KR20170044200A - 전자기 작동식 팽창 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉각제용 전자기 작동식 팽창 밸브에 관한 것으로, 상기 밸브는 보어(2)를 갖는 밸브 본체(1)를 포함하며, 상기 보어 내에는 실질적으로 원통형인 밸브 슬라이드(3)가 공급 라인(4)을 배출 라인(5)과 연결하기 위해 축방향으로 변위될 수 있게 수용된다. 본 발명에 따라, 배출 라인(5)은 보어(2) 내에 삽입될 수 있는 중공 원통(6)으로 형성되며, 상기 중공 원통의 밸브 슬라이드(3) 쪽 단부에 별도의 밸브 폐쇄 부재(8)에 의해 폐쇄될 수 있는 밸브 시트(7)가 형성된다.

Description

전자기 작동식 팽창 밸브{ELECTROMAGNETICALLY ACTUATABLE EXPANSION VALVE}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징들을 갖는, 냉각제용 전자기 작동식 팽창 밸브에 관한 것이다. 상기 팽창 밸브는 바람직하게 공조 장치 회로에서 사용되며, 이 경우 특히 응축기의 하류 및 증발기의 상류에 배치된다. 이러한 팽창 밸브의 역할은, 공조 장치 회로에서 먼저 압축되었다가 냉각을 위해 다시 팽창되는 냉각제의 제어된 팽창을 수행하는 것이다. 공지된 공조 장치 회로는 예컨대 히드로클로로플루오로카본(HCFC)을 냉각제로 사용한다. 또한, 이산화탄소(CO₂)도 냉각제로 사용될 수 있다.

공개공보 DE 103 54 229 A1호로부터, 스로틀 바디가 축방향으로 변위 가능하게 수용되어 있는 밸브 챔버를 갖는 밸브 하우징을 포함하는 냉각제용 팽창 밸브가 공지되어 있다. 스로틀 바디의 축방향 변위를 통해, 유입구와 배출구 사이의 팽창 밸브를 통과하는 흐름이 스로틀링되거나 차단될 수 있다. 상기 축방향 변위는, 밸브 스프링의 스프링력에 대항하여 작동 매개변수 및 환경 매개변수에 따라 변위될 수 있는 액추에이터를 통해 구현된다. 스로틀 바디로서, 밸브 하우징 내에 있는 하나 이상의 유입 보어와 상호작용하는 하나 이상의 제어 보어를 둘레에 갖는 중공 원통형 밸브 슬라이드가 제안된다. 또한, 밸브 샤프트를 통해 밸브 슬라이드와 연결되고, 밸브 하우징 내 배출 개구를 둘러싸고 있는 밸브 시트 쪽을 향해 있는 밸브 디스크가 제공된다. 이 경우, 밸브 슬라이드의 제어 보어의 축방향 위치는, 밸브 디스크가 밸브 시트 상에 올려지기 전에 유입 보어가 미리 폐쇄되도록 결정된다.

DE 103 05 947 A1호의 팽창 밸브는 슬라이드 밸브와 포핏 밸브(poppet valve)의 조합체이며, 이 경우 밸브 슬라이드와 밸브 디스크의 작동을 위해 액추에이터만 필요하다. 슬라이드 밸브는 관류량의 정확한 제어를 가능케 하는 한편, 포핏 밸브는 그의 높은 밀봉성으로 인해, 예컨대 안전의 이유에서 바람직한 차단 기능을 갖는다. 차단 기능은 보통 슬라이드 밸브에 의해서만은 구현될 수 없는데, 그 이유는 밸브 하우징 내에서 밸브 슬라이드의 안내가 누출의 영향을 받기 때문이다.

공지되어 있는 팽창 밸브의 경우, 포핏 밸브에 종속된 밸브 디스크는 유입부와 배출부 사이의 냉각제 유동 경로 내에 배치된다. 다시 말해, 정상 작동 시 밸브 디스크의 주변에 냉각제가 흐른다.

