KR102549696B1

KR102549696B1 - 관류 액체 밸브

Info

Publication number: KR102549696B1
Application number: KR1020190009332A
Authority: KR
Inventors: 브렛 앤소니 란다크레; 제프리 시몬스
Original assignee: 맥 밸브즈, 인크.
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2023-07-03
Also published as: PL3517490T3; US10753498B2; CA3030395C; EP3517490A1; JP7149860B2; CN110081222A; JP2019152329A; BR102019001600A2; TW201937096A; CN110081222B; ZA201900496B; KR20190090717A; TWI799499B; AU2019200079A1; US20190226598A1; BR102019001600A8; BR102019001600B1; MX2019001083A; EP3517490B1; CA3030395A1

Abstract

하우징, 하우징에 제공된 밸브 시트, 및 밸브 시트에 근접하여 하우징에 위치되는 전기자 조립체를 포함하는 밸브. 전기자 조립체는 밸브 시트를 향해 및 그로부터 멀리 이동가능하고, 제1 전기자 및 제1 전기자에 대해 이동가능한 제2 전기자를 포함한다. 밸브는 또한, 밸브를 개방하기 위해 밸브 시트로부터 멀리 전기자 조립체를 작동시키도록 구성되는 코일을 포함하고, 코일에 제1 전류의 인가 시에, 제1 전기자 및 제2 전기자는 각각 밸브 시트로부터 멀리 제1 개방 상태로 작동되고, 코일에 제1 전류보다 큰 제2 전류의 인가 시에, 제2 전기자는 제1 전기자로부터 멀리 제1 개방 상태보다 큰 제2 개방 상태로 작동된다.

Description

관류 액체 밸브{FLOW-THROUGH LIQUID VALVE}

본 출원은 2018년 1월 25일에 출원된 미국 가출원 제 62/621,641호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 전체 개시내용은 참조로 본원에 통합된다.

본 개시는 밸브에 관한 것이다.

본 섹션은 반드시 종래 기술인 것은 아닌 본 개시에 관한 배경 정보를 제공한다.

맥주(또는 다른 음료 또는 액체 또는 유체)가 다양한 공급 라인들을 통해 맥주를 이동시키기 위해 이산화탄소와 같은 가스로 충전될 때, 가스는 액체에 용해되도록 혼입되어 약 30 °F 이하에서 온도들에 대해 안정된 상태로 존재한다. 가스는 통상적으로 액체로부터 버블링되지 않지만, 액체에서 운반되어 음료가 소비될 때 특유의 비등성을 음료에 제공한다 그러나, 시스템 상에서 압력의 증가 없이 유체의 온도가 30 °F 초과로 상승함에 따라, 가스가 점점 불안정해지고 유동하는 액체로부터 기포 또는 거품이 나오기 시작한다. 가스 기포들이 형성되어 하류로 전파됨에 따라 액체가 추가적으로 따뜻해지는 것은 발포 효과를 증가시킨다. 유체가 분배 밸브로부터 분배될 때 발생하는 난류와 같은 액체의 교란들에 의해 발포가 추가로 악화된다. 통상적인 주변 실온에 노출될 때와 같이 액체가 45 °F 이상으로 따뜻해질 때, 가스는 충분히 불안정해지고 분배될 때 많은 거품이 발생되어 종종 바람직하지 않다.

액체의 온도에서 원하지 않는 증가를 초래할 수 있는 팩터들 중 하나는 솔레노이드 밸브의 사용이다. 이와 관련하여, 솔레노이드 코일에 전류가 인가되어 밸브를 작동시킬 때, 밸브를 통해 흐르는 액체를 가열할 수 있는 열이 발생한다. 이는 바람직하지 않으며, 따라서 밸브 사용 동안 유체에 열을 전달하지 않는, 액체를 분배하기 위해 밸브가 필요하다.

액체에서 거품의 형성에 영향을 미치는 다른 팩터는 밸브를 통과하는 유동 경로이다. 이와 관련하여, 유동 경로가, 이를 통해 유동하는 유체가 방향을 여러번 변경하도록 요구하면, 액체의 거품의 양이 증가할 수 있고, 이는 앞서 언급된 바와 같이 바람직하지 않다.

본 섹션은 본 개시의 일반적인 요약을 제공하며, 본 개시의 전체 범위 또는 특징들 전부의 포괄적인 개시가 아니다.

본 개시의 제1 양상에 따르면, 하우징과, 폴 부재, 밸브 시트, 폴 부재와 밸브 시트 사이에 위치된 전기자(armature), 및 밸브 시트와 맞물리도록 전기자를 편향시키는 스프링 부재를 포함하는 전기자 조립체를 포함하는 밸브가 제공된다. 밸브는 또한, 전류가 인가될 때 밸브를 개방하기 위해 밸브 시트로부터 멀리 전기자를 작동시키고, 전류가 인가되지 않을 때 밸브를 폐쇄하기 위해 스프링 부재가 밸브 시트를 향해 전기자를 편향시키도록 허용하는 코일을 포함한다. 전기자는, 밸브가 개방될 때 액체가 전기자의 내부를 통해 유동하도록 허용하는, 내부에 형성된 복수의 포트들을 포함하고, 전기자는 제1 불릿(bullet)형 단부 및 대향하는 제2 불릿형 단부를 갖는 원통형 부재이다. 제1 및 제2 불릿형 단부들은 폴 부재 및 밸브 시트에 형성된 원뿔형 리세스들에 각각 대응한다.

본 개시의 제2 양상에 따르면, 하우징, 하우징에 제공된 밸브 시트, 및 밸브 시트에 근접하여 하우징에 위치되는 전기자 조립체를 포함하는 밸브가 제공된다. 전기자 조립체는 밸브 시트를 향해 및 그로부터 멀리 이동가능하고, 제1 전기자 및 제1 전기자에 대해 이동가능한 제2 전기자를 포함한다. 밸브는 또한, 밸브를 개방하기 위해 밸브 시트로부터 멀리 전기자 조립체를 작동시키도록 구성되는 코일을 포함하고, 코일에 제1 전류의 인가 시에, 제1 전기자 및 제2 전기자는 각각 밸브 시트로부터 멀리 제1 개방 상태로 작동되고, 코일에 제1 전류보다 큰 제2 전류의 인가 시에, 제2 전기자는 제1 전기자로부터 멀리 제1 개방 상태보다 큰 제2 개방 상태로 작동된다.

