KR102406952B1

KR102406952B1 - 유량 제어밸브

Info

Publication number: KR102406952B1
Application number: KR1020180069377A
Authority: KR
Inventors: 타카오 하라다
Original assignee: 가부시기가이샤 후지고오키
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2022-06-13
Also published as: JP6515164B2; KR20190038276A; CN109578659A; JP2019065898A; CN109578659B

Abstract

밸브의 선단 형상의 제약을 받는 일 없이, 밸브구와 배압실을 연통하는 균압 통로를 비교적 용이하게 형성할 수 있고, 가공 비용, 제조 비용을 억제하는 것이 가능한 유량 제어밸브를 제공한다.
밸브구(11b)와 배압실(20)이, 밸브구(11b)에 개구하도록 기체 부재(9)에 직선형상으로 형성된 관통구멍(9e) 및 기체 부재(9)와 외통 부재(5)와의 사이에 형성됨과 함께 상기 관통구멍(9e)에 연결되는 연통 공간(4)를 포함하는 균압 통로(3)를 통하여 연통된다.

Description

유량 제어밸브{FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은, 냉동 사이클 등에 조립되어 냉매 등의 유체의 유량 제어에 사용되는 유량 제어밸브에 관한 것이다.

종래, 이런 종류의 유량 제어밸브로서, 밸브에 가하여지는 차압력(差壓力)을 캔슬하는 압력 밸런스형의 것이 제안되어 있다. 이와 같은 압력 밸런스형의 유량 제어밸브로서, 예를 들면, 밸브 본체(밸브 하우징) 내에 배설된 원통형상의 가이드부와, 상기 가이드부 내에 활주 가능하게 배설됨과 함께 밸브시트에 의해 구획되는 밸브구를 개폐한 밸브체와, 상기 밸브체를 상기 가이드부의 축선 방향으로 구동하는 구동 액추에이터를 구비하고, 상기 밸브체를 축선 방향으로 이동하여 상기 밸브구를 개폐함과 함께, 상기 밸브체에 대한 상기 밸브구와는 반대측의 배압실과 그 밸브구를 균압 통로로 도통하여, 그 배압실의 유체 압력과 밸브구의 유체 압력과의 압력 밸런스를 취하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 하기 특허 문헌 1, 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특개2016-211600호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2001-241562호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2017-089864호 공보

그렇지만, 상기 특허 문헌 1, 2 소재의 종래 기술에서는, 다음과 같은 해결하여야 할 과제가 있다.

즉, 상기 특허 문헌 1에 소재의 종래 기술에서는, 밸브체를 축방향으로 관통하는 세로구멍에 의해, 밸브구와 배압실을 연통하는 균압 통로를 구성하고 있다. 그때문에, 예를 들면 가느다란 밸브체에 관통구멍을 형성할 필요가 있고, 균압 통로(관통구멍)의 가공이 어렵다. 또한, 날카로워진 선단 형상을 형성할 수가 없기 때문에, 예를 들면 이콜 퍼센트 유량을 실현하는 선단 형상을 채용할 수가 없고(예를 들면, 상기 특허 문헌 3 참조), 밸브체의 선단 형상, 나아가서는 유량 특성이 제약된다.

또한, 상기 특허 문헌 2에 소재의 종래 기술에서는, 밸브 본체에, 밸브시트의 하방에 유출 챔버를 마련함과 함께 그 유출 챔버와 연통하는 종방향의 도통 구멍을 마련하고, 이들 유출 챔버나 도통 구멍에 의해, 밸브구와 배압실을 연통하는 균압 통로를 구성하고 있다. 그 때문에, 상기 특허 문헌 1에 소재의 종래 기술과 같은 문제는 생기지 않는 것이지만, 밸브 본체에 대해 다른 방향에서 복수의 구멍(통로)를 형성할 필요가 있고, 여전히, 균압 통로의 가공이 번잡하게 된다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 한 바는, 밸브체의 선단 형상의 제약을 받는 일 없이, 밸브구와 배압실을 연통하는 균압 통로를 비교적 용이하게 형성할 수 있고, 가공 비용, 제조 비용을 억제하는 것이 가능한 유량 제어밸브를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 유량 제어밸브는, 기본적으로는, 밸브실, 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 밸브실과 상기 유출구와의 사이에 밸브시트 부착 밸브구가 마련된 기체 부재 및 상기 기체 부재의 외측에 배치된 외통 부재를 구비하는 밸브 본체와, 상기 기체 부재에 삽통되어, 상기 밸브구를 개폐하기 위한 밸브체와, 상기 밸브체를 밸브구 개폐 방향으로 이동시키기 위한 승강 구동 장치와, 상기 밸브체의 배면에 형성된 배압실과, 상기 밸브구와 상기 배압실을 연통하는 균압 통로를 구비하고, 상기 균압 통로는, 상기 밸브구에 개구하도록 상기 기체 부재에 형성된 관통구멍 및 상기 기체 부재와 상기 외통 부재와의 사이에 형성됨과 함께 상기 관통구멍에 연결되는 연통 공간을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

