KR102127365B1 - 소형 압력 컨트롤 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오 공정에서 사용되는 압력 컨트롤 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브 바디에 모터, 위치센서 및 압력센서가 일체형으로 구성되고, 작은 배관사이즈에 적용되기에 배양기, 한외여과시스템(Ultra Filtration System) 및 크로마토그래피(chromatography) 등의 장비에 사용이 가능하며, 다이아프램 방식이기 때문에 멸균이 가능하고, 세척이 용이하며, 액체와 기체 모두 사용 가능하기에 CIP, SIP가 필요한 바이오 장비 사용이 가능하기에 실용성이 뛰어난 특징이 있다.

Description

소형 압력 컨트롤 밸브{Small pressure control valve}

본 발명은 바이오 공정에서 사용되는 압력 컨트롤 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브 바디에 모터, 위치센서 및 압력센서가 일체형으로 구성되고, 작은 배관사이즈에 적용되기에 배양기, 한외여과시스템(Ultra Filtration System) 및 크로마토그래피(chromatography) 등의 장비에 사용이 가능하며, 다이아프램 방식이기 때문에 멸균이 가능하고, 세척이 용이하며, 액체와 기체 모두 사용 가능하기에 CIP, SIP가 필요한 바이오 장비 사용이 가능하기에 실용성이 뛰어난 압력센서와 모터를 이용한 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

기존의 압력 컨트롤 밸브들은 공압식이거나 배관 크기에 비해 밸브의 크기가 매우 큰 것이 특징이다.

그리고, 기존의 압력 컨트롤 밸브들은 밸브 전단의 배관에 압력센서가 설치되어 있고 압력센서의 신호를 받아 압력을 제어한다.

그런데, 기존의 압력 컨트롤 밸브들은 크기에 비해 압력을 형성하기 위한 오리피스(파이프의 단면이 매우 좁아지는 부분)가 매우 작아 이물질에 의한 막힘 현상이 발생하고 그에 따른 수리가 힘들고 어려워 밸브 전체를 교체하거나 배관까지 교체해야하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0410338호

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

밸브 바디에 모터, 위치센서 및 압력센서가 일체형으로 구성되고, 작은 배관사이즈에 적용되기에 배양기, 한외여과시스템(Ultra Filtration System) 및 크로마토그래피(chromatography) 등의 장비에 사용이 가능하며, 다이아프램 방식이기 때문에 멸균이 가능하고, 세척이 용이하며, 액체와 기체 모두 사용 가능하기에 CIP, SIP가 필요한 바이오 장비 사용이 가능하기에 실용성이 뛰어난 압력센서와 모터를 이용한 소형 압력 컨트롤 밸브를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 배양기 시스템 또는 한외여과시스템(Ultra Filtration System)에 설치되어 유체를 개폐하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 있어서,

유체가 유입되는 유입구와 유입된 유체가 배출되는 배출구가 양측에 각각 형성되고, 내부에는 유입구를 통해 유입된 유체가 배출구로 이송되는 이송공이 형성되는 밸브 바디와;

상기 밸브 바디의 내부에 형성되어 밸브 바디의 이송공을 개폐하는 다이아프램과;

상기 다이아프램의 일측면에 결합되어 직선운동을 통해 밸브 바디의 이송공을 개폐하도록 다이아프램을 작동시키는 샤프트와;

상기 샤프트의 외주연에 형성되어 샤프트가 직선운동하도록 가이드해주는 샤프트 하우징과;

상기 샤프트의 끝단부에 연결축에 의해 연결되어 샤프트를 직선운동으로 작동시키는 모터부와;

