KR20000069447A - 유체 유량 서보 제어용 밸브 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기모터(38) 작동, 특히 스텝퍼 모터 작동에 적합한 혼합밸브(30)를 제공한다. 본 발명은 또한 작동용 스텝퍼 모터를 포함하며 선택적으로 솔레노이드로 스위치되는 출구 분기관 및 조합 혼합 및 다이(dye)를 포함하는 서보 혼합 밸브 시스템을 제공한다. 본 발명은 또한 온도정보 피드백을 포함하는, 유효하게 제어되는 욕실 샤워기 혼합 시스템을 제공한다.

Description

유체 유량 서보 제어용 밸브 시스템{Valve system for servo control of fluid flows}

본 발명은 유체 공급 시스템에서 유체의 유량을 제어하는 밸브에 관한 것이다. 특히 본 발명은 유체 유량의 유효한 서보 제어에 적합한 밸브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체 혼합기에서 유체유량의 유효한 서보 제어용 밸브에 관한 것이다.

전기적으로 제어되어 작동되는 데에 적합한 밸브 시스템은 다양한 응용에 공지되어 있다. 이들은 제어 전자장치 및 계산의 많은 잇점을 이들 응용에 더해주고 있다.

이러한 한 응용은 샤워기 혼합기, 세면기 혼합기 등의 유량을 제어하는 것이다.

공통적으로 사용되는 종래의 전기적으로 제어가능 가능한 유량 밸브는 통상의 수도꼭지 밸브 및 이 수도꼭지 밸브의 스핀들을 작동시키는 전기모터를 포함한다. 전기모터는 스핀들을 회전시켜 수도꼭지 밸브의 디스크를 축으로 움직이게 함으로서 수도꼭지 밸브의 디스크 링으로부터 나오는 유량을 제한한다. 통상, 디스크의 작용범위를 통해 디스크를 작동시키기 위해서는 스핀들을 여러번 회전시키야 한다. 또한 스핀들은 마찰을 야기하는 나삿니 구성에 의해 장치되어 움직인다. 그러므로, 이러한 형태의 밸브는 서보제어에 그다지 적합하지 않다. 또한 밸브를 닫기 위해 디스크는 유체의 공급압에 대향하여 움직여야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 시스템의 문제점을 극복 내지는 제거하는 유체 제어밸브를 제공하는 것이며, 또는 적어도 일반인에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예의 목적은 밸브를 통하는 유체의 유량을 서보제어하도록 된 유체 제어밸브를 제공하는 것이며, 또는 적어도 일반인에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예의 목적은 공급되는 유체들을 서보제어하여 소정의 비율로 혼합하는 것을 제공하는 것이며, 또는 적어도 일반인에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예의 목적은 온도 피드백을 채용하는 유효하게 제어되는 샤워기 혼합기를 제공하는 것이며, 또는 적어도 일반인에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

〈발명의 요약〉

본 발명의 특징에 따라, 밸브 몸체; 적어도 하나의 각각의 유체공급 또는 출구와 연락하는 적어도 하나의 제1 구멍을 정하는 제1 부재; 적어도 하나의 제2 구멍을 정하는 제2 부재를 포함하며, 상기 제1 및 제2 부재는 밀폐되게 접촉하여 배열되고 가변적으로 정렬될 수 있고 이어서 제1 및 제2 구멍이 가변적으로 정렬될 수 있어, 유체는 제1 구멍과 제2 구멍이 겹쳐질 때만 적어도 하나의 제1 구멍을 통해서 흐를 수 있고, 상기 또는 각각의 제2 구멍을 통하는 유량은 상기 제1 및 제2 구멍의 가변정렬에 의해서 가변될 수 있는 것이 제공된다.

바람직하게는 제1 및 제2 부재는 회전에 의해 가변적으로 정렬될 수 있다. 바람직하게, 이 회전은 바람직하게 적어도 하나의 센서로부터 변수 피드백을 수신하는 마이크로프로세서를 포함하는 제어기에 의해 제어되는 스텝퍼 모터에 의해 작용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 적어도 하나의 제1 구멍을 갖는 제1 부재와 적어도 하나의 제2 구멍을 갖는 제2 부재를 각각 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 구멍으로부터 유체의 유량은 상기 제1 및 제2 부재의 가변정렬에 의해 제어될 수 있는 적어도 두 개의 밸브 서브유닛; 하나 이상의 밸브 서브유닛에 대해 제1 및 제2 부재의 가변정렬이 되게 배치된 적어도 하나의 전기모터를 포함하는 적어도 2개의 유체공급과 통하는 유체 제어밸브가 제공된다.

