KR20070117464A

KR20070117464A - 팽창 밸브

Info

Publication number: KR20070117464A
Application number: KR1020070054745A
Authority: KR
Inventors: 히사또시 히로따
Original assignee: 가부시키가이샤 티지케이
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2007-12-12
Also published as: JP2007327672A; CN101086296A; EP1865275A2; US20070283717A1

Abstract

본 발명의 과제는 본체의 제조 효율을 향상시켜 팽창 밸브의 제조 비용을 저감시키는 것이다.

밸브부(2)를 수용하는 본체(4)는 다이캐스트 금형 등의 성형형에 의해, 냉매를 도입하는 입구 포트(5), 팽창한 냉매를 도출하는 출구 포트(6) 및 수나사(16)와 일체로 형성되고, 그 수나사(16)에 의해 파워 엘리먼트(3)를 결합하도록 하였다. 이에 의해, 본체(4)에 대해 입구 포트(5), 출구 포트(6), 밸브 구멍(7), 밸브 부재(9)나 세트값 조정용의 부재(10, 11)를 수용하는 구멍(8), 파워 엘리먼트(3)가 감온된 온도에 따른 구동력을 밸브 부재에 전달하는 샤프트(13)를 수용하는 구멍(12), 그 위에 수나사(16)를 형성하기 위한 2차 가공을 불필요하게 할 수 있으므로, 본체(4)의 제조 효율이 향상되어 팽창 밸브의 제조 비용을 저감할 수 있다.

입구 포트, 출구 포트, 파워 엘리먼트, 밸브 구멍, 밸브 부재

Description

팽창 밸브 {EXPANSION VALVE}

도1은 제1 실시 형태에 관한 팽창 밸브를 도시하는 중앙 종단면도이다.

도2는 팽창 밸브의 본체의 제조 방법의 주요부 개략을 도시하는 설명도이다.

도3은 본체의 외관을 도시하는 도면이며, (A)는 본체의 평면도, (B)는 본체의 정면도이다.

도4는 본 발명에 따른 팽창 밸브의 장착 예를 도시하는 단면도이다.

도5는 도4의 A-A 화살표 단면도이다.

도6은 제2 실시 형태에 관한 팽창 밸브 및 그 장착 상태를 도시하는 단면도이다.

도7은 도6의 B-B 화살표 단면도이다.

도8은 제3 실시 형태에 관한 팽창 밸브 및 그 장착 상태를 도시하는 단면도이다.

도9는 장착 상태의 팽창 밸브를 입구 포트측으로부터 본 도면이다.

도10은 제4 실시 형태에 관한 팽창 밸브 및 그 장착 상태를 도시하는 단면도이다.

도11은 도10의 C-C 화살표 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 1a, 1b , 1c : 팽창 밸브

2 : 밸브부

3 : 파워 엘리먼트

4 : 본체

4a : 연장부

5 : 입구 포트

5a : 통형부

6 : 출구 포트

6a : 통형부

7 : 밸브 구멍

8 : 구멍

8a : 통형부

9 : 밸브 부재

10 : 스프링

11 : 스프링 받침 부재

12 :구멍

13 : 샤프트

14 : V 패킹

15 : 가이드

16 : 수나사

16a, 16b : 나사부

17 : 상부 하우징

18 : 하부 하우징

19 : 다이어프램

20 : 디스크

21 : 가스 도입 구멍

22 : 금속 볼

23 : 허브

24 : 암나사

25 : 통기 구멍

30 : 제1 금형

31 : 캐비티

32 : 포트 통로 형성부

33 : 나사 형성부

40 : 제2 금형

41 : 캐비티

42 : 포트 통로 형성부

43 : 나사 형성부

50 : 제3 금형

51 : 캐비티

52 : 구멍 형성부

53 : 밸브 구멍 형성부

54 : 구멍 형성부

60 : 증발기

61 : 고압 배관

62 : 입구 배관

63 : 냉매 출구

64 : 케이스

64a : 연결부

65, 65a, 65b : 저압 배관

66 : 조인트부

67 : 파이프 클램프

68 : 단열 커버

68a : 고정 다리부

69 : 백업 링

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-115938호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 평10-267470호 공보

본 발명은 팽창 밸브의 장착 구조에 관한 것으로, 특히 차량용 공조 장치의 냉동 사이클에서 콘덴서에 의해 응축된 고온ㆍ고압의 액냉매를 팽창하여 저온ㆍ저압이 된 냉매를 증발기에 송출하도록 한 팽창 밸브에 관한 것이다.

차량용 공조 장치의 냉동 사이클은, 일반적으로 순환하는 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축하는 콘덴서와, 냉동 사이클 내의 냉매를 저장하는 동시에 응축된 냉매를 기액으로 분리하는 리시버와, 분리된 액냉매를 교축하여 팽창시키는 팽창 밸브와, 팽창 밸브로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기에 의해 구성되어 있다. 팽창 밸브로서는, 예를 들어 증발기의 출구에 있어서의 냉매의 온도 및 압력을 감지하여 증발기에 송출하는 냉매의 유량을 제어하도록 한 온도식의 팽창 밸브가 이용되어 있다.

이 온도식의 팽창 밸브는 리시버로부터 증발기를 향하는 냉매를 통과시키는 제1 통로와, 증발기로부터 복귀해 온 냉매를 통과시켜 압축기로 도출하는 제2 통로가 형성된 본체를 구비하고 있다. 이 본체의 제1 통로의 중간에는 냉매의 유량을 제어하기 위한 밸브부가 마련되고, 이 본체의 제2 통로측의 단부에는 본 제2 통로를 흐르는 냉매의 온도 및 압력을 감지하고, 구동용의 샤프트를 통해 밸브부의 밸브 리프트를 제어하는 파워 엘리먼트가 마련되어 있다(예를 들어, 문헌 1 참조).

