KR20090047055A

KR20090047055A - 유량조절밸브

Info

Publication number: KR20090047055A
Application number: KR1020070113037A
Authority: KR
Inventors: 김시환
Original assignee: 주식회사 경동네트웍
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-12
Also published as: US20100276616A1; CN101855481A; AU2008325496A1; JP2011503469A; EP2217841A1; WO2009061083A1; KR100902793B1

Abstract

본 발명은 공급되는 직수의 유량에 따라 밸브의 개폐량을 신속히 조절함으로써 사용자가 원하는 온도의 온수를 신속히 공급할 수 있는 유량조절밸브를 공급하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위하여, 양방향 회전되는 모터; 상기 모터의 회전에 의해 왕복운동함으로써 유로의 개폐량을 조절하는 밸브; 상기 모터의 회전에 의해 상기 밸브와 일체로 위치가 가변되는 위치가변부재; 상기 위치가변부재의 위치에 따라 가변되는 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부;로 이루어진다.

자석, 선형, 유량, 밸브, 온수

Description

유량조절밸브{FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은 유량조절밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러 또는 온수기에 설치되어 열교환기로 공급되는 직수의 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브에 관한 것이다.

일반적으로 온수를 공급하는 보일러 또는 온수기에는 직수관을 통해 공급되는 물의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 구비되어 있다.

도 1은 종래의 유량조절밸브가 구비된 온수공급시스템을 보여주는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 온수공급시스템은, 직수가 유입되는 직수관(10), 상기 직수관(10)을 통해 공급되는 직수의 유량을 조절하는 유량조절밸브(20), 상기 유량조절밸브(20)를 통과한 직수의 온도를 검지하는 직수온도센서(30), 상기 직수관(10)을 통해 흐르는 직수의 유량을 측정하기 위한 유량센서(40), 고온의 열원과 직수와의 열교환이 이루어지는 열교환기(50), 상기 열교환기(50)에서 가열된 온수의 온도측정을 위한 출수온도센서(60), 가열된 온수가 배출되는 온수관(70), 상기 유량센서(40)에서 측정된 유량정보로부터 상기 유량조절밸브(20)의 개도를 조절하는 제어부(80)로 이루어진다.

사용자가 온수를 사용하기 위해 수도밸브를 개방시키면, 유량센서(40)에서 유량을 검지하여 버너(도면에 미도시)를 점화시켜 열교환기(50)에 열을 공급한다. 이 경우 공급되는 직수의 유량이 많은 경우 온수기 최대 용량으로 연소를 시켜도 원하는 온도의 온수가 공급되지 않는 경우가 있다.

따라서 이 경우에는 상기 유량조절밸브(20)를 조절하여 직수의 유량을 줄이게 되는데, 원하는 유량까지 줄이기 위해서는 유량센서(40)와 제어부(80) 및 유량조절밸브(20) 사이에 계속적인 피드백(Feed Back)과정을 거치면서 유량조절이 이루어지므로 응답이 느려 사용자에게 원하는 온도의 온수를 신속히 공급할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 공급되는 직수의 유량에 따라 밸브의 개폐량을 신속히 조절함으로써 사용자가 원하는 온도의 온수를 신속히 공급할 수 있는 유량조절밸브를 공급하고자 함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유량조절밸브는, 양방향 회전되는 모터; 상기 모터의 회전에 의해 왕복운동함으로써 유로의 개폐량을 조절하는 밸브; 상기 모터의 회전에 의해 상기 밸브와 일체로 위치가 가변되는 위치가변부재; 상기 위치가변부재의 위치에 따라 가변되는 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부;로 이루어진다.

이 경우 상기 밸브개폐량검지부는, 상기 위치가변부재에 따라 그 위치가 가변되는 선형자석과; 상기 선형자석의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 자기센서;로 이루어질 수 있다.

여기서 상기 위치가변부재는 상기 모터의 축 회전에 따라 회전하는 한편 상기 밸브와 일체로 상하위치가 가변되는 회전판으로 이루어지고; 상기 선형자석의 상부는 상기 회전판의 하면에 접촉되고 하부는 스프링에 의해 지지되어, 상기 회전판의 회전에 따라 상기 선형자석의 상하위치가 가변되는 것으로 구성될 수 있다.

한편 상기 밸브개폐량검지부는 가변저항을 이용한 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 밸브개폐량검지부는 가변인덕턴스를 이용한 것으로 구성될 수 있 다.

