KR100572763B1

KR100572763B1 - 팽창 밸브

Info

Publication number: KR100572763B1
Application number: KR1019990005841A
Authority: KR
Inventors: 와따나베가즈히꼬; 하야시히로시
Original assignee: 가부시기가이샤 후지고오키
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2006-04-24
Also published as: US6532753B2; KR19990082706A; EP0947786A2; EP0947786B1; US20010052549A1; JPH11287536A; DE69926287T2; DE69926287D1; US20020109012A1; US6394360B2; EP0947786A3

Abstract

팽창 밸브(10')는, 밸브 본체(30)에 리시버(6)로부터 고압 냉매가 유입되는 제 1 통로(32')가 절삭 가공에 의해 형성되어 있고, 밸브 본체(30)의 하부에는 밸브 본체(30)의 저부에서 축방향을 따라 밸브실(35')을 형성하는 공간(35a)을 통로(33)에 의해 형성한다. 공간(35a)을 형성하는 통로(33)와 제 1 통로(32')는 그들 통로의 형성시에 상호 간섭하여 형성되고, 그 간섭 영역에 스로틀부(323)를 형성하고 있다. 즉, 제 1 통로(32')는 그 통로의 단면적의 크기가 밸브실(35')의 방향으로 점차적으로 작아질 수 있도록 직경이 형성되어 있고, 그 제 1 통로(32')와 밸브실(35')을 형성하는 통로(33)가 간섭되는 영역에 스로틀부(323)가 형성된다. 이 스로틀부(323)는 직경이 3 mm 정도인 단면적으로 형성된다. 이러한 구성에 의해 액상 냉매 안에 혼입되는 기포는 미세화되고, 냉매 통과음은 저감된다.

팽창 밸브, 밸브 본체, 밸브실, 스로틀부, 통로

Description

팽창 밸브{EXPANSION VALVE}

도 1은 본 발명의 팽창 밸브의 일 실시예의 단면도를 냉동 사이클의 개략도와 함께 도시한 도면.

도 2는 도 1의 실시예에서의 팽창 밸브의 주요부를 보인 부분 확대도.

도 3은 도 1의 팽창 밸브와 종래의 팽창 밸브의 소음 레벨을 측정한 실험결과를 보인 도면.

도 4는 종래의 팽창 밸브의 단면도를 냉동 사이클의 개략도와 함께 도시한 도면.

도 5는 종래의 팽창 밸브의 사시도.

도 6은 종래의 팽창 밸브의 정면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

32': 제 1 통로 33 : 통로

35': 밸브실 323: 스로틀부

32e: 벽

본 발명은 공기 조화 장치, 냉동 장치 등의 냉동 사이클에 있어서 증발기에 공급되는 냉매의 유량 제어에 이용되는 팽창 밸브에 관한 것이다.

이러한 유형의 팽창 밸브는, 종래 알려진 바와 같은 자동차 등의 공기 조화 장치의 냉동 사이클에서 이용되고 있다. 도 4는 종래 폭넓게 이용되고 있는 팽창 밸브의 일례의 종단면도로서, 냉동 사이클의 개략도와 함께 도시되어 있으며, 도 5는 팽창 밸브의 밸브 본체의 사시도이고, 도 6은 도 4의 팽창 밸브의 A 방향에서 본 정면도이다. 팽창 밸브(10)는 각주상의 알루미늄제 밸브 본체(30)를 구비하고 있고, 냉동 사이클의 냉매 관로(11)에서 응축기(5)의 냉매 출구로부터 리시버(6)를 통해 증발기(8)의 냉매 입구로 향하는 부분에 개재된 액상 냉매가 통과하는 제 1 통로(32)와 냉매 관로(11)에서 증발기(8)의 냉매 출구로부터 압축기(4)의 냉매 입구로 향하는 부분에 개재된 기상 냉매가 통과하는 제 2 통로가 상하에 상호 떨어져 형성되어 있다. 또한, 도 5 및 도 6에 있어서, 도면부호 50은 팽창 밸브(10)를 부착하기 위한 볼트 삽입 구멍을 지칭한다.

