KR20180085732A

KR20180085732A - 컨트롤 밸브

Info

Publication number: KR20180085732A
Application number: KR1020187014914A
Authority: KR
Inventors: 앤더스 엔젤브렉트슨; 앤더스 옌슨
Original assignee: 아이엠아이 하이드로닉 엔지니어링 인터네셔널 에스.에이.
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-07-27
Also published as: CN108368942B; EP3368803A1; CN108368942A; US20180320791A1; EP3163136A1; SG11201802837TA; WO2017072108A1

Abstract

컨트롤 밸브는 밸브 바디, 상기 밸브 바디 내에 배치되는 챔버, 유체 입구, 유체 출구 및 상기 유체 입구로부터 상기 챔버를 경유하여 상기 유체 출구로 흐르는 유체 유동을 제어하기 위한 폐쇄 장치를 포함한다. 상기 폐쇄 장치는, 상기 챔버를 통해 유체가 유동하지 못하거나 유동하더라도 누출 유체만이 유동할 수 있는 폐쇄 상태, 상기 챔버를 통해 유체가 유동할 수 있는 제1 개방 상태, 및 상기 폐쇄 장치가 제1 개방 상태에 있는 경우에 비해 상기 챔버를 통해 더 적은 유체가 유동할 수 있는 적어도 하나의 제2 개방 상태를 구비한다. 폐쇄 상태와 상기 제2 개방 상태 사이에서, 상기 폐쇄 장치는 상기 유체가 제1 밸브 특성 함수에 따라 유동할 수 있도록 구성되어 있다. 제2 개방 상태와 제1 개방 상태 사이에서, 상기 폐쇄 장치는 상기 유체가 상기 제1 밸브 특성 함수와 다른 제2 밸브 특성 함수에 따라 유동할 수 있도록 구성되어 있다.

Description

컨트롤 밸브

본 발명 사상은 밸브 특성 함수가 다른 적어도 두 개의 밸브에 의해 규정되는 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브에 관한 것이다.

본 발명 사상은 밸브-액추에이터 장치 및 컨트롤 밸브 및/또는 밸브-액추에이터 장치를 포함하여 구성되는 유체 분배 시스템에도 관한 것이다.

예를 들어 난방, 냉방 및 물 공급을 위한 유체 분배 시스템은 공급원으로부터 소요 지점까지 유체를 공급하게 설계되어 있다. 각 소요 지점은 일반적으로 계산되어 설계된 유동 또는 다른 압력 사양을 구비한다. 그러나 순환수식 시스템의 유형에 따라, 유동 사양은 시간에 따라 변할 수 있으며, 소요 지점에서의 부하, 시스템 유체의 온도, 시스템 유체의 소모의 변동(예컨대 음용수를 위한)을 변화시키는 계절성(예컨대 여름 또는 겨울) 같은 인자에 따라 변할 수 있다.

　컨트롤 밸브는 유체 분배 시스템에 자주 사용되며, 가변형 개구를 구비하여 유속이 조절될 수 있다. 이에 의해, 소요 지점으로 공급되는 유동이 효과적으로 변경될 수 있다.

컨트롤 밸브는 폐쇄 장치에 의해 유동을 제어하는 것이 일반적이다. 폐쇄 장치는 폐쇄 부재와 그 폐쇄 부재를 수용하게 배치되어 있는 폐쇄 부재 수용부를 포함한다. 폐쇄 부재는 예컨대 밸브 로드와 밸브 플러그일 수 있으며, 폐쇄 부재 수용부는 밸브 시트일 수 있다.

컨트롤 밸브는 폐쇄 장치를 통해 유체가 흐르지 않거나 혹은 누출되는 소량만이 흐를 수 있는 닫힘 상태와 폐쇄 장치를 통해 유체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 열림 상태로 배치될 수 있다. 닫힘 상태에서, 폐쇄 부재는 일반적으로 폐쇄 부재 수용부와 예컨대 밀봉 접촉 같이 접촉된 상태에 있다.

컨트롤 밸브가 유체 분배 시스템에서 유량을 변경시키는 데에 유리하면서도, 컨트롤 밸브는 최대 밸브 성능(또는 밸브 인자)이 종종 변경될 필요가 있다는 단점이 있다(예를 들어 밸브를 통한 최대 유량이 변경될 필요가 있음). 이러한 최대 유량의 변경은 예컨대 밸브 내에서의 밸브 플러그의 움직임을 제한하는 소위 리프트 제한(예컨대 밸브 플러그-밸브 시트 장치를 구비하는 폐쇄 장치를 구비하는 밸브의 경우)에 의해 예컨대 유체가 통과하는 단면의 면적을 감소시켜 수행될 수 있다. 컨트롤 밸브의 리프트 제한을 수행할 때, 일반적으로 밸브 특성이 변경되며, 밸브 플러그의 가용 최대 제어는 더 이상 사용되지 않는다. 특정 유형의 컨트롤 밸브의 경우, 리프트 제한을 할 때, 컨트롤 밸브를 통하는 유동 제어가 손상된다. 환언하면, 리프트 제한이 되지 않은 컨트롤 밸브의 밸브 특성에 비해 리프트 제한된 컨트롤 밸브의 수정된 밸브 특성은 원치 않는 방식으로 변경된다.

이에 따라, 리프트 제한을 하는 데에 더욱 적합한 컨트롤 밸브를 제공하는 바람직하게 된다.

본 발명 사상의 목적은 적어도 두 개의 다른 밸브 특성 함수에 따라 컨트롤 밸브를 통과하는 유동을 제어하며, 기존 밸브들이 안고 있는 전술한 단점들을 적어도 부분적으로 해결하는 컨트롤 밸브를 제공하는 것이다. 이 목적 그리고 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확해질 것이며, 이 목적 그리고 다른 목적들은 첨부된 특허청구범위에 정의되어 있는 컨트롤 밸브에 의해 달성된다.

본 발명 사상은, 적어도 두 개의 다른 밸브 특성 함수에 따라 유체가 컨트롤 밸브를 통과하여 유동하는 방식으로 컨트롤 밸브가 구성될 수 있다는 이해에 기초한 것이다.

본 발명 사상의 제1 측면에 따르면, 유체 유동을 제어하는 컨트롤 밸브가 제공된다. 이 컨트롤 밸브는,

밸브 바디, 상기 밸브 바디 내에 배치되는 챔버, 상기 챔버로 유체를 제공하기 위한 유체 입구 및 상기 챔버로부터 유체를 받아들이기 위한 유체 출구, 및 상기 유체 입구로부터 상기 챔버를 경유하여 상기 유체 출구로 흐르는 유체 유동을 제어하기 위한 폐쇄 장치를 포함하고,

상기 폐쇄 장치는, 상기 챔버를 통해 유체가 유동하지 못하거나 유동하더라도 누출 유체만이 유동할 수 있는 폐쇄 상태, 상기 챔버를 통해 유체가 유동할 수 있는 제1 개방 상태, 및 상기 폐쇄 장치가 제1 개방 상태에 있는 경우에 비해 상기 챔버를 통해 더 적은 유체가 유동할 수 있는 적어도 하나의 제2 개방 상태를 구비하고,

상기 폐쇄 상태와 상기 제2 개방 상태 사이에서, 상기 폐쇄 장치는 상기 유체가 제1 밸브 특성 함수에 따라 유동할 수 있도록 구성되어 있고,

상기 제2 개방 상태와 상기 제1 개방 상태 사이에서, 상기 폐쇄 장치는 상기 유체가 상기 제1 밸브 특성 함수와 다른 제2 밸브 특성 함수에 따라 유동할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 폐쇄 장치는 제1 및 제2 밸브 특성 함수에 따라 유체가 컨트롤 밸브를 통해 유동할 수 있게 하는 기능을 제공한다. 이에 따라, 리프트 제한에 더욱 적합할 수 있는 컨트롤 밸브가 제공된다. 예를 들면, 제1 및 제2 밸브 특성 함수를 수정함으로써, 컨트롤 밸브가 리프트 제한되는지 혹은 제한되지 않는 지와는 관계없이, 컨트롤 밸브는 바람직한 방식으로 유동을 제어할 수 있다.

다시 말하면, 본 발명 사상의 컨트롤 밸브의 밸브 특성은 제1 밸브 특성 함수 그리고 그 제1 밸브 특성 함수와 다른 제2 밸브 특성 함수에 의해 적어도 획정된다.

유체가 두 개의 다른 밸브 특성 함수들에 따라 상기 챔버를 통과하여 유동하도록 폐쇄 장치가 구성됨으로써, 예를 들어 컨트롤 밸브를 제어하는 액추에이터에 그러한 기능을 갖출 필요가 없게 된다. 이에 따라, 두 개의 다른 밸브 특성 함수들에 따라 유체가 상기 챔버를 통해 유동할 수 있도록 하는 기능이 폐쇄 장치의 구성과 서로 관련되어 있기 때문에, 액추에이터는 단순한 선형 액추에이터일 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제2 개방 상태는 중간 개방 상태 또는 제1 중간 개방 상태 또는 폐쇄 상태와 제1 상태의 중간에 위치하는 제2 개방 상태로 호칭될 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제1 밸브 특성 함수와 상기 제2 밸브 특성 함수는 폐쇄 장치의 형상에 의해 획정되거나, 적어도 부분적으로 폐쇄 장치의 형상에 의해 획정된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 폐쇄 장치는 폐쇄 부재와 적어도 하나의 폐쇄 부재 수용부를 구비하는 폐쇄 부재 수용 수단을 포함하고,

상기 폐쇄 부재는 상기 폐쇄 부재 수용부로부터 멀어지게 이동함으로써 유체가 통과할 수 있는 유동-관통 섹션을 제공하기에 적합하고,

상기 폐쇄 상태에서, 상기 폐쇄 부재는 상기 폐쇄 장치를 경유하여 유체가 흐르지 못하도록 하거나 또는 누출 유체만이 유동하도록 하기 위해 상기 폐쇄 부재가 상기 폐쇄 부재 수용부와 밀봉 접촉하고 있는 폐쇄 위치로 배치되어 있고, 상기 제1 개방 상태에서, 상기 폐쇄 부재는 상기 폐쇄 부재가 상기 폐쇄 부재 수용부로부터 이격되어 있는 제1 개방 위치로 배치되어 있으며, 상기 제2 개방 상태에서, 상기 폐쇄 부재는, 상기 폐쇄 부재가 제2 개방 위치에 있는 경우에 비해 상기 폐쇄 부재 수용부로부터 멀지 않게 이격되어 있는 제2 개방 위치로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 폐쇄 장치의 상태들은 폐쇄 부재의 위치와 서로 연관되어 있다. 폐쇄 부재는 (예를 들어 폐쇄 부재가, 밸브 시트로부터 멀리 이동될 수 있거나 리프트될 수 있는 밸브 로드에 연결되어 있는 밸브 플러그를 포함하는 컨트롤 밸브와 같이) 예를 들어 폐쇄 부재 수용부로부터 리프트되어 폐쇄 부재 수용부로부터 이격되어 있을 수 있거나, 또는 폐쇄 부재는 (예를 들어 폐쇄 부재가, 폐쇄 부재 수용부로부터 멀리 이동될 수 있거나 회전될 수 있는 볼 플러그를 포함하는 회전식 밸브와 같이) 예를 들어 폐쇄 부재 수용부에 대해 회전됨으로써 폐쇄 부재 수용부로부터 이격될 수 있다.

유동-관통 섹션의 단면적은 폐쇄 부재의 위치에 따라 변할 수 있게 된다. 제1 개방 상태에서, 유동-관통 섹션의 단면적은 제1 개방 유동-관통 영역으로 호칭될 수 있다. 제2 개방 상태에서, 유동-관통 섹션의 단면적은 제2 개방 유동-관통 영역으로 호칭될 수 있다. 이에 따라, 제2 개방 유동-관통 영역은 제1 개방 유동-관통 영역보다 작다.

유동-관통 섹션의 단면적은, 폐쇄 부재의 각 위치에 있어서 폐쇄 장치를 경유하는 최소 유동 관통 영역으로 획정되는 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따른다. 둘 이상의 유동-관통 섹션 예컨대 두 개의 유동-관통 섹션이 존재하는 경우, 유동-관통 섹션들의 단면적은, 두 개의 유동-관통 섹션들의 각 최소 단면적이 조합되는 것과 같이 조합된 단면적이 될 것이다.

