KR20170049908A - 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량유량계에서 유량을 제어하기 위한 유량제어밸브의 온오프 구조에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 솔레노이드를 감싸는 주변 구조물들을 일체형으로 하면서도 자성을 갖도록 함으로써 유량제어밸브의 조립성과 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라, 솔레노이드에서 유기되는 자기력선의 왜곡을 방지하여 온오프 제어 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조에 관한 것이다.
본 발명은 스프링(28)에 의해 밸브시트(21)에 편향 탄지되는 유량 제어용 플런저(22) 및 자기장을 발생시켜 상기 플런저(22)를 밸브시트(21)와 반대방향으로 이동시켜 유량을 제어하는 솔레노이드(29)를 포함하는 유량제어밸브에 있어서, 상기 솔레노이드(29)를 고정하는 케이스(30)와 상기 플런저(22)를 감싸는 하우징블록(27)이 일체형의 영구자석인 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브를 제공한다.

Description

질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조{On-off Structure of Flow Control Valve used for Mass Flow Controller}

본 발명은 질량유량계에서 유량을 제어하기 위한 유량제어밸브의 온오프 구조에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 솔레노이드를 감싸는 주변 구조물들을 일체형으로 하면서도 자성을 갖도록 함으로써 유량제어밸브의 조립성과 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라, 솔레노이드에서 유기되는 자기력선의 왜곡을 방지하여 온오프 제어 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조에 관한 것이다.

일반적으로 가스나 기체의 유량을 측정하기 위한 유량계로서 오리피스를 이용한 차압 유량계, 볼텍스 유량계, 터빈 유량계, 초음파 유량계, 면적식 유량계 및 열식 질량유량계 등이 있다.

그 중에서도 열식 질량유량계는 흐르고 있는 유체 중에 가열된 물체를 놓으면 유체와 가열된 물체 사이에 열교환이 이루어져 가열된 물체가 냉각되고 그 냉각율이 유속의 함수가 된다는 원리를 이용하여 가열된 물체의 온도를 측정함으로써 유속과 그에 따른 질량유량을 구하는 유량계이다.

상기 열식 질량유량계는 고정밀도로 인해 반도체 제조 프로세스에 상당히 활발하게 이용되고 있으며, 최근에는 화학반응공정, 석유화학분야, 환경분야 및 빌딩공조분야에도 효과적으로 응용되고 있다.

도 1에 종래의 열식 질량유량계를 도시하였다.

종래의 열식 질량유량계는 유량을 측정하기 위한 유량검출부와 유량을 조절하기 위한 유량조절부로 구성되는 것이 통상적으로, 유량검출부는 유체가 유입구(1)로 유입되어 세관을 포함하는 바이패스(3)를 지나면서 층류화되고 중공부(11)로 빠져나가도록 구성된다.

바이패스(3)의 전후로 센서튜브(4)가 연결되어 유체의 일부가 우회하게 되며, 센서튜브(4)에는 히터(5)가 부착되어 우회하는 유체를 가열한다.

한편 히터(5)의 전후에는 저항온도계(6)가 배치되는데, 저항온도계(6)에 온도차가 발생함에 따른 저항 차이를 이용하여 유량검출부의 바이패스(3)를 통과하는 전체 유량을 추산하게 된다.

한편, 중공부(11)를 통과한 유체는 유량조절부를 통과하면서 유량이 조절된다.

종래의 열식 질량유량계의 유량조절부는 유량검출부의 중공부(11)와 유출구(2) 사이에 유량조절용 밸브시트(8)를 포함한다. 밸브시트(8)의 상부에는 밸브디스크(7)가 구비되며, 질량유량계 제어부(미도시)의 전기적 신호에 따라 온오프 작동되는 솔레노이드(9)에 의해 밸브디스크(7)가 이동간(10)과 함께 상하로 이동하며 밸브시트(8)에 형성된 노즐구멍(미도시)을 단속적으로 막아 유량을 조절한다.

한편, 질량유량계의 유량제어밸브로 도 2에 도시한 바와 같은 플런저형 유량제어밸브도 흔히 사용된다.

