KR20090052926A - Valve actuator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형상기억 합금의 수축,팽창력을 이용하여 밸브의 통로를 열거나 닫아 액체나 기체를 흐르게 하거나 차단 하는 밸브 엑츄에이터에 관한 것이다. 본 발명은 최소의 전류로 형상기억 합금을 수축 ,팽창 되도록 써미스터(P.T.C)를 히터수단으로 구비하여 써미스터(P.T.C)의 발열이 되면 저항 값이 커져 전류을 줄여 저전력으로 밸브를 열거나 닫도록 한 것을 특징으로 하였다.The present invention relates to a valve actuator for opening or closing the passage of the valve by using the contraction, expansion force of the shape memory alloy to flow or block the liquid or gas. The present invention is equipped with a thermistor (PTC) as a heater means to shrink and expand the shape memory alloy with a minimum current, so that when the thermistor (PTC) generates heat, the resistance value is increased to reduce the current to open or close the valve at low power. It was made.

밸브 엑츄에이터 , P.T.C 발열소자, 형상기억합금판제, 실린더가이드, 실린더, 무브먼드 Valve actuator, P.T.C heating element, shape memory alloy plate, cylinder guide, cylinder, move

Description

밸브 엑츄에이터{omitted}Valve actuators

본 발명은 온도에 따라 수축,팽창하는 특성을 갖는 형상기억합금의 성질을 이용 하여 밸브의 통로를 통해 닫거나 열어 유체나 기체의 흐름과 차단하는 밸브 엑츄에이터 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a valve actuator technology that closes or opens through a passage of a valve to block a flow of a fluid or gas by using a property of a shape memory alloy having a property of contracting and expanding with temperature.

기존의 기술로는 모터를 제어하여 밸브를 열고 닫는 방식이 있는데 이 방식은 모터 구동시 소음이 발생 하는 단점이 있고 또 특허 제 10-0654175 호 에서와 같이 공지된 형상기억합금 와이어 를 이용하여 밸브를 열고 닫거나 하는데 도 1과 같이 형상기억합금 와이어(100)에 전원을 가해 형상기억합금 와이어의 수축, 팽창에 의해 레버(200)를 회전 시켜 밸브의 스템(300)을 밀고 당기어 밸브를 닫고 여는 방식으로 이 방식에서는 형상기억합금에 직접 전원이 가하는 방식으로, 형상기억합금은 도체 이므로 자체의 저항값은 상당히 작아, 예를 들어 길이 1 m 에 도 2와 같이 저항값 R0가 100Ω 이라 가정 하여도 110V 전원을 가 할 경우 110/100 Ω = 1 A 전류가 형상기억 합금에 흘러 100W의 전력 소모가 되고 온도가 상승 되더라도 저항값이 변화가 없어 전원이 공급되는 동안에는 계속 1A의 전류가 흘러 온도가 상승하고 소비전력은 110W 가 되므로 전력 소모가 크다는 문제가 있고 소비전류를 줄이기 위해서는 저항값을 키워야 하는데 이렇게 하기 위해서는형상기억합금의 길이가 매우 길어지므로 조립 공간이 커져야 하는 문제가 있다.Conventional technology includes a method of opening and closing a valve by controlling a motor. This method has a disadvantage in that noise is generated when the motor is driven. Also, the valve is closed using a known shape memory alloy wire as in Patent No. 10-0654175. Opening or closing, by applying power to the shape memory alloy wire 100 as shown in Figure 1 by rotating the lever 200 by the contraction, expansion of the shape memory alloy wire to push and pull the stem 300 of the valve to close and open the valve In this method, the power is directly applied to the shape memory alloy. Since the shape memory alloy is a conductor, its resistance is quite small. For example, even if the resistance value R0 is 100Ω as shown in FIG. When power is applied, 110/100 Ω = 1 A current flows into the shape memory alloy, which consumes 100W of power and the resistance value does not change even when the temperature rises. Since 1A current flows and the temperature rises and the power consumption is 110W, there is a problem of high power consumption, and in order to reduce the current consumption, the resistance value needs to be increased. There is a problem.

