KR200203126Y1 - 가스 제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스 보일러에 대한 연소용 가스의 공급을 제어하는 선출원 공급밸브에 사용되기에 적합한 제어밸브를 개시한다.

본 고안 가스 제어밸브는 그 밸브체가 투자성(透磁性)재질에 의해 중공(中空)의 원통형으로 구성된 측벽(側壁)의 상부가 마감판으로 폐쇄된 컵(cup) 형태로 구성되고 이 측벽에 상하방향으로 연장된 슬롯(slot) 형태의 조절통로가 적어도 하나 형성되어 구성됨으로써, 권선체에 공급되는 전류량에 따라 가스통로를 비례제어방식으로 개폐하여 가스 공급량을 정확히 조절할 수 있다. 는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 제어밸브

본 고안은 가스 제어밸브에 관한 것으로, 특히 가스 보일러의 버너(burner)에 연소용 가스를 공급하는 가스 공급밸브로 사용되기에 적합한 가스 제어밸브에 관한 것이다.

보일러는 물을 가열하여 발생시킨 온수 또는 스팀을 이용하여 난방 또는 온수를 제공하는 장치이다. 이러한 보일러는 다양한 연료를 사용하고 있는데, 연료의 가열특성에 따라 순간가열식과 저탕식(貯湯式)으로 구분될 수 있다.

저탕식 보일러는 연탄이나 기름등을 연료로 하여 물을 가열한뒤 이를 온수저장탱크에 저장하여 두고 필요에 따라 난방이나 온수공급을 행하게 된다. 이에 비하여 순간 가열식 보일러는 보일러 몸체내에 주열교환기 및/또는 온수용 열교환기를 구비하여 필요 경우 즉시 난방 또는 온수를 공급할 수 있다. 가스보일러는 순간가열식 보일러에 해당하는바, 도시가스의 보급과 사용의 편의성에 의해 최근 가정용 난방 보일러로서 그 보급이 매우 활발하다.

제1도에는 이러한 가정용 가스보일러의 구성을 개략적으로 도시하고 있는데 이 구성은 특히 난방수와 온수의 가열을 주열교환기에서 동시에 수행하는 듀얼(dual)방식의 열교환기를 채택한 듀얼방식 보일러를 나타내고 있다. 이와 구분되는 싱글(single)방식 보일러는 주열교환기로 난방수의 열교환만을 수행하고 여기서 가열된 난방수를 별도의 2차 열교환기 또는 온수용 열교환기를 통과시킴으로써 온수를 가열하는 차이가 있을 뿐 연소실의 기본적 구성과 작용은 큰 차이가 없다.

제1도에서, 버너(B)가 구비된 연소실 상에는 열교환기(X)가 설치되고 그 상부에는 배기후드(排氣 hood;H)가 설치된다. 부호 F는 배기후드(H)의 배기팬이며 M은 그 모터이다. 듀얼방식 열교환기(X)는 전술한 바와 같이 버너(B)의 가스 불꽃에 의해 직접 가열되는 난방수 가열관(12)내에 온수가열관(11)이 구비되어, 버너(B)에 의해 가열된 난방수가 온수와 열교환함으로써 온수가 2차적으로 가열된다. 듀얼방식이라는 명칭은 한 열교환기(X)내에서 난방수와 온수가 한꺼번에 가열된다는 의미이다.

여기서 버너(B)에는 도시가스 배관이나 저장용기로부터 LNG나 LPG등의 연소용 가스가 공급되는데, 그 공급의 제어와 조절을 위해 공급밸브가 사용된다. 제2도에는 현재 가정용 가스 보일러에 일반적으로 사용되고 있는 공급밸브의 구성을 도시하고 있다.

제2도에서 공급밸브는 기본적으로 복수의 밸브에 의해 다단(多段)으로 구성되는데 이것은 일부 밸브의 이상시 가스 누출에 의한 안전사고의 위험을 방지하기 위한 것이다. 일반적으로 사용되고 있는 공급밸브는 도시된 바와 같이 가스경로(G)에 대해 단순 개폐밸브인 1,2차 밸브(V1,V2)와 비례제어 밸브인 3차밸브(V3)를 순차적으로 구비하여 3단으로 구성되어 있다. 각 밸브(V1-V3)는 솔레노이드(solenoid) 밸브로 구성되어 보일러의 주 제어부등에 의해 원격 제어되며, 비례제어 밸브인 3차밸브(V3)에는 다이어프램(diaphrag;D)등의 탄성막이 구비되어 외부의 조절나사(S)의 회전에 의해 그 개폐정도를 조절할 수 있게 되어 있다.

