KR101622727B1 - 밸브 및 이를 구비하는 냉동 사이클 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동 사이클 장치에 구비되는 밸브를 제공한다. 밸브는, 제1 내지 제3출구로 냉매를 분배하도록 회전에 의해 상기 제1 내지 제3출구를 선택적으로 개폐시키는 밸브 패드를 포함하고, 상기 밸브 패드는, 상기 제1 내지 제3출구를 마주보도록 배치되는 베이스부; 및 상기 밸브 패드의 회전에 따라 상기 제1 내지 제3출구 중 적어도 하나를 막도록 상기 베이스부로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 밸브 패드는, 회전에 따라 상기 돌출부가 상기 제1 내지 제3출구를 모두 막는 전폐모드, 어느 두 출구를 막는 제1모드, 어느 하나의 출구를 막는 제2모드 및 상기 제1 내지 제3출구를 모두 막지 않는 제3모드를 선택적으로 구현한다.

Description

밸브 및 이를 구비하는 냉동 사이클 장치{VALVE AND REFRIGERATION CYCLE DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 냉매를 서로 다른 출구로 분배하기 위한 밸브 및 이를 구비하는 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

냉동 사이클은 냉동 작용을 위해 냉매 등 유체의 상태 변화를 유발하는 사이클이다. 냉동 사이클을 이용하는 장치에는 냉장고, 에어컨디셔너 등이 있다. 냉장고를 예로 들어 설명하면, 압축기에서 압축된 냉매는 응축기로 공급되고, 응축기에서 냉각된다. 응축기에서 냉각된 냉매는 증발기로 공급되고, 증발기에서 열을 받아 식품 등을 저온으로 보존할 수 있게 된다.

기술의 발전에 따라 냉장고에는 복수의 증발기가 설치되게 되었다. 복수의 증발기는 각각의 목적에 따라 선택적으로 구동되므로, 냉장고의 냉각 성능을 다양한 모드로 구현할 수 있게 되었다. 예를 들어, 냉장고의 소비 전력을 저감하는 에코 에너지 모드, 서로 다른 냉각실에 다중의 온도를 구현하는 모드 등은 증발기가 복수로 설치됨에 따라 이루어질 수 있는 것이다.

각 증발기마다 서로 다른 압축기와 응축기가 연결되는 것은 냉장고의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 이에 따라 일반적으로 냉장고에는 하나의 압축기와 응축기가 설치되며, 복수의 증발기는 모두 하나의 압축기와 응축기에 연결되어 각각의 냉동 사이클을 형성하게 된다.

이렇게 하나의 압축기와 응축기에 복수의 증발기가 연결되는 경우, 냉매를 각 증발기에 분배하기 위해 밸브가 사용된다. 그런데 밸브가 각 증발기에 냉매를 분배하는 경우의 수에 따라 냉장고에서 구현될 수 있는 모드의 수가 달라지게 된다. 밸브에 의해 냉장고에서 구현되는 모드의 수가 결정되는 것은 비단 냉장고에 국한되는 것은 아니고, 냉동 사이클을 기반으로 작동하는 장치들은 모두 해당되는 기술적 과제이다.

따라서, 냉동 사이클을 이용하는 장치에서 다양한 모드를 구현할 수 있도록, 복수의 증발기에 냉매를 분배하는 새로운 구성의 밸브에 대하여 고려할 필요가 있다.

본 발명의 일 목적은 하나의 입구로부터 유입된 냉매 등의 유체를 3개의 출구 중 적어도 하나에 선택적으로 분배할 수 있도록 이루어지는 밸브를 제공하기 위한 것이다. 특히 본 발명은 하나의 밸브 패드를 이용하여 3개의 출구에 냉매를 분배할 수 있는 구조의 밸브를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 냉매를 다수의 출구에 선택적으로 분배할 수 있도록 이루어지는 밸브를 이용하여 다양화된 모드로 구현되는 냉동 사이클 장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 밸브는, 제1 내지 제3출구로 냉매를 분배하도록, 회전에 의해 상기 제1 내지 제3출구를 선택적으로 개폐시키는 밸브 패드를 포함하고, 상기 밸브 패드는, 상기 제1 내지 제3출구를 마주보도록 배치되는 베이스부; 및 상기 밸브 패드의 회전에 따라 상기 제1 내지 제3출구 중 적어도 하나를 막도록 상기 베이스부로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 밸브 패드는, 회전에 따라 상기 돌출부가 상기 제1 내지 제3출구를 모두 막는 전폐모드, 어느 두 출구를 막는 제1모드, 어느 하나의 출구를 막는 제2모드 및 상기 제1 내지 제3출구를 모두 막지 않는 제3모드를 선택적으로 구현한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 돌출부는 상기 전폐모드에서 각각 상기 제1 내지 제3출구를 막는 제1 내지 제3부분을 구비하고, 상기 밸브 패드는, 상기 전폐모드에서 상기 제2모드로 전환 시 상기 제1출구를 개방시키도록 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에 형성되는 리세스부를 더 포함할 수 있다.

상기 베이스부는 중심을 원점으로 하여 사분면으로 구분되고, 상기 제1 내지 제3부분은 상기 밸브 패드의 일 회전방향을 따라 차례로 형성되고, 상기 베이스부의 서로 다른 사분면에 형성될 수 있다.

상기 제2부분과 상기 제3부분은 원주 방향을 따라 돌출된 형태로 서로 연결될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 베이스부는, 상기 돌출부가 형성되는 제1면; 및 상기 제1면의 반대편에 형성되는 제2면을 구비하고, 상기 밸브 패드는 형상의 변형을 방지하도록 상기 제2면에서 제1면쪽으로 리세스되어 형성되는 변형 방지부를 구비할 수 있다.

상기 변형 방지부는 상기 돌출부의 두께에 의한 변형을 방지하도록 상기 돌출부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 밸브 패드는 회전각도에 따라 상기 전폐모드, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드 중 어느 하나를 선택적으로 구현할 수 있다.

상기 밸브 패드는 상기 제1 내지 제3출구 중 어느 것이 개폐되었는지에 의해 서로 구분되는 7개의 모드 중 어느 하나를 선택적으로 구현할 수 있다.

상기 밸브 패드는 1회전 시, 2회의 상기 전폐모드, 3회의 서로 구분되는 제1모드, 2회의 서로 구분되는 제2모드 및 1회의 상기 제3모드를 구현할 수 있다.

상기 밸브 패드에 의해 구현되는 상기 제1모드는 상기 제1 내지 제3출구 중 개폐되는 출구에 따라 구별되는 3개의 제1모드를 포함하고, 상기 밸브 패드에 의해 구현되는 상기 제2모드는 상기 제1 내지 제3출구 중 개폐되는 출구에 따라 구별되는 2개의 제2모드를 포함하며, 상기 밸브 패드는 1회전 시 상기 전폐모드, 어느 하나의 제2모드, 어느 하나의 1모드, 다른 하나의 제2모드, 다른 하나의 제1모드, 상기 제3모드, 또 다른 하나의 제1모드 및 상기 전폐모드를 순차적으로 구현할 수 있다.

