KR100330003B1 - Flow rate control valve employing step motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉동 사이클에 적용되는 유량 조절 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스텝 모터(step motor)를 이용하여 비례 제어를 가능하게 함으로써 유량 조절 성능을 보다 향상시키고, 내구성의 향상에 크게 기여할 수 있게 한 유량 조절 밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a flow regulating valve applied to a refrigeration cycle, and more particularly, to enable a proportional control using a step motor to further improve flow regulating performance and greatly contribute to improvement of durability. One relates to a flow control valve.
일반적으로 냉동 사이클은 기본적으로 증발기(evaporator), 압축기(compressor), 응축기(condenser) 및 팽창 밸브(expansion valve) 등으로 구성되어 냉매의 증발, 압축, 응축 및 팽창 작용을 거치면서 주변의 온도를 낮추는 기능을 수행한다.Generally, a refrigeration cycle is basically composed of an evaporator, a compressor, a condenser and an expansion valve to reduce the ambient temperature while evaporating, compressing, condensing and expanding the refrigerant. Perform the function.
이를 보다 상세하게 설명하면, 증발기 내부의 액화 냉매는 증발함으로써 기화하게 되는 바, 이 때 냉매액은 냉각관 주위에 있는 공기로부터 증발에 필요한 증발잠열을 빼앗아 그 자신이 계속 증발해 간다. 열을 빼앗긴 공기는 냉각되어 온도가 내려가고, 그 공기는 자연 대류 또는 송풍팬에 의해 고내의 내부를 저온으로 유지한다. 상기 증발기 내부에는 팽창 밸브로부터 공급된 냉매액과 증발한 냉매 증기가 공존하고 있으며, 액체에서 증기로의 변화가 진행되고, 이 상태 변화를 하는 동안은 증발 압력과 증발 온도 사이에 일정한 관계가 성립한다.In more detail, the liquefied refrigerant inside the evaporator is evaporated by evaporation. At this time, the refrigerant liquid deprives the latent heat of evaporation necessary for evaporation from the air around the cooling tube and continues to evaporate itself. The air deprived of heat is cooled to lower the temperature, and the air keeps the inside of the inside at low temperature by natural convection or a blowing fan. In the evaporator, the refrigerant liquid supplied from the expansion valve and the evaporated refrigerant vapor coexist, and a change from liquid to steam proceeds, and a constant relationship is established between the evaporation pressure and the evaporation temperature during this state change. .
상기한 증발기에서 기화한 냉매 증기는 압축기에 흡입된다. 이 작용은 증발기 내부의 냉매 압력을 낮게 유지함으로써 낮은 온도의 상태 하에서도 액냉매가 왕성하게 증발을 계속할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 압축기에 흡입된 냉매 증기는 실린더 내부에서 피스톤에 의해 압축되고, 압력이 높아짐으로써 상온의 냉각수나 냉각 공기로 냉각시켜도 용이하게 액화될 수 있는 상태가 된다.The refrigerant vapor vaporized in the evaporator is sucked into the compressor. This action is intended to keep the refrigerant pressure inside the evaporator low so that the liquid refrigerant can continue to evaporate vigorously even under low temperature conditions. In addition, the refrigerant vapor sucked into the compressor is compressed by the piston inside the cylinder, and the pressure is increased, so that the refrigerant vapor can be easily liquefied even when cooled by cooling water or cooling air at room temperature.
이 후, 압축기를 나온 압축 가스는 응축기에 의해 냉각되어 응축 액화시키게 된다. 이와 같은 응축 작용의 경우도 증발의 경우와 마찬가지로 냉매가 증기와 액이 공존하고 있는 상태이며, 기체에서 액체로 변하는 동안, 응축 압력과 응축 온도 사이에 일정한 관계가 성립한다.Thereafter, the compressed gas exiting the compressor is cooled by the condenser to liquefy condensation. In the case of such a condensation action, as in the case of evaporation, the refrigerant is in a state where the vapor and the liquid coexist, and a constant relationship is established between the condensation pressure and the condensation temperature while changing from gas to liquid.
상기 응축기 의해 액화된 냉매를 증발기에 보내기 전에 미리 증발하기 쉬운 상태까지 압력을 낮추는 작용을 팽창이라고 하며, 그 팽창 작용을 하는 팽창 밸브는 감압 작용을 하는 동시에 냉매액의 유량 제어를 수행한다. 즉, 증발기 내부에서 증발하는 냉매량은 소정의 증발 온도(증발 압력)하에서 고내에서 제거하여야 할 열량에 따라 결정하게 되는데, 이것을 정확하게 파악하여 과부족이 없도록 필요한 냉매량을 증발기에 공급하고 제어하는 것은 매우 중요한 사항이다.The action of lowering the pressure to a state that is easy to evaporate before the refrigerant liquefied by the condenser is called expansion is referred to as expansion, and the expansion valve acts as a depressurizing action and performs flow rate control of the refrigerant liquid. In other words, the amount of refrigerant evaporating inside the evaporator is determined according to the amount of heat to be removed in the furnace under a predetermined evaporation temperature (evaporation pressure). to be.
다시 정리하면, 팽창 밸브는 고온 고압의 액냉매를 교축 작용에 의하여 저온 저압의 상태로 단열 팽창시키고, 동시에 증발기의 부하에 따라 적정한 냉매 공급량을 유지하도록 하는 유량 조절 밸브의 역할을 하는 것이다.In other words, the expansion valve functions as a flow control valve for thermally expanding and expanding the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant to a low-temperature low-pressure state by the throttling action, and at the same time, maintaining a proper refrigerant supply amount according to the load of the evaporator.
