KR20180108401A

KR20180108401A - 유량 조정 밸브

Info

Publication number: KR20180108401A
Application number: KR1020170158320A
Authority: KR
Inventors: 슈 야나기사와; 타카오 하라다; 토모아리 오오우치
Original assignee: 가부시기가이샤 후지고오키
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-10-04
Also published as: JP6505151B2; CN108626463B; JP2018159433A; CN108626463A

Abstract

[과제]
유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 효과적으로 저감할 수 있음과 함께, 간단한 구성으로 대개방도 영역에서의 압력 손실의 저감과 소개방도 영역에서의 제어성의 향상도 도모할 수 있는 유량 조정 밸브를 제공한다.
[해결 수단]
상측 연통로(33a)와, 연통 공간(34)과, 하측 연통로(33b)를 통하여 밸브실(14)과 대유량용 밸브구(16)를 연통하는 소유량 통로(35)가 형성되고, 주밸브체(29)의 리프트량에 응하여 소유량 통로(35)에서의 상측 연통로(33b)와 연통 공간(34)과의 사이에 마련된 소유량용 밸브구(29c)를 흐르는 유체의 유량이 변화되고, 소유량 제어 상태에서 부밸브체(31)에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 밸브개방 방향의 힘 이상이 되도록, 대유량용 밸브구(16)의 개구 면적(A2)과 부밸브체(31)의 승강 방향에서의 수압 면적(A1)이 설정된다. 또한, 대유량용 밸브구(16)의 개구 면적(A2)과 부밸브체(31)의 승강 방향에서의 수압 면적(A1)이 동일하게 설정된다. 또한, 대유량용 밸브구(16)의 개구 면적(A2), 주밸브체(29)의 배압실(21)의 승강 방향에서의 수압 면적(A3), 및 부밸브체(31)의 승강 방향에서의 수압 면적(A1)이 동일하게 설정됨과 함께, 대유량용 밸브구(16)와 배압실(21)을 연통하는 균압 통로(5)가 마련된다.

Description

유량 조정 밸브{FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은, 예를 들면 히트 펌프식 냉난방 시스템 등에서 냉매 유량을 조정하는데 알맞은 유량 조정 밸브에 관한 것이다.

이런 종류의 유량 조정 밸브의 한 예로서, 밸브실 및 밸브시트 부착 밸브구(弁口)(오리피스)가 마련된 밸브 본체와, 밸브시트로부터의 리프트량에 응하여 밸브구를 흐르는 유체의 유량을 변화시키는 밸브체를 구비하고, 밸브체가, 예를 들면 특허 문헌 1∼3 등에 소재(所載)한 바와 같은, 수나사가 마련된 밸브축, 암나사가 마련된 축받이부재, 및 스테핑 모터 등으로 구성되는 나사이송식 승강 구동 기구에 의해, 밸브시트에 접리 또는 근접 이간하도록 승강시켜지는 전동(電動) 밸브가 알려져 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 구성의 유량 조정 밸브를, 예를 들면 히트 펌프식 냉난방 시스템에 조립한 경우, 상기 밸브구가 소정 개방도(開度)까지 열려서, 밸브실에 유입한 냉매가, 밸브실로부터 밸브체와 밸브구와의 사이에 형성된 간극을 통하여 유출할 때, 연속적인 소음(騷音)(유체 통과음)이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

보다 상세하게는, 밸브구에 유입하는 유체(냉매)가 기체와 액체의 혼합 상태(기액 2상류), 즉, 밸브실을 통하여 밸브구를 향하는 유체 중에 기포가 섞여 있으면, 그 기포가 밸브구를 통과할 때, 그 유입측과 유출측에 급격한 압력 변동을 발생시키고, 그 압력 변동에 의해 큰 소음이 발생한다. 특히, 소개방도(小開度) 영역(밸브 개방도(밸브의 리프트량)가 작은 영역)에서는, 일반적으로, 상기 밸브구에서의 유체의 유로(밸브체와 밸브구 사이의 간극)가 매우 좁기 때문에, 유체 중의 기포의 영향이 커지고, 전술한 큰 소음(유체 통과 음)이 더욱 발생하기 쉬워진다.

이와 같은 문제에 대해, 특허 문헌 4에 소재된 종래 기술에서는, 밸브실 내에, 유체 중의 기포를 세분화하는 부재(소음 부재)를 개장(介裝)하는 것이 제안되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2012-172839호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2008-101765호 공보 특허 문헌 3 : 일본국 특개2004-289901호 공보 특허 문헌 4 : 일본국 특개2001-289538호 공보

그런데, 대개방도(大開度) 영역(밸브 개방도가 큰 영역)에서는, 상기 밸브구에서의 유체의 유로(밸브와 밸브구 사이의 간극)가 넓게 되기 때문에, 전술한 바와 같은 큰 소음(유체 통과 음)은 발생하기 어렵게 되는 한편, 밸브구를 통과하는 유량을 충분히 확보할 필요성이 높아진다.

특허 문헌 4에 소재된 종래 기술에서는, 유체 중의 기포가, 상기 소음 부재에 마련된 관통공 내지 망형상부(網狀部)를 통과할 때에 분해되어 세분화되고, 그 세분화된 상태에서, 밸브와 밸브구 사이의 간극에 유입하기 때문에, 밸브구를 통과할 때, 그 유입측과 유출측에 급격한 압력 변동은 발생하지 않아, 전술한 소음을 저감할 수 있다. 그러나, 상기 소음 부재는, 밸브실에서의 유입구측과 유출구측을 항상 구획하도록 밸브 본체에 고정되어 있기 때문에, 밸브구를 통과하는 유량을 확보할 필요가 있는 대개방도 영역에서, 밸브구를 향하는 유체의 흐름을 저해하고, 압력 손실(압손)이 커지고, 적정한 냉매 유량을 얻을 수가 어렵다는 문제가 있다.

또한, 이런 종류의 유량 조정 밸브에서는, 근래, 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성의 향상이 요구되고 있는데, 상기한 문제를 해소하면서 소개방도 영역에서의 제어성을 확보하려고 하면, 체격(體格)의 대형화, 구성의 복잡화, 고비용화 등을 초래할 우려가 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 효과적으로 저감할 수 있음과 함께, 간단한 구성으로 대개방도 영역에서의 압력 손실의 저감과 소개방도 영역에서의 제어성의 향상도 도모할 수 있는 유량 조정 밸브를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 유량 조정 밸브는, 기본적으로는, 밸브실 및 대유량용 밸브구가 마련된 밸브 본체와, 상기 밸브실 내에 승강 자유롭게 배치된 제1 밸브체와, 그 제1 밸브체를 승강시키기 위한 승강 구동부와, 리프트량에 응하여 상기 대유량용 밸브구를 흐르는 유체의 유량을 변화시키기 위해, 상기 제1 밸브체의 하단부 외주를 포위하도록 그 제1 밸브체에 활주 자유롭게 외삽(外揷)되고, 그 제1 밸브체의 승강 동작에 연동하여 구동되는 제2 밸브체를 구비하고, 상기 제1 밸브체에 마련된 상측 연통로와, 상기 제2 밸브체에 의해 상기 제1 밸브체의 하단부 주위에 구획된 연통(連通) 공간과, 상기 제2 밸브체에 마련된 하측 연통로를 통하여 상기 밸브실과 상기 대유량용 밸브구를 연통하는 소유량 통로가 형성되고, 상기 제1 밸브체는, 리프트량에 응하여 상기 소유량 통로에서의 상기 상측 연통로와 상기 연통 공간과의 사이에 마련된 소유량 밸브구를 흐르는 유체의 유량을 변화시키도록 되어 있고, 상기 승강 구동부에 의한 상기 제1 밸브체의 리프트량이 소정량 이하일 때는, 상기 제2 밸브체에 의해 상기 대유량용 밸브구가 닫혀지고, 상기 제1 밸브체의 상기 소유량 밸브구에 대한 리프트량에 응하여 유량이 제어되는 소유량 제어 상태를 취하고, 상기 승강 구동부에 의한 상기 제1 밸브체의 리프트량이 상기 소정량을 초과하면, 상기 제1 밸브체의 상승에 수반하여 상기 제2 밸브체가 상승되어 상기 제2 밸브체가 상기 대유량용 밸브구를 여는 대유량 제어 상태를 취하도록 구성되고, 상기 소유량 제어 상태에서 상기 제2 밸브체에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 밸브개방 방향의 힘 이상이 되도록, 상기 대유량용 밸브구의 개구 면적과 상기 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압(受壓) 면적이 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

바람직한 양태에서는, 상기 대유량용 밸브구의 개구 면적과 상기 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 동일하게 설정된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 대유량용 밸브구의 개구 면적, 상기 제1 밸브체의 배면측(背面側)에 구획된 배압실의 승강 방향에서의 수압 면적, 및 상기 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 동일하게 설정됨과 함께, 상기 대유량용 밸브구와 상기 배압실을 연통하는 균압(均壓) 통로가 마련된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 균압 통로는, 상기 밸브 본체에서의 상기 밸브실의 외측의 일부 또는 전둘레를 포함하여 구성된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 균압 통로는, 상기 밸브실을 구획하는 기체(基體) 부재와, 그 기체 부재의 외측에 배치(配在)된 외통과의 사이에 형성된 간극을 포함하여 구성된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 소유량 통로에서의 상기 소유량 밸브구보다 상기 밸브실측 및 상기 대유량용 밸브구측의 적어도 일방에, 상기 소유량 통로를 흐르는 유체 중의 기포를 세분화하는 소음 부재가 배치된다.