그런데 이러한 구성의 종래의 공급밸브는 그 구조상 다음과 같은 여러 가지 문제를 가지고 있다.

즉 일반적인 구성의 솔레노이드 밸브를 사용하는 각 밸브(V1-V3)들은 가스경로(G)를 교차하는 방향으로 이동하며 이를 개폐시키게 되므로 가스경로(G)가 복잡하게 굴곡되어야 복수의 밸브(V1-V3)의 설치가 가능하게 된다. 따라서 가스의 공급저항이 커 압력강하가 커질 뿐 아니라 가스경로(G)도 단순한 직관(直館) 또는 곡관(曲管)이 아니라 성형물로 제조될 수밖에 없게된다. 이 성형물로는 주철(鑄鐵)이나 알루미늄 다이캐스팅(die casting)등이 사용되는 바, 모두 제조원가나 고온부식등의 문제가 있어 보일러의 원가를 상승시키고 수명을 단축시키게 된다.

더구나 가스경로(G)는 단순한 연소용 가스의 통로역할외에도 그 개폐를 위해 각 밸브(V1-V3)에 맞물리는 밸브 시이트(valve seat)를 형성해야 하므로 단일한 성형물로는 제조가 곤란하여 2개이상의 분할체로 성형한 뒤 상호 결합하여 구성되며, 그 결합부에는 가스의 누설을 방지하기 위해 가스켓(gasket)이나 O-링(ring)을 삽입해야 하므로 그 조립공수가 매우 커지게 되며, 이에 각 밸브(V1-V3)를 역시 가스켓이나 O-링을 삽입하여 결합시키게 되므로 그 조립공수는 더욱 커지게 된다.

예를 들어 제2(a)도 및 제2(b)도의 공급밸브는 2개의 분할체를 별도 성형하여 결합한 뒤 이에 2개의 판재(板材)를 접합하여 가스경로(G)를 구성하고, 다시 3개의 밸브(V1-V3)를 조립하여 구성되므로 그 구조가 매우 복잡하고 부피가 크며 조립공수가 매우 큰 문제를 가지고 있다.

또한 종래의 공급밸브는 높이에 비해 부피가 크므로 보일러의 구조상 다른 부가적인 문제를 야기한다. 즉 일반적인 가정용 보일러는 직육면체형태의 캐비넷(cabinet)내에 수납되는데, 연소실의 상부에는 고열에 따라 열교환기외에는 구비할 수 없으므로 나머지 구성부, 예를 들어 제어기판이나 펌프, 또는 삼방변(辨)등이 연소실 하부에 어느 정도 간격을 이격하여 구비된다. 따라서 공급밸브의 부피가 커서 다른 부품의 배치에 지장을 초래할 뿐 아니라 그 높이가 낮으므로 연소실의 버너(B)의 공급 매니폴드(manifold)와의 연결을 위해 별도의 배관이 필요해지고, 이 배관만으로는 연소실을 지지할 수 없으므로 브라켓(bracket)등 별도의 지지체가 필요하게 된다.

결국 종래의 공급밸브는 그 자체의 제조원가 및 조립공수가 높을 뿐 아니라 보일러의 구성도 복잡하게 하고 부피도 증가시키는 문제를 야기하였다.

이와 같은 종래의 문제를 감안하여 본원인은 제3도 및 제4도에 도시된 바와 같은 구성의 가스 공급밸브를 창안하여 1998년 4월 25일자의 1998년 특허출원 제 14804호로 출원한 바 있다.

제3도 및 제4도에서, 선출원 가스 공급밸브는 스톡(stock;43)의 일측에 가스경로를 개폐하는 밸브헤드(head)(42)와 타측에 투자(透磁)성의 재질로 구성되며 적어도 한 관통구멍(41a)이 형성되는 원통형의 코어(core;41)를 가지는 밸브체(40)와, 외판(11,21,31)과 중간판(12,22,32) 사이에 지지되며 밸브체(40)의 코어(41)를 축방향 이동가능하게 수납하는 동시에 코어(41)의 이동력을 제공하는 전자석을 형성하는 권선체(捲線體;50)와, 밸브체(40)의 밸브헤드(42)와 접촉하여 가스경로를 개폐하는 밸브시이트(13a,23a,23b)를 가지는 시이트판(13,23)과, 중간판(12,22,32)과 시이트판(13,23)간에 결합되어 그 사이의 공간을 외부와 밀폐시킴으로써 밸브체(40)의 밸브헤드(42)와 시이트판(13,23)의 밸브시이트(13a,23a,23b)에 의해 개폐되는 가스경로를 형성하는 외통(外通;60)을 구비하는 밸브조립체(10,20,30)로 1차 내지 3차밸브(V1-V3)를 구성하고 있다.(나머지 구성의 상세와 미설명부호에 대해서는 위 선출원의 참조 요망함)

