KR101842273B1 - 유체를 복수 개의 유로로 선택적으로 배분하는 유로 전환 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유입구로 유입되는 유체를 복수 개의 유출구로 선택적으로 배분하는 유로 전환 밸브에 관한 것으로서, 본 발명의 유로 전환 밸브는, 밸브 스템의 길이 방향으로의 이동에 의해 개방 및 폐쇄되고, 공통의 유체 공급원으로부터 각각의 유입구로 유체가 공급되고 각각의 유출구에 통하는 유로에 유체를 공급하는 것인 복수 개의 개폐 밸브; 각각의 개폐 밸브가 방사상으로 배치되고, 내부 공간을 둘러싸는 내측 표면에 원주 방향으로 등간격으로 배치되는 복수 개의 동일 형상의 오목 프로파일이 형성되어 외측 로터를 이루는 하우징; 원주 방향으로 등간격으로 배치되고 하우징의 오목 프로파일에 정합하는 복수 개의 동일 형상의 돌출 프로파일이 방사상으로 형성되고, 하우징의 중심에 대해 공전하면서 하우징의 중심으로부터 편심된 기하학적 중심에 대해 자전하는 내측 로터; 및 내측 로터의 편심 회전 구동 수단을 포함하는 것이다.

Description

유체를 복수 개의 유로로 선택적으로 배분하는 유로 전환 밸브{FLOW SWITCHING VALVE SELECTIVELY DISTRIBUITING FLUID TO MULTIPLE OUTLETS}

본 발명은 유로 전환 밸브에 관한 것으로서, 유체를 복수 개의 유로 중에서 하나 이상의 유로로 선택적으로 배분하도록 전환될 수 있는 다방향의 유로 전환 밸브에 관한 것이다.

다양한 장치와 산업 분야에서 다방향의 유로 전환 밸브가 이용되고 있다.

그 일례로서 공개특허공보 제10-2011-0112190호(문헌 1)에서는 냉동사이클에 이용되는 다방향 전환 밸브를 개시하고 있다. 문헌 1의 다방향 전환 밸브는 밸브 본체에 복수 개의 유출 포트가 마련되고 서보 모터나 스태핑 모터에 의해 회전하는 회전체에 의해 유체가 유출되는 포트가 결정되는 구조를 가지고 있다.

이러한 문헌 1과 같은 유형의 밸브는 금속 재료를 절삭하여 정밀하게 가공하고 수밀성을 확보하기 위해 여러가지 실링 부재가 사용되지만, 그 제조에 상당한 비용이 든다.

유체를 다방향으로 전환하여 배분하여야 하는 장치의 일례로서 세탁기가 있다.

세탁기에서 세탁수를 공급할 때에는 필요에 따라 세탁조의 복수의 위치에 세탁수가 직접 공급되기도 하고 세제나 섬유 유연제 등이 수용된 박스 등을 통하여 공급되기도 한다.

통상의 세탁기에서는 상수도와 같은 세탁수의 공급원으로부터 공급되는 세탁수를 필요에 따라 세탁조, 세제 박스, 섬유유연제 박스로 공급하는 데 있어서, 각각의 공급처에 연결되는 유로에 솔레노이드 밸브를 마련하여 두고 세탁기의 세탁 모드에 따라 각각의 솔레노이드를 작동시켜서 밸브들을 개폐함으로써 세탁수의 공급을 조절하였다.

그러나, 이러한 구성에서는 세탁수가 공급되는 유로마다 솔레노이드 밸브를 설치하여야 하므로 세탁기의 제조 원가를 높이는 요인으로 되었다.

세탁기에 적용되는 다양향 유로 전환 밸브를 개시하는 것으로서 등록특허공보 제10-1223561호(문헌 2)에 개시된 세탁기용 세제 디스펜서 장치가 있다.

