KR20090047056A - 정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브와 비례제어식 각방조절밸브 및 이를 상호 전환하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온오프와 정유량밸브를 일체화시킨 각방 조절밸브를 제공하는 한편, 하나의 밸브에 온오프와 정유량 및 비례제어를 구현하기 위한 구성부품을 구비함으로써 필요에 따라 온오프와 정유량 일체형 밸브로 사용하거나 비례제어 밸브로 사용할 수 있는 각방 조절밸브를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위하여 각방 조절밸브는, 모터와, 상기 모터의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브와, 상기 모터와 일체로 회전하고 일측면에는 중심으로부터 반경이 다른 위치에 제1돌기와 제2돌기가 형성된 회전판과, 상기 회전판의 제1돌기 및 제2돌기에 의해 상기 밸브의 상사점 및 하사점에서 모터의 동작을 온/오프시키기 위한 제1인쇄회로기판과, 상기 밸브가 결합된 샤프트와, 상기 샤프트가 내부에서 상하 왕복되도록 가이드하는 상부가이드부재 및, 상기 상부가이드부재의 측부 외주면에 치합되고 케이스 외부로 일부가 노출된 정유량조작부재, 상기 회전판과 동축상에 일체로 형성된 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 가변되는 위치에 따른 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부로 이루어진다.

보일러, 정유량, 온오프, 비례제어, 모터, 밸브, 선형자석, 자기센서

Description

정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브와 비례제어식 각방 조절밸브 및 이를 상호 전환하는 방법{CONTROL VALVE INTEGRATED CONSTANT FLOW TYPE AND ON/OFF TYPE, PROPORTIONAL TYPE CONTROL VALVE AND MUTUAL CONVERTING METHOD}

본 발명은 각방 조절밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러시스템에 설치되어 난방이 요구되는 각 방으로 난방수의 공급을 제어하기 위한 각방 조절밸브에 관한 것이다.

일반적으로 보일러시스템에는 난방을 필요로 하는 각방에 난방수를 분배하는 각방온수 분배기가 설치되어 있다. 상기 각방온수 분배기는 보일러의 열교환기로부터 가열된 난방수를 난방수 공급관을 통해 공급받아 각방으로 난방수를 공급하며, 상기 공급된 난방수는 각방에 열에너지를 전달한 후 냉각되어 난방수 환수관으로 이송되어진다. 이러한 각방온수 분배기에는 각방으로 공급되는 난방수의 유량을 조절하는 조절밸브가 설치된다.

이러한 조절밸브는 제어방식에 따라 온오프식 조절밸브와 정유량 조절밸브 및 비례제어식 조절밸브 3가지로 분류된다.

온오프식(ON/OFF TYPE) 조절밸브는 사용자가 설정한 온도에 도달하면 밸브를 차단시켜 난방수의 공급을 차단하고 설정된 온도 밑으로 하강하게 되면 밸브를 개방시켜 난방수를 공급하도록 되어 있다.

정유량 조절밸브는 밸브 자체에 설정된 유량 이상으로는 난방수가 흐르지 않게 하기 위한 것이다. 건물에 여러 개의 방이 있고 보일러 하나에서 여러 개의 방에 난방수를 공급하는 경우 각 방의 배관 길이가 상이함으로 인해 각 방의 온도가 설정온도에 도달하는 시간은 서로 상이하게 된다. 따라서 이러한 난방 불균형을 해소하기 위하여 각 방마다 공급되는 난방수 배관상에 정유량 조절밸브를 설치함으로써 각 방의 설정온도 도달시간을 균일하게 하였다.

한편 정유량 조절밸브를 설치하여 방으로 공급되는 유량을 줄이는 경우 보일러 공급수의 온도가 상승하게 되는데, 공급수 온도가 지나치게 상승하게 되면 과열방지를 위해 보일러가 꺼지도록 되어 있다. 이와 같이 보일러가 조기에 꺼지는 경우 난방이 제대로 되지 않게 되므로, 보일러가 꺼지는 문제를 해결하기 위해 난방수 공급관 측의 압력이 일정압력 이상이 될 경우 난방수를 환수관 측으로 바이패스시키는 차압밸브를 공급관과 환수관 사이에 설치하였다.

그러나 차압밸브를 설치하게 되면 공급관의 난방수가 환수관 측으로 곧바로 바이패스됨으로 인하여 각 방에는 충분한 난방수가 공급되지 못하여 난방이 제대로 되지 않는 문제점이 있었다.

