KR20230091413A - 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치 - Google Patents

다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치 Download PDF

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KR20230091413A
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이근우
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김수영
이진명
김현진
김병선
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그린산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 단일의 밸브장치에서 제어되는 냉매 유량을 상대적으로 미세 유량, 중간 유량 및 큰 유량 등의 설정 유량으로 정밀하게 제어할 수 있으며, 특히 간단한 구조로 구현하여 경제성을 가지면서도 뛰어난 동작 신뢰성을 가져 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 스텝모터 구동부; 상기 스텝모터 구동부의 하부에 구성되고, 냉매가 유출입되는 냉매 유입구와 냉매 유출구가 형성되며, 상기 냉매 유입구와 냉매 유출구 간을 연통시키는 오리피스가 형성되는 밸브 본체부; 상기 스텝모터 구동부의 구동력으로 구동하여 상기 오리피스의 입구 측에 대하여 선형 구동되는 구동운동 변환 수단; 상기 구동운동 변환 수단에서 선형 구동하는 구성부의 하단부에 구비되는 니들 부재; 및 상기 니들 부재와 오리피스 간에 구성되며, 상기 구동운동 변환 수단의 스트로크)에 따른 상기 니들 부재의 이동으로 상기 오리피스의 개도를 조절하여 냉매 유량을 다단으로 제어하도록 구성되는 다단 유량 제어 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매제어용 전자밸브 장치가 제공된다.

Description

다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치 {ELECTRIC VALVE DEVICE FOR REFRIGERANT CONTROL CAPABLE OF MULTI STAGE CONTROL}
본 발명은 냉매제어용 전자밸브 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일의 밸브장치에서 제어되는 냉매 유량을 상대적으로 미세 유량, 중간 유량 및 큰 유량 등의 설정 유량으로 정밀하게 제어할 수 있으며, 특히 간단한 구조로 구현하여 경제성을 가지면서도 뛰어난 동작 신뢰성을 가져 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 관한 것이다.
본　발명은 중소벤처기업부가 지원하는 지역특화산업육성사업으로 수행된 연구결과이다. 구체적인 정보는 다음과 같다.
- 과제번호: S3089558
- 연구과제명: 전기구동자동차용 히트펌프 시스템 냉매 유량 제어와 Bypass 기능을 가지는 Refrigerant Multi-Control Valve(RMCV) 개발
- 연구관리전문기관: 한국산업기술진흥원
- 기여율: 100%
- 주관연구기관: 그린산업(주)
- 연구기간: 2021.04.01 ~ 2022.12.31(21개월))
국내외 산업분야 및 생활하는 모든 측면에서 쾌적한 주위환경에 대한 욕구가 강해지고 있으며, 이러한 욕구를 만족시키기 위한 냉동공조기술의 발전은 꾸준히 이루어지고 있다.
예를 들면, 일반적으로 자동차용 냉방 장치는 냉동사이클의 원리를 이용, 찬 바람을 차 실내로 보내어 실내 온도를 대기 온도보다 낮게 냉방하는 냉방 장치를 말한다.
이러한 냉방 장치는 냉방 사이클 구현을 위한 필수 구성요소로서 팽창밸브(전자 팽창밸브)를 채택하고 있다. 팽창밸브는 일반적으로 냉동기나 열 펌프의 사이클 중에서 수액기에서 오는 저온 고압 상태의 냉매를 감압시켜 증발기로 방출하는 역할을 한다.
종래 냉동사이클에 채택되고 있는 팽창밸브는 그 구조가 아주 다양하며, 그중에서도 냉매 흐름 제어를 위해 스테핑 모터를 적용한 전자팽창밸브가 잘 알려져 있다.
전자팽창밸브는 컴팩트한 구성이면서도 정확한 냉매 흐름의 단속이 가능하고, 또한 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 때문에 자동차용 냉방 장치뿐만 아니라, 소형 냉장고, 냉동고 등과 같이 냉동사이클을 채택하는 분야에 폭넓게 이용되고 있다.
스테핑 모터를 채택한 전자팽창밸브는, 마그네트(로터)가 회전함에 따라 냉매가 지속적으로 입력되는 포트를 개폐함으로써 냉매의 흐름을 조절할 수 있도록 되어 있다.
