KR102004539B1

KR102004539B1 - 팽창 밸브

Info

Publication number: KR102004539B1
Application number: KR1020120136856A
Authority: KR
Inventors: 다케시 가네코
Original assignee: 가부시키가이샤 테지케
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2019-07-26
Also published as: KR20130060154A

Abstract

본 발명은 배관 접속용 포트를 보디의 인접하는 2개의 측면에 각각 마련하는 타입의 팽창 밸브에 관한 것으로, 파워 엘리먼트에 있어서의 감온 에러를 방지 또는 억제한다. 팽창 밸브(1)에서는, 저압 통로(제3통로(20) 및 제4통로(22))가 마련되는 단면 위치에 있어서, 전후의 폭(W1)이 좌우의 폭(W2)보다 커지도록 형성되고, 제4통로(22)가 제3통로(20)보다 길어지도록 구성되어 있다. 제3통로(20)는 그 선단이 제4통로(22) 내에 머물도록 형성되어 있다. 한편, 제4통로(22)는 그 선단이 제3통로(20)를 넘도록 형성되어 있다.

Description

팽창 밸브{EXPANSION VALVE}

본 발명은 팽창 밸브에 관한 것으로서, 특히 냉동 사이클에 마련되어 증발기에 송출하는 냉매의 유량을 제어하는 팽창 밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조장치의 냉동 사이클에는 일반적으로, 순환하는 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 냉매를 응축하는 응축기, 응축된 냉매를 기액으로 분리하는 리시버, 분리된 액냉매를 교축 팽창시켜 안개 형태로 하여 송출하는 팽창 밸브, 그 안개 형태의 냉매를 증발시켜 그 증발 잠열을 이용하여 차량 실내의 공기를 냉각하는 증발기가 마련되어 있다.

팽창 밸브로서는, 증발기로부터 도출된 냉매가 소정의 과열도를 갖도록, 예를 들면 증발기 출구에 있어서의 냉매의 온도 및 압력을 감지하여 밸브부를 개폐하고, 증발기에 송출하는 냉매의 유량을 제어하는 온도식 팽창 밸브가 사용된다. 이 팽창 밸브의 보디에는, 리시버로부터 증발기로 향하는 냉매를 통과시키는 제1통로와, 증발기로부터 되돌아온 냉매를 통과시켜 압축기에 도출하는 제2통로가 형성되어 있다. 그 제1통로에는, 증발기로 향하는 냉매의 유량을 조정하는 밸브부가 마련되어 있다. 보디의 단부에는, 제2통로를 흐르는 냉매의 온도 및 압력을 감지하여 밸브부의 개방도를 제어하는 파워 엘리먼트(power element)가 마련되어 있다.

이와 같은 팽창 밸브는, 차량의 엔진룸과 차량 실내를 구획하는 격벽 등에 설치되고, 플레이트 형상의 연결 수단을 통해 복수의 배관이 접속된다. 즉, 제1통로의 입구 포트에는 리시버로부터 연장되는 배관이 접속되고, 출구 포트에는 증발기로 향하는 배관이 접속된다. 또한, 제2통로의 입구 포트에는 증발기로 연장되는 배관이 접속되고, 출구 포트에는 압축기로 향하는 배관이 접속된다.

일반적인 팽창 밸브는 각주 형상의 보디를 구비하고, 그 제1통로의 입구 포트가 마련된 측면에 제2통로의 출구 포트가 마련되고, 그 반대측의 측면에 제1통로의 출구 포트와 제2통로의 입구 포트가 마련되어 있다. 즉, 제1통로 및 제2통로가 거의 일방향으로 연장되도록 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 엔진룸 등의 설치 스페이스에 제약이 있는 경우, 팽창 밸브의 장착 구조에 문제가 발생할 가능성이 있었다. 예를 들면, 팽창 밸브로서는, 증발기에 접속되는 배관의 방향과, 리시버 및 압축기에 접속되는 배관의 방향을 직교시키는 배치 구성을 취하는 경우에는, 어느 한 측의 배관을 도중에서 굽힐 필요가 발생한다. 그 경우, 배관을 굽히기 위한 스페이스도 여분으로 필요하게 된다.

이와 같은 경우에 대처하기 위해, 제1 및 제2통로의 각 포트를 보디의 인접하는 2개의 측면에 마련하고, 각 배관을 서로 직각이 되는 방향으로 접속할 수 있도록 한 팽창 밸브도 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이에 의해, 배관을 굽히는 복잡한 공정을 거치지 않고, 한정된 설치 스페이스에 팽창 밸브 및 배관 등을 설치할 수 있게 된다.

