KR102055980B1 - 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고압용 냉매 압력센서와 저압용 냉매 압력센서 기능을 구비한 복합센서를 제작하고 이와 연계되도록 팽창밸브를 구현함으로써 간소화 및 경량화에 따른 비용절감과 통합형 구조로 효율이 증대하도록 한 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치에 관한 것으로, 냉매의 유량을 제어하는 전자식 팽창밸브(110); 상기 팽창밸브(110)와 복합센서(130)가 장착되며 응축기(20)로부터 유입되는 고압의 냉매와, 상기 팽창밸브(110)에 의해 저압으로 변환되어 증발기(40)로 유출되는 저압의 냉매가 구획되어 상기 복합센서(130)의 고압 및 저압용 유로로 유입되도록 하여주는 연결부(120); 및 상기 연결부(120)로부터 유입되는 고압 및 저압에 대한 압력 및/또는 온도를 각각 측정하는 복합센서(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치{ELECTRIC EXPANSION VALVE HAVING COMBO-SENSOR}
본 발명은 냉동시스템의 전자식 팽창밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압용 냉매 압력센서와 저압용 냉매 압력센서 기능을 구비한 복합센서를 제작하고 이와 연계되도록 팽창밸브를 구현함으로써 간소화 및 경량화에 따른 비용절감과 통합형 구조로 효율이 증대하도록 한 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치에 관한 것이다.
일반적으로 냉동시스템은 압축공정, 응축공정, 팽창공정 및 증발공정을 포함한다.
도 1은 일반적인 차량의 냉동시스템을 보여주는 도면으로, 냉동가전제품의 경우에도 대동소이하다.
따라서 이를 설명하면, 상기 냉동시스템은 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)를 포함한다.
상기 압축기(10)는 유입되는 저압의 냉매가스를 압축하여 고압의 냉매가스로 변환시켜준다.
상기 압축기(10)를 통해 유출되는 고압의 냉매가스는 응축기(20)를 통해 고압의 액체로 응축되며, 이 과정에서 상기 응축기(20)는 외부로 열을 방출한다.
상기 응축기(20)를 통해 유출되는 고압의 냉매액체는 팽창밸브(30)로 진입하고, 상기 팽창밸브(30)는 유입되는 냉매액체의 흐름을 제한하여 압력을 낮추어준다.
상기 팽창밸브(30)를 통해 유출되는 저압의 냉매액체는 증발기(40)로 인입되고, 상기 증발기(40)는 유입되는 냉매액체의 열을 흡수하여 냉각작용을 수행하며 동시에 냉매액체가 기화되어 저압의 냉매가스를 다시 상기 압축기(10)로 보내주는 냉동사이클을 반복 수행하게 된다.
이와 같은 냉동시스템에 있어서, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30) 사이에는 고압 냉매액체의 압력과 온도를 측정하는 제1센서(50)가, 상기 팽창밸브(30)와 증발기(40) 사이에는 저압 냉매액체의 압력과 온도를 측정하는 제2센서(60)가 구비된다.
따라서 상기 제1센서(50) 및 제2센서(60)는 해당 라인에서 각각의 압력과 온도를 검출한 후 ECU(Electronic control unit)(70)로 전달하면 상기 ECU(70)가 입력된 데이터를 반영하여 전자식 팽창밸브(30)의 냉매 흐름량을 최적으로 조절하거나 다른 연동된 제어를 수행하게 된다.
그런데, 이와 같이 구성되는 종래의 냉동시스템은 전자식 팽창밸브(30)의 제어를 위하여 냉매시스템 상에 2개의 센서(50,60)를 사용함으로써, 제작비용이 상승하고 생산시간이 상승되는 문제점이 도출되었다.
