KR20010081220A - 비례 조절 가스 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 매우 적은 양의 에너지를 사용하여, 가스 흐름의 비교적 큰 범위를 선형적으로 제어할 수 있는 비례 조절(proportional control) 가스 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 비례 조절 가스 밸브는 페일세이프(fail-safe) 작동 모드를 갖는다.

Description

비례 조절 가스 밸브{Proportional Control Gas Valve}
가스 연료의 흐름 비율을 제어하는 종래의 방법중 하나는, 가열(heating) 장치내에 복수의 가스 버너(burner)를 설비함으로써 이루어진다. 열이 거의 필요하지 않는 경우, 이들 가스 버너중에서 단지 몇개만이 동작한다. 보다 많은 열이 필요하게 되면, 보다 많은 가스 버너가 상기 장치내에서 동작gks다. 가열 장치내에서 가스 연료의 흐름 비율을 제어하는 다른 종래의 방법은 가스 연료의 흐름 비율을 제어하는 버너내에 복수의 솔레노이드(solenoid) 가스 밸브를 사용하는 것이다. 보다 많은 열이 필요하게 되면, 버너내의 보다 많은 상기 밸브가 상기 가열 장치내에서 작동을 시작한다.
그러나, 동시에 많은 가스 버너가 작동하는 결과로 열 출력이 증가되는 한편, 많은 버너의 작동은, 또한, 비용의 증가를 초래하고, 가스 흐름을 선형적으로 제어하는 것을 블가능하게 한다. 또한, 버너내에서 복수의 솔레노이드 가스 밸브가 작동하면, 보다 많은 가스 밸브가 필요하게 되므로 가열 비용이 증가하고, 또한, 가스 흐름을 선형적으로 조절할 수 없다.
가스 버너를 사용하는 종래의 가열 장치의 작동 비용은, 각각의 버너가 작동 제어를 위한 가스 솔레노이드 밸브를 필요로 하기 때문에, 일반적으로 높아진다. 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브는, 가스 흐름을 제어하는 스위치 등을 사용함으로써, 수동으로 제어되야만 하다. 그러나, 이러한 방법에 의해, 가스 흐름은 선형적으로 제어될 수 없다.
상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브는 가스 연료 흐름 비율의 큰 범위를 제어할 수 없기 때문에, 상기 종래의 가열 장치는, 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브를 사용하여, 1 내지 5 사이의 최소 열로에서 최대 열까지의 범위 설정에서 흐름 비율을 선택한다. 이것은, 가열 설정의 제한된 범위이며, 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브가 가스 연료 흐름의 큰 범위를 조절할 수 없다는 것을 나타낸다.
상기 가스 솔레노이드 밸브에 의해 제공되는 가스 연료 흐름의 작은 범위는 많은 결점을 갖는다. 하나의 결점은, 상기 가스 솔레노이드 밸브가, 정확한 온도에서 사용자가 필요한 열을 만족할 수 없다는 것이다. 다른 결점은, 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브를 사용함으로써 제공되는 열 설정의 제한된 범위 때문에, 사용자는 필요한 것보다 높은 열 설정을 사용하게 될 수 있으므로, 작은 가스 연료 흐름 범위는 에너지를 낭비할 수 있다는 것이다.
또한, 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브는 구조가 매우 복잡하고, 작동에 매우 많은 양의 에너지가 필요하다. 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브는, 일반적으로, 고정 철심, 자석 및 자성체(magnetic member)로 형성된 자기 회로(magnetic circuit)를 포함한다. 코일 홀더(holder)는, 상기 고정 철심의 바깥 주변에 대하여 움직을 수 있도록 설치되고, 그 주위를 둘러싸는 자기 코일을 갖는다. 슬리브 (sleeve)는 상기 자석내에 수용되고, 상기 고정 철심의 바깥 주변으로부터 소정의 거리로 떨어져 있다. 구동부(actuating portion)는 상기 고정 철심으로 형성된다. 따라서, 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브는 구조가 복잡한 것으로 볼일 수 있다.
또한, 가열 장치내에서 가스 연료의 점화는 수동적으로 턴-오프되지 않고 저절로 정지되어야 하므로, 상기 종래의 가스 솔레노이드 밸브는 상기 가스 연료 흐름을 정지시키기 위하여 설비되지 않는다. 따라서, 상기 가스 연료는, 상기 가열 장치가 수동적으로 스위치-오프 될 때까지 열 범위 설정 수동 스위치에 의하여 설정된 비율로 흐른다. 이것은 잠재적으로 매우 위험한 상황이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 위에서 설명한 결점을 예방하고 완화시킬 수 있는 개선된 비례 제어 가스 밸브를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 작동 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 횡 단면도이다.
