KR101392938B1

KR101392938B1 - 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브

Info

Publication number: KR101392938B1
Application number: KR1020120140518A
Authority: KR
Inventors: 강상모; 김다은; 최원열; 김국겸; 김관수
Original assignee: 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-05-12

Abstract

본 발명은 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브에 관한 것으로, 본 발명의 유로제어 밸브는 냉수 또는 온수를 공급하는 공급유로와 상기 공급유로에서 분기된 제1분기유로 및 제2분기유로의 교차 지점에 회전 가능하게 설치되며, 서로 다른 열팽창계수를 갖는 2개의 금속이 접합된 바이메탈 금속으로 이루어지고, 'S'자 형태의 단면을 갖도록 되어 상기 공급유로를 통해 유동하는 유체의 온도에 따라 형태가 가변되면서 회전하여 공급유로에서 제1분기유로로 연결되는 유로와, 공급유로에서 제2분기유로로 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브플레이트와; 상기 밸브플레이트의 회전을 위치를 제한하는 회전제한수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브를 제공한다.

Description

바이메탈을 이용한 유로제어 밸브{Valve for Controlling Flow Path Using Bimetal}

본 발명은 유체의 유동 방향을 전환하는 유로제어 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 열팽창계수를 갖는 복수의 금속을 접합한 바이메탈 금속을 물결(wave) 또는 S자 형태로 제작하여 유체 유로의 분기점에 설치하여 유로를 통해 공급되는 유체의 온도에 따라 바이메탈 금속이 변형되면서 유체의 압력에 따라 회전하여 유체의 방향을 전환시킬 수 있도록 한 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 보일러는 가스 또는 기름를 연료로 이용하여 연소시키고, 연소과정에서 발생되는 열을 이용하여 열교환을 통해 물을 가열하며, 이러한 열교환을 통해 가열된 물을 실내에 설치된 난방배관을 따라 각 방으로 순환시켜 난방을 하거나 목욕탕과 싱크대 등에 온수를 공급한다.

통상적으로 보일러는 가동한 후 어느 정도의 시간이 경과된 후에 주방의 씽크대 또는 욕실의 샤워기 및 세면대에 설치된 수전을 통해 보일러에서 열교환된 따뜻한 온수를 공급할 수 있었다.

따라서, 온수를 한동안 사용하지 않은 상태에서 온수를 사용하기 위해 수전을 작동시키게 되면 보일러와 수전 사이에 연결 설치된 공급관 내부의 물은 가열되지 않은 차가운 상태이기 때문에 상기 수전을 통해 찬물이 나오게 된다.

따라서, 겨울철에 사용자는 온수가 공급될 때까지 수초에서 수십초 동안 가열되지 않은 냉수를 그대로 버리게 되어 불필요한 물의 낭비를 야기시켰다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 수전에 별도의 바이패스호스를 연결하고 상기 바이패스호스에 물탱크를 연결하며, 상기 수전과 바이패스호스 사이에 온도센서 및 상기 온도센서에 의해 감지된 유체의 온도에 따라 유로를 전환하여 바이패스호스 또는 샤워호스로 선택적으로 유체를 공급하는 전자식 유로제어 밸브를 설치하여, 초기에 냉수가 공급될 때에는 바이패스호스를 통해 냉수를 물탱크에 공급하여 저장한 후, 일정 온도 이상으로 가열된 온수가 공급될 때 전자식 유로제어 밸브가 유로를 전환하여 샤워기 헤드로 온수가 공급되도록 하는 절수장치가 개발되었다.

그러나 종래의 절수장치에서 냉온수의 유로 제어에 사용되는 전자식 유로제어 밸브는 온도센서를 필수적으로 수반하게 되므로 그 구조가 복잡하고, 설치에 많은 비용과 노력이 요구되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 바이메탈 금속으로 된 밸브플레이트가 유체의 온도에 따라 형태가 가변되면서 회동하여 자동으로 유로를 전환할 수 있도록 함으로써 구조적으로 단순하고 설치가 용이한 유로제어 밸브를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브는, 냉수 또는 온수를 공급하는 공급유로와 상기 공급유로에서 분기된 제1분기유로 및 제2분기유로의 교차 지점에 회전 가능하게 설치되며, 서로 다른 열팽창계수를 갖는 2개의 금속이 접합된 바이메탈 금속으로 이루어지고, 'S'자 형태의 단면을 갖도록 되어 상기 공급유로를 통해 유동하는 유체의 온도에 따라 형태가 가변되면서 회전하여 공급유로에서 제1분기유로로 연결되는 유로와, 공급유로에서 제2분기유로로 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브플레이트와; 상기 밸브플레이트의 회전을 위치를 제한하는 회전제한수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브를 제공한다.