문헌 2의 장치에는 세제 투입 부재가 마련되고 세제 투입 부재에는 각각의 세제를 수용하는 세제 투입홈이 격벽에 의해 구획 형성되어 있다. 세제 투입 부재의 각 세제 투입홈에 세탁수를 공급하는 급수 가이드 부재가 마련되어 있는데, 급수 가이드 부재에는 각각의 세제 투입홈에 세탁수를 낙하시켜 공급하는 복수 개의 유로가 형성되어 있다.

급수 가이드 부재의 유로들 중에서 선택된 유로에 세탁수를 배분하는 유로 전환 부재가 마련되어 있다. 유로 전환 부재는 모터가 다수의 기어들을 구동하고 최종의 기어에는 모터의 회전에 따라 회전하는 노즐이 부착되어 있고, 이 노즐은 모터의 회전에 따라 회전하여 그 회전된 위치의 하부에 배치되는 유로에 세탁수를 낙하시켜 공급하도록 구성되어 있다.

이러한 문헌 2의 장치의 구성에 따르면, 하나의 세탁수 공급원으로부터 복수 개의 유로에 세탁수를 공급하는 데 있어서 각 유로마다 밸브를 설치하지 않고 하나의 모터로 구동되는 유로 전환 부재에 의해 유로를 전환할 수 있게 된다.

한편, 최근에 시판되는 세탁기는 그 작동 모드에 따라 세탁수가 세탁조에 분무되는 기능을 갖추고 있는데, 이를 위해서는 세탁조에 공급되는 세탁수가 일정한 수압을 가지는 것이어야 한다.

그러나, 문헌 2의 장치는 문헌 2의 장치는 노즐로로부터 유로에, 그리고 유로에서 세제 투입홈으로 세탁수를 낙하시키는 방식에 의해 공급하고 노즐과 유로 및 세제 투입홈이 수밀되지 않는 구조이므로, 상수도로부터 공급되는 물과 같이 약간의 수압을 가지는 세탁수 조차 배분할 수 없다는 구조상의 한계를 갖고 있다.

문헌 1: 공개특허공보 제10-2011-0112190호 문헌 2: 등록특허공보 제10-1223561호

본 발명은 유입구로 유체를 복수 개의 유로 중에서 어느 하나의 유로에 선택적으로 배분하여 유출되도록 전환될 수 있는 다방향의 유로 전환 밸브를 제공하되, 구조가 간단하고 낮은 제조 원가로 제조할 수 있는 구성의 유로 전환 밸브를 제공하려는 것이다.

특히, 본 발명은 복수 개의 유로에 선택적으로 유체를 배분할 수 있으면서도 여러 개의 밸브 구동원을 갖출 필요가 없고 하나의 기구로서 각각의 밸브에 대한 선택적인 개폐가 가능하여 낮은 원가로 제조할 수 있는 구성의 유로 전환 밸브를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 수밀을 유지함으로써 일정 압력을 갖는 유체을 배분할 수 있으면서도 수밀 구조가 복잡하지 않아서 간단히 구성될 수 있는 구성의 유로 전환 밸브를 제공하려는 것이다.

전술한 본 발명의 과제는 유체를 복수 개의 유로에 선택적으로 배분하는 것인 본 발명에 따른 유로 전환 밸브에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 유로 전환 밸브는,

밸브 스템의 길이 방향으로의 이동에 의해 개방 및 폐쇄되고, 공통의 유체 공급원으로부터 각각의 유입구로 유체가 공급되고 각각의 유출구에 통하는 유로에 유체를 공급하는 것인 복수 개의 개폐 밸브; 각각의 개폐 밸브가 방사상으로 배치되고, 내부 공간을 둘러싸는 내측 표면에 원주 방향으로 등간격으로 배치되는 복수 개의 동일 형상의 오목 프로파일이 형성되어 외측 로터를 이루는 하우징; 원주 방향으로 등간격으로 배치되고 하우징의 오목 프로파일에 정합하는 복수 개의 동일 형상의 돌출 프로파일이 방사상으로 형성되고, 하우징의 중심에 대해 공전하면서 하우징의 중심으로부터 편심된 기하학적 중심에 대해 자전하는 내측 로터; 및 내측 로터의 회전 구동 수단을 포함하고,