종래의 플런저형 유량제어밸브는 중공부(24)를 통과한 유체가 밸브시트(21)에 형성되어 있는 노즐구멍(25)을 통해 선택적으로 지나갈 수 있도록 온오프 조절하는 플런저(22)를 포함한다. 상기 플런저(22)는 영구자석으로 되어 있으며, 노즐구멍(25)을 긴밀하게 막을 수 있도록 테프론층(23)을 구비한다.

상기 플런저(22)는 평상시에는 판형 스프링(28)에 의해 밸브시트(21) 방향으로 편향되어 노즐구멍(25)을 막고 있다가 솔레노이드(29)가 작동되어 자기장이 발생하면 자력에 의해 솔레노이드(29) 방향 즉, 도 2에서 상방향으로 이동하여 노즐구멍(25)을 열어주게 된다. 이 때, 플런저(22)를 감싸는 하우징(26)은 상기 플런저(22)의 상방향 이동을 일정 거리 내로 제한한다. 일반적으로 플런저형 유량제어밸브에는 하우징블록(27)이 더 구비되어 솔레노이드(29) 고정용 케이스(30)와 상기 하우징(26)을 밸브바디(20)에 고정한다.

종래의 질량유량계의 플런저형 유량제어밸브는 통상적으로 상기 하우징(26)이나 하우징블록(27)은 영구자석으로 되어 있어 상기 솔레노이드(29)에서 플런저(22)를 이동시키기 위해 자기장을 형성하면 상기 자기장의 자력선이 하우징(26)과 하우징블록(27)을 큰 왜곡 없이 통과하여 플런저(22)에 자력을 제공하게 되나, 상기 케이스(30)는 단순히 원통형의 금속제 커버로 되어 있는바, 솔레노이드(29)의 자력선이 왜곡되는 문제가 있다.

자력선이 왜곡되면 상기 솔레노이드(29)의 실시간 제어 신호가 플런저(22)의 세밀한 움직임으로 연결되지 않아 유체의 질량유량 제어가 부정확해지는 문제로 확대된다.

또한, 종래의 질량유량계의 플런저형 유량제어밸브는 솔레노이드(29)를 조립하기 위해 상기 케이스(30)를 이용하여 하우징블록(27)에 밀착 고정하는 것이 일반적이나, 질량유량계를 조립하는 과정에서 케이스(30)를 하우징블록(27)에 설계 수치대로 정밀하게 고정하는 것은 쉽지 않다. 이에 따라, 솔레노이드(29)가 상하좌우 불균형 상태로 고정되면서 플런저(22)와의 간극이 설계와 달라지게 되는바, 플런저의 상하 이동에 영향을 주게 되고 제어불량으로 이어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질량유량계 유량제어밸브의 솔레노이드를 감싸는 주변 구조물들을 일체형의 영구자석으로 만들어 자력선의 왜곡을 최소화할뿐만 아니라 조립성도 향상시켜 질량유량계의 유량제어 정밀도를 높이고 생산성도 증대시킬 수 있도록 하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스프링(28)에 의해 밸브시트(21)에 편향 탄지되는 유량 제어용 플런저(22) 및 자기장을 발생시켜 상기 플런저(22)를 밸브시트(21)와 반대방향으로 이동시켜 유량을 제어하는 솔레노이드(29)를 포함하는 유량제어밸브에 있어서, 상기 솔레노이드(29)를 고정하는 케이스(30)와 상기 플런저(22)를 감싸는 하우징블록(27)이 일체형의 영구자석인 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브를 제공한다.

여기서, 상기 플런저(22)는 영구자석이며, 밸브시트(21)의 노즐구멍(25)을 긴밀하게 막을 수 있도록 테프론층(23)을 구비하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 플런저(22)를 가이드 하도록 감싸면서 플런저(22)의 솔레노이드(29) 방향으로의 이동거리를 제한하는 하우징(26)을 더 포함하고, 상기 플런저(22)는 실질적으로 하우징(26) 내에서 상하로 이동 자재하도록 끼워지는 것이 바람직하다.

이에 더해, 상기 하우징(26)은 하우징블록(27) 및 케이스(30)와 일체형으로 되고 영구자석의 특성을 갖는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 케이스(30)는 상기 솔레노이드(29)를 조립하기 쉽도록 일측에 커버(31)를 더 포함하는 것이 유리하다.

