KR100930963B1 - 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브 - Google Patents

적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브에 관한 것으로서, 유체가 유입되는 주관로입구(21)와, 유체가 배출되는 주관로출구(22)와, 메인포펫밸브로드(31) 주위 체적 내에 형성되어 일종의 가변 압력챔버 역할을 수행하는 제어관로(24)와, 상기 제어관로(24)의 입구에 설치되어 일종의 압력댐퍼 역할을 수행하는 제1 오리피스(25)와, 적층형 압전체의 구동 변위로 개폐가 제어되는 배기관로(23)와, 상기 배기관로(23)의 입구에 위치하여 압전변위에 의해 소량의 유동냉매를 교축하여 제어관로(24)내의 압력변동을 야기하는 제2 오리피스(26)와, 제어관로(24)내의 압력변동에 대응하여 고유형상이 변화되는 디스크형 벨로우즈(60)와, 상기 디스크형 벨로우즈(60)의 형상변화에 기인한 상하직선운동으로 냉매의 흐름을 제어하는 메인포펫밸브(30)를 포함하는 것으로 구성된다. 따라서 본 발명은 압전체를 이용하여 밸브 개폐작용을 하기 때문에 밸브의 응답속도가 여타의 전자식보다 매우 빠르고, 단속적으로 선형적인 유량제어가 가능하며, 디스크형 벨로우즈(60)를 이용하여 가변 오리피스 기구를 형성함으로서 냉각 시스템에서 일시적으로 냉방부하가 급격히 증가하더라도 대용량 냉매를 신속하게 교축, 감압할 수 있고, 스텝모터와 같은 별도의 오리피스 유로 개도 조절기구를 구성하지 않고도 바이패스 방식으로 형성된 관로의 차압변동으로 야기된 디스크형 벨로우즈(60)의 탄성복원력으로 팽창밸브의 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있으며, 밸브하우징(70) 내부에 단지 압전체와 디스크형 벨로우즈(60), 오리피스 등 몇 개의 부재만 사용하여 밸브를 구성할 수 있으므로 솔레노이드 또는 스텝모터방식 팽창밸브보다 단순하고도 저렴한 가격으로 제작이 가능한 효과가 있다
적층형 압전체, 공조기용 팽창밸브, 적층형 압전파이프로트 밸브

Description

적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브 {Expansion Valve of Air Conditioning System using Multi-layered PZT Pilot Valve}
본 발명은 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브에 관한 것으로서, 더욱 세부적으로는 압전체와 디스크형 벨로우즈를 이용하여 냉매 유체의 유량과 압력을 효과적으로 제어할 수 있는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브에 관한 것이다.
일정한 공간내의 온도와 습도를 균일한 범위 내에서 적절히 제어하는 수단이나 장치를 공기 조화기라고 하며, 이는 크게 난방기와 냉방기로 구분된다. 본 발명은 특히 멀티형 공조기에 사용되는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브에 관한 것이다.
공기조화장치 시스템용 팽창밸브는 열역학적 냉동사이클 순환을 반복한다. 냉매는 순환사이클에 의해서 압축, 응축, 팽창, 증발의 과정을 순환하게 된다. 이 과정에서 냉매는 각각 고온고압 기체, 상온고압 액체, 저온저압 액체, 저온저압 기체상으로 상변화하여 존재한다.
도1을 참고하여 각 단계에서의 내용을 간략히 살펴보면 증발기(14)에서 흡열 반응에 의해 증발된 냉매가스는 압축기(11)로 보내지고, 압축기(11)에서는 외부로부터 열에너지를 받아 고온고압 기체 상태로 압축되어 응축기(12)로 보내진다. 응축기(12)에서 고온고압의 냉매가스는 공냉되어 상변화가 일어나 고압의 액상으로 된다.압축기(11)에서 고압을 받아 단위체적당 기체분자 운동에너지가 상승한 냉매가스는 응축기(12)에서 액화된다.
