KR100835259B1 - 다방향 전자팽창밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다방향 전자팽창밸브에 관한 것으로, 전자팽창밸브의 구동방식을 기어방식으로 하여 다수개의 기어에 의해 회전수를 감소하는 반면 회전토크를 증가시키는 다방향 전자팽창밸브에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 상기 밸브구동장치의 내부에 설치되어 회전토크를 발생시키는 마크네트와; 상기 마그네트와 분리되어 마그네트의 상측에 설치되며, 상기 마그네트를 지지하고, 상기 마그네트의 회전과 동일하게 구동하는 와샤와; 상기 마그네트의 하측에 결합되어 마그네트의 회전에 의해 회전하며, 하측의 외주면에 제1나사산이 형성된 제1기어부와; 상기 제1기어부에 형성된 제1나사산에 접촉하여 회전할 수 있도록 3나사산이 형성되고, 상기 3나사산의 하측에 다단형태로 제4나사산이 형성된 제3기어부와; 상기 제3기어부의 제4나사산에 접촉하여 회전할 수 있도록 제2나사산이 형성된 제3기어부와; 상기 제3기어부의 하부면에 결합되어 냉매의 배출량을 설정해 주는 밸브포트와; 상기 각각의 기어부가 결합되는 제1고정축과 제2고정축이 형성되며, 하측으로 인입파이프와 출구파이프가 형성된 베이스와; 상기 베이스 상부면의 외주면에 결합되는 커버와; 상기 와샤 상측에 결합되는 판 스프링;을 포함하여 구성된다

전자팽창밸브, 스프링, 마그네트, 밸브포트, 와샤

Description

다방향 전자팽창밸브{Random Direction Electronic Expansion Valve}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다방향 전자팽창밸브를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다방향 전자팽창밸브를 나타낸 조립도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브포트를 나타낸 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와샤를 나타낸 예시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스프링을 나타낸 예시도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제3기어부를 나타낸 예시도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제3기어부를 나타낸 예시도.

도 8을 본 발명의 실시예에 따른 밸브포트의 작동을 나타낸 계략도.

[도면의 주요부분에 대한 부호설명]

10: 베이스 11: 제1고정축

12: 제2고정축 13a,13b: 출구파이프

14: 인입파이프 20: 커버

21: 엠보 30: 마그네트

40: 스프링 41: 고정홀

42: 절곡부 50: 와샤

51: 결합부 52: 중앙홀

60: 제3기어부 61: 중앙홀

62: 3나사산 63: 제4나사산

70: 제2기어부 71: 중앙홀

72: 제2나사산 73: 돌기

80: 제1기어부 81: 제1나사산

90: 밸브포트 91: 스톱퍼

92: 삽입홀 93: 밸브체

94: 중앙홀

본 발명은 전자팽창밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기어의 감속비를 이용하여 적은 토크로도 밸브 포트를 회전시킬 수 있고 조립이 용이한 전자팽창밸브에 관한 것이다.

일반적으로 스테핑모터를 사용하여 제어하는 전동팽창밸브는 에너지효율이 높기 때문에 냉동기를 비롯한 다양한 분야에서 사용되고 있는 것으로,

전동팽창밸브는 마그네트가 회전함에 따라 냉매가 지속적으로 입력되는 포트를 개폐하여 냉매의 흐름을 조절하게 된다.

상기와 같이 마그네트의 회전력에 의해 밸브포트를 개폐하는 전동팽창밸브는 마그네트의 회전력의 크기에 의해 밸브포트의 크기 및 위치가 제한을 받는다.

즉, 밸브포트의 면적이 커지면 마찰부하가 증대되어 마그네트의 회전력을 크게 해야하는 단점이 있다.

상기 단점을 해결하고자, 종래에는 접촉면에서 발생하는 마찰부하를 최대한 줄이기 위하여 고가의 내마모성 수지를 사용하여야 하므로 제조원가가 상승하는 단점이 있다.

또한, 밸브포트의 마찰부하를 줄이기 위해 리브형태의 모양을 형성하고, 리브의 내부에 빈 공간을 형성하여 면적을 줄일 수 있지만, 상기 리브는 큰 강도를 갖는 재질을 사용하여야 하고, 내마모성 수지의 사용량을 증가시켜야 하므로 개선효과가 크지 않다.