상기 팽창 밸브는 조작 방식 및 구조에 따라서 여러 가지 형태의 것이 알려지고 있으며, 최근 들어, 구동력이 크고, 미세 구동이 가능하며, 제조 비용을 절감시킨 열공압 방식 유량 조절 밸브가 알려지고 있는 바, 그 전형적인 실시 형태를 첨부 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.The expansion valve is known in various forms according to the operation method and structure, and in recent years, a thermopneumatic flow control valve is known that has a high driving force, fine driving, and reduced manufacturing cost, Exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 형상을 갖는 캡(cap)(1)과, 양측에 팽창액 주입구(2)가 형성된 세라믹 재질의 발열체 밑판(3)과, 중간부에 Ta-Al 발열전극(4)이 구비되어 발열체 밑판(3)의 상면에 부착 고정되는 Al 전극(5)과, 상기 Al 전극(5)의 상면 외주연부에 스페이서(spacer)(6)를 개재하여 고정되는 예를 들어, Cu 재질로 형성된 격막(7)과, 상기 Al 전극(5)의 상면과 스페이서(6)의 하면 사이 및 스페이서(6)의 상면과 격막(7)의 하면 사이에 각각 개재되어 접착 강도를 향상시키는 접착층(필러;filler'라고도 함)(8)(9)과, 상기 Al 전극(5)과 격막(7)의 사이에 형성된 공간에 충진되는 열팽창액(10)과, 상기 발열체 밑판(3)의 하면에 고정되어 팽창액 주입구(2)를 폐쇄시키는 봉합용 밑판(11)으로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, a cap 1 having a predetermined shape, a heating element bottom plate 3 made of ceramic material having an expansion liquid inlet 2 formed on both sides thereof, and a Ta-Al heating electrode in a middle portion thereof. (4) is provided and is fixed to the upper surface of the heating element base plate 3 and the Al electrode 5, and the outer peripheral portion of the upper surface of the Al electrode 5 via a spacer (6) for example And a diaphragm 7 formed of a Cu material, interposed between an upper surface of the Al electrode 5 and a lower surface of the spacer 6, and an upper surface of the spacer 6 and a lower surface of the diaphragm 7 to improve adhesive strength. An adhesive layer (also referred to as a filler) (8) (9), a thermal expansion liquid (10) filled in a space formed between the Al electrode (5) and the diaphragm (7), and the heating element base plate (3). The bottom plate 11 is fixed to the bottom surface of the suture for closing the expansion liquid inlet (2).
도면중 미설명 부호 12는 전원선을 보인 것이다.Reference numeral 12 in the figure shows a power line.
상기 캡(1)은 내부에 액냉매가 통과하는 소정의 공간부(1a)가 형성되어 있고, 상부의 양측에 액냉매의 유입을 위한 유입구(1b) 및 배출을 위한 배출구(1c)가 공간부(1a)가 통하도록 형성되어 있다.The cap 1 has a predetermined space portion 1a through which the liquid refrigerant passes, and an inlet port 1b for introducing the liquid refrigerant and an outlet port 1c for discharging the refrigerant on both sides of the upper portion. It is formed so that 1a may pass.
상기와 같은 열공압 방식 유량 조절 밸브를 구성함에 있어서는, 먼저 발열체 밑판(3)의 상면에 Ta-Al 발열전극(4)이 구비된 Al 전극(5)을 고정하고, 그 Al 전극(5)의 상면에 하부 접합층(8), 스페이서(6), 상부 접합층(9) 및 격막(7)을 순차적으로 접합 고정하여, Al 전극(5)과 스페이서(6), 그리고 격막(7)의 내부에 소정의 공간이 형성되도록 한다.In constructing the thermopneumatic flow control valve as described above, the Al electrode 5 having the Ta-Al heating electrode 4 is first fixed to the upper surface of the bottom plate 3 of the heating element, and the Al electrode 5 is The lower bonding layer 8, the spacer 6, the upper bonding layer 9, and the diaphragm 7 are sequentially bonded and fixed on the upper surface, and the inside of the Al electrode 5, the spacer 6, and the diaphragm 7 is fixed. The predetermined space is formed in the.
이 후, 상기 발열체 밑판(3)의 하측으로부터 팽창액 주입구(2)를 통해 열팽창액(10)을 주입하고, 상기 발열체 밑판(3)의 하면에 봉합용 밑판(11)을 부착 고정하여 팽창액 주입구(2)를 밀봉시킨 다음, 그 봉합용 밑판(11)을 캡(1)의 저면에 부착 고정하고, Al 전극(5)의 전원선(12)을 캡(1)의 외부로 인출시킨다.Thereafter, the thermal expansion liquid 10 is injected from the lower side of the heating element bottom plate 3 through the expansion liquid inlet 2, and the sealing bottom plate 11 is attached and fixed to the lower surface of the heating element bottom plate 3 to expand the expansion liquid. After the injection port 2 is sealed, the sealing bottom plate 11 is attached and fixed to the bottom of the cap 1, and the power supply line 12 of the Al electrode 5 is led out to the outside of the cap 1.
이 때, 상기 격막(7)의 중심부가 캡(1)에 형성된 배출구(1c)의 직하부에 위치하도록 한다.At this time, the central portion of the diaphragm 7 is located directly under the discharge port 1c formed in the cap (1).
