KR20070073587A

KR20070073587A - 전동 밸브

Info

Publication number: KR20070073587A
Application number: KR1020060131713A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 모치즈키; 야스시 이노우에
Original assignee: 가부시기가이샤 후지고오키
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-10
Also published as: CN1995786A; EP1806550B1; CN1995786B; EP1806550A3; KR101303536B1; JP4812601B2; EP1806550A2; JP2007205565A

Abstract

본 발명은 밸브의 구동 기구로서 스테핑 모터를 갖는 경우에, 이니셜라이즈 음을 경감함과 함께 블리드 포트가 쉽게 마모되지 않는 내구성을 갖는 전동 밸브를 제공하는 것으로, 이를 위한 수단으로서, 밸브체(17)의 밸브폐쇄 위치에서, 밸브축(16)이 축방향 중간부에 갖는 계지부(71)가 밸브 본체(10)에 형성되어 있는 스토퍼(70)에 계지되어 정지한다. 밸브체(17)는 오리피스(12)와의 사이에 약간의 간극을 형성하는 블리드 포트를 구성하고 있기 때문에, 밸브의 전폐 위치에서도 약간 유체가 해당 간극을 통과하여 흐르고, 압축기의 기동시 등에 생기기 쉬운 이른바 이니셜라이즈 음을 경감할 수 있다. 밸브축(16)이 스토퍼(70)로 정지됨으로서, 블리드 포트가 마모되기 어려워진다. 나사 이송 부재(45)가 더욱 스테핑 모터(40)에 의해 구동될 때의 밸브폐쇄 방향의 이동은, 코일 스프링(52)으로 흡수되고, 그 후, 상하의 스토퍼체(67, 68)의 맞닿음에 의해 제로점 유량이 되는 스테핑 모터의 회전 기점이 확보된다.

전동 밸브, 밸브 본체, 밸브실, 오리피스, 배관

Description

전동 밸브{Electric valve}

도 1은 본 발명에 의한 전동 밸브의 한 실시예의 전체를 도시하는 종단면도.

도 2는 도 1에 도시하는 전동 밸브의 주요부를 확대하여 도시하는 단면도.

본 발명은, 냉방 또는 난방 및 제습을 행하는 공조기에 사용되는 냉매와 같은 유체의 유량 제어를 행하는 전동 밸브에 관한 것이다.

종래, 냉방 또는 난방 및 제습을 행하는 공조기에서는, 그 사용의 편리성 때문에, 냉매의 유량 제어를 위해 모터에 의해 밸브의 개폐 또는 개방도를 제어하는 전동 밸브가 사용되고 있다.

전동 밸브를 이용한 공조기에서는, 제습 운전을 심야에 행하는 경우, 전동 밸브의 온 오프를 반복하는 작동음이 발생하여 사용자에게 좋지 않기 때문에, 전동 밸브를 전폐(all close)로 하는 일 없이 냉매량을 조인 상태에서 운전하는 것이 바람직한다. 그래서, 밸브 시트에 노치나 쐐기형이 상처를 내게 됨으로서, 밸브가 전 폐 위치에 있는 상태에서도, 밸브 시트와 밸브체 사이에 미소한 클리어런스를 갖게 하여, 약간의 유량을 확보하는 블리드 포트를 형성한 것이 있다(특허 문헌 1). 그러나, 이 전동 밸브의 경우, 밸브가 밸브 시트에 접촉하는 동작이 반복하여 행하여지기 때문에 블리드 포트가 마모되어 냉매 유량이 변화되기 쉽다는 문제가 있다.

또한, 냉동 사이클에 적용되는 전동 밸브에서는, 코일에 통전됨으로서, 로터가 회전하여, 일단부에 니들형상의 밸브체를 구비한 밸브축이 밸브 시트에 접리 동작하여 유량 제어를 행한다. 유량의 올바른 제어를 위해, 밸브축의 이동에 관해, 밸브가 어느 위치에서 밸브 개방하고 어느 위치에서 밸브 폐쇄하는지에 대한 기점 결정을 행하는 스토퍼 구조가 필요해진다. 냉동 사이클의 대용량화에 수반하여, 정확한 기점 결정이 어긋나게 되는 것을 장기에 걸쳐서 방지 가능하게 한 전동식 컨트롤 밸브의 스토퍼 구조가 제안되어 있다(특허 문헌 2). 그러나, 이 스토퍼 구조는 마모되기 쉬우며, 내구성이 낮다는 문제가 있다.

