KR100500819B1 - 냉매의 방향전환용 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매의 방향 전환용 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 모터를 이용하여 전력 소모를 줄이고, 손쉽게 제작하여 생산원가를 줄이며, 제어가 간편한 밸브에 관한 것이다.

본 발명의 냉매의 방향전환용 밸브는 온오프시 계속적인 전류를 인가할 필요없이 한번의 펄스 전류 신호만을 인가하여 온/오프 상태를 유지시킴으로써, 종래의 인장스프링을 이용한 밸브에 비하여 전력의 소모를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한, 생산성이 높은 리니어 모터를 사용하기 때문에 종래의 스테핑 모터를 이용한 밸브보다 생산원가를 절감할 수 있다는 장점이 있으며, 전체적으로 스테핑 모터를 이용하는 경우보다 부품의 수가 적게 소모됨으로 생산원가를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 각각의 밸브가 하나의 냉매 유입구를 각자 독립적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.

Description

냉매의 방향전환용 밸브{A VALVE FOR CONTROLLING THE FLOW}

본 발명은 냉매의 방향 전환용 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리니어 모터를 이용하여 전력 소모를 줄이고, 손쉽게 제작하여 생산원가를 줄이며, 제어가 간편한 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고 등의 냉동 싸이클에서 2개 이상의 증발기가 1개의 압축기와 조합하여 냉동싸이클을 이루는 경우에 각 증발기의 냉매 흐름을 선택적으로 제어하기 위해서 솔레노이드 밸브를 2개 이상 사용한다. 즉, 솔레노이드 밸브를 증발기의 개수만큼 병렬로 연결하여 증발기로 냉매를 관류시키고자 할 때 각 증발기에 대응하는 솔레노이드 밸브를 개방시켜 냉매를 관류시키도록 하고, 반대로 냉매의 흐름을 중지시키고자 할 경우에는 해당 솔레노이드 밸브를 폐쇄시켜 냉매의 관류를 중지시키게 된다. 도 1에서는 종래의 대표적인 방향절환용 밸브를 예시하고 있다. 상부에는 고정철심(14a, 14b)이 고정되어 있고, 그 하부에는 탄성력을 지닌 인장 스프링(12a, 12b)이 형성되고, 인장스프링 하부에는 냉매유입구(18a, 18b)를 온오프시키는 플런저(16a,16b)가 형성된다. 그리고, 보빈 코일(14a, 14b)이 플런저를 중심으로 하여 배치되어 있다. 플런저(16a, 16b)의 상하운동에 의해서 밸브가 온오프된다. 먼저, 도 1의 (가)와 같이, 보빈 코일에 전기가 인가되지 않은 경우에는 인장 스프링(12a, 12b)의 탄성력에 의해서 냉매유입구(18a, 18b)가 오프된 상태를 유지한다(닫혀진 상태). 이 경우에, 보빈 코일(10a, 10b)에 전기가 인가되면, 도 1의 (나)와 같이 플런저는 자기력에 의해서 인장 스프링(12a, 12b)을 밀어올림으로써, 냉매 유입구(18a, 18b)로 냉매가 유입되어 입력포트를 통해서 시스템(즉, 증발기)에 냉매가 유입된다. 두 개의 각 솔레노이드 밸브는 서로 독립적으로 움직일 수 있어, 증발기로 유입되는 냉매의 량을 적정하게 조절할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 냉매 방향 절환용 밸브는 첫째, 플런저의 자중이 가미되고는 있으나, 견실한 밀폐를 위해서는 인장스프링의 탄성 계수가 높아야 하므로 이를 작동시키기 위한 전력 소모가 급증하여야 한다는 단점이 있으며, 둘째, 장기간 사용시 인장스프링의 탄성력 저하로 플런저의 하측공간에 작용하는 냉매의 압력에 의해서 플런저가 상향이동되면서 냉매가 누출되는 오작동의 문제가 있으며, 셋째, 인장스프링에 의해서 온오프되기 때문에 냉매를 시스템에 계속적으로 공급하기 위해서는, 즉 밸브를 계속적으로 온상태(열려진 상태)를 유지하기 위해서는 계속적으로 보빈 코일에 전기를 공급하여야 하므로 전기 소모량이 높다는 문제점이 있었다.

