KR20170072944A - 제어밸브 작동을 위한 파일럿 유압 시스템 - Google Patents

제어밸브 작동을 위한 파일럿 유압 시스템 Download PDF

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Abstract

파일럿 밸브 시스템은 하부 체임버와 상부 체임버 사이의 압력차에 의해 제어된다. 하부 체임버의 유체 통로는 제1 및 제2 배출구로 유입구를 유체 연결한다. 압력차를 변화시킴으로써, 유체 통로 내의 스템의 위치는 변하게 되고 유체는 한번에 유입구와 제1 배출구와 제2 배출구 중 오직 하나만의 사이에서 흐를 수 있다. 하부 체임버의 압력은 스템의 바닥 말단부에 대해 압력을 가하기 위해 제2 유체를 이용하여 변화될 수 있다. 상부 체임버의 압력은 다이아프렘에 대해 스프링을 가압하기 위해 조절나사를 이용하여 변화될 수 있다.

Description

제어밸브 작동을 위한 파일럿 유압 시스템{PILOT HYDRAULIC SYSTEM FOR OPERATING CONTROL VALVE}
본 출원은 2014년 10월 31일에 제출된 미국 가출원 번호 62/073,703의 우선권을 주장하며, 그 내용은 참조를 위해 본 명세서에 모두 포함된다.
본 발명은 제어밸브를 작동에 유용한 파일럿 밸브 시스템(a pilot valve system)에 대한 것이다. 상기 파일럿 밸브 시스템을 이용하여 한번에 제1 유입구로부터 제1 및 제2 배출구 중 오직 하나로만 유체를 전달하는 방법이 또한 명시되어 있다. 상기 파일럿-제어 밸브 시스템은 예컨대, 농업 및 도시 및 폐기물 관리 산업의 액체를 관리하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 종래의 파일럿 밸브 시스템을 통한 개선이다. 일반적으로, 다음과 같은, 두 가지 다른 타입의 파일럿 밸브 시스템이 있다: 포핏(poppet) 기반 시스템 및 포핏 밸브 미사용 시스템.
포핏 기반 파일럿 밸브 시스템은 일반적으로 0.1-0.2Bar(델타압력, 압력변화량)의 정확도를 가질 수 있다. 포핏 기반 파일럿 시스템은 스프링, 씰(seal), 및 포핏 설계로 인해 비싸고 종종 막힘 및 결함이 자주 발생한다. 막힘 및 다른 결함은 모래 및 다른 외부 입자가 시스템의 포핏과 씰 사이의 틈에 끼일 수 있기 때문에 일어날 수 있다. 이러한 막힘 및 결함의 결과는 그 틈의 모래 및 다른 외부 입자의 침적으로 인한 밸브의 누출, 씰의 침식, 및 스프링의 크리핑(creeping of the spring)일 수 있다. 그러므로, 상기 시스템은 유지 비용이 비싸고, 시간 소모적이며, 많은 노동력이 소모된다.
포핏을 사용하지 않는 파일럿 밸브 시스템은 "포핏-프리(poppet-free)" 시스템으로서 나타낼 수 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 0.3-0.5 Bar(델타압력)의 정화도, 즉, 포핏 기반 시스템보다 정확도가 덜한 정확도를 가질 수 있다. 포핏 밸브를 사용하기 않음으로써, 이러한 시스템은 유지하기 더 쉽고 저렴하다. 더욱이, 이 시스템은 막힘이 덜하며 포핏 기반 시스템의 일반적인 다른 결함들이 덜 발생할 수 있다. 그럼에도, 이러한 포핏-프리 시스템의 낮은 정확도는 그 사용을 제한시킨다.
저비용, 쉬운 유지관리, 그리고 막힘 또는 다른 결함을 감소시키면서 종래의 포핏 기반 파일럿 밸브 시스템의 단점을 극복하는 포핏-프리 파일럿 밸브 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 0.1-0.2 Bar의 정확도를 가질 수 있고, 현존하는 포핏-프리 파일럿 밸브 시스템의 단점을 극복하는 포핏-프리 파일럿 밸브 시스템이 더욱 바람직할 것이다.
