KR100411701B1 - 사방제어밸브 - Google Patents

Abstract

공기조화기 등에 사용되는 전자유압변환 회전작동형 사방제어밸브가 개시되어 있다. 개시된 사방제어밸브는 복수의 포트를 가지는 밸브하우징(30)과 하우징너트(40) 및 밸브시이트(50)로 이뤄진 밸브케이싱에 밸브시이트(50)와 메인스풀(60) 및 유압작동 회전액츄에이터(70)의 조립체를 장착하여 되며, 그 회전액츄에이터의 구동축(72)으로 메인스풀(60)을 직접 구동하도록 작동된다. 회전액츄에이터는 솔레노이드코일(80)의 조작에 따라 공급측 포트로부터 유체 일부를 취하여 파일럿 유압을 변환하고 변환된 유압에 따라 구동축(72)을 정역구동한다. 이는 냉매관 등의 용접개소를 대폭 줄이는 동시에 유체와 그 압력손실을 줄이고 확실한 동력발생으로 동작의 신뢰도를 높인다.

Description

사방제어밸브{Four-way reversing valve}

본 발명은 유압 또는 공압회로에서 유체흐름의 방향을 제어하기 위한 방향제어밸브의 하나로서 예를 들면 냉난방 겸용 히트펌프 공기조화기의 냉방 또는 난방선택시 냉매의 흐름을 바꾸도록 작동되는 사방제어밸브에 관한 것으로, 특히 회전작동되는 디스크형 스풀(spool)을 구비하고 그 스풀을 구동하는 유압작동 회전액츄에이터(rotary actuator)와 이 회전액츄에이터를 구동하기 위한 솔레노이드작동 파일럿밸브(pilot valve)를 일체화한 사방제어밸브에 관하여 선출된 출원번호 10-2001-018955를 개량한 것이다.

우선, 냉난방 겸용 히트펌프 공기조화기와 관련하여 언급하면, 잘 알려진 바와 같이, 열은 고온측에서 저온측으로는 자연히 이동하지만, 저온측에서 고온측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 작용을 가하여야 한다. 이것이 히트펌프의 원리이다. 히트펌프 공기조화기는 냉매의 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 사이클로 이행되는 열에 대한 운반 메커니즘(mechanism)을 가지며, 그 응축과 증발시의 열교환을 통해 냉방에 필요한 냉풍이나 난방에 필요한 온풍을 발생시킨다. 냉방 또는 난방의 선택은 상기 응축 및 증발과정에서 각각 사용되는 열교환기(응축기와 증발기)의 위치를 맞바꿔주면 되나, 구조적으로 그 응축기와 증발기의 위치를 바꾸는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 방향제어밸브의 하나인 사방제어밸브를 사용하여 그 응축기와 증발기에 대한 냉매의 흐름을 변환하는 것이다.

이와같은 냉난방겸용 히트펌프 공기조화기의 냉난방 운전을 위해 주로 사용되고 있는 종래의 사방제어밸브는 도 1에 도시한 바와 같이 메인밸브(10)와 파일럿밸브(20)로 조합된 내부파일럿방식의 4포트 2위치 솔레노이드-유압작동형 변환밸브로 구성되어 있다. 메인밸브(10)는 4개의 포트와 좌우 양단에 위치하는 2개의 파일럿접속구를 가진다. 이 메인밸브(10)에는 각 포트를 공기조화기 요소중 압축기의 토출구와 흡입구 및 실내외측 열교환기의 냉매관과 각각 접속시키기 위한 4개의 냉매접속관(11,12,13,14)이 용접되어 있으며, 또한 파일럿밸브(20)가 4개의 모세관(21,22,23,24)을 통해 내부 파일럿방식으로 조합되어 있다. 부호 27은 파일럿밸브(20)의 변환을 위한 솔레노이드코일(solenoid coil)이다.

상기한 종래의 사방제어밸브를 공기조화기 회로와 함께 도시한 도 2a 및 2b를 참조하면, 메인밸브(10)와 조합된 파일럿밸브(20)는 4포트 2위치 스프링오프셋솔레노이드작동형으로서, 파일럿스풀(25)을 스프링(26)에 의한 노멀위치 또는 솔레노이드코일(27) 여자시의 전자력에 의한 변환위치로 이동시킴으로써 부하측 포트 A와 B중 하나를 공급측 포트 P와 접속시키고 나머지 하나를 드레인측 포트 R과 접속시킨다. 솔레노이드코일(27)의 여자전류는 공기조화기의 냉방운전시에 차단되고 난방운전시에만 인가된다.

