KR20150003034U - 플로우 제어 비례 밸브 - Google Patents

Abstract

밸브 몸체 및 밸브 몸체 아래에 배열되는 밸브 코어를 포함하는 플로우 제어 비례 밸브가 개시되고, 밸브 커버 플레이트는 밸브 코어의 상단부에 배열되고, 밸브 커버 플레이트의 하부는 연결 로드의 상단부와 연결되고, 연결 로드의 하단부 상에 고정 장착되는 코일 랙은 전력 공급 유닛과 연결되는 에나멜 와이어에 의해 감기고, 자기 코어 및 자석 링은 코일 랙 아래에 배열되고, 자석 링은 자기 코어 주위에 배열되고, 간격이 존재하며 자기장이 자기 코어와 자석 링 사이에서 형성되고, 코일 랙은 자석 코어를 수용하고 자기 코어와 자석 링 사이의 간격에 위치된다. 플로우 제어 비례 밸브에서, 전류가 자기장에 배치된 에나멜 와이어를 통하여 흐를 때 자기장에서 발생되는 전자기력은 축 방향으로 이동하도록 연결 로드 및 밸브 커버 플레이트를 구동시킴으로써, 밸브 포트의 개방 및 폐쇄를 제어한다.

Description

플로우 제어 비례 밸브{FLOW CONTROL PROPORTIONAL VALVE}

본 고안은 많은 플로우를 저압 상태에서 제어하는 플로우 제어 비례 밸브(flow control proportional valve)에 관한 것으로, 특히 저압 구동 가스 소스(gas source)를 사용하는 벤틸레이터(ventilator)를 위한 플로우 제어 비례 밸브에 관한 것이다.

현재, 고압 가스는 일반적으로 공통 공압(common pneumatic) 및 전기 제어 벤틸레이터들에 의해 구동 가스 소스로서 사용된다. 대부분의 기존 공압 및 전기 제어 벤틸레이터들에 의해 사용되는 플로우 비례 밸브들에서, 보이스 코일 모터(voice coil motor)에 의해 제어되는 작동 요소(actuating element)는 유체 통로의 스로틀 에어리어(throttle area)를 변경하는 탄성 요소의 선형 변위를 일으키기 위하여 탄성 요소를 압축하는데 이용됨으로써 가스 플로우를 제어한다. 그러나, 그와 같은 비례 밸브의 개방 면적(즉, 드리프트(drift) 직경)이 상대적으로 작으므로, 구동 가스 소스의 출력 압력은 공압 및 전기 제어 벤틸레이터에 의해 요구되는 플로우 여건을 만족시키기 위해 일반적으로 높아서, 결과적으로, 공압 및 전기 제어 벤틸레이터의 적용 가능성은 병원과 같이 요구되는 충분한 고압 구동 가스 소스가 공급될 수 있는 장소들로 제한된다.

그러나, 예를 들어, 벤틸레이터가 실외와 같이, 고압 구동 가스 소스가 불충분하거나 심지어 이용 가능하지 않는 일부 장소들에서 구조용으로 이용될 때, 벤틸레이터에 꾸준하고 충분한 고압 구동 가스 소스를 제공하는 것이 어렵고, 따라서 공압 및 전기 제어 벤틸레이터는 만족스런 플로우를 제공할 수 없으므로 정상적으로 작동할 수 없다.

본 고안의 목적은 저압 구동 가스 소스를 채택한 벤틸레이터에 적용 가능하고 심지어 구동 가스 소스의 압력이 낮을 때조차도 벤틸레이터의 정상 동작에 필요한 충분한 가스 플로우를 보장하고 자체의 단순한 구조, 신속한 응답 속도, 긴 서비스 수명 등에 대해 유용한 플로우 제어 비례 밸브를 제공하는 것이다.

본 고안의 상기 목적은 다음의 기술 해법에 의해 실현될 수 있다.

플로우 제어 비례 밸브는 밸브 몸체 및 밸브 몸체 아래에 배열되는 밸브 코어를 포함하고, 밸브 커버 플레이트는 밸브 코어의 상단부에 배열되고, 밸브 커버 플레이트의 하부는 연결 로드(rod)의 상단부와 연결되고, 연결 로드의 하단부 상에 고정 장착되는 코일 랙(coil rack)은 전력 공급 유닛과 연결되는 에나멜 와이어(enameled wire)에 의해 감기고, 자기 코어 및 자석 링은 코일 랙 아래에 배열되고, 자석 링은 자기 코어 주위에 배열되고, 간격(gap)이 존재하고 자기장은 자기 코어와 자석 링 사이에 형성되고, 코일 랙은 자기 코어를 수용하고 자기 코어 및 자석 링 사이의 간격 내에 위치된다.