상기와 같은 종래의 기술에 의한 유량 조절 밸브에 있어서는, 캡(1)의 유입구(1b)를 통해 액냉매 유입되어, 그 내부에 형성된 공간부(1a)를 통과한 후, 배출구(1c)를 통해 증발기 측으로 배출되는 바, 액냉매의 유량을 조절 필요가 있을 경우에는 캡(1)의 외부로 인출된 전원선(12)을 통해 Al 전극(5)으로 전원을 인가하면, 상기 Al 전극(5)의 Ta-Al 발열전극(4)이 열을 발산하게 되며, 따라서 Al 전극(5)과, 스페이서(6) 및 격막(7)의 내측에 형성된 소정의 공간에 충진되어 있는 열팽창액(10)이 팽창하게 되며, 그 열팽창액(10)의 열팽창 작용에 의해 도 2에 도시한 바와 같이, 격막(7)의 중간부가 캡(1)의 배출구(1c)를 향하여 부풀어오르게 되고, 이에 따라 배출구(1c)로 배출되는 액냉매의 양을 규제하여 유체의 전체적인 양을 조절하게 되는 것이다.In the conventional flow control valve as described above, the liquid refrigerant flows in through the inlet 1b of the cap 1, passes through the space 1a formed therein, and then through the outlet 1c. When the flow rate of the liquid refrigerant needs to be adjusted when it is discharged to the evaporator, when the power is applied to the Al electrode 5 through the power line 12 drawn out of the cap 1, the Al electrode 5 The Ta-Al heating electrode 4 emits heat, so that the thermal expansion liquid 10 filled in the Al electrode 5 and a predetermined space formed inside the spacer 6 and the diaphragm 7 is formed. As shown in FIG. 2, the intermediate portion of the diaphragm 7 swells toward the discharge port 1c of the cap 1 by the thermal expansion action of the thermal expansion liquid 10, and accordingly the discharge port 1c. By controlling the amount of liquid refrigerant discharged to) to control the overall amount of fluid.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 열공압 방식 유량 조절 밸브에 있어서는, Ta-Al 발열전극(4)에 열을 가하여 열팽창액(10)을 팽창시켜 유량을 조절하는 방법으로써, 비례 제어가 불가능하여 성능의 향상에 한계가 있을 뿐만 아니라, 열팽창액(10)의 사용에 따른 여러 가지 개선의 점이 있는 것이었다.However, in the thermopneumatic flow control valve according to the prior art as described above, proportional control is impossible as a method of adjusting the flow rate by expanding the thermal expansion liquid 10 by applying heat to the Ta-Al heating electrode 4. Not only there was a limit to the improvement of the performance, but also there were various improvements by the use of the thermal expansion liquid 10.
즉, 열팽창액(10)의 누설을 완벽하게 방지하기 위한 실링(sealing)이 용이하지 못하며, 상기 열팽창액(10)의 반복되는 팽창 및 수축에 따른 격막(7)의 내구성이 양호하지 못하여, 유량 조절 밸브의 동작에 따른 신뢰도를 저하시키고, 전체적인 수명 단축 요인으로 작용하는 단점이 있었다.That is, sealing to prevent leakage of the thermal expansion liquid 10 is not easy, and durability of the diaphragm 7 due to repeated expansion and contraction of the thermal expansion liquid 10 is not good, and thus the flow rate The reliability of the operation of the control valve is reduced, there is a disadvantage that acts as a factor for reducing the overall life.
본 발명의 주 목적은 스텝 모터를 이용하여 비례 제어를 가능하게 함으로써 유량 조절 성능을 보다 향상시킬 수 있도록 한 유량 조절 밸브를 제공하려는 것이다.It is a main object of the present invention to provide a flow regulating valve which can further improve flow regulating performance by enabling proportional control using a stepper motor.
본 발명의 다른 목적은 열팽창액 및 격막 등의 사용을 배제하여 내구성을 보다 향상시킬 수 있도록 한 유량 조절 밸브를 제공하려는 것이다.It is another object of the present invention to provide a flow control valve which can further improve durability by eliminating the use of a thermal expansion liquid and a diaphragm.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 유량 조절 밸브의 구성 및 작용을 보인 것으로,1 and 2 show the configuration and operation of the flow control valve according to the prior art,
도 1은 열팽창액이 팽창하지 않은 상태를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a state in which the thermal expansion liquid does not expand.
도 2는 열팽창액이 팽창하여 격막이 부풀어오른 상태를 보인 단면도.2 is a cross-sectional view showing a state in which the thermal expansion liquid is expanded and the diaphragm swells.
도 3은 본 발명의 스텝 모터를 이용한 유량 조절 밸브의 구성을 보인 사시도.Figure 3 is a perspective view showing the configuration of a flow control valve using a step motor of the present invention.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브의 구성 및 작용을 설명하기 위한 것으로,4 and 5 are for explaining the configuration and operation of the flow control valve according to the present invention,
도 4는 밸브의 최대 개방 상태를 도시한 부분 단면도.4 is a partial cross-sectional view showing a maximum open state of a valve.
도 5는 밸브의 최대 닫힘 상태를 도시한 부분 단면도.5 is a partial cross-sectional view showing a maximum closed state of a valve.
도 6은 도 4의 A - A선 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4. FIG.
도 7은 도 4의 B - B선 단면도.7 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4.
도 8은 본 발명에 의한 유량 조절 밸브를 구성하는 캠 위치 감지수단을 설명하기 위한 브래키트의 좌측면도.8 is a left side view of the bracket for explaining the cam position detecting means constituting the flow control valve according to the present invention.
도 9 및 도 10은 본 발명에 의한 유량 조절 밸브를 구성하는 스풀 가이드의 실시예를 보인 평면도.9 and 10 are plan views showing an embodiment of the spool guide constituting the flow control valve according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
21 ; 상부 하우징 21a ; 유입구21; Upper housing 21a; Inlet
21b ; 배출구 21c ; 안내 공간21b; Outlet 21c; Information space
22 ; 스풀 23 ; 스풀 가이드22; Spool 23; Spool guide
23a ; 액냉매 통과홈 24 ; 하부 하우징23a; Liquid refrigerant passing groove 24; Lower housing
24a ; 수납부 25 ; 압축 코일스프링24a; Housing 25; Compression Coil Spring
26 ; 고정 볼트 27 ; 기밀유지부재26; Fixing bolts 27; Airtight member
30 ; 브래키트 31 ; 스텝 모터30; Brakit 31; Step motor
31a ; 회전축 32 ; 지지축31a; Axis of rotation 32; Support shaft
41 ; 제 1 기어 42 ; 제 2 기어41; First gear 42; Second gear
43 ; 캠 원판 43a ; 단경부43; Cam disc 43a; Short neck
43b ; 장경부 50 ; 감지 스위치43b; Long neck 50; Detection switch
51 ; 감지편 52 ; 돌출편51; Sensing piece 52; Protrusion
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 양측에 유입구 및 배출구가 형성되고 내부에 유입구 및 배출구와 통하는 안내 공간이 형성된 상부 하우징과, 상기 상부 하우징의 안내 공간에 승하강 가능하도록 결합되어 배출구의 개방 정도를 조절하는 스풀과, 상기 안내 공간의 상부에 수납되어 스풀과 함께 승하강되면서 액냉매를 하측으로 통과시키는 스풀 가이드와, 상기 스풀 가이드를 일방향으로 탄력지지하는 탄지수단과, 상기 스풀을 승하강시키는 구동수단과, 상기 상부 하우징의 하면에 고정되어 구동수단을 감싸는 하부 하우징을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 유량 조절 밸브가 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, the inlet and outlet are formed on both sides and the upper housing formed with a guide space communicating with the inlet and the outlet therein, coupled to the lifting and lowering of the guide space of the upper housing opening of the outlet A spool for adjusting the degree, a spool guide that is stored in the upper portion of the guide space and moves up and down together with the spool, a sedge guide for elastically supporting the spool guide in one direction, and the spool is moved up and down And a lower housing surrounding the driving means by being fixed to the lower surface of the upper housing.