바람직한 양태에서는, 상기 밸브구는, 원통형상부 및 그것에 연결되는 원추대형상부로 구성되는 밸브구부를 가지며, 상기 관통구멍은, 일단측이 상기 원통형상부에 개구되고, 타단측이 상기 연통 공간에 개구된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 밸브구는, 원통형상부 및 그것에 연결되는 원추대형상부로 구성되는 밸브구부를 복수 가지며, 각각의 상기 밸브구부의 원통형상부의 구경이 상기 밸브실로부터 떨어짐에 따라 순차적으로 크게 된 다단(多段) 밸브구이고, 상기 관통구멍은, 상기 밸브구를 구성하는 복수의 원통형상부 중 상기 밸브시트에 가장 근접한 원통형상부에 일단측이 개구된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 관통구멍은, 승강 방향에 대해 수직 방향으로 형성된 가로구멍으로 구성된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 연통 공간은, 상기 기체 부재의 외주의 일부 또는 전부에 마련된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 기체 부재에, 상기 밸브실을 구획하는 가이드부재가 고정됨과 함께, 그 가이드부재에, 사이에 실 부재를 끼워서 상기 밸브체가 삽통된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 밸브구의 개구면적에 대한 상기 관통구멍의 개구면적의 비가, 0.004부터 0.25의 범위 내이다.

상기 밸브체는, 유량 특성으로서 이콜 퍼센트 특성 또는 그것에 근사하는 특성이 얻어지도록 설계된 곡면부를 갖는다.

본 발명에 관한 유량 제어밸브에서는, 밸브구와 배압실이, 밸브구에 개구하도록 기체 부재에 직선형상으로 형성된 관통구멍 및 기체 부재와 외통 부재와의 사이에 형성됨과 함께 상기 관통구멍에 연결되는 연통 공간을 포함하는 균압 통로를 통하여 연통되기 때문에, 밸브의 선단 형상의 제약을 받는 일 없이, 밸브구와 배압실을 연통하는 균압 통로를 비교적 용이하게 형성할 수 있고, 가공 비용, 제조 비용을 억제할 수 있다.

또한, 밸브구가 다단 밸브구로 형성됨과 함께, 상기 관통구멍의 일단측은, 압력 변동이나 냉매 박리 현상에 수반하는 와류나 캐비테이션이 적은 영역인 밸브구에서의 원통형상부에 개구되기 때문에, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 유량 제어밸브(전동 밸브)의 한 실시 형태의 밸브폐쇄 상태를 도시하는 종단면도.
도 2는 본 발명에 관한 유량 제어밸브(전동 밸브)의 한 실시 형태의 밸브개방 상태를 도시하는 종단면도.
도 3은 도 1의 U-U 화살표선에 따른 단면도.
도 4는 도 1에 도시되는 전동 밸브의 다른례(그 1)를 도시하는 종단면도.
도 5는 도 1에 도시되는 전동 밸브의 다른례(그 2)를 도시하는 종단면도.
도 6은 도 5의 V-V 화살표선에 따른 단면도.
도 7은 도 1에 도시되는 전동 밸브의 다른례(그 3)를 도시하는, 도 5의 V-V 화살표선에 따른 단면도.
도 8은 도 1에 도시되는 전동 밸브의 다른례(그 4)를 도시하는, 도 5의 V-V 화살표선에 따른 단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 및 도 2는, 본 발명에 관한 유량 제어밸브로서의 전동 밸브의 한 실시 형태를 도시하는 종단면도, 도 3은, 도 1의 U-U 화살표선에 따른 단면도이다.

