KR102447042B1

KR102447042B1 - 팽창 및 방향전환 일체화 밸브

Info

Publication number: KR102447042B1
Application number: KR1020200180962A
Authority: KR
Inventors: 박장식; 박지완; 홍태호; 이찬얼; 김도선
Original assignee: 동일기계공업 주식회사; 동일테크윈 주식회사
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-09-26
Also published as: KR20220090643A

Abstract

본 발명은 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 관한 것으로서, 특히, 1개의 입력 포트로부터 2개의 출력 포트 중 어느 하나로 절환하여 냉매를 공급하는 유로를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 팽창 간극을 형성하여 냉매를 팽창시키는 팽창 상태나 냉매를 팽창시키지 않고 그대로 유통시키는 완전 개방 상태로도 절환하는 것이 가능한 밸브에 관한 것으로서, 블록 형상으로 이루어져, 일측에 냉매가 공급되는 입력 포트(110)와, 타측에 냉매가 배출되는 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)와, 입력 포트(110), 제1출력 포트(120), 그리고 제2출력 포트(130)를 연통시키는 유로가 내부에 형성되되, 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130)의 입구가 서로 대향하여 마주보도록 동심선(CL) 상에 형성되는 밸브바디(100)와; 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)의 동심선(CL) 상에 위치하여 축 방향으로 왕복 이동 가능하되, 외주면에 한 쌍의 지지턱(210, 210')이 서로 이격되어 형성되는 구동 샤프트(200)와; 구동 샤프트(200)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 마련되되, 지지턱(210, 210')에 접촉하여 일방향 이동이 제한되는 소경부(310, 310')와, 소경부(310, 310')로부터 경사면(330, 330')을 따라 점차적으로 확장되는 외경을 가지는 대경부(320, 320')를 각각 포함하여, 대경부(320, 320')가 서로 대향하여 마주보도록 배치되어 경사면(330, 330')이 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)를 선택적으로 개폐 가능한 제1밸브(300) 및 제2밸브(300')와; 양단이 제1밸브(300) 및 제2밸브(300')의 대경부(320, 320')에 지지되어 제1밸브(300)와 제2밸브(300') 상호간의 간격을 탄력적으로 이격시키는 탄성체(400)를 포함하여, 제품의 소형화에 기여할 뿐 아니라 제품에 대한 가공성 및 생산성을 극대화 시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

팽창 및 방향전환 일체화 밸브{Integrated valve for expansion and switching direction}

본 발명은 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 관한 것으로서 특히, 1개의 입력 포트로부터 2개의 출력 포트 중 어느 하나로 절환하여 냉매를 공급하는 유로를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 팽창 간극을 형성하여 냉매를 팽창시키는 팽창 상태나 냉매를 팽창시키지 않고 그대로 유통시키는 완전 개방 상태로도 절환하는 것이 가능한 밸브를 제공하기 위한 장치로써, 차량용 공조기에 적용 가능한 히트펌프의 구성을 단순화 하여 생산 단가를 낮추면서도 공조기의 정밀 제어를 가능하게 하고, 특히 제품의 소형화에 기여할 뿐 아니라 제품에 대한 가공성 및 생산성을 극대화 시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 사이클은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 그리고 증발기를 포함하며, 냉매를 순환시킴으로써 냉장고나 냉방용 공조기 등의 냉방에 널리 사용되고 있다.

여기에서 냉동 사이클을 구성하는 팽창밸브는 응축기에서 응축 액화된 고온·고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있는 압력까지 감압해 주는 밸브로서, 증발기에서 충분한 열을 흡수할 수 있는 적정한 냉매량을 조절 공급하는 역할을 하게 된다.

최근에는 이러한 냉동 사이클을 개선하여 냉매를 역방향으로 순환시키는 히트펌프를 구성함으로써 온장고나 난방용 공조기 등의 열원으로도 사용하고 있는 실정이다.

이와 같은 히트펌프의 구성에 따라 종래에는 냉방용 팽창밸브와 난방용 팽창밸브를 각각 구성하고 있었으나, 이러한 경우 제조 단가의 상승을 초래할 뿐 아니라 냉매의 순환 관로가 복잡해지고 제어에 어려움이 발생한다는 문제점이 있었다.

이에 따라, 정방향 및 역방향의 양방향으로 냉매를 통과시키면서 팽창시키는 양방향 팽창밸브와 함께, 한 개의 입력 포트로부터 두 개의 출력 포트 중 어느 하나로 냉매를 통과시키면서 팽창시키는 3방향 팽창밸브가 개발되었다.

특허문헌 1인 국내 공개특허공보 제2011-0043208호, 특허문헌 2인 국내 등록특허공보 제10-0835259호, 그리고 특허문헌 3인 국내 등록특허공보 제10-0441058호에는 한 개의 입력 포트로부터 두 개 이상의 출력 포트 중 어느 하나로 냉매를 절환시키면서 팽창시키는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 개시된 종래의 팽창밸브는 단순히 한 개의 입력 포트로부터 두 개 이상의 출력 포트 중 어느 하나를 연통시키는 것에 초점이 맞춰져 있을 뿐, 적절한 크기의 팽창 간극을 형성하여 냉매를 팽창시키는 팽창 상태와 냉매를 팽창시키지 않고 그대로 통과시키는 완전 개방 상태로 조절할 수는 없다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

이뿐 아니라, 종래의 팽창밸브에 있어서는 그 구조가 복잡하여 제품의 가공성 및 생산성이 떨어질 뿐 아니라, 그 부피를 줄이는 데에 한계가 있어 소형화하기 어렵다는 기술상의 문제점도 가지고 있었다.