전술한 선행 기술에 기초하여 본 발명의 과제는, 유체공학적으로 최적화된 전자기 작동식 팽창 밸브를 제시하는 것이다. 또한, 간단하게 경제적으로 제조 가능한 팽창 밸브를 제시해야 한다.

상기 과제의 해결을 위해, 청구항 제1항의 특징들을 갖는 전자기 작동식 팽창 밸브가 제안된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다.

제안된 전자기 작동식 팽창 밸브는 보어를 갖는 밸브 본체를 포함하며, 상기 보어 내에는 실질적으로 원통형인 밸브 슬라이드가 공급 라인을 배출 라인과 연결하기 위해 축방향으로 변위될 수 있게 수용된다. 본 발명에 따라, 배출 라인은 밸브 본체의 보어 내에 삽입되는 중공 원통으로 형성되며, 상기 중공 원통의 밸브 슬라이드 쪽 단부에 별도의 밸브 폐쇄 부재에 의해 폐쇄될 수 있는 밸브 시트가 형성된다. 밸브 본체 내에 삽입된, 소정의 축방향 연장부를 갖는 중공 원통을 통과하여 밸브 시트가 안쪽으로 변위된다. 밸브 시트와 상호작용하는 밸브 폐쇄 부재는, 포핏 밸브의 개방 시 냉각제 유동 경로의 외부에 놓이도록 배치될 수 있다. 즉, 팽창 밸브의 정상 작동 시 밸브 폐쇄 부재 주변에 냉각제가 흐르지 않게 됨으로써, 냉각제 배출이 방해받지 않는다.

바람직하게, 밸브 본체 내에 삽입된 중공 원통은, 이 중공 원통과 밸브 본체의 강제 결합식, 형상 결합식, 및/또는 재료 결합식 연결을 가능케 하며 반경방향 외측을 향해 연장되는 칼라 영역을 갖는다. 예를 들어, 중공 원통은 상기 칼라 영역을 통해 밸브 본체 내에 압입되거나 나사 결합될 수 있다. 그 대안으로 또는 보완적으로, 중공 원통이 칼라 영역 내에서 밸브 본체와 접착되거나 용접될 수 있다. 그에 따라, 중공 원통의 칼라 영역은 밸브 챔버의 역할을 하는 밸브 본체의 보어를 외부에 대해 밀폐시키는 작용도 한다. 밸브 본체의 보어는, 팽창 밸브의 간단한 조립을 가능케 하는 간단한 원통 보어로서 형성될 수 있다.

더 바람직하게는, 밸브 시트와 상호작용하는 밸브 폐쇄 부재가 밸브 슬라이드를 통해 축방향으로 변위될 수 있다. 그에 따라, 밸브 슬라이드의 축방향 변위를 위해 요구될 수 있는 추가 제어 수단이 전혀 불필요하다.

나아가, 밸브 폐쇄 부재는 밸브 슬라이드 내에 수용된다. 밸브 슬라이드는 실질적으로 슬리브 형태로 형성되기 때문에, 밸브 슬라이드에 의해 둘러싸인 중공 챔버가 밸브 폐쇄 부재의 수용에 활용될 수 있다. 그럼으로써, 컴팩트한 구성뿐만 아니라, 바람직하게는 포핏 밸브가 개방되면 밸브 폐쇄 부재가 냉각제의 유동 경로 외부에 놓이게 되는 구성도 달성된다. 이 경우, 바람직하게는 실질적으로 슬리브 형태인 밸브 슬라이드 내에서, 상기 밸브 슬라이드 상에 또는 그 내부에 형성된 제어 에지 또는 제어 개구의 건너편에 밸브 폐쇄 부재가 배치된다.

