KR19980081325A - 열 팽창 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 팽창 밸브에 관한 것으로, 밸브 본체는 제 1 통로(32)와 제 2통로(34)로 구성되고, 열 감지 축(36f)를 형성하는 막대부재(316)는 지름이 작은 축이며, 동력부재(36)의 다이아프램(361)의 변위에 따라, 상기 축이 전방 및 후방으로 상기 통로(34)를 가로질러 구동된다. 상기 막대 부재(316)는 그 외주 지름과 전체 길이의 비가 17 내지 28이고, 축방향으로 가해지는 응력에 대항하여 휘어지지 않도록 형성되어, 열 팽창 밸브의 소형화와 경량화를 달성한다.

Description

열 팽창 밸브

본 발명은 에어콘, 냉동장치 등의 냉동 사이클에 활용되는 냉동수단에 이용되는 열 팽창 밸브에 관한 것이다.

종래에는 이러한 종류의 열 팽창 밸브가 자동차 등의 에어콘의 냉동 사이클에 이용되었다. 도 2는 냉동 사이클의 설명과 더불어 종래의 열 팽창 밸브의 단면도를 도시하고 있다. 열 팽창 밸브(10)는, 하나의 통로가 그 사이에 일정한 간격을 두고 다른 하나의 통로 상부에 위치하는 제 1통로(32)와 제 2통로(34)를 구비하는 냉동 사이클의 냉매덕트(11)를 포함하는 프리즘 형태의 알루미늄으로 형성된 밸브 본체(30)로 구성된다. 제 1통로(32)는 콘덴서(5)의 냉매 출구로부터 수용부(6)을 통하여 증발기의 냉매입구로 통과하는 액상(liguid-phase) 냉매를 위한 것이다. 제 2통로(34)는 증발기(8)의 냉매출구를 통하여 압축기(4)의 냉매입구로 통과하는 기상(gas-phase) 냉매를 위한 것이다.

수용부(6)의 냉매 출구로부터 제공되는 액상 냉매의 단열 팽창을 위한 오리피스(32a)는 제 1통로(32)상에 형성되고, 상기 제 1통로(32)는 오리피스(32a)를 통하여 통로(321)을 지나 증발기 8의 입구에 연결된다.

오리피스(32a)는 상기 밸브 본체(30)의 길이방향을 따라 형성된 중심선을 포함한다. 밸브 시트는 상기 오리피스(32a)의 입구에 형성되고, 밸브부재(32c)에 의하여 지지되고 상기 밸브 시트와 함께 밸브구조를 이루는 밸브수단(32b)는 상기 밸브 시트상에 형성된다. 밸브부재(32b) 및 밸브부재(32c)는 함께 고정된다. 상기 밸브 부재(32c)는 예를들어 압축 코일 스프링과 같은 스프링 수단(32d)에 의하여 힘을 받는다.

상기 수용부(6)으로부터의 액상 냉매가 유입되는 상기 제 1통로(32)는 액체 냉매의 통로이며, 입구 포트(322)와 함께 구비되고, 밸브실(35)가 이에 연결된다. 상기 밸브실(35)는 상기 오리피스(32a)의 중심선과 동일한 축상에 형성되는 바닥부를 구비한 체임버이며, 플러그(39)에 의하여 밀봉된다.

또한, 증발기 8의 출구 온도에 따라 밸브 본체(32b)에 구동력을 제공하기 위하여, 상기 밸브 본체(30)는 작은 홀(37)과 큰 홀(38)을 구비하고 있으며, 상기 큰 홀(38)은, 상기 제 2통로(34)를 관통하는 상기 중심선 축의 연장선상에 형성된 상기 작은 홀(37)보다 그 지름이 크다. 열 감지기의 역할을 하는 동력부재(36)를 고정시키기 위한 나사홈(361)는 상기 밸브 본체(30)의 상단에 형성된다.

상기 동력부재(36)은, 스테인레스강 다이아프램(36a)과, 상기 다이아프램(36a)의 상측과 하측에 두 개의 밀봉된 체임버를 형성하는 상기 다이아프램에 의하여 분리되고 그 사이에서 상기 다이아프램과 서로 접촉하도록 형성되는 상부 압력 작용실(36b) 및 하부 압력 작용실(36c)을 각각 정의하는 상부 커버(36d) 및 하부커버(36h)와, 또한 스크류(361)을 통하여 상기 밸브 본체(30)에 고정되는 상기 상부 압력 작용실에 다이아프램 구동 액체의 역할을 하는 소정의 냉매를 삽입하는 튜브(36i)로 구성된다. 상기 하부 압력 작용실(36c)는 상기 오리피스(32a)의 중심축과 동심으로 형성되는 압력 홀(36e)을 통하여 상기 제 2통로(34)에 연결된다. 상기 증발기(8)에서 나오는 냉매 증기는 상기 제 2통로(34)를 통하여 흐른다. 상기 제 2통로(34)는 기상 냉매용 통로이고, 상기 냉매 증기의 압력은 상기 압력 홀(36e)를 통하여 상기 하부 압력 작용실(36c)로 유입된다.