나아가, 밸브 몸체에는 밸브 몸체 상에 배열되는 가스 배출부 및 가스 유입부와 연통되어 있는 내부 캐비티(internal cavity)가 제공되고, 가스 유입부는 캐비티 내에 밸브 포트를 포함하고, 밸브 포트는 밸브 커버 플레이트(2)와 대향한다.

나아가, 자기 코어는 반전된 T-형상의 구조(inverted T-shaped structure)를 제공하고, 자석 링은 자기 코어의 중앙 파트 주위에 배열되고 자체의 하부 측에서 자기 코어의 베이스 파트 상에 고정 장착됨으로서 자기 코어 및 자석 링 사이에 간격이 형성되도록 한다.

나아가, 자기 코어의 중앙 파트에는 관통홀(through hole)이 제공되고, 연결 로드의 하단부는 코일 랙을 통해 연장되고 관통홀(12) 내에 배치되고, 코일 랙은 자기 코어의 중앙 파트를 수용한다.

나아가, 샤프트 슬리브(sleeve)는 연결 로드를 수용하는 자기 코어의 중앙 파트의 관통홀의 단부에 배열된다.

나아가, 샤프트 슬리브는 낮은 마찰 계수를 가지는 재료로 제작된다.

나아가, 멤브레인(membrane), 맴브레인 지지부 및 멤브레인 커버 플레이트를 포함하는 기밀 밀봉 수단이 밸브 몸체 및 자기 코어뿐만 아니라 자석 링 사이에 배열되고, 각각 중심 홀을 포함하는 멤브레인 지지부 및 멤브레인 커버 플레이트는 서로 중첩하여 배치되고, 연결 로드는 멤브레인 지지부 및 멤브레인 커버 플레이트의 중심 홀들을 통과하고 자체의 상단부에서 밸브 커버 플레이트와 연결되고 자체의 하단부에서 코일 랙을 통해 연장되고, 멤브레인은 링-형상의 구조를 가지며, 상기 멤브레인의 외주(outer pherimeter)는 멤브레인 구조 및 멤브레인 커버 플레이트 사이에 고정되고 반면에 상기 멤브레인의 내주(inner pherimeter)는 연결 로드 상에 고정 장착된다.

나아가, 멤브레인 커버 플레이트는 자체의 상부 측에서 밸브 몸체와 연결되고 밀봉 유닛은 멤브레인 커버 플레이트 및 밸브 몸체 사이의 연결 부분에 배열되고, 멤브레인 지지부의 하부 측은 상부 자기 베이스의 상단부와 고정 연결되고, 상부 자기 베이스의 하단부는 자기 코어 및 자석 링 사이에 배열되어 자석 링의 내측에 있는 슬리브 상에 고정되고, 상부 자기 베이스의 하부 측은 자석 링의 상부 측에 고정된다.

나아가, 밀봉 유닛은 밀봉 링이다.

나아가, 와이어링 단자는 상부 자기 베이스의 상단부 상에 장착되고, 와이어링 단자의 한 단부는 에나멜 와이어와 연결되고, 와이어링 단자의 다른 단부는 전력 공급 유닛과 연결된다.