국내 공개특허공보 제2011-0043208호 국내 등록특허공보 제10-0835259호 국내 등록특허공보 제10-0441058호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 차량용 공조기에 적용 가능한 히트펌프의 구성을 단순화 하여 생산 단가를 낮추면서도 공조기의 정밀 제어를 가능하게 하고, 특히 제품의 소형화에 기여할 뿐 아니라 제품에 대한 가공성 및 생산성을 극대화 시킬 수 있도록 하는 팽창 및 방향전환 일체화 밸브를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 블록 형상으로 이루어져, 일측에 냉매가 공급되는 입력 포트와, 타측에 냉매가 배출되는 제1출력 포트 및 제2출력 포트와, 상기 입력 포트, 상기 제1출력 포트, 그리고 상기 제2출력 포트를 연통시키는 유로가 내부에 형성되되, 상기 제1출력 포트와 상기 제2출력 포트의 입구가 서로 대향하여 마주보도록 동심선 상에 형성되는 밸브바디와; 상기 제1출력 포트 및 상기 제2출력 포트의 동심선 상에 위치하여 축 방향으로 왕복 이동 가능하되, 외주면에 한 쌍의 지지턱이 서로 이격되어 형성되는 구동 샤프트와; 상기 구동 샤프트의 외주면에 슬라이딩 가능하게 마련되되, 상기 지지턱에 접촉하여 일방향 이동이 제한되는 소경부와, 상기 소경부로부터 경사면을 따라 점차적으로 확장되는 외경을 가지는 대경부를 각각 포함하여, 상기 대경부가 서로 대향하여 마주보도록 배치되어 상기 경사면이 상기 제1출력 포트 및 상기 제2출력 포트를 선택적으로 개폐 가능한 제1밸브 및 제2밸브와; 양단이 상기 제1밸브 및 제2밸브의 대경부에 지지되어 상기 제1밸브와 상기 제2밸브 상호간의 간격을 탄력적으로 이격시키는 탄성체를 포함함으로써 달성된다.

이때, 본 발명에 있어서, 전기적 신호에 따라 출력축이 정역 회전하는 스텝모터와; 상기 구동 샤프트의 외주면 상에서 축 방향 이동이 제한된 상태로 회전 가능하게 지지되며, 내주면에 암나사가 형성되고, 상기 스텝모터의 출력축으로부터 회전력을 전달 받아 회전하는 축기어를 포함하는 구동부재를 더 포함하며; 상기 구동 샤프트의 외주면에는 상기 축기어의 암나사와 치합하는 수나사가 형성되는 것이 가능하다.

또한, 상기 구동부재에는, 대치차와, 상기 대치차 보다 직경이 작은 소치차가 일체로 형성된 변속기어가, 상기 스텝모터의 출력축과 상기 축기어 사이에 추가로 마련되어, 상기 스텝모터의 출력축 회전속도를 변속시켜 상기 축기어에 전달할 수도 있다.

게다가, 상기 밸브바디의 제1출력 포트와 제2출력 포트의 입구는, 서로 다른 내경을 가지도록 형성될 수 있다.

마지막으로, 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브의 대경부에는 서로 대향하여 스토퍼가 돌출 형성되는 것이 바람직할 것이다.

이상과 같은 본 발명은 차량용 공조기에 적용 가능한 히트펌프의 구성을 단순화 하여 생산 단가를 낮추면서도 공조기의 정밀 제어를 가능하게 하고, 특히 제품의 소형화에 기여할 뿐 아니라 제품에 대한 가공성 및 생산성을 극대화 시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 대한 일 실시예를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트 및 제2출력 포트 모두가 폐쇄된 상태를 나타내는 주요부의 단면도,
도 3은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트에서 냉매의 팽창이 이루어지고 제2출력 포트가 폐쇄된 상태를 나타내는 주요부의 단면도,
도 4는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트가 완전 개방되고 제2출력 포트가 폐쇄된 상태를 나타내는 주요부의 단면도,
도 5는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트가 폐쇄되고 제2출력 포트에서 냉매의 팽창이 이루어지는 상태를 나타내는 주요부의 단면도,
도 6은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트가 폐쇄되고 제2출력 포트가 완전 개방된 상태를 나타내는 주요부의 단면도,
도 7은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 구동부재에 변속기어가 적용된 예를 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1밸브를 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1밸브 및 제2밸브의 변형예를 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1밸브 및 제2밸브를 나타내는 확대단면도,
도 11은 도 10 (a)의 C부분에 대한 확대도,
도 12는 도 10 (b)의 D부분에 대한 확대도.

도 1은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 대한 일 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 2는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트 및 제2출력 포트 모두가 폐쇄된 상태를 나타내는 주요부의 단면도이다.

그리고, 도 3은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트에서 냉매의 팽창이 이루어지고 제2출력 포트가 폐쇄된 상태를 나타내는 주요부의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트가 완전 개방되고 제2출력 포트가 폐쇄된 상태를 나타내는 주요부의 단면도이다.