본 개시의 제3 양상에 따르면, 하우징 및 하우징에 제공되는 밸브 시트를 포함하는 밸브가 제공된다. 자기 재료로 형성된 제1 전기자는, 밸브가 폐쇄 상태에 있을 때 밸브 시트와 메이팅하고, 밸브가 개방 상태에 있을 때 밸브 시트로부터 멀리 이격되도록 구성된다 제1 전기자는, 제1 전기자의 길이를 확장하는 축방향 확장 통로, 및 제1 전기자의 길이를 따라 축방향으로 확장하는 축방향 확장 통로로부터 축방향 외측으로 위치되는 복수의 제1 유동 유체 포트들을 포함한다. 제2 전기자는 제1 전기자의 축방향 확장 통로 내에 위치된다. 제2 전기자는 제1 전기자에 대해 이동가능하고, 자기 플러그를 수납하는, 내부에 형성된 축방향 확장 리세스를 포함한다. 제2 전기자는, 제2 전기자의 길이를 따라 축방향으로 확장되는 축방향 확장 리세스로부터 방사상 외측으로 위치된 복수의 제2 유체 포트들을 포함한다. 밸브는 또한, 밸브를 개방하기 위해 제1 및 제2 전기자들을 작동시키도록 구성되는 코일을 포함하고, 코일에 제1 전류의 인가 시에, 제1 전기자의 자기 재료는 밸브를 제1 개방 상태에 배치하기 위해 제1 및 제2 전기자들을 밸브 시트로부터 멀리 작동시키도록 코일과 상호작용하고, 코일에 제1 전류보다 큰 제2 전류의 인가 시에, 제2 전기자의 자기 플러그는 제1 개방 상태보다 큰 제2 개방 상태로 밸브를 배치하기 위해 제2 전기자를 제1 전기자로부터 멀리 작동시키도록 코일과 상호작용한다.

적용가능성의 추가적 영역들은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 요약에서 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적들로 의도되면, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

본 명세서에 설명된 도면들은 모든 가능한 구현들이 아니라 선택된 실시예들만을 예시하기 위한 것이며 본 개시의 범위를 제한하려 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시의 제1 원리에 따른 밸브의 사시도이다.
도 2는 도 1에 예시된 밸브의 다른 사시도이다.
도 3은 도 1에 예시된 밸브의 분해 사시도이다.
도 4는 폐쇄 상태에서 도 3에 예시된 밸브의 단면도이다.
도 5는 개방 상태에서 도 3에 예시된 밸브의 단면도이다.
도 6은 폐쇄 상태에서 본 개시의 제2 원리에 따른 다른 밸브의 단면도이다.
도 7은 저-유동 상태에서 도 6에 예시된 밸브의 단면도이다.
도 8은 고-유동 상태에서 도 6에 예시된 밸브의 단면도이다.
대응하는 참조 번호들은 도면들의 몇몇 도면들 전반에 걸쳐 대응하는 부분들을 표시한다.

이제, 예시적인 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전히 설명될 것이다.

도 1 내지 도 5는 본 개시에 따른 관류 액체 밸브(10)를 예시한다. 밸브(10)는 외측 쉘 또는 하우징(12), 하우징(12)과 메이팅되는 내측 전기자 조립체(14), 및 에너지가 공급될 때 밸브(10)를 개방 및 폐쇄하도록 전기자 조립체(14)를 작동시키는, 하우징(12)과 전기자 조립체(14) 사이에 위치된 코일(13)을 포함하는 전기기계적 밸브이다. 하우징(12)은 제1 단부(18) 및 제2 단부(20)를 갖는 원통형 본체(16)를 포함한다. 제1 단부(18)는 방사상 내측으로 확장되는 벽(22)을 포함한다. 하우징(12)은 전기기계적 밸브(10)의 사용 동안 자기장을 생성할 수 있는, 당업자에게 공지된 강재 또는 임의의 다른 재료와 같은 재료로 형성될 수 있다.

전기자 조립체(14)는 내측 표면(26) 및 외측 표면(28)을 포함하는 내측 쉘(24)을 포함한다. 내측 쉘(24)은 전기자(30), 밸브 시트(32), 및 폴 부재(34)를 수납하고, 코일(13)은 하우징(12)과 내측 쉘(24) 사이에 위치된다. 폴 부재(34)는 일반적으로, 외측 표면(36) 및 내측 표면(38)을 갖고 이를 통한 유동 경로(40)를 정의하는 원통형 부재이다. 내측 쉘(24)과 폴 부재(34) 사이에 밀봉을 제공하기 위해, 내측 쉘(24)과 외측 표면(36) 사이에 한 쌍의 o-링들(42)이 위치될 수 있다. 폴 부재(34)의 일부분은, 내측 쉘(24)의 내측 표면(26) 상에 형성된 대응하는 나사 표면(46)과 메이팅하는 나사 표면(44)을 포함한다. 폴 부재(34)의 내측 표면(38)은 원통형이고, 가변적인 제1 내측 직경 D1을 갖는다. 내측 표면(38)은 전기자(30)를 향해 확장되고, 내측 표면(38)은 제2 내측 직경 D2를 갖는 내측 표면의 방사상으로 확장된 섹션(48)이 형성되도록 방사상으로 확장된다. D1과 유사하게, D2는 가변적이다. 폴 부재(34)는 또한 그와 일체로 형성되는 입구부(50)를 포함할 수 있다. 그러나, 입구부(50)는 폴 부재(34)와 별개이고 이격되며, 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 납땜, 용접 또는 일부 다른 부착 방법에 의해 폴 부재(34)에 부착됨을 이해해야 한다.