팽창밸브(13)는 고압의 냉매를 증발하기 쉽도록 교축하고, 감압하여 액상 냉매를 분무가스화한다. 팽창밸브(13)에서 고압의 냉매를 작은 구멍으로 냉매를 분출시키면 순간적인 진공 형성과 더불어 냉매의 기화현상이 교축작용에 의해 순식간에 일어나게 되고 온도는 급격히 낮아지며 공급된 냉매의 체적에 대해 가스화(일명 오리피스 효과 : 관경이 급격히 줄어들면 속도는 빠르지만 압력은 낮아진다)가 일어나는 것이다. 즉, 액체가 기체로 증발할 수 있는 단열팽창을 하게 된다. 팽창밸브(13)의 유로 개도가 변화되면 고압측의 냉매 충전량이 순간적으로 변화하면서 고압측의 압력이 변화하게 되므로, 냉매의 유량이 변하게 된다. 응축기(13)에서 나온 냉매는 고압이므로 끓는점이 높아 기체로 변하기 어렵기 때문에 팽창밸브(13)를 거쳐 압력을 낮추어 주어 실온에서 증발이 일어나도록 한다. 만약 압력을 낮추지 않으면 끓는점이 높아 냉매는 증발되지 않아 실내의 열을 흡수할 수 없게 된다. 이러한 원리로 실내공간의 열을 흡수한 냉매는 압축기(11)로 되돌아간다.
에어컨 제어부는 입력된 제어 알고리즘에 의해서 증발기(14) 입출구 배관에 설치된 압력과 온도를 감지하는 센서로부터 정보를 전달받아 냉매의 유량과 압력제어에 필요한 되먹임(Feed-Back) 펄스신호를 팽창밸브(13)로 보내고, 팽창밸브의 동 작을 통해 냉매의 유량을 제어하여 최적의 온도와 습도를 유지하게 된다.
일반적으로, 상기 냉각 시스템에서 감압, 교축작용을 위해서 적용되는 팽창밸브는 크게 기계식과 전자식으로 분류된다. 또한, 기계식은 오리피스 형상에 따라 고정식과 가변식으로 나눌 수 있고, 고정식은 유로 단면적이 일정한 것으로 모세관방식이 대표적이다. 가변식은 유로 단면적이 필요한 범위 내에서 변화가 가능한 것으로 온도감응식 팽창밸브가 대표적이다. 전자식은 여러 종류가 존재하지만 주류를 이루는 방식은 솔레노이드방식과 스텝모터방식이 있다.
기계식은 간단한 구조로 구성되어 가격이 저렴하고 제조가 용이한 반면 유량과 압력변동 조건에 능동적 대응이 곤란한 단점과, 기계식의 한 종류인 온도감응식 팽창밸브(Thermostatic expansion valve)의 경우에도 밸브 상부에 설치된 다이어프램(Diaphram)이나 멤브레인(Membrane)의 휨을 이용하여 유로를 개폐하지만, 감온통에 봉입된 유체의 가열에 의해 제어하므로 응답속도가 느리며, 정밀한 유량제어가 곤란한 문제가 발생한다.