또한, 도 5는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트가 폐쇄되고 제2출력 포트에서 냉매의 팽창이 이루어지는 상태를 나타내는 주요부의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1출력 포트가 폐쇄되고 제2출력 포트가 완전 개방된 상태를 나타내는 주요부의 단면도이다.

게다가, 도 7은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 구동부재에 변속기어가 적용된 예를 나타내는 단면도이며, 도 8은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1밸브를 나타내는 평면도이고, 도 9는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1밸브 및 제2밸브의 변형예를 나타내는 단면도이다.

마지막으로, 도 10은 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 제1밸브 및 제2밸브를 나타내는 확대단면도로서, 도 10의 (a)는 제1밸브(300)와 제1출력 포트(120)의 입구를 나타내며, 도 10의 (b)는 제2밸브(300')와 제2출력 포트(130)를 나타내고, 도 11은 도 10 (a)의 C부분에 대한 확대도이고, 도 12는 도 10 (b)의 D부분에 대한 확대도이다.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브는, 차량용 공조기에 적용 가능한 히트펌프의 구성을 단순화 하여 생산 단가를 낮추면서도 공조기의 정밀 제어를 가능하게 하고, 특히 제품의 소형화에 기여할 뿐 아니라 제품에 대한 가공성 및 생산성을 극대화 시킬 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 팽창 및 방향전환 일체화 밸브는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 블록 형상으로 이루어져, 일측에 냉매가 공급되는 입력 포트(110)와, 타측에 냉매가 배출되는 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)와, 상기 입력 포트(110), 상기 제1출력 포트(120), 그리고 상기 제2출력 포트(130)를 연통시키는 유로가 내부에 형성되되, 상기 제1출력 포트(120)와 상기 제2출력 포트(130)의 입구가 서로 대향하여 마주보도록 동심선(CL) 상에 형성되는 밸브바디(100)와; 상기 제1출력 포트(120) 및 상기 제2출력 포트(130)의 동심선(CL) 상에 위치하여 축 방향으로 왕복 이동 가능하되, 외주면에 한 쌍의 지지턱(210, 210')이 서로 이격되어 형성되는 구동 샤프트(200)와; 상기 구동 샤프트(200)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 마련되되, 상기 지지턱(210, 210')에 접촉하여 일방향 이동이 제한되는 소경부(310, 310')와, 상기 소경부(310, 310')로부터 경사면(330, 330')을 따라 점차적으로 확장되는 외경을 가지는 대경부(320, 320')를 각각 포함하여, 상기 대경부(320, 320')가 서로 대향하여 마주보도록 배치되어 상기 경사면(330, 330')이 상기 제1출력 포트(120) 및 상기 제2출력 포트(130)를 선택적으로 개폐 가능한 제1밸브(300) 및 제2밸브(300')와; 양단이 상기 제1밸브(300) 및 제2밸브(300')의 대경부(320, 320')에 지지되어 상기 제1밸브(300)와 상기 제2밸브(300') 상호간의 간격을 탄력적으로 이격시키는 탄성체(400)를 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 따른 팽창 및 방향전환 일체화 밸브는, 기본적으로 밸브바디(100), 구동 샤프트(200), 제1밸브(300) 및 제2밸브(300'), 그리고 탄성체(400)를 포함하고 있다.

우선, 밸브바디(100)는 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서 기본 골격을 이루는 구성으로, 블록 형상, 바람직하게는 대략 육면체의 블록 형상으로 이루어져 있다.

이때, 상기 밸브바디(100)의 외형에 제한은 없을 것이며, 육면체인 사각기둥을 포함하여, 다각기둥이나 원기둥 형상이어도 좋다.

이러한 밸브바디(100)에 있어서 도 1 및 도 2와 같이 일측, 즉 도면에 있어서 좌측에는 냉매가 공급되는 입력 포트(110)가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 밸브바디(100)의 타측, 즉 도면에 있어서 우측에는 냉매가 배출되는 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)가 상하에 각각 형성될 수 있을 것이다.

이와 함께, 상기 밸브바디(100)의 내부에는 상기 입력 포트(110), 상기 제1출력 포트(120), 그리고 상기 제2출력 포트(130)를 하나로 연통시키는 유로가 형성되어 있어, 이 유로를 통해 냉매가 상기 입력 포트(110)로부터 상기 제1출력 포트(120) 또는 상기 제2출력 포트(130)로 통과할 수 있는 것이다.

이에 따라, 예를 들어, 냉방 시에는 입력 포트(110)로 들어온 냉매가 제1출력 포트(120)로 배출되고, 난방 시에는 입력 포트(110)로 들어온 냉매가 제2출력 포트(130)로 배출되는 등이 가능할 것이다.

설명의 편의를 위하여 밸브바디(100)의 좌측에 입력 포트(110)가 형성되고, 우측에 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)가 상하측에 형성된 것으로 예시하여 이하 설명하지만, 밸브바디(100)의 배치 방향에 따라 각 포트의 위치나 방향은 다양하게 변경될 수 있음이 자명할 것이다.