밸브 특성들이 유동-관통 섹션(들) 및 그 (조합된) 단면적과 서로 관련된다는 점에 주목해야 한다. 밸브 특성은 밸브를 통한 유체 유동과 일정한 차압(differential pressure)에서 폐쇄 부재의 위치 사이에서 얻어지는 관계(relation) 예를 들면 밸브 성능(또는 밸브 인자)(Kv)과 폐쇄 부재의 위치 사이에서 얻어지는 관계로 정의될 수 있다. 밸브를 통한 유체 유동은 결국 유동-관통 섹션(들)의 단면적과 직접적으로 서로 관련된다. 이에 따라 밸브 특성은 유동-관통 섹션(들)의 단면적과 폐쇄 부재의 위치 사이의 관계로 정의될 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제1 밸브 특성 함수는 제1 함수 f1(X)=Y로 규정되고, 상기 제2 밸브 특성 함수는 제2 함수 f2(X)=Y로 규정되되, X는 상기 폐쇄 부재 수용부에 대비한 상기 폐쇄 부재의 위치이고, Y는 상기 유동-관통 섹션의 단면적이며, 상기 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY와 상기 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY는 적어도 거리 X의 대부분에서 서로 다른 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이의 임의의 위치로 동일한 크기로 그리고 폐쇄 부재의 동일 방향으로 후속하여 두 번 위치 변경하면, (폐쇄 부재 이동 방향에 따라) 유동-관통 섹션(들)의 단면적이 증가하거나 감소되며, 이에 따라 유체는 제1 밸브 특성 함수에 따라 흐르게 된다. 이와 대응되게, 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치로 동일한 크기로 그리고 폐쇄 부재의 동일 방향으로 후속하여 두 번 위치 변경하면, (폐쇄 부재 이동 방향에 따라) 유동-관통 섹션(들)의 단면적이 증가하거나 감소되며, 이에 따라 유체는 제2 밸브 특성 함수에 따라 흐르게 된다.

적어도 거리 X의 대부분에 걸쳐서 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY가 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY와 다르기 때문에, 전술한 사항들은 폐쇄 부재의 위치들 또는 위치 변경의 적어도 대부분에서(즉 폐쇄 부재와 폐쇄 부재 수용부 사이의 거리 대부분에 걸쳐서) 진실임을 이해해야 한다. 이에 따라, 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY가 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY와 동일한 지점에서 폐쇄 부재의 일부 위치 변경이 있을 수 있다. 그러나 폐쇄 부재의 위치들 또는 위치 변경들의 대부분에 있어서, 각 함수들의 도함수는 다르다. X=0은 폐쇄 부재가 폐쇄 위치에 있음을 획정한다는 것에 주목해야 한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY가 적어도 거리 X의 대부분에서 상기 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY보다 크다.

다시 말하면, 폐쇄 장치가 챔버를 통과하는 유체를 제1 함수에 따라 제어할 때 폐쇄 부재의 제1 위치 변화를 폐쇄 장치가 챔버를 통과하는 유체를 제2 함수에 따라 제어할 때 폐쇄 부재의 제1 위치 변화와 크기와 방향이 동일한 제2 위치 변화와 비교함으로써, 제2 위치 변화는 유동-관통 섹션(들)의 단면적을 더 크게 하며, 이에 따라 제1 위치 변화에 비해 제2 위치 변화가 유체 유동의 변화를 더 크게 한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제1 함수와 제2 함수가 교체하는 지점을 제외하고는, 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY가 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY보다 크다. 이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제1 함수의 제2 함수로의 전이(transition)가 부드럽다. 그러나, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제2 함수의 도함수가 제1 함수의 도함수보다 크다. 즉, 거리 X의 전체에 걸쳐서 제2 함수의 도함수가 제1 함수의 도함수보다 크다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제2 함수가 선형이다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제2 함수가 실질적으로 선형이다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제2 함수가 제1 함수보다 더 선형이다.

이에 따라, 폐쇄 부재가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치로 동일한 크기 그리고 동일 방향으로 후속하여 두 번 위치 변경하면, 유동-관통 섹션(들)의 단면적이 동일하게(또는 실질적으로 동일하게) 두 번 변경되고, 이에 따라 유동-관통 섹션(들)을 통한 유체 유동이 동일하게(또는 실질적으로 동일하게) 두 번 변경될 것이다. 유동-관통 섹션(들)의 단면적과 유체 유동의 동일 변경이 두 번 후속하여 일어나는 것은 제2 함수 즉 제2 밸브 특성 함수를 따르게 된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제1 함수는 곡선으로 예를 들어 EQM 함수로 정의되는 곡선이다. EQM 함수는 다음과 같이 정의될 수 있다.

Y[%]=100*a/(100/X-1+a)

여기서, X는 폐쇄 부재의 최대 위치(Xmax)의 백분율로 표현되는 폐쇄 부재의 위치이고, a는 함수 형상과 관련되는 변수이며, Y는 폐쇄 부재가 제한을 받을 때(예컨대 리프트 제한) 또는 제한받지 않을 때(예컨대 노 리프트 제한) 중 어느 하나인 유동-관통 섹션(들)의 밸브 최대 단면적(Ymax)의 백분율로 표현되는 유동-관통 섹션(들)의 단면적이다.

상기 폐쇄 부재가 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이의 임의의 위치(X)로 변경함으로써 유동-관통 섹션(들)의 단면적(Y)이 변한다는 점을 이해해야 한다. 상기 챔버를 통한 유체 유동은 궁극적으로 유동-관통 섹션(들)의 크기 즉 단면적에 따라 달라지는 유동-관통 섹션(들)을 통한 유체 유동에 따라 달라진다. 이에 따라, 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에서, 폐쇄 부재의 위치와 관련된 유동-관통 섹션(들)의 단면적의 변화는 제1 밸브 특성 함수에 따른다.

이에 유사하게, 상기 폐쇄 부재가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치(X)로 변경하면 유동-관통 섹션(들)의 단면적(Y)이 변한다는 점을 이해해야 한다. 상기 챔버를 통한 유체 유동은 궁극적으로 유동-관통 섹션(들)의 크기 즉 단면적에 따라 달라지는 유동-관통 섹션(들)을 통한 유체 유동에 따라 달라진다. 이에 따라, 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이에서, 폐쇄 부재의 위치와 관련된 유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화는 제2 밸브 특성 함수에 따른다.

밸브 특성은 종종 밸브 성능(또는 밸브 인자)(Kv)과 예를 들어 폐쇄 부재의 리프트(종종 h로도 호칭됨) 같은 폐쇄 부재의 위치로 정의된다는 점에 주목해야 한다. 밸브 성능(Kv)은 궁극적으로 유동-관통 섹션(들)의 단면적에 의존하는 밸브를 통한 유동에 따라 달라진다. Kv는 밸브를 통한 유동과 연관된 압력으로 기술될 수 있다. 즉, Kv는 1시간 동안 밸브를 관통하여 흐르는 유체의 체적(㎥ 단위)을 특정한다. 즉 밸브에 걸친 압력 강하(ΔP)에서 유체의 유량 q(㎥/h)를 특정한다. 예를 들면, Kv는 다음 식으로 정의될 수 있다.

Kv=q/(ΔP/ra)^1/2

여기서, ra(㎏/㎥)는 유체의 밀도이다. 이와는 다르게, 압력 강하의 단위가 바(bar)로 표기되는 경우, 전술한 정의에서 압력 강하에는 상수 1000을 곱해야 한다. 그러나, 밸브 성능의 정의는 다양한 국가에서 변할 수 있다. 예를 들어 US에서는, 밸브 성능이 종종 다음으로 정의될 수 있는 Cv로 표기된다.

Cv=Kv/0.86.

이에 따라, 유동-관통 섹션(들)의 단면적이, 유동-관통 섹션(들)을 통한 유체 유동 및 Kv가 서로 연관되어 있고 유사한 방식으로 변화하기 때문에, 전술한 제1 및 제2 함수는 Kv로 정의되는 Y와 함께 사용될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 이와 유사하게, 밸브 특성은 폐쇄 부재의 위치(X)와 Kv 또는 유동-관통 섹션(들)의 단면적(Y) 사이의 관계로 정의될 수 있다. 이에 따라 제1 밸브 특성 함수와 제2 밸브 특성 함수는 함께 밸브 특성을 구성하거나 적어도 밸브 특성의 일부를 구성할 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제1 함수는 파라미터 a가 0.1 내지 0.8 사이, 보다 바람직하기로는 0.2 내지 0.6 사이 또는 더 바람직하기로는 0.2 내지 0.4 사이 또는 대략 0.23-0.29인 EQM 함수이다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제1 함수는 파라미터 a가 0.27이거나 대략 0.27인 EQM 함수이다.

이에 따라, 폐쇄 부재가 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이의 임의의 위치로 동일한 크기와 동일한 방향으로 2번 후속하여 위치를 변경하면, 유동-관통 섹션(들)의 단면적이 2번 다르게 변화하고, 이에 따라 유동-관통 섹션(들)을 통한 유체 유동이 2번 변화하게 된다. 유동-관통 섹션(들)(및 유체 유동) 단면적의 후속되는 2번의 다른 변경은 제1 함수 즉 제1 밸브 특성 함수에 따르게 된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 폐쇄 부재는 밸브 로드에 연결되어 있는 밸브 플러그이고, 상기 폐쇄 부재 수용부는 상기 밸브 플러그를 수용하기에 적합하며, 상기 밸브 플러그가 상기 폐쇄 장치를 통해 유체가 유동하지 못하게 하거나 누출 유체만이 유동하게 하기 위해 상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 플러그와 밀봉식으로 접촉하기에 적합한 밸브 시트이다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 제1 밸브 특성 함수와 상기 제2 밸브 특성 함수가 밸브 플러그 및/또는 밸브 시트에 의해 규정되거나 상기 제1 밸브 특성 함수와 상기 제2 밸브 특성 함수의 적어도 일부가 밸브 플러그 및/또는 밸브 시트에 의해 규정된다.

이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화 그리고 이에 따라 챔버를 통한 유체 유동의 변화가, 밸브 플러그의 위치 그리고 위치 변경에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수 및/또는 제2 밸브 특성 함수에 따라서 변하도록 상기 밸브 플러그의 형상이 형성된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화 그리고 이에 따라 챔버를 통한 유체 유동의 변화가, 밸브 플러그의 위치 그리고 위치 변경에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수 및/또는 제2 밸브 특성 함수에 따라서 변하도록 상기 밸브 시트의 형상이 형성된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화 그리고 이에 따라 챔버를 통한 유체 유동의 변화가, 밸브 플러그의 위치 그리고 위치 변경에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수 및/또는 제2 밸브 특성 함수에 따라서 변하도록 상기 밸브 플러그 및 상기 밸브 시트의 형상이 함께 형성된다.

폐쇄 상태에서, 밸브 플러그 및 밸브 시트는 챔버를 통해 유체가 흐르지 못하도록 밀봉 접촉할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 예를 들면, 밸브 플러그 및/또는 밸브 시트가 연질 소재로 제작된 경우, 밸브 플러그 및 밸브 시트의 밀봉 특성이 이러한 목적을 달성하기에 충분하기 때문에 밸브 플러그를 통해 유체가 누설되어 흐르지 않을 수 있다. 그러나 밸브 플러그 및 밸브 시트가 경질 소재로 제작된 경우에는, 예컨대 밸브 플러그 및 밸브 시트 모두가 금속으로 제작된 경우에는 밸브 플러그를 지나 챔버를 관통하는 누출 유동이 존재할 수 있다. 예를 들면, 누출 유동은 최대 유동 또는 설계 유동의 0.1% 이내인 것으로 정의될 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 밸브 플러그는 상기 챔버의 적어도 일부 내에서 가이드되도록 배치되어 있고, 상기 밸브 플러그는 상기 유동-관통 섹션을 통과하는 유체 유동을 제어하도록 배치되어 있는 제어부를 포함한다.

이에 따라 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제어부는 유체 입구로부터 흐르는 유체 유동과 제일 먼저 만나도록 배치되어 있는 밸브 플러그 부분이다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제어부는 밸브에서 상류로 가장 멀리 배치되어 있는 밸브 플러그 부분이다. 이에 따라, 제어부는 예컨대 밸브 플러그 저면과 같은 평탄한 부분일 수 있다.

이에 따라 적어도 제어부 중 일부분은 폐쇄 장치가 폐쇄되어 있는 상태에서 밸브 시트와 정합되게 마련될 수 있다.

밸브 플러그의 각 위치에서 전술한 거리 X는 예를 들면 밸브 플러그 제어부로부터 밸브 시트를 향하는 최단 거리일 수 있다(예를 들어 본 출원의 아래에서 정의되어 있는 바와 같이 z-방향으로).

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 챔버는 근위 챔버면과 상기 근위 챔버면 반대편의 원위 챔버면을 포함하고, 상기 폐쇄 부재 수용 수단은 적어도 일부분이 상기 챔버 내에 배치되며, 근위부와 적어도 두 개의 원위부를 포함하는 밸브 인서트를 추가로 포함하고, 상기 밸브 플러그는 상기 밸브 인서트의 적어도 일부를 통해 안내되기에 적합하며,

원위부들이 서로에 대해 이동할 수 있도록 하기 위해, 상기 밸브 인서트의 상기 원위부들 중 적어도 하나는 상기 근위부에 대해 탄성적으로 배치된다.

이에 따라, 적어도 두 원위부들의 상대 이동은 적어도 부분적으로 밸브 내에서 내부 부품들의 제조 공장을 보상할 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 원위부들은 적어도 부분적으로 밸브 플러그를 둘러싸도록 배치된다.

