KR20230100691A - 비례식 플로우 제어 밸브 - Google Patents

비례식 플로우 제어 밸브 Download PDF

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KR20230100691A
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valve
thread
poppet
valve device
assembly
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KR1020220186832A
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Inventor
주니어 데이비드 엠. 소브카
시몬즈 제프리
Original Assignee
맥 밸브즈, 인크.
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Publication date
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Abstract

밸브 어셈블리 및 모터 어셈블리를 포함하는 밸브 장치가 제시된다. 상기 밸브 어셈블리는, 밸브 리테이너 몸체의 원뿔 형상 밸브 시트와 컨택하도록 구성되는 밸브 부재를 정의하는 이동가능한 포핏을 수용하는 밸브 리테이너 몸체를 포함한다. 상기 모터 어셈블리는, 상기 밸브 어셈블리를 작동시키도록 구성되는 회전가능한 샤프트를 포함한다. 상기 회전가능한 샤프트는 자신의 일 단부에 형성되는 스레드를 포함하고, 상기 스레드는 슬리브와 체결되어, 상기 밸브 어셈블리를 개방 및 폐쇄시키기 위해 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 체결되고 그리고 체결해제되도록 하는 축방향 힘을 포핏으로 전달하도록, 회전가능한 샤프트에 의한 스레드의 회전을 통해 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시킨다.

Description

비례식 플로우 제어 밸브{PROPORTIONAL FLOW CONTROL VALVE}
본 개시 내용은 비례식 플로우 제어 밸브에 관한 것이다.
본 출원은 출원번호가 63/294,240이고 출원일이 2021년 12월 28일인 미국 가출원에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 개시 내용은 여기에 참조로서 통합된다.
본 섹션은 반드시 종래 기술이지는 않은 본 개시 내용과 관련된 배경 정보를 제공한다.
비례식 제어를 이용하는 밸브들은 밸브를 통해 통과할 수 있는 유체량을 넘어 증가된 제어를 제공한다. 이것은, 예를 들어, 의료 시술 또는 치료와 같은 특정한 애플리케이션에 대하여 특정량의 유체가 요구되는 경우에 특히 중요할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 시술 또는 치료 동안 정확한 양의 유체가 제공되지 않는 경우, 시술 또는 치료의 효험은 감소될 수 있다. 정확한 양의 카보네이션을 음료에 제공하는 것, 이동성 보조 유닛으로 유체 압력 제어를 제공하는 것을 포함하는 다른 애플리케이션들 및 유체 도우징을 필요로 하는 애플리케이션들은 비례식 제어를 필요로 할 수 있다.
본 섹션은 본 개시 내용의 일반적인 요약을 제공하지만 본 개시 내용의 전체 범위 또는 특징들 모두에 대한 포괄적인 개시는 아니다.
본 개시 내용의 제 1 양상에 따르면, 밸브 장치가 제공되며, 상기 밸브 장치는 밸브 어셈블리 및 모터 어셈블리를 포함하고, 상기 밸브 어셈블리는 밸브 리테이너 몸체의 밸브 시트와 컨택하도록 구성되는 밸브 부재를 정의(define)하는 이동가능한 포핏(poppet)을 수용하는 상기 밸브 리테이너 몸체를 포함할 수 있으며, 상기 모터 어셈블리는 상기 밸브 어셈블리를 작동시키도록 구성되는 회전가능한 샤프트를 포함하며, 상기 회전가능한 샤프트는 자신의 일 단부에 형성되는 스레드를 포함하고, 상기 스레드는 슬리브와 체결되어, 상기 밸브 어셈블리를 개방 및 폐쇄시키기 위해 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 체결되고 그리고 체결해제되도록 하는 축방향 힘을 상기 포핏으로 전달하도록, 상기 회전가능한 샤프트에 의한 상기 스레드의 회전을 통해 상기 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 상기 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시킬 수 있다.
제 1 양상에 따르면, 상기 밸브 장치는 또한 상기 밸브 시트로부터 떨어지게 상기 밸브 부재를 바이어싱하기 위한 스프링 어셈블리를 포함할 수 있다.
제 1 양상에 따르면, 상기 밸브 리테이너 몸체는 제 1 입구, 제 2 입구 및 출구를 포함하고, 상기 제 1 입구는 제 1 유체와 유체 연통하도록 구성되고, 상기 제 2 입구는 제 2 유체와 유체 연통하도록 구성된다.
제 1 양상에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 유체들은 상기 밸브 어셈블리가 개방될 때 상호혼합(intermix)된다.
제 1 양상에 따르면, 상기 제 1 유체는 기체를 포함하고 상기 제 2 유체는 액체를 포함한다.
제 1 양상에 따르면, 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체는 각각 액체 또는 기체를 포함한다.
제 1 양상에 따르면, 상기 스레드는 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드의 단일 360-도 회전이 상기 밸브 어셈블리를 완전히 개방시키도록 구성된다.
제 1 양상에 따르면, 상기 밸브 장치는 또한 상기 스레드 및 상기 모터 어셈블리 사이에서 상기 회전가능한 샤프트를 둘러싸는 원통형 스페이서(spacer)를 포함할 수 있다.
제 1 양상에 따르면, 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드는 상기 슬리브의 대응하는 스레딩된 표면과 메이트(mate)되고, 상기 슬리브는 상기 원통형 스페이서와 슬라이딩되게 체결되는 원통형 익스텐션(extension)을 포함한다.
