KR102218670B1 - 질량유량계의 플런져 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량유량계에 구비되는 플런져 몸체의 상면에 플런져 스프링을 결합시킴으로써, 플런져 몸체가 코어의 자력에 의해 상측으로 이동하여 밸브 스프링을 개방하여 가스의 흐름을 조절하는 것으로, 플런져 몸체의 상면에 플런져 스프링을 구비하여 코어와의 충돌을 방지하고, 플런져 몸체 하부에 결합된 밸브 스프링과 하우징의 충돌을 방지하여 밸브 스프링의 내구성을 극대화하는 질량유량계의 플런져 장치에 관한 것이다.

Description

질량유량계의 플런져 장치{A plunger device of the mass flow meter}

본 발명은 질량유량계의 플런져 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하우징 내부에 코어와 플런져 몸체를 구비하고, 플런져 몸체의 상면에 플런져 스프링, 플런져 몸체의 하면에 밸브 스프링 및 스템을 결합하여, 자력에 의해 플런져 몸체가 상하로 이동할 때 플런져 스프링으로 코어와 플런져 몸체의 충돌 및 밸브 스프링과 하우징의 충돌에 의하여 발생하는 밸브 스프링의 충격을 완화시켜 밸브 스프링의 내구성을 극대화하고, 플런져 몸체 하면에 결합된 스템으로 유로를 개폐하여 저압 상태에서도 유량을 많이 내보낼 수 있는 질량유량계의 플런져 장치에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 질량유량계(MFC)는 반도체 장치의 제조, 특히 에칭 및 기상 증착 공정에 사용되는 인체에 유해하고 대기에 노출되었을 때 고반응성을 갖는 유독성 또는 고반응성 가스와 같은 유체의 질량 유동률을 제어하기 위한 반도체 공정의 정밀유량조절기로 주로 사용되었다.

최근에는 각 연구소, 실험실 및 산업 플랜트 등으로 확산되어, 산업 전분야에 걸쳐 공기, 산소 등을 비롯한 모든 가스 플랜트의 유량지시 및 유량제어의 목적으로 사용되고 있다.

이러한 질량유량계에는 일반적으로 가스와 같은 유체가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 상기 유로를 개폐시키는 밸브를 사용한다.

질량유량계에서 사용 가능한 여러 종류의 밸브 중 하나인 솔레노이드 밸브는 전기적 신호를 받아 유량이나 공기의 흐름을 제어하는 장치로서, 전자석코일에 펄스신호가 가해지면 플런져가 전자석코일에 흡입되면서, 이에 일체로 형성된 밸브가 개방되어 작동 유체의 흐름 경로를 개방시키게 되는 것이다.

이때, 플런져가 상하로 이동함에 따라 상기 플런져와 결합된 밸브 스프링과 상기 플런져를 수용하는 하우징이 충돌함에 따라 밸브 스프링이 손상되어 파손되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1308082호 (발명의 명칭: 질량유량계, 공고일: 2013.09.12.)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 질량유량계에 구비되는 플런져 몸체의 상면에 플런져 스프링을 결합시킴으로써, 플런져 몸체가 하우징 내부에서 상부로 이동하여 밸브를 개방할 때, 코어와 플런져 몸체의 충돌을 방지하고, 플런져 몸체의 하면과 결합된 밸브 스프링과 하우징의 충돌에 의하여 발생하는 밸브 스프링의 충격을 완화시켜 밸브 스프링의 내구성을 극대화하며, 플런져 몸체 하면에 구비된 스템으로 유로를 개폐하고, 유로가 복수개 형성되어 저압 상태에서 유량을 많이 내보낼 수 있는 질량유량계의 플런져 장치를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 가스가 공급되는 가스 공급부와, 상기 가스 공급부와 연결되어 상기 가스가 이동하는 공급유로와, 상기 공급유로와 연결되어 상기 가스의 일부가 이동하는 제1 유로와, 상기 공급유로와 연결되어 상기 가스의 나머지가 이동하는 제2 유로와, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로와 연결되어 상기 가스가 이동하는 노즐부와, 하우징과, 하우징 내부 상부에 수용되는 코어와, 상기 하우징 내부에 수용되며 상기 코어의 하부에 위치한 플런져 몸체와, 상기 플런져 몸체 상면에 결합되는 플런져 스프링과, 상기 플런져 몸체 하면에 결합되어 상기 제1 유로를 개폐하는 스템 및 상기 플런져 몸체 하면에 결합되는 밸브 스프링을 포함하되, 상기 플런져 몸체의 상면은 상면 중심부가 상면 가장자리부보다 위쪽 방향으로 더 돌출되도록 형성되고, 상기 플런져 스프링은 상기 상면 가장자리부에 방사상으로 배치된 스프링홈 내에 복수개 구비되며, 상기 플런져 몸체의 하면은 하면 중심부가 하면 가장자리부보다 아래 방향으로 더 돌출되도록 형성되고, 상기 하면 중심부가 상기 제2 유로를 개폐하며, 상기 하우징은 상기 코어와 상기 플런져 몸체의 적어도 일부분 및 상기 플런져 스프링이 수용되는 제1 공간부 및 상기 제1 공간부의 하부와 연결되되, 상기 제1 공간부의 직경보다 큰 직경으로 형성되고, 상기 플런져 몸체의 타부분 및 상기 밸브 스프링이 수용되는 제2 공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량유량계의 플런져 장치를 제공한다.