이에 의해, 원위부들이 서로에 대해 이동할 수 있으며, 이에 따라 밸브 플러그의 커진 크기에 적합해지기 때문에, 밸브는 설계된 크기보다 크게 제작된 밸브 플러그에 대해 덜 민감해진다.

이에 대응하여, 밸브 플러그가 설계된 크기보다 작게 제작된 경우에는, 원위부들이 서로에 대해 움직일 수 있으며, 이에 따라 더 작아진 크기의 밸브 플러그에 적합해진다. 이에 따라, 다시 말하면, 원위부들은 밸브 플러그의 제조 공차를 보상한다. 또한, 일부 실시형태들에 따르면, 밸브 인서트는 챔버 크기의 제조 공차를 보상한다.

탄성적으로 배치되어 있는 적어도 하나의 원위부는 근위부에 대해 탄성적으로 배치된다는 점에 주목해야 한다. 이에 따라, 탄성적으로 배치되어 있는 적어도 하나의 원위부는 근위부에 대해 이동할 수 있으며, 이에 의해 근위부에 대해 탄성적으로 배치되어 있을 수도 있고, 탄성적으로 배치되어 있지 않을 수도 있는 다른 원위부(들)에 대해 이동할 수 있다.

원통형 좌표계(ρ, φ, z)에서, 밸브 인서트는 원주 방향 φ(각 좌표의 각도 방향에 대응하는 방향 φ)로의 연장부, 반경 방향 ρ에서의 연장부 및 높이 z를 따르는 z-방향에 대응하는 원주 방향 φ와 반경 방향 ρ 모두와 직교하는 방향으로의 연장부를 구비한다.

밸브 시트는 예를 들어 원위 밸브면 내에 포함될 수 있는 것과 같이 유체 입구 하류의 밸브 바디 내에 포함될 수 있다. 또는 밸브 시트는 예컨대 밸브 인서트 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 적어도 2개의 원위부들이 적어도 부분적으로 상기 밸브 시트를 형성하거나 상기 밸브 시트 내에 포함되어 있을 수 있다.

각 원위부는 원 방향으로의 갭과 연관되는 것이 바람직하다는 점에 주목해야 한다. 이에 따라, 밸브 인서트가 적어도 2개의 원위부들을 포함하고 있기 때문에, 적어도 두 개의 갭이 적어도 두 개의 원위부들을 분리시키는 것이 바람직하다. 예를 들어 3개의 원위부들과 같이 더 많은 원위부들을 구비하는 실시형태에 있어서, 3개의 원위부들은 3개의 갭에 의해 분리되는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 원위부들 각각은 상기 밸브 인서트의 원주 방향으로 높이가 가변인 특성 제어부를 포함한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 각각의 특성 제어부들은 원위부들을 분리시키는 각 갭에 인접하는 말단 서브-부분들로부터 원위부들의 각 연결 레그까지의 높이가 변한다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 각각의 특성 제어부들은 말단 서브-부분(각 특성 제어부의 높이가 가장 낮은 곳)에서부터 원위부들의 각 연결 레그를 향해 곡선으로 되어 있다. 곡선은 예를 들면 말단 서브-부분 근방에서 예리할 수 있으며, 각 연결 레그를 향해서는 상대적으로 더 평탄할 수 있다. 곡선 형상은 예를 들면 최종 밸브 특성이 유체가 특성 제어부를 통과하여 흐를 때 EQM-형이 되도록 형성될 수 있다. 또는 곡선은 로그함수-형상으로 기술될 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 원위부 각각의 특성 제어부의 z-방향으로의 연장부는 원주 방향으로 적어도 일부분이 연속적으로 변화한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 특성 제어부들은 적어도 일부분이 제1 함수에 의해 밸브 특성을 규정한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 특성 제어부는 제1 특성 제어부이고, 상기 원위부들 각각은 스텝으로 형성된 제2 특성 제어부를 포함한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제2 특성 제어부 각각은 각 제1 특성 제어부(각 제2 특성 제어부의 높이가 가장 작은 곳)로부터 원위부들의 각 연결 레그를 향해 스텝-형상 방식으로 높이가 변화한다.

다시 말하면, 원위부들 각각의 제2 특성 제어부의 z-방향 연장부는 원주 방향으로 스텝 내에서 적어도 부분적으로 변화한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제2 특성 제어부들은 적어도 일부분이 제2 함수에 의해 밸브 특성을 규정한다.

이에 따라 제1 및 제2 특허 제어부들을 포함하는 원위부들을 구비하는 밸브 인서트는 적어도 2개의 다른 밸브 특성 함수들에 의해 규정되는 밸브 특성을 구비할 가능성을 제공한다. 이에 의해, 밸브가 다른 리프트 제한(또는 리프트 제한되지 않는)으로 사용될 수 있으며, 여전히 충분히 우수한 밸브 특성을 제공한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 밸브 시트는 상기 밸브 시트의 원주 방향으로 높이가 가변인 특성 제어부를 포함한다.

전술한 바와 같이, 밸브 시트는 예컨대 원위 챔버면과 같이 밸브 바디 내에 포함될 수 있다.

이에 따라 예컨대 밸브 인서트를 구비하지 않는 실시형태들에서는 제1 특성 제어부들과 같은 특성 제어부들은 밸브 시트 내에 포함되어 있는 밸브 인서트 내에 포함될 수 있다. 밸브 시트에 포함되어 있는 특성 제어부들을 구비하는 밸브 특성과 관련된 효과 및 특징들은 밸브 인서트와 관련하여 전술한 것과 동일하거나 유사하므로, 여기서는 반복하지 않는다. 밸브 인서트의 특성 제어부들과 관련하여 언급한 실시형태들은 밸브 시트의 특성 제어부와 상당히 양립될 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 (밸브 시트의) 특성 제어부는 (밸브 시트의) 제1 특성 제어부이고, 상기 밸브 시트는 스텝으로 형성된 제2 특성 제어부를 포함한다.

다시, 밸브 시트에 포함되어 있는 제2 특성 제어부들을 구비하는 밸브 특성과 관련된 효과 및 특징들은 밸브 인서트와 관련하여 전술한 것과 동일하거나 유사하므로, 반복하여 설명하지 않는다. 밸브 인서트의 제2 특성 제어부들과 관련하여 언급한 실시형태들은 밸브 시트의 특성 제어부와 상당히 양립될 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 밸브 플러그는 제1 및/또는 제2 특성 제어부들을 포함한다. 이에 따라, 밸브 플러그는 밸브 플러그의 원주 방향으로 높이가 가변인 절개부(cut-out section)를 구비하고 및/또는 스텝으로 형성된 절개부를 구비한다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 밸브 플러그가 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에 위치하고 있을 때, 상기 밸브 플러그는 상기 제1 특성 제어부에 걸쳐 상기 밸브 인서트를 통해 그리고 상기 챔버를 통해 유체가 흐를 수 있도록 하고, 상기 밸브 플러그가 폐쇄 위치와 제2 위치 사이의 임의의 위치로 변경함에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수에 따라 상기 챔버를 통과하는 유체 유동이 변경된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 상기 밸브 플러그가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이에 위치하고 있을 때, 상기 밸브 플러그는 상기 제1 및 상기 제2 특성 제어부들에 걸쳐 상기 챔버를 통해 유체가 흐르게 하고, 상기 밸브 플러그가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치로 변경함에 따라 상기 제2 밸브 특성 함수에 따라 상기 챔버를 통과하는 유체 유동이 변경된다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 컨트롤 밸브는 컨트롤 밸브를 리프트 제한할 수 있는 리프트 제한 수단을 포함한다. 리프트 제한은 예를 들어 스크류 너트 장치를 포함할 수 있으며, 여기서 너트는 챔버 내부에 배치되어 밸브 플러그에 대한 정지부로 작용하도록 구성되어 있다. 또한, 스크류는 챔버 내에서 밸브 플러그에 대한 너트의 위치를 조절하기에 적합할 수 있다. 이에 따라, 너트의 위치를 수정함으로써 밸브 플러그를 너트에 대해 정지시키는 다른 높이(예컨대 z-방향)가 제공될 수 있다. 이에 따라, 밸브가 예컨대 유동-관통 섹션(들)의 단면적 또는 Kv-값의 40%(각 최대값에 비해)로 리프트 제한되는 경우, 스크류는 챔버 내부에서 밸브 플러그에 대한 너트의 위치가, 밸브 플러그가 유동-관통 섹션(들)의 최종 단면적 또는 Kv-값이 (리프트 제한되지 않는) 값의 40%를 상회하는 위치로 이동하지 못하도록 하는 위치가 되게 작동한다.

본 발명 사상의 적어도 제2 측면에 따르면, 밸브-액추에이터 장치가 제공된다. 밸브-액추에이터는 본 발명 사상의 제1 측면에 따르는 컨트롤 밸브를 포함하고, 액추에이터는 컨트롤 밸브의 폐쇄 장치의 이동을 제어하기에 적합하다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 액추에이터는 밸브 플러그의 이동과 같은 폐쇄 부재의 이동을 제어하기에 적합하다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 액추에이터는 폐쇄 부재(예컨대 밸브 플러그)의 이동과 같은 폐쇄 장치의 이동을 액추에이터 특성에 따라 제어한다. 액추에이터 특성은 액추에이터 입력 신호(일반적으로 특정 전압)와 폐쇄 부재(예컨대 밸브 플러그)의 액추에이터 유도 위치 또는 위치 변화의 관계(relationship)에 의해 정의될 수 있다. 예를 들면, 액추에이터 특성은 액추에이터 입력 신호 u에 따른 밸브 플러그의 액추에이터 유도 리프트 h로 정의될 수 있다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 액추에이터 특성은 선형이다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 액추에이터는 컨트롤 밸브의 밸브 로드와 작동 가능하게 연결되어 있는 액추에이터 스핀들을 포함한다.

본 발명 사상의 제3 측면에 따르면, 유체 분배 시스템이 제공된다. 유체 분배 시스템은 본 발명 사상의 제1 측면에 따른 컨트롤 밸브 및/또는 본 발명 사상의 제2 측면에 따른 밸브-액추에이터 장치를 포함할 수 있다.

상기 유체 입구는 컨트롤 밸브 내로 유체를 제공/안내하도록 제공될 수 있고, 상기 유체 출구는 상기 컨트롤 밸브로부터 유체를 안내하도록 배치될 수 있음을 이해해야 한다. 컨트롤 밸브가 설치되어 있는 유체 분배 시스템에서, 유체 출구는 예컨대 유체 분배 시스템 내에서 밸브 하류에 배치되어 있는 냉방 유닛 또는 난방 유닛 같은 소모 지점에 유동학적으로 연결되는 것이 바람직하다. 이에 따라 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 유체 분배 시스템은 난방 유닛 또는 냉방 유닛을 포함한다. 또한, 밸브 상류에서 유체 입구는 유체 소스에 유동학 적으로 연결되는 것이 바람직하다. 이에 따라 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 유체 분배 시스템은 유체 소스를 포함한다.

도 1은 본 발명의 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따른 컨트롤 밸브 및 밸브-액추에이터 장치를 포함하는 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 파라미터 a 값이 다른 경우에 있어서, EQM 함수를 따른 다른 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 리프트 제한 정도가 다른 컨트롤 밸브에 있어서 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따른 밸브 플러그의 다른 위치를 보여주는 밸브의 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따른 도 4a 및 도 4b 부분을 더 상세하게 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따른 리프트 제한 정도가 다른 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 도시하는 그래프이다

도 1은 예를 들어 난방, 냉방 또는 물을 공급하는 데에 사용될 수 있는 유체 분배 시스템(1)을 도시하는 도면이다. 유체 분배 시스템(1)은 소스(10)로부터 소요 지점으로 유체를 공급하도록 설계되어 있다. 여기서 소요 지점은 냉방 유닛(20)으로 도시되어 있다(그렇지만 소요 지점은 이와는 다르게 히터 또는 물 소모 장치로 구성될 수도 있다). 이에 따라 도 1의 유체 분배 시스템(1)은 냉방 유닛(20)으로 예컨대 빌딩 내 룸을 냉방하게 구성되어 있다. 또한, 유체 분배 시스템(1)은 액추에이터(30), 그 액추에이터(30)에 의해 제어되는 컨트롤 밸브(40) 및 유체를 안내하고, 컨트롤 밸브(40)를 경유하여 소스(10)를 냉방 유닛(20)에 연결하며, 냉방 유닛(20)으로부터 유체를 다른 곳으로 운송하는 배관(50)을 포함한다.

