KR20010043927A - Electrically actuated reed valve - Google Patents
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Abstract
밸브 하우징(2) 내에 유입구(3) 및 배출구(4)를 포함하는 전기 작동식 밸브는 밸브를 폐쇄시키려하는 압력 및 탄성 복원력을 극복하기 위해 패스너(8)에 의해 일단부에 고정된 밸브 리드(7)를 밸브 장착면(9)으로부터 상승시키는 실린더(5) 내에 끼워맞춤된 피스톤(6)에 힘을 가하는 단순한 전자기 엑츄에이터(1)를 사용한다.An electrically operated valve comprising an inlet 3 and an outlet 4 in the valve housing 2 is provided with a valve lid fixed at one end by a fastener 8 to overcome the pressure and elastic restoring force to close the valve. A simple electromagnetic actuator 1 is used that exerts a force on the piston 6 fitted in the cylinder 5 which raises 7) from the valve mounting surface 9.
Description
전기기계식 밸브는 다수의 광범위한 유체 및 가스 흐름 제어 분야에서 사용된다. 이러한 밸브의 바람직한 특성으로는 저누출, 신속한 응답 시간, 낮은 전력 소모, 긴 수명, 저렴한 가격, 및 밸브에 걸쳐 높은 압력차로 개방시킬 수 있는 능력 등이 있다.Electromechanical valves are used in a wide variety of fluid and gas flow control applications. Desirable characteristics of such a valve include low leakage, fast response time, low power consumption, long life, low cost, and the ability to open with a high pressure differential across the valve.
가장 공통적인 형태의 종래 기술에 따른 전기기계식 밸브는 솔레노이드에 의해 작동된다. 솔레노이드 작동식 밸브는 매우 한정된 수명을 가지며, 매우 많은 전력이 사용될 수도 있고, 작은 크기를 제외하고는 응답시간이 느리며, 밸브에 걸쳐 높은 압력차로 개방시키려는 경우에는 특별한 구성을 요구한다. 본 발명은 이러한 단점을 가지지 않는데, 본 발명은 소량의 전력을 사용하고, 신속하게 응답하며, 밸브에 걸쳐 높은 압력차로 용이하게 개방되며, 저렴하고, 실용적으로 제한되지 않은 수명을 갖는 것으로 여겨진다. 이는 본 발명이 일반적인 분야에 적절하게 사용될 수 있도록 하지만, 특히 냉장 및 에어 컨디셔닝용 펄스형 팽창 밸브로써 적절하게 사용될 수 있도록 한다(미국 특허 제 4,459,819호). 펄스형 팽창 밸브는 수년 동안 신뢰성있게 작동해야만 하며, 매우 저렴해야 하며, 적어도 300psi의 압력차로 개방될 수 있어야 하며, 작동 전압에 신속하게 응답하여야 하며, 그리고 누출율이 매우 낮아야 한다. 종래 기술에 따른 어떠한 전기기계식 밸브도 이들 모든 특성을 가지지 못하였다. 이러한 이유에 기인하여, 펄스형 팽창 밸브는 그들의 에너지 절약의 장점에도 불구하고 통상적으로 사용되지 않는다. 본 발명은 실용적인 펄스형 팽창 밸브에 대한 현재까지의 부합하지 않은 조건을 부합시킨다.The most common type of electromechanical valve according to the prior art is operated by a solenoid. Solenoid-operated valves have a very limited life, very much power can be used, slow response times except for small sizes, and require special configurations to open with high pressure differentials across the valve. The present invention does not have this drawback: it is believed that the present invention uses a small amount of power, responds quickly, easily opens with a high pressure differential across the valve, and is inexpensive and has a practically unlimited lifetime. This allows the present invention to be suitably used in the general field, but in particular as a pulsed expansion valve for refrigeration and air conditioning (US Pat. No. 4,459,819). Pulsed expansion valves must operate reliably for many years, be very inexpensive, be able to open with a pressure differential of at least 300 psi, respond quickly to operating voltages, and have very low leak rates. No electromechanical valve according to the prior art had all these characteristics. For this reason, pulsed expansion valves are not commonly used despite their energy saving advantages. The present invention meets the current, inconsistent conditions for practical pulsed expansion valves.