바람직하게 상기 밸브는 적어도 한 센서로부터 변수 피드배을 수신하는 마이크로콘트롤러를 포함하는 제어기를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 단일의 제1 구멍 및 적어도 2개의 제2 구멍을 포함하며, 이들은 상기 제1 및 제2 부재의 가변정렬로 상기 적어도 두 개의 제2 구멍 각각을 통하는 유체가 가변 전환되게 배열된 것으로서, 청구항들 중 어느 한 항에 청구된 유체 제어밸브가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 적어도 2개의 출구; 바로 앞 파라그래프에 같은 적어도 2개의 유체 제어밸브를 포함하며, 각각의 유체 제유밸브의 하나의 제2 구멍은 상기 두 개의 출구 중 한 출구 또는 다른 출구와 통하는 유체 제어밸브가 제공된다.

도 1 및 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 밸브의 부품의 상면도 및 배면도를 각각 도시한 도면이다.

도 2는 도 1 및 도 2a에 도시한 부품의 측면도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 동일 실시예에 따른 밸브의 다른 부품의 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 부품의 측면도이다.

도 5는 본 발명의 대안 실시예에 따른 도 1 및 도 2에 도시한 부품에 대응하는 밸브를 도시한 것이다.

도 6은 도 5에 도시한 부품의 측면 평면도이다.

도 7은 도 1, 도 1a 및 도 2에 도시한 밸브의 부품에 대응하는 가스킷을 도시한 것이다.

도 8은 도 7에 도시한 가스킷의 측면도이다.

도 9 및 도 9a는 도 1 및 도 2 또는 도 5 및 도 6에 도시한 부품 중 어느 하나를 시일하는데 사용되는 가스킷의 부품을 도시한 것이다.

도 10 및 도 10a는 도 9에 도시한 가스킷용의 2개의 보강부재를 도시한 것이다.

도 11은 어느 한 실시예에의 도 1 내지 도 10에 도시한 부품을 포함하는 밸브 조립체를 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 서보 밸브 시스템 및 도 11에 도시한 밸브 조리체를 도시한 것이다.

도 13은 본 발명의 대안 실시예에 따른 서보 밸브 시스템 및 도 11에 도시한 밸브 조리체를 도시한 것이다.

도 14는 본 발명의 대안 실시예에 따른 서보 밸브 시스템을 도시한 것이다.

도 15는 본 발명의 대안 실시예에 따른 서보 밸브 시스템용 사용자 인터페이스의 레이아웃을 도시한 것이다.

도 16은 본 발명의 실시에에 따른 혼합 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 17 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조합 혼합 및 전환서보 밸브 시스템을 도시한 것이다.

도 1 및 도 2는 사용시, 밸브를 통하는 유체의 유량에 수직하여 정렬되는 입구 밸브부재(1)를 도시한 것이다. 입구 밸브부재(1)는 밸브가 개방되었을 때 유체가 통과하는 2개의 도관(2, 3)을 포함한다. 통상, 이들 도관은 임의의 적합한 단면모양으로 대치될 수 있긴하나, 밸브부재(1)의 한 면은 부채꼴 또는 타원형이며 다른 면은 원형인 단면을 갖는다. 구멍은 통상, 유체공급에 접촉하는 입구 밸브부재(1)의 면에서 원형으로 형성되며 이들 원의 크기는 요구된 유량 제약범위 내의 최소의 크기이다. 사용에 있어서, 구멍들과 이들 구멍 주위의 최소의 면적만이 유체공급과 접촉함으로써, 입구 밸브부재(1)와 이하 기술되는 출구 밸브부재(10)간 마찰을 증가시키게 되는 입구 밸브부재(1)에 가해지는 압력을 최소화한다. 또한, 통상적으로 도관(2, 3)은 밸브부재(1)의 외주로부터 안쪽에 배치되어 있어 도관의 주위에 밸브부재(1)의 영역을 제공하므로 필요할 때 이에 다른 부재가 도관(2, 3)을 시일(seal)하도록 접할 수 있다. 그러나, 적합한 대안이 되는 실링장치는 이 분야에 숙련된 자들에게는 명백한 것이다.

도관(2, 3)은 예를 들면, 공급압력 또는 점도의 상대적인 차를 고려하여 상이한 상대적인 크기를 가질 수 잇다.

입구 밸브부재는 통상 입구 밸브부재(1)의 접촉측(6)에 형성된 함몰영역(5)과, 입구 밸브부재(1)의 접촉측(6)에 접촉하는 어떠한 평탄면과도 마찰을 감소시키는 홈(6a)을 가질 수 있다. 이러한 마찰 감소 조치로, 밸브에 의해 요구되는 작동 토크가 감소된다. 입구밸브(1)의 가장자리는 통상, 밸브부재(1)의 가장자리가 깍이는 것을 방지하기 위해서 비스듬히 잘려있다.

입구 밸브부재는 정렬탭(7)을 포함하며, 이에 의해서 소정의 방위로 유지될 수 있다.

도 3 및 도 4는 출력 밸브부재(10)를 도시한 것이다. 밸브부재(10)는 필요할 때 도관(2, 3)을 시일하도록 사용시 입구 밸브부재(1)의 접촉측에 대해 밀폐되게 접할 수 있도록 평탄한 접촉면(11)을 갖고 있다.