또한 정유량 조절밸브는 각 방의 배관길이에 따라 한 번 유량이 설정되면 사용자가 임의로 유량을 변경하는 것이 불가능하므로, 리모델링이나 배란다 확장 공사 등에 의해 난방배관의 길이가 변경되는 경우에는 다시 난방 불균형의 문제가 발 생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하고자 비례제어식 조절밸브가 개발되었다. 비례제어식 조절밸브는 각 방마다 설정된 온도에 따라 쾌적한 실내 환경이 되도록 난방수의 유량을 조절하는 밸브이다.

그러나 종래의 비례제어식 조절밸브는 유량센서로부터 유량 데이터를 피드백받아 밸브의 개도를 조절함으로써 난방수의 공급유량을 조절하게 되는데, 난방수에는 많은 이물질이 존재하므로 유량센서가 오염되는 문제점이 있었다.

또한 상기 유량센서를 사용하지 않는 경우에는 온도센서를 통해 피드백받은 난방수 온도로부터 스테핑모터를 회전시켜 밸브의 개도를 조절하는 방법이 있으나, 이 경우 스테핑모터는 직류(DC)전원을 사용하므로 트랜스포머, 정류기 등의 별도 구성이 필요하고, 가격이 고가가 되는 문제점이 있었다.

한편 비례제어식 조절밸브를 사용하게 되면 비용이 상승하게 되므로, 온오프식 조절밸브와 정유량 조절밸브를 함께 적용하게 되는데, 이 경우에도 온오프식 조절밸브와 정유량 조절밸브는 각각 별도로 설치하게 되므로 구조가 복잡하고 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 온오프와 정유량밸브를 일체로 함으로써 온수분배시스템 구조를 간단하게 할 수 있는 정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

또한 하나의 밸브에 온오프와 정유량 및 비례제어를 구현하기 위한 구성부품을 구비함으로써 필요에 따라 온오프와 정유량 일체형 밸브로 사용하거나 비례제어 밸브로 사용할 수 있는 각방 조절밸브를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유량센서를 사용하지 않을 뿐만 아니라 저가의 교류모터를 사용함으로써 각방에 공급되는 난방수 유량을 비례제어할 수 있는 비례제어식 조절밸브를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 청구항 제1항의 각방 조절밸브는, 모터와, 상기 모터의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브와, 상기 모터와 일체로 회전하고 일측면에는 중심으로부터 반경이 다른 위치에 제1돌기와 제2돌기가 형성된 회전판과, 상기 회전판의 제1돌기 및 제2돌기에 의해 상기 밸브의 상사점 및 하사점에서 모터의 동작을 온/오프시키기 위한 제1인쇄회로기판과, 상기 밸브가 결합된 샤프트와, 상기 샤프트가 내부에서 상하 왕복되도록 가이드하는 상부가이드부재 및, 상기 상부가이드부재의 측부 외주면에 치합되고 케이스 외부로 일부가 노출된 정유량조작부재로 이루어져; 상기 정유량조작부재 의 노출된 부분을 회전시키면 상기 상부가이드부재가 회전하게 되어 상기 밸브가 상하왕복되어 정유량이 조정되고, 상기 모터를 회전시키면 상기 밸브의 온/오프가 이루어진다.

청구항 제2항의 각방 조절밸브는, 상기 밸브는 상기 모터에 의해 회전하는 캠형상의 캠부재 외주면 윤곽을 따라 상하왕복되는 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제3항의 각방 조절밸브는, 상기 회전판은 상단 일부가 케이스 외부로 노출되고, 상기 캠부재와 동축상에 일체로 형성된 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제4항의 각방 조절밸브는, 상기 상부가이드부재의 하면에는 복수의 삽입홈이 형성되고; 상기 상부가이드부재의 하측에 고정설치되고 내주면에 나사산이 형성된 하부가이드부재와, 상측 일부가 상기 삽입홈에 삽입걸림되고 외주면에 나사산이 형성되어 상기 상부가이드부재의 회전시 상기 하부가이드부재의 내측에서 상하위치가 가변되는 걸림회전부재와, 상기 상부가이드부재의 내측에 삽입되어 상기 샤프트의 상단에 하면이 접촉지지되고 상기 캠부재의 회전에 따라 상하위치가 가변되는 샤프트접촉부재가 구비된 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제5항의 각방 조절밸브는, 상기 제1돌기와 제2돌기는 180도의 위상으로 반경방향으로 대향되는 위치에 형성되고, 상기 제1인쇄회로기판상에는 상기 회전판의 회전시 상기 제1돌기와 제2돌기가 접촉되는 2개의 스위치가 설치된 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제6항의 각방 조절밸브는, 모터와, 상기 모터의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브와, 상기 모터와 일체로 회전하는 캠부재와, 상기 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 가변되는 위치에 따른 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부로 이루어진다.