제 1 양상에 따르면, 상기 밸브 장치는 또한 상기 포핏 및 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드 사이에 있는 실링 다이어프램(sealing diaphragm)을 포함할 수 있으며, 상기 실링 다이어프램의 직경은 상기 밸브 리테이너 몸체의 직경과 실질적으로 동일하다.
본 개시 내용의 제 2 양상에 따르면, 밸브 장치가 제공되며, 상기 밸브 장치는, 밸브 시트를 정의하는 밸브 리테이너 몸체; 상기 밸브 리테이너 몸체의 상기 밸브 시트와 컨택하도록 구성되는 밸브 부재를 정의하는 이동가능한 포핏; 상기 이동가능한 포핏을 작동시키도록 구성되는 회전가능한 샤프트; 상기 회전가능한 샤프트의 일 단부에 형성되는 스레드; 상기 이동가능한 포핏 및 상기 스레드 사이에 있는 실링 다이어프램; 및 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드와 체결되는 슬리브를 포함할 수 있으며, 상기 밸브 어셈블리를 개방 및 폐쇄시키기 위해 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 체결되고 그리고 체결해제되도록 하는 축방향 힘을 상기 포핏으로 전달하도록, 상기 회전가능한 샤프트에 의한 상기 스레드의 회전은 상기 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 상기 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시킬 수 있다.
제 2 양상에 따르면, 상기 슬리브는 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드와 체결되는 내부로 스레딩된 표면을 포함한다.
제 2 양상에 따르면, 상기 슬리브는 상기 포핏과 컨택하고 상기 축방향 힘을 상기 포핏으로 전달하도록 구성되는 인접(abutment) 표면을 포함한다.
제 2 양상에 따르면, 상기 밸브 장치는 또한 상기 스레드를 포함하지 않는 상기 회전가능한 샤프트의 일 단부에서 상기 회전가능한 샤프트를 둘러싸는 원통형 스페이서를 포함할 수 있다.
제 2 양상에 따르면, 상기 슬리브는 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드와 메이트되도록 구성되는 제 1 부분 및 상기 스페이서를 따라 슬라이딩하도록 구성되는 축방향으로 연장되는 원통형 부분을 포함한다.
제 2 양상에 따르면, 상기 밸브 리테이너 몸체는 제 1 입구, 제 2 입구 및 출구를 포함하고, 상기 제 1 입구는 제 1 유체와 유체 연통하도록 구성되고, 상기 제 2 입구는 제 2 유체와 유체 연통하도록 구성된다.
제 2 양상에 따르면, 상기 제 1 입구는 상기 밸브 부재의 제 1 측면 상에 위치되고, 상기 제 2 입구는 상기 밸브 부재의 제 2 측면 상에 위치되고, 상기 출구는 상기 제 1 입구 및 상기 제 2 입구 사이에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 유체들은 상기 밸브 어셈블리가 개방될 때 상호혼합된다.
제 2 양상에 따르면, 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체는 각각 액체 또는 기체를 포함한다.
제 2 양상에 따르면, 상기 실링 다이어프램의 직경은 상기 밸브 리테이너 몸체의 직경과 실질적으로 동일하다.
제 2 양상에 따르면, 상기 밸브 장치는 또한 상기 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 상기 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시키도록 상기 회전가능한 샤프트 및 상기 회전가능한 샤프트의 상기 스레드를 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다.
적용가능성을 가지는 추가적인 영역들은 여기에서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 요약에서의 설명 및 구체적인 예들은 단지 설명하기 위한 목적으로 의도된 것이며 본 개시 내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
여기에서 설명되는 도면들은 모든 가능한 구현들이 아닌 단지 선택된 실시예들을 설명하기 위한 목적을 가지며, 본 개시 내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시 내용의 원리에 따른 제 1 비례식 제어 밸브의 단면도이다.
도 2는 본 개시 내용의 원리에 따른 제 2 비례식 제어 밸브의 단면도이다.
대응하는 참조번호들은 도면들의 여러 뷰들에 걸쳐 대응하는 부분들을 표시한다.
예시적인 실시예들이 이제 첨부되는 도면들과 관련하여 보다 완전하게 설명될 것이다. 이러한 개시 내용이 철저하도록 그리고 그 범위를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 전달하도록 이러한 예시적인 실시예들이 제공된다. 본 개시 내용의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해, 많은 특정한 세부사항들이 특정 컴포넌트들, 디바이스들 및 방법들의 예시들로서 제공된다. 특정한 세부사항들이 사용되도록 요구되지 않으며, 예시적인 실시예들이 많은 상이한 형태들로 구체화될 수 있으며, 어떠한 사항도 본 개시 내용의 범위를 제한하도록 해석되지 않아야 함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 잘-알려진 공정들, 잘-알려진 디바이스 구조들 및 잘-알려진 기술들은 세부적으로 설명되지 않는다.