또한, 상기 통로(34)를 가로지르도록 상기 통로(34)의 내측에 노출되는 열 감지부(318)을 포함하는 열 감지축(36f)는 상기 압력 작용실(36c)의 내측의 다아아프램(36a)과 접촉하도록 형성되고 상기 제 2통로(34)를 관통하는 상기 큰 홀(38)의 내축에 슬라이딩 가능하게 위치되어, 상기 증발기(8)의 냉매의 출구온도를 상기 하부 압력 작용실(36)으로 전송할 뿐 아니라, 상기 상부 압력 작용실(36b)과 상기 하부 암력 작용실(36c)의 내부 압력차에 수반되는 상기 다이아프렘(36a)의 변위에 반응하여 상기 큰 홀(38)의 내측으로 슬라이딩하여 구동력을 제공하기도 한다. 작용축(37f)은, 상기 열 감지 축(36f)의 변위에 반응하여 상기 스프링 수단(32d)의 탄성력에 대항하여 상기 밸브 수단(32b)을 압축하는 상기 작은 홀(37)의 내측에 슬라이딩 가능하게 위치된다. 상기 다이아프램(36a)이 그 표면과 접촉하는 상기열 감지축(36f)는, 상기 다이아프램(36a)의 수용부의 역할을 하고 직경이 큰 스토퍼부(312)와, 일단의 표면이 상기 스토퍼부(312)의 뒷면과 접촉하는 상기 하부 압력 작용실(36c)의 내측으로 슬라이딩 가능하게 삽입되는 큰 직경부(314)와, 일단의 표면이 상기 큰 직경부의 타단의 표면과 접촉하고, 타단의 표면은 상기 작용축(37f)와 접촉하는 열 감지부(318)로 구성된다.

상기 열 감지축(36f)는 또한, 예를 들면, O 형 링(36g)와 같은 링형 밀봉부재를 구비하여, 상기 제 1통로(32)와 상기 제 2통로(34)와의 사이가 밀봉된 상태가 되도록 한다. 상기 열 감지축(36f)와 작용축(37f)은 서로 연결되며, 상기 작용축(37f)은 상기 밸브수단(32b)과 접촉한다. 이와 함께, 상기 열 감지 축(36f)과 상기 작용축(37f)은 밸프 구동축인 막대 부재를 형성한다.

이러한 열 팽창 밸브 구조에서의 기존의 다이아프램 구동액은 상기 상부 커버(36d)의 상기 상측 압력 활성화실(36b)의 내측에 채워지고, 상기 증발기(8)의 냉매 출구로부터 상기 제 2통로(34)를 통하여 흐르는 상기 냉매 증기의 열은, 상기 제 2통로(34)에 연결되는 압력 홀(36e)에 노출되는 상기 열감지부(318) 및 상기 다이아프램(36a)을 통하여 상기 다이아프램 구동액으로 전달된다.

상기 상부 압력 구동실(36) 내측의 상기 다이아프램 구동액은, 전달된 상기 열에 따른 가스로의 변환에 따라, 압력을 상기 다이아프램(36a)의 상부 표면으로 송출한다. 상기 다이아프램(36a)은, 상기 상부 표면에 미치는 상기 다이아프램 구동 가스의 압력과 상기 하부표면에 미치는 압력과의 차이에 따라 상방 또는 하방으로 변위된다.

상기 다이아프램(36a) 중심부의 상방 또는 하방으로의 변위는 상기 밸브 부재 구동축을 통하여 상기 밸브부재(32b)에 전달되고, 상기 밸브 부재(32b)를 상기 오리피스(32a)의 밸브 시트의 가까이 또는 멀리 이동시킨다. 이에 따라, 상기 냉매의 유동속도가 제어된다.

즉, 상기 증발기(8)의 출구측상의 기상 냉매의 온도가 상기 상부 압력 작용실(36b)로 전달되기 때문에, 상기 상부 압력 작용실(36b) 내측의 압력은 상기 온도에 따라 변화되고, 상기 증발기(8)의 출구 온도는 상승한다.