상기 모터부와 연결되어 모터부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 밸브 바디의 유입구에는 내부에 유입된 유체의 압력을 센싱하는 압력센서가 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 밸브 바디는 샤프트 하우징의 끝단면에 결합되어 고정되고, 상기 밸브 바디의 일측면에는 샤프트가 밸브 바디의 내부까지 관통되어 다이아프램과 결합되도록 관통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 압력센서는 제어부와 전기적으로 연결되어 압력센서에 의해 센싱된 압력값이 전달되고, 상기 제어부는 압력센서에서 전달된 압력값과 내부에 입력 설정된 압력값을 비교하여 모터부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 샤프트 하우징의 내부에는 직선운동하는 샤프트의 위치를 센싱하는 위치센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 위치센서는 샤프트 하우징의 외부로 돌출 형성되어 제어부와 전기적으로 연결되고, 상기 제어부는 위치센서에서 전달된 샤프트의 위치값에 따라 모터부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 모터부는 외부에 고정되는 브라켓에 고정 설치되고, 상기 샤프트 하우징도 브라켓에 고정 설치되어 모터부에 연결된 샤프트를 지지해주는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다이아프램의 일측면에는 샤프트와 연결되도록 연결부가 돌출 형성되며, 상기 연결부의 외주연에는 걸림돌기가 돌출 형성되어 샤프트와 연결시 이탈되지 않는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 압력센서와 모터를 이용한 소형 압력 컨트롤 밸브는 밸브 바디에 모터, 위치센서 및 압력센서가 일체형으로 구성되고, 작은 배관사이즈에 적용되기에 배양기, 한외여과시스템(Ultra Filtration System) 및 크로마토그래피(chromatography) 등의 장비에 사용이 가능하며, 다이아프램 방식이기 때문에 멸균이 가능하고, 세척이 용이하며, 액체와 기체 모두 사용 가능하기에 CIP, SIP가 필요한 바이오 장비 사용이 가능하기에 실용성이 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 정면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 일부 단면도이고,
도 5는 도 4의 A부분을 나타낸 확대도이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 압력 컨트롤 밸브를 나타낸 일부 단면도이고, 도 5는 도 4의 A부분을 나타낸 확대도이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 압력센서와 모터를 이용한 소형 압력 컨트롤 밸브는 배양기, 한외여과시스템(Ultra Filtration System) 및 크로마토그래피(chromatography) 등의 시스템에 사용이 가능한 밸브로써, 밸브 바디(10)와, 다이아프램(20)과, 샤프트(30)와, 샤프트 하우징(40)과, 모터부(50)와, 제어부(60)로 구성된다.

상기 밸브 바디(10)는 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 사각 박스 형태의 바디로 형성되되, 제 1 밸브 바디(11)와 제 2 밸브 바디(12)가 상호 간에 볼트 등의 연결부재에 의해 연결되어 하나의 밸브 바디(10)를 이루고, 상기 두 개의 바디 사이에 다이아프램(20)이 구비된다.

여기서, 상기 밸브 바디(10) 중 제 1 밸브 바디(11)에는 유체가 유입되는 유입구(13)와 유입된 유체가 배출되는 배출구(14)가 양측에 각각 형성되고, 상기 밸브 바디(10) 중 제 2 밸브 바디(12)의 내부에는 제 1 밸브 바디(11)의 유입구(13)를 통해 유입된 유체가 배출구(14)로 이송되는 이송공(15)이 형성된다. 이때, 상기 유입구(13)와 배출구(14)는 제 1 밸브 바디(11)의 양측에 각각 형성되어 내부에 유체가 이송되는 이송로(16)가 형성되고, 상기 이송로(16)는 제 1 밸브 바디(11)의 일측면에 관통되는데, 상기 제 2 밸브 바디(12)와 접촉되는 면에 형성됨으로써, 유입구(13)의 이송로에서 이송된 유체가 제 2 밸브 바디(12)의 이송공(15)에 머물렀다가 배출구(14)의 이송로(16)로 유입되어 배출구(14)를 통해 외부로 배출되는 구조인 것이다.