특허 문헌 1 : 일본특개평11-51514호 공보

특허 문헌 2 : 일본특개2003-65454호 공보

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하며, 내구성의 향상을 도모한 전동 밸브를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 전동 밸브는, 내부에 밸브실 과 상기 밸브실로 개구되는 오리피스가 형성되어 있는 밸브 본체, 상기 밸브 본체에 축선 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있고 상기 밸브실측에서 상기 오리피스에 접리 가능한 밸브체를 선단부에 갖는 밸브축 및 상기 오리피스를 통과하는 유체의 통과 유량을 제어하기 위해 상기 밸브 본체에 부설되어 있고, 스테핑 모터와 상기 스테핑 모터의 회전을 상기 밸브축의 축방향의 이동으로 변환하는 변환 수단을 갖는 구동 기구를 구비한 전동 밸브에 있어서, 상기 밸브축은, 상기 밸브체의 밸브폐쇄 위치에서 상기 밸브 본체에 형성되어 있는 스토퍼에 걸려 정지하여 상기 밸브축의 밸브폐쇄 방향의 이동을 규제하는 계지부를 축방향 중간부에 갖고 있고, 상기 밸브체는, 상기 밸브폐쇄 위치에서, 상기 오리피스와의 사이에 약간의 간극을 형성하여 블리드 포트를 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 전동 밸브에 의하면, 스테핑 모터가 구동되고, 스테핑 모터의 회전을 밸브축의 축방향의 이동으로 변환함으로써, 밸브축이 밸브 본체 내를 축방으로 이동한다. 밸브축의 선단부에 구비되는 밸브체가 오리피스에 접리하여, 오리피스의 개구량을 변경함으로써 오리피스를 통과하는 유체의 통과 유량을 제어할 수 있다. 밸브의 밸브폐쇄 위치에서, 밸브축이 축방향 중간부에 갖는 계지부가 밸브 본체에 형성되어 있는 스토퍼에 계지한다. 밸브체는, 밸브폐쇄 위치에서, 오리피스와의 사이에 약간의 간극을 형성하여 블리드 포트를 구성하기 때문에, 밸브의 전폐 위치에서도, 약간 유체는 오리피스와의 사이에 형성되는 간극을 통하여 흐른다. 따라서 제습에 필요한 냉매 유로를 확보할 수 있음과 함께 압축기의 기동시 등과 같이, 유로에 큰 압력 변동이 생기는 것을 지연·완화시킬 수 있어서, 소위 이니셜라이즈 음 을 경감할 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 근거하여 본 발명에 의한 전동 밸브의 실시예를 설명한다.

도 1에서, 전체를 부호 1로 나타내는 전동 밸브는, 밸브 본체(10)를 가지며, 그 내부에는 밸브실(11)과 밸브실(11)에 개구되는 오리피스(12)가 형성되어 있다. 또한, 밸브 본체(10)에는, 배관(20, 22)이 접속되어 있다. 배관(20)은, 밸브 본체(10)의 밸브실(11) 한 측방에 접속되고, 냉매로서의 이산화탄소(가스)을 밸브실(11)에 도입하기 위한 냉매 도입관이고, 밸브실(11)의 하방에 접속되어 있는 배관(22)은, 냉매 도출관이다. 밸브 본체(10)의 상부에는, 밸브를 개폐 구동하는 구동 기구(13)가 부설되어 있다.

