KR102322552B1 - 냉난방용 비례제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방용 유량제어밸브는 유체가 유입되는 유입구 및 유체가 유출되는 유출구가 형성되고, 내부에 제1유동홀이 형성된 격벽이 구비되는 하우징, 설정온도에 따라 상기 제1유동홀로 유입되는 유체의 유량을 제어하는 제1밸브유닛 및 설정온도에 따라 상기 제1유동홀로 유동하는 유체의 유량을 제어하는 제2밸브유닛을 포함한다.

Description

냉난방용 비례제어밸브{Flow Control Valve for Cooling and Heating}

본 발명은 냉방 및 난방을 위한 유체가 유동하는 열교환장치에 사용되는 냉난방 겸용 유량제어밸브에 관한 것이다.

일반적으로 아파트, 사무실 또는 영업공간 등에 냉난방시스템으로 사용하는 팬코일 유닛, 칠드빔 등의 열 사용 유닛은 온수 또는 냉수 유입관과 유입된 온수 또는 냉수가 펜코일 유닛의 라지에이터를 거처 나오는 환수구가 있으며, 환수구에는 유량을 제어하는 밸브가 장착되어 있는 경우와 없는 경우가 있다. 유량을 조절하는 밸브가 있는 경우에는 실내온도 설정에 따라 밸브가 자동으로 작동되어 흐르는 열매체의 유량을 조절한다. 기존의 펜코일 유닛 등에 사용되는 밸브는 환수구로 나오는 열매체의 유량을 제어하는 밸브로서 공급된 냉온수가 최대한의 열효율을 위해 냉방시에는 최대한으로 흡열하여 설정된 높은 온도로 복귀하고, 난방시에는 최대한으로 방열하여 설정된 낮은 온도로 복귀하여야 하는 기능이 결여되어 있다 하겠다.

이런 문제를 해결하기 위한 종래기술로 특허 제10-1491044호 스마트 난방밸브(SMART HEATING VALVE)가 있다.

그러나 상기 특허는 난방 시 난방온수의 온도가 올라가는 것을 감지하여 유량을 줄이는 난방용 자동유량조절 즉 온도 상승시에 따른 비례제어 기능만 수행하므로 난방용으로만 사용할 수 있다는 한계가 있다.

또 다른 예는 실내에 설치되어 있는 룸 콘트롤러를 이용하여 실내 공기온도를 감지하고, 설정온도와 실제 온도차를 이용하여 차이가 큰 경우에는 밸브유량을 증가시키고, 온도차가 적은 경우에는 단계별로 밸브유량 줄이는 기능을 하는 밸브도 있으나 펜코일 유닛 출구의 열매체 온도를 직접 감지하여 실시간 제어하지 못하므로 효율성이 떨어지는 문제가 있다 하겠다.

대한민국 등록특허 제10-1491044호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 간단한 구조로 냉난방시 유체의 비례제어기능을 수행할 수 있는 일체화된 냉난방용 유량제어밸브를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 냉난방용 유량제어밸브는 유체가 유입되는 유입구 및 유체가 유출되는 유출구가 형성되고, 내부에 제1유동홀이 형성된 격벽이 구비되는 하우징, 설정온도에 따라 상기 제1유동홀로 유입되는 유체의 유량을 제어하는 제1밸브유닛 및 설정온도에 따라 상기 제1유동홀로 유동하는 유체의 유량을 제어하는 제2밸브유닛을 포함한다.

상기 제1밸브유닛은 난방시 설정온도 이상에서 유체의 유량을 저감시키고, 상기 제2밸브유닛은 냉방시 설정온도 이하에서 유체의 유량을 저감시키도록 형성될 수 있다.

상기 제1밸브유닛은 내부에 난방시 설정온도에 따라서 팽창을 하는 왁스가 구비된 제1실린더를 포함하고, 상기 제1밸브유닛은 내부에 냉방시 설정온도에 따라서 팽창을 하는 왁스가 구비된 제2실린더를 포함하며, 상기 제1실린더 및 상기 제2실린더는 유체의 이동방향을 기준으로 서로 반대방향으로 배치될 수 있다.

제1밸브유닛은, 유체가 유동하는 제2유동홀 및 제3유동홀이 형성된 제1열작동밸브 가이드, 내부에 왁스가 채워지고, 왁스의 팽창에 따라 이동하면서 상기 제3유동홀을 선택적으로 차폐하는 제1실린더 및 일단이 상기 제1실린더에 이동 가능하도록 삽입되는 제1피스톤을 포함하는 제1열작동밸브 및 상기 제1열작동밸브에 구비되어 실린더에 복원력을 인가하는 제1탄성부를 포함할 수 있다.