바람직하게는 밸브 폐쇄 부재가 구형으로 형성된다. 구형 밸브 폐쇄 부재는 자동 센터링되어 밸브 시트와 상호작용하고, 그럼으로써 포핏 밸브의 높은 밀봉성이 보장된다. 밸브 시트는 바람직하게 원추형을 가지며, 이 원추형은 밸브 본체 내에 삽입된 중공 원통의 내주연에 챔퍼(champer)가 제공됨으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 개선예에서, 구형 밸브 폐쇄 부재는 케이지에 의해 둘러싸이며, 상기 케이지는 스프링의 스프링력에 의해 밸브 슬라이드의 바닥면의 방향으로 예압된다. 상기 케이지는, 팽창 밸브가 제어 모드에 있는 동안 포핏 밸브가 개방 상태로 유지되도록 보장한다.

밸브 슬라이드의 바닥면의 방향으로 케이지를 예압하는 스프링의 스프링력은 바람직하게 팽창 밸브의 작동에 이용되는 전자석의 자기력에 반한다. 이는 특히, 팽창 밸브가 상시 개방형 밸브인 경우에 유리하다. 왜냐하면, 그러한 경우 스프링은 밸브를 개방 상태로 유지시키는 밸브 스프링의 기능도 동시에 담당할 수 있기 때문이다.

팽창 밸브의 작동을 위해 제안된 전자석은 바람직하게 행정 운동식 전기자 및 상기 전기자와 연결된 전기자 볼트와 상호작용한다. 전자석의 전류 공급을 통해, 전기자 및 그와 더불어 전기자 볼트의 행정 운동에 작용함으로써 냉각제 관류가 제어되게 할 수 있다. 그러면, 바람직하게 전기자의 행정 운동이 전기자 볼트를 통해 직접 밸브 슬라이드로 전용된다.

따라서 개선 조치로서, 전기자 볼트가 밸브 슬라이드와의 기계적 연결을 위해 밸브 본체의 중앙 개구를 통과하여 안내된다. 바람직하게는, 전기자 볼트가 실질적으로 슬리브 형태인 밸브 슬라이드의 바닥에 직접 인접한다.

바람직하게는, 실질적으로 슬리브 형태인 밸브 슬라이드가 하나 이상의 외면측 관통 개구를 가지며, 이 관통 개구는 공급 라인과 배출 라인의 연결을 위해, 밸브 본체 내에 형성된 레이디얼 보어 및/또는 환형 홈과 정렬될 수 있다. 그에 따라, 하나 이상의 외면측 관통 개구는 제어 개구의 역할을 하며, 상기 제어 개구의 개방 단면을 통해 냉각제 관류가 제어될 수 있다. 이 경우, 밸브 본체 내에 제공된, 공급 라인의 역할을 하는 레이디얼 보어 및/또는 환형 홈이 상기 제어 개구와 상호작용하는 제어 에지를 정의한다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 팽창 밸브는 상시 개방형 밸브이다. 즉, 전류가 공급되지 않는 상태에서는 스프링의 스프링력이 밸브를 개방 상태로 유지시킨다. 이 경우, 특히, (제공된다면) 케이지를 축방향으로 예압하는 스프링이 사용될 수 있다.

또한, 바람직하게는 공급 라인과 배출 라인의 연결이 밸브 슬라이드에 의해 동시에 차단되는 경우에만 밸브 폐쇄 부재에 의해 배출 라인이 폐쇄될 수 있다. 그럼으로써, 슬라이드 밸브의 기능이 전체 제어 영역에 걸쳐서 유지되는 점이 보장된다.

하기에서는 첨부 도면을 참고로 본 발명의 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 한 바람직한 실시예에 따른 본원 발명의 팽창 밸브의 개략적인 종단면도이다.