이와 같은 선출원 가스 공급밸브는 가스 공급밸브의 제조원가 및 제조공수를 종래의 구성에 비해 크게 절감시키고 나아가 이를 구비하는 가스 보일러의 소요크기를 감소시키고 그 구조도 단순화하는 매우 큰 효과를 달성하고 있다.

그런데 가스 보일러의 제어를 위해서는 사용자가 요구한 연소의 정도에 따라 가스 공급량을 조절한 상태로 공급해야 하는 바, 상술한 구성의 가스 공급 밸브는 가스경로를 높은 신뢰성으로 확실히 개폐하여 주지만 그 유로(流路) 단면적의 조절 가능범위가 좁아 효율적인 제어밸브로 사용되기는 어렵다.

이에 따라 본 고안의 목적은 상술한 선출원 가스 공급밸브에 함께 사용되어 효율적인 가스 공급량의 제어가 가능한 가스 제어 밸브를 제공하는 것이다.

제1도는 가스 보일러의 일반적인 구성을 보이는 개략 단면도.

제2(a)도 및 제2(b)도는 종래의 공급밸브의 구성을 보이는 측단면도들.

제3도는 본원인의 선출원 공급밸브의 구성을 보이는 측단면도.

제4도는 그 요부 분해 사시도.

제5(a)도 및 제5(b)도는 본 고안 제어밸브의 한 구성과 그 작용을 보이는 순차적 단면도들.

제6도는 그 요부 분해 사시도.

제7도는 본 고안 제어밸브의 다른 구성을 보이는 단면도.

제8(a)도 내지 제8(c)도는 제7도의 제어밸브의 동작을 보이는 순차적 단면도들.

제9도는 본 고안 제어밸브의 또 다른 구성을 보이는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브체(valve body) 2 : 측벽

3 : 마감판 4 : 조절구멍

5,6,7 : 상판, 하판, 중간판 8 : 보스(boss)부

50 : 권선체(coil body) 60 : 외통(外桶)

70 : 압축 스프링 90 : 타이바(tie bar)

본 고안 가스 제어밸브는 기본적으로 선출원 가스 공급밸브의 구성원리를 그대로 이용하는 바, 그 밸브체가 투자성(透磁性)재질에 의해 중공(中共)의 원통형으로 구성된 측벽(側壁)의 상부가 마감판으로 폐쇄된 캡(cap) 형태로 구성되고, 이 측벽에 상하방향으로 연장된 슬롯(slot) 형태의 조절통로가 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면 권선체에 공급되는 전류량에 따라 밸브체의 이동변위가 변화되고 이에 따라 조절통로의 유로 단면적이 변화되므로 가스 공급량의 정확한 제어가 가능하게 된다.

그러므로 본 고안 가스 제어밸브는 선출원 가스 공급밸브와 함께 사용되어 가스 공급의 확실한 개폐와 정확한 제어가 가능하게 함으로써 사용의 신뢰성과 편의성이 높은 고품질의 가스 보일러를 구현하는데 매우 큰 효과가 있다.

[실시예]

이와 같은 본 고안 가스 제어밸브의 구체적 특징과 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예들의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

바람직하기로 본 고안 가스 제어밸브는 제3도 내지 제4도의 선출원 가스 공급밸브에 있어서 1차 내지 3차밸브(V1-V3)중의 어느 하나를 대체하여 사용되기에 적합한 것이다. 제어의 특성상 본 가스 제어밸브는 3차밸브(V3)를 구성하는 것이 바람직한바, 그러면 1차밸브(V1) 및 2차밸브(V2)는 상호 보완(fail-safe)하는 두 개폐밸브를 구성하고 본 고안에 의한 3차밸브(V3)가 가스 공급량을 제어하는 제어밸브를 구성하게 된다.

이에 따라 제5(a)도 및 제5(b)도에 도시된 실시예에서도 제3도 내지 제4도의 3차밸브(V3)의 구성부를 인용하여 도시하고 필요한 경우에는 그 명칭과 부재번호도 그대로 사용하기로 한다.

