3 포트(1113)를 통해 제2 유로(1220)로 유입된 유체는 C 지점을 통해 우회 유로(1230)를 통과한다. 우회 유로(1230)를 통과한 유체는 B지점을 통해 다시 제2 유로(1220)로 유입되고, 제2 포트(1112) 측으로 이동한다.

다시 유체의 온도가 전환되어 저온의 유체가 유체 방향 전환 밸브(1000) 내로 유입되면, 차단 부재(1310)는 제2 스프링(1420)의 탄성력에 의해 제2 유로(1220)의 왼쪽으로 이동하며 제2 유로(1220)로 유입된 유체는 제1 유로(1210)로 이동한다. 본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(1000)는 유체 온도에 따라 차단 부재(1310)의 위치가 바뀌고, 차단 부재(1310)의 이동에 따라 유체의 이동 방향이 전환된다.

<실시예 2>

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(1000)에서 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)은 인장 스프링으로 형성될 수도 있다. 이 경우 제1 스프링(1410)은 인장 스프링으로, 제2 스프링(1420)은 형상 기억 합금 인장 스프링으로 형성된다. 유체 방향 밸브(1000)는 다음과 같이 동작한다.

형상 기억 합금으로 형성된 제2 스프링(1420)은 일정 온도에서(본 실시예에서는 20℃) 수축되어 있는 초기 형상을 기억한다. 저온의 유체가 유입되는 경우 제2 스프링(1420)은 원래의 형상을 잃으며, 제2 스프링(1420)의 탄성력은 제1 스프링(1410)의 탄성력보다 작아진다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스프링(1410)은 차단 부재(1310)를 끌어 당겨, 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 왼편에 위치한다. 이에 따라 제1 유로(1210)의 입구측(A)이 개방되어 제3 포트(1113)를 통해 유입된 유체가 제1 유로(1210)로 이동한다.

고온의 유체가 유입되어 유체 방향 전환 밸브 내의 온도가 20℃ 이상이 되면, 제2 스프링(1420)은 인장된 상태에서 원래의 형상으로 돌아가려 하므로, 제2 스프링(1420)의 탄성력이 제1 스프링(1410)의 탄성력보다 커진다. 제2 스프링(1420)은 차단 부재(1310)를 끌어당기고, 도 5에 도시된 바와 같이 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 오른쪽으로 이동한다. 이에 따라 차단 부재(1310)는 제1 유로(1210)의 입구(A)를 폐쇄하며 유체가 제1 유로(1210)로 이동하는 것을 차단한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 포트(1113)를 통해 제2 유로(1220)로 유입된 유체는 C 지점을 통해 우회 유로(1230)를 통과한다. 우회 유로(1230)를 통과한 유체는 B지점을 통해 다시 제2 유로(1220)로 유입되고, 제2 포트(1112) 측으로 이동한다.

<실시예 3>

유체 방향 전환 밸브(1000)에서 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)은 둘 다 형상 기억 합금으로 형성되며, 압축 스프링과 인장 스프링의 혼합 형태로 이용될 수도 있다. 본 실시예에서는 제1 스프링(1410)은 형상 기억 합금 압축 스프링으로, 제2 스프링(1420)은 형상 기억 합금 인장 스프링으로 형성된다. 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)은 고온시 원래의 형상으로 복원하도록 설정된다. 이 경우, 저온시 차단 부재(1310)를 밀어낼 수 있도록 제3 포트(1113) 측에 압축 스프링이 더 설치될 수 있다.

저온의 유체가 유입되는 경우 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)은 원래의 형상을 잃고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스프링(1410)은 압축된 상태가, 제2 스프링(1420)은 인장된 상태가 된다. 차단 부재(1310)는 압축 스프링의 탄성력에 의해 제2 유로(1220)의 왼편으로 이동하고, 제1 유로(1210)의 입구측(A)이 개방되므로 제3 포트(1113)를 통해 유입된 유체는 제1 유로(1210)로 이동한다.