상기 제2밸브유닛은 상기 유입구 또는 유출구 중 적어도 하나에 구비되고, 유체가 유동할 수 있는 유로가 형성된 밸브하우징, 상기 밸브하우징을 유동하는 유체가 유동하는 제4유동홀, 제5유동홀 및 제2고정부가 형성된 제2열작동밸브 가이드, 일단이 상기 고정부에 위치하는 제2피스톤 및 상기 제2피스톤의 타단이 이동 가능하도록 삽입되며 내부에 왁스가 채워지는 제2실린더를 포함하는 제2열작동밸브, 상기 밸브하우징에 구비되고, 유체가 유동하는 제6유동홀이 형성되고 및 상기 제2실린더의 타단이 삽입되는 관통홀이 형성되는 가이드부재 및 상기 열작동밸브에 구비되어 실린더에 복원력을 인가하는 탄성부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유량제어밸브는 아래와 같은 효과가 있다.

첫째, 간단한 하우징의 구조 및 2개의 밸브유닛의 효과적인 배치를 통하여 간단하게 냉난방시 유동량 조절이 가능하다는 장점이 있다.

둘째, 전체 유량조절밸브가 하나의 모듈 형태로 구성되어 배관에 설치 및 분리가 간편하다는 장점이 있다.

셋째, 각 밸브유닛의 개별 분리가 가능하여 어느 하나의 교체 등이 용이하다는 장점이 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 제1실시예의 유량제어밸브의 사시도;
도2는 본 발명의 제1실시예의 하우징의 단면을 나타내는 도면;
도3은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 분해사시도;
도4은 본 발명의 제1실시예의 제1밸브유닛 주요 구성의 분해사시도;
도5는 본 발명의 제1실시예의 제1밸브유닛의 저온시 사시도;
도6은 본 발명의 제1실시예의 제1밸브유닛의 고온시 사시도;
도7은 본 발명의 제1실시예의 제2밸브유닛 주요 구성의 분해사시도;
도8는 본 발명의 제1실시예의 제2밸브유닛의 저온시 사시도;
도9은 본 발명의 제1실시예의 제2밸브유닛의 고온시 사시도;
도10은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 냉방시 고온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도11은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 냉방시 저온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도12은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 난방시 저온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도13은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 난방시 고온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도14는 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브를 사용하는 경우 유체의 온도에 따른 유량을 설명하기 위한 그래프;
도15는 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브가 열교환기의 출수단에 설치된 상태를 나타내는 도면
도16은 본 발명의 제2실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 사시도;
도17은 본 발명의 제2실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 분해사시도;
도18은 본 발명의 제2실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 냉방시 고온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도19은 본 발명의 제2실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 냉방시 저온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도20은 본 발명의 제2실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 난방시 저온유체의 흐름을 나타내는 단면도;
도21은 본 발명의 제2실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 난방시 고온유체의 흐름을 나타내는 단면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

제1실시예

도1은 본 발명의 제1실시예의 유량제어밸브의 사시도이고, 도2는 본 발명의 제1실시예의 하우징의 단면을 나타내는 도면이다.

도1및 도2를 참조하면, 본 실시예의 유량제어밸브(100)은 하우징(110), 제1밸브유닛(120), 제2밸브유닛(130) 및 제3밸브유닛(140)을 포함한다.

하우징(110)은 유체가 유입되는 유입구(111) 및 유체가 유출되는 유출구(112)가 형성된다. 그리고 하우징(110)의 내부에는 하우징 내부의 공간을 제1공간(S1) 및 제2공간(S2)로 구획하는 격벽(113)이 형성되고, 격벽(113)에는 제1유동홀(114)이 형성된다.

격벽(113)은 다양한 형태로 형성되어 하우징(110) 내부의 공간을 제1공간(S1) 및 제2공간(S2)로 구획할 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 제3밸브유닛(140)의 개폐부(141)가 상, 하 이동하면서 제1유동홀(114)를 차폐하도록 형성되므로 격벽(113)의 일부는 수평면을 가지도록 형성될 수 있을 것이다. 그리고 제1유동홀(114)는 수평면에 형성되게 된다.

하우징(110)에는 제1결합홀(115) 및 제2결합홀(116)이 형성되고, 제1결합홀(115)는 제1밸브유닛(120)이 하우징(110)에 결합되면서 차폐되고, 제2결합홀(116)는 제3밸브유닛(140)이 하우징(110)에 결합되면서 차폐된다.

제3밸브유닛(140)는 제1유동홀(114)를 개폐하는 구성이다. 제3밸브유닛(140)은 제1유동홀(114)를 개폐하는 다양한 종류의 밸브가 구비될 수 있을 것이다. 구체적으로 본 실시예에서의 제3밸브유닛(140)은 상, 하 이동하면서 제1유동홀(114)를 차폐하는 개폐부(141)를 포함하고, 개폐부(141)의 구동을 위한 동력원은 제한이 없다.