일본국 특허출원공개 2001-241808호 공보

그러나, 이와 같이 보디에 대해 직각 방향으로 배관을 접속하는 타입의 팽창 밸브는, 일반적인 팽창 밸브에 비해 통로의 형상이 복잡해지기 때문에, 냉매의 흐름도 흐트러지기 쉬워진다. 특히 통로의 교차부에 있어서는 냉매가 그 흐름을 방향 전환해야 하기 때문에, 냉매의 반사에 의해 흐름 방향의 흐트러짐이 발생하거나, 국소적으로 냉매의 정체가 발생할 가능성도 있다. 한편, 이와 같은 팽창 밸브에 있어서 냉매 유량을 적절히 제어하기 위해서는, 파워 엘리먼트에 의해 증발기 출구의 냉매 온도를 정확하게 감지하는 것이 필요하지만, 이와 같은 통로 구성이 이를 어렵게 하는 요인이 될 수도 있다.

즉, 이와 같은 팽창 밸브는 일반적으로, 엔진룸과 차량 실내의 경계부에 설치되기 때문에, 예를 들면 응축기의 방열에 의해 가열된 공기가 팬에 의해 열풍으로 되어 파워 엘리먼트에 와닿는 등, 외부 분위기의 온도 영향을 받기 쉽다. 또한, 리시버로부터 제1통로에 도입되는 고온 냉매는 밸브부를 거치는 것에 의해 저온으로 변화되지만, 그 고온 냉매에 의해 가열된 입구 포트의 열이 보디를 통해 제2통로를 걸치는 형태로 파워 엘리먼트에 전달되기 때문에, 그 열전도의 영향도 무시할 수 없다.

특히, 제2통로에 교차부를 구비함으로 인해 냉매의 흐름이 흐트러지는 구성에 있어서는, 증발기로부터 되돌아오는 저온 냉매의 흐름에 의해 파워 엘리먼트 주변의 열전도를 억제하는 등의 효과도 작아지는 것에 의해 생각된다. 그 결과, 파워 엘리먼트가, 그 외부 분위기의 온도나 열전도에 의한 온도마저 감지해버려, 증발기 출구의 냉매 온도를 정확하게 감지할 수 없게 될 가능성이 있다. 그 결과, 감온(感溫) 에러가 발생하고, 증발기 출구의 과열도를 적정하게 제어할 수 없게 되는 것에 의한 냉각력의 저하나, 밸브부가 제어와 관계없이 개폐를 반복하는 헌팅을 발생시키는 가능성이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위하여, 배관 접속용 포트를 보디의 인접하는 2개의 측면에 각각 마련하는 타입의 팽창 밸브에 있어서, 파워 엘리먼트에 있어서의 감온 에러를 방지 또는 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 팽창 밸브는, 냉동 사이클에 마련되어, 외부 열교환기를 거쳐 유입된 냉매를 내부의 밸브부를 통과시키는 것에 의해 교축 팽창시켜 증발기에 공급하고, 증발기로부터 되돌아온 냉매의 압력과 온도를 감지하여 밸브부의 개방도를 제어하고, 그 냉매를 압축기를 향해 도출하는 팽창 밸브에 있어서, 제1측면 내지 제4측면이 차례로 인접하는 각주(角柱) 형상의 보디와; 제1측면에 개구되고, 외부 열교환기로부터의 냉매를 도입하기 위한 제1통로와; 제2측면에 개구되고, 제1통로와 밸브부를 통해 접속되어, 밸브부를 거친 냉매를 증발기에 도출하기 위한 제2통로와; 제2측면에 개구되고, 증발기로부터 되돌아오는 냉매를 도입하기 위한 제3통로와; 제1측면에 개구되고, 제3통로와 접속되어 보디 내에서 직각으로 구부러지는 저압 통로를 형성하고, 압축기를 향해 냉매를 도출하기 위한 제4통로와; 보디의 저압 통로에 대해 제1통로와는 반대측에 마련되고, 저압 통로를 흐르는 냉매의 온도와 압력을 감지하여 동작하고, 저압 통로를 횡단하는 작동 로드를 통해 밸브부의 개방도를 조정하는 파워 엘리먼트를 구비한다.