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본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치는 플런져 몸체의 상면에 플런져 스프링을 결합시킴으로써, 플런져 몸체가 자력에 의해 코어의 하면으로 상측 이동하여 밸브를 개방할 때, 플런져 몸체의 하면과 결합된 밸브 스프링과 하우징의 충돌에 의하여 발생하는 밸브 스프링의 충격을 완화시켜 밸브 스프링의 내구성을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치는 플런져 몸체의 상면이 평평하지 않아 코어와의 접촉면적을 최대로 하여 솔레노이드 자성을 극대화 할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치는 플런져 몸체의 하면에 스템이 구비되어 공급되는 유량이 복수의 유로에 나누어 흐를 수 있어 저압 상태에서도 유량을 많이 내보낼 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치가 구비되는 질량유량계의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2은 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치의 이동에 따른 가스의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 플런져 몸체 상면과 플런져 스프링을 도시한 도면이다.

이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치가 구비되는 질량유량계의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치의 이동에 따른 가스의 흐름을 설명하는 도면이며, 도 3은 도 1의 질량유량계의 플런져 장치의 플런져 스프링을 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치를 설명하기에 앞서, 질량유량계의 플런져 장치가 장착되는 질량유량계를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 상기 질량유량계는 플런져 장치(10), 가스공급부(20) 및 노즐부(30)를 포함한다.

본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치(10)는 하우징(100)에 수용되며, 상기 하우징(100)은 상기 플런져 장치(10)를 수용함과 동시에 상기 플런져 장치가 이동하는 공간이 형성되며, 상기 가스공급부(20) 및 노즐부(30)와 연결되어 가스가 외부로 유출되지 않도록 한다.

상기 가스공급부(20)는 가스가 이동하는 공급유로(210)와 연결되어 있고, 상기 노즐부(30)는 상기 가스가 이동하는 제1 유로(310) 및 제2 유로(320)와 연결되어 있으며, 상기 공급유로(210)를 통해 공급되는 가스가 상기 하우징(100) 내부에서 상기 제1 유로(310) 및 제2 유로(320)를 따라 나누어 흐르되, 상기 노즐부(30)에서는 하나로 합쳐져 흐른다.

즉, 상기 공급유로(210)를 이동한 가스는 상기 하우징(100)의 내부 공간을 거쳐 상기 제1 유로(310) 또는 제2 유로(320)로 이동한다. 따라서, 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치(10)가 상기 하우징(100) 내부에서 이동할 때, 상기 공급유로(210)와 상기 제1 유로(310) 또는 제2 유로(320)는 개방 및 폐쇄되어 가스의 흐름을 조절한다.

다시, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치의 실시예를 설명하면, 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치는 코어(400), 플런져 몸체(500), 플런져 스프링(600), 스템(700) 및 밸브 스프링(800)을 포함한다.

상기 코어(400)는 상기 하우징(100) 내부에 구비된 보빈에 전기를 통과시킬 때 전자석이 되어, 자력을 이용해 상기 하우징(100) 내부의 공간에서 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치를 상측으로 들어올리는 역할을 한다.

상기 플런져 몸체(500)는 상기 하우징(100) 내부에 수용되어 상기 코어(400) 하부에 위치하며, 상기 코어(400)의 자력에 의하여 상하로 이동하고, 상기 플런져 몸체(500)의 상면은 상면 중심부가 상면 가장자리부보다 위쪽 방향으로 더 돌출되도록 형성되며, 상기 코어(400)의 하면은 상기 플런져 몸체(500)의 상면과 맞물리게 형성되어 접촉면적을 최대로 하여 솔레노이드 자성을 극대화 할 수 있다. 또한, 상기 플런져 몸체(500)의 하면은 하면 중심부가 하면 가장자리부보다 아래 방향으로 더 돌출되도록 형성되고, 상기 하면 중심부가 상기 제2 유로(320)의 직경보다 큰 직경으로 형성되어 상기 제2 유로(320)를 개폐할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치에 있어서, 상기 플런져 몸체(500)가 수용되는 상기 하우징(100)은 제1 공간부(110)와 제2 공간부(120)를 포함한다.