폴 부재(34)와 유사하게, 밸브 시트(32)는 일반적으로 유동 경로(55)를 정의하는 외측 표면(52) 및 내측 표면(54)을 갖는 원통형 부재이다. 내측 쉘(24)과 밸브 시트(32) 사이에 밀봉을 제공하기 위해, 내측 쉘(24)과 외측 표면(52) 사이에 한 쌍의 o-링들(56)이 위치될 수 있다. 또한, 밸브 시트(32)는 내측 쉘(24)의 말단 단부(60)와 인접하기 위한 숄더(shoulder)를 정의하는 방사상 외측으로 확장되는 플랜지(flange)(58)를 포함한다. 밸브 시트(32)의 내측 표면(54)은 원통형이고, 전기자(30)의 내측 직경 D1과 실질적으로 동일한 내측 직경 D3을 갖는다. 그러나, D1 및 D3은 상이한 크기일 수 있고 반드시 동일하지는 않음을 이해해야 한다. 내측 표면(54)이 전기자(30)로부터 멀리 확장할 때, 내측 표면(54)은 방사상으로 확장된 섹션(62)이 형성되도록 방사상으로 확장된다. 방사상으로 확장된 섹션(62)에서 내측 표면(54)의 내측 직경 D4은 (예시된 바와 같이) 폴 부재(34)의 내측 직경 D2보다 클 수 있거나, 또는 내측 직경 D4는 내측 직경 D3과 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 직경 D4는 가변적이다. 밸브 시트(32)는 또한 그와 일체인 출구부(64)를 포함할 수 있다. 그러나, 출구부(64)는 밸브 시트(32)와 별개이고 이격되며, 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 납땜, 용접 또는 일부 다른 부착 방법에 의해 밸브 시트(32)에 부착됨을 이해해야 한다.

전기자(30)가 폐쇄(도 4) 및 개방(도 5) 위치들 사이에서 작동될 때, 불릿형 단부들(66 및 68)이 원뿔형 시팅(seating) 표면들(70 및 72)에 대해 각각 시팅되도록, 전기자(30)는, 폴 부재(34) 및 밸브 시트(32) 각각에 형성된 대응적으로 원뿔형인 시팅 표면들(70 및 72)과 메이팅하는 제1 불릿형 단부(66) 및 제2 불릿형 단부(68)를 갖는 원통형 부재이다. 전기자(30)는, 코일(13)에 에너지가 공급될 때 코일(13)과 협력하도록 설계된 자기 재료로 형성될 수 있다. 전기자(30)가 전기자(30)의 축방향 길이를 따라 관측될 때 나비형이 되도록, 전기자(30)는, 제2 불릿형 단부(68)를 향해 불릿형 단부(66)로부터 전기자(30)를 통해 축방향으로 및 또한 내측 쉘(24)을 향해 방사상 외측으로 확장되는 복수의 유동 포트들(74)을 포함한다. 유동 포트들(74)의 형상은 도 3에 가장 잘 도시되어 있다. 전기자(30)는 4개의 유동 포트들(74)을 갖는 것으로 도 3에 예시되어 있지만, 제한 없이 더 많거나 더 적은 수의 유동 포트들(74)이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 밸브(10)가 개방 상태일 때, 유체는 입구부(50)로부터 폴 부재(34)를 통해, 유동 포트들(74)을 통해, 밸브 시트(32)를 향해 및 이를 통해, 출구부(64) 밖으로 유동하도록 허용된다. 유동 포트들(74)이 유동 경로들(40 및 55)과 축방향으로 정렬되기 때문에, 밸브(10)를 통해 유동하는 유체는 밸브(10)를 통해 유동할 때 더 적은 난류를 겪는다. 추가로, 불릿형 단부(66)는 유체가 유동 포트들(74)로 쉽게 유동하고 그로부터 빠져 나가도록 허용하여 난류를 추가로 감소시킨다. 따라서, 유체가 맥주 또는 일부 다른 타입의 탄산 음료이면, 유체가 밸브(10)를 통해 이동할 때 더 적은 거품이 생성된다. 밸브(10)가 폐쇄 상태일 때(도 4), 전기자(30)의 불릿형 단부(68)는 밸브 시트(32)에 대해 시팅된다. 밸브(10)가 폐쇄될 때 어떠한 유체도 밸브 시트(32)를 통과하지 않을 수 있는 것을 보장하기 위해, 밸브 시트(32)의 원뿔형 표면(72)은 전기자(30)의 불릿형 단부(68)와 맞물리는 밀봉 부재(73)를 포함할 수 있다.

스프링 부재(76)가 폴 부재(34)의 방사상으로 확장된 섹션(48) 내에서 전기자(30)와 폴 부재(34) 사이에 위치되고, 밸브(10)가 폐쇄 상태일 때 밸브 시트(32)와 맞물리도록 전기자(30)를 편향시키도록 구성된다(도 4). 스프링 부재(76)는 코일 스프링으로 예시되지만, 원한다면, 당업자에게 공지된 다른 스프링들이 사용될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 코일(13)은 전기자 조립체(14)와 하우징(12) 사이에 위치된다. 코일(13)은 하우징(12)의 방사상 내측으로 확장되는 벽(22)에 인접한 일 단부(86) 및 하우징(12)의 제2 단부(20)에 근접하게 위치된 다른 단부(88)를 갖는 원통형 코일 시트(84) 내에 위치된다. 코일(13) 및 코일 시트(84)가 방사상 내측으로 확장되는 벽(22)에 대해 시팅되어 유지하는 것을 보장하기 위해, 환형 플레이트(90)가 내측 쉘(24) 주위에 위치되고 하우징(12)의 제2 단부(20)에 대해 시팅된다. 제1 밀봉 부재(92)는 코일 시트(84)와 환형 플레이트(90) 사이에 위치되고, 제2 밀봉 부재(94)는 제2 단부(20)와 환형 플레이트(90) 사이에 위치되고, 제3 밀봉 부재(96)는 환형 플레이트(90)와 내측 쉘(24) 사이에 위치된다.

