KR20050108489A - 밸브 어셈블리 및 밸브 어셈블리를 포함하는 에어컨 시스템 - Google Patents

밸브 어셈블리 및 밸브 어셈블리를 포함하는 에어컨 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 에어컨 시스템은 적어도 하나의 고압 포트(high pressure port: HPC), 하나의 저압 포트(low pressure port: LPC)를 포함하는 복수의 포트 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 어셈블리는 베이스(10)와, 저압 캐비티(23) 및 저압 캐비티를 완전하게 둘러싸는 고압 캐비티(24)가 형성된 면을 포함하는 밸브부재(20)를 포함한다.

Description

밸브 어셈블리 및 밸브 어셈블리를 포함하는 에어컨 시스템 {A VALVE ASSEMBLY AND AIRCONDITIONING SYSTEM INCLUDING SAME}
본 발명은 복수의 포트 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 에어컨 시스템의 4방향 전환밸브 어셈블리(four-way change-over valve assembly)로서 특히 유용하며, 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 시스템을 선택적으로 동작시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 그 적용에 대하여 후술하지만 본 발명 및 그 특징은 여러 가지 다른 적용에도 또한 바람직하게 사용될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
에어컨 시스템에 현재 사용되는 4방향 전환밸브는 30기압 또는 그 이상의 매우 큰 압력차를 수용해야 한다. 이렇게 높은 압력차로 인하여, 밸브가 자신의 고압 섹션에서 확실하게 누설되지 않는 동시에 비교적 적은 힘을 사용하여 한 가지 동작 상태로부터 다른 동작상태의 전환이 보장될 수 없고, Van Allen에 허여된 미합중국 특허 제2,855,000호에 의하면 간단하게 수동으로 동작되는 전환밸브의 상기 문제를 단지 간단한 전환동작을 제공하여 해소한다. 지금까지 개발된 다른 4방향 전환밸브는, 예를 들면 미합중국 특허 제5,462,085호 및 제5,507,315호에 도시된 바와 같이, 비교적 복잡하고 비용이 많이 드는 구조이었다.
현재의 에어컨 시스템도 또한 여러 가지 문제가 있다. 이 중 한 가지는 시스템이 난방 모드(동절기) 또는 냉방 모드(하절기)로 동작 시에 생길 수 있는 서리 발생(frosting) 또는 결빙(icing)이 문제이다. 난방 모드에서 서리가 생기는 경우, 일반적으로는 냉방 모드로 전환시켜 외부 코일을 가열하고 또한 팬을 중단시키므로, 상당한 에너지가 손실되며, 난방 시간 및 난방 능력이 감소된다. 냉방 모드에서 서리가 생기는 경우, 일반적으로는 컴프레서를 중단 및/또는 팬을 정지시키거나 혹은 팬의 속도를 변경시키게 되는데, 이것 또한 에너지 손실, 시간 및 냉방 능력에 문제가 있다. 또한, 컴프레서의 동작을 중단시키는 것은 컴프레서에 바람직하지 않고 수 분 동안을 기다려야 동작이 재개될 수 있다. 또한, 냉방 모드에서 서리가 생기는 것을 방지하기 위하여, 시스템은 일반적으로 증발기가 빙점을 상당히 초과하는 온도, 예를 들면 약 7℃에서 동작하여 외부 온도의 변화를 수용하도록 설계되므로, 이것은 예를 들어 0℃에 가까운 온도에서 동작할 때와 비교하여 시스템의 효율 및 냉방 능력을 또한 감소시킨다.
현재의 에어컨 시스템의 다른 문제는 시스템의 냉방 또는 난방 능력이, 예를 들면, 냉방 또는 난방하고자 하는 둘러싸인 공간의 체적을 방 등의 차단에 의하여 상당히 줄였을 때 감소된다는 점이다. 현재의 에어컨 시스템은 단순히 스위치를 꺼서 냉방 또는 난방 능력을 감소시키는 것이 일반적이다. 그러나, 상기와 같이 스위치를 꺼서 능력을 감소시키는 방법도 또한 시스템의 전체적인 효율을 감소시키며 에너지를 낭비하게 된다. 또한, 시스템을 자주 중단시킴으로써 컴프레서 및 팬의 사용 수명이 감소될 수 있다.
본 발명의 목적은 큰 압력차를 누설없이 수용할 수 있고, 비교적 적은 힘을 사용하여 하나의 동작상태로부터 다른 동작상태로 작동될 수 있고, 특히 온도 및/또는 출력에 대하여 달리 제어할 수 있는 개선된 밸브 어셈블리를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 시스템의 동작을 냉방에서 난방으로 또는 그 반대로 전환시키는 일반적인 전환밸브로 사용될 뿐만 아니라, 필요할 때 서리발생 방지, 서리제거, 시스템의 능력 감소 등을 포함하는 각각의 동작모드 내의 여러 가지 제어 기능을 현재의 에어컨 시스템보다 더욱 효과적인 방식으로 실행하는 제어밸브로도 사용될 수 있는 공기 조절 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일양태에 있어서, 적어도 하나의 고압 포트 및 하나의 저압 포트를 포함하는 복수의 포트 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 어셈블리를 제공하는 것으로서, 상기 밸브 어세블리는 복수의 포트가 장착되는 베이스, 및 상기 베이스에 대하여 복수의 동작위치로 회전가능한 밸브부재를 포함한다. 밸브부재는 베이스와 대면하여 베이스에 대한 밸브부재의 위치에 따라 포트 사이의 유체 흐름을 제어하는 제어면(control face), 및 베이스로부터 떨어져서 대면하는 반대쪽면(opposite face)을 가진다. 밸브부재의 제어면에 그 중앙 영역에는 저압 캐비티가, 그 외측 영역에는 저압 캐비티를 완전하게 둘러싸는 환형의 고압 캐비티가 형성된다.
상기 바람직한 실시예의 다른 특징에 있어서, 밸브 어셈블리는 고압 캐비티로부터 밸브부재의 반대쪽면으로 고압을 인가하여, 밸브부재가 동작위치일 때, 밸브부재를 베이스와 밀착되도록 단단하게 압착함으로써 고압 캐비티를 저압 캐비티로부터 격리시키는 완동(緩動) 통기구(slow-acting vent), 일반적으로 폐쇄되어 있으나 선택적으로 개방가능하여 밸브부재의 반대쪽면에 인가된 고압을 릴리스함으로써 밸브부재를 다른 동작위치로 이동가능하게 하는 파일럿밸브(pilot valve), 및 밸브부재의 제어면을 베이스에 충분히 근접하도록 유지하여, 파일럿밸브가 개방되고 밸브부재가 다른 동작위치로 이동할 때, 고압 캐비티를 저압 캐비티로부터 실질적으로 격리시키는, 밸브부재의 환형의 고압 섹션으로부터 밸브부재의 반대쪽면으로의 통로(passageway)를 추가로 포함한다. 고압 캐비티는 베이스와 밸브부재를 완전하게 둘러싸는 밸브부재 사이의 고압 캐비티에 의하여 생긴 얇은 에어 쿠션 때문에 완전하게 격리되지는 않지만, 밸브는 여러 가지 제어 기능, 특히 온도제어 및/또는 출력제어를 실행하는 제어밸브로서 충분히 사용될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 특징에 따라 구성된 밸브 어셈블리는 밸브 어셈블리가 동작상태일 때 고압 섹션으로부터의 누설을 최상으로 방지하고, 밸브를 비교적 적은 힘을 인가하여 다른 동작위치로 전환시킬 수 있고, 밸브는 또한 어느 동작위치에서도 여러 가지 중요한 제어 기능을 실행할 수 있다. 따라서, 밸브 어셈블리는 전술한 구조에 비하여 간단하고, 저가이며 콤팩트한 형태로 구성될 수 있고, 하절기의 냉방 모드 및 동절기의 난방 모드에 따라 동작되는 에어컨 시스템에 특히 유용하다.