출력 밸브부재(10)는 제거된 영역(12)을 갖는 디스크 형태로 된 것이다. 제거된 영역에 대한 대안이 되는 모양으로 적합하게 대치될 수 있고 그 모양은 특정 응용에 맞게 최적화될 수 있음을 이 분야에 숙련된 자들에게 명백할 것이다. 사용할 때, 출력 밸브부재(10)는 입구 밸브부재(1)에 접하여 정렬되고, 그에 관한 방위에 따라, 도관(2, 3)으로부터 나오는 유체의 유량을 가변적으로 제한시킨다. 유량은 완전히 저지될 것이며 출력 밸브부재(10)가 도관(2) 또는 도관(3) 중 어느 하나와 겹치지 않을 때 도관(2, 4)은 시일된다. 도관(2, 3) 각각을 통하는 유체의 유량은 유량이 없는 상태 내지 저지된 유량 또는 각 도관을 통하는 유량의 제어된 비율에 걸쳐 가변될 수 있다. 따라서, 출력 밸브부재(10) 및 입력 밸브 부재(1)는 혼합밸브를 형성하도록 결합될 수 있다. 대안으로, 이들을 거꾸로 결합하여 전환밸브를 형성할 수도 있다. 대안으로, 단지 하나의 구멍만을 갖는 입구 부재를 사용하여 단일의 유량을 제어하는데 사용할 수도 있으며, 또는 입구부재(1)의 2개의 구멍은 동일한 목적으로 단일의 유체공급과 통할 수 있다.

전형적으로, 각각의 도관(2, 3)은 도시하지 않은 별도의 유체 공급 도관과 통하며, 밸브의 출력은 단일 출력 도관과 통함으로써, 밸브는 2개의 공급도관으로부터 유체를 가변적으로 혼합할 수 있게 된다.

출력 밸브부재(10)는 이를 회전시킬 수 있는 작용 함몰부(13)를 포함한다.

구멍(2, 3)의 크기에 관련하여 제거된 섹터(12)의 크기는 소정의 온도와 압력에서 소정의 유체에 대한 최대 유속을 결정한다.

도 5 및 도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 입구 밸브부재보다 단면적이 큰 도관을 포함하는 입구 밸브부재를 도시한 것이다. 밸브의 소정의 응용에 적용할 수 있을 때, 도관의 다른 크기 및 모양으로 대치될 수 있음을 이 분야에 숙련된 자들에게 명백할 것이다.

도 7 및 도 8은 도 1, 도 1a 및 도 2에 도시한 입구 밸브부재(1)에 관련하여 사용되는 시일, 또는 가스킷(85)을 도시한 것이다.

도 7 및 도 8은 도 1, 도 1a 및 도 2에 도시한 입구 밸브부재(1)를 시일하는데 사용되는 가스킷(85)을 도시한 것이다.

도 9 내지 도 12는 가스킷 요소(28 및 29)를 도시한 것으로, 이들 가스킷 요소는 도 5 및 도 6에 도시한 입구 밸브부재(1)를 시일하는 가스킷을 형성하도록 결합된다. 통상 가스킷은 실리콘, 고무 또는 다른 적합한 변형가능한 재질로 형성되며, 가스킷 부재(29)는 통상 플라스틱으로 형성되고, 가스킷 부재(28)를 보강할 목적으로 사용된다.

도 11은 상기 기술된 실시예 중 어느 하나의 입구 밸브부재(1) 및 출구 밸브부재(10)를 도시한 것이다. 이들 밸브부재는 밸브 새시(20) 안에 끼워 맞추어 진다. 출구 밸브부재(10)의 제거된 부분(12) 및 밸브 새시(20)는 출구 구멍을 형성한다. 밸브 새시(20)는 일 단부가 개방되어 있어 밸브 새시 입구(21)를 형성하고 있다. 사용시, 밸브 조립체(19)는 이하 기술되는 밸브 하우징에 끼워 맞추어 진다. O-링(23)을 사용하여 밸브 하우징 내에 밸브 조립체(19)을 시일한다.

밸브 조립체(19)는 출구 밸브부재(1)의 작용 함몰부(13)에 맞물리는 스핀들 조립체(24)를 포함한다. 출구 밸브부재(10)는 스핀들 조립체(24)의 회전에 의해 회전될 수 있으며, 이 조립체는 스핀들 조립체(24)의 회전을 용이하게 하기 위해서 일 단부에 형성된 스핀들(25)을 포함한다.

입구 밸브부재(1)는 통상 밸브 조립체 새시(20) 내에서, 도시하지 않은 정렬 함몰부와 맞물리는 정렬 탭(7)에 의해 고정된 정렬로 유지된다.

가스킷(84) 또는 가스킷 부재(28, 29)로부터 형성된 것은 밸브 조립체 새시(20)의 입구단부에 끼워 맞추어진다.