전자식은 유량과 압력조건에 탄력적 대응이 가능하지만 구조가 복잡하고 제조단가가 고가인 문제가 있다. 또한, 솔레노이드 및 스텝모터의 구동출력이 작을 경우 반응속도가 다소 늦을 수 있는 것과, 최근에 전자식의 한 종류로서 밸브기술에 적용 폭을 확대하고자 많은 시도가 이루어지고 있는 압전식의 경우에도 제어신호에 대한 응답성은 대단히 우수하지만 단일 부재로만 밸브 유로를 형성할 경우에는 제어할 수 있는 유량 적용범위에 제한이 있는 문제점이 발생하게 된다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 압전체와 디스크형 벨로우즈를 이용하여 냉매 유체의 유량과 압력을 효과적으로 제어할 수 있는 팽창밸브 구조와, 압전 변위를 이용한 간단한 구조에 의해 밸브하우징 내에 바이패스라인(by-pass line)을 설치하고, 상기 압전체가 바이패스라인을 조작하므로써 고압냉매의 압력에 의해서 디스크형 벨로우즈에 변위가 발생하도록 하여 유동 냉매의 유량을 조절할 수 있는 방법과, 이러한 과정을 통해 압전체가 가진 고응답성과 디스크형 벨로우즈의 대용량 냉매를 교축, 감압할 수 있는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브를 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는, 밸브하우징 내부에 서로 연통된 상태로 형성된 주관로, 제어관로, 배기관로와, 상기 제어관로와 배기관로의 입구에 각각 설치된 제1 오리피스, 제2 오리피스와, 상기 제2 오리피스에 대향하여 밸브하우징에 고정되는 서브포펫밸브와, 디스크형 벨로우즈와, 상기 디스크형 벨로우즈에 기구적으로 종속되어 밸브시트를 여닫음으로서 주관로를 개폐하는 메인포펫밸브와, 위치 조절용 너트를 포함하는 냉매 유체제어용 팽창밸브에 있어서,
상기 밸브하우징내에 직각으로 굽어지는 모양으로 형성된 냉매가 유출입하는 주관로와; 상기 주관로에서 분기되는 제어관로 상부 안내면에 접합 고정되고, 상기 디스크형 벨로우즈의 저면부에 메인포펫밸브의 상단 평면부가 일체형으로 접합되어 설치되며, 제어관로에서 유체흐름 압력변화에 대응하여 변위가 발생하는 상기 디스크형 벨로우즈와; 상기 제어관로와 주관로가 상하로 연통되는 공간에서 메인포펫밸브헤드가 밸브시트와 접촉되는 형태로 설치된 상기 메인포펫밸브와; 상기 메인포펫밸브 상부의 메인포펫밸브로드에 수직한 방향으로 제어관로와 주관로출구와 연통되면서 형성된 상기 배기관로와; 상기 배기관로입구에 설치되는 상기 제2 오리피스와; 상기 제2오리피스에 대향하여 밸브하우징에 고정되고 배기관로를 개폐하는 서브포펫밸브로 구성된다.
그리고, 상기 메인포펫밸브는 항시 닫힘(Normal Closed)또는 항시 열림(Normal Opened)으로 설계제작이 가능하도록 구성되고, 상기 서브포펫밸브는 제2오리피스에 적정한 간격을 두고 설치되는 서브포펫밸브헤드와, 적층형 압전체로 형성되는 서브포펫밸브몸체부로 구성된다.
또한, 상기 디스크형 벨로우즈는 제어관로와 배기관로의 압력차에 의해서 메인포펫밸브와 함께 주관로상의 밸브시트에 탈부착 되도록 동심원 형상의 탄성이 있는 반원형 돌기부를 포함하고, 상기 디스크형 벨로우즈 저면 가장자리는 제어관로 상부 안내면에 접촉되고,상기 디스크 벨로우즈 끝단 원주면은 안내면에 수직하는 밸브하우징 상부 개구부에 용접 접합된다.
이때, 상기 디스크형 벨로우즈는 메인포펫밸브와 연동되어 움직이도록 연질의 탄성특성을 가지는 인청동 금속박판 재질로 형성된다.