따라서, 본 발명의 다른 다른 양태에 있어서, 유체를 압축 및 팽창시켜 둘러싸인 공간의 공기를 조절하는 에어컨 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 에어컨 시스템은 둘러싸인 공간 내에 위치되는 내부 열교환기, 둘러싸인 공간 외측에 위치되는 외부 열교환기, 저압쪽 및 고압쪽을 가진 컴프레서, 및 전환밸브를 포함한다. 전환밸브는 컴프레서의 저압쪽에 연결된 저압 포트, 및 컴프레서의 고압쪽에 연결된 고압 포트를 가진 베이스, 베이스에 대하여 회전가능한 밸브부재, 밸브부재를 구동하는 회전모터 드라이브, 및 회전모터 드라이브를 제어하여 밸브부재를 (a) 저압 포트를 내부 열교환기에 연결하고 고압 포트를 외부 열교환기에 연결하여 내부 열교환기를 포함하는 저압 섹션을 형성하여 유체를 사용하여 둘러싸인 공간을 냉방시키는 제1 위치, 및 (b) 고압 포트를 내부 열교환기에 연결하고 저압 포트를 외부 열교환기에 연결하여 내부 열교환기를 포함하는 고압 섹션을 형성하여 유체를 사용하여 둘러싸인 공간을 난방시키는 제2 위치로 선택적으로 구동하는 제어장치를 포함한다. 또한, 제어장치는 회전모터 드라이브를 제어하여 밸브부재를 바람직한 제1 위치 및 제2 위치 사이 외에 적어도 하나의 다른 위치로 선택적으로 구동한다. 밸브부재는 저압 섹션으로부터 실질적으로 격리된 고압 섹션을 유지하여, 밸브부재가 다른 위치로 구동될 때, 적어도 하나의 추가적인 제어 기능을 실행하도록 구성된다.
개시된 한 가지 추가적인 기능은 유체의 일부를 고압 포트로부터 저압 포트로 분류시킴으로써 컴프레서의 동작을 중단시키지 않고 시스템 내의 온도를 제어한다는 점이다. 개시된 다른 추가적인 기능은 저압 포트의 유효 단면적을 저압 포트에 연결된 열교환기에 대하여 제한함으로써 컴프레서의 동작을 중단시키지 않고 시스템의 출력을 제어한다는 점이다. 다른 제어 기능은 파일럿밸브를 선택적으로 개폐시켜 전환동작을 실행할 뿐만 아니라 고압 포트로부터 저압 포트로의 누설을 제어하여 임의의 밸브 위치에서도 온도를 제어한다는 점이다.
따라서, 이러한 에어컨 시스템은 서리발생 방지 또는 과열, 시스템의 능력 감소 등을 포함하는 여러 가지 다른 제어 기능을 연속적, 주기적, 필요한 방식으로 실행하도록 동작될 수 있다. 이로써 에어컨 시스템이 최대의 효율을 갖도록 설계될 수 있고 변하는 조건에 따라 연속적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 전술한 장점을 제공하는 둘러싸인 공간의 공기 조절 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 후술하는 설명으로부터 명백하게 이해될 것이다.
다음에 본 발명을 첨부도면을 참조하여 단지 예시적으로 설명한다.
도 1 내지 도 6b에 예시된 밸브 어셈블리는 냉방 모드 또는 난방 모드 중 어느 하나의 모드에 따라 시스템을 동작시키는 에어컨 시스템용 4방향 전환밸브, 및 어느 하나의 모드에서 여러 가지 제어 기능 중 임의의 한 가지를 실행하는 제어밸브로서 작용한다. 도 6a 및 도 6b에 개략적으로 예시된 에어컨 시스템은 컴프레서(2), 내부 열교환기 즉 내부 코일(4)(냉방 모드에서 증발기로 작용함), 외부 열교환기 즉 외부 코일(6)(냉방 모드에서 응축기로 작용함), 및 컴프레서(2)의 입구에 연결된 저압 포트 LPC와 컴프레서(2)의 출구에 연결된 고압 포트 HPC를 가진 밸브 어셈블리(8)를 포함한다. 밸브 어셈블리(8)는 에어컨 시스템의 특정 모드에 따라 포트 LPC 및 HPC에 연결될 두 개의 포트 HXI 및 HXO를 추가로 가진다. 따라서, 도 6a는 포트 HXI가 저압을 포트 LPC로부터 내부 열교환기(4)에 연결하고 포트 HXO가 고압을 포트 HPC로부터 외부 열교환기(6)에 연결하는 냉방 모드의 동작을 예시하며, 도 6b는 포트 HXO가 저압을 포트 LPC로부터 외부 열교환기(6)에 연결하고 포트 HXI가 고압을 포트 HPC로부터 내부 열교환기(4)에 연결하는 난방 모드의 동작을 예시한다.
밸브 어셈블리(8)의 구조는 도 1 내지 도 3에 보다 상세하게 예시되어 있다. 밸브 어셈블리는 라인 L1 - L4에 의하여 컴프레서(2), 내부 열교환기(4) 및 외부 열교환기(6)에 각각 연결되는 4개의 포트 LPC, HPC, HXI, HXO가 장착되는 베이스(10)를 포함한다. 밸브 어셈블리(8)는 4개의 포트 사이의 가스 흐름을 제어하여 냉방 모드 및 난방 모드 동작을 제공하는 2개의 동작위치로 회전가능한 밸브부재(20)를 추가로 포함한다. 밸브부재(20)는 드라이브(30), 및 결합부재 즉 디스크(40)에 의하여 자신의 2개의 동작위치로 회전한다.
밸브부재(20), 커플링디스크(40), 및 드라이브(30)의 일부 부재 모두는 베이스(10)에 기밀적으로 밀봉된 하우징(50) 내에 내장된다. 드라이브(30)의 나머지 부재는 하우징(50)의 상측 단부에 고정된 제2의 하우징(60) 내에 내장된다.
하우징(50)의 저면 벽을 형성하는 베이스(10)는 4개의 포트를 형성하는 복수개의 구멍을 포함한다. 라인 L1에 의하여 컴프레서(2)의 저압 입구에 연결된 포트 LPC(도 6a, 6b 참조)는 단면적이 가장 크며 베이스(10)의 중앙에 위치되고, 라인 L3에 의하여 내부 열교환기(4)에 연결된 포트 HXI 및 라인 L4에 의하여 외부 열교환기(6)에 연결된 포트 HXO는 포트 HPC 반대쪽의 베이스(10) 외주 상에 위치된다.
베이스(10)는 자신의 내부면 상에 스톱(11)을 추가로 포함한다. 상기 스톱은 밸브부재(20)와 협동하여 이 밸브부재를 2개의 동작위치, 즉 냉방 모드 동작을 제공하는 하나의 위치 및 난방 모드 동작을 제공하는 다른 하나의 위치에 놓이게 한다.
도 2에 특히 도시된 바와 같이, (베이스(10)와 대면하는) 밸브부재(20)의 제어면은 루프가 폐쇄된 2개의 동심의 리브 형성부(21, 22)를 포함한다. 리브 형성부(21)는 밸브부재(20)의 제어면 중앙에 위치된 내부 폐루프이며, 상기 루프가 제어면의 중앙 영역에 베이스(10) 내의 저압 포트 LPC와 연통하는 내부 저압 캐비티 즉 섹션(23)을 형성한다. 리브 형성부(22)는 외부 환형의 폐루프이며, 상기 루프가 내부 리브 형성부(21)와 함께 내부 저압 섹션(23)을 완전하게 둘러싸고 베이스(10)의 고압 포트 HPC와 연통하는 외부 고압 섹션을 형성한다. 고압 섹션(24)은 저압 섹션(23)을 완전하게 둘러싸도록 통로(24c, 24d)에 의하여 함께 결합된 2개의 측면부(24a, 24b)를 포함한다.
후술하기 위하여, 작은 구멍(25)은 밸브부재(20)의 고압 섹션(24)을 관통하고 큰 구멍(26)은 저압 섹션(23)을 관통한다.