밸브 조립체의 동작에 대해서 각각 개별 도관(2 또는 3)에 의해 공급되는 온수 및 냉수에 관련하여 이하 예시한다. 이것은 샤워기 온도 제어 혼합밸브와 같은 것에 응용된 경우가 될 것이다.

출구 밸브부재(10)는 처음에는 입구 밸브부재(1)의 구멍(2, 3) 모두를 덮도록 또는 시일하도록 하는 방위에 있다. 이어서, 예를 들면 냉수가 공급되는 구멍(2)의 일부를 먼저 열도록 스핀들(24)을 여는 방향으로 회전시킨다. 같은 방향으로 계속 회전시키면 구멍(2)은 더욱 더 개방된다. 결국, 계속 회전시키면 온수가 공급되는 다른 구멍(3)이 개방될 것이며, 구멍(2)의 일부를 닫게 될 것이다. 온수와 냉수의 비율은 동일방향으로 또는 반대방향으로 스핀들(24)을 회전시킴으로써 조정될 수 있다. 입구 및 출구 구멍이 부채꼴이므로, 밸브는 회전각도에 관하여 선형의 유량응답을 제공한다.

중간지점에서는 각각의 구멍의 동일한 부분이 열리고 도관(2, 3) 및 섹터(12)의 선택된 모양 및 크기에 따라서, 이것은 양 구멍(2, 3)을 부분적으로 덮는 것에 대응할 수 있다.

더 회전시키면 구멍(3)이 열리게 되고 온수만이 밸브 조립체 출구(20)로 공급된다.

도 12는 앞에서 기술된 밸브 조립체를 포함하는 서보 밸브 시스템(30)의 측면도이다.

서보 밸브 시스템(30)은 2개의 입구를 갖는 입구 분기관(31)을 포함하며, 이 중 하나(32)의 단면을 도 13에 도시하였으며, 다른 하나는 도 13에 도시한 바와 같이 분할벽(33) 바로 뒤에 배치되어 있다. 2개의 구멍(2, 3)을 분할하는 입구 밸브부재(1)의 분할부(8)는 분할벽(33)에 정렬된다. 가스킷(28)이 이에 따라 정렬된다. 가스킷(26) 또는 입구 분기관(31)은 가스킷(85)과 같은 모양으로 함으로써 입구 밸브부재(1)의 구멍만이 유체 공급에 접촉되도록 하는 것이 바람직하며, 그렇게 하지 않으면 입구 밸브부재(1)에 가해지는 힘 때문에 입구 밸브부재(1)와 출구 밸브부재(10)간에 마찰이 증가하게 되어 작동토크를 증가시켜야 하므로 상기한 바와 같이 접촉되게 한다.

서보 밸브 시스템(30)은 밸브 조립체(19)의 출구(22)에 접속된 출구관(34)을 포함한다. 필수적인 아니지만, 출구관(34)은 통상 서보 밸브 시스템 하우징(35)으로부터 일체로 형성된다.

밸브 조립체(19)는 환상의 캡(36)으로 하우징(35)에 고정되고 O-링(23)으로 상부가 시일된다.

입구 분기관(31)은 O-링(37)으로 하우징(35)에 시일된다.

서보 밸브 시스템(30)은 기어박스(39)를 통해 스플라인(25)의 스핀들(24)을 작동시키기 위해서 스텝퍼 모터(38), 또는 DC 모터, AC 모터나 유압모터와 같은 어떤 다른 자동화된 구동장치를 포함한다. 적합한 기어박스와 함께 다양한 스텝퍼 모터가 사용될 수 있으며 또는 스플라인(25)의 직경을 적합하게 하면 어떤 경우엔 기어박스가 없어도 된다는 것을 이 분야에 숙련된 자들에게 자명할 것이다. 상기 기술된 마찰 감소 조치를 사용함으로써, 최소 크기의 스텝퍼 모터가 사용될 수 있어, 장치의 크기 및 필요한 자원을 감소시키게 된다.

서보 밸브 시스템(30)은 입력 분기관(31) 내에, 그러나 더욱 특정하게는 출력관(34) 내에 도시하지 않은 하나 이상의 센서를 포함함 수 있어, 서보 밸브 시스템(30)의 제어를 위한 피드백을 제공한다.

센서는 온도센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 서미스터는 출구관의 수온을 감시하고 상이한 온도의 유체공급이 입구 분기관(31)에 접속되는 경우 출구관(34) 내의 수온을 제어하기 위해서 스텝퍼 모터(38)로 적합하게 조정할 수 있도록 관(34)의 일측을 관통하여 내에 삽입될 수 있다.