제 1 통로(32)에는 리시버(6)의 냉매 출구에서 공급된 액체 냉매를 단열 팽창 시키기 위한 오리피스(32a)가 형성되어 있다. 오리피스(32a)의 입구 측, 즉 제 1 통로의 상류측에는 밸브 시트가 형성되어 있고, 밸브 시트에는 상류측에서 밸브 부재(32c)에 의해 지지되는 구상의 밸브 수단(32b)이 배치되어 있다. 밸브 부재(32c)는, 밸브 수단과 용접에 의해 고착됨과 더불어, 압축 코일 스프링의 편이 수단(32d)과의 사이에 배치되고, 편의(偏倚) 수단(32d)의 편의력(偏倚力)을 밸브 수단(32b)에 전달하고, 밸브 수단(32b)은 밸브 시트에 근접하는 방향으로 편의되어 밸브의 개방도가 조절된다.

리시버(6)로부터의 액상 냉매가 도입되는 제 1 통로(32)는 액상 냉매의 통로가 되고, 리시버(6)에 접속되는 입구 포트(321)와, 이 입구 포트(321)에 연속하는 밸브실(35)이 밸브 본체(30)에 형성되고, 밸브실(35)에는 밸브 수단(32b)이 배치되어 있다. 증발기(8)에 출구 포트(322)가 접속된다. 밸브실(35)은 오리피스(32a)와 동축으로 형성된 바닥을 갖춘 실이며, 조절 스프링인 플러그(39)에 의해 밀폐되어 있다. 플러그(39)는 밸브실(35)에 연통하는 장착 구멍(39')에 진퇴 가능하게 나사 결합되어 있고, 코일 스프링의 누르는 힘을 조정한다. 또한, 플러그(39)에는 O-링(39a)이 설치되고, 밸브 본체(30)와 기밀 상태가 확보되어 있다.

더욱이, 밸브 본체(30)에는 증발기(8)의 출구 온도에 따라 밸브 수단(32b)에 대하여 구동력을 부여하여 오리피스(32a)의 개폐를 행하기 위해, 직경이 작은 구멍(37)과 그 구멍(37)보다 직경이 큰 구멍(38)이 제 2 통로(34)를 관통하여 오리피스 (32a)와 동축으로 형성하고, 밸브 본체(30)의 상단에는 감열부가 되는 파워 요소부 (36)가 고정되는 나사 구멍(361)이 형성되어 있다.

파워 요소부(36)는 스테인리스강으로 된 다이어프램(36a)과, 이 다이어프램(36a)을 사이에 두고 상호 용접에 의해 밀착되어 설치되어 있고, 그 상하에 두개의 기밀실을 형성하는 상부 압력 작동실(36b) 및 하부 압력 작동실(36c)을 각각 형성하는 상부 덮개(36d) 및 하부 덮개(36h)와, 상부 압력 작동실(36b)에 연통하여 설치된 내부에 다이어프램 구동 유체가 되는 소정의 냉매를 봉입하기 위한 밀봉관(36i)을 구비하고, 하부 덮개(36h)는 패킹(40)을 통해 나사 구멍(361)에 나사 결합된다. 하부 압력 작동실(36c)은 오리피스(32a)의 중심선에 대해 동심적으로 형성된 균압 구멍(36e)을 통해 제 2 통로(34)에 연통되어 있다. 제 2 통로(34)에는 증발기(8)로부터 나온 냉매 증기가 흐르고, 통로(34)는 기상 냉매의 통로가 되며, 그 냉매 증기의 압력이 균압 구멍(36e)을 통해 하부 압력 작동실(36c)에 가해진다. 또한, 도면부호 342는 증발기(8)에서 송출되는 냉매가 들어가는 입구 포트이고, 도면부호 341은 압축기(4)로 송출되는 냉매의 출구가 되는 출구 포트이다. 또한, 도 5 및 도 6에서는 밀봉관(36i)이 생략되어 도시되어 있다.

