KR101342780B1

KR101342780B1 - 파일럿형 제어 밸브

Info

Publication number: KR101342780B1
Application number: KR1020070051949A
Authority: KR
Inventors: 에이이치 사사다
Original assignee: 가부시기가이샤 후지고오키
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2013-12-19
Also published as: CN101122343A; KR20080013701A; CN101122343B

Abstract

과제

밸브 개방도를 임의로 또한 세밀하게 조정할 수 있음과 함께, 소음의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 더하여, 우수한 응답성, 동작 안정성, 제어 특성 등을 얻을 수 있는 파일럿형 제어 밸브를 제공한다.

해결 수단

유체가 도입도출되는 밸브실(13)이 형성된 밸브 본체(10)와, 해당 밸브 본체(10) 내에 활주 가능하게 감삽되어 상기 밸브 본체(10)에 마련된 주밸브구(14)를 개폐하는 대경부(0A)와 소경부(20B)를 갖는 단면 역철자 형상의 주밸브체(20)를 갖는 주밸브(5), 및, 상기 밸브 본체(10)의 윗면 개구를 막도록 부착되고 상기 주밸브체(20)와의 사이에 배압실(33)을 구획하는 구획 부재(32)와, 상기 주밸브체(20)에 마련된 파일럿 밸브구(27)를 개폐하는 파일럿 밸브체(35)를 갖는 전동식 파일럿 밸브(7)를 구비한 파일럿형 제어 밸브로서, 상기 밸브실(13)과 상기 배압실(33)을 연통하는 균압 통로(24)가 마련됨과 함께, 상기 주밸브체(20)가 압축 코일 스프링(25)에 의해 항상 밸브 개방 방향으로 가세되어 있고, 또한, 상기 파일럿 밸브체(35)의 밸브 개방 방향의 이동에 추종하도록, 상기 주밸브체(20)가 밸브 개방 방향으로 이동하도록 된다. 또한, 주밸브체(20)의 대경부(20A)의 외경(Da)이 주밸브구(14)의 구경(Db)의 1.5 내지 3배로 된다.

Description

파일럿형 제어 밸브{PILOT TYPE CONTROL VALVE}

도 1은 본 발명에 관한 파일럿형 제어 밸브의 한 실시 형태를 도시하는 종단면도로서, 파일럿 밸브 : 폐쇄상태, 주밸브 : 폐쇄상태를 도시하는 도면.

도 2는 도 1에 도시되는 파일럿형 제어 밸브의 동작 설명에 제공되는 종단면도로서, 파일럿 밸브 : 개방상태, 주밸브 : 폐쇄상태를 도시하는 도면.

도 3은 도 1에 도시되는 파일럿형 제어 밸브의 동작 설명에 제공되는 종단면도로서, 파일럿 밸브 : 개방상태, 주밸브 : 개방상태(소(小)개방도)를 도시하는 도면.

도 4는 도 1에 도시되는 파일럿형 제어 밸브의 동작 설명에 제공된 종단면도로서, 파일럿 밸브 : 개방상태, 주밸브 : 개방상태(최대 개방도)를 도시하는 도면.

도 5는 도 1에 도시되는 파일럿형 제어 밸브의 동작 설명에 제공되는 그래프.

도 6은 주밸브를 밸브 개방시키기 위해 필요한 파일럿 밸브의 개구 면적의 설명에 제공되는 그래프.

도 7은 도 1에 도시되는 파일럿형 제어 밸브를 공조기의 냉동 사이클에 조립한 예를 도시하는 회로도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 파일럿형 제어 밸브 5 : 주밸브

7 : 전동식 파일럿 밸브 10 : 밸브 본체

13 : 밸브실 14 : 주밸브구

14a : 밸브 시트 20 : 주밸브체

20A : 대경부. 20B : 소경부

24 : 균압구멍 25 : 압축 코일 스프링

27 : 파일럿 밸브구. 27a : 파일럿 밸브 시트

28 : 파일럿 통로 32 : 구획 부재

33 : 배압실 35 : 파일럿 밸브체

40 : 밸브 홀더 50 : 스테핑 모터

55 : 로터

기술 분야

본 발명은, 공조기 등의 냉동 사이클에 사용하는데 알맞는 제어 밸브에 관한 것으로서, 특히, 밸브 개방도(개구 면적)를 임의로 또한 세밀하게 조정할 수 있는 파일럿형 제어 밸브에 관한 것이다.

배경 기술

예를 들면, 1대의 실외기에 대해 복수대의 실내기를 갖는 멀티 에어컨에 있어서, 실외기와 실내기 사이에 배치하는데 알맞는 제어 밸브로서는, 하기 특허문헌1 등에도 보이는 바와 같이, 파일럿 밸브로서 전자 밸브를 이용한 파일럿형 제어 밸브가 알려져 있다.