도 13은 본 발명의 대안 실시예에 따른 서보 밸브 시스템(40)을 도시한 것이다. 서보 밸브 시스템(40)은 솔레노이드 밸브(42)에 의해 열리거나 닫힐 수 있는 별도의 출구관(41)만을 포함하여 상기 기술된 서보 밸브 시스템(30)과는 다르다. 한 응용에서, 출구관(34)은 손잡이 샤워기 헤드를 공급하며 출구관(41)은 중간 높이 샤워기 분출구를 공급한다. 솔레노이드 밸브(42)는 개폐되어 원할 때 손잡이 샤워기 헤드에 공급된 물이 공급된다.

도 14는 본 발명의 또 다른 특징에 따른 서보 밸브 시스템(50)의 측면도이다.

서보 밸브 시스템(50)은 각각 개개의 입구관들에 의해 공급되는 것으로 도시된 51, 도시된 52와 같이 2개의 개별 밸브를 포함한다.

밸브는 대향하는 양측에 2개의 출구를 갖춘 새시 내에 장착된 통상의 구멍이 형성되어 있는 세라믹 디스크로 구성된다.

세라믹 디스크 각각은 보통 부채꼴 형상의 두 개의 대향하는 구멍을 포함한다. 밸브를 열기 위해서, 디스크 중 하나는 스핀들에 의해 회전됨으로서 양 디스크의 구멍들이 겹친다.

양 밸브 조립체의 출구들은 하나의 중간 도관(55)으로 보낸다. 각각의 밸브는 기어박스(61) 및 각각의 스텝퍼 모터(62)에 의해 각각의 스핀들의 각각의 스플라인(54)으로 작동된다.

각각의 밸브가 개개의 입구로부터의 유입되는 유체의 유량을 제어함으로써, 각각의 입구로부터 유체의 비율 및 양 입구로부터 전체 유량을 조정할 수 있다.

통상, 스텝퍼 모터는 중간관(55) 내의 원하는 유량이 일단 달성되면, 한 밸브에 대한 조정은 다른 밸브의 반대조정에 의해 동반되게 제어됨으로서, 압력은 유지하면서 중간관(55) 내의 유체 혼합, 또는 온도가 조정될 수 있다. 이것은 본관이 아닌 관 압력 물공급 시스템이 사용되는 경우 발생하는 공급압력들의 상대적인 차이를 고려하여 수정될 수 있다.

서보 밸브 시스템(50)은 또한 각각 59 및 60과 같은 솔레노이드 밸브를 포함하는 57 및 58과 같은 3개의 최종 출력을 통상 갖는 출구 분기관(56)을 포함한다.

본 발명의 이러한 특징을 포함하는 일실시예는 예를 들면 하나는 헤드 높이에 있고 다른 하나는 중간 높이에 있는 2개의 고정된 헤드를 갖는 샤워기 장치에 사용하도록 된 것이다. 이 실시예에서는 개개의 입구에 냉수 온수가 공급되며, 51과 같은 2개의 밸브의 적합한 제어를 위해 온도에 관한 피드백을 제공하도록 중간실(55)에 삽입된 서미스터를 포함한다. 따라서, 물공급 중 하나 또는 다른 것에서의 온도강하는, 압력 피드백을 원한다면 포함될 수도 있겠으나, 압력을 피드백할 필요없이 온도에 대해서 보상될 것이다.

본 실시예는 온수 및 냉수 또는 이중 어느 하나의 공급압력 변화를 보상할 수 있으므로 일정하게 요구된 온도 및 일정하게 요구된 압력이 샤워기 헤드에 제공된다. 다른 최종의 출구 중 하나 또는 이들이 열리거나 닫혀진 경우 57 및 58과 같은 최종의 출구 중 하나 또는 이들의 압력변화를 보상할 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예는 비교적 일정한 온도의 물을 샤워기 헤드에 공급하는 욕실 샤워기에서 사용하는 것에 관한 것이다. 욕실 샤워기는 단지 예를 든 응용예이며 이 실시예의 많은 유사한 응용예가 존재하며, 상이한 온도의 물을 혼합하는 것은 다른 물리적 또는 화학적 특성을 갖는 유체를 혼합하는 것과 유사한 것임을 이 분야에 숙련된 자들에게 명백할 것이다. 몇 가지 예는 ph, 점도, 유전상수, 또는 소정의 화학적 혹은 생물학적 작용제의 내용물이다.

욕실 샤워기 혼합 시스템에는 소정 압력의 온수 및 냉수의 2가지 유체가 공급된다. 이들은 상기 기술된 실시예 중 어느 하나에 따른 서보 밸브 시스템에 의해 혼합되며 혼합된 유체의 온도 정보는 서보 밸브 시스템의 제어기에 피드백된다. 서보 밸브 시스템(50)이 사용되는 경우, 압력 정보는 스텝퍼 모터의 알고 있는 위치에 의해 추정될 수 있으므로 압력이 유지될 수 있다.