본 발명은 일반적으로 전기기계식 밸브에 관한 것이다. 본 발명은 특히 냉장기, 열펌프, 또는 에어 컨디셔너에서 펄스형 전기기계식 팽창 밸브로서 사용하기에 적합하다.The present invention relates generally to electromechanical valves. The present invention is particularly suitable for use as pulsed electromechanical expansion valves in refrigerators, heat pumps, or air conditioners.
도 1a는 밸브를 개방시키기 위해 자력을 발생시키는 전류를 전송하는 와이어 코일이 밸브 챔버 내에 위치되며 밸브에 의해 통과된 유체 또는 증기 내에 침수된 본 발명에 따른 기본적인 단일방향 밸브의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a basic unidirectional valve in accordance with the present invention in which a wire coil transmitting a magnetically generated current to open the valve is located in the valve chamber and submerged in the fluid or vapor passed by the valve.
도 1b는 도 1a의 실시예의 밸브 장착 표면의 평면도이다.1B is a plan view of the valve mounting surface of the embodiment of FIG. 1A.
도 2a는 밸브를 개방시키기 위해 자력을 발생시키는 전류를 전송하는 와이어 코일이 밸브 챔버 외측에 위치된 본 발명에 따른 단일방향 밸브의 바람직한 실시예의 단면도이다.2A is a cross-sectional view of a preferred embodiment of a unidirectional valve according to the present invention in which a wire coil transmitting a magnetic force generating current to open the valve is located outside the valve chamber.
도 2b는 도 2a에 도시된 실시예의 밸브 장착 표면의 평면도이다.FIG. 2B is a plan view of the valve mounting surface of the embodiment shown in FIG. 2A.
도 2c는 밸브를 개방시키기 위한 자력을 발생시키는 전류를 전송하는 코일이 밸브 챔버 외측에 위치되고, 밸브 챔버 그 자체는 경제적으로 제조될 수 있도록 관 형상을 갖는 본 발명의 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.FIG. 2C is a cross-sectional view of another preferred embodiment of the present invention having a tubular shape such that a coil transmitting current that generates a magnetic force for opening the valve is located outside the valve chamber and the valve chamber itself can be manufactured economically.
도 3은 본 발명에 따른 두 개의 단일방향 밸브의 유입구가 통로에 의해 연결된 양방향 밸브를 도시한 도면이다.Figure 3 shows a bidirectional valve in which the inlets of two unidirectional valves according to the invention are connected by passages.
도 4는 본 발명에 따른 두 개의 단일방향 밸브의 배출구가 통로에 의해 연결된 양방향 밸브를 도시한 도면이다.Figure 4 shows a bidirectional valve in which the outlets of two unidirectional valves according to the invention are connected by passages.
본 발명은 장착 표면 내의 구멍을 밀봉 및 개봉하기 위해 얇은 가요성 강 리드 밸브를 사용한다. 압력에 의해 개방되고 역압력에 의해 증가된 리드의 탄성에 의해 폐쇄되는 수동식 첵크 밸브인 종래 기술에 따른 리드 밸브와 달리, 본 발명에서 사용된 리드 밸브는 간단한 전자기적 엑츄에이터에 의해 개방된다. 본 발명에 따른 밸브에 걸친 압력은 통상적으로 밸브가 폐쇄된 상태를 유지하는 방향으로 가해진다. 따라서, 이러한 밸브는 전자기적 엑츄에이터가 작동하지 않는 한 압력 및 리드의 탄성력에 의해 폐쇄된 상태를 유지하는데, 따라서 밸브는 작은 강자성체 피스톤 상에 가해진 자력에 의해 개방된다. 엑츄에이터가 작동하지 않을 때, 밸브는 압력 및 리드 자체의 탄성력에 응답하여 폐쇄된다.The present invention uses a thin flexible steel reed valve to seal and open a hole in the mounting surface. Unlike the reed valve according to the prior art, which is a manual check valve which is opened by pressure and closed by the elasticity of the reed increased by the back pressure, the reed valve used in the present invention is opened by a simple electromagnetic actuator. The pressure across the valve according to the invention is typically applied in the direction of keeping the valve closed. Thus, such a valve remains closed by the pressure and the elastic force of the lid unless the electromagnetic actuator is actuated, so that the valve is opened by the magnetic force applied on the small ferromagnetic piston. When the actuator is inoperative, the valve closes in response to pressure and the elastic force of the lid itself.