본 발명의 유량조절밸브에 의하면, 유량센서에 의해 검지된 유량에 따라 밸브의 개폐량을 신속히 조절함으로써 사용자가 원하는 온도의 온수를 신속히 공급할 수 있는 장점이 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 유량조절밸브의 외관을 보여주는 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 유량조절밸브의 분해사시도, 도 4는 도 2에 도시된 유량조절밸브의 단면도이다.

유량조절밸브(1)는, 양방향 회전되는 모터(111), 상기 모터(111)의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브부(154), 상기 모터(111)의 회전에 의해 상기 밸브부(154)와 일체로 위치가 가변되는 위치가변부재 및, 상기 위치가변부재의 위치에 따라 가변되는 출력전압으로부터 상기 밸브부(154)의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부로 이루어진다.

상기 모터(111)는 교류(AC)전원을 공급받아 회전한다. 따라서 직류(DC)전원으로 구동되는 모터(예를 들어 스테핑모터)를 사용하는 경우에 비하여 트랜스포머, 정류기 등의 별도 구성을 구비할 필요가 없어 가격이 저렴해진다. 모터(111)의 하측에 형성된 모터축(112)은 단면이 'D'형상으로 커팅되어, 축연결부재(151)의 대응 되는 형상의 홈에 삽입되어 함께 회전하게 된다.

상기 축연결부재(151)의 하측에는 금속제로 이루어진 긴 봉 형상의 샤프트(152)가 일체로 회전하도록 결합되어 있다. 상기 샤프트(152)의 중간부에는 가이드부재(155)의 내측면과의 사이에 기밀유지를 위하여 2개의 오링(153)이 결합되어 있고, 그 하부에는 직수의 유로인 개구부(172)를 개폐하는 밸브부(154)가 연결되어 있다.

상기 위치가변부재는 상기 모터축(112)이 중앙부에 삽입연결되는 원형의 디스크 형상으로서 상기 축연결부재(151)의 상부에는 설치된 회전판(141)으로 이루어진다. 상기 축연결부재(151)와 회전판(141)은 2개의 스크류(142)에 의해 일체로 결합된다.

상기 밸브개폐량검지부는, 상기 모터(111)의 회전에 의해 위치가 가변되는 선형자석(131)과, 상기 선형자석(131)의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터(111)의 회전을 제어하기 위해 자기센서(137)가 결합된 인쇄회로기판(134)으로 이루어진다.

상기 회전판(141)의 하면 외측방향에는 자석케이스(132)의 상단이 접하도록 설치되어 있다. 상기 자석케이스(132)는 합성수지재질로 이루어져 그 내부에는 선형자석(131)이 구비되어 있고, 상기 자석케이스(132)의 하면은 스프링(133)에 의해 탄성지지되어, 밸브외부몸체(161)의 일측 상단에 형성된 자석수납부(162)의 내부에 삽입되어 있다.

상기 선형자석(131)의 측부에는 하부케이스(122)에 수납된 인쇄회로기 판(134)이 설치되어 있다. 상기 인쇄회로기판(134)에는 상기 선형자석(131)의 위치변화에 따른 자속밀도를 검지하기 위한 자기센서(137)가 부착되어 있다. 상기 인쇄회로기판(134)의 상부에는 상기 인쇄회로기판(134)을 덮을 수 있도록 커버(135)가 스크류(136)에 의해 고정설치되어 있다.

여기서 '선형자석'이란 변위에 따른 자속밀도의 변화가 직진성(선형성)을 나타내는 자석을 의미하는 것으로, 이하 상기 선형자석(131) 및 자기센서(137)에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 유량조절밸브에 적용된 선형자석의 모양과 착자된 형상을 나타내는 도면으로서, 대한민국 특허등록 제660564호에 개시되어 있다.

도 5를 참조하면, 선형자석(131)은 사각형의 왼쪽 상방향의 모서리로부터 대각선 방향으로 sin형상으로 N극과 S극이 착자되어 있다.

일반적으로 자속밀도는 거리 제곱에 반비례하는 것으로 알려져 있다. 따라서 일반적인 자석의 경우에는 변위에 따른 자석의 세기변화가 2차 함수 그래프 형태로서 선형성을 가지지 못한다.