본 발명은 더욱 쉽고 제작 및 유지에 더 경제적이며 더욱 신뢰할만하고 작업에 더 효율적인 파일럿 밸브 시스템으로 현존하는 파일럿 밸브 시스템 디자인이 가진 결함을 극복한다. 다양한 실시예에서, 파일럿 밸브 시스템은 밸브를 열고 닫게 구동시키는, 상부 및 하부 체임버 사이의 압력차에 의해 제어되도록 설계된다. 다이아프렘(diaphragm)이 상부 및 하부 체임버를 분리시킨다. 하부 체임버는 그 안에 형성된 유체 통로를 가진 파일럿 바디를 구비한다. 유체 통로는 단일 유입구를 제1 배출구 및 제2 배출구 모두와 연결시킨다. 배출구 중 하나는 유입구 위에 있으며, 다른 배출구는 유입구 아래에 있다. 스템(stem)은 유체 통로에 위치하며 유입구와 한 번에 두 개의 배출구 중 오직 하나 사이의 유체 유동을 허용하도록 구성된다. 상부 체임버는 압력 스프링과 다이아프렘에 대해 압축 스프링에 의해 제공된 힘, 즉, 상부 체임버의 압력의 양을 제어하기 위한 조절 나사를 구비한다.
상부 체임버의 압력의 양이 실질적으로 하부 체임버의 압력과 같은 경우, 스템은 균형잡힌 위치에 있으며 유입구는 제1 배출구 또는 제2 배출구에 유체 연결되지 않는다. 상부 체임버의 압력의 크기가 하부 체임버의 압력 크기보다 큰 경우, 스템은 하부 위치에 있고, 유입구는 제1 배출구와 유체 연결되지만, 제2 배출구와는 유체 연결되지 않는다. 상부 체임버의 압력 크기가 하부 체임버의 압력 크기보다 작은 경우, 스템은 상부 위치에 있고 유입구는 제2 배출구에 유체 연결되지만 제1 배출구에는 유체 연결되지 않는다.
스템은 피스톤 밸브 시스템의 작동 중 제1 또는 제2 배출구로 전환된도록 제1 유체를 수용하게 되어있다. 어떤 실시예에서, 하부 체임버는 스템에 대해 압력을 가하기 위해 제2 유체를 수용하게 되어있는 그 바닥 말단부에 개구부를 가진다. 하부 체임버의 압력은 포핏과 마찬가지로, 스프링이 아닌, 제2 유체를 이용하여 변화된다.
본 발명의 어떤 실시예에서, 유입구는 파일럿 바디(pilot body)의 제1 측면을 따라 위치하며 제1 및 제2 배출구는 제1 측면 맞은편의 파일럿 바디의 제2 측면을 따라 위치한다.
특정 실시예에서, 파일럿 밸브 시스템은 제1 씰(seal) 및 제2 씰을 포함한다. 제1 씰은 유입구와 제1 배출구 사이의 유체 통로를 따라 배치된다. 제2 씰은 유입구와 제2 배출구 사이의 유체 통로를 따라 배치된다.
어떤 실시예에서, 스템은 스템의 바닥 말단부에 바닥 정지부(bottom stop)를 구비할 수 있다. 파일럿 바디는 또한 제1 배출구 아래에 파일럿 정지부를 구비할 수 있다. 파일럿 정지부는 바닥 정지부와 맞물리도록 구성된다.
특정 실시예에서, 유체 통로는 상부, 중앙부, 및 하부를 갖는 것으로 여겨질 수 있다. 유체 통로의 중앙부와 하부는 실질적으로 서로 같은 폭을 가진다. 유체 통로의 상부의 폭은 중앙부 및 하부의 폭보다 크다.
어떤 실시예에서, 스템은 상부 구역, 중앙 구역, 하부 구역, 그리고 제1 및 제2 중간 구역을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 상부, 중앙, 및 하부 구역은 모두 실질적으로 같은 폭이다. 제1 및 제2 중간 구역은 실질적으로 같은 폭을 갖는다. 제1 및 제2 중간 구역의 폭은 상부, 중앙, 및 하부 구역의 폭보다 크다. 제1 중간 구역은 상부 구역을 중앙 구역으로 분리시키며 제2 중간 구역은 하부 구역을 중앙 구역으로 분리시킨다.
본 발명의 파일럿 밸브 시스템은 상부 체임버의 스프링을 둘러싸는 커버(cover)를 포함할 수 있다.