다시 말하면, 상기 증발기의 열 적재(heat load)가 증가되면, 상기상부 압력 작용실(36b) 내측의 압력이 상승하고, 이에따라, 상기 감지축(36f)또는 밸브 부재 구동 축은 하방으로 이동되고, 상기 밸브 수단(32b)을 아래로 밀게되어, 결과적으로 상기 오리피스(32a)가 더 넓게 개방된다. 이는 상기 증발기(8)로의 냉매 공급속도를 증가시키고, 상기 증발기(8)의 온도가 낮아지게 한다. 이와는 대조적으로, 상기 증발기(8)의 온도가 하강되고 상기 증발기의 열 적재가 줄어들면, 상기 밸브 수단(32b)은 상기의 설명과 반대 방향으로 구동되어, 결과적으로 상기 오리피스(32a)가 더 적게 개방된다. 따라서, 냉매가 상기 증발기로 공급되는 속도는 낮아지고, 상기 증발기(8)의 온도는 상승하게 된다.

이와 같이 종래의 열 팽창 밸브에서, 상기 열 감지 축(36f)은, 예를 들면, 대략 6mm정도의 상대적으로 지름이 큰 부재였고, 상기 작용실(37f)과 더불어 이러한 부재는 상기 밸브 수단을 구동하는 막대부재를 이루고 있다.

그러나, 이러한 종래의 열 팽창 밸브에서는, 이용되는 부재의 수를 줄이고 무게를 감소시키려는 시도의 일환으로, 상기 감지축과 상기 작용축을 일체로 구비하여 상기 막대부재를 형성할 경우, 상기 막대부재에 발생하는 휘어짐(buckling)의 가능성을 고려해야 할 필요가 있다. 이러한 휘어짐 현상이 상기 막대부재에 발생하여, 상기 밸브 수단의 구동운동에 문제가 야기되면, 이러한 문제로 인하여 상기 팽창 밸브의 유동속도의 제어가 불안정해 지게 된다.

본 발명은 목적은 이러한 문제를 극복하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명은 정확한 유동속도의 제어를 가능하게 하고, 열 감지기능을 하는 막대부재의 휘어짐 현상을 방지하는 열 팽창 밸브를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예를 도시하는 수직 단면도이다.

도 2는 종래의 열 팽창 밸브의 구조를 도시하는 수직 단면도이다.

**도면의주요부분에대한부호의설명**

4 : 압축기 5: 콘덴서

6 : 수용부 8 : 증발기

10 열팽창밸브 11 : 냉매덕트

30 : 밸브 본체 32 : 제 1 통로

34 : 제 2 통로 36 : 동력부재

37, 38 : 홀

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열 팽창 밸브는 증발기를 향하여 흐르는 액상 냉매가 통과하는 제 1 통로 및 상기 증발기로부터 압축기로 흐르는 기상 냉매가 통과하는 제 2 통로를 구비하는 밸브 본체와, 상기 제 1통로에 설치되는 오리피스와, 상기 오리피스를 통과하는 냉매의 양의 제어하는 밸브 수단과, 상기 밸브 본체에 설치되고, 상기 기상 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램을 구비하는 동력부재와, 또한 상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 밸브 수단을 구동시키는 열 감지 기능을 갖추고 있는 막대부재를 포함하고, 상기 막대 부재의 외주 지름의 크기가 d로 표시되고, 상기 막대 부재의 전체 길이가 L로 표시될 경우, L/d의 비율은 17 내지 28인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열 팽창 밸브는, 열 감지 축부와 상기 열 감지 축부보다 지름이 더 작은 동작 축부로 구성되는 상기 막대 부재를 포함하고, 상기 밸브 부재는 상기 동작 축부를 통하여 상기 열 감지 축부에 의하여 구동되고, 또한 상기 막대 부재의 외주 지름의 크기가 d로 표시되고, 상기 막대 부재의 전체 길이가 L로 표시될 경우, L/d의 비율은 17 내지 28인 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열 팽창 밸브에서는, 상기 밸브 수단을 구동하기 위한 열 감지 기능이 있는 상기 막대 부재에는 휘어짐 현상이 발생하지 않으며, 지름이 작게 형성되어 경량화를 달성하고, 냉매의 유속을 정확이 제어한다.

