KR20090002208U - 밸브 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 버터플라이 밸브의 회전각도를 측정하여 실시간으로 버터플라이 밸브의 회전량을 정밀하게 제어할 수 있는 밸브 구동장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 밸브 구동장치는, 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 배관(1)의 내부에 회전가능하게 구비되는 버터플라이 밸브(10)와, 상기 버터플라이 밸브(10)를 회전시키는 구동모터(20)와, 상기 구동모터(20)의 회전력을 버터플라이 밸브(10)로 전달하는 동력전달부(30)와, 상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 구비되고 상기 버터플라이 밸브(10)와 함께 회전하는 각도기어(41)와, 상기 각도기어(41)에 치합되어 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전각도에 비례하는 신호를 출력하는 각도센서(42)와, 상기 각도센서(42)에서 출력된 신호를 입력받아, 상기 구동모터(20)의 회전을 제어하는 제어부를 포함한다.

버터플라이 밸브, 각도, 센서, 지침

Description

밸브 구동장치 { Actuator for valve }

본 고안은 버터플라이 밸브를 구동하는 장치에 관한 것으로서, 상기 버터플라이 밸브의 회전각도를 측정하여 실시간으로 버터플라이 밸브의 회전량을 정밀하게 제어할 수 있는 밸브 구동장치에 관한 것이다.

배관에는 배관의 내부를 흐르는 유체의 양을 조절하기 위해 밸브가 구비된다.

상기와 같은 밸브의 일례로서, 배관의 단면적에 해당하는 단면적으로 갖고, 회전에 의해서 배관의 내부를 흐르는 유체의 양을 조절하는 버터플라이 밸브가 제시되어 있고, 이러한 버터플라이 밸브는 밸브의 일측에 구비되는 밸브 구동장치에 구동된다.

종래기술에 따른 밸브 구동장치의 일례를 살펴보면, 상기 버터플라이 밸브의 일측에 다수의 링크로 이루어져, 상기 링크를 작동시켜 밸브를 구동시킨다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 따른 밸브 구동장치는 링크 구조에 의해서 버터플라이 밸브를 회전시켜 개폐하는 바, 상기 버터플라이 밸브의 회전각도를 정밀하게 제어하는데 한계가 있었다. 즉, 상기 버터플라이 밸브는 밸브축을 중심으로 회전운동하게 되나, 링크는 왕복과 회전이 동시에 작동하게 되므로 정밀하고 미세한 제어가 어려워 버터플라이 밸브의 회전각도를 제어하기가 어렵다.

예컨대, 상기 버터플라이 밸브가 연소로로 공급되는 공기와 연료의 양을 조절하기 위해 구비될 수 있는데, 이러한 경우에 상기 버터플라이 밸브의 회전각도를 정밀하게 제어하지 못할 수 있다. 이로 인하여 상기 연소로로 공급되는 공기와 연료의 양 및 비율을 제어하지 못하여 연소로의 내부에서는 연료의 양이 부족하여 소화되거나, 공기의 양이 부족하여 연소불량이 발생할 수 있다.

또한, 밸브 구동장치의 내부에 링크를 수용하고 링크의 작동공간을 확보하기 위해서 밸브 구동장치의 부피가 커지게 되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 배관의 내부에 구비되는 버터플라이 밸브의 회전각도를 실시간으로 측정하고 제어함으로써, 상기 버터플라이 밸브를 통과하는 유체의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 밸브 구동장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안의 밸브 구동장치는, 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 배관의 내부에 회전가능하게 구비되는 버터플라이 밸브와, 상기 버터플라이 밸브를 회전시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전력을 버터플라이 밸브로 전달하는 동력전달부와, 상기 버터플라이 밸브와 동축으로 구비되고 상기 버터플라이 밸브와 함께 회전하는 각도기어와, 상기 각도기어에 치합되어 상기 버터플라이 밸브의 회전각도에 비례하는 신호를 출력하는 각도센서와, 상기 각도센서에서 출력된 신호를 입력받아, 상기 구동모터의 회전을 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 일단이 상기 버터플라이 밸브에 고정되고 타단이 상기 버터플라이 밸브와 함께 회전하도록 상기 버터플라이 밸브와 동축으로 지침이 더 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 고안에 다른 밸브 구동장치에 따르면, 배관에 구비된 버터플 라이 밸브의 회전각도를 정밀하게 제어함으로써, 배관 내부를 흐르는 유체의 양을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 밸브 구동장치의 소형화가 가능해진다.

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 고안의 밸브 구동장치의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 밸브 구동장치의 외부 사시도이고, 도 2는 도 1의 밸브 구동장치의 내부 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 밸브 구동장치의 정면도이다.

