KR200224511Y1 - 자동온도 조절밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유체의 온도에 따라 가변되는 형상기억합금을 밸브몸체내에 장착하여 요구되어진 유체온도상태에서만 유체가 흐를 수 있도록 상기 밸브몸체를 자동으로 개폐함으로서 유체의 온도를 선택한 온도로 항상 일정하게 유지시킬 수 있는 자동온도 조절밸브에 관한 것이다.

본 고안은 그 일측부에 유체배출구가 형성된 밸브실이 형성되며, 상기 밸브실의 타측에는 그와 연통하도록 길이방향으로 관통된 유체유입통로가 형성된 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 밸브실에 내장되며, 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 수축 및 팽창하는 수단; 및 상기 수축 및 팽창수단에 끼워져 그의 수축 및 팽창동작에 따라 밸브몸체의 밸브시트내에서 좌우 이동하여 유체의 통로를 개폐하는 제1 개폐수단을 포함하는 자동온도 조절밸브를 제공한다.

Description

자동온도 조절밸브{Auto temparature control valve using shape memory alloy}

본 고안은 밸브몸체를 통과하는 유체의 온도를 자동으로 조절하는 자동온도 조절밸브에 관한 것으로, 특히 형상기억합금을 이용하여 밸브몸체를 통과하는 유체 또는 기체의 온도를 자동 조절함으로서 유체의 온도를 선택한 온도로 유지할 수 있는 자동온도 조절밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 밸브장치는 유체가 통과하는 밸브시트를 밸브스템 및 핸들로 조작하여 유체의 흐름을 통제하고, 또 온도조절장치를 사용하여 상기 밸브시트에 흐르는 유체의 온도를 감지하여 원격조정할 수 있도록 되어 있다.

밸브를 통과하는 유체의 온도를 선택한 온도로 유지하기 위한 종래의 밸브장치는 도1에 도시한 바와 같이, 밸브(101)의 스템(102)상에 구비되어 밸브실을 통과하는 유체의 온도를 감지하는 유체감지센서(103)와, 상기 유체감지센서(103)에 연결되어 그의 감지신호를 전달하기 위한 전달요소(104)와, 상기 전달요소(104)를 통해 인가된 유체의 온도신호에 따라 밸브의 유체통로를 개폐하여 유체의 설정된 온도로 유지시키기 위한 온도제어장치(105)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 밸브장치는 처음 가설하였을 경우에는 작동이 잘 되어 아무런 문제가 발생하지 않으나, 소정 기간이 지난 뒤에는 각 기기가 노후되거나, 외부 환경요인에 의하여 작동이 제대로 이루어지지 않아 온도제어에 에러가 발생하고 있다. 또한, 종래의 밸브장치는 온도제어장치와 유체감지센서간의 거리가 길고, 구성이 복잡할 뿐만 아니라, 비용도 고가이며, 고장이 발생할 경우에는 유지보수가 불편한 문제점을 내포하고 있다. 또한, 상기 핸들에 의해 밸브를 수동으로 개폐하는 구조로 되어 있기 때문에 밸브의 개폐동작이 매우 번거로운 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유체의 온도에 따라 가변되는 형상기억합금을 밸브몸체내에 장착하여 요구되어진 유체온도상태에서만 유체가 흐를 수 있도록 상기 밸브몸체를 자동으로 개폐함으로서 유체의 온도를 센택한 온도로 항상 일정하게 유지시킬 수 있는 자동온도 조절밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래기술에 따른 밸브장치의 구성을 나타낸 개략도.

도2 및 도3은 본 고안에 의한 자동온도 조절밸브의 일실시예 구성 및 작용상태를 나타낸 단면도.