청구항 제7항의 각방 조절밸브는, 상기 밸브개폐량검지부는, 상기 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 위치가 가변되는 선형자석과, 상기 선형자석의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 자기센서로 이루어진다.

청구항 제8항의 각방 조절밸브는, 상기 밸브개폐량검지부는 가변저항을 이용한 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제9항의 각방 조절밸브는, 상기 밸브개폐량검지부는 가변인덕턴스를 이용한 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제10항의 각방 조절밸브는, 상기 모터는 일방향 회전 모터인 것으로 구성될 수 있다.

청구항 제11항의 각방 조절밸브는, 상기 모터는 교류모터인 것으로 구성될 수 있다.

본 발명의 청구항 제12항의 각방 조절밸브 전환방법은, 제1항의 각방 조절밸브에서 상기 정유량조작부재와 제1인쇄회로기판을 제거하고; 동축상에 캠형상의 캠부재가 일체로 결합된 상기 회전판를 상기 모터의 축에 결합하고; 상기 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 상하 왕복되는 선형자석과 상기 선형자석의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 자기센서를 설치하는 것으로 구성된다.

본 발명의 청구항 제13항의 각방 조절밸브 전환방법은, 제7항의 각방 조절밸브에서 상기 선형자석과 자기센서를 제거하고; 상기 회전판의 하면에 중심으로부터 반경이 다른 위치에 형성된 제1돌기 및 제2돌기에 의해 상기 밸브의 상사점 및 하사점에서 모터의 동작을 온/오프시키기 위한 제1인쇄회로기판을 설치하고; 상기 밸브가 결합된 샤프트와, 상기 샤프트가 내부에서 상하 왕복되도록 가이드하는 상부가이드부재 및, 상기 상부가이드부재의 측부 외주면에 치합되고 케이스 외부로 일부가 노출되며 이 노출된 부분을 회전시키면 상기 상부가이드부재가 회전하게 되어 상기 밸브가 상하왕복되는 정유량조작부재를 설치하는 것으로 구성된다.

본 발명의 각방 조절밸브에 의하면, 정유량밸브와 온오프밸브를 하나의 밸브에 일체화시킴으로써 구조를 간단하게 하고 비용을 절감시킬 수 있다.

또한 하나의 밸브에 온오프와 정유량 및 비례제어를 구현하기 위한 구성부품을 구비하여 일부 구성부품만을 교체함으로써 간단하게 온오프와 정유량 일체형 밸브로 제조하거나 비례제어 밸브로 제조할 수 있어 생산성을 향상시키고 부품공용화를 달성하여 제조비용을 절감할 수 있다.

또한 난방수 유량의 비례제어를 위해 유량센서를 사용하지 않아 센서 오염에 의한 제어오류를 방지할 수 있고, 직류모터 대신 저가의 교류모터를 사용하여 난방수 유량의 비례제어를 할 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 각방 조절밸브를 보여주는 결합사시도, 도 2는 도 1에 도시된 각방 조절밸브의 평면도, 도 3은 도 1에 도시된 각방 조절밸브의 분해사시도, 도 4는 도 1에 도시된 각방 조절밸브의 단면도, 도 5는 도 1에 도시된 각방 조절밸브에서 모터와 스위치의 연결상태를 개략적으로 보여주는 회로구성도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 하나의 밸브에 정유량, 온오프 및 비례제어밸브가 모두 구현된 구조에 대해 설명한다. 다만 실제 밸브 설치시에는 정유량과 온오프가 일체화된 조절밸브 또는 비례제어 조절밸브 중 어느 하나만을 선택하여 설치하게 되므로 이러한 밸브구조의 전환방법에 대해서는 후술한다.