여기서, 본체는 일반적으로 경량으로 가공성이 우수한 알루미늄 합금을 압출 성형한 것을 절단하여 각주형의 블록으로 한 중실의 반제품을 제작하고, 그 후에 상술한 제1 통로, 제2 통로 및 파워 엘리먼트의 접속부 등을 절삭 가공하여 제조된 다. 그러나, 절삭 가공은 가공 시간이 걸리는 동시에 재료의 수율이 악화되므로, 제조 비용이 커진다는 등의 문제가 있다.

이에 대해, 예를 들어 본체를 중공 압출 가공을 채용하여 제조하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 문헌 2 참조). 이 기술은, 상술한 제2 통로가 단순한 스트레이트 형상으로도 좋은 것에 착안하여, 본체의 압출 성형의 과정에서 본 제2 통로도 동시에 성형되어 버리는 것이다. 그 결과, 제2 통로의 절삭에 의한 구멍 형성 가공이 생략되고, 알루미늄 소재가 절약되어 본체의 제조 효율을 어느 정도 향상시킬 수 있다.

그러나, 상술한 중공 압출 가공에서는 알루미늄 합금을 일정한 압출 방향으로 뺄 필요가 있기 때문에, 일정한 단면을 갖는 스트레이트인 형상 부분 밖에만 적용할 수 없다. 이로 인해, 중간부에 밸브부를 구성하는 밸브 시트가 일체로 성형되는 제1 통로의 성형에는 적용할 수 없다. 또한, 제1 통로 및 제2 통로의 단부에는 압축기, 리시버, 증발기에 연결되는 배관을 접속할 때에 개재 장착시키는 밀봉 부재의 밀봉면이 마련되지만, 직경 확장부가 되므로 압출 성형에서는 가공할 수 없다. 이로 인해, 이들의 부분에 대해서는 여전히 절삭 가공을 채용할 수밖에 없으며, 재료의 절감 및 제조 효율의 향상을 도모하는 결과는 충분하지 않다는 등의 문제가 있었다.

또한, 중공 압출 가공에 의해 제2 통로를 형성한 후에, 예를 들어 선반 등을 이용하여 그 단부에 절삭 가공을 실시하고자 한 경우, 압출 성형 시 통로의 축심과 절삭 가공 시 회전축의 축심을 일치시키는 것은 용이하지 않다. 이로 인해, 예를 들어 밀봉부를 드릴 등의 공구에 의해 성형하고자 하면, 그 공구의 축선이 통로의 축심에 대해 편심하고, 가공 시에 공구 및 본체에 편심한 하중이 가해져 가공 상의 문제가 발생될 가능성이 있다.

또한, 본체와 파워 엘리먼트의 결합부는 나사 부착 구조로 되어 있다. 이로 인해, 본체는 파워 엘리먼트와의 결합부에 대해 나사 가공을 행할 필요가 있어 제조 효율이 악화되고 제조 비용이 높은 것으로 되어 있었다.

본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것으로, 본체의 제조 효율을 향상시켜 팽창 밸브의 제조 비용을 저감시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위해, 도입된 냉매를 내부의 밸브부를 통과시킴으로써 교축 팽창시키도록 한 팽창 밸브에 있어서, 상기 밸브부를 수용하는 본체는, 성형형(成形型)에 의해, 파워 엘리먼트를 결합하는 나사부가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브가 제공된다.

이와 같은 팽창 밸브에 따르면, 파워 엘리먼트를 결합하는 나사부의 2차 가공이 불필요한 본체로 할 수 있어 팽창 밸브의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

팽창 밸브(1)는 냉매의 유량을 제어하는 밸브부(2)와, 파워 엘리먼트(3)를 구비하고 있다. 밸브부(2)는 본체(4)를 갖고, 그 본체(4)의 측부에는 냉동 사이클 의 리시버에 접속되어 고온ㆍ고압의 냉매를 도입하는 입구 포트(5)와, 증발기에 접속되어 저온ㆍ저압의 냉매를 도출하는 출구 포트(6)가 일체로 형성되어 있다. 본체(4)의 중앙부에는 입구 포트(5)에 도입된 냉매를 출구 포트(6)로 흐르게 하는 밸브 구멍(7)이 입구 포트(5) 및 출구 포트(6)의 축선과는 직교하는 방향으로 마련되어 있다. 본체(4)는 밸브 구멍(7)으로부터 그 축선 방향으로 연장되어 도면의 하방으로 빠지도록 밸브 구멍(7)보다도 대직경의 구멍(8)이 형성되어 있다. 그 구멍(8)에는 단면이 삼각 형상인 밸브 부재(9)가 배치되고, 그 밸브 부재(9)는 스프링(10)에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 압박되어 있다. 스프링(10)은 구멍(8)의 개구부에 압입된 스프링 받침 부재(11)에 의해 받쳐질 수 있고, 스프링 받침 부재(11)의 압입량에 의해 스프링 하중을 조정함으로써 팽창 밸브(1)의 세트값이 조정되어 있다. 본체(4)는, 또한 밸브 구멍(7)으로부터 그 축선 방향으로 연장되어 도면의 상방으로 빠지도록 밸브 구멍(7)보다도 약간 소직경의 구멍(12)이 형성되어 있다. 이 구멍(12)에는 밸브 부재(9)와 일체로 형성된 샤프트(13)가 배치되어 있다. 이 샤프트(13)는 입구 포트(5)의 연장선 상에 위치하는 부분이 직경 축소되어 있어 입구 포트(5)로부터 밸브 구멍(7)으로 냉매가 흐르는 통로를 확보하고 있다. 샤프트(13)는, 또한 구멍(12)에 위치하는 부분에 홈이 주위 설치되어 있어, 그 홈에 V 패킹(14)이 마련되고, 입구 포트(5)에 도입된 고압의 냉매가 본체(4)와의 사이의 간격을 두고 파워 엘리먼트(3)의 측으로 누설되지 않도록 하고 있다. 본체(4)의 도면의 상부 중앙에는 샤프트(13)를 보유 지지하는 통 형상의 가이드(15)가 돌출 설치되어 있고, 그 외주면에는 파워 엘리먼트(3)를 결합하기 위한 수나사(16)가 형 성되어 있다.