또한, 밸브포트의 밀착성을 증대하기 위하여 압축스프링을 밸브포트의 상측에 설치하여 밸브포트를 가압시키지만, 오히려 압축스프링이 회전자 하측에 형성되므로 공간을 차지하게 되고, 회전자의 무게로 인한 변형의 우려가 있으며, 상하 평탄도 및 조도의 관리가 필요하고 제작시 별도의 연마공정을 필요로 함에 따라 개선효과가 미미하다.

상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 전자팽창밸브에 관한 본 발명은 구동방식을 기어방식으로 하여 다수개의 기어 감속비를 이용하여 회전수를 감소시키고, 회전토크를 증가시킬 수 있는 다방향 전자팽창밸브를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 밸브구동장치에 있어서, 중앙에 상측으로 제1고정축이 연장설치되고, 상기 제1고정축과 평행하게 제2고정축이 연장설치되며, 상,하 방향으로 관통하는 관통구가 다수개 형성된 베이스와; 상기 제1고정축과 제2고정축을 수용하는 공간을 형성하도록 베이스의 외주면에 설치되는 커버와; 상기 커버의 내부공간에 제1고정축에 회전가능하도록 설치된 마그네트와; 상기 마그네트와 커버사이에 설치되어 마그네트를 가압하는 탄성수단과; 상기 마그네트의 하부의 제1고정축에 설치되며, 외주면에 제1나사산이 형성된 제1기어부와; 상기 제1기어부 하부의 제1고정축에 제1기어부와 이격되어 설치되며, 외주면에 제2나사산이 형성된 제2기어부와; 상기 제2고정축에 회전가능하도록 설치되며 외주면 상부에 상기 제1기어부와 치합되는 제3나사산이 형성되고, 외주면 하부에 제2기어부에 치합되는 제4나사산이 형성된 제3기어부와; 상기 제2기어부의 하부면에 결합되어 냉매의 배출량을 설정해 주는 밸브포트;를 포함하여 구성되며, 상기 탄성수단은 마그네트의 상부에 고정설치되어 상기 마그네트와 일체로 회전하는 와샤와, 상기 와샤의 상부에 커버의 내면 사이에 설치되고, 상기 와샤는 외주면에 원주방향으로 결합부가 형성되어 마그네트에 결합되며, 상기 밸브포트의 하측에는 출구파이프를 개폐하는 타원형상의 밸브체가 형성되고, 상기 밸브포트의 일측에는 일정한 회전이 이루어지면 더 이상 회전하는 것을 방지하기 위해 스톱퍼가 일체형으로 형성되며, 상기 밸브포트의 밸브체는 타원형상이 아닌 냉매의 제어방식에 따라 다양한 형태로 형성되고, 상기 각각의 기어는 회전수를 감소시키고, 토크를 증가시키기 위해 제1기어 부의 하측의 제1나사산과 제3기어부의 3나사산이 맞물려 회전하며, 상기 제3기어부의 제4나사산과 제2기어부의 제2나사산이 맞물려 회전하고, 상기 밸브포트의 상부면에 삽입홀이 형성되며, 상기 제2기어부에는 삽입홀에 삽입되어 고정될 수 있는 돌기가 형성되고, 상기 밸브포트는 윤활성수지로 사출성형 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1 내지 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다방향 전자팽창밸브는 크게 케이스와 내부구조물로 이루어진다.

상기 케이스는 베이스(10)와 커버(20)로 나뉘게 되며, 상기 베이스(10)는 하측으로 냉매가 유입되는 인입파이프(14)와, 냉매가 배출되는 출구파이프(13a,13b)가 형성되고, 상측으로 제1고정축(11)과 제2고정축(12)이 평행하게 형성되며, 상부 외주면에 커버(20)의 결합을 위한 홈이 형성된다.

여기서, 상기 냉매가 유입되는 인입파이프(14)는 베이스(10)의 상부면을 관통하여 하측으로 연장형성되며, 상기 냉매가 배출되는 출구파이프(13a,13b)는 베이스(10)의 상부면을 관통하여 하측으로 연장형성된다.

또한, 상기 베이스(10)에 형성된 제1고정축(11)과 제2고정축(12)은 상측으로 평행하게 연장형성된다.

상기 커버(20)는 베이스(10) 상부 외주면에 형성된 홈에 결합되되, 내부에 소정의 공간이 형성되어 내부구조물을 수용하며, 상부에는 외측으로 돌출된 엠보(21)가 형성되어 제1고정축(11)의 상측 끝단부를 지지하게 된다.