또한, 본 명세서에서, 상하, 좌우, 전후 등의 위치, 방향을 나타내는 기술(記述)은, 설명이 번잡하게 되는 것을 피하기 위해 도면에 따라 편의상 붙여진 것이고, 실제의 사용 상태에서의 위치, 방향을 가리킨다고는 한하지 않는다.

또한, 각 도면에서, 부재 사이에 형성되는 간극이나 부재 사이의 이격 거리 등은, 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 또한, 제도상의 편리를 도모하기 위해, 각 구성 부재의 치수와 비교하여 크게 또는 작게 그려져 있는 경우가 있다.

도시한 실시 형태의 유량 제어밸브(1)는, 예를 들면 냉동 사이클 등에서 냉매 유량을 조정하기 위해 사용되는 전동 밸브이고, 상면이 개구한 바닥이 있는 원통형상의 밸브 본체(10), 그 밸브 본체(10)(의 외통 부재(5))의 상단면부 외주측에 그 하단부가 용접 등에 의해 밀봉 접합된 캔(45), 밸브 본체(10)(의 외통 부재(5))의 상단면부 내주측에 용접 등에 의해 고정된 플랜지형상원판(18) 부착의 가이드 스템(15), 그 가이드 스템(15)의 소경 상부(15b)에 형성된 암나사부(15i)에, 그 축형상부(21a) 외주에 형성된 숫나사부(21e)가 나사 결합된 밸브축(21), 그 밸브축(21)에 일체 회동 가능하게 연결 고정된 로터(30) 및 그 로터(30)를 회전 구동하기 위해 상기 캔(45)의 외주에 외감된 스테이터(50)를 구비하고 있다.

여기서는, 로터(30)와 스테이터(50)로 스테핑 모터가 구성되고, 또한, 가이드 스템(15)의 암나사부(15i)와 밸브축(21)의 숫나사부(21e)로 나사 이송 기구가 구성되고, 상기 스테핑 모터와 나사 이송 기구로 밸브축(21)를 회전시키면서 승강시키기 위한 승강 구동 장치가 구성되어 있다.

상기 밸브 본체(10)는, 본 예에서는, 바닥이 있는 원통형상의 기체 부재(9)와, 그 기체 부재(9)의 외측에 배치된, 예를 들면 금속을 소재로 하여 제작된 외통 부재(5)를 갖는다. 기체 부재(9)의 상부 개구에는, 후술하는 밸브체(25)의 몸통부(25b)가 삽통하는 밸브체 가이드 구멍(8a)이 중앙에 형성된 두꺼운 원통형상의 가이드부재(8)가 감합 고정되어 있고(도시례에서는, 코킹부(9a)에 의한 코킹 고정), 기체 부재(9)의 내부에 원통형상 빈곳으로 되는 밸브실(12)이 구획되어 있다. 또한, 기체 부재(9)의 저부(9b)에는, 밸브시트(11a) 부착의 밸브구(11b)가 (종방향으로) 형성되어 있다.

상기 밸브구(11b)의 형상은, 도시례로 한정되는 것은 아니지만, 본 예에서는, 축선(O) 방향(승강 방향)에 따른 원통면으로 이루어지는 원통형상부(스트레이트 부라고도 한다)와 그것에 연결되는 원추대형상부로 구성되는 밸브구부를 복수단 가지며, 상기 밸브실(12)로부터 떨어짐에 따라 구경(밸브구부의 원통형상부의 구경)이 복수단계(도시례에서는, 3단계)로 순차적으로 크게 된 다단 밸브구로 형성되어 있다(예를 들면, 상기 특허 문헌 3도 아울러서 참조).

상기 기체 부재(9)의 밸브실(12)의 한 측방에는, 관 이음매로 이루어지는 제1 입출구(6)가 솔더링 등에 의해 접합되고, 기체 부재(9)의 저부(9b)(의 밸브구(11b)의 하측)에는, 관 이음매로 이루어지는 제2 입출구(7)가 솔더링 등에 의해 접합되어 있다.