고온의 유체가 유입되는 경우, 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)은 원래의 형상으로 돌아가, 제1 스프링(1410)은 인장되며 제2 스프링(1420)은 압축된다. 차단 부재(1310)는 제1 스프링(1410)의 미는 힘과 제2 스프링(1420)의 당기는 힘에 의해 제2 유로(1220)의 오른편으로 이동하고, 제1 유로(1210)의 입구측(A)이 폐쇄되고 우회 유로(1230)의 B 지점이 개방되므로, 제3 포트(1113)를 통해 유입된 유체는 우회 유로(1230)를 통해 제2 유로(1220)를 통과하여 제2 포트(1112) 측으로 이동한다.

<실시예 4>

본 발명의 유체 방향 전환 밸브(1000)에서 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)은 제1 및 제2 스프링(1410, 1420) 중 적어도 하나가 이방향성 형상 기억합금으로 형성될 수 있다. 이방향성 형상 기억 합금이란 고온에서의 형상과 저온시의 형성을 모두 기억하여 가역적으로 형상이 변형하는 금속을 말한다. 즉, 스프링의 가공시 임의로 기억된 형상 회복 온도에 도달하면 형상회복력을 갖게 되어 최초의 형상으로 복원되지만, 온도가 이에 미치지 못하면 형상회복력이 상실되어 탄성력이 약해짐으로써 늘어나게 된다.

본 실시예에서 제1 스프링(1410)은 이방향성 형상 기억 합금으로 형성된 압축 스프링이고, 제2 스프링(1420)은 일반 압축 스프링이다. 제1 및 제2 스프링(1410, 1420)이 차단 부재(1310)를 이동시키는 동작은 다음과 같다. 유체의 온도가 낮은 경우 제1 스프링(1410)은 저온에서의 형상을 갖는다. 즉, 제1 스프링(1410)은 저온시 압축된 형상을 가지며, 차단 부재(1310)는 제1 스프링(1410)에 의해 제2 유로(1220)의 왼쪽으로 이동하고 유체는 제1 유로(1210)로 이동한다.

반대로, 유체의 온도가 높아지면 제1 스프링(1410)은 고온시 압축되지 않은 형태로 복원되며, 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 오른편으로 이동하여 제1 유로(1210)의 입구(A)를 차단한다. 유체는 우회유로(1230)를 통과하여 제2 포트(1112) 측으로 이동한다. 본원 발명은 제1 스프링(1410)이 온도에 따라 다른 형상으로 변형함으로써, 밸브 내에 유입되는 유체의 온도에 따라 유체의 이동 방향을 전환할 수 있다. 여기서, 제2 스프링(1420)은 제거되고, 이방향성 형상 기억 합금으로 된 제1 스프링(1410)만으로 차단 부재(1310)의 이동이 제어될 수도 있다.

<실시예 5>

실시예 5에서는 제2 스프링(1420)이 이방향성 형상 기억 합금으로 형성된 인장 스프링이고, 제1 스프링(1410)은 일반 인장 스프링일 수 있다.

유체의 온도가 낮은 경우 제2 스프링(1420)은 저온에서의 형상인 인장된 형상을 가지며, 차단 부재(1310)는 제2 스프링(1420)에 의해 제2 유로(1220)의 왼쪽으로 이동하고 유체는 제1 유로(1210)로 이동한다.

반대로, 유체의 온도가 높아지면 제2 스프링(1420)은 고온시 인장되지 않은 원래의 형태로 복원되며, 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 오른편으로 이동하여 제1 유로(1210)의 입구(A)를 차단한다. 유체는 우회유로(1230)를 통과하여 제2 포트(1112) 측으로 이동한다. 여기서도 마찬가지로, 제1 스프링(1410)은 제거되고, 이방향성 형상 기억 합금으로 된 제2 스프링(1420)만으로 차단 부재(1310)의 이동이 제어될 수 있다.