본 발명의 피스톤 밸브 시스템은 0.1에서 0.2Bar(델타압력)의 정확도일 수 있다. 본 발명의 파일럿 밸브 시스템은 포핏-프리 시스템이다(즉, 파일럿 바디는 어떤 포핏 밸브를 포함하지 않는다).
또한 다양한 실시예에 공지된 것은 전술한 파일럿 밸브 시스템을 이용하여 한번에 제1 유입구에서 제1 배출구와 제2 배출구 중 오직 하나에만 유체를 전달하기 위한 방법에 대한 것이다. 방법은 전술한 파일럿 밸브 시스템을 제공하는 단계와, 하부 체임버의 유입구를 통해 제1 유체를 유동시키는 단계, 그리고 상부 체임버와 하부 체임버 사이의 압력차에 근거한 유체 통로 내의 스템의 위치를 제어하기 위해 하부 체임버의 바닥 말단부에 개구부를 통해 제2 유체를 유동시키는 단계를 포함한다.
이것과 다른 본 발명의 비-한정적인 특징은 하기에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.
다음은 본원에 개시된 예시적인 실시예를 예시하기 위한 목적으로 제시된 것으로, 본 발명을 한정하기 위한 목적이 아닌 도면에 대한 간략한 설명이다.
도 1은 종래의 포핏 기반 파일럿 밸브 시스템의 측면도이다.
도 2는 도 1의 포핏 기반 파일럿 밸브 시스템의 일부분의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 파일럿 밸브 시스템의 단면도이다.
도 4는 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 일부에 대한 확대 단면이며, 유체 통로 내의 스템을 나타낸다. 여기에서, 스템의 상부, 중앙, 하부 및 제1 및 제2 중간 구역이 보일 수 있다. 또한 본 관점에서는 파일럿 정지부와, 제1 씰 및 제2 씰이 보인다.
도 5는 명확성을 위해 스템이 제거된 유체 통로만이 도시된, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 부분의 다른 확대 단면이다. 이 관점에서, 유체 통로의 상부, 중앙, 및 하부가 보일 수 있다. 또한 이 관점에서 제1 씰과 제2 씰이 보인다.
도 6은 "하부" 위치의 스템이 도시된, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 구역의 다른 확대 단면이다.
도 7은 "균형잡힌" 위치의 스템이 도시된, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 구역의 다른 확대 단면이다.
도 8은 "상부" 위치의 스템이 도시된, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 구역의 또 다른 확대 단면이다.
본 명세서에 개시된 구성요소, 공정, 장치 및 시스템의 더 완전한 이해는 첨부된 도면을 참조하여 얻어질 수 있다. 이들 도면은 편의상 및 본 개시의 용이함을 기초로 한 개략적인 표현이며, 따라서 장치 또는 그 구성요소의 상대적인 크기 및 치수를 나타내기 위해 및/또는 예시적인 실시예의 범위를 정의 또는 제한하기 위한 것은 아니다.
명확한 설명을 위해 하기의 설명에서 특정 용어가 사용되었지만, 이들 용어는 도면에 예시를 위해 선택된 실시예의 특정 구조만을 언급하고자 하는 것이며, 본 발명의 범주를 한정하거나 한정하려는 것은 아니다. 이하의 도면 및 이하의 설명에서, 동일한 번호는 유사한 기능의 구성요소를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명확하게 다르게 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다.
본 명세서 및 청구 범위에서 사용되는 개방형 과도 구문, "구성되다", "구비하다", "갖는", "포함하다" 및 그 변형은 명명된 성분/단계의 존재를 필요로 하며 다른 성분/단계의 존재를 허용한다. 이러한 문구는 또한 명명된 성분/단계 및 불가피한 불순물만을 허용하고, 다른 성분/단계를 배제하는, "구성되다" 또는 "본질적으로 구성된다"의 폐쇄형 구문을 개시하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 수치는 동일한 수의 유효 숫자로 감소 될 때 동일한 수치를 포함하고 상기 수치를 결정하기 위해 기술된 측정 기술의 실험 오차 미만으로 언급된 값과 다른 수치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 개시된 모든 범위는 인용된 종점(endpoint)을 포함하고 독립적으로 조합할 수 있다(예를 들어, "2 그램에서 10 그램"의 범위는 종점과, "2 그램에서 10 그램의 범위" 그리고 모든 중간 값을 포함한다).