상기 제1 내지 제3출구는 상기 밸브 패드의 일 회전방향을 따라 차례로 배열되고, 상기 밸브 패드는 상기 일 회전방향의 반대방향으로 1회전 시, 상기 제1 내지 제3출구를 모두 막는 상기 전폐모드; 상기 제2출구를 막고, 상기 제1 및 제3출구를 개방시키는 제2모드; 상기 제1 및 제2출구를 막고, 상기 제3출구를 개방시키는 제1모드; 상기 제1출구를 막고, 상기 제2 및 제3출구를 개방시키는 제2모드; 상기 제1 및 제3출구를 막고, 상기 제2출구를 개방시키는 제1모드; 상기 제1 내지 제3출구를 모두 개방시키는 상기 제3모드; 상기 제2 및 제3출구를 막고, 상기 제1출구를 개방시키는 제1모드; 및 상기 제1 내지 제3출구를 모두 막는 상기 전폐모드를 순차적으로 구현할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 밸브는, 케이스의 내부에 배치되고, 상기 케이스의 외부에 배치되는 스테이터와의 전자기기적인 상호 작용에 의해 회전하도록 이루어지는 로터; 상기 로터로부터 회전력을 제공받도록 형성되고, 상기 로터와 동일한 제1샤프트를 중심으로 회전하는 제1스퍼기어; 상기 제1스퍼기어와 맞물려 회전하도록 상기 제1스퍼기어의 일측에 배치되는 제2스퍼기어; 및 상기 제1 내지 제3 출구를 지지하도록 형성되는 보스를 더 포함하고, 상기 밸브 패드는 상기 제2스퍼기어와 상기 보스 사이에 배치되어 상기 제2스퍼기어와 동일한 제2샤프트를 중심으로 회전하고, 상기 제2스퍼기어로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하면서 상기 제1 내지 제3 출구를 선택적으로 개폐할 수 있다.

상기 밸브는, 상기 케이스에 의해 지지되도록 이루어지며, 상기 제1스퍼기어를 지지하도록 상기 케이스와 상기 제1스퍼기어 사이에 배치되는 제1리프스프링; 및 상기 케이스의 의해 지지되도록 이루어지며, 상기 밸브 패드를 상기 보스에 밀착시키도록 상기 제2스퍼기어를 상기 밸브 패드 쪽으로 가압하는 제2리프스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 밸브 패드는 상기 제2스퍼기어를 마주하는 부분에 홈을 구비하고, 상기 제2스퍼기어는 상기 밸브 패드와 결합 가능하도록 상기 홈에 삽입되는 돌기를 구비할 수 있다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 상기 밸브를 구비하는 냉동 사이클 장치를 개시한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 돌출부와 리세스부를 구비하는 밸브 패드를 이용하여 3개의 출구에 냉매를 선택적으로 분배할 수 있다. 특히 본 발명은 3개의 출구에 냉매를 선택적으로 분배함에 있어 하나의 밸브 패드를 이용하므로, 협소한 공간에도 적용될 수 있다.

또한 본 발명은, 밸브 패드의 회전각도에서 따라 3개의 출구가 모두 막히거나, 어느 하나의 출구만 막히거나, 어느 두 출구만 막히거나, 모두 개방될 수 있다. 개방되는 출구에 따라 냉동 사이클 장치에서 서로 다른 모드를 구현할 수 있으므로, 본 발명을 이용하면 냉동 사이클의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 밸브 패드의 변형을 방지할 수 있는 방안을 제공한다. 본 발명에서 밸브 패드의 형상은 종래의 밸브 패드보다 복잡하지만, 본 발명은 복잡한 형상으로 인한 변형을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 냉장고의 개념도.
도 2는 본 발명과 관련된 냉장고의 다른 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 밸브의 외관을 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 밸브의 분해 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 밸브의 단면도.
도 6a와 도 6b는 밸브의 구성요소인 밸브 패드를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도.
도 7은 본 발명의 밸브를 이용하여 구현되는 모드를 설명하기 위한 챠트.
도 8a 내지 8h는 본 발명의 밸브에 의해 구현되는 서로 다른 모드에서 밸브 패드의 상태를 보인 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 밸브 및 이를 구비하는 냉동 사이클 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명과 관련된 냉장고의 개념도다.

냉장고(100)는 압축-응축-팽창-증발의 과정이 연속적으로 이루어지는 냉동 사이클에 의해 생성된 냉기를 이용하여 내부에 저장된 식품을 저온 보관하는 장치이다. 냉장고는 냉동 사이클을 이용하는 냉동 사이클 장치 중 하나이다. 이 명세서에서는 냉장고를 예로 들어 본 발명을 설명하나, 본 발명에서 특허를 청구하는 밸브의 용도가 반드시 냉장고에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 밸브는 냉장고를 비롯한 다양한 종류의 냉동 사이클 장치에 적용될 수 있으며, 여기서 말하는 냉동 사이클 장치란 냉동 사이클을 기반으로 작동하는 모든 장치를 포괄하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 냉장고 본체(110)는 내부에 식품의 저장을 위한 저장공간(112, 113)을 구비한다. 상기 저장공간(112, 113)은 격벽(111)에 의해 분리될 수 있으며, 설정 온도에 따라 냉장실(112)과 냉동실(113)로 구분될 수 있다.

본 실시예에서는, 냉동실(113)이 냉장실(112) 위에 배치되는 탑 마운트 타입(top mount type)의 냉장고를 보이고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은, 냉장실과 냉동실이 좌우로 배치되는 사이드 바이 사이드 타입(side by side type)의 냉장고, 상부에 냉장실이 마련되고 하부에 냉동실이 마련되는 바텀 프리저 타입(bottom freezer type)의 냉장고 등에도 적용될 수 있다.

냉장고 본체(110)에는 도어(114, 115)가 연결되어, 냉장고 본체(110)의 전면 개구부를 개폐하도록 이루어진다. 본 도면에서는, 냉장실 도어(114)와 냉동실 도어(115)가 각각 냉장실(112)과 냉동실(113)의 전면부를 개폐하도록 구성된 것을 보이고 있다. 도어(114, 115)는 냉장고 본체(110)에 회전 가능하게 연결되는 회전형 도어, 냉장고 본체(110)에 슬라이드 이동 가능하게 연결되는 서랍형 도어 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

냉장고 본체(110)에는 내부 저장공간의 효율적인 활용을 위한 수납유닛[130, 예를 들어, 선반(131), 트레이(132), 바스켓(133) 등]이 적어도 하나 이상 구비된다. 예를 들어, 선반(131)과 트레이(132)는 냉장고 본체(110) 내부에 설치될 수 있고, 바스켓(133)은 냉장고 본체(110)에 연결되는 도어(114, 115)의 내측에 설치될 수 있다.

한편, 냉동실(113)의 후방측에는 냉각실(116)이 마련된다. 냉각실(116)에는 증발기(180)가 구비되고, 상기 증발기(180)의 상측에는 팬모터(140)가 구비된다. 격벽(111)에는 냉장실(112) 및 냉동실(113)의 공기가 냉각실(116) 측으로 흡입 및 복귀될 수 있도록 하는 냉장실 귀환덕트(111a) 및 냉동실 귀환덕트(111b)가 형성된다. 또한, 냉장실(112)의 후방측에는 냉동실(113)과 통하고 전면부에 다수의 냉기토출구(150a)를 갖는 냉기덕트(150)가 설치된다.

냉장고 본체(110)의 배면 하부측에는 기계실(117)이 마련되고, 기계실(117)의 내부에는 압축기(160)와 응축기(미도시) 등이 구비된다.

냉장실(112) 및 냉동실(113)의 공기는 격벽(111)의 냉장실 귀환덕트(111a) 및 냉동실 귀환덕트(111b)를 통해서 냉각실(116)로 흡입되어 증발기(130)와 열교환을 이루게 되고, 다시 냉기덕트(150)의 냉기토출구(150a)를 통하여 냉장실(112) 및 냉동실(113)로 토출되는 과정을 반복적으로 행하게 된다.

증발기(130)의 표면에는 냉장실 귀환덕트(111a) 및 냉동실 귀환덕트(111b)를 통하여 재유입되는 순환 공기와의 온도차에 의해서 성에가 착상될 수 있으며, 이러한 성에를 제거하기 위해 증발기(130)에는 제상 장치(170)가 구비된다.

도 2는 본 발명과 관련된 냉장고(100)의 다른 개념도다.