도4 및 도5는 본 고안에 의한 자동온도 조절밸브의 다른 실시예 구성 및 작용상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 밸브몸체 3: 밸브실

4: 코일스프링 5: 니들

6: 바이어스 스프링 7: 볼

8: 볼스템 9: 수동레버

10: 패킹 11, 12: 제1 및 제2 몸체

13: O-링 14: 너트

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 그 양측부에 유체의 유출입 통로가 형성된 소정 크기의 밸브실이 그 내부에 형성된 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 밸브실에 내장되며, 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 수축 및 팽창하는 수단; 및 상기 수축 및 팽창수단에 끼워져 그의 수축 및 팽창동작에 따라 밸브몸체의 밸브시트내에서 좌우 이동하여 유체의 통로를 개폐하는 제1 개폐수단을 포함하는 자동온도 조절밸브를 제공한다.

이하, 첨부된 도2 이하의 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.

본 고안에 의한 자동온도 조절밸브는 별도의 제어장치없이 유체의 온도에 따라 자동 개폐되도록 구현한 것으로, 본 실시예에서는 도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 그 일측부에 유체배출구(1a)가 연통되어 있는 밸브실(3)이 형성되며, 상기 밸브실(3)의 타측에는 그와 연통하도록 길이방향으로 관통된 유체유입통로(1b)가 형성된 밸브몸체(1)와; 상기 밸브몸체(1)의 밸브실(3)에 내장되며, 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 수축 및 팽창하도록 형상기억합금으로 제조된 코일스프링(4)과; 상기 코일스프링(4)에 그 일측이 끼워지며, 코일스프링(4)의 수축 및 팽창동작에 따라 밸브몸체(1)의 밸브실(3)내에서 좌우 이동하면서 유체의 통로를 개폐하는 니들(5)과; 그 일단이 상기 밸브실(3)의 내측면에 위치되며 타단이 상기 니들(5)의 타측에 끼워져 상기 밸브실(3)의 개방측으로 상기 니들(5)에 미는 힘을 제공하는 바이어스 스프링(6)과; 상기 밸브몸체(1)의 유체통로(1b)에 설치되어 소정 각도방향으로 회전함에 따라 상기 유체통로(1b)를 개방 및 차단하는 볼(7)과; 일측이 상기 볼(7)에 연결되며, 타측이 상기 밸브몸체(1)의 외부로 노출된 볼 스템(8)과; 상기 볼 스템(8)에 결합되어 상기 볼(7)에 회동력을 제공하는 수동레버(9); 및 상기 볼(7)의 외주면에 구비되어 기밀을 유지하기 위한 패킹(10)으로 구성되어 있다.

본 실시예에서의 상기 밸브몸체(1)는 그 내부에 상기 밸브실(3)을 공유하며 상호 분해조립이 가능하도록 결합된 제1 및 제2 몸체(11, 12)로 이루어져 있으며, 상기 니들(5)은 일측이 유체배출구(1a)를 차단하기 위해 뾰족하게 형성된 형상을 가지며, 그 외주연부 소정위치에는 돌출되게 구비되어 밸브실(3)내에서 안내되기 위한 가이드돌기(5a)가 구비된 구조로 되어 있다.

또한, 본 고안의 주요기능을 담당하는 코일스프링(4)은 요구하는 온도에서 수축 및 팽창할 수 있도록 형상기억합금으로 제조되는데, 예를들어 상기 유체의 온도를 50℃로 유지할 경우에 상기 50℃에서 수축 및 팽창하는 형상기억합금을 선택하여 코일스프링을 제조한다.

본 고안에서는 상기 제1 및 제2 몸체(11, 12)의 기밀을 유지하기 위하여 그들 결합부에 O-링(13)이 구비되어 있으며, 또한 상기 제2 몸체(12)의 입구통로에는 너트(14)가 장착되는데, 이 부분의 결합부에도 O-링(13)이 구비되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

도2는 밸브가 개방된 상태를 나타낸 단면도이고, 도3은 밸브가 차폐된 상태를 나타낸 단면도이다.

먼저, 도2에 도시한 바와 같이 코일스프링(4)의 설정된 온도보다 낮은 저온의 유체가 밸브몸체(1)의 밸브실(3)을 통과할 경우에는, 상기 코일스프링(4)이 수축하게 되고, 상기 코일스프링(4)에 끼워져 있는 니들(5)이 유체 입구측으로 당겨짐으로써 밸브실(3)과 연통하는 유체배출구(1a)는 개방되게 된다. 이때, 상기 바이어스 스프링(6)은 상기 니들(5)의 이동을 좀더 원활히 할 수 있도록 상기 유체 입구측으로 니들(5)을 밀게 된다.