또 형상기억합금 와이어가 길어 지면 고가 이므로 원가 상승 되어 제품의 원가가 상승하는 문제점이 있다.In addition, the longer the shape memory alloy wire is expensive, there is a problem that the cost of the product rises as the cost increases.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결 하기 위해서 저전류로 히팅을 할수 있는 히팅수단과 히팅된 열을 형상기억합금에 잘 전달 하기 위한 열 전달수단, 또 열 전달에 의해 형상기억합금이 수축 팽창이 되게 하여 그 힘으로 밸브를 열고 닫을 수 있게 구동수단을 구비하여 부피를 최소화 하여 조립 을 단순화 하여 원가를 낮출 수 있게 하는데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a heating means capable of heating with low current, a heat transfer means for transferring the heated heat to the shape memory alloy, and the shape memory alloy shrinks and expands by heat transfer. It is to provide a drive means to open and close the valve by the force to minimize the volume to simplify the assembly to lower the cost.

본 발명은 온도의 변화에 따라 형상기억합금의 수축 팽창하는 성질을 이용하여 밸브를 열고 닫는 밸브 엑츄에이터에 있어서,상온에서 저항값이 작아 전류가 많이 흘러 발열이 되어 큐리온도 주위에 도달하면 저항값이 급격하게 커져 전류가 적게 흐르게 되는 특성을 갖는 P.T.C발열소자를 히터로 사용하여 저전류로 히팅 할 수 있도록 히터부를 구비하고, 형상기억합금에 열 전달이 용이 하도록 황동이나 금속으로 히팅케이스를 만들어 히팅케이스 내부의 상측에 형상기억합금고정부를 고정 시키고, 형상기억합금고정부와 실린더 사이에 형상기억합금판제를 구비하여 형상기억합금판제에 열이 잘 전달되도록 구비한 열 전달 수단 또 온도에 따라 형상기억합 금판제가 수축 팽창 될 때 실린더가 일정하게 위 아래로 밀고 당겨지도록 실린더가이드를 구비하고 또, 실린더를 통해 열이 밸브로 전달되는 것을 차단하면서 밸브의 스템 을 밀고 당길수 있도록 난연 내열사출물로 무브먼트로 구비된 밸브 구동수단을 구비하는 것에 특징이 있다.The present invention is a valve actuator that opens and closes a valve by using the property of shrinking and expanding a shape memory alloy according to a change in temperature, and a resistance value is small at room temperature so that a large amount of current flows to generate heat to reach a Curie temperature. Heated case is made of brass or metal to facilitate heat transfer to the shape memory alloy. The shape memory alloy fixing part is fixed to the upper side of the inside, and the shape memory alloy fixing part is provided between the shape memory alloy fixing part and the cylinder so that heat is transferred to the shape memory alloy plate part well. Cylinder guides are provided so that the cylinder is constantly pushed up and down and pulled out when the alloy sheet shrinks and expands. And it is characterized in that it comprises a valve drive means provided with a movement as flame-resistant heat-resistant injection to push and pull the stem of the valve while blocking heat from being transferred to the valve.

이와 같이, 본 발명은 저전력으로 히팅을 할수 있도록 P.T.C발열소자를 히터로 사용 히팅케이스를 가열 하여 히팅케이스 속에 구비된 형상기억합금판제을 수축 팽창 시켜 저전력으로 밸브를 열고 닫을 수 있도록 하고 적은 양의 형상기억합금판제 사용하여 제조원가를 낮출 수 있고 제품의 크기를 작게 할 수 있다.As described above, the present invention uses a PTC heating element as a heater to heat at a low power to heat and heat the heating case to shrink and expand the shape memory alloy plate provided in the heating case so that the valve can be opened and closed at low power and a small amount of shape memory The use of alloy plates can reduce the manufacturing cost and reduce the size of the product.