여기에서 사용되는 용어는 단지 특정한 예시적인 실시예들을 설명하는 목적을 위한 것이며 제한하도록 의도된 것이 아니다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 문맥에서 명확하게 그렇지 않게 지시하지 않는한, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 또한 복수 형태를 포함하도록 의도될 수 있다. 용어들 "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "가지는(having)"은 포함한다는 의미를 가지며 그러므로 진술된 특징들, 동작들, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 열거하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
엘리먼트(element) 또는 층(layer)이 다른 엘리먼트 또는 층에 대하여 "상에(on)", "로 체결되는(engaged to)", "로 연결되는(connected to)" 또는 "로 커플링되는(coupled to)" 으로 언급될 때, 이러한 엘리먼트 또는 층은 직접 다른 엘리먼트 또는 층 상에 있거나, 다른 엘리먼트 또는 층과 체결되거나, 다른 엘리먼트 또는 층과 연결되거나, 또는 다른 엘리먼트 또는 층과 커플링될 수 있거나, 또는 개재되는(intervening) 엘리먼트들 또는 층들이 존재할 수 있다. 대조적으로, 엘리먼트가 다른 엘리먼트 또는 층에 대하여 "상에 직접(directly on)", "로 직접 체결되는(directly engaged to)", "로 직접 연결되는(directly connected to)" 또는 "로 직접 커플링되는(directly coupled to)" 으로 언급될 때, 개재되는 엘리먼트들 또는 층들이 존재하지 않을 수 있다. 엘리먼트들 간의 관계를 설명하는데 사용되는 다른 단어들은 유사한 방식으로(예를 들어, "사이에(between)" 대 "사이에 직접(directly between)", "인접한(adjacent)" 대 "직접 인접한(directly adjacent)" 등) 해석되어야 한다.
용어들 제 1, 제 2, 제 3 등이 여기에서 다양한 엘리먼트들 또는 컴포넌트들을 설명하는데 사용될 수 있더라도, 이러한 엘리먼트들 또는 컴포넌트들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안된다. 이러한 용어들은 단지 하나의 엘리먼트 또는 컴포넌트를 다른 엘리먼트 또는 컴포넌트와 구별하기 위해 사용될 수 있다. 여기에서 사용될 때 "제 1", "제 2" 및 다른 수치적 용어들과 같은 용어들은 문맥에 의해 명백하게 표시되지 않는한 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 그리하여, 제 1 엘리먼트 또는 컴포넌트는 예시적인 실시예들의 내용을 벗어남이 없이 제 2 엘리먼트 또는 컴포넌트로 명명될 수 있다.
"내측(inner)", "외측(outer)", "밑에(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 바와 같은 하나의 엘리먼트 또는 특징에 대한 다른 엘리먼트(들) 또는 특징(들)과의 관계를 설명하는데 있어 설명의 용이성을 위하여 여기에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향(orientation)에 더하여 사용중인 또는 동작중인 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면들에 있는 디바이스가 턴오버(turn over)되는 경우, 다른 엘리먼트들 또는 특징들의 "아래에" 또는 "밑에" 있는 것으로 설명된 엘리먼트들은 다른 엘리먼트들 또는 특징들의 "위에" 배향될 것이다. 그리하여, 예시적인 용어 "아래"는 위 및 아래의 배향 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 다르게 배향(90도 회전 또는 다른 배향들)될 수 있으며 여기에서 사용되는 공간적으로 상대적인 디스크립터들은 그에 따라 해석될 수 있다.
도 1은 본 개시 내용에 따른 제 1 비례식 제어 밸브 장치(10)를 도시한다. 밸브 장치(10)는, 액체들 및 기체들을 포함하는, 유체의 유동을 비례식으로 제어하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 밸브 장치(100)는 2개의 유체들이 밸브 장치(10)로 진입하여 밸브 장치(10)를 나가기 전에 서로 상호혼합하게 하도록 구성되는 3-웨이 밸브이다. 2개의 유체들은 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 하나의 유체가 액체일 수 있고 다른 유체가 기체일 수 있는 경우가 고려될 수 있다.
제 1 밸브 장치(10)는 밸브 어셈블리(12) 및 밸브 어셈블리(12)를 작동시키도록 구성되는 모터 어셈블리(14)를 포함한다. 모터 어셈블리(12)는 모터 하우징(16)에 수용되는 스텝퍼 모터(미도시) 및 인코더(18)를 포함할 수 있다. 인코더(18)는 위치 피드백 및 인덱싱을 제공하도록 구성된다. 인덱스를 사용함으로써, 밸브 장치(10)는 디지털적으로 완전하게 개방 또는 폐쇄되도록 구성될 수 있다.
밸브 어셈블리(12)는 밸브 리테이너 몸체(20), 포핏(22), 포핏(22)을 모터 어셈블리(14)의 샤프트(25)로 컨택시키는 커플링 부재(24), 커넥터 부싱(26), 스프링 어셈블리(28), 및 한 쌍의 실링 다이어프램들(30)을 포함한다. 밸브 어셈블리(12)는 또한 밸브 어셈블리(12)를 모터 어셈블리(14)로 연결시키는 제 1 하우징(34) 및 스프링 어셈블리(28)를 수용하는 제 2 하우징(36)을 포함하는 밸브 하우징 어셈블리(32)를 포함한다.
