KR101408071B1 - 고온용 압전 구동식 밸브 시스템 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 구동 온도 변화에 따라 강성이 변화하는 일반적인 레버와는 달리 온도 변화도 강성 변화가 민감하지 않은 레버를 제공할 수 있는 고온용 압전 구동식 밸브 시스템에 관한 것으로서, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 압전 구동식 밸브 시스템은, 압전 작동기와, 상기 압전 작동기에서 발생하는 변위를 증폭하는 레버와, 상기 레버의 일부분을 고정되게 지지하는 힌지와, 상기 레버에 의해 증폭된 변위에 의해 유량을 제어하는 스풀을 포함하는 압전 구동식 밸브 시스템에 있어서, 상기 레버는 형상 기억 합금을 포함할 수 있다.

Description

고온용 압전 구동식 밸브 시스템{PIEZOELECTRICALLY DRIVEN VALVE SYSTEM FOR HIGH-TEMPERATURE}

본 명세서는 고온용 압전 구동식 밸브 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 압전 구동식 밸브 시스템은 크게 압전 작동기, 스풀(spool), 변위 확대 기구로 나누어져 있으며, 상기 변위 확대 기구는 일반적으로 힌지-레버 형태가 사용되고 있다. 압전 작동기에 전압을 인가하게 되면, 전압에 의해 변위가 발생하는 압전 작동기의 성질에 의하여 레버를 움직이게 된다. 이러한 레버의 변위에 따라 레버 끝단에 결합되는 스풀이 이동하게 되며, 스풀의 변위에 따라 유로가 개방/폐쇄됨으로 유량을 제어할 수 있다. 하지만 이러한 밸브는 구동 온도가 일정한 밸브에는 문제없이 사용할 수 있지만, 고온 환경에서 사용되는 밸브에 대해서는 온도 변화에 따른 레버의 강성이 낮아짐에 따라 밸브의 응답속도가 낮아지고, 작동가능한 주파수 영역이 좁아지는 등의 문제가 발생하게 된다. 만약 레버를 두껍게 제작하면 작동 온도 변화에도 정밀한 위치제어가 가능해 지지만, 레버 자중이 커짐에 따른 관성력이 커지게 되고, 레버의 크기도 커지는 단점을 가지게 된다. 종래 기술에 따른 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브는 한국 특허 출원 번호 10-2005-0013218에 개시되어 있다.

본 명세서는 형상기억 합금이 적용된 레버를 구성함으로써, 구동 온도 변화에 따라 강성이 변화하는 일반적인 레버와는 달리 온도 변화에도 강성 변화가 민감하지 않은 레버를 제공할 수 있는 고온용 압전 구동식 밸브 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 압전 구동식 밸브 시스템은, 압전 작동기와, 상기 압전 작동기에서 발생하는 변위를 증폭하는 레버와, 상기 레버의 일부분을 고정되게 지지하는 힌지와, 상기 레버에 의해 증폭된 변위에 의해 유량을 제어하는 스풀을 포함하는 압전 구동식 밸브 시스템에 있어서, 상기 레버는 형상 기억 합금을 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 형상 기억 합금은 온도가 상승함에 따라 강성이 증가하는 성질을 가질 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 레버는, 레버 몸체와; 상기 레버 몸체에 부착된 상기 형상 기억 합금을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 형상기억 합금이 적용된 레버를 구성함으로써, 구동 온도 변화에 따라 강성이 변화하는 일반적인 레버와는 달리 온도 변화에도 강성 변화가 민감하지 않은 레버를 제공할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 형상기억 합금이 적용된 레버를 통해 스풀의 정확한 위치제어가 가능해지며, 결과적으로 온도변화에도 우수한 유량 제어 성능을 가지는 밸브 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템의 구성을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템에 적용된 레버를 나타낸 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

일반적으로, 압전 구동식 밸브 시스템은 크게 압전 작동기, 스풀(spool), 변위 확대 기구로 나누어져 있으며, 상기 변위 확대 기구는 일반적으로 힌지-레버 형태가 사용되고 있다. 압전 작동기에 전압을 인가하게 되면, 전압에 의해 변위가 발생하는 압전 작동기의 성질에 의하여 레버를 움직이게 된다. 이러한 레버의 변위에 따라 레버 끝단에 결합되어있는 스풀이 이동하게 되며, 스풀의 변위에 따라 유로가 개방/폐쇄됨으로 유량을 제어할 수 있다. 하지만 이러한 밸브는 구동 온도가 일정한 밸브에는 문제없이 사용할 수 있지만, 고온 환경에서 사용되는 밸브에 대해서는 온도 변화에 따른 레버의 강성이 낮아짐에 따라 밸브의 응답속도가 낮아지고, 작동가능한 주파수 영역이 좁아지는 등의 문제가 발생하게 된다. 만약 레버를 두껍게 제작하면 작동 온도 변화에도 정밀한 위치제어가 가능해 지지만, 레버 자중이 커짐에 따른 관성력이 커지게 되고, 레버의 크기도 커지는 단점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 고온에서 오스테 나이트로 상변화를 일으켜 강성이 커지는 형상기억합금(shape-memory alloy)을 레버에 적용하여 온도 변화에 따른 레버의 강성 변화를 형상기억합금이 보상하도록 함으로써 고온에서도 밸브의 성능을 확보 및 유지한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 레버 자체를 형상기억합금으로 구성하여 온도가 상승함에 따라 일정 이상의 성능을 항상 확보할 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 종래 기술과 동일하게 압전 작동기, 스풀, 변위 확대 기구로 구성되지만, 상기 변위 확대 기구에 포함된 레버는 형상기억합금으로 구성되거나 형상기억합금(예를 들면, 형상기억합금판)을 포함한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템을 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템의 구성을 나타낸 도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은,

