KR20040060934A - 연료 가스 송출 제어용 밸브 유닛 - Google Patents

Abstract

송출 덕트(3)를 통한 연료 가스의 송출 제어용 밸브 유닛은 덕트 내에 밸브 시트(6), 시트와 연관된 폐쇄 부재(5), 밸브 시트를 개폐하도록 폐쇄 부재를 제어하기 위해 폐쇄 부재에 작용하는 모터 구동 액추에이터(7)뿐만 아니라 자화 권선(24)을 지닌 제1 부분(23)과 자화에 의해 제1 부분에 견고하게 고정될 수 있는 제2 부분(25)을 가진 전자석 유닛(22)을 포함한다. 자화 유닛(22)은, 밸브 시트의 폐쇄가 요구되는 소정의 상황이 발생했을 때, 액추에이터의 작동 위치와 상관없이 밸브 시트(6)를 닫도록 폐쇄 부재(5)에 작용하기 위해 액추에이터와 연관되고, 액추에이터 수단(7)은 밸브 시트를 개폐하도록 폐쇄 부재(5)를 제어하기 위해 이동하는 동안 전자석 유닛의 제2 부분(25)과 함께 이동할 수 있고, 전자석 유닛의 제1 부분(23)은 밸브 유닛의 고정 구조물에 연결되어 있다.

Description

연료 가스 송출 제어용 밸브 유닛 {A VALVE UNIT FOR CONTROLLING THE DELIVERY OF A FUEL GAS}

위에 언급된 특징을 갖는 밸브 유닛은 일반적으로 가스의 유량 또는 송출 압력을 조절하여 버너 또는 이와 유사한 사용자 장치에 공급되는 연료 가스의 송출을 제어하기 위하여 제공된다.

이런 형태의 밸브 유닛으로는 본 출원인의 제품이 잘 알려져 있다. 이러한 밸브 유닛은 일반적으로 송출 덕트에 형성된 밸브 시트(valve seat)를 개폐할 수 있도록 폐쇄 부재(closure member)의 작동 제어용 모터 구동 액추에이터(actuator)를 구비한다. 예컨대 폐쇄 부재의 제어를 위해, 모터의 회전에 의해 폐쇄 부재가 밸브 시트로부터 멀어지거나 밸브 시트를 향해 움직이게 하기 위해서 암수 나사 커플링(male-and-female screw coupling)에 의해 전기 모터의 로터에 연결된 로드를 제공하는 것이 알려져 있다. 또한, 액추에이터의 회전에 의해 송출 압력 또는 송출된 가스 유량을 조절할 수 있다.

소정의 상황이 발생했을 때 밸브 시트의 안전 폐쇄를 보장하기 위해, 예컨대모터 구동 액추에이터에 전기 공급을 차단시켜 (이 상태에서 액추에이터는 밸브 시트 개방의 중간 위치에서 멈출 수도 있다.) 가스 통로를 닫기 위한 해결책이 종래 기술에서 제시되어 왔고, 이것이 본 출원인의 이탈리아특허 제PD99A000274호의 주제이다. 이것은 폐쇄 부재와 주 모터 구동 액추에이터 사이에 개재되어 폐쇄 부재에 작용하도록 배치된 전자석 유닛을 사용하여, 전자기 유닛의 전자석의 이동성 전기자와 고정 코어 간의 전자기 인력에 대항하여 스프링에 의해 발휘되는 탄성력에 의해 밸브 시트를 폐쇄시키는 것을 제시한다. 밸브 시트를 폐쇄해야 할 상황이 발생하면, 전자석에 전기 공급을 차단하여 액추에이터에 의해 채택된 작동 위치와 무관하게 상기 탄성력의 작용으로 폐쇄 부재의 안전 폐쇄 이동을 일으킨다.

한편, 이런 해결책은 밸브 시트의 안전 폐쇄를 보장하는 데에는 매우 신뢰성이 높지만, 다른 한편으로는 폐쇄 부재의 제어 로드와 함께 떠다니는, 특히 가스 유동의 영향을 받는 영역 내에서 떠다니는 전자석의 관련된 몇 가지 구조적인 복잡성을 가져온다. 실제로 이런 구성은 가스에 대한 밀봉뿐만 아니라 전기 접점과 전자석 공급용 전선 양자에 대한 전기적 절연의 특정 조건을 구비할 것을 요구하는데, 밸브 유닛 내에서 이동할 수 있는 전자석으로 이러한 조건을 만족시키기는 더 어렵다.

본 발명은 주 청구항인 제1항의 전제부에 따른 연료 가스 송출 제어용 밸브 유닛에 관한 것이다.

본 발명의 특징과 장점은 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더 분명해질 것이고, 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예를 통해 설명된다.