"약"이라는 용어는 해당 값의 기본 기능을 변경하지 않고 수행할 수 있는 모든 숫자 값을 포함하는 데 사용할 수 있다. 범위와 함께 사용되는 경우, "약"은 또한 두 종점의 절대값에 의해 정의되는 범위를 개시하는데, 예를 들어 "약 2 에서 약 4"는 또한 범위 "2 내지 4"를 개시한다. "약"이라는 용어는 표시된 숫자의 ±10 %를 기준으로 표시될 수 있다.
"실질적으로"라는 용어는 동작, 특성, 구조 또는 결과의 완전하거나 거의 완전한 정도 또는 정도를 나타낼 수 있다. 즉, 예를 들어 "실질적으로" 둘러싸인 물체는 물체가 완전히 둘러싸이거나 거의 완전히 둘러싸여 있음을 의미한다. 절대적 완전성으로부터의 이탈의 정확한 허용 정도는 경우에 따라 특정 상황에 의존할 수 있다. 그러나 일반적으로 완료의 근접성은 절대적 완성도가 얻어진 것처럼 전반적인 결과가 같을 것이다. "실질적으로"라는 용어의 사용은 부정적인 의미로 사용되어 행동, 특성, 구조 또는 결과의 완전하거나 거의 완전한 부족을 나타낼 때 동등하게 적용된다. 예를 들어, "실질적으로 입자가 없는 "조성물은 완전히 입자가 부족하거나 완전히 입자가 부족하여 완전히 입자가 없는 것과 같은 효과와 동일하다. 달리 말하면, 부재를 "실질적으로 포함하지 않는" 객체는 그 안에 부재가 존재할 때 측정 가능한 효과가 없는 한 실제로 그러한 부재를 포함할 수 있다.
본 발명은 파일럿 밸브 시스템의 상부 및 하부 체임버 사이의 압력차를 통해 제어되도록 설계된 파일럿 밸브 시스템에 대한 것이다. 압력차를 변화시킴으로써, 시스템은 유체를 두 개의 다른 배출구 중 하나로 받아들이고 및 전달할 수 있다. 달리 말하면, 파일럿 밸브 시스템은 유체가 다른 배출구로 흘러가지 않게 하면서, 유입구에서 원하는 배출구로 유체를 전달할 수 있다.
도 1은 종래의 포핏 파일럿 밸브 시스템(poppet-based pilot valve system)의 단면이다. 시스템은 두 체임버(chambers) 사이에 다이아프렘(6, diaphragm)을 포함한다. 상부 체임버는 스프링(8)과 조절나사(9)를 구비한다. 스프링(8)은 커버(7)로 둘러싸여 있다. 하부 체임버는 포핏(3, poppet), 스프링(1), 포핏(3)에 장착된 씰(4, seal) 및 스템(5, stem), 유입구(B) 및 배출구(A, C)를 포함한다. 스템을 위쪽으로 이동시키고 밸브를 열기 위해 초과되어야 하는, 설정 압력, 또는 압력 한계 값은 나사(9)를 이용하여 다이아프렘(6)에 대해 스프링(8)을 가압함으로써 설정된다. 하부 체임버의 압력은 하부 체임버의 스프링(1)에 의해 가해진 압력과 유입구(B)로부터의 유체 압력에 의해 결정된다. 하부 체임버의 압력이 스템(5)을 위쪽으로 가압하기 충분한 경우, 포핏(3)이 열리고, 유입구(B)를 배출구(C)로 유체 연결시킨다. 스템(5)이 아래쪽으로 눌려지도록 상부 체임버의 압력이 하부 체임버의 압력을 초과하는 경우, 유입구(B)는 배출구(A)와 유체 연결된다.
도 2는 도 1의 종래 포핏 기반 파일럿 밸브 시스템의 단면으로, 도 1의 B 부분을 확대한 것이다. 이 관점에서, 포핏(3)과 밸브(4)는 더욱 명확하게 보일 수 있다. 포핏이 개방되면, 포핏(3)과 씰(4) 사이에 틈이 생긴다. 틈은 유입구와 배출구 사이에 흐르는 유체의 양을 제어한다. 틈을 통해 흐르는 유체의 힘으로 인해, 모래, 먼지, 및 다른 외부 입자들이 시스템으로 보통 끌어 당겨진다. 이러한 입자들은 유입구 및/또는 배출구의 막힘을 빠르게 야기할 수 있으며, 게다가 씰의 침식을 야기하며, 그로 인해, 시스템의 원치않고 잠재적으로 위험한 누출을 야기하게 된다.