실시예

도 1은 냉동 사이클을 생략한 상태의, 본 발명에 따른 열 팽창 밸브의 일 실시예를 도시한 단면도로서, 도 2와 동일한 도면부호를 갖는 부재는 동일한 또는 유사한 부분을 도시한다. 그러나, 밸브 본체를 구동하는 막대부재의 구조는 도 2에 도시된 열 팽창 밸브와는 다르다.

도 1에서, 열 팽창 밸브(10)의 밸브 본체(30)는 제 1통로(32) 및 제 2통로(34)를 포함하고, 오리피스(32a)는 상기 제 1통로(32)에 설치된다. 상기 오리피스(32a)는 구형 밸브 수단(32b)에 따라 그 개방 상태가 제어된다. 상기 제 1통로(32) 및 상기 제 2통로(34)의 사이에는 지름이 큰 홀(38)이 형성되고, 작은 지름을 갖고 슬라이딩 가능하게 상기 홀(38)에 삽입되는 축모양의 막대부재(316)는 다이아프램의 동작을 상기 밸브수단(32b)로 전달한다.

열 감지 기능이 있는 열 감지부(318)는, 열 감지 축(361f)와, 지름이 크고 다이아프램의 수용부의 역할을 하고, 상기 다이아프램(36c)은 그 표면에 접촉되는 스토퍼부(312)와, 일단의 표면은 상기 스포퍼부(312)의 뒷면과 접촉하고 타단의 표면의 중심부는 돌출부(315)에 제공되는 하부 압력 동작실(36c)의 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 대경부(large diameter portion)(314)와, 또한 일단의 표면은 상기 대경부(314)의 돌출부(315)의 내부에 알맞게 제공되고, 타단의 표면은 동작 축과 일치하는 부재(371f)를 통하여 상기 밸브 수단(32b)에 접촉되게 연결되어 구성되는 막대 부재(316)로 구성된다. 상기 막대 부재(316)를 형성하는 열 감지 축(361f)은 상기 제 2통로의 내측에 노출되어 냉매에서 나오는 열이 전달된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 상기 밸브 본체(30)가 종래의 열 팽창 밸브를 이용하고, 열 감지 축(361f)이 되는 상기 막대 부재(316)는 전방 및 후방으로 자유롭게 구동되어 동력부재(36)의 다이아프램(36a)의 변위에 따라 상기 통로(34)를 가로지르고, 상기 막대부(316)를 따라서 상기 통로(321)와 상기 통로(34)를 연결하는 공극(clearance)을 형성한다. 이러한 연결을 방지하기 위하여, O형 링(40)이 두 통로 사이에 있도록 막대부재(316)과 접촉하면서 큰 직경의 홀(38) 내부에 위치하고, O 형 링(40)은 코일 스프링(32d) 및 상기 통로(321)의 냉매 압력에 의하여 (동력 부재(36)가 존재하는) 길이방향으로 동작하는 상기 수신 동력에 따라 이동되지 않도록, 자체잠금 너트의 역할을 하는 푸쉬 너트(41)가 상기 O 형 링(40)과 접하면서 큰 직경 홀(38)의 내측에 위치하도록 막대부재(316)에 장착된다.

여기서, 상기 막대부재(316)의 직경을 d로 정하고, 상기 대경부(314) 및 상기 밸브 수단(32b)과 접촉하는 두 말단부 사이의 전체 길이는 L로 설정하기로 한다.

축 방향으로 상기 막대 부재(316)에 부가되는 부하는 실험을 통하여 가장 큰 경우 대략 7.5kgf로 확인되었다.

상기 막대 부재(316)가 구비하여야 하는 주요 기능은 상기 동력부의 상기 다이아프램(36a)의 동작을 정확히 상기 밸브 수단(32b)로 전달하고, 상기 제 1통로(32)를 통하여 흐르는 액상 냉매의 유동속도를 제어하기 위하여 상기 오리피스(32a)의 개방 상태를 정확히 조절하고, 또한 상기 열 감지부(318)에서 상기 제 2 통로(34)를 통하여 흐르는 기상 냉매의 온도를 감지하여 동일한 값을 상기 동력부(36)에 정확히 전달하는 것이다.

무게를 더 가볍게 하려면, 상기 제 2통로(34)에 노출된 상기 막대부재를 형성하는 상기 열 감지 축(361f) 지름의 크기를 가능한 한 작게 설정하는 것이 효과적이다. 그러나, 상기 지름의 크기가 너무 작게 설정되면, 휘어짐 현상이 상기 막대부재에 나타날 염려가 있다. 휘어짐 현상이 발생하면, 상기 동력부의 다이아프램(36a)으로부터의 동력 전송에 손실이 발생하여, 더 이상 상기 밸브를 정확히 개방할수 없게 된다.

