KR20170099971A - 통합형 밸브를 갖는 로터미터 - Google Patents

Abstract

로터미터는, 입구, 출구 및 입구와 출구 사이의 유체 연통을 제공하는 유동 통로를 포함하는 로터미터 본체를 포함한다. 입구를 통과하는 유체 유동을 제어하기 위한 밸브는 제 1 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 포함한다. 이 액츄에이터는 웜기어 나사산을 포함한다. 밸브는 또는 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 밸브 구동 요소를 포함한다. 이 밸브 구동 요소는 액츄에이터에 있는 웜기어 나사산과 짝을 이루는 웜기어 치부를 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 제 1 축선 주위로 회전하면 밸브 구동 요소가 제 2 축선 주위로 회전하게 된다. 밸브 구동 요소는 밸브 구동 요소와 함께 제 2 축선 주위로 회전하는 제 1 스크류 나사산을 더 포함한다. 제 1 스크류 나사산은 제 2 스크류 나사산과 짝을 이루어 맞물리도록 구성 및 배치되어, 밸브 구동 요소의 회전에 응하여 밸브 요소가 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 된다. 밸브 요소의 선형 이동에 의해 밸브의 개폐가 일어난다.

Description

통합형 밸브를 갖는 로터미터

본 출원은 2015년 1월 5일에 출원된 미국 가 출원 62/099,701에 대해 우선권을 주장하며, 이 가 출원의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.

본 개시는 유체 유동을 측정하고 계량하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 통합형 밸브를 포함하는 로터미터에 관한 것이다.

로터미터는 도관을 통과하는 유체 유동을 측정하고 제어하는 가변 면적 유량계이다. 로터미터는 테이퍼형, 예컨대 원추형 구성을 갖는 유동관을 포함한다. 로터미터는 테이퍼형 유동관의 좁은 단부가 바닥에 있고 넓은 단부는 정상에 있는 상태에서 수직으로 장착된다. 로터미터는 유체 유동이 바닥으로부터 정상으로 유동관을 통과하도록 유체 회로에 배치된다.

로터미터는 유동관 내에 위치되는 피스톤 또는 펠릿(pellet)과 같은 비부유식 인디케이터(indicator)를 포함하는데, 이 인디케이터는 유동관을 통과하는 유동의 방향과 일치하는 축선을 따라 유동관 내에서 이동할 수 있다. 인디케이터는 단순히 유동관 내에 배치될 수 있고 그 안에서 자유롭게 움직일 수 있다. 이는 예컨대, 인디케이터가 펠릿형 인디케이터인 더 작고 비교적 저유량의 로터미터의 경우일 수 있다. 인디케이터는 또한 예컨대 유동관 안에서 중앙에 배치되는 로드(이 로드를 따라 인디케이터가 자유롭게 슬라이딩할 수 있음)에 의해 유동관 안에 지지될 수 있다. 이는 예컨대, 인디케이터가 피스톤형 인디케이터인 더 크고 비교적 고유량의 로터미터의 경우일 수 있다. 상기 구성에 상관 없이, 인디케이터는 유동관과 인디케이터 사이에 틈새, 일반적으로 환형 틈새가 있도록 구성된다.

사용시, 유체는 입구를 통해 로터미터 안으로 유입하여 바닥 또는 그 근처에서 유동관에 들어가고 관을 따라 상방으로 이동하고 로터미터의 정상 또는 그 근처에 있는 출구를 통해 관에서 나가게 된다. 유체가 유동관을 따라 상방으로 흐름에 따라, 인디케이터 주위를 흐르고, 동시에 그 인디케이터에 작용하여 인디케이터를 밀어 유동관 안에서 상방으로 이동하게 한다. 유동관은 유체가 관 안에서 상방으로 흐름에 따라 넓어지도록 테이퍼져 있고 위치되어 있으므로, 주어진 유체 유량에 대해, 유동관 내에서의 유체 속도는 유체가 관을 따라 상방으로 이동함에 따라 감소하게 된다. 따라서, 주어진 유량에 대해, 관 내부에서의 유동으로 인해 인디케이터에 작용하는 힘의 크기는 인디케이터가 관 내부에서 상방으로 이동함에 따라 감소하게 된다. 이 때문에, 주어진 유량에 대해, 인디케이터의 중량이 유동에 의해 가해지는 힘과 평형을 이루는 지점이 유동관 내부에 있게 된다.

이들 작동 원리에 의해, 유동관 내에서의 인디케이터의 위치는 로터미터를 통과하는 유체의 유량에 대응한다. 인디케이터 위치와 로터미터를 통과하는 유동 간의 상관 관계는, 그 위치와 관련된 유량을 나타내는 로터미터 본체 상의 인디시아(indicia)에 대한 인디케이터의 위치를 봄으로써 알 수 있다. 이 인디시아는 예컨대 인디케이터를 볼 수 있는 반투명 창에 인접해 있는 눈금 자(scale)일 수 있다.

로터미터 본체, 즉 유동관을 정확한 치수로 만들고 또한 인디케이터를 일정한 형상과 중량으로 만듦으로써, 인디케이터 위치와 로터미터를 통과하는 유동 사이의 상관 관계를 계산할 수 있고 이에 따라 인디시아가 제공된다. 이는 예컨대 계측 실험실에서 시험하여 확인될 수 있다. 많은 구성에서, 로터미터 본체 자체는 주조된 반투명 아크릴 재료로 만들어지는데, 이 재료는 유체 압력을 견디는 높은 강도를 제공하고 테이퍼형 유동관을 정확한 치수로 주조할 수 있게 해주며 또한 인디케이터를 로터미터 본체를 통해 직접 볼 수 있게 해준다.

밸브와 조합된 로터미터는 도관을 통과하는 유체 유동을 계량하거나 제어하는데 사용될 수 있다. 로터미터를 보면서 밸브를 조절하여, 사용자는 도관을 통과하는 원하는 유동을 선택할 수 있다. 미세 조절을 가능하게 해주는 밸브가 그에 따라 로터미터를 통과하는 유량을 미세하게 조절할 수 있다. 어떤 구성에서, 밸브는 로터미터 설계의 통합형 부품일 수 있다. 이 경우, 로터미터는 유체 유동을 높은 정밀도로 제어하고 모니터링하는데 사용될 수 있다.