한편, 인장스프링을 사용함으로써 발생되는 문제점이 없애기 위해서, 일부에서는 스테핑 모터(stepping 모터)가 사용하고 있다. 스테핑 모터는 펄스 모양의 전압 신호에 의해 일정 각도 회전하는 모터로서, 회전 각도는 입력 펄스 신호의 수에 비례하고 회전 속도는 입력 펄스 신호의 주파수에 비례하는 모터이다. 그러나, 이러한 스테핑 모터를 이용한 밸브의 경우 제조시 필요한 부품 수가 과다하고, 많은 펄스 수를 조절하여야 함으로 제어의 어려움이 있었으며, 각 밸브가 모터의 회전에 의해서 제어됨으로 독립적으로 작동할 수 없다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 인장 스프링을 이용한 밸브 및 스테핑 모터를 이용한 밸브의 단점을 보완하여, 밸브를 온오프시킴에 따른 전력소모를 줄이고, 밸브의 제어가 간단하며, 간단히 제조할 수 있어 저가로 생산할 수 있으며, 밸브의 생산성이 높은 밸브를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 냉매의 방향전환용 밸브는 밸브의 외부를 감싸는 밸브 몸체, 상기 밸브 몸체 내에 삽입고정되어 제어부에서 인가되는 통전상태에 따라 여자 또는 비여자되는 솔레노이드, 및 상기 솔레노이드와 연동되어 상기 밸브 몸체 내에서 그 길이방향으로 상하로 이동하면서 냉매 유입구를 온오프시키는 리니어 모터를 포함하는 데, 상기 솔레노이드의 자성판의 양 끝부분은 여러 부분으로 갈라져, 갈라진 양 끝부분이 서로 순차적으로 교차되며, 상기 리니어 모터는 N극과 S극이 순차적으로 정렬된 내부의 영구 자석을 몸체가 감싸도록 구성된다.

바람직하게는 상기 솔레노이드 자성판의 양 끝부분은 삼각뿔 모양으로 형성되며, 리니어 모터가 상하로 움직일 때 가이드할 수 있도록 상기 밸브 몸체에는 가이드 홈에 형성되고, 상기 리니어 모터에는 가이드 돌기가 형성된다. 한편, 리니어 모터의 몸체는 알루미늄으로 제조되는 알루미늄 몸체이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 냉매의 방향전환용 밸브를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 솔레노이드의 제작순서를 설명하기 위한 사시도이다.

먼저, 도시된 바와 같이 철재 자성판(42)의 양 끝부분(43)을 여러 부분으로 가른다. 갈라진 부분은 영구자석내의 N극 또는 S극의 수를 고려하여 동일 또는 하나 적게 형성된다. 철재 자성판(42)은 추후에 도 2의 (d)와 같이 구부려야 하므로, 철재 자성판을 구부렸을 때, 갈라진 자성판의 양 끝부분(43)이 서로 순차적으로 교차되도록 철재 자성판의 끝부분을 절개한다. 바람직하게는 솔레노이드 자성판의 양 끝부분은 도시된 바와 같이 삼각뿔 모양으로 형성되는 데, 이는 최종 제작된 솔레노이드의 코일에 전류를 인가하였을 때 N극과 S극에서 발생되는 자력이 최대의 힘을 가질 수 있도록 하기 위해서이다. 철재 자성판(42)의 끝부분을 절개한 후, 도 2의 (a)와 같이 플라스틱 격벽(46a, 46b)을 형성한다. 플라스틱 격벽(46a, 46b)은 사출 또는 격벽의 홈에 철재 자성판을 삽입고정시켜 형성한다.