게다가, 하부 압력 작동실(36c) 내에 다이어프램(36a)과 접촉하고, 또한 제 2 통로(34)를 관통하여 직경이 큰 구멍(38) 내에 활주 가능하게 배치되고, 증발기(8)의 냉매 출구 온도를 하부 압력 작동실(36c)로 전달함과 더불어, 상부 압력 작동실(36b)과 하부 압력 작동실(36c) 간의 압력 차에 수반하는 다이어프램(36a)의 변위에 따라 직경이 큰 구멍(38) 내를 활주하여 구동력을 부여하는, 알루미늄제 온도 감지봉(36f)과; 직경이 작은 구멍(37) 내에 활주 가능하게 배치되어 온도 감지봉(36f)의 변위에 따라 밸브 수단(32b)을 편의 수단(32d)의 탄성력을 극복하면서 내리누르는 온도 감지봉(36f)보다 직경이 작은 스테인리스강으로 된 작동봉(37f)으로 이루어지고, 온도 감지봉(36f)에는 제 1 통로(32)와 제 2 통로(34)의 기밀성을 확보하기 위한 밀봉 부재, 예컨대 O-링(36g)이 설치되어 있다. 온도 감지봉(36f)의 상단은 다이어프램(36a)의 수납부로서 다이어프램(36a)의 밑면과 접촉하고, 온도 감지봉(36f)의 하단은 작동봉(37f)의 상단과 접촉하며, 작동봉(37f)의 하단은 밸브 수단(32b)과 접촉하고 있고, 온도 감지봉(36f)과 작동봉(37f)으로 밸브 수단 구동봉이 구성되어 있다. 따라서, 균압 구멍(36e)에는 다이어프램(36a)의 밑면에서 제 1 통로(32)의 오리피스(32a)까지 연장된 밸브 수단 구동봉이 동심적으로 배치되어 있게 된다. 또한, 작동봉(37f)의 부분(37e)은 오리피스(32a)의 내경보다 작게 형성되고, 오리피스(32a) 내를 관통하며, 냉매는 오리피스(32a) 내를 통과한다.

압력 작동 하우징(36d)의 상방의 압력 작동실(36b) 중에는 공지의 다이어프램 구동 유체가 충전되어 있고, 다이어프램 구동 유체에는 제 2 통로(34)와 제 2 통로(34)에 연통되어 있는 균압 구멍(36e)에 노출된 밸브 수단 구동봉 및 다이어프램(36a)을 통해 제 2 통로(34)를 흐르고 있는 증발기(8)의 냉매 출구로부터의 냉매 증기의 열이 전달된다.

상방의 압력 작동실(36b)중의 다이어프램 구동 유체는 상기 전달된 열에 대응하여 가스화되고 압력을 다이어프램(36a)의 윗면에 가한다. 다이어프램(36a)은 상기 윗면에 가해진 다이어프램 구동 가스의 압력과 다이어프램(36a)의 밑면에 가해진 압력의 차이에 의해 상하로 변위한다.

다이어프램(36a)의 중심부의 상하로의 변위는 밸브 수단 구동봉을 통해 밸브 수단(32b)에 전달되고, 밸브 수단(32b)을 오리피스(32a)의 밸브 시트에 대해 근접시키거나 떨어뜨린다. 그 결과, 냉매 유량이 제어되게 된다.

즉, 증발기(8)의 출구측, 다시 말해서 증발기에서 송출되는 저압의 기상 냉매의 온도가 상부 압력 작동실(36b)에 전달되기 때문에, 그 온도에 따라 상부 압력 작동실(36b)의 압력이 변화한다. 증발기(8)의 출구 온도가 상승하면, 다시 말해서, 증발기의 열부하가 증가하면, 상부 압력 작동실(86b)의 압력이 높아지고, 그에 따라 온도 감지봉(36f), 다시 말해서 밸브 수단 구동체가 하방으로 구동되어 밸브 수단(32b)을 하강시키기 때문에, 오리피스(32a)의 개방도가 커진다. 이에 의해 증발기(8)로의 냉매의 공급량이 많아져서, 증발기(8)의 온도를 저하시킨다. 반대로, 증발기(8)에서 송출되는 냉매의 온도가 저하되면, 다시 말해서, 증발기의 열부하가 감소하면, 밸브 수단(32b)이 상기와 반대 방향으로 구동되고, 오리피스(32a)의 개방도가 적어지며, 증발기로의 냉매의 공급량이 적어지고, 증발기(8)의 온도를 상승시킨다.