제3통로는, 제2측면에서 제4측면을 향해 관통되지 않고 뚫린 제1구멍으로 이루어지고, 그 제1구멍의 선단이 제4통로 내에 머물도록 형성되고, 제4통로는, 제1측면에서 제3측면을 향해 관통되지 않고 뚫린 제2구멍으로 이루어지고, 그 제2구멍의 선단이 제3통로를 넘도록 형성되어 있다.

이 태양에 의하면, 각주 형상의 보디에 있어서 제1측면에 개구되는 제1통로가 외부 열교환기에 연결되고, 제4통로가 압축기에 연결되는 한편, 제2측면에 개구되는 제2통로가 증발기의 입구에 연결되고, 제3통로가 증발기의 출구에 연결된다. 이 때문에, 엔진룸에 대해 제3측면과 제4측면이 상대적으로 크게 노출되어 그 고온 환경에 노출되는데, 제4측면에 평행한 제4통로가 제3통로와의 교차부를 넘을 정도로 길고, 제3측면에 근접한 위치까지 연장되도록 형성된다. 이 때문에, 제4통로를 흐르는 저온의 냉매에 의해 제3측면 및 제4측면의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 제1통로에 고온의 냉매가 도입되기 때문에, 그 열이 보디를 통해 파워 엘리먼트 쪽에도 전도되는데, 제1통로와 파워 엘리먼트 사이에 제4통로를 크게 형성하는 것에 의해 상대적으로 전열 경로를 작게 하여, 그 열전도를 억제할 수 있다. 그 결과, 파워 엘리먼트가 외부 환경이나 열전도에 의한 영향을 쉽게 받지않게 되어, 그 감온 에러를 방지 또는 억제할 수 있게 된다.

한편, 제3통로에 대해서는 그 선단이 제4통로 내에 머물도록 하고, 저압 통로에 있어서 직각으로 구부러지는 모서리부의 형상을 비교적 매끄럽게 하는 것에 의해, 제3통로의 입구로부터 제4통로의 출구를 향하는 냉매의 흐름을 안정시킬 수 있다. 그 결과, 저압 통로를 흐르는 저온의 냉매에 의한 보디의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 배관 접속용 포트를 보디의 인접하는 2개의 측면에 각각 마련하는 타입의 팽창 밸브에 있어서, 파워 엘리먼트에 있어서의 감온 에러를 방지 또는 억제할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 팽창 밸브의 정면도이다.
도 2는 팽창 밸브의 우측면도이다.
도 3은 팽창 밸브의 좌측면도이다.
도 4는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 6은 도 1의 C-C선 단면도이다.
도 7은 실시형태의 작용 효과를 검증하기 위해 진행한 확인 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서는 편의상, 도시 상태를 기준으로 각 구조의 위치 관계를 표현하는 경우가 있다.

본 실시형태는, 본 발명의 팽창 밸브를 자동차용 공조장치의 냉동 사이클에 적용되는 온도식 팽창 밸브로서 구체화한 것이다. 도 1은 실시형태에 따른 팽창 밸브의 정면도이다. 도 2는 팽창 밸브의 우측면도이다. 도 3은 팽창 밸브의 좌측면도이다.

팽창 밸브(1)는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 소재를 압출 성형하여 얻은 부재에 소정의 절삭 가공을 하여 형성된 보디(2)를 구비한다. 이 보디(2)는 각주 형상으로 되어 있고, 그 내부에는 냉매의 교축 팽창을 수행하는 밸브부가 마련되어 있다. 보디(2)의 길이 방향의 단부에는, 감온부로서 기능하는 파워 엘리먼트(3), 및 이를 외부에서 덮는 커버(4)가 마련되어 있다. 보디(2)는, 그 압출 성형에 의해 하부가 폭이 좁게 형성되어 있다.

보디(2)의 측부에는, 리시버측("외부 열교환기"로서의 응축기측)으로부터 고온·고압의 액냉매를 도입하는 도입 포트(6), 팽창 밸브(1)에 의해 교축 팽창된 저온·저압의 냉매를 증발기를 향해 도출하는 도출 포트(7), 증발기에 의해 증발된 냉매를 도입하는 도입 포트(8), 팽창 밸브(1)를 통과한 냉매를 압축기측으로 도출하는 도출 포트(9)가 마련되어 있다.

즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 보디(2)의 정면("제1측면"에 해당)의 하부에는 도입 포트(6)가 개구되고, 상부에는 도출 포트(9)가 개구되어 있다. 도입 포트(6)와 도출 포트(9) 사이에는, 나사 구멍(10)이 마련되어 있다. 한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 보디(2)의 우측면("제2측면"에 해당)의 하부에는 도출 포트(7)가 개구되고, 상부에는 도입 포트(8)가 개구되어 있다. 또한, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 도출 포트(7)와 도입 포트(8) 사이에는 한쌍의 장착 구멍(12)이 가로 배열로 뚫리고, 보디(2)를 관통하고 있다.

도 4는 도 1의 A-A선 단면도이다. 도 5는 도 2의 B-B선 단면도이다. 도 6은 도 1의 C-C선 단면도이다.

도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 보디(2)에는, 도입 포트(6)에 연통되는 제1통로(14), 도출 포트(7)에 연통되는 제2통로(16), 및 이들을 연결하는 밸브 구멍(18)에 의해 제1냉매 통로가 형성되어 있다. 즉, 제1냉매 통로는, 그 중간부에 마련된 밸브부를 경계로 직각으로 구부러져 있고, 도입 포트(6)로부터 도입된 냉매를 그 밸브부에서 교축 팽창시켜 안개 형태로 하여, 도출 포트(7)로부터 증발기를 향해 도출한다.

한편, 도입 포트(8)에 연통되는 제3통로(20)와 도출 포트(9)에 연통되는 제4통로(22)에 의해 제2냉매 통로("저압 통로"에 해당)가 구성되어 있다. 즉, 제2냉매 통로는, 제3통로(20)와 제4통로(22)의 접속부에서 직각으로 구부러져 있고, 도입 포트(8)로부터 냉매를 도입하여 도출 포트(9)로부터 압축기를 향해 도출한다.

즉, 보디(2)에 있어서의 제1냉매 통로의 중간부에는 밸브 구멍(18)이 마련되어 있다. 이 밸브 구멍(18)의 도입 포트(6)측의 개구단 에지에 의해 밸브 시트(26)가 형성되어 있다. 밸브 시트(26)에 도입 포트(6)측으로부터 마주보도록 볼형상의 밸브체(28)가 배치되어 있다. 보디(2)의 하단부에는, 제1냉매 통로에 직교하도록 내외를 연통시키는 연통구멍(30)이 형성되어 있고, 이 연통구멍(30)을 실링하도록 조절 나사(adjust screw)(32)가 나사 결합되어 있다.

밸브체(28)는 지지 부재(34)에 의해 하방으로부터 지지되어 있고, 그 지지 부재(34)와 조절 나사(32) 사이에는, 밸브체(28)를 잠금 방향으로 가압하는 스프링(36)("가압 부재"로서 기능함)이 마련되어 있다. 조절 나사(32)의 보디(2)로의 삽입량을 조정하는 것에 의해, 스프링(36)의 하중을 조정할 수 있다. 조절 나사(32)와 보디(2) 사이에는, 냉매의 누설을 방지하기 위한 O링(38)이 마련되어 있다.

한편, 보디(2)의 상단부에는, 제2냉매 통로에 직교하도록 내외를 연통시키는 연통구멍(40)이 형성되어 있고, 이 연통구멍(40)을 실링하도록 파워 엘리먼트(3)가 나사 결합되어 있다. 파워 엘리먼트(3)는, 상측 하우징(42)과 하측 하우징(44) 사이에 금속 박판으로 이루어지는 다이어프램(46)을 끼우도록 마련하고, 그 하측 하우징(44)측에 디스크(48)를 배치하여 구성되어 있다. 상측 하우징(42)과 다이어프램(46)에 의해 둘러싸이는 밀폐 공간에는 감온용 가스가 봉입되어 있다. 파워 엘리먼트(3)와 보디(2) 사이에는, 냉매의 누설을 방지하기 위한 O링(50)이 마련되어 있다. 제2냉매 통로를 통과하는 냉매의 압력 및 온도는, 연통구멍(40)과 디스크(48)에 마련된 구멍부 또는 슬릿을 통해 다이어프램(46)의 하면에 전달된다.

보디(2)의 중앙부에는, 제1냉매 통로와 제2냉매 통로를 연결하는 단차를 갖는 구멍(52)이 마련되어 있고, 이 단차를 갖는 구멍(52)의 지름이 작은 부분에는 긴 작동 로드(54)가 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있다. 작동 로드(54)는, 디스크(48)와 밸브체(28) 사이에 마련되어 있다. 이에 의해, 다이어프램(46)의 변위에 의한 구동력이, 디스크(48) 및 작동 로드(54)를 통해 밸브체(28)에 전달되어, 밸브부를 개폐시키도록 되어 있다. 단차를 갖는 구멍(52)의 지름이 큰 부분에는, 작동 로드(54)에 대해 외부로 삽입되도록 실링용 O링(56)이 배치되어, 제1냉매 통로와 제2냉매 통로 사이의 냉매의 누설이 방지되고 있다.