파워 엘리먼트(3)는 두꺼운 금속제의 원반 형상의 상부 하우징(17) 및 하부 하우징(18)과, 이들에 의해 둘러싸여진 공간을 구획하도록 배치된 가요성의 금속 박판으로 이루어지는 다이어프램(19)과, 이 다이어프램(19)의 밸브부(2)의 측에 배치된 디스크(20)를 갖고 있다. 파워 엘리먼트(3)는 상부 하우징(17), 하부 하우징(18) 및 다이어프램(19)의 외주연을, 예를 들어 TIG 용접 등에 의해 서로 용착함으로써 형성된다. 이에 의해, 상부 하우징(17)과 다이어프램(19)에 의해 둘러싸여진 감온실이 형성되고, 그 감온실 내에는 상부 하우징(17)에 형성된 가스 도입 구멍(21)을 통해 포화 증기 가스 등이 충전된다. 가스 도입 구멍(21)은 금속 볼(22)을 예를 들어 저항 용접함으로써 폐지된다. 이와 같이 하여, 증발기를 나온 냉매의 온도를 감지하기 위한 감온부가 구성된다.

하부 하우징(18)은 그 중앙부가 개구되어 있고, 그 개구부에는 통 형상의 허브(23)가 일체로 형성되어 있다. 이 허브(23)의 내측에는 가이드(15)에 외측 설치된 수나사(16)와 나사 결합하는 암나사(24)가 형성되어 있다. 또한, 하부 하우징(18)은 통기 구멍(25)을 갖고 있다. 이 통기 구멍(25)은 증발기를 나온 냉매가 다이어프램(19)의 하면측의 공간에 도입되도록 하는 것으로, 그 도입량은 통기 구멍(25)의 크기 또는 수를 변경함으로써 조정되어 있다. 다이어프램(19)의 도면의 하면은 본체(4)로부터 돌출된 샤프트(13)의 단부면이 디스크(20)를 통해 접촉되어 있어 다이어프램(19)의 변위를 밸브 부재(9)에 전달하도록 하고 있다.

이상 구성의 팽창 밸브(1)는 그 본체(4)를 바람직하게는 금속의 다이캐스트 에 의해 형성하고, 절삭 가공 등의 2차 가공을 불필요하게 하고 있다. 다음에, 그 본체(4)의 제조 방법의 주요부에 대해 설명한다.

도2는 팽창 밸브의 본체의 제조 방법의 주요부 개략을 도시하는 설명도이다. 도2에 있어서, 도1에 도시한 구성 요소와 같은 구성 요소는 동일한 부호를 붙이고 있다.

팽창 밸브(1)의 본체(4)는 알루미늄 합금, 아연 합금, 그 밖의 금속의 다이캐스트에 의해 제조할 수 있지만, 여기서는 알루미늄 합금에 의한 다이캐스트인 경우에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 제3 금형(50)을 구비하고, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)이 도시되지 않은 액츄에이터에 의해 도면의 좌우측 방향으로 구동되고, 제3 금형(50)이 도시되지 않은 액츄에이터에 의해 도면 상하 방향으로 구동되도록 구성된 다이캐스트 장치가 이용된다.

제1 금형(30)은 제2 금형(40)과 대향하는 측에 본체(4)의 입구 포트(5)가 위치하는 측의 부분을 성형하기 위한 캐비티(31)를 갖는다. 그 캐비티(31) 내에는 입구 포트(5)를 형성하기 위한 포트 통로 형성부(32)가 제2 금형(40)을 향해 돌출 설치되고, 또한 수나사(16)의 절반을 형성하기 위한 나사 형성부(33)가 형성되어 있다. 제2 금형(40)은 제1 금형(30)과 대향하는 측에 본체(4)의 출구 포트(6)가 위치하는 측의 부분을 성형하기 위한 캐비티(41)를 갖는다. 그 캐비티(41) 내에는 출구 포트(6)를 형성하기 위한 포트 통로 형성부(42)가 제1 금형(30)을 향해 돌출 설치되고, 수나사(16)의 절반을 형성하기 위한 나사 형성부(43)가 형성되어 있다. 제3 금형(50)은 스프링 받침 부재(11)를 압입하는 측의 부분을 성형하기 위한 캐비티(51)를 갖는다. 그 캐비티(51) 내에는 구멍(8)을 형성하기 위한 구멍 형성부(52), 밸브 구멍(7)을 형성하기 위한 밸브 구멍 형성부(53) 및 구멍(12)을 형성하기 위한 구멍 형성부(54)가 도면의 상방을 향해 돌출 설치되어 있다. 또한, 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 제3 금형(50)에는, 도시하지 않지만 용융한 알루미늄 합금을 유입시키기 위한 주입로 형성 홈, 캐비티(31, 41, 51)를 배기하는 배기로 형성 홈 등이 대향하는 면에 형성되고, 금형으로부터 성형품을 분리하기 위한 공구를 삽입하는 삽입 관통 구멍 등이 형성되어 있다.