상기 소음 부재는, 바람직하게는, 상기 소유량 통로에서의 상기 상측 연통로 및 상기 하측 연통로에 배치된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 제2 밸브체는, 그 제2 밸브체와 상기 제1 밸브체와의 사이에 개장된 가세(付勢) 부재에 의해 상기 대유량용 밸브구의 밸브폐쇄 방향으로 가세됨과 함께, 상기 제1 밸브체의 리프트량이 상기 소정량을 초과하면, 상기 제1 밸브체에 마련된 플랜지형상 계지부에 의해 상기 가세 부재의 가세력에 대항하여 끌어올려지도록 된다.

다른 바람직한 양태에서는, 상기 제2 밸브체는, 상기 제1 밸브체의 하단부에 활주 자유롭게 외삽된 통형상(筒狀)의 연동 부재와, 그 연동 부재의 하단 개구에 연결되고, 상기 대유량용 밸브구를 개폐하는 밸브체 부재로 구성된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 제1 밸브체의 하단부와 상기 연동 부재와의 사이에, 상기 연통 공간과 상기 밸브실과의 사이를 밀봉(封止)하는 실 부재가 개장된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 제1 밸브체의 상기 상측 연통로에서의 세로구멍, 및/또는, 상기 제2 밸브체의 상기 밸브체 부재에 마련된 상기 하측 연통로에서의 세로구멍에 상기 소유량 통로를 흐르는 유체 중의 기포를 세분화하는 소음 부재가 내장된다.

더욱 바람직한 양태에서는, 상기 제1 밸브체의 상기 상측 연통로에서의 세로구멍에 상기 소유량 밸브구가 마련된다.

본 발명에 관한 유량 조정 밸브에서는, 제1 밸브체에 마련된 상측 연통로와, 제2 밸브체에 의해 제1 밸브체의 하단부 주위에 구획된 연통 공간과, 제2 밸브체에 마련된 하측 연통로를 통하여 밸브실과 대유량용 밸브구를 연통하는 소유량 통로가 형성되고, 유체 중의 기포가, 당해 소유량 통로를 통과할 때에 세분화되기 때문에, 유체(냉매) 통과시, 특히, 소개방도(소유량 제어) 영역에서의 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 효과적으로 저감할 수 있음과 함께, 대개방도(대유량 제어) 영역에서의 압력 손실이 억제되어, 적정한 냉매 유량을 얻을 수 있다.

또한, 예를 들면 대유량용 밸브구의 개구 면적과 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 동일하게 설정되고, 밸브폐쇄 상태 내지 소유량 제어 상태에서 제2 밸브체의 이동 방향(승강 방향)에 작용하는 힘이 밸런스(차압(差壓)이 캔슬)되기 때문에, 유량 제어시, 특히, 대유량용 밸브구로부터 밸브실을 향하는 방향으로 유체가 흐를 때의 유량 제어시의 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성을 향상시킬 수 있다.

또한, 대유량용 밸브구의 개구 면적, 제1 밸브체의 배압실의 승강 방향에서의 수압 면적, 및 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 동일하게 설정됨과 함께, 대유량용 밸브구와 배압실을 연통하는 균압 통로가 마련되고, 밸브폐쇄 상태 내지 소유량 제어 상태에서 제2 밸브체의 이동 방향(승강 방향)에 작용하는 힘이 밸런스(차압이 캔슬)된 것에 더하여, 소유량 제어 상태에서 제1 밸브체의 이동 방향으로 작용하는 힘이나 대유량 제어 상태에서 제1 밸브체 및 제2 밸브체의 이동 방향으로 작용하는 힘을 밸런스(차압을 캔슬)시키기 때문에, 상기한 바와 같이 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성을 향상할 수 있는 것에 더하여, 유량 제어시에 밸브체(소유량 제어 상태에서의 제1 밸브체, 대유량 제어 상태에서의 제1 밸브체 및 제2 밸브체)에 작용하는 하중을 가급적에 작게 하여, 밸브체의 구동 토오크를 저감할 수 있고, 그로써, 더한층의 소형화, 전력 절약화 등을 도모할 수 있다.

또한, 상기 소유량 통로에서의 상측 연통로와 연통 공간과의 사이에 마련된 소유량 밸브구보다 밸브실측 및 대유량용 밸브구측에, 당해 소유량 통로를 흐르는 유체 중의 기포를 세분화하는 소음 부재가 배치되어 있기 때문에, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 확실하게 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 유량 조정 밸브의 한 실시 형태를 도시하는 전체 단면도.
도 2는 도 1의 U-U시시(矢視) 단면도.
도 3A는 도 1에 도시되는 유량 조정 밸브에서의 주요부의 전폐(全閉) 상태를 도시하는 주요부 단면도.
도 3B는 도 1에 도시되는 유량 조정 밸브에서의 주요부의 리프트량이 작은 상태(소유량 제어 상태)를 도시하는 주요부 단면도.
도 3C는 도 1에 도시되는 유량 조정 밸브에서의 주요부의 전개(全開) 상태(대유량 제어 상태)를 도시하는 주요부 단면도.
도 4는 도 1에 도시되는 유량 조정 밸브의 변형 형태(그 1)를 도시하는 전체 단면도.
도 5는 도 4의 V-V시시 단면도.
도 6은 도 1에 도시되는 유량 조정 밸브의 변형 형태(그 2)를 도시하는 전체 단면도.
도 7은 도 1에 도시되는 유량 조정 밸브의 변형 형태(그 3)를 도시하는 전체 단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명에 관한 유량 조정 밸브의 한 실시 형태를 도시하는 전체 단면도, 도 2는, 도 1의 U-U시시(矢視) 단면도이다.

또한, 본 명세서에서, 상하, 좌우, 전후 등의 위치, 방향을 나타내는 기술(記述)은, 설명이 번잡하게 되는 것을 피하기 위해 도면에 따라 편의상 붙여진 것이고, 실제의 사용 상태에서의 위치, 방향을 가리킨다고는 한하지 않는다.

또한, 각 도면에서, 부재 사이에 형성된 간극이나 부재 사이의 격리 거리 등은, 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 또한, 제도상의 편리를 도모하기 위해, 각 구성 부재의 치수와 비하여 크게 또는 작게 그려져 있는 경우가 있다.

<유량 조정 밸브(1)의 구성>

도시한 실시 형태의 유량 조정 밸브(1)는, 예를 들면 히트 펌프식 냉난방 시스템 등에서 냉매 유량을 조정하기 위해 사용되는 전동 밸브이고, 전술한 종래의 유량 조정 밸브와 마찬가지로, 유체(냉매)가 도입 도출되는 밸브실(14) 및 그 밸브실(14)에 개구하는 밸브시트(15) 부착의 밸브구(대유량용 밸브구)(16)를 갖는 밸브 본체(10)와, 단(段)이 붙은 통형상 기대(基臺)(13)를 통하여 밸브 본체(10)에 고착된 바닥이 있는(有底) 원통형상의 캔(30)과, 캔(30)에 외감된 스테이터(40) 및 캔(30)의 내주에 회전 자유롭게 배치되는 로터(50)로 이루어지는 스테핑 모터(승강 구동부)(63)와, 로터(50)의 회전수를 감속하는 불사의(不思議) 유성치차 감속 기구(60)와, 상기 밸브시트(15)에 접리하여 유체의 통과량을 제어하는(환언하면, 밸브시트(15)로부터의 리프트량에 응하여 밸브구(16)를 흐르는 유체의 유량을 변화시키는) 부밸브체(제2 밸브체)(31)가 마련된 2단(段)밸브체(32)와, 불사의 유성치차 감속 기구(60)의 출력 기어(57)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 상기 2단밸브체(32)를 구동하는(승강시키는) 나사이송 기구(27)로 구성된다.