도3은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 분해사시도, 도4은 본 발명의 제1실시예의 제1밸브유닛 주요 구성의 분해사시도이고, 도5는 본 발명의 제1실시예의 제1밸브유닛의 저온시 사시도, 도6은 본 발명의 제1실시예의 제1밸브유닛의 고온시 사시도이다.

도 3 내지 도6을을 참조하면, 제1밸브유닛(120)은 하우징(110)의 제1결합홀(115)에 결합되어 제1유동홀(114)를 유동하는 유체의 유량을 제어한다.

구체적으로 제1밸브유닛(110)은 밸브커버(121), 제1열작동밸브(123), 제1열작동밸브 가이드(124), 제1탄성부(125)를 포함한다.

밸브커버(121)는 제1결합홀(115)에 결합되어 제1결합홀을 차폐하는 기능을 수행한다. 그리고 밸브커버(121)는 제1열작동밸브(123)의 제1피스톤(123a)의 타단을 지지하는 기능을 수행하고, 본 실시예에서는 제1피스톤(123a)의 타단이 삽입되는 홈(121a)이 형성된다.

제1열작동밸브(123)는 제1피스톤(123a) 및 제1실린더(123b)를 포함한다.

제1피스톤(123a)는 일단이 밸브커버(121)에 형성됨 홈(121a)에 삽입되어 고정된다.

제1실린더(123b)의 내부에는 왁스가 채워진다. 그리고 제1실린더(123b)의 일단에는 삽입홀이 형성되고, 제1피스톤(123a)의 일단이 이동 가능하게 삽입된다. 한편, 제1피스톤(123a)의 타단이 밸브커버(121)의 홈 (121a)에 고정됨에 따라, 온도의 따른 왁스의 부피변화에 따라 상대적으로 실린더(123b)가 이동을 하게 된다.

그리고 제1실린더(123b)의 타단은 후술하는 제2유동홀(124a)에 삽입될 수 있는 크기로 형성될 것이다. 따라서 제1실린더(123b)의 둘레를 유동하는 유체의 온도가 높은 경우 왁스가 팽창하고, 이에 제1실린더(123b)가 제2유동홀(124a)에 삽입되어 제2유동홀(124a)를 적어도 일부를 차폐하게 된다. 그리고 제1실린더(123b)의 둘레를 유동하는 유체의 온도가 낮은 경우 왁스는 수축을 하게 되고, 제1실린더(123b)는 제1탄성부(125)에 의하여 원래의 위치로 복귀를 하여 제2유동홀(124a)는 개방되게 된다.

한편 제1실린더(123b)에는 제1실린더에 복원력을 제공하는 탄성부(125)의 일단과 접촉을 하는 다양한 형태의 고정부가 형성될 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 제1탄성부(125)의 일단이 접촉하도록 제1실린더(123b)보다 외경이 큰 제1단턱부(123c)가 형성된다.

결국 제1열작동밸브(123)는 유동하는 유체의 온도에 따라 선택적으로 제2유동홀(124a)를 선택적으로 차폐하는 기능을 수행하게 된다.

제1열작동밸브 가이드(124)는 제1유동홀(114)에 구비되고, 제1실린더(123b)의 타단이 삽입되면서 유체의 유동이 조절되는 제2유동홀(124a) 및 유체가 유동하는 제3유동홀(124b)가 형성된다. 따라서 상기 설명한 것과 같이 유동하는 유체의 온도에 따라 제1열작동밸브 가이드(124)를 통과하는 유체의 유동량이 변경될 수 있다.

본 발명의 항상 개구된 제3유동홀(124b) 및 제1실린더(123b)의 이동에 따라 개폐가 되는 제2유동홀(124a)이 형성된다는 형태의 제한은 없을 것이다.

본 실시예에서의 제1열작동밸브 가이드(124)는 바디부(124c), 구획부(124d) 및 연결부(124e)를 포함한다.

바디부(124c)는 링 형태로 형성되고, 구획부(124d)는 바디부(124c)보다 작은 크기의 링 형태로 형성된다. 그리고 바디부(124c)의 내부에 위치함에 따라, 바디부(124c)의 내부를 제2유동홀(124a) 및 제3유동홀(124b)로 구획한다. 구체적으로 구획부(124d)의 내부 공간은 제2유동홀(124a)로 정의되고, 바디부(124c) 및 구획부(124d) 사이의 공간은 제3유동홀(124b)로 정의된다.

