KR20100008303A - 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 테프론 소재로 성형된 밸브 바디와 스풀에 구리 나노 입자를 함침함으로써, 밸브 바디와 스풀의 내마모성, 충격치 및 강도 등을 개선하여 동합금과 같은 정도의 특성을 갖는 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법에 관한 것이다.

이를 위해, 테프론 소재를 이용하여 밸브 바디와 스풀을 사출 성형하고, 구리 유기화합물의 초임계 이산화탄소 용액을 생성시키고 이 용액을 사용하여 구리 유기화합물을 사출성형된 밸브 바디와 스풀에 함침시키며, 밸브 바디와 스풀에 함침된 구리 유기화합물을 열분해하고, 열분해에서 생성된 유기물을 초임계 이산화탄소를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 초임계 이산화탄소를 이용하여 밸브 바디와 스풀에 구리 나노 입자들을 균일하게 함침 분산시키므로, 내마모성, 충격치 및 강도 등이 우수한 밸브 바디와 스풀을 제조할 수 있는 효과도 있다.

밸브 바디, 스풀, 테프론, 내마모성, 구리 유기화합물, 초임계.

Description

냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법{Method for manufacturing valve-body and spool in four-way reversing valve of Heap Pump}

본 발명은 테프론 소재를 이용하여 사출성형된 밸브 바디와 스풀에 구리 나노 입자를 함침하므로, 밸브 바디와 스풀의 내마모성, 충격치 및 강도 등을 개선할 수 있는 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법에 관한 것이다.

열펌프는 2가지의 다른 모드에서 작동되도록 선택적으로 구성될 수 있는 세분화된 냉각 시스템으로, 우선 냉각 모드에서의 열 형태 에너지는 내부 환경으로부터 제거되어 외부 환경으로 전달되고, 가열 모드에서의 열 에너지는 내부 환경으로 전달된다.

이처럼, 열 에너지를 전달하기 위하여 열 펌프들은 각각의 환경 내에 위치된 서킷 시스템을 통해 유체 냉각제를 순환시키는 압축기를 이용한다. 그리고, 상기한 가열 모드와 냉각 모드 사이에서 열펌프 시스템을 가변시키고, 냉매의 흐름을 변화시키기 위하여 사방향 리버싱밸브를 이용한다.

이러한, 상기 사방향 리버싱밸브는 열전달 코일 및 압축기와 상호 연결되는 다수의 포트를 가진 밸브 바디를 포함하고, 상기 밸브 바디 내부에는 2가지의 다른 위치 사이에 선택적으로 이동될 수 있는 스풀이 내장되며, 상기 스풀은 냉매의 흐름을 안내하는 역할을 한다. 상기한, 스풀은 밸브 바디의 양끝 가장자리로부터 공급되는 구동 압력에 의하여 스풀의 좌우 이동에 의해 각각의 냉 및 난방 모드로 냉매 배출 모드를 변경하여, 밸브 바디로부터 배출된 유체 냉매는 냉난방 열공급을 위해 사용된다.

또한, 스풀을 이동시키는 구동 압력은, 즉 스풀의 모션을 제어하기 위해서 사방향 리버싱밸브에는 밸브 바디에 부착된 솔레노이드 파일럿 밸브 조립체를 설치한다. 상기, 파일럿 밸브 조립체는 솔레노이드밸브에 의해 작동되는 장치로써, 냉매를 배출시키기 위해 열펌프 및 밸브 바디의 배출 포트와 연통된다. 또한, 파일럿 밸브 조립체는 왕복 운동 가능한 플런저를 갖는 파일럿 밸브 바디를 포함하되, 솔레노이드 전원 인가에 의하여 플런저의 위치이동으로 인해 구동 압력의 공급을 밸브 바디 좌우 가장자리로 유입시킨다. 여기서, 플런저의 위치는 솔레노이드 코일에 전원을 인가하여 구동시킴으로써 가변될 수 있다.