특허등록공보 10-1399253, 공개특허공보 10-2015-0091870
본 발명은 상기한 문제점을 해경하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고압용 냉매 압력센서와 저압용 냉매 압력센서 기능을 구비한 복합센서를 제작하고 이와 연계되도록 팽창밸브를 구현함으로써 간소화 및 경량화에 따른 비용절감과 통합형 구조로 효율이 증대하도록 한 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉매의 유량을 제어하는 전자식 팽창밸브; 상기 팽창밸브와 복합센서가 장착되며 응축기로부터 유입되는 고압의 냉매와, 상기 팽창밸브에 의해 저압으로 변환되어 증발기로 유출되는 저압의 냉매가 구획되어 상기 복합센서의 고압 및 저압용 유로로 유입되도록 하여주는 연결부; 및 상기 연결부로부터 유입되는 고압 및 저압에 대한 압력 및/또는 온도를 각각 측정하는 복합센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르자면 상기 연결부는, 본체 상단에는 상기 팽창밸브의 장착부가 결합되는 상단장착공이 형성되고, 일측면 하단에는 복합센서가 장착되는 센서장착공이 형성되고, 타측면에는 응축기와 연결되는 응축기연결관이 장착되는 응축기장착공이 형성되고, 상기 센서장착공의 상단에는 증발기와 연결되는 증발기연결관)이 장착되는 증발기장착공이 형성되고, 상기 증발기장착공과 응축기장착공 사이에 유로가 형성되도록 냉매조절공 및 냉매유입공을 형성하되, 상기 냉매조절공의 일단은 상기 팽창밸브의 니들에 의해 냉매의 유량이 조절되도록 상기 니들 선단부가 인접하도록 구성되고, 상기 센서장착공과 상기 증발기장착공 사이에 유로가 형성되도록 압력감지공을 형성하고, 상기 압력감지공과 냉매조절공 사이에는 관통되도록 끼움공을 형성하되, 상기 끼움공에는 상기 복합센서의 선단부가 밀봉 끼움 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르자면 상기 복합센서는, PCB부와 접속되고 외부 케이블과 접속되는 뚜껑부; 고압에 대한 압력을 검출하는 고압압력센서와, 상기 저압에 대한 압력을 검출하는 저압압력센서와, 상기 고압압력센서로 압력을 인가하는 고압공기유로공과, 상기 저압압력센서로 압력을 인가하는 저압공기유로공을 포함하는 PCB부; 상기 PCB부가 안착되고 상기 뚜껑부와 체결되며, 중앙에 형성되어 유입되는 냉매를 상기 고압공기유로공으로 전송하는 제1냉매유입공과, 측면에 형성되어 유입되는 냉매를 상기 저압공기유로공으로 전송하는 제2냉매유입공과, 연결부와의 연결 시 연결부의 끼움공에 밀봉 삽입 장착되는 선단부를 포함하는 본체부; 및 상기 뚜껑부 및 본체부를 커버하고 상기 연결부의 센서장착공에 체결되는 결합부를 포함하는 하우징부로 구성된 것을 특징으로한다.
또한 본 발명에 따르자면 상기 하우징부가 센서장착공에 장착된 경우, 본체부의 제2냉매유입공의 입구가 압력감지공에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명은 고압용 냉매 압력센서와 저압용 냉매 압력센서 기능을 구비한 복합센서를 제작하고 이와 연계되도록 팽창밸브를 구현함으로써 간소화 및 경량화에 따른 비용절감과 통합형 구조에 따른 효율이 증대하도록 한 장점을 제공한다.
도 1은 종래의 차량용 냉매시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치가 적용되는 냉매시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치의 사시도,
도 4은 상기 도 3의 주요부분의 단면도,
도 5는 상기 도 3의 분해 사시도,
도 6은 상기 도 3의 복합센서의 분해 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치가 적용되는 냉매시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치가 적용되는 냉매시스템은,
압축기(10), 응축기(20) 및 증발기(40)를 포함하고, 상기 응축기(20)와 증발기(40) 사이에 전자식 팽창밸브장치(100)가 개재되며, 상기 전자식 팽창밸브장치(100)는 고압 및 저압에 대한 압력 및/또는 온도를 측정하고 팽창밸브로서의 기능을 수행하게 된다.
또한 상기 전자식 팽창밸브장치(100)는 냉매 사이클 상의 고압 및 저압에 대한 압력 및/또는 온도를 측정하고 이 값을 ECU(70)로 전송하면, 상기 ECU(70)는 유효적절한 개폐 제어신호를 전자식 팽창밸브장치(100)의 팽창밸브(110)로 전송 제어한다.