도 3은 본 발명의 파일럿 밸브 시스템의 단면이다. 파일럿 밸브 시스템(10)은 다이아프렘(150)에 의해 분리된 상부 체임버(100)와 하부 체임버(200)를 구비한다. 3차원 파일럿 밸브 시스템은 어떤 명확한 형태, 예컨대, 실린더, 입방체, 직사각형일 수 있다. 하부 체임버(100)는 파일럿 바디(110) 및 스템(120)을 포함한다. 파일럿 바디(110)는 일반적으로 스템(120)을 둘러싼다. 파일럿 바디(110)는 유입구(130)를 제1 배출구(140)와 제2 배출구(142)로 연결하는 유체 통로(160)를 포함한다. 유체 통로(160)는 파일럿 바디의 종방향 축(여기에선 수직축)을 따라 진행되고, 파일럿 바디의 중심 내에 위치된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 유입구(130)는 파일럿 바디(110)의 제1 측면(114)을 따라 배치되고 제1 배출구(140) 및 제2 배출구(142)는 파일럿 바디(110)의 제2 측면(116)을 따라 배치된다. 파일럿 바디(110)의 제1 측면(114)은 파일럿 바디(110)의 제2 측면(116)과 마주하며 유체 통로(160)에 의해 거기에서 분리된다. 유입구(130)는 제1 유체를 수용하게 되어 있다. 유체 통로(160)는 유입구(130)를 통해 파일럿 바디(110)로 들어가는 유체가 흐를 수 있는 공간을 형성한다. 유입구(130)의 높이에, 두 개의 배출구(140, 142) 사이에 유체 통로의 넥(128, neck)이 있다.
스템(120)은 유체 통로(160)에 배치된다. 스템(120)은 한 번에 유입구(130)와 제1 배출구(140) 및 제2 배출구(142) 중 오직 하나 사이에 유체가 흐르기 위해 유입구(130)로부터 유체 통로(160)로 들어가는 유체를 허용하도록 구성된다. 즉, 유입구(130)를 통해 유체 통로(160)로 들어가는 유체는 한 번에 제1 배출구(140) 또는 제2 배출구(142) 중 하나로 전달될 수 있으며, 이는 유체 통로(160)의 스템(120)의 위치에 의해 제어된다. 스템의 상부 말단부(127)는 다이아프렘(150)과 맞물린다. 스템(120)의 바닥 말단부(129)는 넥(128) 아래로 연장된다.
상부 체임버(200)는 압축 스프링(210)과 조절나사(220)를 포함한다. 조절나사(220)는 압축 스프링(210)과 맞물리고 다이아프렘(150)에 대해 압축 스프링(210)에 의해 제공된 힘의 양을 조절한다. 이런 식으로, 조절나사(220)는 다이아프렘(150)에 대해 압축 스프링(210)에 힘을 가하며, 그로 인해 상부 체임버(200)로부터 압력을 증가시킨다.
특정 실시예에서, 하부 체임버(100)는 하부 체임버(100)의 바닥 말단부(109)에 유체 통로(160)를 밀봉하는데 사용되고 스템(120) 아래에 있는 플러그(170)를 구비한다. 플러그는 유체 통로보다 더 좁은 중심 구멍 또는 개구부(172)를 구비한다. 스템의 바닥 말단부(129)는 개구부로 연장되고 개구부를 밀봉한다. 개구부(172)는 제2 유체를 수용하게 되어 있다. 제2 유체는 다이아프렘(150)에 대해 스템(120)의 상부 말단부(127)에 의해 제공된 압력의 크기를 제어하는데 사용된다. 달리 말하면, 제2 유체는 스템의 바닥 말단부(129)에 대해 압력을 가하고, 이는 다이아프렘(150)에 대해 스템(120)의 상부 말단부(127)에 힘을 가하며, 이로 인해 하부 체임버(100)로부터의 압력을 증가시킨다. 도 1의 종래 디자인과는 반대로, 다이아프렘에 대해 압력을 제공하기 위해 어떤 스프링도 스템을 둘러싸고 있지 않다. 오히려, 스템의 바닥 말단부(129)에 대해 가압하는 제2 유체는 유체 통로(160) 내의 스템(120)의 압력차와 결과 위치를 제어하는데 사용된다.