이에 반해 본원발명에 적용되는 선형자석(131)은 도 5에서와 같이 자석의 형상을 점선으로 표기된 대각선 방향으로 착자를 했을 때 변위에 따른 N극의 자속밀도는 선형성을 나타내지 않으나, 실선과 같이 착자의 형태를 대각선 방향으로 변형하여 sin형상으로 착자를 했을 때는 변위에 따른 자속밀도가 선형성을 나타내게 된다.

도 5에서 선형자석(131)의 위치변화에 따라 자속밀도 변화를 검지하는 자기 센서(137)는 자석의 구간인 0-12에 걸쳐 검지하게 되는데, 선형자석(131)이 자기센서(137)로부터 일정한 간격(d)이 극 표면으로부터 이격되어 극 축과 수직하게, 극 표면과 수평한 방향으로 이동되는 것으로 되어 있다. 이 경우 자석의 구간인 0-12 중에서 가장자리 약간의 비선형을 나타내는 부분을 제외하고 2-10의 구간을 사용구간으로 채택할 수 있다.

선형자석(131)의 위치변화에 따른 자속밀도 변화를 측정하기 위해 사용되는 자기센서(137)는, 자기장을 검출하는 방법 중 하나로 널리 사용되는 홀 센서(Programmable Hall IC)로 구성된다. 홀 센서의 동작은 반도체(홀 소자)의 전극에 전류를 흐르게 한 후 수직 방향으로 자기장을 인가하면 전류의 방향과 자기장 방향에 수직하게 전위차(electric potential)가 발생하는데, 이러한 전위차로부터 선형자석(131)의 위치변화를 검지할 수 있다.

상기 선형자석(131)과 자기센서(137)는 서로 이격되어 있는 무접촉 방식이므로 밸브의 반복개폐에 따른 내구성 저하 문제는 발생하지 않는다.

도 6은 본 발명의 유량조절밸브가 열린 상태를 보여주는 단면도이다.

도 4는 밸브가 완전히 닫힌 상태를 나타낸다. 이 경우 회전판(141)과 함께 선형자석(131)도 스프링(133)을 압축시키며 하사점 위치에 있다.

도 6은 도 4의 상태로부터 모터(111)를 회전시켜 밸브가 열린 상태를 나타낸다. 이 경우 모터축(112)과 함께 회전판(141)도 회전하면서 상승하고, 샤프트(152) 및 밸브부(154)가 일체로 상승하게 된다. 또한 상기 회전판(141)과 함께 선형자석(131)도 스프링(133)의 탄성복원력에 의해 상승하게 된다.

도 7은 본 발명의 유량조절밸브가 적용되는 온수공급시스템의 구성을 보여주는 구성도, 도 8은 유량과 자기센서의 전위차 관계를 나타내는 그래프이다. 이하 도 7 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 작용을 설명한다.

사용자가 온수를 사용하기 위해 수도밸브를 개방시키면, 유량센서(40)에서 유량을 측정하고 버너(도면에 미도시)를 점화시켜 열교환기(50)에 열을 공급한다.

이 경우 제어부(200)에는 상기 유량센서(40)에서 측정된 유량과 직수온도센서(30)에서 측정된 직수의 온도가 입력되는 한편 온수의 목표온도가 미리 설정되어 있다. 이로부터 제어부(200)에서는 목표온도까지 직수의 온도를 상승시키기 위한 필요열량이 아래식에 의해 계산된다.

여기서 m은 유량, c는 물의 비열이므로 1, △t는 목표온도와 현재 직수온도와의 차이를 의미한다.

이 경우 보일러의 용량(최대 공급가능한 열량)이 상기 식에서 계산된 필요열량보다 작은 경우에는 버너에서 최대한의 화력으로 연소를 시키더라도 사용자가 원하는 온도의 온수를 공급할 수 없게 된다. 따라서 이러한 경우에는 직수의 유량을 줄이도록 제어부(200)에서 목표유량을 계산하여 유량조절밸브(1)를 제어하게 된다. 상기 유량조절밸브(1)의 제어방법에 대해 설명한다.

상기 제어부(200)에는 도 8에 도시된 바와 같이 유량과 선형자석(131)의 위치변화에 따라 자기센서(137)에서 검지되는 전압과의 관계가 미리 설정되어 있다.