본 발명에 따르면, 관로를 따라 유동하는 유체의 온도에 따라 바이메탈로 된 밸브플레이트의 형태가 변형되면서 밸브플레이트에 가해지는 압력 분포가 가변되어 밸브플레이트가 회전하게 되고, 이에 따라 유로가 원하는 방향으로 전환될 수 있게 된다. 따라서 압력센서나 기타 전기적인 장치를 사용하지 않고 간단한 장치로 용이하게 유로를 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로제어 밸브의 단면도이다.
도 2는 도 1의 유로제어 밸브의 바이메탈 밸브플레이트의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 유로제어 밸브를 통해 냉수가 유동하는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 유로제어 밸브를 통해 온수가 유동하여 밸브플레이트의 형태가 변환된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 1의 유로제어 밸브를 통해 온수가 유동하는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로제어 밸브의 단면도로, 도 6은 냉수가 유동하는 상태를 나타내고, 도 7은 온수가 유동하는 상태를 나타낸다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 유로제어 밸브의 일 실시예를 나타낸다. 이 실시예의 유로제어 밸브는 3방향 밸브(3-way valve)로서, 냉수 또는 온수를 공급하는 공급유로(1)와 상기 공급유로(1)에서 분기된 제1분기유로(2) 및 제2분기유로(3)의 교차 지점에 고정되게 설치되는 밸브하우징(10)과, 상기 밸브하우징(10) 내측에 회전축(21)을 중심으로 회전하면서 유로를 전환시키는 바이메탈 금속으로 된 밸브플레이트(20)와, 상기 밸브하우징(10) 내측면에 돌출되게 형성되어 밸브플레이트(20)의 회전 범위를 제한하기 위한 회전제한수단을 형성하는 복수개의 스톱퍼(30)를 포함한다.

상기 공급유로(1)는 보일러와 연결되어 보일러로부터 온수를 공급받는다. 이 실시예에서 상기 제1분기유로(2)는 냉수 유로이며, 제2분기유로(3)는 온수 유로이다.

상기 밸브하우징(10)은 대략 구(球)형태를 가지며, 상기 공급유로(1)와 연통되는 유입구(11)와, 상기 제1분기유로(2)와 연통되게 형성되는 제1배출구(12)와, 상기 제2분기유로(3)와 연통되게 형성되는 제2배출구(13)를 구비한다. 또한 상기 밸브하우징(10)은 상기 공급유로(1)와 제1분기유로(2)의 연결부와 연접하는 부분(14)과, 상기 공급유로(1)와 제2분기유로(3)의 연결부와 연접하는 부분(15) 및 제1분기유로(2)와 제2분기유로(3)의 연결부와 연접하는 부분(16)이 상기 밸브플레이트(20)의 외주연부의 회전 곡률과 대응하는 곡면으로 이루어져 밸브플레이트(20)가 회전할 때 밸브플레이트(20)와 간섭이 발생하지 않도록 되어 있다.

상기 밸브플레이트(20)는 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 대략 원반형태로 이루어지며, 중심부에 상기 밸브하우징(10) 내부에 회전이 자유롭게 연결되는 회전축(21)을 구비한다. 상기 밸브플레이트(20)는 중심부의 회전축(21)을 기준으로 양측이 서로 반대방향으로 굴곡져 대략 'S'자형 또는 물결(wave) 무늬 형태의 단면을 갖는다. 상기 밸브플레이트(20)는 열팽창계수가 서로 다른 2개의 금속을 접합시킨 바이메탈 금속으로서, 열이 가해지게 되면 변형되어 이전과는 반대 방향으로 굴곡된 형태를 갖게 된다.

상기 스톱퍼(30)들은 상기 밸브하우징(10)의 내부에 내측으로 돌출되게 형성되어, 상기 밸브플레이트(20)의 일측 끝단부와 접촉하면서 밸브플레이트(20)의 회전을 제한하고, 이로써 공급유로(1)를 통해 유동하는 유체가 제1분기유로(2) 또는 제2분기유로(3)만 원활하게 공급될 수 있게 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 유로제어 밸브는 다음과 같이 작동한다.

먼저 도 1에 도시된 것과 같은 초기 상태에서 사용자가 온수를 사용하기 위해 수전을 작동시키면, 초기에는 배관에 잔류하는 냉수가 상기 공급유로(1)를 통해 공급된다. 상기 공급유로(1)로부터 밸브하우징(10)의 유입구(11)를 통해 내부로 유입된 냉수는 밸브플레이트(20)와 부딪히게 된다. 이 때 밸브플레이트(20)의 오목한 부분이 볼록한 부분에 비해 많은 압력을 받게 되므로 밸브플레이트(20)는 오목한 부분에서부터 볼록 부분으로, 즉 도면상 반시계방향으로 회전하여 도 3에 도시된 것과 같이 유입구(11)와 제1배출구(12)로 연결되는 유로를 개방하고, 유입구(11)와 제2배출구(13)로 연결되는 유로를 폐쇄한다.

이에 따라 공급유로(1)를 통해 공급되는 냉수가 밸브하우징(10)의 제1배출구(12)를 통해서 제1분기유로(2)로 흘러가게 된다.

한편 시간이 지나 공급유로(1)에 잔류하고 있던 냉수가 모두 배출되고 공급유로(1)를 통해 온수가 공급되면, 밸브플레이트(20)가 온수에 의해 가열되어 도 4에 도시된 것과 같이 밸브플레이트(20)의 형태가 이전과는 반대로 굴곡진 형태로 변경된다.

