KR20060063730A

KR20060063730A - 팽창 장치

Info

Publication number: KR20060063730A
Application number: KR1020050117811A
Authority: KR
Inventors: 도꾸미 쯔가와; 마사아끼 도네가와
Original assignee: 가부시키가이샤 티지케이
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-06-12
Also published as: JP2006189240A; US20060117793A1; EP1669703A1

Abstract

본 발명의 과제는 밸브 부재가 진동함으로써 이음(異音)의 발생을 저감하고, 밸브 시트 사이에 생기는 가변 오리피스를 고압의 냉매가 흐름으로써 발생하는 밸브 부재의 흡입 현상을 저감한 팽창 장치를 제공하는 데 있다.

밸브 시트(14)를 형성하고 있는 하우징(10) 내에 형성된 실린더(16)와, 밸브 부재(5)와 일체로 형성된 피스톤(17)과, 조정 나사(22)로 댐퍼실(23)을 구성하고, 밸브 부재(15)가 도입되는 냉매의 급격한 압력 변동을 받았을 때에 댐퍼실(23)의 체적 변화로 밸브 부재(15)의 급격한 동작을 흡수하고, 이에 의해 밸브 부재(15)의 진동을 억제하여 이음의 발생을 저감한다. 밸브 부재(15)의 밸브 부재 직경(b)에 대한 밸브 구멍의 포트 직경(a)의 비(b/a)를 1.5 이하로 하고, 밸브 부재의 흡입 현상을 저감하여 1차압과 2차압과의 차압에 대응한 유량의 냉매를 흐르게 하도록 한다.

밸브 시트, 하우징, 실린더, 밸브 부재, 피스톤

Description

팽창 장치 {EXPANSION DEVICE}

도1은 본 발명에 따른 팽창 장치가 적용되는 냉동 사이클의 모식도.

도2는 팽창 장치의 구성을 도시하는 중앙 종단면도.

도3은 차압 밸브의 주요부 확대 단면도.

도4는 차압 밸브에 있어서의 밸브 부재의 흡입력의 변화를 나타내는 도면.

도5는 팽창 장치의 별도의 구성예를 도시하는 중앙 종단면도.

도6은 팽창 장치의 개방 밸브 특성의 일례를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 압축기

2 : 가스 쿨러

3, 3a : 팽창 장치

4 : 증발기

5 : 누산기

6 : 내부 열교환기

7 : 보디

10 : 하우징

11 : 냉매 입구

12 : 스트레이너

13 : 밸브 구멍

14 : 밸브 시트

15 : 밸브 부재

16 : 실린더

17 : 피스톤

18, 24 : 고정 오리피스

19 : 횡 구멍

20 : 냉매 출구

21 : 스프링

22 : 조정 나사

23 : 댐퍼실

25 : O링

26 : 스토퍼

a : 포트 직경

b : 밸브 부재 직경

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-218918호 공보(단락 번호 [0022] 내지 [0023], 도4)

본 발명은 차량용 에어컨의 냉동 사이클에 이용되는 팽창 장치에 관한 것으로, 특히 이산화탄소(CO₂)를 냉매로 하는 냉동 사이클에 적용하는데 적합한 팽창 장치에 관한 것이다.

차량용 에어컨의 냉동 사이클로서, 콘덴서에서 응축된 냉매의 기액 분리를 행하는 리시버와 분리된 액냉매를 팽창시키는 온도식 팽창 밸브를 이용한 냉동 사이클이 일반적으로 이용되고 있다. 이에 대해, 콘덴서에서 응축된 냉매를 교축하여 팽창시키는 팽창 장치(오리피스)와 증발기에서 증발된 냉매의 기액 분리를 행하는 누산기를 이용한 냉동 사이클도 알려져 있다.