이러한 유형의 팽창 밸브에 있어서는, 리시버(6)로부터의 액상 냉매만이 공급되는 것이 바람직하지만, 리시버 내에 기상의 냉매가 혼입되어, 기상 및 액상 냉매로서 입구 포트(321)로 보내어지는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 기상 냉매를 포함하는 냉매가 입구 포트(321)에서 밸브실(35), 오리피스(32a)를 통과하여 출구 포트(322)로 흐르는 경우에는, 냉매 통과음으로서 소음을 발생시키는 문제점이 야기되는 경우가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소한 팽창 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 팽창 밸브는, 밸브 본체와, 상기 밸브 본체 내에 형성되어 증발기로 송출되는 고압 냉매가 통과하는 통로로부터 상기 냉매가 유입되는 밸브실과, 상기 냉매의 유량을 조정하는 상기 밸브실 내에 배치된 밸브 수단과, 상기 증발기로부터 압축기로 송출되는 저압 냉매의 온도에 따라 상기 밸브 수단이 구동되는 팽창 밸브에 있어서, 상기 밸브실이 상기 통로에 간섭하여 형성된 스로틀부를 구비하며, 상기 스로틀부를 통해 상기 냉매가 밸브실로 유입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 팽창 밸브는, 증발기로 향하는 고압 냉매가 통과하는 제 1 통로 및 증발기로부터 압축기로 향하는 저압 냉매가 통과하는 제 2 통로를 갖춘 밸브 본체와, 상기 저압 냉매의 온도에 따라 상기 밸브 본체의 상단부에 설치된 파워 요소부에 의해 구동되는 밸브 수단과, 상기 밸브 수단의 밸브 개방도를 조절하는 스프링의 누르는 힘을 조정하는 조정 나사를 진퇴 가능하게 부착하고, 상기 밸브 본체의 하단부에 형성된 장착 구멍과, 상기 장착 구멍에 연통하는 통로에 의해 형성된 밸브실로 이루어진 팽창 밸브에 있어서, 상기 밸브실을 형성하는 통로와 상기 제 1 통로가 간섭하여 형성된 스로틀부를 구비하며, 상기 스로틀부를 통해 상기 제 1 통로에서 상기 밸브실로 상기 고압 냉매가 흐르는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 팽창 밸브는, 상기 제 1 통로가 상기 밸브실의 방향으로 순차적으로 직경이 작아지도록 형성됨과 더불어, 상기 밸브실과의 사이에 벽을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이, 제 1 통로와 밸브실을 연통하는 스로틀부를 설치함으로써, 냉매중의 기포를 미세화할 수 있고, 기포의 존재로 인한 냉매 통과음에 의한 소음의 레벨을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 팽창 밸브의 일 실시예를 보인 단면도이며, 냉동 사이클의 개략도와 함께 도시되어 있다. 도 2는 도 1에 도시한 실시예에 있어서의 팽창 밸브의 주요부를 보인 부분 확대도이다.

도 1의 팽창 밸브(10')에 있어서, 도 4에 도시한 종래의 팽창 밸브(10)와는 리시버로부터의 고압 냉매의 흐름 통로와 밸브실이 되는 공간을 형성하는 통로의 구성 상태가 다른 것 말고는, 다른 구성은 동일하기 때문에 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다. 도 1에 있어서, 팽창 밸브(10')는 밸브 본체(30)에 리시버(6)로부터 고압 냉매가 유입되는 제 1 통로(32')가 형성되어 있고, 밸브 본체(30)의 하부에는 밸브 본체(30)의 저부에서 축방향을 따라 밸브실(35')을 구성하는 공간(35a)을 통로(33)에 의해 형성한다.