<실시예 6>

실시예 6에서는 제1 스프링(1410)은 이방향성 형상 기억 합금으로 형성된 압축 스프링이고, 제2 스프링(1420)은 이방향성 형상 기억 합금으로 형성된 인장 스프링이다. 제1 스프링(1410)은 저온시 압축된 형상을, 고온시 압축되지 않은 원래의 형상을 기억하고, 제2 스프링(1420)은 저온시 인장된 형상을, 고온시 인장되지 않은 원래의 형상을 기억한다.

유체의 온도가 낮은 경우 제1 스프링(1410)은 압축된 형상을, 제2 스프링(1420)은 인장된 형상을 가진다. 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)의 형태에 의해 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 왼쪽으로 이동하고 유체는 제1 유로(1210)로 이동한다.

반대로, 유체의 온도가 높아지면 제1 스프링(1410)은 압축되지 않은 원래의 형상으로, 제2 스프링(1420)은 인장되지 않은 원래의 형태로 복원되며, 차단 부재(1310)는 제2 유로(1220)의 오른편으로 이동하여 제1 유로(1210)의 입구(A)를 차단한다. 유체는 우회유로(1230)를 통과하여 제2 포트(1112) 측으로 이동한다. 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)을 모두 이방향성 형상 기억 합금을 이용함으로써, 차단 부재(1310)의 위치 제어를 더욱 정확하게 할 수 있다.

본 발명의 따른 유체 방향 전환 밸브는 상술한 실시예에 한정할 것은 아니며, 스프링의 종류 및 형상 기억 합금의 종류에 따라 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 스프링이 초기 형상으로 돌아가는 온도는 원하는 온도로 다양하게 설계할 수 있으며, 제1 스프링(1410) 및 제2 스프링(1420)은 압축 또는 인장됨에 있어 스프링의 탄성 한계 이하로 설계되도록 한다.

도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(1000)는 세 개의 포트(1111, 1112, 1113)을 구비하나, 필요에 따라 제1 유로(1210)의 방향을 변경하여 설계할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(1000)는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 4개의 포트(1111a, 1111b, 1112, 1113)를 구비할 수도 있다. 유체 방향 전환 밸브(1000)는 제3 유로(1250)를 더 구비하며, 제3 유로(1250)는 포트 1111b로부터 유입된 유체를 포트 1111a 측으로 통과시킨다. 차단 부재(1310)가 제2 유로(1220)의 왼편에 위치하여 제1 유로(1210)의 입구(A)를 개방되었을 때, 제1 유로(1210)로 유입된 유체는 제3 유로(1250)를 통과하는 유체에 합류될 수 있다. 유체 방향 전환 밸브(1000)는 포트의 위치 및 개수를 다양하게 설계함으로서 다양한 목적으로 사용할 수 있다.

도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이고, 도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브를 나타내는 도면이다.

본 발명의 유체 방향 전환 밸브는 밸브에 유입된 유체의 일부를 제2 유로를 항상 통과하게 하고, 유체의 일부에 대해서만 방향을 전환할 수 있다. 소량의 유체를 제1 스프링 방향으로 이동시킴으로써 제1 스프링에 유체의 온도를 전달시킬 수 있으며, 유체의 온도에 따라 유체 방향을 정확히 제어할 수 있다.

구체적으로, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(7000)는 몸체부(7110), 제1 유로(7210), 제2 유로(7220), 우회 유로(7230), 내부 유로(7240), 차단 부재(7310), 제1 스프링(7410), 제2 스프링(7420)을 포함한다.

몸체부(7110)는 3개의 포트(7111, 7112, 7113)를 구비한다. 유체 방향 전환 밸브(7000)는 유체관의 중간에 개재되어, 유체의 이동 방향을 전환한다. 몸체부(7110)에 구비된 각각의 포트(7111, 7112, 7113)는 유체관에 각각 연결된다. 몸체부(7110)는 금속 및 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 금형에 의해 제조될 수 있다.

제1 유로(7210)는 몸체부(7110) 내부에 형성되며, 제1 유로(7210)의 일단에는 유체관과 결합되는 제1 포트(7111)가 연결된다. 제1 유로(7210)로 유입된 유체는 제1 포트(7111)에 연결된 유체관으로 이동한다. 제1 유로(7210)는 금형에 의해 형성되나, 이에 한정하지는 않으며, 몸체부(7110)를 드릴 등으로 천공하여 형성될 수도 있다.