팽창 장치로서는 온도식 팽창 밸브와 같은 냉매 유량의 제어 기능을 가지지 않은 오리피스 튜브나, 제어 기능을 가진 가변 오리피스가 이용되고 있다. 가변 오리피스의 팽창 장치에서는 밸브 부재가 스프링에 의해 폐쇄 밸브 방향으로 압박된 차압 밸브의 구조를 갖고, 냉매의 입구와 출구의 차압이 작을 때에는 밸브 폐쇄하고, 차압이 소정의 값 이상이 되면 밸브 개방하는 특성을 갖고 있다. 차압 밸브는 그 전후 차압이 소정의 값에 도달하면 밸브 개방하기 때문에 차압이 저하하여 폐쇄 밸브 방향으로 움직이고, 폐쇄 밸브 방향으로 움직이면 차압이 상승하여 개방 밸브 방향으로 움직이는 등의 동작을 반복하기 때문에 밸브 부재가 개폐 방향으로 진동하고, 이에 의해 이음이 발생하는 경우가 있다. 특히, CO₂를 냉매로 하는 냉동 사이클에 적용한 팽창 장치에서는 매우 큰 차압으로 밸브 부재의 매우 작은 스트로크를 제어하기 때문에 압력의 승강이 심한 경우에는 밸브 부재가 그 균형 위치에 바로 정지하는 것이 곤란하며, 아무리 해도 밸브 부재가 개폐 방향으로 진동하여 이음을 발생시키는 결과로 되어 있다. 밸브 부재가 진동하면 냉매 유량이 증대되고, 증발기에서의 증발 온도가 높아져 증발기를 통과해 온 차실 내의 공기의 취출 온도가 높아지고, 또한 밸브 동작이 안정되지 않기 때문에 냉동 사이클이 헌팅을 일으켜 증발기로부터의 취출 온도가 안정되지 않는 경우가 있다.

이에 대해, 밸브 부재의 진동을 억제하도록 한 팽창 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이 팽창 장치에 따르면, 밸브 부재에 방진 스프링을 장착하여 방진 스프링이 밸브 부재를 수용하고 있는 하우징의 내벽면에 압접하면서 밸브 부재를 미끄럼 이동 동작시키고 있다. 이에 의해, 밸브 부재는 미끄럼 이동 저항에 의해 개폐 방향의 움직임이 규제되어 진동이 억제되고, 진동함에 따른 이음의 발생을 방지할 수 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-218918호 공보(단락 번호 [0022] 내지 [0023], 도4)

그러나, 종래의 팽창 장치에서는 이음 방지 대책으로서 밸브 부재에 장착한 방진 스프링이 하우징의 내벽면에 압접하는 구조로 하고 있으므로 벽면 사이의 마찰력이 증대되어 밸브의 유량 특성에 큰 이력 현상이 발생하고, 이에 의해 밸브 부재가 최적의 위치로서 설계되는 설정 위치로부터 어긋나, 냉동 사이클의 효율이 악 화된다는 문제점이 있었다.

또한, CO₂를 냉매로 하는 냉동 사이클에 적용한 차압 밸브에 의해 구성되는 종래의 팽창 장치에서는, 차압이 작은 영역에서 완전 폐쇄할 수 있도록 밸브 구멍을 개폐하는 밸브 부재의 직경이 그 밸브 구멍의 포트 직경보다도 크게 설계되어 있어 밸브 구멍과 밸브 부재의 랩값이 커지고 있으므로, 그들에 의해 형성되는 오리피스를 고압의 CO₂ 냉매가 통과할 때에 유속이 빨라짐으로써 밸브 부재의 흡입 현상이 발생하고, 밸브 부재가 폐쇄 밸브 방향으로 움직여 설정 유량보다도 유량이 부족하여, 충분한 냉력을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것으로, 이음의 발생을 저감시킬 수 있고, 밸브 부재의 흡입 현상을 저감시킬 수 있는 팽창 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위해 밸브 부재가 밸브 시트의 하류측에서 스프링에 의해 폐쇄 밸브 방향으로 압박된 상태로 배치되고, 냉매 입구의 1차압과 냉매 출구의 2차압의 차압에 따른 유량의 냉매를 흐르게 할 수 있는 팽창 장치에 있어서, 상기 밸브 부재에 설치되어 상기 밸브 부재가 냉매의 급격한 압력 변동을 받았을 때에 개폐 방향으로 움직이는 동작을 흡수하는 댐퍼 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치가 제공된다.

이러한 팽창 장치에 따르면, 밸브 부재에 댐퍼 수단을 마련함으로써 도입되 는 냉매의 1차압의 변화가 작을 때에는 댐퍼 수단은 기능하지 않지만, 급격한 압력 변동이 있었을 때에는 댐퍼 수단이 급격한 압력 변동을 흡수하여 밸브 부재가 개폐 방향으로 움직이게 되는 진동을 감쇠시켜, 이에 의해 이음의 발생을 저감시키도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 밸브 부재의 밸브 부재 직경(b)에 대한 밸브 구멍의 포트 직경(a)의 비(b/a)를 1.5 이하로 하고, 밸브 시트와 밸브 부재 사이에 형성되는 가변 오리피스를 고압의 냉매가 고속으로 흐름으로써 발생하는 밸브 부재의 흡입 현상을 저감시키고, 1차압과 2차압의 차압에 따른 유량의 냉매를 흐르게 할 수 있도록 하고 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 냉매에 CO₂를 사용한 차량용 에어컨의 냉동 사이클에 적용한 경우를 예로 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 팽창 장치가 적용되는 냉동 사이클의 모식도이다.