플라스틱 격벽(46a, 46b)을 형성한 후, 도 2 (b)와 같이 플라스틱 격벽(46a, 46b) 사이에 코일을 감는다. 코일(44)은 전류의 흐름 방향에 따라서, 자성판의 양 끝부분이 N극 또는 S극을 형성되도록 한다. 플라스틱 격벽(46a, 46b) 사이에 코일을 감은 후, 덮개(48)로 코일(44)을 감싼다(도 2 (c)). 그런 후, 도 2의 (d)와 같이 철재 자성판(42)의 양 끝부분(44)을 구부려 최종적으로 솔레노이드(40)를 제조한다. 코일(44)의 양 끝단은 제어부(도시되지 않음)에 연결되는 데, 제어부는 전류의 흐름 방향 및 전류의 세기를 제어하여 밸브의 온오프를 제어하는 역할을 한다. 도 2 (d)는 전류의 흐름 방향을 어느 한쪽으로 인가하였을 때, 자성판의 양 끝부분에 형성되는 극성을 나타내고 있다. 만약, 반대 방향으로 전류를 인가하게 되면 자성판의 양 끝부분은 N극 또는 S극이 서로 반대가 될 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 밸브의 동작원리를 설명하기 위한 설명도로서, 솔레노이드에 어느 특정한 방향으로 전류가 인가된 경우이다. (가)는 솔레노이드(40)와 리니어 모터(30)의 사시도이고, (나)는 단면도이다. 도 4 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 밸브의 동작원리를 설명하기 위한 설명도로서, 도 3의 전류 방향과 반대 방향의 전류가 솔레노이드에 인가된 경우이다. 리니어 모터(30)는 솔레노이드(40)와 연동되어 구동되는 데, N극과 S극이 순차적으로 정렬된 내부의 영구 자석(32)을 몸체(34)가 감싸도록 구성된다. 바람직하게 몸체(34)는 알루미늄으로 제조된 알루미늄 몸체이다. 알루미늄은 투자율이 공기와 비슷하므로 자석의 영향을 받지 않고 가벼우면서도 마찰에 강하기 때문에 몸체로 사용하였다.

먼저, 제어부에 연결된 솔레노이드(40)의 코일에 어느 한 방향으로 전류를 인가하면 도 3의 (가) 및 (나)와 같이 자성판의 양 끝부분(43)은 N극 및 S극이 형성되어, 리니어 모터(30) 내의 영구 자석(32)의 자력에 의해서 (나)와 같이 N극, S극이 짝을 이루게 된다. 이에 따라, 밸브는 오프 상태에 놓이게 된다. 전류의 인가는 펄스 모양의 전류 신호에 의해 이루어지며, 계속적으로 오프 상태를 유지하고자 하는 경우에도 전류를 계속적으로 인가할 필요가 없다. 한번의 펄스 전류 신호만을 인가하고, 전류를 계속적으로 인가하지 않아도 리니어 모터는 이 상태를 유지하기 때문에, 밸브는 계속적으로 오프 상태를 유지하게 된다(즉, 밸브는 닫혀있게 된다).

만약, 도 3의 상태에서 밸브를 온 시키고자 하는 경우, 즉 밸브를 열고자 하는 경우에는 도 3에서 인가한 전류의 방향과 반대 방향의 펄스 전류 신호를 인가한다. 그러면 도 4에 도시된 바와 같이, 자성판 양 끝부분의 극성이 도 3의 경우와 반대가 되어, 리니어 모터(30)를 뒤쪽으로 끌어당기게 된다. 솔레노이드(40)는 고정되어 있기 때문에, 리니어 모터(40)가 뒤쪽으로 이동하게 된다. 따라서, 밸브가 열리게 된다. 밸브를 계속 열어두고자 하는 경우에도 계속적으로 전류를 공급할 필요없이 한번의 펄스 전류 신호만을 인가한 후, 밸브가 열리면 전류의 인가를 중단하면 된다.

이와 같이, 본 발명의 밸브는 밸브를 온오프시고자 하는 경우에 계속적으로 전류를 인가할 필요없이 한번의 펄스 전류 신호만을 인가한 후 전류의 공급을 중단하여도 계속적으로 그 상태(온/오프)를 유지할 수 있으므로 계속적인 전류의 공급에 따른 전력 소모를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 리니어 모터(30)가 밸브 몸체 삽입되어 상하로 움직일 때 가이드할 수 있도록 리니어 모터(30)에는 가이드 돌기(36)가 형성되어 있으며, 가이드 돌기와 짝을 이루도록 밸브 몸체에는 가이드 홈이 형성되어 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 냉매의 방향전환용 밸브의 단면도이다. 도 5는 일반적으로 냉장고 등의 냉동 싸이클에서 사용될 수 있는 2개 증발기에 유입되는 냉매의 유입을 조절할 수 있는 2개의 냉매 유입구(22a, 22b)가 형성된 밸브를 도시한다. 두 개의 밸브는 제어기의 전류 제어 신호에 의해서 각각 독립적으로 작동한다. 온오프 제어하고자 하는 냉매 유입구가 많은 경우에는 냉매 유입구를 다수개 설치하고, 각 냉매 유입구를 제어하도록 냉매 유입구의 수만큼 밸브를 설치할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 냉매의 방향전환용 밸브의 온오프에 따른 냉매의 흐름 방향을 설명하기 위한 부분 단면도이다. (가)는 양방향의 냉매 유입구가 모두 열려진 경우이고, (나)는 오른쪽 방향의 냉매 유입구만이 열려진 경우이고, (다)는 양방향의 냉매 유입구가 모두 닫혀진 경우이고, (라)는 왼쪽 방향의 냉매 유입구만이 열려진 경우이다. 양 냉매유입구의 온오프는 각각 독립적으로 작동하는 리니어 모터의 상하 운동에 의해서 이루어진다.