반대로 상기 코일스프링(4)의 설정된 온도보다 높은 고온의 유체가 밸브몸체(1)의 밸브실(3)을 통과할 경우에는, 상기 코일스프링(4)이 팽창하게 되고 이에따라 상기 니들(5)이 바이어스 스프링(6)의 미는힘을 극복하면서 밸브실(3)의 유체배출구(1a)를 차단하게 되어 유체의 흐름을 막게 되는 것이다.

상기와 같이 밸브몸체(1)의 밸브실(3)을 통과하는 유체의 온도에 따라 상기 코일스프링(4)이 수축 또는 팽창하면서 밸브를 자동으로 개폐하여 유체의 온도를 선택한 온도로 항상 일정하게 유지시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 밸브실(3)의 유체통로를 인위적으로 차단할 경우에는, 상기 레버(9)를 열림위치에서 닫힘위치로 90°회동시킴에 따라 밸브몸체(1)의 유체통로(1b)를 개방하고 있던 볼(7)이 회전하여 유체통로(1b)를 차단하게 되는 것이다.

본 고안의 다른 실시예를 도4 및 도5를 참조하여 설명한다.

도면에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 크게 내부에 밸브실(43)이 형성된 밸브몸체(31)와, 그 일측은 상기 밸브몸체(31)에 결합되며 타측은 외부의 배관에 연결하기 위한 커플러(32)와, 상기 밸브몸체(31)의 타측에 설치된 볼밸브(33)로 구성된다.

상기 밸브몸체(31)는 그 일측에 유체배출구(41a)가 길이방향으로 연통되어 있으며, 내주면 소정위치에는 돌기(41b)가 돌출되어 있는 제1 몸체(41)와; 상기 제1 몸체(41)에 결합되며, 그 일측에 유체통로(42a)가 길이방향으로 연통되어 있는 제2 몸체(42)로 구성된다.

여기서, 상기 제1 및 제2 몸체(41, 42)의 내부는 유체배출구(41a)와 유체통로(42a)보다 크게 확장된 밸브실(43)을 공유하며, 또 상호 분해조립이 가능하도록 상기 제1 몸체(41)의 타측 내주면에 암나사가 형성되고, 제2 몸체의 일측 외주면에는 수나사가 형성된 나사체결부(51)가 구비되어 서로 나사결합되는 구조를 갖는다.

또한, 상기 제1 몸체(41)와 제2 몸체(42)의 결합부에 설치되며, 다수의 유체통과홀(44a)이 형성된 제1 고정링(44)과; 상기 제1 몸체(41)의 밸브실(43) 내주면에 구비된 돌기(41b)에 그 외주면이 접촉되며 외력에 의해 좌우 이동하면서 유체통로를 개폐하기 위한 밸브디스크(45)와, 상기 제1 고정링(44)과 밸브디스크(45)를 관통하여 그들을 상기 밸브실(43)의 중심부에서 지지하는 지지대(46)와; 상기 지지대(46)의 타측에 끼워지는 제2 고정링(47)과; 상기 밸브 디스크(45)의 일측과 제1 고정링(44) 사이에 설치되며, 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 수축 및 팽창하면서 밸브디스크(45)를 돌기(41b)측으로 가압력을 제공하는 코일스프링(48)과; 상기 밸브디스크(45)의 타측과 제2 고정링(47) 사이에 설치되며 상기 밸브디스크(45)가 돌기(41b)측으로부터 분리되도록 가압력을 제공하는 바이어스 스프링(49)과; 상기 지지대(46)의 양단부에 설치되어 긍화 제1 및 제2 고정링(44, 47)을 고정하기 위한 결합너트(50)로 구성된다.

여기서, 본 고안의 주요기능을 담당하는 상기 코일스프링(48)은 요구하는 온도에서 수축 및 팽창할 수 있도록 형상기억합금으로 제조되며, 상기 바이어스 스프링은 일반 인장스프링이 사용된다.