로터미터가 더 높은 유량을 수용하기 위해 크기가 증가함에 따라, 로터미터의 본체를 주조하는데 필요한 아크릴 재료의 비용 때문에 로터미터의 가격이 지수함수적으로 증가하게 된다. 이들 더 큰 로터미터 설계에 필요한 밸브의 증가된 크기로 인해, 로터미터의 제작에 필요한 아크릴 재료의 양이 증가될 수 있다. 종래의 로터미터 구성은 기다란 직사각형 구성을 채택하기 때문에, 밸브 크기가 증가하면, 밸브의 영역에서 뿐만 아니라 그의 전체 길이에 따라서도 로터미터 본체의 단면적을 증가시킬 필요가 있다. 그러므로, 컴팩트한 크기를 가지며 미세 조절을 가능하게 해주는 통합형 로터미터 밸브를 구성하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 유체 유동을 측정하기 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다. 일 양태에 따르면, 로터미터는, 입구, 출구 및 상기 입구와 출구 사이의 유체 연통을 제공하는 유동 통로를 포함하는 로터미터 본체를 포함한다. 입구를 통과하는 유체 유동을 제어하기 위한 밸브는 제 1 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 포함한다. 이 액츄에이터는 웜기어 나사산을 포함한다. 밸브는 또는 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 밸브 구동 요소를 포함한다. 이 밸브 구동 요소는 상기 액츄에이터에 있는 웜기어 나사산과 짝을 이루는 웜기어 치부를 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 1 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 구동 요소가 상기 제 2 축선 주위로 회전하게 된다. 밸브 구동 요소는 밸브 구동 요소와 함께 상기 제 2 축선 주위로 회전하는 제 1 스크류 나사산을 더 포함한다. 상기 제 1 스크류 나사산은 제 2 스크류 나사산과 짝을 이루어 맞물리도록 구성 및 배치되어, 상기 밸브 구동 요소의 회전에 대응하여 밸브 요소가 상기 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 된다. 밸브 요소의 선형 이동에 의해 상기 밸브의 개폐가 일어난다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브 구동 요소는 셔틀 슬리브를 포함하고, 밸브 요소는 밸브 셔틀을 포함할 수 있다. 상기 제 1 스크류 나사산은 상기 셔틀 슬리브에 있는 내부 스크류 나사산을 포함하고, 상기 제 2 스크류 나사산은 상기 밸브 셔틀의 스템 부분에 형성되어 있는 외부 스크류 나사산일 수 있다. 상기 밸브 셔틀의 스템 부분은 상기 제 1 및 2 스크류 나사산이 서로 맞물리도록 셔틀 슬리브 안에 수용된다. 상기 제 1 축선 주위로의 상기 엑츄에이터의 회전에 대응하여 셔틀 슬리브가 상기 제 2 축선 주위로 회전 가능하다. 상기 제 2 축선 주위로의 상기 셔틀 슬리브의 회전에 대응하여, 상기 제 1 및 2 스크류 나사산의 맞물림에 의해 상기 밸브 셔틀이 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 된다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 웜기어 치부는 셔틀 슬리브의 외면에 형성되어 있고, 상기 웜기어 치부와 제 1 스크류 나사산은 셔틀 슬리브의 길이의 동일한 부분을 따라 배치되어 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브는 밸브 셔틀 및 셔틀 슬리브를 지지하기 위한 밸브 하우징을 더 포함한다. 밸브 셔틀의 스템은 상기 하우징의 표면과 결합하는 평평한 부분을 포함하고, 상기 평평한 부분은 스템의 회전을 방지하고 또한 셔틀 슬리브의 회전에 의해 밸브 셔틀의 선형 이동이 일어나게 하는 것을 도와준다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 하우징은 셔틀 슬리브 안으로 나사 결합되는 밸브 셔틀을 수용하도록 구성된 2-피스 구조를 갖는다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 하우징은 셔틀 슬리브를 상기 하우징에 대해 회전할 수 있게 지지하기 위한 부싱으로서 작용하는 부분을 포함할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브 셔틀은, 로터미터 본체를 만드는데 사용되는 재료와의 양호한 시일을 촉진하는 재료로 만들어진 시일 판을 포함할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 로터미터 밸브는, 밸브를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이기 위해 제 1 축선을 따라 선형이동하도록 구성되어 있는 밸브 셔틀을 포함할 수 있다. 밸브 셔틀은 외부 스크류 나사산을 포함할 수 있다. 로터미터 밸브는 상기 제 1 축선 주위로 회전 가능한 셔틀 슬리브를 또한 포함한다. 이 셔틀 슬리브는 외부 웜기어 치부 및 상기 밸브 셔틀의 외부 스크류 나사산을 수용하기 위한 내부 스크류 나사산을 포함하는 셔틀 슬리브를 포함한다. 로터미터 밸브는 상기 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 더 포함할 있다. 상기 액츄에이터는 셔틀 슬리브에 있는 웜기어 치부와 짝을 이루는 웜기어 나사산을 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 2 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 스템이 제 1 축선 주위로 회전하게 된다. 셔틀 슬리브가 제 1 축선 주위로 회전하면, 상기 스크류 나사산의 맞물림으로 인해 밸브 셔틀이 제 1 축선을 따라 선형 이동하게 된다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브는 밸브 하우징을 더 포함하고, 상기 밸브 구동 요소는 밸브 스템을 포함할 수 있다. 제 1 스크류 나사산은 밸브 스템에 있는 외부 스크류 나사산을 포함하고, 제 2 스크류 나사산은 상기 밸브 하우징의 일 부분에 형성되어 있는 내부 스크류 나사산일 수 있다. 상기 밸브 스템은 제 1 축선 주위로의 액츄에이터의 회전에 대응하여 제 2 축선 주위로 회전 가능하다. 제 1 및 2 스크류 나사산의 맞물림에 의해, 밸브 스템은 제 2 축선 주위로의 회전에 대응하여 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 된다. 밸브 요소는 밸브 스템에 의해 지지되고 또한 밸브 스템과 함께 선형 이동하여 밸브를 개폐하게 된다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브 스템에 있는 스크류 나사산은 밸브 스템의 길이를 따른 제 1 길이 방향 부분을 차지하고, 상기 웜기어 치부는 상기 밸브 스템의 길이를 따른 제 2 길이 방향 부분을 차지한다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 제 2 길이 방향 부분의 길이는, 웜기어 나사산과 웜기어 치부 사이의 접촉을 유지하면서 밸브 스템이 제 1 축선을 따라 길이 방향으로 이동할 수 있도록 선택된다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 스크류 나사산과 웜기어 치부는 적어도 부분적으로 서로 중첩되며 밸브 스템의 동일한 길이 방향 부분을 차지한다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 서로 중첩된 스크류 나사산과 웜기어 치부는 나선형 열과 행으로 배열되는 요소 치부를 생성한다. 요소 치부는 서로 대향하는 두쌍의 측면을 가지며, 이중 한쌍의 측면은 웜기어 나사산과 맞물려 밸브 스템의 회전을 일으키고, 다른 쌍의 측면은 밸브 하우징에 있는 스크류 나사산과 맞물려 제 1 축선을 따른 길이 방향 이동을 일으킨다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 로터미터는 밸브 스템의 말단부에 있는 시일 판을 지지하기 위한 판 지지 요소를 더 포함한다. 판 지지 요소는 시일 판이 밸브 스템에 대해 제 1 축선 주위로 회전하는 것을 용이하게 해준다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브 스템과 판 지지 요소는, 사용 중에 이들 부품의 마찰 접촉으로 인한 마모를 최소화하기 위해 동일한 재료로 만들어져 있다. 상기 판 지지 요소는 시일 판을 마찰 접촉으로부터 격리시켜, 로터미터 본체를 만드는데 사용되는 재료와의 양호한 시일을 촉진하는 재료로 시일 판을 만드는 것을 용이하게 해준다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브 스템은, 판 지지 요소에 있는 통로와 슬라이딩 결합하여 판 지지 요소를 밸브 스템에 연결하고 또한 스템에 대한 판 지지 요소의 회전을 용이하게 해주도록 구성된 헤드를 포함한다. 상기 판 지지 요소는, 시일 판에 있는 통로와 슬라이딩 결합하여 시일 판을 판 지지 요소에 연결하도록 구성된 헤드를 포함한다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 로터미터 밸브는, 밸브를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이기 위해 제 1 축선을 따라 선형이동하도록 구성되어 있는 밸브 스템을 포함한다. 이 밸브 스템은 제 1 축선 주위로의 밸브 스템의 회전에 대응하여 선형 이동이 일어나게 하는 스크류 나사산을 포함한다. 로터미터 밸브는 상기 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 또한 포함한다. 이 액츄에이터는 상기 밸브 스템에 있는 웜기어 치부와 짝을 이루는 웜기어 나사산을 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 2 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 스템이 상기 제 1 축선 주위로 회전하게 된다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 로터미터 본체는 밸브 하우징을 수용하기 위한 밸브 챔버를 포함한다. 밸브 챔버는 상기 입구와 유체 연통하고, 유체가 입구로부터 유동 통로 안으로 유입할 때 통과하는 구멍을 규정하는데 도움을 주며, 상기 밸브는 상기 구멍을 통과하는 유체 유동을 제어하도록 작동될 수 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 밸브는 밸브 구동 요소에 연결되는 시일 판을 포함한다. 상기 밸브는 시일 판을 상기 구멍을 둘러싸는 밸브 챔버 벽의 일부분과 결합하게 이동시켜 밸브을 폐쇄하고 또한 상기 구멍을 통과하는 유체 유동을 차단시키도록 작동될 수 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 웜기어 나사산 및 웜기어 치부는 상기 밸브를 작동시키기 위한 웜기어를 함께 형성한다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 웜기어 나사산 및 웜기어 치부는, 밸브 구동 요소의 1 회전에 상기 액츄에이터의 복수 회전이 필요한 기어 감속을 일으키도록 선택된다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 기어 감속은 4:1 이고, 밸브 구동 요소의 1 회전에 상기 액츄에이터의 4 회전이 필요하다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 웜기어 나사산은 4개의 시작부를 가지며, 밸브 구동 요소는 16개의 웜기어 치부를 가지고 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 입구는 나사 어댑터와 결합하여 나사 어댑터를 로터미터 본체에 연결하는 나사산을 포함한다. 상기 어댑터는 유체를 로터미터에 전달하기 위한 도관과 연결될 수 있다. 어댑터는 상기 입구 안으로 나사 결합되면 밸브를 밸브 챔버 안에 고정시킨다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 상기 액츄에이터는 로터미터 본체를 통해 연장되어 있고, 상기 로터미터는 로터미터 본체의 외부에서 상기 액츄에이터에 연결되어 있는 제어 노브(knob)를 더 포함한다. 제어 노브는 밸브를 제어하기 위해 수동으로 회전될 수 있다.