다시 도 4로 돌아가서, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 일부분(300)의 확대된 단면이 도시된다. 여기에서, 상부 구역(122), 중앙 구역(124), 및 바닥 구역(126)을 포함하는 스템(120)을 볼 수 있다. 또한 이곳에 도시된 것처럼, 스템의 상부, 중앙, 및 하부 구역은 모두 실질적으로 같은 폭을 갖는다. 스템의 상부, 중앙 및 하부 구역의 폭은 WS로 나타낸다. 이곳에 도시된 스템(120)은 제1 중간 구역(123)과 제2 중간 구역(125)을 추가로 포함한다. 제1 중간 구역(123)은 상부 구역(122)을 중앙 구역(124)과 분리시킨다. 제2 중간 구역(125)은 중앙 구역(124)을 하부 구역(126)과 분리시킨다. 여기 도시된 것처럼, 스템의 제1 및 제2 중간 구역은 실질적으로 같은 폭을 갖는다. 스템의 제1 및 제2 중간 구역의 폭은 WA'로 나타낸다. 폭 WS'는 폭 WS보다 크다. 제1 및 제2 중간 구역은 유체 통로(160)의 내부 측면에 위치한 씰(180, 182)과 맞물린다. 제1 씰(180)은 유입구(130)와 제1 배출구(140) 사이에 위치한다. 제2 씰(182)은 유입구(130)와 제2 배출구(142) 사이에 위치한다. 제1 및 제2 씰의 밀봉은 스템(120), 특히 스템의 제1 및 제2 중간 구역이 그와 함께 실질적으로 유체 기밀 폐쇄부를 형성하도록 맞물리 수 있는 표면을 제공한다. 이런 식으로, 유체 통로(160)의 유체는 제1 및 제2 배출구를 통한것 외에는, 거기에서 빠져나오지 못한다. 스템(120)이 유체 통로(160)에서 위 또는 아래로 가압하는 경우, 스템(120)의 다양한 구역은 유체 통로의 다른 경로를 통해 유체 흐름을 허용 또는 제한하기 위해 유체 통로(160)의 다른 구역과 정렬된다. 플러그(170) 또한 볼 수 있다.
도 5는 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 작은 구역(300)의 확대 단면이다. 스템은 유체 통로의 추가 특성을 더욱 쉽게 보여주기 위해, 유체 통로(160)에서 제거되었다. 여기에서, 유체 통로(160)는 상부(162), 중앙부(164), 및 하부(166)를 포함한다. 중앙부(164)는 상부(162)와 하부(166)를 분리하며, 일반적으로 유체 유입구(130)와 정렬된다. 여기 도시된 것처럼, 유체 통로의 상부 및 하부는 실질적으로 같은 폭을 갖는다. 유체 통로의 중앙부의 폭은 WFP로 나타낸다. 상부 및 하부의 폭은 WFP'로 나타낸다. 여기 도시된 것처럼, 폭 WFP'은 WFP보다 더 크다. 이는 도 3에서 볼 수 있는 넥(128)에 해당한다. 이러한 유체 통로의 구조는 스템(120)이 유체 통로(160) 내에 안착되게 하며 거기에 실질적으로 유체 기밀 폐쇄부를 형성한다. 이런 식으로, 유체 통로(160)의 유체는 제1 및 제2 배출구(140, 142)를 통하는 것 외에는, 거기에서 빠져나오지 못한다.
도 6은 "하부" 위치에 스템(120)을 보여주는 도3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 구역(300)의 확대 단면이다. 상부 체임버(200)의 압력의 크기가 하부 체임버(100)의 압력의 크기보다 더 클 경우, 스템(120)은 하부 위치에 있다. 스템이 하부 위치에 있는 경우, 유체는 유입구(130)로부터 제1 배출구(140)로 유체 통로(160)로 흐르지만, 유체는 제2 배출구(142)로의 흐름이 제한된다. 유체는 유입구(130)로부터 제1 배출구(140)로 흐를 수 있으며, 이는 제1 중간부(123)가 계속 제1 씰(180)과 정렬되어 있어서, 유입구(130)로부터 제2 배출구(142)로 유체의 흐름이 제한되기 때문이다. 그러나, 제2 중간부(125)는 제2 씰(182)에 대해 밀봉되지 않고, 제2 중간부 주위 그리고 제1 배출구(140)를 통해 유체가 흐르게 한다. 플러그(170)와 스템(120)의 밀봉은 스템 주위의 유체 통로(160) 밖으로의 유체 누출을 막는다.