구동 기구(13)에서는, 원통형상의 압력 용기인 캔(30)이, 그 하단부(31)에서 밸브 본체(10)의 상부에 고착되어 있는 스테인리스제의 플랜지상의 받이 부재(23)에 형성된 단차군(23a)에 맞대기 용접에 의해 밀봉 접합됨으로써, 밸브 본체(10)의 상부에 부착되어 있다. 캔(30)은, 스테인리스 등의 비자성의 금속판을 소재로 하여, 디프드로잉 가공 등에 의해 반구형상의 천저(天底)(32)를 갖는 바닥이 있는 원통형상으로 형성되어 있고, 내부는 기밀상태로 유지되어 있다. 캔(30)의 외측에는, 스테핑 모터(40)의 스테이터 유닛(41)이 장비되어 있고, 캔(30)의 내측에는, 소정의 간극(α)을 두고, 스테핑 모터(40)의 로터 유닛(42)이 회전 자유롭게 배설되어 있다.

로터 유닛(42)은, 자성 재료가 수지에 혼입되어 성형된 플라스틱 마그넷으로 이루어지는 로터(43)와, 로터(43)에 대해 링 부재(44)를 통하여 연결된 하방 개구의 통형상 형상을 갖는 나사 이송 부재(45)를 구비하고 있다. 로터(43) 재료의 예로서, Nd-Fe-B계 등의 희토류 플라스틱 마그넷을 들 수 있다. 나사 이송 부재(45)는, 후술하는 밸브축(16)을 지지한 밸브축 홀더로서의 기능도 갖는다. 링 부재(44)는, 본 실시 형태에서는 로터(43)의 성형시에 인서트된 황동제의 금속 링으로 구성되어 있다. 링 부재(44)에 나사 이송 부재(45)의 상부 돌기부가 코킹부(46)에 의해 고정되고, 이로써, 로터(43), 링 부재(44) 및 나사 이송 부재(45)가 일체적으로 연결되어 있다.

구동 기구(13)에 의해, 황동제의 밸브축(16)이 밸브 본체(10) 내를 승강한다. 밸브축(16)의 하단에는 니들형상의 밸브체(17)가 형성되어 있다. 오리피스(12)의 밸브실(11)측으로 열리는 개구는 밸브구(弁口)(15)로 되어 있다. 밸브체(17)가 오리피스(12)에 접근 또는 후퇴하여 밸브구(15)를 개폐함으로서, 오리피스(12)를 통과하는 유체(냉매)의 통과 유량이 제어된다.

구동 기구(13)는, 또한, 밸브축(16)이 활주 자유롭게 끼워삽입된 통형상의 가이드 부시(47)를 갖고 있고, 그 외주에 상기한 나사 이송 부재(45)가 끼워 맞추어진다, 또한 나사 결합되어 있다. 가이드 부시(47)의 하단부(47a)는 큰지름으로 형성되어 있고, 밸브 본체(10)에 마련된 결합구멍(24)에 압입(또는 나사결합) 고정된다. 가이드 부시(47)의 중앙부 부근에는 수나사부(48)가 형성되어 있다. 나사 이 송 부재(45)에는, 가이드 부시(47)의 수나사부(고정 나사부)(48)에 나사 결합되는 암나사부(이동 나사부)(49)가 형성되어 있다. 나사 이송 부재(45)와 가이드 부시(47)에 의해 로터(43)의 회전을 밸브축(16)의 축방향 이동으로 변환하는 변환 수단이 구성되어 있다.

나사 이송 부재(45)의 천저(50)의 중앙부에 밸브축(16)의 상부 소경부(18)가 삽통되도록 되어 있다. 상부 소경부(18)의 상단부는, 나사 이송 부재(45)의 천저 윗면에 실려진 규제 부재로서의 너트(19)에 압입 고정되어 있다.

밸브축(16)은, 나사 이송 부재(45)의 천저(50)와 밸브축(16)의 중간 단차부(51) 사이에 수축 장착된 스프링 부재로서의 완충용의 코일 스프링(52)에 의해 항상 하방, 즉, 밸브폐쇄 방향으로 가세되어 있다. 밸브축(16)의 나사 이송 부재(45)에 대한 밸브폐쇄 방향의 이동은 너트(19)가 나사 이송 부재(45)에 맞닿음에 의해 규제된다. 가이드 부시(47)의 측면에는 밸브실(11)과 캔(30) 내의 균압을 도모하는 균압구멍(53)이 형성되어 있다. 나사 이송 부재(45)의 천저(50)상에는, 코일 스프링으로 이루어지는 복귀 스프링(54)이 마련되어 있다. 복귀 스프링(54)은, 가이드 부시(47)의 고정 나사부(48)와 나사 이송 부재(45)의 이동 나사부(49)와의 나사결합이 벗겨진 때에, 캔(30)의 내면에 맞닿아서 고정 나사부(48)와 이동 나사부(49)의 나사결합을 복귀시키도록 작용한다.