다른 양태에 따르면, 단독으로 또는 앞의 양태와 조합적으로, 로터미터는 상기 유동 통로에 위치되고 로터미터 본체 상에 있는 인디시아(indicia)에 대비하여 볼 수 있는 인디케이터를 더 포함한다. 인디케이터는 상기 유동 통로 내의 유동에 대응하여 움직이고 상기 인디시아를 통해 유동 통로를 통과하는 유체 유동의 크기를 나타낸다.

추가 양태에 따르면, 로터미터 밸브는, 밸브를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이기 위해 제 1 축선을 따라 선형이동하도록 구성되어 있는 밸브 스템을 포함한다. 이 밸브 스템은 제 1 축선 주위로의 밸브 스템의 회전에 대응하여 선형 이동이 일어나게 하는 스크류 나사산을 포함한다. 로터미터 밸브는 상기 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 또한 포함한다. 이 액츄에이터는 상기 밸브 스템에 있는 웜기어 치부와 짝을 이루는 웜기어 나사산을 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 2 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 스템이 상기 제 1 축선 주위로 회전하게 된다.

첨부 도면에 본 발명이 예시적으로 비제한적으로 도시되어 있고, 도면에서 동일한 참조 번호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른, 유체 유동을 측정하고 계량하기 위한 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시되어 있는 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 제 1 상태에 있는 장치를 도시하는 도 1의 장치의 일부분의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시되어 있는 장치의 일부분의 측면도이다.
도 6은 도 4에 도시되어 있는 장치의 일부분의 단면도이다.
도 7은 제 1 상태에 있는 장치를 도시하는 도 1의 장치의 일부분의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시되어 있는 장치의 일부분의 측면도이다.
도 9는 도 7에 도시되어 있는 장치의 일부분의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 양태에 따른, 유체 유동을 측정하고 계량하기 위한 장치의 사시도이다.
도 11는 본 발명의 다른 양태에 따른, 유체 유동을 측정하고 계량하기 위한 장치의 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시되어 있는 장치의 측면도이다.
도 13은 도 11에 도시되어 있는 장치의 분해 사시도이다.
도 14는 제 1 상태에 있는 장치를 도시하는 도 11의 장치의 일부분의 사시도이다.
도 15는 제 2 상태에 있는 장치를 도시하는 도 11의 장치의 일부분의 사시도이다.
도 16 및 17은 도 11에 도시되어 있는 장치의 일부분의 측면도로, 어떤 부분은 가상선으로 나타나 있다.

도 1 내지 3을 참조하면, 유체 유동을 측정하고 계량하기 위한 장치는 로터미터를 포함한다. 이 로터미터(10)는 로터미터 본체(20)를 포함하고, 로터미터 본체는 입구 포트(22), 하나 이상의 출구 포트(24) 및 입구 포트와 출구 포트 사이에서 연장되어 있는 유동관(26)을 갖는다. 유동관(26)은 테이퍼진 원추형 구성을 가지며, 그의 좁은 단부(30)는 입구 포트(22)에 인접하여 또는 그 근처에 위치되고 넓은 단부(32)는 출구 포트(들)(24)에 인접하여 또는 그 근처에 위치된다. 입구 단부에서, 본체(20)는 입구 포트(22)와 유동관(26) 사이에 위치되는 밸브 챔버(100)를 포함하고, 이 밸브 챔버는 입구 포트와 유동관 사이에 유체 연통을 제공한다. 사용 중에, 로터미터(10)는 수직으로 배향되며, 이때 입구 포트(22)는 바닥 위치에 있고 출구 포트(24)는 정상 위치에 있게 된다. 이렇게 해서 장착 구멍(28)은 로터미터의 장착을 용이하게 해줄 수 있다.

입구 포트(22)와 출구 포트(24) 각각은 내부 스르류 나사산이 형성되어 있는 원통형 구성을 갖는다. 포트(22, 24)는 나사 어댑터(40)를 수용하도록 되어 있고, 이 어댑터는, 유체를 로터미터(10)에 또한 그로부터 전달하는 파이프, 관 또는 다른 유체 도관(미도시)과의 연결을 용이하게 해준다. 어댑터(40)는 예컨대 도관을 수용하기 위한 표준 염화폴리비닐(PVC) 커플링, 예컨대 암형 커플링을 포함하는 부분을 포함할 수 있고, 그 도관은 공지된 방식으로 종래의 PVC 접합제를 사용하여 고정될 수 있다.

로터미터(10)는 또한 로드(52)에 의해 유동관(26) 내부에 지지되는 인디케이터(50)를 포함하며, 상기 로드는 나사 연결부를 통해 로터미터(10)의 출구 단부에서 본체(20)에 고정되어 있는 캡(70)에 연결되어 있다. 인디케이터(50)는 로드(52)가 통과하는 중공의 중앙 통로를 갖는다. 따라서 인디케이터(50)는 로드(52)의 길이를 따라 슬라이딩할 수 있다. 인디케이터(50) 및 로드(52)는, 인디케이터가 로드의 길이를 따라 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 서로 비교적 낮은 미끄럼 마찰을 갖는 재료, 예컨대 연마된 스테인레스강으로 만들어진다. 횡방향 연장 핀(66)이 유동 통로(26) 내의 로드(52)의 자유 단부를 안정화시킨다.

인디케이터(50)는 헤드부(54) 및 관형 꼬리부(56)를 갖는데, 이들 헤드부와 관형 꼬리부는 축선(58)을 따라 서로 동축으로 또한 로드(52)와도 동축으로 위치되어 있다. 꼬리부(56)는 모따기된 단부를 갖는데, 이 단부는 유동관(26) 안에서 인디케이터(50) 주위를 흐르는 유체에 저항을 거의 주지 않는다. 헤드부(54)는 원통형 정상 부분(60), 및 축선(58)에 대해 횡으로, 예컨대 수직하게 연장되어 있는 면(64)으로 끝나 있는 플레어형(flared) 부분(62)을 갖는다. 면(64)은 유체 유동 방향(도 1 및 2에서 일반적으로 화살표 A로 표시되어 있음)의 반대 방향으로 향해 있다. 따라서 유동관(20) 내에서의 유체 유동은 면(64)과 결합하여 그 면에 힘을 가하게 되고, 이 힘에 의해 인디케이터(50)가 유동관(26) 내부에서의 유체 유동에 대응하여 로드(52)를 따라 슬라이딩하게 된다.

본체(20)는 로터미터(10)를 통과하는 유동의 확인을 용이하게 해주는 인디시아(70)를 포함한다. 이러한 목적으로 인디시아(70)를 사용할 때, 사용자는 인디시아 쪽으로 인디케이터(50)를 볼 수 있어야 한다. 그러므로 로터미터(10)를 사용하려면, 사용자가 유동 채널(20) 내의 인디케이터(50)를 볼 수 있어야 한다. 이때문에, 본체(20)는, 반투명하고 또한 강하고 내구적이며 어느 정도의 내부식성을 갖는 주조된 아크릴 재료로 만들어질 수 있다. 유리하게는, 주조된 아크릴 구성은 본체(20)의 일체형 구성을 가능하게 해준다. 본체(20)의 표면은 매끄러운 유리 같은 외양을 얻기 위해 연마될 수 있고, 인디시아(70)는 표면 상에 배치되는데, 예컨대 인쇄되거나 실크 스크린된다.

로터미터(10)는 본체(20)의 밸브 챔버(100) 안에 지지되는 밸브 또는 밸브 어셈블리(102)를 포함한다. 도 3을 참조하면, 밸브 어셈블리(102)는 밸브 하우징(110)을 포함하고, 이 밸브 하우징은 몰딩된 플라스틱과 같은 재료로 만들어지며 그래서 일체형 구성을 갖는다. 밸브 하우징(110)은 서로 이격된 반원형 또는 원통형 단부(112, 114)를 가지며, 이들 단부는 밸브 어셈블리가 로터미터 본체(20) 안에 수용되면 밸브 챔버(100)의 원통형 내면과 결합하도록 구성 및 배치된다.

밸브 하우징(110)은 단부(112, 114) 사이에서 연장되어 있는 하우징 벽(116)을 포함하고, 이 하우징 벽은, 밸브 스템(120) 형태의 밸브 구동 요소, 판 지지 요소(122) 및 시일판(124)를 포함하는 조립체를 수용하기 위한 리세스 또는 공간(118)을 형성하도록 되어 있는 구성을 갖는다. 밸브 스템(120)은, 외부 스크류 나사산(130)을 포함하는 부분 및 외부 웜기어 치부(132)를 포함하는 부분을 포함한다.

