KR19990032266A - 유량제어용 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량을 제어하기 용도로 사용되는 밸브에 관한 것으로, 액체냉매가 통과할 수 있는 입,출구(51)(52)가 형성되고 그 연결통로 상에 오리피스(53)를 형성한 밸브몸체(54)와, 이 밸브몸체(54)에 내장되어 상기 오리피스를 개폐하기 위한 니들(55)과, 이 니들(55)의 후단부와 상기 밸브몸체(54)의 내측단 사이에 스프링 형상으로 부착되어 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들(55)을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단(60)과, 상기 구동수단(60)에 강제적인 온도 변화를 발생시켜주기 위한 전원공급부(70)로 구성된 것으로서, 냉동사이클장치에 적용함에 있어서, 상기 냉동사이클장치의 자체 용량이 크게 변화하는 경우에도 이에 따라 큰 폭으로 변화하는 냉매의 유량을 수용할 수 있게 함과 아울러 제품 단가는 저렴하면서도 신뢰성이 향상된 유량제어용 밸브에 관한 것이다.

Description

유량제어용 밸브

본 발명은 유량을 제어하기 용도로 사용되는 밸브에 관한 것으로, 특히 냉동사이클장치에 적용함에 있어서, 상기 냉동사이클장치의 자체 용량이 크게 변화하는 경우에도 이에 따라 큰 폭으로 변화하는 냉매의 유량을 수용할 수 있게 함과 아울러 제품 단가는 저렴하면서도 신뢰성이 향상된 유량제어용 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클 장치는 도 1에 도시한 바와같이, 냉매가스가 고압상태로 유지되어 순환하는 고압부(H)와, 냉매가스가 저압상태로 유지되어 순환하는 저압부(H)로 구성되며, 상기 고압부(H)는 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 변화시키는 압축기(Compressor)(10)와, 이 압축기(10)에서 변화된 고온고압의 기체냉매를 고온고압의 액체냉매로 변화시키는 응축기(Condenser)(20)와, 이 응축기(20)를 거친 고온고압의 액체냉매를 제습하기 위한 드라이어(Drier)(미도시)로 구성되고, 상기 저압부(L)는 상기 드라이어를 거쳐 제습된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 팽창기(Expansion Device)(30)와, 이 팽창기(30)에서 변화된 저온저압의 액체냉매를 기체상태로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(Evaporator)(40)와, 이 증발기(40)에서 미 기화된 액체냉매가 압축기로 유입되지 않도록 차단하는 어큐뮬레이터(Accmulator)(미도시)로 구성되어 있다.

이러한 냉동사이클장치를 장착한 냉동기에 전원을 인가하여 압축기(10)가 가동되면 냉매가스가 고압부(H)로부터 저압부(L)로 순환하면서 냉각기능을 발휘하게 되는데, 이때 고압부(H)에 냉매가 충분히 충전된 상태에서 저압부(L)쪽으로 유입되어야만 좋은 냉각성능을 유지할 수 있다.

상기한 종래의 팽창기(30)로는 모세관(Capillary Tube)이 주로 사용되어 왔으며, 이 모세관은 내경이 작고 길이가 긴 동관으로 이루어진 것으로서 구조가 간단하고 신뢰성이 우수하면서도 제품 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있는 반면에, 유량 변화에 대한 한계를 갖고 있어, 용량 변화가 큰 인버터 에어컨디셔너(Inverter Airconditioner)나 한대의 실외기에 여러대의 실내기가 연결된 멀티 에어컨디셔너(Multi Airconditioner)에는 사용하기에 부적합하다는 문제점이 있었다.

따라서 용량의 변화가 큰 시스템에서는 일반적으로 전자밸브를 사용하게 되는데, 이러한 전자밸브의 종류로는 스테핑 모우터(Stepping Motor)의 회전력으로부터 밸브를 구동하게 되는 전동식과, 전류값에 비례하는 여자력(勵磁力)을 이용하여 밸브를 구동하게 되는 전자식이 있으며, 도 2는 이중에서 전동식 전자밸브의 구조를 도시한 것이다.

상기 전동식 전자밸브는 그 개방 정도가 입력된 펄스량에 비례하여 결정되는 것이므로 높은 분해능력을 발휘하게 되는 것으로, 그 구조는 유체가 통과할 수 있는 입,출구(151)(152)가 형성되고 그 통로 상에 밸브시트(153)를 형성한 밸브몸체(154) 및 이 밸브몸체(154)에 내장되어 상기 밸브시트(153)를 개폐시켜주는 니들(155)로 구성되는 유체 단속부(150)와; 상기 니들(155)의 외주에 고정된 회전자(Rotor)(161)와, 이 회전자(161)의 회전을 안내하기 위한 안내관(162)과, 이 회전자(161)의 주변에 권취되어 상기 회전자(161)에 자기력을 여자하는 코일(163)로 구성되는 모우터 어셈블리(160)로 이루어져 있다.

