KR20230111897A - 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브 - Google Patents

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KR20230111897A
KR20230111897A KR1020220007918A KR20220007918A KR20230111897A KR 20230111897 A KR20230111897 A KR 20230111897A KR 1020220007918 A KR1020220007918 A KR 1020220007918A KR 20220007918 A KR20220007918 A KR 20220007918A KR 20230111897 A KR20230111897 A KR 20230111897A
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전완재
홍용석
박종웅
조영수
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(주)모토닉
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Abstract

전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브에 관한 것으로, 외형을 형성하는 하우징, 고온 고압 상태의 액상 냉매가 유입되는 유입포트, 상기 유입포트를 통해 냉매가 유입되는 유입부, 상기 냉매를 저온 저압 상태로 변환해서 배출하는 복수의 출력포트 그리고 상기 냉매를 상기 복수의 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록, 냉매의 이동 방향을 전환하는 밸브부를 포함하는 구성을 마련하여, 응축기에서 고온 고압 상태로 유입되는 냉매를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변환하고, 저온 저압 상태의 냉매를 복수의 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록 냉매의 이동 방향을 전환할 수 있다.

Description

전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브{INTIGRATED ELECTRONIC VALVE FOR EXPANSION AND SWITCHING DIRECTION}
본 발명은 전자식 팽창 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 공조장치에 적용되어 냉매를 팽창시키고 팽창된 냉매의 방향을 조절하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 칠러 시스템은 냉수를 공조기나 냉동기 등의 냉수 수요처로 공급하는 냉각장치 또는 냉동장치로서, 냉매가 순환되는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함한다.
이러한 칠러 시스템의 증발기는 수-냉매 열교환기로서 상기 증발기를 통과하는 냉매와, 공조기 또는 냉동기의 열교환기에서 열교환된 냉수를 열교환시켜 냉수를 냉각하고, 응축기는 수-냉매 열교환기로서 상기 응축기를 통과하는 냉매와 수 냉각장치에서 열교환된 냉각수를 열교환시켜 냉매를 냉각한다.
이러한 칠러 시스템에는 응축기에서 응축된 냉매를 교축(throttling)시키면서 동시에 냉매의 유량을 조절하는 팽창밸브가 적용된다.
상기 팽창밸브는 응축기에서 응축 액화된 고온·고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있는 압력까지 감압해 주는 밸브로서, 증발기에서 충분한 열을 흡수할 수 있는 적정한 냉매량을 조절 공급하는 기능을 한다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 칠러 시스템과 전자식 팽창밸브 기술이 개시되어 있다.
그러나, 종래기술에 따른 팽창 밸브는 하나의 동축에 연결된 볼 밸브가 회전할 때, 밸브 외경에 적용된 팽창 리세스(그루브) 면적이 회전 각도에 따라 변화함에 따라, 냉매 유량만 조절할 수 있고, 유로의 방향을 조절하는 기능은 제공되지 않는다.
이로 인해, 종래기술에 따른 일체형 밸브는 별도의 방향 전환 밸브를 필수적으로 추가해야 함에 따라, 시스템의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
대한민국 특허 등록번호 10-1997441호(2019년 7월 8일 공고) 대한민국 특허 등록번호 10-2083150호(2020년 3월 2일 공고)
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응축기로부터 유입되는 고온 고압 상태의 액상 냉매를 저온 저압으로 변환하고, 냉매의 이동 방향을 조절할 수 있는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉매를 팽창시키는 기능과 방향 전환 기능을 동시에 제공하여 공조장치의 제조 비용을 절감할 수 있는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브는 외형을 형성하는 하우징, 고온 고압 상태의 액상 냉매가 유입되는 유입포트, 상기 유입포트를 통해 냉매가 유입되는 유입부, 상기 냉매를 저온 저압 상태로 변환해서 배출하는 복수의 출력포트 그리고 상기 냉매를 상기 복수의 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록, 냉매의 이동 방향을 전환하는 밸브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브.을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브에 의하면, 응축기에서 고온 고압 상태로 유입되는 냉매를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변환하고, 저온 저압 상태의 냉매를 복수의 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록 냉매의 이동 방향을 전환할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 복수의 출력포트를 동일 방향으로 배치함에 따라, 시스템의 크기를 최소화하고, 하나의 기밀부재만을 적용해서 부품 수를 최소화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 하나의 일체형 밸브를 이용해서 팽창 및 방향 전환 기능을 제공함으로써, 차량용 공조 장치에 적용되는 부품 수를 감소시켜 제조 비용을 절감하고, 작업성 및 작업속도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 A-A' 선에 대한 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 B-B' 선에 대한 단면도,
도 4 및 도 5는 각각 디스크의 회전 동작에 의한 냉매의 팽창 및 전개 상태를 보인 동작 상태도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A' 선에 대한 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 B-B' 선에 대한 단면도이다.