즉, 냉방운전이 선택되면 파일럿스풀(25)은 도 2a와 같은 노멀위치에 있게 되며, 이때 메인밸브(10)의 일측 챔버(15)내의 파일럿 압력이 타측 챔버(16)보다 높게 작용한다. 그러면 메인밸브(10)의 메인스풀(17)이 좌측으로 이동되어, 그 공급측 포트 P는 부하측 포트 A와 연결되고, 다른 부하측 포트 B는 드레인측 포트 R과 연결된다. 따라서 공기조화기에서는 압축기(1)의 토출구로부터 토출된 냉매가 메인밸브(10)의 포트 P와 A를 통해 실외측 열교환기(2)로 이송되므로 그 실외측 열교환기(2)는 응축기 역할을 하게 되고, 이어 팽창기구(3)에 의해 감압된 냉매가 실내측 열교환기(4)로 이송되므로 그 실내측 열교환기(4)는 증발기 역할을 하게 되며, 그 실내측 열교환기(4)로부터는 냉매가 메인밸브(10)의 포트 B와 R을 통하여 압축기(1)의 흡입구로 이송되는 냉동사이클(cooling cycle)이 이행된다.

다음 난방운전이 선택되면, 파일럿스풀(25)은 도 2b와 같이 솔레노이드코일(27)에 의해 변환위치로 이동되며, 이때 메인밸브(10)의 타측 챔버(16)의 파일럿 압력이 일측 챔버(15)보다 높게 작용한다. 그러면 메인밸브(10)의 메인스풀(17)이 우측으로 이동되어, 그 공급측 포트 P는 부하측 포트 B와 연결되고 다른 부하측 포트 A는 드레인측 포트 R과 연결된다. 따라서 공기조화기에서는압축기(1)의 토출구로부터 토출된 냉매가 메인밸브(10)의 포트 P와 B를 통해 실내측 열교환기(4)로 이송되므로 그 실내측 열교환기(4)가 응축기로서 작용하게 되고, 이어 팽창기구(3)에 의해 감압된 냉매가 실외측 열교환기(2)로 이송되므로 그 실외측 열교환기(2)는 증발기로서 작용하게 되며, 그 실외측 열교환기(4)로부터는 냉매가 메인밸브(10)의 포트 A와 R을 통하여 압축기(1)의 흡입구로 이송되는 열사이클(heating cycle)이 이행되는 것이다.

한편, 국내의 등록실용신안공보 등록번호 실0127597, 등록번호 실0130152, 등록번호 20-0213450 및 국내 공개특허공보 공개번호 특2001-0007231 등에 의하면, 메인밸브의 작동수단으로서, 전술한 파일럿밸브 대신 열동형 피스톤기구로 직접 메인밸브의 슬라이드형 스풀을 변환시키거나, 메인밸브에 전기모터를 구동원으로 하는 회전형 스풀을 구성하는 등 여러 가지 형태가 제안되어 있다.

그러나 메인스풀을 직접 구동하기 위한 열동형 피스톤기구나 전기모터는 대체로 변환시간이 느리고 부정확하며 오동작이 많은 등의 이유로 거의 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

유압 또는 공압회로에 소요되는 밸브로는 전술한 파일럿밸브와 같은 솔레노이드작동형 밸브가 자동운전이나 원격조작 등의 제어가 용이하고 또 변환시간이 빠르고 정확하다는 이점으로 많이 사용되고 있다. 다만 이것은 솔레노이드의 전자적 추력을 이용하므로, 많은 유량을 제어하는데는 부적합하여 보통 압력 210[Kg/cm²], 최대유량 80[l/min] 정도까지의 변환에 사용되고 있는 것이다. 그리하여 전술한 바와 같은 종래의 사방제어밸브는 메인밸브를 유압작동형으로 하고, 이를 조작하는 파일럿밸브를 솔레노이드작동형으로 구성하는 것이 일반적이었다.

이와같이 메인밸브와 파일럿밸브로 조합하여 되는 사방제어밸브를 제작하려면 그 메인밸브에 용접되는 냉매접속관들 외에도 모세관들을 추가로 접속시켜야 한다. 따라서 용접개소가 많아져 제작에 어려움이 있음은 물론, 그 제작 또는 사용과정에서 용접불량으로 인한 고장이 많이 발생하는 문제점이 있는 것이다.