본체(4)를 제조할 때에는 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 제3 금형(50)을 형 체결한 상태로 주입로로부터 알루미늄 합금의 용탕을 주입한다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 알루미늄 합금으로서 주조성이 우수한 Al-Si-Cu계의 것을 사용하고 있다. 용탕이 응고된 후, 제3 금형(50)을 도면의 하방으로 인발하고, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)을 분리한다. 이때, 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)에 밀착된 성형품에 이형용의 공구를 충돌하면서 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)을 도면의 좌우측 방향으로 이동시킨다. 이와 같이, 주조 금형을 3방향 분할의 구조로 함으로써, 본체(4)는 입구 포트(5), 출구 포트(6), 밸브 구멍(7), 구멍(8, 12) 및 수나사(16)를 일체로 구비하게 되고, 밸브 구멍(7), 나사부 등의 2차 가공을 불필요하게 할 수 있다. 또한, 본체(4)의 형성은 주조 금형의 3방향 분할에 의해서 이루어지므로, 입구 포트(5) 및 출구 포트(6)의 축선이 동일 또는 평행하게 되고, 그 축선에 대해 직교하는 방향으로 구멍(8), 밸브 구멍(7) 및 구멍(12)이 동일한 축선 상에 배치되는 동시에 그 순서로 내부 직경이 차례로 작아지고 있다.

또한, 상기의 다이캐스트 장치에서는 1개의 주물을 제조하는 것으로서 설명하였지만, 주조 금형을 3방향 분할의 구조로 함으로써 제1 금형(30), 제2 금형(40) 및 제3 금형(50)을 복수개 병설하고, 각각 3방향으로 동시에 구동하는 구성이 가능하고, 복수개 취득의 다이캐스트 장치를 용이하게 구성할 수 있다.

다이캐스트에 의해 제조된 본체(4)는 제1 금형(30)의 분할 방향으로 입구 포트(5)를 구성하는 통형부(5a)가 형성되고, 제2 금형(40)의 분할 방향으로 출구 포트(6)를 구성하는 통형부(6a)가 형성되고, 제3 금형(50)의 분할 방향으로 구멍(8)을 구성하는 통형부(8a) 및 구멍(12)을 구성하는 가이드(15)가 형성되어 있다. 또한, 가이드(15)의 외주에 형성되어 있는 수나사(16)는 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 분할 방향에 대해 직각 방향의 가이드(15)의 외주면에 나사산이 형성되어 있지 않은 부분 나사로 되어 있어, 제1 금형(30)의 분할 방향으로 형성된 나사부(16a)와 제2 금형(40)의 분할 방향으로 형성된 나사부(16b)에 의해 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는 본체(4)는 제1 금형(30) 및 제2 금형(40)의 분할 방향에 대해 직각 방향으로 연장된 연장부(4a)를 갖고 있지만, 이는 후술하는 바와 같이 이 팽창 밸브(1)를 냉동 사이클의 시스템에 조립하였을 때에 위치 결정으로서 기능하는 것이다.

다음에, 이상과 같이 구성된 팽창 밸브(1)의 냉동 사이클로의 적용예와 함께 그 동작에 대해 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 팽창 밸브의 장착예를 도시하는 단면도, 도5는 도4의 A-A 화살표 단면도이다.

팽창 밸브(1)는 증발기(60)로부터 압축기에 이르는 복귀 저압 배관 내에 완전하게 수용되는 형태로 장착되고, 게다가 그 복귀 저압 배관 내에서 입구 포트(5)와 응축된 액냉매가 공급되는 고압 배관(61)의 접속 및 팽창된 냉매를 송출하는 출구 포트(6)와 증발기(60)의 입구 배관(62)의 접속을 행하도록 하고 있다.

즉, 증발기(60)는 그 입구 배관(62)과 냉매 출구(63)를 둘러싸도록 케이스(64)가, 예를 들어 노 중 납땜에 의해 일체로 형성되어 있다. 저압 배관(65)은 그 선단부에 조인트부(66)가 용접되어 있고(흑색 삼각으로 나타낸 부분), 그 조인트부(66)가 케이스(64)와 파이프 클램프(67)에 의해 기밀하게 접속되어 있다. 저압 배관(65) 및 고압 배관(61)은 저압 배관(65) 중에 고압 배관(61)이 동심 배치된 이중관에 의해 구성되어 있다. 또한, 입구 포트(5)와 고압 배관(61)의 접속부, 출구 포트(6)와 입구 배관(62)의 접속부 및 케이스(64)와 조인트부(66)의 접속부는 O링에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 팽창 밸브(1)는 그 파워 엘리먼트(3)에, 이를 덮도록 수지 또는 고무제의 단열 커버(68)가 설치되어 있다.

케이스(64)에 수용되는 팽창 밸브(1)는 케이스(64)의 중심에 위치 결정되도록, 도5에 도시한 바와 같이 본체(4)의 연장부(4a) 및 단열 커버(68)의 윤곽을 케이스(64)의 내측의 형상에 따른 형상으로 하고 있다.