개폐 밸브들의 밸브 스템의 자유 단부가 하우징의 오목 프로파일로 돌출되어 하우징의 중심을 향하여 배치되되 내측 로터의 돌출 프로파일에 의해 개폐 밸브가 개방될 수 있는 거리에 놓이며, 내측 로터가 공전 및 자전함으로써 그 돌출 프로파일이 개폐 밸브 중의 어느 하나의 개폐 밸브의 밸브 스템의 자유 단부와 접촉하여 그 밸브 스템을 밀어 개폐 밸브를 개방함으로써 공통의 유체 공급원으로부터 당해 개폐 밸브에 통하는 유로로 유체가 공급되고, 각각의 개폐 밸브는 내측 로터에 의한 밸브 스템의 이동에 의해 변형되는 압축 스프링을 갖추고, 이 압축 스프링의 복원에 의해 밸브 스템이 폐쇄 위치로 이동함으로써 폐쇄되는 것이다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 유로 전환 밸브는 로터리 펌프의 작동 원리를 다방향의 유로 전환 밸브에 적용하고 별도의 개폐 구동 수단을 갖추지 않고 유로를 전환하는 기구에 의해 개폐되는 단순한 구성의 개폐 밸브를 적용하는 것이다.

내측 로터와 외측 로터가 맞물리면서 상대 회전하되 내측 로터가 외측 로터의 중심에 대해 편심된 축을 중심으로 자전하고 내측 로터의 자전축이 외측 로터의 중심에 대해 공전함으로써 유체를 펌핑하는 작동 원리를 본 발명의 다방향의 유로 전환 밸브에 적용하였다.

외측 로터의 각각의 오목 프로파일에 개폐 밸브를 배치하고, 내측 로터의 돌출 프로파일이 개폐 밸브의 밸브 스템을 밀어서 개방시킨다.

내측 로터가 외측 로터에 대해 편심되어 공전 및 자전하면 내측 로터의 돌출 프로파일이 외측 로터의 오목 프로파일과 순차로 맞물리고 맞물림이 해제된다. 이러한 동작에 따라 외측 로터의 오목 프로파일에 그 밸브 스템 단부가 배치된 개폐 밸브가 개폐된다.

따라서, 개방하고자 하는 개폐 밸브의 밸브 스템의 자유 단부가 놓인 외측 로터의 오목 프로파일에 내측 로터를 돌출 프로파일이 맞물리도록 내측 로터를 회전시킴으로써 해당 개폐 밸브가 개방된다.

이러한 본 발명에 따른 유로 전환 밸브의 구성과 작동에 따르면, 구성이 단순한 개폐 밸브를 이용하고, 하나의 구동원에 의해 작동하는 로터 기구에 의해 간단하고 작동이 확실한 다방향의 유로 전환 밸브를 얻을 수 있다.

유체를 공급하고자 하는 유로의 갯수에 따라 외측 로터 및 내측 로터의 맞물리는 프로파일의 갯수를 선정함으로써 유체를 공급하고자 하는 유로의 갯수에 맞출 수 있다.

또한, 외측 로터의 오목 프로파일에 배치되는 밸브 스템의 자유 단부의 위치 또는 내측 로터의 돌출되는 프로파일을 조절함으로써 개폐 밸브의 사양에 따른 다양한 밸브의 개폐 스트로크에 맞출 수 있다.

또한, 로터 기구에는 유체가 유동하지 않으므로 로터 기구를 수밀식으로 구성할 필요가 없어서 구성이 복잡하지 않고 단순한 구조를 얻을 수 있고, 로터 기구가 정밀하게 작동하지 않아도 그 유로 전환 기능 및 밸브 개폐 기능을 달성할 수 있으므로, 이를 금속의 정밀 기계 가공에 의하지 않고 플라스틱 등의 소재를 사출 성형하여 구성할 수 있으므로, 그 제조 원가가 매우 저렴하게 된다.