본 발명의 각방 조절밸브는, 모터(110)와, 상기 모터(110)의 회전에 의해 상하왕복되어 난방수 유로의 개폐량이 조절되는 밸브(450)와, 상기 모터(110)의 축(110a)에 결합되어 일체로 회전하고 일측면에는 중심으로부터 반경이 다른 위치에 제1돌기(120a)와 제2돌기(120b)가 형성된 회전판(120)과, 상기 회전판(120)의 제1돌기(120a) 및 제2돌기(120b)에 의해 상기 밸브(450)의 상사점 및 하사점에서 모터(110)의 동작을 온/오프(ON/OFF)시키기 위한 제1인쇄회로기판(140)과, 상기 밸브(450)가 하단부에 결합된 샤프트(430)와, 상기 샤프트(430)가 내부에서 상하 왕복되도록 가이드하는 상부가이드부재(320) 및, 상기 상부가이드부재(320)의 측부 외주면에 치합되고 케이스(100) 외부로 일부가 노출된 정유량조작부재(310)로 이루어짐으로써, 정유량 및 온오프 일체형 조작밸브가 구현된다.

상기 모터(110)는 가격이 저렴한 일방향 회전 모터로 구성되는 것이 바람직하다. 또한 모터(110)는 교류(AC)전원을 사용하는 교류모터로 구성된다. 이 경우 직류모터를 사용하는 경우에 비해 트랜스포머, 정류기 등의 구성이 불필요하게 되므로 비용 절감의 효과가 있다.

상기 모터의 축(110a)은 원통형상의 모터축결합부재(111)에 삽입결합되고, 상기 모터축결합부재(111)는 회전판(120)에 결합되어 일체로 회전하게 된다.

상기 회전판(120)은 원형의 디스크 형상이고 외주면은 볼록볼록한 형상이 원주면 둘레를 따라 반복형성되어 있다. 또한 회전판(120)의 외측면 일부는 케이스(100) 외부로 노출되어 있어 모터(110) 고장 등의 경우에도 사람이 수동으로 밸브의 온오프(ON/OFF) 조작이 가능하도록 되어 있다.

상기 회전판(120)의 일측면으로 돌출형성된 제1돌기(120a)와 제2돌기(120b)는 회전판(120)의 중심으로부터 반경이 다른 위치에 180도의 위상으로 반경방향으로 대향되는 위치에 각각 형성된다.

또한 상기 회전판(120)의 측부에는 제1스위치(141)와 제2스위치(142)가 결합된 제1인쇄회로기판(140)이 설치된다. 상기 제1스위치(141)와 제2스위치(142)는 서로 인접하고 나란한 위치에, 또한 상기 회전판(120)의 회전시 제1돌기(120a)와 제2돌기(120b)가 그리는 원주 경로상에 위치된다.

상기 회전판(120)이 회전됨에 따라 상기 제1인쇄회로기판(140)에 결합된 제1스위치(141)에 상기 제1돌기(120a)가 접촉되고, 제2스위치(142)에 상기 제2돌기(120b)가 접촉된다.

상기 제1스위치(141)와 제2스위치(142)는 모두 평상시에 닫혀 있는 노말클로즈(Normal Close)타입이다.

도 4a와 도 5를 참조하면, 제어부의 신호에 의해 릴레이(143)의 "A"부가 전기적으로 연결되면(이 경우 제1스위치(141)와 제2스위치(142)는 노말클로즈이므로 닫혀 있다), 폐회로가 되어 모터(110)에 교류(AC)전원이 공급된다. 상기 모터(110)의 회전에 의해 회전판(120)이 회전하면, 제1돌기(120a)가 제1스위치(141)에 접촉되어 제1스위치(141)가 오픈되므로 모터(110)는 정지하게 된다. 이 경우 밸브(450)는 상사점에 위치되어 있다.

그 후 제어부의 신호에 의해 릴레리(143)의 "B"부가 전기적으로 연결되면 제2스위치(142)가 닫혀 있으므로 폐회로가 형성되어 모터(110)가 다시 회전하게 된다. 이 경우 제1스위치(141)는 오픈상태에서 클로즈상태로 변경된다.

상기 모터(110)의 회전에 의해 회전판(120)이 180도 회전하면, 제2돌기(120a)가 제2스위치(142)에 접촉되어 제2스위치(142)가 오픈상태로 되어 모터(110)는 정지하게 된다. 이 경우 밸브(450)는 하사점에 위치되어 있다.

한편 상기 회전판(120)에는 축의 중심으로부터 편심된 위치에 캠부재(130)가 일체로 결합되어 있어, 모터(110)가 회전하면 밸브(450)가 캠부재(130)의 외주면 윤곽을 따라 상하 왕복운동하게 된다.