이러한 파일럿형 제어 밸브는, 통상, 주밸브와 전자식 파일럿 밸브를 구비하고, 상기 주밸브는, 냉매가 도입도출되는 밸브실이 형성된 밸브 본체와 이 밸브 본체 내에 활주 가능하게 감삽(嵌揷)되어 상기 밸브 본체에 마련된 주밸브 시트에 접리(接離)하는 주밸브체를 가지며, 상기 주밸브체는, 압축 코일 스프링에 의해 항상 상방(밸브 개방 방향)으로 가세되어 있다. 또한, 상기 전자식 파일럿 밸브(의 구획 부재)는, 상기 밸브 본체의 윗면 개구를 막도록 그 상부에 밀폐 고정된다.

상기 밸브 본체 내에서 주밸브체와 주밸브 시트 사이에 상기 밸브실이 형성되고, 주밸브체와 상기 전자식 파일럿 밸브(의 구획 부재) 사이에 배압실(背壓室)이 구획된다.

상기 주밸브체에는, 상하로 관통하도록 파일럿 통로가 형성되고, 이 파일럿 통로의 상단부에 마련된 파일럿 밸브 시트(밸브구)에 상기 전자식 파일럿 밸브의 밸브가 접리하도록 되어 있다. 더하여, 상기 밸브실과 배압실을 연통하도록, 상기 주밸브체 또는 밸브 본체 등에 균압 통로가 형성되어 있다.

이와 같은 구성으로 된 파일럿형 제어 밸브에서는, 전자식 파일럿 밸브에 통전되지 않은 때에는, 파일럿 밸브 내의 밸브폐쇄 스프링의 가세력에 의해, 파일럿 밸브의 밸브체가 파일럿 밸브 시트를 폐쇄함과 함께, 파일럿 밸브의 밸브체가 주밸 브체를 하방(밸브폐쇄 방향)으로 가압하기 때문에, 주밸브도 폐쇄상태로 된다. 따라서 이때는, 밸브실로 도입된 고압의 냉매가 출구로는 도출되지 않지만, 이 고압 냉매가 상기 균압 통로를 통하여 배압실로 도입되기 때문에, 배압실도 고압으로 되어, 주밸브체가 주밸브 시트에 강하게 꽉눌린다.

한편, 상기 폐쇄상태로부터 전자식 파일럿 밸브에 통전되면, 파일럿 밸브체가 인상되어 파일럿 밸브 시트로부터 떨어지고, 파일럿 밸브가 열린다. 이로써, 배압실의 냉매가 파일럿 통로를 통하여 출구로 도출되고, 배압실의 압력이 저하되어, 압축 코일 스프링의 가세력 등의 주밸브체를 밀어올리는 힘(밸브 개방시키는 힘)이 주밸브체를 밀어내리는 힘(밸브폐쇄시키는 힘)을 극복하여, 주밸브체가 밀어올려져, 주밸브가 열린다.

특허문헌1 : 일본 특개소64-3177호 공보

상기한 바와 같은 종래의 파일럿형 제어 밸브에서는, 소구경의 파일럿 밸브를 열면, 그것에 응동하여 대구경의 주밸브를 열 수 있기 때문에, 대구경의 주밸브의 개폐를 작은 구동력으로 행할 수 있는 등의 이점을 갖고 있지만, 파일럿 밸브로서 전자 밸브를 이용하고 있기 때문에, 다음과 같은 단점이 있다. 즉, 실질적으로 전폐 상태와 전개 상태의 2위치밖에 취할 수 없어, 밸브 개방도(개구 면적)를 세밀하게 조정할 수가 없다. 또한, 주밸브가 밸브 개방 할 때까지 파일럿 밸브의 개구 면적분밖에 열리지 않기 때문에, 밸브 전체의 개구면적이 작고, 균압에 시간이 걸려, 응답성이 좋다고는 할 수 없다. 또한, 주밸브가 밸브 개방할 때, 개구 면적이 단숨에 증대하기 때문에, 유량이 급격하게 변화하여 귀에 거슬리는 소음이 발생한다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 밸브 개방도를 임의로 또한 세밀하게 조정할 수 있음과 함께, 소음의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한, 우수한 응답성, 동작 안정성, 제어 특성 등을 얻을 수 있는 파일럿형 제어 밸브를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 파일럿형 제어 밸브는, 기본적으로는, 전동 모터에 의해 파일럿 밸브체를 개폐 구동하고, 이 파일럿 밸브체에 응동하여 주밸브구(口)를 주밸브체로 개폐하도록 되고, 상기 주밸브체는, 대경부와 소경부를 갖는 단면(斷面) 역철자(逆凸字)(reversed convex shape) 형상의 피스톤형으로 됨과 함께, 상기 파일럿 밸브체의 밸브 개방 방향의 이동에 추종하도록, 상기 주밸브체가 밸브 개방 방향으로 이동하도록 된다.