한편, 본 발명의 하나의 실시 양태로서, 압축 스프링은 밸브 스템의 자유 단부와 하우징의 내측 표면 사이에 배치되도록 구성할 수 있다. 이렇게 함으로써 개폐 밸브의 폐쇄 수단인 압축 스프링을 설치하기 위한 구성이 매우 간단하고 폐쇄 작동이 원할하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 개폐 밸브의 개폐를 위한 작동 방향이 외측 로터의 기하학적 중심에 대하여 직경 방향과 일치하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 내측 로터의 돌출 프로파일이 밸브 스템을 미는 힘이 작용할 때, 그 힘의 작용 방향이 개폐 밸브의 작동 방향과 일치하게 되어 개폐 밸브의 개방 작동이 확실하게 이루어지고, 내측 로터의 회전에 소요되는 구동력을 작게 할 수 있다.

도 1 및 도 2은 본 발명의 제2 실시에에 따른 유로 전환 밸브의 구성과 작동을 보여주는 단면도들이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 유로 전환 밸브의 구성과 작동을 설명한다.

도 1을 참조하여 본 실시예의 유로 전환 밸브의 구성을 살펴 보면, 유로 전환 밸브는 밸브 개방을 위한 돌출 프로파일(11)이 방사상으로 형성되고 회전축을 중심으로 자전하여 그 자전 중심이 편심된 다른 지점을 공전하는 내측 로터(10), 내측 로터(10)을 회전시키는 회전 구동 수단으로서 서보 모터와 감속기를 포함하는 편심 회전 구동 수단(미도시), 내부 공간에 내측 로터(10)가 내장되는 하우징(20), 및 하우징의 둘레로 방사상으로 배치되는 6개의 개폐 밸브(30)로 구성되어 있다.

하우징(20)은 그 내부 공간(21)을 둘러싸는 내측 표면(22)에 그 기하학적 중심(25)에 대하여 원주 방향으로 등간격으로 배치되는 6개의 동일 형상의 오목 프로파일(23)이 형성되어 로터 기구의 외측 로터를 이루고 있다.

개폐 밸브들(30)은 하우징의 오목 프로파일(23)의 원주 방향에서의 위치에 상응하는 위치에서 하우징(20)의 외측에 결합되어 있고, 오목 프로파일(13)에서 반경 방향의 최외곽 위치에는 스프링 시트(23)가 오목한 홈의 형태로 형성되어 있다.

개폐 밸브(30)의 밸브 보디(31)는 하우징(20)에 고정되어 있고, 유체의 유입구(32)와 유출구(33)가 형성되어 있으며, 이들 사이에 밸브 플러그(35)에 의해 개방 또는 폐쇄되는 통공(34)이 형성되어 있다.

개폐 밸브(30)는 통공을 개폐하는 플러그(35), 이 플러그로부터 밸브 보디(31)와 하우징(20)을 관통하여 하우징의 내부 공간(21)으로 연장되는 밸브 스템(36), 밸브 스템의 자유 단부를 이루는 접촉 부재(37) 및 접촉 부재(37)의 이면과 하우징의 스프링 시트(23) 사이에 배치되는 코일 스프링(38)으로 이루어져 있다.

하우징(20)의 내부 공간에는 로터 기구의 내측 로터(10)가 회전 가능하게 배치되어 있는데, 내측 로터(10)는 그 기하학적 중심에 놓이는 회전축(12)에 대하여 원주 방향으로 등간격으로 배치되고 하우징의 오목 프로파일(23)에 정합하여 맞물릴 수 있는 5개의 동일 형상의 돌출 프로파일(11)이 방사상으로 형성되어 있다.