상기 내부구조물은 상호 연설되는 제1기어부(80), 제3기어부(60), 제2기어부(70)와, 상기 제2기어부(70)에 결합되어 배출파이프(13a,13b)를 개폐하는 밸브포트(90)와, 상기 1기어(80)의 상측에 결합되어 회전토크를 발생시키는 회전자인 마그네트(30)와, 마그네트(30)의 상측에 설치되어 마그네트(30)의 동심을 잡아주는 와샤(50)와, 상기 와샤(50)의 상측에 설치되어 압축스프링의 압력을 조절하는 스프링(40)으로 이루어진다.

상기 마그네트(30)는 중앙에 길이방향으로 홀이 형성되며, 상기 홀을 이용하여 제1고정축(11)에 설치되며, 상기 홀의 외주면에 변형을 방지하기 위한 리브가 설치된다.

또한, 상기 마그네트(30)는 보통 구하기 쉽고 제조비용이 저렴한 페라이트 마그네트(30)를 사용하며, 소형화 및 특성을 최적화할 수 있도록 마그네트(30)는 등방성 마그네트 제조방식보다는 이방성 마그네트 제조방식으로 제조한다.

상기 와샤(50)는 중앙에 홀(52)이 형성되어 제1고정축(11)에 설치되며, 상부면은 평탄한 원형 형태이고, 후술 될 스프링(40)과의 회전마찰을 줄일 수 있도록 높은 조도를 갖는다.

또한, 상측 외주면에 원주방향으로 상기 마그네트(30)의 중앙에 형성된 홀 상부면 외주면에 설치될 수 있도록 결합홈(51a)이 형성된 다수개의 결합부(51)가 형성된다.

그리고, 상기 와샤(50)는 정밀도와 치수의 안정성을 위하여 엔지니어링 플라스틱으로 사출 성형하여 제작한다.

상기 밸브포트(90)는 중앙에 홀(94)이 형성되어 제1고정축(11)에 설치되며, 상부면에는 후술 될 제2기어부(70)의 돌기(73)에 대응되어 결합될 수 있도록 다수개의 삽입홀(92)이 형성되고, 하측에는 출구파이프(13a,13b)로 배출되는 냉매를 제어할 수 있도록 타원형태의 밸브체(93)가 형성되며, 상기 밸브체(93)의 형태는 냉매의 제어방식에 따라 다양하게 형성된다.

또한, 상기 밸브포트(90)의 구동방식은 기어방식을 도입하여 후술 될 제1기어부(80)의 회전을 제2고정축(12)에 설치된 제3기어부(60)가 회전력을 감속시켜 제2기어부(70)에 감속된 회전력을 부여함으로써, 회전토크를 증대할 수 있기 때문에 다양한 형태의 밸브체(93)를 형성할 수 있다.

이러한, 밸브포트(90)의 일측에 는 일정한 회전이 이루어지면 더 이상 전기적 신호를 인가하여도 회전을 차단할 수 있도록 스톱퍼(91)가 일체형으로 형성된 다.

상기 밸브포트(90)는 윤활성 수지계열을 사출성형하여 밸브체(93)를 형성하는 동시에 스톱퍼(91)를 구비함으로써 구성의 단순화가 가능하고, 상기 스톱퍼(91) 형상과 위치 또한 밸브체(93)의 형상에 따라 다양하게 구성된다.

상기 제1기어부(80)는 중앙에 홀이 형성되어 제1고정축(11)에 설치되며, 상기 마그네트(30)와 동일하게 회전할 수 있도록 상부에 다수개의 결합부(51)가 형성되어 마그네트(30)의 하측에 결합되고, 하측에는 후술 될 제3기어부(60)에 맞물려 회전할 수 있도록 외주면에 제1나사산(81)이 형성되며, 회전시 상기 제1나사산(81)이 후술 될 제3기어부(60)의 3나사산(62)에 맞물려 회전하게 된다.

상기 제3기어부(60)는 중앙에 홀(61)이 형성되어 제2고정축(12)에 설치되며, 상기 제1기어부(80)의 제1나사산(81)와 맞물려 일정한 감속비로 회전할 수 있도록 상측에 3나사산(62)이 형성되어 회전토크를 증가시키는 역할을 하되, 기어 감속비는 약 2~2.5:1적절하다.

또한, 하측에 제4나사산(63)이 형성되어 후술 될 제2기어부(70)의 제2나사산(72)에 맞물려 감속된 기어비를 후술 될 제2기어부(70)에 전달하게 된다.