작동 로드(54)의 상반부는, 제2냉매 통로를 가로지르도록 배치된 원통 형상의 홀더(58)에 내부로 삽입되어 있다. 홀더(58)는, 그 하단부가 단차를 갖는 구멍(52)의 지름이 큰 부분에 가압 삽입되어 있고, 그 하부 단면에 의해 O링(56)의 이동을 규제하고 있다. 작동 로드(54)의 상단부는 디스크(48)의 하면에 마련된 오목부에 삽입되면서 맞닿고, 작동 로드(54)의 하단부는 밸브 구멍(18)에 삽입되면서 밸브체(28)에 맞닿아 있다. 홀더(58)와 작동 로드(54) 사이에는, 작동 로드(54)에 소정의 횡방향 하중을 부여하는 스프링(60)이 마련되어 있다. 이 횡방향 하중에 의해, 냉매 압력의 변동에 의한 작동 로드(54)의 진동이 억제된다.

그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 보디(2)는, 제2냉매 통로(제3통로(20) 및 제4통로(22))가 마련되는 단면 위치에 있어서, 전후의 폭(W1)(제1측면과 제3측면의 간격)이, 좌우의 폭(W2)(제2측면과 제4측면의 간격)보다 커지도록 형성되고, 제4통로(22) 쪽이 제3통로(20)보다 길어지도록 구성되어 있다. 작동 로드(54)의 중심축은, 전후 방향의 중앙이면서 좌우 방향의 약간 왼쪽으로 위치한다.

제4통로(22)는, 드릴에 의해 제1측면에서 제3측면을 향해 구멍을 뚫는 것에 의해 형성되지만, 그 구멍의 선단이 제3측면의 근방까지 도달하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 작동 로드(54)의 중심축으로부터 그 구멍의 선단까지의 거리 L2가, 작동 로드(54)의 중심축과 제3측면의 거리 L1의 70% 이상(L2≥0.7L1)이 되도록 형성되어 있다. 도시하는 바와 같이, 제3통로(20)는 그 선단이 제4통로(22) 내에 머물도록 형성되고, 제4통로(22)는 그 선단이 제3통로(20)를 넘도록 형성되어 있다.

이상과 같이 구성된 팽창 밸브(1)는 다음과 같이 제조된다. 즉, 우선 소정의 금형을 이용한 압출 가공에 의해 알루미늄 합금제의 빌렛(billet)이 일방향(즉, 보디(2)의 정면과 배면을 연결하는 방향)으로 압출되고, 보디(2)의 소재가 되는 부재가 그 정면의 윤곽을 따른 형태로 성형된다. 그리고, 그 부재를 압출 방향에 대해 직각 방향으로 절단하는 것에 의해 보디(2)의 반제품이 형성된다. 이 반제품에 대해 피어싱 등의 소정의 절삭 가공을 하는 것에 의해 보디(2)를 얻을 수 있다.

제1냉매 통로 및 제2냉매 통로는, 각각 반제품의 인접하는 측면에 드릴을 이용하여 구멍을 뚫는 것에 의해 형성된다. 특히 제2냉매 통로에 대해서는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 보디(2)의 정면(제1측면)에서 배면(제3측면)을 향해, 예를 들면 선단각이 120도인 드릴을 이용하여 도출 포트(9)와 동축 구멍("제2구멍"에 해당)을 뚫고, 제4통로(22)를 성형한다. 이때, 드릴의 선단이 상술한 깊이가 될 때까지 뚫는다.

그 다음, 보디(2)의 우측면(제2측면)으로부터 좌측면(제4측면)을 향해, 예를 들면 선단각이 120도인 드릴을 이용하여 도입 포트(8)와 동축 구멍("제1구멍"에 해당)을 뚫고, 제3통로(20)를 성형한다. 이때, 드릴의 선단이 제4통로(22) 내에 머무는 정도의 깊이까지 뚫는다. 이에 의해, 저압 통로의 교차부는, 제4통로(22)가 제3통로(20)의 측벽을 관통하지만, 제3통로(20)는 제4통로(22)의 측벽에는 닿지않는 형상이 된다.