도1 내지 도3은 각각 다른 작동 상태에서의 본 발명에 따른 밸브 유닛의 종방향 단면도이다.

본 발명의 주요 목적 중의 하나는, 상술한 종래 기술과 관련하여 논의된 모든 한계를 극복하도록 구조적, 기능적으로 설계된 밸브 유닛을 제공하는 것이다.

이러한 목적과 아래에서 추가로 설명될 다른 목적들은 첨부된 청구항에 따라이루어진 밸브 유닛인 본 발명에 의해 달성된다.

도면에서, 본 발명에 따라 이루어진 버너 또는 이와 유사한 사용자 장치(도면에는 도시되지 않음)로의 연료 가스 송출 제어용 밸브 유닛은 일반적으로 도면 부호 "1"로 표시한다. 도면에 일 부만이 도시된 공급 덕트(2)를 통해 가스가 유닛(1)에 공급되고, 송출 덕트(3)를 통해 송출한다.

밸브 유닛(1)은 덕트들(2, 3) 사이에 형성된 밸브 시트(6)를 폐쇄하도록 작동되는 판 폐쇄 부재(5)를 포함하는 조절 밸브(4)를 포함한다. 또한, 밸브 유닛은 폐쇄 부재(5)를 작동시키기 위한 종방향 축(X)을 갖는 로드(8)를 포함하는 모터 구동 액추에이터를 포함하는데, 이는 일반적으로 도면 부호 "7"로 표시된다.

작동 로드(8)는 구조적으로 독립된 두 개의 동축부(9, 10)를 포함하는데, 동축부(9, 10)는 암수 나사 커플링에 의하여 서로 연장되고 상호 결합된다.

특히, 제1 로드부(9)는 육각 형상의 외벽으로 이루어진 첫번째 부분(9a)을 갖고, 외부에 나사가 있는 두번째 부분(9b)에 의해 축방향으로 연장되는데, 이들은 동축을 갖는다.

제2 로드부(10)의 한 단부에서 시작하여 축방향으로 형성된 나사 구멍(10a) 안으로 상기 부분(9b)이 나사 결합된다. 다른 단부에서는, 상기 로드가 통상적인 스윙 결합에 의하여 폐쇄 부재(5)에 연결된다.

제2 로드부(10)는 다각(예컨대 육각) 형상의 단면을 갖는 외벽을 가지며, 중공축을 갖는 전기 모터(13)의 로터(12) 중심에 형성된 대응 형상의 관통 구멍(11)에서 자유롭게 축방향으로 (X축을 따라서) 활주할 수 있도록 결합된다. 모터(13)는 직류 모터이고, 양호하게는 전기 권선(15)에 의해 공급된 하나 이상의 코일(14)로 적절히 분극된 영구 자석 로터(12)를 둘러 싼 가역 스테핑 모터(reversible stepping motor)이다. 코일(14)은 로터를 회전시키는 데 필요한 회전 자기장을 만들게 된다. 도면에서 개략적으로 도시되어 있는 스러스트 베어링(16)(thrust bearing)은 축방향으로 로터를 지지한다. 반면, 코일(14)은 로터(12)의 하우징을 구성하는 실린더형 종 모양 케이스(17)에 끼워지고, 나사(19)에 의해 유닛의 고정 구조물(18)에 적절히 고정되고, 기밀 방식(gas-tight manner)으로 구조물(18)에 벨(17)을 밀봉하기 위한 수단이 삽입된다.

제1 로드부(9)는 자유롭게 축방향으로 활주할 수 있도록 스러스트 베어링(16)으로부터 축방향으로 먼 단부에서 모터에 대한 베어링 지지부를 구성하는 부시(21)에 형성된 대응 육각 형상의 관통 구멍(20)에 결합된다.

케이스(17)는 일반적으로 도면 부호 "22"로 표시된 전자석 유닛을 수납한다. 전자석 유닛은 자화 권선(24)을 지닌 제1 부 또는 고정 코어(23)와 자화에 의해 고정 코어에 견고하게 고정될 수 있는 제2 부 또는 이동성 전기자(23)를 갖는 전자석을 포함한다. 양호하게는, 전자석 유닛(22)이 정상 자석 유닛(ordinary magnetic unit) 또는 저소비 유지 자석(low-consumption hoding magnet)을 포함할 수 있다.

전자석의 고정 코어부(23)는, 권선(24)이 감기는 U형 대향 아암(23a, 23b)을 갖고, 나사형 섕크형 요소(threaded shank-like element)(27)를 지닌 지지부(26)에 의해 케이스(17)에 고정된다. 섕크는 전자석 공급용 전기 권선(28)의 삽입을 위해 중심에 구멍이 뚫려 있다.

전자석의 이동성 전기자(25)는 나사부(9b)로부터 먼 제1 로드부(9)의 단부에 연결된다.