밸브 본체(10)는, 바닥이 있는 원통형상의 기체 부재(9)와, 기체 부재(9)의 외측에 배치된, 예를 들면 판금제의 외통(8)을 가지며, 기체 부재(9)의 내부에 원통형상 빈곳(空所)으로 이루어지는 밸브실(14)이 구획되어 있다. 기체 부재(9)에서의 밸브실(14)의 일측부(一側部)에는, 관(管) 조인트(11a)가 (솔더링 등에 의해) 접속됨과 함께, 밸브실(14)에 개구하는 입출구(17)를 갖는 횡방향의 측부 개구(11)가 마련되고, 그 저부에, 관 조인트(12a)가 (솔더링 등에 의해) 접속됨과 함께, 밸브실(14)에 개구하는 원통면으로 이루어지는 밸브구(오리피스(16))를 갖는 세로 방향의 하부 개구(12)가 마련되어 있다. 또한, 밸브실(14)의 상부(환언하면, 기체 부재(9)의 원통부(9a)의 상부 개구)에는, 후술하는 지지 부재(19)의 통형상 지지 부재(19a)의 하부가 삽입되고, 코킹에 의해 밸브 본체(10)(의 통형상 기대(13))에 고정되어 있다(코킹부(13a)).

외통(8)은, 기체 부재(9)의 원통부(9a)보다 약간 대경으로 형성되어 있다. 상기 기체 부재(9)의 저부(9b)의 하반부는 약간 대경으로 되어 있고, 그 대경부분의 외주에 마련된 플랜지형상부(9c)에, 외통(8)의 하단부가 맞대기 용접 등에 의해 접합됨으로써, 당해 외통(8)은, 기체 부재(9)의 외주에 약간의 틈을 내고서 고정 배치되어 있다.

또한, 본 예에서는, 기체 부재(9)의 측부(도시례에서는, 측부 개구(11)와는 반대측의 측부로서, 원통부(9a) 및 저부(9b)의 상반부에 상당하는 부분)에 D컷트면(9d)이 형성됨과 함께, 그 저부(9b)의 상반부에, D컷트면(9d)과 밸브구(16)를 연결한 가로 구멍으로 이루어지는 하통로(7b)가 형성되어 있다.

외통(8)의 상단부(상방 개구부)에는, 단이 붙은 통형상 기대(13)(의 외주 단차부)가 용접 등에 의해 접합되고, 그 통형상 기대(13)의 상단부에, 덮개가있는(有蓋) 원통형상의 캔(30)의 하단부가 맞대기 용접 등에 의해 밀봉 접합되어 있다.

밸브 본체(10) 및 캔(30)에 의해 구획된 내부 공간에는, 당해 내부 공간에 승강 가능하게 배치된 2단밸브체(32)(의 주밸브체(제1 밸브체(29))) 등을 지지하는 지지 부재(19)가, 밸브 본체(10)에 고정되어 배치되어 있다. 이 지지 부재(19)는, 격벽(19c) 붙음 통형상 지지 부재(19a) 및 암나사부(19i) 붙음 축받이부재(19h)를 가지며, 통형상 기대(13)의 내측에, 상기 통형상 지지 부재(19a)(의 중앙부)가 압입·코킹 등에 의해 고정되고, 기체 부재(9)(의 원통부(9a))의 상부 개구에, 상기 통형상 지지 부재(19a)의 하부(보다 상세하게는, 외경이 약간 작게 된 하단 축경부)가 (사이에 실 부재로서의 O링(19b)를 개장한 상태로) 삽입되어 있다. 통형상 지지 부재(19a)의 상부에는, 내주면 하방에 암나사부(19i)가 나설(螺設)된 단이 붙은 통형상의 축받이부재(19h)가 코킹 등에 의해 고정되어 있다. 통형상 지지 부재(19a)의 격벽(19c)과 축받이부재(19h)와의 사이에 스프링실(19d)이 구획되고, 그 스프링실(19d)에 2단밸브체(32)(의 주밸브체(29))를 항상 밸브개방 방향(상방향)으로 가세하는 압축 코일 스프링으로 이루어지는 밸브개방 스프링(26)이 수납(수축장착(縮裝))되어 있다.

캔(30)의 외주에 장착된 스테이터(40)는, 요크(41), 보빈(42), 코일(43), 수지 몰드 커버(44) 등으로 이루어지는고, 캔(30)의 내부에 (상하동하지 않고서) 회전 자유롭게 지지되는 로터(50)는, 자성(磁性) 재료로 제작된 원통형상의 로터 부재(51)와 수지 재료로 제작된 태양 기어 부재(52)가 일체로 연결되어 구성되어 있다. 태양 기어 부재(52)의 중심부에는 샤프트(62)가 삽입되고, 그 샤프트(62)의 상부는, 캔(30)의 정상부(頂部) 내측에 배치된 지지 부재(61)에 의해 지지되어 있다.

태양 기어 부재(52)의 태양 기어(53)는, 출력 기어(57)의 저면상에 재치된 캐리어(54)에 마련된 샤프트(56)에 회전 자유롭게 지지되는 복수의 유성 기어(55)에 맞물린다. 유성 기어(55)의 상반분은, 상기 통형상 지지 부재(19a)의 상부에 고정된 원통부재(18)의 상단에 코킹에 의해 부착된 환형상(環狀)의 링 기어(내치 고정 기어)(58)에 맞물리고, 유성 기어(55)의 하반분은, 환형상의 출력 기어(57)의 내치 기어(57a)에 맞물려 있다. 링 기어(58)의 치수(齒數)와 출력 기어(57)의 내치 기어(57a)의 치수는 약간의 다른 치수가 되고, 이에 의해, 태양 기어(53)의 회전수가 큰 감속비로 감속되어 출력 기어(57)에 전달된다(이와 같은 기어 구성을, 이른바 불사의 유성치차 감속 기구(60)라고 한다).

출력 기어(57)는, 상기 통형상의 축받이부재(19h)의 상면에 활주 접촉하고 있고, 그 출력 기어(57)의 저부 중앙에는 단이 붙은 원통형상의 출력축(59)의 상부가 압입되고, 출력축(59)의 하부가 축받이부재(19h)의 중심부 상반부에 형성된 삽입구멍(19g)에 회전 자유롭게 삽입되어 있다. 또한, 출력축(59)의 상부에는, 샤프트(62)의 하부가 감입(嵌入)되어 있다.

상기 축받이부재(19h)(의 내주)에 마련된 암나사부(19i)에는, 나사 구동부재(드라이버라고도 한다)(22)(의 외주)에 마련된 수나사부(22i)가 나합(螺合)되어 있고, 그 나사 구동부재(22)는, 출력 기어(57)(즉, 로터(50))의 회전 운동을 수나사부(22i)와 암나사부(19i)로 이루어지는 나사이송 기구(27)에 의해 축선(O) 방향(승강 방향)의 직선 운동으로 변환한다. 여기서, 출력 기어(57)는 축선(O) 방향의 일정 위치에서 상하동하지 않고 회전 운동하고 있고, 출력 기어(57)에 연결된 출력축(59)의 하부에 마련한 슬릿형상의 감합 홈(59a)에 나사 구동부재(22)의 상단부에 마련한 평(平)드라이버 형상의 판형상부(板狀部)(22a)를 삽입하여 출력 기어(57)의 회전 운동을 나사 구동부재(22)측에 전달한다. 나사 구동부재(22)에 마련한 판형상부(22a)가 출력축(59)의 감합 홈(59a) 내에서 축선(O) 방향으로 활주함에 의해, 출력 기어(57)(로터(50))가 회전하면 그 출력 기어(57)는 그 회전축 방향으로 이동하지 않음에도 관계없이, 나사 구동부재(22)는 상기 나사 이송 기구(27)로 축선(O) 방향으로 직선 운동한다. 나사 구동부재(22)의 직선 운동은, 볼(23)과 추력(推力) 전달축(28)의 상부 중앙에 마련된 단이 붙은 감합구멍에 감입된 볼 받이좌석(受座)(24)으로 이루어지는 볼형상 조인트(25)를 통하여 단이 붙은 축형상의 추력 전달축(28)에 전달된다.