제5도 내지 제6도에서, 본 고안 제어밸브는 상판(5;바람직하기로 제3도 및 제4도의 외판(31)위치에 위치함)과 하판(6;바람직하기로 제3도 및 제4도의 시이트판(23)위치에 위치함), 그리고 그 사이의 중간판(7;바람직하기로 제3도 및 제4도의 중간판(32)위치에 위치함)간에 구비되는데, 각각 관통구멍(5a,6a,7a)이 형성된 상판(5)과 중간판(7) 또는 하판(6)과 중간판(7)사이의 공간중 어느 하나에 선출원과 같이 내부에 내경(內徑)부(51)가 형성되는 원통형의 권선체(50)가 구비되고 나머지 한 공간에 외통(60)이 구비되어 밸브를 형성하게 된다.

밸브체(1)는 이 권선체(50)의 내경부(51)를 승강하도록 투자성 재질, 예를들어 코어재질에 의해 중공의 원통체 형태로 구성된 측벽(2)을 구비하고, 이 측벽(2)의 상부는 바람직하기로 원판형의 마감판(3)이 폐쇄하여 전체적으로 도립(倒立)된 컵(cup)형상으로 구성되어 있다. 측벽(2)에는 그 상하방향의 슬롯형태로 연장되는 적어도 한 조절통로(4)가 형성되어 있다.

이 실시예에서 밸브체(1)는 중간판(7)에 지지되는 압축 스프링(70)에 의해 상판(5)측으로 탄성 바이어스(bias)되어 상시폐쇄 상태를 유지하게 되는데, 마감판(3)에는 바람직하기로 내열성고무등의 탄성재질로 구성된 가스켓(gasket;9)이 구비되어 상판(5)의 관통구멍(5a)과 밀봉접촉하게 된다. 가스켓(9) 결합의 편의를 위하여 밸브체(1)의 마감판(3)은 측벽(2)의 직경보다 돌출한 플랜지(flange)부(3a)를 구비하고 가스켓(9)은 “ㄷ”자 형태의 결합턱(9b)을 구비하여 마감판(3)의 플랜지부(3a)에 결합지지된다.

가스켓(9)의 완전한 밀봉을 위해서는 상판(5)의 관통구멍(5a)과의 사이에 밸브시이트가 구비되어야 하는데, 가스켓(9)의 상면에 링(ring)형태의 밀봉턱(9a)을 일체로 형성하게 되면 상판(5)이 단순한 평판으로 구성될 수 있어 바람직하다.

나머지 부호 71은 압축 스프링(70)의 스프링력을 전달하고 가스켓(9)의 결합상태를 유지하는 스프링 시이트이며, 각 판(5,6,7)을 결합하는 타이바(90)등의 기타구성에 대하여는 제3도 내지 제4도의 선출원 밸브의 구성을 참조하기 바란다.

이와 같은 본 고안 제어밸브는 압축 스프링(70)에 의해 제5(a)도와 같이 상시폐쇄 상태를 유지하다가, 권선체(50)에 전원이 공급되면 그 자력에 의해 밸브체(1)가 하방으로 당겨져서 그 마감판(3)상의 가스켓(9)이 제5(b)도와 같이 상판(5)의 관통구멍(5a)과 분리되고 이에 따라 조절통로(4)를 통해 외통(60)과의 사이에 가스통로가 개방되어 가스가 공급된다.

이때 권선체(50)에 공급되는 전력에 따라 압축스프링(70)의 탄성 바이어스력에 저항하는 자력(磁力)이 변화됨으로써 밸브체(1)의 이동량이 변화되는데, 그러면 밸브체(1)의 가스켓(9)과 상판(5)의 관통구멍(5a)간의 간격이 변화됨으로써 양자간의 가스통로의 단면적이 변화되고, 그 결과 가스 공급량의 비례제어가 가능하게 된다.

한편 제7도의 실시예는 본 고안 밸브에 의한 가스공급의 제어작용을 더욱 정확하게 수행하기 위해 조절통로(4)를 통해 가스통로의 조절을 수행하도록 구성된 바, 이를 위해 밸브체(1)는 상판(5)에 지지되는 압축 스프링(70)에 의해 중간판(7)측으로 탄성 바이어스되고 있다. 이러한 구성에 의하면 밸브체(1)의 마감판(3)을 제외한 측벽(2)이 권선체(50)의 내경부(51)에 진입하여 그 조절통로(4)가 폐쇄된 상태가 되므로 상시폐쇄 상태를 형성하는 바, 중간판(7)의 관통구멍(7a)과의 밀폐를 위해 가스켓(9)의 밀봉턱(9a)은 그 하면에 형성되어 있다.