밸브 리테이너 몸체(20)는 금속 재료 또는 중합체 재료와 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 밸브 리테이너 몸체(20)는 커넥터 부싱(26)으로 커플링되도록 구성되는 제 1 단부(37a) 및 제 2 하우징(36)으로 커플링되도록 구성되는 제 2 단부(37b)를 포함한다. 커넥터 부싱(26) 및 제 2 하우징(36)은 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 1 및 제 2 단부들(37a 및 37b)에 각각 스레딩되게 커플링될 수 있다. 실링 다이어프램들(30) 중 하나는 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 1 단부(37a) 및 커넥터 부싱(26) 사이에 위치되고, 실링 다이어프램들(30) 중 다른 하나는 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 2 단부(37b) 및 제 2 하우징(36) 사이에 위치된다. 실링 다이어프램들(30)은 압력 하에서 포핏(22)을 밸런싱하는데 사용된다. 다이어프램들(30)은 다이어프램(30)의 내측 및 외측 직경의 실링을 향상시키는 환형 리브(31)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 다이어프램(30)이 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 1 단부(37a) 및 커넥터 부싱(26) 사이에 위치되고 이러한 컴포넌트들이 함께 스레딩될 때, 리브(31)는 실링 능력을 증가시키기 위해 압축하도록 구성된다. 다이어프램(30)이 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 2 단부(37b) 및 제 2 하우징(36) 사이에 위치되고 이러한 컴포넌트들이 함께 스레딩될 때 유사한 작용이 발생한다. 추가적으로, 리브(31)의 압축은 다이어프램들(30)을 샌드위칭시키는 컴포넌트들의 제조 허용오차를 보상하는데 도움을 준다.
밸브 리테이너 몸체(20)는 제 1 유체 소스(미도시)와 유체 연통하도록 구성되는 제 1 입구 개구 또는 포트(38), 제 2 유체 소스(미도시)와 유체 연통하도록 구성되는 제 2 입구 개구 또는 포트(42), 및 출구 개구 또는 포트(40)를 포함한다.
포핏(22)은 밸브 리테이너 몸체(20) 내에 이동가능하게 수용된다. 밸브 리테이너 몸체(20)와 유사하게, 포핏(22)은 금속 재료 또는 중합체 재료와 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 포핏(22)은 커플링 부재(24)와 연결되도록 구성되는 근위 단부(41) 및 스프링 어셈블리(28)와 연결되도록 구성되는 원위 단부(43)를 포함한다. 밸브 부재(44)는 제 2 포트(30)에서 포핏(22)의 근위 및 원위 단부들(41, 43) 사이에 위치된다. 밸브 어셈블리(12)를 개방 및 폐쇄시키기 위해 포핏(22)이 밸브 어셈블리(12)의 축 X를 따라서 앞뒤로 이동되면서, 밸브 부재(44)는 밸브 리테이너 몸체(20)의 밸브 시트(46)와 컨택하도록 구성되며, 밸브 시트(46)는 유동 및 압력 드롭을 향상시키도록 원뿔 형상으로 형성된다. 밸브 부재(44)가 밸브 시트(46)와 컨택 상태에 있을 때, (도 1에 도시된 바와 같이) 밸브 어셈블리(12)는 폐쇄되고, 밸브 부재(44)가 밸브 시트(46)로부터 떨어지게 이동될 때, 밸브 어셈블리(12)는 개방된다(미도시). 밸브 어셈블리(12)가 개방될 때, 제 1 입구 포트(38) 및 제 2 입구 포트(42)로 들어가는 유체는 밸브 부재(44)를 지나서 유동하고, 상호혼합되고, 그 다음에 출구 개구(40)를 통해서 밸브 어셈블리(12)를 나오도록 허용된다.
커넥터 부싱(26)은 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 1 단부(37a)를 제 1 하우징(34)으로 연결시킨다. 커넥터 부싱(26)은 금속 재료 또는 중합체 재료와 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 커넥터 부싱(26)은 밸브 리테이너 몸체(20)로의 연결을 위한 외부 스레딩된 표면 및 제 1 하우징(34)으로의 연결을 위한 내부 스레딩된 표면을 포함한다.
포핏(22)은 모터 어셈블리(14)의 샤프트(25)에 의해 구동되는 축방향으로 이동가능한 슬리브(56)에 의해 작동되도록 구성된다. 보다 구체적으로, 포핏(22)은 커플링 부재(24) 및 슬리브(56)를 통해 샤프트(25)로 연결된다. 커플링 부재(24)는 포핏(22)의 스레딩된 리세스(50)와 스레딩되게 체결되는 스레딩된 돌출부(48)를 포함한다. 커플링 부재(24)의 원통형 메인 몸체(52)는 샤프트(25)의 일부인 스레드(58)를 둘러싸는 슬리브(56)에 인접하도록 구성되는 인접 표면(54)을 포함한다. 샤프트(25) 및 스레드(58)가 회전하면서, 슬리브(56)는 커플링 부재(24)를 향하여 그리고 커플링 부재(24)로부터 떨어지게 이동될 수 있다. 슬리브(56)가 커플링 부재(24)와 컨택하고 인접 표면(54)에 대하여 힘을 가하면, 커플링 부재(24)는 밸브 부재(44)가 밸브 시트(46)와 체결되도록 강제하기 위해 이러한 힘을 포핏(22)으로 전달할 것이다. 슬리브(56)가 커플링 부재(24)로부터 떨어지게 이동되면, 스프링 어셈블리(28)에 의해 가해지는 반대힘은 밸브 어셈블리(12)를 개방하기 위해 포핏(22)의 밸브 부재(44)를 밸브 시트(46)로부터 떨어지게 바이어싱할 것이다.