특히, 본 발명에 있어서 상기 밸브바디(100)에는, 상기 제1출력 포트(120)와 상기 제2출력 포트(130)의 입구가 서로 대향하여 마주보도록 동심선(CL) 상에 형성되며, 이하에 설명할 구동 샤프트(200), 제1밸브(300) 및 제2밸브(300'), 그리고 탄성체(400)가 모두 상기 동심선(CL)을 중심으로 하여 나란하게 마련될 수 있을 것이다.

여기에서, 상술한 밸브바디(100)는 도면에 예시한 바와 같이 하나의 몸체로 이루어질 수 있지만, 성형성이나 조립성 등을 고려하여 다수의 부분으로 분할 제작된 후 하나로 조립되어 구성될 수도 있을 것이다.

다음으로, 구동 샤프트(200)는 상기 제1출력 포트(120) 및 상기 제2출력 포트(130)의 동심선(CL) 상에 위치하여 축 방향, 즉 상기 동심선(CL)을 따라 도면상 상하로 왕복 이동 가능한 구성이다.

이러한 구동 샤프트(200)를 상하로 이동시키기 위한 구동원에 대해서는 후술하기로 한다.

특히, 상기 구동 샤프트(200)는 그 외주면에 한 쌍의 지지턱(210, 210')이 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 형성되어 있다.

이때, 상기 지지턱(210, 210')은 상기 구동 샤프트(200)와 일체로 움직일 수 있는 것으로, 설명의 편의를 위하여 도면에는 상기 지지턱(210, 210')이 상기 구동 샤프트(200)에 일체로 성형된 것으로 예시하였다.

하지만, 상기 지지턱(210, 210') 중 어느 하나 이상은 가공 및 조립의 편의를 위하여, 별물로 제작된 후, 상기 구동 샤프트(200)에 체결이나 고정하여 일체화 하는 것도 물론 가능할 것이다.

이에 따라, 상기 구동 샤프트(200)는 밸브바디(100)에 형성된 제1출력 포트(120)의 입구와 제2출력 포트(130)의 입구를 관통하여 도면상 상하로 위치하게 되며, 이하에 설명할 구동부재(500)에 의하여 적절한 높이로 승강하도록 제어될 것이다.

다음으로, 제1밸브(300) 및 제2밸브(300')는 서로 동일한 형상으로 성형되는 것이지만 기능 차이에 의해 제1밸브(300)와 제2밸브(300')로 구분하여 설명하기로 한다.

이때, 상기 제1밸브(300) 및 상기 제2밸브(300')는 상기 구동 샤프트(200)의 외주면을 따라 슬라이딩 가능하게 마련되며, 이를 위해 상기 제1밸브(300) 및 상기 제2밸브(300')의 내경은 상기 구동 샤프트(200)의 외경과 거의 동일하게 형성된다.

그리고, 상기 제1밸브(300) 및 상기 제2밸브(300')는 경사면(330, 330')을 따라 점차적으로 확장되어 대략 원추 형상으로 성형되는 것으로, 각각 경사면(330, 330')을 통해 연결되는 소경부(310, 310') 및 대경부(320, 320')가 형성된다.

이때, 상기 소경부(310, 310')는 중앙으로부터 바깥쪽에 위치하여 상기 지지턱(210, 210')에 접촉함으로써 일방향 이동이 제한될 수 있는 부분이다.

그리고, 상기 대경부(320, 320')는 중앙측, 즉 안쪽에 위치하여 서로가 대향하여 마주보도록 배치된다.

따라서, 상기 제1밸브(300) 및 상기 제2밸브(300')는 상기 구동 샤프트(200)를 따라 이동할 수 있도록 마련되되, 이하에 설명할 탄성체(400)를 기준으로 서로 대칭되게 대향하여 위치하게 된다.

이에 따라, 상기 제1밸브(300)에 형성되는 경사면(330)은 상술한 제1출력 포트(120)의 입구를 개폐시키게 되며, 상기 제2밸브(300')에 형성되는 경사면(330')은 상술한 제2출력 포트(130)의 입구를 개폐시키게 된다.

다음으로, 탄성체(400)는 그 중심에 상기 구동 샤프트(200)가 관통하도록 마련되며, 양단이 상기 제1밸브(300) 및 제2밸브(300')의 대경부(320, 320')를 탄성 지지하게 된다.

이에 따라, 상기 탄성체(400)는 상기 제1밸브(300)와 상기 제2밸브(300') 상호간의 간격을 항상 탄력적으로 이격시키도록 마련된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 팽창 및 방향전환 일체화 밸브의 주요 동작을 설명하면 다음과 같다.

(1) 제1출력 포트(120) : 폐쇄 / 제2출력 포트(130) : 폐쇄

우선, 도 2에 도시한 바와 같이 구동 샤프트(200)가 적절한 기준 높이에 위치하는 경우, 탄성체(400)에 의하여 제1밸브(300)는 상측으로, 그리고 제2밸브(300')는 하측으로 탄성 지지된다.

이에 따라, 상기 제1밸브(300)의 경사면(330)은 제1출력 포트(120)의 입구를 폐쇄시키며, 상기 제2밸브(300')의 경사면(330')은 제2출력 포트(130)의 입구를 폐쇄시키게 된다.

이때, 상기 제1밸브(300)의 소경부(310)는 상기 구동 샤프트(200)의 상측 지지턱(210)으로부터 미세하게 이격되어 위치할 것이며, 상기 제2밸브(300')의 소경부(310') 또한 상기 구동 샤프트(200)의 하측 지지턱(210')으로부터 미세하게 이격되어 위치할 것이다.