제2 유로(7220)는 몸체부(7110) 내부에 위치하며, 제1 유로(7210)와 연결된다. 제2 유로(7220)의 양단에는 제2 및 제3 포트(7112, 7113)가 위치하며, 제3 포트(7113)에 연결된 유체관으로부터 유입된 유체가 제2 유로(7220)를 통과한다. 제2 유로(7220) 역시 금형에 의해 형성되거나, 몸체부(7110)를 드릴 등으로 천공하여 형성될 수 있다. 제2 유로(7220)는 제1 유로(7210)와 수직으로 형성될 수 있으나 이에 한정하지는 않으며, 필요에 따라 유로의 방향을 다양하게 설계할 수 있다.

우회 유로(7230)는 제2 유로(7220)에 병렬로 연결된다. 우회 유로(7230)는 몸체부(7110) 내부에서 제2 유로(7220)의 두 지점(B, C)과 연결되어 제2 유로(7220)와 평행이 되도록 위치한다. 제2 유로(7220) 상에서 우회 유로(7230)와 연결되는 두 지점인 B와 C는 제1 유로(7210)와 제2 유로(7220)가 연결되는 지점(A)의 대향 측면에, A를 사이에 두고 이격되어 위치한다.

내부 유로(7240)는 제2 유로(7220)의 내부에 길이 방향으로 위치한다. 내부 유로(7240)의 직경은 제2 유로(7220)의 내경보다 작으며, 일단이 제2 포트(7112) 측에 위치한 고정 부재(7221)에 의해 고정된다. 내부 유로(7240)의 타단은 제3 포트(7113) 측과 일정 간격 이격되어 있다. 내부 유로(7240)와 제3 포트(7113)의 이격된 틈에 의해 유동되는 유체의 일부는 내부 유로(7240)로, 일부는 제2 유로(7220) 내로 유입된다. 내부 유로(7240) 내로 유입되는 유체의 양은 내부 유로(7240)의 입구 크기를 통해 조절할 수 있다. 내부 유로(7240)의 입구를 직경이 작은 홀로 형성하는 경우 소량의 유체가 유입된다. 내부 유로(7240)의 제2 포트(7112) 측 일단에는 유체가 통과할 수 있는 홀(미도시)이 형성된다.

제2 유로(7220) 내에서 내부 유로(7240)의 둘레에는 차단 부재(7310)가 이동가능하게 장착된다. 차단 부재(7310)는 원통 형상 또는 실패 형상으로 형성된다. 이때 차단 부재(7310)에는 내부 유로(7240)가 통과할 수 있도록 중앙에 홀이 형성된다. 차단 부재(7310)는 금속 및 플라스틱 등으로 형성되어, 유체의 이동을 차단한다. 차단 부재(7310)가 실패 형상으로 형성되는 경우 차단 부재(7310)가 제2 유로(7220)의 내면과 접촉하는 단면적이 좁아 마찰을 줄일 수 있다.

제1 및 제2 스프링(7410, 7420)은 제2 유로(7220)의 양 단부측에 위치하며 탄성력에 의해 각각 차단 부재(7310)의 양단을 밀어낸다. 제1 및 제2 스프링(7410, 7420)은 내부 유로(7240)의 둘레에 위치된다. 제1 스프링(7410)은 형상 기억 합금으로 형성된 압축 스프링, 제2 스프링(7420)은 일반적인 압축 스프링으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 스프링(7410, 7420)은 외부 온도에 따라 탄성력의 크기가 달라지며, 이에 따라 차단 부재(7310)가 이동되는 방향이 달라진다. 차단 부재(7310)는 제1 및 제2 스프링(7410, 7420)의 탄성력의 크기 차이에 따라 제2 유로(7220) 내를 이동한다. 제1 스프링(7410)이 초기 형상으로 되돌아가는 온도는 필요에 따라 달리 세팅될 수 있다. 예를 들어, 제1 스프링(7410)은 상온(20℃)에서 초기 형상으로 돌아가도록 설계될 수 있다.