첨부 도면 도 1은 대한민국 특허 공개번호 특1986-0001995호로 공개된 종래의 "냉매 유동 리버싱밸브"에 대한 것으로, 간략하게 설명하면 밸브 몸체(40) 상단과 하단에 제1,2,3,4유동튜브(50)(51)(52)(53)를 설치하여 냉매를 유동시키고, 상기 밸브 몸체(55) 내부에 좌, 우로 이동 가능한 밸브 작용조립체(42)를 내장하여, 상기 밸브 작용조립체(55)의 이동에 의해 냉매의 유동 방향을 전환시킨다. 여기서, 상기 밸브 작용조립체(55)는 평평한 플레이트(80) 중앙에 전환부재(70)를 장착하되, 상기 전환부재(70) 하단에 전환홈(72)을 형성하여 유동튜브(51)(52)(53)를 통 과하는 냉매의 흐름 방향을 전환하고, 상기 밸브 작용조립체(42) 양단에는 상기 밸브 몸체(40) 내측에 긴밀하게 접촉될 수 있게 기밀부재(67)를 조립 장착한다.

즉, 상기 밸브 작용조립체가 좌측에 위치한 경우, 제1유동튜브(50)로 유입되는 냉매가 제4유동튜브(53)로 배출되고, 이는 다시 제2유동튜브(51)로 유입되어 제3유동튜브(52)로 배출되면서 유동이 되며, 상기 밸브 작용조립체(55)가 이동하여 우측에 위치한 경우, 제1유동튜브(50)로 유입되는 냉매가 제2유동튜브(51)로 배출되고, 이는 다시 제4유동튜브(53)로 유입되어 제3유동튜브(52)로 배출되면서 냉매의 흐름 방향을 전환시킬 수 있는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 리버싱밸브는 밸브 몸체 내부에 고압의 압력이 걸려지게 되는데, 밸브 작용조립체를 구성하는 평판의 플레이트는 물론 밸브 몸체의 두께가 얇고 취약하게 제조되므로, 내부에 가해지는 압력에 의해 밸브 몸체 및 밸브 몸체조립체가 쉽게 손상 및 변형되는 치명적인 단점이 있었다.

더욱이, 상기한 종래의 리버싱밸브는 밸브 몸체조립체가 플레이트와, 전환부재와, 기밀부재의 조립 및 결합을 통해 구성되므로, 밸브 몸체조립체 제조가 복잡하고, 이로 인해 부품 제조비용이 상승하여 제품의 제조단가를 높이게 되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 환경 친화적인 초임계 유체를 이용하여 사출 성형된 테프론 소재의 밸브 바디와 스풀에 구리 나노입자를 함침함으로써, 밸브 바디 및 스풀의 내마모성, 충격치 및 강도 등을 개선하여 기존 밸브의 제조공정 및 원가를 절감할 수 있도록 한 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 밸브 바디 및 스풀을 일체형으로 사출 성형하므로, 스풀 제조 과정을 단순화시켜 제품의 제조 단가를 절감할 수 있도록 한 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀을 제조하는 방법에 있어서, 테프론 소재를 이용하여 밸브 바디와 스풀을 사출 성형하는 제1단계와; 구리 유기화합물의 초임계 이산화탄소 용액을 생성시키고 이 용액을 사용하여 구리 유기화합물을 사출 성형된 밸브 바디와 스풀에 함침시키는 제2단계와; 밸브 바디와 스풀에 함침된 구리 유기화합물을 열분해 하는 제3단계; 및 열분해에서 생성된 유기물을 초임계 이산화탄소를 사용하여 제거하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 구리 유기화합물은 코퍼 헥사플루오로아세틸아세토네이 트[copper(II) hexafluoroacetylacetonate{Cu(C₅HF₆O₂)₂ㅇxH₂O}], 코퍼 아세토네이트(copper acetonate), 코퍼 펜탄-2,4-디온{copper(II) pentane-2,4-dione}, 코퍼 1,1,1-트리플루오로펜탄-2,4-디온{copper(II) 1,1,1-trifluoropentane-2,4-dione} 중 어느 하나를 사용한다.

또, 상기 열분해는 200~300℃, 압력 2000~3500psi에서 1~3시간 동안 실시한다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 초임계 이산화탄소를 이용하여 테프론 소재로 사출 성형된 밸브 바디와 스풀에 구리 나노 입자들을 균일하게 함침 분산시키므로, 내마모성, 충격치 및 강도 등이 우수한 리버싱 밸브 바디 및 스풀을 제조할 수 있는 효과도 있다.