전술한 유체 분배 시스템(1)의 컴포넌트들 및 유닛들(가능하기로는 소스(10)는 제외함)은 특정 특성 즉 두 파라미터들 사이의 관계로 설명되는 컴포넌트/유닛의 거동과 연관된다. 액추에이터는 액추에이터 입력 신호(일반적으로 특정 전압)가 밸브 내의 밸브 플러그의 위치 또는 위치 변화 같은 밸브 액추에이터의 제어에 영향을 주는 것으로 정의되는 액추에이터 특성을 구비한다. 예를 들면, 액추에이터 특성은 액추에이터 입력 신호 u에 따른 밸브 폐쇄 부재의 액추에이터 유동 위치 X(예컨대 밸브 내부에서 밸브 플러그의 유도된 리프트 h)로 정의될 수 있다. 액추에이터 특성은 도 1에서 액추에이터(30) 옆에 있는 그래프 G1 내에 지시되어 있는 바와 같이 선형일 수 있다.

이에 부응하여, 컨트롤 밸브(40)는 유동-관통 섹션(들)(Y)(이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명함)의 단면적에 따른 밸브 폐쇄 부재의 액추에이터 유동 위치 X(전술한 바와 같이, 이는 일반적으로 밸브 내부의 밸브 로드/밸브 플러그의 리프트(h)와 관련되어 있음)로 정의되는 컨트롤 밸브 특성을 구비한다. 유동-관통 섹션(들) 단면적은 서로 연관되어 있는 밸브 성능(Kv)으로 대체될 수 있다.

예컨대 회전식 밸브 또는 볼 밸브와 같이 리프팅 원리에 의해 유동-관통 섹션(들) 단면적(즉, 유동-관통 섹션(들)의 개방도)이 변하지 않는 밸브들의 경우, 밸브를 통과하는 최대 유동은 밸브 플러그를 리프팅하는 것과는 다른 원리 예컨대 폐쇄 부재를 회전시킴으로써 제한될 수 있다는 점을 숙지해야 한다.

EQM 함수는 다음과 같이 정의될 수 있다.

Y[%]=100*(100/X-1+a)

여기서, X는 최대 위치(Xmax)에 대해 백분율로 표현되는 폐쇄 부재의 위치이고, a는 함수 형상과 관련된 변수이며 Y는 유동-관통 섹션(들)의 각 최대 단면적(Ymax)에 대해 백분율로 표현되는 밸브의 유동-관통 섹션(들) 단면적이다. 유동-관통 섹션(들)의 각 최대 단면적(Ymax)은 밸브 폐쇄 부재가 제한되어 있는 상태(예컨대 리프트 제한)이거나 그렇지 않은 상태(예컨대 리프트 제한되지 않음) 중 하나일 수 있다.

도 1에서, 컨트롤 밸브 특성이 그래프 G2에 지시되어 있다.

도 2에, 파라미터 a 값이 다른 경우에 있어서, EQM 함수를 따르는 다른 밸브 특성을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도 2의 그래프에서 x-축은 정규화된 폐쇄 부재의 위치(X/Xmax)이다. 여기서, X는 폐쇄 부재의 위치이고, Xmax는 밸브가 최대로 개방되어 있는 상태 즉 최대 개방 정도로 개방되어 있는 폐쇄 부재의 위치(제한 상태 또는 제한되지 않은 상태)이다. 이와 유사하게, 도 2 그래프의 y-축은 Y/Ymax를 나타낸다. 여기서 Y는 유동-관통 섹션(들)의 단면적이고, Ymax는 밸브가 최대로 개방되어 있을 때(즉 최대 개방 정도에 있을 때, 예컨대 폐쇄 부재가 리프트 제한되어 폐쇄 부재가 제한된 상태이거나 리프트 제한되지 않음으로써 폐쇄 부재가 제한되지 않은 상태) 유동-관통 섹션(들)의 단면적이다. 도 2에서, 짧은 선과 점으로 표기되어 있는 곡선은 EQM 함수로 정의되는 곡선으로 파라미터 a=0.2이고, 점선 곡선은 EQM 함수로 정의되는 곡선으로 파라미터 a=0.3이며, 실선 곡선은 EQM 함수로 정의되는 곡선으로 파라미터 a=0.25이다. 제어 측면에서 보면, 컨트롤 밸브의 밸브 특성이 a=0.2 및 a=0.3인 곡선 내에 위치하는 것이 바람직하다. 그러나 밸브 특성이 a=0.2인 곡선과 파라미터 a=0.4인 EQM 함수에 대응하는 곡선 사이에 있거나 또는 이들 두 곡선에 적어도 근접하면 일반적으로 용인된다.

도 1을 참고하면, 다른 컴포넌트들/유닛들 내 그리고 예컨대 소스(1)와 컨트롤 밸브(40)를 연결하고 컨트롤 밸브(40)와 냉방 유닛(20)을 연결하는 배관(50) 내에서의 유체 유동은 유체 분배 시스템(1)의 파트-로드 작동에서 유래되는 압력 차이에 따라 달라진다. 유체 분배 시스템(1) 내에서 이러한 유체 유동의 거동은 컨트롤 밸브 내 유동-관통 섹션(들)의 단면적 또는 밸브 성능(Kv)에 따른 유체 유동(q)으로 정의되는 순환수식 배관 특성으로 설명될 수 있다. 순환수식 배관 특성은 도 1의 그래프 G3에 도시되어 있는 바와 같이 약간 곡선으로 되어 있다.

또한, 냉방 유닛(20)은 유체 유동(q)에 따른 출력 효과(P)로 정의되는 냉방 유닛 특성을 구비한다. 냉방 유닛 특성은 도 1의 냉방 유닛(20) 옆에 도시되어 있는 그래프 G4에 지시되어 있는 바와 같이 로그-형태 함수 같은 곡선 함수일 수 있다.

전술한 바와 같이, 유체 분배 시스템(1)이 냉방이 아닌 난방용인 경우라면, 냉방 유닛(20)은 난방 유닛 특성을 구비하는 난방 유닛을 대체될 것이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 유체 분배 시스템(1)의 총괄적/전반적 거동을 총괄적인 회로 특성으로 기술하기 위해, 4개의 그래프 G1 내지 G4에 도시되어 있는 유체 분배 시스템(1)의 컴포넌트들/유닛들의 거동은 하나의 총괄적인 그래프 GG 내로 함께 부가될 수 있다. 이에 따라, 총괄적인 그래프 GG의 총괄적인 회로 특성은 액추에이터 입력 신호(u)에 따른 냉방 유닛(20)의 출력 효과(P)로 정의된다.

각각의 특성을 구비하는 유체 분배 시스템(1) 컴포넌트들/유닛들의 거동과 관련된 전술한 논의는 유체 분배 시스템(1) 내에서 일어나는 물리적 현상을 단순화시켜 설명하기 위한 것임에 주목해야 한다. 일반적으로, 각 컴포넌트들/유닛들의 특성은 종종 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 정확하지 않으므로, 여기에서의 논의는 단순화된 이론적 설명으로 간주될 수 있다.

그러나, 전술한 유체 분배 시스템(1)의 단순화된/이론적 논의와 사실/실제 거동 사이에 차이가 있음에도 불구하고, 본 발명 사상의 목적은 총괄적인 그래프 GG에 지시되어 있는 바와 같이 선형 총괄적 회로 특성을 달성하거나 혹은 적어도 그에 근접하는 것이다. 이에 따라 선형 총괄적 회로 특성을 달성하도록 각 특성을 수정하기 위해, 유체 분배 시스템(1)의 컴포넌트들/유닛들은 변경되거나 수정될 수 있다. 그러나 유체 분배 시스템(1)의 다양한 컴포넌트들/유닛들의 변경 또는 수정( 및 이에 따라 컴포넌트들/유닛들의 각 특성의 변경 또는 수정)의 용이성은 변할 수 있다. 예를 들면, 유체 분배 시스템(1)을 예컨대 빌딩 내에 설치 또는 셋업할 때, 일반적으로 냉방 수요에 따라 냉방 유닛(20)이 선택되며, 냉방 유닛 특성은 일반적으로 그 냉방 수요에 기초하며, 쉽게 변경되거나 수정되지 않는다.

또한, 선형의 총괄적 회로 특성을 달성할 목적으로, 선형 액추에이터 특성으로부터 액추에이터(30)를 능동적으로 변경 또는 수정하지 않을 이유들이 있을 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(30)는 일반적으로 (적어도 어느 정도는) 단계적으로 작동하기 때문에, 비-선형 액추에이터 특성은 선형 액추에이터 특성에 비해 상대적으로 무반응 특성일 수 있다. 이러한 효과는 리프트 제한을 받는 컨트롤 밸브(40)를 제어하는 액추에이터(30)에 있어서 더 표명될 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 위에 정의되어 있는 액추에이터 특성은 선형이다.

이에 따라, 적어도 전술한 이유로 그리고 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따라, 컨트롤 밸브를 선형의 총괄 특성을 달성하기에 적합한 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브로 변형된다. 선형의 총괄 특성을 구비함으로써, 특성의 상대적으로 가파른 슬로프가 방지되고, 예컨대 컨트롤 밸브를 파트-로드 작동에 적합하게 조절할 때 시스템의 불안정성 위험이 줄어든다.

많은 설비에서, 컨트롤 밸브는 설치되는 시스템의 사양에 적합하고 이에 따라 컨트롤 밸브를 통과하는 최대 유체 유동이 제한된다. 리프팅 원리로 개방도가 변경되는 밸브(예를 들어 밸브 플러그와 밸브 시트를 구비하는 밸브)의 경우, 컨트롤 밸브는 일반적으로 리프트 제한(lift limitation)을 받을 수 있다. 이에 따라, 밸브 로드의 이동 및 그에 상응하는 밸브 플러그의 밸브 시트로부터의 최대 거리가 제한된다. 리프트 제한은 예컨대 최대 유동-관통 섹션(들) 단면적의 40%로 되게 밸브 로드의 최대 제한 리프트를 나타내는 40%(또는 최대 Kv-값의 40%)로 설정될 수 있다. 즉, 밸브 로드는 0% 개방도에 대응되는 위치(즉 밸브 플러그가 밸브 시트에 안착되어 있는 폐쇄 위치)로부터 최대 개방도의 40%에 대응되는 위치까지만 이동할 수 있다. 예를 들어 회전식 밸브 또는 볼 밸브와 같이 다른 유형의 밸브의 경우, 유동-관통 섹션(들) 또는 밸브를 통과하는 유동의 최대 단면적은 다른 수단 예컨대 폐쇄 부재를 얼마만큼 회전시키는 지에 따라 제한될 수 있다.

도 3에, 리프트 제한 정도가 다른 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 리프트 제한을 받지 않는 컨트롤 밸브의 밸브 특성은 파라미터 a=0.2로 EQM 함수를 따를 때이다. 이중 점선 곡선(100% EQM a=0.2)은 리프트 제한되지 않은 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 나타내고, 파선(40% EQM a=0.2)은 전술한 바와 같이 최댓값의 40%로 되게 리프트 제한되는 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 나타내며, 제1 점선(20% EQM a=0.2)은 최댓값의 20%로 되게 리프트 제한되는 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 나타낸다. 그래프의 도시를 좀 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해, x-축은 정규화된 폐쇄 부재의 위치(X/Xmax)에 관한 것으로, X는 폐쇄 부재의 위치이고, Xmax는 최대로 개방된 밸브(제한되거나 제한되지 않은) 즉 최대 개방도에 대응하는 폐쇄 부재의 위치이다(X/Xmax는 전술한 바와 같이, h/hmax로 대체될 수 있는데, h는 가변 리프트이고, hmax는 리프트 제한이 될 수 있는 밸브 플러그를 구비하는 밸브에 있어서 컨트롤 밸브 최대 리프트임). 즉, 도 3의 그래프에서 x-축은 X/Xmax를 나타낸다. 여기서, X는 가변 리프트 h를 나타낼 수 있고, Xmax는 (파선 및 제1 파선 곡선의 경우) 리프트가 최대로 제한된 경우이거나 (이중 점선 곡선의 경우) 최대로 리프트된, 컨트롤 밸브의 최대 리프트 hmax일 수 있다. 이와 유사하게, 도 3 그래프에서 y-축은 Y/Ymax를 나타낸다. 여기서, Y는 유동-관통 섹션(들)의 단면적이고, Ymax는 밸브가 최대로 개방되었을 때 유동-관통 섹션(들)의 단면적이다(즉, 각각이 최대 개방도일 때, 리프트가 제한되어서 폐쇄 부재가 제한되는 경우의 밸브 또는 폐쇄 부재가 제한되지 않아서 예컨대 리프트가 제한되지 않는 밸브 중 어느 하나임). 이와 유사하게, Y/Ymax는 Kv/Kvmax로 대체될 수 있다. 여기서, Kv는 밸브 성능이고, Kvmax는 각 최대 밸브 성능이다.

또한, 도 3 그래프에서 밸브 특성은 소망하는 이론적 제한인 파형 점선 곡선(EQM a=02.)과 제2 점선 곡선(EQM a=0.4)으로 표기되어 있는 곡선에 위치하는 바람직하다. 파형 점선 곡선은 파라미터 a=0.2인 EQM 함수를 따르고, 제2 점선 곡선은 파라미터 a=0.4인 EQM 함수를 따른다. 바람직하기로는, 예를 들어 밸브가 닫힘 상태에 가까울 때, 컨트롤 밸브의 관리 가능한 제어의 경우, 밸브 특성은 파형 점선 곡선과 제2 점선 곡선 사이에 위치하거나 또는 적어도 파형 점선 곡선과 제2 점선 곡선에 근접하여 위치해야 한다. 도 3에서, 실선 곡선(EQM a=0.25)은 파라미터 a=0.25인 EQM 함수를 따른다.