이하 상기 캠부재(130)의 회전운동이 밸브(450)의 직선운동으로 전달되기 위한 구성에 대해 설명한다.

상기 캠부재(130)의 하측 외주면에는 하측으로 내부가 빈 캠접촉부재(330)가 제1스프링(340)에 의해 탄성지지되어 있다. 상기 캠접촉부재(330)는 상기 캠부재(130)의 회전운동을 상하직선운동으로 변환하는 연결부의 역할을 한다. 따라서 상기 캠부재(130)가 회전됨에 따라 캠접촉부재(330)가 밸브(450)와 함께 상하 왕복운동하도록 되어 있다. 이 경우 상기 제1스프링(340)은 상기 캠접촉부재(330)의 상하 왕복운동을 밸브(450)에 전달하는 것이므로, 완충력은 필요하나 반드시 스프링(Spring)의 형태일 필요는 없다.

상기 캠접촉부재(330)는 상부가이드부재(320) 내부에 삽입되어 상하 운동시 상기 상부가이드부재(320)에 의해 가이드된다. 상기 상부가이드부재(320)는 원통형상의 몸체 외주면 중앙부위에 돌출된 테두리(320a)가 형성되어 있고, 상기 테두리(320a)의 외주면에는 기어 치형이 형성되어 있으며, 하면에는 방사형으로 복수의 삽입홈(320b)이 형성되어 있다.

상기 상부가이드부재(320)의 내측 하부에는 샤프트접촉부재(350)가 삽입되어 있다. 상기 샤프트접촉부재(350)의 상면에는 제1스프링(340)의 하단부가 접촉되고, 움푹 패인 형상의 하면 중앙부는 샤프트(430)의 상단에 접촉지지되어 있다.

상기 상부가이드부재(320)의 하측에는 밸브몸체(400) 내측에 삽입고정되고 내주면에 나사산부가 형성된 하부가이드부재(420)가 설치된다.

상기 하부가이드부재(420) 내부에는 걸림회전부재(410)가 삽입되고, 상기 걸림회전부재(410)의 외주면에 형성된 나사산부(410a)와 상기 하부가이드부재(420)의 내주면에 형성된 나사산부가 맞물려 있어, 리드스크류와 같이 상기 걸림회전부재(410)가 회전됨과 동시에 상하 왕복하도록 되어 있다.

상기 걸림회전부재(410)의 상측에는 상기 상부가이드부재(320)의 삽입홈(320b)에 삽입되어 상부가이드부재(320)의 회전시 걸림회전부재(410)가 일체로 회전될 수 있도록 복수의 걸림부(410b)가 상향 돌출되어 있다.

상기 걸림회전부재(410)의 내측 중앙부로는 샤프트(430)가 관통삽입되고, 상기 샤프트(430)의 외측에는 제2스프링(440)이 끼워져 상기 걸림회전부재(410)의 내측 하면을 탄성지지하고 있다.

상기 샤프트(430)의 하측 끝단부에는 난방수 유로인 입구(401)와 출구(402) 사이에 형성된 개구부(403)을 개폐하는 밸브(450)가 결합되어 있어, 상기 샤프트(430)와 일체로 상하 위치가 가변된다.

상기 정유량조작부재(310)는 몸체 일부가 케이스(100) 외부로 노출되어 있어 수동으로 회전조작하도록 되어 있고, 외주면에는 기어 치형이 형성되어 상기 상부가이드부재(320)의 테두리(320a)와 치합되어 있으며, 정유량조작부재(310)의 회전시 상부가이드부재(320)도 함께 회전하도록 되어 있다.

케이스(100)와 밸브몸체(400)는 결합부재(460)에 의해 상호 결합된다.

다음으로 비례제어식 조절밸브를 구성하는 경우 필요한 구성에 대해 설명한다.

비례제어식 조절밸브는, 모터(110)와, 상기 모터(110)의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브(450)와, 상기 모터(110)와 일체로 회전하는 캠부재(130)와, 상기 캠부재(130)가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 가변되는 위치에 따른 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량 검지부로 이루어진다.

이 경우 상기 밸브개폐량검지부는 선형자석을 이용하는 것으로 구성된다. 즉, 상기 캠부재(130)가 회전시 그 외주면에 항상 접촉되도록 제3스프링(230)에 의해 탄성지지되고 상기 캠부재(130)의 캠 윤곽을 따라 상하 위치가 가변되는 선형자석(210)과, 상기 선형자석(210)의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터(110)의 회전을 제어하기 위해 상기 선형자석(210)에 인접하게 설치된 자기센서(240) 및 상기 자기센서(240)가 결합된 제2인쇄회로기판(250)이 설치된다. 상기 제2스프링(230)의 상측은 캡(220)에 의해 지지되고 있다.