연결부(124e)는 바디부(124c) 및 구획부(124d)를 연결하여 바디부(124c) 내부에 구획부(124d)를 고정시킨다. 그리고 연결부(124e)는 다수 개가 방사상으로 배치되어 제3유동홀(124b)를 다시 다수 개로 구획할 수 있다.

제1탄성부(125)는 제1열작동밸브(123)에 구비되어 제1실린더(123b)에 복원력을 제공한다. 본 발명에서는 유체의 온도가 높은 경우 제1실린더(123b)가 이동하는 반대방향으로 탄성력을 제공할 수 있다면 형태 및 종류의 제한은 없을 것이다.

본 실시예에서는 제1실린더(123b)의 외주면을 둘러싸는 형태의 코일 스프링이 사용된다. 그리고 제1탄성부(125)는 제1열작동밸브의 단턱부(123c)와 제1열작동밸브 가이드의 구획부(124d)의 상면 사이에 배치되어 제1열작동밸브(123)에 복원력을 제공한다.

도3은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 분해사시도, 도7은 본 발명의 제1실시예의 제2밸브유닛 주요 구성의 분해사시도이고, 도8는 본 발명의 제1실시예의 제2밸브유닛의 저온시 사시도, 도9은 본 발명의 제1실시예의 제2밸브유닛의 고온시 사시도이다.

도 3, 도7 내지 도9를 참조하면, 본 실시예의 제2밸브유닛(130)은 밸브하우징(131), 제2열작동밸브 가이드(132), 제2열작동밸브(133), 가이드부재(134) 및 탄성부(135)를 포함한다.

밸브하우징(131)은 유체가 유동하는 유로가 형성되고, 하우징(110)의 유입구(111) 또는 유출구(112) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 즉 밸브하우징(131)은 유입구(111) 및 유출구(112) 모두에 설치되거나, 유출구(112)에만 설치될 수도 있고, 본 실시예에서는 유입구(111)에 설치된 것을 기준으로 설명한다.

제2열작동밸브 가이드(132)에는 밸브하우징(131)을 유동하는 유체가 유동하는 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)이 형성된다. 제4유동홀(132c)는 후술하는 제2실린더(133b)에 의하여 선택적으로 차폐가 되고, 제5유동홀(132c)로는 항상 유체가 유동을 한다. 따라서 온도에 따른 제2실린더(133b)의 이동에 따라 제2열작동밸브 가이드(132)를 유동하는 유체의 유량이 조절되게 된다.

제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)은 상기와 같이 제2실린더(133b)의 이동에 따라 유량에 조절될 수 있는 다양한 형태가 채택될 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 제4유동홀(132c)는 제2실린더(133b)의 단턱부(133c)에 대응하는 크기로 형성된다. 그리고 제5유동홀(132d)는 제4유동홀(132c)의 외주면 바깥쪽 적어도 일부에 형성되어 제4유동홀(132c)와 연통되도록 형성된다. 따라서 제2실린더(133b)가 이동에 따라 제4유동홀(132c)는 선택적으로 차폐가 되지만, 제5유동홀(132d)는 항상 개구된 상태를 유지하게 된다.

제4유동홀(132c)의 중앙에는 제2피스톤(133a)의 일단이 위치하는 고정부(132a)가 구비되고, 복수 개의 리브(132b)가 고정부(132a)와 제4유동홀(132c)를 연결한다. 본 실시예에서는 도시된 것과 같이 3개의 리브(132b)가 구비되어 제4유동홀(132c)를 3분할하게 된다.

제2열작동밸브(133)은 상기 설명한 제1열작동밸브(123)와 같이 제2피스톤(133a), 제2실린더(133b) 및 제2단턱부(133c)를 포함하고, 전체적인 구조는 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

다만, 제2열작동밸브(133)는 제1열작동밸브(123)과 유체의 유동방향을 기준으로 반대방향으로 각 실린더가 전진하도록 배치될 수 있다. .
따라서 제1열작동밸브(123)에서는 제1실린더(123b) 내부의 왁스의 팽창에 의하여 제1실린더(123b)가 유체의 유동방향으로 이동을 하면서 유체의 유동량을 줄여준다. 이에 반하여 제2열작동밸브(133)에서는 제2실린더(133b) 내부의 왁스의 팽창에 의하여 제2실린더(133b)가 유체의 유동방향과 반대방향으로 이동을 하면서 유체의 유량을 늘려준다. 이와 관련한 구체적인 제1실린더(123) 및 제2실린더(133) 내부의 왁스의 물성, 각 열작동밸브의 유동 방향에 대한 구체적인 내용은 후술한다.