보다 구체적인 바람직한 양태로는, 본 발명에 관한 파일럿형 제어 밸브는, 주밸브와 전동식 파일럿 밸브를 구비한 파일럿형 제어 밸브로서, 상기 주밸브는, 유체가 도입도출되는 밸브실이 형성된 밸브 본체와, 해당 밸브 본체 내로 활주 가능하게 감삽되어 상기 밸브 본체에 마련된 주밸브구를 개폐하는 대경부와 소경부를 갖는 단면 역철자 형상의 피스톤형의 주밸브체를 가지며, 전동식 파일럿 밸브는, 상기 밸브 본체의 윗면 개구를 막도록 부착되어 상기 주밸브체와의 사이에 배압실을 구획하는 구획 부재와, 상기 주밸브체에 마련된 파일럿 밸브구를 개폐하는 파일럿 밸브체를 가지며, 상기 전동식 파일럿 밸브에는, 상기 밸브실과 상기 배압실을 연통하는 균압 통로가 마련됨과 함께, 상기 주밸브체가 압축 코일 스프링에 의해 항상 밸브 개방 방향으로 가세되어 있고, 또한, 상기 파일럿 밸브체의 밸브 개방 방향의 이동에 추종하도록, 상기 주밸브체가 밸브 개방 방향으로 이동하도록 된다.

바람직한 양태로는, 상기 주밸브체의 대경부의 외경이 상기 주밸브구의 구경의 1.5 내지 3배로 된다. 즉, 도 6에, 주밸브를 밸브 개방시키기 위해 필요한 파일럿 밸브(의 밸브구의) 개구 면적이 예시되어 있는 바와 같이, 주밸브체의 대경부의 외경이 주밸브구의 구경의 1.5배 정도 미만에서는, 그 배율이 작을수록, 필요하게 되는 파일럿 밸브의 개구면적이 급(急)구배(句配)로 커진다. 이것은 상기 배율이 작을수록, 보다 큰 파일럿 밸브, 보다 큰 밸브 개방 구동력이 필요해지는 것을 의미하고 있다. 또한, 상기 배율이 3배를 넘으면, 필요하게 되는 파일럿 밸브의 개구면적은 그다지 작게는 되지 않는다. 따라서, 상기 배율을 3배 이상으로 하여도, 파일럿 밸브의 사이즈나 밸브 개방 구동력을 그다지 작게 할 수 없기 때문에, 낭비이다.

다른 바람직한 양태로는, 상기 전동식 파일럿 밸브의 개방도를 개략 일정하게 유지한 상태에서, 상기 파일럿 밸브체 및 주밸브체가 모두 밸브 개방 방향으로 이동하도록 된다.

상기 전동식 파일럿 밸브는, 바람직하게는, 캔과, 해당 캔의 내주에 배치되는 로터와, 해당 로터를 회전 구동하기 위해 상기 캔에 외장(外裝)된 스테이터와, 상기 로터와 상기 파일럿 밸브체 사이에 배치되고, 상기 로터의 회전을 이용하여 상기 파일럿 밸브체를 축방향으로 이동시키는 구동 기구를 구비한다.

다른 바람직한 양태로는, 상기 주밸브체의 대경부의 외경이 상기 로터의 외경보다 크게 되고, 또한, 상기 주밸브구의 구경은, 바람직하게는, 상기 파일럿 밸브구의 구경의 3 내지 9배로 된다. 이로써, 소구경의 파일럿 밸브를 열면, 그것에 응동하여 대구경의 주밸브를 열 수가 있기 때문에, 대구경의 주밸브의 개폐를 작은 구동력으로 행할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 파일럿형 제어 밸브의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명에 관한 파일럿형 제어 밸브의 한 실시 형태를 도시하는 종단면도이다.

도시한 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)는, 멀티 에어컨 등의 공조기에서, 실외기와 실내기 사이에 배치하는데 알맞는 것으로, 형식으로서는 전동식 파일럿 형으로 되고, 주밸브(5)와 해당 주밸브(5)의 상측에 마련된 전동식 파일럿 밸브(7)로 되어 있다.

상기 주밸브(5)는, 구멍이 있는 저부(底部)를 갖는 원통형상의 밸브실 통체(筒體)(11)와 이 밸브실 통체(11)의 저부 구멍에 용접 등에 의해 밀봉 고정된 밸브 시트 부재(12)로 이루어지는 밸브 본체(10)를 가지며, 해당 밸브 본체(10)에는, 밸브실(13)이 형성되고, 또한, 주측부(周側部)에는 고압의 냉매를 밸브실(13)로 도입하기 위한 입구 도관(조인트)(41)이 연결되고, 저부(밸브 시트 부재(12))에는 밸브 실(13)로부터 냉매를 도출하기 위한 출구 도관(조인트)(42)이 연결되고, 또한, 밸브 본체(10)(밸브실 통체(11))의 윗면 개구를 막도록, 대좌(臺座) 형상의 구획 부재(32)가 용접 등에 의해 밀봉 고정되어 있다.

상기 주밸브(5)의 밸브 시트 부재(12)에는 원추면의 주밸브 시트(14a) 부착 주밸브구(14)가 마련되고, 밸브 본체(10)(밸브실 통체(11)) 내에서의 밸브 시트 부재(12)상에는, 단면 역철자 형상의 피스톤형의 주밸브체(20)가 활주 가능하게 감삽되고, 이 주밸브체(20)(의 대경부(20A))와 상기 구획 부재(32) 사이에는 배압실(33)이 구획되어 있다.