도 3에 도시되어 있듯이, 20% 리프트 제한된 컨트롤 밸브를 나타내는 밸브 특성은 제2 점선 곡선의 바람직하지 않은 측 위에 (멀리) 있다. 이에 따라, 리프트 제한이 20%인, 파라미터 a=0.2인 EQM 함수 거동을 따른 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브의 경우, 제어 작동 측면에서 볼 때 밸브 특성이 바람직하지 않다.

본 발명 사상의 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 전술한 문제들은 적어도 2개의 다른 밸브 특성 함수를 제공하는 방식으로 설계된 폐쇄 장치를 구비하는 컨트롤 밸브를 제공함으로써 적어도 부분적으로 해결된다. 도 4a 및 도 4b에, 적어도 두 개의 다른 밸브 특성 함수를 구비하는 밸브(201)의 예시적 실시형태가 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b의 밸브(201)와 도 5a 및 도 5b의 밸브 파트를 참고하여 본 발명 사상을 설명한다. 여기서, 1차적으로는 구조에 주목해야 하고, 2차적으로는 기능 그리고 2개의 다른 밸브 특성 함수에 주목해야 한다.

도 4a 및 도 4b의 밸브(201)는 밸브 바디(222), 그 밸브 바디(222) 내부에 배치되는 챔버(230), 챔버(230)에 유체를 제공하기 위한 유체 입구(224) 및 챔버(230)로부터 유체를 받아들이기 위한 유체 출구(226)를 포함한다. 이에 따라, 밸브(201)는, 사용할 때에 그리고 (도 1에 도시되어 있는 바와 같은) 유체 분배 시스템에 정확하게 설치되어 있을 때 유체 입구(224)에서부터 챔버(230)를 경유하여 유체 출구(226)로 메인 유체 유동 같은 유체 유동을 제공하게 구성된다.

도 4a 및 도 4b의 챔버(230)는 근위 챔버면(232)과 원위 챔버면(234)을 포함한다. 원위 챔버면(234)은 근위 챔버면(232) 반대편에 배치되어 있다. 원위 챔버면(234)과 근위 챔버면(232)은 밸브 바디(222)에 포함되거나 및/또는 밸브(201)의 다른 내부 파트에 포함될 수 있음을 이해해야 한다.

또한, 밸브(201)는 폐쇄 장치(240)를 포함한다. 폐쇄 장치(240)는 챔버(230)를 통해 유체가 전혀 흐르지 않거나 흐르더라도 일부 누출 유동만이 흐르는 폐쇄 상태, 상기 챔버(230)를 통해 유체가 유동할 수 있는 제1 개방 상태 및 폐쇄 장치(240)가 제1 개방 상태에 있을 때보다 더 작은 양의 유체가 챔버(230)를 통해 흐를 수 있는 적어도 하나의 제2 개방 상태를 구비한다. 폐쇄 장치(240)는 밸브 로드(242)에 부착되어 있는 밸브 플러그 형태의 폐쇄 부재(244)와, 밸브 시트(246) 형태의 폐쇄 부재 수용부(246)를 포함하는 폐쇄 부재 수용 수단 및 밸브 인서트(250)를 포함한다. 밸브 인서트(250)는 완전히 혹은 거의 완전하게 챔버(230) 내에 배치되어 있다. 밸브 로드(242)는 적어도 일부분이 챔버(230) 내에 배치되어 있고, 또한 적어도 일부분은 챔버(230) 외부에도 배치되어 있으며, 근위 챔버면(232)에서 연장하는 평면을 통해 챔버(230) 안쪽으로 연장하고 있다. 밸브 플러그(244)는 밸브 로드(242)의 말단 부분에 연결되어 있고, 밸브 로드(242)와 밸브 플러그(244)는 챔버(230) 내부에서 밸브 시트(246)를 향하는 방향과 밸브 시트(246)에서 멀어지는 방향으로 이동하기에 적합하다. 밸브 플러그(244)는 또한 밸브 인서트(250) 내부에서 이동하기에도 적합하다. 즉, 밸브 인서트(250)는 적어도 부분적으로 밸브 플러그(244)를 안내하기에 적합하다.

폐쇄 장치(240)는 챔버(230)를 통과하는 유체 유동을 제어하기에 적합하다. 이에 의해, 밸브 인서트(250)는, 유체가 유체 입구(224)에서부터 밸브 인서트(250)를 경유하여 유체 출구(226)로 유동할 수 있도록 챔버(230) 내에 배치되어 있다. 이에 따라, 밸브 인서트(250) 내부의 밸브 플러그(244) 위치는 적어도 부분적으로 유체 입구(224)에서부터 유체 출구(226)로의 흐름을 결정한다. 이에 대해서는 아래에서 더 설명한다.

밸브 시트(246)는 밸브 바디(222) 부분 내에 포함되는 것이 바람직할 수 있으며, 밸브 인서트(250)의 안쪽에서 반경 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 도 4a 및 도 4b로부터 알 수 있듯이, 밸브 시트(246)는 원위 챔버면(234)에 배치될 수 있다. 밸브(201)가 닫힌 상태에서, 밸브 플러그(244)는 밸브 시트(246)와 접촉하고 있는 폐쇄 위치로 배치된다.

이하에서, 2개의 다른 측면에서 도 4a 및 도 4b의 밸브 인서트(250)를 확대하여 나타내는 도 5a 및 도 5b를 참고하여 4a 및 도 4b의 밸브 인서트(250)를 상세하게 설명한다. 밸브 인서트(250)는 근위부(252), 제1 원위부(254)와 제2 원위부(255)인 2개의 원위부(254, 255) 및 2개의 연결 레그(264, 265)를 포함한다. 각 연결 레그(264, 265)는 원위부(254, 255) 중 하나를 근위부(252)에 연결한다. 그러나, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 밸브 인서트(250)는 3개의 원위부를 포함하거나 4개 심지어는 그 이상의 원위부를 포함할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에서, 2개의 원위부(254, 255)는 서로 유사하거나 동일하지만, 근위부(252)와 관련해서는 서로 다른 위치로 배치되어 있다. 그러나, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 원위부(254, 255) 중 적어도 하나는 다른 원위부(254, 255) 중 적어도 하나와는 다르다.

원통형 좌표계(ρ, φ, z)에서, 밸브 인서트(250)는 원주 방향 φ(각 좌표 φ의 각도 방향에 대응하는 방향)로의 연장부, 반경 방향 ρ에서의 연장부 및 높이 z를 따르는 z-방향에 대응하는 원주 방향 φ와 반경 방향 ρ 모두와 직교하는 방향으로의 연장부를 구비한다.

각각의 원위부(254, 255)는 원주 방향 φ로의 메인 연장부, z-방향으로의 연장부(원위부(254, 255) 각각의 높이에 대응), 및 반경 방향으로의 연장부(원위부(254, 255) 각각의 두께에 대응)를 구비한다. 도 5a 및 도 5b에서 원위부(254, 255) 각각의 높이는 가변적이다. 또한, 원위부(254, 255) 각각이 원위 챔버면(234)을 향하는 각 면 위에서 경사져 있기 때문에, 원위부(254, 255) 각각의 높이는 가변적이다. 원위부(254, 255) 각각은 원주방향 세그먼트로 배치되거나, 원위부(254, 255) 중 하나가 각각 작은 갭(274, 275)만큼 다른 원위부(254, 255)로부터 이격되어 있는 링-형 세그먼트로 배치되어 있다. 또는, 2개의 원위부(254, 255)는 서로 접촉하고 있다.

도 5a 및 도 5b에서 근위부(252)는 원주 방향 φ로의 메인 연장부, z-방향으로의 연장부(근위부(252)의 높이에 대응), 및 반경 방향으로의 연장부(근위부(252)의 두께에 대응)를 구비한다. 도 5a 및 도 5b에서 근위부(252)는 링-형상으로 세그먼트가 아니다. 즉 근위부(252)는 원주 방향으로 연속되어 있다.

전술한 바와 같이, 원위부(254, 255) 각각은 각 연결 레그(264, 265)에 의해 근위부(252)에 연결되어 있다. 이에 따라, 제1 연결 레그(264)는 근위부(252)를 제1 원위부(254)에 연결하고, 제2 연결 레그(265)는 근위부(252)를 제2 원위부(255)에 연결한다. 연결 레그(264, 265) 각각은 각 원위부(254, 255) 중앙에 연결되어 있다. 또한, 원위부(254, 255) 각각은, 원위부(254, 255) 각각이 각 연결 레그(264, 265)에 연결되어 있는 섹션을 따라 대칭이다.

도 4a 및 도 4 그리고 도 5a 및 도 5b에서, 밸브(201)는 근위 챔버면(232)과 밸브 인서트(250)의 근위부(252) 사이에 배치되어 있는 스프링(260)을 추가로 포함한다.

원위부(254, 255) 중 적어도 하나는 탄성적으로 배치되어서 서로에 대해 이동할 수 있다. 밸브 인서트(250)의 경우, 원위부(254, 255) 각각이 반경 방향으로 움직일 수 있다. 예를 들면, 제1 원위부(254)가 밸브 인서트(250) 중심선을 향해 반경 방향으로 이동하면, 갭(274, 275)이 감소되거나 제거될 수 있으며, 제1 원위부(254)는 이동하기 전에 비해 제2 원위부(255)에 근접 배치된다. 이와 유사한 방식으로, 제2 원위부(255)가 밸브 인서트(250) 중심선을 향해 반경 방향으로 이동할 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 원위부(254, 255) 중 적어도 하나만이 다른 원위부(254, 255)에 대해 이동할 수 있는 한은, 원위부(254, 255) 모두가 반경 방향으로 이동할 필요는 없다. 이에 부가하여 및/또는 이에 대한 대안으로, 원위부(254, 255) 중 적어도 하나는 밸브 인서트(250) 중심선으로부터 멀어지게 반경 방향을 따라 이동할 수 있으며, 그렇게 움직이면 갭(274, 275)이 커지고 다른 원위부(254, 255)로부터의 거리가 증가한다.

원위부(254, 255)들은 다른 수단에 의해 서로에 대해 탄성적으로 배치될 수도 있음에 주목해야 한다. 도 4a 및 도 4 그리고 도 5a 및 도 5b에서, 원위부(254, 255)들은 갭(274, 275)만큼 원위부(254, 255)를 통해 연장하는 적어도 ρ, φ-평면에서 서로가 이격 배치되어 있기 때문에, 원위부(254, 255)들은 서로에 대해 이동할 수 있다. 또한, 연결 레그들(264, 265) 구성에 의해 각 원위부(254, 255)들이 이동할 수 있다. 이에 따라, 밸브 인서트(250)는 약간 탄성이 있는 재료 예컨대 플라스틱 또는 고무 또는 이와 유사한 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 그러나 밸브 인서트(250) 전체가 어느 정도 탄성이 있는 재료로 제작될 필요는 없으며, 밸브 인서트(250)의 일부 또는 부분은 단단한 비-탄성 재료로 제작될 수 있다. 예를 들면, 연결 레그들(264, 265) 중 적어도 하나가 약간 틸팅될 수 있도록 근위부(252)에 연결되어 있거나 및/또는 연결 레그들(264, 265) 중 적어도 하나가 탄성적으로 원위부(254, 255)들 각각에 연결되어 있어서, 원위부(254, 255)들이 서로에 대해 이동할 수 있는 한, 원위부(254, 255)들 중 적어도 하나를 원위부(254, 255)들 중 다른 하나에 대해 이동시키려는 목적은 달성하게 된다. 이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 근위부(252)에 연결되어 있는 연결 레그들(264, 265) 중 적어도 하나의 적어도 일부분은 탄성을 허용하는 재료로 제작되거나 또는 연결 레그들(264, 265) 중 적어도 하나가 근위부(252) 및/또는 각 원위부(254, 255)에 힌지 방식으로 연결된다.

원위부(254, 255)가 갭(274, 275)만큼 이격될 필요가 있지만, 연결 수단이 적어도 두 개의 원위부(254, 255) 사이에서 예컨대 탄성 연결 수단에 의해 상대 이동할 수 있도록 하는 범위에서는, 원위부(254, 255)가 또한 이러한 연결 수단에 의해 서로가 연결될 수도 있음을 이해해야 한다. 탄성 연결 수단은 각 원위부(254, 255)와 단편으로 제작되거나 및/또는 각 원위부(254, 255) 전부가 원위부(254, 255)가 서로에 대해 이동할 수 있도록 하는 탄성 재료로 제작될 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 원위부(254, 255)들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 원위부(254, 255)가 다른 원위부(254, 255)에 대해 이동할 수 있게 하는 탄성 소재로 제작된다.