이 냉동 사이클은 냉매를 압축하는 압축기(1)와, 압축된 냉매를 냉각하는 가스 쿨러(2)와, 냉각된 냉매를 단열 팽창하는 팽창 장치(3)와, 단열 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(4)와, 이 증발기(4)의 하류측에서 잉여의 냉매를 모아 둔 누산기(5)와, 가스 쿨러(2)에서 냉각된 냉매를 누산기(5)로부터 압축기(1)로 이송되는 냉매에 의해 냉각하는 내부 열교환기(6)를 구비하고 있다.

팽창 장치(3)는 통 형상의 보디(7) 속에 내설되어 있다. 그 보디(7)는 상류측의 단부가 내부 열교환기(6)로부터 연장되는 파이프에 조인트에 의해 연결되고, 하류측의 단부가 증발기(4)를 향하는 파이프에 조인트에 의해 연결되어 있다.

냉매에 CO₂를 사용한 냉동 사이클의 동작은, 원리적으로는 플론을 사용한 냉동 사이클과 거의 마찬가지의 동작을 한다. 즉, 압축기(1)는 누산기(5)에서 기액 분리된 기상 상태의 냉매를 흡입하여 압축하고, 고온 및 고압의 기상 혹은 초임계상태의 냉매로 하여 토출한다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 가스 쿨러(2)에서 냉각되어 내부 열교환기(6)를 통하여 팽창 장치(3)로 이송된다. 팽창 장치(3)에서는 도입된 고온 및 고압의 초임계 혹은 액상 상태의 냉매가 단열 팽창되어 저온 및 저압의 기액 이상 상태가 되어 증발기(4)로 이송된다. 증발기(4)에서는 기액 이상 상태의 냉매가 차실 내의 공기에 의해 증발된다. 이 기액 이상 상태의 냉매가 증발할 때에 차실 내의 공기로부터 증발 잠열을 빼앗아 차실 내의 공기를 냉각한다. 증발기(4)에서 증발된 냉매는 누산기(5)로 이송되어 여기에 일단 모인다. 누산기(5)에 모인 냉매 중 기상의 냉매가 내부 열교환기(6)를 통하여 압축기(1)로 복귀된다. 또한, 냉매에 CO₂를 사용한 냉동 사이클의 경우에는 내부 열교환기(6)에 의해 가스 쿨러(2)에서 냉각된 고온의 냉매를 누산기(5)로부터 압축기(1)로 이송되는 저온의 냉매에 의해 냉각, 혹은 누산기(5)로부터 압축기(1)로 이송되는 저온의 냉매를 가스 쿨러(2)로부터 나온 고온의 냉매에 의해 더 가열하는 것이 행해지고 있다.

도2는 팽창 장치의 구성을 도시하는 중앙 종단면도이다.

이 팽창 장치(3)는 통 형상의 하우징(10)을 갖고 있다. 이 하우징(10)은 도면의 위쪽의 개구단부가 고압의 냉매가 도입되는 1차측의 냉매 입구(11)를 구성하 고 있고, 그 냉매 입구(11)에는 스트레이너(12)가 끼워 넣어져 있다. 하우징(10)의 축선 방향 중앙부에는 밸브 구멍(13)이 형성되고, 그 밸브 구멍(13)의 도면의 아래쪽 주연부가 밸브 시트(14)를 구성하고 있다. 밸브 시트(14)에 대향하여 도면의 아래쪽에는 밸브 부재(15)가 배치되어 있다. 이 밸브 부재(15)는 이것과 동일 축선 방향으로 연장되는 하우징(10) 내에 형성된 실린더(16)에 축선 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 배치된 피스톤(17)과 일체로 형성되어 있다. 밸브 부재(15)는 축선 방향으로 고정 오리피스(18)가 설치되고, 축선에 대해 직각 방향으로 관통 형성된 횡 구멍(19)에 연통하고 있다. 이 고정 오리피스(18) 및 밸브 부재(15)가 밸브 시트(14)에 착좌하여 밸브 폐쇄하고 있을 때에 미소의 냉매를 흐르게 할 수 있도록 한 것으로, 냉매에 용해되어 있는 압축기(1)에 필요한 최소량의 윤활유를 순환시키는 것을 가능하게 하기 위한 것이다.

