KR19990053439A - 유량 조절 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량 조절 밸브에 관한 것으로, 양측에 유입구 및 배출구가 형성된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상면에 소정의 공간부가 형성되도록 고정되는 커버 플레이트와, 상기 커버 플레이트의 상면 중간부에 고정되는 지지대와, 상기 커버 플레이트의 상면 타측에 부착되는 압전 소자와, 상기 지지대에 회전 가능하도록 결합되고 일측단부가 압전 소자에 고정되어 회동 동작에 의해 베이스 플레이트의 배출구를 개폐시키는 회동 링크를 포함하여 구성한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 유량 조절 성능을 보다 향상시키고, 내구성을 보다 향상시키며, 구성을 보다 단순화하여 생산 원가를 절감시키고, 조립 공수를 현저하게 줄여 생산성 향상에 기여한다.

Description

유량 조절 밸브

본 발명은 냉동 사이클에 적용되는 유량 조절 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유량 조절 성능을 보다 향상시키고, 내구성을 보다 향상시키며, 구성을 보다 단순화하여 생산 원가를 절감시키고, 조립 공수를 현저하게 줄여 생산성 향상에 기여할 수 있게 한 유량 조절 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 사이클은 기본적으로 증발기(evaporator), 압축기(compressor), 응축기(condenser) 및 팽창 밸브(expansion valve) 등으로 구성되어 냉매의 증발, 압축, 응축 및 팽창 작용을 거치면서 주변의 온도를 낮추는 기능을 수행한다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 증발기 내부의 액화 냉매는 증발함으로써 기화하게 되는 바, 이 때 냉매액은 냉각관 주위에 있는 공기로부터 증발에 필요한 증발잠열을 빼앗아 그 자신이 계속 증발해 간다. 열을 빼앗긴 공기는 냉각되어 온도가 내려가고, 그 공기는 자연 대류 또는 송풍팬에 의해 고내의 내부를 저온으로 유지한다. 상기 증발기 내부에는 팽창 밸브로부터 공급된 냉매액과 증발한 냉매 증기가 공존하고 있으며, 액체에서 증기로의 변화가 진행되고, 이 상태 변화를 하는 동안은 증발 압력과 증발 온도 사이에 일정한 관계가 성립한다.

상기한 증발기에서 기화한 냉매 증기는 압축기에 흡입된다. 이 작용은 증발기 내부의 냉매 압력을 낮게 유지함으로써 낮은 온도의 상태 하에서도 액냉매가 왕성하게 증발을 계속할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 압축기에 흡입된 냉매 증기는 실린더 내부에서 피스톤에 의해 압축되고, 압력이 높아짐으로써 상온의 냉각수나 냉각 공기로 냉각시켜도 용이하게 액화될 수 있는 상태가 된다.

이 후, 압축기를 나온 압축 가스는 응축기에 의해 냉각되어 응축 액화시키게 된다. 이와 같은 응축 작용의 경우도 증발의 경우와 마찬가지로 냉매가 증기와 액이 공존하고 있는 상태이며, 기체에서 액체로 변하는 동안, 응축 압력과 응축 온도 사이에 일정한 관계가 성립한다.

상기 응축기 의해 액화된 냉매를 증발기에 보내기 전에 미리 증발하기 쉬운 상태까지 압력을 낮추는 작용을 팽창이라고 하며, 그 팽창 작용을 하는 팽창 밸브는 감압 작용을 하는 동시에 냉매액의 유량 제어를 수행한다. 즉, 증발기 내부에서 증발하는 냉매량은 소정의 증발 온도(증발 압력)하에서 고내에서 제거하여야 할 열량에 따라 결정하게 되는데, 이것을 정확하게 파악하여 과부족이 없도록 필요한 냉매량을 증발기에 공급하고 제어하는 것은 매우 중요한 사항이다.

다시 정리하면, 팽창 밸브는 고온 고압의 액냉매를 교축 작용에 의하여 저온 저압의 상태로 단열 팽창시키고, 동시에 증발기의 부하에 따라 적정한 냉매 공급량을 유지하도록 하는 유량 조절 밸브의 역할을 하는 것이다.