또한, 밸브 바디 및 스풀을 일체형으로 사출 성형하므로, 스풀 제조에 필요한 제조 비용을 절감하고, 제조 과정을 단순화시켜 제품의 제조 단가를 획기적으로 줄일 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법에 대해 도시한 것으로, 상기한 밸브 바디와 스풀 제조방법에 대해 설 명하기에 앞서 본 발명의 리버싱밸브에 대해 도 2 내지 도 4를 통해 간단하게 설명한다.

본 발명의 리버싱밸브는 냉매 유입구 1개와 배출구 3개의 관을 갖는 밸브 바디(10)와, 스풀(20)로 구성되는 것으로, 먼저 밸브 바디(10) 내부는 사각의 통형상으로 스풀안내관(11)을 형성하고, 상기 스풀안내관(11) 상면 중앙에는 스풀안내관(11) 내부로 냉매를 유입시키는 유입관(12)을 연통 성형하며, 상기 스풀안내관(11) 하면 중앙에는 유출관(15)을 연통 성형하고, 상기 유출관(15) 양측에 위치한 스풀안내관(11) 하면에는 상기 유입관(12)으로부터 배출되는 냉매를 선택적으로 유출할 수 있게 제1,2유동관(13)(14)을 각각 연통 성형한다.

여기서, 상기 밸브 바디(10)의 스풀안내관(11)은 그 두께(t)를 적어도 5㎜ 이상 두껍게 형성하여, 사방향 리버싱밸브의 작동 중 내부에 가해지는 압력에 의한 밸브 바디(10)의 손상을 방지할 수 있게 구성한다.

그리고, 상기 스풀안내관(11) 내부에는 스풀(20)을 좌, 우로 이동 가능하게 내장 구비하게 되는데, 상기 스풀(20)은 상기 스풀안내관(11) 내부에 내장 구비할 수 있게 사각의 기둥형상으로 일체 형성한다.

또한, 상기 스풀(20)의 이동에 따라 상기 유입관(12)으로부터 유입되는 냉매를 제1,2유동관(13)(14) 중 어느 하나에 선택적으로 유입시킬 수 있도록 스풀(20) 양측 일부에 제1,2연통홀(21)(22)을 각각 경사지게 관통 형성하고, 상기 유출관(15)과 복수의 제1,2유동관(13)(14) 중 어느 하나를 선택적으로 연통시킬 수 있도록 스풀(20) 하단 중앙에 전환홈(23)을 일체로 함몰 형성한다.

여기서, 본 발명에서는 상기한 밸브 바디(10)의 스풀안내관(11)과 스풀(20)을 사각의 형상으로 도시 및 설명하였으나, 상기 스풀안내관(11)과 스풀(20)이 상기한 형상에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 제조하는 방법에 대해 구체적으로 살펴본다.

먼저, 테프론 소재를 이용하여 상기한 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 사출기(도시 생략)로 사출 성형한다. 이때, 상기 밸브 바디(10)는 스풀안내관(11)과 유입관(12)과 유출관(15) 및 제1,2유동관(13)(14)을 각각 개별적으로 사출 성형하여 조립 구성할 수도 있으나, 일체로 사출 성형하는 것이 적절하고, 상기 스풀(20) 역시 일체로 사출 성형한다.

도 5는 상기와 같이 성형된 테프론 소재의 밸브 바디(10)와 스풀(20)에 구리 나노입자를 함침시키는 데 사용하는 초임계 함침 반응장치로써, 외부에서 이산화탄소를 공급할 수 있는 저온 수조(30), 고압 펌프(31) 및 2개의 실린더{실린더 1(34), 실린더 2(35)}를 갖추고 있다. 도면 중 미설명 부호 32는 체크밸브, 33은 압력계이다.

이 반응장치를 이용하여, 구리의 유기화합물들을 테프론 조직 내부에 함침시키고, 이를 열분해하여 나노 크기의 구리 입자를 테프론에 균일하게 분산시키는 방법으로 테프론 소재의 내마모성을 개선시키는 것이다.