도 7은 스템(120)이 "균형잡힌" 위치에 있는, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 구역(300)의 다른 확대 단면이다. 상부 체임버(200)의 압력의 크기가 하부 체임버(100)의 압력의 크기와 실질적으로 같은 경우, 스템(120)은 균형잡힌 위치에 있다. 스템(120)이 균형잡힌 위치에 있는 경우, 제1 중간부(123)는 제1 씰(180)과 정렬되며, 유입구(130)로부터 제2 배출구(142)로의 유체 흐름을 제한한다. 제2 중간부(125)는 또한 제2 씰(182)과 정렬되고, 유입구(130)에서 제1 배출구(140)로 흐르는 유체 흐름을 제한한다. 다시 말해서, 유체는 제1 배출구(140) 또는 제2 배출구(142)로의 흐름을 제한한다. 이러한 "균형잡힌" 위치의 범위는 중간부(123, 125)의 높이를 변화시킴으로써 달라질 수 있다.
도 8은 스템(120)이 "상부" 위치에 있는, 도 3의 파일럿 밸브 시스템의 같은 구역(300)의 다른 확대 단면이다. 스템(120)은 하부 체임버(100)의 압력의 크기가 상부 체임버(200)의 압력의 크기보다 더 클 경우, 상부 위치에 있다. 스템이 상부 위치에 있는 경우, 유입구(130)로부터 제2 배출구(142)로 유체 통행(160)으로 유체가 흐르지만, 유체는 제1 배출구(140)로의 흐름이 제한된다. 유체는 유입구(130)에서 제2 배출구(142)로 흐를 수 있으며, 이는 제2 중간부(125)가 제2 씰(182)과 정렬되고, 유입구(130)에서 제1 배출구(140)로의 유체 흐름를 제한하기 때문이다. 그러나, 제1 중간부(123)는 제1 씰(180)에 대해 밀봉되지 않으며, 제1 중간부 주위에서 제2 배출구(142)를 통해 유체가 흐르게 한다.
포핏-프리(poppet-free) 설계로 인해, 파일럿 밸브 시스템은 씰의 침식 또는 포핏의 막힘을 피하면서, 0.2Bar 또는 그 이하의 정확도로 제어될 수 있다. 쉬운 교체와 쉬운 막힘의 표시가 또한 제공된다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참고로 설명되었다. 명백하게, 상기 상세한 설명을 읽고 이해하면 다른 사람들에게 수정 및 변경이 일어날 것이다. 본 발명은 첨부된 청구 범위 또는 그 등가물의 범위 내에 있는 모든 그러한 수정 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 포핏-프리 파일럿 밸브 시스템(poppet-free pilot valve system)은 하부 체임버(chamber); 및 다이아프렘(diaphragm)에 의해 상기 하부 체임버와 분리된 상부 체임버;로 구성되되,
    상기 하부 체임버는,
    제1 배출구 및 제2 배출구로 유입구를 연결하며, 그 안에 형성된 유체 통로를 구비한 파일럿 바디(pilot body); 및
    한 번에 유입구와 제1 및 제2 배출구 중 오직 하나만 사이에서 유체가 흐를 수 있게 하는 유체 통로의 스템(stem);으로 형성되고,
    상기 하부 체임버는,
    압축 스프링과;
    다이아프렘에 대한 압축 스프링에 의해 가해진 힘의 크기를 제어하기 위한 조절나사;를 구비하는, 포핏-프리 파일럿 밸브 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 체임버는 그 바닥 말단부에, 스템에 의해 밀봉되는 개구부를 구비하는, 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입구는 제1 유체를 수용하도록 되어 있고, 하부 체임버의 바닥 말단부의 개구부는 스템에 압력을 가하는 제2 유체를 수용하도록 되어 있는, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유입구는 파일럿 바디의 제1 측면에 위치하며, 제1 및 제2 배출구는 제1 측면 맞은편의 파일럿 바디의 제2 측면에 위치하는, 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유입구는 유체 통로의 종방향 축을 따라 제1 유입구와 제2 배출구 사이에 위치하는, 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템은 약 0.1Bar에서 약 0.2Bar(델타압력, 압력 변화량)의 정확도를 가질 수 있는, 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제1 씰(seal) 및 제2 씰을 추가로 구비하며, 상기 제1 씰은 유입구와 제1 배출구 사이의 유체 통로 내에 위치하며, 상기 제2 씰은 유입구와 제2 배출구 사이의 유체 통로 내에 위치하는, 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 통로의 상부는 실질적으로 유체 통로의 하부와 같은 폭을 가지며 유체 통로의 중앙부의 폭은 유체 통로의 상부와 하부의 폭보다 작은, 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스템은, 상부 구역, 중앙 구역, 하부 구역 및 제1 및 제2 중간 구역을 구비하되,