본 발명은 한방향으로만 흐름을 통과시키는 단일방향 밸브이다. 열펌프에서의 펄스형 팽창 밸브와 같은 양방향 밸브는 통로에 의해 연결된 두 개의 배출구 또는 두 개의 유입구를 갖춘 본 발명에 따른 두 개의 기본적인 밸브를 연속적으로 연결함으로써 제조될 수 있다. 양방향 밸브의 실시예에서, 기본적인 밸브 중 하나의 엑츄에이터는 그 밸브를 개방시키기 위해 작동되며, 다른 밸브는 수동식 첵크 밸브로서 작용한다.The present invention is a unidirectional valve that allows flow to flow in only one direction. A bidirectional valve, such as a pulsed expansion valve in a heat pump, can be produced by successively connecting two basic valves according to the invention with two outlets or two inlets connected by passages. In the embodiment of the bidirectional valve, the actuator of one of the basic valves is operated to open the valve and the other valve acts as a manual shank valve.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기본적인 실시예를 도시한 도면으로서, 도면부호 2는 자기 유동(magnetic flux)을 위한 강자성 통로이다. 강자성 통로(2)는 축선(A-A)을 중심으로 축선방향으로 대칭인 폐쇄된 밸브 챔버를 형성하는데, 이러한 폐쇄된 밸브 챔버는 유입 통로(3) 및 배출 통로(4)를 갖추고 있다. 활성화 전압(energizing voltage)이 피이드스루우(F)에 의해 코일(1)의 단부에 연결된 단자(T)로 인가되지 않는 한, 배출 통로(4)는 금속 리드(7)에 의해 폐쇄된다. 단자(T)에 전압을 인가할 때, 전류는 코일(1)에서 흐르고, 강자성 통로(2) 내에 자장을 발생시키는데, 이는 도 1a에서 우측방향으로 강자성 피스톤(6) 상으로 힘을 가한다. 피스톤(6)은 실린더(5) 내에서의 이동이 자유롭기 때문에, 피스톤 상의 어떠한 자력이 리드(7)로 인가되고, 이러한 리드는 이후 패스너(8)에 의해 밸브 장착면(9)에 부착되는 지점 부근에서 굽혀지는데, 이에 의해 배출 통로(4)의 폐쇄가 해제된다. 활성화 전압이 제거될 때, 리드(7) 내의 탄성력이 리드를 똑바르게 하여 다시 배출 통로(4)가 폐쇄된다.1A and 1B show a basic embodiment of the present invention, in which reference numeral 2 denotes a ferromagnetic passage for magnetic flux. The ferromagnetic passage 2 forms a closed valve chamber axially symmetric about the axis A-A, which has an inlet passage 3 and an outlet passage 4. Unless an energizing voltage is applied to the terminal T connected to the end of the coil 1 by the feedthrough F, the discharge passage 4 is closed by the metal lead 7. When a voltage is applied to the terminal T, current flows in the coil 1 and generates a magnetic field in the ferromagnetic passage 2, which exerts a force on the ferromagnetic piston 6 in the right direction in FIG. 1A. Since the piston 6 is free to move in the cylinder 5, any magnetic force on the piston is applied to the lid 7, which point is then attached to the valve mounting surface 9 by the fastener 8. Bend in the vicinity, thereby releasing the closing of the discharge passage 4. When the activation voltage is removed, the elastic force in the lid 7 straightens the lid so that the discharge passage 4 is closed again.