구체적으로, 자동차용 냉방 장치는 크게 증발기, 압축기, 응축기, 팽창 밸브의 4가지 주요 부품으로 구성된다
도 1은 종래의 자동차용 냉방 장치의 팽창 밸브를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 자동차용 냉방 장치의 팽창 밸브는, 내부에 냉매 유로가 형성된 원기둥형상의 밸브 본체(10)는 고압의 냉매가 팽창 밸브 안으로 유입되도록 팽창 밸브 하부 일측에 형성된 유입구(12)와, 상기 유입구(12)로부터 유입되는 고압의 냉매가 증발기로 유입되도록 상기 유입구(12)와 인접하는 상부 타측에 형성된 증발기 유입구(14)와, 증발기에서 흡열된 기체상태의 냉매가 압축기로 보내지도록 팽창 밸브의 상부를 관통하는 증발기 유출구(16)와, 항압통 본체(20)를 장착하기 위해 상부에 형성된 항압통 장착부(19)와, 상기 유입구(12)와 상기 증발기 유입구(14) 사이를 연통하는 오리피스부(18)와, 이 오리피스부(18)를 선택적으로 개폐하여 상기 증발기 유출구(16)로의 유출압력을 제어하도록 하부에 형성된 압력제어부(17)로 구성된다.
상기 항압통 장착부(19)에는 금속 다이어프램(22)에 의해 그 상부에서 소정의 설정압력으로 봉입된 항압통(24)으로 구성되는 항압통 본체(20)가 장착된다.
금속 다이어프램(22)과 접합되고 금속 다이어프램(22)의 움직임에 따라 상하운동을 하는 핀(30)이 밸브 본체(10)의 중심에서 길이방향으로 내장되며, 상기 핀(30)의 상단에 형성된 핀 가이드(32)는 증발기로부터의 유출압력에 따라 항압통 본체(20)내를 슬라이딩하고, 핀(30)의 하단부는 오리피스부(18)를 슬라이딩하게 된다.
상기 핀(30)의 중간에는 증발기 유출부(16)와 증발기 유입구(14)부를 구분하기 위한 시일(34)이 부착되고, 상기 핀(30)의 하단 끝에는 오리피스부(18)에 인접하여 오리피스를 개폐하는 볼(35)이 부착되며, 상기 볼(35)은 코일 스프링(37)과 코일 스프링(37) 상측에 고정된 볼 베이스(36)에 의해 탄성 지지가 되고, 코일 스프링(37)의 하측에는 코일 스프링(37)의 장력을 조절하는 스프링 장력 조절나사(38)가 설치되어 증발기 유출구(16)의 압력을 제어한다.
그러나 종래 팽창 밸브의 경우, 냉방에 사용되는 냉매 유로의 개폐수단은 냉매 유량을 선택된 유량만큼 선택하여 정밀하게 제어하는데 한계가 따르는 문제점이 있다.
또한, 종래 팽창 밸브는, 냉매 유로의 개폐수단이 고정되지 않는 볼로 구성되어 냉매의 흐름에 의해 볼이 진동하게 되고, 이는 노이즈의 발생원인이 되며, 개폐구 열림시 핀의 상하 행정거리에 따른 정확하고 선형적인 유량조정이 불가능하여, 볼에 의한 냉매 유입량이 급격히 증가함으로써 증발기 온도의 급격한 변화 현상을 유발하고, 증발기 내부의 과도한 냉매가 유입됨으로써 팽창 밸브가 다시 냉매유입량을 과도하게 축소시키는 헌팅(huntting) 현상을 유발하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1167956(2012.07.23. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1268878(2013.05.29. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-0375454(2003.03.10. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1673394(2016.11.22. 공고)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 단일의 밸브장치에서 제어되는 냉매 유량을 상대적으로 미세 유량, 중간 유량 및 큰 유량 등의 설정 유량으로 정밀하게 제어할 수 있으며, 특히 니들과 오리피스 간의 간단한 구조로 구현하여 경제성을 가지면서도 뛰어난 동작 신뢰성을 가져 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 스텝모터 구동부; 상기 스텝모터 구동부의 하부에 구성되고, 냉매가 유출입되는 냉매 유입구와 냉매 유출구가 형성되며, 상기 냉매 유입구와 냉매 유출구 간을 연통시키는 오리피스가 형성되는 밸브 본체부; 상기 스텝모터 구동부의 구동력으로 구동하여 상기 오리피스의 입구 측에 대하여 선형 구동되는 구동운동 변환 수단; 상기 구동운동 변환 수단에서 선형 구동하는 구성부의 하단부에 구비되는 니들 부재; 및 상기 니들 부재와 오리피스 간에 구성되며, 상기 구동운동 변환 수단의 스트로크)에 따른 상기 니들 부재의 이동으로 상기 오리피스의 개도를 조절하여 냉매 유량을 다단으로 제어하도록 구성되는 다단 유량 제어 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매제어용 전자밸브 장치가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 스텝모터 구동부는 모터 하우징, 및 상기 모터 하우징의 내부에 구비되는 통 형상의 코일을 포함하며, 상기 구동운동 변환 수단은 상기 코일 내측에 구비되며, 외면 일부에 나사산 형성부가 형성되는 구동변환 샤프트 부재와, 일단부가 상기 구동변환 샤프트 부재의 상단부에 결합되면서 그 구동변환 샤프트 부재를 감싸서 구비되는 마그넷과, 상기 구동변환 샤프트 부재의 하부를 지지하는 포지셔너 홀더, 및 상기 포지셔너 홀더 내측에 