통로(33)는 플러그(39)의 장착 구멍(39')에 연통하여 형성되어 있고, 공간(35a)은 밸브 본체(30)의 하단부에 나사 결합에 의해 고정되는 플러그(39)에 의해 밀폐되고 밀봉되어 밸브실(35')을 형성한다. 밸브실(35')에는 밸브 수단(32a)을 지지하는 밸브 부재(32c)가 수납되어 있으며, 이 밸브 부재(32c)와 플러그(39)의 사이에 장착되는 코일 스프링(32d)의 탄성력에 의해 밸브 수단(32b)을 편의시킨다.

그리고, 공간(35a)을 형성하는 통로(33)와 제 1 통로(32')는, 그들 통로의 형성시에 도 2의 점선으로 도시한 바와 같이 상호 간섭하여 형성되고, 그 간섭 영역에서 스로틀부(323)를 형성하고 있다. 즉, 제 1 통로(32')는, 도 2에 도시한 바와 같이, 밸브실(35')을 형성하는 통로(33)에 대해 측방으로부터 간섭하도록 상기 밸브실의 코너부에 형성되고, 그 통로의 단면적의 크기가 밸브실(35')의 방향으로 순차적으로 작아지도록 직경이 형성되어 있고, 입구 포트(321)의 직경은 14.5 mm 정도, 밸브실과 간섭하는 부분의 통로(32')의 직경은 4.5 mm 정도이며, 이 직경의 단면적의 제 1 통로(32')에 밸브실(35')을 형성하는 통로(33)를 간섭시켜서, 스로틀부(323)를 구성한다. 이 스로틀부(323)는 직경 2 mm - 4 mm 정도의 단면적으로 형성된다.

제 1 통로(32')에는 스로틀부(323)를 형성하는 제 1 통로(32')의 직경의 최소 부분과 밸브실(35') 사이에 형성된 벽(32e)이 형성되어 있고, 제 1 통로(32')를 흐르는 고압 냉매를 스로틀부(323)에서 스로틀링하는 작용에 기여한다. 즉, 리시버(6)로부터의 고압 냉매는, 제 1 통로(32')의 입구 포트(321)로부터 유입되고, 제 1 통로(32')의 직경이 감소함에 따라서 순차적으로 스로틀링되고, 제 1 통로(32') 내를 통과하여 벽(32e)에 충돌하여 완충되고, 그 흐름을 제 1 통로(32')로부터 스로틀부(323)로 돌리고, 스로틀부(323)로부터 밸브실(35') 내로 진입한다. 스로틀부(323)는, 제 1 통로(32')와 밸브실(35')에 각각 개구된 개구부가 되고, 제 1 통로(32')와 밸브실(35')을 연통시키며, 그 크기가 직경 2 mm - 4 mm 정도인 단면적을 갖는다. 여기서, 스로틀부(323)의 크기를 직경 2 mm - 4 mm 정도의 단면적의 크기의 범위로 설정하는 것은 직경을 4 mm 정도 이하로 하는 것이 냉매 통과음을 저감할 수 있다는 것이 실험적으로 확인되었으며, 또한 직경 2 mm 정도 이상으로 하는 것은 냉매 유량을 확보하여, 통로 저항을 증대시킬 수 있기 때문이다.

이러한 구성에 있어서, 리시버(6)로부터 보내져 온 고압 냉매는 제 1 통로(32')를 통과하여 스로틀부(323)에 이르고, 여기서 고압 냉매는 벽(32e)에 충돌되어 기포의 충격을 완충하면서 제 1 통로(32')로부터 스로틀부(323)로 진로를 바꾸어 밸브실(35')로 진입한다. 이 스로틀부(323)에 의해, 고압 냉매가 밸브 수단(32b)과 오리피스(32a)로 감압 팽창되기 전에 스로틀링됨으로써, 고압 냉매중의 기포를 미세화하여, 냉매 통과음을 저감시키게 된다.