압전 작동기(1)와;

상기 압전 작동기(1)에서 발생하는 변위를 증폭하는 레버(2)와;

상기 레버(2)의 일부분을 고정되게 지지하는 힌지(Hinge)(3)와,

상기 레버(2)에 의해 증폭된 변위에 의해 유량을 제어하기 위한 스풀(4)을 포함하며, 상기 레버(2)는 형상 기억 합금으로 이루어진다. 여기서, 상기 압전 작동기(1), 상기 힌지(Hinge)(3), 상기 스풀(4)은 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상기 레버(2)를 형상 기억 합금으로 구성함으로써 온도 상승에도 상기 레버(2)가 일정 이상의 성능을 항상 확보할 수 있다.

상기 형상 기억 합금은 온도 상승에도 상기 레버(2)가 일정한 강성을 유지하도록 상기 레버(2)에 적용된다.

상기 압전 작동기(1)에 전압이 인가되면 압전 작동기(1)의 성질에 의하여 압전 작동기(1)의 구동축 끝단에 변위가 발생하게 된다. 상기 압전 작동기(1)에서 발생한 변위는 변위 확대 기구(레버(2) 및 힌지(3))에 의해 증폭되고, 상기 증폭된 변위에 의해 상기 레버(2)의 끝단에 연결된 스풀(4)에 변위가 발생되며, 상기 스풀(4)의 변위에 의해 유량이 제어된다.

상기 형상 기억 합금은 온도가 높아짐에 따라 강성이 증가하는 성질을 가지며, 이는 구동 온도 증가에 따른 레버(2)의 강성 감소를 보완해줄 수 있다. 이에 온도변화에도 강건한 직 구동 밸브를 개발할 수 있다.

상기 형상 기억 합금은 플레이트형으로 형성될 수 있으며, 상기 레버(2)의 강성이 크지 않은 밸브에 대해서는 와이어 형태의 형상기억 합금이 사용될 수 있다.

상기 레버(2)는, 형상 기억 합금으로 이루어질 수도 있지만, 상기 형상 기억 합금을 포함할 수도 있다.

이하에서는, 상기 형상 기억 합금을 포함하는 레버(2)를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템에 적용된 레버를 나타낸 예시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템에 적용된 레버(2)는, 레버 몸체(2-1)와, 상기 레버 몸체(2-1)에 부착된 형상 기억 합금(예를 들면, 형상 기억 합금 판)(2-2)으로 구성된다. 상기 레버 몸체(2-1)는 구리, 스테인레스 등으로 구성될 수 있다. 상기 형상 기억 합금(예를 들면, 형상 기억 합금 판)(2-2)은 상기 레버 몸체(2-1)의 양면에 부착될 수 있다.

온도의 상승에 따라 강성이 증가하는 형상 기억 합금(2-2)을 상기 레버 몸체(2-1)에 부착함으로써 고온 환경에서도 고온용 압전 구동식 밸브 시스템의 성능 저감 없이 구동이 가능하다.

도 2의 좌측 확대도는 상온 환경에서의 형상 기억 합금이 부착된 레버(2)의 의 단면도이며, 도 2의 우측 확대도는 고온 환경에서의 형상 기억 합금이 부착된 레버의 단면도이다. 도 2에서 빗금친 부분은 각 온도 환경에서 강성이 높은 부분을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은 고온 환경에서 일반 레버의 강성은 낮아지는 반면, 형상기억합금의 강성이 높아져 레버가 일정한 강성을 가지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 형상기억 합금이 적용된 레버를 구성함으로써, 구동 온도 변화에 따라 강성이 변화하는 일반적인 레버와는 달리 온도 변화도 강성 변화가 민감하지 않은 레버를 제공할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 고온용 압전 구동식 밸브 시스템은, 형상기억 합금이 적용된 레버를 통해 스풀의 정확한 위치제어가 가능해지며, 결과적으로 온도변화에도 우수한 유량 제어 성능을 가지는 밸브 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 압전 작동기 2: 레버
3: 힌지 4: 스풀

Claims (3)

1. 압전 작동기와, 상기 압전 작동기에서 발생하는 변위를 증폭하는 레버와, 상기 레버의 일부분을 고정되게 지지하는 힌지와, 상기 레버에 의해 증폭된 변위에 의해 유량을 제어하는 스풀을 포함하는 압전 구동식 밸브 시스템에 있어서,
   상기 레버는,
   레버 몸체와;
   상기 레버 몸체와 동일 또는 유사한 구조로 상기 레버 몸체의 양면에 부착된 형상 기억 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 구동식 밸브 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 합금은 온도가 상승함에 따라 강성이 증가하는 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 압전 구동식 밸브 시스템.
3. 삭제

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