여기서, 증발기(60)의 복귀 저압 배관인 케이스(64) 내로의 팽창 밸브(1)의 장착은 다음과 같이 하여 이루어진다. 증발기(60)와 케이스(64)는 일체로 용접되어 있고, 증발기(60)의 입구 배관(62)은 케이스(64) 내에 돌출 설치하도록 형성되어 있으므로, 우선 그 입구 배관(62)에 O링을 끼운 후, 출구 포트(6)에 입구 배관(62)이 끼워 넣어지도록 팽창 밸브(1)를 케이스(64) 내에 압입한다. 팽창 밸브(1)의 입구 포트(5)에는, 미리 O링을 끼워 넣어 두거나 이 단계에서 끼워 넣는다. 다음에, 입구 포트(5)가 고압 배관(61)에 끼워 넣어지도록 위치 결정하고, 선단부에 굴곡 가공된 홈에 미리 O링을 장착한 조인트부(66)를 케이스(64)에 압입하고, 마지막으로 케이스(64)와 조인트부(66)의 커플링 부분을 파이프 클램프(67)에 의해 결합한다.

이에 의해, 팽창 밸브(1)는 입구 포트(5)가 고압 배관(61)에 접속되고, 출구 포트(6)가 증발기(60)의 입구 배관(62)에 접속된 상태로 케이스(64) 내에 장착되게 된다. 이에 의해, 팽창 밸브(1)는 그 고압 배관(61)의 접속부와 함께, 증발기(60)의 복귀 저압 배관 내에 수용되어 있으므로, 그 접속부에 있어서 고압의 냉매가 O링을 침투하여 미소하게 누설되었다고 해도, 누설되는 것은 복귀 저압 배관 내가며, 냉매가 대기에 누설되는 일은 없다.

다음에, 팽창 밸브(1)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 차량용 공조 장치가 정지되어 있을 때, 파워 엘리먼트(3)의 감온실에 봉입된 포화 증기 가스는 응축되어 압력이 낮게 되어 있으므로, 다이어프램(19)은 내측으로 변위하고 있고, 그 변위는 디스크(20) 및 샤프트(13)를 통해 밸브 부재(9)에 전달되어 팽창 밸브(1)는 완전 폐쇄 상태로 되어 있다.

여기서, 차량용 공조 장치가 기동되면, 압축기에 의해 냉매가 흡인되므로, 저압 배관(65) 내의 압력이 저하되고, 이것이 파워 엘리먼트(3)에 의해 감지되어 다이어프램(19)이 외측으로 변위되어 밸브 부재(9)를 리프트하게 된다. 한편, 압축기에 의해 압축된 냉매는 콘덴서로 응축되고, 리시버로 기액 분리된 액냉매가 고압 배관(61)을 통해 팽창 밸브(1)의 입구 포트(5)에 공급되게 된다. 또한, 도면 중의 화살표는 냉매의 유동 방향을 나타내고 있다. 고온ㆍ고압의 액냉매는 팽창 밸브(1)를 통과할 때 팽창되고, 저온ㆍ저압의 기액 혼합 냉매가 되어 출구 포트(6)를 나온다. 그 냉매는 입구 배관(62)을 통해 증발기(60)에 공급되고, 내부에서 증발되어 냉매 출구(63)로부터 나온다. 증발기(60)를 나온 냉매는 케이스(64) 및 저압 배관(65)을 통해 압축기로 복귀된다.

파워 엘리먼트(3)의 다이어프램(19)과 하부 하우징(18)에 의해 둘러싸인 공간은 통기 구멍(25)을 통해 케이스(64)의 내부와 연통하고 있으므로, 증발기(60)로부터 복귀 냉매가 케이스(64)를 통과할 때, 그 냉매가 도입되어 그 온도가 파워 엘리먼트(3)에 의해 검출되게 된다. 차량용 공조 장치의 기동 초기의 단계에서는, 차실 내 고온의 공기의 열교환에 의해, 증발기(60)로부터 복귀해 온 냉매의 온도는 높아져 있으므로, 파워 엘리먼트(3)는 그 온도를 감지하여 감온실의 압력이 높아진다. 이에 의해, 다이어프램(19)은 팽출되어 밸브 부재(9)를 밸브 개방 방향으로 구동하여 팽창 밸브(1)를 완전 개방 상태로 한다.

이윽고, 증발기(60)로부터 복귀해 오는 냉매의 온도가 저하되어 오면, 감온실의 압력이 낮아지므로, 그에 따라 다이어프램(19)이 감온실의 내측으로 변위되어 가고, 팽창 밸브(1)는 밸브 폐쇄 방향으로 동작하여 이를 통과하는 냉매의 유량을 제어하게 된다. 이때, 팽창 밸브(1)는 증발기(60)의 출구의 냉매 온도를 감지하고, 그 냉매가 소정의 과열도를 유지하도록 증발기(60)에 공급하는 냉매의 유량을 제어하게 된다.

또한, 파워 엘리먼트(3)는 증발기(60)의 복귀 저압 배관 내에 배치되어 있어서 파워 엘리먼트(3) 전체에서 냉매의 온도가 검출 가능하게 되어 있으므로, 구조적으로 감온 시상수가 매우 짧게 되어 있다. 감온 시상수가 짧으면 냉매의 온도 변화에 민감하게 반응하여 밸브부(2)로의 피드백 보정이 지나치게 가해져 주기적인 압력 변동(헌팅)이 발생되게 되므로, 단열 커버(68)에 의해 상부 하우징(17)으로의 전열을 차단하여 감온 시상수를 길게 하도록 하고 있다.