스레드(58)는 밸브 어셈블리(12)를 거쳐 통과하도록 허용되는 비례식 유동을 맞춤화하기 위해 밸브 부재(44)의 이동을 제어하도록 구체적으로 설계 및 맞춤화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스레드(58)는 스레드(58)의 단일 360도 회전으로 2.5mm 밸브 스트로크(즉, 밸브 어셈블리(12)가 완전히 개방)를 허용하도록 설계된다. 2.5mm보다 작은 밸브 스트로크들은 스레드(58)의 회전량을 제어함으로써 허용된다. 이러한 방식으로, 스레드(58)의 회전량을 제어함으로써, 밸브 어셈블리(12)를 통한 유동은 밸브 어셈블리(12)의 완전 개방 및 폐쇄 보다는 타이트하게 제어될 수 있다. 2.5mm 밸브 스트로크는 단지 일례이고, 스레드(58)의 리지(ridge)들(59) 사이의 피치들을 변경함으로써 상이한 밸브 스트로크들이 획득될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
스프링 어셈블리(28)는 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 2 단부(37b)로 부착되는 제 1 스프링 시트(60) 및 제 2 하우징(36)의 내부 표면으로 커플링되는 제 2 스프링 시트(62)를 포함하고, 코일 스프링(64)이 제 1 스프링 시트(60) 및 제 2 스프링 시트(62) 사이에 위치된다. 제 1 스프링 시트(60)는 밸브 리테이너 몸체(20)의 제 2 단부(37b)로 커플링되는 스레딩된 익스텐션(66) 및 스프링(64)의 제 1 단부(64a)를 지지하도록 환형 숄더(68)를 포함한다. 제 2 스프링 시트(62)는 환형 표면(72)에 의해 둘러싸이는 원통형 돌출부(70)를 포함하며, 스프링(64)의 제 2 단부(64b)는 원통형 돌출부(70)를 둘러싸고 환형 표면(72)에 의해 지지된다.
위에서 논의된 바와 같이, 샤프트(25) 및 스레드(58)의 회전은 밸브 어셈블리(12)가 개방되도록 허용되는 양을 제어할 수 있다. 추가적으로, 위에서 논의된 바와 같이, 스프링 어셈블리(28)는 포핏(22)의 밸브 부재(44)를 밸브 시트(46)로부터 떨어지게 바이어싱하도록 구성된다. 샤프트(25) 및 스레드(58)가 포핏(22)을 회전 및 이동시키면서, 스프링(64)은 포핏(22)을 압축하고 포핏(22)이 축 X를 따라서 이동할 수 있게 할 것이다. 샤프트 스페이서(74)는 속이 빈 원통형 부재이며, 모터 어셈블리(14) 내에 위치하는 스프링(미도시)에 기인하여 축 X를 따르는 샤프트 이동을 제한하도록 구체적으로 선택되고 맞춤화될 수 있는 축 길이를 포함한다. 슬리브(56)는 스레드(58)와 메이트되도록 구성되는 내부 스레딩된 표면(57) 및 하우징 어셈블리(32) 내에 형성되는 오프닝을 따라 슬라이딩되도록 구성되는 축방향으로 연장되는 원통형 섹션(61)을 포함하고, 하우징 어셈블리(32)는 슬리브(56)가 회전하는 것을 방지하고 샤프트(25)가 회전하면서 슬리브(56)가 전방으로 그리고 후방으로 이동할 수 있게 하는 한 쌍의 평행한 플랫(flat)들을 포함한다.
밸브 어셈블리(12)는 또한 밸브 리테이너 몸체(20)의 외부 둘레에 위치되는 복수의 실링 부재들 또는 O-링들(76)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 실링 부재들(76)은 밸브 리테이너 몸체(20) 위에 위치되는 리세스들(78) 내에 위치된다. 리세스들(78)의 깊이 및 실링 부재들(76)의 단면 직경들은 실링 부재(76)에 손상을 주지 않는 방식으로 밸브 어셈블리(12)가 매니폴드(manifold)(미도시)로 삽입될 수 있게 구체적으로 설계 및 맞춤화될 수 있다. 이와 관련하여, 기존의 밸브 장치들은 매니폴드(미도시)의 보어(bore)(미도시)와 메이트되도록 전형적으로 스레딩(즉, 회전)되며, 이는 이러한 연결 공정 동안 실링 부재들을 손상시킬 수 있다. 또한, 기존의 밸브 장치를 보어로부터 언스레딩할 때, 회전은 밸브 어셈블리로부터 모터 어셈블리를 분리시키고 보어 내에 밸브 어셈블리를 남겨둘 수 있으며, 이는 보어로부터 밸브 어셈블리를 제거하기 위해 추가적인 작업을 요구하게 될 것이다. 도시된 구성을 통해, 플루이드-타이트(fluid-tight) 연결을 보장하기 위해 밸브 장치(10)를 회전시키지 않고 밸브 장치(10)가 매니폴드의 보어 내로 삽입될 수 있다. 다음으로 밸브 장치(10)가 매니폴드로 착석된 상태를 유지하도록 보장하기 위해, 제 1 하우징(34)은 밸브 장치(10)를 매니폴드로 고정시킬 수 있는 패스너(fastener)(82)를 수용하도록 구성되는 개구(80)를 포함한다.
이제 도 2를 참조하면, 제 2 비례식 제어 밸브 장치(100)가 설명될 것이다. 밸브 장치(100)는 위에서 설명된 밸브 장치(10)와 유사하다. 이와 관련하여, 제 2 밸브 장치(100)는 밸브 어셈블리(112) 및 밸브 어셈블리(112)를 작동시키도록 구성되는 모터 어셈블리(114)를 포함한다. 모터 어셈블리(114)는 모터 하우징(116) 내에 수용되는 스텝퍼 모터(미도시) 및 위치 피드백 및 인덱싱을 제공하도록 구성되는 인코더(118)를 포함할 수 있다.