환형 플레이트(90)는 도체(100)가 환형 플레이트(90)를 통과하고 코일(13)에 전류를 제공하도록 허용하기 위한 애퍼처(98)를 포함한다. 커플링(102)은 애퍼처(98) 내에 위치되고 도체(100)를 밀봉한다. 환형 플레이트(90)가 하우징(12)의 제2 단부(20)에 대해 적절히 시팅되어 유지되는 것을 보장하기 위해, 원통형 캡 부재(104)가 하우징(12)의 제2 단부(20)에 대해 환형 플레이트(90)를 개재하는 폴 부재(34)의 나사 표면(44)과 106에서 나사 맞물림된다. 캡 부재(104)가 전기자 조립체(14)에 고정되게 하기 위해, 도 1 및 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 캡 부재(104)는 캡 부재(104)가 적절히 그립되고 회전되어 캡 부재(104)를 폴 부재(34)와 맞물리고 맞물림해제하도록 허용하는 멈춤쇠(detent)들(108)을 포함한다.

도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 하우징(12)은 전기자 조립체(14)에 고정되지 않는다. 따라서, 하우징(12) 및 코일(13)이 전기자 조립체(14) 주위에 적절히 위치되는 것을 보장하기 위해, 내측 쉘(24)의 외측 나사 표면(112)과 나사 맞물림하는 잠금 너트(110)가 캡 부재(104)와 함께 사용된다. 잠금 너트(110)는, 렌치 등을 사용하여 잠금 너트(110)가 내측 쉘(24)에 기밀하게 연결되도록 허용하는 육각형 윤곽의 외측 표면(116) 및 외측 나사 표면(112)과 맞물리기 위해 원통형 나사 표면(114)을 포함한다. 본 개시에 의해 요구되지는 않지만, 환형 워셔(118)가 잠금 너트(110)와 하우징(12) 사이에 위치되어, 캡 부재(104) 및 잠금 너트(110) 각각으로부터 과도한 힘이 하우징(12) 및 코일(13)에 적용되는 것을 방지할 수 있다.

마지막으로, 밸브(10)는 밸브 시트(32)에 근접하여 밸브(10)의 위치에서 내측 쉘(24)에 부착되는 보닛(bonnet)(120)을 포함한다. 보닛(120)은 내측 쉘(24)의 외측 나사 표면(112)에 커플링을 위해, 내측 표면(126) 상에 나사들(124)을 포함하는 원통형 확장부(122)를 포함한다. 보닛(120)은 또한 그 내부에 유체 출구부(55)를 수용하도록 구성되는 방사상 내측으로 확장되는 커버(128)를 포함한다. 커버(128)의 내측 표면(130)은 밸브 시트(32)의 방사상 외측으로 확장되는 플랜지(58)에 대해 인접하고, 원통형 확장부(122)의 외측 표면(132)은 보닛(120)이 내측 쉘(24)에 대해 회전되고 그에 나사 고정되도록 허용하기 위해 육각형 프로파일을 가질 수 있다.

도 4는 밸브(10)가 폐쇄 상태일 때 밸브(10)를 예시한다. 이와 관련하여, 코일(13)에 에너지가 공급되도록 어떠한 전류도 도체(100)에 인가되지 않는다. 도 5는 밸브(10)가 개방 상태일 때 밸브(10)를 예시한다. 앞서 언급된 바와 같이, 전기자 조립체(14)를 작동시키기 위해, 전류원(미도시)으로부터 도체(100)를 통해 전류가 코일(13)에 인가된다. 코일(13)에 에너지가 공급되는 경우, 코일(13)은 전기자(30)를 다시 폴 부재(34)를 향해 당기기 위해 전기자(30)와 자기적으로 상호작용할 것이다. 전기자(30)가 폴 부재(34)를 향해 다시 당겨질 때, 유체 입구부(50)로부터의 유체는 밸브(10)에 진입하고, 전기자(30)에 형성된 유동 포트들(74)을 통해 및 밸브 시트(32)를 통해 유체 출구(64)로 이동한다. 밸브(10)를 폐쇄하기 위해, 전류원(미도시)으로부터 코일(13)로의 전류는 중지되어, 코일(13)에는 더 이상 에너지가 공급되지 않고, 이는 코일(13)과 전기자(30) 사이의 자기 상호작용을 제거한다. 그 다음, 스프링 부재(76)는 전기자(30)를 다시 밸브 시트(32)와 밀봉 맞물림되게 편향시킨다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전기자(30)는, 밸브(10)가 개방일 때 유체가 전기자(30) 주위보다는 전기자(30)를 통해 유동하도록 허용하는 유동 포트들(74)을 포함한다. 이러한 구성은 전기자(30)가 코일(13)에 더 가깝게 위치되도록 허용한다. 추가로, 실질적으로 더 적은 유체가 전기자(30)와 코일(13) 사이에 위치되기 때문에, 전기자(30)와 코일(13) 사이의 자기 상호작용에 영향을 미치는 더 적은 간섭이 존재하고, 이는 전기자(30)를 작동시키는데 더 적은 전력 또는 전류가 필요하도록 허용한다. 이는, 밸브(10)를 작동시키는데 더 적은 전력이 필요하기 때문에 코일(13)에 에너지가 공급될 때 더 적은 열이 발생된다는 점에서 본 개시의 중요한 양상이다. 더 적은 열이 생성되기 때문에, 밸브(10)를 통과하는 유체에 더 적은 열이 전달된다. 따라서, 밸브(10)는, 밸브(10)의 사용 동안 유체가 가열되는 것이 바람직하지 않은, 음료 전달과 같은 유체 애플리케이션들에서 사용될 수 있다.

밸브(10)를 통해 유체의 유동이 유체 입구(40)로부터 유체 출구(64)까지인 것으로 설명되었지만, 밸브(10)는 또한 반대 방향으로 동작할 수 있음을 이해해야 한다. 즉, 유체 출구(64)는 유체 입구로서 기능할 수 있고, 유체 입구(40)는 유체 출구로서 기능할 수 있다.