상기 스풀 가이드의 일실시예에 의하면, 외주연부에 수개의 액냉매 통과홈이 외측으로 개방된 형태로 형성한다.According to one embodiment of the spool guide, a plurality of liquid refrigerant passing through the outer periphery is formed in an open shape to the outside.
상기 스풀 가이드의 다른 실시예에 의하면, 중심에 대하여 소정의 간격이 유지된 형태로 상,하로 관통하는 수개의 액냉매 통과공을 방사상으로 형성한다.According to another embodiment of the spool guide, a plurality of liquid refrigerant through-holes penetrating up and down in a form in which a predetermined interval is maintained with respect to the center are formed radially.
상기 상부 하우징의 유입구와 안내 공간을 동일선상에 형성하며, 상기 배출구가 안내 공간에 직각을 이루며 형성하고, 상기 유입구 및 배출구의 내측단부에 그 유입구와 배출구보다 작은 내경을 갖는 유입공 및 배출공을 안내 공간과 서로 통하도록 형성한다.The inlet and the guide space of the upper housing are formed on the same line, and the outlet is formed at right angles to the guide space, and the inlet and the outlet hole having an inner diameter smaller than the inlet and the outlet are formed at the inner ends of the inlet and the outlet. It is formed to communicate with the guide space.
상기 상부 하우징과 하부 하우징의 사이에 기밀 유지를 위한 오 링(0 ring) 등의 기밀유지부재를 개재한다.An airtight holding member such as an O-ring for maintaining the airtightness is interposed between the upper housing and the lower housing.
상기 구동수단의 일실시예에 의하면, 스텝 모터와, 그 스텝 모터의 회전력으로 회전되면서 스풀을 승하강시키는 캠 부재를 포함하여 구성한다.According to one embodiment of the drive means, it comprises a step motor and a cam member for raising and lowering the spool while being rotated by the rotational force of the step motor.
상기 구동수단의 다른 실시예에 의하면, 상부 하우징의 하면에 고정되는 브래키트와, 상기 브래키트의 소정 부위에 고정되는 스텝 모터와, 상기 스텝 모터에 직결되는 제 1 기어와, 상기 브래키트의 타측에 회전 가능하도록 지지되며 제 1 기어에 의해 회전되는 제 2 기어와, 반경이 작은 단경부와 반경이 큰 장경부가 구비되고 제 2 기어에 일체로 형성되어 스풀을 연동시키는 캠 원판과, 상기 캠 원판의 위치를 감지하는 캠 위치 감지수단을 포함하여 구성한다.According to another embodiment of the driving means, a bracket fixed to the lower surface of the upper housing, a step motor fixed to a predetermined portion of the bracket, a first gear directly connected to the step motor, and the other side of the bracket A second disc which is rotatably supported by the first gear and is rotated by the first gear, a short radius portion having a small radius, and a long diameter portion having a large radius and integrally formed on the second gear to interlock the spool, and the cam disc. It comprises a cam position detection means for detecting the position of the.
상기 캠 원판의 외주면과, 그 외주면에 접촉되는 스풀의 하면 중, 적어도 어느 한 면 이상은 서로의 마찰 계수를 감소시키기 위하여 MoS2코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.At least one of the outer circumferential surface of the cam disc and the lower surface of the spool in contact with the outer circumferential surface preferably forms a MoS 2 coating layer in order to reduce the friction coefficient of each other.
상기 캠 위치 감지수단은 브래키트의 소정 부위에 고정되는 감지 스위치와, 상기 캠 원판의 하면 소정 부위에 하측을 향하여 형성되어 제 2 기어의 회전으로 감지 스위치를 작동시키는 돌출편을 포함하여 구성한다.The cam position detecting means includes a sensing switch fixed to a predetermined portion of the bracket and a protruding piece which is formed downward at a predetermined portion of the lower surface of the cam disc to operate the sensing switch by the rotation of the second gear.