상기 제1 공간부(110)는 상기 플런져 몸체(500)의 적어도 일부분 및 후술하게 될 상기 플런져 스프링(600)이 수용되며, 상기 제2 공간부(120)는 상기 제1 공간부(110)의 하부와 연결되되, 상기 제1 공간부(110)의 직경보다 큰 직경으로 형성되고, 상기 플런져 몸체(500)의 타부분과 후술하게 될 상기 밸브 스프링(800) 및 상기 스템(700)의 일부분이 수용되며, 상기 제1 공간부(110)와 상기 제2 공간부(120)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 플런져 스프링(600)은 상기 플런져 몸체(500)의 상면 가장자리부에 복수개 결합되어 상기 제1 공간부(110)에 수용되며, 본 실시예에 따른 질량유량계의 플런져 장치에서 상기 플런져 스프링(600)은 바람직하게는 압축 스프링일 수 있다.

여기서, 상기 플런져 스프링(600)이 결합되는 상기 플런져 몸체(500)의 상면 가장자리부에는 상기 플런져 스프링(600)을 결합할 수 있는 스프링홈(510)이 방사상으로 복수개 배치되고, 상기 플런져 스프링(600)은 상기 스프링홈(510)에 끼워져 고정 및 결합되어 상기 코어(400)와 상기 플런져 몸체(500)의 충돌을 방지할 수 있으며, 밸브 스프링의 충격을 완화시킬 수 있다.

상기 스템(700)은 수직의 봉과 수평의 판으로 구성되며, 상기 수직의 봉은 일단이 상기 플런져 몸체(500) 하면 중심에 결합되고, 타단은 상기 수평의 판 상면 중심에 결합되며, 상기 수평의 판은 상기 제1 유로(310)의 직경보다 큰 직경으로 형성되어 상기 제1 유로(310)를 개폐할 수 있다.

상기 밸브 스프링(800)은 판 스프링으로 구성되어 상기 플런져 몸체(500) 하면에 결합되며, 상기 제2 공간부(120)에 수용된다. 이때, 상기 밸브 스프링(800)의 직경은 상기 제1 공간부(110)의 직경보다 큰 직경으로 형성된다.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 질량유량계의 플런져 장치의 이동에 따른 가스의 흐름을 설명한다.

먼저, 도 2의 (a)를 참조하면, 상기 플런져 장치(10)에 전기를 통과시키면, 상기 코어(400)는 전자석이 되어 자력에 의해 상기 플런져 몸체(500)가 상측으로 이동하고, 상기 플런져 몸체(500)의 하면 중심에 결합된 상기 스템(700)이 함께 상측으로 이동하여 상기 제1 유로(310) 및 제2 유로(320)가 동시에 개방되어 상기 공급유로(210)에서 공급된 가스가 상기 제1 유로(310) 및 제2 유로(320)를 나누어 흐름으로써 저압상태에서 유량을 많이 내보낼 수 있다.

여기서, 상기 플런져 스프링(600)은 자력에 의해 상기 코어(400)를 향해 상승하는 상기 플런져 몸체(500) 상면을 지지하여 상기 플런져 몸체(500)와 상기 코어(400)의 충돌을 방지하고, 상기 제1 공간부(110)의 직경보다 큰 직경으로 형성된 상기 밸브 스프링(800)은 상기 제2 공간부(120)의 단부와 접촉함으로써 상기 플런져 몸체(500)의 이동을 제한할 수 있다.

이때, 상기 플런져 몸체(500)의 상면에 결합된 상기 플런져 스프링(600)이 상기 코어(400)의 하면의 가장자리부에 먼저 접촉하고, 이후 상기 플런져 몸체(500)가 상기 제1 공간부(110) 내측으로 이동함에 따라 상기 밸브 스프링(800)이 상기 제2 공간부(120)의 상면에 접촉하게 된다.

따라서, 상기 플런져 몸체(500)의 하면과 결합된 상기 밸브 스프링(800)과 상기 하우징(100)의 충돌에 의하여 발생하는 상기 밸브 스프링(800)의 충격을 완화시킴으로써 상기 밸브 스프링(800)이 손상되어 파손되는 것을 방지할 수 있게 되므로, 상기 밸브 스프링(800)의 내구성을 극대화할 수 있게 된다.