상기 팽창 밸브는 조작 방식 및 구조에 따라서 여러 가지 형태의 것이 알려지고 있으며, 최근 들어, 구동력이 크고, 미세 구동이 가능하며, 제조 비용을 절감시킨 열공압 방식 유량 조절 밸브가 알려지고 있는 바, 그 전형적인 실시 형태를 첨부 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 형상을 갖는 캡(cap)(1)과, 양측에 팽창액 주입구(2)가 형성된 세라믹 재질의 발열체 밑판(3)과, 중간부에 Ta-Al 발열전극(4)이 구비되어 발열체 밑판(3)의 상면에 부착 고정되는 Al 전극(5)과, 상기 Al 전극(5)의 상면 외주연부에 스페이서(spacer)(6)를 개재하여 고정되는 예를 들어, Cu 재질로 형성된 격판(7)과, 상기 Al 전극(5)의 상면과 스페이서(6)의 하면 사이 및 스페이서(6)의 상면과 격판(7)의 하면 사이에 각각 개재되어 접착 강도를 향상시키는 접착층('필러;filler'라고도 함)(8)(9)과, 상기 Al 전극(5)과 격판(7)의 사이에 형성된 공간에 충진되는 열팽창액(10)과, 상기 발열체 밑판(3)의 하면에 고정되어 팽창액 주입구(2)를 폐쇄시키는 봉합용 밑판(11)으로 구성되어 있다.

도면중 미설명 부호 12는 전원선을 보인 것이다.

상기 캡(1)은 내부에 액냉매가 통과하는 소정의 공간부(1a)가 형성되어 있고, 상부의 양측에 액냉매의 유입을 위한 유입구(1b) 및 배출을 위한 배출구(1c)가 공간부(1a)가 통하도록 형성되어 있다.

상기와 같은 열공압 방식 유량 조절 밸브를 구성함에 있어서는, 먼저 발열체 밑판(3)의 상면에 Ta-Al 발열전극(4)이 구비된 Al 전극(5)을 고정하고, 그 Al 전극(5)의 상면에 하부 접합층(8), 스페이서(6), 상부 접합층(9) 및 격판(7)을 순차적으로 접합 고정하여, Al 전극(5)과 스페이서(6), 그리고 격판(7)의 내부에 소정의 공간이 형성되도록 한다.

이 후, 상기 발열체 밑판(3)의 하측으로부터 팽창액 주입구(2)를 통해 열팽창액(10)을 주입하고, 상기 발열체 밑판(3)의 하면에 봉합용 밑판(11)을 부착 고정하여 팽창액 주입구(2)를 밀봉시킨 다음, 그 봉합용 밑판(11)을 캡(1)의 저면에 부착 고정하고, Al 전극(5)의 전원선(12)을 캡(1)의 외부로 인출시킨다.

이 때, 상기 격판(7)의 중심부가 캡(1)에 형성된 배출구(1c)의 직하부에 위치하도록 한다.

상기와 같은 종래의 기술에 의한 유량 조절 밸브에 있어서는, 캡(1)의 유입구(1b)를 통해 액냉매 유입되어, 그 내부에 형성된 공간부(1a)를 통과한 후, 배출구(1c)를 통해 증발기 측으로 배출되는 바, 액냉매의 유량을 조절 필요가 있을 경우에는 캡(1)의 외부로 인출된 전원선(12)을 통해 Al 전극(5)으로 전원을 인가하면, 상기 Al 전극(5)의 Ta-Al 발열전극(4)이 열을 발산하게 되며, 따라서 Al 전극(5)과, 스페이서(6) 및 격판(7)의 내측에 형성된 소정의 공간에 충진되어 있는 열팽창액(10)이 팽창하게 되며, 그 열팽창액(10)의 열팽창 작용에 의해 도 2에 도시한 바와 같이, 격판(7)의 중간부가 캡(1)의 배출구(1c)를 향하여 부풀어오르게 되고, 이에 따라 배출구(1c)로 배출되는 액냉매의 양을 규제하여 유체의 전체적인 양을 조절하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 열공압 방식 유량 조절 밸브에 있어서는, Ta-Al 발열전극(4)에 열을 가하여 열팽창액(10)을 팽창시켜 유량을 조절하는 방법으로써, 열팽창액(10)의 사용에 따른 여러 가지 개선의 점이 있는 것이었다.