도 2는 냉장고(100)의 냉동 사이클과 관련된 일부 구성요소만을 도시한 것이다.

압축기(160)와 응축기(190)는 기계실(117)에 설치된다. 냉매를 기준으로 설명하면, 냉매는 압축기(160)에서 압축되고, 압축기(160)에서 압축된 냉매는 응축기(190)로 공급된다. 응축기(190)는 압축기(160)에서 압축된 냉매를 공급받아 냉매의 열을 외부로 배출한다. 이 과정에서 냉매는 냉각된다.

냉매가 도 1에서 설명한 냉장실(112)이나 냉동실(113) 등의 저장 공간(112, 113)으로 공급되어 각 저장 공간(112, 113)의 열을 흡수하기 위해서는 증발기(181, 182, 183)로 공급되어야 한다. 본 발명의 밸브(200)를 필요로 하는 냉장고(100)는 복수의 증발기(181, 182, 183)를 구비하는 것으로, 각 증발기(181, 182, 183)는 냉장고(100)에서 요구하는 모드에 따라 선택적으로 냉매를 공급받아 작동될 수 있다.

밸브(200)는 복수의 증발기(181, 182, 183)로 냉매를 분배하기 위한 것으로, 밸브(200)에는 하나의 입구관(211')과 3개의 출구관(212a', 212b', 212c')이 연결된다. 도 2에 도시된 냉장고(100)는 3개의 증발기(181, 182, 183)를 구비하는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 냉장고(100)는 2개의 증발기(예를 들어 181, 182)를 구비하고, 그 중 어느 하나의 증발기(예를 들어 181)에 2개의 출구관(예를 들어 212a', 212c')이 연결될 수 있다. 그 외의 다른 구성도 가능하다.

입구관(211')은 응축기(190)와 밸브(200)를 연결하며, 출구관(212a', 212b', 212c')은 밸브(200)와 증발기(181, 182, 183)를 연결한다. 밸브(200)는 입구관(211')을 통해 유입된 냉매 등의 유체를 3개의 출구관(212a', 212b', 212c')에 선택적으로 분배하도록 이루어진다.

도 2에 도시된 화살표는 냉매의 유동 방향을 설명하기 위한 것으로, 각 증발기(181, 182, 183)에서 저장 공간(112, 113)의 열을 흡수한 냉매는 압축기(160)로 공급되어 냉동 사이클을 순환하게 된다. 도 2에서 밸브(200)는 기계실(117)에 배치되어 있으나, 냉장고(100)에서 밸브(200)의 위치가 반드시 기계실(117)로 한정되어야 하는 것은 아니다.

도 2에 도시된 밸브(200)는 개념적인 작동을 설명한 것으로, 이하에서는 밸브(200)의 구체적인 구조에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 밸브(200)의 외관을 도시한 사시도다.

케이스(201)는 밸브(200)의 외관을 형성하며, 밸브(200)의 다른 구성요소들은 케이스(201)의 내부에 수용된다. 케이스(201)의 형상은 종형으로 이루어지며, 적어도 2부분으로 구분된다. 도 3에서 케이스(201)는 상부와 하부로 구분될 수 있으며, 상부의 내경은 하부의 내경보다 작음을 알 수 있다.

입구관(211')과 출구관(212a', 212b', 212c')은 밸브(200)의 하부에 연결된다. 입구관(211')은 밸브(200)의 하부에서 일측에 연결되고, 출구관(212a', 212b', 212c')은 밸브(200)의 하부에서 타측에 연결된다.

본 발명의 밸브(200)는 1개의 입구관(211')과 3개의 출구관(212a', 212b', 212c')에 연결되어 각 출구관(212a', 212b', 212c')에 냉매를 선택적으로 분배한다. 본 발명의 밸브(200)는 총 4개의 입출구관(211', 212a', 212b', 212c')에 연결된다는 의미로 4-웨이 밸브(4-way valve)라 명명될 수 있다. 입구관(211')과 달리 출구관(212a', 212b', 212c')은 3개이므로, 각각의 출구관(212a', 212b', 212c')을 제1출구관(212a'), 제2출구관(212b') 및 제3출구관(212c')으로 구분한다. 이하에서 제1 내지 제3출구라는 명칭을 사용하게 되는데, 각각 제1 내지 제3출구란 밸브(200)에서 제1 내지 제3출구관(212a', 212b', 212c')으로 냉매가 유입되는 부분을 가리킨다.

밸브(200)의 내부 구조에 대하여는 도 4와 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 도 3에 도시된 밸브(200)의 분해 사시도다. 그리고 도 5는 도 3에 도시된 밸브(200)의 단면도다.

도 4와 도 5를 참조하면, 밸브(200)는 케이스(201), 플레이트(202), 밸브 패드(220), 로터(230), 제1스퍼기어(251), 제2스퍼기어(252), 보스(270), 제1리프스프링(281) 및 제2리프스프링(282)을 포함한다. 이러한 구성은 선택적인 것이어서 본 발명의 밸브(200)는 이보다 많은 구성요소를 갖는 것도 가능할 뿐만 아니라, 앞서 나열된 모든 구성요소를 구비해야만 하는 것도 아니다.

이하에서 상부 또는 하부 등의 용어를 사용하나 이러한 용어는 도면을 참조하는 설명에서 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 어느 한 방향으로 한정하는 것은 아니다.

밸브(200)의 외관은 케이스(201)와 플레이트(202)에 의해 형성된다.

케이스(201)는 앞서 설명한 것과 같이 밸브(200)의 구성요소들을 수용하도록 이루어지며, 각 구성요소들을 지지하도록 형성된다. 예를 들어 케이스(201)는 도 5에 도시한 바와 같이 종형으로 형성되되, 하부가 개방된 형태로 이루어질 수 있다. 케이스(201)의 상부와 하부는 내경의 크기에 의해 서로 구분될 수 있으며, 상부의 내경은 하부의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 하부의 내경이 큰 이유는 제1스퍼기어(251)와 맞물려 회전하도록 상기 제1스퍼기어(251)의 일측에 배치되는 제2스퍼기어(252)의 배치 공간을 확보하기 위해서이다.

플레이트(202)는 밸브(200)의 바닥면을 형성하도록 케이스(201)의 하부에 결합된다. 따라서 플레이트(202)의 형상은 케이스(201)의 개구된 부분에 대응되도록 형성된다. 플레이트(202)에는 입구관(211'), 제1샤프트(240), 보스(270)가 삽입된다. 제1샤프트(240)는 실질적으로 플레이트(202)의 가운데 부분을 관통하게 되고, 입구관(211')과 보스(270)는 제1샤프트(240)를 기준으로 서로 다른 쪽에 배치될 수 있다. 플레이트(202)에는 입구관(211'), 제1샤프트(240), 보스(270)를 수용하기 위한 여러 홀들을 구비할 수 있다.

냉매 등의 유체는 기체 상태이므로, 냉매가 입구관(211')을 통해 밸브(200)로 유입되어 출구관(212a', 212b', 212c')을 통해 빠져나가는 과정에서, 밸브(200)로부터 냉매의 누설을 방지할 필요가 있다. 따라서 케이스(201)와 플레이트(202)의 결합 부위, 플레이트(202)와 입구관(211')의 결합 부위, 플레이트(202)와 제1샤프트(240)의 결합 부위, 플레이트(202)와 보스(270)의 결합 부위에는 실링부재(미도시)가 설치될 수 있다.

로터(230)는 케이스(201)의 내부 공간 중 상대적으로 내경의 크기가 작은 상부에 배치된다. 로터(230)는 스테이터(미도시)와의 전자기적인 상호 작용에 의해 회전하도록 이루어진다. 스테이터는 케이스(201)의 외부에 배치될 수 있다. 스테이터는 케이스(201)의 적어도 일부를 감싸도록 이루어질 수 있으며, 케이스(201)와 스테이터 사이에는 간격이 있을 수 있다.