본 실시예에서의 제2열작동밸브(133)의 제2피스톤(133a)의 일단은 제2열작동밸브 가이드(132)의 고정부(132a)에 위치하고, 제2피스톤(133a)의 타단에는 제2실린더(133b)가 이동 가능하도록 결합된다. 제2단턱부(133c)는 제2실린더(133b)의 이동에 따라 제2열작동밸브 가이드(132)의 제4유동홀(132c)를 선택적으로 차폐하면서, 타단은 제2탄성부(135)를 지지한다.

그리고 제2실린더(133b)의 타단은 가이드부재(134)의 관통홀(134b)에 삽입되어 전체 제2열작동밸브(133)을 안정적으로 지지한다.

가이드부재(134)는 밸브하우징(131)에 구비되어 제2열작동밸브(133)를 안정적으로 지지하기 위한 구성이다. 따라서 이동하는 제2실린더(133b)를 안정적으로 지지하기 위하여 제2실린더(133b)의 타단이 삽입되는 관통홀(134b)이 형성되고, 관통홀(134b)의 둘레를 따라 유체가 유동하는 제6유동홀(134c)가 형성된다.

제6유동홀(134c)는 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 가이드부재(134)가 밸브하우징(131)의 내경보다 작은 크기로 형성되고, 가이드부재(134)의 외측에 형성되어 밸브하우징(131)의 내경과 접촉을 하는 3개의 리브(134a)가 구비되고, 3개의 리브(134a)에 의하여 가이드부재(134)의 외측과 밸브하우징(131)의 내경 사이에 3개의 제6유동홀(134c)이 형성된다.

제2탄성부(135)는 제2열작동밸브(133)에 구비되어 제2실린더(133b)에 복원력을 제공한다. 본 발명에서는 유체의 온도가 높은 경우 제2실린더(133b)가 이동하는 반대방향으로 탄성력을 제공할 수 있다면 형태 및 종류의 제한은 없을 것이다.

본 실시예에서는 제2실린더(133b)의 외주면을 둘러싸는 형태의 코일 스프링이 사용된다. 그리고 제2탄성부(135)는 제2열작동밸브의 단턱부(133c)와 가이드부재(134)의 사이에 배치되어 제2열작동밸브(133)에 복원력을 제공한다.

상기 설명한 본 발명의 제1실시예의 구성을 바탕으로 유체의 온도의 변화에 따라 제1밸브유닛(120) 및 제2밸브유닛(130)의 동작 및 이에 따른 유체의 흐름에 대하여 설명한다.

상기 설명한 것과 같이, 제1밸브유닛(120)의 제1실린더(123b) 및 제2밸브유닛(130)의 제2실린더(133b) 내부에는 특정 온도에서 팽창하는 왁스가 구비되고, 왁스의 팽창에 따라 유동하는 유체의 유량이 조절된다.

특히 도15에 도시된 것과 같이 본 발명의 냉난방용 유량제어밸브가 팬코일 유닛과 같은 냉난방을 위한 열교환기의 유출부(2)에 설치되는 경우, 유입부(1)을 통하여 유입되어 열교환을 한 다음 유출부(2)를 통하여 유출되는 유체의 온도에 따라 자동으로 유량을 제어하여 전체 시스템에 열교환 효율을 높일 수 있게 된다.

구체적으로 냉방시 출수 온도가 너무 낮으면, 과냉방이 되고 있으므로 냉방을 위한 유체의 유량이 줄어들도록 동작을 한다. 그리고 난방시, 출수 온도가 너무 높으면, 과난방이 되고 있으므로 유체의 유량이 줄어들도록 동작을 한다.

즉, 제1실린더(123b) 및 제2실린더(133b) 내부의 왁스는 다양한 종류가 선택될 수 있을 것이나, 본 실시예에서는 제1실린더(123b) 내부의 왁스는 난방시 유체의 유량을 조절하고, 제2실린더(133b) 내부의 왁스는 냉방시 유체의 유량을 조절하는 것을 기준으로 설명한다.

도10은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 냉방시 고온유체의 흐름을 나타내는 단면도이다.

도10을 참조하면, 제1밸브유닛(120)에는 난방시 특정온도(예를 들어 50도~60도)에서 팽창을 하는 왁스가 선택된다. 그리고 제2밸브유닛(130)에는 냉방시 특정온도(예를 들어 12도~17도)에서 팽창을 하는 왁스가 선택된다. 이하 난방시 설정온도는 50도~60도 범위이고, 냉방시 설정온도는 12도~17도 범위인 것을 기준으로 설명한다.

따라서 출수하는 유체의 온도가 냉방시 설정온도 이상이 되는 경우 제1실린더(123b) 내부의 왁스는 수축이 된 상태이다. 따라서 제1실린더(123b)는 제1열작동밸브 가이드(124)의 제2유동홀(124a)를 막지 않고, 하부로 이동을 한 상태이다. 즉 유체는 제2유동홀(124a) 및 제3유동홀(124b)를 통하여 제1유동홀(114)로 유입된다.