상기 제 1오리피스는 메인포펫밸브가 동작되는 제어관로 내에서 압력이 순간적으로 급상승 또는 급하강할 경우에 발생하는 충격특성을 저감시키기 위해서 설치 되고, 상기 위치조절용 너트는 디스크형 벨로우즈의 변위를 조절하기 위하여 제어관로가 형성된 밸브하우징상부에 설치되며, 상기 위치조절용 너트와 디스크형 벨로우즈사이의 압력변화를 완충하여 상기 디스크형 벨로우즈가 파손되는 것을 방지하기 위한 관통공이 형성되도록 구성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 압전체를 이용하여 밸브 개폐작용을 하기 때문에 밸브의 응답속도가 여타의 전자식보다 매우 빠르고, 단속적으로 선형적인 유량제어가 가능하며, 디스크형 벨로우즈를 이용하여 가변 오리피스 기구를 형성함으로서 냉각 시스템에서 일시적으로 냉방부하가 급격히 증가하더라도 대용량 냉매를 신속하게 교축, 감압할 수 있고, 스텝모터와 같은 별도의 오리피스 유로 개도 조절기구를 구성하지 않고도 바이패스 방식으로 형성된 관로의 차압변동으로 야기된 디스크형 벨로우즈의 탄성복원력으로 팽창밸브의 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 밸브하우징 내부에 단지 압전체와 디스크형 벨로우즈, 오리피스 등 몇 개의 부재만 사용하여 밸브를 구성할 수 있으므로 솔레노이드 또는 스텝모터방식 팽창밸브보다 단순하고도 저렴한 가격으로 제작이 가능한 효과가 있다.
도 1은 냉각 시스템 냉매 순환 사이클을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 단면도이고,도 3은 본 발명에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 사용 상태 단면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 단면도와 사용상태 단면도 이고, 도 6과 도7은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 단면도와 사용상태 단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 구성 및 작용에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 밸브하우징(70) 내부에는 냉매 유체가 유입되는 주관로(20)의 유입구가 설치되고, 상기 주관로(20)에 유입된 액상 냉매는 두 개로 분기되어진다. 하나는 주관로 출구(22) 방향으로 흘러가고, 또 하나는 제어관로(24) 내부로 흘러간다. 상기 제어관로(24) 입구에는 제1 오리피스(25)가 형성되고, 상기 제1 오리피스(25)를 통과한 냉매는 메인포펫밸브로드(31)의 주위의 체적공간을 채우면서 디스크형 벨로우즈(60)와, 메인포펫밸브헤드상면(32)과, 제2 오리피스(26)에 압력을 가하게 된다.
상기 제2 오리피스(26)를 경계로 하여 제어관로(24)와 서브포펫밸브(40)가 형성된다. 서브포펫밸브(40)는 제2 오리피스(26)의 유로를 여닫음으로써 배기관로(23)로 상대적 소량의 냉매가 흐르게 된다. 액상냉매는 제 2오리피스(26)를 통과하면서 순간적인 감압으로 유체의 흐름이 급격히 빨라진다. 소위 스로틀링(교축) 효과가 발생하여 고압의 액상냉매를 저압의 기체와 유사한 분무가스화 된다.
제2 오리피스(26)를 여닫는 서브포펫밸브(40)는 서브포펫밸브헤드(41)와 압 전체로 제작된 서브포펫밸브몸체(42)로 구성된다. 서브포펫밸브몸체(42)는 적층형 압전체로 제작된다. 팽창밸브 제작과정에서 적층형 압전체 재질의 서브포펫밸브몸체(42)는 제2 오리피스(26)와 마주 대하는 배기관로(23)상의 밸브하우징(70)에 형성된 환형 관통공(82)에 적정한 간격을 두고 고정된다. 압전체의 고유한 특성상 압전변위는 극히 작은 유로면적이 개폐가 되므로, 서브포펫밸브(40)는 극히 소량의 냉매를 교축, 감압하면서 디스크형 벨로우즈(60)를 개폐하기 위한 파이로트 기구로서의 기능을 수행하게 된다. 서브포펫밸브(40)로 개폐되어진 제2 오리피스(26)를 통과한 냉매는 배기관로(23)를 지나서 주관로 출구(22)와 합류하여 증발기(14)로 흘러간다.
