KR101491713B1 - 액체 또는 기체의 유량 제어방법 - Google Patents

액체 또는 기체의 유량 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체 또는 기체의 유량을 조절하는 다이어프램 밸브를 다수 연결하여 하나의 모듈로 구성하고, 이를 통해 액체 또는 기체의 유량을 제어하므로 미세한 유량도 제어가 가능하며, 유사시에는 펌프로도 사용이 가능하도록 하는 액체 또는 기체의 유량 제어방법에 관한 것으로서, 고온의 액체 또는 기체가 유동되며, 멸균이 가능한 다이어프램 밸브를 직렬로 하나 이상 결합하여 모듈로 구성하고, 상기 직렬로 하나 이상 결합된 다이어프램 밸브의 유입구와 토출구에 액체 또는 기체가 유입되는 유입관 및 토출관을 연결하는 단계와, 상기 다이어프램 밸브의 솔레노이드 밸브를 제어부에서 설정되는 목표값 및 시간값에 맞도록 제어신호를 통해 제어하여 상기 유입구를 통해 유입되는 액체 또는 기체의 유량을 제어하는 단계와, 상기 다이어프램 밸브를 통해 조절되는 액체 또는 기체의 유량이 상기 제어부에 설정된 제어되는 유량 목표값 및 상기 다이어프램 밸브를 동작시키는 시간값과 일치하는지 상기 다이어프램 밸브와 상기 제어부 간에 연결되는 유량계 또는 저울을 통해 측정된 상기 액체 또는 기체의 유량 측정값과 목표값을 상기 제어부에서 비교하는 단계와, 상기 제어부에서 비교된 상기 측정값과 목표값의 비교 결과값이 일치할 경우 상기 다이어프램 밸브의 동작을 정지시키고, 상기 제어부에서 비교된 상기 측정값과 목표값의 비교 결과값이 일치하지 않을 경우 상기 측정값과 목표값이 일치할 때까지 상기 다이어프램 밸브를 작동시키는 단계를 포함한다.

Description

액체 또는 기체의 유량 제어방법{Method for controlling flow rate of liquid or gas}
본 발명은 액체 또는 기체의 유량 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체 또는 기체의 유량을 조절하는 다이어프램 밸브를 다수 연결하여 하나의 모듈로 구성하고, 이를 통해 액체 또는 기체의 유량을 제어하므로 미세한 유량도 제어가 가능하며, 유사시에는 펌프로도 사용이 가능하도록 하는 액체 또는 기체의 유량 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 유량을 제어하는 유량 제어밸브는 압력차를 통해 작동되는데 이러한 압력차에 의하여 작동되는 많은 유량밸브 중에서 다음의 선행 특허 E.J.Hunter 등의 US No.2,980,385; P.J Scaglione의 US No.3,493,008 ; S.Perez(발명자)의 특허 출원 US No.08/545,890. Hunter의 미국 특허 No.2,980,385에는 거의 반구형(半球形)의 항복가능한(yieldable) 멤브레인을 가지는 밸브가 개시되어 있는데, 상기 밸브의 벽이 비교적 두꺼워서 압력이 상기 밸브의 오목부내에서 상당히 높은 경우에도 이 멤브레인이 유량유출구에서 잠겨지지 않도록 되어 있다. 반면, 과도한 벽의 두께는 미소한 압력차에 대해서 밸브가 반응하는 것을 방지하므로, 밸브의 미소한 개방시에 요구되는 유량의 방출없이 밸브가 영구적으로 폐쇄되거나 아주 미소한 유량흐름만이 방출될 수 있다.
상기 Scaglione의 미국 특허 No.3,493,008에는 원판형 컵과, 금속성의 용접밀폐된, 유연성 있는 벨로우(bellow)로 구성된 밸브 능동소자를 가진 밸브가 개시되어 있다. 금속성의 유연성 있는 벨로우 벽은 벽의 양면상의 압력차에 쉽게 반응하여 내압이 외압보다 높은 경우에 찌그러지므로, 고압작동시에 보다 저항력 있는 벽을 가진 벨로우 고안이 요구되며 따라서 미소한 압력 변화에 대해 감도가 낮은 밸브가 획득된다.
한편, 원판형 컵은 기본적으로 단단하며 이 원판형 컵의 밀봉장치는 도관내의 유량이 불순물을 운반할 때 밸브시트와 함께 효율성을 잃게 된다. 부가하여, 밸브 구조로 인한 부하의 실질적인 손실이 생성된다.
