KR100242811B1 - 주변온도 보상장치를 갖는 열응답 밸브 - Google Patents

Abstract

전기로 작동하는 열응답 밸브가 바이메탈 아암을 갖되, 이 아암은 밸브 유출구로의 유동을 제어하기 위해 탄성 포핏이 밸브 시이트상에서 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 편향을 제공하도록 전기저항 가열코일에 의해 가열된다. 바이메탈 아암의 기층부(활성부)는 밸브 작동을 위해 700℉ 까지는 선형 편향 특성을 갖는 제 1 바이메탈 재료로 구성된다. 바이메탈 아암의 선외부(보상부)는 온도보상을 위해 300℉ 까지는 선형 편향 특성을 가지나, 활성부로부터 열전달에 따른 선외부의 가열로 부터 오는 과보상을 최소화하기 위해 300℉-700℉의 온도범위에서는 매우 낮은 편향 특성을 갖는 제 2의 바이메탈 재료로 구성된다.

Description

주변온도 보상장치를 갖는 열응답 밸브

제 1 도는 본 발명에 따른 밸브의 단면도.

제 2 도는 제 1 도에 보인 밸브의 바이메탈 아암 부분의 평면도.

제 3 도는 제 2 도에 보인 바이메탈 아암의 정면도.

제 4 도는 제 1 도에 보인 선외부에 사용하는 바이메탈 재료의 온도에 대한 상대편향을 나타낸 그래프.

제 5 도는 제 1 도에 보인 밸브의 바이메탈의 기층부에 사용하는 재료의 온도에 대한 상대 편향을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 밸브 조립체 13 : 유입 통로

16 : 피복체 30 : 포핏

44 : 선외부 42 : 기층부 부재

본 발명은 전기적으로 작동하는 열응답 밸브, 특히 연료버어너로의 가스상 유동을 제어하기 위해 사용되는 밸브들에 관한 것이다. 일반적으로 열응답 밸브는 주거건물의 가열로 및 요리오븐, 레인지 및 의류 건조기와 같은 응용장치에 사용된다.

앞에서 언급한 응용장치의 연료버어너용 열응답 가스밸브는 아암의 단부상에 착설시킨 탄성의 포핏(poppet)을 사용하는 것이 통상적인데, 이 아암은 유출구로의 가스상 유동을 제어하도록 밸브 시이트(valve seat)에 대해 포핏을 밀착 폐쇄시키기 위해 편향된다. 이런 종류의 밸브의 통상적인 디자인은 편향성 아암에 바이메탈 재료를 이용한다. 밸브 개폐의 필요시 바이메탈이 편향하도록 아암의 일단부를 가열시키기 위해 전기저항 가열코일을 통전시킨다.

이전에는 밸브 포핏을 착설시킨 바이메탈 아암을 사용하는 가스버어너용 밸브는 포핏 아암의 일부분을 주어진 온도변화에 대해 반대방향으로의 편향을 제공하도록 역위된(reversed) 바이메탈 재료로 구성시켜서 주변온도에서의 온도변화에 의해 초래된 편향을 상쇄시키는 형태이었다. 포핏 아암의 기층부는 가열코일로 감겨져서 포핏 아암의 "활성"부를 구성한다. 그러나 아암이 선외부(outboard portion)는 가열코일에 의해 직접 가열되지 않으므로 활성부(기층부)에 대해 역위되면 주변온도에서의 온도보상을 제공할 수 있게 된다. 밸브를 열기 위해 가열코일을 통전시키면 바이메탈의 가열은 "활성"부는 바이메탈 아암의 선외부를 자열(自熱)시켜서 바람직하지 않은 과보상(overcompensation)을 초래한다. 만일 이 과보상이 지나치게 되면 가열코일이 통전되는 동안 밸브의 개방후 다시 밸브의 개폐가 말그대로 방해받을 수 있게 된다.

이처럼 전기로 작동하는 열응답 밸브에 주변온도에서의 온도보상을 제공하되 밸브 포핏 아암의 바이메탈 구성과 어울리는 저가이면서 밸브를 열기 위한 가열에 의해 역 영향을 받지 않고 밸브 조립체에 쉽게 편입되어지는 수단과 방법이 오래전부터 소망되어 왔다.