한편, 제1실린더(123b) 내부의 왁스는 난방시의 설정온도에서 팽창을 하므로 냉방을 위한 유체가 유동을 하는 동안 제1밸브유닛(120)은 개방된 상태를 유지하고, 제2유동홀(123a) 및 제3유동홀(123b)을 통하여 유체가 유동을 할 것이다.

냉방시 출수하는 유체의 온도가 설정온도 이상이 되는 경우 제2밸브유닛(130)에 구비되는 왁스는 팽창을 하게 된다. 즉, 제2실린더(133b)가 우측으로 이동을 하면서 제2열작동밸브 가이드(132)의 제4유동홀(132c)를 개방한다. 이에 따라 유체는 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)를 통하여 유동을 하게 된다.

즉, 냉방을 위한 유체의 온도가 설정 온도 이상이 되는 경우 유입되는 유체가 냉방을 위하여 공급하는 열량이 충분하지 않기 때문에 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)를 통하여 이전에 비하여 보다 많은 양의 유체를 공급하게 된다.

도11은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 냉방시 저온유체의 흐름을 나타내는 단면도이다.

도11을 참조하면, 유체의 온도가 냉방시의 설정온도 이하인 경우, 제1밸브유닛(120)의 제1실린더(123b)의 왁스는 수축을 한 상태이고, 제1열작동밸브 가이드(124)의 제2유동홀(124a)는 개방된 상태이다. 따라서 유체는 제2유동홀(124a) 및 제3유동홀(124b)를 통하여 유동한다.

제2밸브유닛(130)의 제2실린더(133b)의 왁스 역시 수축을 하고, 제2실린더(133b)는 제4유동홀(132c)를 차폐하게 된다. 따라서 유체는 제5유동홀(132d)를 통하여만 유동을 하게 된다.

즉, 냉방을 위한 유체의 온도가 설정 온도 이하가 되는 경우 유입되는 유체가 냉방을 위하여 공급하는 열량이 충분하고, 제5유동홀(132d)를 통하여 보다 작은 양의 유체를 공급하게 된다.

결론적으로 냉방을 위한 유체가 유동을 하는 경우 제1밸브유닛(120)에서는 제2유동홀(124a) 및 제3유동홀(124b)이 항상 열려 있어 항상 일정한 유량이 유동을 하게 된다. 그리고 제2밸브유닛(130)은 유체가 냉방에 충분한 열량을 공급하는 경우 제5유동홀(132d)만 개방하여 유체의 유량을 줄인다. 그리고 유체가 냉방에 충분한 열량을 공급하지 못하는 경우 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)를 개방하여 보다 많은 유체가 유동하도록 한다.

도12은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 난방시 저온유체의 흐름을 나타내는 단면도이다.

도12를 참조하면, 유체의 온도가 난방시 설정온도 이하인 경우, 제1밸브유닛(120)의 제1실린더(123b)의 왁스는 수축을 한 상태이고, 제1열작동밸브 가이드(124)의 제2유동홀(124a)는 개방된 상태이다. 따라서 유체는 제2유동홀(124a) 및 제3유동홀(124b)를 통하여 유동한다.

제2밸브유닛(130)에 구비되는 왁스는 팽창을 한 상태이다. 즉, 제2실린더(133b)가 우측으로 이동을 한 상태이고, 제2열작동밸브 가이드(132)의 제4유동홀(132c)이 개방된 상태이다. 이에 따라 유체는 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)를 통하여 유동을 하게 된다.

한편, 제2실린더(133b) 내부의 왁스는 난방을 위한 고온의 물이 유입되면 팽창을 하고, 제2밸브유닛(130)은 개방된 상태를 유지하며, 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)을 통하여 유체가 유동을 할 것이다.

즉, 난방을 위하여 공급되는 유체의 온도가 설정 온도 이하가 되는 경우, 유입되는 유체가 난방을 위하여 충분한 열량을 공급하고 회수되는 것으로 판단을 한다.

도13은 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브의 난방시 고온유체의 흐름을 나타내는 단면도이다.

도13을 참조하면, 유체의 온도가 난방시 설정온도 이상인 경우, 제1밸브유닛(120)의 제1실린더(123b)의 왁스는 팽창을 하게 된다. 따라서 제1실린더(123b)는 상부로 이동을 하면서 제2유동홀(124a)를 차폐를 하게 된다. 따라서 제3유동홀(124b)을 통하여 유동을 하고, 유체의 유량은 줄어들게 된다.

한편, 이 때 제2밸브유닛(130)은 개방된 상태를 유지하고, 유체는 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)을 통하여 유동을 하게 된다.