스크류 나사산(130)에 인접해 있는 밸브 스템(120)의 말단부는 축방향 연장 육각형 보어(134)를 포함한다. 웜기어 치부에 인접한 밸브 스템(120)의 말단부는, 판 지지 요소를 밸브 스템에 연결하기 위해 판 지지 요소(122) 상의 통로(138)와 슬라이딩 결합하도록 구성된 둥근 헤드(136)를 포함한다. 유사하게, 판 지지 요소(122)는, 시일 판을 판 지지 요소에 연결하기 위해 시일 판(124) 상의 통로(142)와 슬라이딩 결합하도록 구성된 헤드(140)를 포함한다. 따라서 판 지지 요소(122)는 시일 판(124)을 밸브 스템에 연결한다. 둥근 헤드(136)가 통로(138)에 슬라이딩 결합함으로써 이루어지는 이러한 연결에 의해, 밸브 스템(120)은 판 지지 요소(122) 및 시일 판(124)에 대해 회전할 수 있게 된다.

밸브 하우징(110)은, 리세스(118)의 반대쪽에서 하우징 벽(116)으로부터 연장되어 있는 내부 나사 칼라(150)를 포함한다. 이 칼라(150)는 밸브 스템(120)의 스크류 나사 부분(130)을 수용하도록 되어 있다. 밸브 스템(120)의 단부에 있는 육각형 보어(134)는 밸브 스템과 칼라(150) 사이의 나사 연결을 이루고 조정하는 것을 용이하게 해주거나 도움을 준다.

밸브 어셈블리(102)는 또한 액츄에티어(180) 및 이 액츄에이터를 수동으로 회전시키기 위한 노브(knob)(182)를 포함한다. 액츄에이터(180)는 대체로 원통형인 축의 형태로 되어 있고, 외부 웜기어 나사산(184)이 형성되어 있는 부분을 포함한다. 웜기어 나사산(184)에 인접하여, 액츄에이터(180)의 말단부가 원통형 핀 부분(186)을 형성한다. 핀 부분(186)의 반대편에 있는 액츄에이터(180)의 단부(190)는 노브(182)를 수용하고, 노브와 결합하고 이 노브를 액츄에이터에 연결해주는 평평한 부분(192)을 포함한다. 웜기어 나사산(184)과 단부(190) 사이에는, 환형 어깨부(194) 및 O-링(미도시)을 수용하기 위한 O-링 홈(196)이 있다.

밸브 하우징(110)의 벽(116)에 의해 형성되는 리세스(118)는 액츄에이터(180)를 수용하도록 되어 있다. 이를 위해, 밸브 하우징(110)은, 핀 부분(186)을 수용하고 액츄에이터(180)를 밸브 하우징(110)에 대해 회전 가능하게 지지하도록 구성된 원통형 수용 부분(200)을 포함한다.

도 4 - 9를 참조하면, 밸브 어셈블리(102)의 조립 상태에서, 액츄에이터(180)의 핀 부분(186)은 밸브 어셈블리(110)의 수용 부분(200)에 위치되고, 그리하여 액츄에이터는 축선(210) 주위로 밸브 하우징(에 대해 회전할 수 있다. 시일 지지부(140)는 시일 판(142)과 결합하고, 그 결합체는 헤드(136)를 통해 밸브 스템(120)과 결합한다. 밸브 스템(120)의 스크류 나사산(130)은, 필요한 경우 육각 소켓(134)의 육각 공구의 도움을 받아, 밸브 하우징(110)의 칼라 부분(150) 안으로 나사 결합되고, 그리하여 밸브 스템은 축선(212) 주위로 밸브 하우징에 대해 회전할 수 있다.

그런 다음, 조립된 밸브 어셈블리(102)는 로터미터 본체(20)의 밸브 챔버(100) 안으로 삽입될 수 있다. 밸브 하우징(110)에 있는 위치 잡기 핀(214)이 밸브 챔버(100)의 대응하는 개구에 수용되어, 로터미터 본체(20)에 대한 밸브 어셈블리(102)의 위치를 잡고 고정시킬 수 있다. 액츄에이터(180)는 로터미터 본체(20)에 있는 액츄에이터 개구(104)(도 2 참조)를 통과하며, 그래서 노브(182)가 단부(190)에 고정될 수 있다. O-링(216)(도 4 및 5 참조)이 액츄에이터(180)와 액츄에이터 개구(104) 사이의 액체 시일을 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 밸브 어셈블리(102)는, 입구(22) 안으로 나사 결합되면, 어댑터(40)에 의해 벨브 챔버(100) 안에 위치 고정된다. 어댑터(40)는 밸브 하우징(110)에 압력축을 가하게 되며, 이 압축력은 하우징을 밸브 챔버(100) 안으로 밀어넣고, 엑츄에이터 개구(104)를 통한 누설을 방지하는 시일을 더 확고히 해준다.

액츄에이터(180) 및 밸브 스템(120)은, 축선(210, 212)이 옆으로 서로 오프셋되어 있는 상태에서, 서로에 수직하게 연장되어 있다. 이 조립 상태에서, 액츄에이터 웜기어 나사산(184)은 밸브 스템 웜기어 치부(132)와 맞물리게 된다. 이 맞물림에 의해, 액츄에이터(180)와 밸브 스템 사이의 결합은, 액츄에이터가 축선(210) 주위로 회전하면 밸브 스템(120)이 축선(210) 주위로 회전하게 되는 웜기어의 결합이다. 밸브 스템 스크류 나사산(130)과 밸브 하우징(110)의 나사 칼라(150)의 결합으로 인해, 밸브 스템(120)이 축선(210) 주위로 회전하면 그 밸브 스템은 또한 축선(210)을 따라 길이 방향으로 이동하게 되며, 이리하여 밸브가 개폐된다.

액츄에이터(180)의 회전을 통해, 밸브(102)는, 도 4 - 6에 나타나 있는 폐쇄 상태에서 도 7 - 9에 나타나 있는 개방 상태로 작동될 수 있다. 개방 상태에서, 시일 판(142)은, 밸브 챔버(100)와 유동관(26) 사이의 유체 연통을 제공하는 오리피스(220)로부터 이격된다. 따라서, 개방 상태에서, 유체는 어댑터(40)를 지나 입구(22) 안으로 유입하여 밸브 챔버(100) 및 오리피스(220)를 통과하여 유동관(26) 안으로 들어가게 된다. 유동관(26)에서, 유체는 인디케이터(50)와 결합하고, 그 인디케이터에 작용하는 유체력에 의해 인디케이터가 로드(52)를 따라 슬라이딩하게 되며, 그래서, 사용자는 로터미터(10)를 통과하는 유량을 인디시아로 알 수 있게 된다.

폐쇄 상태에서, 밸브 스템(120)은 오리피스(220)를 둘러싸는 밸브 챔버 벽(222)의 일부분에 시일 판(142)을 가압하여, 그 오리피스를 통과하는 유체 유동을 차단하게 된다. 밸브(102)를 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 조절하면, 이에 따라, 오리피스(220) 및 로터미터(10)를 통해 흐르는 유체의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 인디케이터(50)/인디시아(70) 조합체를 통해 유량을 봄으로써, 사용자는 로터미터를 통과하는 유동을 원하는 수준으로 조절할 수 있다.

밸브 어셈블리(102)의 조합된 웜기어/스크류 나사산 작동 특징은, 로터미터(10)를 통해 계량되는 유체 유동의 미세 조정을 가능하게 하므로 유리하다. 이는, 웜기어가 본래 높은 기어 감속 값을 가질 수 있기 때문이다. 결과적으로, 밸브 어셈블리(102)는, 밸브 스템(120)을 완전 개방 상태에서 완전 폐쇄 상태 또는 그 반대로 전환시킬 때 액츄에이터(180)를 여러 번 회전시켜야 하도록 구성될 수 있다. 이리하여, 사용자는 밸브 스템(120)의 위치를 용이하게 또한 반복적으로 매우 작게 변화시킬 수 있으며, 그래서 로터미터(10)를 통과하는 유체 유동의 미세 조절이 가능하게 된다.