구비되고, 내면에 상기 구동변환 샤프트 부재의 나사산 형성부와 나사산 결합되는 포지셔너를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다단 유량 제어 수단은 상기 니들 부재의 직경이 방향으로 갈수록 단계적으로 감소되어 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다단 유량 제어 수단은 상기 오리피스의 입구 직경과 동일한 직경을 갖고 상기 니들 부재에 형성되는 폐색부; 상기 폐색부의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동의 제1 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스와 니들 부재 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제1 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제1 냉매유량 조절부; 상기 제1 냉매유량 조절부의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부의 제2 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스와 니들 부재 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제2 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제2 냉매유량 조절부; 및 상기 제2 냉매유량 조절부의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부의 제3 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스와 니들 부재 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제3 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제3 냉매유량 조절부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 냉매유량 조절부는 상기 오리피스의 내벽에 대하여 0.35°의 각도로 경사지게 형성되고, 상기 제2 냉매유량 조절부는 상기 오리피스의 내벽에 대하여 3°의 각도로 경사지게 형성되며, 상기 제3 냉매유량 조절부는 상기 오리피스의 내벽에 대하여 44°의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스의 직경에 대하여 0.13 ~ 0.15 : 1의 비율로 형성되고, 상기 제1 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스의 직경에 대하여 0.05 : 1의 비율로 형성되며, 상기 제3 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스의 직경에 대하여 0.11 ~ 0.16 : 1의 비율로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스를 폐쇄한 상태에서 3.65mm ~ 4.15mm의 개방방향 이동 거리에 걸쳐 형성되고, 상기 제2 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 제1 냉매유량 조절부의 끝단이 오리피스의 입구의 수평선과 일치한 상태에서 1.56mm 더 이동되는 거리에 걸쳐 형성되며, 상기 제3 냉매유량 조절부는 상기 제2 냉매유량 조절부의 끝단이 오리피스의 입구의 수평선과 일치한 상태에서 3.13mm ~ 4.55mm 더 이동되어 그 끝단이 오리피스의 입구의 수평선과 일치한 상태의 거리에 걸쳐 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 모터 하우징의 내면 및 상기 구동변환 샤프트 부재의 상단 중 적어도 하나에 형성되어 상기 모터 하우징의 내면과 구동변환 샤프트 부재 간의 마찰을 저감시키기 위한 마찰 저감 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 마찰 저감 수단은 상기 모터 하우징의 내면과 구동변환 샤프트 부재의 상단 중 어느 하나에 반원 돌기가 형성되고, 다른 하나는 평면적으로 형성되거나 반원 돌기가 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 의하면, 냉매 유량을 상대적으로 미세 유량, 중간 유량 및 큰 유량 등의 제어 유량으로 정밀하게 제어할 수 있으며, 단일의 밸브장치에서 니들과 오리피스 간의 구조를 통해 구현할 수 있어 경제성을 가지면서도 뛰어난 동작 신뢰성을 가져 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 자동차용 냉방 장치의 팽창 밸브를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 나타내는 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 포함되는 니들 부재를 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 포함되는 니들 부재와 오리피스를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에서 유량 제어 