이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브(10)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 외형을 형성하는 하우징(20), 고온 고압 상태의 액상 냉매가 유입되는 유입포트(21), 유입포트(21)를 통해 냉매가 유입되는 유입부(30), 상기 냉매를 저온 저압 상태로 변환해서 배출하는 복수의 출력포트(22,23) 그리고 상기 냉매를 복수의 출력포트(22,23) 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록, 냉매의 이동 방향을 전환하는 밸브부를 포함한다.
하우징(20)은 대략 사각통이나 원통 형상으로 형성되고, 하우징(20)의 내부에는 유입포트(21)를 통해 유입되는 냉매가 일시 저장되는 공간이 형성되는 유입부(30)가 마련되며, 하우징(20)의 상부에는 밸브부(40)가 장착될 수 있다.
하우징(20)의 일측에는 응축기(도면 미도시)에서 고온 고압 상태로 응축된 액상의 냉매가 유입되는 유입포트(21)가 마련되고, 하우징(20)의 타측, 예컨대 하면에는 저온 저압 상태로 변환된 냉매를 선택적으로 배출하는 제1 및 제2 출력포트(22,23)가 마련될 수 있다.
즉, 유입포트(21)에는 응축된 냉매를 공급하는 공급라인(도면 미도시)이 연결되고, 제1 및 제2 출력포트(22,23)는 각각 저온 저압 상태의 냉매를 배출하는 제1 및 제2 배출라인(도면 미도시)이 연결될 수 있다.
유입포트(21)와 유입부(30) 사이에는 유입포트(21)를 통해 유입된 냉매를 유입부(30)으로 전달하는 전달유로(24)가 마련될 수 있다.
유입부(30)는 내부 공간으로 공급되는 고온 고압 상태로 응축된 냉매가 일시 저장되는 공간을 제공할 수 있다.
유입부(30)의 내부 공간에는 밸브부(40)에 마련되는 디스크(42)가 정역 회전 가능하게 설치될 수 있다.
밸브부(40)는 하우징(20)의 상면을 관통해서 설치되는 회전축(41) 및 유입부(30)의 하부에 배치되고 회전축(41)의 회전에 의해 회전 동작하는 디스크(42)를 포함할 수 있다.
회전축(41)은 하우징(20) 외부에 배치되는 액츄에이터(도면 미도시)에 의해 정역 회전, 즉 하우징(20)의 상부에서 보았을 때 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
회전축(41) 외부에는 회전축(41)의 회전 동작시 복원력을 제공하는 탄성부재(411)가 설치될 수 있다.
디스크(42)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 입력포트(21)를 통해 유입부(30)로 유입된 냉매를 팽창시키고, 팽창된 냉매를 제1 출력포트(22) 또는 제2 출력포트(23)를 통해 배출하도록 정역 방향으로 회전 동작할 수 있다.
이를 위해, 디스크(42)의 일측에는 유입부(30)에 일시 저장된 냉매를 디스크(42)의 하부로 전달하는 전달공(44)이 형성될 수 있다.
그래서 제1 및 제2 출력포트(22,23)는 상부에서 보았을 때, 밸브부(40)에 마련되는 디스크(42)의 중심, 즉 회전축(41)을 기준으로 대칭으로 형성되거나, 디스크(42)에 형성되는 전달공(44)을 기준으로 서로 반대 방향을 향해 동일한 각도만큼 이격된 위치에 형성될 수 있다.
그리고 디스크(42)의 하면에는 전달공(44)을 통해 디스크(42)의 하부로 전달된 냉매를 제1 또는 제2 출력포트(22,23)로 전달하는 팽창 리세스(45)가 전달공(44)과 연통 형성될 수 있다.