한편, 외통 부재(5)는, 기체 부재(9)의 원통부(9c)보다 약간 대경으로 형성되어 있다. 상기 기체 부재(9)의 저부(9b)의 하반부는 약간 대경으로 되어 있고, 그 대경부분의 외주에 마련된 플랜지형상부(9d)에, 외통 부재(5)의 하단부가 맞대기 용접 등에 의해 접합됨으로써, 당해 외통 부재(5)는, 기체 부재(9)의 외주(즉, 밸브실(12)의 외주)에 약간의 간극(원통형상의 간극)을 벌려서 고정 배치되어 있다. 또한, 외통 부재(5)의 상부에는 가이드 스템(15)의 하부가 삽입되어 있다.

또한, 본 예에서는, 상기 기체 부재(9)의 저부(9b)의 상반부를 횡방향(축선(O) 방향에 대해 수직 방향)으로 직선형상으로 관통하는 가로구멍으로 이루어지는 관통구멍(9e)이 마련되어 있다. 이 관통구멍(9e)은, 내단측이 상기 밸브구(11b)를 구성하는 원통형상부(특히, 그 중 밸브시트(11a)에 가장 근접한 원통형상부(즉, 밸브시트(11a)의 바로 아래의 원통형상부))에 개구되고, 외단측이 상기 기체 부재(9)와 외통 부재(5)의 사이에 형성된 간극으로 이루어지는 연통 공간(4)에 개구되어 있다.

상기 관통구멍(9e)의 크기나 단면 형상 등은, 도시례로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 밸브구(11b)의 최소 직경(φD)과 관통구멍(9e)의 직경(φd)과의 관계가, d²/D²=0.004∼0.25, 즉, 밸브구(11b)의 단면적(개구면적)에 대한 관통구멍(9e)의 단면적(개구면적)의 비가, 0.004부터 0.25의 범위 내라면, 관통구멍(9e)의 사이즈를 억제하고, 당해 관통구멍(9e)을 밸브시트(11a)의 부근(바로 아래)에 설정하기 쉽다는 이점이 있다.

상기 밸브축(21)은, 상기 로터(30)의 연결체(32)가 외감되는 상부 소경부(21b), 가이드 스템(15)의 암나사부(15i)에 나사 결합하는 숫나사부(21e)를 갖는 축형상부(21a) 및 그 축형상부(21a)(숫나사부(21e))보다 하측의 플랜지형상부(21d) 및 코킹부(21f) 부착의 하부 연결부(21c)를 갖는다. 그 밸브축(21)의 하단부에는, 그 코킹부(21f)에 그 천정구멍부분이 연결 고정되고, 가이드 스템(15)의 대경 원통형상 몸통부(15a)에 활주 자유롭게 삽입된 천정부(23b) 부착 원통형상의 밸브홀더(23)가 유지되고, 그 밸브홀더(23)의 원통부(23a) 하부에는, 밸브체(25)의 상부가 상하 방향(승강 방향)으로 활주 자유롭게 삽입되어 있다.

밸브체(25)는, 본 예에서는, 예를 들면 금속을 소재로 하여 상하 방향(축선(O) 방향)에 따라 배치된 단이 있는 축형상의 중실(中實) 부재로 제작되어 있고, 역원추대면부를 갖는 밸브시트(11a)(밸브구(11b)) 내에 그 하부가 삽입되어 착좌하는 밸브체부(25a), 그 밸브체부(25a)의 상부에 연결되는 원주형상의 몸통부(25b) 및 몸통부(25b)의 상부에 연결되는 소경 상부(25c) 및 이 소경 상부(25c)의 상부에 압입·용접 등에 의해 외감 고정된 두꺼운 또한 외주가 패여진 형상의 빠짐방지 슬리브(25d)를 갖는다. 상기 소경 상부(25c)는, 상기 밸브홀더(23)의 하단부에 고정된 저판부(27)가 통과구멍(27a)에 (약간의 간격을 벌려서) 삽통됨과 함께, 상기 몸통부(25b)(의 상부)는, 상기 기체 부재(9)에 고정된 가이드부재(8)의 밸브체 가이드 구멍(8a)에 활주 자유롭게 삽통되어 있다. 또한, 본 예에서는, 밸브체(25)의 몸통부(25b)와 가이드부재(8)의 밸브체 가이드 구멍(8a)과의 사이(구체적으로는, 밸브체 가이드 구멍(8a)에 마련된 환형상 홈)에, 실 부재로서의 O링(8b)이 장착됨과 함께, 그 O링(8b)의 내측에, 가이드부재(8)(의 밸브체 가이드 구멍(8a))에 대한 밸브체(25)의 활주 저항을 저감하기 위해, 테플론(등록상표) 등으로 되는 링형상의 패킹(캡 실이라고도 한다)(8c)이 장착되어 있다.