도면에 개략적으로 도시된 팽창 밸브는, 보어(2)를 가진 밸브 본체(1)를 포함하며, 상기 보어 내에는 밸브 슬라이드(3)가 축방향으로 변위 가능하게 수용되어 있다. 밸브 슬라이드(3)는 실질적으로 슬리브 형태로 형성되고 외면측 관통 개구들(17)을 가지며, 이들 관통 개구는 공급 라인(4)의 역할을 하는 레이디얼 보어들(18) 내로 통하는 환형 홈(19)과 정렬될 수 있다. 밸브 본체(1)의 환형 홈(19)과 관련한 밸브 슬라이드(3)의 관통 개구들(17)의 축방향 위치에 따라, 관류량을 결정하는 흐름 횡단면이 개방될 수 있고, 이 흐름 횡단면은 밸브 슬라이드(3)의 축방향 변위를 통해 변동될 수 있다.

추가로 차단 기능을 구현하기 위해, 팽창 밸브는 밸브 시트(7)와 상호작용하는 구형 밸브 폐쇄 부재(8)를 갖는다. 그럼으로써, 도시된 팽창 밸브는 슬라이드 포핏 밸브로서 형성된다. 다시 말해, 상기 팽창 밸브는 슬라이드 밸브와 포핏 밸브의 기능을 통합한 것이다. 밸브 시트(7)는, 밸브 본체(1) 내에 삽입되어 칼라 영역(9)을 통해 상기 밸브 본체와 강제 결합식으로 연결된 중공 원통(6)에 형성된다. 중공 원통(6)은 동시에 배출 라인(5)의 역할도 한다. 중공 원통이 밸브 본체(1) 내부로 축방향으로 연장됨으로 인해, 밸브 시트(7)가 보어(2)의 축방향 연장부와 관련하여 대략 중심에 놓이게 된다. 밸브 시트(7)는 주로, 공급 라인(4)의 역할을 하는 레이디얼 보어들(18)의 중심축의 높이에 위치한다. 구형 밸브 폐쇄 부재(8)는 케이지(10)에 의해 밸브 슬라이드(3)와 인접하여 보유된다. 이를 위해, 케이지(10)는 스프링(11)의 스프링력을 이용하여 밸브 슬라이드(3)의 바닥면(12)에 대해 축방향으로 예압된다. 스프링(11)은 동시에, 전류 미공급 상태에서 팽창 밸브를 개방 상태에 유지시키는 밸브 스프링의 역할을 한다.

밸브 폐쇄 부재(8)가 밸브 슬라이드(3) 내부에 배치됨으로써, 상기 밸브 폐쇄 부재는 냉각제의 유동 경로 외부에 놓이게 된다. 이러한 방식으로, 팽창 밸브의 관류가 최적화된다.

나아가, 슬라이드 밸브의 장점뿐만 아니라 포핏 밸브의 장점도, 특히 슬라이드 밸브는 정확한 관류량 제어를 가능케 하고, 포핏 밸브는 완전환 차단을 가능케 하는 점들도 고려된다.

그럼에도, 슬라이드 밸브로서의 구성은 하나의 작동 수단만을 필요로 한다. 그러한 작동 수단으로는 주로 전자석(13)이 이용된다. 이 전자석(13)은, 행정 운동식 전기자(14)를 국부적으로 둘러싸는 환형 코일(20)을 포함한다. 전기자(14)는, 전기자(14)의 행정을 밸브 슬라이드(3)로 전달하는 역할을 하는 전기자 볼트(15)와 연결된다. 이를 위해 전기자 볼트(15)가 밸브 본체(1)의 개구(16)를 통해 안내됨에 따라, 전기자 볼트의 단부측이 밸브 슬라이드(3)에 인접하게 된다. 전자석(13)의 코일(20)에 전류가 흐르면 자계가 발생하고, 이 자계의 자기력이 전기자(14)를 아래쪽으로 당긴다. 이때, 전기자(14)가 전기자 볼트(15)를 종동하고, 전기자 볼트는 다시 밸브 슬라이드(3)의 축방향 변위를 야기한다. 이때, 밸브 슬라이드(3)의 외면측 관통 개구들(17)과 밸브 본체(1)의 환형 홈(19)의 정렬 영역이 변동함으로써, 관류량이 감소하게 된다. 환형 홈(19)을 완전히 지나치게 되면, 공급 라인(4)와 배출 라인(5)의 연결이 밸브 슬라이드(3)에 의해 차단된다. 물론, 밸브 슬라이드(3)가 자신과 밸브 본체(1) 사이에 잔존하는 환형 갭을 완전히 밀폐하지 않기 때문에, 누출에 의해 계속 냉각제가 밸브 내로 침투할 수 있다. 이러한 위상에서 이제 포핏 밸브가 사용되며, 이때 밸브 슬라이드(3)의 행정이 진행됨에 따라 상기 밸브 슬라이드가 구형 밸브 폐쇄 부재(8)를 밸브 시트(7) 내로 가압한다. 포핏 밸브의 높은 밀봉성에 의해, 냉각제가 더는 배출 라인(5)을 넘어 외부로 흘러가지 않는 점이 보장된다.