(2) 제1출력 포트(120) : 냉매 팽창 / 제2출력 포트(130) : 폐쇄

다음으로, 구동 샤프트(200)가 상술한 기준 높이로부터 하강하기 시작하는 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 탄성체(400)에 의하여 상측으로 탄성 지지되는 제1밸브(300)는 소경부(310)가 구동 샤프트(200)의 상측 지지턱(210)에 접촉하게 된다.

이와 같이, 상기 소경부(310)가 상기 지지턱(210)에 접촉한 후부터는, 상기 제1밸브(300)는 구동 샤프트(200)와 함께 하강하게 됨으로써, 제1밸브(300)의 경사면(330)이 제1출력 포트(120)의 입구로부터 미세하게 이격되며, 이때 형성되는 미세한 간극을 통해 냉매의 팽창이 이루어지게 된다.

그 결과, 입력 포트(110)로 들어온 냉매는 제1밸브(300)의 경사면(330)과 제1출력 포트(120)의 입구 사이에서 팽창된 후, 제1출력 포트(120)를 통해 배출될 수 있게 된다.

이때, 제2밸브(300')는 탄성체(400)에 의하여 하측으로 탄성 지지되어, 상기 제2밸브(300')의 경사면(330')이 제2출력 포트(130)의 입구를 폐쇄한 상태를 그대로 유지하게 된다.

(3) 제1출력 포트(120) : 완전 개방 / 제2출력 포트(130) : 폐쇄

추가적으로, 상기 구동 샤프트(200)가 보다 더 하강하면, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 제1밸브(300)가 구동 샤프트(200)와 함께 보다 더 하강하게 됨으로써, 제1밸브(300)의 경사면(330)이 제1출력 포트(120)의 입구로부터 최대로 이격되며, 제1출력 포트(120)의 완전 개방 상태가 된다.

그 결과, 입력 포트(110)로 들어온 냉매는 제1밸브(300)의 소경부(310)와 제1출력 포트(120)의 입구 사이에 형성되는 비교적 큰 간극을 통해, 팽창되지 않고 제1출력 포트(120)를 통해 그대로 배출될 수 있게 된다.

이때에도, 제2밸브(300')는 탄성체(400)에 의하여 하측으로 탄성 지지되어, 상기 제2밸브(300')의 경사면(330')이 제2출력 포트(130)의 입구를 폐쇄한 상태를 그대로 유지하게 된다.

(4) 제1출력 포트(120) : 폐쇄 / 제2출력 포트(130) : 냉매 팽창

다음으로, 구동 샤프트(200)가 상술한 기준 높이에 위치하는 도 2의 위치로부터 상승하기 시작하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 탄성체(400)에 의하여 하측으로 탄성 지지되는 제2밸브(300')는 소경부(310')가 구동 샤프트(200)의 하측 지지턱(210')에 접촉하게 된다.

상기 소경부(310')가 상기 지지턱(210')에 접촉한 후부터는, 상기 제2밸브(300')는 구동 샤프트(200)와 함께 상승하게 됨으로써, 제2밸브(300')의 경사면(330')이 제2출력 포트(130)의 입구로부터 미세하게 이격되며, 이때 형성되는 미세한 간극을 통해 냉매의 팽창이 이루어지게 된다.

그 결과, 입력 포트(110)로 들어온 냉매는 제2밸브(300')의 경사면(330')과 제2출력 포트(130)의 입구 사이에서 팽창된 후, 제2출력 포트(130)를 통해 배출될 수 있게 된다.

이때, 제1밸브(300)는 탄성체(400)에 의하여 상측으로 탄성 지지되어, 상기 제1밸브(300)의 경사면(330)이 제1출력 포트(120)의 입구를 폐쇄한 상태를 그대로 유지하게 된다.

(5) 제1출력 포트(120) : 폐쇄 / 제2출력 포트(130) : 완전 개방

추가적으로, 상기 구동 샤프트(200)가 보다 더 상승하면, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 제2밸브(300')가 구동 샤프트(200)와 함께 보다 더 상승하게 됨으로써, 제2밸브(300')의 경사면(330')이 제2출력 포트(130)의 입구로부터 최대로 이격되며, 제2출력 포트(130)의 완전 개방 상태가 된다.

그 결과, 입력 포트(110)로 들어온 냉매는 제2밸브(300')의 소경부(310')와 제2출력 포트(130)의 입구 사이에 형성되는 비교적 큰 간극을 통하여, 팽창되지 않고 제2출력 포트(130)를 통해 그대로 배출될 수 있게 된다.

이때에도, 제1밸브(300)는 탄성체(400)에 의하여 상측으로 탄성 지지되어, 상기 제1밸브(300)의 경사면(330)이 제1출력 포트(120)의 입구를 폐쇄한 상태를 그대로 유지하게 된다.

이와 같은 구성 및 작용에 따라, 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브는 구조가 간단하여 소형으로 구현할 수 있으면서도, 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130) 둘 모두를 폐쇄시키는 상태는 물론, 입력 포트(110)로부터 들어오는 냉매를 팽창시키거나 혹은 팽창시키지 않고 제1출력 포트(120) 또는 제2출력 포트(130) 중 어느 하나로 절환하여 공급하는 것이 가능하다는 탁월한 이점을 지니게 된다.