한편, 상기 커플러(32)는 상기 밸브몸체(31)의 타측 외주면에 나사결합된 유니온(61)과, 그 일측이 상기 유니온(61)의 내면에 끼워지며, 타측 외주면에는 외부배관과 체결되기 위한 수나사가 형성된 니플(62)로 구성된다.

상기 볼밸브(33)는 제2 몸체(42)의 타측에 나사결합으로 결합되며 그 내부에 유체통로와 연통하는 유체유입구(71a)가 형성된 몸통부(71)와, 상기 몸통부(71)의 유체경로상에 설치되어 소정 각도방향으로 회전함에 따라 상기 유체경로를 개방 및 차단하는 볼(72)과; 일측이 상기 볼(72)에 연결되며, 타측이 상기 몸통부(71)의 외부로 노출된 볼 스템(73)과; 상기 볼 스템(73)에 결합되어 상기 볼(72)에 회동력을 제공하는 수동레버(74); 및 상기 볼(72)의 외주면에 구비되어 기밀을 유지하기 위한 패킹(75)으로 구성되어 있다.

본 고안에서는 상기 제1 및 제2 몸체(41, 42)의 접촉부위, 제2 몸체(42)와 몸통부(71)의 접촉부위, 제1 몸체(41)와 니플(62)의 접촉부위에는 기밀을 유지하기 위한 O-링(76)이 구비되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 제2 실시예의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

도4는 밸브실의 유체 배출구가 밸브디스크에 의해 차폐된 상태를 도시하며, 도5는 밸브실의 유체 배출구가 개방된 상태를 도시하고 있다.

먼저, 도4에 도시한 바와 같이 코일스프링(46)의 설정된 온도보다 낮은 저온의 유체가 밸브실(43)을 통과할 경우에는, 상기 코일스프링(46)이 본래의 상태를 유지하게 되고, 상기 바이어스 스프링(49)을 통해 제공되는 가압력에 의해 밸브디스크(45)가 유체개방측 방향으로 밀려진 상태에 놓임으로써 밸브실(43)의 유체배출구(41a)는 개방되어 유체가 흐르게 된다.

반대로, 상기 코일스프링(46)의 설정된 온도보다 높은 고온의 유체가 제1 고정링(44)의 통과홀(44a)을 통하여 밸브실(43) 내부로 유입되는 경우에는, 상기 코일스프링(46)이 팽창하면서 상기 밸브디스크(45)에 가압력을 제공하여 상기 바이어스 스프링(49)의 가압력을 극복하면서 밸브실(43)의 유체배출구(41a)를 차단하여 유체의 흐름을 막게 되는 것이다.

그리고, 상기 밸브실(43)의 유체통로를 인위적으로 차단할 경우에는, 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 상기 레버(74)를 열림위치에서 닫힘위치로 90°회동시킴에 따라 몸통부(71)의 유체유입구(71a)를 개방하고 있던 볼(72)이 회전하여 유체통로를 차단하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 형상기억합금으로 제조된 코일스프링을 이용한 간단한 구조로 유체의 온도에 따라 밸브의 유체통로를 개폐하는 구조로 이루어져 있어 별도의 온도조절장치가 필요없으며, 또 일정한 온도의 유체만을 통과시킬 수 있어 유량조절과 온도제어가 신뢰적으로 이루어지며, 열손실이 적은 효과를 가진다.

또한, 구조가 간단하기 때문에 제작이 간단하여 제작비용을 절감할 수 있으며, 밸브몸체를 분해조립이 가능하도록 한 구조로 되어 있어 유지보수가 간단하며,또 긴급시 유체를 차단하는 수동조작밸브가 함께 구비되어 있어 별도의 수동밸브가 불필요하며, 하나의 밸브로 온도제어 및 유량조절이 가능하여 매우 경제적인 효과를 가진다.