본발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도4, 도5와 같이 커버(1) 와 하부케이스(13)속에 외부로 열이 외부로 전달 되는 것을 차단하도록 난연/내열사출물로 히팅부케이스(3)를 구비 하여 저전력으로 내부에 열 전달 을 하도록 구비한 전원을 공급하기 위한 단자프레이트(4)와 P.T.C 발열소자(6)의 한쪽단자와 접촉이 잘 되도록 구성 한 스프링1(5)와 P.T.C 발열소자(6)의 다른쪽 단자와 밀착 되어 열 전달이 잘되도록 황동이나 금속으로 제작된 전원을 공급하기 위해 단자를 구비한 히팅케이스(9) 사이에 P.T.C 발열소자(6)를 구비한 히팅 수단과 히팅된 열이 형상기억합금판제(7)에 잘 전달 되도록 히팅케이스(9)상측에 고정시키기 위해 형상기억합금고정부(8)와 실린더(11) 사이에 형상기억합금판제(7)를 구비 한 열 전달수단, 온도에 따라 형상기억합금판제(7)가 수축 팽 창 될 때 실린더(11)를 위 아래로 밀고 당겨지도록 구비된 실린더가이드(12)와 실린더(11) 를 통해 열이 밸브로 전달되는 것을 차단하면서 밸브의 스템(20)을 밀고 당길수 있도록 난연 내열사출물로 무브먼트(14)로 구비된 밸브 구동수단을 구비한다As shown in FIGS. 4 and 5, the heating unit case 3 is provided as a flame-retardant / heat-resistant injection material to prevent heat from being transferred to the outside in the cover 1 and the lower case 13. Contact with the other terminal of the spring 1 (5) and the PTC heating element (6) configured to be in contact with one terminal of the terminal plate (4) and the PTC heating element (6) for supplying power Heating means having a PTC heating element 6 and heating heat between the shape case alloy plate 7 between the heating case 9 having a terminal for supplying a power made of brass or metal for good transmission. Heat transfer means provided with a shape memory alloy plate (7) between the shape memory alloy fixing section (8) and the cylinder (11) to fix the upper side of the heating case (9) so that the transfer is good, the shape memory alloy plate according to the temperature ( 7) push the cylinder 11 up and down when it contracts and expands Valve driving means provided with the movement 14 as flame-resistant heat-resistant injection to push and pull the stem 20 of the valve while preventing heat from being transferred to the valve through the cylinder guide 12 and the cylinder 11 provided to be drawn. Equipped with

또,하부케이스(13)에 밸브와 체결 할수 있도록 체결너트(15)를 구비하였다. 도3은 P.T.C 발열소자(6)의 특성을 나타내는 도면으로 평상시에는 저항값이 R1를 유지하다가 양단에 전원을 투입하면 전류가 흘러 발열이 되어 온도가 상승하여 큐리점에 도달 하면 급속하게 저항값 R2으로 커지는 특성을 가진다. 본 발명에 사용하는 P.T.C발열소자(6)로는 평상시에 4KΩ 의 저항값을 가지다가 전류가 흘러 일정온도 이상으로 상승하면 저항값이 10KΩ 으로 상승하는 특성을 갖는 자화전자 제품 모델 J522R68E502N290E P.T.C를 사용하여도 가능 하다.In addition, the lower case 13 was provided with a fastening nut 15 to be fastened with the valve. 3 is a diagram showing the characteristics of the PTC heating element 6, the resistance value of R1 is normally maintained while the power is supplied to both ends, the current flows to generate heat and the temperature rises to reach the Curie point. It has a characteristic that grows to. As the PTC heating element 6 used in the present invention, a magnetization electronics product model J522R68E502N290E PTC having a characteristic of having a resistance value of 4K? It is possible.

처음에는 110V를 양단에 걸면 110V/4000 Ω = 0.0275A 전류가 흐르다 온도가 상승 하여 큐리온도에 도달 하면 저항값이 10K Ω 으로 커져 110V/ 10,000 Ω = 0.011A의 전류가 흐른다 .Initially, 110V is applied across both ends, resulting in a current of 110V / 4000 Ω = 0.0275A. When the temperature rises and the Curie temperature is reached, the resistance increases to 10K Ω, resulting in 110V / 10,000 Ω = 0.011A.

이때 소비전력은 110V*0.011A=1.21W가 된다. 이렇게 하므로서 저전력으로 히팅이 가능 하도록 히팅 수단을 구비하여At this time, power consumption is 110V * 0.011A = 1.21W. In this way, a heating means is provided to enable heating at low power.