이에 따라 밸브플레이트(20)의 오목한 부분과 볼록한 부분이 반대로 되면서 압력 분포가 반대로 되어 밸브플레이트(20)가 이전과는 반대 방향, 즉 도면상 시계방향으로 회전하게 되고, 도 5에 도시된 것과 같이 유입구(11)와 제2배출구(13)로 연결되는 유로가 개방되고, 유입구(11)와 제1배출구(12)로 연결되는 유로가 폐쇄된다.

따라서 공급유로(1)를 통해 공급되는 온수가 밸브하우징(10)의 유입구(11) 및 제2배출구(13)를 통해서 제2분기유로(3)로 흘러가게 된다.

공급유로(1)를 통해 공급되는 유체가 온수에서 냉수로 전환되면, 밸브플레이트(20)가 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 상태로 다시 변형되어 유로가 전환된다.

이와 같이 본 발명의 유로제어 밸브는 관로를 따라 유동하는 유체의 온도에 따라 바이메탈로 된 밸브플레이트(20)의 형태가 변형되면서 밸브플레이트(20)에 가해지는 압력 분포가 가변되어 밸브플레이트(20)가 회전하게 되고, 이에 따라 유로가 원하는 방향으로 전환될 수 있게 된다.

한편 전술한 실시예에서는 밸브하우징(10) 내부에 밸브플레이트(20)를 설치하였지만, 도 6 및 도 7에 다른 실시예로 도시한 것과 같이 밸브하우징(10)을 구성하지 않고, 바로 밸브플레이트(20)를 공급유로(1)와 제1분기유로(2) 및 제2분기유로(3)의 교차 지점에 회전축(21)을 중심으로 회전하도록 설치하여 유로를 제어할 수도 있다. 이 경우, 상기 공급유로(1)와 제1분기유로(2)의 연결부와, 공급유로(1)와 제2분기유로(3)의 연결부 각각에 회전제한수단이 스톱퍼(30)를 돌출되게 형성하여, 밸브플레이트(20)가 유로를 전환시킨 상태에서 더 이상 회전하지 않고 스톱퍼(30)에 의해 지지됨으로써 원활하고 확실한 유로 제어가 가능하게 함이 바람직하다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 공급유로 2 : 제1분기유로
3 : 제2분기유로 10 : 밸브하우징
11 : 유입구 12 : 제1배출구
13 : 제2배출구 20 : 밸브플레이트
21 : 회전축 30 : 스톱퍼

Claims

냉수 또는 온수를 공급하는 공급유로(1)와 상기 공급유로(1)에서 분기된 제1분기유로(2) 및 제2분기유로(3)의 교차 지점에 설치되며, 중간 부분에 양측으로 돌출되어 제1분기유로(2) 및 제2분기유로(3)의 교차 지점에 회전이 자유롭게 연결되는 회전축(21)이 구비되고, 서로 다른 열팽창계수를 갖는 2개의 금속이 접합된 바이메탈 금속으로 이루어져 상기 회전축(21)을 기준으로 양측이 서로 반대방향으로 굴곡져 'S'자 형태의 단면을 갖도록 되어, 상기 공급유로(1)를 통해 유동하는 유체의 온도에 따라 반대 방향으로 굴곡진 형태로 가변되면서 유체에 의해 회전축(21)을 중심으로 회전하여 공급유로(1)에서 제1분기유로(2)로 연결되는 유로와 공급유로(1)에서 제2분기유로(3)로 연결되는 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브플레이트(20)와;
상기 밸브플레이트(20)의 회전을 위치를 제한하는 회전제한수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 회전제한수단은 상기 공급유로(1)와 제1분기유로(2)의 연결부와, 공급유로(1)와 제2분기유로(3)의 연결부 각각에 내측으로 돌출되게 형성된 스톱퍼(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 공급유로(1)와 제1분기유로(2) 및 제2분기유로(3)의 교차 지점에 고정되게 설치되며, 상기 공급유로(1)와 연통되는 유입구(11)와, 상기 제1분기유로(2)와 연통되게 형성되는 제1배출구(12)와, 상기 제2분기유로(3)와 연통되게 형성되는 제2배출구(13)를 구비하며, 내측 공간에 상기 밸브플레이트(20)가 회전 가능하게 설치되는 밸브하우징(10)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브.
제3항에 있어서, 상기 회전제한수단은 상기 밸브하우징(10) 내측에 돌출되게 형성되어 밸브플레이트(20)와 접촉하는 복수개의 스톱퍼(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브.
제3항에 있어서, 상기 밸브하우징(10)은 상기 공급유로(1)와 제1분기유로(2)의 연결부와 연접하는 부분(14)과, 상기 공급유로(1)와 제2분기유로(3)의 연결부와 연접하는 부분(15) 및 제1분기유로(2)와 제2분기유로(3)의 연결부와 연접하는 부분(16)이 상기 밸브플레이트(20)의 외주연부의 회전 곡률과 대응하는 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이메탈을 이용한 유로제어 밸브.