본 발명에서 제공하는 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조는 솔레노이드를 둘러싸는 주변 구조물들이 자성을 갖는 영구자석으로 되어 있어 솔레노이드로부터 유기되는 자력선을 왜곡하지 않으므로 자기장에 의한 플런저의 이동이 정밀하게 제어되어 질량유량 제어 정확도가 향상된다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서 제공하는 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조는 솔레노이드를 감싸는 케이스가 하우징을 고정하는 하우징블록과 일체형으로 되어 있어 솔레노이드와 플런저와의 간극을 설계 수치대로 정확하게 조립할 수 있는바, 생산성을 높일 수 있고 제어 정확도 또한 향상된다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 질량유량계의 구조를 설명하기 위한 측단면도
도 2는 종래의 플런저형 유량제어밸브의 온오프 구조를 나타내는 측단면도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조를 나타내는 측단면도
도 4은 본 발명의 제2실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조를 나타내는 측단면도

본 발명의 구체적 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조를 나타내는 측단면도이고, 도 4은 본 발명의 제2실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조를 나타내는 측단면도이다.

종래 기술과 다르지 않은 부분으로서 발명의 기술적 사상을 이해하는데 필요하지 않은 사항은 설명에서 제외하나, 본 발명의 기술적 사상과 그 보호범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

(제1실시예)

먼저 도 3를 이용하여 본 발명의 제1실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조를 자세히 설명한다.

본 발명의 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조는 스프링(28)에 의해 밸브시트(21)에 편향 탄지되는 유량 제어용 플런저(22) 및 자기장을 발생시켜 상기 플런저(22)를 밸브시트(21)와 반대방향으로 이동시켜 유량을 제어하는 솔레노이드(29)를 포함하는 유량제어밸브에 있어서, 상기 솔레노이드(29)를 고정하는 케이스(30)와 상기 플런저(22)를 감싸는 하우징블록(27)이 일체형의 영구자석인 것이 특징이다.

상기 플런저(22)는 스프링(28)의 탄지력에 의해 밸브시트(21)의 노즐구멍(25)을 막고 있다가 솔레노이드(29)가 자력을 제공하면 솔레노이드(29) 방향으로 미세 이동하여 중공부(24)를 통과한 유체가 밸브시트(21)에 형성되어 있는 노즐구멍(25)을 통해 선택적으로 지나갈 수 있도록 온오프 제어한다.

상기 플런저(22)는 영구자석으로 되어 있으며, 노즐구멍(25)을 긴밀하게 막을 수 있도록 노즐구멍(25)과 접하는 면에 테프론층(23)을 구비한다.

한편, 본 발명의 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조에는 상기 플런저(22)를 가이드 하도록 감싸면서 플런저(22)의 솔레노이드(29) 방향으로의 이동거리를 제한하는 하우징(26)을 더 포함한다. 상기 플런저(22)는 실질적으로 하우징(26) 내에서 상하로 이동 자재하도록 끼워지며, 도 3에서 보는 바와 같이 스프링(28)에 의해 하방 밸브시트(21) 쪽으로 치우쳐 편향되어 있다.

상기 하우징(26)은 하우징블록(27) 내에 안정적으로 끼워져 하우징블록(27)이 질량유량계의 밸브바디(20)에 고정될 때 같이 긴밀하게 고정된다.

본 발명의 케이스(30)는 상기 솔레노이드(29)를 조립하기 용이하도록 일측에 커버(31)를 더 포함할 수 있다. 즉, 하우징블록(27)과 일체형으로 되어 있는 원통형 케이스(30)에 솔레노이드(29)를 끼워 넣고 커버(31)를 닫으면 솔레노이드(29) 조립이 완료될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에서 상기 솔레노이드(29)를 감싸 고정하는 케이스(30)와 플런저(22)를 감싸는 하우징블록(27)이 일체형으로 되어 있는바, 종래기술에 비해 상대적으로 용이하게 솔레노이드(29)와 플런저(22)간의 간극을 설계 수치대로 맞출 수 있다.

이에 더해, 솔레노이드(29)의 자기력에 의해 상하 이동하는 상기 플런저(22) 주변으로 배치되는 케이스(30)와 하우징블록(27)이 모두 영구자석으로 된 바, 솔레노이드(29)의 자력선이 왜곡되는 일 없이 자기장을 형성하므로 플런저(22)의 정밀한 이동 제어가 가능해진다.