즉, 난방을 위하여 공급되는 유체의 온도가 설정 온도 이상이 되는 경우, 유입되는 유체가 난방에 과도한 열량을 공급하고 있는 것으로 판단을 하고, 제1밸브유닛(120)을 유동하는 유체의 유량을 감소시키게 된다.

결론적으로 난방을 위한 유체가 유동을 하는 경우 제2밸브유닛(130)에서는 제4유동홀(132c) 및 제5유동홀(132d)이 항상 열려 있어 항상 일정한 유량이 유동을 하게 된다. 그리고 제1밸브유닛(120)은 유체가 난방에 적절한 열량을 공급하는 경우, 제1밸브유닛(120) 및 제2밸브유닛(130)은 모두 개방되어 적절한 유량을 공급을 한다. 그러나 유체가 난방을 위한 설정온도 이상이 되는 경우, 난방에 과도한 열량이 공급되고 있는 것으로 판단을 하고, 제3유동홀(124b)만 개방하여 유체의 유량을 감소시킨다.

도14는 본 발명의 제1실시예의 냉난방용 유량제어밸브를 사용하는 경우 유체의 온도에 따른 유량을 설명하기 위한 그래프이다.

설명의 편의상 난방을 위한 설정온도는 50도~60도 범위로, 냉방을 위한 설정온도는 12도~17도를 기준으로 설명하지만, 왁스의 선택에 따라 상기 온도의 범위는 변경이 가능할 것이다.

또한, 제1밸브유닛(120) 및 제2밸브유닛(130)의 일부가 폐쇄되는 경우 유량은 70%가 저감되어 30% 유량의 유체가 흐르는 것을 설명한다. 그러나 이 또한 각 구성의 구체적인 크기의 가변에 의하여 변경이 가능할 것이다. 예를 들어 상기 설명에서는 제1실린더(123b)가 제2유동홀(123a)를 차폐하는 것으로 설명을 하였으나, 양자의 크기 및 왁스의 팽창에 따른 이동거리 등에 따라 제2유동홀(123a)의 일부를 차폐하여 유량을 저감시키는 형태로도 구현이 가능할 것이다. 그리고 이는 제2실린더(133b)와 제4유동홀(132c)와의 관계에서도 동일하게 적용이 가능할 것이다.

도14를 참조하면, 냉방시 공간의 냉방을 위하여 찬 유체가 유동을 할 것이다. 찬 유체가 유동을 하면서 공간의 열을 회수를 하고, 온도가 올라간 유체가 냉난방용 유량조절밸브를 통하여 배출이 된다.

이 때 회수되는 유체의 온도가 17도 이상인 경우에는 100%의 유량을 유지를 하지만, 회수되는 유체의 온도가 17도 이하가 되는 경우에는 공간의 냉방에 과도한 유체가 공급이 되는 상태이다.

따라서 이때 제2밸브유닛(130)의 왁스는 수축을 시작을 하게 되고, 유체의 온도가 12도가 되는 경우 왁스는 수축을 완료하고, 제2탄성부(135)에 의하여 제2실린더(133b)가 도면상 좌측으로 이동을 하면서 제4유동홀(132c)를 차폐하게 된다.

따라서 유체의 온도가 12도 이하에서는 최대유량의 70%가 저감되어 30% 유량의 유체가 유동을 하게 된다.

그리고 저감된 유체가 유동을 하다가 공간에 냉방에 충분한 냉열을 공급하지 못하는 상태가 되면 회수되는 유체의 온도는 12도 이상으로 올라가게 된다. 이에 따라 제2밸브유닛(130)의 왁스는 팽창을 시작하게 되고, 다시 유체의 유량이 증가하게 된다. 따라서 공간에 냉방에 충분한 유량의 유체가 공급이 되게 된다.

한편, 난방시 공간의 난방을 위하여 뜨거운 유체가 공급이 되게 된다. 뜨거운 유체는 공간에 열을 공급을 하고, 온도가 떨어진 상태에서 냉난방 유량조절밸브로 유입이 된다.

이 때 회수되는 유체의 온도가 50도 이하인 경우에는 100%의 유량을 유지를 하지만, 회수되는 유체의 온도가 50도 이상이 되는 경우에는 공간의 난방에 과도한 유체가 공급이 되는 상태이다.

따라서 이때 제1밸브유닛(120)의 왁스는 팽창을 시작을 하게 되고, 유체의 온도가 60도가 되는 경우에는 왁스는 팽창을 완료하게 된다. 왁스의 팽창에 따라 제1실린더(123b)는 상부로 이동을 하면서 제2유동홀(124a)을 차폐하게 된다.

따라서 유체의 온도가 60도 이상에서는 최대유량의 70%가 저감되어 30% 유량의 유체가 유동을 하게 된다.