또한 종래의 사방제어밸브에 의하면, 압축기의 토출구로부터 토출되는 고온고압 기체상태의 냉매 일부가 열교환기를 경유하지 않고 상기 파일럿밸브를 경유하여 그대로 압축기의 흡입구로 되돌려지므로 그만큼 냉매의 이용률이 낮아 열교환 효율이 저하된다.

이에 대해 본 출원인은 앞서 출원한 출원번호 10-2001-018955를 통하여, 메인스풀의 구동수단으로서, 유압작동 회전액츄에이터를 일체형으로 구성하여 용접개소를 최소화하고, 동시에 냉매 등의 유체의 이용효율을 높인 바 있다.

선출원에 있어서의 유압작동 회전액츄에이터는 파일럿유압을 변환하는 솔레노이드밸브와 그 변환된 유압에 의해 회전하여 동력을 발생하는 치차모양의 베인, 그리고 베인의 축에 결합되어 메인밸브를 돌려주는 기어로 구성되었다.

선출원은 상기 언급된 종래기술의 문제점을 해결하기에 충분하였지만, 유체이용효율 측면에서 예상치 못한 약간의 문제가 발견되었다. 즉, 회전액츄에이터 작동을 위한 파일럿 유압은 밸브의 공급측 포트로부터 유체의 일부를 취함으로써 얻어지는데, 첫째, 메인스풀이 변환된 후에도 그 유체의 일부가 계속하여 회전액츄에이터를 경유하여 전체적으로 볼 때 유체의 압력손실이 발생하고 있고, 둘째, 구조적으로 베인의 회전력이 약한데다 별도의 기어를 통해 구동하므로 동력손실이 따르고, 또한 기밀성을 요하는 구조에서는 메인스풀의 회전저항이 커져서 간혹 변환상태가 불완전해지는 경우가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 선출원에 있어서의 문제점을 해결하고자 메인스풀의 구동수단인 유압작동 회전액츄에이터의 회전력을 증대시키고 밸브 변환후의 유압손실이 없도록 하며, 또한 동력전달방식을 좀더 간소화하여 확실한 동작과 유체효율을 더욱 높일 수 있는 사방제어밸브를 제공하려는 것이다.

도 1은 종래의 내부파일럿방식 전자유압변환형 사방제어밸브의 외관을 보인 사시도.

도 2a 및 2b는 종래의 사방제어밸브가 채용된 냉난방겸용 히트펌프 공기조화기를 냉방운전시와 난방운전시로 구분하여 도시한 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 사방제어밸브의 외관을 도시한 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 사방제어밸브의 분리사시도.

도 5는 본 발명에 따른 사방제어밸브에 사용되는 회전액츄에이터의 분해사시도.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 사방제어밸브를 구성하는 회전액츄에이터내 파일럿스풀의 노멀상태와 변환상태를 구분하여 도시한 부분 종단면도.

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 사방제어밸브를 구성하는 회전액츄에이터내 베인의 노멀상태와 변환상태를 구분하여 도시한 횡단면도.

도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 사방제어밸브를 구성하는 메인스풀의 노멀상태와 변환상태를 구분하여 도시한 횡단면도.

도 9는 도 8a에 표시된 Ⅸ-Ⅸ선상의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 밸브하우징 31,32,32',33 : 냉매접속관

40 : 하우징너트 50 : 밸브시이트

51,52,52',53 : 포트연결구멍 60 : 메인스풀

63 : 캐리어 66 : 캐리어스프링

70 : 회전액츄에이터 72 : 구동축

74 : 파일럿 유입관 75 : 밸브실

76 : 유압실 80 : 솔레노이드코일

83 : 파일럿스풀 92 : 베인

93 : 압력판 94,94' : 블레이드

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 사방제어밸브는, 유체의 출입을 위한 복수의 포트를 가지는 밸브케이싱과, 이 밸브케이싱 내에 회전가능하게 지지되어 그 회전위치에 따라 상기 복수의 포트 상호간을 선택적으로 연결하는 적어도 하나의 유로를 가지는 메인스풀과, 상기 복수의 포트중 공급측으로부터 유체 일부를 취하여 회전동력을 발생하도록 작동되는 구동축을 갖는 유압작동 회전액츄에이터를 구비하며, 상기 메인스풀이 그 회전액츄에이터의 구동축에 직접 연결되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 회전액츄에이터는 상기 공급측 포트로부터 유체 일부를 취하여 입력시키기 위한 파일럿 입력포트와 2개의 출력포트 및 2개의 변환포트가 관통되어 있는 밸브실과 그 2개의 변환포트를 통해 밸브실과 연통되어 상기 구동축이 설치되는 유압실을 가지는 몸체, 상기 밸브실에 설치되어 입력포트를 2개의 변환포트중하나와 연결하고 그 나머지 변환포트를 2개의 출력포트중 하나와 연결하도록 이동조작되는 파일럿스풀, 외부의 전기신호로 작동되어 파일럿스풀을 출몰시키는 솔레노이드코일, 상기 구동축에 결합되어 유압실내에 회전될 수 있는 베인, 이 베인과 함께 유압실내 상기 2개의 변환포트 사이를 가르는 칸막이로 구성한다.