그리고, 상기 제 1 밸브 바디(11)의 유입구(13)에는 내부에 유입된 유체의 압력을 센싱하는 압력센서(70)가 일체형으로 결합되고, 상기 압력센서(70)는 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 압력센서(70)에 의해 센싱된 압력값이 전달되고, 상기 제어부(60)는 압력센서(70)에서 전달된 압력값과 내부에 입력 설정된 압력값을 비교하여 모터부(50)를 작동시킨다.

이때, 상기 제어부(60)에서는 설정 압력을 0 ~ 5bar로 설정하고, 목표 설정 값이 유지되도록 제어부(60)는 모터부(50)를 작동시켜 다이아프램(20)의 개폐를 조절한다.

또한, 상기 제 2 밸브 바디(12)의 일측면에는 샤프트(30)가 밸브 바디(10)의 내부까지 관통되어 다이아프램(20)과 결합되도록 관통구(17)가 형성된다.

상기 다이아프램(20)은 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 밸브 바디(10)의 내부 즉, 제 1 밸브 바디(11)와 제 2 밸브 바디(12) 사이에 압착되어 구비되고, 상기 다이아프램(20)은 수직으로 세워진 상태로 밸브 바디(10) 사이에 구비되어 제 2 밸브 바디(12)의 이송공(15)을 개폐하는 것이다.

여기서, 상기 다이아프램(20)은 도 4와 도 5에서처럼, 탄성재질로 형성되어 일측면에 연결되는 샤프트(30)에 의해 중앙부가 곡선졌다 평평해졌다 하여 유체의 흐름을 개폐하는 것이고, 상기 다이아프램(20)의 일측면 즉 샤프트(30)와 연결되는 면에는 샤프트(30)와 연결되도록 연결부(21)가 돌출 형성되며, 상기 연결부(21)의 외주연에는 걸림돌기(22)가 돌출 형성되어 샤프트(30)와 연결시 이탈되지 않는다.

이렇듯, 상기 다이아프램(20)은 제 1 밸브 바디(11)와 제 2 밸브 바디(12)가 상호 접촉되는 면에 수직으로 형성됨으로써, 제 1 밸브 바디(11)의 유입구(13)와 배출구(14)의 이송로(16)를 차단하고, 상기 샤프트(30)에 의해 다이아프램(20)이 당겨져서 곡선지게 형성되면 다이아프램(20)의 일측은 제 2 밸브 바디(12)의 이송공(15)에 위치하게 되어 제 1 밸브 바디(11)의 유입구(13)와 배출구(14)의 이송로(16)를 개방하며, 그때 상기 제 1 밸브 바디(11)의 유입구(13)를 통해 유입된 유체가 제 1 밸브 바디(11)의 배출구(14)로 이송되는 것이다.

상기 샤프트(30)는 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 다이아프램(20)의 일측면에 형성된 연결부(21)와 결합되고, 상기 샤프트(30)는 수평 직선운동을 통해 다이아프램(20)을 작동시켜 제 2 밸브 바디(12)의 이송공(15)을 개폐한다.

여기서, 상기 샤프트(30)는 도 5에서처럼, 원통형 형태로 형성되어 다이아프램(20)과 연결되는 일측면에는 다이아프램(20)의 연결부(21)가 삽입되어 연결되도록 삽입홈(31)이 형성되고, 상기 삽입홈(31)의 내주연에는 연결부(21)의 걸림돌기(22)가 걸리도록 결착돌기(32)가 돌출 형성된다.

그리고, 상기 샤프트(30)의 타측면에는 모터부(50)의 연결축(51)에 연결되도록 샤프트 연결부(33)가 형성되고, 상기 샤프트 연결부(33)는 모터부(50)의 연결축(51)과 볼트에 의해 탈부착이 가능하다.

상기 샤프트 하우징(40)은 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 샤프트(30)의 외주연에 형성되어 샤프트(30)가 직선운동하도록 가이드해주는데, 상기 샤프트 하우징(40)의 내부에는 샤프트(30)가 구비되어 수평 직선운동할 수 있도록 가이드홀(41)이 형성되고, 상기 가이드홀(41)은 샤프트 하우징(40)의 양끝단부를 관통하여 형성된다.