도 6 내지 도 8는 본 개시에 따른 다른 관류 액체 밸브(210)를 예시한다. 밸브(210)는 외측 쉘 또는 하우징(212), 하우징(212) 내에 제공되는 전기자 조립체(214), 및 에너지가 공급될 때 밸브(210)를 개방 및 폐쇄하도록 전기자 조립체(214)를 작동시키는, 하우징(212)과 전기자 조립체(214) 사이에 위치된 코일(216)을 포함하는 전기기계적 밸브이다. 하우징(212)은 제1 단부(220) 및 제2 단부(222)를 갖는 원통형 본체(218)를 포함한다. 제1 단부(220)는 방사상 내측으로 확장되는 벽(224)을 포함한다. 하우징(212)은 전기기계적 밸브(210)의 사용 동안 자기장을 생성할 수 있는, 당업자에게 공지된 강재 또는 임의의 다른 재료와 같은 재료로 형성될 수 있다.

내측 표면(228) 및 외측 표면(230)을 포함하는 내측 쉘(226)은 코일(216)과 전기자 조립체(214) 사이에 제공될 수 있다. 내측 쉘(226)은 전기자 조립체(214), 밸브 시트(234), 및 폴 부재(236)를 수납하고, 코일(216)은 하우징(212)과 내측 쉘(226) 사이에 위치된다. 폴 부재(236)는 일반적으로, 외측 표면(238) 및 내측 표면(240)을 갖고 이를 통한 유동 경로(242)를 정의하는 원통형 부재이다. 내측 쉘(226)과 폴 부재(236) 사이에 밀봉을 제공하기 위해, 내측 쉘(226)과 외측 표면(238) 사이에 한 쌍의 o-링들(244)이 위치될 수 있다. 폴 부재(236)의 일부분은, 내측 쉘(226)의 내측 표면(228) 상에 형성된 대응하는 나사 표면(248)과 메이팅하는 나사 표면(246)을 포함한다. 폴 부재(236)의 내측 표면(240)은 원통형이고, 가변적인 제1 내측 직경 D1을 갖는다. 내측 표면(240)은 전기자 조립체(214)를 향해 확장되고, 내측 표면(240)은 제2 내측 직경 D2를 갖는 내측 표면(240)의 방사상으로 확장된 섹션(250)이 형성되도록 방사상으로 확장된다. D1과 유사하게, D2는 가변적이다. 폴 부재(236)는 또한 그와 일체로 형성되는 나사 입구부(252)를 포함할 수 있다. 그러나, 입구부(252)는 폴 부재(236)와 별개이고 이격되며, 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 납땜, 용접 또는 일부 다른 부착 방법에 의해 폴 부재(236)에 부착됨을 이해해야 한다.

폴 부재(236)와 유사하게, 밸브 시트(234)는 일반적으로 유동 경로(258)를 정의하는 외측 표면(254) 및 내측 표면(256)을 갖는 원통형 부재이다. 내측 쉘(226)과 밸브 시트(234) 사이에 밀봉을 제공하기 위해, 내측 쉘(226)과 외측 표면(254) 사이에 한 쌍의 o-링들(260)이 위치될 수 있다. 또한, 밸브 시트(234)는 내측 쉘(226)의 나사 단부(266)와 인접하기 위한 숄더(264)를 정의하는 방사상 외측으로 확장되는 나사 플랜지(262)를 포함한다. 밸브 시트(234)의 내측 표면(256)은 원통형이고, 폴 부재(236)의 내측 직경 D1보다 작은 것으로 예시된 내측 직경 D3을 갖는다. 그러나, D1 및 D3은 상이한 크기일 수 있고, 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 동일할 수 있음을 이해해야 한다. 밸브 시트(234)는 또한 그와 일체인 나사 출구부(268)를 포함할 수 있다. 그러나, 출구부(268)는 밸브 시트(234)와 별개이고 이격되며, 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 납땜, 용접 또는 일부 다른 부착 방법에 의해 밸브 시트(234)에 부착됨을 이해해야 한다.

전기자 조립체(214)는, 밸브(210)가 개방 상태인 것으로 예상될 때 저-유동 상태 및 고-유동 상태를 제공할 수 있는 2-편부 구조이다. 이와 관련하여, 전기자 조립체(214)는 제1 또는 저-유동 전기자(270) 및 제2 또는 고-유동 전기자(272)를 포함한다. 전기자(30)와 유사하게, 전기자 조립체(214)가 폐쇄(도 6) 및 개방(도 7 및 도 8) 위치들 사이에서 작동될 때, 불릿형 단부들(274 및 276)이 원뿔형 시팅(seating) 표면들(278 및 280)에 대해 각각 시팅되도록, 제1 전기자(270)는, 밸브 시트(234) 및 폴 부재(236) 각각에 형성된 대응적으로 원뿔형인 시팅 표면들(278 및 280)과 메이팅하는 제1 불릿형 단부(274) 및 제2 불릿형 단부(276)를 갖는 중공형 원통 형상 부재이다. 제1 전기자(270)는, 축방향으로 확장되는 통로(282) 내에 이동가능하게 수용되는 제2 전기자(272)에 대해 원뿔 시트 표면(284)을 정의하기 위해 제1 불릿형 단부(274)에서 방사상으로 협소한 축방향으로 확장되는 통로(282)를 포함한다. 시팅 표면(284)은 제2 전기자(272)와 접촉하는 밀봉 부재(286)를 포함한다.

제2 전기자(272)는 원뿔 시팅 표면(284)과 메이팅하도록 구성되는 불릿형 단부(288)를 갖는 원통형 부재이다. 제2 전기자(272)는 제1 전기자(270)에 대해 이동가능하지만, 또한 전기자 조립체(214)가 작동될 때 제1 전기자(270)와 함께 이동하도록 구성된다. 제2 전기자(272)는, 실질적으로 제2 전기자(272)의 전체 길이를 확장하지만 불릿형 단부(288)에 도달하기 전에 종료되는 축방향 확장 리세스(290)를 포함한다. 볼트형 플러그(292)는 리세스(290) 내에 시팅된다. 플러그(292)는 리세스(290) 내에 시팅되는 섕크부(shank portion)(294), 및 제2 전기자(272)의 단부(298)에 대해 인접한 섕크부(294)보다 큰 직경을 갖는 헤드부(296)를 포함한다.