상기 제2기어부(70)는 중앙에 홀(71)이 형성되어 제1고정축(11)에 설치되며, 상기 제1기어부(80)의 하측에 설치되어 제3기어부(60)에서 증가된 회전토크를 제4 나사산(63)를 통해 전달하여 맞물려 회전할 수 있도록 있도록 제2나사산(72)이 형성된다.

또한, 상기 제2기어부(70)는 하측으로 밸브포트(90)의 삽입홀(92)과 결합되어 고정될 수 있도록 삽입홀(92)에 대응되는 돌기(73)가 형성되며, 상기 돌기(73)는 제1고정축(11)를 기준으로 외측에 방사형으로 형성된다.

상기 제1기어부(80), 제3기어부(60), 제2기어부(70)는 엔지니어링 플라스틱 수지를 사출성형하며, 제3기어부(60)와 제2기어부(70)에는 사출시 변형방지를 위하여 방사형의 리브가 상측에 형성될 수도 있다.

상기 스프링(40)은 와샤의 상부에 설치되어 중앙에 고정홀(41)이 형성되며, 외주면에 압축스프링의 압력을 조절할 수 있는 날개모양의 절곡부(42)가 형성되어 절곡부(42)의 절곡된 끝단부가 커버(20)와 맞닿아 설치된다.

또한, 상기 스프링(40)은 각박판의 스테인레스계 소재로 제작된다.

그리고, 상기 스프링(40)이 와샤(50)와 맞닿는 부분은 조도가 우수하며, 스크레치로 인해 와샤(50)와 맞닿는 부분의 구동부하가 증가와 미세먼지가 발생되어 구동부에 퇴적되기 때문에 장기적인 신뢰성을 저하시키게 되므로 타발 방향에 의한 스크레치의 발생이 없어야 한다.

이러한, 스프링(40)은 초기의 타발 각도에서 와샤(50) 상측에 커버(20)와 맞닿아 용접에 의해 고정되며, 초기의 각도에서 일정한 각도로 변경되어 스프링 역할 을 하는 스프링 텐션을 유지할 수 있는 인장력을 갖게 된다.

도 8을 참조하면 본 발명의 제1기어부(80)의 회전력이 제3기어부(60)에 전달되어 감속하며, 제3기어부(60)를 통해 감속된 회전력을 제2기어부(70)에 전달하여 제2기어부(70)의 하측에 결합된 밸브포트(90)에 의해 출구파이프(13a,13b)의 개폐가 순차적으로 이루어지는 것을 도시한 것이다.

도 8의 가를 설명하면 밸브포트(90)의 초기 원점 상태로 스톱퍼(91)가 제3기어부(60) 하측에 맞닿아 정지되어 있는 것을 도시한 것이고, 제3기어부(60)가 반 시계방향으로 회전하면 밸브포트(90)는 시계방향으로 회전하여 원점을 잡으며 초기 위치에 정지하게 된다.

또한, 냉장 냉동고에서 초기 전원을 켰을 경우 초기 원점 상태로 마이컴의 프로그램으로 제어하고, 초기 원점을 잡을 때는 전체 사용하는 스텝수와 동일한 대략 200스텝의 전기 신호를 발생하여 초기 원점을 잡는다.

초기 원점이 완료되면 도 8의 나와 같이 밸브포트(90)를 5스텝 반 시계방향으로 회전시켜 출구파이프A,B(13a,13b)를 완전히 막는 구조로 냉장냉동의 두 개의 냉매가 들어가지 않도록 완전히 차단한다.

도 8의 다는 초기 원점에서 반 시계방향으로 70스텝 회전한 위치로 상기 밸브포트(90)는 출구파이프A(13a)를 개방하고 출구파이프B(13b)는 폐쇄되어 한 개의 출구파이프(13a,13b)로 냉매가 배출되는 구조이다.

도 8의 라는 초기 원점에서 127스텝을 회전한 위치로 출구파이프 A,B(13a,13b)가모두 개방된 구조이다.

도 8의 마는 초기 원점에서 195스텝을 회전한 위치로 출구파이프A(13a)는 닫히고 출구파이프B(13b)는 개방된 구조이다.

도 8의 바는 초기 원점에서 대략 200스텝을 회전한 위치로 끝점을 나타내며 더 이상의 구동신호를 인가하여도 회전하지 않는 구조이다.