위에서는, 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 대한 기본적인 구성에 관하여 설명하였지만, 다양한 기능을 부가하기 위하여 변형되거나 추가적인 구성이 부가될 수 있을 것이다.

상술한 구동 샤프트(200)를 승강시키기 위하여 예를 들어, 솔레노이드와 같은 주지의 구성이 추가로 부가될 수 있으나, 솔레노이드를 채용하는 경우 상기 구동 샤프트(200)에 대한 정밀한 승강 제어가 어렵다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 구동 샤프트(200)에 대한 승강을 보다 정밀하게 제어하기 위하여, 도 1에 예시한 바와 같이 전기적 신호에 따라 출력축(511)이 정역 회전하는 스텝모터(510)와; 상기 구동 샤프트(200)의 외주면 상에서 축 방향 이동이 제한된 상태로 회전 가능하게 지지되며, 내주면에 암나사(521)가 형성되고, 상기 스텝모터(510)의 출력축(511)으로부터 회전력을 전달 받아 회전하는 축기어(520)를 포함하는 구동부재(500)를 더 포함하며; 상기 구동 샤프트(200)의 외주면에는 상기 축기어(520)의 암나사(521)와 치합하는 수나사(220)가 형성될 수 있을 것이다.

즉, 본 발명에 있어서 스텝모터(510)와 축기어(520)를 포함하는 구동부재(500)가 추가로 마련될 수 있다.

우선, 상기 구동부재(500)에 있어서 스텝모터(510)는 전기적 신호에 따라 출력축(511)을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키되, 소망하는 회전각도로 회전시킬 수 있는 구성이다.

이때, 상기 스텝모터(510)의 출력축(511)으로 출력되는 회전은 변속 없이 축기어(520)에 그대로 전달될 수 있을 것이다.

이러한 경우, 상기 스텝모터(510)의 출력축(511)과 상기 축기어(520)는 서로 일체로 결합하여 동일한 회전속도로 회전할 수 있을 것이다.

여기에서, 상기 구동부재(500)의 축기어(520)는 상술한 구동 샤프트(200)의 도면상 상단에 위치하는 것으로, 그 외주면은 상기 출력축(511)에 연결될 수 있으며, 그 내주면에는 일부구간 암나사가 형성되어 있다.

도면부호 104는 상술한 구동 샤프트(200)의 외주면과 상기 축기어(520)의 내주면 사이에 위치하여 냉매의 누설을 방지하기 위한 씰링이다.

이때, 상기 축기어(520)는 별도의 부시(101)를 통해 상기 밸브바디(100)에 회전 가능하게 지지되며, 도면부호 102는 상기 부시(101)의 상측에 위치하여 냉매의 누설 및 상기 부시(101)의 분리를 제한하는 개스킷이다.

또한, 상기 부시(101)의 하단은 추가적인 스프링인 리테이너(103)에 의하여 상측으로 탄성 지지될 수 있으며, 이때, 상기 리테이너(103)의 상측은 상기 부시(101)에 지지되고, 상기 리테이너(103)의 하측은 상술한 구동 샤프트(200)의 상측 지지턱(210) 상단에 지지될 수 있을 것이다.

이와 더불어, 상기 축기어(520)의 암나사(521)에 대응하여 상술한 구동 샤프트(200)에는 수나사(220)가 형성되어 있다.

이러한 수나사(220)는 상기 암나사(521)와 나사 결합하며, 상기 축기어(520)는 밸브바디(100)로부터 상하방향 이동이 제한된 상태로 회전할 수 있기 때문에, 상기 축기어(520)의 회전에 따라 상기 구동 샤프트(200)만이 상승 또는 하강하는 것이 가능해진다.

즉, 구동부재(500)는 스텝모터(510)를 구동시켜 출력축(511)을 정역 회전시키는 것으로, 구동 샤프트(200)를 동심선(CL)을 따라 상하로 정밀하게 승강 제어하는 것이 가능해진다.

이와 같은 구동부재(500)는, 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브의 소형화에 기여하게 된다.

추가적으로, 스텝모터(510)의 출력축(511) 회전속도를 상기 구동부재(500)에서 가속 또는 감속시킨 후, 축기어(520)에 전달하는 것이 가능하다.

예를 들면, 본 발명에 있어서 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 구동부재(500)에는, 대치차(531)와, 상기 대치차(531) 보다 직경이 작은 소치차(532)가 일체로 형성된 변속기어(530)가, 상기 스텝모터(510)의 출력축(511)과 상기 축기어(520) 사이에 추가로 마련될 수도 있다.

즉, 구동부재(500)에 있어서 스텝모터(510)의 출력축(511)과 축기어(520) 사이에 변속기어(530)가 추가 구성되는 것으로, 상기 스텝모터(510)의 출력축(511) 회전속도를 변속시켜 상기 축기어(520)에 전달하는 것이 가능하다.

이때, 상기 변속기어(530)는 대치차(531)와 소치차(532)가 계단형 단면을 가지고 일체로 형성된 2단 기어로서, 도 7에 예시한 바와 같이 변속기어(530)의 대치차(531)가 스텝모터(510)의 출력축(511)에 외접하도록 치합하고, 소치차(532)가 축기어(520)에 외접하여 치합하도록 배치되는 경우, 상기 변속기어(530)는 변속, 보다 상세하게는 감속 기능을 수행하게 될 것이다.