팽창 밸브(1)는, 증발기에 연결되는 배관과 도시하지 않는 플레이트를 통해 접속된다. 그 플레이트에는, 보디(2)에 세팅하였을 때 도출 포트(7)에 마주보는 위치와 도입 포트(8)에 마주보는 위치에 지지 구멍이 마련되고, 각 장착 구멍(12)에 마주보는 위치에 나사 구멍이 각각 형성된다. 각 지지 구멍에는 증발기의 입구에 연결되는 배관과 증발기의 출구에 연결되는 배관의 접속 부분이 각각 삽통되어, 탈락하지 않도록 지지된다. 그리고, 각 배관의 선단부를 각각 O링 등의 실링 부재를 통해 도출 포트(7), 도입 포트(8)에 삽입하도록 하여 플레이트와 보디(2)를 맞댄다. 그리고, 긴 볼트를 한쌍의 장착 구멍(12)에 각각 삽입하여 플레이트의 나사 구멍에 나사 결합하는 것에 의해, 플레이트와 보디(2)를 체결한다.

또한, 팽창 밸브(1)는, 리시버에 연결되는 배관 및 압축기에 연결되는 배관과 도시하지 않는 플레이트를 통해 접속된다. 그 플레이트에는, 보디(2)에 세팅하였을 때 도입 포트(6)에 마주보는 위치와 도출 포트(9)에 마주보는 위치에 지지 구멍이 마련되고, 나사 구멍(10)에 마주보는 위치에 삽통 구멍이 마련된다. 각 지지 구멍에는 리시버의 출구에 연결되는 배관과 압축기의 입구에 연결되는 배관의 접속 부분이 각각 삽통되어, 탈락하지 않도록 지지된다. 그리고, 각 배관의 선단부를 각각 O링 등의 실링 부재를 통해 도입 포트(6), 도출 포트(9)에 삽입하도록 하여 플레이트와 보디(2)를 맞댄다. 그리고, 소정의 볼트를 플레이트의 삽통 구멍에 삽통하여 나사 구멍(10)에 나사 결합하는 것에 의해, 플레이트와 보디(2)를 체결한다.

이상과 같이 구성된 팽창 밸브(1)는, 증발기로부터 도입 포트(8)를 통해 되돌아온 냉매의 압력 및 온도를 파워 엘리먼트(3)가 감지하여 그 다이어프램(46)이 변위한다. 이 다이어프램(46)의 변위가 구동력이 되어, 디스크(48) 및 작동 로드(54)를 통해 밸브체(28)에 전달되어 밸브부를 개폐시킨다. 한편, 리시버로부터 공급된 액냉매는, 도입 포트(6)로부터 도입되어, 밸브체(28) 및 밸브 시트(26)로 이루어지는 밸브부를 통과하는 것에 의해 교축 팽창되어, 저온·저압의 안개 형태의 냉매가 된다. 그 냉매는 도출 포트(7)로부터 증발기를 향해 도출된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 팽창 밸브(1)에서는, 각주 형상의 보디(2)의 정면(제1측면)에 개구되는 제1통로(14)가 리시버(응축기측)에 연결되고, 제4통로(22)가 압축기에 연결되는 한편, 우측면(제2측면)에 개구되는 제2통로(16)가 증발기의 입구에 연결되고, 제3통로(20)가 증발기의 출구에 연결된다. 이 때문에, 엔진룸에 대해 배면(제3측면)과 좌측면(제4측면)이 상대적으로 크게 노출되고, 그 고온 환경에 노출되는데, 도 6에 나타낸 바와 같이, 좌측면(제4측면)에 평행한 제4통로(22)가 비교적 길어지도록 형성된다. 또한, 배면(제3측면)에 대해 상대적으로 가까운 위치까지 제4통로(22)가 형성된다.

이 때문에, 제4통로(22)를 흐르는 저온의 냉매에 의해 배면과 좌측면의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1통로(14)에는 응축기측으로부터의 고온의 냉매가 도입되기 때문에, 그 열이 보디(2)를 통해 파워 엘리먼트(3) 쪽에도 전도되는데, 제1통로(14)와 파워 엘리먼트(3) 사이에 제4통로(22)를 크게 구성하는 것에 의해 전열 경로를 작게 하여, 그 열전도를 억제할 수 있다. 그 결과, 파워 엘리먼트(3)가 외부 환경이나 열전도에 의한 영향을 쉽게 받지않게 되어, 그 감온 에러를 방지 또는 억제할 수 있다.