밸브 부재(15)가 배치된 2차측의 방은 하우징(10)에 형성된 냉매 출구(20)에 의해 외부로 연통하고 있다. 피스톤(17)은 스프링(21)에 의해 폐쇄 밸브 방향으로 압박되어 있다. 이에 의해, 밸브 시트(14) 및 밸브 부재(15)로 이루어지는 밸브는 밸브 구멍(13)으로부터 상류측의 1차압과 하류측의 2차압의 차압과, 스프링(21)의 하중과의 균형에 의해 동작하는 차압 밸브를 구성하고 있다. 스프링(21)은 하우징(10)의 도면의 아래쪽 개구부에 나사 삽입된 조정 나사(22)에 의해 수용되고, 그 조정 나사(22)의 나사 삽입량에 의해 스프링(21)의 하중이 조정된다.

하우징(10)과 피스톤(17)과 조정 나사(22)에 의해 둘러싸인 방은 댐퍼실(23)을 구성하고 있다. 이 댐퍼실(23)은 조정 나사(22)에 설치된 고정 오리피스(24)에 의해 이 팽창 장치의 2차측에 연통하고 있다. 이에 의해, 댐퍼실(23)은 하우징(10)과 피스톤(17) 사이의 간극 및 조정 나사(22)에 설치된 고정 오리피스(24)를 통하여, 이 팽창 장치의 2차측 사이에서 냉매의 출입을 가능하게 하고 있다. 또한, 하우징(10)의 외주에는 팽창 장치(3)를 보디(7)에 삽입하였을 때에 1차측과 2차측 사이에서 유체 시일을 행하는 O링(25)이 주위 설치되어 있다.

이러한 구성의 팽창 장치에 있어서, 냉매 입구(11)에 도입된 냉매의 1차압과 냉매 출구(20)에 있어서의 냉매의 2차압의 차압이 스프링(21)의 하중에 의해 결정되는 소정치보다도 작을 때에는, 밸브 부재(15)는 밸브 시트(14)에 착좌하고 팽창 장치는 밸브 폐쇄하고 있다. 이로 인해, 냉매 출구(20)로 도입된 냉매는 밸브 부재(15)에 형성된 고정 오리피스(24)를 통하여 필요 최소 유량의 냉매가 흐른다.

여기서, 밸브 부재(15)가 수압하는 냉매의 1차압이 스프링(21)의 하중에 저항하여 커지면 밸브 부재(15)가 밸브 시트(14)로부터 떨어지고 팽창 장치는 밸브 개방한다. 이에 의해, 1차측의 냉매는 밸브 시트(14)와 밸브 부재(15) 사이의 오리피스를 통하여 2차측으로 흐르고, 이때 고온 및 고압의 기상의 냉매는 단열 팽창되어 저온 및 저압의 기액 혼합의 냉매가 되어 냉매 출구(20)로부터 유출한다. 그 후에는, 밸브 부재(15)는 1차압과 2차압의 차압과, 스프링(21)의 하중이 균형된 위치까지 리프트하여 정지하고, 팽창 장치는 1차압과 2차압의 차압에 따른 유량의 냉매를 흐르게 할 수 있다. 1차압이 완만하게 변화되어 있을 때, 밸브 부재(15)는 큰 미끄럼 이동 저항을 수반하지 않고 1차압의 변화에 추종하여 움직이기 때문에 유량 특성의 이력 현상을 작게 할 수 있다.