이러한 본 발명에 따르면, 밸브몸체 내에서 파일럿 유압을 직접 취할 수 있게 되며 또한 그 파일럿 유압으로부터 회전동력을 발생하여 상기 메인스풀을 기계적으로 구동하므로 별도의 모세관이 필요없어져 용접개소를 줄일 수 있는 것은 물론, 선출원에서 나타난 문제를 해결할 수 있게 되는 바, 그 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중 도 3은 본 발명에 따른 사방제어밸브의 외관을 도시한 것이며, 도 4는 그 구조를 설명하기 위해 부품을 분해하여 도시한 것이다. 이들 도면에 나타난 본 발명에 따른 사방제어밸브는, 전술한 바와 같은 냉난방겸용 히트펌프 공기조화기의 냉난방 운전을 위한 용도로서 예를 든 것으로, 그 형식은 4포트 2위치 스프링오프셋 솔레노이드-유압-회전작동형이다.

도시된 바와 같은 본 발명에 따른 사방제어밸브는 밸브하우징(30)과 하우징너트(40)로 이루어지는 밸브케이싱(valve casing)에 밸브시이트(50)와 메인스풀(60) 및 회전액츄에이터(70)의 조립체를 장착하도록 구성되었다.

밸브하우징(30)은, 컵(cup) 모양으로서, 그 원주면에 형성된 공급측 포트 P와 바닥면에는 동일 원주상에 형성된 부하측 포트 A와 B 및 드레인포트 R을 가지며, 각 포트에 전술한 공기조화기 각부의 냉매관과 접속하기 위한 4개의 냉매접속관(31,32,32',33)이 용접으로 접속되어 있다. 밸브하우징(30)은 또한 그 상단부 외주면에 하우징너트(40)를 체결하기 위한 수나사부(34)와 그 내주면에 회전액츄에이터(70)를 안착시키기 위한 안착부(35)를 가지고 있다.

하우징너트(40)는 밸브하우징(30)의 수나사부(34)와 대응하여 체결할 수 있게 암나사부(41)와 그 체결시 밸브하우징(30)의 안착부(35)에 안착된 회전액츄에이터(70)를 구속하도록 가압하는 가압부(42)를 가지고 있다(도 6a 및 6b 참조).

밸브시이트(50)는 밸브하우징(30) 바닥에 밀착되는 원판모양으로서 그 밸브하우징(30) 바닥에 있는 각 포트를 연결하도록 뚫린 포트연결구멍(51,52,52')과 회전액츄에이터(70)의 축을 지지할 수 있는 오목한 축지지홈(53)을 가진다. 이 밸브시이트(50)는 또한 회전액츄에이터(70)와 일체형으로 조립될 수 있게 수개소에 뚫린 체결용 구멍(54)을 가지고 있다. 부호 55는 그 구멍(54)을 관통하여 회전액츄에이터에 체결하기 위한 나사이고, 56은 그 회전액츄에이터(70)의 간격을 유지하기 위해 각 나사(55)를 끼워서 체결토록 하는 간격유지용 부싱이다. 이 밸브시이트(50)는 밸브하우징(30) 내저면을 동일한 조건으로 가공한다면 없어도 된다.

메인스풀(60)은 회전액츄에이터(70)에 의해 노멀위치와 변환위치로 회전되어 각 위치에서 밸브시이트(50)의 포트구멍(51,52,52')중 인접한 두 개를 연결해주기 위한 것으로, 중심에 회전액츄에이터(70)의 축을 끼워 헛돌지 않게 결합하기 위한 각축구멍(61)을 가지며, 밸브시이트(50)상의 포트연결구멍(51,52,52')중 인접한 두 개를 수용하는 넓이의 개구부(62)에 별도의 캐리어(63)를 안착시켜 된다.캐리어(63)는 밸브시이트(50)의 통공(51,52,52')중 인접한 두 개를 연결하여 유로를 형성하는 캐비티(64)을 가지고 있으며 그 가장자리(65)가 밸브시이트(50) 상면에 밀착하여 기밀을 유지하면서 미끄러질 수 있게 된 것이다(도 9 참조). 캐리어스프링(66)은 캐리어(63)를 밸브시이트(50)에 대해 탄력적으로 가압하여 원활하게 미끄러질 수 있게 하면서 그 기밀성을 높이기 위해 사용되었다. 회전 및 기밀성 유지에 큰 문제가 없다면, 상기 캐리어(63)는 메인스풀(60)에 일체로 형성하여도 무방하다.