도 7은 실시형태의 작용 효과를 검증하기 위해 진행한 확인 시험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7의 횡축은 제4통로(22)를 형성하는 구멍의 깊이를 나타내고(도 6 참조), 구체적으로는 작동 로드(54)의 중심축으로부터 그 구멍의 선단까지의 거리 L2를, 작동 로드(54)의 중심축과 보디(2)의 배면(제3측면)의 거리 L1에 대한 비율로 나타낸 것이다. 도 7의 종축 중의 하나는 파워 엘리먼트(3) 부근의 보디(2)의 온도("보디 온도"라고 한다) Tb(℃)를 나타내고, 다른 하나는 증발기 출구측의 냉매 온도의 진동(즉, 헌팅) ΔTe(℃)을 나타내고 있다.

즉, 여기서는 제4통로(22)의 구멍 깊이가 헌팅 억제에 미치는 영향을 확인하기 위한 시험을 한 결과를 나타낸다. 또, 시험 조건으로서, 팽창 밸브(1)의 주위 온도 Ta를 80℃, 증발기의 출구측의 설정 냉매 온도 Te를 10℃, 압축기의 설정 회전수를 780rpm으로 했다. 이 시험 조건은, 실제 차량에서 문제가 되고 있는 아이들링(idling) 시의 시험 조건을 재현한 것이다. 아이들링 시는 주행풍이 없기 때문에, 팽창 밸브의 주위 온도가 엔진룸의 온도와 실질적으로 동일해지고, 팽창 밸브의 성능을 유지하기 위해서는 가장 가혹해진다. 즉, 이 가혹한 조건에 있어서 팽창 밸브의 성능을 유지하는 것이 요구된다.

따라서, 이 조건에서의 본 실시형태의 유효성에 대해 확인 시험을 했다. 그 결과 도시한 바와 같이, 깊이 비율 L2/L1이 50% 이상이 되면, 보디 온도 Tb가 크게 저하되고, 헌팅 ΔTe도 현저하게 감소했다. 특히 깊이 비율 L2/L1이 70% 이상이 되면, 보디 온도 Tb가 거의 수렴되고, 헌팅 ΔTe도 거의 제로가 되는 것을 알 수 있다. 또, 도시한 바와 같이, 깊이 비율 L2/L1이 95%를 넘으면, 구멍 선단과 배면(제3측면) 사이에 형성되는 보디(2)의 두께가 작고, 가공의 편차도 고려하면, 내압적으로 문제가 생길 가능성이 있다. 한편, 깊이 비율 L2/L1이 42% 이하이면 구멍 선단이 제3통로(20)를 넘지 않게 된다.

이상의 시험 결과로부터, 제4통로(22)는, 그 구멍 선단이 작동 로드(54)의 중심축으로부터 보디(2)의 제3측면을 향해, 깊이 비율 L2/L1이 50% 이상이면서 95% 이하가 되는 깊이에 위치하도록 하면 양호한 효과를 얻을 수 있음을 알았다. 또한, 그 깊이 비율 L2/L1이 70% 이상이면서 95% 이하가 되도록 하면, 더욱 현저한 효과를 얻을 수 있음을 알았다.

이상, 본 발명이 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이상의 특정 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

상기 실시형태에 있어서는, 팽창 밸브(1)를, 외부 열교환기로서 응축기를 구비하는 냉동 사이클에 적용하는 예를 제시했지만, 외부 열교환기로서 가스 쿨러를 구비하는 냉동 사이클에 적용해도 좋은 것은 물론이다.

1: 팽창 밸브
2: 보디
3: 파워 엘리먼트
6: 도입 포트
7, 8, 9: 도출 포트
10: 나사 구멍
12: 장착 구멍
14: 제1통로
16: 제2통로
18: 밸브 구멍
20: 제3통로
22: 제4통로
26: 밸브 시트
28: 밸브체
46: 다이어프램
54: 작동 로드