추력 전달축(28)은, 상방부터, 중앙에 상기 단이 붙은 감합구멍이 형성된 대경 상부(28a), 상기 통형상 지지 부재(19a)의 격벽(19c)에 형성된 삽통 구멍에 활주 자유롭게 내삽되는 중간 몸통부(28b), 그 중간 몸통부(28b)보다 소경의 소경 하부(28c)로 구성되고, 소경 하부(28c)에, 통형상체로 이루어지는 주밸브체(29)의 상부(의 중심구멍(29v)으로 이루어지는 감합구멍(29d))이 압입 등에 의해 외감 고정되어 있고, 주밸브체(29)와 추력 전달축(28)은 일체가 되어 승강된다. 추력 전달축(28)(의 소경 하부(28c))에 연결된 주밸브체(29)는, 밸브 본체(10)의 내부에 고정된 통형상 지지 부재(19a)의 하부에 활주 자유롭게 내삽되어 있고, 당해 통형상 지지 부재(19a)에 의해 안내되어 축선(O) 방향으로 이동한다. 즉, 통형상 지지 부재(19a)의 하부 내주(격벽(19c)보다 하측의 내주 부분)는, 주밸브체(29)를 축선(O) 방향(승강 방향)으로 가이드하는 밸브 가이드 구멍(19f)으로 되어 있다.

또한, 주밸브체(29)의 상단면과 추력 전달축(28)의 중간 몸통부(28b)의 하단 단차부와의 사이에는, 소경 하부(28c)의 압입시에 있어서 누름부재(29f)가 끼워 넣어져서 고정되고, 이 누름부재(29f)와 주밸브체(29)의 상단부에 형성된 환형상 홈과 밸브 가이드 구멍(19f)과의 사이에, 실 부재로서의 O링(29h)이 장착됨과 함께, 그 O링(29h)의 외측에, 밸브 가이드 구멍(19f)에 대한 주밸브체(29)의 활주 저항을 저감하기 위해, 테플론(등록상표) 등으로 이루어지는 링평상의 패킹(캡 실이라고도 한다)(29i)이 장착되어 있다.

또한, 통형상 지지 부재(19a)의 격벽(19c)보다도 상측의 스프링실(19d)에 배치된 밸브개방 스프링(26)은, 그 하단을 격벽(19c)에 당접시킨 상태에서 배치됨과 함께, 이 밸브개방 스프링(26)의 가세력(인상력)을 추력 전달축(28)을 통하여 주밸브체(29)에 전달하기 위해, 상하에 플랜지형상의 훅(hook)부(20a, 20b)를 갖는 인상 스프링 받이체(20)가 배치되어 있다. 인상 스프링 받이체(20)의 상측의 훅부(20a)는 밸브개방 스프링(26)의 상부에 재치되고, 하측의 훅부(20b)는 추력 전달축(28)의 대경 상부(28a)의 하단 단차부에 괘지(掛止)된다.

또한, 통형상 지지 부재(19a)에는, 상기 스프링실(19d)과 캔(30)의 내부를 연통하는 연통 구멍(19e)이 형성됨과 함께, 통형상 지지 부재(19a)에서의 기체 부재(9)(의 상단부)의 상측이면서 코킹부(13a)의 하측의 부분에, 상기 밸브체 가이드 구멍(19f)(상세하게는, 밸브 가이드 구멍(19f)에서의 주밸브체(29)보다 상측의 공간인 배압실(21), 환언하면, 주밸브체(29)와 통형상 지지 부재(19a)의 격벽(19c)과의 사이에 구획된 공간)과 통형상 지지 부재(19a)의 외측을 연통하는 가로 구멍으로 이루어지는 상통로(上通路)(7a)가 형성되어 있다.

전술한 밸브 본체(10)의 기체 부재(9)의 저부(9b)에 마련된 하통로(7b)와, 기체 부재(9)(의 D컷트면(9d)) 및 통형상 지지 부재(19a)(의 외주면)와 외통(8)(의 내벽면)의 사이에 형성된 간극으로 이루어지는 세로통로(6)과, 통형상 지지 부재(19a)에 마련된 상통로(7a)에 의해, 밸브구(16)와 주밸브체(29)의 상측(밸브실(14)에 대해 배면측)에 구획되는 배압실(21)을 항상 연통하는 균압 통로(5)가 구성되게 된다(후에 상세히 기술).

전술한 바와 같이, 기체 부재(9)(의 원통부(9a))의 상부 개구에 통형상 지지 부재(19a)의 하부(하단 축경부)가 내감되고, 그 통형상 지지 부재(19a)의 하부 개구(밸브 가이드 구멍(19f))에 주밸브체(29)가 내삽됨으로써, 기체 부재(9)의 내부에서의 통형상 지지 부재(19a)의 하방에 상기 밸브실(14)이 구획된다. 추력 전달축(28)에 연결된 주밸브체(29)의 하부는, 상기 통형상 지지 부재(19a)의 밸브 가이드 구멍(19f)으로부터 상기 밸브실(14)로 향하여 돌출하여 당해 밸브실(14) 내에 승강 자유롭게 배치됨과 함께, 주밸브체(29)의 하단부 외주를 포위하도록 그 주밸브체(29)에 개략 오목형상의 부밸브체(제2 밸브체)(31)가 활주 자유롭게 외삽되어 있다.

상세하게는, 도 1과 함께 도 3A∼3C를 참조하면 잘 알 수 있는 바와 같이, 상기한 통형상체로 이루어지는 주밸브체(29)의 중심구멍(세로구멍)(29v)의 상반부는, 상기 추력 전달축(28)의 소경 하부(28c)가 감합 고정되는 감합구멍(29d)이 됨과 함께, 그 중심구멍(29v)의 중복부(中腹部)(환언하면, 감합구멍(29d)의 바로 아래)로부터 횡방향으로 복수개의 비교적 소경의 가로구멍(29u)이 형성되어 있다. 또한, 중심구멍(29v)의 하단부 내주는 약간 축경되어 있고, 그 하단 축경부(29a)의 내주면(원통면)은, 후술하는 부밸브체(31)(의 상단부에 형성되는 상부 밸브체부(37f))가 접리하여 개폐된 밸브시트(29b) 부착의 밸브구(소유량용 밸브구)(29c)로 되어 있다. 전술한 바와 같이, 주밸브체(29)의 중심구멍(29v)의 상반부(상부 개구)는, 추력 전달축(28)의 소경 하부(28c)에 의해 폐색되어 있고, 상기 중심구멍(29v)의 하반부(추력 전달축(28)의 소경 하부(28c)가 감합 고정된 감합구멍(29d)보다 하측의 부분)과 상기 가로구멍(29u)으로, 주밸브체(29)와 부밸브체(31)와의 사이에 구획된 공간(환언하면, 부밸브체(31)에 의해 주밸브체(29)의 하단부 주위에 구획된 공간)으로 이루어지는 연통 공간(34)과 밸브실(14)에 연통하는 연통로(상측 연통로)(33a)가 형성된다.

또한, 주밸브체(29)의 하단 외주는, 하측을 향하여 약간 연설(延設)됨과 함께, 그 주밸브체(29)의 하단 외주(의 연설부)에는, 후술하는 부밸브체(31)의 연동 부재(36)(의 내주에 형성된 내(內)플랜지형상 계지부(36g))에 계합하는 플랜지형상 계지부(29g)가 (외측을 향하여) 돌설되어 있다.

한편, 주밸브체(29)의 하단부 외주에 배치되는 부밸브체(31)는, 주밸브체(29)의 하단부에 활주 자유롭게 외삽된 원통형상의 연동 부재(36)와, 연동 부재(36)의 하단 개구에 연결된 단이 붙은 밸브체 부재(37)로 구성되고, 부밸브체(31)(의 연동 부재(36)와 밸브체 부재(37))에 의해 주밸브체(29)의 하단부 주위에 구획된 공간이, 연통 공간(34)으로 되어 있다.

연동 부재(36)의 내주에는 단차가 형성되어 있고, 그 내주 단차부(의 하향의 면)가, 주밸브체(29)의 하단부에 마련된 플랜지형상 계지부(29g)와 계합하는 내플랜지형상 계지부(36g)로 되어 있다. 주밸브체(29)의 하단부와 부밸브체(31)의 연동 부재(36)(의 내플랜지형상 계지부(36g)보다 상측 부분)와의 사이(구체적으로는, 그 연동 부재(36)의 내주에 형성된 환형상 홈)에는, 연통 공간(34)과 밸브실(14)과의 사이(주밸브체(29)와 부밸브체(31)의 연동 부재(36)와의 활주면 간극)를 기밀적으로 밀봉하는 실 부재로서의 O링(38)이 장착되어 있다. 연동 부재(36)의 하단부는, 밸브체 부재(37)(의 하부 대경부(37a))의 외주부에 마련된 플랜지형상부(37c)에 용접, 압입, 코킹 등에 의해 고착되어 있다.