압력차에 의하여 작동하는 종래 기술에서의 대부분의 밸브는 상당한 부하손실을 가지는 복잡한 구조를 가지며, 도관내 유압에 관해서 융통성이 매우 적다. 다시 말해서, 이러한 밸브는 보다 작은 범위의 압력내에서 유량을 조절하도록 설계되어, 도관내의 상당한 압력 변화에 대해서는 효율성을 잃게 된다.
Perez의 미국 특허 출원 No.08/545,890에는 미소한 압력 변화에 민감하며 상당한 작동 압력에 관하여 저항력 있는 차동(differential)형 밸브가 개시되어 있으며, 이것은 구성 요소가 거의 없는 아주 단순한 고안이 가능하다. 이 차동밸브는 유량유입구용 개구 및 상기 유입구 개구에 대해 거의 교차하는 식으로 위치하는 유량유출구를 가지는 단단한 밸브본체를 보여주고 있다. 밸브본체는 유량유입구 및 유출구 사이의 메인 캐비티(main cavity)와, 상기 메인 캐비티 및 유량유입구 경계에 밸브시트를 가지고 있다. 또한, 밸브본체는 밸브의 제어유량 전송수단과 연결되어 있는 제어유량유출구용 도관을 구비하고 있다. 밸브는 밸브의 메인 캐비티 내부에 위치한 탄성중합체(elastomeric body)를 갖추고 있으며, 상기 탄성중합체는 중공(中空)이며 이것의 축단부중 하나는 개방되어 있고, 나머지 다른 단부에 중앙개구부가 제공되어 있다.
상기 중앙개구부는 제어 유량유입구를 상기 캐비티로 전송하여 주며, 이 유량은 밸브가 작동되고 있는 네트워크의 유량과 동일한 성질의 것이다.
이 마지막 종류의 밸브는 비록 유용하며 단순한 고안으로 되어 있지만, 자동제어장치에서나 미세한 신호를 통하여 다량의 제어유량이 제어되어야 하는 장치에서 필수적인 것인, 제어 유량을 네트워크의 유량과 다른 것을 사용할 수는 없다. 본 발명은 미국 특허 출원 No.08/545,890에 개시된 몇몇 구성 요소를 구비하고 있으나, 이와 다른 점은 네트워크의 메인 유량(main flow)에 독립적일 수 있는 제어 유량용 유입구 수단을 구비하여 종래 기술의 밸브와 전적으로 상이한 밸브를 위한 작동역학을 획득할 수 있다.
그러나 상기의 구성은 밸브의 탄성중합체의 밀봉벽에 위치한 구멍이 일정한 단면으로 되어있으므로 유량을 변화시킬 수 없는 문제점이 있으며, 변화시킬 수 있어도, 미세한 유량까지는 조절이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 액체 또는 기체의 유량을 조절하는 다이어프램 밸브를 다수 연결하여 하나의 모듈로 구성하고, 이를 통해 액체 또는 기체의 유량을 제어하므로 미세한 유량도 제어가 가능하며, 유사시에는 펌프로도 사용이 가능하도록 하는 액체 또는 기체의 유량 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 액체 또는 기체의 유량 제어방법은, 고온의 액체 또는 기체가 유동되며, 멸균이 가능한 다이어프램 밸브를 직렬로 하나 이상 결합하여 모듈로 구성하고, 상기 직렬로 하나 이상 결합된 다이어프램 밸브의 유입구와 토출구에 액체 또는 기체가 유입되는 유입관 및 토출관을 연결하는 단계와, 상기 다이어프램 밸브의 솔레노이드 밸브를 제어부에서 설정되는 목표값 및 시간값에 맞도록 제어신호를 통해 제어하여 상기 유입구를 통해 유입되는 액체 또는 기체의 유량을 제어하는 단계와, 상기 다이어프램 밸브를 통해 조절되는 액체 또는 기체의 유량이 상기 제어부에 설정된 제어되는 유량 목표값 및 상기 다이어프램 밸브를 동작시키는 시간값과 일치하는지 상기 다이어프램 밸브와 상기 제어부 간에 연결되는 유량계 또는 저울을 통해 측정된 상기 액체 또는 기체의 유량 측정값과 목표값을 상기 제어부에서 비교하는 단계와, 상기 제어부에서 비교된 상기 측정값과 목표값의 비교 결과값이 일치할 경우 상기 다이어프램 밸브의 동작을 정지시키고, 상기 제어부에서 비교된 상기 측정값과 목표값의 비교 결과값이 일치하지 않을 경우 상기 측정값과 목표값이 일치할 때까지 상기 다이어프램 밸브를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 다이어프램 밸브는 금속재질로 형성되어 고온의 액체 또는 기체의 유동을 개폐할 수 있다.