도 2의 (b)를 참조하면, 상기 플런져 장치(10)에 전기가 통과하지 않아 상기 코어(400)가 자력을 잃어 상기 플런져 몸체(500)와 상기 스템(700)이 중력에 의하여 하측으로 이동하거나, 또는 상기 밸브 스프링(800)의 복원력(탄성력)에 의하여 하측으로 이동하여 상기 제1 유로(310)와 상기 제2 유로(310)를 폐쇄함으로써 가스의 이동을 제한할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 플런져 스프링(600)은 상기 플런져 몸체(500)의 상면 가장자리부에 복수개 결합되어 상기 제1 공간부(110)에 수용되며, 상기 상면 가장자리부에 방사상으로 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 질량유량계의 플런져 장치에서 상기 플런져 스프링(600)은 바람직하게는 압축 스프링일 수 있다.

한편, 상기 플런져 몸체(500)가 상기 코일(100)의 자력에 의하여 상기 하우징(100) 내부에서 상측으로 이동할 때, 상기 플런져 몸체(500)는 정확하게 수직방향으로 이동하지 않고, 좌우로 진동하며 상측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 플런져 몸체(500)의 상면 가장자리부에 결합된 상기 플런져 스프링(600)이 상기 코어(400) 하면의 가장자리부에 먼저 접촉하게 된다. 즉, 상기 코어(400)의 자력에 의하여 상기 플런져 몸체(500)가 상측으로 이동해 상기 제1 유로(310) 및 상기 제2 유로(320)를 개방할 때, 상기 플런져 스프링(600)과 상기 코어(400) 하면의 가장자리부가 먼저 접촉함으로써 좌우로 진동하는 상기 플런져 몸체(500)를 지지하여 진동을 완화시키고, 안정적으로 상기 제1 유로(310) 및 제2 유로(320)를 개방하여 가스가 방해 없이 흐름으로써 저압상태에서 유량을 많이 내보낼 수 있다.

또한, 상기 플런져 스프링(600)이 상기 코어(400)의 하면에 먼저 접촉함으로써 상기 플런져 몸체(500)의 하면과 결합된 상기 밸브 스프링(800)과 상기 하우징(100)의 충돌에 의하여 발생하는 상기 밸브 스프링(800)의 충격을 완화시킴으로써 상기 밸브 스프링(800)이 손상되어 파손되는 것을 방지할 수 있게 되므로, 상기 밸브 스프링(800)의 내구성을 극대화할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

10: 플런져 장치
100: 하우징
110: 제1 공간부
120: 제2 공간부
20: 가스 공급부
210: 공급유로
30: 노즐부
310: 제1 유로
320: 제2 유로
400: 코어
500: 플런져 몸체
510: 스프링홈
600: 플런져 스프링
700: 스템
800: 밸브 스프링

Claims (2)

1. 가스가 공급되는 가스 공급부;
   상기 가스 공급부와 연결되어 상기 가스가 이동하는 공급유로;
   상기 공급유로와 연결되어 상기 가스의 일부가 이동하는 제1 유로;
   상기 공급유로와 연결되어 상기 가스의 나머지가 이동하는 제2 유로;
   상기 제1 유로 및 상기 제2 유로와 연결되어 상기 가스가 이동하는 노즐부;
   하우징;
   하우징 내부 상부에 수용되는 코어;
   상기 하우징 내부에 수용되며 상기 코어의 하부에 위치한 플런져 몸체;
   상기 플런져 몸체 상면에 결합되는 플런져 스프링;
   상기 플런져 몸체 하면에 결합되어 상기 제1 유로를 개폐하는 스템; 및
   상기 플런져 몸체 하면에 결합되는 밸브 스프링;을 포함하되,
   상기 플런져 몸체의 상면은 상면 중심부가 상면 가장자리부보다 위쪽 방향으로 더 돌출되도록 형성되고,
   상기 플런져 스프링은 상기 상면 가장자리부에 방사상으로 배치된 스프링홈 내에 복수개 구비되며,
   상기 플런져 몸체의 하면은 하면 중심부가 하면 가장자리부보다 아래 방향으로 더 돌출되도록 형성되고,
   상기 하면 중심부가 상기 제2 유로를 개폐하며,
   상기 하우징은,
   상기 코어와 상기 플런져 몸체의 적어도 일부분 및 상기 플런져 스프링이 수용되는 제1 공간부; 및
   상기 제1 공간부의 하부와 연결되되, 상기 제1 공간부의 직경보다 큰 직경으로 형성되고, 상기 플런져 몸체의 타부분 및 상기 밸브 스프링이 수용되는 제2 공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질량유량계의 플런져 장치.
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