본 발명의 밸브는 냉동, 냉장, 냉방 등에 필요한 밸브 뿐만 아니라 유체를 온오프시키는 다양한 분야에서 사용될 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 냉매의 방향전환용 밸브는 온오프시 계속적인 전류를 인가할 필요없이 한번의 펄스 전류 신호만을 인가하여 온/오프 상태를 유지시킴으로써, 종래의 인장스프링을 이용한 밸브에 비하여 전력의 소모를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한, 생산성이 높은 리니어 모터를 사용하기 때문에 종래의 스테핑 모터를 이용한 밸브보다 생산원가를 절감할 수 있다는 장점이 있으며, 전체적으로 스테핑 모터를 이용하는 경우보다 부품의 수가 적게 소모됨으로 생산원가를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 각각의 밸브가 하나의 냉매 유입구를 각자 독립적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 방향전환용 밸브의 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 솔레노이드의 제작순서를 설명하기 위한 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 밸브의 동작원리를 설명하기 위한 설명도로서, 솔레노이드에 어느 특정한 방향으로 전류가 인가된 경우.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 밸브의 동작원리를 설명하기 위한 설명도로서, 도 3의 전류 방향과 반대방향의 전류가 솔레노이드에 인가된 경우.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 냉매의 방향전환용 밸브의 단면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 냉매의 방향전환용 밸브의 온오프에 따른 냉매의 흐름 방향을 설명하기 위한 부분 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10a, 10b: 보빈 코일 12a, 12b: 인장 스프링

14a, 14b: 고정철심 16a, 16b: 플런저

18a, 18b: 냉매 유입구 19: 입력포트

20: 밸브 몸체 22: 냉매 유입구

24: 가이드 홈 30: 리니어 모터

32: 영구자석 34: 알루미늄 몸체

36: 가이드 돌기 40: 솔레노이드

42: 자성판 43: 자성판 끝부분

44: 코일 46a, 46b: 격벽

48: 덮개

Claims (4)

1. 밸브에 있어서,

   밸브의 외부를 감싸는 밸브 몸체(20),

   상기 밸브 몸체(20) 내에 삽입고정되어 제어부에서 인가되는 통전상태에 따라 여자 또는 비여자되는 솔레노이드(40), 및

   상기 솔레노이드(40)와 연동되어, 상기 밸브 몸체(20) 내에서 그 길이방향으로 상하로 이동하면서 냉매 유입구(22)를 온오프시키는 리니어 모터(30)를 포함하는 데,

   상기 솔레노이드(40)의 자성판(42)의 양 끝부분(43)은 여러 부분으로 갈라져, 갈라진 양 끝부분(43)이 서로 순차적으로 교차되며,

   상기 리니어 모터(30)는 N극과 S극이 순차적으로 정렬된 내부의 영구 자석(32)을 몸체(34)가 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 솔레노이드(40)의 자성판(42)의 양 끝부분(43)은 삼각뿔 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
3. 제 1항에 있어서,

   리니어 모터(30)가 상하로 움직일 때 가이드할 수 있도록 상기 밸브 몸체(20)에는 가이드 홈(24)에 형성되고, 상기 리니어 모터(30)에는 가이드 돌기(36)가 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 리니어 모터(30)의 몸체(34)는 알루미늄으로 제조되는 알루미늄 몸체인 것을 특징으로 하는 밸브.