상기 전자식 팽창밸브장치(100)의 구체적인 구성을 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치의 사시도, 도 4은 상기 도 3의 주요부분의 단면도, 도 5는 상기 도 3의 분해 사시도, 도 6은 상기 도 3의 복합센서의 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 상기 전자식 팽창밸브장치(100)는,
팽창밸브(110), 연결부(120) 및 복합센서(130)를 포함한다.
상기 팽창밸브(110)는 솔레노이드(112)의 구동제어로 니들(111)의 위치를 조절하여 냉매의 유량을 제어하는 전자식 팽창밸브이고, 하부의 장착부(113)가 연결부(120)의 상단장착공(122)에 결합되도록 구성된다.
상기 팽창밸브(110)는 주요 구조는 이미 잘 알려진 기술로 상세설명은 생략하며, 부호 114는 전선 출구이다.
상기 연결부(120)는 상기 팽창밸브(110)와 복합센서(130)가 동시에 장착되는 구성요소로, 본체(121) 상단에는 상기 팽창밸브(110)의 장착부(113)가 결합되는 상단장착공(122)이 형성되고, 일측면 하단에는 복합센서(130)가 장착되는 센서장착공(123)이 형성되고, 타측면에는 응축기(20)와 연결되는 응축기연결관(L1)이 장착되는 응축기장착공(124)이 형성되고, 상기 센서장착공(123)의 상단에는 증발기(40)와 연결되는 증발기연결관(L2)이 장착되는 증발기장착공(125)이 형성되고, 상기 증발기장착공(125)과 응축기장착공(124) 사이에 유로가 형성되도록 냉매조절공(126) 및 냉매유입공(127)을 형성하되, 상기 냉매조절공(126)의 일단은 상기 팽창밸브(110)의 니들(111)에 의해 냉매의 유량이 조절되도록 상기 니들 선단부(111a)가 인접하도록 구성되고, 상기 센서장착공(123)과 상기 증발기장착공(125) 사이에 유로가 형성되도록 압력감지공(128)을 형성하고, 상기 압력감지공(128)과 냉매조절공(126) 사이에는 관통되도록 끼움공(129)이 형성되되, 상기 끼움공(129)에는 상기 복합센서(130)의 선단부(133c)가 밀봉 끼움 되도록 구성된다.
부호 121a는 상기 압력감지공(128) 및 냉매조절공(126)의 일측을 밀봉하는 플러그이다.
상기 복합센서(130)는 고압 및 저압에 대한 압력 및/또는 온도를 측정하는 센서로, 뚜껑부(131), PCB부(132), 본체부(133) 및, 하우징부(134)를 포함한다.
상기 뚜껑부(131)는 상기 PCB부(132)와 접속되는 단자(131a)와, 상기 본체부(133)와 체결되는 체결부(131b)와, 밀폐링(131d)이 끼워지는 홈부(131c)와, 외부 케이블과 접속되는 커넥터부(131e)로 구성된다.
상기 PCB부(132)는 복수개의 압력센서와, 상기 압력센서로 각각 압력을 인가하는 복수개의 공기유로공으로 구성된다.
구체적으로, 상기 압력센서는 고압에 대한 압력을 검출하는 고압압력센서(132a)와, 상기 저압에 대한 압력을 검출하는 저압압력센서(132b)를 포함한다.
상기 공기유로공은 상기 고압압력센서(132a)로 압력을 인가하는 고압공기유로공(132c)과, 상기 저압압력센서(132b)로 압력을 인가하는 저압공기유로공(132d)을 포함한다.
본 발명에 따르자면 상기 압력센서(132a,132b)는 온도센서기능이 추가된 센서로 사용될 수도 있다.
이와 같은 온도센서 가능이 포함된 센서의 경우, 고압과 고온을, 저압과 저온을 각각 감지하게 된다.
부호 132e는 압력센서(132a,132b)를 보호하는 커버이다.