밸브 어셈블리(112)는 밸브 리테이너 몸체(120), 모터 어셈블리(114)의 샤프트(124)로 연결되는 투-피스(two-piece) 포핏(122), 커넥터 부싱(126), 스프링 어셈블리(128) 및 단일 실링 다이어프램(30)을 포함한다. 밸브 어셈블리(112)는 또한 밸브 어셈블리(112)를 모터 어셈블리(114)로 연결시키는 밸브 하우징 어셈블리(132)를 포함한다.
밸브 리테이너 몸체(120)는 금속 재료 또는 중합체 재료와 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 밸브 리테이너 몸체(120)는 커넥터 부싱(126)으로 커플링되도록 구성되는 제 1 단부(120a) 및 밸브 어셈블리(112)의 출구를 정의하는 제 2 개방 단부(120b)를 포함한다. 커넥터 부싱(126)은 밸브 리테이너 몸체(120)의 제 1 단부(120a)로 스레딩되게 커플링될 수 있다. 실링 다이어프램(130)은 밸브 리테이너 몸체(120)의 제 1 단부(120a) 및 커넥터 부싱(126) 사이에 위치된다. 실링 다이어프램(130)은 압력 하에서 포핏(122)을 밸런싱하는데 사용된다. 다이어프램(130)은 밸브 리테이너 몸체(120)의 내측 및 외측 직경의 실링을 향상시키는 환형 리브(131)를 포함한다.
밸브 리테이너 몸체(120)는 제 1 유체 소스(미도시)와 유체 연통하도록 구성되는 입구 포트(138)를 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 밸브 리테이너 몸체(120)의 제 2 개방 단부(120b)는 밸브 어셈블리(112)의 유체 출구(140)를 정의한다.
포핏(122)은 커넥터 부싱(126) 및 밸브 리테이너 몸체(120) 내에 이동가능하게 수용된다. 포핏(122)은 금속 재료 또는 중합체 재료와 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 포핏(122)은 커넥터 부싱(126) 내에 있는 근위 단부(123) 및 밸브 리테이너 몸체(120) 내에 있는 원위 단부(127)를 포함한다. 포핏(122)의 근위 단부(123)는 근위 단부(123)를 원위 단부(127)로 고정시키기 위해 원위 단부(127)의 상응하게 스레딩된 리세스(125b) 내에 수용되는 스레딩된 돌출부(125a)를 포함한다. 다이어프램(130)은 포핏(122)의 원위 단부(127) 및 근위 단부(123) 사이에 샌드위칭된다. 원위 단부(127)는 밸브 부재(144)를 정의한다. 밸브 어셈블리(112)를 개방 및 폐쇄시키기 위해 포핏(122)이 밸브 어셈블리(112)의 축 X를 따라서 앞뒤로 이동되면서, 밸브 부재(144)는 밸브 리테이너 몸체(120)의 밸브 시트(146)와 컨택하도록 구성되며, 밸브 시트(146)는 유동 및 압력 드롭을 향상시키도록 원뿔 형상으로 형성된다. 밸브 부재(144)가 밸브 시트(146)과 컨택 상태에 있으면, (도 2에 도시된 바와 같이) 밸브 어셈블리(112)는 폐쇄되고, 밸브 부재(144)가 밸브 시트(146)로부터 떨어지게 이동되면, 밸브 어셈블리는 개방된다(미도시). 밸브 어셈블리(112)가 개방될 때, 입구 포트(138)로 들어가는 유체는 밸브 부재(144)를 지나서 유동하고 그 다음에 출구(140)를 통해서 밸브 어셈블리(112)를 나오도록 허용된다.
커넥터 부싱(126)은 밸브 리테이너 몸체(120)의 제 1 단부(120a)를 하우징(132)으로 연결시킨다. 커넥터 부싱(126)은 금속 재료 또는 중합체 재료와 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 커넥터 부싱(126)은 밸브 리테이너 몸체(120)로의 연결을 위한 내부 스레딩된 표면(126a) 및 하우징(132)으로의 연결을 위한 외부 스레딩된 표면(126b)을 포함한다. 방사방향으로 안쪽으로 연장되는 리지(129)는 포핏(122)을 향하여 연장된다.
포핏(122)의 근위 단부(123)는 모터 어셈블리(114)의 샤프트(124)에 의해 작동되도록 구성된다. 보다 구체적으로, 포핏(122)의 근위 단부(123)는 인접 표면(154)을 가지는 원통형 메인 몸체(152)를 정의하며, 인접 표면(154)은 샤프트(124)의 일부인 스레드(158)를 둘러싸는 축방향으로 이동가능한 스레딩된 슬리브(156)에 인접하도록 구성된다. 샤프트(124) 및 스레드(158)가 회전하면서, 슬리브(156)는 인접 표면(154)을 향하여 그리고 인접 표면(154)으로부터 떨어지도록 이동될 수 있다. 슬리브(156)가 인접 표면(154)과 컨택하면, 슬리브(156)는 밸브 부재(144)가 밸브 시트(146)와 체결되도록 강제하기 위해 포핏(122)으로 힘을 전달할 것이다. 슬리브(156)가 인접 표면(154)으로부터 떨어지게 이동되면, 스프링 어셈블리(128)에 의해 가해지는 반대힘은 밸브 어셈블리(112)를 개방하기 위해 포핏(122)의 밸브 부재(144)를 밸브 시트(146)로부터 떨어지게 바이어싱할 것이다.