밸브부재(20)의 반대쪽면(도 1 참조)은 커플링디스크(40)와 대면한다. 상기 반대쪽면은 밸브부재의 반경방향 내측으로 정반대 위치에 연장되는 2개의 캠면(28)이 형성된 외주 벽(27), 및 대략 60°원호를 이루어 연장되는 슬롯(29)을 포함한다. 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 캠면(28) 및 슬롯(29)이 커플링디스크(40)와 협동하여 밸브부재(20)를 공전 결합부(lost-motion coupling)를 거쳐 드라이브에 결합시켜 커플링디스크가 밸브부재의 회전없이 약간 회전할 수 있다.
전술한 바와 같이, 드라이브(30)는 2개의 섹션으로 분할된다. 섹션 하나는 밸브부재(20) 및 커플링디스크(40)를 포함하는 하우징(50) 내에 내장된 부분을 포함하는 반면, 다른 섹션은 하우징(50)의 외측에 위치되며 하우징(50)의 상측 단부에 고정된 제2의 하우징 내에 내장된다.
하우징(50)의 외측 (및 하우징(60)의 내부)에 위치된 드라이브(30) 부분은 디스크(33)를 회전시키는 회전샤프트(32)를 가진 스텝모터(step motor)가 바람직한 모터(31)를 포함한다. 디스크(33)는 디스크의 반대쪽에 자신의 회전축과 정반대로 정렬된 한 쌍의 영구자석(33a, 33b)을 가진다.
하우징(50)의 내측에 위치된 드라이브(30) 부분은 회전가능한 단부 디스크(35a)에 고정된 핀(35)상에 회전가능하게 장착된 다른 디스크(34)를 포함한다. 디스크(34)는 디스크(34)의 회전축과 정반대로 정렬된 한 쌍의 영구자석(34a, 34b)을 가진다. 하우징(50) 내의 디스크(34) 상에 위치된 영구자석(34a, 34b)은 하우징(60) 내의 디스크(33) 상에 위치된 영구자석(33a, 33b)과 동일한 원형 구조이며, 이들 자석과 축방향으로 정렬되어 2개의 디스크 사이를 자력으로 결합시키게 되어 하우징(50) 외측의 디스크(33)가 회전하여 하우징(50) 내의 디스크(34)를 대응하여 회전시킨다.
하우징(50) 내의 디스크(34) 회전은 디스크(34)에 의하여 지지된 구동기어(36) 및 커플링디스크(40)에 결합된 강압 변속기(step-down transmission)(37)에 의하여 커플링디스크(40)를 거쳐 밸브부재(20)에 전달된다.
강압 변속기(37)는 도 3에서 가장 잘 나타낸 2단 유성-기어형(two-stage planetary-gear type)이다. 상기 강압 변속기는 디스크(34)의 구동기어(36)를 수용하는 중앙 개구가 형성된 외부 하우징(37a), 하우징(37a)의 내면에 고정된 링기어(ring gear)(37b), 및 상기 링기어(37b)와 협동가능한 2단(38a, 38b) 유성기어를 포함한다. 1단(38a)은 링기어(37b)와 맞물리는 3개의 유성기어를 포함하여 디스크(39)를 회전시킨다. 또한, 디스크(39)는 3개의 2단(38b) 유성기어와 맞물리는 구동기어(39a)에 고정되며, 또한 유성기어는 링기어(37b)와 맞물린다. 디스크(34)의 빠른 회전으로 인하여 디스크(39), 및 강압 변속기(37)의 유성기어(38b)를 느리게 회전하도록 배열시킨다. 변속기 하우징(37a)의 대응 리세스 내에 수용된 하우징(50) 내면 상의 돌출부(50a)는 유성기어가 회전하는 동안 변속기 하우징의 회전을 방지한다.
커플링디스크(40)에는 3개의 2단 유성기어(38b)의 개구 내에 수용된 3개의 스템(41)이 형성됨으로써 강압 변속기(37)의 출력 단부에서의 디스크(39)의 느린 회전으로 커플링디스크(40)가 느리게 회전한다. 커플링디스크(40)의 상기 회전운동이 반경방향으로 연장되며 스프링으로 작용하는 한 쌍의 결합핀(42, 43)에 의하여 영향을 받기 쉬운 방식으로 밸브부재(20)에 전달되어, 도 1에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 밸브부재(20)의 환형 벽(27) 내면 상의 캠면(28)과 맞물린다.
커플링디스크(40)는 밸브부재(20)를 드라이브에 결합시킬 뿐만 아니라 큰 구멍(26)과 협동하여 밸부브재에 인가된 유체압력을 제어한다. 이 유체압력을 제어하기 위하여, 커플링디스크(40)에는 밸브부재(20)에 대한 커플링디스크(40)의 위치에 따라 큰 구멍(26)을 각각 커버하거나 또는 커버해제하는 한 쌍의 파일럿밸브 부재(44, 45)가 제공된다. 커플링부재(40)는 밸브부재(20)의 슬롯(29) 내에 수용된 종속핀(depending pin)(46)을 추가로 포함하여 밸브부재에 대한 커플링디스크(40)의 회전을 제한한다.
다음에, 에어컨 시스템이 냉방 모드(하절기)에서 난방 모드(동절기)로, 혹은 그 반대로 전환되는 전환동작에 대하여 특히 도 4a 내지 도 6b를 참조하여 설명한다.
밸브부재(20)의 위치가 도 6a에 예시된 바와 같이 에어컨 시스템의 냉방 동작모드를 나타내는 도 5a에 예시된 위치라고 가정한다. 밸브부재(20)의 상기 동작위치에서, (컴프레서(2)의 저압쪽에 연결된) 포트 LPC로부터의 저압은 내부 열교환기(4)로 통하는 포트 HXI에 연결되고, (컴프레서의 고압쪽에 연결된) 포트 HPC로부터의 고압은 외부 열교환기(6)로 통하는 포트 HXO에 연결되는 도 6a에 도시된 바와 같은 냉방 동작모드를 나타낸다.
밸브부재가 도 5a의 동작위치일 때, 밸브부재의 고압 섹션(24)에 나타나는 고압이 완동 통기구처럼 작동하는 작은 구멍(25)을 거쳐 밸브부재의 반대쪽(도 1에 예시된 쪽)으로 전달된다. 상기 밸브부재쪽의 표면적이 밸브부재 반대쪽의 고압 표면적(24)보다 훨씬 크기 때문에, 통기구(25)를 거쳐 인가된 고압이 밸브부재(40)를 베이스(10)에 대하여 효과적으로 단단하게 누르므로 밀착 실(tight seal)이 형성되어 가스누설이 방지된다.
밸브부재의 동작위치를 변경하여 도 6b에 예시된 난방 동작모드로 하기를 원할 때, 드라이브의 모터(31)를 여기시켜, 전술한 바와 같은, 하우징(50) 외측의 구동디스크(33)를 회전시킨다. 그러나, 외부 구동디스크(33) 상의 영구자석(33a, 33b), 및 내부 구동디스크(34) 상의 자석(34a, 34b)에 의하여 발생된 자기결합이 모터(31)의 회전운동을 하우징(50)에 내장된 강압 변속기(37)를 거쳐 내부 구동디스크(34)에 전달한다. 따라서, 구동디스크(34)의 회전속도가 강압 변속기(37)의 2단 유성기어 변속기에 의하여 감소되어 스템(41)에 의하여 2단 유성기어에 결합된 커플링디스크(40)를 비교적 저속으로 회전시킨다. 예를 들면, 2단 변속기(37)의 각 단계가 25:1의 강압율을 나타내므로 완전한 변속기(37)의 강압 변속율은 50:1이 된다.
커플링디스크(40)의 최초 위치(도 4a에 도시된 회전을 시작하기 전의 위치)에서는 자신의 핀(46)이 밸브부재(20) 슬롯의 일단(도 1 참조)에 있다. 또한, 파일럿 밸브부재(44, 45) 중 하나가 밸브부재(20)의 큰 구멍(26)을 폐쇄하여, 전술한 바와 같이, 작은 구멍(25)에 의하여 실행된 고압 밀봉을 제공한다.