여기서 '선형자석'이란 변위에 따른 자속밀도의 변화가 직진성(선형성)을 나타내는 자석을 의미하는 것으로, 이하 상기 선형자석(210) 및 자기센서(240)에 대해 설명한다.

도 6은 본원발명에 적용되는 선형자석을 보여주는 도면으로서, 대한민국 특허등록 제660564호에 개시되어 있다.

도 6을 참조하면, 선형자석(210)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(210)은 도 6에서와 같이 자석의 형상을 점선으로 표기된 대각선 방향으로 착자를 했을 때 변위에 따른 N극의 자속밀 도는 선형성을 나타내지 않으나, 실선과 같이 착자의 형태를 대각선 방향으로 변형하여 sin형상으로 착자를 했을 때는 변위에 따른 자속밀도가 선형성을 나타내게 된다.

도 6에서 선형자석(210)의 위치변화에 따라 자속밀도 변화를 검지하는 자기센서(240)는 자석의 구간인 0-12에 걸쳐 검지하게 되는데, 선형자석(210)이 자기센서(240)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(210)의 위치변화에 따른 자속밀도 변화를 측정하기 위해 사용되는 자기센서(240)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(210)의 위치변화를 검지할 수 있다.

도 7은 도 4의 각방 조절밸브에서 정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브로 전환된 상태를 보여주는 단면도이다. 즉, 도 4의 각방 조절밸브에서 비례제어 기능을 제거한 상태이다. 따라서 비례제어를 위한 선형자석(210), 캡(220), 스프링(230), 자기센서(240), 제2인쇄회로기판(250) 구성이 제거되고, 케이스(100)는 상기 구성들이 제거됨에 따라 별도의 전용 케이스로 대체하는 것도 가능하다.

도 8은 도 4의 각방 조절밸브에서 비례제어형 각방 조절밸브로 전환된 상태를 보여주는 단면도이다. 즉, 도 4의 각방 조절밸브에서 정유량 기능 및 온오프 기능을 제거한 상태이다. 따라서 정유량 기능을 위한 정유량조작부재(310)를 제거하고, 온오프 기능을 위한 제1스위치(141) 및 제2스위치(142)를 포함하여 제1인쇄회로기판(140)을 제거하고, 케이스(100)는 상기 정유량조작부재(310)의 제거에 따라 별도의 전용 케이스로 대체하는 것도 가능하다.

도 9는 도 7의 각방 조절밸브에서 정유량이 설정되는 상태를 보여주는 동작상태도이다.

도 9(a)를 참조하면, 밸브(450)가 완전히 개방된 상태를 보여주고 있다. 이 상태에서 난방수 유량을 줄이기 위해 수동으로 정유량조작부재(310)를 회전시키면 도 9(b)의 상태로 된다. 즉, 상기 정유량조작부재(310)와 함께 상부가이드부재(320)가 회전함과 동시에 상기 상부가이드부재(320)의 삽입홈(320b)에 걸림부(410b)가 걸림되어 있는 걸림회전부재(410)가 함께 회전하게 된다. 상기 걸림회전부재(410)는 회전함과 동시에 나사부(410a)에 의해 하강하게 되므로, 샤프트(430)와 밸브(450)가 하강하여 개구부(403)를 닫게 된다. 이 경우 밸브(450)에 의해 개구부(403)가 닫히는 정도는 방으로 공급되는 난방수 유량을 줄이는 양에 따라 결정된다.

도 10은 도 7의 각방 조절밸브에서 밸브 온/오프가 구현되는 상태를 보여주는 동작상태도이다.

도 10(a)를 참조하면, 밸브(450)는 완전히 개방되어 있고, 회전판(120)의 제 1돌기(120a)는 제1스위치(141)에 접촉된 상태이다. 이 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이(143)의 "B"부를 연결시키면 모터(110)가 회전판(120)을 회전시킨다. 회전판(120)이 180도 회전하면 10(b)에 도시된 바와 같이, 제2돌기(120b)가 제2스위치(142)에 접촉되어 모터(110) 및 회전판(120)은 정지하고, 밸브(450)는 완전히 닫힌 상태가 된다.