상기 밸브체(25)의 선단 형상(즉, 밸브체부(25a)의 형상)은, 도시례로 한정되는 것은 아니지만, 당해 밸브체(25)는 중실 부재로 제작되기 때문에, 예를 들면, 상기 밸브시트(11a)에 착좌하는 착좌면부와, 그 착좌면부의 하측으로 연결되는, 유량 특성으로서 이콜 퍼센트 특성 또는 그것에 근사하는 특성이 얻어지도록 설계된 곡면부를 갖는 것으로 할 수 있다. 그와 같은 리프트량에 응하여 밸브구(11b)를 흐르는 유체의 유량을 변화시키는 곡면부로서는, 타구면부(楕球面部), 또는, 곡률 내지 제어각이 선단에 근접함에 따라 연속적 또는 단계적으로 크게 되는 복수단의 원추 테이퍼면부 등으로 구성할 수 있다(예를 들면, 상기 특허 문헌 3도 아울러서 참조).

밸브홀더(23)의 하단부에는, 상기 밸브체(25)(의 빠짐방지 슬리브(25d))를, 사이에 얇은 환형상 원판으로 이루어지는 와셔(29)를 끼워서 빠짐방지 계지함과 함께, 상기 통과구멍(27a)이 마련된 두꺼운판으로 이루어지는 저판부(27)가 코킹·용접 등에 의해 유지 고정되어 있다.

한편, 밸브체(25)의 상면에는, 단면 외형이 모자형의 스프링 받이부재(26)가 실리고, 이 스프링 받이부재(26)의 플랜지형상부(26a)와 밸브홀더(23)의 천정부(23b)와의 사이에는 밸브 가압 겸 완충용의 원통형상의 압축 코일 스프링으로 이루어지는 밸브 가세 스프링(24)이 수축장착되어 있고, 밸브체(25)는 밸브 가세 스프링(24)(의 가세력)에 의해 항상 하향(밸브폐쇄 방향)으로 가세되어 있다.

또한, 밸브홀더(23)의 내측과 외측(즉, 기체 부재(9)와 외통 부재(5) 사이의 연통 공간(4))은, 가이드 스템(15)의 대경 원통형상 몸통부(15a)와 밸브홀더(23)의 원통부(23a)의 활주면 간극(28) 등을 통하여 항상 연통하게 됨과 함께, 밸브구(11b)와 밸브체(25)의 상측(배면)에 형성된 배압실(20)은, 상기 기체 부재(9)에 형성된 연통 구멍(9e), 상기 연통 공간(4), 상기 활주면 간극(28) 등으로 구성된 균압 통로(3)를 통하여 항상 연통되어 있다.

상기한 밸브축(21), 밸브홀더(23), 밸브축(21) 및 밸브홀더(23)에 상하 방향(승강 방향)으로 상대 이동 가능 및 상대 회전 가능하게 유지된 밸브체(25) 및 밸브 가세 스프링(24)은, 밸브체(25)가 밸브시트(11a)로부터 이격하여 있는 상태(밸브개방 상태)에서는 실질적으로 일체적으로 회전하면서 승강된다.

또한, 로터(30) 및 밸브축(21)의 원점 위치를 설정하기 위해, 가이드 스템(15)의 소경 상부(15b)의 상면에는, 소정의 폭, 높이, 깊이를 갖는 단면 사각형의 밸브폐쇄 방향용 고정 스토퍼(55)가 상향으로 돌설되고, 가이드 스템(15)의 대경 원통형상 몸통부(15a)의 상부에는 소정의 폭, 높이, 깊이를 갖는 단면 사각형의 밸브개방 방향용 고정 스토퍼(56)가 하향으로 돌설되어 있다.

밸브축(21)에서의 숫나사부(21e)의 상단부에는, 밸브폐쇄 방향용 가동 스토퍼(35)가 나사 결합되어 로터(30)의 원판형상 천정부에 빠짐방지 계지되어 있다. 이 밸브폐쇄 방향용 가동 스토퍼(35)는, 숫나사부(21e)에 나사 결합한 평면시 외형이 육각형으로 그 한 변이 원호형상이 된 너트부(35a)와 이 너트부(35a)로부터 하향으로 돌설된 소정의 폭, 높이, 깊이를 갖는 단면 사각형의 스토퍼부(35s)로 이루어져 있다.