캔(30)에 외장된 스테이터 유닛(41)은, 자성재로 이루어지는 요크(61)와, 요크(61)에 보빈(62)을 통하여 감기는 상하의 스테이터 코일(63, 63)과, 수지 몰드 커버(66)로 이루어져 있다.

가이드 부시(47)에는 그 큰지름의 하단부(47a)에서, 스토퍼 기구의 한쪽을 구성하는 비교적 키가 작다 대체로 통형상의 하 스토퍼체(고정 스토퍼)(67)가 고착되지고, 나사 이송 부재(45)에는 그 외주에서, 스토퍼 기구의 다른쪽을 구성하는 비교적 키가 높은 대체로 통형상의 상 스토퍼체(이동 스토퍼)(68)가 고착되어 있다.

도 2는, 도 1에 도시하는 전동 밸브의 주요부를 확대하여 도시하는 단면도이다. 도 2에서, 밸브축(16)은, 도시되어 있는 밸브체(17)의 밸브폐쇄 위치에서 밸브 본체(10)에 형성되어 있는 스토퍼(70)에 계지하는 계지부(71)를 축방향 중간부에 갖고 있다. 밸브체(17)는, 밸브폐쇄 위치에서, 오리피스(12)와의 사이에 약간의 간극(72)을 형성하여 블리드 포트를 구성하고 있고, 밸브체(17)는 밸브구(15)의 주연부에 접촉하지 않는다. 밸브체(17)는, 도시한 전폐 위치에서도, 약간 유체가 간극(72)을 통과하여 흐르는 것을 허용한다. 따라서 제습시에 필요한 냉매 유량을 확보할 수 있음과 함께, 냉동 사이클의 압축기의 기동시 등과 같이, 유로에 큰 압력 변동이 생기는 것을 지연·완화시킬 수 있어서, 소위 이니셜라이즈 음을 경감할 수 있다. 또한, 밸브축(16)이 스토퍼(70)에 맞닿는 정지 위치는, 그보다도 더욱 밸브축(16)이 강하하지 않는 한계 위치(밸브축의 상하 리프트의 기점)이기 때문에, 밸브축(16)을 그 위치로부터 더욱 강하시키기 위한 스테핑 모터(40)의 구동력을 필요로 하지 않기 때문에, 스테핑 모터(40)에 불필요한 부하가 부과되는 일이 없다.

스토퍼(70)는, 밸브 본체(10)에 있어서, 오리피스(12)의 개구를 마주 보는 밸브실(11)의 벽부(73)를 관통하여 형성되며 또한 밸브축(16)이 삽통되는 삽통구 멍(74)의 단연부에 형성되어 있다. 또한, 밸브축(16)의 계지부(71)는, 밸브축(16)의 둘레면에 단차로서 형성되어 있다. 스토퍼(70)와 계지부(71)를 이와 같은 구조로 함에 의해, 절삭이나 단조 등의 간단한 기계 가공으로 형성할 수 있고, 전동 밸브의 제조 비용 저감에 기여하고 있다. 밸브축(16)의 계지부(71)로부터 밸브체(17)에 이르는 부분은. 끝이 가는 테이퍼 축부(78)로 되어 있어서, 삽통구멍(74)이나 오리피스(12)와 간섭하는 일이 없다.