즉, 열팽창액(10)의 누설을 완벽하게 방지하기 위한 실링(sealing)이 용이하지 못하며, 상기 열팽창액(10)의 반복되는 팽창 및 수축에 따른 격판(7)의 내구성이 양호하지 못하여, 유량 조절 밸브의 동작에 따른 신뢰도를 저하시키고, 전체적인 수명 단축 요인으로 작용하는 단점이 있었다.

또한, 전체적으로 구조가 복잡하여 생산 원가가 상승될 뿐만 아니러, 조립 공수의 증가로 생산성을 저하시키는 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명의 주 목적은 열팽창액 및 격판 등의 사용을 배제하여, 성능을 보다 향상시키고, 내구성을 보다 향상시킬 수 있도록 한 유량 조절 밸브를 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구성을 보다 단순화하여 생산 원가를 절감시킬 수 있도록 한 유량 조절 밸브를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 조립 공수를 현저하게 줄여 생산성 향상에 기여할 수 있도록 한 유량 조절 밸브를 제공하려는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 유량 조절 밸브의 구성 및 작용을 보인 것으로,

도 1은 열팽창액이 팽창하지 않은 상태를 보인 단면도.

도 2는 열팽창액이 팽창하여 격판이 부풀어오른 상태를 보인 단면도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브의 구성 및 작용을 보인 것으로,

도 3은 압전 소자에 전압이 가해지지 않은 상태를 도시한 단면도.

도 4는 압전 소자에 전압이 인가된 상태를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 ; 베이스 플레이트 21a ; 유입구

21b ; 배출구 22 ; 공간부

23 ; 커버 플레이트 24 ; 지지대

25 ; 압전 소자 26 ; 힌지핀

27 ; 회동 링크 28 ; 돌출편

29 ; 오 링

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 양측에 유입구 및 배출구가 형성된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상면에 소정의 공간부가 형성되도록 고정되는 커버 플레이트와, 상기 커버 플레이트의 상면 중간부에 고정되는 지지대와, 상기 커버 플레이트의 상면 타측에 부착되는 압전 소자와, 상기 지지대에 회전 가능하도록 결합되고 일측단부가 압전 소자에 고정되어 회동 동작에 의해 베이스 플레이트의 배출구를 개폐시키는 회동 링크를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브가 제공된다.

바람직하게, 상기 회동 링크의 일측단부 하면에 베이스 플레이트의 배출구와 대향되는 돌출편를 구비한다.

바람직하게, 상기 베이스 플레이트에 커버 플레이트를 수개의 고정 볼트로 고정한다.

바람직하게, 상기 베이스 플레이트의 일측면에 소정 깊이로 수납홈을 형성하고, 그 내부에 오 링을 개재한다.

이하, 본 발명에 의한 유량 조절 밸브를 첨부 도면에 도시한 실시례에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브의 구성 및 작용을 보인 것으로, 도 3은 압전 소자에 전압이 가해지지 않은 상태를 도시한 단면도이고, 도 4는 압전 소자에 전압이 인가된 상태를 도시한 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 유량 조절 밸브는, 전기적 신호를 기계적 신호, 즉 변위로 변환하는 특성을 가지는 압전 소자(piezoelectricity)를 이용한 것이다. 그 압전 소자는 힘은 크지만 변위는 수 마이크로미터에 불과하여 유량 조절 밸브에 적절하게 이용할 수 있다.

상기와 같은 압전 소자를 이용한 유량 조절 밸브의 구성을 살펴보면, 양측에 유입구(21a) 및 배출구(21b)가 형성된 소정의 두께를 갖는 베이스 플레이트(21)와, 상기 베이스 플레이트(21)의 상면에 소정의 공간부(22)가 형성되도록 고정되는 커버 플레이트(23)와, 상기 커버 플레이트(23)의 상면 중간부에 고정되는 지지대(24)와, 상기 커버 플레이트(23)의 상면 타측에 부착되는 압전 소자(25)와, 상기 지지대(24)에 힌지핀(26)으로 회전 가능하도록 결합되고 일측단부가 압전 소자(25)에 고정되어 회동 동작에 의해 베이스 플레이트(21)의 배출구(21b)를 개폐시키는 회동 링크(27)를 포함하여 구성한다.