도 11은 도 8의 각방 조절밸브에서 비례제어가 구현되는 상태를 보여주는 동작상태도, 도 12는 유량과 자기센서의 전위차 관계를 나타내는 그래프이다.

도 11(a)를 참조하면, 밸브(450)는 상사점에 위치하여 완전히 개방되어 있다. 이 상태에서 난방시스템에서 측정된 난방수 온도 등의 데이터로부터 난방수 유량을 줄일 필요가 있는 경우 제어부에서 목표유량을 계산하여 각방 조절밸브를 제어하여 밸브(450)의 상하 위치를 제어한다. 이하 각방 조절밸브의 제어방법에 대해 설명한다.

상기 제어부에는 도 12에 도시된 바와 같이 유량과 선형자석(210)의 위치변화에 따라 자기센서(240)에서 검지되는 전압과의 관계가 미리 설정되어 있다.

즉, 도 12에서 각방 조절밸브에서 밸브(450)를 최대로 개방하여 최대유량인 경우 선형자석(210)의 위치에 대한 전압이 4.5V로 설정되어 있고, 밸브(450)를 완전히 밀폐하여 최소유량인 경우 선형자석(210)의 위치에 대한 전압이 0.5V로 설정되어 있으며, 그 사이의 값은 선형자석(210)의 선형성으로 인해 직선구간으로 나타난다.

따라서 상기 제어부에서는 도 12의 그래프 데이터로부터 상기 목표유량에 대 한 목표전압을 설정하고, 모터(110)를 회전시켜 밸브(450)를 하강시켜 유량을 감소시킨다.

이 경우 상기 모터(110)와 함께 캠부재(130)가 함께 회전하므로, 상기 선형자석(210)은 캠부재(130)의 원주면 윤곽을 따라 하강하게 된다. 이와 같은 선형자석(210)의 위치변화에 따라 자기센서(240)에서 발생하는 전위차가 상기 목표전압에 도달하게 되면 제어부에서는 목표유량에 도달한 것으로 판단하여 상기 모터(110)의 동작을 정지시킨다. 그 이후 유량정보를 피드백 받아 목표유량에 대한 미세조정작업이 이루어진다.

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

먼저 가변저항을 이용하는 경우에는, 밸브의 개폐량에 따른 가변저항의 출력전압이 미리 설정되어 있고, 상기 모터(110)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(110)의 회전에 따라 코일의 내부에서 자석의 위치가 변하게 되면 그에 따른 출력전압으로부터 밸브의 개폐량을 검지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 각방 조절밸브를 보여주는 결합사시도,

도 2는 도 1에 도시된 각방 조절밸브의 평면도,

도 3은 도 1에 도시된 각방 조절밸브의 분해사시도,

도 4는 도 1에 도시된 각방 조절밸브의 단면도,

도 5는 도 1에 도시된 각방 조절밸브에서 모터와 스위치의 연결상태를 개략적으로 보여주는 회로구성도,

도 6은 본 발명에 적용되는 선형자석을 나타내는 개략도,

도 7은 도 4의 각방 조절밸브에서 정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브로 전환된 상태를 보여주는 단면도,

도 8은 도 4의 각방 조절밸브에서 비례제어형 각방 조절밸브로 전환된 상태를 보여주는 단면도,

도 9는 도 7의 각방 조절밸브에서 정유량이 설정되는 상태를 보여주는 동작상태도,

도 10은 도 7의 각방 조절밸브에서 밸브 온/오프가 구현되는 상태를 보여주는 동작상태도,

도 11은 도 8의 각방 조절밸브에서 비례제어가 구현되는 상태를 보여주는 동작상태도,

도 12는 유량과 자기센서의 전위차 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 케이스 110 : 모터

120 : 회전판 120a : 제1돌기

120b : 제2돌기 130 : 캠부재

140 : 제1인쇄회로기판 141 : 제1스위치

142 : 제2스위치 210 : 선형자석

220 : 캡 230 : 제3스프링

240 : 자기센서 250 : 제2인쇄회로기판

310 : 정유량조작부재 320 : 상부가이드부재

330 : 캠접촉부재 340 : 제1스프링

350 : 샤프트접촉부재 410 : 걸림회전부재

420 : 하부가이드부재 430 : 샤프트

440 : 제2스프링 450 : 밸브

Claims (13)