본 발명은 외팔보 형태의 바이메탈 아암의 단부상에 착설시킨 탄성의 포핏을 사용하는데 이 아암은 전기적으로 작동하는 밸브내 유출구 근방에 제공된 환상의 밸브 시이트에 대해 포핏을 밀착 폐쇄시키도록 탄성 편향된다. 바이메탈 아암의 기층부는 전기저항 가열코일로 감겨지며, 이 가열코일은 통전시 아암을 편향시켜 밸브 시이트로 부터 포핏을 이격 개방시키도록 바이메탈을 휘게 한다. 바이메탈 아암의 선외부는 주어진 온도변화에 대해 바이메탈을 휘게 한다. 바이메탈 아암의 선외부는 주어진 온도변화에 대해 반대방향으로 편향하도록 역위된 바이메탈 재료로 구성되어서 주변온도에서의 온도변화에 따른 아암의 열응답을 상쇄시킨다.(즉, 주변온도에서의 온도보상을 제공한다).

바이메탈 아암의 가열 활성부(기층부)에 사용되는 바이메탈 재료는 전기저항 가열코일에 의한 가열에 따라 제어응답을 제공하도록 800℉까지의 온도변화에 따라 거의 선형 편향을 갖는 바이메탈 재료로 구성된다. 바이메탈 아암의 선외부(온도 보상부)는 300℉까지의 온도에서는 거의 선형 편향을 가지나 300℉이상의 온도에서는 비선형 편향을 갖는 바이메탈 재료로 구성된다.

이렇게 하면 300℉ 이상의 온도에서 선외부의 시선형 편향은 바이메탈 아암의 활성부로 부터의 열전달에 의한 아암 선외부의 가열에 따른 편향을 최소화 시킨다.

이처럼 본 발명은 바이메탈로 작용하는 열응답 밸브에 주변온도에서의 온도보상을 제공하나 가열코일의 통전에 따른 선외부의 가열에 의한 과보상을 방지한다.

제 1 도는 본 발명에 의한 밸브 조립체(10)를 나타낸 것으로, 이 밸브 조립체는 외피(shell)(14)를 포함하는 하우징 수단에 연결시킨 유입 피팅(inlet fitting)(12)을 가지며 이 피팅에는 밸브 내부와 연통하는 유입 통로(13)가 있다.

피복체(16)는 그 변부를 따라 제공된 유압 밀보 가스켓(18)으로 외피와 단단히 체결되어 있다. 피복체(16)는 예를 들면 용접 또는 납땜(brazing)에 의해 피복체에 밀봉 연결시킨 유출 피팅(outlet fitting)(19)을 갖는다.

이 유출 피팅은 유출통로(20)를 갖는데, 이를 통해 밸브 시이트(22)가 나사결합되며 밀봉링(24)에 의해 밀봉된다. 밸브시이트(22)는 밸브 시이트에서 외피(14)의 내부로 연장되는 환상의 착좌면(26)을 갖는다.

전기로 작동되는 밸브 오퍼레이터가 외피(14)내에 배치되는데 이 오퍼레이터는 바이메탈 아암(28)을 포함하며 아암의 단부에는 탄성 중합체의 포핏(30)을 착설시킨다. 포핏은 제 1 도에 실선으로 보인 것처럼 유출 통로(20)의 폐쇄를 위해 밸브 시이트의 착좌면(26)에 대향하여 위치된다. 바이메탈 아암(28) 및 포핏(30)은 이하 설명되는 것처럼 통전 및 단전시 밸브의 개폐를 위해 제 1 도에 보인 실선 및 점선 위치 사이에서 움직인다.

바이메탈 아암(28)은 일단부가 앵커 블록(anchor block)(32)에 고정 연결되며, 이 블록은 체결 리벳(34)과 같은 적당한 것으로 피복체(16)의 내측에 고정된 절연체, 통상적으로는 세라믹 재료를 포함한다. 리벳(34)은 밸브와의 전기적 연결을 위해 피복체(16)의 외측에 연결되는 전기단자(36)를 갖는다.

밸브를 반대측 전원에 연결하기 위해 제 2의 리벳(37)(제1도에는 도시되지 않았지만 제 2 도에 도시됨) 및 단자(38)가 제공된다.

제 1,2 및 3도를 참조하면, 저광선 (resistance wire)(40)의 형태로 된 전기 가열수단이 바이메탈 아암의 가열을 위해 바이메탈 아암(28)의 단부를 둘러싸도록 제공된다. 바이메탈 아암(28)의 기층부는 아암의 선외부(44)와 다른 별도의 부재(42)로 이 선외부는 제 2도 에 참조번호(46)으로 표시한 용접부에 의해 기층부 부재(42)에 연결된다. 아암의 선외부(44)는 기층부 부재(42)에 대해 역위된 바이메탈이므로 동종의 금속들이 용접부에서 인접하게 된다. 이러한 배열은 아암의 온도상승시 기층부 부재(42)와 선외부(44)에 반대방향의 편향을 제공하게 된다. 이 기술은 바이메탈 아암(28)의 주변온도 보상을 제공하는 한 방법으로 당업계에 잘 알려져 있다. 아암(28)은 그 기층부 부재(42)가 리벳(33)과 같은 적당한 것에 의해 앵커 블록(32)의 요구부에 결합된다.