한편, 제2 유로(7220)의 양 단부 및 차단 부재(7310)의 양 단부에는 제1 스프링(7410) 및 제2 스프링(7420)의 단부가 제2 유로(7220) 내부에서 고정될 수 있도록 고정 수단을 구비할 수도 있다. 고정 수단에는 제1 스프링(7410) 및 제2 스프링(7420)이 끼워질 수 있는 돌출부가 형성될 수 있다.

한편, 차단 부재(7310), 제1 스프링(7410) 및 제2 스프링(7420)이 하나의 구동 모듈로써 구성되는 경우 내부 유로(7240)가 지지부의 역할을 대신 할 수 있다. 차단 부재(7310), 제1 및 제2 스프링(7410, 7420)는 내부 유로(7240)의 둘레에 장착되어, 차단 부재(7310)가 제1 스프링(7410) 및 제2 스프링(7420)의 탄성에 의해 내부 유로(7240) 상에서 위치 이동할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브에서 제1 및 제2 스프링(7410, 7420)에 의하여 유체의 방향이 전환되는 동작은 상술한 실시예와 유사하며, 차이점에 대해서만 설명한다.

본 실시예에서는 제1 스프링(7410)은 형상 기억 합금 압축 스프링, 제2 스프링(7420)은 일반 압축 스프링으로 형성된다. 본 실시예에서 제1 스프링(7410)은 상온, 즉 20℃ 이상에서 원래의 형상을 기억하는 것으로 한다. 외부의 온도가 20℃보다 낮을 때에는 제1 스프링(7410)은 원래의 형태를 잃으며, 제1 스프링(7410)의 탄성력은 제2 스프링(7420)의 탄성력보다 더 작다. 즉, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 차단 부재(7310)는 압축 스프링인 제2 스프링(7420)의 탄성력에 의해 제2 유로(7220)의 왼쪽으로 이동해 있으며, 이에 따라 제1 유로(7210)의 입구측(A)이 개방되고 우회 유로(7230)와 제2 유로(7220)의 접합 지점 B는 폐쇄되어 있다. 제3 포트(7113)를 통해 유입된 유체 중 일부는 내부 유로(7240)로 유입되며, 일부는 제2 유로(7220)로 유입된다. 내부 유로(7240)로 유입된 유체는 항상 제2 포트(7112) 측으로 이동한다. 제2 유로(7220)로 유입된 유체는 우회 유로(7230)가 폐쇄됨에 따라 제1 유로(7210)로 이동한다. 즉, 제3 포트(1113)로부터 유입된 유체 중 일부는 제2 포트(1112)로, 일부는 제1 포트(1111)로 이동한다. 외부 온도가 낮아 초기에 차단 부재(7310)가 제2 유로(7220)의 왼편에 위치하더라도, 내부 유로(7230)에 유입된 소량의 고온 유체에 의해 제1 스프링(7420)이 가열되어 원래의 형상으로 돌아가면, 차단 부재(7310)의 이동에 의해 유체의 방향이 전환된다.