내측 로터(10)의 회전축(12)은 하우징(20)의 중심(25)에 대해 편심되어 있고, 편심 회전 구동 수단(미도시)에 의해 그 중심(12)에 대해 자전하면서 하우징의 중심(25)에 대해 공전하도록 구성되어 있다. 편심 회전 구동 수단은 통상의 편심 로터식 펌프를 통하여 잘 알려지고 널리 이용되는 것이므로 그 도시와 설명을 생략한다.

각각의 밸브 스템(36)은, 그 접촉 부재(37)의 선단면이 하우징의 중심(25)으로부터 동일하게 이격되도록 하우징의 각각의 오목 프로파일(23) 내에 배치되어 있는데, 그 위치는 내측 로터(10)가 편심 회전하면서 그 돌출 프로파일(11)이 하우징의 오목 프로파일(23)에 맞물릴 때에 돌출 프로파일(11)의 선단과 접촉하여 밀리면서 개폐 밸브(30)가 개방될 수 있는 위치이다.

또한, 밸브 스템(36)의 축선 방향, 즉 개폐 밸브(30)의 작동 방향은 하우징(20)의 기하학적 중심에 대하여 반경 방향으로 배치되어 있어서, 개폐 밸브의 접촉 부재(37)에 내측 로터의 돌출 프로파일(11)이 접촉하고 이것을 밀어서 개폐 밸브(20)가 개방될 때, 내측 로터의 돌출 프로파일(11)이 밸브 스템(36)을 미는 힘이 그 축선에 작용하게 된다.

이러한 구성에 따라 개폐 밸브(30')가 개방 및 폐쇄되는 작용을 설명한다.

도 1에서는 내측 로터의 하나의 돌출 프로파일(11)이 하우징의 하나의 오목 프로파일(23)과 맞물리면서 개폐 밸브(30)의 밸브 스템(36)을 밀어 개폐 밸브가 개방된 상태를 보여준다.

이 상태로부터 내측 로터(10)는 화살표 'B'의 방향으로 그 중심(12)에 대해 자전하면서 화살표 'C'의 방향으로 하우징의 중심(25)에 대해 공전한다.

이러한 편심 회전에 의해 내측 로터(10)가 회전한 상태가 도 2에 도시되어 있다.

도 1에서 맞물려 있던 오목 프로파일(23-1)과 돌출 프로파일(11-1)은 맞물림이 해제되는 상태에 있고 개방되어 있던 개폐 밸브(30-1)는 코일 스프링(38)의 복원력에 의해 다시 폐쇄되고, 내측 로터의 인접한 돌출 프로파일(11-2)이 하우징의 인접한 오목 프로파일(21-2)와 맞물려 있다.

이러한 맞물림에 의해 당해 오목 프로파일(11-2)의 위치에 배치되어 있는 개폐 밸브(30-2)가 개방된다.

이와 같은 작용에 의해 내측 로터를 회전시켜 개방하고자 하는 개폐 밸브가 배치되는 오목 프로파일에 내측 로터의 돌출 프로파일이 맞물리도록 함으로써 개폐 밸브를 개방할 수 있다.

이러한 구성과 작동의 유로 전환 밸브는 하나의 유로만을 선택적으로 개방하려는 용도에 적합하다. 다만, 이러한 구성에서도 하나의 개폐 밸브에 연결되는 유로를 2개 또는 3개로 분지하여 여러 위치에 동시에 세탁수를 공급하도록 할 수 있다.

전술한 실시예에서 밸브 스템의 자유 단부, 즉 접촉 부재의 선단은 하우징의 중심으로부터 동일 거리에 놓인 것으로 구성하였지만, 접촉 부재의 선단은 하우징의 중심으로부터 반드시 동일 거리에 놓일 필요는 없고 내측 로터의 돌출 프로파일에 의해 개폐 밸브가 개방될 수 있는 거리에 놓이는 것으로 충분하고, 특히 개폐 밸브들의 크기나 그 개방을 위한 스트로크가 서로 상이한 경우, 각각의 개폐 밸브의 특성에 맞추어 밸브 스템의 선단 위치가 조절될 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서는 하우징(20)과 개폐 밸브들의 밸브 보디(31)를 서로 별개로 구성하여 결합하는 것으로 도시 및 설명하였으나, 본 발명의 유로 전환 밸브에서는 캠이 배치되는 하우징(20)과 개폐 밸브들의 밸브 보디(31)는 일체로 플라스틱 소재의 사출 성형 등에 의해 형성할 수 있다.