도6은 제2 실시 형태에 관한 팽창 밸브 및 그 장착 상태를 도시하는 단면도, 도7은 도6의 B-B 화살표 단면도이다. 도6 및 도7에 있어서, 도1 및 도4에 도시한 구성 요소와 동일 또는 동등한 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

본 제2 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1a)는 제1 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1)와 비교하여, 입구 포트(5) 및 출구 포트(6)의 축선이 직교하도록 형성된 본체(4)를 갖고 있는 점에서 다르다. 이 본체(4)에 있어서도, 주조 금형을 3방향 분할의 구조로 한 다이캐스트 장치에 의해 형성된다. 단, 이 팽창 밸브(1a)의 경우, 제1 금형(30)은 본체(4)의 연장부(4a)와 수나사(16)의 나사부(16a)를 성형할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 이 팽창 밸브(1a)의 본체(4)에서는 밸브 부재(9), 이 를 밸브 폐쇄 방향으로 압박하는 스프링(10) 및 그 스프링 받침 부재(11)는 출구 포트(6) 내에 배치된다.

이와 같은 팽창 밸브(1a)는 압축기가 설치된 엔진 룸으로부터 증발기(60)가 설치된 차실 내에 연장되어 있는 고압 배관(61) 및 저압 배관(65)의 이중관의 길이 방향이 증발기(60)의 입구 배관(62) 및 냉매 출구(63)의 개구 방향과 대략 직각이 되는 설치 형태를 취하는 경우에 유용하다.

따라서, 팽창 밸브(1a)가 장착되는 부분의 복귀 저압 배관은 직각으로 구부러진 구성을 갖고 있다. 즉, 증발기(60)는 입구 배관(62) 및 연결부(64a)와 함께 노 중 납땜 가공에 의해 일체로 형성되어 있다. 이 연결부(64a)에는 케이스(64)가 파이프 클램프(67)에 의해 접속되고, 그 케이스(64)의 도면의 상부에는 조인트부(66)가 용접되어 있어, 그 조인트부(66)를 파이프 클램프(67)에 의해 저압 배관(65)에 접속하고 있다.

이상과 같이 하여 직각 방향으로 개구부를 갖는 케이스(64) 및 조인트부(66) 중에 입구 포트(5)와 출구 포트(6)가 직교하도록 구성된 본체(4)를 갖는 팽창 밸브(1a)가 장착되어 있다. 본체(4)는, 도7에 도시한 바와 같이 케이스(64)의 내측 근방까지 3방향으로 연장부(4a)가 연장된 외형을 갖고 있어, 팽창 밸브(1a)를 케이스(64) 내에 삽입할 때 및 출구 포트(6)를 입구 배관(62)에 접속할 때 위치 결정을 쉽게 하고 있다.

도8은 제3 실시 형태에 관한 팽창 밸브 및 그 장착 상태를 도시하는 단면도, 도9는 장착 상태의 팽창 밸브를 입구 포트측으로부터 본 도면이다. 도8 및 도9에 있어서, 도1 및 도4에 도시한 구성 요소와 동일 또는 동등한 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

본 제3 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1b)는 본체(4)에 관해 제1 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1)와 같지만, 파워 엘리먼트(3)의 본체(4)와의 결합부의 구성을 변경하고 있다. 즉, 상기의 팽창 밸브(1, 1a)의 파워 엘리먼트(3)는 하부 하우징(18)의 중앙 개구부보다 외측으로 연장된 허브(23)의 내측에 암나사(24)가 형성되어 있다. 이 암나사(24)는 하부 하우징(18)을 프레스 가공으로 성형 후, 허브(23)를 탭핑 또는 프레스 가공함으로써 형성된다. 이로 인해, 팽창 밸브(1, 1a)의 파워 엘리먼트(3)는 암나사(24)를 형성하기 위한 2차 가공을 필요로 하는 구성으로 되어 있다. 이에 대해, 이 팽창 밸브(1b)의 파워 엘리먼트(3)는 하부 하우징(18)을 프레스 가공할 때에 동시에 암나사(24)를 형성하도록 한 것이다.

즉, 하부 하우징(18)의 중앙 개구부의 내주연이 나사산으로 되어 있고, 그 전체 주위 중의 예를 들어 60도의 범위에 절결을 갖고, 나머지 300도의 범위에 걸쳐 축선 방향으로 연속하여 어긋나 있도록 형성하고, 가상적으로 360도에 걸쳐 형성하였을 때 축선 방향의 어긋남이 가이드(15)에 형성한 수나사(16)의 피치에 대략 같게 되도록 하고 있다. 하부 하우징(18)은 그 중앙 개구부를 이와 같은 일주 나사의 구조로 함으로써, 암나사(24)를 포함하는 전체를 프레스 가공에 의해 제조하는 것이 가능해지고, 다이캐스트에 의해 2차 가공을 불필요로 한 본체(4)와 조합됨으로써 팽창 밸브(1)의 비용을 더 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 이 팽창 밸브(1b)에서는 파워 엘리먼트(3)의 돌기 부분을 없애 단열 커버(68)의 형상이 심플해지도록 하고 있다. 즉, 상부 하우징(17)은 전체가 외측으로 팽출하고 있지만, 가스 도입 구멍(21)을 포함하는 중앙부를 오목 설치하여 금속 볼(22)이 가스 도입 구멍(21)을 폐지하였을 때에, 상부 하우징(17)의 가장 외측의 면보다도 튀어 나오지 않도록 하고 있다.