상기 본체부(133)는 상기 PCB부(132)가 안착되고 상기 뚜껑부(131)와 체결되는 구성요소로, 중앙에 형성되어 유입되는 냉매를 상기 고압공기유로공(132c)으로 전송하는 제1냉매유입공(133a)과, 측면에 형성되어 유입되는 냉매를 상기 저압공기유로공(132d)으로 전송하는 제2냉매유입공(133b)과, 연결부(120)와의 연결 시 연결부(120)의 끼움공(129)에 밀봉 삽입 장착되는 선단부(133c)와, 상기 뚜껑부(131)와 체결되는 체결부(133d)를 포함한다.
상기 하우징부(134)는 상기 뚜껑부(131) 및 본체부(133)를 커버하고 상기 연결부(120)의 센서장착공(123)에 장착되는 구성요소로, 상기 센서장착공(123)에 체결되는 결합부(134a)를 포함하고, 상기 하우징부(134)가 센서장착공(123)에 장착된 경우, 상기 본체부(133)의 제2냉매유입공(133b)의 입구가 압력감지공(128)에 위치되도록 구성된다.
미설명 부호, 133d, 134b는 밀폐링이다.
또한 본 발명에 따르자면 상기 복합센서(130)는 수소연료 차량의 연료 압력센서의 밸브에 적용 가능하도록 사용할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치의 작용을 설명한다.
먼저, 연결부(120)의 상단장착공(122)에 전자팽창밸브(110)의 장착부(113)를 삽입 연결하고, 센서결합공(123)에 복합센서(130)의 하우징부 결합부(134a)를 체결하여 준다.
이때 복합센서(130)의 본체부 선단부(133c)는 연결부(120)의 끼움공(129)에 삽입 장착된다.
그런 다음, 연결부(120)의 응축기장착공(124)에 응축기 연결관(L1)을 장착 연결하고, 증발기장착공(125)에 증발기 연결관(L2)을 장착 연결한다.
그런 다음, 상기 전자팽창밸브(110) 및 상기 복합센서(130)와 ECU(70) 사이에 전원케이블을 연결하고, 전원을 인가하고 냉동사이클의 구동을 개시한다.
따라서 응축기(20)으로부터 유출되는 고압의 냉매액체는 연결관(L1)을 거쳐 응축기장착공(124)으로 유입되고, 냉매유입공(127) 및 냉매조절공(126)을 통하고 증발기장착공(125)을 거쳐 연결관(L2)을 통해 증발기(40)로 유출된다.
이때 상기 냉매유입공(127) 및 냉매조절공(126)으로 유입되는 고압의 냉매액체는 상기 냉매조절공(126)의 상단에 위치한 팽창밸브(110)의 니들 선단부(111a)에 의해 유량이 제한되어 압력은 떨어지고 온도는 상승하게 되는 저압의 냉매액체로 변환된 후 증발기장착공(125)을 거쳐 증발기(40)로 빠겨나가게 된다.
이와 같은 팽창밸브를 통한 에너지 변환 동작에 있어서, 상기 냉매유입공(127) 및 냉매조절공(126)을 통해 유입되는 고압의 냉매액체는 복합센서(130)의 선단부(133c)에 부딪치게 되어 본체부(133)의 제1냉매유입공(133a)을 통해 유입되고 다시 PCB부(132)의 고압공기유로공(132c)을 거쳐 고압압력센서(132a)로 전달되어 진다.
따라서 상기 고압압력센서(132a)는 상기 응축기(20)로부터 유입되는 고압의 냉매액체에 대한 현재의 압력과 온도(필요 시)를 검출하게 되고, 검출된 값을 ECU(70)로 전송하여 준다.
또한 상기 냉매조절공(126) 및 니들 선단부(111a)를 통과한 저압의 냉매액체는 압력감지공(128)을 통해 복합센서(130)의 제2냉매유입공(133b)으로 유입되고 다시 PCB부(132)의 저압공기유로공(132d)을 거쳐 저압압력센서(132b)로 전달되어 진다.
따라서 상기 저압압력센서(132b)는 상기 증발기(40)로 유출되는 저압의 냉매액체에 대한 현재의 압력과 온도(필요 시)를 검출하게 되고, 검출된 값을 ECU(70)로 전송하여 준다.