상기 회동 링크(27)의 일측단부 하면에는 베이스 플레이트(21)의 배출구(21b)와 대향되는 돌출편(28)을 구비한다.

상기 돌출편(28)은 회동 링크(27)에 일체로 형성하거나, 또는 별도로 제작하여 회동 링크(27)에 부착 고정할 수 있다.

상기 회동 링크(27)의 회전 중심인 힌지핀(26)과 압전 소자(25)의 거리를 짧게 하고, 힌지핀(26)과 돌출편(28)의 거리를 비교적 길게 하여, 압전 소자(25)의 변위가 크지 않아도 돌출편(28)의 승하강 거리는 크게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 본 발명의 유량 조절 밸브는 액냉매의 누설을 방지하도록 실링구조를 포함하고 있다.

즉, 커버 플레이트(23)의 하면에 소정의 깊이로 수납홈(23a)이 형성되어 있고, 그 내부에 오 링(O ring)(29)이 개재되어 있다.

한편, 상기 베이스 플레이트(21)에 커버 플레이트(23)를 고정함에 있어서는, 수개의 고정 볼트(30)를 이용하여, 베이스 플레이트(21)에 커버 플레이트(23)를 고정하도록 한다. 그러나, 베이스 플레이트(21)에 커버 플레이트(23)를 고정하는 고정수단은 본 발명의 실시례에 한정하는 것은 아니며 그 외에 다른 고정수단을 적용하여도 무방하다.

도면중 미설명 부호 31은 전원선을 보인 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 유량 조절 밸브의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 압전 소자(25)에 전원이 인가되지 않은 상태를 보인 것으로, 이 때에는 회동 링크(27)가 회동되지 않으며, 따라서 액냉매의 흐름에 방해를 주지 않으므로 베이스 플레이트(21)의 유입구(21a)를 통해 액냉매가 유입되어, 공간부(22)를 통과한 후, 배출구(21b)로 배출되는 것이다.

한편, 액냉매의 유량을 조절할 필요가 있을 경우에는 압전 소자(25)에 전원을 인가하면, 그 전원에 해당되는 양만큼 변위를 발생시키게 되며, 이에 따라서 회동 링크(27)가 힌지핀(26)을 중심으로 하여, 시계 방향으로 회동하게 되고, 그 회동 링크(27)의 선단부 하면에 형성된 돌출편(28)이 베이스 플레이트(21)의 배출구(21b)에 근접하여 액냉매의 흐름을 저지함으로써 유량을 적당하게 조절하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유량 조절 밸브는, 양측에 유입구 및 배출구가 형성된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상면에 소정의 공간부가 형성되도록 고정되는 커버 플레이트와, 상기 커버 플레이트의 상면 중간부에 고정되는 지지대와, 상기 커버 플레이트의 상면 타측에 부착되는 압전 소자와, 상기 지지대에 회전 가능하도록 결합되고 일측단부가 압전 소자에 고정되어 회동 동작에 의해 베이스 플레이트의 배출구를 개폐시키는 회동 링크를 포함함으로써 열팽창액 및 격판 등의 사용을 배제하여, 성능을 보다 향상시키고, 내구성을 보다 향상시키며, 또한 구성을 보다 단순화하여 생산 원가를 절감시킬 뿐만 아니라, 조립 공수를 현저하게 줄여 생산성 향상에 기여하는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 양측에 유입구 및 배출구가 형성된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 상면에 소정의 공간부가 형성되도록 고정되는 커버 플레이트와, 상기 커버 플레이트의 상면 중간부에 고정되는 지지대와, 상기 커버 플레이트의 상면 타측에 부착되는 압전 소자와, 상기 지지대에 회전 가능하도록 결합되고 일측단부가 압전 소자에 고정되어 회동 동작에 의해 베이스 플레이트의 배출구를 개폐시키는 회동 링크를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회동 링크의 일측단부 하면에는 베이스 플레이트의 배출구와 대향되는 돌출편이 구비된 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트에 커버 플레이트가 수개의 고정 볼트로 고정된 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브
4. 제 3 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 일측면에 소정 깊이로 수납홈이 형성되고, 그 내부에 오 링이 개재된 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.