상기 주밸브체(20)에는, 그 하단부(소경부(20B))에 상기 주밸브 시트(14a)에 접리하는 주밸브부(21)가 마련되고, 또한, 주밸브체(20)의 대경부(20A)에는, 상기 밸브실(13)과 배압실(33)을 연통하도록 소경의 균압구멍(24)이 형성되고, 또한, 대경부(20A)와 밸브실 통체(11) 사이에는 실 재(70)가 배치되어 있다.

또한, 상기 주밸브체(20)에는, 그 중앙을 상하로 관통하도록 파일럿 통로(28)가 형성되어 있다. 상세하게는, 상기 주밸브체(20)의 윗면부 중앙에는, 후술하는 파일럿 밸브체(35)의 하단부에 마련된 파일럿 밸브부(36)가 접리하는 파일럿 밸브 시트 부재(22)가 압입 고정되어 있다. 파일럿 밸브 시트 부재(22)는, 파일럿 밸브 시트(27a) 부착의 파일럿 밸브구(27)가 마련되고, 이 파일럿 밸브구(27)가 상기 파일럿 통로(28)의 상단부로 되어 있다.

상기 주밸브(5)의 상측에 마련된 전동식 파일럿 밸브(7)는, 상기한 구획 부재(32) 및 파일럿 밸브 시트(27a)에 접리하는 파일럿 밸브부(36)를 갖는 단(段)이 있는 니들형상의 파일럿 밸브체(35) 외에, 상기 구획 부재(32)에 그 하단부가 용접에 의해 밀봉 접합된 캔(34)과, 이 캔(34)의 내주에 소정의 간극을 띠우고 배치되고, 회전축선(0) 주위로 회전시켜지는 로터(55)와, 해당 로터(55)를 회전 구동하기 위해 캔(34)에 외장된 스테이터(50A)를 구비하고 있다.

상기 스테이터(50A)는, 자성재로 이루어지는 요크(51)와, 이 요크(51)에 보빈(52)을 통하여 감기는 상하의 스테이터 코일(53, 53)과, 수지 몰드 커버(56)로 이루지고, 로터(55)와 스테이터(50A)에 의해 스테핑 모터(50)가 구성되어 있다.

상기 캔(34)은, 스테인리스 등의 비자성의 금속판을 소재로 하여, 딥 드로잉 가공 등에 의해 천장을 갖는 원통형상으로 형성된 것으로, 그 하단부(개구 단연부)가 , 구획 부재(32)의 상부 단차부에 맞대기 용접에 의해 밀봉 접합되고, 내부는 기밀상태로 유지되어 있다.

상기 파일럿 밸브체(35)(의 파일럿 밸브부(36))를 파일럿 밸브 시트(27a)에 접리시키는 구동 기구는, 파일럿 밸브체(35)가 활주 가능하게 감삽된 통형상의 가이드 부시(37)와 그 외주에 배치된 하방 개구의 통형상의 밸브체 홀더(40)로 형성되는 나사이송 기구(60)로 된다. 즉, 상기 가이드 부시(37)는, 구획 부재(32)에 그 하단부가 압입(또는 나사결합) 고정됨과 함께, 그 중앙부 부근에 수나사부(62)가 형성되고, 상기 밸브체 홀더(40)는, 가이드 부시(37)의 수나사부(고정 나사부)(62)에 나사결합하는 암나사부(이동 나사부)(61)가 형성되고, 또한, 그 천저(天底) 중앙부에 파일럿 밸브체(35)의 상부 소경부가 상대 회전 및 상대 이동 가능하게 삽통되어 있다. 파일럿 밸브체(35)의 상부 소경부의 상단부는, 밸브체 홀더(40)의 천저 윗면(오목부)에 놓인 너트(44)에 압입 고정되어 있다.

또한, 상기 파일럿 밸브체(35)는, 밸브체 홀더(40)의 천저와 파일럿 밸브체(35)의 중간 단차부 사이에 압축 장착된 완충용의 코일 스프링(38)에 의해 항상 하방으로 가세되어 있다. 가이드 부시(37)의 측면에는 배압실(33)과 캔(34) 내의 균압을 도모하는 균압구멍(37a)이 형성되어 있다.

밸브체 홀더(40)의 천저상에는, 코일 스프링으로 이루어지는 복귀 스프링(45)이 마련되어 있다. 복귀 스프링(45)은, 가이드 부시(37)의 고정 나사부(62)와 밸브체 홀더(40)의 이동 나사부(61)와의 나사결합이 벗겨진 때에, 캔(34)의 천장에 맞닿아서 고정 나사부(62)와 이동 나사부(61)의 나사결합을 복귀시키도록 작용한다.

밸브체 홀더(40)와 로터(55)는 지지 링(43)을 통하여 결합되어 있고, 지지 링(43)에 밸브체 홀더(40)의 상부 돌기부가 코킹 고정되고, 이로써, 로터(55), 지지 링(43) 및 밸브체 홀더(40)가 일체적으로 연결되어 있다.