이하에서 밸브 인서트(250)의 기능을 상세하게 설명한다. 원위부(254, 255)가 밸브 인서트(250) 내에 탄성적으로 배치되어 있기 때문에, 원위부(254, 255)는 서로에 대해 이동할 수 있다. 이에 따라, 제1 상태에서, 원위부(254, 255)는 서로를 향해 움직일 수 있다. 제1 상태에서, 즉 원위부(254, 255) 중 적어도 하나가 다른 원위부(254, 255)에 근접하게 이동할 수 있다. 제2 상태에서는, 원위부(254, 255) 중 적어도 하나가 다른 원위부(254, 255)로부터 멀어지게 이동할 수 있다.

도 4a 및 도 4b로부터 알 수 있듯이, 밸브 인서트(250)는 스프링(260)과 원위 챔버면(234) 사이에서 스프링(260)에 의해 압박된다. 이에 따라, 스프링(260)이 근위 챔버면(232)에서 원위 챔버면(234)을 향하는 방향 즉 근위-원위 방향(예컨대 z-방향)으로 힘을 가함으로써 스프링(260)이 밸브 인서트(250) 상에 작용을 가하게 된다.

또한, 원위 챔버면(234)의 일부는 밸브 인서트(250) 좀 더 상세하게는 밸브 인서트(250)의 수용부(236)를 수용하기 위한 수용부(236)를 획정한다. 도 4a 및 도 4b로부터 알 수 있듯이, 수용부(236)는 챔버(230)에서부터 유체 입구(224)를 향해 적어도 일부분이 연장하는 방향으로 경사져 있거나 기울어져 있다. 또한, 상기 수용부(236)에 대응되게 하기 위해, 원위부(254, 255) 각각의 면(도시되어 있지 않음)을 향하는 수용부가 경사져 있다. 이에 의해, 근위-원위 방향으로 스프링(260)으로부터 밸브 인서트(250)를 향해 가해지는 힘이 수용부(236)와 면들을 향하는 경사진 수용부를 통해 반경 방향 힘으로 전달될 수 있다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 경사진 수용부(236)와 면들을 향하는 경사진 수용부는, 원위부(254, 255)들이 서로를 향해 밀리는 되는 방식으로, 스프링(260)이 밸브 인서트(250)에 작용하게 할 수 있다. 이에 의해, 원위부(254, 255)들 사이의 갭(274, 275)이 줄어들 수 있고, 매우 작아지거나 궁극적으로 갭이 없어질 수 있다.

원위 챔버면(234)의 수용부(236)에 대응하는 방식으로 밸브 시트(246)가 경사질 수 있다는 점에 주목해야 한다. 이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 수용부(236)와 밸브 시트(246)가 공통의 경사면 내에 포함된다. 그러나 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 밸브 시트(246)와 수용부(236)가, 밸브 인서트(250)의 원위부들(254, 255)에 대해 정지부로 작용할 수 있는 노브 또는 돌기에 의해 분리된다.

도 4a 및 도 4 그리고 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 밸브 플러그(244)의 크기(적어도 반경 방향으로의 밸브 플러그(244)의 크기)는 원위부들(254, 255)이 밸브 인서트(250)의 중심선을 향해 반경방향 안쪽으로 얼마만큼 이동될 수 있는지를 결정한다. 즉, 원위부들(254, 255)이 서로를 향해 밀어지는 방식으로 스프링(260)이 밸브 인서트(250)에 작용하기 때문에, 밸브 플러그(244)는 원위부들(254, 255)의 이동을 정지시키는 정지부로 작용한다. 이에 따라, 원위부들(254, 255)이 밸브 플러그(244)에 대해 압박된다. 이렇게 됨으로써, 유동이 z-방향으로 원위부들(254, 255)과 밸브 플러그(244)를 통과하고 이들을 지나 흐를 수 없거나 흐르더라도 극소량만이 흐를 수 있게 되어 유리하다. 이에 의해, 밸브 인서트(250)와 밸브 플러그(244) 사이에서 z-방향으로의 원치 않는 유체 유동이 방지되거나 적어도 감소된다.

원위부들(254, 255)이 탄성적으로 배치됨으로 인한 하나의 주된 이점은, 밸브(201)가 예컨대 밸브 시트(246)의 크기 및/또는 밸브 플러그(244)의 크기 및 치수 및/또는 밸브 인서트(250)가 배치되는 챔버(230)의 크기와 관련된 제조 공차를 더 크게 할 수 있다는 것이다. 다시 말하면, 원위부들(254, 255)이 밸브 플러그(244)를 향해 압박될 수 있게 탄성적으로 배치될 때의 이득은 밸브 플러그(244)를 좀 더 큰 제조 공차로 제작될 수 있다는 것이다. 즉, 원위부들(254, 255)이 밸브 플러그(244)에 대해 압박되기 때문에, 밸브 플러그(244)의 크기와 치수를 정밀하게 맞출 필요가 적어진다. 또한, 밸브 인서트(250)가 스프링(260)에 의해 챔버(230) 내부에서 압박되기 때문에, 밸브 인서트(250)가 챔버(230) 및/또는 밸브 시트(246)의 위치의 제조 공차를 받아들일 수 있다.

밸브 플러그(244) 및 원위부들(254, 255)의 구조는 유체가 밸브 인서트(250)를 관통하여 흐를 수 있는 유체-관통 섹션들(280, 282)을 제공한다. 여기서 밸브 인서트(250)가 2개의 원위부들(254, 255)을 포함하고 있기 때문에, 2개의 유체-관통 섹션들(280, 282)이 형성된다. 제1 유체-관통 섹션(280)은 적어도 밸브 플러그(244)의 일부분, 제1 원위부(254)의 일부분 및 제2 원위부(255)의 일부분 사이에서 연장하는 평면에 의해 획정된다. 제2 유체-관통 섹션(282)은 적어도 밸브 플러그(244)의 다른 부분, 제1 원위부(254)의　 다른 부분 및 제2 원위부(255)의 다른 부분 사이에서 연장하는 평면에 의해 획정된다. 제1 유체-관통 섹션(280)이 원위 챔버면(232)을 향해 연장하는 일 예시적 실시형태에 따르면, 제1 갭(274)이 제1 유체-관통 섹션(280) 내에 포함될 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 이와 유사하게, 제2 유체-관통 섹션(282)이 원위 챔버면(232)을 향해 연장하는 일 예시적 실시형태에 따르면, 제2 갭(275)이 제2 유체-관통 섹션(282) 내에 포함될 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다.

도 5a 및 도 5b를 참고하여 원위부들(254, 255)의 구조를 더 상세하게 설명한다. 그런 다음 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)에 대해 설명한다.

도 5a 및 도 5b에서, 2개의 원위부들(254, 255)은, 전술한 바와 같이 원위부들(254, 255)이 각 연결 레그들(264, 265)에 연결되어 있는 섹션을 따라 대칭으로 되어 있다. 제1 원위부(254)의 제1 부분(254a)은 갭(274)으로부터 연결 레그(264)를 향하는 z-방향으로 굽어져 있다. 다시 말하면, 제1 원위부(254)의 제1 부분(254a)의 높이는 변하고 있거나 혹은 연속적으로 가변이다. 예를 들면, 제1 부분(254a)은 갭(274)에 근접해서는 상대적으로 예리한 형상으로 될 수 있고, 연결 레그(264)에 근접할 때에는 상대적으로 평탄한 형상으로 될 수 있다. 제1 원위부(254)의 제1 부분(254a)에 인접하는 제2 부분(254b)은 제1 부분(254a)으로부터 연결 레그(264)를 향하는 z-방향으로 스텝(step)(254b)으로 형성되어 있다. 스텝(254)은 실질적으로 z-방향으로 연장하는 측부와, 상기 측부와 직교하며 일정 높이를 구비하는 직교부를 포함한다. 또한, 제1 원위부(254)가 대칭이기 때문에, 제1 원위부(254)는 제1 부분(254a)에 비해 연결 레그(264)의 반대측 위에 배치되어 있는 제3 부분(254c)을 포함한다. 제3 부분(254c)은 제1 부분(254a)과 거울대칭으로 제1 부분(254a)과 동일하다. 그러나 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제3 부분(254c)이 제1 부분(254a)과 약간 다르게 설계된다. 또한, 제1 원위부(254)는 제2 부분(254b)에 비해 연결 레그(264)의 반대측 위에 배치되어 있는 제4 부분(254d)을 포함한다. 제4 부분(254d)은 제2 부분(254b)과 거울대칭으로 제1 부분(254a)과 동일하다. 그러나 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제4 부분(254d)이 제2 부분(254b)과 약간 다르게 설계된다.

도 5a 및 도 5b에서, 제2 원위부(255)는 제1 원위부(254)와 동일하거나 혹은 적어도 거의 유사하다. 이에 따라, 제2 원위부(255)는 높이가 가변이고 제2 연결 레그(265)의 서로 반대편에 배치되어 있는 제1 및 제3 부분(255a, 255c)과, 스텝(255b, 255d)으로 배치되어 있으며, 제2 연결 레그(265)의 서로 반대편에 배치되어 있는 제2 및 제4 부분(255b, 255d)을 포함한다.

유체 입구(224)에서 오는 유체를 향하는 밸브 플러그(244) 부분은 밸브 플러그(244)의 제어부(245)로 호칭될 수 있음에 주목해야 한다. 유체 입구(224)에서 오는 유체를 향하는 밸브 플러그(244) 부분은 일반적으로 근위 챔버면(232) 반대쪽을 향하는 밸브 플러그(244) 부분이다.

이에 따라, 제1 유체-관통 섹션(280)은, 밸브 플러그(244)가 도 4a에서와 같이 배치되어 있는 경우에는, (밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분과 같은) 밸브 플러그(244)의 일부분, 제1 원위부(254)의 제1 부분(254a) 및 제2 원위부(255)의 제3 부분(255c)과, 밸브 플러그(244)가 도 4b에서와 같이 배치되어 있는 경우에는, (밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분과 같은) 밸브 플러그(244)의 일부분, 제1 원위부(254)의 제1 및 제2 부분(254a, 254b) 및 제2 원위부(255)의 제3 및 제4 부분(254c, 254d) 중 어느 하나에 의해 획정될 수 있다.

밸브 플러그(244)는 밸브 인서트(250) 내에서 다양한 지점에 위치할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 폐쇄된 상태에서, 밸브 플러그(244)는, 밸브 플러그(244)가 밸브 시트(246)에 대해 안착되어 있으며, 밸브 인서트(250)를 경유하여 챔버(230)를 통해 유체가 흐를 수 없는 흐르더라도 일부 누설 유체만이 흐를 수 있는 폐쇄 위치로 배치된다. 이에 따라, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 밸브 플러그(244)는 밸브 시트(246)와 밀봉 접촉하게 위치할 수 있다. 제1 개방 상태에서, 밸브 플러그(244)는, 밸브 플러그(244)가 밸브 시트(246)로부터 떨어져 있으며 밸브 인서트(250)를 경유하여 챔버(230)를 관통하여 유체가 흐를 수 있는 제1 개방 위치로 배치된다. 또한, 도 4a 및 4b에 도시되어 있는 밸브(201)의 경우, 밸브 플러그(244)는, 밸브 플러그(244)가 제1 개방 위치에 배치되어 있을 때보다 밸브 시트(246)로부터 덜 떨어져 있는 제2 개방 위치로 배치될 수 있다(즉 폐쇄 장치(240)가 제2 개방 상태로 있을 때).

밸브 플러그(244)의 제2 개방 위치는, 밸브 플러그(244)의 제어부(245)가 제1 원위부(254)의 제1 및 제2 부분들(254a, 254b) 사이의 교차부(290)(도 5a에 지시되어 있음)와 동일한 Z-좌표에(도 4a 및 4b 그리고 도 5a 및 5b에서 밸브 인서트(250)의 경우, 제2 원위부(255)의 제1 및 제2 부분들(255a, 255b) 사이의 교차부 및 제1 및 제2 원부들(254, 255)의 제3 및 제4 부분들(254c, 254d, 255c, 255d) 사이의 교차부와 동일한 z-좌표에) 위치할 때로 정의된다.

도 4a에서, 밸브 플러그(244)는 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에 배치되어 있다. 이에 따라, 제1 유체-관통 섹션(280)은 (밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분 같이)밸브 플러그(244)의 일부분, 제1 원위부(254)의 제1 부분(254a) 및 제2 원위부(255)의 제3 부분(254c)으로 획정되며, 유체가 제1 유체-관통 섹션(280)을 통해 흐를 수 있다. 이와 유사하지만 밸브 플러그(244)가 제1 및 제2 원위부들(254, 255) 뒤에 숨어 있기 때문에 도 4a에는 도시되어 있은 경우로, 제2 유체-관통 섹션(282)은 (밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분 같이)밸브 플러그(242)의 일부분, 제2 원위부(255)의 제1 부분(255a) 및 제1 원위부(255)의 제3 부분(254c)으로 획정되며, 유체가 제2 유체-관통 섹션(282)을 통해 흐를 수 있다. 도 5b는 제2 유체-관통 섹션(282)을 설명하고 있다.