본 고안은 다음과 같이 유용하다. 플로우 제어 비례 밸브에서, 코일 랙은 자기 코어 및 자석 링 사이에서 발생되는 자기장 내에 배치되고, 전류가 코일랙 상의 에나멜 와이어를 통해 흐를 때 자기장에서 발생되는 전자기력이 축 방향으로 이동하도록 연결 로드 및 밸브 커버 플레이트를 구동함으로써, 밸브 포트의 개방 및 폐쇄를 제어하므로 밸브는 단순한 구조를 가지고 실현되기 쉽다. 입력 가스의 안정적인 압력 및 플로우로 인하여, 저압 구동 가스 소스가 채택될 때 큰 플로우에 대한 제어가 달성될 수 있도록 에나멜 와이어에 걸쳐 가해지는 입력 전압의 값을 변경함으로써 밸브 포트의 개방 정도 및 플로우에 대한 제어가 달성될 수 있어서, 벤틸레이터가 정상적으로 작동하는 것이 가능하다. 밸브 커버 플레이트의 왕복 모션은 전자기 유도(electromagnetic induction)에 의해 구현되고, 결과적으로 반복 정확성이 높아지고 응답 속도가 빨라진다. 코일 랙이 자기 코어를 수용하고 연결 로드가 자기 코어의 중앙 파트 내의 관통홀 내로 삽입되므로, 밸브 커버 플레이트는 밸브 포트를 개방 및 폐쇄하는데 있어서의 정확도가 개선되도록 자체의 축상 왕복 모션 동안 가이드될 수 있어서, 플로우를 제어하는데 있어서의 정확도를 향상시킨다. 저 마찰 계수의 재료로 제작되는 샤프트 슬리브가 연결 로드를 수용하는 자기 코어의 중앙 파트의 관통홀의 단부에 배열되므로, 연결 로드의 왕복 모션이 더 완만해지고 응답 속도는 향상될 수 있다; 게다가, 연결 로드 및 자기 코어의 중앙 파트에서의 관통홀 사이의 마찰력은 감소하고, 연결 로드의 사용 기간은 연결될 수 있는, 즉, 전체 밸브 코어의 사용 기간은 연장될 수 있다. 멤브레인, 멤브레인 지지부 및 멤브레인 커버 플레이트를 포함하는 기밀 밀봉 수단은 밸브 몸체 및 자기 코어뿐만 아니라 자석 링 사이에 배열되고, 밸브 몸체 및 자기 코어뿐만 아니라 자석 링 사이의 밀봉이 심지어 연결 로드의 왕복 모션 동안 달성될 수 있도록 맴브레인의 외주는 멤브레인 지지부 및 멤브레인 커버 플레이트 사이에 장착되는 반면에 멤브레인의 내주는 연결 로드 상에 고정 장착되어, 밸브 몸체 내의 가스 플로우가 더욱 정확할 수 있고, 한편 밸브 코어가 보호되고, 밸브 코어의 안전성, 신뢰도 및 수명이 개선된다. 밸브 몸체 내의 가스 플로우의 정확성이 더 개선될 수 있도록, 밸브 몸체의 밀봉 가능성을 개선시키기 위해 멤브레인 커버 플레이트의 상부 측이 밸브 몸체와 연결되는 곳에 밀봉 링이 배열된다.

본 고안은 첨부 도면들 및 실시예들에 따라 아래에서 상세하게 더 기술될 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 개방 상태에서의 플로우 제어 비례 밸브의 개략 구조도.
도 2는 본 고안에 따른 폐쇄 상태에서의 플로우 제어 비례 밸브의 개략 구조도.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안의 바람직한 실시예들에서의 플로우 제어 비례 밸브는 밸브 몸체(1) 및 밸브 코어를 포함하고, 밸브 몸체(1)에는 밸브 몸체(1) 상에 배열되는 가스 유입부(gas inlet)(9) 및 가스 배출부(gas outlet)(10)와 연통되어 있는 내부 캐비티(internal cavity)(8)가 제공되고 가스 유입부(9)는 캐비티(8) 내에 밸브 포트(11)를 포함한다. 밸브 코어는 밸브 몸체(1) 아래에 배열되고 밸브 커버 플레이트(2)는 밸브 코어의 상단부에 제공되고 밸브 포트(11)에 대향하여 배치된다. 밸브 커버 플레이트(2)의 하부는 연결 로드(rod)(3)와 연결되고, 연결 로드(3)의 하단부에 고정 장착되는 코일 랙(coil rack)(4)은 에나멜 와이어(enameled wire)(5)로 감기고, 자기 코어(6) 및 자석 링(7)은 코일 랙(4) 아래에 배열되고, 여기서 자기 코어(6)는 반전된 T-형상의 구조를 제공하고, 자석 링(7)은 자기 코어(6)의 중앙 파트 주위에 배열되고 자체의 하부측에서 자기 코어(6)의 베이스 파트에 고정 장착되어 자석 링(7) 및 자기 코어의 중앙 파트 사이에 간격을 형성하여, 자기 코어(6)의 중앙 파트 및 자석 링(7) 사이에 자기장이 형성되도록 한다. 자기 코어(6)의 중앙 파트에는 관통홀(through hole)(12)이 제공되고, 연결 로드(3)의 하단부는 코일 랙(4)을 통하여 연장되어 관통홀(12) 내에 배치되고, 낮은 마찰 계수를 가지는 재료로 제조되는 샤프트 슬리브(shaft sleeve)(13)는 연결 로드(3)를 수용하는 자기 코어(6)의 중앙 파트의 관통홀(12)의 단부에 배열되고, 나아가, 자기 코어(6)의 중앙 파트는 에나멜 와이어(5)가 자기 코어(6) 및 자석 링(7) 사이에 형성된 자기장 내에 배치되도록 코일 랙(4) 사이에 수용된다. 가스 유입부(9)는 터빈형 가스 공급 유닛과 연결된다.