상기 가이드 부시(37)에는, 스토퍼 기구의 한쪽을 구성하는 아래 스토퍼체(고정 스토퍼)(66)가 고착되고, 밸브체 홀더(40)에는 스토퍼 기구의 다른쪽을 구성하는 윗 스토퍼체(이동 스토퍼)(67)가 고착되어 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 상기 주밸브체(20)의 대경부(20A)의 외경(Da)은, 주밸브구(14)의 구경(Db)의 1.5 내지 3배로 됨과 함께, 상기 로터(55)의 외경(Dc)보다도 크게 되고, 또한, 주밸브구(14)의 구경은, 파일럿 밸브구(27)의 구경의 3 내지 9배로 되고, 파일럿 밸브구(27)의 구경은, 균압구멍(24)의 구멍 지름(최 소부)보다 크게 되어 있다.

여기서, 상기한 바와 같이, 주밸브체(20)의 대경부(20A)의 외경(Da)이 주밸브구(14)의 구경(Db)의 1.5 내지 3배로 되어 있는 이유를 설명한다. 즉, 도 6에, 주밸브(5)를 밸브 개방시키기 위해 필요한 파일럿 밸브(7)(의 밸브구(27)의) 개구면적이 예시되어 있는 바와 같이, 주밸브체(20)의 대경부(20A)의 외경(Da)이 주밸브구(14)의 구경(Db)의 1.5배정도 미만에서는, 그 배율이 작을수록, 필요하게 되는 파일럿 밸브의 개구면적이 급구배로 커진다. 이것은 상기 배율이 작을수록, 보다 큰 파일럿 밸브, 보다 큰 밸브 개방 구동력이 필요해지는 것을 의미하고 있다. 또한, 상기 배율이 3배를 넘으면, 필요하게 되는 파일럿 밸브의 개구면적은 그다지 작아지지가 않게 된다. 따라서, 상기 배율을 3배 이상으로 하여도, 파일럿 밸브의 사이즈나 밸브 개방 구동력을 그다지 작게 할 수 없기 때문에, 낭비이다.

또한, 주밸브구(14)의 구경은, 파일럿 밸브구(27)의 구경의 3 내지 9배로 됨에 의해, 소구경의 파일럿 밸브(7)를 열면, 그것에 응동하여 대구경의 주밸브(5)를 열 수가 있기 때문에, 대구경의 주밸브(5)의 개폐를 작은 구동력으로 행할 수 있다.

상기한 바와 같은 구성으로 된 본 실시 형태의 전동식 파일럿형의 파일럿형 제어 밸브(1)에서는, 상기 주밸브(5)가 폐쇄상태(도 1, 도 2에 도시되는 바와 같이, 주밸브체(20)의 주밸브부(21)가 주밸브 시트(14a)에 착좌하고 있는 상태)에 있고, 또한, 전동식 파일럿 밸브(7)가 개방상태(파일럿 밸브체(35)가 파일럿 밸브 시트(27a)로부터 떨어져 있는 상태)일 때, 스테핑 모터(50)(스테이터 코일(53, 53)) 에 예를 들면 순(順)위상으로 펄스 공급을 행하여, 로터(55)를 가이드 부시(37)에 대해 한방향으로 회전시키면, 가이드 부시(37)의 고정 나사부(62)와 밸브체 홀더(40)의 이동 나사부(61)의 나사 이송에 의해, 밸브체 홀더(40)가 하방으로 이동하고 파일럿 밸브체(35)의 파일럿 밸브부(36)가 파일럿 밸브 시트(27a)에 착좌 압접하여 폐쇄상태로 된다.

이 시점에서는, 윗 스토퍼체(67)는 아직 아래 스토퍼체(66)에 맞닿아 있지 않고, 파일럿 밸브체(35)의 파일럿 밸브부(36)가 파일럿 밸브 시트(27a)에 착좌한 채로 밸브체 홀더(40)는 더욱 회전 하강한다. 이때는, 파일럿 밸브체(35)에 대해 밸브체 홀더(40)가 하강하기 때문에, 완충용의 코일 스프링(38)이 압축됨에 의해 밸브체 홀더(40)의 하강력은 흡수된다. 그 후, 로터(55)가 더욱 회전하여 밸브체 홀더(40)가 하강하면, 윗 스토퍼체(67)가 아래 스토퍼체(66)에 충접(衝接)하고, 스테이터 코일(53, 53)에 대한 펄스 공급이 속행되어도 밸브체 홀더(40)의 하강은 강제적으로 정지된다.