밸브 플러그(244)가 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에 배치되어 있을 때, 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)은 적어도 부분적으로 제1 원위부(254)와 제2 원위부(255) 각각의 제1 및 제3 부분들(254a, 255c)에 의해 획정되고, 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에서 밸브 플러그(244)가 변화함에 따라 유체-관통 섹션들(280, 282)의 단면적이 변화되고, 이에 따라 제1 밸브 특성 함수에 따라 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)을 통과하는 유체 유동이 변화된다. 제1 밸브 특성 함수는 적어도 제1 및 제3 부분들(254a, 255c)에 의해 그리고 특히 제1 및 제3 부분들(254a, 255c)의 기울어진 또는 경사진 형상 즉 제1 원위부(254)와 제2 원위부(255) 각각의 제1 및 제3 부분들(254a, 255c)의 가변 높이에 의해 특징지어 진다. 이에 따라, 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에서 밸브 플러그(244)가 동일한 크기 및 동일한 방향(즉 동일한 z-방향)으로 후속하여 두 번 위치 변경함으로서, 유체-관통 섹션들(280, 282)의 단면적이 두 번 다르게 변경되고, 이에 따라 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)을 통과하는 유체 유동이 두 번 다르게 변경된다. 단면적(이에 따라 유체 유동)의 다른 변경이 후속해서 두 번 발생하는 것은 제1 밸브 특성 함수를 따른다. 이 변화는 예컨대 증가 또는 감소일 수 있다.

다시 말하면, 제1 밸브 특성 함수는 제1 함수 f1(X)=Y로 정의된다. 여기서, X는 밸브 시트(246)에 대비한 밸브 플러그(244)의 거리(바람직하기로는 밸브 플러그(244)의 제어부(245) 및 밸브 시트(246)로부터 z-방향으로의 거리)이다. X=0은 밸브 플러그(244)가 폐쇄 위치에 있음을 획정하고, Y는 유체-관통 섹션들의 단면적 즉 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)의 조합된 단면적이다.

도 4b에서, 밸브 플러그(244)는 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이에 배치되어 있다. 이에 따라, 제1 유체-관통 섹션(280)은 (밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분 같은) 밸브 플러그(244)의 일부분, 제1 원위부(254)의 제1 및 제2 부분들(254a, 254b) 및 제2 원위부(255)의 제3 및 제4 부분들(255c, 255d) 사이에서 연장하는 평면에 의해 획정되며, 유체는 제1 유체-관통 섹션(280)을 통해 흐를 수 있다. 이와 유사하지만 제1 및 제2 원위부들(254, 255) 뒤에 숨어 있어서 도 4b에 도시되어 있지 않은 경우로, 제2 유체-관통 섹션(282)은 (밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분 같은) 밸브 플러그(244)의 일부분, 제2 원위부(255)의 제1 및 제2 부분들(255a, 255b) 및 제1 원위부(254)의 제3 및 제4 부분들(254c, 254d) 사이에서 연장하는 평면에 의해 획정되며, 유체는 제2 유체-관통 섹션(282)을 통해 흐를 수 있다.

도 4b에서 제1 및 제2 유동-관통 섹션들은 적어도 제1 및 제2 원위부들(254, 255)의 제1, 제2, 제3 및 제4 부분들(254a-d, 255a-d)에 의해 획정되기 때문에, 제1 밸브 특성 함수와는 다른 제2 밸브 특성 함수에 따라, 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이에서 밸브 플러그(244)의 변동은 유동-관통 섹션들의 단면적의 변화를 야기시키고, 이에 따라 제1 및 제2 유동-관통 섹션들을 통한 유체 유동이 변화된다. 제2 밸브 특성 함수는 적어도 제1 및 제2 원위부들(254, 255) 각각의 제2 부분들(254b, 255b)과 제4 부분들(254d, 255d) 형상을 특징으로 하며, 특히 스텝 형상의 구조를 특징으로 한다. 이에 따라, 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치에서, 동일한 크기로 그리고 동일 방향으로(즉 z-방향으로) 밸브 플러그(244)를 후속하여 두 번 위치를 변경시키면 유체-관통 섹션들(280, 282)의 단면적이 두 번 동일하게(또는 실질적으로 동일하게) (밸브 플러그 이동 방향에 따라) 증가 또는 감소하며, 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)을 통과하는 유체 유동이 변경된다. 유체-관통 섹션들(280, 282)의 두 번 후속적으로 발생하는 다른 증가 또는 감소(유체 유동의 증가 또는 감소)는 제2 밸브 특성 함수를 따르게 될 것이다.

다시 말하면, 제2 밸브 특성 함수는 제1 함수 f2(X)=Y로 정의된다. 여기서, X는 밸브 시트(246)에 대비한 밸브 플러그(244)의 거리(바람직하기로는 밸브 플러그(244)의 제어부(245) 및 밸브 시트(246)로부터 z-방향으로의 거리)이다. X=0은 밸브 플러그(244)가 폐쇄 위치에 있음을 획정하고, Y는 제1 및 제2 유체-관통 섹션들(280, 282)의 조합된 단면적이다.

적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 적어도 거리 X의 대부분에서 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY는 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY와 다르다. 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY가 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY보다 크다. 예를 들면, 제1 함수 f1(X)=Y는 곡선일 수 있으며, 제2 함수 f2(X)=Y는 선형일 수 있다. 제1 함수 f1(X)=Y는 예를 들면 EQM 함수로 정의될 수 있다.

Y[%]=100*a/(100/X-1+a)

파라미터 a는 0.1 내지 0.8 사이이고, X와 Y는 위에 정의된 바와 같다.

이에 따라, 제1 및 제2 원위부들(254, 255)의 제1 및 제3 부분들(254a, 254c, 255a, 255c) 각각은 제1 특성 제어부들로 호칭될 수 있는데, 이는 이들 부분들(254a, 254c, 255a, 255c)이 적어도 부분적으로 제1 밸브 특성 함수를 정의하기 때문이다(즉 밸브 플러그(244)가 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이의 임의의 위치로 그 위치를 변경할 때). 이에 상응하게, 제1 및 제2 원위부들(254, 255)의 제2 및 제4 부분들(254b, 254d, 255b, 255d) 각각은 제2 특성 제어부들로 호칭될 수 있는데, 이는 이들 부분들(254b, 254d, 255b, 255d)이 적어도 부분적으로 제2 밸브 특성 함수를 정의하기 때문이다(즉 밸브 플러그(244)가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치로 그 위치를 변경할 때).

제1 유체-관통 섹션(280)의 단면적은 z, φ-방향 연장부를 구비하며(즉 ρ가 일정한 평면), 밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분과 제1 및 제2 원위부들(254, 255) 각각의 제1 및 제3 부분들(254a, 255c) 사이에서 연장하거나 또는 (밸브 플러그(244)의 위치에 따라) 제2 원위부(255)의 제3 및 제4 부분들(255c, 255d)과 함께 제1 원위부(254)의 제1 및 제2 부분들(254a, 254b) 사이에서 연장하는 곡선형 평면으로 기술될 수 있다(일 예시적 실시형태에 따르면, 제1 유체-관통 섹션(280)이 원위 챔버면(232)으로 연장하는 실시형태에서 제1 갭(274)이 제1 유체-관통 섹션(280)에 포함될 수 있다. 그렇지만 포함되지 않을 수도 있다. 이와 마찬가지로, 일 예시적 실시형태에 따르면, 제2 유체-관통 섹션(282)이 원위 챔버면(232)으로 연장하는 실시형태에서 제2 갭(275)이 제2 유체-관통 섹션(282)에 포함될 수 있다. 그렇지만 포함되지 않을 수도 있다). 이와 마찬가지로, 제2 유체-관통 섹션(282)의 단면적은 z, φ-방향 연장부를 구비하며(즉 ρ가 일정한 평면), 밸브 플러그(244)의 제어부(245)의 일부분과 제2 및 제1 원위부들(255, 254) 각각의 제1 및 제3 부분들(255a, 254c) 사이에서 연장하거나 또는 (밸브 플러그(244)의 위치에 따라) 제1 원위부(254)의 제3 및 제4 부분들(254c, 254d)과 함께 제2 원위부(255)의 제1 및 제2 부분들(255a, 255b) 사이에서 연장하는 곡선형 평면으로 기술될 수 있다. 이에 따라, 유체-관통 섹션들(280, 282)은 유체가 관통하여 흐르는 유동 관통 영역(280, 282)으로 호칭될 수도 있다.

도 4a 및 도 4b 그리고 도 5a 및 도 5b에서 밸브 인서트(250)는 밸브 내에 배치되되, 원위부들(254, 255)의 반경방향 안쪽으로의 유동에 의해 유체 입구(224)에서 나온 유체가 챔버(230)로 유입되고, 이어서 2개의 유체-관통 섹션들(280, 282)을 경유하여 밸브 인서트(250) 외측으로 유동하는 곳에 배치될 수 있음에 주목해야 한다. 그러나, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 도 4a 및 도 4b 그리고 도 5a 및 도 5b에서 밸브 인서트(250)는 유체가 밸브 인서트(250)의 외측에서부터 밸브 인서트(250) 안쪽으로 흐를 수 있도록 밸브 내에 설치되어 있다.

예컨대 밸브 인서트(250)가 단지 두 개의 다른 밸브 특성 함수의 기능을 제공한다면, 밸브 플러그(244)의 제1 개방 위치는 밸브 플러그(244)가 완전히 개방된 위치일 수 있다. 그러나 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 밸브 인서트(250)는 예를 들어 이웃하는 위치에 비해 더 많은 부분들의 형상을 다르게 함으로써 둘 이상의 밸브 특성 함수를 제공하도록 배치되어 있다. 이러한 경우, 밸브 플러그(244)의 제1 개방 위치는 완전히 개방된 밸브 플러그(244) 위치와 다를 수 있으며, 밸브 플러그(244)는 적어도 제3 개방 위치에 위치될 수 있다. 제3 개방 위치에서, 밸브 플러그(244)는 밸브 플러그(244)가 제1 개방 위치에 있을 때보다 더 챔버면(232)에 더 근접하게 배치될 수 있다. 밸브 플러그(244)의 제3 개방 위치는 완전히 개방된 밸브 플러그(244) 위치일 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 명확하게 말하면, 적어도 제3 개방 위치가 존재하는 실시형태에서, 제1 개방 위치는 제2 개방 위치와 제3 개방 위치 사이에 위치하게 될 것이다.

예를 들어 도 4a 및 도 4b 그리고 도 5a 및 도 5b를 참고하여 위에서 언급한 바와 같이 밸브 인서트(250)가 두 개의 밸브 특성 함수를 제공함으로써, 도 3에서 밸브 특성과 관련하여 언급한 단점들이 극복되거나 적어도 감소될 수 있다. 도 6은 두 개의 다른 밸브 특성 함수를 구비하는 컨트롤 밸브를 설명하는 그래프이다.

도 6에서, x-축은 폐쇄 부재의 위치(즉 리프트 제한에 대응)를 정규화한 것이다. 즉, x-축은 X/Xmax로 표현되는데, 여기서 X는 폐쇄 부재의 위치이고, Xmax는 완전 개방된 밸브(제한 또는 논-제한) 즉 개방도가 최대인 밸브에 대응하는 폐쇄 부재의 위치이다(제1 및 제2 파선 곡선에 대한 최대 리프트 제한 또는 제1 파선 점선 곡선에 대한 최대 가능한 리프트 중 어느 하나에 대응되게 리프트 제한될 수 있는 밸브 플러그를 구비하는 밸브의 경우). 이와 유사하게, 도 6에서, y-축은 Y/Ymax로 표현되는데, 여기서 Y는 유동-관통 섹션(들)의 단면적이고, Ymax는 밸브가 완전 개방되었을 때(즉 개방도가 최대인 밸브, 제한 또는 논-제한)에 유동-관통 섹션(들)의 단면적이다. 이와 유사하게, Y/Ymax는 Kv/Kvmax로 대체될 수 있다. 여기서, Kv는 밸브 성능이고 Kvmax는 각 최대 밸브 성능이다.

도 6에서 제1 파선 점선 곡선(100% EQM a=0.27+LIN)은 컨트롤 밸브가 리프트 제한되지 않은 밸브 특성을 나타내고, 제1 파선 곡선(40% EQM a=0.27+LIN)은 40% 리프트 제한된 동일한 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 나타내며, 제2 파선 곡선(20% EQM a=0.27+LIN)은 20% 리프트 제한된 동일한 컨트롤 밸브의 밸브 특성을 나타낸다. 또한, 도 6에는 파라미터 a=0.2인 EQM 함수로 정의되는 제2 파선 점선 곡선(EQM a=0.2), 파라미터 a=0.4인 EQM 함수로 정의되는 점선 곡선(EQM a=0.4) 및 파라미터 a=0.25인 EQM 함수로 정의되는 실선 곡선이 도시되어 있다. 밸브 특성이 실선 곡선(즉 파라미터 a=0.25인 EQM 함수에 근접하는)이 최적이다. 그러나 도 3과 관련하여 논의한 바와 같이, 컨트롤 밸브가 예컨대 리프트 제한 정도가 다른 것과 같이 폐쇄 부재의 다양한 제한 정도를 커버하는 것은 어렵다. 이에 따라 밸브 특성이 제2 파선 점선 곡선과 점선 곡선 내에 위치하거나 적어도 이들 곡선들에 인접하게 놓이는 것이 바람직하다.