본 고안에 따른 밸브 구동장치(2)는, 배관(1)의 내부에 구비되는 버터플라이 밸브(10)와, 상기 버터플라이 밸브(10)가 회전할 수 있도록 회전력을 발생시키는 구동모터(20)와, 상기 버터플라이 밸브(10)에 구동모터(20)에서 발생한 동력을 전달하는 동력전달부(30)와, 상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 구비되고 버터플라이 밸브(10)와 함께 회전하는 각도기어(41)와, 상기 각도기어(41)에 치합되어 버터플라이 밸브(10)의 회전량에 비례하는 신호를 출력하는 각도센서(42) 및 상기 각도센서(42)에서 출력된 신호를 입력받아 상기 구동모터(20)에 전원을 공급하는 제어부(미도시)를 포함하여, 배관(1)의 일측에 위치한 케이싱, 프레임 등에 구비된다.

버터플라이 밸브(10)는 내부에 유체가 흐르는 배관(1)의 내부에 구비되고, 회전각도에 따라 상기 배관(1)의 개방정도를 결정하여 유량을 조절한다. 상기 버터 플라이 밸브(10)는 상기 배관(1)의 단면적에 대응하는 면적을 갖는 디스크의 형태로 형성되고, 지름방향으로 밸브축(11)이 형성된다. 상기 밸브축(11)은 외부에서 회전가능하도록 상기 배관(1)을 관통하여 외부로 노출된다.

구동모터(20)는 상기 배관(1)의 일측에 구비되어, 외부에서 전원이 인가되면 회전하여, 상기 버터플라이 밸브(10)를 회전시키는데 필요한 회전력을 발생시킨다.

동력전달부(30)는 상기 구동모터(20)의 회전력을 상기 버터플라이 밸브(10)로 전달하기 위해 각종 동력전달수단으로 이루어져 구비된다. 이러한, 동력전달의 구체적인 예로서, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 구동모터(20)에 벨트(21)를 통하여 연결되는 감속기(31)와, 상기 감속기(31)에 구비되는 구동기어(32)와, 상기 밸브축(11)에 구비되고 상기 구동기어(32)와 치합되는 종동기어(33)를 들 수 있다. 여기서, 상기 감속기(31)는 적은 부피로도 큰 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 어셈블리를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 벨트(21)를 이용하기 위해 구동모터(20)와 감속기(31)에 각각 구비되는 풀리(도면부호 미부여)도 구동모터(20)측의 풀리의 크기를 작게하고, 상기 구동기어(32)를 종동기어(33)보다 직경이 작도록 하여 전체적으로 큰 감속비를 얻게 한다.

상기와 같은 동력전달부(30)는 대략 2500~3000:1의 감속비를 갖도록 하여, 구동모터(20)에서 발생하는 고속 저토크의 회전력이 밸브축에서는 저속 고토크가 되도록 한다.

각도기어(41)는 상기 버터플라이 밸브(10)와 함께 회전하도록 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 구비된다.

이때, 각도기어(41)는 디스크 형태로 형성될 수도 있으나, 부채꼴의 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 버터플라이 밸브(10)는 배관(1)을 폐쇄하는 경우와 최대로 개방하는 경우에 대하여 90도만큼만 회전하면 되고, 상기 각도기어(41)의 작동시 감속기(31) 등과 같은 다른 구성요소와의 간섭을 피하도록 부채꼴의 형태로 형성될 수도 있는 것이다.

각도센서(42)는 회전량에 비례하여 출력신호를 출력하는 것으로서, 상기 각도기어(41)에 치합하도록 구비된다. 상기 각도기어(41)에 상기 각도센서(42)가 치합됨으로써, 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전량, 즉 회전하는 각도에 비례하는 신호를 출력할 수 있다.

한편, 상기 각도기어(41)와 각도센서(42)는 기어 방식을 통해서 서로 치합됨으로써, 각도기어(41)와 각도센서(42) 사이에서 슬립이 발생하여 버터플라이 밸브(10)의 회전에도 불구하고 각도센서(42)에서 출력신호를 출력하지 못하는 현상을 방지한다. 예컨대, 상기 버터플라이 밸브(10)와 각도센서(42)가 벨트-풀리 방식에 의해 연결된다면, 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전에도 불구하고 각도센서(42)가 회전하지 않아서, 상기 버터플라이 밸브(10)의 정확한 회전량을 측정하지 못할 수도 있다. 하지만, 상기 버터플라이 밸브(10)와 각도센서(42)를 기어 방식을 통하여 서로 치합시켜, 버터플라이 밸브(10)의 회전량에 따른 출력값을 상기 각도센서(42)에서 출력함으로써, 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전각도를 정밀하게 제어할 수 있다.

여기서, 각도센서(42)의 예로는 인코더, 포텐쇼미터 등이 제공될 수 있으며, 이외에도 회전량에 비례하는 신호를 출력할 수 있는 것이면 어느 것이라도 무방한다.

제어부(미도시)는 상기 각도센서에서 출력된 신호를 입력받고, 이에 따라 상기 구동모터(20)에 전원을 인가하여, 상기 버터플라이 밸브(10)가 의도하는 위치로 회전하도록 한다.