즉, 도 8에서 유량조절밸브(1)를 최대로 개방하여 최대유량인 경우 선형자석(131)의 위치에 대한 전압이 4.5V로 설정되어 있고, 유량조절밸브(1)를 완전히 밀폐하여 최소유량인 경우 선형자석(131)의 위치에 대한 전압이 0.5V로 설정되어 있으며, 그 사이의 값은 선형자석(131)의 선형성으로 인해 직선구간으로 나타난다.

따라서 상기 제어부(200)에서는 도 8의 그래프 데이터로부터 상기 목표유량에 대한 목표전압을 설정하고, 유량조절밸브(1)의 모터(111)를 회전시켜 밸브부(154)를 하강시켜 유량을 감소시킨다.

상기 모터(111)와 함께 회전판(141)이 회전하면서 하강하게 되면 상기 선형자석(131)도 함께 하강한다. 이와 같은 선형자석(131)의 위치변화에 따라 자기센서(137)에서 발생하는 전위차가 상기 목표전압에 도달하게 되면 제어부(200)에서는 목표유량에 도달한 것으로 판단하여 상기 모터(111)의 동작을 정지시킨다.

물론 상기 목표유량에 도달한 이후에도 실제유량과 목표유량과의 미세한 차이가 존재할 수 있으므로 미세조정작업이 이루어지지만, 상기와 같은 과정을 통해 유량을 조절하게 되면 단 한 번의 모터(111) 동작으로 목표유량에 도달할 수 있어 사용자가 원하는 온도의 온수를 신속하게 공급할 수 있게 된다.

한편 상기에서는 밸브개폐량검지부를 무접촉 방식인 선형자석을 이용하는 것으로 설명하였으나, 상기 선형자석과 자기센서 대신 가변저항과 가변인덕턴스를 이용하는 것으로 구성할 수도 있다.

먼저 가변저항을 이용하는 경우에는, 밸브의 개폐량에 따른 가변저항의 출력전압이 미리 설정되어 있고, 상기 모터(111)의 회전에 따라 가변저항의 접점위치가 가변되면 그에 따른 출력전압으로부터 밸브의 개폐량을 검지할 수 있다.

또한 가변인덕턴스를 이용하는 경우에는, 밸브의 개폐량에 따른 가변인덕턴스의 출력전압이 미리 설정되어 있고, 상기 모터(111)의 회전에 따라 코일의 내부에서 자석의 위치가 변하게 되면 그에 따른 출력전압으로부터 밸브의 개폐량을 검지할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 유량조절밸브가 구비된 온수공급시스템을 보여주는 개략도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 유량조절밸브의 외관을 보여주는 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 유량조절밸브의 분해사시도,

도 4는 도 2에 도시된 유량조절밸브의 단면도,

도 5는 본 발명의 유량조절밸브에 적용된 선형자석의 모양과 착자된 형상을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 유량조절밸브가 열린 상태를 보여주는 단면도,

도 7은 본 발명의 유량조절밸브가 적용되는 온수공급시스템의 구성을 보여주는 구성도,

도 8은 유량과 자기센서의 전위차 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유량조절밸브 30 : 직수온도센서

40 : 유량센서 50 : 열교환기

111 : 모터 131 : 선형자석

134 : 인쇄회로기판 137 : 자기센서

141 : 회전판 151 : 축연결부재

152 : 샤프트 154 : 밸브부

200 : 제어부

Claims

양방향 회전되는 모터;

상기 모터의 회전에 의해 왕복운동함으로써 유로의 개폐량을 조절하는 밸브;

상기 모터의 회전에 의해 상기 밸브와 일체로 위치가 가변되는 위치가변부재;

상기 위치가변부재의 위치에 따라 가변되는 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부;

를 포함하여 이루어진 유량조절밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브개폐량검지부는, 상기 위치가변부재에 따라 그 위치가 가변되는 선형자석과; 상기 선형자석의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 자기센서;로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
제2항에 있어서,

상기 위치가변부재는 상기 모터의 축 회전에 따라 회전하는 한편 상기 밸브와 일체로 상하위치가 가변되는 회전판으로 이루어지고; 상기 선형자석의 상부는 상기 회전판의 하면에 접촉되고 하부는 스프링에 의해 지지되어, 상기 회전판의 회전에 따라 상기 선형자석의 상하위치가 가변되는 것을 특징으로 하는 선형자석을 이용한 유량조절밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브개폐량검지부는 가변저항을 이용한 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브개폐량검지부는 가변인덕턴스를 이용한 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.