로터(230)와 스테이터를 포함하는 모터(미도시)는 인가되는 전압에 따라 회전력을 발생시킨다. 특히 본 발명에서는 회전각도를 조절하기 위해 스테핑 모터(stepping motor)가 이용될 수 있다. 스테핑 모터란 스텝 상태의 펄스에 순서를 부여함으로써 주어진 펄스 수에 비례한 각도만큼 회전하는 모터를 가리킨다. 스테핑 모터는 유니폴라 방식에 의해 로터(230)를 회전시킬 수 있다.

스테핑 모터에서는 펄스와 회전각도가 비례하므로, 스테핑 모터를 이용하면 로터(230)의 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다. 또한 로터(230)의 회전각도를 제어하면, 로터(230)와 연결된 제1스퍼기어(251), 상기 제1스퍼기어(251)와 맞물려 회전하는 제2스퍼기어(252) 및 상기 제2스퍼기어(252)와 연결된 밸브 패드(220)의 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다. 또한 스테핑 모터를 이용하면, 일 방향의 정회전, 상기 정회전의 반대 방향인 역회전, 정지시키고자 하는 회전각도에서 로터(230)의 정지를 구현할 수 있다.

모터에 전압이 인가되면, 로터(230)는 제1샤프트(240)를 중심으로 회전하게 된다. 제1샤프트(240)는 로터(230)와 제1스퍼기어(251)를 지지하며, 밸브(200)의 가운데 부분에 배치된다. 제1샤프트(240)는 케이스(201)의 꼭지 부분으로부터 플레이트(202)까지 연장될 수 있다.

제1스퍼기어(251)는 로터(230)로부터 회전력을 제공받도록 형성되고, 로터(230)와 동일한 제1샤프트(240)를 중심으로 회전한다. 제1스퍼기어(251)는 로터(230)의 하부에 배치되며, 적어도 일부는 로터(230)와 결합 가능하도록 이루어질 수 있다. 제1스퍼기어(251)는 제1샤프트(240)와 평행한 방향으로 연장되어 플레이트(202)와 인접한 위치까지 연장될 수 있다.

제2스퍼기어(252)는 제1스퍼기어(251)와 맞물려 회전하도록 제1스퍼기어(251)의 일측에 배치된다. 제2스퍼기어(252)는 제2샤프트(260)를 중심으로 회전하도록 이루어지며, 제1샤프트(240)와 제2샤프트(260)는 실질적으로 평행할 수 있다. 제2샤프트(260)는 제2스퍼기어(252)를 관통한다. 제2스퍼기어(252)와 밸브 패드(220)는 제2샤프트(260)에 의해 지지된다.

제1스퍼기어(251)와 제2스퍼기어(252)는 서로 맞물려 있으므로, 로터(230)가 회전하게 되면 제1스퍼기어(251)와 제2스퍼기어(252)는 순차적으로 그 회전력을 전달받아 동시에 회전하게 된다.

보스(270)는 플레이트(202)에 결합되며, 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 지지하도록 이루어진다. 예를 들어 보스(270)에는 제1 내지 제3출구관(212a', 212b', 212c')이 삽입될 수 있다. 도 4에는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 도시되어 있으나, 도 5에는 3차원적인 출구관(212a', 212b', 212c')의 구성과 배치를 2차원적인 단면도에 모두 나타낼 수 없기에 편의상 하나의 출구(212)만 도시하였다.

밸브 패드(220)는 본 발명에서 냉동 사이클 장치의 다양한 모드를 구현하기 위한 것이다. 밸브 패드(220)는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)로 냉매를 분배하도록, 회전에 의해 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 선택적으로 개폐시킨다. 구체적으로 밸브 패드(220)는 제2스퍼기어(252)와 보스(270) 사이에 배치된다. 밸브 패드(220)는 제2스퍼기어(252)로부터 전달되는 회전력에 의해 제2샤프트(260)를 중심으로 회전하면서 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 선택적으로 개폐하도록 이루어진다.

밸브 패드(220)는 제2스퍼기어(252)를 마주하는 부분에 홈(226a, 226b)을 구비하고, 제2스퍼기어(252)는 밸브 패드(220)와 결합 가능하도록 밸브 패드(220)의 홈(226a, 226b)에 삽입되는 돌기(252a, 252b)를 구비한다. 제2스퍼기어(252)의 돌기(252a, 252b)가 밸브 패드(220)의 홈(226a, 226b)에 삽입됨에 따라, 제2스퍼기어(252)와 밸브 패드(220)는 함께 회전할 수 있게 된다.

도 5를 참조하면, 화살표는 냉매의 유동을 의미한다. 냉매는 밸브(200)의 입구(211)를 통해 밸브(200)의 내부로 유입된다. 이에 따라 밸브(200)의 내부 공간에는 냉매가 채워진다. 밸브 패드(220)가 회전함에 따라 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 적어도 하나의 밸브(200)는 열리거나 모든 출구(212)가 닫히게 된다. 도 5는 어느 하나의 출구(212)가 열린 것을 도시한 것으로, 냉매는 출구(212a, 212b, 212c)를 통해 배출된다.

밸브 패드(220)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 개폐하는 매커니즘은 다음과 같다. 밸브 패드(220)가 회전하면서 밸브 패드(220)의 돌출부(222a, 222b, 222c, 도 6a 참조)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 적어도 하나와 마주하게 되면, 그 출구(212)는 닫힌다. 이와 반대로 밸브 패드(220)의 돌출된 부분과 마주하지 않는 출구(212)는 개방된다. 밸브 패드(220)의 돌출부(222a, 222b, 222c, 도 6a 참조)와 마주하지 않는 출구(212)와 밸브 패드(220) 사이에는 간격이 존재하게 되므로, 그 간격을 통해 냉매가 배출된다.

밸브 패드(220)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 개폐하기 위해서는 보스(270)에 충분히 밀착되어 있어야 한다. 이러한 역할은 제1리프스프링(281)과 제2리프스프링(282)이 담당한다. 제1리프스프링(281)은 제1스퍼기어(251)를 지지하도록 케이스(201)와 제1스퍼기어(251)의 사이에 배치된다. 제1리프스프링(281)은 원반의 테두리에 브리지를 구비하는 형태로 이루어진다. 브리지는 케이스(201)의 내주면에 의해 가압되며, 원반은 로터(230)를 가압한다. 이에 따라 로터(230)와 제1스퍼기어(251)는 플레이트(202) 쪽으로 밀착된다. 로터(230)와 제1스퍼기어(251)는 제1리프스프링(281)과 플레이트(202)에 의해 양측에서 가압되는 원리로 지지되는 것이라 이해할 수 있다.

제2리프스프링(282)은 제2스퍼기어(252)를 밸브 패드(220)에 밀착시키도록 제2스퍼기어(252)를 가압한다. 제2리프스프링(282)도 원반의 테두리에 브리지를 구비하는 형태로 이루어진다. 브리지는 플레이트(202)에 지지되며, 원반의 둘레는 케이스(201)에 의해 가압된다. 그리고, 원반의 적어도 일부분(282a)이 절개되어 제2스퍼기어(252) 쪽으로 휘거나 절곡된다. 이 부분(282a)은 제2스퍼기어(252)의 상부를 누르게 된다. 이에 따라 제2스퍼기어(252)는 밸브 패드(220)를 누르게 되고, 밸브 패드(220)는 보스(270)에 밀착된다.