상기한 제1 오리피스(25), 제어관로(24), 제2 오리피스(26), 서브포펫밸브(40), 배기관로(23)를 유동냉매가 순서대로 통과하는 과정은 종국적으로 제어관로(24) 체적 공간 내에 압력차를 발생시켜서 디스크형 벨로우즈(60)와 일체형으로 형성된 메인포펫밸브(30)에 변위를 발생시킨다. 메인포펫밸브(30)에 변위가 발생하면 메인포펫밸브헤드(33)는 밸브시트(50)에서 탈부착 된다.
상기에서 본 바와 같이, 배기관로(26)의 개폐는 제어관로(24)내의 압력을 변화시킨다. 이러한 압력차에 반응을 하는 기구는 디스크형 벨로우즈(60)와 메인포펫밸브(30)이다. 개방상태로 있던 배기관로(26)가 서브포펫밸브(40)의 압전변위 발생으로 폐쇄상태가 되면 제어관로(24)내의 압력이 상승한다. 디스크형 벨로우즈(60)는 제어관로(24)내의 압력이 상승하면 밸브하우징(70) 상부 방향으로 변위가 발생한다.
디스크형 벨로우즈(60)는 가공 및 조립과정에서 메인포펫밸브(30)가 항시닫힘(Normal Closed) 상태로 대기하도록 스프링 바이어스(Spring Bias)형태로 예압되어 설치된다. 디스크형 벨로우즈(60)는 냉각 시스템 제어부에서 압전식 서브포펫밸브(40)에 동작신호를 보내어 배기관로(23)의 개폐를 조절하면 제어관로(24)와 배기관로(23)상의 차압에 종속되어서 상하방향으로 변위가 발생한다.
상기 디스크형 벨로우즈(60)는 스프링 바이어스형태로 예압를 부가함과 동시에 제어관로(24)에서 압력강하가 발생하면 메인포펫밸브(30)를 하강시키기 위한 복원력이 발생할 수 있도록 도 2에 도시된 것처럼 동심원 형상으로 굴곡된 돌기부(61)가 설치된다. 그리고, 디스크형 벨로우즈(60)의 저면 가장자리 평면부는 밸브하우징의 상부 안내면(62)에 접촉 설치하고, 디스크형 벨로우즈 끝단 원주면(63)은 안내면(62)에 수직한 밸브하우징 원주면에 용접 접합된다. 디스크형 벨로우즈(60)의 저면 중앙 평면부는 메인포펫밸브로드 상단 평면부(34)에 접합 고정된다. 또한, 디스크형 벨로우즈(60)의 변위를 조절하기 위하여 도 2에 도시된 것처럼 제어관로(24)가 형성된 밸브하우징(70) 상부에 위치조절용 너트(80)가 설치된다. 상기 위치조절용 너트(80)에는 위치조절용 너트(80)와 디스크형 벨로우즈(60) 사이의 압력변화를 완충하기 위한 관통공(82)이 형성된다.
디스크형 벨로우즈(60)는 메인포펫밸브헤드 상단 평면부(34)의 면적보다 크게 형성되어 압전식 서브포펫밸브(40)가 제2 오리피스(26)를 폐쇄하면 제어관로(24) 내부공간에는 각각의 면에 직각으로 압력이 작용한다. 따라서, 압력을 받는 디스크형 벨로우즈(60)의 저면에 작용하는 압력이 메인포펫밸브헤드 상면(32)에 작 용하는 압력보다 커짐으로 인해서 메인포펫밸브헤드(33)는 디스크형 벨로우즈(60)에 상승변위가 발생하면 밸브시트(50)에서 탈착하게 된다. 즉, 디스크형 벨로우즈(60)의 자체 고유한 스프링상수를 초과하는 압력이 디스크형 벨로우즈(60)의 저면에 작용하므로 인하여 디스크형 벨로우즈(60)는 메인포펫밸브와 함께 상승하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 압전식 팽창밸브의 사용상태 단면도를 보여준다.