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 나타내는 일부 절개 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치를 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 포함되는 니들 부재를 나타내는 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 포함되는 니들 부재와 오리피스를 나타내는 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에서 유량 제어 동작을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치는, 도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 스텝 모터 구동부(100), 밸브 본체부(200), 구동운동 변환 수단(300), 니들 부재(400), 및 다단 유량제어 수단(500)을 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치는, 도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 하기 구동운동 변환 수단(300)을 선형 구동시키기 위한 구동력을 발생시키는 스텝모터 구동부(100); 상기 스텝모터 구동부(100)의 하부에 일체로 구비되고, 냉매가 유출입되는 냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(220)가 형성되며, 냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(220) 간을 연통시키는 오리피스(230)가 형성되는 밸브 본체부(200); 상기 스텝모터 구동부(100)의 구동력으로 회전하고, 회전 구동을 직선 운동으로 전환하여 상기 오리피스(230)의 입구 측에 대하여 선형 구동되는 구동운동 변환 수단(300); 상기 구동운동 변환 수단(300)에서 선형 구동하는 구성부의 하단부에 구비되어 상기 오리피스(230)를 개폐하는 니들 부재(400); 및 상기 니들 부재(400)와 오리피스(230) 간에 구성되며, 상기 스텝모터 구동부(100)로 전달된 제어 신호에 기반하여 상기 구동운동 변환 수단(300)의 스트로크(storke)에 따른 상기 니들 부재(400)의 이동으로 상기 오리피스(230)에 대한 개도(open degree)를 조절하여 냉매 유량을 다단으로 제어하도록 구성되는 다단 유량 제어 수단(500);을 포함한다.
상기 스텝모터 구동부(100)는 기본적으로 공지의 스텝 모터의 구성을 채용하여 구동운동 변환수단(300)에 포함되는 구동변환 샤프트 부재를 회전시키기 위한 회전력을 발생시키는 구성부이다.
구체적으로, 본 발명에 채용되는 스텝모터 구동부(100)는 모터 하우징(110), 및 상기 모터 하우징(120)의 내부에 구비되는 원통형의 코일(120)을 포함한다.
이러한 스텝모터 구동부(100)는 원통형의 코일(120)와 그 원통형의 코일(120) 내부에 구비되는 구동운동 변환 수단(300)의 구동변환 샤프트 부재에 구비되는 마그넷 간에 발생되는 전자기력으로 구동변환 샤프트 부재를 회전시키게 된다.
다음으로, 상기 밸브 본체부(200)는 상기 스텝모터 구동부(100)의 하부에 일체로 구비되고, 냉매가 유출입되는 냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(220)가 형성되며, 냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(220) 간을 연통시키는 오리피스(230)가 형성되는 구성부이다.
예를 들면, 상기 밸브 본체부(200)는 고압의 작동 유체인 냉매가 밸브 바디(201) 안으로 유입되도록 일측에 형성된 냉매 유입구(210)와, 상기 냉매 유입구(210)와 인접하여 그 냉매 유입구(210))와 평행하게 밸브 바디(201) 타측에 형성되어, 상기 냉매 유입구(210)로부터 유출되는 냉매가 증발기 등으로 유입되도록 하는 냉매 유출구(220), 및 상기 냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(220) 사이를 연통시키며, 구동운동 변환 수단(300)에 구성되는 구동변환 샤프트 부재와 동일 선상에 형성되는 오리피스(230)를 포함한다.
다음으로, 상기 구동운동 변환 수단(300)은 상기 스텝모터 구동부(100)의 구동력으로 회전하고, 회전 구동을 직선 운동으로 전환하여 상기 오리피스(230)의 입구 측에 대하여 선형 구동되는 구성부이다.
상기 구동운동 변환 수단(300)은 스텝모터 구동부(100)의 내부(즉, 스텝모터 구동부(100)의 원통형의 코일(120) 내측)에 구비되며, 외면 일부에 나사산 형성부(311)가 형성되는 구동변환 샤프트 부재(310)와, 상기 구동변환 샤프트 부재(310)의 외면에 일체로 형성되되 상단부가 그 구동변환 샤프트 부재(310)의 상단부에 결합되어 구비되는 마그넷(320)과, 상기 스텝모터 구동부(100)의 내측에서 상기 구동변환 샤프트 부재(310)의 하부를 지지하는 포지셔너 홀더(330), 및 상기 포지셔너 홀더(310) 내측에 구비되고, 내면에 상기 구동변환 샤프트 부재(310)의 나사산 형성부(311)와 나사산 결합되는 포지셔너(또는 샤프트 부싱)(340)을 포함한다.