나아가, 멤브레인(14), 멤브레인 지지부(15) 및 멤브레인 커버 플레이트(16)를 포함하는 기밀 밀봉 수단(airtightly sealing means)은 밸브 몸체(1) 및 자석 링(7) 뿐만 아니라 자기 코어(6) 사이에 배열된다. 각각 중심부에 중심 홀(17)을 포함하는 멤브레인 지지부(15) 및 멤브레인 커버 플레이트(16)는 서로 중첩하여 배치되고 연결 로드(3)는 멤브레인 지지부(15) 및 멤브레인 커버 플레이트(16)의 중심 홀들(17)을 통과하여 자체의 상부 단부에서 밸브 커버 플레이트(2)와 연결되고 자체의 하부 단부에서 코일 랙(4)을 통해 연장된다. 멤브레인(14)은 링 형상의 구조를 가지고, 멤브레인의 외주(outer perimeter)는 멤브레인 지지부(15) 및 멤브레인 커버 플레이트(16) 사이에 고정되는 반면에 이의 내주는 연결 로드(3) 상에 고정 장착된다. 멤브레인 커버 플레이트(16)는 자체의 상부 측에서 밸브 몸체(1)와 연결되고 밀봉 링(18)은 멤브레인 커버 플레이트(16) 및 밸브 몸체(1) 사이의 연결부에 배열된다. 멤브레인 지지부(15)의 하부 측은 상부 자기 베이스(19)의 상단부와 고정 연결되고, 상부 자기 베이스(19)의 하단부는 자기 코어(6) 및 자석 링(7) 사이의 간격 내에 삽입되고 자석 링(7)의 내측에 있는 슬리브(20) 상에 고정되고, 상부 자기 베이스(19)의 하부측은 자석 링(7)의 상부 측에 고정된다. 와이어링 단자(21)는 상부 자기 베이스(19)의 상단부 상에 장착되고, 와이어링 단자(21)의 한 단부는 코일 랙(4) 상에 감겨 있는 에나멜 와이어(5)와 연결되고, 와이어링 단자(21)의 다른 단부는 전력 공급 유닛과 연결된다.

플로우 제어 비례 밸브의 동작

도 1에 도시된 바와 같이, 와이어링 단자(21)에 의해 에나멜 와이어(5)에 전력을 가하기 위해 전력 공급 유닛이 실행(power-on)되면, 전류는 에나멜 와이어(5)를 통해 흐르고, 따라서 에나멜 와이어(5)는 자기 코어(6) 및 자석 링(7) 사이에 형성되는 자기장 내의 전자기력의 작용 하에 있게 된다. 이 경우에, 코일 랙(4)은 전자기력에 의해 밀림으로써 자기 코어(6)의 중앙 파트에 있는 관통홀(12)을 따라 축 방향으로 이동하도록 연결 로드(3) 및 밸브 커버 플레이트(2)를 구동시키는 반면에 샤프트 슬리브(13)는 연결 로드(3)를 가이드하는 역할을 한다. 에나멜 와이어(5)에 가해지는 상이한 펄스 전압에 따라, 코일 랙(4)은 연결 로드(3) 및 밸브 커버 플레이트(2)와 함께 전자기력의 작용 하에 상이한 지점들로 이동된다. 전압이 작으면, 전자기력은 밸브 커버 플레이트(2)에 가해지는 가스 유입부(9)에서의 플로우의 압력보다 더 작다. 이때, 터빈형 가스 공급 유닛에 의해 공급되는 저압 구동 가스 소스는 가스 유입부(9) 및 밸브 포트(11)를 통해 캐비티(8) 내로 흘러 들어가서 밸브 포트(11) 및 밸브 커버 플레이트(2) 사이의 간격을 통해 가스 배출부(10)로부터 흘러나와 저압 가스 소스에 의한 가스 공급을 달성한다. 멤브레인(14)은 자기 코어(6) 및 자석 링(7)에 의해 형성되는 캐비티로부터 밸브 몸체(1) 내의 캐비티(8)를 격리시키기 위하여 밀봉하는데 이용되고 가스가 자기 코어(6) 및 자석 링(7)에 의해 형성되는 캐비티 내로 흘러 들어가지 않고, 이에 의해 전자기 구동 유닛을 보호할 수 있다. 이 상황에서, 밸브 몸체로부터 출력되는 플로우는 플로우 제어 비례 밸브로 입력되는 전압에 따라 변할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 터빈형 가스 공급 유닛에 의해 공급되는 저압 구동 가스의 압력 및 플로우가 안정하기 때문에, 에나멜 와이어(5)에 가해지는 전압의 증가는 코일 랙(4) 및 연결 로드(3)뿐만 아니라 밸브 커버 플레이트(2)에 가해지는 전자기력의 증가를 발생시킨다. 그와 같은 전자기력은 밸브 포트(11)에서 가스에 의해 가해지는 밸브 커버 플레이트(2) 상의 압력 및 가스 저항 이상일 때, 밸브 커버 플레이트(2)는 상향하여 이동하여 밸브 포트(11)를 폐쇄하고, 따라서 터빈형 가스 공급 유닛에 의해 공급되는 저압 구동 가스 소스는 가스 유입부(9)로부터 가스 배출부(10)로 흐를 수 없고, 이로 인해 플로우 제어 비례 밸브를 폐쇄한다.