회전액츄에이터(70)는 그 몸체가 밸브하우징(30)의 내경보다 작은 외경으로 되어 그 밸브하우징(30)의 내주면과의 사이에 전술한 공급측 포트 P로부터 부하측 포트 A와 B중 하나를 연결하는 유로를 제공하도록 된다. 몸체의 상면에는 전술한 밸브하우징(30)의 안착부(35)에 걸치기 위한 플랜지(71)가 형성되어 있으며, 그 저면 중심에 구동축(72)이 돌출되어 있다. 구동축(72)은 하단부분이 각축부(73)로 되어 메인스풀(60)의 각축구멍(61)에 끼워 결합되고 그 끝부분이 각축구멍(61)을 통과하여 밸브시이트(50)의 축지지홈(53)에 지지된다. 외주면에는 파일럿 유입관(74)이 접속되어 있다. 파일럿 유입관(74)은 밸브하우징(30)의 공급측 포트 P를 향하여 거기에 접속되는 냉매접속관(31) 안쪽으로 살짝 인입되도록 된 것이다(도 6a,6b 및 도7a,7b 참조).

한편, 회전액츄에이터(70)는 그 상면에는 솔레노이드코일(80)이 결합되는데, 이 솔레노이드코일(80)의 조작에 따라 파일럿 유입관(74)으로부터 취해진 파일럿 유압으로 구동축(72)을 시계방향 또는 반시계방향으로 구동하도록 작동된다.

도 5를 참조하면, 회전액츄에이터(70)의 몸체 내부에 밸브실(75)과 유압실(76)이 있다. 외주면으로부터 밸브실(75)로는 1개의 파일럿 입력포트(77)와 2개의 파일럿 출력포트(78,78')가 관통되어 있고, 밸브실(75)로부터 유압실(76)로는 2개의 파일럿 변환포트(79,79')가 관통되어 있다. 여기서, 파일럿 입력포트(77)는 밸브하우징(30)에 형성된 공급측 포트 P와 마주하는 높이에 형성되어 전술한 파일럿 유입관(74)이 접속되는 것이며, 2개의 파일럿 출력포트(78,78')는 파일럿 입력포트(77)의 위아래에 소정의 간격을 두고 형성된 것이다(도 6a 및 6b 참조). 그리고 2개의 파일럿 변환포트(79,79')는 각각 3개의 입출력포트(77,78,78')의 각 사이에 위치하고 동시에 서로 수평방향으로 적당한 간격을 두고 있다(도 7a 및 7b 참조).

상기 회전액츄에이터(70)의 밸브실(75)은 몸체 일측에 위치되고 그 상면으로 개구되어 있는데, 그 개구측에 솔레노이드코일(80)의 스템(81)이 나사식으로 체결되며, 스템(81) 내부에는 스프링(82)과 함께 파일럿스풀(83)이 수납된다.

파일럿스풀(83)은 밸브실(75)을 이동하여 전술한 파일럿 입력포트(77)에 대해 2개의 출력포트(78,78')와 2개의 변환포트(79,79')를 선택적으로 연결하도록 플랜지 모양으로 형성된 3개의 밸브체(84,85,85')를 가지고 있다. 3개의 밸브체(84,85,85')중 가운데 위치한 밸브체(84)는 전술한 파일럿 입력포트(77)와 변환포트(78,78') 각 사이지점으로 이동하도록 되고, 동시에 양쪽에 위치한 밸브체(85,85')는 출력포트(78,78')와 변환포트(79,79')의 각 사이지점과 출력포트(78,78') 각각의 외측지점으로 이동하도록 된 것이다.