이하, 본 발명의 스텝 모터를 이용한 유량 조절 밸브를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the flow rate control valve using the step motor of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 스텝 모터를 이용한 유량 조절 밸브의 구성을 보인 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브의 구성 및 작용을 설명하기 위한 단면도이며, 도 6은 도 4의 A - A선 단면도이고, 도 7은 도 4의 B - B선 단면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 유량 조절 밸브를 구성하는 캠 위치 감지수단을 설명하기 위한 브래키트의 좌측면도이다.Figure 3 is a perspective view showing the configuration of the flow control valve using the step motor of the present invention, Figures 4 and 5 are cross-sectional views for explaining the configuration and operation of the flow control valve according to the present invention, Figure 6 It is A-A sectional drawing, FIG. 7 is B-B sectional drawing of FIG. 4, FIG. 8 is a left side view of the bracket for demonstrating the cam position detection means which comprises the flow regulating valve by this invention.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 유량 조절 밸브는, 양측에 유입구(21a) 및 배출구(21b)가 형성되고 내부에 유입구(21a) 및 배출구(21b)와 통하는 안내 공간(21c)이 형성된 상부 하우징(21)과, 상기 상부 하우징(21)의 안내 공간(21c)에 승하강 가능하도록 결합되어 배출구(21b)의 개방 정도를 조절하는 스풀(spool)(22)과, 상기 안내 공간(21c)의 상부에 수납되어 스풀(22)과 함께 승하강되면서 액냉매를 하측으로 통과시키는 스풀 가이드(spool guide)(23)와, 그 스풀 가이드(23)의 상부에 수납되어 스풀 가이드(23)를 탄성적으로 지지하는 탄지수단과, 상기 스풀(22)을 승하강시키기 위하여 스텝 모터(31)가 구비된 구동수단과, 상기 상부 하우징(21)의 하면에 고정되어 구동수단을 감싸는 하부 하우징(24)을 포함하여 구성한다.As shown in the drawing, the flow rate control valve according to the present invention has an inlet port 21a and an outlet port 21b formed at both sides thereof, and an upper portion having a guide space 21c communicating with the inlet port 21a and the outlet port 21b therein. A spool 22 coupled to the housing 21 and the guide space 21c of the upper housing 21 to adjust the degree of opening of the outlet 21b, and the guide space 21c. A spool guide 23 which is stored at the top of the spool 22 and moves up and down with the spool 22, and which is stored in the upper portion of the spool guide 23 to pass the liquid refrigerant downward. Sexually supported gripping means, driving means provided with a step motor 31 to raise and lower the spool 22, and a lower housing 24 fixed to the lower surface of the upper housing 21 to surround the driving means. Configured to include.
상기 상부 하우징(21)은 유입구(21a)와 안내 공간(21c)이 동일선상에 형성되어 있고, 상기 배출구(21b)는 안내 공간(21c)에 직각을 이루며 형성되어 있으며, 상기 유입구(21a) 및 배출구(21b)의 내측단부에는 유입공(21a') 및 배출공(21b')이 안내 공간(21c)과 서로 통하도록 형성되어 있다.The upper housing 21 has an inlet 21a and a guide space 21c formed on the same line, and the outlet 21b is formed at a right angle to the guide space 21c. The inlet 21a and At the inner end of the outlet 21b, the inlet hole 21a 'and the outlet hole 21b' are formed to communicate with the guide space 21c.
상기 스풀 가이드(23)는 도 9에 도시한 바와 같이, 외주연부에 수개의 액냉매 통과홈(23a)이 형성되어 있다. 상기 액냉매 통과홈(23a)은 일정한 간격으로 방사상으로 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 9, the spool guide 23 has a plurality of liquid refrigerant passing grooves 23a formed at the outer circumferential edge thereof. The liquid refrigerant passing groove 23a is preferably formed radially at regular intervals.
상기 스풀 가이드(23)의 형상은 도면에 도시한 실시예에 한정하는 것은 아니고 도 10에 도시한 바와 같이, 스풀 가이드(23')의 중간부에 수개의 액냉매 통과공(23'a)을 역시 일정한 간격으로 방사상으로 형성하여도 무방하다.The shape of the spool guide 23 is not limited to the embodiment shown in the drawing, and as shown in FIG. 10, several liquid refrigerant passing holes 23'a are formed in the middle of the spool guide 23 '. It may also be formed radially at regular intervals.
그리고, 상기 탄지수단은 압축 코일스프링(25)을 사용하는 것이 바람직하며, 그 압축 코일스프링(25)의 상단부는 안내 공간(21c)에 형성된 단턱부(21d)에 지지되고 하단부는 스풀 가이드(23)의 상면 주연부에 지지되어 스풀 가이드(23)을 탄력적으로 지지하도록 되어 있다.In addition, the gripping means preferably uses a compression coil spring 25, and an upper end of the compression coil spring 25 is supported by a stepped portion 21d formed in the guide space 21c, and a lower end thereof is a spool guide 23. It is supported by the upper periphery of the upper surface, and elastically supports the spool guide 23.
따라서, 스풀(22)이 하강하여 유입구(21a)로 많은 양의 액냉매가 유입되면, 액냉매의 유압에 의해 스풀 가이드(23)를 하강시켜, 많은 양의 액냉매가 배출공(21b') 및 배출구(21b)를 통해 배출된다.Therefore, when the spool 22 is lowered and a large amount of liquid refrigerant flows into the inlet 21a, the spool guide 23 is lowered by the hydraulic pressure of the liquid refrigerant, so that a large amount of the liquid refrigerant is discharged holes 21b '. And discharge through the discharge port 21b.
또한, 상기 상부 하우징(21)의 일측에는 스텝 모터(31)를 수납하기 위한 수납부(21e)가 형성되어 있다.In addition, an accommodating part 21e for accommodating the step motor 31 is formed at one side of the upper housing 21.
한편, 상기 구동수단은 동력 발생수단인 스텝 모터(step motor)와, 그 스텝 모터의 회전력으로 회전되면서 스풀(22)을 승하강시키는 캠(cam) 부재를 포함하고 있다.On the other hand, the driving means includes a step motor, which is a power generating means, and a cam member for raising and lowering the spool 22 while being rotated by the rotational force of the step motor.