전자석의 권선을 지닌 부분은 밸브 유닛의 고정 구조물(18)에 단단하게 연결되기 때문에, 전기자(25)는 작동 로드(8)를 가지고 움직일 수 있는 전자석의 유일한 부품이다.

케이스(17) 내에 동축으로 장착되고 지지부(26)와 부시(21) 사이에서 축방향으로 뻗는 대략적인 실린더형 캡슐(29)에 전체적으로 전자석 유닛의 전자석을 수납한다.

도면 부호 "30"으로 표시된 스프링은 밸브 시트(6)를 폐쇄할 뿐만 아니라 암수 나사 커플링에서 역할을 차지하도록 밸브 유닛의 고정 구조물(18)과 폐쇄 부재(5)의 사이에서 폐쇄 부재에 작용한다.

도1에서 도시된 가스 통로가 폐쇄된 초기 상태에서는, 스프링(30)의 탄성 작용으로 인해 폐쇄 부재(5)가 밸브 시트(6)를 폐쇄하고, 액추에이터(22)의 전자석에 전기가 끊어지고, 따라서 모터(13)에 에너지가 공급되지 않는다.

이런 상태에서 시작하여, 모터는 초기에 소정의 횟수만큼 회전하도록 조정되는데, 이러한 회전수는 암수 나사 커플링에서 나사의 피치에 의하여 제1 로드부(9)의 소정의 축방향 운동과 연관된다. 이러한 로드부에 의해 수행되는 이동은 이동성 전기자(24)를 전자석 인력의 영역 근처인 전자석의 고정 코어에 근접한 위치로 가져온다. 솔레노이드 권선(24)으로의 적절한 전기 공급에 의해 전자기의 후속 여자(excitation)가 전자기 인력을 발생시켜서 도2에 도시된 위치로 전기자(24)를 고정 코어(23)에 고정시킨다.

다음으로, 앞서의 회전과는 반대 방향으로 모터(13)가 회전하면 제1 로드부(9)로 제2 로드부(10)가 나사 결합되어, 제2 로드부(10)를 축방향으로 활주시키고 이런 결과로 스프링(30)에 대향하는 밸브 시트(6)로부터 멀어지는 방향으로 폐쇄 부재(5)를 이동시켜서, 밸브 시트가 열리게 된다. 모터에 의해 수행되는 회전수에 따라서, 송출 압력의 조절 제어를 할 수 있도록 폐쇄 부재(5)의 이동을 조절할 수 있다. 도3은, 밸브 유닛에서 조절 제어를 할 수 있도록 제2 로드부(10)의 이동이 모터(13)의 회전과 상호 연관되는 표준 동작 상태를 도시한다.

밸브 시트(6)의 폐쇄가 요구되는 소정의 상황이 발생하면, 전자석의 솔레노이드(24)로의 전기 공급이 차단되고, 작동 로드의 위치에 상관없이 폐쇄 부재(5)가 결국 스프링(30)에 의해 작동되어 시트(6)를 폐쇄한다. 제1 로드부(9)와 부시(21) 사이 및 제2 로드부(10)와 로터(12) 사이의 상대적인 활주에 의해 밸브 시트가 폐쇄되는 동안 로드가 축방향으로 안내한다.

또한, 조절 기능을 하는 동안 작동 로드(8)에 의해 도달되는 어떤 축방향 위치로부터 시작할 때, 밸브 시트(6)에 대해 폐쇄 부재(5)가 안전 폐쇄를 할 수 있는 길이와 스프링 상수를 갖는 스프링(30)을 선택할 것을 지적하고자 한다.

송출 압력 및/또는 가스 유량의 조절 기능에 추가하여, 동일한 조절 밸브(4)가 밸브 시트(6)를 통과하는 가스 통로의 안전 폐쇄 기능도 수행한다. 상기 밸브는 적은 시간 소모의 조절 기능과 고정밀 위치설정을 보장하고, 어느 경우든 소정의 상황이 발생했을 때 높은 폐쇄 부하와 빠른 조정 시간으로 안전 폐쇄 기능을 보장한다.

따라서 본 발명은 앞서 제시된 목적을 달성하고, 알려진 해결책을 뛰어 넘는 많은 이점을 제공한다.

주요한 이점은, 전자석 권선의 어떠한 이동 부분도 없는 전자석 유닛을 제공함으로써, 본 발명에 따른 밸브 유닛에의 전기 공급이 더 용이해지고, 가스 부분에 대한 전기 절연과 밀봉이 덜 복잡하게 된다는 사실에 있다.

다른 이점은, 실제 조절 단계와 밸브의 안전 폐쇄 단계 모두에서, 본 발명은 전자석 유닛에 이동 관성 질량을 더 작게 하고, 따라서 조절 밸브의 작동시 더 낮은 에너지가 필요하게 된다는 것이다.