상기한 바와 같이 주밸브(5) 및 전동식 파일럿 밸브(7)가 폐쇄상태(도 1에 도시되는 상태)에 있을 때에는, 입구 도관(41)으로부터 밸브실(13)로 도입되는 고압의 냉매는, 균압구멍(24)을 통하여 배압실(33)로 도입되고, 배압실(33)이 고압으로 되기 때문에, 주밸브체(20)의 주밸브부(21)가 주밸브 시트(4a)에 강하게 꽉 눌린다. 이 때의, 해당 파일럿형 제어 밸브(1)에서의 밸브 개방도=개구 면적(주밸브구(14)의 실효 개구 면적 + 파일럿 밸브구(27)의 실효 개구 면적)은, 종축에 개방도=개구 면적, 횡축에 펄스 수(로터(55)의 회전량)를 취한 도 5에 도시되는 바와 같이, 0(펄스 수가 0부터 Ta까지)으로 되고, 밸브실(13)로부터 출구 도관(42)으로 유출되는 냉매 유량도 0으로 된다.

상기 주밸브(5) 및 전동식 파일럿 밸브(7)가 폐쇄상태(도 1에 도시되는 상태)에 있는 때부터, 스테핑 모터(50)(스테이터 코일(53, 53))에 예를 들면 역위상으로 펄스 공급을 행하여, 로터(55)를 가이드 부시(37)에 대해 상기와는 역방향으로 회전시키면, 가이드 부시(37)의 고정 나사부(62)와 밸브체 홀더(40)의 이동 나사부(61)의 나사 이송에 의해, 도 2 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 펄스 수(회전량)가 Ta로 된 때, 밸브체 홀더(40)의 상방 이동에 수반하여 파일럿 밸브체(35)의 파일럿 밸브부(36)가 파일럿 밸브 시트(27a)로부터 떨어지기 시작하여 파일럿 밸브(7)가 열리기 시작하고, 도 5에 도시되는 바와 같이, 펄스 수가 Tb로 될 때까지, 해당 파일럿형 제어 밸브(1)에서의 밸브 개방도=개구면적이 서서히 미증(微增)하여, 배압실(33)의 냉매가 파일럿 통로(28)를 통하여 출구 도관(42)으로 유출되고, 배압실(33)의 압력이 서서히 감압된다.

그리고, 펄스 수(회전량)가 Tb로 되면, 도 2에 도시되는 바와 같이, 파일럿 밸브체(35)의 파일럿 밸브부(36)가 파일럿 밸브 시트(27a)로부터 소정 거리(α)만큼 떨어져서 파일럿 밸브구(27)의 실효 개구 면적(해당 파일럿형 제어 밸브(1)에서의 개구 면적)이 Sa로 되고, 압축 코일 스프링(25)의 스프링력 등의 주밸브체(20)를 밀어올리는 힘(밸브 개방시키는 힘)이 주밸브체(20)를 밀어내리는 힘(밸브폐쇄시키는 힘)에 극복하여, 주밸브체(20)가 밀어올려지고, 주밸브부(21)가 주밸브 시트(4a)로부터 떨어지기 시작하고, 주밸브(5)가 열리기 시작한다.

계속해서, 펄스 수를 더욱 증가시켜 가면, 펄스 수가 Tc로 될때까지, 도 3에 도시되는 바와 같이, 파일럿 밸브체(35)의 상승 이동에 추종하도록, 주밸브체(20)가 밀어올려진다. 상세하게는, 파일럿 밸브체(35)의 파일럿 밸브부(36)가 파일럿 밸브 시트(27a)로부터 상기 소정 거리(α)만큼 떨어진 상태, 즉, 전동식 파일럿 밸브(7)의 개방도를 개략 일정하게 유지한 상태에서, 상기 파일럿 밸브체(35) 및 주밸브체(20)가 함께 상방(밸브 개방 방향)으로 이동한다. 이로써, 도 5에 도시되는 바와 같이, 펄스 수(회전량)가 Tb부터 Tc의 사이는, 해당 파일럿형 제어 밸브(1)에서의 개구 면적(개방도)이 일정한 구배로서 매끈하게 증가하여 간다. 즉, 본 실시 형태에서는, 펄스 수가 Tb로부터 Tc로 될 때까지는, 파일럿 밸브체(35)의 파일럿 밸브부(36)가 파일럿 밸브 시트(27a)로부터 소정 거리(α)만큼 떨어진 상태를 유지한 채, 파일럿 밸브체(35)와 주밸브체(20)가 펄스 수(회전량)에 대해 같은 거리씩 상승하도록, 각 부분의 치수 사양 등이 설정되어 있다.

그리고, 펄스 수가 T로가 되면, 도 4에 도시되는 바와 같이, 주밸브체(20)의 윗면 스토퍼부(29)가 구획 부재(32)의 하면에 마련된 고정 스토퍼(39)에 맞닿고, 주밸브체(20)의 상승이 저지된다. 따라서, 펄스 수가 Tc를 넘어도, 해당 파일럿형 제어 밸브(1)에서의 밸브 개방도=개구면적은, 펄스 수가 Tc일 때의 Sb보다 커지지 않고, 이때의 개방도(최대 개방도)를 유지하게 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)에서는, 파일럿 밸브로서, 전자식이 아니라 전동식의 것을 이용하고 있기 때문에, 파일럿 밸브(7)에 공급한 펄스 수에 따라 밸브 개방도(개로 면적)를 원활하게 변화시킬 수 있음과 함께, 균압 시간을 빠르게 할 수 있다. 그 때문에, 밸브 개방도(개구 면적)를 임의로 또한 세밀하게 조정할 수가 있음과 함께, 소음의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한, 우수한 응답성, 동작 안정성, 제어 특성 등을 얻을 수 있다. 또한, 주밸브체(20)의 대경부(20A)의 외경(Da)을 주밸브구(14)의 구경(Db)의 1.5 내지 3배로 함에 의해, 파일럿 밸브(7)를 필요한 최소한의 크기로 할 수 있고, 그 결과, 밸브 개폐에 필요하게 되는 소비전력 등을 억제할 수 있음과 함께, 스테핑 모터(50) 부분을 포함하는 밸브 전체의 컴팩트화를 도모할 수 있고, 또한, 주밸브체(20)의 활주가 안정되기 때문에, 보다 우수한 제어 특성 및 동작 안정성을 얻을 수 있다.