온도센서는 통상 부온도 계수의 센서이다. 온도신호의 어떤 본연의 비선형성은 센서 전자회로로 부분적으로 보상된 후 마이크로프로세서에 의해 양자화될 수 있다. 마이크로프로세서는 측정된 온도를 소정의 기준온도와 비교하는 소프트웨어를 포함한다. 이로부터, 그리고 적합한 제어 알고리즘에 의해서, 다시 마이크로프로세서는 스텝퍼 모터, 그러므로 밸브부재(1, 10)의 요구된 위치를 결정한다. 시스템의 캘리브레이션이 필요할 것이며 적합하게 캘리브레이션하는 것은 명백할 것임을 이 분야에 숙련된 자들은 알 것이다.

양호한 각도 분해능 및 최소한의 마이크로프로세서 자원을 유지하면서 우수한 속도 및 토크특성을 유지하기 위해서, 스텝퍼 모터는 2개의 상이한 스텝핑 모드를 사용하여 2개의 속도로 동작되는 것이 바람직하다.

모터는 큰 변위를 위해 "전(full) 스텝"으로 회전되고, 이것은 속도 및 토크 응답을 최적화한다.

모터는 온도조정을 위해 "반 스텝"으로 회전되며, 이것은 움직임 분해능을 최적화한다.

모터는 정지상태에서 가속 시작시 반 스텝으로 회전되고 나중에 전 스텝으로 회전된다. 마찬가지로, 모터는 전 스텝으로 회전한 후에 감속 끝에서 반 스텝으로 회전하여 정지하게 된다. 이들 조치는 기계적인 쇼크를 감소시키며 모터, 기어박스 및 밸브 조립체의 관성을 극복한다.

혼합기 시스템은 전원이 끊어진 경우 밸브가 개방된 상태에 있게 되는 것에 대한 보호를 포함한다. 2가지 방법이 바람직한 실시예에서 사용된다. 한 방법은 전원차단이 검출되었을 때 밸브 조립체를 닫을 정도의 에너지를 저장하고 있는 전지의 사용을 포함한다. 다른 방법은 개방상태로 남아 있기 위해서는 전원이 필요한 솔레노이드의 사용을 포함하는 것으로, 전력이 끊어졌을 때 유량이 차단된다.

도 15는 서보 밸브 시스템(50)을 포함하는 욕실 샤워기 혼합 시스템의 바람직한 실시예를 위한 사용자 인터페이스(60)를 도시한 것이다.

사용자 인터페이스(80)는 원하는 및/또는 실제의 수온을 표시하는 LCD 디스플레이 및 원하는 수온을 조정하기 위한 ±62 버튼 시스템을 포함한다.

한 세트의 3개의 버튼(63)은 아마도 헤드 높이, 샤워기 분출기에 고정되거나, 또는 중간 높이 및 손잡이 샤워기 꼭지에 고정된 샤워기 꼭지를 온/오프 스위치하기 위해 포함된다. 한 세트의 버튼(64)은 아마도 온도에 대해서 그리고 출구 및 조명의 조합에 대해서 사용자가 프로그램할 수 있는 사전설정 기능을 위해 포함된다. 버튼(65)은 수류를 25% 또는 50%만큼 줄일 수 있는 경제모드를 제어한다. 버튼(66)은 30초 증분으로 샤워기 사용시간을 설정하는데 사용될 수 있다. 버튼(67)은 온 냉간 샤워기 온도가 변동되는 "스웨덴식" 사이클을 온/오프 스위치한다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 서보 밸브 시스템의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.

밸브 시스템을 떠나는 유체의 온도와 같은, 원하는 소정의 변수값에 대한 정보는 사용자로부터 사용자 인터페이스(71)에 의해 수신된다. 이 정보는 시스템 제어기(72)로 공급된다. 시스템 제어기(72)는 밸브 시스템의 출력에서 센서로부터 정보를 수신하고, 센서에 의해 감지된 변수값의 크기를 정하기 위해서 아날로그 디지털 변환기를 포함한다. 스텝퍼 모터 및 기어박스(75)의 위치는 모듈(74)에 의해 계산되고 스텝퍼 스퀀서(81)에 의해 스텝퍼 스퀀스로 변환된다. 스텝퍼 모터 및 기어박스(75)는 스텝퍼 구동기(76)에 의해, 요구된 위치로 구동된다. 스텝퍼 모터 및 기어박스의 작동에 의해서, 혼합 조립체(77)는 입구 유체(78, 79)를 혼합하여 출구 유체(80)를 형성하도록 적합한 위치에 배치된다. 소정의 파라미터에 관한 정보는 이때 마이크로콘트롤러로 피드백되고 처리는 조정에 의해 반복된다.

상기 기술된 바에 대한 대안 실시예는 밸브 조립체(18)를 역으로 하여 사용되는 것을 포함함을 이 분야에 숙련된 자들에게는 자명한 것으로, 이 경우 물은 단일 공급으로부터 출구(22)로 공급되고 그로부터 현재 출구부재의 도관(2 또는 3) 중 어느 하나로 전환된다.