도 3은 본 발명의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 종 단면도이다.
도 5는 도 2의 A-A선을 따른 단면도이다.
본 발명은, 매우 적은 양의 에너지를 사용하여, 가스 흐름의 비교적 큰 범위를 선형적으로 제어할 수 있고, 페일세이프(fail-safe) 작동 모드를 갖는 비례 조절 가스 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 가스 압력 및 흐름 비율을 동시에 제어할 수 있는 비례 제어 가스 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 서보모터에 의해 히스테리시스(hysteresis)없는 피드백 수단을 통하여 정확하게 제어할 수 있는 비례 제어 가스 밸브를 제공하는 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 비례 제어 가스 밸브는, 일반적으로, 밸브 본체 1, 주 다이어프램(diaphragm) 3, 밸브 스프링 5, 솔레노이드 조립체(assembly) 10, 조정(regulation) 다이어프램 16, 조절 스템(adjust stem) 17, 조정 스프링 19, 제 1기어 23, 조절 나사(screw) 24, 및 서보모터 25를 포함한다. 밸브 본체 1에는, 바닥에 밸브 덮개 2가 형성되고, 한 끝의 입구(inlet) 151, 다른 끝의 출구(outlet) 161, 제 1챔버(chamber) 101, 제 2챔버 102, 제 3챔버 103, 제 4챔버 104 및 제 5챔버 105가 형성된다. 입구 151은, 평형 오리피스 (balancing orifice) 71을 갖으며 솔레노이드 조립체 10이 형성되는 제 1챔버 101과 연동하는 오리피스 1511을 갖는다. 오리피스 81은 제 1챔버 101과 제 4챔버 104 사이에 형성된다. 솔레노이드 조립체 10은 제 1챔버 101을 지나서 제 4챔버 104로 흐르는 가스를 제어하기 위하여 사용된다. 밸런스 오리피스 71은 제 3챔버 103과 차례로 연동되는 제 2챔버와 연동된다. 주 다이어프램 3은, 다이어프램판 4을 갖는바닥측에 형성되고, 출구 161과 제 3챔버 사이에 배치되며, 밸브 스프링 5에 의하여 밀어져서, 입구 151과 제 3챔버 103 사이의 유로(passage)에 대해 위로 움직인다. 조정 다이어프램 16은, 제 5챔버 105내에 배치되고, 조정 스프링 19에 의하여 밀어져서 조절 나사 24로부터 멀리 움직인다. 조정 다이어프램 16에는, 제 4챔버 104와 제 5챔버 105 사이에 설치되는 조절 스템 17이 형성된다. 제 5챔버 105는 출구 161과 연동된다. 서보모터 25에는, 서보모터 25에 대하여 회전될 수 있는 크랭크(crank; 미도시)가 형성된다. 상기 서보모터는, 잘 알려진 종래의 어떤 디자인일 수 있고, 본 발명의 관심 부분이 아니다.
상기 솔레노이드 조립체가 아래로 움직여 오리피스 81을 폐쇄하는 경우, 주 다이어프램 3의 양쪽에 인가되는 가스 압력은 동일하고; 주 다이어프램 3은, 본 발명에 따른 상기 가스 밸브를 통하여 가스가 흐를 수 없도록 계속 폐쇄된다.