여기서, 상기 샤프트 하우징(40)의 일측면은 밸브 바디(10) 중 제 2 밸브 바디(12)의 일측면에 볼트 등의 연결부재에 의해 연결되고, 상기 샤프트 하우징(40)의 타측면은 모터부(50)를 고정하는 브라켓(90)에 연결부재에 의해 고정됨으로써, 샤프트 하우징(40)을 통해 밸브 바디(10)의 위치를 고정시켜준다.

그리고, 상기 샤프트 하우징(40)의 내부에는 직선운동하는 샤프트(30)의 위치를 센싱하는 위치센서(80)가 설치되고, 상기 위치센서(80)는 샤프트 하우징(40)의 외부로 돌출 형성되어 제어부(60)와 전기적으로 연결되고, 상기 제어부(60)는 위치센서(80)에서 전달된 샤프트(30)의 위치값에 따라 모터부(50)를 작동시킨다.

즉, 상기 위치센서(80)는 샤프트 연결부(33)의 양끝단부를 센싱하는데, 예를 들어 샤프트 연결부(33)가 좌측으로 이동되면 샤프트 연결부(33)가 위치센서(80)에 센싱되는 상태에서 계속 좌측으로 이동되면 샤프트 연결부(33)의 후방부가 위치센서에서 벗어나게 되면 위치센서는 신호를 제어부(60)에 보내주고, 상기 제어부(60)에서는 샤프트(30)가 더이상 이동하지 않도록 모터부(50)를 정지시킨다. 이렇듯, 상기 위치센서(80)는 샤프트(30)가 같은 방향으로 계속 이동하는 것을 방지하여 파손 등을 방지할 수 있고, 상기 압력센서(70)와 연동하여 모터부(50)를 제어하는 것이다.

상기 모터부(50)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 샤프트(30)의 끝단부에 연결축(51)에 의해 연결되어 샤프트(30)를 직선운동으로 작동시키는데, 본 발명의 모터부(50)는 회전운동을 직선운동으로 전환하여 샤프트(30)에 전달하도록 모터부(50)의 연결축(51)에 전환기어(미도시)가 형성되기에 회전운동을 직선운동으로 전환이 가능하다. 이때, 상기 연결축(51)의 전환기어는 회전운동을 직선운동으로 전환하는 기어가 사용된다.

여기서, 상기 모터부(50)는 외부에 고정되는 브라켓(90)에 고정 설치되어 위치가 고정되고, 상기 브라켓(90)은 모터부(50)를 받쳐주면서 외부에 고정되도록 측면상 "ㄴ" 형태로 형성되며, 상기 브라켓(90)의 일측에는 제어부(60)도 설치된다.

상기 제어부(60)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 제어기판 형태로 형성되어 모터부(50), 압력센서(70), 위치센서(80)와 전기적으로 연결되고, 상기 압력센서(70)와 위치센서(80)에서 전달된 신호에 따라 모터부(50)의 작동을 제어한다.

상기 제어부(60)의 제어방법을 간략히 설명하면, 상기 압력센서(70)에서 센싱된 유체의 압력값에 따라 모터부(50)를 작동시켜 다이아프램(20)을 개폐시킨다. 이때, 상기 다이아프램(20)의 개폐를 위해 샤프트(30)를 수평으로 작동시킬 때 작동구간을 위치센서(80)에서 센싱하여 제어부(60)에 전달하고, 그 신호에 따라 모터부(50)의 작동을 on/off 시킴으로써, 샤프트(30)가 작동구간 이외로 과하게 이동되지 않게 제어하여 과부하, 파손 등을 방지하는 것이다.