전술한 구성과 작동의 유로 전환 밸브는 세탁기에서 세탁수를 공급하는 데에 그대로 적용될 수 있다.

상수도와 같은 외부의 세탁수 공급원에 솔레노이드 밸브와 같은 급수 조절 밸브를 연결하고, 그 급수 조절 밸브에 연결되는 도관을 분기하여 각 개폐 밸브(30-1 ~ 6)의 유입구(32)에 결합하여 본 실시예의 유로 전환 밸브에 세탁수가 공급되도록 한다.

각각의 개폐 밸브(30-1 ~ 6)의 유출구들(33)은 세탁기의 작동 모드나 구성에 따라 각각의 세탁수가 공급되어야 하는 곳으로 연결되는 유로에 결합될 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들을 설명하였으며, 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 아니하고, 특허청구범위에 기재한 범위에서 다양한 변경과 변형 및 구성 요소의 부가가 가능하며, 그러한 변형과 변경 및 구성 요소의 부가는 모두 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.

10: 내측 로터 20: 하우징 30: 개폐 밸브

Claims (3)

1. 유체를 복수 개의 유로에 선택적으로 배분하는 유로 전환 밸브로서,
   밸브 스템의 길이 방향으로의 이동에 의해 개방 및 폐쇄되고, 공통의 유체 공급원으로부터 각각의 유입구로 유체가 공급되고 각각의 유출구에 통하는 유로에 유체를 공급하는 것인 복수 개의 개폐 밸브;
   각각의 개폐 밸브가 방사상으로 배치되고, 내부 공간을 둘러싸는 내측 표면에 원주 방향으로 등간격으로 배치되는 복수 개의 동일 형상의 오목 프로파일이 형성되어 외측 로터를 이루는 하우징;
   원주 방향으로 등간격으로 배치되고 하우징의 오목 프로파일에 정합하는 복수 개의 동일 형상의 돌출 프로파일이 방사상으로 형성되고, 하우징의 중심에 대해 공전하면서 하우징의 중심으로부터 편심된 기하학적 중심에 대해 자전하는 내측 로터; 및
   내측 로터의 편심 회전 구동 수단
   을 포함하고,
   개폐 밸브들은 개폐를 위한 작동 방향이 외측 로터의 기하학적 중심에 대하여 직경 방향으로 배치되고, 밸브 스템의 자유 단부가 하우징의 오목 프로파일로 돌출되어 하우징의 중심을 향하여 배치되되 내측 로터의 돌출 프로파일에 의해 개폐 밸브가 개방될 수 있는 거리에 놓이며,
   내측 로터가 공전 및 자전함으로써 그 돌출 프로파일 중의 하나가 개폐 밸브 중의 어느 하나의 개폐 밸브의 밸브 스템의 자유 단부와 접촉하여 그 밸브 스템을 밀어 개폐 밸브를 개방함으로써 공통의 유체 공급원으로부터 당해 개폐 밸브에 통하는 유로로 유체가 공급되고,
   각각의 개폐 밸브는 내측 로터에 의한 밸브 스템의 이동에 의해 변형되는 압축 스프링을 갖추고, 이 압축 스프링의 복원에 의해 밸브 스템이 폐쇄 위치로 이동함으로써 폐쇄되는 것인 유로 전환 밸브.
2. 청구항 1에 있어서,
   압축 스프링은 밸브 스템의 자유 단부와 하우징의 내측 표면 사이에 배치되는 것인 유로 전환 밸브.
3. 삭제

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