도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이것은 대안 출구들간 온도, 압력 및 곧바로 흐르는 것을 제어하도록 제공된 조합된 밸브이다. 도 17 내지 도 20에 도시한 유체 제어밸브(90)는 대안 출구와는 무관하게 온 냉수 유량을 제어할 수 있다. 밸브(90)는 각각 온수 입구(92) 및 냉수 입구(93)를 갖는 본관 본체부(91)를 포함할 수 있다. 밸브 부재(94, 95)는 각각 냉수 온수의 유량을 독립적으로 제어하도록 작용하는 상호협동하는 쌍으로 제공될 수 있다. 이들 상호협동 쌍은 비록 입구 밸브부재 및 출구 밸브부재(10)를 서로 바꾸어 "출구" 밸브부재(10)가 유체공급과 직접 통하게 하는 것이 바람직할 것이나, 밸브부재(1, 10)에 따라 밸브부재 쌍으로서 준비될 수 있다.

밸브부재(94, 95)부터 출구는 개개의 출구(98, 99)에 각각 접속된 2개의 혼합실(96, 97) 중 어느 하나로 흐를 수 있게 함을 알 수 있다. 더욱이, 밸브부재(94, 95)와 상호간 상대 회전의 제어는 스텝퍼 모터(100, 101)에 의해 제공된다. 이들 스텝퍼 모터는 출구에서 온도, 또는 어떤 다른 유체변수에 대한 피드백 정보를 수신하는 제어기에 의해 제어될 수 있다.

이러한 형태의 밸브는 예를 들면, 샤워기 헤드 또는 욕실 배수구간에 유량을 전환하는 시설에 장착될 수 있음을 알 수 있다. 출구의 온도는 스텝퍼 모터(100, 101)를 제어하여, 밸브부재(94, 95)를 통해 혼합실로 냉온 유체의 유량에 대한 독립된 제어를 통해 제어될 수 있다. 더욱이, 밸브부재(94, 95)가 독립적으로 제어되면, 밸브로부터 유속은 이들 밸브부재 각각이 개방되는 정보를 제어함으로써 제어될 수 있다.

이 조립체는 하나의 설비로 유체의 방향, 유속 및 온도에 대한 서보제어를 가능하게 한다.

모든 밸브 조립체에서, 밸브제어에 영향을 미칠 수 있는 밸브에 특정물질이 들어가는 것을 막기 위해서 밸브 또는 상류 내 어느 하나에 필터를 설치할 수 있다.

상기 기술된 실시예는 2개의 유체의 혼합에 관련하여 기술된 것이나, 밸브 또는 밸브 시스템은 하나의 유체의 유량을 제어할 때 유용하게 적용될 수 있다는 것과 이것은 2개의 유체의 유량을 제어하는 것보다 더 간단하게 적용된다는 것을 이 분야에 숙련된 자들에게는 명백한 것이다. 하나의 유체 응용의 한 가능한 예는 소변기에 공급되는 물의 제어에 있다. 단일 유체 응용에 있어서, 상기 기술된 밸브부재(1)는 2개의 구멍(2, 3)이 단일 유체 공급과 통하게 하여 사용될 수 있다. 대안 실시예는 입구부재(1)와 유사한, 그러나 단지 하나의 입구구멍만으로 구성된,도시되지 않은 입구 밸브부재를 포함한다.

본 발명은 2개 이상의 유체의 상대적인 공급에서 변동을 유효하게 보상할 수 있는 유효한 서보 밸브 시스템을 제공한다. 이것은 예를 들면, 건물의 다른 부분에서 사용함에 기인하여 냉온수 공급압력이 변동될 수 있는 경우 샤워기 혼합기에 바람직할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 서보 밸브 시스템을 제공하는데, 이것은 2개 이상의 공급된 유체의 공급압력의 상대적 및 절대적 변동이 유량을 유효하게 조정할 수 있다. 이것은 예를 들면, 일정한 유량 및 일정한 온도가 요망되는 경우 샤워기 혼합기에 유용할 수 있다. 이것은 샤워기 혼합기가 복수의 출구를 갖고 있고 출구들을 통해 밖으로 유량에 있어 갑작스런 변동을 보상하기 위해서 공급압력의 조정이 필요한 경우에 특히 유용하다.

본 발명은 스텝퍼 모터의 특징에 의해서 서보 제어 응용에 적합한 스텝터 모터를 구비하고 있고 밸브 또는 모터의 위치를 감시하는 시스템을 필요로 하지 않는 서보 제어 밸브 시스템을 제공한다.

전술한 바의 경우, 등가물을 알고 있는 본 발명의 특정한 구성요소 또는 일체물을 참조하였으며, 이러한 등가물은 개별적으로 개시된 것처럼 여기 포함된다.

본 발명은 이의 가능한 실시예를 참조하여 예로서 기술되었으나, 첨부된 청구범위에 설정된 바와 같이, 본 발명의 범위 또는 정신에서 벗어나지 않고 본 발명에 수정 또는 개선이 행해질 수 있음을 알아야 한다.