커플링디스크(40)가 최초로 이동하는 즉시, 및 밸브부재(20)가 이동을 개시하기 전에, 밸브부재의 큰 구멍(26)은 각각의 파일럿 밸브부재(44, 45)에 의하여 커버해제된다. 이것이 밸브부재(20)를 베이스(10)에 대하여 누르는 고압을 즉시 릴리스하므로 밸브부재가 커플링디스크(40)에 의하여 용이하게 회전할 수 있다.
커플링디스크(40)의 회전이 커플링디스크의 스프링-바이어스 핀(42, 43)을 밸브부재(20)에 대하여 이동(도 4b 참조)시켜 이들이 밸브부재 외주벽(27)의 내면 상의 캠(28)과 결합되어 밸브부재를 도 5b에 예시된 동작위치로 회전시킨다. 상기 위치는 베이스(10)의 스톱(11)과 밸브부재의 외측 고압 섹션(24)의 반대쪽과의 결합에 의하여 결정된다. 따라서, 스톱(11)이 밸브부재(20)가 더 회전하는 것을 방지하므로 커플링디스크(40)가 밸브부재에 대하여 회전하여 자신의 외측 파일럿 밸브부재(44, 45)를 큰 구멍(26) 위로 이동시켜 밸브부재에 인가된 고압 실을 완동 통기구(25)에 의하여 복원시킨다. 따라서, 밸브부재가 슬롯(29)의 반대쪽 단부와 결합되는 핀(46)에 의하여 결정된 도 5b에 예시된 위치로 되어 도 6b에 예시된 에어컨 시스템의 난방 동작모드로 된다.
예시된 구조에 있어서, 전술한 전환동작은 1.0 내지 1.5초가 소요된다. 그러나, 원하는 경우 밸브모터(31)를 제어하여 속도를 느리게 함으로써 예를 들면 에어컨 시스템에 갑작스런 충격을 방지할 수 있다.
냉방 동작모드로의 전환을 원할 때 마다, 모터 M을 역방향으로 여기시키고 이 때 전술한 바와 동일한 순서의 경우가 발생되어 밸브부재(20)를 도 5a에 예시된 위치로 재복귀시켜 도 6a에 예시된 에어컨 시스템의 냉방 동작모드로 된다.
도 7, 및 도 8a 내지 도 8c는 캠면(28)이 3개의 캠 형성부(128a, 128b, 128c)를 가진 만곡된 길다란 부재(128) 형태인 변형예를 예시한다. 각각의 캠 형성부(128)는 약 120°의 원호로 연장된다. 이들 캠 형성부는 아치형 슬롯(29)(도 1 참조)에 대응하는 대략 60°인 각각의 슬롯(129)에 의하여 분리된다. 또한, 커플링디스크(40)에는 슬롯(129) 내로 이동하여, 전술한 바와 같이, 도 1의 슬롯(29) 내에서 이동가능한 핀(46)과 동일한 기능을 하는 2개의 반경방향 리브(146)가 제공된다.
특히 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 커플링디스크(40)의 스프링-바이어스 핀(43)이 2개의 캠부재(128)의 캠면(128a, 128b, 128c)과 전술한 바와 동일한 방식으로 동작, 즉 먼저 밸브부재(20)에 인가된 높은 밀봉 압력을 릴리스한 다음 밸브부재를 새로운 동작위치로 회전시키고 밸브부재에 인가된 높은 밀봉 압력을 복구시킨다. 따라서, 밸브부재가 정확한 동작위치일 때, 밸브부재의 개구 위치에 정확하게 위치된(도 8a 참조) 커플링디스크의 파일럿부재(44)가 폐쇄되고, 이로써 높은 밀봉 압력이 전술한 바와 같이 밸브부재에 인가된다. 밸브부재를 새로운 동작위치로 이동시키고자 할 때, 커플링디스크(40)를 먼저 회전시켜 파일럿 밸브부재(44)를 개구(도 8b, 8c참조)로부터 멀어지도록 배치시킴으로써 높은 밀봉 압력을 릴리스하여, 핀(42, 43)이 중간의 캠면(128b)과 결합될 때 커플링디스크가 밸브부재를 새로운 동작위치로 회전시킨다. 상기 동작위치에서 전술한 바의 핀(11)에 의하여 중단되고, 이 때 커플링디스크(40)가 계속 이동하여 단부 캠면(128c)에 도달할 때 까지 중간 캠면(128b)을 극복하고, 그 위치에서 다른 파일럿 밸브부재(45)가 개구(26)를 커버함으로써 높은 밀봉 압력을 밸브부재에 복구한다.
전술한 밸브 어셈블리의 중요한 특징은 밸브부재(20)를 얇은 에어 쿠션으로 분리된 베이스(10)에 매우 근접하게 자동적으로 유지하고, 밸브부재가 항상 자신의 2개의 동작위치 중 하나에 정확하게 위치되지 않는다는 점이다. 밸브부재가 항상 자신의 2개의 동작위치 중 하나에 정확하게 위치되지 않는 상기 근접한 공간은 밸브부재(24)의 리브를 가진 면의 원형 고압 섹션(24)으로부터 밸브부재의 반대쪽 면으로의 누설에 의하여 자동적으로 자체-조절된다. 따라서, 밸브부재(20)가 밸브부재의 원주 둘레의 임의의 지점에서 베이스(10)로부터 경사지거나 또는 분리되기 쉬운 경우, 이렇게 생긴 공간으로 인하여 고압이 환형의 고압 섹션(24)으로부터 밸브부재(20)의 반대쪽면으로 상기 공간을 거쳐 인가되어 밸브부재가 베이스를 가진 자신의 폐쇄위치로 복귀된다.
따라서, 밸브부재(20)의 상기 조절작용으로 얇은 에어 쿠션이 생겨 하나의 동작모드로부터 다른 동작모드로 변경시키는 전환동작이 용이하게 된다. 상기 에어 쿠션이 생기는 동안 소량의 누설이 있어서 밸브부재의 고압 섹션이 저압 섹션으로부터 실질적으로 격리되어 밸브 어셈블리가 충분하게 제어밸브로서 작용하고 동작모드 내에서 여러 가지 중요한 제어기능을 실행할 수 있다. 단지 예로서, 서리발생 방지 또는 서리제거 제어, 및 출력-감소에 대하여 후술하며, 이들 모두는 전술한 밸브 어셈블리에 의하여 에어컨 시스템의 두 가지 동작모드 중 어느 하나로, 에어컨 시스템의 동작을 중단시키지 않으면서 실행될 수 있다.
도 9는 모드 전환동작, 및 모드 중 하나의 제어동작에 대하여 밸브 어셈블리의 밸브모터(31)를 제어하는 전기회로의 개략도이다. 도 9에 예시된 시스템은 밸브모터(31)를 제어하는 제어회로 CC, 냉방 모드(하절기), 또는 난방 모드(동절기)에 따라 시스템을 동작시키는 모드 선택장치 MS, 두 가지 동작모드 중 하나에서 서리발생 방지 또는 서리제거의 제어동작을 행하는 서리제거 선택장치 DS, 및 시스템의 동작을 중단시키지 않고 시스템의 출력을 제어하는 출력 선택장치 OS를 포함한다. 또한, 도 9에는 온도, 예를 들면 외부의 주위온도를 감지하고 밸브모터(31)를 자동적으로 제어하는 제어회로 CC에 출력을 제공하여 시스템의 동작을 중단시키지 않고 매우 효과적인 방식으로 서리발생을 방지하거나 또는 서리를 제거하는 온도센서 TS를 예시한다.
전술한 밸브 어셈블리로 인하여 에어컨 시스템이 서리발생을 방지하거나, 서리를 제거하거나, 또는 냉방 모드 및 난방 모드 양자 모두에서 다른 온도 제어를 제공하도록 동작될 수 있다. 상기 동작이 실행되는 방식을 도 10a 내지 도 10f에 예시한다.