다음에, 본 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)를 공조기의 냉동 사이클에 조립한 예를 도 7을 참조하면서 설명한다. 여기서, 공조기에서는, 난방시에 실외 열교환기에 서리가 붙으면, 난방 성능이 저하되기 때문에, 서리 제거를 위해, 디프로스트(defrost) 운전이 불가결한데, 디프로스트 운전시는, 난방 운전을 할 수 없기 때문에, 실온이 저하되고, 쾌적성이 손상된다. 또한, 이런 종류의 냉동 사이클에서는, 종래부터 유로 전환 밸브로서 4방향 밸브가 사용되고 있는데, 통상의 4방향 밸브에서는, 냉매음(冷媒音)의 해소를 위해, 콤프레서를 정지하고, 고저압의 균압을 취하고 나서 난방→ 디프로스트, 디프로스트→ 난방의 전환을 행하고 있기 때문에, 그 전환에 시간이 걸린다. 따라서 균압 대기 시간을 포함한 디프로스트 시간의 단축이 요망되는 것이고, 이러한 요망에 응하기 위해, 도 7에 도시되는 냉동 사이클(100)에서는, 상기 4방향 밸브에 대신하여 본 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)가 사용되고 있다.

도 7에 도시되는 냉동 사이클(100)은, 콤프레서(110)와, 실내 열교환기(130)와, 실외 열교환기(150)와, 전동 밸브(팽창 밸브)(140)와, 상기 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)(부호 210, 220)와, 3방밸브(160)가 구비되어 있고, 상기 파일럿형 제어 밸브(210, 220)와 3방밸브(160)로 종래의 냉동 사이클에서 사용되고 있던 4방향 밸브의 역할을 다하도록 되어 있다. 상기 파일럿형 제어 밸브(210, 220)에서는, 포트(a), 포트(b)가 각각 상기 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)에서의 입구 도관(조인트)(41), 출구 도관(조인트)(42)으로 되어 있고, 또한, 3방밸브(160)는, ２개의 입구 포트(c, e)와 출구 포트(d)를 갖고 있다(또한, 이 3방밸브(160) 자체는, 본 발명과는 직접 관계가 없기 때문에, 그 상세한 설명은 여기서는 생략한다. 3방밸브(160)의 상세는, 필요하다면 특개2004-92802호 공보 등을 참조하여 주십시오).

도 7에 도시되는는 냉동 사이클(100)에서는, 냉방시의 냉매의 흐름이 실선 화살표로 도시되고, 난방시의 냉매의 흐름이 파선 화살표로 도시되어 있다.

즉, (1) 난방 때에서는, 파일럿형 제어 밸브(210) : 개방, 파일럿형 제어 밸브(220) : 폐쇄로 되고, 3방밸브(160)의 포트(c)→포트(d) 흐름으로 된다. (2) 난방으로부터 디프로스트로 전환 도중(1)에는, 파일럿형 제어 밸브(210) : 개방, 파일럿형 제어 밸브(220) : 서서히 밸브 개방하여 전개(全開)시킨다. 이 때에는, 3방밸브(160)의 포트(e)의 압력이 상승하고, 포트(c)와 포트(e)가 같은 압력으로 되고, 포트(c)→포트(d), 포트(e)→포트(d) 흐름이 생긴다. (3) 난방으로부터 디프로스트로 전환 도중(2)에는, 파일럿형 제어 밸브(210) : 서서히 밸브폐쇄하여 전폐 (全閉)시키고, 파일럿형 제어 밸브(220) : 개방으로 한다. 이 때에는, 3방밸브(160)의 포트(c)의 압력이 저하함으로써, 포트(e)→포트(d) 흐름으로 된다. (4) 디프로스트 운전시(냉매의 흐름은 냉방과 같음)는, 파일럿형 제어 밸브(210) : 폐쇄, 파일럿형 제어 밸브(220) : 개방으로 하고, 서서히 밸브폐쇄하여 전폐시킨다. (5) 디프로스트로부터 난방으로 전환 도중(1)에는, 파일럿형 제어 밸브(210) : 서서히 밸브 개방하여 전개시키고, 파일럿형 제어 밸브(220) : 개방으로 한다. 이때는, 포트(c)의 압력이 상승하고, 포트(e)와 포트(c)가 같은 압력으로 되고, 포트(e)→포트(d), 포트(c)→포트(d) 흐름이 생긴다. (6) 디프로스트로부터 난방으로 전환 도중(2)에는, 파일럿형 제어 밸브(210) : 개방, 파일럿형 제어 밸브(220) : 서서히 밸브 개방하여 전개시킨다. 이 때에는, 포트(e)의 압력이 저하됨으로써 포트(c)→포트(d) 흐름으로 된다.