이 실시예에서는, 오리피스(12)는 스로트부(75)로 밸브실(11)에 개구하는 끝이 줄어드는 테이퍼 구멍으로서 형성되어 있다. 또한, 밸브체(17)는, 단면 동일한 축형상 부분(76)과 축형상 부분(76)의 선단측에 연결됨과 함께 선단을 향하여 지름이 줄어드는 끝이 가는 부분(77)을 갖는다. 밸브체(17)의 밸브폐쇄 위치에서, 축형상 부분(76)에서의 끝이 가는 부분(77) 가까이의 부위를 스로트부(75)에 위치시킴으로써, 구동 기구(13)가 밸브축(16)을 전폐 위치로부터 밸브개방 방향으로 구동하면, 밸브체(17)의 끝이 가는 부분(77)이 곧바로 오리피스(12)의 스로트부(75)로부터 떨어지기 때문에, 밸브 개방도의 응답성을 높일 수 있다. 오리피스(12)의 스로트부(75)의 개구 주위에는, 고리형상의 형상을 나타내는 스폿 페이싱부(79)가 형성되어 있다. 스로트부(75)의 개구 주위에 스폿 페이싱부(79)를 형성함에 의해, 스로트부(75)의 형성시의 버르를 제거할 수 있고, 밸브체(17)와 스로트부(75)의 간섭을 방지하여, 밸브체(17)의 순조로운 개폐 이동에 기여할 수 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 전동 밸브(1)에서는, 구동 기구(13)에서, 스테핑 모터(40)가 구동되어, 스테핑 모터(40)의 회전을 밸브축(16)의 축방향의 이동으 로 변환함응로써, 밸브축(16)이 밸브 본체(10) 내를 축방으로 이동한다. 밸브축(16)의 선단부에 구비되는 밸브체(17)가 오리피스(12)에 접근 또는 후퇴하여, 오리피스(12)의 밸브구(15)의 개구량을 변경함으로써 오리피스(12)를 통과하는 통과 유량을 제어할 수 있다. 즉, 스테이터 코일(63, 63)에 한 방향의 통전을 행하여 여자하면, 밸브 본체(10)에 고정된 가이드 부시(47)에 대해, 로터(43) 및 나사 이송 부재(45)가 한 방향으로 회전되고, 가이드 부시(47)의 고정 나사부(48)와 나사 이송 부재(45)의 이동 나사부(49)와의 나사 이송에 의해, 예를 들면 나사 이송 부재(45)가 하방으로 이동한다. 나사 이송 부재(45)의 하방 이동은, 코일 스프링(52)을 사이에 두고 밸브축(16)을 하강시키기 때문에, 밸브체(17)가 오리피스(12) 내로 침입하여, 밸브구(15)는 개략 닫혀진다. 밸브체(17)와 오리피스(12) 사이에는 간극(72)이 존재하여 블리드 포트로 되어 있어서, 이른바, 밸브폐쇄 상태라도 약간 유체가 간극(72)을 통과하여 흐를 수 있다.

스토퍼(70)에 계지부(71)가 계지하여 밸브구(15)가 닫혀진 시점에서는, 상 스토퍼체(67)는 아직도 하 스토퍼체(68)에 맞닿아 있지 않고, 밸브체(17)가 밸브구(15)을 닫은 채로 로터(43) 및 나사 이송 부재(45)는 더욱 회전 하강한다. 이 때는, 밸브축(16)에 대해 나사 이송 부재(45)가 하강하기 때문에, 완충용의 코일 스프링(52)이 압축됨에 의해 나사 이송 부재(45)의 하강력은 흡수된다. 그 후, 로터(43)가 더욱 회전하여 나사 이송 부재(45)가 하강하면, 상 스토퍼체(67)가 하 스토퍼체(68)에 충접(衝接)하고, 스테이터 코일(63, 63)에 대한 통전이 속행되어도 나사 이송 부재(45)의 하강은 강제적으로 정지된다. 이로써, 스테핑 모터의 회전 제어에 있어서의 회전 기점이 주어진다. 또한, 스토퍼체(67, 68)는 코일 스프링(52)으로 완충 되면서 맞닿기 때문에 마모되기 어렵고 내구성이 높다.