회전액츄에이터(70)의 유압실(76)은 몸체 중심에 형성되며 밑면에 개구되어 있다. 이 유압실(76)은 덮개(90)로 밀폐되어지며, 그 안에 칸막이(91)와 베인(92)이 결합된 전술한 구동축(72)이 장착된다. 베인(92)은 조금 두꺼운 금속판으로 된 압력판(93) 양측에 테프론 등의 부드러운 소재로 된 엷은 블레이드(94,94')를 덧붙여 구동축(72)에 결합시킨 것이다. 구동축(72)의 상단은 유압실(72)내 천장에 형성한 축지지홈(95)에 끼우고 그 하단은 덮개(90)를 관통하여 외부로 돌출된다. 덮개(90)에는 구동축(72)을 관통지지하는 오일리스베어링(96)을 장착된다. 칸막이(91)는 상기 베인(92)과 함께 유압실(76) 공간을 양쪽으로 구분하기 위한 것으로, 구동축(72)에서 그 유압실(76) 내주벽의 상기 변환포트(79,79') 사이부분을 차단한다. 이 칸막이(91)는 그 유압실(76) 내주벽에서 일체로 형성될 수도 있다. 한편, 2개의 스톱퍼 핀(97,97')는 베인(92)의 회전각도를 제한하기 위한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 사방제어밸브의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6a는 파일럿스풀(83)의 노멀상태, 즉 솔레노이드코일(80)이 여자되지 않은 상태로, 파일럿스풀(83)이 스프링(82)에 의해 밸브실(75) 내부로 끝까지 돌출해 있다. 이 상태에서는 파일럿스풀(83)의 밸브체(84,85) 사이의 경로를 통해 밸브실(75)을 관통하는 파일럿 입력포트(77)와 상측의 변환포트(79)가 연결되고, 동시에 밸브체(84,85') 사이의 경로를 통해 하측의 변환포트(79')와 하측의 출력포트(78')가 연결된다. 한편, 상측의 출력포트(78)는 밸브체(85)에 의해 차단된다. 이같은 노멀상태에서, 냉매접속관(31)를 통해 밸브하우징(30)의 공급측 포트 P로공급되어 밸브하우징(30)의 내면과 회전액츄에이터(70)의 외주면 사이의 유로(100)를 따라 이동하게 되는 유체의 일부가 그 냉매접속관(31) 출구 안쪽으로 인입되어 있는 유입관(74)을 통해 파일럿 입력포트(77)로 안내된 후, 상측 변환포트(79)를 통해 유압실(76)로 유인된다.

유압실(76)은 도 7a에서 보는 바와 같이 상하측 변환포트(79,79') 사이를 가로막는 칸막이(91)와 구동축(72) 및 베인(92)에 의해 양쪽으로 구분되어 있다. 따라서 유체가 유인된 상측 변환포트(79)가 있는 일측 유압실(76a)의 압력은 타측 유압실(76b)보다 높게 작용한다. 그리하여 회전이 자유로운 베인(92)이 그 압력차에 의해 도면에서 반시계방향으로 이동되어지고 이에 따라 구동축(72)도 같은 방향으로 회전되는 것이다. 이때 압력이 낮은 유압실(76b)에 차 있던 유체는 하측 변환포트(79')와 밸브실(75)로 이송되고 거기서 하측 출력포트(78')를 통해 몸체 밖으로 유출됨으로써 그 회전이 가능한 것이다. 하측 출력포트(78')를 통해 빠져 나가는 유체는 유로(100)를 이동하는 유체 본류와 합류한다.

이와같이 구동축(72)이 반시계방향으로 회전되면, 도 8a 및 도 9와 같이 그 구동축(72)의 각축부(73)가 끼워져 결합된 메인스풀(60)이 반시계방향으로 구동되며, 캐리어(64)가 밸브시이트(50)상의 3개의 포트연결구멍(51,52,52')중 반시계방향측 2개의 포트연결구멍(51,52)를 덮는 위치로 이동된다. 이때 캐리어스프링(66)은 캐리어(64)의 이동을 원활하게 하면서 그 가장자리(65)를 탄력적으로 눌러서 밸브시이트(50)와의 기밀을 잘 유지시킨다.

캐리어(64)에 덮인 2개의 포트연결구멍(51,52)은 그 캐리어(64) 내캐비티(65)를 통해 상호 연결된다. 그리고 나머지 한 포트연결구멍(52')은 개방된 채 전술한 유로(100)상에 노출된다. 따라서 밸브하우징(30)의 공급측 포트 P는 유로(100)에 노출된 포트연결구멍(52')을 통해 부하측 포트 B와 연결되는 한편, 다른 부하측 포트 A는 캐비티(65)를 통해 드레인포트 R과 연결되어, 전술한 냉난방 겸용 공기조화기에 있어서의 냉동사이클이 이행될 수 있는 상태가 되는 것이다.