도 3에 도시된 것처럼 압전체를 이용하여 밸브하우징(70) 내부에 바이패스유로를 형성한 팽창밸브는 메인포펫밸브(33)의 개폐조작의 구동원으로서 압전식 서브포펫밸브(40)와 연동하는 디스크형 벨로우즈(60)가 조합되어 구성된다. 냉각 시스템에 전원이 투입되면 열림상태로 있던 압전식 서브포펫밸브(40)는 인가된 전압에 비례하는 변위가 발생한다. 상기 압전식 서브포펫밸브(40)에 변위가 발생하면 제 2 오리피스(26)는 패쇄상태로 전환되고, 주관로(20)에서 제1 오리피스(25)를 통과하여 제어관로(24) 내부로 유입된 포화액상냉매는 메인포펫밸브(30)와 일체형으로 제작된 디스크형 벨로우즈(60)의 저면에 압력상승을 야기 시킨다. 제어관로(24) 내부의 압력상승은 디스크형 벨로우즈(60)의 중앙상면을 위치조절용 너트(80)의 너트부 저면(81)에 까지 상승시킨다. 상기 위치조절용 너트(80)는 디스크형 벨로우즈(60)의 저면에 과도한 냉매압이 가해질 경우 너트부 저면(81)에 디스크형 벨로우즈(60)의 상면이 맞닿음으로서 발생할 수 있는 디스크형 벨로우즈(60)의 파손을 방지한다.
상기 디스크형 벨로우즈(60)가 위치조절용 너트(80) 방향으로 이동함에 따라 상기 디스크형 벨로우즈(60)에 기구적으로 직접 구속된 메인포펫밸브(30)는 밸브시트(50)에서 분리되어 증발기(14)로 연결되는 주관로(20)의 유로를 개폐하게 된다.
또한, 상기 디스크형 벨로우즈(60)는 냉각 시스템이 무전원 상태 또는 압전체에 의해서 배기관로(26)가 개방되면서 제어관로(24)내의 압력이 강하하면 밸브 주관로(20)의 유체 흐름을 차단하기 위해서 스프링 바이어스 기구로서 동작한다. 항시 닫힘(Normal Closed)으로 스프링 바이어스된 디스크형 벨로우즈(60)에 일체형으로 접합 고정된 메인포펫밸브(30)는 제어관로(24) 압력변화에 따라서 밸브시트(50)를 여닫게 된다.
상기 메인포펫밸브(30)와 서브포펫밸브(40)의 관계에 있어서 메인포펫밸브(30)는 기구적으로 디스크형 벨로우즈(60)에 종속되어 항시 닫힘 또는 항시 열림으로 대기하면서 서브포펫밸브(40)에 의해 야기되는 차압에 따라서 동작이 되지만, 서브포펫밸브(40)는 제어부에서 인가되는 제어 전압에 따라서 동작이 발생하므로 제어부의 프로그램 구성방식을 통해 독립적, 능동적 조절이 가능하다. 그러므로, 시스템이 정지하여 압축기의 압력이 감소하여도 배기관로(23)로 잔여냉매가 흘러가지 않도록 서브포펫밸브(40)의 개폐는 보다 지연된 동작으로 조절이 가능하다.
제1 오리피스(25)는 메인포펫밸브(30)가 개방 또는 폐쇠되어 제어관로(24) 내에 급격한 냉매압 변동이 발생할 경우에도 자체의 교축기능으로 이를 상쇄시킴으로서 서브포펫밸브(40)의 동작 특성을 향상시킨다.