이러한 구동운동 변환 수단(300)은 스텝모터 구동부(100)의 코일(120)과 구동변환 샤프트 부재(310)의 마그넷(320) 간의 (전)자기력 작용에 의해 구동변환 샤프트 부재(310)가 회전하게 되고, 구동변환 샤프트 부재(310)와 포지셔너(340) 간은 나사산 결합되어 있으므로 구동변환 샤프트 부재(310)는 그 스텝모터 구동부(100)로 전달되는 제어 신호에 따른 방향(정역 회전 방향 및 이에 따른 상하 선형 구동 방향)과 스트로크로 구동하게 되며, 이에 따라 그 구동변환 샤프트 부재(310)의 하단부에 구비되는 니들 부재(400)가 오리피스(230)를 개폐하게 된다.
계속해서, 상기 니들 부재(400)는 상기 구동운동 변환 수단(300)에서 선형 구동하는 구성부의 하단부에 구비되어 상기 오리피스(230)를 개폐하는 구성부로서 아래에서 상세히 설명할 다단 유량 제어 수단(500)이 형성된다.
상기 니들 부재(400)는 상단부에 상기 구동변환 샤프트 부재(310)가 결합되는 결합부가 형성된다.
다음으로, 상기 다단 유량 제어 수단(500)은 상기 니들 부재(400)와 오리피스(230) 간에 구성되며, 상기 스텝모터 구동부(100)로 전달된 제어 신호에 기반하여 상기 구동운동 변환 수단(300)의 스트로크(storke)에 따른 상기 니들 부재(400)의 이동으로 상기 오리피스(230)에 대한 개도(open degree)를 조절하여 냉매 유량을 다단으로 제어하도록 구성되는 구성부이다.
구체적으로, 상기 다단 유량 제어 수단(500)은 상기 니들 부재(400)에 형성되되 오리피스(230)의 입구 직경과 동일한 직경을 갖고 형성되는 폐색부(510)와, 상기 폐색부(510)의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부(100)에서 제1 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스(230)와 니들 부재(400) 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제1 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제1 냉매유량 조절부(520)와, 상기 제1 냉매유량 조절부(520)의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부(100)에서 제2 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스(230)와 니들 부재(400) 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제2 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제2 냉매유량 조절부(530), 및 상기 제2 냉매유량 조절부(530)의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부(100)에서 제3 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스(230)와 니들 부재(400) 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제3 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제3 냉매유량 조절부(540)를 포함한다.
상기 제1 냉매유량 조절부(520)는 9파이(φ) 직경을 갖는 오리피스(230)를 통과하는 냉매유량이 0~20lpm(liter per minute)(1MPa Air 조건)이 되도록 형성된다.
즉, 상기 제1 냉매유량 조절부(520)는 오리피스(230)의 내벽에 대하여 0.35°의 각도로 경사진다. 그리고 제1 냉매유량 조절부(520)의 형성 길이는 오리피스를 폐색시킨(폐쇄한) 상태에서 3.65mm ~ 4.15mm의 스트로크 범위(개방 방향으로의 이동 범위)에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 제1 냉매유량 조절부(520)의 형성 길이는 니들 부재(400)가 오리피스(230)를 폐쇄시킨 상태에서 3.65mm ~ 4.15mm 이동되는 거리에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 제1 냉매유량 조절부(520)의 형성 길이와 오리피스(230)의 직경은 0.13 ~ 0.15 : 1의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 냉매유량 조절부(530)는 오리피스(230)를 통과하는 냉매유량이 20~60lpm(liter per minute)이 되도록 형성된다.
즉, 상기 제2 냉매유량 조절부(530)는 오리피스(230)의 내벽에 대하여 3°의 각도로 경사진다. 그리고 상기 제2 냉매유량 조절부(530)의 형성 길이는 상기 제1 냉매유량 조절부(520)가 3.65mm ~ 4.15mm의 스트로크로 이동된 상태에서 1.56mm의 스크로크 범위에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 제2 냉매유량 조절부(530)의 형성 길이는 제1 냉매유량 조절부(520)의 끝단이 오리피스(230)의 입구의 수평선과 일치한 상태에서 1.56mm 더 이동되는 거리에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 제2 냉매유량 조절부(530)의 형성 길이와 오리피스(230)의 직경은 0.05 : 1의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 냉매유량 조절부(540)는 오리피스(230)를 통과하는 냉매유량이 20~800lpm(liter per minute)이 되도록 형성된다.