1. 모터와, 상기 모터의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브와, 상기 모터와 일체로 회전하고 일측면에는 중심으로부터 반경이 다른 위치에 제1돌기와 제2돌기가 형성된 회전판과, 상기 회전판의 제1돌기 및 제2돌기에 의해 상기 밸브의 상사점 및 하사점에서 모터의 동작을 온/오프시키기 위한 제1인쇄회로기판과, 상기 밸브가 결합된 샤프트와, 상기 샤프트가 내부에서 상하 왕복되도록 가이드하는 상부가이드부재 및, 상기 상부가이드부재의 측부 외주면에 치합되고 케이스 외부로 일부가 노출된 정유량조작부재로 이루어져;

   상기 정유량조작부재의 노출된 부분을 회전시키면 상기 상부가이드부재가 회전하게 되어 상기 밸브가 상하왕복되어 정유량이 조정되고, 상기 모터를 회전시키면 상기 밸브의 온/오프가 이루어지는; 각방 조절밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브는 상기 모터에 의해 회전하는 캠형상의 캠부재 외주면 윤곽을 따라 상하왕복되는 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 회전판은 상단 일부가 케이스 외부로 노출되고, 상기 캠부재와 동축상에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
4. 제2항에 있어서, 상기 상부가이드부재의 하면에는 복수의 삽입홈이 형성되고; 상기 상부가이드부재의 하측에 고정설치되고 내주면에 나사산이 형성된 하부가이드부재와, 상측 일부가 상기 삽입홈에 삽입걸림되고 외주면에 나사산이 형성되어 상기 상부가이드부재의 회전시 상기 하부가이드부재의 내측에서 상하위치가 가변되는 걸림회전부재와, 상기 상부가이드부재의 내측에 삽입되어 상기 샤프트의 상단에 하면이 접촉지지되고 상기 캠부재의 회전에 따라 상하위치가 가변되는 샤프트접촉부재가 구비된 것;을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1돌기와 제2돌기는 180도의 위상으로 반경방향으로 대향되는 위치에 형성되고, 상기 제1인쇄회로기판상에는 상기 회전판의 회전시 상기 제1돌기와 제2돌기가 접촉되는 2개의 스위치가 설치된 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
6. 모터와, 상기 모터의 회전에 의해 상하왕복되어 유로의 개폐량이 조절되는 밸브와, 상기 모터와 일체로 회전하는 캠부재와, 상기 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 가변되는 위치에 따른 출력전압으로부터 상기 밸브의 개폐량을 검지하기 위한 밸브개폐량검지부로 이루어진 각방 조절밸브.
7. 제6항에 있어서, 상기 밸브개폐량검지부는, 상기 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 위치가 가변되는 선형자석과, 상기 선형자석의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 자기센서로 이루어진 각방 조절밸브.
8. 제6항에 있어서, 상기 밸브개폐량검지부는 가변저항을 이용한 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
9. 제6항에 있어서, 상기 밸브개폐량검지부는 가변인덕턴스를 이용한 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 모터는 일방향 회전 모터인 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
11. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 모터는 교류모터인 것을 특징으로 하는 각방 조절밸브.
12. 제1항의 각방 조절밸브에서 상기 정유량조작부재와 제1인쇄회로기판을 제거하고; 동축상에 캠형상의 캠부재가 일체로 결합된 상기 회전판를 상기 모터의 축에 결합하고; 상기 캠부재가 회전함에 따라 그 외주면 윤곽을 따라 상하 왕복되는 선형자석과 상기 선형자석의 위치에 따라 가변되는 자속밀도를 검지하여 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 자기센서를 설치함으로써; 정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브를 비례제어식 각방 조절밸브로 전환하는 방법.
13. 제7항의 각방 조절밸브에서 상기 선형자석과 자기센서를 제거하고; 상기 회전판의 하면에 중심으로부터 반경이 다른 위치에 형성된 제1돌기 및 제2돌기에 의해 상기 밸브의 상사점 및 하사점에서 모터의 동작을 온/오프시키기 위한 제1인쇄회로기판을 설치하고; 상기 밸브가 결합된 샤프트와, 상기 샤프트가 내부에서 상하 왕복되도록 가이드하는 상부가이드부재 및, 상기 상부가이드부재의 측부 외주면에 치합되고 케이스 외부로 일부가 노출되며 이 노출된 부분을 회전시키면 상기 상부가이드부재가 회전하게 되어 상기 밸브가 상하왕복되는 정유량조작부재를 설치함으 로써; 비례제어식 각방 조절밸브를 정유량 및 온오프 일체형 각방 조절밸브로 전환하는 방법.

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