도 10a 내지 도 10f에 있어서, 포트 LPC, HPC, HXI, HXO는 도 5a 및 도 5b에서와 같이 대응하여 표시된다. 그러나, 내부 저압 영역(23) 및 외부의 환형 고압영역(24)을 형성하는 리브 형성부(21)는 도 2에 예시된 바와 같이 두께가 균등하지 않고 도 10a 내지 도 10f에 섹션 라인(121)으로 도시된 바와 같이 두께가 다양하다. 이것은 후술하는 출력-감소 제어에 특히 바람직하다.
도 10a는 도 5a를 특히 참조하여 전술한 바와 같이 냉방 동작모드를 제공하도록 베이스(10)(도 1 참조)의 4개 포트에 대한 회전 밸브부재(120)의 위치를 예시한다. 서리발생 방지, 서리제거, 또는 다른 온도 제어를 제공하는 것이 바람직할 때 마다, 밸브부재(120)를 커플링디스크(40)(도 1 참조)를 거쳐 이동시켜 고압 포트 HPC에 의하여 생성된 고압 외측 영역(124)과 저압 포트 LPC에 결합된 저압 중앙 영역(123) 사이의 누설 즉 유출을 원하는 누설량에 대응하도록 제어한다. 상기 누설은 각 영역의 가스압력에 영향을 미칠 뿐 아니라 각 영역의 온도에도 영향을 미친다.
도 10b 내지 도 10e는 어떻게 상기 누설을 원하는 대로 증가시켜 도 10f에 예시된 바와 같이 제2 동작위치, 즉 난방 모드에 도달하는 가를 예시한다. 누설이 많으면 많을 수록 서리발생 방지 또는 서리제거에 더 효과가 있다는 점을 이해할 것이다.
상기의 서리발생 방지 (또는 서리제거) 누설은 도 9에 예시된 온도센서 TS에 의하여 외부 주위온도에 응답하여 자동적으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 시스템이 냉방 모드에 따라 동작하고 외부 주위온도가 하강할 때, 이것이 온도센서 TS에 의하여 감지되어 회로 CC를 거쳐 밸브모터(31)를 자동적으로 제어하여 고온가스가 경고될 영역으로 누설되는 것이 제어되어 서리발생이 방지되거나 또는 서리가 제거된다.
상기 제어는 주기적일 수 있으며, 밸브모터(31)(도 1 참조)가 밸브부재를 도 10b 내지 도 10e에 예시된 위치 중 한 곳으로 주기적으로 이동시킨 다음 다시 정상적인 동작위치로 복귀하도록 제어할 수 있다. 상기 주기적인 누설 제어는 누설의 진폭(도 10b 내지 도 10e 참조), 각 누설기간의 시간 간격, 및/또는 누설이 일어나는 횟수를 주기적으로 제어함으로써 실행될 수 있다. 이러한 제어는 또한 연속적일 수 있고, 온도센서의 출력에 따른 크기를 가진 연속 누설이 제공되어 서리발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 누설은 서리제거 선택장치 버튼(도 9 참조)을 동작시켜 수동으로 누설되거나 또는 온도에 응답하여 자동으로 누설될 수 있다. 이러한 서리발생 방지 또는 서리제거 동작은 전술한 밸브 어셈블리에 의하여 시스템의 전체적인 동작을 중단시키지 않고 용이하게 행해지며: (1) 밸브모터(31)는 제어회로 CC에 의하여 정확하게 제어될 수 있고, (2) 밸브부재가 베이스(10)에 대하여 임의의 원하는 위치로 용이하게 회전할 수 있기 때문에, (3) 밸브부재의 베이스에 대한 조정광 접촉(regulated light contact), 또는 매우 근접한 공간이, 밸브부재가 자신의 동작위치 중 어느 하나에 위치하지 않을 때 마다, 고압 섹션을 저압 섹션으로부터 실질적으로 격리시켜 상기 형태의 제어를 충분히 행할 수 있다.
전술한 서리발생 방지 또는 서리제거 제어은 여러 가지 중요한 장점을 제공한다. 상기 제어로 인하여 에어컨 시스템이 서리가 생기지 않고 최대 효율로 동작될 수 있다. 또한, 시스템이 중단되거나 또는 반대로 동작되지 않고 연속적으로 동작될 수 있으므로 에너지가 상당히 절약되며 에어컨 시스템을 최대로 활용할 수 있고 컴프레서가 바람직하지 않게 중단되는 것이 방지된다.
도 11a 내지 도 11c는 어떻게 본 발명의 밸브 어셈블리가 자신의 동작을 중단하지 않고 에어컨 시스템의 원하는 출력-감소가 실행되도록 변형될 수 있는 가를 예시한다. 예를 들면, 에어컨 시스템은 소정의 출력으로 최대 효율을 얻도록 설계되는 것이 일반적이며, 예를 들면 난방 또는 냉방될 공간의 감소 때문에 필요한 출력이 감소되는 경우, 시스템의 동작이 필연적으로 중단되는 것이 일반적이다. 그러나, 일반적인 에어컨 시스템의 이러한 동작은 시스템의 잦은 중단 때문에 전체적인 효율을 감소시키고, 에너지가 상당히 소모되며 마모를 앞당긴다.
본 발명의 밸브 어셈블리는 에어컨 시스템의 출력을 냉방 모드 및 난방 모드 양자 모두에서 시스템의 동작을 중단시키지 않고 원하는 대로 감소시킬 수 있다. 이것은 예를 들면 밸브모터(31)를 제어하여 여기에 연결된 열교환기에 노출된 저압 포트 LPC의 유효 단면적의 감소를 제어함으로써 행해질 수 있다. 따라서, 도 11a는 리브(121)가 내부 열교환기 포트 HXI에 노출된 저압 포트 LPC를 완전하게 개방하여 100% 흡입하는 냉방 모드 위치의 밸브부재(120)를 예시하고, 도 11b는 리브(121)가 저압 포트 LPC의 단면적 중 약 25%를 커버하여 약 75% 흡입하는 밸브부재 위치를 예시하고, 도 11c는 리브(121)가 저압 포트 LPC의 단면적 중 약 75%를 커버하여 약 25% 흡입하는 밸브부재 위치를 예시한다.
이러한 출력-감소 동작은 주기적으로, 연속적으로, 또는 온도 제어에 대하여 전술한 바와 같이 밸브모터(31)를 제어하는 모터 제어회로 CC에 의하여 요구된 대로 실행될 수 있고, 에어컨 시스템의 동작을 중단시킬 필요가 없다.
도 12a 내지 도 12c는 도 8a 내지 도 8c의 도면에 대응하지만 밸브부재가 2 개의 동작위치 중 하나에 정확하게 위치되는 경우를 제외하고, 파일럿 밸브부재(44, 45)가 밸브부재의 저압 개구(26)를 커버하는 위치로 커플링디스크(40)가 확실하게 이동하지 않도록 캠부재(128)의 위치에 대한 스프링-바이어스 핀(42, 43)에 의하여 결합가능한 밸브부재(120)의 변형예를 포함한다. 따라서, 스프링-바이어스 핀(42, 43)이 파일럿 밸브부재(44, 45)가 저압 포트(26)를 폐쇄한 후에만 캠부재의 높은 지점(128a, 128c)과 결합되어 밸브부재에 대하여 높은 밀봉 압력을 재인가한다(도 12c 참조).
예시된 밸브 어셈블리는 두 가지 동작모드 중 어느 하나에서 다른 제어 기능을 실행하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 밸브모터(31)를 간단히 제어하여 커플링디스크(40)를 주기적으로 이동시켜 파일럿 밸브부재(44 또는 45)가 개구(26)로부터 충분히 떨어지도록 하고, 밸브부재를 실제로 이동시키지 않으면서 소량의 고압을 누설시킬 수 있다. 이러한 동작은 필요할 때마다 소량의 고온-가스 바이패스 제어를 실행하는데 바람직할 수 있다.