상기 전동식 전자밸브의 작동원리는 우선, 검출부의 신호에 의해 마이콤으로부터 밸브의 개방면적이 산정되면 코일(163)로 통전될 전류량이 결정되고, 이 전류량을 상기 코일(163)에 인가하여 이에 비례하는 자기력을 회전자(161)에 여자하므로써, 상기 회전자(161)가 니들(155)과 함께 안내관(162)을 따라 일정 피치만큼 이동하여 밸브시트(153)의 개방면적을 조절하게 된다. 따라서 상기 밸브몸체(154)의 입,출구(151)(152)를 통과하는 냉매는 일정하게 유지되는 개방부를 통해 일정 질량의 유량이 빠져 나가게 되는 것이다.

상기 모우터 어셈블리(160), 즉, 스테핑 모우터의 응답특성은 일반적으로 완전개방에서 완전폐쇄까지 약 20초 정도밖에 소요되지 않으므로 입,출구(151)(152)를 통과하는 냉매 유량이 급속히 변화할 수 있게 되어 냉동사이클의 진행을 최적 상태로 제어할 수 있게 된다. 또한, 마이콤에 의해서 피드백(Feed Back) 회로를 형성할 수 있으므로 상기 팽창밸브에 대한 개방면적의 변화는 선형적인 제어특성을 보인다.

그러나, 종래의 전동식 전자밸브는 밸브시트(153)의 개방면적을 조절하기 위한 수단으로 펄스 구동방식의 스테핑 모우터를 사용하므로써 제품 단가가 매우 고가이고, 제품의 크기가 대형화되는 문제점이 있었다. 특히, 상기의 문제점중 가격에 대한 부담으로 인하여 상용화에 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유체를 수용하는 장치의 유량이 큰 폭으로 변화할 때, 그 유량을 수용할 수 있게 함과 아울러, 제품 단가가 저렴하고, 신뢰성이 향상된 유량제어용 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 냉동사이클장치의 팽창밸브로 적용할 수 있는 유량제어용 밸브를 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉동사이클장치의 구성을 나타낸 순환 계통도,

도 2는 종래 기술에 따른 냉동사이클장치용 팽창밸브의 구조를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 냉동사이클장치용 팽창밸브의 구조를 도시한 종단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

H ; 고압부 L ; 저압부

10 ; 압축기 20 ; 응축기

30 ; 팽창기 40 ; 증발기

51 ; 입구 52 ; 출구

53 ; 오리피스 54 ; 밸브몸체

55 ; 니들 55a; 첨단

60 ; 구동수단 70 ; 전원공급부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유량제어용 밸브는 유체가 통과할 수 있는 입,출구가 형성되고 그 연결통로 상에 오리피스를 형성한 밸브몸체와, 이 밸브몸체에 내장되어 상기 오리피스를 개폐하기 위한 니들과, 이 니들의 후단부와 상기 밸브몸체의 내측단 사이에 충전되어 강제적인 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 유량제어용 밸브는 액체냉매가 통과할 수 있는 입,출구가 형성되고 그 연결통로 상에 오리피스를 형성한 밸브몸체와, 이 밸브몸체에 내장되어 상기 오리피스를 개폐하기 위한 니들과, 이 니들의 후단부와 상기 밸브몸체의 내측단 사이에 스프링 형상으로 부착되어 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단과, 상기 구동수단에 강제적인 온도 변화를 발생시켜주기 위한 전원공급부로 구성하여 냉동사이클장치의 팽창밸브로 적용한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유량제어용 밸브는 유체가 통과할 수 있는 입,출구(51)(52)가 형성되고 그 연결통로 상에 오리피스(53)를 형성한 밸브몸체(54)와, 이 밸브몸체(54)에 내장되어 상기 오리피스(53)를 개폐하기 위한 니들(55)과, 이 니들(55)의 후단부와 상기 밸브몸체(54)의 내측단 사이에 충전되어 강제적인 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들(55)을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단(60)으로 구성되어 있다.

특히, 상기의 도 3은 냉동사이클장치의 팽창밸브로 적용한 경우에 해당하는 구조를 도시한 것으로서, 액체냉매가 통과할 수 있는 입,출구(51)(52)가 형성되고 그 연결통로 상에 압력 강하를 위한 오리피스(53)를 형성한 밸브몸체(54)와, 이 밸브몸체(54)에 내장되어 상기 오리피스(53)를 개폐하기 위한 니들(55)과, 이 니들(55)의 후단부와 상기 밸브몸체(54)의 내측단 사이에 스프링 형상으로 부착되어 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들(55)을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단(60)과, 상기 구동수단(60)에 강제적인 온도 변화를 발생시켜주기 위한 전원공급부(70)로 구성된다.