도 7에 있어서 도면부호 533은 상기 변속기어(530)를 밸브바디(100)에 회전 가능하게 지지하기 위한 지지축이다,

이와 같은, 감속 기능은 상기 축기어(520)의 회전속도를 감소시켜, 구동 샤프트(200)에 대한 정밀한 승강 제어를 가능하게 함으로써, 밸브의 개폐 제어를 보다 정밀하게 구현할 수 있도록 한다.

게다가, 도시하진 않았지만, 변속기어(530)의 소치차(532)가 스텝모터(510)의 출력축(511)에 외접하도록 치합하고, 대치차(531)가 축기어(520)에 외접하여 치합하도록 배치된다면, 상기 변속기어(530)는 가속 기능을 수행하게 된다.

이와 같은 가속 기능은 상기 축기어(520)의 회전속도를 증대시켜, 구동 샤프트(200)를 신속하게 승강시킬 수 있도록 함으로써, 밸브의 개폐 제어를 빠르게 구현할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브에 있어서는 구동부재(500)에 변속기어(530)를 부가하는 것으로, 정밀한 제어 또는 신속한 제어 중 어느 하나를 구현하는 데에 일조하게 된다.

다음으로, 상기 밸브바디(100)에 있어서 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130)의 입구 내경의 치수에 관하여 설명하기로 한다.

이때, 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130)의 입구란, 상기 밸브바디(100)의 내부에 형성된 유로에 있어서 제1밸브(300)나 제2밸브(300')에 의하여 실제적으로 개폐가 이루어지는 부분을 지칭하는 것이다.

이와 같은 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)의 입구는 기본적으로 서로 동일한 내경을 가지게 될 것이며, 이에 따라, 제1출력 포트(120)나 제2출력 포트(130)의 냉매 팽창 상태나 완전 개방 상태에서 서로 거의 동일한 냉매 유량으로 제어될 수 있을 것이다.

하지만, 이러한 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130)의 냉매 유량을 서로 다르게 제어하고자, 상기 밸브바디(100)의 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130)의 입구는, 서로 다른 내경을 가지도록 형성되는 것이 가능하다.

예를 들어, 제1출력 포트(120)의 입구 내경을 비교적 작게 형성하는 경우, 제1출력 포트(120)의 입구와 접촉하는 제1밸브(300)의 경사면(330)에 있어서는 도 8의 A로 표시한 바와 같이, 비교적 작은 둘레의 선접촉이 형성될 것이다.

이에 반해, 제1출력 포트(120)의 입구 내경을 비교적 크게 형성하는 경우, 제1출력 포트(120)의 입구와 접촉하는 제1밸브(300)의 경사면(330)에 있어서는 도 8의 B로 표시한 바와 같이, 비교적 큰 둘레의 선접촉이 형성된다.

따라서, 비교적 작은 둘레의 선접촉이 형성되는 경우, 동일한 시점에 팽창되거나 통과하는 냉매의 유량을 작게 제어하게 되며, 비교적 큰 둘레의 선접촉이 형성되는 경우, 동일한 시점에 팽창되거나 통과하는 냉매의 유량을 크게 제어할 수 있게 된다.

그 결과, 제1출력 포트(120)와 제2출력 포트(130)를 통해 냉매가 팽창하거나 통과하는 유량을 서로 동일하게, 혹은 서로 다르게 제어하는 것이 가능해진다.

다음으로, 본 발명에 있어서 도 9에 예시한 바와 같이, 상기 제1밸브(300) 및 상기 제2밸브(300')의 대경부(320, 320')에는 서로 대향하여 스토퍼(321, 321')가 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 스토퍼(321, 321')는 제1밸브(300)와 제2밸브(300')의 대경부(320, 320')로부터 서로 대향하여 소정의 길이로 연장 형성되기 때문에, 상술한 구동 샤프트(200)가 과도하게 상승하거나 하강하는 경우, 스토퍼(321, 321')의 끝단이 서로 맞닿게 됨으로써, 예를 들어, 탄성체(400)나 기타 구성부품이 파손되는 등의 손상을 예방할 수 있게 된다.

게다가, 이러한 스토퍼(321, 321')는 탄성체(400)의 외주 측에 마련되어, 탄성체(400)에 과도한 압축력이 작용하여 측방향으로 볼록하게 휘어져 변형되는 현상 또한 예방하여 탄성체(400)가 정확하게 동작하도록 일조하게 된다.

추가적으로, 도 10에 예시한 바와 같이 상기 밸브바디(100)의 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)에 있어서, 입구 모서리에는 경사지게 모따기면(121, 131)이 형성될 수 있을 것이다.

이와 같이 모따기면(121, 131)을 형성하는 경우, 제1출력 포트(120) 및 제2출력 포트(130)와 제1밸브(300) 및 제2밸브(300') 상호간에는 모따기면(121, 131)과 경사면(330, 330') 사이가 선접촉에서 면접촉이 되기 때문에, 더욱 정확한 냉매 제어가 가능해진다.