또한, 예시된 밸브 어셈블리는 상이한 개수의 포트를 제어하는데 사용될 수 있다. 도 13은 밸브 어셈블리가 단지 3개의 포트, 즉 저압 포트 P1, 고압 포트 P2, 및 다른 포트 P3를 포함하여 포트 P1으로부터의 저압 또는 포트 P2로부터의 고압 중 어느 하나를 선택적으로 수용하는 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 5개의 포트, 즉 포트 P1 내지 P4는 전술한(예를 들어 도 2 참조) 4개의 포트이고, 제5 포트 P5는 고압을 증발기에 선택적으로 인가하도록, 예를 들면 서리제거 또는 다른 제어 목적을 위하여 제공된다.
도 15는 도 1 내지 도 3을 참조하여 전술한 밸브 어셈블리와 매우 유사한 밸브 어셈블리를 예시하는 도면으로서, 이해를 용이하게 하기 위하여 대응 부분에 동일 참조부호를 사용하였다. 2개의 구조 사이의 주요한 차이점은 도 15에 각각 예시된 베이스(210) 및 밸브부재(220)에 있다. 도 16a는 커플링디스크(40)와 대면하는 밸브부재(220)쪽을 특히 예시하고, 도 16b 및 도 17a는 베이스(210)와 대면하는 밸브부재쪽을 특히 예시하고, 도 17b는 밸브부재(220)와 협동가능한 베이스(210)를 특히 예시한다.
베이스(210)에는 컴프레서(2), 내부 열교환기(4), 및 외부 열교환기(6)(도 18a, 18b 참조)에 라인(도 1의 L1-L4)으로 연결된 도 1에 예시된 바와 동일한 4개의 포트 LPC, HPC, HXI, HXO가 장착된다. 또한, 베이스(210)는 도 1 내지 도 3의 스톱(11)과 대응하지만 직경이 작은 스톱(211)을 포함한다. 스톱(211)은 2개의 추가적인 포트, 즉 분류 라인(212)(도 18a, 18b)을 내부 열교환기(4)에 연결하는 분류 포트 SI, 및 제2 분류 라인(213)을 외부 열교환기(6)에 연결하는 분류 포트 SO에 의하여 자신의 반대쪽에 걸친다.
도 17a에 특히 예시된 바와 같이, 밸브부재(220)의 제어면은 중앙의 저압 섹션(223)을 형성하는 내부 폐루프 리브(221), 및 자신과 리브(221) 사이에 내부 저압 섹션(223)을 둘러싸는 환형의 외부 고압 섹션(224)을 형성하는 외부 환형 리브(222)를 또한 포함한다. 2개의 폐루프 리브(221, 222)는 특히, 상세하게 후술하는 바와 같이, 베이스(210)의 포트와 협동하는 형상이다.
전술한 실시예에서와 같이, 밸브부재(220)는 고압 섹션(224)을 밸브부재의 반대쪽면에 연결하여 여기에 고압을 인가하는 작은 구멍(225), 및 저압 섹션(223)으로 통하며 커플링디스크(40) 상의 파일럿밸브(244)와 협동가능하여 밸브를 하나의 동작위치로부터 다른 위치로 전환시키는 것이 바람직할 때 고압을 릴리스하는 큰 구멍(226)을 또한 포함한다.
커플링디스크(40)와 대면하는 밸브부재(220)쪽은 전술한 구조와 약간 상이하다. 도 16에 특히 도시된 바와 같이, 상기 밸브부재(220)쪽에는 중앙 리세스(228a 228b)가 각각 형성된 자신의 반대쪽 각각에 외주 리브(227a, 227b)가 형성된다. 2개의 외주 리브는 120°로 연장되어 자신의 반대쪽 각각에 60°슬롯(229a, 229b)을 형성한다.
후술하는 바와 같이, 리세스(228a, 228b)는 파일럿밸브(244)가 밸브부재(220)의 큰 구멍(226)을 폐쇄하는 위치에 커플링디스크가 정확하게 위치될 때 커플링디스크(4)의 2개의 스프링-바이어스 핀(42, 43)을 릴리스가능하게 수용하는 멈춤쇠로 작용하는 반면, 슬롯(229a, 229b)은 커플링디스크(40)의 반경방향 돌출부(246a, 246b)와 협동하여 밸브부재에 인가된 고압이 파일럿밸브 구멍(226)의 개방으로 릴리스된 후 밸브부재(220)를 임의의 원하는 위치로 회전시킨다.
도 18a 및 도 18b는 전술한 실시예의 도 6a 및 도 6b에 대응하는, 냉방 동작모드 및 난방 동작모드를 각각 일으키는 밸브부재(220)의 베이스(210)에 대한 위치를 예시하는 도면이다. 또한, 도 15에 예시된 밸브는 도 10a 내지 도 10f에 대하여 전술한 방식으로 제어되어 온도 제어용 제어밸브의 고압 섹션으로부터 저압 섹션으로 임의의 원하는 대로 누설을 일으키거나, 또는 도 11a 내지 도 11c에 대하여 전술한 바와 같이 각각의 열교환기에 노출된 저압 포트 LPC의 단면적을 제어함으로써 시스템의 출력을 제어할 수 있다.
그러나, 도 15에 예시된 밸브는 다른 제어기능을 실행하도록 동작될 수 있다. 따라서, 베이스(210)에 2개의 분류 포트 SI 및 SO를 제공함으로써 밸브가 분류라인(212, 213)을 거쳐 시스템의 선택된 위치로 가스의 분류를 제어하여 온도를 제어할 수 있고, 또한 커플링디스크(40)와 대면하는 밸브부재(220)쪽의 공전 구조(lost-motion construction)가 모터를 사용하여 밸브부재의 임의의 위치(즉, 2개의 모드 위치 중 어느 하나, 또는 그들 사이의 임의의 중간 위치의 파일럿밸브 PV의 개구(226)에 대하여 이동가능한 부재(244))를 선택적으로 개폐할 수 있고, 예를 들면 온도 또는 압력을 필요할 때마다 밸브부재(220)를 실제로 이동시키지 않고 적당하게 제어할 수 있다.
상기 동작은 도 19 내지 도 24에 더욱 상세하게 예시되어 있다.
도 19는 저압 포트 LPC가 내부 열교환기 포트 HXI에 결합되고, 고압 포트 HPC가 외부 열교환기 포트 HXO에 결합된 스트레이트 냉방 모드를 예시한다. 도 19에 예시된 위치에서는 분류 포트 SI, SO 어느 것도 작동하지 않는다. 도 19a는 파일럿밸브(244)의 정상적인 폐쇄위치, 즉 폐쇄 구멍(226)을 예시하고, 이로써 고압이 구멍(225)을 거쳐 밸브부재(220)의 반대쪽에 인가된다.
도 20은 분류 포트 SI가 고압 캐비티(224)로 부분적으로 노출되어 고압가스의 일부가 내부 열교환기(4)로 분류되도록 약간 이동(시계방향)한 밸브부재(220)를 예시하는 도면이다. 이것은, 예를 들면 작은 고온가스 바이패스를 제공하여 내부 열교환기의 결빙을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 밸브부재가 저압에 노출된 내부 열교환기 포트 HXI의 단면적을 약간 감소시키지만 이것은 여기서는 그렇게 중요하지 않다.
도 20a 및 도 20b는, 도 20의 밸브 위치에서, 파일럿밸브(244)가 또한 폐쇄되거나(도 20a), 또는 개방되어(도 20b), 원하는 경우, 컴프레서의 동작을 중단시키지 않고 작은 고온가스 바이패스 제어를 실행할 수 있다.
도 21, 21a, 및 21b는 도 20, 20a, 20b와 유사한 상태를 예시하는 도면이지만, 분류 포트 SI의 단면적 전체가 고압 섹션에 노출되어 있다.