    상기 상부 구역, 중앙 구역, 하부 구역은 모두 실질적으로 같은 폭을 가지며,
    상기 제1 중간 구역은 상부 구역과 중앙 구역을 분리시키고 상기 제2 중간 구역은 하부 구역과 중앙 구역을 분리시키고,
    상기 제1 및 제2 중간 구역은 실질적으로 같은 폭을 가지며, 제1 및 제2 중간 구역의 폭은 상기 상부 구역, 중앙 구역 및 하부 구역의 폭보다 더 큰, 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 체임버의 압력의 크기가 실질적으로 하부 체임버의 압력의 크기와 같은 경우, 상기 스템은 균형잡힌 위치에 있으며, 제1 유체는 유입구로부터 제1 배출구 또는 제2 배출구로 흐르지 않는, 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 체임버의 압력의 크기가 상기 하부 체임버의 압력의 크기보다 더 큰 경우, 스템은 하부 위치에 있고, 유체가 유입구에서 제1 배출구로는 흐르지만, 유입구에서 제2 배출구로는 흐르지 않는, 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 체임버의 압력의 크기가 상기 하부 체임버의 압력의 크기보다 더 작은 경우, 스템은 상부 위치에 있고, 유체가 유입구에서 제2 배출구로는 흐르지만, 유입구에서 제1 배출구로는 흐르지 않는, 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 체임버의 스프링 주변에 연장되는 커버(cover)를 추가로 구비하는, 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 스템의 상부 말단부는 다이아프렘에 맞물리는, 시스템.
  15. 파일럿 밸브 시스템을 이용하여 제1 유입구에서 제1 배출구와 제2 배출구 중 오직 하나만으로 유체를 전달하는 방법은,
    파일럿 밸브 시스템을 제공하는 단계;
    제1 유체를 유입구를 통해 흐르게 하는 단계; 및
    상기 유체 통로 내에서 스템의 위치를 제어하기 위해 하부 체임버의 바닥 말단부의 개구부를 통해 제2 유체를 흐르게 하고 유체가 제1 배출구 또는 제2 배출구로 흐르는지 여부를 결정하는 단계;로 이루어지되,
    상기 파일럿 밸브 시스템은 하부 체임버; 및 다이아프렘에 의해 상기 하부 체임버와 분리된 상부 체임버;로 구성되고,
    상기 하부 체임버는, 제1 배출구 및 제2 배출구로 유입구를 연결하며, 그 안에 형성된 유체 통로를 구비한 파일럿 바디(pilot body);와 한 번에 유입구와 제1 및 제2 배출구 중 오직 하나만 사이에서 유체가 흐를 수 있게 하는 유체 통로의 스템(stem);으로 형성되고,
    상기 상부 체임버는, 압축 스프링과; 다이아프렘(diaphragm)에 대한 압축 스프링에 의해 가해진 힘의 크기를 제어하기 위한 조절나사;를 구비하는, 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 상부 체임버의 압력의 크기가 하부 체임버의 압력의 크기와 실질적으로 같은 경우, 스템은 균형잡힌 위치에 있으며, 제1 유체는 유입구에서 제1 배출구 또는 제2 배출구로 흐르지 않는, 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 상부 체임버의 압력의 크기가 하부 체임버의 압력의 크기보다 더 큰 경우, 스템은 하부 위치에 있으며, 제1 유체는 유입구에서 제1 배출구로 흐르지만, 제2 배출구로는 흐르지 않는, 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 상부 체임버의 압력의 크기가 하부 체임버의 압력의 크기보다 더 작은 경우, 스템은 상부 위치에 있으며, 제1 유체는 유입구에서 제2 배출구로 흐르지만, 제1 배출구로는 흐르지 않는, 방법.
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