도 2a 및 도 2b는 코일(1)이 밸브 챔버 외측에 위치된 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 이러한 구성은 피이드스루우(F)를 제거함으로써 비용을 감소시킨다. 바람직한 실시예는 또한 모조 리드(12)를 추가함으로써 도 1의 실시예와 상이한데, 이러한 모조 리드(12)는 코일(1)이 단자(T)에서의 전압으로 활성화될 때, 활성화된 리드(7)에 의해 피스톤(6)에 평형 토오크가 인가되도록 하기 위해 추가된다.2a and 2b show a preferred embodiment of the invention in which the coil 1 is located outside the valve chamber. This configuration reduces the cost by eliminating feedthrough (F). The preferred embodiment is also different from the embodiment of FIG. 1 by adding a dummy lead 12 which is activated when the coil 1 is activated with the voltage at the terminal T. By means of 7) an equilibrium torque is applied to the piston 6.
바람직한 실시예에서, 밸브 챔버는 얇은 벽을 갖는 비강자성 컵(10)에 의해 형성되는데, 이러한 컵은 납땜 결합 또는 용접 결합일 수도 있는 누출방지 밀봉(11)에 의해 밸브 장착면(9)에 고정된다.In a preferred embodiment, the valve chamber is formed by a non-ferromagnetic cup 10 having a thin wall, which cup is fixed to the valve mounting surface 9 by a leakproof seal 11 which may be a solder joint or a weld joint. do.
또한, 바람직한 실시예에서, 강자성 자기 유동 경로는 밸브 챔버의 완전한 외측에 위치된 부분(13A), 및 강자성 피스톤(6)이 축선(AA) 방향으로 자유롭게 왕복운동할 수 있는 실린더(5)와 밸브 장착면(9)을 포함하는 부분(13B)으로 구성된다. 자기 유동 경로(13A)는 축선방향으로 대칭일 필요가 없으며, 도 2a에 도시된 바와 같이 중앙 레그 둘레에 코일(1)이 권취된 예컨대 E형의 전기적 강 적층물의 스택(stack)일 수 있다.Further, in a preferred embodiment, the ferromagnetic magnetic flow path is a valve 13 and a cylinder 5 in which the ferromagnetic piston 6 can freely reciprocate in the direction of the axis AA, and the portion 13A located completely outside of the valve chamber. It consists of a part 13B including the mounting surface 9. The magnetic flow path 13A need not be axially symmetrical and may be a stack of, for example, E-shaped electrical steel stacks with coils 1 wound around the center leg as shown in FIG. 2A.
도 2c는 경제적으로 제조가 용이한 다른 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 밸브 챔버는 관 형상을 가지며, 코일(1)은 챔버 외측에 배치되어 있다. 본 실시예에서는 강자성 피스톤(6)이 리드(7)에 부착되기 때문에, 피스톤(6)의 토오크의 균형을 이루기 위한 모조 리드(12, 도 2a 및 도 2b 참조)를 필요로 하지 않는다.Figure 2c shows another preferred embodiment which is economically easy to manufacture. In this embodiment, the valve chamber has a tubular shape and the coil 1 is disposed outside the chamber. Since the ferromagnetic piston 6 is attached to the lid 7 in this embodiment, no dummy lead 12 (see FIGS. 2A and 2B) is required to balance the torque of the piston 6.