도면중 미설명 부호 55a는 니들(55)의 첨단을 나타낸 것으로, 오리피스(53) 내에 진입하여 상기 오리피스(53)의 개방면적을 조절해주도록 되어 있다.

냉매의 유로는 니들(55)의 첨단(55a)과 오리피스(53) 간의 간극 정도로써 결정되는 것으로, 본 발명에 따른 유량제어용 밸브의 작동원리는 형상기억합금 소재의 구동수단(60)이 온도 변화에 따라 신축을 일으켜 상기 니들(55)이 전후 이동하게 되면서 냉매 유로면적이 감소 또는 증가되므로써 수행된다.

형상기억합금은 온도를 변화시키면 처음에 기억된 형상으로 복귀하려는 성질을 갖는 금속으로서, 온도를 어떻게 조절하느냐에 따라 그 변위를 유도할 수 있다.

즉, 형상기억합금 소재의 구동수단(60)에 연결된 전원공급부(70)로부터 부가하는 전원을 바꿔 상기 합금의 발열량을 조절할 수 있으므로, 예컨데 전원을 공급하여 온도가 상승할 때의 형상을 전진 이동시킬 수 있도록 기억시키고, 전원 공급을 중단하여 온도가 하강할 때의 형상을 후진 이동시킬 수 있도록 기억시키면 전원 공급을 조절하여 냉매 유로의 면적을 변화시킬 수 있게 된다.

상기 유량제어용 밸브를 증기 압축식 냉동사이클장치에 부착한 경우에 대한 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

압축기와 응축기를 지난 액체냉매는 입구(51)를 통해 유입되어 니들(55)과 오리피스(53) 벽면 사이에 형성되는 유로를 따라 흐른 후에, 출구(52)로 토출되어 증발기로 흘러가게 된다. 이때 형상기억합금 소재의 구동수단(60)에 전원을 공급하게 되면, 상기 니들(55)은 전진하면서 그 첨단(55a)이 오리피스(53)를 점진적으로 폐쇄하게 되어 개방 면적이 작아지고, 결국 냉매의 압력이 점차 강하됨과 동시에 냉매 유량이 작아진다.

이와는 반대로 전원공급을 감소시키면 상기 니들(55)이 후진하면서 그 첨단(55a)과 오리피스(53) 사이가 점진적으로 멀어지게 되어 개방 면적이 증가함과 동시에 압력이 점차 증가함과 동시에 냉매 유량이 증가하게 되는 것이다.

본발명의 밸브에 있어서 오리피스(53)를 충분히 크게 만들면 압력 강하가 감소되면서 단순히 유량조절용 밸브로서도 사용할 수 있다. 이것은 유량을 선형적으로 조절할 필요가 있는 상황에서 사용할 수 있으며, 또한 형상기억합금재 구동수단(60)의 변위를 조절하여 상기 오리피스(53)를 완전 밀폐시키면 유량조절 뿐만 아니라 온/오프용의 밸브로도 사용이 가능하므로 그 적용범위가 매우 넓다.

상기와 같은 구성및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 유량제어용 밸브는 냉동사이클장치의 자체 용량이 크게 변화하는 경우에 이에 따라 큰 폭으로 변화하는 냉매의 유량을 수용할 수 있게 함과 아울러 제품 단가는 저렴하면서도 신뢰성이 향상되고, 종래의 경우에서와 같이 값 비싼 스테핑 모우터를 사용하지 않아도 되므로 구조가 매우 간단해지며, 온도에 따른 형상의 변화를 선형적으로 유지할 수 있으므로 유량 제어가 용이해지는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 유체가 통과할 수 있는 입,출구가 형성되고 그 연결통로 상에 오리피스를 형성한 밸브몸체와, 이 밸브몸체에 내장되어 상기 오리피스를 개폐하기 위한 니들과, 이 니들의 후단부와 상기 밸브몸체의 내측단 사이에 충전되어 강제적인 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단으로 구성된 유량제어용 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 액체냉매가 통과할 수 있는 입,출구가 형성되고 그 연결통로 상에 오리피스를 형성한 밸브몸체와, 이 밸브몸체에 내장되어 상기 오리피스를 개폐하기 위한 니들과, 이 니들의 후단부와 상기 밸브몸체의 내측단 사이에 스프링 형상으로 부착되어 온도 변화에 따라 신축하므로써 상기 니들을 전후진시켜주는 형상기억합금 소재의 구동수단과, 상기 구동수단에 강제적인 온도 변화를 발생시켜주기 위한 전원공급부로 구성하여 냉동사이클장치의 팽창밸브로 적용한 것을 특징으로 하는 유량제어용 밸브.