웜기어의 기어 감속 값은 웜 나사산 시작부에 대한 웜기어 치부의 수의 비에 달려 있다. 웜 나사산 "시작부"는 웜기어 나사산의 실제 수를 말하는데, 웜 구동기, 이 경우 액츄에이터(180)는 액츄에이터의 원주 둘레에 포개진 형태로 배치되는 다수의 개별적인 헬리컬 웜기어 나사산(184)을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 웜 나사산 시작부에 대한 웜 기어 치부의 수로 표현되는 상기 비는 밸브 스템의 대응하는 회전수를 발생시키는 액츄에이터 회전 비이다.

예컨대, 도 1 - 9에 도시되어 있는 예시적인 실시 형태에서, 액츄에이터(180)에 있는 웜기어 나사산(184)은 4개의 시작부를 가질 수 있고 밸브 스템(120)은 16개의 웜기어 치부(132)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 웜기어 감속비는 16:4 또는 4:1이 될 것인데, 이는 액츄에이터가 완전 4 회전하면 밸브 스템이 완전 1 회전하게 됨을 의미한다. 스크류 나사산(130)을 통해 밸브 스템의 개폐를 일으키는 것은 그 밸브 스템(120)의 회전이므로, 밸브 스템을 완전 폐쇄 상태에서 완전 개방 상태로 움직이는데 필요한 턴의 수는, 밸브 스템 스크류 나사산의 적절한 구성 및 치수와 함께, 액츄에이터와 밸브 스템에 대한 웜기어 비의 적절한 조합을 선택하는 문제이다. 이는 로터미터(10)를 통과하는 유동을 선택하고 미세 조정함에 있어 유리하게 높은 해상도를 제공한다.

밸브 어셈블리(102)의 조합된 웜기어/스크류 나사산 작동 특징은, 로터미터(10)를 통과하는 비교적 높은 유량을 가능하게 하는 밸브를 작고 컴팩트하게 설계함에 있어 이들 고해상도 특징을 제공하므로 또한 유리하다. 이 설계로 인해, 액츄에이터(180)의 노브(182) 및 노브 부분(190)을 제외한 전체 밸브 어셈블리가, 로터미터(10)에 유체를 전달하는 도관의 외경(OD)과 본질적으로 동일한 또는 약간 더 큰 직경을 갖는 공간, 즉 밸브 챔버(100) 내에 위치될 수 있다. 이는 로터미터 본체(20)의 필요한 크기를 최소화하는데 도움이 될 수 있다. 이는 본질적으로 유리할 수 있는데, 왜냐하면, 본체(20)는 주조된 아크릴 재료로 형성될 때 제조할 로터미터(10)의 가장 비싼 부품이기 때문이다.

도 1 - 9를 참조하여 앞 단락에서 설명하고 예시한 밸브 어셈블리(102)의 구성은, 본 발명의 범위를 특정 구성에 한정하는 것은 아니다. 밸브 어셈블리(102) 및 그의 다양한 부품의 구성은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 변경되거나 변화될 수 있다. 예컨대, 도 1 - 9에 도시되어 있는 실시 형태의 밸브 스템(120) 및 액츄에이터(180)는 오프셋된 서로 수직인 축선(210, 212)에 배치되어 있는 것으로 나타나 있고 설명되었지만, 당업자라면, 그들 축선은 서로 수직일 필요는 없다는 것을 알 것이다. 밸브 스템(120) 및 액츄에이터(180)에 있는 웜기어(132, 184)는, 축선(210, 212)이 서로에 대해 비수직 각도로 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 예시적인 구성이 도 10에 도시되어 있다. 이 실시 형태에서, 밸브 스템(250)은 웜기어와 스크류 나사산 요소 모두를 갖는 조합 나사산(252)을 포함한다. 이 구성에서, 조합 나사산(252)은, 웜기어와 스크류 나사산 "요소" 모두를 갖는 패턴으로 배열된 복수의 요소 치부(254)의 외양을 가지고 있다. 밸브 스템(250)이 회전하는 축선을 참조하여 고려하면, 치부(254)는 작은 나선각(α)을 갖는 나선형 치부 축선(260)을 따라 길이 방향으로 연장되어 있는 나선형 열로 배열되어 있다. 치부 축선(260)을 따라 연장되어 있는 치부(254)의 나선형 열은 조합 나사산(252)의 웜기어 요소(262)를 규정한다. 웜기어 요소(262)의 치부(254)는 웜 표면(280)을 갖는다.

유사하게, 치부(254)는, 비교적 큰 나선각(β)을 갖는 나선형 치부 축선(264)을 따라 횡방향 연장 나선형 열로 또한 배열되어 있다. 치부 축선(264)을 따라 연장되어 있는 치부(254)의 나선형 열은 조합 나사산(252)의 스크류 나사산 요소(266)를 규정한다. 스크류 나사산 요소(266)의 치부(254)는 스크류 표면(282)을 갖는다.

액츄에이터(270)는 조합 나사산(252)의 웜기어 요소(262)와 결합하는 웜기어(272)를 포함한다. 웜기어(272)는 웜기어 요소(262)의 치부(254)의 웜 표면(280)에 작용한다. 따라서, 액츄에이터(270)가 액츄에이터 축선(274) 주위로 회전하면, 밸브 스템(250)이 밸브 스템 축선(256) 주위로 회전하게 된다. 밸브 스템(250)이 축선(256) 주위로 회전함에 따라, 스크류 나사산 요소(266)의 치부(254)의 스크류 표면(282)이 밸브 하우징(미도시)의 스크류 나사산에 반작용하여 밸브 스템이 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동하게 된다. 밸브의 조립을 용이하게 하기 위해, 밸브 스템은 하나 이상의 전통적인 스타터 스크류 나사산(284)을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 예시적인 구성이 도 11 - 17에 도시되어 있다. 이 실시 형태에서, 유체 유동을 측정하고 계량하기 위한 장치는 로터미터를 포함한다. 로터미터(290)는 도 1 - 9를 참조하여 여기서 예시 및 설명한 것과 유사하거나 동일한 로터미터 본체(292)를 포함하며, 그래서 이 로터미터 본체는 입구 포트, 출구 포트 및 인디케이터 등을 포함할 수 있다.

도 11 - 17의 실시 형태에서, 로터미터(290)는 로터미터 본체(292)의 밸브 챔버(300) 안에서 지지되는 밸브 또는 밸브 어셈블리(302)를 포함한다. 밸브 어셈블리(302)는 로터미터 본체(292)의 입구(306)에 고정되는 나사 어댑터(304)에 의해 밸브 챔버(300) 안에 유지된다. 어댑터(304)는 유체를 로터미터(290)에 전달하는 파이프, 관 또는 다른 유체 도관(미도시)과의 연결을 용이하게 해준다.

밸브 어셈블리(302)는 밸브 하우징(310)을 포함한다. 이 밸브 하우징(310)은 제 1 밸브 하우징 부분(312) 및 제 2 밸브 하우징 부분(314)을 포함한 2-피스 몰딩 플라스틱 구성을 갖는다. 밸브 하우징 부분(312, 314)은, 벨브 어셈블리가 로터미터 본체(292) 안에 수용되면 밸브 챔버(300)의 원통형 내면과 결합하도록 구성 및 배치되는 반원형 또는 원통형 단부를 갖는다.

밸브 하우징(310)은 밸브 셔틀(320) 형태의 밸브 구동 요소, 셔틀 슬리브(330) 및 액츄에이터(380)를 수용하도록 구성되어 있다. 밸브 셔틀(320)은 외부 스크류 나사산(326)을 포함하는 스템(322) 및 시일 판(324)을 포함한다. 셔틀 슬리브(330)는 외부 웜기어 치부(332) 및 내부 스크류 나사산(334)을 포함한다. 액츄에이터(380)는 축(382)을 포함하고, 이 축의 일 단부에는 웜기어 나사산(384)이 있고 반대쪽 단부에는 키이 결합 부분(386)이 있다. 키이 결합 부분(386)은 액츄에이터 노브(390)를 수용하기 위한 것이다.

밸브 셔틀(320)은 스템(322)과 시일 판(324)을 포함하는 일체형으로 구성될 수 있다. 타이트한 시일을 형성하는데 기여하는 재료로 만들어진 시일링 부재(360)가 시일 판에 가해지거나 결합될 수 있다. 대안적으로, 밸브 셔틀(320)은 밸브 셔틀을 형성하도록 조립될 수 있는 복수의 요소로 구성될 수 있다. 시일 판(324)은 밸브(302)의 폐쇄 상태에서 이루어지는 시일을 완벽하게 하도록 선택된 상이한 재료로 구성된 단일 요소 또는 다부분 요소일 수 있다. 다부분 예에서, 시일 판(324)은, 밸브 셔틀을 구성하는데 사용되는 것과는 다른 재료로 구성되고 밸브(302)의 폐쇄 상태에서 시일을 용이하게 하는데 더 적합한 시일링 부재를 수용하기 위한 클립으로서 작용할 수 있다. 이 연결은 예컨대 도 1 - 9의 실시 형태의 판 지지 요소와 시일 판 사이의 연결과 유사하거나 동일할 수 있다.