또한, 밸브축(21)의 숫나사부(21e)의 하단부에는, 상기 밸브개방 방향용 고정 스토퍼(56)에 당접 계지되는 밸브개방 방향용 가동 스토퍼(36)가 나사 결합되어 상기 밸브홀더(23)의 천정부(23b)에 빠짐방지 계지되어 있다. 이 밸브개방 방향용 가동 스토퍼(36)는, 숫나사부(21e)에 나사 결합하는 너트부(36a)와 이 너트부(36a)로부터 상향으로 돌설된 소정의 폭, 높이, 깊이를 갖는 단면 사각형의 스토퍼부(36s)로 이루어져 있다.

상기 로터(30)는, 천정 부착 원통형상의 마그넷(31)과 이 천정부에 일체 결합된 연결체(32)로 이루어지고, 연결체(32)는, 밸브축(21)에서의 상부 소경부(21b)에 외감됨과 함께, 상기 밸브폐쇄 방향용 가동 스토퍼(35)상에 실려서 상기 상부 소경부(21b)에 용접 고정되어 있다.

여기서, 상기 로터(30)의 천정부의 하면측에는, 양단부가 평면시로 D자형상으로형성된 D컷트부를 구비한 오목부(33)가 마련되고, 이 오목부(33)에 형성된 D컷트부 이외의 원호형상이 된 부분에 상기 밸브폐쇄 방향용 가동 스토퍼(35)의 너트부(35a)의 원호형상이 된 일변이 당접한 상태로 감입되고, D컷트부에 상기 너트부(35a)의 다른 2변이 당접한 상태로 감입되어 있고, 이에 의해, 로터(30)와 밸브폐쇄 방향용 가동 스토퍼(35)와 밸브축(21)은, 일체적으로 회전하면서 승강된다.

한편, 상기 캔(45)의 외주에는, 요크(51), 보빈(52), 코일(53), 수지 몰드(54) 등으로 이루어지는 스테이터(50)가 외감되어 있다. 이 스테이터(50)는, 그 저부에 마련된 위치 결정 고정구(도시 생략)에 의해, 밸브 본체(10)에 대해 소정의 위치에 위치 결정 고정되어 있다.

이에 의해, 로터(30)가 회전되면, 그것과 일체로 밸브축(21)이 회전되고, 이때, 상기 나사 이송 기구에 의해 밸브축(21)과 함께 밸브홀더(23)가 밸브체(25)를 수반하여 승강되고, 이에 의해, 냉매의 통과 유량이 조정된다.

상세하게는, 가동 스토퍼(35)가 고정 스토퍼(55)에 당접하여 계지되고, 로터(30) 및 밸브축(21)이 최하강 위치에 있고, 밸브 가세 스프링(24)(의 가세력)에 의해 밸브체(25)(의 밸브체부(25a))가 밸브시트(11a)에 착좌하여 밸브구(11b)가 폐쇄된 상태(도 1에 도시되는 밸브폐쇄 상태)로부터, 스테이터(50)에 밸브개방 방향용 구동 패턴이 되는 펄스를 공급하면, 로터(30) 및 밸브축(21)이 회전되어, 암나사부(15i)와 숫나사부(21e)로 이루어지는 나사이송 기구에 의해, 로터(30), 밸브축(21), 밸브홀더(23) 및 밸브개방 방향용 가동 스토퍼(36)가 회전하면서 상승한다. 이에 수반하여, 밸브체(25)에 대한 가압력이 약해지면서 밸브 가세 스프링(24)이 신장하여 원래의 세트 상태로 되돌아오고, 그 후, 밸브체(25)(의 밸브체부(25a))가 밸브시트(11a)로부터 떨어져서 밸브구(11b)가 개방된 열린다(도 2에 도시되는 밸브개방 상태). 이 경우, 스테이터(50)에의 공급 펄스수에 응하여 밸브체(25)의 리프트량(밸브개방도=유량)이 정하여지고, 다시 상기 펄스 공급을 계속하면, 최종적으로는, 가동 스토퍼(36)가 밸브개방 방향용 고정 스토퍼(56)에 당접 계지되고, 이에 의해, 로터(30), 밸브축(21) 및 밸브홀더(23)의 회전 및 상승이 강제적으로 정지된다.