다음, 도 6b는 파일럿스풀(83)의 변환상태, 즉 솔레노이드코일(80)이 여자된 상태로, 파일럿스풀(83)이 스프링(82)을 억누르고 당겨져 있다. 파일럿스풀(83)이 당겨진 동안에는, 그 밸브체(84,85') 사이의 경로를 통해 밸브실(75)을 관통하는 파일럿 입력포트(77)와 하측의 변환포트(79')가 연결되고, 동시에 밸브체(84,85) 사이의 경로를 통해 상측의 변환포트(79)와 상측의 출력포트(78)가 연결된다. 한편, 하측의 출력포트(78')는 밸브체(85')에 의해 차단된다. 이같은 변환상태에서, 냉매접속관(31)를 통해 밸브하우징(30)의 공급측 포트 P로부터 유입관(74)에 의해 취하여진 유체의 일부가 하측 변환포트(79)를 통해 유압실(76)로 유인된다.

그러면, 도 7b와 같이, 노멀상태와는 정 반대로, 일측 유압실(76a)보다 타측 유압실(76b)의 압력이 높아지고, 따라서 베인(83)과 구동축(72)은 시계방향으로 회전된다. 이때에도 압력이 낮은 유압실(76a)로부터 상측 출력포트(78)를 통해 빠져 나가는 유체는 유로(100)를 이동하는 유체 본류와 합류하게 된다.

이와같이 구동축(72)이 반시계방향으로 회전되면, 도 8b 및 도 9(가상선 표시)와 같이 메인스풀(60)이 시계방향으로 구동되며, 캐리어(64)는 밸브시이트(50)상의 3개의 포트연결구멍(51,52,52')중 시계방향측 2개의 포트연결구멍(51,52')를덮는 위치로 이동된다. 이때에는 캐리어(64)에 덮인 2개의 포트연결구멍(51,52')은 그 캐리어(64) 내 캐비티(65)를 통해 상호 연결된다. 그리고 나머지 한 포트연결구멍(52)은 개방된 채 전술한 유로(100)상에 노출된다. 따라서 밸브하우징(30)의 공급측 포트 P는 유로(100)에 노출된 포트연결구멍(52)을 통해 부하측 포트 A와 연결되는 한편, 다른 부하측 포트 B는 캐비티(65)를 통해 드레인포트 R과 연결되어, 전술한 냉난방 겸용 공기조화기에 있어서의 열사이클이 이행될 수 있는 상태로 전환되는 것이다.

전술한 베인(92)의 회전은 2개의 스톱퍼핀(97,97')에 의해 제한된 범위에서만 이뤄지며, 베인(92)이 정지한 다음에는 유체가 밸브실(75)과 유압실(76)을 더 이상 경유하지 않게 되므로, 노멀상태와 변환상태로의 전환 이후에는 유체 본류의 압력손실이 발생하지 않는다.

이상의 실시예에서는 냉난방겸용 히트펌프 공기조화기에 사용하기 위한 용도를 예시하였으나, 그 용도나 도면에 예시된 것에 의하여 한정되는 것은 아니다. 즉, 포트 수는 적용할 제품에 따라 변경될 수 있으며, 이에 따라 디스크형 메인스풀의 유로구조와 그 수가 변경될 수 있다. 또한 그 디스크형 메인스풀과 이의 조작을 위한 솔레노이드작동형 유압변환수단이나 유압작동 회전액츄에이터 등도 다양하게 구현될 수 있을 것이다.

이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 사방제어밸브는 솔레노이드-유압-회전작동형으로서 디스크형 메인스풀을 구비하고, 이를 작동시키기 위한 솔레노이드작동형 유압변환수단과 유압작동 회전액츄에이터를 일체화하여 하나의 밸브몸체에 내장하므로, 밸브몸체에는 메인 포트에 해당되는 접속용 관체만 용접하면 된다. 따라서 용접개소를 최소할 수 있어 제작이 쉬워짐은 물론, 그 제작 또는 사용과정에서 용접불량에 따른 고장발생률로 대폭 줄일 수 있는 것이다.

또한 본 발명에 따르면, 메인스풀을 구동하기 위해 분기된 공급측 포트의 유체 일부가 다시 그 본류에 합류하여 부하측에 공급되어 유체의 손실이 적어 그 유체이용률이 높아짐은 물론, 노멀상태 또는 변환상태로 전환된 이후에는 유체의 압력손실도 발생하지 않으므로 유체압력 손실도 적은 것이다.