상기 스텝 모터 및 캠부재를 포함하는 구동수단의 실시예를 보다 상세하게 설명하면, 상부 하우징(21)의 하면에 고정 볼트 등의 통상적인 고정수단으로 고정되는 브래키트(30)와, 상기 브래키트(30)의 상면 일측에 고정 볼트 등의 통상적인 고정수단으로 고정되고 브래키트(30)를 관통하여 하측으로 돌출되는 회전축(31a)이 구비된 스텝 모터(31)와, 상기 스텝 모터(31)의 회전축(31a)에 고정되는 제 1 기어(41)와, 상기 브래키트(30)의 소정 부위에 고정된 지지축(32)에 회전가능하도록 결합되는 제 2 기어(42)와, 상기 제 2 기어(42)에 일체로 형성되고 외주면에 스풀(22)의 하면이 접촉되는 캠 원판(43)과, 상기 캠 원판(43)의 회전 동작을 감지하여 스텝 모터(31)를 제어하는 캠 위치 감지수단으로 구성한다.Referring to the embodiment of the drive means including the step motor and the cam member in more detail, the bracket 30 is fixed to the lower surface of the upper housing 21 by the usual fixing means such as fixing bolts, and the brakit A step motor 31 provided with a rotation shaft 31a protruding downward through the bracket 30 and fixed by conventional fixing means such as a fixing bolt on one side of the upper surface of the upper surface 30, and the step motor 31. The first gear 41 is fixed to the rotary shaft 31a of the, The second gear 42 is rotatably coupled to the support shaft 32 fixed to a predetermined portion of the bracket 30, and the second The cam disc 43 is formed integrally with the gear 42 and the cam circumference 43 is contacted with the outer circumferential surface of the spool 22 to detect the rotational motion of the cam disc 43 to control the step motor 31. Configure by means.
상기 제 1 기어(41)는 워엄(worm)으로 형성하고, 제 2 기어(42)는 워엄 휠(worm wheel)로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the first gear 41 is formed of a worm, and the second gear 42 is formed of a worm wheel.
상기 제 2 기어(42)에 일체로 형성되는 캠 원판(43)에는 반경이 가장 작은 단경부(43a)와, 반경이 가장 큰 장경부(43b)가 형성되어 있으며, 상기 캠 원판(43)의 외주면에 접촉되는 스풀(22)이 반경 차이로 인하여 승하강 동작이 가능하도록 되어 있다.The cam disc 43 integrally formed with the second gear 42 has a short diameter portion 43a having the smallest radius and a long diameter portion 43b having the largest radius, The spool 22 in contact with the outer circumferential surface is capable of lifting and lowering operation due to a radius difference.
상기 캠 원판(43)의 외주면과, 그 외주면에 접촉되는 스풀(22)의 하면 중, 적어도 어느 한 면 이상은 서로의 마찰 계수를 감소시키기 위하여 MoS2코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.At least one of the outer circumferential surface of the cam disc 43 and the lower surface of the spool 22 in contact with the outer circumferential surface preferably forms a MoS 2 coating layer in order to reduce the friction coefficient of each other.
상기 스텝 모터(31)는 스테핑 모터 또는 펄스 모터라고도 하며, 회전축(31a)이 스텝상으로 회전하는 특성을 갖는다. 예를 들면, 1회전 200펄스의 스텝 모터(31)는 구동 회로에 1개의 펄스를 부여하면, 기본적으로 1스텝, 즉 1.8도(360/200)만큼 회전축(31a)이 회전하게 된다. 따라서, 스텝 모터(31)는 부여하는 펄스수의 조정에 따라 회전축(31a)의 회전각을 제어할 수 있다. 즉, 오픈 루트의 위치 결정 제어가 가능한 셈이다. 또한, 펄스 주파수(디지털 신호)에 의해 회전 속도가 제어되며, 구동회로도 디지털적으로 동작하므로, 마이콤과 결합하기 쉽다는 특징이 있다.The step motor 31 is also referred to as a stepping motor or a pulse motor, and has a characteristic in which the rotating shaft 31a rotates in steps. For example, when the step motor 31 of one rotation 200 pulses gives one pulse to the drive circuit, the rotation shaft 31a basically rotates by one step, that is, 1.8 degrees (360/200). Therefore, the step motor 31 can control the rotation angle of the rotation shaft 31a according to the adjustment of the number of pulses to be provided. In other words, positioning control of the open route is possible. In addition, since the rotational speed is controlled by the pulse frequency (digital signal), and the driving circuit also operates digitally, it is easy to combine with the microcomputer.
상기 캠 위치 감지수단은 브래키트(30)의 소정 부위에 고정 볼트 등의 통상적인 고정수단으로 고정되는 감지 스위치(switch)(50)와, 상기 캠 원판(43)의 하면 소정 부위에 하측을 향하여 형성되어 제 2 기어(42)의 회전으로 감지 스위치(50)를 작동시키는 돌출편(52)을 포함하고 있다.The cam position detecting means has a sensing switch 50 which is fixed to a predetermined portion of the bracket 30 by a conventional fixing means such as a fixing bolt, and a lower surface of the cam disc 43 toward a lower portion of the cam disc 43. It is formed to include a protrusion 52 for operating the sensing switch 50 by the rotation of the second gear (42).
상기 감지 스위치(50)는 돌출편(52)에 접촉되는 감지편(51)이 구비되어 있다.The sensing switch 50 is provided with a sensing piece 51 in contact with the protruding piece 52.
상기 감지 스위치(50)는 스풀(22)이 완전하게 열렸을 경우 캠 원판(43)의 위치를 감지하는 역할, 즉 캠 원판(43)의 초기 시작 기준점을 확인하는 역할을 하는 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 스풀(22)이 완전하게 하강되어 밸브가 완전하게 개방되면, 캠 원판(43)의 돌출편(52)이 감지 스위치(50)의 감지편(51)에 접촉됨에 따라 스텝 모터(31)의 구동이 정지된다.The detection switch 50 serves to detect the position of the cam disc 43 when the spool 22 is fully opened, that is, to check the initial starting reference point of the cam disc 43. As described above, when the spool 22 is completely lowered and the valve is fully opened, the stepped motor 52 as the protruding piece 52 of the cam disc 43 contacts the sensing piece 51 of the sensing switch 50. 31) is stopped.
상기와 같이, 스풀(22)이 완전히 하강하여 돌출편(52)이 감지 스위치(50)의 감지편(51)에 접촉된 상태를 기준으로 하여 스텝 모터(31)의 스텝량에 따라 회전축(31a)을 회전시킴으로써 캠 원판(43)을 소정 각도만큼 회전시키게 된다.As described above, the rotating shaft 31a according to the step amount of the step motor 31 on the basis of the state where the spool 22 is completely lowered and the protruding piece 52 is in contact with the sensing piece 51 of the sensing switch 50. ), The cam disc 43 is rotated by a predetermined angle.