상기 ECU(70)는 상기 복합센서(130)로부터 입력되는 냉매 사이클 상의 고압 및 저압에 대한 압력 및/또는 온도값을 수신 받아, 팽창밸브(110)가 최적의 제어를 수행하도록 노즐(111) 선단부(111a)를 통한 개폐량을 조절하는 제어신호를 팽창밸브(110)로 전송하여 주는 것이다.
따라서 본 발명은 고압용 냉매 압력센서와 저압용 냉매 압력센서 기능을 구비한 복합센서를 제작하고 이와 연계되도록 팽창밸브를 구현함으로써 간소화 및 경량화에 따른 비용절감과 통합형 구조로 효율이 증대하도록 한 장점을 제공하는 것이다.
100: 전자식 팽창밸브장치 110: 팽창밸브
111: 니들 111a: 선단부
120: 연결부 121: 본체
122: 상부장착공 123: 센서장착공
124: 응축기장착공 125: 증발기장착공
126: 냉매조절공 127: 냉매유입공
128: 압력감지공 129: 끼움공
130: 복합센서 131: 뚜껑부
132: PCB부 132a: 고압압력센서
132b: 저압압력센서 132c: 고압공기유로공
132d: 저압공기유로공 133: 본체부
133a: 제1냉매유입공 133b: 제2냉매유입공
134: 하우징부 134a: 결합부

Claims (4)

  1. 냉매의 유량을 제어하는 전자식 팽창밸브(110);
    본체(121) 상단에는 상기 전자식 팽창밸브(110)의 장착부(113)가 결합되는 상단장착공(122)이 형성되고, 일측면 하단에는 복합센서(130)가 장착되는 센서장착공(123)이 형성되고, 타측면에는 응축기(20)와 연결되는 응축기연결관(L1)이 장착되는 응축기장착공(124)이 형성되고, 상기 센서장착공(123)의 상단에는 증발기(40)와 연결되는 증발기연결관(L2)이 장착되는 증발기장착공(125)이 형성되고, 상기 증발기장착공(125)과 응축기장착공(124) 사이에 유로가 형성되도록 냉매조절공(126) 및 냉매유입공(127)을 형성하되, 상기 냉매조절공(126)의 일단은 상기 팽창밸브(110)의 니들(111)에 의해 냉매의 유량이 조절되도록 상기 니들 선단부(111a)가 인접하도록 구성되고, 상기 센서장착공(123)과 상기 증발기장착공(125) 사이에 유로가 형성되도록 압력감지공(128)을 형성하고, 상기 압력감지공(128)과 냉매조절공(126) 사이에는 관통되도록 끼움공(129)을 형성하되, 상기 끼움공(129)에는 상기 복합센서(130)의 선단부(133c)가 밀봉 끼움 되도록 구성된 연결부(120); 및
    PCB부(132)와 접속되고 외부 케이블과 접속되는 뚜껑부(131)와; 고압에 대한 압력을 검출하는 고압압력센서(132a)와, 저압에 대한 압력을 검출하는 저압압력센서(132b)와, 상기 고압압력센서(132a)로 압력을 인가하는 고압공기유로공(132c)과, 상기 저압압력센서(132b)로 압력을 인가하는 저압공기유로공(132d)을 포함하는 PCB부(132)와; 상기 PCB부(132)가 안착되고 상기 뚜껑부(131)와 체결되며, 중앙에 형성되어 유입되는 냉매를 상기 고압공기유로공(132c)으로 전송하는 제1냉매유입공(133a)과, 측면에 형성되어 유입되는 냉매를 상기 저압공기유로공(132d)으로 전송하는 제2냉매유입공(133b)과, 연결부(120)와의 연결 시 연결부(120)의 끼움공(129)에 밀봉 삽입 장착되는 선단부(133c)를 포함하는 본체부(133)와; 상기 뚜껑부(131) 및 본체부(133)를 커버하고 상기 연결부(120)의 센서장착공(123)에 체결되는 결합부(134a)를 포함하는 하우징부(134)로 구성된 복합센서(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징부(134)가 센서장착공(123)에 장착된 경우, 본체부(133)의 제2냉매유입공(133b)의 입구가 압력감지공(128)에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 복합센서를 구비한 전자식 팽창밸브장치.
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