즉, 상기 제3 냉매유량 조절부(540)는 오리피스(230)의 내벽에 대하여 44°의 각도로 경사진다. 그리고 상기 제3 냉매유량 조절부(540)의 형성 길이는 상기 제2 냉매유량 조절부(530)가 1.56mm의 스트로크로 이동된 상태에서 3.13mm ~ 4.55mm의 스크로크 범위에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 상기 제3 냉매유량 조절부(540)의 형성 길이는 제2 냉매유량 조절부(530)의 끝단이 오리피스(230)의 입구의 수평선과 일치한 상태에서 3.13mm ~ 4.55mm 더 이동되어 그 끝단이 오리피스(230)의 입구의 수평선과 일치한 상태의 거리에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 제3 냉매유량 조절부(540)의 형성 길이와 오리피스(230)의 직경은 0.11 ~ 0.16 : 1의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 제3 냉매유량 조절부(540)의 끝단(하단)은 정확한 유량 제어가 가능하도록 도 5에 나타낸 바와 같이 첨단(尖端)으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치는 상기 스텝모터 구동부(100)의 모터 하우징(110)의 내면 및/또는 상기 구동변환 샤프트 부재(310)의 상단에 형성되어 모터 하우징(110)의 내면과 구동변환 샤프트 부재(310) 간의 마찰을 저감시키기 위한 마찰 저감 수단(600)을 더 포함할 수 있다.
상기 마찰 저감 수단(600)은 상기 스텝모터 구동부(100)의 모터 하우징(110)의 내면과 구동변환 샤프트 부재(310)의 상단 중 어느 하나에 반원 돌기(또는 돔형 돌기)가 형성되고, 다른 하나에는 평면적으로 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 마찰 저감 수단(600)은 상기 스텝모터 구동부(100)의 모터 하우징(110)의 내면과 구동변환 샤프트 부재(310)의 상단 모두가 반원 돌기(또는 돔형 돌기)로 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.
도면에서 상기 마찰 저감 수단(600)은 구동변환 샤프트 부재(310) 상단에 반원 돌기가 형성되고, 모터 하우징(110)의 내면은 편평하게 형성되는 경우를 나타내고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 마찰 저감 수단(600)이 형성됨으로써 상기 스텝모터 구동부(100)의 모터 하우징(110)의 내면과 구동변환 샤프트 부재(310)의 상단 간이 점접촉하게 되고, 구동변환 샤프트 부재(310)의 회전 동작이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 상기에서 설명한 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치는 냉매 유입구와 냉매 유출구가 스트레이트 방향의 흐름을 갖는 구조의 전자밸브에 대하여 설명한 것으로, 도 8은 본 발명에 따른 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 도면으로서, 냉매 유입구와 냉매 유출구가 90°로 방향의 흐름을 갖는 구조(즉, 엘보우(elbow 방향 구조)에도 상기한 구조와 구성을 갖는 다단 유량 제어의 구성부(즉, 다단 유량 제어 수단)과 마찰 저감 구성부(마찰 저감 수단)가 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다단 유량 제어가 가능한 냉매제어용 전자밸브 장치에 따르면, 냉매 유량을 상대적으로 미세 유량, 중간 유량 및 큰 유량 등의 제어 유량으로 정밀하게 제어할 수 있으며, 단일의 밸브장치에서 니들과 오리피스 간의 구조를 통해 구현할 수 있어 경제성을 가지면서도 뛰어난 동작 신뢰성을 가져 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스텝모터 구동부
110: 모터 하우징
120: 코일
200: 밸브 본체부
201: 밸브 바디
210: 냉매 유입구
220: 냉매 유출구
230: 오리피스
300: 구동운동 변환 수단
310: 구동변환 샤프트 부재
311: 나사산 형성부
320: 마그넷
330: 포지셔너 홀더
340: 포지셔너(또는 샤프트 부싱)
400: 니들 부재
500: 다단 유량 제어 수단
510: 폐색부
520: 제1 냉매유량 조절부
530: 제2 냉매유량 조절부
540: 제3 냉매유량 조절부
600: 마찰 저감 수단

Claims (9)

  1. 스텝모터 구동부;
    상기 스텝모터 구동부의 하부에 구성되고, 냉매가 유출입되는 냉매 유입구와 냉매 유출구가 형성되며, 상기 냉매 유입구와 냉매 유출구 간을 연통시키는 오리피스가 형성되는 밸브 본체부;
    상기 스텝모터 구동부의 구동력으로 구동하여 상기 오리피스의 입구 측에 대하여 선형 구동되는 구동운동 변환 수단;
    상기 구동운동 변환 수단에서 선형 구동하는 구성부의 하단부에 구비되는 니들 부재; 및