이와 같이, 상기 실시 형태의 파일럿형 제어 밸브(1)(210, 220)를 사용함에 의해, 밸브의 개폐를 임의로 조정, 즉, 개구 면적=유량을 서서히 변화시킬 수 있기 때문에, 콤프레서(110)를 정지시키는 일 없이, 난방→디프로스트, 디프로스트→난방의 전환이 가능하게 되어, 콤프레서(110)를 정지하지 않고 전환이 가능하기 때문에, 겨울철의 디프로스트 시간의 단축이 가능해진다.

본 발명에 관한 파일럿형 제어 밸브에서는, 파일럿 밸브로서, 전자식이 아니라 전동식의 것을 이용하고 있기 때문에, 파일럿 밸브에 공급하는 펄스수 등에 따라 밸브 개방도(개구 면적)를 원활하게 변화시킬 수 있음과 함께, 균압 시간을 빠 르게 할 수 있다. 그 때문에, 밸브 개방도(개구 면적)를 임의로 또한 세밀하게 조정할 수 있음과 함께, 소음의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한, 우수한 응답성, 동작 안정성, 제어 특성 등을 얻을 수 있다. 또한, 주밸브체의 대경부의 외경을 주밸브구의 구경의 1.5 내지 3배로 함에 의해, 파일럿 밸브를 필요 최소한의 크기로 할 수 있고, 그 결과, 밸브 개폐에 필요하게 되는 소비전력 등을 억제할 수 있음과 함께, 모터 부분을 포함한 밸브 전체의 컴팩트화를 도모할 수 있고, 나아가서는, 주밸브체의 활주가 안정되기 때문에, 보다 우수한 제어 특성 및 동작 안정성을 얻을 수 있다.

Claims

전동 모터에 의해 파일럿 밸브체를 개폐 구동하고, 이 파일럿 밸브체에 응동하여 주밸브구를 주밸브체로 개폐하도록 된 파일럿형 제어 밸브로서,

상기 주밸브체는, 대경부와 소경부를 갖는 단면(斷面) 역철자(逆凸字)(reversed convex shape) 형상의 피스톤형으로 됨과 함께, 상기 파일럿 밸브체의 밸브 개방 방향의 이동에 추종하도록, 상기 주밸브체가 밸브 개방 방향으로 이동하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.
주밸브와 전동식 파일럿 밸브를 구비한 파일럿형 제어 밸브로서,

상기 주밸브는, 유체가 도입도출되는 밸브실이 형성된 밸브 본체와, 해당 밸브 본체 내에 활주 가능하게 감삽되어 상기 밸브 본체에 마련된 주밸브구를 개폐하는 대경부와 소경부를 갖는 단면 역철자 형상의 피스톤형의 주밸브체를 가지며,

상기 전동식 파일럿 밸브는, 상기 밸브 본체의 윗면 개구를 막도록 부착되어 상기 주밸브체와의 사이에 배압실을 구획하는 구획 부재와, 상기 주밸브체에 마련된 파일럿 밸브구를 개폐하는 파일럿 밸브체를 가지며,

상기 전동식 파일럿 밸브에는, 상기 밸브실과 상기 배압실을 연통하는 균압 통로가 마련됨과 함께, 상기 주밸브체가 압축 코일 스프링에 의해 항상 밸브 개방 방향으로 가세되어 있고, 또한, 상기 파일럿 밸브체의 밸브 개방 방향의 이동에 추종하도록, 상기 주밸브체가 밸브 개방 방향으로 이동하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 주밸브체의 대경부의 외경이 상기 주밸브구의 구경의 1.5 내지 3배로 되어 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.
제 2항에 있어서,

상기 전동식 파일럿 밸브의 개방도를 개략 일정하게 유지한 상태에서, 상기 파일럿 밸브체 및 주밸브체가 모두 밸브 개방 방향으로 이동하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.
제 2항에 있어서,

상기 전동식 파일럿 밸브은, 캔과, 해당 캔의 내주에 배치되는 로터와, 해당 로터를 회전 구동하기 위해 상기 캔에 외장된 스테이터와, 상기 로터와 상기 파일럿 밸브체 사이에 배치되고, 상기 로터의 회전을 이용하여 상기 파일럿 밸브체를 축방향으로 이동시키는 구동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.
제 5항에 있어서,

상기 주밸브체의 대경부의 외경이 상기 로터의 외경보다 크게 되어 있는 것 을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주밸브구의 구경은, 상기 파일럿 밸브에의 구경의 3 내지 9배로 되어 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 제어 밸브.