제1 전기자(270) 및 플러그(292)는, 코일(216)에 에너지가 공급될 때 코일(216)과 협력하도록 설계된 자기 재료로 형성될 수 있다. 제1 전기자(270)가 제1 전기자(270)의 축방향 길이를 따라 관측될 때 나비형이 되도록(예를 들어, 도 3 참조), 제1 전기자(270)는, 제2 불릿형 단부(276)를 향해 제1 불릿형 단부(274)로부터 제1 전기자(270)를 통해 축방향으로 및 또한 내측 쉘(226)을 향해 방사상 외측으로 확장되는 복수의 유동 포트들(300)을 포함한다. 제2 전기자(272)가 또한 제2 전기자(272)의 축방향 길이를 따라 관측될 때 나비형이 되도록, 제2 전기자(272)는 또한, 단부(298)로부터 불릿형 단부(288)를 향해 및 또한 제1 전기자(270)를 향해 방사상 외측으로 확장되는 복수의 유동 포트들(302)을 포함한다.

제1 및 제2 전기자(270 및 272)는 각각 4개의 유동 포트들(300 및 302)을 포함한다. 그러나, 제한 없이, 더 많은 또는 더 적은 수의 유동 포트들(300 및 302)이 각각 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 밸브(210)가 개방 상태일 때, 유체는 입구부(252)로부터 폴 부재(236)를 통해, 유동 포트들(300 및/또는 302)을 통해, 밸브 시트(234)를 향해 및 이를 통해, 출구부(268) 밖으로 유동하도록 허용된다. 유동 포트들(300 및 302)이 유동 경로들(242 및 258)과 축방향으로 정렬되기 때문에, 밸브(210)를 통해 유동하는 유체는 밸브(210)를 통해 유동할 때 더 적은 난류를 겪는다. 추가로, 불릿형 단부들(274, 276 및 288)은 유체가 유동 포트들(300 및/또는 302)로 쉽게 유동하고 그로부터 빠져 나가도록 허용하여 난류를 추가로 감소시킨다. 따라서, 유체가 맥주 또는 일부 다른 타입의 탄산 음료이면, 유체가 밸브(210)를 통해 이동할 때 더 적은 거품이 생성된다. 밸브(210)가 폐쇄 상태(도 6)에 있을 때, 제1 전기자(270)의 제1 불릿형 단부(274)는 밸브 시트(234)에 대해 시팅되고, 제2 전기자(272)의 불릿형 단부(288)는 제1 전기자(270)의 원뿔 시팅 표면(284)에 대해 시팅된다. 밸브(210)가 폐쇄될 때 어떠한 유체도 밸브 시트(234)를 통과하지 않을 수 있는 것을 보장하기 위해, 밸브 시트(234)의 원뿔형 표면(278)은 제1 전기자(270)의 제1 불릿형 단부(274)와 맞물리는 밀봉 부재(304)를 포함할 수 있고, 원뿔 시팅 표면(284)은 제2 전기자(272)의 불릿형 단부(288)와 맞물리는 밀봉 부재(286)를 포함한다.

스프링 부재(306)가 제1 전기자(270)와 폴 부재(236) 사이에 위치되고, 밸브(210)가 폐쇄 상태일 때 밸브 시트(234)와 맞물리도록 제1 전기자(270)를 편향시키도록 구성된다(도 6). 스프링 부재(306)는 코일 스프링으로 예시되지만, 원한다면, 당업자에게 공지된 다른 스프링들이 사용될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 코일(216)은 전기자 조립체(214)와 하우징(212) 사이에 위치된다. 코일(216)은 내측 쉘(226)의 방사상 외측으로 확장되는 플랜지(312)에 인접한 일 단부(310) 및 하우징(212)의 방사상 내측으로 확장되는 벽(224)에 근접하게 위치된 다른 단부(314)를 갖는 원통형 코일 시트(308) 내에 위치된다. 밀봉 부재(316)가 코일 시트(308)와 방사상 내측으로 확장되는 벽(224) 사이에 위치된다.

방사상 내측으로 확장되는 벽(224)은 도체(320)가 방사상 내측으로 확장되는 벽(224)을 통과하고 코일(216)에 전류를 제공하도록 허용하기 위한 애퍼처(318)를 포함한다. 커플링(322)은 애퍼처(318) 내에 위치되고 도체(320)를 밀봉한다.

도 6는 밸브(210)가 폐쇄 상태일 때 밸브(210)를 예시한다. 이와 관련하여, 코일(216)에 에너지가 공급되도록 어떠한 전류도 도체(320)에 인가되지 않는다. 도 7 및 도 8는 밸브(210)가 개방 상태일 때 밸브(210)를 예시한다. 앞서 언급된 바와 같이, 전기자 조립체(214)를 작동시키기 위해, 전류원(미도시)으로부터 도체(320)를 통해 전류가 코일(216)에 인가된다. 코일(216)에 에너지가 공급되는 경우, 코일(216)은 전기자 조립체(214)를 다시 폴 부재(236)를 향해 당기기 위해 전기자 조립체(214)와 자기적으로 상호작용할 것이다. 전기자 조립체(214)가 폴 부재(236)를 향해 다시 당겨질 때, 유체 입구부(252)로부터의 유체는 밸브(210)에 진입하고, 전기자 조립체(214)에 형성된 유동 포트들(300 및/또는 302)을 통해 및 밸브 시트(234)를 통해 유체 출구(268)로 이동한다. 밸브(210)를 폐쇄하기 위해, 전류원(미도시)으로부터 코일(216)로의 전류는 중지되어, 코일(216)에는 더 이상 에너지가 공급되지 않고, 이는 코일(216)과 전기자 조립체(214) 사이의 자기 상호작용을 제거한다. 그 다음, 스프링 부재(306)는 전기자 조립체(214)를 다시 밸브 시트(234)와 밀봉 맞물림되게 편향시킨다.