또한, 냉매 입구(11)로 도입되는 냉매의 압력이 급격히 상승하였을 때, 밸브 부재(15)는 그 압력을 받아 빠르게 개방 밸브 방향으로 움직이려고 한다. 그러나, 밸브 부재(15)와 일체인 피스톤(17)도 개방 밸브 방향으로 동작하여 댐퍼실(23)의 체적을 작게 하는 방향으로 동작하므로 댐퍼실(23) 내의 압력이 상승되고, 피스톤(17)을 폐쇄 밸브 방향으로 압박하여 복귀하려고 한다. 이에 의해, 밸브 부재(15)는 개방 밸브 방향의 급격한 동작이 흡수되어 1차압의 급상승으로 추종한 개방 밸브 방향의 동작은 할 수 없게 된다. 그 후, 상승한 댐퍼실(23) 내의 압력은 실린더(16)와 피스톤(17) 사이의 간극 및 조정 나사(22)에 설치된 고정 오리피스(24)를 통하여 빠져나가고, 피스톤(17)을 폐쇄 밸브 방향으로 압박 복귀력은 없어져 간다. 반대로, 냉매 입구(11)로 도입되는 냉매의 압력이 급격히 저하하였을 때에는, 밸브 부재(15) 및 이것과 일체인 피스톤(17)은 반대 동작을 하고, 마찬가지로 밸브 부재(15)는 1차압의 급저하에 추종한 폐쇄 밸브 방향의 동작은 할 수 없다. 이렇게 하여, 1차압의 승강이 심한 경우라도 밸브 부재(15)의 급격한 움직임을 억제할 수 있으므로 밸브 부재(15)가 진동하는 것을 억제할 수 있고, 따라서 이음의 발생을 대폭 저감시킬 수 있다.

도3은 차압 밸브의 주요부 확대 단면도, 도4는 차압 밸브에 있어서의 밸브의 흡입력의 변화를 나타내는 도면이다.

이 팽창 장치에서는, 도3에 도시한 바와 같이 하우징(10)에 의해 형성된 밸브 시트(14)와 이 밸브 시트(14)에 대해 접착 분리 가능하게 배치된 밸브 부재(15)에 의해 가변 오리피스를 구성하고, 완전 폐쇄할 수 있도록 밸브 부재(15)는 밸브 구멍의 포트 직경(a)보다도 큰 밸브 부재 직경(b)을 갖고 있고, 가변 오리피스의 2차측에는 (b-a)되는 랩값이 존재하고 있다.

이로 인해, 이 가변 오리피스를 고압의 CO₂ 냉매가 고속으로 통과하면, 2차측에 와류가 발생하여 밸브 부재(15)를 밸브 시트(14) 쪽으로 끌어 당기는 흡입 현상이 발생한다. 이 흡입 현상이 발생하면 밸브 부재(15)는 폐쇄 밸브 방향으로 움직이기 때문에, 차압에 의해 밸브 리프트를 결정할 수 있는 차압 밸브에서는 차압에 대응한 유량보다도 유량이 부족하게 된다.

흡입 현상은 밸브 부재 직경(b)에 대한 포트 직경(a)의 비(b/a)가 크게 관계되어 있는 것을 알았다. 즉, 횡축을 밸브 부재 직경(b)에 대한 포트 직경(a)의 비(b/a)로 하고, 종축을 흡입력으로 나타낸 도4에 따르면, 비(b/a)가 작지만 작은 영역에서는 흡입력이 작고, 비(b/a)가 커짐에 따라 흡입력이 커지고 있다. 이것은 비(b/a)가 작지만 작은 영역에서는 랩값이 작기 때문에 밸브 부재(15)가 받는 와류의 영향이 작아지고 있다고 생각된다. 본 도4에 나타낸 관계로부터 밸브 부재 직경(b)에 대한 포트 직경(a)의 비(b/a)가 1.5 이하에서는 흡입력이 작고, 밸브 부재(15)에 대해 부여하는 흡입 현상의 영향은 적은 것을 알았다. 본 바람직한 실시 형태에서는 밸브 부재 직경(b)을 포트 직경(a)에 가깝게 하여 랩값을 작게 함으로써 밸브 부재 직경(b)에 대한 포트 직경(a)의 비(b/a)는 1.16 정도로 하고 있다.

냉매의 흐름에 의한 밸브 부재(15)의 흡입 현상을 저감시킴으로써 밸브 부재(15)의 수압과 스프링(21)의 하중과의 균형만의 계산으로 이 팽창 장치의 특성을 어느 정도 설정할 수 있게 된다. 또한, 동작시에 있어서 밸브 부재(15)의 흡입 현상에 의한 폐쇄 밸브 방향의 동작이 없기 때문에 소정의 유량의 냉매를 흐르게 할 수 있고, 냉력이 부족한 것도 없어진다.