스레드(158)는 밸브 어셈블리(112)를 거쳐 통과하도록 허용되는 비례식 유동을 맞춤화하기 위해 밸브 부재(144)의 이동을 제어하도록 구체적으로 설계 및 맞춤화될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스레드(58)는 스레드(58)의 단일 360도 회전으로 2.5mm 밸브 스트로크(즉, 밸브 어셈블리(112)가 완전히 개방)를 허용하도록 설계된다. 2.5mm보다 작은 밸브 스트로크들은 스레드(158)의 회전량을 제어함으로써 허용된다. 이러한 방식으로, 스레드(158)의 회전량을 제어함으로써, 밸브 어셈블리(112)를 통한 유동은 밸브 어셈블리(112)의 완전 개방 및 폐쇄 보다는 타이트하게 제어될 수 있다.
포핏(122)을 향하여 연장되는 방사방향으로 안쪽으로 연장되는 리지(129)는 제 1 스프링 시트(160)를 정의하고, 포핏(122)의 근위 단부(123)의 방사방향으로 바깥쪽으로 연장되는 숄더(161)는 제 2 스프링 시트(162)를 정의하며, 코일 스프링(164)은 제 1 스프링 시트(160) 및 제 2 스프링 시트(162) 사이에 위치된다.
위에서 논의된 바와 같이, 샤프트(124) 및 스레드(158)의 회전은 밸브 어셈블리(112)가 개방되도록 허용되는 양을 제어할 수 있다. 또한, 위에서 논의된 바와 같이, 스프링 어셈블리(128)는 밸브 시트(146)로부터 떨어지게 포핏(122)의 밸브 부재(144)를 바이어싱하도록 구성된다. 샤프트(124) 및 스레드(158)가 포핏(122)을 회전 및 이동시키면서, 스프링(164)은 포핏(122)을 압축하고 포핏(122)이 축 X를 따라서 이동하게 허용할 것이다. 샤프트 스페이서(174)는 속이 빈 원통형 부재이며, 모터 어셈블리(114) 내에 위치하는 스프링(미도시)에 기인하여 축 X를 따르는 샤프트 이동을 제한하도록 구체적으로 선택되고 맞춤화될 수 있는 축 길이를 포함한다.
밸브 어셈블리(112)는 또한 밸브 리테이너 몸체(120)의 외부 둘레에 위치되는 복수의 실링 부재들 또는 O-링들(176)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 실링 부재들(176)은 밸브 리테이너 몸체(120) 위에 위치되는 리세스들(178) 내에 위치된다. 리세스들(178)의 깊이 및 실링 부재들(176)의 단면 직경들은 실링 부재(176)에 손상을 주지 않는 방식으로 밸브 어셈블리(112)가 매니폴드(미도시)로 삽입될 수 있게 구체적으로 설계 및 맞춤화될 수 있다. 이와 관련하여, 기존의 밸브 장치들은 매니폴드(미도시)의 보어(미도시)와 메이트되도록 전형적으로 스레딩(즉, 회전)되며, 이는 이러한 연결 공정 동안 실링 부재들을 손상시킬 수 있다. 또한, 기존의 밸브 장치를 보어로부터 언스레딩할 때, 회전은 밸브 어셈블리로부터 모터 어셈블리를 분리시키고 보어 내에 밸브 어셈블리를 남겨둘 수 있으며, 이는 보어로부터 밸브 어셈블리를 제거하기 위해 추가적인 작업을 요구하게 될 것이다. 도시된 구성을 통해, 플루이드-타이트 연결을 보장하기 위해 밸브 장치(100)를 회전시키지 않고 밸브 장치(100)가 매니폴드의 보어 내로 삽입될 수 있다. 다음으로 밸브 장치(100)가 매니폴드로 착석된 상태를 유지하도록 보장하기 위해, 하우징(132)은 밸브 장치(100)를 매니폴드로 고정시킬 수 있는 패스너(182)를 수용하도록 구성되는 개구(180)를 포함한다.
마지막으로, 밸브 어셈블리들(12 및 112) 각각은 이들의 사용 동안 밸런싱된 설계를 제공함을 주목해야 한다. 밸브 리테이너 몸체들(20 및 120) 각각은 다이어프램들(30 및 130) 각각의 유효한 실링 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가지기 때문에 밸브 어셈블리들(12 및 112)은 밸런싱된다. 밸브 리테이너 몸체들(20 및 120)의 직경을 다이어프램들(30 및 130)의 유효한 실링 직경과 각각 실질적으로 동일하게 만듦으로써, 밸브 어셈블리들(12 및 112)에 의해 경험되는 압력 변동들은 밸브 어셈블리들(12 및 112)의 동작 동안에 보다 많이 밸런싱될 수 있다.