구체적으로 설명하면, 초임계 이산화탄소에 용해되는 것으로 알려진 구리 유기화합물, 즉 코퍼 헥사플루오로아세틸아세토네이트[copper(II) hexafluoroacetylacetonate{Cu(C₅HF₆O₂)₂ㅇxH₂O}], 코퍼 아세토네이트(copper acetonate), 코퍼 펜탄-2,4-디온{copper(II) pentane-2,4-dione}, 코퍼 1,1,1-트리플루오로펜탄-2,4-디온{copper(II) 1,1,1-trifluoropentane-2,4-dione} 중 어느 하나를 실린더 1(34)에 넣고, 온도가 40~60℃가 되도록 가열한다.

적정 온도가 되면 고압 펌프(31)를 사용하여 이산화탄소를 흘려 보내 실린더 1(34)의 내부가 40~60℃, 200~250 기압(초임계 상태)이 되도록 온도와 압력을 조절한다. 초임계 상태가 되면 구리 유기화합물은 초임계 이산화탄소에 용해되어 초임계 용액으로 된다.

실린더 2(35)에는 개질할 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 넣고 40~60℃까지 가열한다. 적정 온도가 되면 초임계 용액을 흘려보내 실린더 2(35)의 압력이 200~250 기압이 되도록 한다. 이 상태에서 8~12 시간 동안 함침시킨 후 밸브를 열어 압력을 제거한 후 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 회수한다.

회수된 밸브 바디(10)와 스풀(20)은 200~300℃의 온도와 2000~3500psi 압력의 로(爐)에 넣고 상기 밸브 바디(10)와 스풀(20)에 함침된 구리 유기화합물을 1~3시간 동안 열분해 시킨다. 열분해 시킨 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 다시 초임계 상태의 실린더에 넣어, 열분해 시 생성된 유기물을 초임계 이산화탄소를 사용하여 용해 제거시킨다.

이와 같이, 초임계 이산화탄소를 이용하여 테프론 소재로 제조된 밸브 바디(10)와 스풀(20)에 구리 나노 입자들을 균일하게 분산시키므로, 상기한 밸브 바 디(10)와 스풀(20)의 내마모성을 증진시킬 수 있고, 이를 통해 50~60기압 환경에서도 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 사용할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 사방향 리버싱밸브의 개략 정단면도,

도 2는 본 발명에 의한 밸브 바디에 스풀이 결합된 사방향 리버싱밸브의 내부 구조를 도시한 정단면도,

도 3은 본 발명에 의한 밸브 바디의 형상을 도시한 정단면도,

도 4는 본 발명에 의한 스풀의 형상을 도시한 사시도,

도 5는 본 발명에 의한 구리 나노입자를 함침시키는 데 사용되는 초임계 함침 장치 개요도.

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

10 : 밸브 바디 11 : 스풀안내관

20 : 스풀 30 : 저온 수조

31 : 고압펌프 32 : 체크밸브

33 : 압력계 34 : 실린더 1

35 : 실린더 2

Claims (3)

1. 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀을 제조하는 방법에 있어서,

   테프론 소재를 이용하여 밸브 바디(10)와 스풀(20)을 사출 성형하는 제1단계와;

   구리 유기화합물의 초임계 이산화탄소 용액을 생성시키고 이 용액을 사용하여 구리 유기화합물을 사출성형된 밸브 바디(10)와 스풀(20)에 함침시키는 제2단계와;

   밸브 바디(10)와 스풀(20)에 함침된 구리 유기화합물을 열분해 하는 제3단계; 및

   열분해에서 생성된 유기물을 초임계 이산화탄소를 사용하여 제거하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구리 유기화합물은 코퍼 헥사플루오로아세틸아세토네이트[copper(II) hexafluoroacetylacetonate{Cu(C₅HF₆O₂)₂ㅇxH₂O}], 코퍼 아세토네이트(copper acetonate), 코퍼 펜탄-2,4-디온{copper(II) pentane-2,4-dione}, 코퍼 1,1,1-트리플루오로펜탄-2,4-디온{copper(II) 1,1,1-trifluoropentane-2,4-dione} 중 어느 하 나인 것을 특징으로 하는 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 열분해는 200~300℃, 압력 2000~3500psi 에서 1~3시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 냉난방용 사방향 리버싱밸브의 밸브 바디와 스풀 제조방법.

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