만일 배출구에서의 압력이 유입구에서의 압력 보다 높은 경우에는 코일(1)을 통해 전류를 가하지 않더라도 압력에 의해 밸브가 개방되기 때문에, 전술된 본 발명의 기본적인 실시예 또는 바람직한 실시예의 어느 것도 작용하지 않을 것이다. 예컨대 열펌프용 펄스형 팽창 밸브와 같은 소정의 적용에서는, 통로를 봉쇄하거나 봉쇄를 해제하며 경로의 단부가 고압임에도 불구하고 작용하는 양방향 전자기 밸브를 필요로 한다. 도 3 및 도 4는 양방향 밸브를 구현하는 두 가지 방식이 도시되어 있다. 이들 각각은 전술된 기본적인 실시예 또는 바람직한 실시예 중 어느 하나에 따른 두 개의 밸브를 사용한다. 도 3에서, 개별적인 밸브(VA1,VA2)의 배출구는 통로에 의해 연결되며, 개별적인 밸브의 두 유입구 각각은 어느 쪽이 고압이냐에 따라 양방향 밸브의 유입구 또는 배출구로서 작용한다. 밸브(VA1)가 고압인 경우, 밸브(VA1)로부터 밸브(VA2)로의 흐름은 전압(VP)으로 밸브(VA2)를 활성화시키거나 비활성화시킴으로써 각각 통과되거나 차단되며, 밸브(VA1)는 압력에 의해 개방된다. 밸브(VA2)가 고압인 경우, 밸브(VA2)로부터 밸브(VA1)로의 흐름은 밸브(VA1)에 의해 제어되며, 밸브(VA2)는 고압에 의해 개방된다. DPDT 스위치(14)는 고압이 좌측인지 우측인지에 따라 우측 밸브 또는 좌측 밸브 중 어느 하나로 활성 전압(VP)을 인가한다. 열펌프 팽창 밸브에 적용함에 있어서, 스위치의 위치는 냉각 및 가열 사이에서 전환될 때 변화된다. 도 4에 따른 양방향 밸브의 실시예는 도 3의 실시예와 유사하게 작용한다. 그러나, 개별적인 밸브(VA3,VA4)가 연결되고, 양방향 밸브의 유입구/배출구 연결부가 밸브(VA3,VA4)의 유입구라는 점에서 도 4의 실시예는 도 3의 실시예와 상이하다.If the pressure at the outlet is higher than the pressure at the inlet, none of the above-described basic or preferred embodiments of the invention will work because the valve is opened by the pressure even if no current is applied through the coil 1. will be. Certain applications, such as, for example, pulsed expansion valves for heat pumps, require a bidirectional electromagnetic valve that seals or unblocks the passage and acts despite the high pressure of the end of the passage. 3 and 4 show two ways of implementing the bidirectional valve. Each of these uses two valves according to either of the basic or preferred embodiments described above. In FIG. 3, the outlets of the individual valves VA1, VA2 are connected by passages, and each of the two inlets of the individual valves acts as an inlet or outlet of the bidirectional valve, depending on which is the high pressure. When the valve VA1 is high pressure, the flow from the valve VA1 to the valve VA2 is passed or shut off respectively by activating or deactivating the valve VA2 with the voltage VP, and the valve VA1 is caused by pressure. Open. When the valve VA2 is high pressure, the flow from the valve VA2 to the valve VA1 is controlled by the valve VA1, and the valve VA2 is opened by the high pressure. The DPDT switch 14 applies the activation voltage VP to either the right valve or the left valve depending on whether the high pressure is left or right. In application to heat pump expansion valves, the position of the switch is changed when switching between cooling and heating. The embodiment of the bidirectional valve according to FIG. 4 works similarly to the embodiment of FIG. 3. However, the embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 3 in that the individual valves VA3 and VA4 are connected and the inlet / outlet connection of the bidirectional valve is the inlet of the valves VA3 and VA4.
도 3 및 도 4의 양방향 밸브는 밸브(VA1,VA2)의 코일이 어느 한 흐름 방향에 대해 동시에 활성화된다면, 스위치(15)에 대한 비용을 제거하면서 작용할 것이다. 이러한 과정은 수동식 첵크 밸브로서 자발적으로 개방되는 밸브를 작동시키기 위해 소량의 에너지만을 소요할 것이지만, 스위치(15)와 관련한 비용 및 신뢰성 저하 가능성을 제거함으로써 정당화될 수도 있다.The bidirectional valves of FIGS. 3 and 4 will work while eliminating the cost for switch 15 if the coils of valves VA1 and VA2 are activated simultaneously for either flow direction. This process will only require a small amount of energy to operate a valve that opens spontaneously as a manual check valve, but may be justified by eliminating the potential for cost and reliability degradation associated with the switch 15.
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