    상기 니들 부재와 오리피스 간에 구성되며, 상기 구동운동 변환 수단의 스트로크)에 따른 상기 니들 부재의 이동으로 상기 오리피스의 개도를 조절하여 냉매 유량을 다단으로 제어하도록 구성되는 다단 유량 제어 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텝모터 구동부는 모터 하우징, 및 상기 모터 하우징의 내부에 구비되는 통 형상의 코일을 포함하며,
    상기 구동운동 변환 수단은 상기 코일 내측에 구비되며, 외면 일부에 나사산 형성부가 형성되는 구동변환 샤프트 부재와, 일단부가 상기 구동변환 샤프트 부재의 상단부에 결합되면서 그 구동변환 샤프트 부재를 감싸서 구비되는 마그넷과, 상기 구동변환 샤프트 부재의 하부를 지지하는 포지셔너 홀더, 및 상기 포지셔너 홀더 내측에 구비되고, 내면에 상기 구동변환 샤프트 부재의 나사산 형성부와 나사산 결합되는 포지셔너를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다단 유량 제어 수단은,
    상기 니들 부재의 직경이 방향으로 갈수록 단계적으로 감소되어 형성되는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 다단 유량 제어 수단은,
    상기 오리피스의 입구 직경과 동일한 직경을 갖고 상기 니들 부재에 형성되는 폐색부;
    상기 폐색부의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동의 제1 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스와 니들 부재 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제1 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제1 냉매유량 조절부;
    상기 제1 냉매유량 조절부의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부의 제2 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스와 니들 부재 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제2 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제2 냉매유량 조절부; 및
    상기 제2 냉매유량 조절부의 하단에서 반경방향 내측으로 경사지게 형성되고, 상기 스텝모터 구동부의 제3 구동신호에 따른 스트로크로 상기 오리피스와 니들 부재 간의 간극으로 통과하는 냉매 유량을 제3 범위의 냉매 유량으로 제어하도록 형성되는 제3 냉매유량 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 냉매유량 조절부는 상기 오리피스의 내벽에 대하여 0.35°의 각도로 경사지게 형성되고,
    상기 제2 냉매유량 조절부는 상기 오리피스의 내벽에 대하여 3°의 각도로 경사지게 형성되며,
    상기 제3 냉매유량 조절부는 상기 오리피스의 내벽에 대하여 44°의 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스의 직경에 대하여 0.13 ~ 0.15 : 1의 비율로 형성되고,
    상기 제1 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스의 직경에 대하여 0.05 : 1의 비율로 형성되며,
    상기 제3 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스의 직경에 대하여 0.11 ~ 0.16 : 1의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 오리피스를 폐쇄한 상태에서 3.65mm ~ 4.15mm의 개방방향 이동 거리에 걸쳐 형성되고,
    상기 제2 냉매유량 조절부의 형성 길이는 상기 제1 냉매유량 조절부의 끝단이 오리피스의 입구의 수평선과 일치한 상태에서 1.56mm 더 이동되는 거리에 걸쳐 형성되며,
    상기 제3 냉매유량 조절부는 상기 제2 냉매유량 조절부의 끝단이 오리피스의 입구의 수평선과 일치한 상태에서 3.13mm ~ 4.55mm 더 이동되어 그 끝단이 오리피스의 입구의 수평선과 일치한 상태의 거리에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 내면 및 상기 구동변환 샤프트 부재의 상단 중 적어도 하나에 형성되어 상기 모터 하우징의 내면과 구동변환 샤프트 부재 간의 마찰을 저감시키기 위한 마찰 저감 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마찰 저감 수단은,
    상기 모터 하우징의 내면과 구동변환 샤프트 부재의 상단 중 어느 하나에 반원 돌기가 형성되고, 다른 하나는 평면적으로 형성되거나 반원 돌기가 형성되는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    냉매제어용 전자밸브 장치.
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