상기 메인포펫밸브(30)가 항시 닫힘(Normal Closed)으로 설계된 압전식 팽창밸브는 필요에 따라서 항시 열림(Normal Opened)으로도 설계 제작하여 적용이 가능 하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전식 팽창밸브의 단면도를 보여준다. 도 4에 도시된 압전식 팽창밸브는 메인포펫밸브(30)를 항시 열림(Normal Opened)으로 적용한 경우를 표시한 도면이다. 도 4에 도시된 메인포펫밸브헤드(331)는 삼각형 모양으로 메인포펫밸브로드(311) 하단부에 형성된다. 디스크형 벨로우즈(60)가 위치조절용 너트(80) 방향으로 이동함에 따라 상기 디스크형 벨로우즈(60)에 기구적으로 직접 구속된 메인포펫밸브(30)는 밸브시트(50)에서 분리되어 증발기(14)로 연결되는 주관로(20)의 유로를 개폐하게 된다. 디스크형 벨로우즈(60)는 냉각 시스템이 무전원 상태 또는 압전체에 의해서 배기관로(23)가 개방되면서 제어관로(24)내의 압력이 강하하면 밸브 주관로(20)의 유체 흐름을 차단하기 위해서 스프링 바이어스 기구로서 동작한다. 항시 열림(Normal Opened)으로 스프링 바이어스된 디스크형 벨로우즈(60)에 일체형으로 접합 고정된 메인포펫밸브(30)는 제어관로(24) 압력변화에 따라서 밸브시트(50)를 여닫게 된다.
따라서, 적층형 압전체를 이용하여 밸브하우징(70)에 바이패스방식으로 설치된 제어관로(24)와 배기관로(23) 사이의 차압변화를 야기함으로서 스텝모터 방식처럼 별도의 복잡한 포펫밸브 조작 구동장치를 구성하지 않고, 상기 적층형 압전체와 디스크형 벨로우즈(60)를 조합하는 것만으로 간단한 구조의 팽창밸브 구조를 형성할 수 있는 것이다. 또한, 상기 적층형 압전체는 두께, 형상, 적층 개수 등을 조절함으로써 임의의 변위를 얻는 것이 가능하며 응답속도가 매우 빠르기 때문에 고속작동이 가능하다. 그리고, 무엇보다도 구조가 간단하게 설계되어 저렴한 가격으 로 제작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압전식 팽창밸브의 단면도이다.
도 6에 도시된 실시예의 경우는 소용량의 냉방기기에서 액상냉매를 교축, 감압하는 경우에 도 6,7에 도시된 것처럼 단순한 구조로 적용할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예는 밸브하우징(90)내에 냉매 유입구와 유출구가 각각 형성되고, 냉매 유입구(91)와 냉매 유출구(92) 사이에는 평행사변형 모양의 포펫밸브(93)가 설치되고, 상기 포펫밸브(93)와 접합되어 구동되는 적층형 압전체(94)와, 상기 적층형 압전체(94)는 밸브하우징(90) 내부관로에 고정되는 형태로 구성된다.
상기 적층형 압전체(94)에 전압이 인가되어 압전변위가 발생하면 포펫밸브(93)가 개방되어 냉매가 교축되면서 흐르게 된다. 또한, 상기 압전체(94)는 필요한 범위내에서 적층량을 증가시켜 변위량을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 냉각 시스템 냉매 순환 사이클을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 사용상태 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 사용상태 단면도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브의 사용상태 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 냉매순환사이클 11 : 압축기
12 : 응축기 13 : 팽창밸브
14 : 증발기 20 : 주관로
21 : 주관로 입구 22 : 주관로 출구
23 : 배기관로 24 : 제어관로
25 : 제1 오리피스 26 : 제2 오리피스
30 : 메인포펫밸브 31 : 메인포펫밸브로드
311 : 메인포펫밸브로드 32 : 메인포펫밸브헤드상면
33 : 메인포펫밸브헤드 331 : 메인포펫밸브헤드
34 : 메인포펫밸브로드 상단 평면부 40 : 서브포펫밸브
41 : 서브포펫밸브헤드 42 : 서브포펫밸브몸체
43 : 환형 관통공 50 : 밸브시트
60 : 디스크형 벨로우즈 61 : 돌기부
62 : 안내면 63 : 디스크형 벨로우즈 끝단 원주면