도 4와 같이 단자프레이트(4)와 히팅케이스(9)의 단자에 연결 된 케이블(10)에 전원이 공급 되면 P.T.C 발열소자(6)한쪽 단자와 접촉이 좋아지도록 구비된 스프링1(5)과 히팅케이스(9) 사이에 구비된 P.T.C발열소자(6)의 다른쪽 단자를 통해 P.T.C발열소자(6)에 전류가 흘러 온도가 상승하게 되어 히팅케이스(9)가 가열 되어 형상기억합금고정부(8)와 실린더(11)에 고정된 형상기억합금판제(7)은 소정 온도대역 이 (예: 60 - 70 ℃ )에서 변태점에 이르므로 상온에서의 길이보다 길어져 실런더(11)이 실린더가이드(12)를 따라 아래로 눌러 무브먼트(14)로 밸브(19)의 스템(20)을 아래로 눌러 시트(18)이 밸브의 유로를 막아 밸브를 닫는다.When the power is supplied to the cable 10 connected to the terminal plate 4 and the terminal of the heating case 9 as shown in Figure 4 and the spring 1 (5) provided to improve contact with one terminal of the PTC heating element (6) and The current flows through the PTC heating element 6 through the other terminal of the PTC heating element 6 provided between the heating cases 9 so that the temperature rises, and the heating case 9 is heated to form the shape memory alloy fixing part ( 8) and the shape memory alloy plate (7) fixed to the cylinder 11 is longer than the length at room temperature because the predetermined temperature band reaches a transformation point at (for example, 60-70 ℃), the cylinder 11 is a cylinder guide ( Pressing down along 12) presses the stem 20 of the valve 19 down with the movement 14 to close the valve by closing the flow path of the valve 18.

반대로 도 5와 같이 단자프레이트(4)와 히팅케이스(9)의 단자에 연결 된 케이블(10)에 전원이 차단 되면 P.T.C 발열소자(6) 에 전류가 차단되어 온도가 떨어져 히팅케이스(9)도 서서히 온도가 낮아져 형상기억합금고정부(8)와 실린더(11)에 고정된 형상기억합금(7)은 수축되어 본래의 형상으로 복귀 되어 길이가 짧아져 밸브에 받는 압력에 의해 스템(20)이 밀려 올라가 무브먼트(14)를 밀어 실린더(11)을 위로 올리게 되어 밸브의 유로가 열리게 된다.On the contrary, when the power is cut off to the cable 10 connected to the terminal plate 4 and the terminal of the heating case 9 as shown in FIG. 5, the current is cut off from the PTC heating element 6 so that the temperature is dropped. As the temperature is gradually lowered, the shape memory alloy fixing part 8 and the shape memory alloy 7 fixed to the cylinder 11 are contracted and returned to their original shape, and the length is shortened. Push up the movement 14 to push the cylinder 11 up to open the flow path of the valve.

도 1은 종래의 형상기억합금을 이용한 밸브 개폐장치를 예시 한 도면1 is a view illustrating a valve opening and closing device using a conventional shape memory alloy

도 2 은 종래의 형상기억합금의 저항값 특성을 예시 한 도면2 is a diagram illustrating a resistance value characteristic of a conventional shape memory alloy;

도 3은 본 발명의 적용한 P.T.C 소자의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 예시 한 도면3 is a diagram illustrating a change in resistance value according to temperature of a P.T.C device to which the present invention is applied.

도 4는 본 발명의 구성과 밸브를 닫는 일 실시 예를 예시한 도면4 is a view illustrating an embodiment of closing the valve and the configuration of the present invention

도 5는 본 발명의 구성과 밸브를 여는 일 실시 예를 예시한 도면 .5 is a diagram illustrating an embodiment of opening the valve with the configuration of the present invention.