도 1 - 9의 실시 형태와 달리, 도 11 - 17의 밸브 하우징(310)은 나사 부분을 포함하지 않는다. 대신에, 하우징(310)은 셔틀 슬리브(330) 및 액츄에이터(380)를 이것들의 축선(336, 392) 주위로 각각 회전할 수 있게 지지하도록 구성되어 있다. 더 구체적으로, 상측 하우징 부분(312) 및 하측 하우징 부분(314)은 반원통형 부분(350, 352)을 포함하고, 이들 부분은 웜기어 나사산(384)에 인접하여 셔틀 슬리브(330)의 양 단부에 있는 원통형 핀 부분(338)을 축선(336) 주위로 회전할 수 있게 지지하기 위한 원통형 자리 또는 지탱면을 함께 규정한다.

추가로, 상측 하우징 부분(312)은, 액츄에이터 축(382)을 축선(392) 주위로 회전할 수 있게 지지하기 위한 슬리브, 부싱 또는 지탱면으로서 작용하는 원통형 부분(400)을 포함한다. 하측 하우징 부분(314)은, 웜기어 나사산(384)에 인접한 액츄에이터(380)의 핀 부분(388)을 축선(392) 주위로 회전할 수 있게 지지하기 위한 자리 또는 지탱면으로서 작용하는 원통형 부분(402)을 포함한다.

도 14 - 17을 참조하면, 밸브 어셈블리(302)의 조립 상태에서, 밸브 셔틀(320)의 스템(322)의 외부 나사산(326)은 셔틀 슬리브(330)의 내부 스크류 나사산(334) 안으로 나사 결합된다. 셔틀 슬리브(330)의 핀 부분(338)은 셔틀 슬리브가 밸브 하우징(310)에 대해 회전할 수 있도록 자리(350, 350)에 지지된다. 스탬(322)은 그의 길이를 따라 형성된 평평한 부분(328)을 갖는데, 이 부분은 밸브 하우징(310)의 통로(354)의 대응 표면과 결합하게 되고, 그래서, 밸브 하우징에 대한 축방향 이동이 허용되면서 밸브 하우징에 대한 밸브 셔틀(320)의 회전이 방지된다.

액츄에이터(380)의 핀 부분(388)은 하측 하우징 부분(314)의 자리(402)에서 지지된다. 액츄에이터(380)의 축 부분(382)은 상측 하우징 부분(312)의 부싱 부분(400)을 통해 연장되어 있고 그에 의해 지지된다. 이렇게 조립되면, 스템(380)의 웜기어 나사산(384)은 셔틀 슬리브(330)의 웜기어 치부(332)와 결합하여 짝을 이루게 된다.

밸브 어셈블리(302)의 정렬 및 조립은, 제 1 및 2 하우징 부분에 있는 대응하는 오목부에 수용되는 제 1 및 2 하우징 부분(312, 314) 상의 핀(316)에 의해 용이하게 된다. 예컨대, 밸브 하우징(310)은 3개의 그러한 대응하는 핀(316) 및 오목부(318)를 포함할 수 있다. 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 제 2 하우징 부분은 하나의 핀(316) 및 2개의 오목부(318)를 포함한다. 이 경우, 제 2 하우징 부분(314)은, 제 1 하우징 부분에 있는 상대 커넥터를 수용하도록 구성 및 배치되는 하나의 오목부(미도시) 및 2개의 핀(미도시)을 포함할 것이다. 핀(316) 및 오목부(318)는, 밸브 어셈블리(302)가 설치될 수 있고 또한 연결이 어댑터(304)의 설치를 통해 고정될 때까지 그 밸브 어셈블리를 함께 유지하는 억지끼워맞춤 또는 스냅 끼워맞춤을 갖도록 구성될 수 있다.

그런 다음, 조립된 밸브 어셈블리(302)는 로터미터(292)의 밸브 챔버(300) 안에 삽입될 수 있다. 액츄에이터(380)는 로터미터 본체(292)에 있는 액츄에이터 개구(294)(도 13 참조)를 통해 연장되며, 이 개구는 로터미터 본체에 대한 밸브 어셈블리(302)의 위치를 잡고 고정시킨다. 그후, 액츄에이터 노브(390)가 액츄에이터(380)의 단부(386)에 고정될 수 있다. O-링 또는 다른 적절한 시일(미도시)이 액츄에이터(380)와 액츄에이터 개구(294) 사이에 액체 시일을 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 밸브 어셈블리(302)는, 입구(306) 안으로 나사 결합되면, 어댑터(304)에 의해 벨브 챔버(300) 안에 위치 고정된다. 어댑터(304)는 밸브 하우징(310)에 압력축을 가하게 되며, 이 압축력은 하우징 부분(312, 314)의 연결을 유지시키고 하우징을 밸브 챔버(300) 안으로 밀어넣고, 또한 액츄에이터 개구(304)를 통한 누설을 방지하는 시일을 더 확고히 해준다.

액츄에이터(380)에 있는 웜기어 나사산(384)과 셔틀 슬리브(330)에 있는 웜기어 치부(332) 사이의 결합에 의해, 액츄에이터가 축선(392) 주위로 회전하면 셔틀 슬리브가 축선(336) 주위로 회전하게 된다. 스탬(322)에 있는 외부 스크류 나사산(326)과 셔틀 슬리브(330)에 있는 내부 나사산(334) 사이의 나사 결합에 의해, 그리고 스템의 평평한 부분(328)과 통로(354) 사이의 결합이 스템의 회전을 방지하므로, 셔틀 슬리브가 회전하면 밸브 셔틀(320)이 축선(336)을 따라 선형 이동하게 된다. 그래서, 액츄에이터(380)가 축선(392) 주위로 회전하면 밸브 셔틀(320)이 축선(336)을 따라 선형 이동하게 되어, 밸브가 개폐된다.

로터미터(290)의 조립 상태에서, 밸브 셔틀(320)은 도 15에 나타나 있는 완전 폐쇄 상태와 도 16에 나타나 있는 완전 개방 상태 사이에서 축선(336)을 따라 선형적으로 이동하게 된다. 밸브 셔틀(320)의 위치 및 밸브(302)의 퍼센트 개폐 상태가 액츄에이터(380)의 회전을 통한 수동 조절로 미세 조정될 수 있다.

개방 상태에서, 시일 판(324)은, 밸브 챔버(300)와 유동관(26) 사이의 유체 연통을 제공하는 오리피스(410)로부터 이격된다. 따라서, 개방 상태에서, 유체는 어댑터(304)를 지나 입구 포트(22) 안으로 유입하여 밸브 챔버(300) 및 오리피스(410)를 통과하여 유동관(26) 안으로 들어가게 된다. 일단 유동관(26) 안에 있으면, 유체는 도 1 - 9의 실시 형태와 관련하여 설명한 바와 유사하거나 동일한 방식으로 인디케이터(50)(예컨대, 도 1 참조)와 결합하고 그 인디케이터를 작동시키며, 그래서 사용자는 로터미터(290)를 통과하는 유량을 인디시아로 알 수 있게 된다.

폐쇄 상태에서, 시일 판(324)이 오리피스(420)를 둘러싸는 밸브 챔버 벽(412)의 일부분에 가압되어, 그 오리피스를 통과하는 유체 유동을 차단하게 된다. 밸브(302)를 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 조절하면, 이에 따라, 오리피스(410) 및 로터미터(290)를 통해 흐르는 유체의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 인디케이터(50)/인디시아(70) 조합체(예컨대, 도 1 참조)를 통해 유량을 봄으로써, 사용자는 로터미터를 통과하는 유동을 원하는 수준으로 조절할 수 있다.