(제2실시예)

다음으로, 도 4를 이용하여 본 발명의 제2실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조를 자세히 설명한다.

본 발명의 본 발명의 제2실시예에 따른 질량유량계 유량제어밸브의 온오프 구조는 플런저(22)를 가이드 하도록 감싸는 하우징(26) 구성을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.

본 발명의 제2실시예에서 플런저(22)를 가이드 하는 하우징(26)은 하우징블록(27) 및 케이스(30)와 일체형으로 되고 영구자석의 특성을 갖는다.

하우징(26)이 하우징블록(27)과 동일체가 되므로 부품수가 줄어든다는 장점을 갖는다. 이에 따라 조립도 쉬어져 생산성이 높아진다. 이에 더해, 케이스(3), 하우징(26) 및 하우징블록(27)이 하나의 영구자석을 구성하게 되므로 자력이 증강되는 효과가 있으며 그에 따라 플런저(22)의 이동을 정밀하게 제어하는데 도움이 된다.

다음으로 도 3 및 도 4를 이용하여 본 발명의 질량유량계의 유량제어밸브를 조립하는 과정을 설명한다.

먼저, 솔레노이드(29) 케이스(30)와 하우징블록(27)을 일체형 영구자석으로 가공 형성한다. 이 때, 필요에 따라 도 4에 나타낸 바와 같이 플런저(22) 하우징(26)도 일체형으로 할 수 있다.

다음으로, 플런저(22)를 스프링(28)을 이용하여 탄지되도록 하우징(26)에 끼워 넣되 테프론층(23)이 하방을 향하도록 한다.

다음으로, 솔레노이드(29)를 원통형 케이스(30)에 끼워 넣고 커버(31)를 닫아 조립한다. 솔레노이드(29)를 감싸 고정하는 케이스(30)가 이미 하우징블록(27)과 일체형으로 되어 있으므로 플런저(22)와 솔레노이드(29)간의 간극이 정밀하게 용이하게 맞춰져 조립될 수 있다.

다음으로, 상기 조립체를 질량유량계의 밸브바디(20)에 올려 상기 플런저(22)의 테프론층(23)이 밸브시트(21)의 노즐구멍(25)을 막도록 위치조정하고 상기 하우징블록(27)을 밸브바디(20)에 고정한다.

본 발명의 질량유량계의 유량제어밸브 온오프 구조는 종래기술에 비해 조립 공수가 줄어들고 간편하고 정확도 높게 조립할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용 범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

20 : 밸브바디 21 : 밸브시트
22 : 플런저 23 : 테프론층
24 : 중공부 25 : 노즐구멍
26 : 하우징 27 : 하우징블록
28 : 스프링 29 : 솔레노이드
30 : 케이스 31 : 커버

Claims (5)

1. 스프링(28)에 의해 밸브시트(21)에 편향 탄지되는 유량 제어용 플런저(22) 및 자기장을 발생시켜 상기 플런저(22)를 밸브시트(21)와 반대방향으로 이동시켜 유량을 제어하는 솔레노이드(29)를 포함하는 유량제어밸브에 있어서, 상기 솔레노이드(29)를 고정하는 케이스(30)와 상기 플런저(22)를 감싸는 하우징블록(27)이 일체형의 영구자석인 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플런저(22)는 영구자석이며, 밸브시트(21)의 노즐구멍(25)을 긴밀하게 막을 수 있도록 테프론층(23)을 구비하는 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 플런저(22)를 가이드 하도록 감싸면서 플런저(22)의 솔레노이드(29) 방향으로의 이동거리를 제한하는 하우징(26)을 더 포함하고, 상기 플런저(22)는 실질적으로 하우징(26) 내에서 상하로 이동 자재하도록 끼워지는 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브
4. 제 3 항에 있어서, 상기 하우징(26)은 하우징블록(27) 및 케이스(30)와 일체형으로 되고 영구자석의 특성을 갖는 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스(30)는 상기 솔레노이드(29)를 조립하기 쉽도록 일측에 커버(31)를 더 포함하는 것이 특징인 질량유량계 유량제어밸브

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