도 7은 밸브(210)가 제1 개방 위치에 있을 때 밸브(210)의 저 유동 상태를 예시한다. 도 7에 예시된 바와 같이, 오직 제1 전기자(270)만이 코일(216)에 의해 작동되어, 제1 불릿형 단부(274)는 유체가 유동 포트들(300)을 통과하도록 원뿔형 시팅 표면(278)으로부터 당겨진다. 즉, 밸브(210)의 저 유동 상태에서, 제2 전기자(272)는 유동 포트들(302)을 통해 어떤 유체도 유동할 수 없도록 원뿔 시트 표면(284)에 대해 시팅되어 유지된다. 이는 도체(320)를 통해 코일(216)로 흐르는 전류의 양을 제어함으로써 달성된다. 더 상세하게는, 코일(216)에 인가되는 전류량은 오직 제1 전기자(270)의 자기 재료와 상호작용하기에 충분하다. 즉, 플러그(292)가 코일(216)로부터 더 먼 거리에 위치되기 때문에, 더 적은 전류가 코일(216)에 인가될 때, 오직 제1 전기자(270)만이 코일(216)과 상호작용하여 밸브(210)를 저 유동 상태로 개방할 것이다.

도 8은 밸브(210)가 제2 개방 위치에 있을 때 밸브(210)의 고 유동 상태를 예시한다. 도 8에 예시된 바와 같이, 제1 전기자(270) 및 제2 전기자(272) 각각은, 제1 불릿형 단부(274)가 원뿔형 시팅 표면(278)으로부터 멀리 당겨져 유체가 유동 포트들(300)을 통과하도록 허용하도록 코일(216)에 의해 작동되고, 제2 전기자(272)의 불릿형 단부(288)는 유체가 유동 포트들(302)을 통과할 수 있도록 원뿔형 시트 표면(284)으로부터 멀리 당겨진다. 유체는 유동 포트들(300) 및 유동 포트들(302) 둘 모두를 통해 유동할 수 있기 때문에, 더 많은 양의 유체가 밸브(210)를 통과하도록 허용된다. 이는 도체(320)를 통해 코일(216)로 흐르는 전류의 양을 증가시킴으로써 달성된다. 즉, 제1 전기자(270)의 자기 재료 및 플러그(292)의 자기 재료와 상호작용하기 위해 코일(216)에 인가된 더 많은 양의 전류로 충분하다. 즉, 플러그(292)가 코일(216)로부터 더 먼 거리에 위치되더라도, 더 많은 전류가 코일(216)에 인가되기 때문에, 제1 전기자(270) 및 플러그(292) 각각이 코일(216)과 상호작용하여 밸브(210)를 고 유동 상태로 완전히 개방할 것이다.

제2 전기자(272)를 밀봉(284)에 대해 편향시키는 다른 스프링(예시되지 않음)이 제2 전기자(272)와 폴 부재(236) 사이에 위치될 수 있음을 또한 이해해야 한다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전기자 조립체(214)는, 밸브(210)가 개방일 때 유체가 전기자 조립체(214) 주위보다는 전기자 조립체(214)를 통해 유동하도록 허용하는 유동 포트들(300 및 302)을 포함한다. 이러한 구성은 전기자 조립체(214)가 코일(216)에 더 가깝게 위치되도록 허용한다. 추가로, 실질적으로 더 적은 유체가 전기자 조립체(214)와 코일(216) 사이에 위치되기 때문에, 전기자 조립체(214)와 코일(216) 사이의 자기 상호작용에 영향을 미치는 더 적은 간섭이 존재하며, 이는, 제1 전기자(270) 및 제2 전기자(272) 둘 모두가 작동되는 고 유동 상태의 경우에도, 전기자 조립체(214)를 작동시키기 위해 더 적은 전력 또는 전류가 필요하도록 허용한다. 이는, 밸브(210)를 작동시키는데 더 적은 전력이 필요하기 때문에 코일(216)에 에너지가 공급될 때 더 적은 열이 발생된다는 점에서 본 개시의 중요한 양상이다. 더 적은 열이 생성되기 때문에, 밸브(210)를 통과하는 유체에 더 적은 열이 전달된다. 따라서, 밸브(210)는, 밸브(210)의 사용 동안 유체가 가열되는 것이 바람직하지 않은, 음료 전달과 같은 유체 애플리케이션들에서 사용될 수 있다.

밸브(210)를 통해 유체의 유동이 유체 입구(252)로부터 유체 출구(268)까지인 것으로 설명되었지만, 밸브(210)는 또한 반대 방향으로 동작할 수 있음을 이해해야 한다. 즉, 유체 출구(268)는 유체 입구로서 기능할 수 있고, 유체 입구(252)는 유체 출구로서 기능할 수 있다.

실시예들의 상기 설명은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 이는 본 개시를 총망라하거나 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별적인 엘리먼트들 또는 특징들은 일반적으로 그 특정 실시예로 제한되지는 것이 아니라, 적용가능한 경우, 교환가능하며, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 이는 또한 많은 방식들로 변경될 수 있다. 이러한 변경들은 본 개시로부터 벗어난 것으로 간주되어서는 안 되며, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