밸브 어셈블리(302)의 조합된 웜기어/스크류 나사산 작동 특징은, 로터미터(30)를 통해 계량되는 유체 유동의 미세 조정을 가능하게 하므로 유리하다. 이는, 웜기어가 본래 높은 기어 감속 값을 가질 수 있기 때문이다. 결과적으로, 밸브 어셈블리(302)는, 밸브 셔틀(320)을 완전 개방 상태에서 완전 폐쇄 상태 또는 그 반대로 전환시킬 때 액츄에이터(380)를 여러 번 회전시켜야 하도록 구성될 수 있다. 이리하여, 사용자는 밸브 셔틀(320)의 위치를 용이하게 또한 반복적으로 매우 작게 변화시킬 수 있으며, 그래서 로터미터(290)를 통과하는 유체 유동의 미세 조절이 가능하게 된다.

웜기어의 감속 값은 웜 나사산 시작부에 대한 웜기어 치부의 수의 비에 달려 있다. 웜 나사산 "시작부"는 웜기어 나사산의 실제 수를 말하는데, 웜 구동기, 이 경우 액츄에이터(380)는 액츄에이터의 원주 둘레에 포개진 형태로 배치되는 다수의 개별적인 헬리컬 웜기어 나사산(384)을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 웜 나사산 시작부에 대한 웜 기어 치부의 수로 표현되는 상기 비는 밸브 스템의 대응하는 회전수를 발생시키는 액츄에이터 회전 비이다.

예컨대, 도 11 - 17에 도시되어 있는 예시적인 실시 형태에서, 액츄에이터(380)에 있는 웜기어 나사산(384)은 4개의 시작부를 가질 수 있고 밸브 셔틀(320)은 16개의 웜기어 치부(332)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 웜기어 감속비는 16:4 또는 4:1이 될 것인데, 이는 액츄에이터가 완전 4 회전하면 셔틀 슬리브(330)가 완전 1 회전하게 됨을 의미한다. 스크류 나사산(326, 334)을 통해 밸브 셔틀(320)의 개폐 운동을 일으키는 것은 셔틀 슬리브(330)의 회전이므로, 밸브 셔틀을 완전 폐쇄 상태에서 완전 개방 상태로 움직이는데 필요한 턴의 수는, 셔틀 슬리브와 밸브 셔틀 스크류 나사산의 적절한 구성 및 치수와 함께, 액츄에이터와 셔틀 슬리브에 대한 웜기어 비의 적절한 조합을 선택하는 문제이다. 이는 로터미터(290)를 통과하는 유동을 선택하고 미세 조정함에 있어 유리하게 높은 해상도를 제공한다.

밸브 어셈블리(302)의 조합된 웜기어/스크류 나사산 작동 특징은, 로터미터(290)를 통과하는 비교적 높은 유량을 가능하게 하는 밸브를 작고 컴팩트하게 설계함에 있어 이들 고해상도 특징을 제공하므로 또한 유리하다. 이 설계로 인해, 액츄에이터(380)의 노브(390) 및 끝 노브 부분(386)을 제외한 전체 밸브 어셈블리가, 로터미터(290)에 유체를 전달하는 도관의 외경(OD)과 본질적으로 동일한 또는 약간 더 큰 직경을 갖는 공간, 즉 밸브 챔버(300) 내에 위치될 수 있다. 이는 로터미터 본체(20)의 필요한 크기를 최소화하는데 도움이 될 수 있다. 이는 특히 유리할 수 있는데, 왜냐하면, 본체(20)는 주조된 아크릴 재료로 형성될 때 제조할 로터미터(290)의 가장 비싼 부품이기 때문이다.

유리하게는, 셔틀 슬리브(330) 안으로 직접 나사 결합하는 밸브 셔틀(320)의 나사 스템(322)에 의해, 밸브 셔틀에 가해지는 힘은 스템의 중심 축선(즉, 축선(336))을 따라 가해지게 된다. 이는, 예컨대, 힘이 횡으로 또는 오프셋된 방식으로 스템(322)에 가해지는 경우 일어날 수 있는 캔틸레버력을 없애는데 도움을 준다.

추가로, 두 하우징 부분(312, 314) 사이에 지지되고/내포되는 스탬(322) 및 셔틀 슬리브(330)는 이들 두 요소의 위치 및 정렬을 유지한다. 이는 밸브(302)의 더 원활하고 신뢰적이고 또한 튼튼한 성능을 제공하는데 도움을 준다.

또한, 2-피스 하우징 구성에 의해, 그들 요소는 일체형 하우징 구성에서 요구되는 것 보다 덜 복잡한 제조 공정을 통해 제조될 수 있다. 예컨대, 2-피스 하우징 구성은 순수하게 원샷 몰딩 공정으로 이루어질 수 있고, 반면, 일체형 하우징은 몰딩 공정에 추가로 기계 가공과 같은 공정을 필요로 할 것이다. 이 감소된 복잡성으로 인해 비용이 절감되는 이점이 얻어진다.

도 11 - 17를 참조하여 앞 단락에서 설명하고 예시한 밸브 어셈블리(302)의 구성은, 본 발명의 범위를 특정 구성에 한정하는 것은 아니다. 밸브 어셈블리(302) 및 그의 다양한 부품의 구성은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 변경되거나 변화될 수 있다. 예컨대, 도 11 - 17에 도시되어 있는 실시 형태의 액츄에이터(380), 셔틀 슬리브(330), 및 밸브 셔틀(320)은 오프셋된 서로 수직인 축선(392, 336)에 배치되어 있는 것으로 나타나 있고 설명되었지만, 당업자라면, 그들 축선은 서로 수직일 필요는 없다는 것을 알 것이다. 셔틀 슬리브(330)에 있는 웜기어 치부(332) 및 액츄에이터(380)에 있는 웜기어 나사산(384)은, 축선(392, 336)이 서로에 대해 비수직 각도로 있도록 구성될 수 있다.

전술한 설명에 나타나 있는 예시적인 실시 형태가 모든 가능한 구성을 포괄하는 것은 아니다. 많은 추가적인 변형예가 존재할 수 있고 또한 여기서 설명한 예시적인 실시 형태는 본 발명의 범위, 이용 가능성 또는 구성을 어떤 방식으로도 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 전술한 상세 설명은 당업자에게, 전술한 실시 형태(들)를 실시하기 위한 편리하고 교훈적인 지침을 제공할 것이다. 본 발명 및 이의 법적인 등가물의 범위를 벗어남이 없이 요소의 기능 및 배치에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (26)