Claims (4)

온도의 변화에 따라 형상기억합금의 수축 팽창하는 성질을 이용하여밸브를 열고 닫는 밸브 엑츄에이터에 있어서 ,상온에서 저항값이 작아 전류가 많이 흘러 발열이 되어 큐리온도 주위에 도달하면 저항값이 급격하게 커져 전류가 적게 흐르게 되는 특성을 갖는 P.T.C발열소자를 히터로 사용하여 저전류로 히팅 할 수 있도록 히터부를 구비하고, 형상기억합금에 열 전달이 용이 하도록 황동이나 금속으로 히팅케이스를 만들어 히팅케이스 내부의 상측에 형상기억합금고정부를 고정 시키고, 형상기억합금고정부와 실린더 사이에 형상기억합금판제를 구비하여 형상기억합급판제에 열이 잘 전달되도록 구비한 열 전달 수단, 온도에 따라 형상기억합금판제가 수축 팽창 될 때 실린더가 일정하게 위 아래로 밀고 당겨지도록 실린더가이드를 구비하고 또, 실린더를 통해 열이 밸브로 전달되는 것을 차단하면서 밸브의 스템 을 밀고 당길수 있도록 난연 내열 사출물로 무브먼트로 구비된 밸브 구동수단을 구비하는 것에 특징으로 하는 밸브엑츄에이터.In the valve actuator that opens and closes the valve by using the property of shrinkage and expansion of the shape memory alloy according to the change of temperature, the resistance value increases rapidly when the current flows due to a large current flow due to the small resistance value at room temperature. The heater part is provided to be heated at low current by using a PTC heating element having a characteristic of low current flow, and a heating case is made of brass or metal to facilitate heat transfer to the shape memory alloy. The shape memory alloy fixing part is fixed to the shape memory alloy part, and the shape memory alloy plate is provided between the shape memory alloy fixing part and the cylinder to transfer heat to the shape memory alloy plate part well. The cylinder guide is provided so that the cylinder is constantly pushed up and down and pulled when contracted and expanded. And a valve driving means provided as a movement with flame-retardant heat-resistant injections to push and pull the stem of the valve while preventing heat from being transferred to the valve through the valve actuator. 제1항에 있어서The method of claim 1 온도의 변화에 따라 형상기억합금의 수축 팽창하는 성질을 이용하여 밸브를 열고 닫는 밸브 엑츄에이터에 있어서,상온에서 저항값이 작아 전류가 많이 흘러 발열이 되어 큐리온도 주위에 도달하면 저항값이 급격하게 커져 전류가 적게 흐르게 되는 특성을 갖는 P.T.C발열소자를 히터로 사용하여 저전류로 히팅 할 수 있도록 히터부를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브엑츄에이터,In the valve actuator that opens and closes the valve by using the property of contracting and expanding the shape memory alloy according to the change of temperature, the resistance value increases rapidly when the current flows due to a large current flow due to a small resistance value at room temperature. A valve actuator, characterized in that the heater unit is provided so as to be heated at a low current by using a PTC heating element having a characteristic that the current flows less, as a heater, 제 1항에 있어서The method of claim 1 형상기억합금에 열 전달이 용이 하도록 황동이나 금속으로 히팅케이스를 만들어 히팅케이스 내부의 상측에 형상기억합금고정부를 고정 시키고, 형상기억합금고정부와 실린더 사이에 형상기억합금판제를 구비하여 형상기억합금판제에 열이 잘 전달되도록 구비한 열 전달 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브엑츄에이터To make it possible to transfer heat to the shape memory alloy, the heating case is made of brass or metal to fix the shape memory alloy fixing part on the upper side of the heating case, and shape memory alloy plate is provided between the shape memory alloy fixing part and the cylinder. Valve actuator characterized in that it has a heat transfer means provided to transfer heat to the alloy plate well 제 1항에 있어서The method of claim 1 온도에 따라 형상기억합금판제가 수축 팽창 될 때 실린더가 일정하게 위 아래로 밀고 당겨지도록 실린더가이드를 구비하고 또, 실린더를 통해 열이 밸브로 전달되는 것을 차단하면서 밸브의 스템 을 밀고 당길수 있도록 난연 내열사출물로 무브먼트로 구비된 밸브 구동수단을 구비하는 것에 특징으로 하는 밸브엑츄에이터.The cylinder guide is provided so that the cylinder can be pushed up and down uniformly when the shape memory alloy sheet is contracted and expanded according to the temperature, and the flame retardant can push and pull the stem of the valve while preventing heat from being transferred to the valve. A valve actuator comprising a valve drive means provided as a movement as a heat-resistant injection.
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