도 4를 참조하면, 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)는 보스(270)의 원주 방향을 따라 배열된다. 보스(270)는 고정되어 있고, 밸브 패드(220)는 회전하도록 이루어지므로, 밸브 패드(220)의 형상과 회전각도에 따라 각 출구(212a, 212b, 212c)들의 개폐 여부가 결정된다. 이하에서는 먼저 밸브 패드(220)의 형상에 대하여 설명하고, 이어서 밸브 패드(200)의 회전각도에 따른 다양한 모드에 대하여 설명한다.

도 6a와 도 6b는 밸브(200)의 구성요소인 밸브 패드(220)를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도다.

밸브 패드(220)는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c, 도 4 참조)로 냉매를 분배하도록, 회전에 의해 상기 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 선택적으로 개폐시킨다. 도 6a를 참조하면 밸브 패드(220)는, 베이스부(221), 돌출부(222a, 222b, 222c) 및 리세스부(223)를 포함한다.

베이스부(221)는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 마주보도록 배치된다(도 5 참조). 베이스부(221)는 실질적으로 원판에 가까운 형태로 형성될 수 있다. 베이스부(221)는 제1면(221a)과 제2면(221b)을 구비한다. 도 6a는 제1면(221a)을 바라본 것이고, 도 6b는 제2면(221b)을 바라본 것이다. 밸브 패드(220)가 제2스퍼기어(252, 도 5 참조)와 보스(270, 도 5 참조)의 사이에 배치되어 있을 때, 베이스부(221)의 제1면(221a)은 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 마주하게 되고 제2면(221b)은 제2스퍼기어(252)를 마주하게 된다.

베이스부(221)는 상대물과의 위치를 고정하기 위해 둘레의 적어도 일부가 커팅된 커팅부(221')를 구비한다. 베이스부(221)가 원형으로 형성되어 있으면, 밸브(200)의 조립시 제2스퍼기어(252)의 상대적인 위치가 정확하게 일치하지 않을 수 있다. 따라서 베이스부(221)의 일부가 커팅되어 있으면 밸브 패드(220)의 초기 위치를 정확하게 설정할 수 있으며, 제2스퍼기어(252)와의 상대적인 위치가 정확하게 일치할 수 있다.

돌출부(222a, 222b, 222c)는 밸브 패드(220)의 회전에 따라 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 적어도 하나를 막도록 베이스부(221)로부터 돌출된다. 더욱 구체적으로 돌출부(222a, 222b, 222c)는 베이스부(221)의 제1면(221a)으로부터 돌출된다. 본 발명에서 밸브 패드(220)의 회전에 의해 구현되는 모드는 크게 전폐모드, 제1모드, 제2모드, 제3모드를 포함하며, 각 모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)와 출구(212)의 상대적인 위치에 따라 선택적으로 구현된다. 밸브 패드(220)는 회전하도록 이루어지고 출구(212)는 고정되어 있으므로, 돌출부(222a, 222b, 222c)와 출구(212)의 상대적인 위치는 밸브 패드(220)의 회전각도에 따라 달라진다.

전폐모드는 밸브 패드(220)의 회전에 따라 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212)를 모두 막는 모드다. 전폐모드에서는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 막혀 있으므로, 냉매의 유동은 밸브(200)에서 차단된다. 따라서 제1 내지 제3출구관(212a', 212b', 212c', 도 2 및 도 3 참조)으로 냉매가 공급되지 않는다.

제1모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 어느 두 출구(212a, 212b, 212c 중 두 출구)를 막는 모드다. 제1모드에서는 개방된 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나의 출구)로만 냉매가 배출되며, 나머지 두 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나를 제외한 나머지 두 출구)로는 냉매가 배출되지 않는다.

제2모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 어느 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나)를 막는 모드다. 제2모드에서는 개방된 두 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나를 제외한 두 출구)로 냉매가 배출되며, 나머지 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나)로는 냉매가 배출되지 않는다.

제3모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 모두 막지 않는 모드다. 제3모드에서는 모든 출구(212a, 212b, 212c)가 개방되어 있으므로, 냉매는 모든 출구(212a, 212b, 212c)로 배출된다.

돌출부(222a, 222b, 222c)는 전폐모드에서 각각 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 막는 제1 내지 제3부분(222a, 222b, 222c)을 구비한다. 전폐모드에서 돌출부(222a, 222b, 222c)의 제1부분(222a)은 제1출구(212a)와 대응되도록 배치되고, 제2부분(222b)은 제2출구(212b)와 대응되도록 배치되며, 제3부분(222c)은 제3출구(212c)와 대응되도록 배치된다. 돌출부(222a, 222b, 222c)의 적어도 일부는 제2샤프트(260, 도 4 및 도 5 참조)가 관통하는 홀(224) 주변을 감쌀 수 있다.

베이스부(221)는 중심을 원점으로 하여 사분면으로 구분될 수 있다. 이해의 편의를 위해 베이스부(221)의 사분면을 구분하는 가로축 점선과 세로축 점선을 밸브 패드(220)와 함께 도시하였다. 제1 내지 제3부분(222a, 222b, 222c)은 밸브 패드(220)의 일 회전 방향을 따라 차례로 형성되고, 베이스부(221)의 서로 다른 사분면에 형성된다.

도 6a를 기준으로, 제2샤프트(260)가 통과하는 홀(224)은 베이스부(221)의 중심이 되고, 밸브 패드(220)의 일 회전 방향은 시계 방향을 가리킨다. 제1부분(222a)은 4사분면에 형성되고, 제2부분(222b)은 3사분면에 형성되며, 제3부분(222c)은 2사분면에 형성된다. 전폐모드에서 제1 내지 제3부분(222a, 222b, 222c)의 위치로부터 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)의 위치를 유추할 수 있다. 구체적으로 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)는 제1 내지 제3부분(222a, 222b, 222c)과 마찬가지로 밸브 패드(220)의 회전 방향을 따라 순차적으로 배열된다.

제2부분(222b)과 제3부분(222c)은 원주 방향을 따라 돌출된 형태로 서로 연결된다. 도 6a를 기준으로 3사분면에 형성되는 제2부분(222b)은 2사분면에 형성되는 제3부분(222c)과 서로 연결되되, 원주 방향을 따라 가로축 점선을 지나 서로 연결된다. 밸브 패드(220)가 회전함에 따라 제2부분(222b)과 제3부분(222c)의 사이에, 즉 3사분면과 4사분면을 구획하는 가로축 점선의 위치에 출구(212)가 배치될 수 있다. 이 경우 제2부분(222b)과 제3부분(222c)이 원주 방향을 따라 돌출된 형태로 서로 연결되어 있으므로, 가로축 점선에 위치한 출구(212)는 막히게 된다. 이러한 구성은 제1부분(222a)과 제2부분(222b)의 사이에 리세스부(223)가 형성되는 구성과 상이한 것이다.

리세스부(223)는 제1부분(222a)과 제2부분(222b)의 사이에 형성된다. 리세스부(223)가 제1부분(222a)과 제2부분(222b)의 사이에 형성됨에 따라, 임의의 모드에서 4사분면과 3사분면을 구획하는 세로축 점선에 위치한 출구(212a, 212b, 212c 중 하나)는 개방된다. 예를 들어 전폐모드에서 제1부분(222a)과 제1출구(212)는 서로 대응되도록 배치된다. 그러나 모드가 변경되어 밸브 패드(220)가 회전함에 따라 리세스부(223)와 제1출구(212)가 대응되도록 배치되면, 제1출구(212)는 개방된다. 상기 임의의 모드는 제2모드가 될 수 있으며, 전폐모드에서 제2모드로 전환 시 리세스부(223)와 대응되게 배치되는 제1출구(212)는 개방될 수 있다.

밸브 패드(220)는 고정되어 있는 것이 아니라 회전하므로, 밸브 패드(220)의 회전에 따라 제1 내지 제3부분(222a, 222b, 222c)과 대응되게 배치되는 출구(212a, 212b, 212c)는 닫힌다. 또한, 제2부분(222b)과 제3부분(222c)은 돌출된 상태로 연결되어 있으므로, 밸브 패드(220)의 회전에 따라 제2부분(222b)과 제3부분(222c) 사이에 배치되는 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나)도 닫힌다.