상기 다이어프램 밸브는 직렬로 하나 이상 결합되어 모듈로 구성되고, 상기 모듈로 구성된 다이어프램 밸브에 병렬로 다른 상기 다이어프램 밸브가 결합될 수 있다.
상기 제어부는 외부의 입력장치를 통해 입력된 상기 유량 목표값과 시간값을 제어하여 상기 다이어프램 밸브가 유입되는 액체 또는 기체를 펌핑하여 상기 다이어프램 밸브가 펌프로 동작하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다이어프램 밸브를 다수 결합하여 모듈로 구성한뒤 이를 제어하여 유동되는 액체 또는 기체의 유량을 제어하게 되므로 적은량의 유량을 제어할 수 있고, 다이어프램 밸브를 펌프로 사용할 수도 있고, 병렬로 다이어프램 밸브를 연결하여 대용량의 유량도 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액체 또는 기체의 유량 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액체 또는 기체의 유량 제어방법의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액체 또는 기체의 유량 제어방법을 나타낸 도면으로서, 고온의 액체 또는 기체가 유동되며, 멸균이 가능한 다이어프램 밸브(10) 하나 이상을 직렬로 결합하여 모듈로 구성하고, 다이어프램 밸브(10)의 유입구(11)와 토출구(12)에 액체 또는 기체가 유입되는 유입관 및 토출관을 연결하는 단계와, 제어부(20)에 설정되는 목표값 및 시간값을 통해 액체 또는 기체의 유량을 제어하는 단계와, 유동되는 액체 또는 기체의 유량을 측정하여 설정된 목표값과 비교하는 단계와, 비교된 값을 통해 솔레노이드 밸브의 동작을 유지 또는 정지시키는 단계를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 다이어프램 밸브(10)는 일반적으로 시중에서 사용되는 다이어프램 밸브(10)를 사용할 수 있으며, 이러한 다이어프램 밸브(10)를 직렬로 하나 이상 결합하고 이렇게 결합된 다이어프램 밸브(10)에 하나 이상의 솔레노이드 밸브가 연결되어 하나의 모듈로 구성하게 된다.
이렇게 상기 다이어프램 밸브(10)가 하나 이상 결합되어 모듈로 구성되면, 다이어프램 밸브(10)의 유입구(11)와 토출구(12)에 액체 또는 기체를 주입하는 유입관과 유동되는 액체 또는 기체를 외부로 토출시키는 토출관을 연결하게 된다.
이러한 상기 다이어프램 밸브(10)의 솔레노이드 밸브에 제어부(20)가 연결되고, 제어부(20)와 다이어프램 밸브(10)의 토출구(12) 간에 유량계 또는 저울이 연결된다.
상기 액체 또는 기체의 유량을 제어하는 단계에서는 상기 다이어프램 밸브(10)를 모듈로 구성하고 유입관 및 토출관을 연결하는 단계를 통해 다이어프램 밸브(10)가 유량을 제어하기 위한 설비에 설치되면, 제어부(20)와 연결되는 외부의 입력 장치를 통해 제어부(20)에 목표 유량의 목표값과, 목표값을 달성하도록 하기 위한 다이어프램 밸브(10)의 동작시간을 제어할 수 있는 시간값을 제어부(20)에 설정한다.
그리고, 상기 제어부(20)에 설정된 목표값과 시간값을 기준으로 제어부(20)에서 전송되는 제어신호로 솔레노이드 밸브를 작동시켜 다이어프램 밸브(10)를 동작시킨다.
상기 다이어프램 밸브(10)가 동작되면 액체 또는 기체의 유량을 제어하는 단계를 통해 제어부(20)와 다이어프램 밸브(10)의 토출구(12) 간에 연결되는 유량계 또는 저울을 통해 유동되는 유량을 측정하여 제어부(20)로 전송하고, 측정되는 유량 측정값과 제어부(20)에 설정되는 목표값을 제어부(20)에서 비교하게 된다.
이렇게 제어부(20)에서 비교된 유량값으로 제어부(20)에서 제어신호를 다이어프램 밸브(10)의 솔레노이드 밸브에 전송하고, 다이어프램 밸브(10)를 제어하는 단계를 통해 다이어프램 밸브(10)로 제어되는 비교 결과값이 목표값에 도달하여 일치하게 되면 다이어프램 밸브(10)의 동작을 정지시켜 액체 또는 기체의 유동을 차단하게 된다.