Claims

냉동 사이클에 마련되어, 외부 열교환기를 거쳐 유입된 냉매를 밸브체와 밸브 시트로 이루어지는 내부의 밸브부를 통과시키는 것에 의해 교축 팽창시켜 증발기에 공급하고, 상기 증발기로부터 되돌아온 냉매의 압력과 온도를 감지하여 상기 밸브부의 개방도를 제어하고, 그 냉매를 압축기를 향해 도출하는 팽창 밸브에 있어서,
제1측면 내지 제4측면이 차례로 인접하는 각주(角柱) 형상의 보디;
상기 제1측면에 개구되고, 상기 외부 열교환기로부터의 냉매를 도입하기 위한 제1통로;
상기 제2측면에 개구되고, 상기 제1통로와 상기 밸브부를 통해 접속되어, 상기 밸브부를 거친 냉매를 상기 증발기에 도출하기 위한 제2통로;
상기 제2측면에 개구되고, 상기 증발기로부터 되돌아오는 냉매를 도입하기 위한 제3통로;
상기 제1측면에 개구되고, 상기 제3통로와 접속되어 상기 보디 내에서 직각으로 구부러지는 저압 통로를 형성하고, 상기 압축기를 향해 냉매를 도출하기 위한 제4통로; 및
상기 보디의 상기 저압 통로에 대해 상기 제1통로와는 반대측에 마련되고, 상기 저압 통로를 흐르는 냉매의 온도와 압력을 감지하여 동작하고, 상기 저압 통로를 횡단하는 작동 로드를 통해 상기 밸브부의 개방도를 조정하는 파워 엘리먼트(power element)
를 포함하고,
상기 제3통로는, 상기 제2측면에서 상기 제4측면을 향해 관통되지 않고 뚫린 제1구멍으로 이루어지고, 그 제1구멍의 선단이 상기 제4통로 내에 머물도록 형성되고,
상기 제4통로는, 상기 제1측면에서 상기 제3측면을 향해 관통되지 않고 뚫린 제2구멍으로 이루어지고, 그 제2구멍의 선단이 상기 제3통로를 넘도록 형성되고,
상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제3측면을 향해, 상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제2구멍의 선단까지의 거리가, 상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제3측면까지의 거리의 70% 이상이 되는 깊이에 도달하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
냉동 사이클에 마련되어, 외부 열교환기를 거쳐 유입된 냉매를 밸브체와 밸브 시트로 이루어지는 내부의 밸브부를 통과시키는 것에 의해 교축 팽창시켜 증발기에 공급하고, 상기 증발기로부터 되돌아온 냉매의 압력과 온도를 감지하여 상기 밸브부의 개방도를 제어하고, 그 냉매를 압축기를 향해 도출하는 팽창 밸브에 있어서,
제1측면 내지 제4측면이 차례로 인접하는 각주(角柱) 형상의 보디;
상기 제1측면에 개구되고, 상기 외부 열교환기로부터의 냉매를 도입하기 위한 제1통로;
상기 제2측면에 개구되고, 상기 제1통로와 상기 밸브부를 통해 접속되어, 상기 밸브부를 거친 냉매를 상기 증발기에 도출하기 위한 제2통로;
상기 제2측면에 개구되고, 상기 증발기로부터 되돌아오는 냉매를 도입하기 위한 제3통로;
상기 제1측면에 개구되고, 상기 제3통로와 접속되어 상기 보디 내에서 직각으로 구부러지는 저압 통로를 형성하고, 상기 압축기를 향해 냉매를 도출하기 위한 제4통로; 및
상기 보디의 상기 저압 통로에 대해 상기 제1통로와는 반대측에 마련되고, 상기 저압 통로를 흐르는 냉매의 온도와 압력을 감지하여 동작하고, 상기 저압 통로를 횡단하는 작동 로드를 통해 상기 밸브부의 개방도를 조정하는 파워 엘리먼트(power element)
를 포함하고,
상기 제3통로는, 상기 제2측면에서 상기 제4측면을 향해 관통되지 않고 뚫린 제1구멍으로 이루어지고, 그 제1구멍의 선단이 상기 제4통로 내에 머물도록 형성되고,
상기 제4통로는, 상기 제1측면에서 상기 제3측면을 향해 관통되지 않고 뚫린 제2구멍으로 이루어지고, 그 제2구멍의 선단이 상기 제3통로를 넘도록 형성되고,
상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제3측면을 향해, 상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제2구멍의 선단까지의 거리가, 상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제3측면까지의 거리의 50% 이상이면서 95% 이하가 되는 깊이에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제2항에 있어서,
상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제3측면을 향해, 상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제2구멍의 선단까지의 거리가, 상기 작동 로드의 중심축으로부터 상기 제3측면까지의 거리의 70% 이상이면서 95% 이하가 되는 깊이에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1구멍 및 상기 제2구멍이 드릴에 의해 뚫리고, 그 뚫는 깊이를 조정하는 것에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
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