이와 반대로, 베이스부(221) 및 리세스부(223)와 대응되게 배치되는 출구(212)는 개방된다. 리세스부(223)는 다른 베이스부(221)와 구분하기 위한 것으로, 리세스부(223)가 출구(212)를 개방하는 매커니즘은 베이스부(221)와 실질적으로 동일하다. 도 6a에서 베이스부(221)의 1사분면과 대응되게 배치되는 출구(212)는 개방된다.

이제 도 6b를 참조하면, 도 6b는 베이스부(221)의 제2면(221b)을 바라본 것이다. 제2면(221b)은 제2스퍼기어(252)와 결합되는 부분이다. 제2면(221b)에는 제2스퍼기어(252)와 결합되기 위한 홈(226a, 226b)이 형성된다. 홈(226a, 226b)은 제2스퍼기어(252)의 돌기(252a, 252b, 도 4 참조)에 대응되며, 밸브(200)의 조립 시 돌기(252a, 252b)는 베이스부(221)의 홈(226a, 226b)에 삽입된다.

밸브 패드(220)는 형상의 변형을 방지하기 위한 변형 방지부(225a, 225b)를 구비한다. 변형 방지부(225a, 225b)는 제2면(221b)으로부터 제1면(221a)쪽으로 리세스되어 형성된다. 특히 변형 방지부(225a, 225b)는 돌출부(222a, 222b, 222c)의 두께에 의한 변형을 방지하도록 돌출부(222a, 222b, 222c)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 도 6a와 도 6b를 비교해 보면 변형 방지부(225a, 225b)는 제2부분(222b)과 제3부분(222c)에 대응되는 것을 알 수 있다.

밸브 패드(220)는 사출에 의해 형성될 수 있다. 밸브 패드(220)의 지름은 일반적으로 1cm 이하이며, 이와 같이 작은 크기의 밸브 패드(220)에 복잡한 형상의 돌출부(222a, 222b, 222c)가 형성되면, 그 두께로 인하여 사출 이후에 형상의 변형이 발생할 수 있다. 밸브 패드(220)의 형상이 변형되면 출구(212)를 개폐하는 역할을 제대로 수행할 수 없으므로 냉매의 누설에 의한 냉동 사이클 장치의 이상 동작을 유발하게 된다. 변형 방지부(225a, 225b)가 돌출부(222a, 222b, 222c)와 대응되는 위치에 형성되면 밸브 패드(220)의 변형을 방지할 수 있고, 냉동 사이클 장치의 이상 동작을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 밸브(200)를 이용하여 구현되는 모드를 설명하기 위한 챠트다.

챠트에서 가로축은 스테핑 모터의 스텝을 가리킨다. 원점(0)으로부터 200스텝까지가 밸브 패드(220)의 1회전에 대응되므로, 1스텝은 1.8°의 회전각도에 대응될 수 있다. 따라서 200스텝에서는 360°의 회전을 하고 원점으로 돌아오게 된다.

챠트에서 세로축은 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)의 개폐상태를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 원점에서 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)는 모두 닫혀있다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 4스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220, 도 5 참조)는 4스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 되고, 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 닫히는 전폐모드가 구현된다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 34스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220)는 34스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 그리고 밸브 패드(220)의 회전에 의해 제2출구(212b)가 막히며 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 개방되는 제2모드가 구현된다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 54스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220)는 54스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 그리고 밸브 패드(220)의 회전에 의해 제1출구(212a)와 제2출구(212b)가 막히며 제3출구(212c)가 개방되는 제1모드가 구현된다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 94스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220)는 94스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 그리고 밸브 패드(220)의 회전에 의해 제1출구(212a)가 막히며 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 개방되는 제2모드가 구현된다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 124스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220)는 124스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 그리고 밸브 패드(220)의 회전에 의해 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 막히며 제2출구(212b)가 개방되는 제1모드가 구현된다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 154스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220)는 154스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 그리고 밸브 패드(220)의 회전에 의해 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 개방되는 제3모드가 구현된다.

스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 184스텝으로 전환되면, 밸브 패드(220)는 184스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 그리고 밸브 패드(220)의 회전에 의해 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 막히고 제1출구(212a)가 개방되는 제1모드가 구현된다.

도 7을 참조하면, 밸브 패드(220)는 회전각도에 따라 전폐모드, 제1모드, 제2모드 및 제3모드 중 어느 하나를 선택적으로 구현한다. 도 7은 밸브 패드(220)의 1회전 시 구현되는 모드들을 나타낸 것이다. 따라서 밸브 패드(220)는 원점에서 다시 원점으로 1회전 시 2회의 전폐모드, 3회의 서로 구분되는 제1모드, 2회의 서로 구분되는 제2모드 및 회의 제3모드를 구현한다.

전폐모드는 밸브 패드(220)의 회전에 따라 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 모두 막는 모드다. 전폐모드에서는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 막혀 있으므로, 냉매의 유동은 밸브(200)에서 차단된다. 따라서 제1 내지 제3출구관(212a', 212b', 212c')으로 냉매가 공급되지 않는다.

제1모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 어느 두 출구(212a, 212b, 212c 중 두 출구)를 막는 모드다. 돌출부(222a, 222b, 222c)에 의해 막힌 두 출구(212a, 212b, 212c 중 두 출구)를 제외한 나머지 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 두 출구를 제외한 나머지 하나의 출구)는 개방된다. 출구(212a, 212b, 212c)는 3개이므로, 제1모드는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 어느 것이 개방되고 어느 것이 막히느냐에 따라 3개의 서로 다른 제1모드로 구분될 수 있다. 예를 들어 제1출구(212a)와 제2출구(212b)가 막히고 제3출구(212c)가 개방되는 제1모드, 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 막히고 제2출구(212b)가 개방되는 제1모드, 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 막히고 제1출구(212a)가 개방되는 제1모드는 서로 구분된다.

이해의 편의를 위하여 각각의 제1모드를 서로 구분하여 명명한다.

제1출구(212a)와 제2출구(212b)가 막히고 제3출구(212c)가 개방되는 모드는 제1-1모드로 명명한다. 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 막히고 제2출구(212b)가 개방되는 모드는 제1-2모드로 명명한다. 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 막히고 제1출구(212a)가 개방되는 모드는 제1-3모드로 명명한다. 단순히 제1모드라고 한다면 상기 제1-1모드, 제1-2모드 및 제1-3모드를 모두 가리킨다. 다만, 이러한 명명은 설명의 편의를 위한 것일 뿐 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.

제1모드에서는 개방된 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나)로만 냉매가 배출되며, 나머지 두 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나를 제외한 나머지 두 출구)로는 냉매가 배출되지 않는다.

제2모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 어느 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나)를 막는 모드다. 돌출부(222a, 222b, 222c)에 의해 막힌 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나)를 제외한 나머지 두 출구(212a, 212b, 212c 중 어느 하나를 제외한 나머지 두 출구)는 개방된다. 출구(212a, 212b, 212c)는 3개이므로, 제2모드는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c) 중 어느 것이 개방되고 어느 것이 막히느냐에 따라 3개의 서로 다른 제2모드로 구분될 수 있다. 예를 들어 제1출구(212a)가 막히고 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 개방되는 제2모드, 제2출구(212b)가 막히고 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 개방되는 제2모드, 제3출구(212c)가 막히고 제1출구(212a)와 제2출구(212b)가 개방되는 제2모드는 서로 구분된다.

여기서도 이해의 편의를 위하여 각각의 제2모드를 서로 구분하여 명명한다.