제 5 도는 바이메탈 아암(28)의 기층부 부재(42)에 사용되는 바이메탈 금속에 대한 상대 편향대 온도의 그래프를 나타낸 것이다. 제 5 도의 그래프는 기층부 부재(42)에 사용되는 재료의 전형적인 것으로 이 부재는 본 발명의 바람직한 실시예의 경우, 철 60%, 니켈 35% 및 나머지는 크롬으로 구성된 재료를 포함한다. 이 재료는 노스케롤라이나 27323-1557, 레이즈빌, 반 스트리트 1704의 Chace precision Metals, Inc.로 부터 구할 수 있으며, 품목번호는 3500이다. 제 5 도로 부터 부재(42)에 사용되는 재료는 0℉-700℉ 의 온도범위에 걸쳐서 사실상 선형의 편형도(flexivity)계수를 갖는다는 것을 알 수 있으며, 제조업자의 데이타에 따르면 8×10^-6(units deflection/℉)의 계수를 갖는다.

바이메탈 금속(28)의 선외부(44)에 사용되는 재료는 철 65%, 니켈30% 및 나머지는 크롬의 조성을 갖는 것이 바람직한 재료로 만들어지며, 0℉-300℉의 온도범위에서 사실상 선형의 편향도를 갖는다. 한편 선외부(44)의 재료는 300℉-400℉의 온도범위에서는 상당히 감소된 편향 곡선을 갖는다.

선형범위에서의 편향도 계수는 13.2×10^-6(units deflection/℉)이다.

또한 이 재료는 기층부 부재(42)의 재료와 동일한 회사에서 구할 수 있으며 품목번호는 2600이다.

작동시 밸브 조립체의 주변온도는 0℉-300℉ 이며, 바이메탈 부재(42, 44)의 역외된 형태는 서로에 대해 반대방향으로의 편향을 초래한다. 따라서, 아암(28)의 부재(42)의 일방향 편향은 이 부재(42)의 총편향을 상쇄시키기에 충분하게 반대방향으로 편향하는 선외부(44)의 상대적으로 더 긴 편향에 의해 상쇄된다. 그러나, 온도가 300℉를 넘으면, 선외부(44)의 편향은 제 4 도에 보인 것처럼 온도증가에 따라 크게 증가하지 않는반면에 기층부 부재(42)는 제 5도에 보인 것처럼 일정률로 편향을 계속한다. 이 선외부(44)의 이중적 성질은 가열기 코일인 저항선(40)이 통전되어 밸브 아암(28)의 작동을 위해 300℉-700℉의 온도범위에서 기층부 부재(42)를 가열할 때 주변온도(0℉-300℉)이상에서의 선외부(44)의 가열을 방지한다.

이처럼 본 발명은 주변온도에서의 온도보상을 제공하지만 바이메탈로 된 밸브오퍼레이터의 작동중 선외부의 가열 영향을 방지하도록 전기로 작동되는 열응답 밸브를 보상하는 간단하고 저가의 방법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명은 예시된 실시예에 대하여 설명되었지만 다른 변형 및 변화가 있을 수 있으며 하기의 특허 청구의 범위에 의해 한정되어 진다.

Claims (2)

1. 주변온도에서의 온도보상장치를 갖는 열응답 밸브 조립체에 있어서, 밸브 챔버, 밸브 챔버로의 유입구, 유출구 및 유출구와 연관된 밸브 시이트를 포함하는 하우징 수단, 유출구를 폐쇄하도록 밸브 시이트와 밀착하는 위치와 유출구를 개방하도록 밸브 시이트로 부터 이격된 위치 사이에서 이동하는 포핏을 포함하는 밸브수단 및 상기 개방과 폐쇄위치 사이를 이동하도록 통전하여 밸브수단을 가열하는 가열수단을 포함하되 밸브수단은 일달부를 하우징 수단에 고정시키고 하측 단부상에 포핏을 착설시키며 0℉-300℉의 작동 온도범위(주변온도)에서는 온도대 편향관계가 일정하나 300℉이상의 온도에서는 온도대 편향관계가 일정하지 않은 제 1바이메탈 재료로 구성된 선외부를 갖는 아암 부재를 포함하며, 아암 부재는 선외부와 아암의 고정된 단부 사이의 중간에 활성부(기층부)를 포함하며, 활성부는 0℉-300℉ 의 온도에서 온도대 편향관계가 일정한 제 2의 바이메탈로 구성되는 열응답 밸브 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 바이메탈 재료의 온도대 편향 곡선이 0℉-300℉ 의 온도범위에서 선형인 열응답 밸브 조립체.