상기와 같이, 캠 원판(43)이 소정 각도만큼 회전된 상태에서 유량 조절 작용을 다시 수행하는 경우에는 캠 원판(43)의 돌출편(52)이 감지 스위치(50)의 감지편(51)에 접촉되도록 캠 원판(43)을 역회전시킨 다음, 다시 원하는 각도만큼 펄스를 발생시켜 회전축(31a)을 소정량으로 회전시키게 된다.As described above, in the case where the flow rate adjustment action is performed again while the cam disc 43 is rotated by a predetermined angle, the protruding piece 52 of the cam disc 43 is applied to the sensing piece 51 of the detection switch 50. After the cam original plate 43 is rotated so as to contact, the pulse is generated again by a desired angle to rotate the rotation shaft 31a by a predetermined amount.
상기 구동수단은 본 발명에 도시한 실시예에 한정하는 것은 아니며, 스텝 모터(31)와, 제 2 기어(42)의 사이에 기어열(gear train)을 추가하여, 스텝 모터(31)의 회전력을 기어열을 통해 제 2 기어(42)로 전달되도록 하는 등, 스텝 모터(31)의 동력을 이용하여 스풀(22)를 효과적으로 승하강시키는 구성이라면 어떠하여도 무방하다.The driving means is not limited to the embodiment shown in the present invention, and a gear train is added between the stepper motor 31 and the second gear 42 to rotate the rotational force of the stepper motor 31. It may be any configuration as long as the spool 22 is raised and lowered effectively by using the power of the step motor 31, such as to be transmitted to the second gear 42 via the gear train.
한편, 상기 상부 하우징(21)에 하부 하우징(24)을 고정함에 있어서는, 도면에 도시한 바와 같이, 수개의 고정 볼트(26)를 이용하여 고정하는 것이 바람직하다. 그러나, 꼭 이에 한정하지는 않으며 다른 고정수단을 적용하여도 좋다.On the other hand, in fixing the lower housing 24 to the upper housing 21, as shown in the figure, it is preferable to fix using several fixing bolts 26. However, the present invention is not limited thereto, and other fixing means may be applied.
상기와 같은 본 발명에 의한 유량 조절 밸브에 의하면, 하부 하우징(24)의 상면 내측연부에 수납부(24a)를 형성하고, 그 수납부(24a)에 기밀유지부재(27)를 개재하여 상,하부 하우징(21)(24)을 수개의 고정 볼트(26)로 고정함으로써 상부 하우징(21)의 안내 공간(21c)을 통해 하부 하우징(24)으로 유입이 예상되는 액냉매가 상,하부 하우징(21)(24)의 외부로 누설되지 못하도록 한다.According to the flow control valve according to the present invention as described above, the receiving portion 24a is formed at the inner surface inner edge of the lower housing 24, and the receiving portion 24a is provided with an airtight holding member 27 interposed therebetween. By fixing the lower housing 21 and 24 with several fixing bolts 26, the liquid refrigerant, which is expected to flow into the lower housing 24 through the guide space 21c of the upper housing 21, is provided with the upper and lower housings ( 21) (24) to prevent leakage to the outside.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상세하게 도시하지 않았으나, 상기 브래키트(30)의 소정 부위를 절곡하여, 그 절곡 부위에 스텝 모터(31)의 회전축(31a)을 지지하기 위한 샤프트 가이드를 고정함으로써 회전축(31a)의 회전 동작을 보다 원활하게 할 수 있다.In addition, although not shown in detail in the embodiment of the present invention, by bending a predetermined portion of the bracket 30, by fixing the shaft guide for supporting the rotating shaft 31a of the step motor 31 at the bending portion The rotation operation of the rotating shaft 31a can be made smoother.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브의 작용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the flow control valve according to the present invention configured as described in more detail as follows.
도 4는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브가 최대로 개방된 상태를 보인 것으로, 이 때에는 캠 원판(43)의 반경이 가장 작은 단경부(43a)에 스풀(22)의 하면이 접촉되어 있으며, 이에 따라서 스풀(22)이 상부 하우징(21)의 안내 공간(21c)을 따라 하강하여 상부 하우징(21)의 배출공(21b')으로부터 벗어나 있으므로 액냉매의 흐름을 방해하지 않는다.4 shows a state in which the flow regulating valve according to the present invention is opened to the maximum, and at this time, the lower surface of the spool 22 is in contact with the short diameter portion 43a having the smallest radius of the cam disc 43. Therefore, since the spool 22 descends along the guide space 21c of the upper housing 21 to deviate from the discharge hole 21b 'of the upper housing 21, it does not disturb the flow of the liquid refrigerant.
상기와 같이, 스풀(22)의 하강 동작에 의해 유입구(21a)를 통해 유입공(21a')으로 유입된 액냉매는 스풀 가이드(23)의 외주연부에 형성된 액냉매 통과공(23a)을 지나 하강한 후, 이미 개방되어 있는 배출공(21b')을 통해 상부 하우징(21)의 외부로 배출되는 것이다.As described above, the liquid refrigerant introduced into the inlet 21a 'through the inlet 21a by the lowering operation of the spool 22 passes through the liquid refrigerant passing hole 23a formed at the outer periphery of the spool guide 23. After descending, it is discharged to the outside of the upper housing 21 through the discharge hole (21b ') that is already open.
이 때, 상기 스풀(22)은 압축 코일스프링(25)의 복원력과, 액냉매의 압력에 의해 하방향으로 힘을 받고 있으므로 임의로 상승되는 경우는 없다.At this time, since the spool 22 is forced downward by the restoring force of the compression coil spring 25 and the pressure of the liquid refrigerant, it does not rise arbitrarily.