한편, 스테이터 코일(63, 63)에 다른 방향의 통전을 행하여 여자하면, 밸브 본체(10)에 고정된 가이드 부시(47)에 대해, 로터(43) 및 나사 이송 부재(45)가 상기와 역방향으로 회전된다. 가이드 부시(47)의 고정 나사부(48)와 나사 이송 부재(45)의 이동 나사부(49)와의 나사 이송에 의해, 나사 이송 부재(45)이 상방으로 이동한다. 밸브축(16)의 하단의 밸브체(17)가 오리피스(12)로부터 떨어져서, 밸브구(15)가 열리고 냉매가 밸브구(15)를 통과한다. 이 경우, 로터(30)의 회전량에 의해 밸브구(15)의 실효 개구 면적, 즉 냉매의 통과 유량을 조정할 수 있다. 로터(30)의 회전량은 스테핑 모터(40)에 인가되는 펄스 수에 의해 제어되기 때문에, 냉매 통과 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 밸브체와 오리피스 사이의 간극에 의해 블리드 포트가 형성되고, 밸브체가 오리피스에 접촉하지 않기 때문에, 블리드 포트가 마모되기 어렵고 내구성이 높은 전동 밸브를 얻을 수 있다.

Claims

내부에 밸브실과 상기 밸브실로 개구하는 오리피스가 형성되어 있는 밸브 본체, 상기 밸브 본체에 축선 방향으로 이동 가능하게 장착되어 있고 상기 밸브실 측에서 상기 오리피스에 접리 가능한 밸브를 선단부에 갖는 밸브축 및 상기 오리피스를 통과하는 유체의 통과 유량을 제어하기 위해 상기 밸브 본체에 부설되어 있으며,스테핑 모터와 상기 스테핑 모터의 회전을 상기 밸브축의 축방향의 이동으로 변환하는 변환 수단을 갖는 구동 기구를 구비한 전동 밸브에 있어서,

상기 밸브축은, 상기 밸브체의 밸브폐쇄 위치에서 상기 밸브 본체에 형성되어 있는 스토퍼에 계지하여 상기 밸브축의 밸브폐쇄 방향의 이동을 규제하는 계지부를 축방향 중간부에 구비하며,

상기 밸브체는, 상기 밸브폐쇄 위치에서, 상기 오리피스와의 사이에 약간의 간극을 형성하여 블리드 포트를 구성하는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 스토퍼는, 상기 밸브 본체에 있어서, 상기 오리피스의 개구에 마주 보는 상기 밸브실의 벽부를 관통하여 형성되고 또한 상기 밸브축이 삽통되는 삽통구멍의 단연부에 형성되어 있으며,

상기 밸브축의 계지부는, 상기 밸브축의 둘레면에 단차로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 오리피스는 스로트부에서 상기 밸브실로 개구하는 끝이 줄어드는 테이퍼 구멍으로서 형성되어 있고,

상기 밸브체는 단면 동일한 축형상 부분과 상기 축형상 부분의 선단측에 연결됨과 함께 선단을 향하여 지름이 줄어드는 끝이 가는 부분을 구비하며,

상기 밸브체의 상기 밸브폐쇄 위치에서, 상기 축형상 부분에서의 상기 끝이 가는 부분 가까이의 부위가 상기 스로트부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 오리피스의 상기 스로트부의 개구 주위에, 스폿 페이싱부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
제 1항에 있어서,

상기 변환 수단은, 상기 밸브 본체에 고정되며 또한 상기 밸브축이 활주 자유롭게 끼워 삽입되어 있는 가이드 부시와,

상기 스테핑 모터에 의해 회전 구동되며 또한 상기 가이드 부시와 나사 결합하고 있는 나사 이송 부재와,

상기 밸브축과 상기 나사 이송 부재 사이에 개장되어 있고 상기 밸브축을 밸 브폐쇄 방향으로 가세한 스프링 부재와,

상기 밸브축의 상기 나사 이송 부재에 대한 밸브폐쇄 방향의 이동을 규제하는 규제 부재를 구비하고,

상기 나사 이송 부재와 상기 밸브 본체 사이에는, 상기 스토퍼에 상기 계지부가 계지한 상태에서 또한 상기 나사 이송 부재가 상기 밸브축의 밸브폐쇄 방향으로 계속해서 이동한 후에 상기 나사 이송 부재를 정지시키는 스토퍼 기구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.