그리고 저감된 유체가 유동을 하다가 공간에 난방에 충분한 온열이 공급하지 못하는 상태가 되면 회수되는 유체의 온도는 다시 60도 이하로 떨어지게 된다. 이에 따라 제1밸브유닛(120)의 왁스는 수축을 시작하게 되고, 다시 유체의 유량이 증가하게 된다. 따라서 공간에 난방에 충분한 유량의 유체가 다시 유동을 하게 된다.

즉 본 발명의 냉난방용 유량제어밸브의 경우 열교환기 등의 출수단에 설치되는 경우, 별도의 전자적인 제어를 하지 않더라도 온도에 따라 자동적으로 냉방 및 난방에 적절한 유량의 유체를 공급을 할 수 있어 전체 열교환시스템에 효율적인 에너지 관리가 가능하게 된다.

도16 내지 도21의 경우 본 발명의 제2실시예의 냉난방 유량제어밸브를 나타내는 도면이다. 도16 내지 도21을 참조하면, 본 발명의 제2실시예의 냉난방 유량제어밸브의 경우 제3밸브유닛(140)이 구비되지 않는다. 따라서 하우징(110)에는 제1실시예의 제2결합홀(116)이 형성되지 않는다는 점을 제외하고는 상기 설명한 제1실시예와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

110: 하우징 113: 격벽
114: 제1유동홀 120: 제1밸브유닛
121: 밸브커버 123: 제1열작동밸브
124: 제1열작동밸브 가이드 125: 제1탄성부
130: 제2밸브유닛 131: 밸브하우징
132: 제2열작동밸브 가이드 133: 제2열작동밸브
134: 가이드부 135: 제2탄성부
140: 제3밸브유닛

Claims (5)

1. 열교환기에서 배출되는 유체가 유입되는 유입구 및 유체가 유출되는 유출구가 형성되고, 내부에 제1유동홀이 형성된 격벽이 구비되는 하우징;
   설정온도에 따라 상기 제1유동홀로 유입되는 유체의 유량을 제어하는 제1밸브유닛; 및
   설정온도에 따라 상기 제1유동홀로 유동하는 유체의 유량을 제어하는 제2밸브유닛을 포함하고,
   상기 제1밸브유닛은 유체의 온도가 난방시 설정온도 범위 이상으로 점점 상승하면 유체의 유량을 점차 저감시키고,
   상기 제2밸브유닛은 유체의 온도가 냉방시 설정온도 범위 이하로 점점 하강하면 유체의 유량을 점차 저감시키도록 형성되는 냉난방용 유량제어밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1밸브유닛은 내부에 난방시 설정온도에 따라서 팽창을 하는 왁스가 구비된 제1실린더를 포함하고,
   상기 제2밸브유닛은 내부에 냉방시 설정온도에 따라서 팽창을 하는 왁스가 구비된 제2실린더를 포함하며,
   상기 제1실린더는 상기 왁스의 팽창에 따라 유체의 이동방향으로 이동하고, 상기 제2실린더는 상기 왁스의 팽창에 따라 상기 유체의 이동방향과 반대방향으로 이동하도록 배치되는 냉난방용 유량제어밸브.
4. 제1항에 있어서,
   제1밸브유닛은,
   유체가 유동하는 제2유동홀 및 제3유동홀이 형성된 제1열작동밸브 가이드;
   내부에 왁스가 채워지고, 왁스의 팽창에 따라 이동하면서 상기 제3유동홀을 선택적으로 차폐하는 제1실린더 및 일단이 상기 제1실린더에 이동 가능하도록 삽입되는 제1피스톤을 포함하는 제1열작동밸브; 및
   상기 제1열작동밸브에 구비되어 실린더에 복원력을 인가하는 제1탄성부;
   를 포함하는 냉난방용 유량제어밸브.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 유입구 또는 유출구 중 적어도 하나에 구비되고, 유체가 유동할 수 있는 유로가 형성된 밸브하우징;
   상기 밸브하우징을 유동하는 유체가 유동하는 제4유동홀, 제5유동홀 및 제2고정부가 형성된 제2열작동밸브 가이드;
   일단이 상기 제2고정부에 위치하는 제2피스톤 및 상기 제2피스톤의 타단이 이동 가능하도록 삽입되며 내부에 왁스가 채워지는 제2실린더를 포함하는 제2열작동밸브;
   상기 밸브하우징에 구비되고, 유체가 유동하는 제6유동홀이 형성되고 및 상기 제2실린더의 타단이 삽입되는 관통홀이 형성되는 가이드부재; 및
   상기 제2열작동밸브에 구비되어 실린더에 복원력을 인가하는 탄성부;
   를 포함하는 냉난방용 유량제어밸브.

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