도 22, 22a, 22b는 분류 포트 SI, SO 양자가 차단되어 있으나 내부 열교환기 포트 HXI의 일부 단면적이 저압 섹션에 노출되어 에어컨 시스템의 출력을 감소시키는 상태를 예시하는 도면이고, 도 23, 23a, 23b는 유사하지만 에어컨 시스템의 출력을 더 감소시키는 상태를 예시하는 도면이다. 양자의 경우에 있어서, 저압에 노출된 외부 열교환기 포트 HXO의 단면적 또한 감소되어 가스 체적이 감소됨으로 컴프레서 상에 부하가 가해진다.
도 24 내지 도 27은 에어컨 시스템이 난방 모드일 때의 유사한 제어를 에시하는 도면이다.
전술한 본 발명의 밸브 어셈블리는 하나의 동작모드로부터 다른 동작모드로 변경시키는 전환밸브로서 뿐만 아니라, 어느 하나의 동작모드에서 다수의 제어를 실행하는 제어밸브로서도 사용될 수 있다. 본 발명의 여러 가지 특징으로 상기 바람직한 결과, 특히 밸브부재의 구조, 및 밸브부재를 자체적으로 조절시켜 밸브부재를 자신의 제어면을 베이스에 충분하게 근접하도록 유지하여 고압 섹션을 임의의 위치의 밸브부재의 저압 섹션으로부터 실질적으로 격리시키는 동안 밸브부재의 이동을 용이하게 하는 얇은 에어 쿠션을 제공하는 저압 섹션 둘레를 둘러싸는 환형의 고압 섹션의 제공에 도움이 된다. 상기 구조의 밸브부재는, 실제로, 에어컨 동작을 중단시키지 않고, 하나의 압력 섹션으로부터 다른 압력 섹션으로 누설 또는 분류를 다양하게 제어(예를 들면, 온도 제어를 위하여)할 수 있거나 또는 열교환기에 노출된 저압 섹션의 단면적을 다양하게 제어(예를 들면, 출력 제어를 위하여)할 수 있는 각종 게이트를 제공한다. 또한, 밸브부재의 임의의 위치에서 파일럿밸브를 제어함으로써 원할 때마다 작은 고온가스 바이패스가 밸브부재의 임의의 위치에서 실행될 수 있다. 결론적으로, 모터 드라이브, 특히 스텝-모터의 사용으로 밸브부재가 자동적으로 및 수동적으로 매우 정확하게 제어되어 전술한 어떤 기능도 실행할 수 있다.
따라서, 본 발명을 여러 가지 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것이며 본 발명은 여러 가지로 변형될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명은 수동식 밸브 어셈블리 또는 에어컨 시스템 외의 다른 응용의 밸브 어셈블리에도 사용될 수 있다. 본 발명의 소정의 특징은 다른 특징과 상관없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 전술한 제어 기능, 즉 누설 또는 분류 제어, 출력 제어 또는 파일럿밸브 제어 중 한 가지 이상이 다른 전환밸브 구조에 적용될 수 있다. 당업자는 본 발명을 다음의 청구범위에 정의된 바와 같이 여러 가지로 변경, 변형 및 적용할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 큰 압력차를 누설없이 수용할 수 있고, 비교적 적은 힘을 사용하여 하나의 동작상태로부터 다른 동작상태로 작동될 수 있고, 특히 온도 및/또는 출력에 대하여 달리 제어할 수 있는 개선된 밸브 어셈블리를 얻을 수 있다. 또한, 시스템의 동작을 냉방에서 난방으로 또는 그 반대로 전환시키는 일반적인 전환밸브로 사용될 뿐만 아니라, 필요할 때 서리발생 방지, 서리제거, 시스템의 능력 감소 등을 포함하는 각각의 동작모드 내의 여러 가지 제어 기능을 현재의 에어컨 시스템보다 더욱 효과적인 방식으로 실행하는 제어밸브로도 사용될 수 있는 공기 조절 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조의 바람직한 형태의 밸브 어셈블리를 예시하는 분해사시도.
도 2는 도 1의 밸브부재의 베이스-장착 포트 및 반대쪽만을 예시하는 분해사시도.
도 3은 도 1의 밸브 어셈블리의 조립된 상태를 나타내는 단면도.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 선 IV-IV를 따라 절취된, 도 1의 밸브부재에 대한 커플링디스크의 2개 위치를 예시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 도 3의 선 V-V를 따라 절취된, 도 1의 밸브 어셈블리 내의 밸브부재의 2개의 일반적인 동작위치를 예시하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 밸브부재가 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 각각 냉방 모드 위치 및 난방 모드 위치에 있는, 도 1의 밸브 어셈블리를 포함하는 에어컨 시스템을 예시하는 도면.
도 7 및 도 8a 내지 도 8c는 커플링디스크 및 밸브부재 구조의 변형예를 예시하는 도면.
도 9는 밸브 어셈블리의 회전모터를 제어하여 하나의 동작으로부터 다른 동작으로 전환될 뿐만 아니라 고압 섹션으로부터 저압 섹션으로 누설 또는 유출이 제어되어 시스템의 동작을 중단시키지 않고 서리발생을 방지하거나 또는 서리를 제거하는 전기제어 시스템의 개략도.
도 10a 내지 도 10f는 도 5a 및 도 5b와 유사하고, 누설이 제어되어 서리발생을 방지하거나 또는 서리를 제거할 수 있는 방법을 예시하는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 도 10a 내지 도 10c와 유사하고, 밸브 어셈블리가 동작되어 시스템의 동작을 중단시키지 않고 능력이 감소될 수 있는 방법을 예시하는 도면.
도 12a 내지 도 12c는 도 8a 내지 도 8c와 유사하고, 밸브 어셈블리가 동작하여 시스템의 동작을 중단시키지 않고 제어 기능을 실행하는 변형예를 예시하는 도면.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 두 가지 다른 응용을 예시하는 도면.
도 15는 본 발명에 따른 구조의 밸브 어셈블리의 다른 바람직한 실시예를 예시하는 확대사시도.
도 16a 및 도 16b는 도 15의 밸브 어셈블리 내의 밸브부재의 2개의 반대쪽을 예시하는 사시도.
도 17a는 도 15의 밸브 어셈블리 내의 밸브부재의 제어면을 예시하는 저면도.
도 17b는 도 15의 밸브 어셈블리 내의 밸브부재와 협동가능한 베이스 장착 포트를 예시하는 평면도.
도 18a 및 도 18b는 밸브부재가 냉방 모드 위치 및 난방 모드 위치에 각각 있는, 도 15의 밸브 어셈블리를 포함하는 에어컨 시스템을 예시하는 도면.
도 19 및 도 19a는 일반적인 냉방 위치에 있는 도 15의 밸브 어셈블리의 개략도.
도 20 내지 도 23은 냉방 모드이지만 위치가 상이하여 한 쌍의 온도 제어용 분류 라인을 제어하는 밸브 어셈블리의 개략도.
도 20a, 도 20b 내지 도 23a, 도 23b는 도 20 내지 도 23에 각각 예시된 밸브 위치 각각의 파일럿밸브의 두 가지 선택적인 제어를 예시하는 도면.