이 팽창 밸브(1b)는 제1 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1)와 마찬가지로, 증발기(60)와 일체로 형성된 케이스(64) 내에 장착된다. 본 실시 형태에서는 출구 포트(6)와 접속되는 증발기(60)의 입구 배관(62)은 증발기(60)의 헤더부를 구성하고 있는 플레이트를 출구 포트(6)의 통형부(6a)가 끼워 맞추어지도록 오목 설치함으로써 형성되어 있다. 또한, 저압 배관(65)은 그 말단부를 확대 개방 처리하여 파이프 클램프(67)에 의해 케이스(64)와 직접 접속하도록 하고 있다. 이때, 그 접속은 백업 링(69)이 케이스(64), 저압 배관(65) 및 O링을 대기측에서 지지하면서 케이스(64) 및 백업 링(69)을 파이프 클램프(67)로 고정함으로써 행하고 있다.

도10은 제4 실시 형태에 관한 팽창 밸브 및 그 장착 상태를 도시하는 단면도, 도11은 도10의 C-C 화살표 단면도이다. 도10 및 도11에 있어서, 도1 및 도4에 도시한 구성 요소와 동일 또는 동등한 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

이 제4 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1c)는 제1 내지 제3 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1, 1a, 1b)가 입구 포트(5)에 고압의 냉매를 받으면 밸브 부재(9)를 밸브 개방 방향으로 작용하는 데 반해, 입구 포트(5)에 고압의 냉매를 받으면 밸브 부재(9)를 밸브 폐쇄 방향으로 작용하도록 구성하고 있다. 이로 인해, 본체(4)는 그 내부에 있어서 입구 포트(5)와 밸브 부재(9)가 수용되어 있는 구멍(8)이 연통되고, 샤프트(13)가 수용되어 있는 구멍(12)과 출구 포트(6)가 연통된 구성으로 되어 있다. 즉, 제1 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1)에 있어서 입구 포트(5)와 출구 포트(6)의 관계를 반대로 하고 있다.

또한, 이 팽창 밸브(1c)는 파워 엘리먼트(3)의 본체(4)의 결합부의 구성을 변경하고 있다. 즉, 상기의 팽창 밸브(1, 1a)의 파워 엘리먼트(3)는 암나사(24)가 형성되어 있는 허브(23)를 하부 하우징(18)의 중앙 개구부보다 외측으로 연장된 구성으로 되어 있지만, 팽창 밸브(1c)에서는 허브(23)를 하부 하우징(18)의 중앙 개구부의 내주연보다 내측으로 절첩하여 형성하고, 그 내주면에 나사산을 형성하고 있다. 이에 의해, 팽창 밸브(1c)의 전체 높이가 낮아져 보다 소형화로 되어 있다. 또한, 암나사(24)는 바람직하게는 전조(轉造) 나사로 할 수 있다. 이 전조 나사는 프레스 나사에 비해 비교적 가공이 용이하므로, 2차 가공의 비용을 저감할 수 있다.

또한, 파워 엘리먼트(3)에는 단열 커버(68)를 씌우고 있지만, 이 단열 커버(68)는 고정 다리부(68a)와 함께 일체로 수지 성형된 것이다. 도시하지 않지만, 고정 다리부(68a)의 선단부에는 훅이 형성되어 있어, 그것이 본체(4)에 형성된 단차부에 결합시킴으로써 단열 커버(68)를 고정하도록 하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 제1 내지 제3 실시 형태인 경우와 비교하여 팽창 밸브(1c)의 장착 형태를 변경하고 있다. 즉, 제1 내지 제3 실시 형태에 관한 팽창 밸브(1, 1a, 1b)에서는 고압 배관(61) 및 저압 배관(65)과 입구 배관(62) 및 케이 스(64)를 각각 이중관의 구성으로 하고, 그 이중관의 도중에 팽창 밸브(1, 1a, 1b)를 장착하고 있는 데 반해, 본 실시 형태에서는 증발기의 상류측의 배관과 하류측의 저압 배관(65)이 별개로 되어 있어, 그들의 배관의 도중에 팽창 밸브(1c)를 설치하고 있다.

증발기로부터 연장되어 있는 입구 배관(62) 및 저압 배관(65a)은 그 선단부에 케이스(64)가 용접 등에 의해 일체로 용착되어 있고, 이에 대향하는 고압 배관(61) 및 저압 배관(65b)의 선단부는 원반 형상의 조인트부(66)에 용접에 의해 고정 부착되어 있어 케이스(64)와 조인트부(66)를 파이프 클램프(67)에 의해 접속하도록 하고 있다. 또한, 증발기로부터 압축기를 향하는 배관은 증발기를 향하는 배관에 비해 흐르는 냉매의 밀도가 작으므로 직경이 큰 것이 사용된다. 따라서, 배관 접속 부분에 있어서도 배관 직경의 크기에 따라 케이스(64), 조인트부(66) 및 파이프 클램프(67)가 커진다. 그러나, 본 실시 형태에서는 도11에 도시한 바와 같이 조인트부(66)와 접합되는 저압 배관(65b)은 선단부의 접합부가 편평하게 되어 있어 조인트부(66)가 커지지 않도록 되어 있다. 물론, 케이스(64)와 접합되는 저압 배관(65a)의 선단부 부분도 편평한 형상으로 되어 있다.

이상의 제1 내지 제4 실시 형태에서는 본체(4)를 알루미늄 합금의 다이캐스트에 의해 형성하였지만, 상기의 3방향 분할의 금형을 사용하여 수지의 사출 성형 등에 의해 형성할 수 있다. 이 수지 본체의 재료로서는, 예를 들어 내열성 및 기계적 성질 등이 우수한 폴리페닐렌술파이드(PPS) 수지가 이용된다. 이때, 그 수지 내에는 본체 내부에서 발생한 소리를 밖으로 전하기 어렵다는 재료를 혼입하고 있 다.