연동 부재(36)에 연결된 밸브체 부재(37)는, 기본적으로, 밸브구(대유량용 밸브구16)보다 대경의 하부 대경부(37a)와, 상기 주밸브체(29)의 하단 외주의 연설부보다 약간 소경이면서 중심구멍(29v)보다 약간 대경의 상부 소경부(37b)로 구성되어 있다.

밸브체 부재(37)(의 하부 대경부(37a))의 하단면은, 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)에 (상측부터) 접리하여 밸브구(16)를 개폐하는 역원추대면(逆圓錐臺面)으로 이루어지는 하부 밸브체부(대유량용 밸브체부)(37d)로 되어 있다. 또한, 당해 밸브체 부재(37)에는, 하부 대경부(37a)의 하단면 중앙으로부터 상부 소경부(37b)의 상단면 부근까지 세로 방향(축선(O) 방향)으로 비교적 대경의 단이 붙은 중심구멍(세로구멍)(37v)이 형성됨과 함께, 그 중심구멍(37v)의 상부(상부 소경부(37b)의 중복부)로부터 횡방향으로 복수개의 비교적 소경의 가로구멍(37u)이 형성되어 있다. 상기 중심구멍(37v)과 상기 가로구멍(37u)으로, 밸브구(16)와 연통 공간(34)을 항상 연통하는 연통로(하측 연통로)(33b)가 형성된다.

또한, 밸브체 부재(37)(의 상부 소경부(37b))의 상단면에는, 개략 원추대형상의 돌면(突面)이 형성되어 있고, 그 돌면(특히, 그 돌면의 측면 부분)이, 주밸브체(29)의 하단부(하단 축경부(29a))에 형성된 밸브시트(29b)에 (하측부터) 접리하여 밸브구(소유량용 밸브구)(29c)를 개폐하는 상부 밸브체부(소유량용 밸브체부)(37f)로 되어 있다.

즉, 본 예에서는, 전술한 부밸브체(31)(의 변재 부재(37))에 마련된 연통로(하측 연통로)(33b)와, 주밸브체(29)와 부밸브체(31)와의 사이에 형성된 연통 공간(34)과, 주밸브체(29)에 마련된 연통로(상측 연통로)(33a)에 의해, 밸브구(16)와 밸브실(14)를 연통하는 소유량 통로(35)가 형성됨과 함께, 연통 공간(34)과 연통로(상측 연통로)(33a)와의 사이에, 밸브 본체(10)의 밸브구(대유량용 밸브구16)보다 소경의 원통면으로 이루어지고, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37)의 상부 소경부(37b))의 상단면에 형성된 상부 밸브체부(37f)에 의해 개폐되는 밸브시트(29d) 부착의 밸브구(소유량용 밸브구)(29c)가 형성된다. 그리고, 밸브시트(29d)로부터의 부밸브체(31)의 상부 밸브체부(37f)의 리프트량(즉, 상하 방향의 이격량)에 응하여 소유량 통로(35)에서의 밸브구(29c)를 흐르는 유체의 유량(통과량)이 변화되도록 되어 있다(후에 상세히 기술).

여기서, 주밸브체(29)에 마련된 플랜지형상 계지부(29g)와 부밸브체(31)(의 연동 부재(36))에 마련된 내플랜지형상 계지부(36g)는, 부밸브체(31)의 상부 밸브체부(37f)에 의해 밸브구(29c)가 닫혀진 때(환언하면, 밸브체(31)의 상부 밸브체부(37f)가 밸브시트(29b)에 착좌한 때)에, 축선(O) 방향(상하 방향)으로 소정 치수의 간극(La)을 갖도록 설정되어 있다(후에 상세히 기술).

또한, 2단밸브체(32)를 구성하는 주밸브체(29)와 부밸브체(31)와의 사이, 보다 구체적으로는, 주밸브체(29)의 저면에서의 중심구멍(29v) 주위(환언하면, 하단 축경부(29a) 주위)에 형성된 원환형상 오목면으로 이루어지는 상측 스프링 받이(29e)와 밸브체 부재(37)의 하부 대경부(37a)의 상면에서의 상부 소경부(37b) 주위에 형성된 원환형상 패임면으로 이루어지는 하측 스프링 받이(37e)와의 사이에는, 부밸브체(31)를 항상 밸브폐쇄 방향(하방)으로 가세하는 압축 코일 스프링으로 이루어지는 밸브폐쇄 스프링(가세 부재)(39)이 수축장착되어 있다.

상기 구성에 더하여, 본 실시 형태에서는, 유체 중(소유량 통로를 흐르는 유체 중)의 기포를 확실하게 세분화하기 위해, 상기 주밸브체(29)의 연통로(상측 연통로)(33a)에, 개략 원주형상의 금속 메시 등으로 이루어지는 소음 부재(밸브실(14)측 소음 부재)(71)가 마련됨과 함께, 상기 부밸브체(31)의 밸브체 부재(37)의 연통로(하측 연통로)(33b)에도, 개략 원주형상의 금속 메시 등으로 이루어지는 소음 부재(밸브구(16)측 소음 부재)(72)가 마련되어 있다.

상세하게는, 소음 부재(71)는, 상기 연통로(33a)에서의 중심구멍(세로구멍)(29v), 보다 상세하게는, 감합구멍(29d)에 감합된 추력 전달축(28)의 소경 하부(28c)의 하단부와 하단 축경부(29a)와의 사이에 내장되어 지지 고정되어 있다. 또한, 소음 부재(72)는, 상기 연통로(33b)에서의 중심구멍(세로구멍)(37v)에 내장됨과 함께, 그 중심구멍(37v)의 하단의 단차부에 복수개(예를 들면 4개)가 통과구멍(73a)을 갖는 누름판(지지 부재)(73)가 코킹 등에 의해 고정됨에 의해, 당해 중심구멍(37v) 내에 지지 고정되어 있다.

또한, 여기에서는, 소음 부재(71, 72)로서, 복수의 작은 구멍을 갖는 금속 메시(망형상 부재)를 원주형상으로 성형한 것, 판형상의 금속 메시를 적층하여 원주형상으로 한 것, 또는, 판형상의 금속 메시를 권회(卷回)하여 원주형상으로 한 것을 채용하고 있지만, 유체 중의 기포를 세분화할 수 있다면, 예를 들면, 당해 소음 부재(71, 72)를 수지제로 하여도 좋고, 당해 소음 부재(71, 72) 자체를 원주형상의 다공체로 형성하여도 좋다. 또한, 각 소음 부재(71, 72)의 고정 방법 등에 관해서도, 도시례로 한정되지 않음은 물론이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 밸브폐쇄 상태에서 2단밸브체(32)의 부밸브체(31) 등에 작용하는 밀어 내리는 힘(밸브폐쇄 방향으로 작용하는 힘)과 밀어올리는 힘(밸브개방 방향으로 작용하는 힘)을 밸런스(차압(差壓)을 캔슬)시키기 위해, 전술한 밸브 본체(10)(의 밸브실(14)의 외측)에 마련된 균압 통로(5)(하통로(7b), 세로통로(6), 상통로(7a))를 통하여 밸브구(16)와 주밸브체(29)의 상측의 배압실(21)이 항상 연통됨과 함께, 밸브구(16)의 구경(φD2)과, 주밸브체(29)에 외장된 부밸브체(31)의 수압경(밸브실(14) 내의 유체로부터 압력을 받는 지름)(φD1)과, 주밸브체(29)의 상측의 배압실(21)의 실경(室徑)(즉, 밸브 가이드 구멍(19f)의 내경)(φD3)이 개략 동일하게 설정되어 있다(후에 상세히 기술).

이러한 구성의 유량 조정 밸브(1)에서는, 유체(냉매)는, 쌍방향(측부 개구(11)로부터 저부 개구(12)를 향하는 방향(횡→하)과, 저부 개구(12)로부터 측부 개구(11)를 향하는 방향(하→횡)의 쌍방향)으로 흘려지도록 되어 있고, 상기 밸브 본체(10)의 상방에 부착된 스테핑 모터(63)의 로터(45)의 회전량을 제어하여 2단밸브체(32)(의 주밸브체(29))의 리프트량(L)을 변화시킴에 의해, 유체(냉매)의 통과 유량을 조정하도록 되어 있다.

<유량 조정 밸브(1)의 동작>

상기 구성으로 된 유량 조정 밸브(1)의 동작을 도 3A∼3C 등을 참조하면서 설명한다.