이상의 팽창 장치(3)는 밸브 폐쇄시에 밸브 부재(15)에 설치된 고정 오리피스(18)를 통하여 흐르는 특성과 밸브 개방 후에 차압에 따라서 밸브 부재(15)가 리프트해 가는 특성을 갖는 특성 변화점이 1점인 가변 오리피스이지만, 다음에 특성 변화점을 2점으로 하여 3단계의 특성을 갖도록 하고, 이것에 의해 냉동 사이클에 적용할 때 설정의 자유도를 향상시킬 수 있는 팽창 장치에 대해서 설명한다.

도5는 팽창 장치의 별도의 구성예를 도시하는 중앙 종단면도, 도6은 팽창 장치의 개방 밸브 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도5에 있어서 도2에 도시한 팽창 장치의 구성 요소와 같은 또는 동등한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 같은 부호를 붙여 그들의 상세한 설명은 생략한다.

이 팽창 장치(3a)는, 도5에 도시한 바와 같이 스프링(21)의 하중을 조정하는 조정 나사(22)에 그 축선 방향으로 진퇴 가능하게 나사 부착된 스토퍼(26)를 구비하고 있다. 이 스토퍼(26)는 피스톤(17)의 개방 밸브 방향의 스트로크를 규제하기 위한 것이며, 이에 의해 피스톤(17)과 일체로 형성된 밸브 부재(15)의 최대 리프트량을 규제하도록 하고 있다. 그 최대 리프트량은 조정 나사(22)에 의한 스프링(21)의 하중 조정 후에, 스토퍼(26)의 나사 삽입을 조정함으로써 행할 수 있다.

스토퍼(26)는 냉매 출구(20)와 같은 2차측에 개방된 중공부를 갖고, 피스톤(17)과 대향하는 단부면에는 댐퍼실(23)의 고정 오리피스(24)가 설치되어 있다. 물론, 피스톤(17)이 스토퍼(26)에 접촉하였을 때에 고정 오리피스(24)가 폐색되지 않도록, 예를 들어 피스톤(17) 또는 스토퍼(26)의 대향 단부면에 고정 오리피스(24)의 축선을 통과하는 홈을 형성하고 있다.

이와 같이, 차압 밸브의 밸브 개방 후, 밸브 부재(15)와 일체인 피스톤(17)이 스토퍼(26)의 나사 삽입 위치에 의해 결정되는 개방 밸브 스트로크에 도달하면 피스톤(17)이 스토퍼(26)에 접촉하여 그 이상 스트로크할 수 없는 구성으로 함으로써, 도6에 도시한 바와 같이 개방 밸브 특성의 변화점을 2점으로 할 수 있다.

이 개방 밸브 특성은 횡축에 밸브 부재(15)의 전후의 차압을 나타내고, 종축에 밸브 부재(15)가 리프트하였을 때의 개구 면적을 같은 면적인 원의 지름으로 나타낸 개구 직경으로 나타내고 있다. 여기서, 차압이 작아 밸브 폐쇄되어 있을 때, 차압이 변화되어도 고정 오리피스(18)에 의한 일정한 개구 직경이 유지되는 특성으로 되어 있다. 차압이 상승되어 조정 나사(22)에 의한 스프링(21)의 조정으로 결정되는 개방 밸브점(도시한 예에서는 3 ㎫)에 도달하면 차압 밸브는 개방 밸브를 시작하고, 그 후는 차압에 따라서 개구 직경이 변화되는 특성이 된다. 또한 차압이 상승되어 밸브 부재(15)가 리프트해 가면, 곧 밸브 부재(15)와 일체인 피스톤(17)이 스토퍼(26)에 접촉하도록 된다(도시한 예로서는 6 ㎫의 점). 이에 의해, 차압이 그 이상 상승되어도 밸브 부재(15)는 개방 밸브 방향으로 스트로크할 수 없으므로 차압이 상승되어도 개구 직경이 변화되지 않는 특성이 된다. 그 고차압측의 변화점은 스토퍼(26)를 조정함으로써 가변할 수 있다.

이로 인해, 이 팽창 장치(3a)는 개방 밸브 특성의 2개의 변화점을 조정 나사 (22)와 스토퍼(26)에 의해 개개로 조정하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 냉동 사이클에 적용하여 시스템 효율이 좋은 포인트에 팽창 장치(3a)의 특성을 맞추어 넣고자 하였을 때에, 2개의 변화점을 조정할 수 있으므로 팽창 장치(3a)의 특성을 설정할 때의 자유도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 차압이 소정치 이상이 되면 차압이 증가되어도 개구 직경의 증가가 없고, 차압이 큰 영역에서 냉매가 지나치게 흘러 없어지므로 효율이 좋은 영역으로의 조정이 가능하게 된다.