플로우 제어 비례 밸브는 저압 구동 가스 소스를 사용하는 벤틸레이터에 사용되는 것으로 상술되지만, 이로 제한되지 않는다. 당업자에게는, 상기 구조와 유사한 구조를 가지는 임의의 다른 플로우 제어 비례 밸브들은 본 고안의 범위 내에 해당해야 한다.

저압 구동 가스 소스를 채택한 벤틸레이터에 적용 가능한 플로우 제어 비례 밸브는 심지어 구동 가스 소스의 압력이 낮을 때조차도 벤틸레이터의 정상 동작에 필요한 충분한 가스 플로우를 보장할 수 있고 자체의 단순한 구조, 신속한 응답 속도, 긴 서비스 수명 등에 대해 유용하다.

Claims (5)

1. 밸브 몸체(1) 및 밸브 코어를 포함하는 플로우 제어 비례 밸브에 있어서,
   상기 밸브 코어는 상기 밸브 몸체(1) 아래에 배열되고, 밸브 커버 플레이트(2)는 밸브 코어의 상단부에 배열되고, 상기 밸브 커버 플레이트(2)의 하부는 연결 로드(3)의 상단부와 연결되고, 상기 연결 로드(3)의 하단부 상에 고정 장착되는 코일 랙(4)은 전력 공급 유닛과 연결되는 에나멜 와이어(5)에 의해 감기고, 자기 코어(6) 및 자석 링(7)은 상기 코일 랙(4) 아래에 배열되고, 상기 자석 링(7)은 상기 자기 코어(6) 주위에 배열되고, 간격이 존재하며 자기장이 상기 자기 코어(6)와 상기 자석 링(7) 사이에 형성되고, 상기 코일 랙(4)은 상기 자기 코어(6)를 수용하고 상기 자기 코어(6)와 상기 자석 링(7) 사이의 상기 간격 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 플로우 제어 비례 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 몸체(1)에는 상기 밸브 몸체에 배열되는 가스 배출부(10) 및 가스 유입부(9)와 연통되어 있는 내부 캐비티(cavity)(8)가 제공되고, 상기 가스 유입부(9)는 상기 캐비티(8) 내에 밸브 포트(11)를 포함하고, 상기 밸브 포트(11)는 상기 밸브 커버 플레이트(2)와 대향하는 것을 특징으로 하는 플로우 제어 비례 밸브.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 자기 코어(6)는 반전된 T-형상의 구조로 구비되고, 상기 자석 링(7)은 상기 자기 코어(6)의 중앙 파트 주위에 배열되고 그 하부 측에서 상기 자기 코어(6)의 베이스 파트 상에 고정 장착됨으로써 상기 자기 코어(6)와 상기 자석 링(7) 사이에 간격이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 플로우 제어 비례 밸브.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 자기 코어(6)의 중앙 파트에는 관통홀(12)이 제공되고, 상기 연결 로드(3)의 하단부는 상기 코일 랙(4)을 관통하여 연장되고 상기 관통홀(12) 내에 배치되며, 상기 코일 랙(4)은 상기 자기 코어(6)의 중앙 파트를 수용하는 것을 특징으로 하는 플로우 제어 비례 밸브.
5. 제 4 항에 있어서,
   샤프트 슬리브(sleeve)(13)는 상기 연결 로드(3)를 수용하는 상기 자기 코어(6)의 상기 중앙 파트의 상기 관통홀(12)의 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 플로우 제어 비례 밸브.

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