제1출구(212a)가 막히고 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 개방되는 모드는 제2-1모드로 명명한다. 제2출구(212b)가 막히고 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 개방되는 모드는 제2-2모드로 명명한다. 제3출구(212c)가 막히고 제1출구(212a)와 제2출구(212b)가 개방되는 모드는 제2-3모드로 명명한다. 또한 여기서도 단순히 제2모드라고 한다면 상기 제2-1모드, 제2-2모드 및 제2-3모드를 모두 가리킬 수 있으나 제2-3모드를 제외할 수 있다. 이러한 명명은 설명의 편의를 위한 것일 뿐 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.

제2모드에서는 개방된 두 출구(212a, 212b, 212c 중 두 출구)로 냉매가 배출되며, 나머지 하나의 출구(212a, 212b, 212c 중 나머지 하나의 출구)로는 냉매가 배출되지 않는다.

제3모드는 돌출부(222a, 222b, 222c)가 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)를 모두 막지 않는 모드다. 제3모드에서는 모든 출구(212a, 212b, 212c)가 개방되어 있으므로, 냉매는 모든 출구(212a, 212b, 212c)로 배출된다. 제1모드 및 제2모드와 달리 제3모드에는 서로 구분되는 모드가 존재하지 않고, 이는 전폐모드도 마찬가지다. 이를테면, 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 막히거나 모두 개방되는 경우의 수는 1가지이다.

도 7을 참조하면, 밸브 패드(220)는 원점에서 다시 원점으로 1회전 시 전폐모드, 어느 하나의 제2모드, 어느 하나의 제1모드, 다른 하나의 제2모드, 다른 하나의 제1모드, 제3모드, 또 다른 하나의 제1모드 및 전폐모드를 순차적으로 구현한다.

더욱 자세하게 설명하면, 밸브 패드(220)는 1회전 시, 전폐모드, 제2-2모드, 제1-1모드, 제2-1모드, 제1-2모드, 제3모드, 제1-3모드 및 전폐모드를 순차적으로 구현한다. 밸브 패드(220)가 회전을 시작할 때와 회전을 마칠 때 원점에서의 전폐모드는 서로 같은 것이므로, 밸브 패드(220)는 총 7개의 서로 다른 모드들을 구현할 수 있다.

밸브 패드(220)에 의해 구현되는 각 모드는 반드시 순차적으로 구현되어야 하는 것은 아니며, 냉동 사이클 장치에서 요구하는 모드가 선택적으로 구현될 수 있다.

도 8a 내지 8h는 본 발명의 밸브(200)에 의해 구현되는 서로 다른 모드에서 밸브 패드(220)의 상태를 보인 개념도다.

도 8a 내지 도 8h는 도 5에 도시된 밸브(200)의 아래에서 위를 향해 바라본 것이다. 다만 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)의 개폐 상태와 밸브 패드(220)의 회전각도에 대한 명확한 이해를 위해 불필요한 구성요소들(이를 테면 플레이트(202) 등)은 제외하고 도시하였다.

도 8a 내지 도 8h에서는 공통적으로 출구관(212a', 212b', 212c')과 출구(212a, 212b, 212c)는 고정되어 있으며, 밸브 패드(220)만 회전하게 된다. 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)는 각각 제1 내지 제3출구관(212a', 212b', 212c')에 대응된다. 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)는 밸브 패드(220)의 일 회전방향을 따라 차례로 배열된다. 도시된 바에 의하면 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)는 시계 방향을 따라 배열된다. 밸브 패드(220)의 회전각도에 따라 구현되는 모드가 달라지며, 도 8a부터 도 8h까지의 도면을 순서대로 보면 밸브 패드(220)는 반시계 방향으로 회전한다. 도 8a 내지 도 8h의 도면은 도 7에 도시된 챠트와 대응되므로, 각 모드에서 도 7을 참조하면 더욱 쉽게 이해할 수 있다.

먼저 도 8a를 보면, 밸브 패드(220)는 원점에서의 상태를 나타낸다. 원점에서 제1 내지 제3부분(222c)은 각각 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)와 대응되게 배치된다. 따라서 원점에서 모든 출구(212a, 212b, 212c)는 닫혀 있다.

다음으로 도 8b은, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 4스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8b를 도 8a와 비교하면 밸브 패드(220)는 원점에서 시계방향을 따라 4스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1 내지 제3부분(222a, 222b, 222c)은 각각 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)와 대응되게 배치된다. 따라서 4스텝에서는 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 닫히는 전폐모드가 구현된다.

도 8c는, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 34스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8c를 도 8b와 비교하면 밸브 패드(220)는 4스텝에서 시계방향을 따라 34스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1출구(212a)는 리세스부(223)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제2출구(212b)는 제2부분(222b)과 제3부분(222c)의 사이에 배치되어 닫힌다. 제2부분(222b)과 제3부분(222c)은 돌출된 상태로 서로 연결되어 있기 때문이다. 제3출구(212c)는 베이스부(221)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제2출구(212b)가 닫히고 제1출구(212a)와 제3출구(212c)가 개방되어 있으므로, 34스텝에서는 제2모드가 구현되며 구체적으로는 제2-2모드가 구현된다.

도 8d는, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 54스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8d를 도 8c와 비교하면 밸브 패드(220)는 34스텝에서 시계방향을 따라 54스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1출구(212a)는 제2부분(222b)과 대응되게 배치되어 닫힌다. 제2출구(212b)는 제3부분(222c)과 대응되게 배치되어 닫힌다. 제3출구(212c)는 베이스부(221)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제1출구(212a)와 제2출구(212b)가 닫히고 제3출구(212c)가 개방되어 있으므로, 54스텝에서는 제1모드가 구현되며 구체적으로는 제1-1모드가 구현된다.

도 8e는, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 94스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8e를 도 8d와 비교하면 밸브 패드(220)는 54스텝에서 시계방향을 따라 94스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1출구(212a)는 제2부분(222b)과 제3부분(222c)의 사이에 배치되어 닫힌다. 제2부분(222b)과 제3부분(222c)은 돌출된 상태로 서로 연결되어 있기 때문이다. 제2출구(212b)과 제3출구(212c)는 베이스부(221)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제1출구(212a)가 닫히고 제2출구(212b)와 제3출구(212c)가 개방되어 있으므로, 94스텝에서는 제2모드가 구현되며 구체적으로는 제2-1모드가 구현된다.

도 8f는, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 124스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8f를 도 8e와 비교하면 밸브 패드(220)는 94스텝에서 시계방향을 따라 124스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1출구(212a)는 제3부분(222c)과 대응되게 배치되어 닫힌다. 제2출구(212b)는 리세스부(223)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제3출구(212c)는 제1부분(222a)과 대응되게 배치되어 닫힌다. 제1출구(212a)과 제3출구(212c)가 닫히고 제2출구(212b)가 개방되어 있으므로 124스텝에서는 제1모드가 구현되며 구체적으로는 제1-2모드가 구현된다.

도 8g는, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 154스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8g를 도 8f와 비교하면 밸브 패드(220)는 124스텝에서 시계방향을 따라 154스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1출구(212a)와 제2출구(212b)는 베이스부(221)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제3출구(212c)는 리세스부(223)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제1 내지 제3출구(212a, 212b, 212c)가 모두 개방되어 있으므로 154스텝에서는 제3모드가 구현된다.

도 8h는, 스테핑 모터에 인가되는 펄스에 변화를 주어 184스텝으로 전환되었을 때 밸브 패드(220)의 상태를 나타낸 것이다. 도 8h를 도 8g와 비교하면 밸브 패드(220)는 154스텝에서 시계방향을 따라 184스텝에 대응되는 회전각도로 회전하게 된다. 제1출구(212a)는 베이스부(221)와 대응되게 배치되어 개방된다. 제2출구(212b)는 제1부분(222a)과 대응되게 배치되어 닫힌다. 제3출구(212c)는 제2부분(222b)과 대응되게 배치되어 닫힌다. 제2출구(212b)과 제3출구(212c)가 닫히고 제1출구(212a)가 개방되므로 184스텝에서는 제1모드가 구현되며 구체적으로는 제1-3모드가 구현된다.