도 24 내지 도 27 및 도 24a 내지 도 27b는 도 19 내지 도 23b와 유사하고, 난방 모드 위치에 있는 밸브부재를 예시하는 도면.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 고압 포트 및 하나의 저압 포트를 포함하는 복수의 포트 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 어셈블리에 있어서,
    상기 복수의 포트가 장착되는 베이스, 및
    상기 베이스에 대하여 복수의 동작위치로 회전가능한 밸브부재
    를 포함하고,
    상기 밸브부재는 상기 베이스에 대한 밸브부재의 위치에 따라 상기 포트들 사이의 유체 흐름을 제어하도록 상기 베이스와 대면하는 제어면(control face), 및 상기 베이스로부터 떨어져서 대면하는 반대쪽면(opposite face)을 구비하고,
    상기 밸브부재의 상기 제어면에 그 중앙 영역에는 저압 캐비티(low-pressure cavity)가, 그 외측 영역에는 상기 저압 캐비티를 완전하게 둘러싸는 환형의 고압 캐비티(high-pressure cavity)가 형성되는
    밸브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압 캐비티로부터 밸브부재의 상기 반대쪽면으로 고압을 인가하여, 밸브부재가 동작위치일 때, 밸브부재를 베이스와 밀착되도록 단단하게 압착함으로써 고압 캐비티를 저압 캐비티로부터 격리시키는 완동(緩動) 통기구(slow-acting vent),
    일반적으로는 폐쇄되어 있으나 선택적으로 개방가능하여 밸브부재의 상기 반대쪽면에 인가된 고압을 릴리스함으로써 밸브부재를 다른 동작위치로 이동가능하게 하는 파일럿밸브(pilot valve), 및
    밸브부재의 상기 제어면을 상기 베이스에 충분히 근접하도록 유지하여, 상기 파일럿밸브가 개방되고 상기 밸브부재가 다른 동작위치로 이동할 때, 고압 캐비티를 저압 캐비티로부터 실질적으로 격리시키는, 밸브부재의 상기 환형의 고압 섹션으로부터 밸브부재의 상기 반대쪽면으로의 통로(passageway)
    를 추가로 포함하는 밸브 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파일럿밸브가, 개방된 상태일 때, 밸브부재의 상기 반대쪽면의 고압을 상기 저압 캐비티에 연결하여 밸브부재의 상기 반대쪽면에 인가된 고압을 릴리스하는 밸브 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서,
    전기모터, 및
    상기 고압 포트와 저압 포트 사이의 연결을 전환시키기 위하여 하나의 동작위치로부터 다른 동작위치로, 또는 상기 고압 포트와 저압 포트 사이의 연결을 전환시키지 않고 상기 포트에 대한 유체의 흐름을 제어하기 위하여 밸브부재를 상기 2개의 동작위치 사이의 중간위치로 선택적으로 이동시키는 제어회로
    를 포함하는 회전모터 드라이브(rotary motor dirve)를 추가로 포함하는 밸브 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어회로가 상기 회전모터 드라이브를 제어하여 상기 밸브부재를 복수의 중간위치 중 임의의 위치로 선택적으로 이동시키는 밸브 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서, 밸브부재의 상기 제어면이, 밸브부재를 상기 중간위치로 이동시켜 상기 고압 캐비티로부터 상기 저압 캐비티로의 유체 누설을 제어하도록 구성되는 밸브 어셈블리.
  7. 제4항에 있어서, 밸브부재의 상기 제어면이, 밸브부재를 상기 중간위치로 이동시켜 밸브부재의 상기 저압 캐비티에 노출된 상기 저압 포트의 유효 단면적을 제어하도록 구성되는 밸브 어셈블리.
  8. 제4항에 있어서, 상기 회전모터 드라이브가 상기 파일럿밸브를 제어하여 파일럿밸브를 상기 동작위치 또는 중간위치 중 임의의 위치에 선택적으로 개폐시키는 밸브 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회전모터 드라이브가, 회전모터 드라이브에 직접 결합되며 공전 결합부(lost-motion coupling)를 거쳐 밸브부재에 결합되는 커플링디스크를 거쳐 커플링디스크가 약간 회전하여 밸브부재는 회전시키지 않고 파일럿밸브를 개폐시킬 수 있도록 상기 밸브부재를 구동하는 밸브 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 커플링디스크가 커플링디스크를 상기 파일럿밸브를 폐쇄하는 정상위치에 릴리스가능하게 지지하지만, 상기 회전모터 드라이브에 의하여 상기 밸브부재에 대하여 회전가능하여 상기 파일럿밸브를 밸브부재의 임의의 위치에 개폐시키는, 밸브부재의 리세스 내에 수용가능한 스프링-바이어스 핀(spring-biased pin)을 포함하는 밸브 어셈블리.
  11. 제9항에 있어서, 상기 커플링디스크가 커플링디스크를 상기 파일럿밸브에 대하여 상기 정상위치에 지지하도록, 밸브부재의 정반대로 대향하는 리세스 내에 수용가능한 한 쌍의 정반대로 대향하는 스프링-바이어스 핀을 포함하는 밸브 어셈블리.
  12. 제9항에 있어서, 상기 커플링디스크와 상기 밸브부재 사이의 상기 공전 결합부가 상기 밸브부재의 슬롯 내에서 이동가능하고 상기 커플링디스크에 의하여 지지되는 돌출부를 포함하는 밸브 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서, 밸브부재의 상기 제어면에 내부 폐루프 리브(closed-loop rib) 내의 상기 저압 캐비티, 및 2개의 폐루프 리브 사이의 상기 고압 캐비티를 형성하는 내부 및 외부의 동심 폐루프 리브를 포함하는 리브 형성부가 형성되는 밸브 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 폐루프 리브가, 밸브부재의 2개의 동작위치 사이의 적어도 하나의 중간위치에서, 상기 리브가 유체를 상기 고압 캐비티로부터 상기 저압 캐비티로 부분적으로 분류시키는 형상인 밸브 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서, 상기 폐루프 리브가, 밸브부재의 2개의 동작위치 사이의 적어도 하나의 중간위치에서, 상기 리브가 상기 저압 캐비티에 노출된 저압 포트의 유효 단면적을 감소시키는 형상인 밸브 어셈블리.
  16. 제13항에 있어서,
    적어도 하나의 분류 포트, 및
    상기 분류 포트로부터 연장되어 상기 캐비티 중 하나로부터 떨어져서 유체를 부분적으로 분류시키는 분류 라인
    을 추가로 포함하고,
    상기 폐루프 리브가, 밸브부재의 하나의 중간위치에서, 상기 리브가 유체를 상기 캐비티로부터 떨어져서 부분적으로 분류시키는 형상으로 이루어지는
    밸브 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 분류 포트 및 상기 캐비티 각각에 대한 분류 라인을 포함하고, 상기 폐루프 리브가 밸브부재의 2개의 상이한 중간위치 각각에서 상기 리브가 유체를 상기 분류 라인 중 하나를 거쳐 상기 캐비티 중 하나로부터 떨어져서 부분적으로 분류시키는 형상으로 이루어지는 밸브 어셈블리.
  18. 제1항에 있어서,
    회전모터 드라이브, 및
    상기 밸브부재를 구동하는 커플링디스크
    를 추가로 포함하고,
    상기 베이스 및 밸브부재는 기밀-밀봉된 하우징에 내장되고,
    상기 회전모터 드라이브는 상기 하우징의 외측에 위치되고, 상기 하우징의 외측에 위치되며 회전모터 드라이브에 결합된 구동디스크 및 상기 하우징 내에 위치되며 밸브부재에 결합된 피구동디스크 상에 지지된 영구자석에 의하여 상기 밸브부재에 결합되는
    밸브 어셈블리.
  19. 제1항에 있어서, 상기 복수의 포트는 상기 고압 포트의 반대쪽에 위치된 제3 포트 및 제4 포트를 포함하고, 밸브부재의 제1 동작위치에서 상기 제3 포트는 상기 저압 포트에 연결되며 상기 제4 포트는 상기 고압 포트에 연결되고, 밸브부재의 제2 동작위치에서 상기 제3 포트는 상기 고압 포트에 연결되며 상기 제4 포트는 상기 저압 포트에 연결되는 밸브 어셈블리.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 고압 포트에 연결된 고압쪽, 및 상기 저압 포트에 연결된 저압쪽을 가진 컴프레서,
    상기 제3 포트에 연결된 제1 열교환기, 및
    상기 제4 포트에 연결된 제2 열교환기
    를 포함하고,
    밸브부재의 제1 동작위치에서 밸브부재는 상기 제1 열교환기를 상기 저압 포트에 연결하며 상기 제2 열교환기를 상기 고압 포트에 연결하고, 밸브부재의 제2 동작위치에서 밸브부재는 상기 제1 열교환기를 상기 고압 포트에 연결하며 상기 제2 열교환기를 상기 저압 포트에 연결하는
    밸브 어셈블리.
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