또한, 유량 조정 밸브(1)의 동작 자체는 유체(냉매)의 흐름 방향에서 기본적으로 같기 때문에, 이하에서는, 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성에 대해 차압의 영향이 커지는 하→횡류의 경우를 대표로서 설명한다.

도 3A에 도시되는 바와 같은 전폐 상태(2단밸브체(32)의 리프트량(L)이 0인 상태)에서, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 상부 밸브체부(37f)가 주밸브체(29)의 밸브시트(29b)에 압접(착좌)되어 밸브구(29c)가 닫혀짐과 함께, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 하부 밸브체부(37d)가 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)에 압접(착좌)되어 밸브구(16)가 닫혀져 있다. 이때, 주밸브체(29)의 플랜지형상 계지부(29g)(의 상면)와 부밸브체(31)(의 연동 부재(36))의 내플랜지형상 계지부(36g)(의 하면)은, 축선(O) 방향(상하 방향)으로 소정 치수의 간극(La)만큼 떨어져서 위치하도록 되어 있다.

여기서, 측부 밸브구(11)측의 유체(냉매)의 압력을 P1, 저부 개구(12)측의 유체(냉매)의 압력을 P2, 밸브폐쇄 스프링(39)의 스프링력(가세력)을 F로 하고, 부밸브체(31)의 수압경(φD1)에 대응하는(승강 방향에서의) 수압 면적을 A1, 밸브구(16)의 구경(φD2)에 대응하는 개구 면적을 A2, 배압실(21)의 실경(φD3)에 대응하는(승강 방향에서의) 수압 면적을 A3, 밸브구(29c)의 구경(φDs)에 대응하는 개구 면적을 As라고 하면, 이 전폐 상태에서 부밸브체(31)에 작용하는 밸브개방 방향 및 밸브폐쇄 방향의 힘은 각각, 이하로 된다.

[수식 1]

밸브개방 방향의 힘 = P2×A2

밸브폐쇄 방향의 힘 = F+P1×As+P1×(A2-A1)+P2×(A1-As)

부밸브체(31)에 의해 밸브구(29c)가 닫혀지기 위해서는, 부밸브체(31)에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 밸브개방 방향의 힘 이상이면 좋은데, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 밸브구(16)의 구경(φD2)과 부밸브체(31)의 수압경(φD1)이 개략 동등하게 되고, 밸브구(16)의 개구 면적(A2)과 부밸브체(31)의 (승강 방향에서의) 수압 면적(A1)이 개략 동일하게 설정되어 있기 때문에, 이 밸브폐쇄 상태에서, 부밸브체(31)에 작용하는 밀어올리는 힘(밸브개방 방향의 힘)과 밀어 내리는 힘(밸브폐쇄 방향의 힘)이 밸런스(차압이 캔슬)되어 있다. 여기서, P2가 P1보다도 큰 때는, 개구 면적(As)의 면적에 응하여 밸브개방 방향의 힘이 커진다고 생각되지만, 이와 같은 개구 면적(As)의 영향에 의한 언밸런스는 밸브폐쇄 스프링(39)의 스프링력(F)의 값을 조정하고 밸런스시킬 수 있다. 그때문에, 이하의 소유량 제어 상태에서 주밸브체(29)를 상승시킨 때에도, 부밸브체(31)는 유체압(밸브구(16)로부터 밸브실(14)을 향하는 방향으로 흐르는 유체의 압력)에 의해 밀어올려지는 일은 없다.

또한, 후술하지만, 수압 면적(A1) 및 개구 면적(A2)은 개략 동일하게 하지 않는 설정이라도, 부밸브체(31)에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 그 밸브개방 방향의 힘과 동등 이상이라면, 부밸브체(31)가 유체압에 의해 밀어올려지는 것을 방지할 수 있다.

상기 전폐 상태에서, 2단밸브체(32)의 주밸브체(29)를 상승시키면, 도 3B에 도시되는 바와 같이, 상기 소정 치수의 간극(리프트량)(La)까지는(소유량 제어 상태), 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 하부 밸브체부(37b)가 밸브폐쇄 스프링(39)(의 가세력)에 의해 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)에 압접(착좌)된 채로, 주밸브체(29)의 하단부가 부밸브체(31)의 연동 부재(36) 내를 활주하도록 하여 주밸브체(29)가 이동(상승)되고, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 상부 밸브체부(37f)가 주밸브체(29)의 밸브시트(29b)로부터 떨어져서 밸브구(29c)가 개구된다. 저부 개구(12)(의 밸브구(16))로부터 유입한 유체는, 부밸브체(31)의 밸브체 부재(37)의 연통로(하측 연통로)(33a)(중심구멍(37v), 가로구멍(37u))(특히, 그 연통로(33a)의 중심구멍(37v)에 고정된 누름판(73)이 통과구멍(73a)→ 연통 공간(34)→ 부밸브체(31)의 상부 밸브체부(37f)와 주밸브체(29)의 밸브시트(29b) 사이의 간극→ 주밸브체(29)의 연통로(상측 연통로)(33a)(중심구멍(29v), 가로구멍(29u))을 통하여, 밸브실(14)에 유입한다. 당해 밸브실(14)에 유입하는 유체(즉, 측부 개구(11)에 유출하는 유체)의 유량은, 주밸브체(29)의 상승에 수반하여 점차로 커진다. 이때, 저부 개구(12)로부터 유입한 유체는, (부밸브체(31)의 밸브체 부재(37)의 연통로(33b)의 중심구멍(37v)을 통과할 때에) 소음 부재(72)를 통과함과 함께, (주밸브체(29)의 연통로(33a)의 중심구멍(29v)을 통과할 때에) 소음 부재(71)를 통과하여, 밸브구(29c)보다 상류측(밸브구(16) 측) 및 하류측(밸브실(14) 측)에 배치된 2개의 소음 부재(72, 71)에 의해 유체 중의 기포가 분해되어 세분화된 상태로, 밸브실(14)(측부 개구(11))을 통과하게 된다. 그때문에, 소유량 제어 영역(소음이 발생하기 쉬운 영역)에서, 유체(냉매) 통과시의 소음이 확실하게 저감된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 배압실(21)의 실경(φD3)과 부밸브체(31)의 수압경(φD1)이 개략 동등하게 되고, 주밸브체(29)의 배압실(21)의 (승강 방향에 있어서) 수압 면적(A3)과 부밸브체(31)의 (승강 방향에서의) 수압 면적(A1)이 개략 동일하게 설정됨과 함께, 균압 통로(5)(하통로(7b), 세로통로(6), 상통로(7a))에 의해 밸브구(16)측(보다 상세하게는, 밸브구(16)와 연통하는 연통 공간(34)측)과 배압실(21)측이 항상 연통됨으로써 균압되어 있기 때문에, 이 소유량 제어 상태에서, 주밸브체(29)에 작용하는 밀어 내리는 힘(밸브폐쇄 방향으로 작용하는 힘)과 밀어올리는 힘(밸브개방 방향으로 작용하는 힘)이 밸런스(차압이 캔슬)되게 된다.

또한, 상기 리프트량(La)은, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음(유체 통과음)이 발생하기 쉬운 유량에 대응하는 주밸브체(29)의 리프트량(L)이고, 실험 등에 의거하여 미리 정할 수 있다.