고온의 유체가 유입되어 제1 스프링(7410)의 온도가 20℃ 이상이 되면, 제1 스프링(7410)은 압축된 상태에서 압축되지 않은 초기 형상으로 복원되려 하므로, 제1 스프링(7410)의 탄성력이 제2 스프링(7420)의 탄성력보다 커진다. 즉, 제1 스프링(7410)은 압축되지 않은 원래의 형상으로 복원되며, 제2 스프링(7420)은 제1 스프링(7410)의 탄성력에 의해 압축된다. 이에 따라 차단 부재(7310)는 제2 유로(7220)의 오른편으로 이동하며 제1 유로(7210)의 입구측(A)이 폐쇄된다. 제3 포트(7113)를 통해 유입된 유체 중 일부는 내부 유로(7240)로 유입되며, 일부는 제2 유로(7220) 내로 유입되어 C 지점을 통해 우회 유로(7230)를 통과한다. 우회 유로(7230)를 통과한 유체는 B지점을 통해 다시 제2 유로(7220)의 왼편으로 유입되고, 내부 유로(7240)에 형성된 홀을 통하여 제2 포트(7112) 측으로 이동한다. 즉, 제3 포트(1113)로부터 유입된 유체는 전량이 제2 포트(1112)를 통해 유출된다. 유체 방향 전환 밸브(7000)에 내부 유로(7240)가 구비되는 경우, 일부 유체의 방향만을 전환함으로써 유량을 조절할 수 있는 효과가 있다. 한편, 유체 방향 전환 밸브(7000) 내로 다시 저온의 유체가 유입되면, 내부 유로(7240)로 저온의 유체가 이동하여 제1 스프링(7410)에 열을 전달하고, 제1 스프링(7410)의 온도가 낮아져 원래의 형상을 잃으면서 차단 부재(7310)가 이동하고 유체의 방향이 전환된다.

본 발명의 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(7000)는 유체의 온도에 따라 차단 부재(7310)가 이동하고, 차단 부재(7310)의 이동에 따라 유체의 이동 방향이 전환된다. 즉, 유체의 온도에 따라서 유체의 이동 방향을 전환할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(7000)에서 제1 및 제2 스프링(7410, 7420)은 인장 스프링의 형태일 수 있다. 즉, 제1 스프링(7410)은 인장 스프링으로, 제2 스프링(7420)은 형상 기억 합금 인장 스프링으로 형성될 수 있다. 이 경우, 유체 방향 밸브(7000)의 동작은 상술한 실시예와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

상술한 실시예에서는 제1 스프링(7410) 및 제2 스프링(7420)이 압축 스프링이거나 인장 스프링인 경우를 설명하였지만 이에 한정하지 않으며, 스프링의 종류 및 형상 기억 합금의 종류에 따라 다양한 실시예가 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 방향 전환 밸브(7000)에서는 포트의 위치 및 개수를 변경하여 설계할 수 있다. 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 유체 방향 전환 밸브(7000)는 세 개의 포트(7111, 7112, 7113)을 구비하거나, 네 개의 포트(7111a, 7111b, 7112, 7113)를 구비할 수도 있다.

본 발명에 따른 유체 방향 전환 밸브는 예를 들어 경유 보일러의 연료 회수 시스템에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 유체 방향 전환 밸브는 보일러의 연료 탱크가 과냉각으로 어는 것을 방지하기 위해서 가열된 연료를 연로 탱크로 이동하도록 연료의 방향을 전환할 수 있다.

본 발명에 따른 유체 방향 전환 밸브는 밸브에 유입되는 유체의 온도에 따라 유체의 방향을 전환시키는 데 유용하게 사용될 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1000, 7000 : 유체 방향 전환 밸브
1110, 7110 : 몸체부 1111, 1112, 1113 : 포트
7111, 7112, 7113 : 포트 1210, 7210 : 제1 유로
1220, 7220 : 제2 유로 1221, 1222 : 고정 수단
1230, 7230 : 우회 유로 1310, 7310 : 차단 부재
1312, 1313 : 고정 수단 1410, 7410 : 제1 스프링
1420, 7420 : 제2 스프링 7240 : 내부 유로

Claims (3)

1. 몸체부;
   상기 몸체부 내부에 형성되며 유체가 통과하는 제1 유로 및 제2 유로;
   상기 제2 유로에 병렬로 연결되는 우회 유로;
   상기 제2 유로 내부에 길이 방향으로 위치하는 내부 유로;
   상기 제2 유로 내에서 상기 내부 유로 둘레에 이동 가능하게 장착되는 차단 부재; 및
   상기 차단 부재의 양측에 위치하며 상기 차단 부재의 위치를 조절하는 제1 스프링 및 제2 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 방향 전환 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스프링 및 상기 제2 스프링 중 적어도 하나는 형상 기억 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 방향 전환 밸브.
3. 삭제

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