10 : 밸브 바디 11 : 제 1 밸브 바디
12 : 제 2 밸브 바디 13 : 유입구
14 : 배출구 15 : 이송공
16 : 이송로 17 : 관통구
20 : 다이아프램 21 : 연결부
22 : 걸림돌기
30 : 샤프트 31 : 삽입홈
32 : 결착돌기 33 : 샤프트 연결부
40 : 샤프트 하우징 41 : 가이드홀
50 : 모터부 51 : 연결축
60 : 제어부 70 : 압력센서
80 : 위치센서 90 : 브라켓

Claims (8)

1. 배양기, 한외여과시스템(Ultra Filtration System) 및 크로마토그래피(chromatography)에 설치되어 유체를 개폐하는 소형 압력 컨트롤 밸브에 있어서,
   유체가 유입되는 유입구(13)와 유입된 유체가 배출되는 배출구(14)가 양측에 각각 형성되고, 내부에는 유입구(13)를 통해 유입된 유체가 배출구(14)로 이송되는 이송공(15)이 형성되는 밸브 바디(10)와;
   상기 밸브 바디(10)의 내부에 형성되어 밸브 바디(10)의 이송공(15)을 개폐하는 다이아프램(20)과;
   상기 다이아프램(20)의 일측면에 결합되어 직선운동을 통해 밸브 바디(10)의 이송공(15)을 개폐하도록 다이아프램(20)을 작동시키는 샤프트(30)와;
   상기 샤프트(30)의 외주연에 형성되어 샤프트(30)가 직선운동하도록 가이드해주는 샤프트 하우징(40)과;
   상기 샤프트(30)의 끝단부에 연결축(51)에 의해 연결되어 샤프트(30)를 직선운동으로 작동시키는 모터부(50)와;
   상기 모터부(50)와 연결되어 모터부(50)의 작동을 제어하는 제어부(60);를 포함하여 구성되고,
   상기 밸브 바디(10)는 샤프트 하우징(40)의 끝단면에 결합되어 고정되고, 상기 밸브 바디(10)의 일측면에는 샤프트(30)가 밸브 바디(10)의 내부까지 관통되어 다이아프램(20)과 결합되도록 관통구(17)가 형성되며,
   상기 밸브 바디(10)의 유입구(13)에는 내부에 유입된 유체의 압력을 센싱하는 압력센서(70)가 일체형으로 결합되고,
   상기 압력센서(70)는 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 압력센서(70)에 의해 센싱된 압력값이 전달되고, 상기 제어부(60)는 압력센서(70)에서 전달된 압력값과 내부에 입력 설정된 압력값을 비교하여 모터부(50)를 작동시키며,
   상기 샤프트 하우징(40)의 내부에는 직선운동하는 샤프트(30)의 위치를 센싱하는 위치센서(80)가 설치되고, 상기 샤프트(30)의 타측면에는 모터부(50)의 연결축(51)에 연결되도록 샤프트 연결부(33)가 형성되며, 상기 위치센서(80)는 샤프트 연결부(33)의 양끝단부를 센싱하고, 상기 위치센서(80)는 샤프트 하우징(40)의 외부로 돌출 형성되어 제어부(60)와 전기적으로 연결되고, 상기 제어부(60)는 위치센서(80)에서 전달된 샤프트(30)의 위치값에 따라 모터부(50)를 작동시키며,
   상기 모터부(50)는 외부에 고정되는 브라켓(90)에 고정 설치되고, 상기 샤프트 하우징(40)도 브라켓(90)에 고정 설치되어 모터부(50)에 연결된 샤프트(30)를 지지해주며, 상기 브라켓(90)은 모터부(50)를 받쳐주면서 외부에 고정되도록 측면상 "ㄴ" 형태로 형성되고,
   상기 다이아프램(20)의 일측면에는 샤프트(30)와 연결되도록 연결부(21)가 돌출 형성되며, 상기 연결부(21)의 외주연에는 걸림돌기(22)가 돌출 형성되어 샤프트(30)와 연결시 이탈되지 않는 것을 특징으로 하는 소형 압력 컨트롤 밸브.
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