또한, 도2에 도시한 팽창 장치(3) 및 도5에 도시한 팽창 장치(3a)의 구성예에서는 스프링(21)의 하중을 조정하는 조정 부재로서 조정 나사(22)를 구비하고 있지만, 이것을 실린더(16)의 개구단부에 압입하는 압입 부재로 구성하고, 그 압입량에 의해 스프링(21)의 하중을 조정하도록 해도 좋다. 마찬가지로, 팽창 장치(3a)의 조정 나사(22)에 나사 부착한 스토퍼(26)에 대해서도 이것을 조정 나사(22)에 압입하는 구성으로 하여 그 압입량에 의해 피스톤(17)의 개방 밸브 방향의 최대 스트로크 위치를 조정하도록 해도 좋다.

본 발명의 팽창 장치는 밸브 부재에 댐퍼 수단을 가지게 함으로써, 냉매의 급격한 압력 변화를 받더라도 밸브 부재의 개폐 방향의 진동을 억제할 수 있으므로 이음의 발생을 저감시킬 수 있고, 진동에 의한 유량의 증대를 방지할 수 있기 때문에 취출 온도의 상승을 억제할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 댐퍼 수단으로 밸브 부재의 진동을 억제하도록 함으로써 헌팅의 발생을 저감시킬 수 있어 취출 온도를 안정시킬 수 있다.

또한, 댐퍼 수단에 의한 이음 대책으로 함으로써 미끄럼 이동 저항에 의한 이음 대책에 비해 이력 현상을 대폭 저감시킬 수 있으므로, 안정된 특성을 얻을 수 있어 냉동 사이클을 효율적으로 운전할 수 있다.

또한, 밸브 부재의 직경을 포트 직경에 가깝게 하여 밸브 부재 직경에 대한 포트 직경의 비를 1.5 이하로 함으로써 밸브 부재의 흡입 현상을 저감시킬 수 있기 때문에, 밸브 부재의 수압과 스프링의 하중과의 균형만의 계산치인 정밀도 특성을 설정할 수 있으므로 특성의 조정이 용이하게 되고, 흡입 현상의 저감에 의해 냉매의 유량이 감소되지 않으므로 냉력을 확보할 수 있다.

Claims

밸브 부재가 밸브 시트의 하류측에서 스프링에 의해 폐쇄 밸브 방향으로 압박된 상태로 배치되고, 냉매 입구의 1차압과 냉매 출구의 2차압의 차압에 따른 유량의 냉매를 흐르게 할 수 있는 팽창 장치에 있어서,

상기 밸브 부재에 설치되어, 상기 밸브 부재가 냉매의 급격한 압력 변동을 받았을 때에 개폐 방향으로 움직이는 동작을 흡수하는 댐퍼 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제1항에 있어서, 상기 댐퍼 수단은 상기 밸브 부재와 동일 축선 방향으로 연장되어 있어 상기 밸브 시트를 형성하고 있는 하우징 내에 형성된 실린더와, 상기 실린더 내에 배치되어 상기 밸브 부재와 일체로 형성된 피스톤과, 상기 피스톤에 의해 체적이 가변이 되는 댐퍼실을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제2항에 있어서, 상기 댐퍼실은 상기 실린더의 개구단부에 나사 부착 또는 압입된 조정 부재에 의해 폐쇄되어 있고, 상기 피스톤과 상기 조정 부재 사이에는 상기 스프링이 개재 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제3항에 있어서, 상기 조정 부재는 상기 댐퍼실 내에 연통하는 고정 오리피스가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제3항에 있어서, 상기 조정 부재에 그 축선 방향으로 진퇴 가능하게 나사 부착 또는 상기 축선 방향으로 압입되고, 상기 피스톤의 개방 밸브 방향의 스트로크를 규제하는 스토퍼를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제5항에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 댐퍼실 내에 연통하는 고정 오리피스가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제1항에 있어서, 상기 밸브 부재의 밸브 부재 직경(b)에 대한 밸브 구멍의 포트 직경(a)의 비(b/a)를 1.5 이하로 한 것을 특징으로 하는 팽창 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉매를 이산화탄소로 한 냉동 사이클에 적용한 것을 특징으로 하는 팽창 장치.