상기의 밸브포트(90)의 제어방식을 사용하여 냉장 냉동실의 온도 제어를 순차적으로 할 수 있으며 반복적으로 제어 운전할 수 있다.

상기 도 8의 실시의 밸브포트(90)의 구동은 1스텝에 1.5도씩 회전되어 제어하며, 200스텝으로 정밀제어되고, 밸브포트(90)의 회전각도는 300도이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 구동방식을 기어방식으로 하여 회전수는 감소하고, 회전토크를 증가시켜 밸브포트를 제어하므로 보다 원활한 구동이 가능하며, 마그네트는 저가의 페라이트 소재를 사출성형하여 사용하기 때문에 제조비용이 저감되고, 내부구조물을 윤활성 수지로 성형하여 구동시 발생되는 마찰을 줄이며, 마그네트의 회전토크 기어비에 해당되는 토크가 증대되어 밸브포트가 다양한 형태로 제작이 가능하고, 상기 밸브포트의 면적에 따라 다양한 위치에 개구포트를 형성할 수 있으며, 상기 밸브포트의 밀착력을 강화시키는 스프링은 변형 및 내구성이 향상되고, 프레스 금형에서 생산함에 따라 생산 비용이 절감하는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 중앙에 상측으로 제1고정축(11)이 연장설치되고, 상기 제1고정축(11)과 평행하게 제2고정축(12)이 연장설치되며, 상,하 방향으로 관통하는 관통구가 다수개 형성되며, 상기 관통구에 결합되어 하측으로 연장설치되어 냉매를 배출하는 출구파이프(13a,13b)와, 냉매를 유입하는 인입파이프(14)가 형성된 베이스(10)와;

   상기 제1고정축(11)과 제2고정축(12)을 수용하는 공간을 형성하도록 베이스(10)의 외주면에 설치되는 커버(20)와;

   상기 커버(20)의 내부공간에 제1고정축(11)에 회전가능하도록 설치된 마그네트(30)와;

   상기 마그네트(30)와 커버(20)사이에 설치되어 마그네트(30)를 가압하는 탄성수단(40,50)과;

   상기 마그네트(30)의 하부의 제1고정축(11)에 설치되며, 외주면에 제1나사산(81)이 형성된 제1기어부(80)와;

   상기 제1기어부(80) 하부의 제1고정축(11)에 제1기어부(80)와 이격되어 설치되며, 외주면에 제2나사산(72)이 형성된 제2기어부(70)와;

   상기 제2고정축(12)에 회전가능하도록 설치되며, 외주면 상부에 상기 제1기어부(80)와 치합되는 제3나사산(62)가 형성되고, 외주면 하부에 제2기어부(70)에 치합되는 제4나사산(63)이 형성된 제3기어부(60)와;

   상기 제2기어부(70)의 하부면에 결합되어 냉매의 배출량을 설정해 주는 밸브 포트(90);를

   포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 탄성수단(40,50)은 마그네트(30)의 상부에 고정설치되어 상기 마그네트(30)와 일체로 회전하는 와샤(50)와, 상기 와샤(50)의 상부에 커버(20)의 내면 사이에 설치되는 스프링(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 와샤(50)는 외주면에 원주방향으로 결합부(51)가 형성되어 마그네트(30)에 결합되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 밸브포트(90)의 하측에는 출구파이프(13a,13b)를 개폐하는 타원형상의 밸브체(93)가 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 밸브포트(90)의 일측에는 일정한 회전이 이루어지면 더 이상 회전하는 것을 방지하기 위해 스톱퍼(91)가 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 밸브포트(90)의 밸브체(93)는 타원형상이 아닌 냉매의 제어방식에 따라 다양한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 각각의 기어(60,70,80)는 회전수를 감소시키고, 토크를 증가시키기 위해 제1기어부(80)의 하측의 제1나사산(81)과 제3기어부(60)의 3나사산(62)이 맞물려 회전하고, 상기 제3기어부(60)의 제4나사산(63)과 제2기어부(70)의 제2나사산(72)에 맞물려 회전하는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 밸브포트(90)의 상부면에 삽입홀(92)이 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
9. 제 6항 또는 8항에 있어서,

   상기 제2기어부(70)는 삽입홀(92)에 삽입되어 고정될 수 있는 돌기(73)가 형성되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 밸브포트(90)는 윤활성수지로 사출성형 되는 것을 특징으로 하는 다방향 전자팽창밸브.

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