1. 로터미터로서,
   입구, 출구, 및 상기 입구와 출구 사이의 유체 연통을 제공하는 유동 통로를 포함하는 로터미터 본체; 및
   상기 입구를 통과하는 유체 유동을 제어하기 위한 밸브를 포함하고,
   상기 밸브는,
   제 1 축선 주위로 회전 가능하고, 웜기어 나사산을 포함하는 액츄에이터; 및
   상기 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 밸브 구동 요소를 포함하고,
   상기 밸브 구동 요소는 상기 액츄에이터에 있는 웜기어 나사산과 짝을 이루는 웜기어 치부를 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 1 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 구동 요소가 상기 제 2 축선 주위로 회전하게 되며,
   상기 밸브 구동 요소는 밸브 구동 요소와 함께 상기 제 2 축선 주위로 회전하는 제 1 스크류 나사산을 더 포함하고, 상기 제 1 스크류 나사산은 제 2 스크류 나사산과 짝을 이루어 맞물리도록 구성 및 배치되어, 상기 밸브 구동 요소의 회전에 대응하여 밸브 요소가 상기 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 되며, 밸브 요소의 선형 이동에 의해 상기 밸브의 개폐가 일어나게 되는, 로터미터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 구동 요소는 셔틀 슬리브를 포함하고, 밸브 요소는 밸브 셔틀을 포함하며, 상기 제 1 스크류 나사산은 상기 셔틀 슬리브에 있는 내부 스크류 나사산을 포함하고, 상기 제 2 스크류 나사산은 상기 밸브 셔틀의 스템 부분에 형성되어 있는 외부 스크류 나사산을 포함하고,
   상기 밸브 셔틀의 스템 부분은 상기 제 1 및 2 스크류 나사산이 서로 맞물리도록 셔틀 슬리브 안에 수용되며, 상기 제 1 축선 주위로의 상기 엑츄에이터의 회전에 대응하여 셔틀 슬리브가 상기 제 2 축선 주위로 회전 가능하고, 상기 제 2 축선 주위로의 상기 셔틀 슬리브의 회전에 대응하여, 상기 제 1 및 2 스크류 나사산의 맞물림에 의해 상기 밸브 셔틀이 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 되는, 로터미터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 웜기어 치부는 셔틀 슬리브의 외면에 형성되어 있고, 상기 웜기어 치부와 제 1 스크류 나사산은 셔틀 슬리브의 길이의 동일한 부분을 따라 배치되어 있는, 로터미터.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브는 밸브 셔틀 및 셔틀 슬리브를 지지하기 위한 밸브 하우징을 더 포함하고, 밸브 셔틀의 스템은 상기 하우징의 표면과 결합하는 평평한 부분을 포함하고, 상기 평평한 부분은 스템의 회전을 방지하고 또한 셔틀 슬리브의 회전에 의해 밸브 셔틀의 선형 이동이 일어나게 하는 것을 도와주는, 로터미터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하우징은 셔틀 슬리브 안으로 나사 결합되는 밸브 셔틀을 수용하도록 구성된 2-피스 구조를 갖는, 로터미터.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하우징은 셔틀 슬리브를 상기 하우징에 대해 회전할 수 있게 지지하기 위한 부싱으로서 작용하는 부분을 포함하는, 로터미터.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브 셔틀은, 로터미터 본체를 만드는데 사용되는 재료와의 양호한 시일을 촉진하는 재료로 만들어진 시일 판을 포함하는, 로터미터.
8. 로터미터 밸브로서,
   밸브를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이기 위해 제 1 축선을 따라 선형이동하도록 구성되어 있고, 외부 스크류 나사산을 포함하는 밸브 셔틀;
   상기 제 1 축선 주위로 회전 가능하고, 외부 웜기어 치부 및 상기 밸브 셔틀의 외부 스크류 나사산을 수용하기 위한 내부 스크류 나사산을 포함하는 셔틀 슬리브; 및
   상기 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 포함하고,
   상기 액츄에이터는 셔틀 슬리브에 있는 웜기어 치부와 짝을 이루는 웜기어 나사산을 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 2 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 스템이 제 1 축선 주위로 회전하게 되며, 셔틀 슬리브가 제 1 축선 주위로 회전하면, 상기 스크류 나사산의 맞물림으로 인해 밸브 셔틀이 제 1 축선을 따라 선형 이동하게 되는, 로터미터 밸브.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브는 밸브 하우징을 더 포함하고, 상기 밸브 구동 요소는 밸브 스템을 포함하고, 제 1 스크류 나사산은 밸브 스템에 있는 외부 스크류 나사산을 포함하고, 제 2 스크류 나사산은 상기 밸브 하우징의 일 부분에 형성되어 있는 내부 스크류 나사산을 포함하고,
   상기 밸브 스템은 제 1 축선 주위로의 액츄에이터의 회전에 대응하여 제 2 축선 주위로 회전 가능하고,
   제 1 및 2 스크류 나사산 사이의 맞물림에 의해, 밸브 스템은 제 2 축선 주위로의 회전에 대응하여 제 2 축선을 따라 선형 이동하게 되며,
   밸브 요소는 밸브 스템에 의해 지지되고 또한 밸브 스템과 함께 선형 이동하여 밸브를 개폐하게 되는, 로터미터.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 밸브 스템에 있는 스크류 나사산은 밸브 스템의 길이를 따른 제 1 길이 방향 부분을 차지하고, 상기 웜기어 치부는 상기 밸브 스템의 길이를 따른 제 2 길이 방향 부분을 차지하는, 로터미터.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 길이 방향 부분의 길이는, 웜기어 나사산과 웜기어 치부 사이의 접촉을 유지하면서 밸브 스템이 제 1 축선을 따라 길이 방향으로 이동할 수 있도록 선택되는, 로터미터.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스크류 나사산과 웜기어 치부는 적어도 부분적으로 서로 중첩되며 밸브 스템의 동일한 길이 방향 부분을 차지하는, 로터미터.
13. 제 12 항에 있어서,
    서로 중첩된 스크류 나사산과 웜기어 치부는 나선형 열과 행으로 배열되는 요소 치부를 생성하며, 요소 치부는 서로 대향하는 두쌍의 측면을 가지며, 이중 한쌍의 측면은 웜기어 나사산과 맞물려 밸브 스템의 회전을 일으키고, 다른 쌍의 측면은 밸브 하우징에 있는 스크류 나사산과 맞물려 제 1 축선을 따른 길이 방향 이동을 일으키는, 로터미터.
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 로터미터는 밸브 스템의 말단부에 있는 시일 판을 지지하기 위한 판 지지 요소를 더 포함하고, 판 지지 요소는 시일 판이 밸브 스템에 대해 제 1 축선 주위로 회전하는 것을 용이하게 해주는, 로터미터.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브 스템과 판 지지 요소는, 사용 중에 이들 부품의 마찰 접촉으로 인한 마모를 최소화하기 위해 동일한 재료로 만들어져 있고, 상기 판 지지 요소는 시일 판을 마찰 접촉으로부터 격리시켜, 로터미터 본체를 만드는데 사용되는 재료와의 양호한 시일을 촉진하는 재료로 시일 판을 만드는 것을 용이하게 하는, 로터미터.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 밸브 스템은, 판 지지 요소에 있는 통로와 슬라이딩 결합하여 판 지지 요소를 밸브 스템에 연결하고 또한 스템에 대한 판 지지 요소의 회전을 용이하게 해주도록 구성된 헤드를 포함하고, 상기 판 지지 요소는, 시일 판에 있는 통로와 슬라이딩 결합하여 시일 판을 판 지지 요소에 연결하도록 구성된 헤드를 포함하는, 로터미터.
17. 로터미터 밸브로서,
    밸브를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이기 위해 제 1 축선을 따라 선형이동하도록 구성되어 있고, 제 1 축선 주위로의 밸브 스템의 회전에 대응하여 선형 이동이 일어나게 하는 스크류 나사산을 포함하는 밸브 스템; 및
    상기 제 1 축선에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 제 2 축선 주위로 회전 가능한 액츄에이터를 포함하고,
    상기 액츄에이터는 상기 밸브 스템에 있는 웜기어 치부와 짝을 이루는 웜기어 나사산을 포함하고, 그래서, 액츄에이터가 상기 제 2 축선 주위로 회전하면 상기 밸브 스템이 상기 제 1 축선 주위로 회전하게 되는, 로터미터 밸브.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터미터 본체는 밸브 하우징을 수용하기 위한 밸브 챔버를 포함하고, 밸브 챔버는 상기 입구와 유체 연통하고, 유체가 입구로부터 유동 통로 안으로 유입할 때 통과하는 구멍을 규정하는데 도움을 주며, 상기 밸브는 상기 구멍을 통과하는 유체 유동을 제어하도록 작동될 수 있는, 로터미터.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 밸브는 밸브 구동 요소에 연결되는 시일 판을 포함하고, 상기 밸브는 시일 판을 상기 구멍을 둘러싸는 밸브 챔버 벽의 일부분과 결합하게 이동시켜 밸브을 폐쇄하고 또한 상기 구멍을 통과하는 유체 유동을 차단시키도록 작동될 수 있는, 로터미터.
20. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜기어 나사산 및 웜기어 치부는 상기 밸브를 작동시키기 위한 웜기어를 함께 형성하는, 로터미터.
21. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜기어 나사산 및 웜기어 치부는, 밸브 구동 요소의 1 회전에 상기 액츄에이터의 복수 회전이 필요한 기어 감속을 일으키도록 선택되는, 로터미터.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 기어 감속은 4:1 이고, 밸브 구동 요소의 1 회전에 상기 액츄에이터의 4 회전이 필요한, 로터미터.
23. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜기어 나사산은 4개의 시작부를 가지며, 밸브 구동 요소는 16개의 웜기어 치부를 가지고 있는, 로터미터.
24. 제 1 항에 있어서,
    상기 입구는 나사 어댑터와 결합하여 나사 어댑터를 로터미터 본체에 연결하는 나사산을 포함하고, 상기 어댑터는 유체를 로터미터에 전달하기 위한 도관과 연결될 수 있고, 어댑터는 상기 입구 안으로 나사 결합되면 밸브를 밸브 챔버에 고정시키는, 로터미터.
25. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 로터미터 본체를 통해 연장되어 있고, 상기 로터미터는 로터미터 본체의 외부에서 상기 액츄에이터에 연결되어 있는 제어 노브(knob)를 더 포함하고, 제어 노브는 밸브를 제어하기 위해 수동으로 회전될 수 있는, 로터미터.
26. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 통로에 위치되고 로터미터 본체 상에 있는 인디시아(indicia)에 대비하여 볼 수 있는 인디케이터를 더 포함하고, 인디케이터는 상기 유동 통로 내의 유동에 대응하여 움직이고 상기 인디시아를 통해 유동 통로를 통과하는 유체 유동의 크기를 나타내는, 로터미터.

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