주밸브체(29)를 상기 리프트량(La)까지 상승시킨 후, 더욱 상승시키면(즉, 리프트량(L)이 상기 리프트량(La)을 초과하면), 도 3C에 도시되는 바와 같이, 주밸브체(29)의 플랜지형상 계지부(29g)가 부밸브체(31)(의 연동 부재(36))의 내플랜지형상 계지부(36g)와 계합하고, 부밸브체(31)는, 밸브폐쇄 스프링(39)의 가세력에 대항하여 주밸브체(29)와 함께(일체로) 이동(상승)하게 되고, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 하부 밸브체부(37b)가 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)로부터 떨어져서, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 하부 밸브체부(37b)와 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)와의 사이에 (축선(O) 방향의) 폭(Lb)(=L-La)의 간극(원환형상의 유로)이 형성된다(대유량 제어 상태). 저부 개구(12)(의 밸브구(16))에 유입한 유체는, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 하부 밸브체부(37b)와 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)와의 간극을 통하여, 밸브실(14)에 유입하고, 주밸브체(29)(및 부밸브체(31))의 상승에 수반하여, 당해 밸브실(14)에 유입하는 유체의 유량이 점차로 커진다. 이때, 저부 개구(12)(의 밸브구(16))로부터 유입한 유체(의 대부분)는, 부밸브체(31)(의 밸브체 부재(37))의 하부 밸브체부(37b)와 밸브 본체(10)의 밸브시트(15)와의 사이에 형성된 간극(유로)을 통과하여, 밸브실(14)(측부 개구(11))에 직접 유입하게 된다. 그때문에, 주밸브체(29)의 리프트량(L)이 비교적 큰 대유량 제어 영역(소음이 발생하기 어려운 영역으로서, 유량을 확보하고 싶은 영역)에서, 압력 손실(압손)이 작아진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 밸브구(16)의 구경(φD2)과 배압실(21)의 실경(φD3)이 개략 동등하게 되고, 밸브구(16)의 개구 면적(A2)과 주밸브체(29)의 배압실(21)의 (승강 방향에서의) 수압 면적(A3)이 거의 동일에 설정됨과 함께, 균압 통로(5)(하통로(7b), 세로통로(6), 상통로(7a))에 의해 밸브구(16)측과 배압실(21)측이 항상 연통하게 되어 균압되어 있기 때문에, 이 대유량 제어 상태에서, 2단밸브체(32)(일체가 되어 이동하는 주밸브체(29) 및 부밸브체(31))에 작용하는 밀어 내리는 힘(밸브폐쇄 방향의 힘)과 밀어올리는 힘(밸브개방 방향의 힘)이 밸런스(차압이 캔슬)되게 된다.

또한, 도 3C에 도시되는 바와 같은 전개 상태로부터 2단밸브체(32)(의 주밸브체(29))를 하강시켜, 밸브실(14)에 유입하는 유체의 유량이 점차로 감소하는 경우에도, 상기와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있음은 말할 것도 없다.

<유량 조정 밸브(1)의 효과>

이와 같이, 본 실시 형태의 유량 조정 밸브(1)에서는, 주밸브체(29)에 마련된 연통로(상측 연통로)(33a)와, 부밸브체(31)에 의해 주밸브체(29)의 하단부 주위에 구획된 연통 공간(34)과, 부밸브체(31)에 마련된 연통로(하측 연통로)(33b)를 통하여 밸브실(14)과 밸브구(16)를 연통하는 소유량 통로(35)가 형성되고, 유체 중의 기포가, 당해 소유량 통로(35)를 통과할 때에 세분화되기 때문에, 유체(냉매) 통과시, 특히, 소개방도(소유량 제어) 영역에서의 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 효과적으로 저감할 수 있음과 함께, 대개방도(대유량 제어) 영역에서의 압력 손실이 억제되어, 적정한 냉매 유량을 얻을 수 있다.

또한, 상기 소유량 통로(35)에서의 연통로(상측 연통로)(33a)와 연통 공간(34)과의 사이에 마련된 밸브구(29c)보다 밸브실(14)측 및 밸브구(16)측에, 당해 소유량 통로(35)를 흐르는 유체 중의 기포를 세분화하는 소음 부재(71, 72)가 배치되어 있기 때문에, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 확실하게 저감할 수 있다.

또한, 밸브구(16)의 구경(φD2)과 부밸브체(31)의 수압경(φD1)이 동등하게 되고, 밸브구(16)의 개구 면적(A2)과 부밸브체(31)의 승강 방향에서의(즉, 승강 방향(축선(O) 방향)에서 본 때의) 수압 면적(A1)이 동일하게 설정되고, 밸브폐쇄 상태 내지 소유량 제어 상태에서 부밸브체(31)의 이동 방향(승강 방향)으로 작용하는 힘이 밸런스(차압이 캔슬)되기 때문에, 유량 제어시, 특히, 밸브구(16)로부터 밸브실(14)을 향하는 방향으로 유체가 흐를 때의 유량 제어시의 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성을 향상시킬 수 있다.

또한, 밸브구(16)의 구경(φD2), 배압실(21)의 실경(φD3), 및 부밸브체(31)의 수압경(φD1)이 동등하게 되고, 밸브구(16)의 개구 면적(A2), 주밸브체(29)의 배압실(21)의 승강 방향에서의 수압 면적(A3), 및 부밸브체(31)의 승강 방향에서의 수압 면적(A1)이 동일하게 설정됨과 함께, 밸브구(16)와 배압실(21)을 연통하는 균압 통로(5)가 마련되고, 밸브폐쇄 상태 내지 소유량 제어 상태에서 부밸브체(31)의 이동 방향(승강 방향)으로 작용하는 힘이 밸런스(차압이 캔슬)되는 것에 더하여, 소유량 제어 상태에서 주밸브체(29)의 이동 방향으로 작용하는 힘이나 대유량 제어 상태에서 2단밸브체(32)(일체가 되어 이동하는 주밸브체(29) 및 부밸브체(31))의 이동 방향으로 작용하는 힘을 밸런스(차압을 캔슬)시키기 때문에, 상기한 바와 같이 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성을 향상할 수 있는 것에 더하여, 유량 제어시에 밸브체(소유량 제어 상태에서의 주밸브체(29), 대유량 제어 상태에서의 2단밸브체(32))에 작용하는 하중을 가급적 작게 하여, 밸브의 구동 토오크를 저감할 수 있고, 그로써, 더한층의 소형화, 전력 절약화 등을 도모할 수 있다.

<유량 조정 밸브(1)의 변형 형태(그 1)>

또한, 상기 실시 형태에서는, 밸브 본체(10)를 구성하는 기체 부재(9)의 외주(의 일부)에 D컷트면(9d)을 형성하여, 기체 부재(9)와 외통(8)과의 사이에 균압 통로(5)(의 세로통로(6))를 형성하였지만, 예를 들면 도 4 및 도 5에 도시되는 유량 조정 밸브(1A)와 같이, 기체 부재(9)의 외주 전체를 박육화하여, 기체 부재(9)의 외주(의 전부)와 외통(8)과의 사이에 비교적 큰 간극(원통형상의 간극)으로 이루어지는 균압 통로(5)(의 세로통로(6))를 형성하여도 좋다.

<유량 조정 밸브(1)의 변형 형태(그 2)>

또한, 상기 실시 형태(유량 조정 밸브(1, 1A))에서는, 밸브 본체(10)에서의 밸브실(14)의 외측에, 밸브구(16)와 주밸브체(29)의 상측의 배압실(21)을 항상 연통하는 균압 통로(5)(하통로(7b), 세로통로(6), 상통로(7a))를 형성하였지만, 예를 들면, 도 6에 도시되는 유량 조정 밸브(1B)와 같이, 균압 통로를 생략하여도 좋다. 또한, 도 6에서, 상기 실시 형태와 같은 기능 및 작용을 갖는 구성에는, 같은 부호가 붙여져 있다(상세 구조에 관해서는, 상기 특허 문헌 2도 아울러서 참조).

이러한 구성의 유량 조정 밸브(1B)에서는, 상기 실시 형태의 유량 조정 밸브(1)에 비하여, 유량 제어시에 밸브(소유량 제어 상태에서의 주밸브체(29), 대유량 제어 상태에서의 2단밸브체(32))에 작용하는 하중은 커질 가능성이 있는 것이지만, 밸브폐쇄 상태 내지 소유량 제어 상태에서 부밸브체(31)의 이동 방향(승강 방향)으로 작용하는 힘은 밸런스(차압이 캔슬)되기 때문에, 저비용으로, 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성을 확보할 수 있다.

<유량 조정 밸브(1)의 변형 형태(그 3)>

또한, 상기 실시 형태(유량 조정 밸브(1, 1A, 1B))에서는, 로터(50)의 회전수를 감속하는 불사의 유성치차 감속 기구(60)를 이용하고 있지만, 예를 들면, 도 7에 도시되는 유량 조정 밸브(1C)와 같이, 불사의 유성치차 감속 기구를 생략하고, 추력 전달축(28)의 외주에 벨로우즈(28C)를 부착하고, 추력 전달축(28)의 하부에 연결된 주밸브체(29)의 외주(밸브실(14)을 구획한 밸브 본체(10)의 내벽면과의 활주면)에, 밸브실(14)과 상기 벨로우즈(28C)가 배치된 벨로우즈실(21C)을 연통하는 연통로(도 7에 도시하는 예에서는, 상하 방향(축선(O) 방향)으로 늘어나는 세로 홈으로 이루어지는 연통로)(29C)를 형성하여도 좋다. 또한, 도 7에서, 상기 실시 형태와 같은 기능 및 작용을 갖는 구성에는, 같은 부호가 붙여져 있다(상세 구조에 관해서는, 상기 특허 문헌 3도 아울러서 참조). 이러한 구성의 유량 조정 밸브(1C)라도, 전술한 도 6에 도시되는 실시 형태의 유량 조정 밸브(1B)와 거의 같은 작용 효과를 얻을 수 있음은 상세히 기술할 것도 없다.