종래의 기술 중에는 2개의 밸브 패드를 각각 기어에 결합하여 구동하는 밸브가 있었다. 그러나 이 기술은 기어 간의 치간 간격 및 패드에 인가되는 마찰력에 의해 밸브가 구동하지 않는 문제가 있었다. 또한 이 기술은 2개의 기어가 밸브 케이스의 내부에 설치되어야 하므로 협소한 공간에 적용될 수 없는 문제도 있었다.

이에 반해 본 발명은 하나의 밸브 패드를 이용하므로 치간 간격이나 마찰력의 문제가 발생하지 않으며, 협소한 공간에도 충분히 적용될 수 있는 장점이 있다.

또한 종래의 기술 중에는 슬라이더의 구멍과 연통로를 일치시켜 냉매의 유로를 형성하는 구조의 밸브가 있었다. 그러나 이 기술은 연통로 형상의 치수에 따라 작동 위치가 결정되므로 치수의 문제가 있을 때 정확한 제어가 어렵고 다양한 모드를 구현하기에는 한계가 있었다.

이에 반해 본 발명은 하나의 밸브 패드를 이용하여 7개의 모드를 구현할 수 있으며, 정확한 제어가 가능한 장점이 있다.

이상에서 설명된 밸브 및 이를 구비하는 냉동 사이클 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (15)

1. 제1출구, 제2출구 및 제3출구로 냉매를 분배하도록, 회전에 의해 상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구를 선택적으로 개폐시키는 밸브 패드를 포함하고,
   상기 밸브 패드는,
   상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구를 마주보도록 배치되는 베이스부; 및
   상기 밸브 패드의 회전에 따라 상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구 중 적어도 하나를 막도록 상기 베이스부로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고,
   상기 밸브 패드는, 회전에 따라 상기 돌출부가 상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구를 모두 막는 전폐모드, 어느 두 출구를 막는 제1모드, 어느 하나의 출구를 막는 제2모드 및 상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구를 모두 막지 않는 제3모드를 선택적으로 구현하도록 이루어지고,
   상기 돌출부는, 상기 베이스부의 중심을 원점으로 하여 서로 다른 사분면에 형성되고 상기 전폐모드에서 각각 상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구를 막는 제1부분, 제2부분 및 제3부분을 구비하며,
   상기 제1출구, 제2출구 및 제3출구는 상기 전폐모드에서 상기 제1부분, 제2부분 및 제3부분에 대응되도록 각각 서로 다른 사분면에 배치되고,
   상기 밸브 패드는 상기 제1부분과 제2부분 사이에 형성되는 리세스부를 포함하며,
   상기 제2부분과 제3부분은 원주 방향을 따라 사분면의 경계를 넘어 상기 베이스부에서 돌출된 상태로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1부분, 제2부분 및 제3부분은 상기 밸브 패드의 일 회전방향을 따라 차례로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 베이스부는,
   상기 돌출부가 형성되는 제1면; 및
   상기 제1면의 반대편에 형성되는 제2면을 구비하고,
   상기 밸브 패드는 형상의 변형을 방지하도록 상기 제2면에서 제1면쪽으로 리세스되어 형성되는 변형 방지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브.
6. 제5항에 있어서,
   상기 변형 방지부는 상기 돌출부의 두께에 의한 변형을 방지하도록 상기 돌출부와 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
7. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 패드는 회전각도에 따라 상기 전폐모드, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드 중 어느 하나를 선택적으로 구현하는 것을 특징으로 하는 밸브.
8. 제7항에 있어서,
   상기 밸브 패드는 상기 제1 내지 제3출구 중 어느 것이 개폐되었는지에 의해 서로 구분되는 7개의 모드 중 어느 하나를 선택적으로 구현하는 것을 특징으로 하는 밸브.
9. 제7항에 있어서,
   상기 밸브 패드는 1회전 시, 2회의 상기 전폐모드, 3회의 서로 구분되는 제1모드, 2회의 서로 구분되는 제2모드 및 1회의 상기 제3모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 밸브.
10. 제7항에 있어서,
    상기 밸브 패드에 의해 구현되는 상기 제1모드는 상기 제1 내지 제3출구 중 개폐되는 출구에 따라 구별되는 3개의 제1모드를 포함하고,
    상기 밸브 패드에 의해 구현되는 상기 제2모드는 상기 제1 내지 제3출구 중 개폐되는 출구에 따라 구별되는 2개의 제2모드를 포함하며,
    상기 밸브 패드는 1회전 시 상기 전폐모드, 어느 하나의 제2모드, 어느 하나의 1모드, 다른 하나의 제2모드, 다른 하나의 제1모드, 상기 제3모드, 또 다른 하나의 제1모드 및 상기 전폐모드를 순차적으로 구현하는 것을 특징으로 하는 밸브.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3출구는 상기 밸브 패드의 일 회전방향을 따라 차례로 배열되고,
    상기 밸브 패드는 상기 일 회전방향의 반대방향으로 1회전 시,
    상기 제1 내지 제3출구를 모두 막는 상기 전폐모드;
    상기 제2출구를 막고, 상기 제1 및 제3출구를 개방시키는 제2모드;
    상기 제1 및 제2출구를 막고, 상기 제3출구를 개방시키는 제1모드;
    상기 제1출구를 막고, 상기 제2 및 제3출구를 개방시키는 제2모드;
    상기 제1 및 제3출구를 막고, 상기 제2출구를 개방시키는 제1모드;
    상기 제1 내지 제3출구를 모두 개방시키는 상기 제3모드;
    상기 제2 및 제3출구를 막고, 상기 제1출구를 개방시키는 제1모드; 및
    상기 제1 내지 제3출구를 모두 막는 상기 전폐모드를 순차적으로 구현하는 것을 특징으로 하는 밸브.
12. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는,
    케이스의 내부에 배치되고, 상기 케이스의 외부에 배치되는 스테이터와의 전자기기적인 상호 작용에 의해 회전하도록 이루어지는 로터;
    상기 로터로부터 회전력을 제공받도록 형성되고, 상기 로터와 동일한 제1샤프트를 중심으로 회전하는 제1스퍼기어;
    상기 제1스퍼기어와 맞물려 회전하도록 상기 제1스퍼기어의 일측에 배치되는 제2스퍼기어; 및
    상기 제1 내지 제3 출구를 지지하도록 형성되는 보스를 더 포함하고,
    상기 밸브 패드는 상기 제2스퍼기어와 상기 보스 사이에 배치되어 상기 제2스퍼기어와 동일한 제2샤프트를 중심으로 회전하고, 상기 제2스퍼기어로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하면서 상기 제1 내지 제3 출구를 선택적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 밸브.
13. 제12항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 케이스에 의해 지지되도록 이루어지며, 상기 제1스퍼기어를 지지하도록 상기 케이스와 상기 제1스퍼기어 사이에 배치되는 제1리프스프링; 및
    상기 케이스의 의해 지지되도록 이루어지며, 상기 밸브 패드를 상기 보스에 밀착시키도록 상기 제2스퍼기어를 상기 밸브 패드 쪽으로 가압하는 제2리프스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
14. 제13항에 있어서,
    상기 밸브 패드는 상기 제2스퍼기어를 마주하는 부분에 홈을 구비하고,
    상기 제2스퍼기어는 상기 밸브 패드와 결합 가능하도록 상기 홈에 삽입되는 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브.
15. 제1항, 제3항 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.
    

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