솔레노이드 조립체 10이 위로 움직여 오리피스 81을 개방하는 경우, 상기 가스는, 먼저, 오리피스 1511을 통하여 제 1챔버 101로 흐른 다음, 평형 오리피스 71 및 오리피스 81을 통하여 제 2챔버 102 및 제 4챔버 104로 각각 흐르는 두 갈래의 기류로 나누어진다. 그 다음, 상기 두 갈래의 기류중 하나는 제 3챔버 103으로 흘러 주 다이어프램 3의 바닥에 압력을 가한다. 그러나, 입구 151로부터의 주(main) 가스 흐름은 두 갈래의 기류로 나누어지기 때문에, 상기 두 갈래의 기류 각각의 압력은 상기 주 가스 흐름의 압력보다 낮고, 주 다이어프램 3이 상기 주 가스에 의해 눌러져 개방됨으로, 상기 주 가스 흐름이 출구 161으로 흐를 수 있게 된다. 주 다이어프램 3이 개방되는 직후, 상기 출구 압력은 조정 다이어프램 16에 의해 피드백 퍼텐쇼메터(potentionmeter) 80 또는 출구 161에 있는 압력 센서 90를 통하여 감지된다. 그 동안, 다른 갈래의 기류는 조정 스프링 19에 의하여 제어되는 조절 스템17을 통하여 흐른다. 서보모터 25는 기어 22와 맞물리는 기어 23과 구동적으로 접속되고, 기어 22는 조정 스프링 19의 상부에 배치된 조절 나사 24와 차례로 접속되어, 서보모터 25가 턴-온되는 경우, 기어 22, 23은 조절 나사 24를 구동하기 위하여 회전되고, 조정 스프링 19의 장력을 변화시킴으로써, 출구 161의 밖으로 흐르는 가스의 압력 및 흐름 비율을 제어하는 목적을 달성한다. 서보모터 25는 상기 출구 압력과 소정의 값을 비교하는 제어기 26에 의하여 제어되고, 상기 출구 압력이 소정의 압력과 동일하지 않은 경우, 서보모터 25는 조절 스템 17의 일부를 조절하기 위하여 구동됨으로써, 입구 압력의 변동에 관계없이, 일정 출구 압력을 유지한다. 상기 출구 압력이 소정의 압력과 동일한 경우, 서보모터 25에 공급되는 전원은 차단되고, 따라서, 상기 가스 밸브의 작동에 필요한 전력이 절약된다. 제어기 26은 당업자에게 잘 알려진 것이며 여기서 자세히 설명하지 않는다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 비례 조절 가스 밸브는, 매우 적은 양의 에너지를 사용하여, 가스 흐름의 비교적 큰 범위를 선형적으로 제어 할 수 있고, 가스 압력 및 흐름 비율을 동시에 제어할 수 있으며, 정확한 제어를 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 제 1오리피스(orifice)를 갖는 입구(inlet), 상기 오리피스를 통하여 상기 입구와 연동하는 제 1챔버(chamber), 평형(balancing) 오리피스 및 제 2오리피스가 형성되는 제 2챔버, 상기 평형 오리피스를 통하여 상기 제 1챔버와 연동하는 제 3챔버, 상기 제 2오리피스를 통하여 상기 제 1챔버와 연동하는 제 4챔버, 상기 제 4챔버와 연동하는 제 5챔버, 및 상기 제 5챔버와 연동하는 출구(outlet)로 형성되는 밸브 본체(valve body);
    상기 제 1챔버에서부터 상기 제 2오리피스를 통하여 상기 제 4챔버로 흐르는 가스를 제어하기 위하여 상기 제 1챔버에 장착되는 솔레노이드(solenoid) 조립체(assembly);
    상기 입구 및 상기 제 3챔버 사이에 배치되는 주 다이어프램(digphragm);
    상기 주 다이어프램 아래에 장착되고, 위쪽으로 움직여 상기 입구에서부터 상기 제 3챔버까지의 유로(passage)를 폐쇄(close)하도록 상기 주 다이어프램을 밀어내는 밸브 스피링;
    상기 제 5챔버 내부에 장착되는 조정(regulation) 다이어프램;
    상기 조정 다이어프램 위에 장착되는 조정 스프링;
    상기 제 4챔버에서부터 상기 출구로 가스가 흐르는 비율을 제어하기 위하여 상기 조정 다이어프램에 접속되는 조절 스템(adjust stem); 및
    상기 조절 스템에 구동적으로 접속되는 서보모터(servomotor);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비례 조절(proportional control) 가스 밸브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 서보모터를 제어하기 위한 제어기(controller)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비례 조절 가스 밸스.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 서보모터는, 상기 조정 스프링의 상부를 밀어내는 조절 나사(adjust screw)와 구동적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 비례 조절 가스 밸브.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 솔레노이드 조립체는 상기 제 2오리피스를 폐쇄 또는 개방시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비례 조절 가스 밸브.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제어기는 출구 압력과 소정의 값을 비교하고, 상기 출구 압력이 상기 소정의 압력과 같지 않은 경우, 상기 서보모터는 상기 조절 스템의 일부를 조절하도록 구동되어, 입구 압력의 변동에 상관없이 일정한 출구 압력을 유지하는 것을 특징을 하는 비례 조절 가스 밸브.
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