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밸브로서,
하우징;
상기 하우징에 제공되는 밸브 시트;
상기 밸브 시트에 근접하게 상기 하우징에 위치되는 전기자 조립체 - 상기 전기자 조립체는 상기 밸브 시트를 향해 및 그로부터 멀리 이동가능하고, 제1 전기자 및 상기 제1 전기자에 대해 이동가능한 제2 전기자를 포함함 -;
상기 밸브를 개방하기 위해 상기 밸브 시트로부터 멀리 상기 전기자 조립체를 작동시키도록 구성되는 코일을 포함하고,
상기 코일에 제1 전류의 인가 시에, 상기 제1 전기자 및 상기 제2 전기자는 각각 상기 밸브 시트로부터 멀리 제1 개방 상태로 작동되고,
상기 코일에 제1 전류보다 큰 제2 전류의 인가 시에, 상기 제2 전기자는 상기 제1 전기자로부터 멀리 상기 제1 개방 상태보다 큰 제2 개방 상태로 작동되는,
밸브.
제5항에 있어서,
상기 제2 전기자는 상기 제1 전기자 내에 시팅되는,
밸브.
제6항에 있어서,
상기 제1 전기자 및 상기 제2 전기자 각각은, 유체가 상기 전기자 조립체의 내부를 통해 유동하도록 허용하는, 내부에 형성된 복수의 포트들을 포함하고,
상기 제1 개방 상태에서, 유체는 상기 제1 전기자의 상기 복수의 포트들을 통해 유동하도록 허용되고, 유체는 상기 제2 전기자의 상기 복수의 포트들을 통해 유동하도록 허용되지 않고,
상기 제2 개방 상태에서 유체는 상기 제1 전기자 및 상기 제2 전기자 각각에서 상기 복수의 포트들을 통해 유동하도록 허용되는,
밸브.
제6항에 있어서,
상기 제1 전기자는 제1 불릿형 단부 및 대향하는 제2 불릿형 단부를 갖는 중공형 원통 형상 부재이고, 상기 제1 불릿형 단부는 상기 밸브 시트에 형성된 원뿔형 리세스에 대응하는,
밸브.
제8항에 있어서,
상기 중공형 원통 형상 부재의 내부는 상기 밸브의 폐쇄 상태에서 상기 제2 전기자에 의해 맞물리는 원뿔형 시트를 정의하는,
밸브.
제9항에 있어서,
상기 제2 전기자는 상기 제1 전기자의 원뿔형 시트에 대응하는 불릿형 단부를 포함하는 중공형 원통 형상 부재이고, 제2 전류가 상기 코일에 인가될 때 상기 코일과 협력하는 내부 내에 위치된 자기 플러그를 포함하는,
밸브.
제5항에 있어서,
상기 밸브 시트를 향해 상기 전기자 조립체를 편향시키는 스프링을 더 포함하는,
밸브.
제5항 있어서,
상기 코일과 상기 전기자 조립체 사이에 내측 쉘을 더 포함하는,
밸브.
제12항에 있어서,
상기 코일은 상기 내측 쉘과 상기 하우징 사이에 위치되는,
밸브.
밸브로서,
하우징;
상기 하우징에 제공되는 밸브 시트;
밸브가 폐쇄 상태에 있을 때 상기 밸브 시트와 메이팅하고, 상기 밸브가 개방 상태에 있을 때 상기 밸브 시트로부터 멀리 이격되도록 구성되는 자기 재료로 형성된 제1 전기자; - 상기 제1 전기자는, 상기 제1 전기자의 길이를 확장하는 축방향 확장 통로, 및 상기 제1 전기자의 길이를 따라 축방향으로 확장하는 축방향 확장 통로로부터 축방향 외측으로 위치되는 복수의 제1 유동 유체 포트들을 포함함 -;
상기 제1 전기자의 축방향 확장 통로 내에 위치된 제2 전기자 - 상기 제2 전기자는 상기 제1 전기자에 대해 이동가능하고, 자기 플러그를 수납하는, 내부에 형성된 축방향 확장 리세스를 포함하고, 상기 제2 전기자는, 상기 제2 전기자의 길이를 따라 축방향으로 확장되는 축방향 확장 리세스로부터 방사상 외측으로 위치된 복수의 제2 유체 포트들을 포함함 -; 및
상기 밸브를 개방하기 위해 상기 제1 및 제2 전기자들을 작동시키도록 구성되는 코일을 포함하고,
상기 코일에 제1 전류의 인가 시에, 상기 제1 전기자의 자기 재료는 상기 밸브를 제1 개방 상태에 배치하기 위해 상기 제1 및 제2 전기자들을 상기 밸브 시트로부터 멀리 작동시키도록 상기 코일과 상호작용하고,
상기 코일에 제1 전류보다 큰 제2 전류의 인가 시에, 상기 제2 전기자의 자기 플러그는 상기 제1 개방 상태보다 큰 제2 개방 상태로 상기 밸브를 배치하기 위해 상기 제2 전기자를 상기 제1 전기자로부터 멀리 작동시키도록 상기 코일과 상호작용하는,
밸브.
제14항에 있어서,
상기 제1 개방 상태에서, 유체는 상기 제1 전기자의 복수의 제1 포트들을 통해 유동하도록 허용되고, 유체는 제2 전기자의 복수의 제2 포트들을 통해 유동하도록 허용되지 않고,
상기 제2 개방 상태에서 유체는 상기 제1 전기자 및 상기 제2 전기자 각각에서 상기 복수의 제1 및 제2 포트들을 통해 유동하도록 허용되는,
밸브.
제14항에 있어서,
상기 제1 전기자는 제1 불릿형 단부 및 대향하는 제2 불릿형 단부를 갖는,
밸브.
제14항에 있어서,
상기 제1 전기자의 축방향으로 확장되는 통로는 상기 밸브의 폐쇄 상태에서 상기 제2 전기자에 의해 맞물리는 원뿔형 시트를 정의하는,
밸브.
제17항에 있어서,
상기 제2 전기자는 상기 제1 전기자의 원뿔형 시트에 대응하는 불릿형 단부를 포함하는 중공형 원통 형상 부재이고, 제2 전류가 상기 코일에 인가될 때 상기 코일과 협력하는 내부 내에 위치된 자기 플러그를 포함하는,
밸브.
제14항에 있어서,
상기 밸브 시트를 향해 상기 제1 전기자를 편향시키는 스프링을 더 포함하는,
밸브.
제14항 있어서,
상기 코일과 상기 제1 전기자 사이에 내측 쉘을 더 포함하고,
상기 코일은 상기 내측 쉘과 상기 하우징 사이에 위치되는,
밸브.