상술한 각 실시 형태에서는, 밸브구(16)의 개구 면적(A2)과 부밸브체(31)의 (승강 방향에 있어서) 수압 면적(A1)이 개략 동일하게 설정됨으로써, 부밸브체(31)에 작용하는 밀어올리는 힘(밸브개방 방향의 힘)과 밀어 내리는 힘(밸브폐쇄 방향의 힘)을 밸런스(차압을 캔슬)시키고 있지만, 부밸브체(31)에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 그 밸브개방 방향의 힘과 동등 이상이 되도록, 전술한 A1, A2, As, F의 각 값을 설정하면, 적어도, 소유량 제어 상태에서 주밸브체(29)를 상승시킨 때에 부밸브체(31)가 유체압(밸브구(16)로부터 밸브실(14)을 향하는 방향으로 흐르는 유체의 압력)에 의해 밀어올려지지 않도록 할 수 있다. 이에 의해, 소개방도 영역(저유량역)에서의 제어성을 확보할 수 있음과 함께, 유체(냉매) 통과시에 있어서의 소음을 저감할 수 있다.

또한, 부밸브체(31)에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 그 밸브개방 방향의 힘과 동등 이상이 되도록 하려면, 우선, 필요 유량을 확보하기 위해 A2 및 As를 설정하고, 또한 부밸브체(31)에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 밸브개방 방향의 힘 이상이 되도록, A1 및 F의 값을 설정하면 좋다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시 형태에서 설명한 바와 같은, 스테이터와 로터를 갖는 스테핑 모터 등을 이용하여 변축을 승강(이동)시켜서 리프트량(밸브 개방도)를 임의로 세밀하게 조정하는 전동식의 유량 조정 밸브 외에, 예를 들면 솔레노이드 등을 이용한 전자식의 유량 조정(전환) 밸브에도 채용할 수 있음은 물론이다.

1 : 유량 조정 밸브
5 : 균압 통로
6 : 세로통로
7a : 상통로
7b : 하통로
8 : 외통
9 : 기체 부재
9a : 원통부
9b : 저부
9d : D컷트면
10 : 밸브 본체
14 : 밸브실
15 : 밸브시트
16 : 밸브구(대유량용 밸브구)
17 : 입출구
21 : 배압실
29 : 주밸브체(제1 밸브체)
29b : 밸브시트
29c : 밸브구(소유량용 밸브구)
29d : 감합구멍
29g : 플랜지형상 계지부
29u : 가로구멍
29v : 중심구멍(세로구멍)
30 : 캔
31 : 부밸브체(제2 밸브체)
32 : 2단밸브체
33a : 연통로(상측 연통로)
33b : 연통로(하측 연통로)
34 : 연통 공간
35 : 소유량 통로
36 : 연동 부재
36g : 내플랜지형상 계지부
37 : 밸브체 부재
37a : 하부 대경부
37b : 상부 소경부
37d : 하부 밸브체부
37f : 상부 밸브체부
37u : 가로구멍
37v : 중심구멍(세로구멍)
38 : O링(실 부재)
39 : 밸브폐쇄 스프링(가세 부재)
40 : 스테이터
50 : 로터
60 : 불사의 유성치차 감속 기구
63 : 스테핑 모터(승강 구동부)
71 : 소음 부재(밸브실측 소음 부재)
72 : 소음 부재(밸브구측 소음 부재)
A1 : 부밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적
A2 : 대유량용 밸브구의 개구 면적
A3 : 배압실의 승강 방향에서의 수압 면적
As : 소유량 밸브구의 개구 면적
φD1 : 부밸브체의 수압경
φD2 : 대유량용 밸브구의 구경
φD3 : 배압실의 실경
φDs : 소유량 밸브구의 구경

Claims

밸브실 및 대유량용 밸브구가 마련된 밸브 본체와, 상기 밸브실 내에 승강 자유롭게 배치된 제1 밸브체와, 그 제1 밸브체를 승강시키기 위한 승강 구동부와, 리프트량에 응하여 상기 대유량용 밸브구를 흐르는 유체의 유량을 변화시키기 위해, 상기 제1 밸브체의 하단부 외주를 포위하도록 그 제1 밸브체에 활주 자유롭게 외삽되고, 그 제1 밸브체의 승강 동작에 연동하여 구동되는 제2 밸브체를 구비하고,
상기 제1 밸브체에 마련된 상측 연통로와, 상기 제2 밸브체에 의해 상기 제1 밸브체의 하단부 주위에 구획된 연통 공간과, 상기 제2 밸브체에 마련된 하측 연통로를 통하여 상기 밸브실과 상기 대유량용 밸브구를 연통하는 소유량 통로가 형성되고, 상기 제1 밸브체는, 리프트량에 응하여 상기 소유량 통로에서의 상기 상측 연통로와 상기 연통 공간과의 사이에 마련된 소유량 밸브구를 흐르는 유체의 유량을 변화시키도록 되어 있고,
상기 승강 구동부에 의한 상기 제1 밸브체의 리프트량이 소정량 이하일 때는, 상기 제2 밸브체에 의해 상기 대유량용 밸브구가 닫혀지고, 상기 제1 밸브체의 상기 소유량 밸브구에 대한 리프트량에 응하여 유량이 제어되는 소유량 제어 상태를 취하고, 상기 승강 구동부에 의한 상기 제1 밸브체의 리프트량이 상기 소정량을 초과하면, 상기 제1 밸브체의 상승에 수반하여 상기 제2 밸브체가 상승되어 상기 제2 밸브체가 상기 대유량용 밸브구를 여는 대유량 제어 상태를 취하도록 구성되고,
상기 소유량 제어 상태에서 상기 제2 밸브체에 작용하는 밸브폐쇄 방향의 힘이 밸브개방 방향의 힘 이상이 되도록, 상기 대유량용 밸브구의 개구 면적과 상기 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,
상기 대유량용 밸브구의 개구 면적과 상기 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 동일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제2항에 있어서,
상기 대유량용 밸브구의 개구 면적, 상기 제1 밸브체의 배면측에 구획된 배압실의 승강 방향에서의 수압 면적, 및 상기 제2 밸브체의 승강 방향에서의 수압 면적이 동일하게 설정됨과 함께, 상기 대유량용 밸브구와 상기 배압실을 연통하는 균압 통로가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제3항에 있어서,
상기 균압 통로는, 상기 밸브 본체에서의 상기 밸브실의 외측의 일부 또는 전둘레를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제4항에 있어서,
상기 균압 통로는, 상기 밸브실을 구획하는 기체 부재와, 그 기체 부재의 외측에 배치된 외통과의 사이에 형성된 간극을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소유량 통로에서의 상기 소유량 밸브구보다 상기 밸브실측 및 상기 대유량용 밸브구측의 적어도 일방에, 상기 소유량 통로를 흐르는 유체 중의 기포를 세분화하는 소음 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제6항에 있어서,
상기 소음 부재는, 상기 소유량 통로에서의 상기 상측 연통로 및 상기 하측 연통로에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 밸브체는, 그 제2 밸브체와 상기 제1 밸브체와의 사이에 개장된 가세 부재에 의해 상기 대유량용 밸브구의 밸브폐쇄 방향으로 가세됨과 함께, 상기 제1 밸브체의 리프트량이 상기 소정량을 초과하면, 상기 제1 밸브체에 마련된 플랜지형상 계지부에 의해 상기 가세 부재의 가세력에 대항하여 끌어올려지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 밸브체는, 상기 제1 밸브체의 하단부에 활주 자유롭게 외삽된 통형상의 연동 부재와, 그 연동 부재의 하단 개구에 연결되고, 상기 대유량용 밸브구를 개폐하는 밸브체 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제9항에 있어서,
상기 제1 밸브체의 하단부와 상기 연동 부재와의 사이에, 상기 연통 공간과 상기 밸브실과의 사이를 밀봉하는 실 부재가 개장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제9항에 있어서,
상기 제1 밸브체의 상기 상측 연통로에서의 세로구멍, 및/또는, 상기 제2 밸브체의 상기 밸브체 부재에 마련된 상기 하측 연통로에서의 세로구멍에 상기 소유량 통로를 흐르는 유체 중의 기포를 세분화하는 소음 부재가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제11항에 있어서,
상기 제1 밸브체의 상기 상측 연통로에서의 세로구멍에 상기 소유량 밸브구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.