이와 더불어, 도 11에 예시한 바와 같이 상기 모따기면(121, 131)에는, 볼록한 단면 형상을 가지고 상기 모따기면(121, 131)을 일주하는 돌기부재(122, 132)가 추가로 형성되는 것이 가능하며, 보다 바람직하게 상기 돌기부재(122, 132)는 2개 이상이 동심원을 따라 형성되는 것이 좋다.

이에 따르면, 모따기면(121, 131)과 경사면(330, 330')이 서로 맞닿았을 때, 기밀성을 한층 더 높이는 것이 가능해진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 팽창 및 방향전환 일체화 밸브는 차량용 공조기에 적용 가능한 히트펌프의 구성을 단순화 하여 생산 단가를 낮추면서도 공조기의 정밀 제어를 가능하게 하고, 특히 제품의 소형화에 기여할 뿐 아니라 제품에 대한 가공성 및 생산성을 극대화 시킬 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

100 : 밸브바디 101 : 부시
102 : 개스킷 103 : 리테이너
104 : 씰링 110 : 입력 포트
120 : 제1출력 포트 121, 131 : 모따기면
122, 132 : 돌기부재 130 : 제2출력 포트
200 : 구동 샤프트 210, 210' : 지지턱
220 : 수나사 300 : 제1밸브
300' : 제2밸브 310, 310' : 소경부
320, 320' : 대경부 321, 321' : 스토퍼
330, 330' : 경사면 400 : 탄성체
500 : 구동부재 510 : 스텝모터
511 : 출력축 520 : 축기어
521 : 암나사 530 : 변속기어
531 : 대치차 532 : 소치차
533 : 지지축 CL : 동심선

Claims

블록 형상으로 이루어져, 일측에 냉매가 공급되는 입력 포트와, 타측에 냉매가 배출되는 제1출력 포트 및 제2출력 포트와, 상기 입력 포트, 상기 제1출력 포트, 그리고 상기 제2출력 포트를 연통시키는 유로가 내부에 형성되되, 상기 제1출력 포트와 상기 제2출력 포트의 입구가 서로 대향하여 마주보도록 동심선 상에 형성되는 밸브바디와;
상기 제1출력 포트 및 상기 제2출력 포트의 동심선 상에 위치하여 축 방향으로 왕복 이동 가능하되, 외주면에 한 쌍의 지지턱이 서로 이격되어 형성되는 구동 샤프트와;
상기 구동 샤프트의 외주면에 슬라이딩 가능하게 마련되되, 상기 지지턱에 접촉하여 일방향 이동이 제한되는 소경부와, 상기 소경부로부터 경사면을 따라 점차적으로 확장되는 외경을 가지는 대경부를 각각 포함하여, 상기 대경부가 서로 대향하여 마주보도록 배치되어 상기 경사면이 상기 제1출력 포트 및 상기 제2출력 포트를 선택적으로 개폐 가능한 제1밸브 및 제2밸브와;
양단이 상기 제1밸브 및 제2밸브의 대경부에 지지되어 상기 제1밸브와 상기 제2밸브 상호간의 간격을 탄력적으로 이격시키는 탄성체를 포함하되;
전기적 신호에 따라 출력축이 정역 회전하는 스텝모터와;
상기 구동 샤프트의 외주면 상에서 축 방향 이동이 제한된 상태로 회전 가능하게 지지되며, 내주면에 암나사가 형성되고, 상기 스텝모터의 출력축으로부터 회전력을 전달 받아 회전하는 축기어를 포함하는 구동부재를 더 포함하며;
상기 구동 샤프트의 외주면에는 상기 축기어의 암나사와 치합하는 수나사가 형성되어, 상기 축기어의 회전에 따라 상기 구동 샤프트만이 상승 또는 하강하는 것이 가능하고;
상기 축기어는 부시를 통해 상기 밸브바디에 회전 가능하게 지지되며, 상기 부시의 상측에 개스킷이 위치하여 냉매의 누설 및 상기 부시의 분리를 제한하고, 상측은 상기 부시에 지지되고 하측은 상기 구동 샤프트의 상측 지지턱 상단에 지지되는 스프링인 리테이너에 의해 상기 부시의 하단은 상측으로 탄성 지지되며;
상기 밸브바디의 제1출력 포트 및 제2출력 포트에 있어서 입구 모서리에는 경사지게 모따기면이 형성되며, 상기 모따기면에는 볼록한 단면 형상을 가지고 동심원을 따라 일주하는 2개 이상의 돌기부재가 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 팽창 및 방향전환 일체화 밸브.
삭제
제1항에 있어서,
상기 구동부재에는, 대치차와, 상기 대치차 보다 직경이 작은 소치차가 일체로 형성된 변속기어가, 상기 스텝모터의 출력축과 상기 축기어 사이에 추가로 마련되어, 상기 스텝모터의 출력축 회전속도를 변속시켜 상기 축기어에 전달하는 것을 특징으로 하는 팽창 및 방향전환 일체화 밸브.
제3항에 있어서,
상기 밸브바디의 제1출력 포트와 제2출력 포트의 입구는, 서로 다른 내경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 팽창 및 방향전환 일체화 밸브.
제4항에 있어서,
상기 제1밸브 및 상기 제2밸브의 대경부에는 서로 대향하여 스토퍼가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 팽창 및 방향전환 일체화 밸브.