본 발명은 특히 베인을 밀폐된 유압실에서 회전시키므로 큰 동력을 발생시키 수 있고 또 메인스풀을 직접 구동하므로 동력손실도 적다. 따라서 노멀상태와 변환상태로의 확실한 전환을 꾀할 수 있어 동작의 신뢰성을 높일 수 있는 것이다.

Claims (10)

1. 유체의 출입을 위한 복수의 포트를 가지는 밸브케이싱과, 이 밸브케이싱에 장착되어 각 포트에 대응하여 뚫린 복수의 포트연결구멍을 가지는 밸브시이트와, 이 밸브시이트상에 회전가능하게 지지되어 그 회전위치에 따라 상기 복수의 포트연결구멍을 선택적으로 연결하기 위한 메인스풀과, 상기 복수의 포트중 공급측으로부터 유체 일부를 취하여 회전동력을 발생하도록 작동되는 구동축을 갖는 유압작동 회전액츄에이터를 구비하며, 상기 메인스풀이 그 회전액츄에이터의 구동축에 직접 연결되어 있는 것을 그 특징으로 하는 사방제어밸브.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브케이싱으로서, 상기 복수의 포트들을 가지고 있고 상기 밸브시이트와 메인스풀 및 회전액츄에이터를 수납하는 컵 모양의 밸브하우징, 이 밸브하우징의 상단에 나사식으로 결합되어 거기에 수납된 회전액츄에이터를 구속하도록 가압하는 하우징너트가 구비되어 있는 사방제어밸브.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 밸브시이트와 메인스풀이 상기 회전액츄에이터에 일체형으로 조립되도록 구성된 사방제어밸브.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 밸브하우징 내주면과 상기 회전액츄에이터 사이에 상기 공급측 포트와 다른 선택된 포트를 연결하여 유체를 이동시킬 수 있는 유로가 형성되도록 그 회전액츄에이터의 외경이 밸브하우징 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 사방제어밸브.
5. 청구항 2에 있어서, 상기한 메인스풀이 그 회전위치에 따라 상기 밸브시이트에 밀착하여 기밀을 유지할 수 있게 형성되고 그 포트연결구멍을 선택적으로 연결하기 위한 캐비티를 가지는 캐리어와, 이 캐리어를 탄력적으로 밸브시이트쪽으로 가압하여 캐리어스프링을 포함하여 되는 사방제어밸브.
6. 청구항 1 내지 4중의 한 항에 있어서, 상기 회전액츄에이터가, 상기 공급측포트로부터 유체 일부를 취하여 입력시키기 위한 파일럿 입력포트와 2개의 출력포트 및 2개의 변환포트가 관통되어 있는 밸브실과 그 2개의 변환포트를 통해 밸브실과 연통되어 상기 구동축이 설치되는 유압실을 가지는 몸체, 상기 밸브실에 설치되어 입력포트를 2개의 변환포트중 하나와 연결하고 그 나머지 변환포트를 2개의 출력포트중 하나와 연결하도록 이동조작되는 파일럿스풀, 외부의 전기신호로 작동되어 파일럿스풀을 출몰시키는 솔레노이드코일, 상기 구동축에 결합되어 유압실내에 회전될 수 있는 베인, 이 베인과 함께 유압실내 상기 2개의 변환포트 사이를 가르는 칸막이를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 사방제어밸브.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 베인이 상기 유압실내에서 유체의 압력을 받는 압력판과 이 압력판 양측에 덧붙여져 각각 회전시 그 유압실 내주벽과의 기밀을 유지하는 블레이드로 구성된 것을 특징으로 하는 사방제어밸브.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 밸브실의 파일럿 입력포트에 접속되어 상기 공급측 포트 안으로 인입되는 파일럿 유입관이 더 구비되어 있는 사방제어밸브.
9. 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 포트에, 상기 밸브하우징에 형성되는 상기 공급측 한 개와 상기 원통형 하우징의 측면상의 동일 원호선상에 간격을 두고 배치된 부하측 두 개와 드레인측 한 개를 포함한 4개의 포트가 포함되어 있고, 상기 밸브하우징 내주면과 회전액츄에이터의 외주면 사이에 그 공급측 포트와 2개의 부하측 포트중 하나를 연결하기 위한 유로가 제공되어 있고, 상기 메인스풀이 그 2개의 부하측 포트중 나머지와 드레인측 포트를 덮어서 연결하도록 구성된 사방제어밸브.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 밸브하우징의 각 포트에 공기조화기의 각 냉매관과 접속시키기 위한 냉매접속관이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 사방제어밸브.