이 실시예는 앞의 실시예와는 달리 밸브체(1)와 권선체(50)의 반발력에 의해 밸브를 개폐하게 되는 바, 이를 위해 밸브체(1)는 소정방향의 극성, 즉 상하로 N-S 또는 S-N으로 대자(帶磁)되어 구성된다. 그러면 권선체(50)에 공급되는 전류량에 따라 제8(a)도 내지 제8(c)도와 같이 밸브체(1)의 이동량이 변화될 수 있게 되는 바, 밸브체(1)의 이동량에 따라 중간판(7)의 관통구멍(7a)상으로 노출되는 조절통로(4)의 크기, 즉 가스통로의 유로 단면적이 변화되므로 가스 공급량의 제어가 가능하게 된다.

즉 제8(a)도 내지 제8(c)도는 권선체(50)에 공급되는 전류량에 따라 밸브체(1)의 조절통로(4)를 각각 1/3, 1/2, 1만큼 노출시켜 가스통로의 유로 단면적 및 이에 의한 가스 공급량을 각각 최대 공급량을 1/3, 1/2, 1로 제어하는 예를 보여주고 있다.

이와 같은 제7도 내지 제8도의 실시예는 가스 공급량의 정확한 비례제어를 가능하게 하지만 반발력을 이용하는 것이므로 그 구성상 밸브체(1)가 대자, 즉 영구자석으로 구성될 필요가 있다. 그런데 영구자석은 시간의 경과에 따라 점차 자력이 감쇠되며 특히 가스 보일러등 고온이며 금속을 둘러싸인 환경에서는 그 자력의 저하가 현저하여, 제어특성이 변화될 우려가 있다.

이에 따라 제9도의 실시예는 제8도와 같이 조절통로(4)를 가스공급량의 제어에 사용하면서 밸브체(1)를 영구자석으로 구성하지 않는 구성을 개시하고 있는데, 이 실시예는 제5도 내지 제6도의 구성에서 중간판(7)의 상방으로 밸브체(1)의 측벽(2)을 둘러싸는 원통형의 보스(boss)부(8)가 연장되어 있다. 바람직하기로 이 보스부(8)의 상단은 조절통로(4)의 하단보다 낮은 레벨(level)에 위치하게 되는 바, 그러면 권선체(50)에 공급되는 전류량에 따라 밸브체(1)가 하방으로 당겨져 이동하면서 보스부(8)에 대한 조절통로(4)의 노출정도가 변화됨으로써 가스 공급량의 정확한 비례제어가 가능하게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 고안 제어밸브는, 제조원가 및 조립공수가 매우 저렴하며 낮을 뿐 아니라 이를 구비하는 보일러의 구성도 단순화 및 소형화 할 수 있는 선출원 공급밸브의 우수한 특성을 그대로 발휘하면서, 이에 매우 간단하고 신뢰성이 높은 비례제어 기능을 제공하게 된다.

Claims (4)

1. 원통형 권선체의 내경부에 수납되어 그 자력에 의해 이동함으로써 가스통로를 개폐하는 가스 공급밸브에 있어서, 상기 밸브체(1)가 투자성 재질에 의해 중공의 원통형으로 구성된 측벽(2)과 그 상부를 폐쇄하는 원판형의 마감판(3)을 구비하여 컵형태로 구성되고, 상기 측벽(2)에 상하방향으로 연장된 슬롯형태의 조절통로(4)가 적어도 하나 형성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 제어밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브체(1)의 측벽(2)이 상기 권선체(50)의 내경부(51)에 수납되어, 상기 권선체(50)에 공급되는 전류량에 따라 상기 내경부(51)에 대한 상기 측벽(2)의 조절통로(4)의 개방정도가 변화되는 것을 특징으로 하는 가스 제어밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 밸브체(1)의 측벽(2)의 일부가 보스부(8)에 수납되어, 상기 권선체(50)에 공급되는 전류량에 따라 상기 보스부(8)에 대한 측벽(2)의 조절통로(4)의 개방정도가 변화되는 것을 특징으로 하는 가스 제어밸브.
4. 제1항에 있어서, 상기 밸브체(1)의 마감판(3)이 상기 측벽(2)의 직경보다 큰 플랜지부(3a)를 구비하여, 이 플랜지부(3a)에 상기 가스통로를 밀폐하는 밀봉턱(9a)을 가지는 가스켓(9)의 결합턱(9b)이 결합되는 것을 특징으로 하는 가스 제어밸브.