실시예들에 대한 앞에서의 설명은 예증하고 설명하기 위한 목적으로 제공되었다. 이는 소모적이거나 또는 본 개시 내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별적인 엘리먼트들 또는 특징들은 일반적으로 그러한 특정 실시예로 제한되지 않으며, 적용가능하다면, 상호변경가능할 수 있고, 구체적으로 도시되거나 또는 설명되지 않은 경우에도, 선택된 실시예에서 이용될 수 있다. 동일한 사항은 또한 많은 방식들로 변경될 수 있다. 이러한 변경들은 본 개시 내용으로부터 벗어난 것으로 간주되지 않아야 하며, 모든 이러한 수정들은 본 개시 내용의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 밸브 장치로서,
    밸브 어셈블리; 및
    모터 어셈블리를 포함하고,
    상기 밸브 어셈블리는, 밸브 리테이너 몸체의 밸브 시트와 컨택하도록 구성되는 밸브 부재를 정의(define)하는 이동가능한 포핏(poppet)을 수용하는 상기 밸브 리테이너 몸체를 포함하고,
    상기 모터 어셈블리는, 상기 밸브 어셈블리를 작동시키도록 구성되는 회전가능한 샤프트를 포함하며,
    상기 회전가능한 샤프트는 자신의 일 단부에 형성되는 스레드를 포함하고, 상기 스레드는 슬리브와 체결되어, 상기 밸브 어셈블리를 개방 및 폐쇄시키기 위해 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 체결되고 그리고 체결해제되도록 하는 축방향 힘을 상기 포핏으로 전달하도록, 상기 회전가능한 샤프트에 의한 상기 스레드의 회전을 통해 상기 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 상기 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시키는,
    밸브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 시트로부터 떨어지게 상기 밸브 부재를 바이어싱하기 위한 스프링 어셈블리를 더 포함하는,
    밸브 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 리테이너 몸체는 제 1 입구, 제 2 입구 및 출구를 포함하고, 상기 제 1 입구는 제 1 유체와 유체 연통하도록 구성되고, 상기 제 2 입구는 제 2 유체와 유체 연통하도록 구성되는,
    밸브 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유체들은 상기 밸브 어셈블리가 개방될 때 상호혼합(intermix)되는,
    밸브 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 기체를 포함하고 상기 제 2 유체는 액체를 포함하는,
    밸브 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체는 각각 액체 또는 기체를 포함하는,
    밸브 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스레드는 상기 스레드의 단일 360-도 회전이 상기 밸브 어셈블리를 완전히 개방시키도록 구성되는,
    밸브 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스레드 및 상기 모터 어셈블리 사이에서 상기 회전가능한 샤프트를 둘러싸는 원통형 스페이서(spacer)를 더 포함하는,
    밸브 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스레드는 상기 슬리브의 대응하는 스레딩된 표면과 메이트(mate)되고, 상기 슬리브는 원통형 익스텐션(extension)을 포함하는,
    밸브 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포핏 및 상기 스레드 사이에 있는 실링 다이어프램(sealing diaphragm)을 더 포함하고, 상기 실링 다이어프램의 직경은 상기 밸브 리테이너 몸체의 직경과 실질적으로 동일한,
    밸브 장치.
  11. 밸브 장치로서,
    밸브 시트를 정의하는 밸브 리테이너 몸체;
    상기 밸브 리테이너 몸체의 상기 밸브 시트와 컨택하도록 구성되는 밸브 부재를 정의하는 이동가능한 포핏;
    상기 이동가능한 포핏을 작동시키도록 구성되는 회전가능한 샤프트;
    상기 회전가능한 샤프트의 일 단부에 형성되는 스레드;
    상기 이동가능한 포핏 및 상기 스레드 사이에 있는 실링 다이어프램; 및
    상기 스레드와 체결되는 슬리브를 포함하고,
    밸브 어셈블리를 개방 및 폐쇄시키기 위해 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 체결되고 그리고 체결해제되도록 하는 축방향 힘을 상기 포핏으로 전달하도록, 상기 회전가능한 샤프트에 의한 상기 스레드의 회전은 상기 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 상기 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시키는,
    밸브 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 스레드와 체결되는 내부로 스레딩된 표면을 포함하는,
    밸브 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 포핏과 컨택하고 상기 축방향 힘을 상기 포핏으로 전달하도록 구성되는 인접(abutment) 표면을 포함하는,
    밸브 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 스레드를 포함하지 않는 상기 회전가능한 샤프트의 일 단부에서 상기 회전가능한 샤프트를 둘러싸는 원통형 스페이서를 더 포함하는,
    밸브 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 스레드와 메이트되도록 구성되는 제 1 부분 및 축방향으로 연장되는 원통형 부분을 포함하는,
    밸브 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브 리테이너 몸체는 제 1 입구, 제 2 입구 및 출구를 포함하고, 상기 제 1 입구는 제 1 유체와 유체 연통하도록 구성되고, 상기 제 2 입구는 제 2 유체와 유체 연통하도록 구성되는,
    밸브 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 입구는 상기 밸브 부재의 제 1 측면 상에 위치되고, 상기 제 2 입구는 상기 밸브 부재의 제 2 측면 상에 위치되고, 상기 출구는 상기 제 1 입구 및 상기 제 2 입구 사이에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 유체들은 상기 밸브 어셈블리가 개방될 때 상호혼합되는,
    밸브 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체는 각각 액체 또는 기체를 포함하는,
    밸브 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 실링 다이어프램의 직경은 상기 밸브 리테이너 몸체의 직경과 실질적으로 동일한,
    밸브 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동가능한 포핏을 향하여 그리고 상기 이동가능한 포핏으로부터 떨어지게 상기 슬리브를 이동시키도록 상기 회전가능한 샤프트 및 상기 스레드를 회전시키기 위한 모터를 더 포함하는,
    밸브 장치.
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