Claims (31)

1. 유체 제어밸브에 있어서,

   밸브 몸체;

   적어도 하나의 각각의 유체공급 또는 출구와 통하는 적어도 하나의 제1 구멍을 형성하는 제1 부재;

   적어도 하나의 제2 구멍을 형성하는 제2 부재를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 부재는 밀폐되게 접촉하여 배열되고 가변적으로 정렬될 수 있고 이어서 제1 및 제2 구멍은 가변적으로 정렬될 수 있어, 유체는 제1 구멍과 제2 구멍간에 겹쳐질 때만 적어도 하나의 제1 구멍을 통해서 흐를 수 있고, 상기 또는 각각의 제2 구멍을 통하는 유량은 상기 제1 및 제2 구멍의 가변적인 정렬에 의해서 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 부재는 상기 제1 부재와 제2 부재간 실링(sealing)을 용이하게 하는데 적합한 적어도 하나의 실링 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 부재는 상기 입구부재와 출구부재간 접촉면적을 감소시키도록 된 영역으로 구성된 적어도 하나의 마찰 감소영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마찰 감소영역은 상기 제1 부재의 가장자리 주위에 배열된 실링영역에 의해 실질적으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마찰 감소 영역은 상기 입구부재의 가장자리에 방사상으로 확장하는 적어도 한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 또는 각각의 제1 구멍은 실질적으로 섹터 형상인 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 또는 각각의 제2 구멍은 실질적으로 섹터 형상인 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 상기 제1 및 제2 부재의 상대적인 회전에 의해 상기 제1 및 제2 부재의 가변정렬이 야기되도록 배열된 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2 부재는 원통형 영역 내에서 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부재는 실질적으로 하나 이상의 제거된 섹터(들)을 갖는 디스크 형태인 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재는 실질적으로 적어도 하나의 제거된 내부영역을 갖는 디스크 형태인 것 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 유체가 상기 입구구멍을 통해서만 통과하도록 억제되게 상기 제1 부재가 밀폐가능하게 끼워지는 내경을 갖는 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부재의 상대적인 정렬이 되게 배치된 적어도 하나의 전기모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
14. 적어도 2개의 유체공급과 통하는 유체 제어밸브에 있어서,

    적어도 하나의 제1 구멍을 갖는 제1 부재와 적어도 하나의 제2 구멍을 갖는 제2 부재를 각각 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 구멍으로부터 유체유량은 상기 제1 및 제2 부재의 가변정렬에 의해 제어될 수 있는 적어도 두 개의 밸브 서브유닛;

    하나 이상의 밸브 서브유닛에 대해 제1 및 제2 부재의 가변정렬이 되게 배치된 적어도 하나의 전기모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기모터는 스텝퍼 모터인 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부재의 가변정렬을 위한 작용을 용이하게 하도록 적어도 하나의 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전기모터를 제어하고 그럼으로써 상기 또는 각각의 제1 구멍으로부터의 유량을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 마이크로콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 유체(들)의 적어도 한 변수를 감지하는 적어도 한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
20. 제19항에 있어서, 상기 제어기는 상기 또는 각각의 제1 구멍으로부터 유량을 제어하며 상기 밸브를 떠나는 유체의 적어도 한 변수 중 적어도 하나를 제어하도록 상기 적어도 한 센서로부터의 정보를 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 적어도 한 소정의 변수는 온도정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 상기 스텝퍼 모터의 위치를 고려하여 유량을 추정하도록 적합하게 구성된 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
23. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 분기관 출구를 갖는 출구 분기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
24. 제23항에 있어서, 상기 하나 이상의 분기관 출구는 상기 각각의 분기관 출구로부터의 유량을 허용 또는 금지하게 하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브를 떠나는 유체의 상기 적어도 한 변수에 대한 정보를 수신하도록 된 사용자 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
26. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 단일의 제1 구멍 및 적어도 2개의 제2 구멍을 포함하며, 이들은 상기 제1 및 제2 부재의 가변정렬로 상기 적어도 두 개의 제2 구멍 각각을 통하는 유체가 가변 전환되게 배열된 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
27. 유체 제어밸브에 있어서,

    적어도 2개의 출구;

    제26항에 청구된 적어도 2개의 유체 제어밸브를 포함하며,

    각각의 유체 제어밸브의 하나의 제2 구멍은 상기 두개의 출구 중 한 출구 또는 다른 출구와 통하는 것을 특징으로 하는 유체 제어밸브.
28. 첨부한 도면에 도시된 실시예들 중 어느 한 실시예를 참조하여 기술된 밸브.
29. 첨부한 도면에 도시된 실시예들 중 어느 한 실시예를 참조하여 기술된 밸브 조립체.
30. 첨부한 도면에 도시된 실시예들 중 어느 한 실시예를 참조하여 기술된 서보 밸브 시스템.
31. 도 17 내지 도 20을 참조하여 기술된 조합된 혼합 및 전환밸브.