본 실시 형태의 유량 제어밸브(전동 밸브)(1)에서는, 유체(냉매)는, 쌍방향(제1 입출구(6)로부터 제2 입출구(7)를 향하는 방향(가로→아래)과, 제2 입출구(7)로부터 제1 입출구(6)를 향하는 방향(아래→가로)과의 쌍방향)으로 흘려지도록 되어 있는데, 밸브체(25)의 상하, 즉, 밸브구(11b)와 밸브체(25)의 상측의 배압실(20)은 상기 균압 통로(3)(가로구멍(9e), 연통 공간(4), 활주면 간극(28) 등)를 통하여 항상 연통되기 때문에, 예를 들면, 제1 입출구(6)를 유입구(고압측), 제2 입출구(7)를 유출구(저압측)로 하는 가로→아래 흐름의 경우에서, 밸브체(25)에 작용하는 밀어내리는 힘(밸브폐쇄 방향으로 작용하는 힘)과 밀어올리는 힘(밸브개방 방향으로 작용하는 힘)이 밸런스(차압이 캔슬)되게 된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 유량 제어밸브(전동 밸브)(1)에서는, 밸브구(11b)와 배압실(20)이, 밸브구(11b)에 개구하도록 기체 부재(9)에 직선형상으로(환언하면, 일방향으로) 형성된 관통구멍(9e) 및 기체 부재(9)와 외통 부재(5)와의 사이에 형성됨과 함께 상기 관통구멍(9e)에 연결되는 연통 공간(4)를 포함하는 균압 통로(3)를 통하여 연통되기 때문에, 밸브체(25)의 선단 형상의 제약을 받는 일 없이, 밸브구(11b)와 배압실(20)를 연통하는 균압 통로(3)를 비교적 용이하게 형성할 수 있고, 가공 비용, 제조 비용을 억제할 수 있다.

또한, 밸브구(11b)가 다단 밸브구로 형성됨과 함께, 상기 관통구멍(9e)의 일단측은, 압력 변동이나 냉매 박리 현상에 수반하는 와류나 캐비테이션이 적은 영역인 밸브구(11b)에서의 원통형상부에 개구되기 때문에, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 원통형상부와 그것에 연결되는 원추대형상부로 구성되는 밸브구부를 하나 갖는 밸브구에 관통구멍(9e)를 접속하는 경우에도, 관통구멍(9e)의 일단측을 원통형상부에 형성함으로써, 소음을 저감할 수 있다. 또한, 원추대형상부는, 원추대형상으로 한정되지 않고, 축선을 포함하는 단면의 형상이 곡선을 갖는 형상이라도 좋다.

상기 실시 형태에서는, 밸브체(25)의 몸통부(25b)와 가이드부재(8)의 밸브체 가이드 구멍(8a)의 사이의 O링(8b)이나 패킹(8c)이, 밸브체 가이드 구멍(8a)에 마련된 환형상 홈에 장착되어 있지만, 예를 들면 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 O링(8b)이나 패킹(8c)을, 밸브체(25)의 몸통부(25b)의 외주에 마련된 환형상 홈에 장착하여도 좋다. 이 경우, 실 부재로서의 O링(8b)의 외측에 링형상의 패킹(8c)이 장착된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 기체 부재(9)(밸브실(12))의 외주의 전체를 균압 통로(3)를 구성하는 연통 공간(원통형상의 간극)(4)으로 하였지만, 기체 부재(9)(밸브실(12))의 외주의 일부를 상기 연통 공간(4)으로 하여도 좋다. 예를 들면, 도 5, 6에 도시되는 바와 같이, 기체 부재(9)의 외주의 소정 위치(도시례에서는, 제1 입출구(6)와는 반대측)에 D컷트면(9f)을 형성하고, D컷트면(9f)과 외통 부재(5)와의 사이에 형성된 간극을 상기 연통 공간(4)으로 하여도 좋다. 또한, 도 7에 도시되는 바와 같이, 기체 부재(9)의 외주를 (축선(O) 방향에서 보아) 다각형상으로 형성하고, 기체 부재(9)의 외주와 외통 부재(5)의 내주와의 사이(원통면)에 형성된 간극을 상기 연통 공간(4)으로 하여도 좋다. 또한, 도 8에 도시되는 바와 같이, 외통 부재(5)의 내주(내벽)를 (축선(O) 방향에서 보아) 다각형상으로 형성하고, 기체 부재(9)의 외주(원통면)와 외통 부재(5)의 내주와의 사이에 형성된 간극을 상기 연통 공간(4)으로 하여도 좋다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시 형태에서 설명한 바와 같은, 스테이터 및 로터를 갖는 스테핑 모터 등을 이용하여 밸브축을 승강(이동)시켜서 리프트량(밸브 개방도)를 임의로 미세하게 조정하는 전동식의 유량 제어밸브외, 예를 들면 솔레노이드 등을 이용하여 밸브체를 승강시키는 전자식의 유량 제어(전환) 밸브에도 채용할 수 있음은 물론이다.