Claims (10)

1. 그 양측부에 유체의 유출입 통로가 형성된 소정 크기의 밸브실이 그 내부에 형성된 밸브몸체;

   상기 밸브몸체의 밸브실에 내장되며, 유체의 온도가 설정된 값을 기준으로 승강함에 따라 수축 및 팽창하는 수단; 및

   상기 수축 및 팽창수단에 끼워져 그의 수축 및 팽창동작에 따라 밸브몸체의 밸브시트내에서 좌우 이동하여 유체의 통로를 개폐하는 제1 개폐수단

   을 포함하는 자동온도 조절밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수축 및 팽창수단이 형상기억합금으로 제조된 코일스프링으로 이루어진 자동온도 조절밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서.

   상기 제1 개폐수단은

   일측이 유체배출구를 차단하기 위해 뾰족하게 형성되며, 그 외주연부 소정위치에 돌출되게 구비되어 밸브실내에서 안내되기 위한 가이드돌기가 구비된 니들; 및 상기 니들의 일측에 설치되어 밸브실의 개방측으로 상기 니들에 가압력을 제공하는 바이어스 스프링을 포함하는 자동온도 조절밸브.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브몸체는 그 일측에 유체배출구가 길이방향으로 연통되어 있으며, 내주면 소정위치에는 돌기가 돌출되어 있는 제1 몸체;

   상기 제1 몸체에 결합되며, 그 일측에 유체통로가 길이방향으로 연통되어 있는 제2 몸체를 포함하되,

   상기 제1 및 제2 몸체의 내부에 밸브실을 공유하는 자동온도 조절 밸브,
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1 개폐수단은

   상기 제1 몸체의 밸브실 내주면에 구비된 돌기에 그 외주면이 접촉되며 외력에 의해 좌우 이동하면서 유체통로를 개폐하기 위한 밸브디스크; 및

   상기 밸브 디스크의 일측에 설치되어 밸브실의 개방측으로 상기 밸브디스크에 가압력을 제공하는 바이어스 스프링을 포함하는 자동온도 조절밸브.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 몸체와 제2 몸체의 결합부에 설치되어 상기 코일스프링의 일측을 지지하며, 다수의 유체통과홀이 형성된 제1 고정링;

   그 일측이 상기 제1 고정링에 끼워져 고정되며 상기 밸브디스크를 관통하여 그들을 상기 밸브실의 중심부에서 지지하는 지지수단; 및

   상기 지지수단의 타측에 끼워져 상기 바이어스 스프링의 일측을 지지하기 위한 제2 고정링

   을 포함하는 자동온도 조절밸브.
7. 제 1 항에 있어서.

   상기 밸브몸체의 일측에 설치되어 그의 유체통로를 개폐하는 제2 개폐수단을 더 포함하는 자동온도 조절밸브.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제2 개폐수단은

   상기 밸브몸체의 유체통로에 설치되어 소정 각도방향으로 회전함에 따라 상기 유체통로를 개방 및 차단하는 볼;

   상기 볼의 외주면에 설치되어 상기 밸브몸체의 유체통로와의 기밀을 유지하기 위한 패킹; 및

   일측이 상기 볼에 연결되며 타측이 상기 밸브몸체의 외부로 노출되어 상기 볼에 회동력을 제공하는 수동레버

   를 포함하는 자동온도 조절밸브.
9. 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 제2 개폐수단은

   제2 몸체의 타측에 나사결합으로 결합되며 그 내부에 유체통로와 연통하는 유체유입구가 형성된 몸통부;

   상기 몸통부의 유체경로상에 설치되어 소정 각도방향으로 회전함에 따라 상기 유체경로를 개방 및 차단하는 볼;

   일측이 상기 볼에 연결되며, 타측이 상기 밸브몸체의 외부로 노출되어 상기 볼에 회동력을 제공하는 수동레버; 및

   상기 볼의 외주면에 구비되어 기밀을 유지하기 위한 패킹

   을 포함하는 자동온도 조절밸브.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    그 일측은 상기 밸브몸체에 결합되며 타측은 외부의 배관에 연결하기 위한 커플러를 더 포함하는 자동온도 조절밸브.