그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 파선 점선 곡선은 X/Xmax의 약 70%에서 그 거동을 변경시킨다. 이에 따라 제1 파선 점선 곡선은 X/Xmax가 0 내지 약 70%인 제1 함수 f1(X)=Y에 의해 규정되는 제1 밸브 특성 함수와, 약 70% 내지 100%인 제2 함수 f2(X)=Y에 의해 규정되는 제2 밸브 특성 함수를 구비한다. 여기서, 제1 함수 f1(X)=Y는 파라미터 a=0.27인 EQM 특성에 의해 획정되고, 제2 함수 f2(X)=Y는 선형이다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 파선 점선 곡선은 바람직한 실선 곡선의 약간 아래에 있고, 제1 함수 f1(X)=Y에 의해 규정되는 제1 파선 점선 곡선 부분에서 제2 파선 점선 곡선보다는 좀 더 아래에 위치한다. 또한, 제1 파선 점선 곡선은 실선 곡선보다는 약간 위에 있지만, 제2 함수 f2(X)=Y에 의해 규정되는 제1 파선 점선 곡선 부분에서는 점선 곡선 내에 있다. 이에 따라, 제1 파선 점선 곡선에 대응되는 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브는 충분히 우수한 것으로 간주될 수 있다.

리프트 제한되지 않은 컨트롤 밸브의 밸브 특성의 제1 부분(제1 파선 점선 곡선)이 더욱 결정적으로 되기 때문에, 컨트롤 밸브가 리프트 제한(제1 파선 및 제2 파선 곡선)됨에 따라, 밸브 거동이 변경되게 된다. 이에 따라, 40% 리프트 제한된 컨트롤 밸브에 대한 밸브 특성을 나타내는 제1 파선 곡선은 바람직한 실선 곡선을 잘 따르게 된다. 이에 따라, 제1 파선 점선 곡선으로 표현되는 바와 같은 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브를 40% 리프트 제한함으로써, 수정된 밸브 특성(즉 제1 점선 곡선)은 바람직한 실선 곡선 즉 파라미터 a=0.25인 EQM 함수에 의해 획정되는 곡선에 근접하게 따르게 된다. 도 6에서 제2 파선 곡선으로 표현되어 있는 바와 같이 컨트롤 밸브가 20% 리프트 한정되어 있는 경우에는, 이렇게 수정된 밸브 특성은 점선 곡선에 가깝게 따르게 된다. 이에 따라, 제1 파선 점선 곡선(리프트 제한되지 않음)에 대응하는 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브는, 컨트롤 밸브가 40% 또는 심지어 20%로 리프트 제한되더라도 충분히 우수한 것으로 간주될 수 있다. 제1 파선 점선 곡선과 같은 밸브 특성을 갖도록 컨트롤 밸브를 리프트 제한함으로써, 리프트 제한된 밸브의 얻어지는 또는 수정된 밸브 특성은, 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 제1 밸브 특성 함수에 따라서만 작동하거나 제1 밸브 특성 함수의 일부를 따라서만 작동할 수 있다.

다시 말하면, 적어도 두 개의 다른 밸브 특성으로 규정되는 밸브 특성을 구비하는 컨트롤 밸브를 제공함으로써, 컨트롤 밸브는 리프트 제한이 다른 상태(또는 리프트 제한되지 않고)로 사용될 수 있으며, 여전히 충분히 우수한 밸브 특성을 제공한다.

본 발명 사상이 기재되어 있는 예시적 실시형태들로 한정되기 보다는 그 범위는 일반적으로 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 도 4a 및 도 4b의 밸브(201)는, 적어도 하나의 예시적 실시형태에 따르면, 유체 입구(224)의 상부에 배치되어 있는 차압 밸브 파트(도시되어 있지 않음)를 포함한다. 그러한 실시형태에서, 도 4a 및 도 4b의 밸브(201)의 폐쇄 장치(240)는 컨트롤 밸브 폐쇄 장치(240)로 호칭될 수 있다. 차압 밸브 파트는 컨트롤 밸브가 노출되어 있는 차압을 제한할 수 있다. 이에 따라, 차압 밸브 파트를 위한 작동 조건이 밸브가 설치되어 있는 유체 분배 시스템 전체에서 압력 레벨이 변동함에도 불구하고 적당한 레벨로 유지될 수 있다. 차동 밸브 파트는 별개의 밸브 바디(도시되어 있지 않음)에 포함될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 밸브는 밸브 로드와 리프트 제한되는 밸브 플러그를 포함하지 않을 수 있으며, 본 발명 사상은 에컨대 회전식 밸브 또는 볼 밸브에도 적용될 수 있다. 이러한 경우, 리프트 제한과 밸브 특성을 보여주는 위 그래프에서의 x-축은 회전식 밸브 또는 볼 밸브의 대응되는 파라미터로 대체된다.

Claims

밸브 바디, 상기 밸브 바디 내에 배치되는 챔버, 상기 챔버로 유체를 제공하기 위한 유체 입구 및 상기 챔버로부터 유체를 받아들이기 위한 유체 출구, 및 상기 유체 입구로부터 상기 챔버를 경유하여 상기 유체 출구로 흐르는 유체 유동을 제어하기 위한 폐쇄 장치를 포함하는 컨트롤 밸브로,
상기 폐쇄 장치는, 상기 챔버를 통해 유체가 유동하지 못하거나 유동하더라도 누출 유체만이 유동할 수 있는 폐쇄 상태, 상기 챔버를 통해 유체가 유동할 수 있는 제1 개방 상태, 및 상기 폐쇄 장치가 제1 개방 상태에 있는 경우에 비해 상기 챔버를 통해 더 적은 유체가 유동할 수 있는 적어도 하나의 제2 개방 상태를 구비하고,
상기 폐쇄 상태와 상기 제2 개방 상태 사이에서, 상기 폐쇄 장치는 상기 유체가 제1 밸브 특성 함수에 따라 유동할 수 있도록 구성되어 있고,
상기 제2 개방 상태와 상기 제1 개방 상태 사이에서, 상기 폐쇄 장치는 상기 유체가 상기 제1 밸브 특성 함수와 다른 제2 밸브 특성 함수에 따라 유동할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제1항에 있어서,
상기 폐쇄 장치는 폐쇄 부재와 적어도 하나의 폐쇄 부재 수용부를 구비하는 폐쇄 부재 수용 수단을 포함하고,
상기 폐쇄 부재는 상기 폐쇄 부재 수용부로부터 멀어지게 이동함으로써 유체가 통과할 수 있는 유동-관통 섹션을 제공하기에 적합하고,
상기 폐쇄 상태에서, 상기 폐쇄 부재는 상기 폐쇄 장치를 경유하여 유체가 흐르지 못하도록 하거나 또는 누출 유체만이 유동하도록 하기 위해 상기 폐쇄 부재가 상기 폐쇄 부재 수용부와 밀봉 접촉하고 있는 폐쇄 위치로 배치되어 있고, 상기 제1 개방 상태에서, 상기 폐쇄 부재는 상기 폐쇄 부재가 상기 폐쇄 부재 수용부로부터 이격되어 있는 제1 개방 위치로 배치되어 있으며, 상기 제2 개방 상태에서, 상기 폐쇄 부재는, 상기 폐쇄 부재가 제2 개방 위치에 있는 경우에 비해 상기 폐쇄 부재 수용부로부터 멀지 않게 이격되어 있는 제2 개방 위치로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제2항에 있어서,
상기 제1 밸브 특성 함수는 제1 함수 f1(X)=Y로 규정되고, 상기 제2 밸브 특성 함수는 제2 함수 f2(X)=Y로 규정되되, X는 상기 폐쇄 부재 수용부에 대비한 상기 폐쇄 부재의 위치이고, Y는 상기 유동-관통 섹션의 단면적이며, 상기 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY와 상기 제2 함수의 도함수 df2(X)/dY는 적어도 거리 X의 대부분에서 서로 다른 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제3항에 있어서,
제2 함수의 도함수 df2(X)/dY가 적어도 거리 X의 대부분에서 상기 제1 함수의 도함수 df1(X)/dY보다 큰 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제2 함수가 선형인 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 함수는 곡선으로 예를 들어 EQM 함수로 정의되는 곡선인 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제2항을 인용하는 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐쇄 부재는 밸브 로드에 연결되어 있는 밸브 플러그이고, 상기 폐쇄 부재 수용부는 상기 밸브 플러그를 수용하기에 적합하며, 상기 밸브 플러그가 상기 폐쇄 장치를 통해 유체가 유동하지 못하게 하거나 누출 유체만이 유동하게 하기 위해 상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 플러그와 밀봉식으로 접촉하기에 적합한 밸브 시트인 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항에 있어서,
상기 제1 밸브 특성 함수와 상기 제2 밸브 특성 함수는 폐쇄 장치의 형태에 의해 획정되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제8항에 있어서,
상기 밸브 플러그는 상기 챔버의 적어도 일부 내에서 가이드되도록 배치되어 있고, 상기 밸브 플러그는 상기 유동-관통 섹션을 통과하는 유체 유동을 제어하도록 배치되어 있는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버는 근위 챔버면과 상기 근위 챔버면 반대편의 원위 챔버면을 포함하고, 상기 폐쇄 부재 수용 수단은 적어도 일부분이 상기 챔버 내에 배치되며, 근위부와 적어도 두 개의 원위부를 포함하는 밸브 인서트를 추가로 포함하고, 상기 밸브 플러그는 상기 밸브 인서트의 적어도 일부를 통해 안내되기에 적합하며,
원위부들이 서로에 대해 이동할 수 있도록 하기 위해, 상기 밸브 인서트의 상기 원위부들 중 적어도 하나는 상기 근위부에 대해 탄성적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제10항에 있어서,
상기 원위부들 각각은 상기 밸브 인서트의 원주 방향으로 높이가 가변인 특성 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제11항에 있어서,
상기 특성 제어부는 제1 특성 제어부이고, 상기 원위부들 각각은 스텝으로 형성되는 제2 특성 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 시트는 상기 밸브 인서트의 원주 방향으로 높이가 가변인 특성 제어부를 포함하고, 바람직하기로는 상기 특성 제어부는 제1 특성 제어부이고, 상기 밸브 시트는 스텝으로 형성되는 제2 특성 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제3항을 인용하는 제11항, 제12항 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 플러그가 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에 위치하고 있을 때, 상기 밸브 플러그는 상기 제1 특성 제어부에 걸쳐 상기 밸브 인서트를 통해 그리고 상기 챔버를 통해 유체가 흐를 수 있도록 하고, 상기 밸브 플러그가 폐쇄 위치와 제2 위치 사이의 임의의 위치로 변경함에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수에 따라 상기 챔버를 통과하는 유체 유동이 변경되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제14항에 있어서,
상기 밸브 플러그가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이에 위치하고 있을 때, 상기 밸브 플러그는 상기 제1 및 상기 제2 특성 제어부들에 걸쳐 상기 챔버를 통해 유체가 흐르게 하고, 상기 밸브 플러그가 제2 개방 위치와 제1 개방 위치 사이의 임의의 위치로 변경함에 따라 상기 제2 밸브 특성 함수에 따라 상기 챔버를 통과하는 유체 유동이 변경되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항에 있어서,
상기 제1 밸브 특성 함수와 상기 제2 밸브 특성 함수가 밸브 플러그 및/또는 밸브 시트에 의해 규정되거나 상기 제1 밸브 특성 함수와 상기 제2 밸브 특성 함수의 적어도 일부가 밸브 플러그 및/또는 밸브 시트에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항 또는 제16항에 있어서,
유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화 그리고 이에 따라 챔버를 통한 유체 유동의 변화가, 밸브 플러그의 위치 그리고 위치 변경에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수 및/또는 제2 밸브 특성 함수에 따라서 변하도록 상기 밸브 플러그의 형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항 또는 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화 그리고 이에 따라 챔버를 통한 유체 유동의 변화가, 밸브 플러그의 위치 그리고 위치 변경에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수 및/또는 제2 밸브 특성 함수에 따라서 변하도록 상기 밸브 시트의 형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
제7항 또는 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
유동-관통 섹션(들)의 단면적 변화 그리고 이에 따라 챔버를 통한 유체 유동의 변화가, 밸브 플러그의 위치 그리고 위치 변경에 따라 상기 제1 밸브 특성 함수 및/또는 제2 밸브 특성 함수에 따라서 변하도록 상기 밸브 플러그 및 상기 밸브 시트의 형상이 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.