1 : 유량 제어밸브(전동 밸브) 3 : 균압 통로
4 : 연통 공간 5 : 외통 부재
6 : 제1 입출구(유입구) 7 : 제2 입출구(유출구)
8 : 가이드부재 9 : 기체 부재
9e : 관통구멍 9f : D컷트면
10 : 밸브 본체 11a : 밸브시트
11b : 밸브구 12 : 밸브실
15 : 가이드 스템 15i : 암나사부
20 : 배압실 21 : 밸브축
21e : 숫나사부 23 : 밸브홀더
24 : 밸브 가세 스프링 25 : 밸브체
25a : 밸브체부 26 : 스프링 받이부재
27 : 저판부 27a : 통과구멍
28 : 활주면 간극 29 : 와셔
30 : 로터 35 : 밸브폐쇄 방향용 가동 스토퍼
36 : 밸브개방 방향용 가동 스토퍼 45 : 캔
50 : 스테이터 55 : 밸브폐쇄 방향용 고정 스토퍼
56 : 밸브개방 방향용 고정 스토퍼

Claims

밸브실, 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 밸브실과 상기 유출구와의 사이에 밸브시트 부착 밸브구가 마련된 기체 부재 및 상기 기체 부재의 외측에 배치된 외통 부재를 구비하는 밸브 본체와,
상기 기체 부재에 삽통되어, 상기 밸브구를 개폐하기 위한 밸브체와,
상기 밸브체를 밸브구 개폐 방향으로 이동시키기 위한 승강 구동 장치와,
상기 밸브체의 배면에 형성된 배압실과,
상기 밸브구와 상기 배압실을 연통하는 균압 통로를 구비하고,
상기 균압 통로는, 상기 밸브구에 개구하도록 상기 기체 부재에 형성된 관통구멍 및 상기 기체 부재와 상기 외통 부재와의 사이에 형성됨과 함께 상기 관통구멍에 연결되는 연통 공간을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브구는, 원통형상부 및 그것에 연결되는 원추대형상부로 구성되는 밸브구부를 가지며, 상기 관통구멍은, 일단측이 상기 원통형상부에 개구되고, 타단측이 상기 연통 공간에 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제2항에 있어서,
상기 밸브구는, 원통형상부 및 그것에 연결되는 원추대형상부로 구성되는 밸브구부를 복수 가지며, 각각의 상기 밸브구부의 원통형상부의 구경이 상기 밸브실로부터 떨어짐에 따라 순차적으로 크게 된 다단 밸브구이고,
상기 관통구멍은, 상기 밸브구를 구성하는 복수의 원통형상부 중 상기 밸브시트에 가장 근접한 원통형상부에 일단측이 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통구멍은, 승강 방향에 대해 수직 방향으로 형성된 가로구멍으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연통 공간은, 상기 기체 부재의 외주의 일부 또는 전부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체 부재에, 상기 밸브실을 구획하는 가이드부재가 고정됨과 함께, 그 가이드부재에, 사이에 실 부재를 끼워서 상기 밸브체가 삽통되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브구의 개구면적에 대한 상기 관통구멍의 개구면적의 비가, 0.004부터 0.25의 범위 내인 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브체는, 유량 특성으로서 이콜 퍼센트 특성 또는 그것에 근사하는 특성이 얻어지도록 설계된 곡면부를 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어밸브.