아울러, 지침(12)을 상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 구비함으로써, 사용자가 육안으로 쉽게 배관(1) 내부에 위치한 버터플라이 밸브(10)의 회전각도를 인지하도록 할 수도 있다. 상기 지침(12)의 일단을 상기 밸브축(11)에 고정하고, 상기 밸브축(11)와 함께 지침(12)이 회전하도록 하여, 외부에서도 용이하게 버터플라이 밸브(10)의 회전량을 인지할 수 있다.

상기와 같은 본 고안에 따른 밸브 구동장치의 작동에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

본 고안에 따른 밸브 구동장치는 배관(1)의 내부를 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위하여, 밸브 구동장치를 작동하여 버터플라이 밸브(10)를 회전시킨다.

우선, 상기 버터플라이 밸브(10)를 회전시키기 위해서, 제어부는 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되도록 하여, 구동모터(20)를 회전시킨다.

상기 구동모터(20)의 회전에 의해 발생한 회전력은 동력전달부(30)를 거쳐서 밸브축(11)으로 전달된다. 상기 구동모터(20)는 회전속도를 빠르지만 토크가 약하기 때문에 상기 동력전달부(30)를 거치면서 회전속도는 줄어들고 토크는 증가한다.

구동모터(20)의 회전력이 동력전달부(30)를 통하여 밸브축에 전달되면, 배관(1)의 내부에 위치한 버터플라이 밸브(10)가 회전한다.

이때, 상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 마련된 각도기어(41)도 버터플라이 밸브(10)와 동시에 회전하고, 각도기어(41)에 치합된 각도센서(42)에서 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전량에 따른 신호를 출력한다.

제어부는 상기 각도센서(42)에서 입력된 신호를 토대로하여 실시간으로 버터플라이 밸브(10)의 회전각도를 계산한다. 또한 제어부는 현재의 버터플라이 밸브(10)의 회전각도와, 버터플라이 밸브(10)가 최종적으로 도달하기 위해 목표로 설정된 회전각도를 비교하여, 차이가 없어지도록 상기 구동모터(20)를 회전시켜 목표로 하는 각도로 버터플라이 밸브(10)를 회전시킨다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 고안의 밸브 구동장치에 의해서, 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전각도를 실시간으로 측정하고, 피드백하여 버터플라이 밸브(10)를 의도하는 위치로 회전시킴으로써, 상기 버터플라이 밸브(10)를 정밀하게 제어할 수 있다.

상기 버터플라이 밸브(10)를 정밀하게 제어함으로써, 배관(1)의 내부를 흐르는 유체의 흐름을 의도하는 바대로 조절할 수 있는 바, 예컨대, 상기 밸브 구동장치(2)가 연소로에 적용된다면, 연소로로 유입되는 공기와 연료의 양을 조절하여, 최적의 조건으로 공기와 연료가 연소로로 유입되도록 함으로써, 연소로가 소화되거나 연소불량이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 버터플라이 밸브(10)를 구동시키기 위한 링크가 불필요하므로, 밸브 구동장치를 소형화시킬 수 있다.

아울러, 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전시, 상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 구비된 지침(12)이 회전하면서, 케이싱의 외측에 구비된 눈금을 지시하여, 배관(1)의 내부에서 버터플라이 밸브(10)의 회전각도를 육안으로 파악할 수도 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예안에 따른 밸브 구동장치의 사시도.

도 2는 본 고안의 일 실시예안에 따른 밸브 구동장치의 내부 사시도.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따르 밸브 구동장치의 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

1 : 배관 2 : 밸브 구동장치

10 : 버터플라이밸브 11 : 밸브축

12 : 지침 20 : 구동모터

21 : 벨트 30 : 동력전달부

31 : 감속기 32 : 구동기어

33 : 종동기어 41 : 각도기어

42 : 각도센서

Claims (2)

1. 회전에 의해서 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 배관(1)의 내부에 회전가능하게 구비되는 버터플라이 밸브(10)와,

   상기 버터플라이 밸브(10)를 회전시키는 구동모터(20)와,

   상기 구동모터(20)의 회전력을 버터플라이 밸브(10)로 전달하는 동력전달부(30)와,

   상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 구비되고 상기 버터플라이 밸브(10)와 함께 회전하는 각도기어(41)와,

   상기 각도기어(41)에 치합되어 상기 버터플라이 밸브(10)의 회전각도에 비례하는 신호를 출력하는 각도센서(42)와,

   상기 각도센서(42)에서 출력된 신호를 입력받아, 상기 구동모터(20)의 회전을 제어하는 제어부를 포함하는 밸브 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   일단이 상기 버터플라이 밸브(10)에 고정되고 타단이 상기 버터플라이 밸브(10)와 함께 회전하도록 상기 버터플라이 밸브(10)와 동축으로 지침(12)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 밸브 구동장치.

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