Claims (10)

1. 보어(2)를 갖는 밸브 본체(1)를 포함하는, 냉각제용 전자기 작동식 팽창 밸브로서, 상기 보어 내에는 실질적으로 슬리브 형태인 밸브 슬라이드(3)가 공급 라인(4)을 배출 라인(5)과 연결하기 위해 축방향으로 변위될 수 있게 수용되는, 전자기 작동식 팽창 밸브에 있어서,
   배출 라인(5)은 보어(2) 내에 삽입되는 중공 원통(6)으로 형성되며, 상기 중공 원통의 밸브 슬라이드(3) 쪽 단부에 별도의 밸브 폐쇄 부재(8)에 의해 폐쇄될 수 있는 밸브 시트(7)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
2. 제1항에 있어서, 중공 원통(6)은, 이 중공 원통(6)과 밸브 본체(1)의 강제 결합식, 형상 결합식, 및/또는 재료 결합식 연결을 가능케 하며 반경방향 외측을 향해 연장되는 칼라 영역(9)을 갖는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브 폐쇄 부재(8)는 밸브 슬라이드(3)를 통해 축방향으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 폐쇄 부재(8)는 밸브 슬라이드(3) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 폐쇄 부재(8)는 구형으로 형성되고, 바람직하게 상기 구형 밸브 폐쇄 부재(8)는 케이지(10)에 의해 둘러싸이며, 상기 케이지는 스프링(11)의 스프링력에 의해 밸브 슬라이드(3)의 바닥면(12)의 방향으로 예압되는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
6. 제5항에 있어서, 스프링(11)의 스프링력은 팽창 밸브의 작동에 이용되는 전자석(13)의 자기력에 반하며, 바람직하게 상기 전자석(13)은 행정 운동식 전기자(14) 및 상기 전기자(14)와 연결된 전기자 볼트(15)와 상호작용하는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
7. 제6항에 있어서, 전기자 볼트(15)는 밸브 슬라이드(3)와의 기계적 연결을 위해 밸브 본체(1)의 중앙 개구(16)를 통과하여 안내되는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 슬리브 형태인 밸브 슬라이드(3)는 하나 이상의 외면측 관통 개구(17)를 가지며, 이 관통 개구는 공급 라인(4)과 배출 라인(5)의 연결을 위해, 밸브 본체(1) 내에 형성된 레이디얼 보어(18) 및/또는 환형 홈(19)과 정렬될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 밸브는 상시 개방형 밸브이고, 바람직하게는 스프링(11)의 스프링력이 상기 팽창 밸브를 개방 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 라인(4)과 배출 라인(5)의 연결이 밸브 슬라이드(3)에 의해 동시에 차단되는 경우에만, 밸브 폐쇄 부재(8)에 의해 배출 라인(5)이 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전자기 작동식 팽창 밸브.

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