도 3은 본 실시예에 있어서의 냉매 통과음에 의한 소음 레벨을 종래의 팽창 밸브의 경우와 비교하여 도시한 도면으로, 스로틀부(323)의 크기는 직경 3 mm 정도에 상당하는 단면적의 크기이며, 실온 20℃, 압축기의 회전수 1000 rpm 및 증발기의 풍량을 로우(Low) 모드로 하여 팽창 밸브에서 10 cm 떨어진 곳의 소음을 실험에 의해 측정한 결과이다. 도 3을 통해 명확히 알 수 있는 바와 같이, 냉동 사이클의 기동시 또는 정상시에 있어서, 종래의 경우와 비교하여 소음 레벨이 크게 개선되는 것을 알 수 있다.

그리고, 밸브실(35')에 유입된 고압 냉매가 밸브실(32b)과 오리피스(32a)에 의해 냉매를 안개 상태로 감압 팽창시켜 출구 포트(322)로부터 증발기(322)에 유입시키는 동작은, 종래의 도 4에 도시한 팽창 밸브와 동일하다. 즉, 온도 감지봉(36f)을 통해 전달된 제 2 통로(34)를 흐르는 냉매의 온도에 의해 변화하는 파워 요소부(36)의 상부 압력실(36b)의 압력과, 제 2 통로(34)쪽에서 냉매 압력이 작용하고, 게다가 코일 스프링(32d)에 의해 작동봉(37f)을 통해 다이어프램(36a)에 작용되는 힘과의 균형 위치에 밸브 수단(32b)을 구동하여, 밸브 수단(32b)의 개방도를 조절한다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 종래의 팽창 밸브의 구성을 대폭 설계 변경함이 없이 냉매 통과음에 의한 소음을 저감시키는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시예에서는, 파워 요소부를 이용하여 밸브 수단의 개방도를 조절하기 위하여, 팽창 밸브의 본체 내에 저압 냉매 통로를 형성하고, 그 속에 온도 감지봉을 배치한 것을 도시하였으나, 온도 감지통을 설치하여도 좋다. 또한, 밀봉관 대신에 플러그 본체에 의해 냉매를 밀봉한 파워 요소부를 이용한 팽창 밸브를 사용하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 팽창 밸브의 고압 냉매의 통로와 밸브실과의 간섭 영역에 스로틀부를 설치함으로써, 팽창 밸브의 냉매 통과음에 의해 발생되는 소음 레벨을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 종래의 팽창 밸브에 대폭적인 설계 변경을 가하지 않고도 소음의 저감을 꾀할 수 있다.

Claims

삭제
증발기로 향하는 고압 냉매가 통과하는 제 1 통로 및 증발기로부터 압축기로 향하는 저압 냉매가 통과하는 제 2 통로를 갖춘 밸브 본체와, 상기 저압 냉매의 온도에 따라 상기 밸브 본체의 상단부에 설치된 파워 요소부에 의해 구동되는 밸브 수단과, 상기 밸브 수단의 밸브 개방도를 조절하는 스프링의 누르는 힘을 조정하는 조정 나사가 진퇴 가능하게 부착되어 있고 상기 밸브 본체의 하단부에 형성된 장착 구멍과, 상기 장착 구멍에 연통하는 통로에 의해 형성된 밸브실로 이루어진 팽창 밸브에 있어서,

상기 밸브실을 형성하는 통로에 대하여 상기 제 1 통로가 측방으로부터 간섭하도록 상기 밸브실의 코너부에 형성되고, 상기 제 1 통로의 단부에 상기 제 1 통로로부터 상기 밸브실로 흐르는 상기 고압 냉매를 스로틀링 하는, 스로틀부를 구비하며,

상기 스로틀부는 상기 제 1 통로의 단부에서 상기 제 1 통로의 직경 방향으로 일체로 돌출되는 벽부에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제2항에 있어서, 상기 제 1 통로는 상기 밸브실의 방향으로 점차적으로 직경이 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.