이와 같은 상태에서 액냉매량을 감소시킬 경우에는 스텝 모터(31)에 전원을 인가하면, 스텝 모터(31)의 스텝량에 따라 회전축(31a)이 회전하게 되는 바, 그 회전축(31a)의 동력이 제 1 기어(41) 및 제 2 기어(42)로 전달되며, 상기 제 2 기어(42)가 소정의 각도만큼 회전됨에 따라 그 제 2 기어(42)에 일체로 형성된 캠 원판(43)도 일체로 회전하게 된다.When the amount of liquid refrigerant is reduced in such a state, when power is applied to the step motor 31, the rotating shaft 31a is rotated according to the step amount of the step motor 31, so that the power of the rotating shaft 31a is reduced. The cam disc 43, which is transmitted to the first gear 41 and the second gear 42, is formed integrally with the second gear 42 as the second gear 42 is rotated by a predetermined angle. To rotate.
따라서, 상기 캠 원판(43)의 외주면에 지지된 스풀(22)은 압축 코일스프링(25)의 탄성력 및 액냉매의 압력을 이기며 상승하여, 상부 하우징(21)의 배출공(21b')을 점차로 폐쇄시키게 되므로 전체적인 액냉매량을 감소시키게 되는 것이다.Accordingly, the spool 22 supported on the outer circumferential surface of the cam disc 43 rises over the elastic force of the compression coil spring 25 and the pressure of the liquid refrigerant, gradually increasing the discharge hole 21b 'of the upper housing 21. This will reduce the overall amount of liquid refrigerant.
도 5는 캠 원판(43)이 초기 시작점에 대하여 대략 180°정도 회전하여 캠 원판(43)의 장경부(43b)에 스풀(22)이 접촉된 상태로써, 상기 스풀(22)이 상부 하우징(21)의 안내 공간(21c)을 따라 상승하여 배출구(21b)의 배출공(21b')을 완전하게 폐쇄시킨 상태를 보인 것이다.5 is a state in which the cam disc 43 rotates about 180 ° with respect to the initial starting point, and the spool 22 is in contact with the long diameter portion 43b of the cam disc 43, and the spool 22 is connected to the upper housing ( As shown along the guide space 21c of 21, the discharge hole 21b 'of the outlet 21b is completely closed.
한편, 캠 원판(43)이 도 4에 도시한 초기 시작점으로부터 소정 각도만큼 회전된 상태에서 액냉매의 유량 조절 작용을 다시 수행하고자 하는 경우에는 스텝 모터(31)에 역방향 신호를 인가하여, 제 2 기어(42)를 역방향으로 회전시키도록 하고, 상기 캠 원판(43)의 돌출편(52)이 감지 스위치(50)의 감지편(51)에 접촉되는 순간, 스텝 모터(31)의 구동을 정지시킨다.On the other hand, in the case where the cam disc 43 is to be rotated by a predetermined angle from the initial starting point shown in FIG. 4 and wants to perform the flow rate adjusting action of the liquid refrigerant again, the reverse direction signal is applied to the step motor 31 to provide the second signal. The gear 42 is rotated in the reverse direction, and the driving of the step motor 31 is stopped at the moment when the protruding piece 52 of the cam disc 43 contacts the sensing piece 51 of the sensing switch 50. Let's do it.
이 후, 스텝 모터(31)에 원하는 각도 만큼 펄스를 발생시켜 회전축(31a)을 소정량만큼 회전시킴으로써 캠 원판(43)의 회전 각도를 조절할 수 있으며, 따라서 액냉매량의 조절이 가능하게 되는 것이다.After that, the rotation angle of the cam disc 43 can be adjusted by generating a pulse to the step motor 31 by a desired angle to rotate the rotation shaft 31a by a predetermined amount, and thus the liquid refrigerant amount can be adjusted.
상기와 같은 본 발명에 의한 유량 조절 밸브는 상세한 설명에 설명되고 도면에 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 청구항 및 그 종속항의 창작적 개념의 정신으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가해질 수 있다.The flow control valve according to the present invention as described above is not limited to the embodiments described in the detailed description and shown in the drawings. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit of the inventive concept of the claims of this invention and its dependent claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유량 조절 밸브는, 양측에 유입구 및 배출구가 형성되고 내부에 유입구 및 배출구와 통하는 안내 공간이 형성된 상부 하우징과, 상기 상부 하우징의 안내 공간에 승하강 가능하도록 결합되어 배출구의 개방 정도를 조절하는 스풀과, 상기 안내 공간의 상부에 수납되어 스풀과 함께 승하강되면서 액냉매를 하측으로 통과시키는 스풀 가이드와, 상기 스풀 가이드를 일방향으로 탄력지지하는 탄지수단과, 상기 스풀을 승하강시키는 구동수단과, 상기 상부 하우징의 하면에 고정되어 구동수단을 감싸는 하부 하우징을 포함하여 구성함으로써 열팽창액 및 격막 등의 사용을 배제함과 아울러 비례 제어를 가능하게 하여 유량 조절 성능을 보다 향상시키는 이점이 있으며, 또한 내구성의 향상에 크게 기여하는 등의 효과가 있다.As described above, the flow control valve according to the present invention, the inlet and outlet are formed on both sides and the upper housing formed with a guide space communicating with the inlet and the outlet therein, coupled to the lifting and lowering to the guide space of the upper housing And a spool for adjusting the opening degree of the discharge port, a spool guide which is accommodated in the upper portion of the guide space and moves up and down with the spool, and a liquid support means for elastically supporting the spool guide in one direction; It includes a driving means for raising and lowering the spool and a lower housing fixed to the lower surface of the upper housing to surround the driving means, thereby eliminating the use of thermal expansion liquid and diaphragm and enabling proportional control to improve flow rate regulation performance. There is an advantage to improve more, and also contribute greatly to the improvement of durability And it is.
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| KR100944762B1 (en) * | 2007-12-17 | 2010-03-03 | 한국기계연구원 | Electronical expansion valve having simple structure |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990080067A (en) | 1999-11-05 |
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