반대로 상기 제어부(20)에서 비교된 측정값과 목표값을 비교한 비교 결과값이 일치하지 않을 경우 측정값과 목표값이 일치할 때까지 다이어프램 밸브(10)를 제어하게 된다.
이처럼 이루어지는 본 발명이 작동되는 방법을 일실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
상기 다이어프램 밸브(10)가 하나 이상 직렬로 결합된 모듈의 각 다이어프램 밸브(10)와 연결되는 솔레노이드 밸브를 제어부(20)에서 제어하여 앞단의 다이어프램 밸브(10)가 개방되어 유입구(11)와 연결되는 유입관의 액체 또는 기체가 유입될 수 있도록 하고, 다음단의 다이어프램 밸브(10)가 솔레노이드 밸브의 작동으로 인해 개방되어 유입구(11)를 통해 유입되는 액체 또는 기체가 유입되도록 한다.
그런뒤 첫번째 단의 다이어프램 밸브(10)를 차단하고, 중간 단의 다음 단에 연결되는 마지막 다이어프램 밸브(10)를 개방하며, 그 뒤 중간 단의 다이어프램 밸브(10)를 차단하여 중간 단의 다이어프램 밸브(10)내에 유입된 액체 또는 기체가 마지막 단으로 토출되도록 한다.
이렇게 제어되는 다이어프램 밸브(10) 각 단의 개방시간을 제어하면 적은량의 유량도 제어가 가능해진다.
그리고, 상기 모듈로 구성되는 다이어프램 밸브(10)에 병렬로 동일한 모듈 또는 각 단에 개별적으로 다이어프램 밸브(10)를 연결하여 유량을 제어하면 좀더 유기적이며 부드러운 유동으로 액체 또는 기체의 유량이 제어될 수 있으며, 대용량의 유량도 제어가 가능해진다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 다이어프램 밸브를 다수 결합하여 모듈로 구성한뒤 이를 제어하여 유동되는 액체 또는 기체의 유량을 제어하게 되므로 적은량의 유량을 제어할 수 있고, 다이어프램 밸브를 펌프로 사용할 수도 있고, 병렬로 다이어프램 밸브를 연결하여 대용량의 유량도 제어할 수 있는 이점이 있다.
상기와 같은 액체 또는 기체의 유량 제어방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10 : 다이어프램 밸브 11 : 유입구
12 : 토출구
20 : 제어부

Claims (4)

  1. 고온의 액체 또는 기체가 유동되며, 멸균이 가능한 다이어프램 밸브를 직렬로 하나 이상 결합하여 모듈로 구성하고, 상기 직렬로 하나 이상 결합된 다이어프램 밸브의 유입구와 토출구에 액체 또는 기체가 유입되는 유입관 및 토출관을 연결하는 단계;
    상기 다이어프램 밸브의 솔레노이드 밸브를 제어부에서 설정되는 목표값 및 시간값에 맞도록 제어신호를 통해 제어하여 상기 유입구를 통해 유입되는 액체 또는 기체의 유량을 제어하는 단계;
    상기 다이어프램 밸브를 통해 조절되는 액체 또는 기체의 유량이 상기 제어부에 설정된 제어되는 유량 목표값 및 상기 다이어프램 밸브를 동작시키는 시간값과 일치하는지 상기 다이어프램 밸브와 상기 제어부 간에 연결되는 유량계 또는 저울을 통해 측정된 상기 액체 또는 기체의 유량 측정값과 목표값을 상기 제어부에서 비교하는 단계; 및
    상기 제어부에서 비교된 상기 측정값과 목표값의 비교 결과값이 일치할 경우 상기 다이어프램 밸브의 동작을 정지시키고, 상기 제어부에서 비교된 상기 측정값과 목표값의 비교 결과값이 일치하지 않을 경우 상기 측정값과 목표값이 일치할 때까지 상기 다이어프램 밸브를 작동시키는 단계;를 포함하고,
    상기 제어부는 외부의 입력장치를 통해 입력된 상기 유량 목표값과 시간값을 제어하여 상기 다이어프램 밸브가 유입되는 액체 또는 기체를 펌핑하여 상기 다이어프램 밸브가 펌프로 동작하도록 하는 액체 또는 기체의 유량 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이어프램 밸브는 금속재질로 형성되어 고온의 액체 또는 기체의 유동을 개폐할 수 있는 액체 또는 기체의 유량 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이어프램 밸브는 직렬로 하나 이상 결합되어 모듈로 구성되고, 상기 모듈로 구성된 다이어프램 밸브에 병렬로 다른 상기 다이어프램 밸브가 결합되는 액체 또는 기체의 유량 제어방법.
  4. 삭제
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