팽창 밸브는 밸브 시트와 밸브 부재 사이의 좁은 간극을 냉매가 흐를 때에 유동음이 발생된다. 이 유동음은 본체를 전달하여 외부에 이음으로 하여 방사되지만, 본체의 재료가 알루미늄 합금인 경우에서는 차음ㆍ흡음 효과가 높으므로 그다지 문제가 되는 일은 없다. 그러나, 본체의 재료가 수지인 경우에는 차음ㆍ흡음 효과가 알루미늄 합금에 비해 그다지 없다. 따라서, 수지에는 수지보다도 밀도가 큰 재료, 예를 들어 철, 놋쇠, 구리 등의 금속분 또는 금속 섬유를 혼입하도록 하고 있다. 이에 의해, 밸브부에서 발생한 유동음의 에너지는 금속분 또는 금속 섬유에 의해 본체 내부에서 감쇠되므로, 본체로부터 방사되는 유동음의 음압 레벨을 작게 할 수 있다.

본 발명의 팽창 밸브에서는 본체를 성형형에 의해 형성하였으므로, 입구 포트, 출구 포트, 밸브 부재 및 세트값 조정용 부재가 수용되는 구멍, 밸브 구멍, 파워 엘리먼트가 감온된 온도에 따른 구동력을 밸브 부재에 전달하는 부재를 수용하는 구멍 및 파워 엘리먼트를 결합시키기 위한 나사부가 본체와 일체로 형성되고, 이에 의해 본체의 2차 가공을 불필요하게 하여 본체의 제조 효율을 향상시키는 동시에 재료의 수율을 좋게 하고, 팽창 밸브의 제조 비용을 저감시키는 것이 가능하게 한다는 이점이 있다.

또한, 파워 엘리먼트에 있어서도, 본체에 형성된 나사부와 결합되는 하우징을 그 중앙 개구부의 내주연이 360도 미만의 범위에 걸쳐 축선 방향으로 연속하여 어긋나 있도록 형성된 일주 나사의 구성으로 함으로써, 이 하우징은 프레스 가공에 의해 형성하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 나사를 절단하기 위한 2차 가공이 불필요해지므로, 또한 팽창 밸브의 제조 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.

Claims

도입된 냉매를 내부의 밸브부를 통과시킴으로써 교축 팽창시키도록 한 팽창 밸브에 있어서,

상기 밸브부를 수용하는 본체는, 성형형에 의해, 파워 엘리먼트를 결합하는 나사부가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 본체는, 냉매를 도입하는 입구 포트 및 팽창한 냉매를 도출하는 출구 포트의 축선이 동일 또는 서로 평행하고, 밸브 부재 및 세트값 조정용의 부재를 수용하는 제1 구멍과, 밸브 구멍과, 상기 파워 엘리먼트가 감온된 온도에 따른 구동력을 상기 밸브 부재에 전달하는 부재를 수용하는 제2 구멍이 상기 입구 포트 또는 상기 출구 포트의 축선과 직교한 동일한 축선 상에 배치되는 동시에 이 순서로 직경이 차례로 작아지도록 형성되고, 상기 나사부가 상기 제2 구멍을 구성하는 통형부의 외주에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 본체는, 냉매를 도입하는 입구 포트 및 팽창한 냉매를 도출하는 출구 포트의 축선이 이들을 포함하는 동일 평면 상에서 또는 다른 평행 평면에 수직인 방향으로부터 보아 직교하고 있고, 상기 입구 포트 또는 상기 출구 포트와, 밸브 구멍과, 상기 파워 엘리먼트가 감온된 온도에 따른 구동력을 밸브 부재에 전달하는 부재를 수용하는 구멍이 동일한 축선 상에 배치되는 동시에 이 순서 로 직경이 차례로 작아지도록 형성되고, 상기 나사부가 상기 구멍을 구성하는 통형부의 외주에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 나사부는, 상기 입구 포트, 상기 출구 포트 및 상기 밸브 구멍의 축선을 포함하는 동일 또는 다른 평행 평면에 수직인 방향의 상기 통형부의 외주면에 나사산이 형성되어 있지 않은 부분 나사로 되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 파워 엘리먼트는, 상기 나사부와 결합되는 측의 하우징의 중앙 개구부의 내주연이 360도 미만의 범위에 걸쳐 축선 방향으로 연속하여 어긋나 있도록 형성된 일주 나사로 되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 파워 엘리먼트는 상기 나사부와 결합되는 측의 하우징이 그 중앙 개구부의 내주연보다 내측에 절첩하여 형성된 허브를 갖고, 상기 허브의 내주면에 나사산이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 본체는 상기 성형형으로서 3방향 분할 구성의 금형을 이용한 금속의 다이캐스트에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 본체는 상기 성형형으로서 3방향 분할 구성의 금형을 이용한 수지 성형에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제8항에 있어서, 상기 수지는 이 수지보다도 밀도가 큰 금속분 또는 금속 섬유가 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 상기 본체 및 상기 파워 엘리먼트가 증발기로부터 압축기를 향하는 저압 배관 내에 배치되고, 입구 포트와 고압의 냉매가 공급되는 고압 배관의 접속 및 출구 포트와 팽창한 냉매를 상기 증발기로 송출하는 증발기 입구 배관의 접속을 상기 저압 배관 내에서 행하는 온도식 팽창 밸브인 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제10항에 있어서, 상기 파워 엘리먼트의 외측의 하우징을 덮도록 한 단열 커버를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.