70 : 밸브하우징 80 : 위치조절용 너트
81 : 너트부 저면 82 : 관통공
90 : 밸브하우징 91 : 냉매 유입구
92 : 냉매 유출구 93 : 포펫밸브
94 : 적층형 압전체

Claims (8)

  1. 밸브하우징(70) 내부에 서로 연통된 상태로 형성된 주관로(20), 제어관로(24), 배기관로(23)와; 상기 제어관로(24)와 배기관로(23)의 입구에 각각 설치된 제1 오리피스(25), 제2 오리피스(26)와; 상기 제2 오리피스(26)에 대향하여 밸브하우징(70)에 고정되는 서브포펫밸브(40)와; 디스크형 벨로우즈(60)와; 상기 디스크형 벨로우즈(60)에 기구적으로 종속되어 밸브시트(50)를 여닫음으로서 주관로(20)를 개폐하는 메인포펫밸브(30)와; 위치 조절용 너트(80)를 포함하는 냉매 유체제어용 팽창밸브에 있어서,
    상기 밸브하우징(70)내에 직각으로 굽어지는 모양으로 형성된 냉매가 유출입하는 주관로(20)와;
    상기 주관로(20)에서 분기되는 제어관로(24) 상부 안내면(62)에 접합 고정되고, 상기 디스크형 벨로우즈(60)의 저면부에 메인포펫밸브(30)의 상단 평면부가 일체형으로 접합되어 설치되며, 제어관로(24)에서 유체흐름 압력변화에 대응하여 변위가 발생하는 상기 디스크형 벨로우즈(60)와;
    상기 제어관로(24)와 주관로(20)가 상하로 연통되는 공간에서 메인포펫밸브헤드(33)가 밸브시트(50)와 접촉되는 형태로 설치된 상기 메인포펫밸브(30)와;
    상기 메인포펫밸브(30) 상부의 메인포펫밸브로드(31)에 수직한 방향으로 제어관로(24)와 주관로출구(22)와 연통되면서 형성된 상기 배기관로(23)와;
    상기 배기관로(23) 입구에 설치되는 상기 제2 오리피스(26)와;
    상기 제2오리피스(26)에 대향하여 밸브하우징(70)에 고정되고 배기관로(23)를 개폐하는 서브포펫밸브(40)로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메인포펫밸브(30)는 항시 닫힘(Normal Closed) 또는 항시 열림(Normal Opened)으로 설계제작이 가능한 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 서브포펫밸브(40)는 제2오리피스(26)에 적정한 간격을 두고 설치되는 서브포펫밸브헤드(41)와, 적층형 압전체로 형성되는 서브포펫밸브몸체부(42)로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 디스크형 벨로우즈(60)는 제어관로(24)와 배기관로(23)의 압력차에 의해서 메인포펫밸브(30)와 함께 주관로(20)상의 밸브시트(50)에 탈부착 되도록 동심원 형상의 탄성이 있는 반원형 돌기부(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 디스크형 벨로우즈(60) 저면 가장자리는 제어관로(24) 상부 안내면(62)에 접촉되고, 상기 디스크 벨로우즈 끝단 원주면(63)은 안내면(62)에 수직하는 밸브하우징(70) 상부 개구부에 용접 접합되는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 디스크형 벨로우즈(60)는 메인포펫밸브(30)와 연동되어 움직이도록 연질의 탄성특성을 가지는 인청동 금속박판 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1오리피스(25)는 메인포펫밸브(30)가 동작되는 제어관로(24) 내에서 압력이 순간적으로 급상승 또는 급하강할 경우에 발생하는 충격특성을 저감시키기 위해서 설치되는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 위치조절용 너트(80)는 디스크형 벨로우즈(60)의 변위를 조절하기 위하 여 제어관로(24)가 형성된 밸브하우징(70)상부에 설치되고, 상기 위치조절용 너트(80)와 디스크형 벨로우즈(60)사이의 압력변화를 완충하여 상기 디스크형 벨로우즈(60)가 파손되는 것을 방지하기 위한 관통공(82)이 형성되는 것을 특징으로 하는 적층형 압전파이로트 밸브를 이용한 공조기용 팽창밸브.
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