다른 이점은, 서로 동축인 모터 구동 액추에이터와 전자석 유닛이 단일 케이스에 수납되고 누설 방지 방식으로 밸브의 가스부로부터 폐쇄될 수 있어 보다 나은 전반적인 소형화가 이루어진다는 사실이다.

또한 다른 이점은 본 발명에 따른 밸브 유닛의 구조적 단순화와 결부된 것인데, 이는 기존에 알려진 해결 방법보다 더 적은 구성 요소를 필요로 한다는 것이다. 이러한 구성 요소에는 또한 다른 크기의 밸브 시트의 안전 폐쇄와 조절 제어를 가능하게 하도록 미리 선택된 모듈 방식이 제공된다.

적지 않은 이점이 본 발명에 따라 형성된 밸브 유닛의 전체적인 신뢰성을 개선시킨다.

Claims (13)

1. 송출 덕트(3)를 통한 연료 가스 송출 제어용 밸브 유닛이며,

   상기 덕트 내의 밸브 시트(6)와 밸브 시트(6)와 연관된 폐쇄 부재(5)와,

   밸브 시트(6)를 개폐할 수 있도록 폐쇄 부재(50)를 제어하기 위해 폐쇄 부재(5) 상에 작용하는 모터 구동 액추에이터 수단(7)과,

   자화 권선(24)을 갖는 제1 부분(23)과 자화에 의해 상기 제1 부분에 견고하게 고정될 수 있는 제2 부분(25)을 가진 전자석 유닛(22)을 포함하고,

   상기 전자석 유닛(22)은 밸브 시트(6)의 폐쇄가 요구되는 소정의 상황 발생시 액추에이터(7)의 작동 위치와 무관하게 액추에이터(7)와 연관되어 밸브 시트(6)를 닫기 위해 폐쇄 부재(5)에 작용하는 밸브 유닛에 있어서,

   상기 액추에이터 수단(7)은 밸브 시트(6)를 개폐하기 위해 폐쇄 부재(5)를 제어하려고 움직이는 동안 전자석 유닛(22)의 제2 부분(25)과 함께 움직일 수 있고, 전자석 유닛의 제1 부분(23)은 밸브 유닛의 고정 구조물에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
2. 제1항에 있어서, 모터 구동 액추에이터(8)와 전자석 유닛(22)이 밸브 시트(6)와 동축으로 장착된 밸브 유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액추에이터 수단(7)이 폐쇄 부재를 작동하는 로드(8)를 포함하고, 전자석 유닛의 제2 부분이 로드(8)의 일 단부에 장착된 이동성 전기자(25)를 포함하는 밸브 유닛.
4. 제3항에 있어서, 작동 로드(8)는 암수 나사 커플링에 의해 서로 연결되어 축방향으로 확장하는 제1 로드부(9)와 제2 로드부(10)를 포함하고, 상기 로드부들(9, 10)은 각 자유 단부에 각각 전기자(25)와 폐쇄 부재(5)가 연결된 밸브 유닛.
5. 제4항에 있어서, 제2 로드부(10)는 전기 모터(13)의 로터(12)와 회전하도록 견고하게 고정된 밸브 유닛.
6. 제5항에 있어서, 제2 로드부(10)가 로터의 중공축에 대해 축방향으로 자유롭게 활주할 수 있도록 로터의 중공축에 결합된 밸브 유닛.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 로터(12)가 축을 중심으로 회전함으로써 폐쇄 부재(5)가 작동하는 동안 축방향으로 제1 로드부(9)를 안내하기 위한 안내 수단을 포함하는 밸브 유닛.
8. 제7항에 있어서, 안내 수단은 제1 로드부(9)가 활주 가능하게 결합되는 부시(21)를 포함하고, 회전 방지 수단이 부시(21)와 제1 로드부(9) 사이에 구비된 밸브 유닛.
9. 제8항에 있어서, 회전 방지 수단은 제1 로드부(9)에 다각 형상의 벽을 포함하고, 제1 로드부는 대응하는 형상의 단면을 갖는 부시의 관통 구멍(20)에 수납될 수 있는 밸브 유닛.
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 모터(13)는 직류 스텝핑 모터인 밸브 유닛.
11. 제5항 또는 제10항에 있어서, 로터(12)가 적절히 분극된 영구 자석 형태인 밸브 유닛.
12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 전자석 유닛(22)과 로터(12)가 밸브 유닛의 고정 구조물에 연결된 케이스(17)에 기밀 방식으로 수납된 밸브 유닛.
13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 로터(12)를 제어하는 전기 코일(14)을 포함하고, 코일(14)은 로터(12)의 영역에서 외부로 케이싱(17)에 끼워진 밸브 유닛.