팽창 밸브가 연결되는 승용차 등의 에어콘 장치의 냉동 능력 및 배관 형태에 따라, 상기 제 1통로(32) 및 상기 제 2통로(34)의 지름의 크기와 그 둘 사이의 간격은 제한된다. 이러한 조건으로 인하여, 스테인레스강이 막대부재(316)로 이용되며, 상기 부재의 길이 L은 대략 50mm로 설정된다. 축 방향으로 7.5Kbf의 부하를 수용할 경우에도 휘어짐 현상을 보이지 않게 되는, 50mm길이 막대부재(316)의 최소 직경은, 휘어짐에 대한 이론 공식을 통하여 계산될수 있다.

상기 이론 공식을 통하여, 상기 막대 부재(316)의 최소 지름은; d=1.65mm이다.

만일 안전 계수가 1.4로 설정되면, 실질적인 최소 지름의 크기는 1.8mm로 설정된다.

상기 막대부재(316)의 최대 지름은, 상기 제 2통로(34)의 단면적에서의 열 감지부(318)의 돌출영역에 따라 한정된다.

상기 막대부재(316)의 최대지름이 제 2통로(34) 지름의 약 10%로 설정되면, 상기 지름의 크기는 대략 3mm가 된다. 이 정도의 크기로는, 상기 제2통로(34)를 통과하는 기상 냉매의 흐름에 대항하는 충분한 저항이 되지 못한다.

이와 같이 길이와 지름의 비율에 의하여 한정되는 값을 표시할 경우, 그 길이/지름 값은 17 내지 28의 범위 이내가 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 실시예에 따르면, 막대 부재(316)는 열 감지 축(361f)과 지름이 더 작은 동작 축(371f)으로 구성되어 적절하고 최대의 유동 속도를 확보하는 통로를 형성한다. 본 발명은 상기의 실시예에 제한되지 않으며, 상기부재(316)은, 동일한 지름으로 지속적으로 형성되는 열 감지 축부(361f) 및 동작 축부(371f)에 따라 형성된다.

본 발명의 열 팽창 밸브에 따르면, 동력부의 다이아프램의 동작은 밸브 수단으로 전달되고, 액상 냉매의 유동 속도를 제어하는 막대부재는 크기가 매우 작게 형성되지만, 휘어짐 응력에 대응한다. 이에 따라, 소형화되고 경량화된 열 팽창 밸브를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 증발기를 향하여 흐르는 액상 냉매가 통과하는 제 1 통로와, 상기 증발기로부터 압축기로 흐르는 기상 냉매가 통과하는 제 2 통로를 구비하는 밸브 본체;

   상기 제 1통로에 설치되는 오리피스;

   상기 오리피스를 통과하는 냉매의 양의 제어하는 밸브 수단;

   상기 밸브 본체에 설치되고, 상기 기상 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램을 구비하는 동력부재와; 및,

   상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 밸브 수단을 구동시키는 열 감지 기능을 갖추고 있는 막대부재를 포함하는 열 팽창 밸브에 있어서,

   상기 막대 부재의 외주 지름의 크기를 d, 상기 막대 부재의 전체 길이를 L로 표시항 때, L/d의 비율은 17 내지 28인 것을 특징으로 하는 열 팽창 밸브.
2. 증발기를 향하여 흐르는 액상 냉매가 통과하는 제 1 통로와, 상기 증발기로부터 압축기로 흐르는 기상 냉매가 통과하는 제 2 통로를 구비하는 밸브 본체;

   상기 제 1통로에 설치되는 오리피스;

   상기 오리피스를 통과하는 냉매의 양의 제어하는 밸브 수단;

   상기 밸브 본체에 설치되고, 상기 기상 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램을 구비하는 동력부재와; 및,

   상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 밸브 수단을 구동시키는 열 감지 기능을 갖추고 있는 막대부재를 포함하는 열 팽창 밸브에 있어서,

   상기 막대 부재는 열 감지 축부와 상기 열 감지 축부보다 지름이 더 작은 동작 축부로 구성되고, 상기 밸브 부재는 상기 동작 축부를 통하여 상기 열 감지 축부에 의하여 구동되고,

   상기 막대 부재의 외주 지름의 크기를 d, 상기 막대 부재의 전체 길이를 L로 표시할 때, L/d의 비율이 17 내지 28인 것을 특징으로 하는 열 팽창 밸브.