팽창 리세스(45)는 고온 고압 상태의 냉매를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변환하는 부분으로서, 디스크(42)의 하부에서 보았을 때 단면이 대략 호 형상 형성되는 홈으로 마련될 수 있다.
이와 같이 호 형상을 갖는 팽창 리세스(45)는 제1 또는 제2 출력포트(22,23)와 겹쳐지는 면적에 따라 제1 또는 제2 출력포트(22,23)을 통해 배출되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.
여기서, 팽창 리세스(45)는 전체적으로 일정한 폭과 깊이를 가지도록 형성될 수 있다.
또는, 팽창 리세스(45)는 관통공(44)을 중심으로 양측으로 갈수록 폭과 깊이가 감소하거나 증가하도록 형성될 수도 있다.
이와 함께, 디스크(42)의 하부에는 유입부(30)의 내부 공간과 디스크(42) 그리고 제1 및 제2 출력포트(22,23) 사이의 기밀을 유지하는 기밀부재(43)가 마련될 수 있다.
예를 들어, 기밀부재(43)는 하우징(20)의 내부에 고정되고, 디스크(42)는 기밀부재(43)의 상면에 밀착된 상태에서 회전 동작할 수 있다.
이러한 기밀부재(43)는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)과 같이 탄성과 강성 및 내약품성을 갖는 합성수지 재질의 재료를 이용해서 제조될 수 있다.
그리고 하우징(20)의 상부에는 유입부(30)와 밸브부(40)의 상부를 차폐하는 상부 커버(46)가 결합될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 고온 고압 상태로 유입되는 냉매를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변환하고, 저온 저압 상태의 냉매를 제1 및 제2 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록 냉매의 이동 방향을 전환할 수 있다.
즉, 본 발명은 복수의 출력포트를 동일 방향으로 배치함에 따라, 시스템의 크기를 최소화할 수 있고, 하나의 기밀부재만을 이용해서 복수의 출력 포트와 디스크 사이를 기밀함으로써, 부품 수를 최소화할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 차량용 공조 장치에 적용되는 부품 수를 감소시켜 제조 비용을 절감하고, 작업성 및 작업속도를 향상시킬 수 있다.
다음, 도 3 내지 도 5를 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브의 작동방법을 상세하게 설명한다.
도 4 및 도 5은 각각 도 3에 도시된 디스크의 회전 동작에 의한 냉매의 팽창 및 전개 상태를 보인 동작 상태도이다.
먼저, 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브(10)는 응축기와 연결되는 공급라인을 통해 고온 고압 상태로 응축된 액상 냉매를 공급받는다.
냉매는 유입포트(21)와 전달유로(24)를 통해 하우징(20) 내부에 마련된 유입부(30)로 유입되어 유입부(30)의 내부 공간에 일시 저장된다.
밸브부(40)는 액츄에이터의 구동에 의해 냉매를 제1 및 제2 출력포트(22,23) 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출한다. 이와 같이, 제1 및 제2 출력포트(22,23) 중에서 어느 하나를 통해 배출되는 과정에서, 냉매는 팽창되면서 저온 저압 상태로 변환된다.
예를 들어, 디스크(42)가 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축(41)을 중심으로 시계 방향으로 일정 각도만큼 회전하면, 유입부(30)에 일시 저장된 냉매는 전달공(44)을 통해 디스크(42)의 하부로 전달된다. 이어서, 냉매는 디스크(42)의 하면에 형성된 팽창 리세스(45)로 전달되고, 팽창 리세스(45)와 제1 출력포트(22)가 서로 겹쳐진 부분을 통해 제1 출력포트(22)로 전달된다.
즉, 디스크(42)의 전달공(44)이 제1 출력포트(22)와 완전히 일치하기 이전 또는 이후에 냉매는 입력포트(21)와 전달공(44), 팽창 리세스(45), 제1 출력포트(22)를 순차적으로 거쳐 이동하고, 제1 출력포트(22)와 팽창 리세스(45)가 서로 겹쳐진 면적에 따라 냉매의 팽창이 이루어진다.
반면, 디스크(42)가 도 5에 도시된 바와 같이, 전달공(44)과 제1 출력포트(22)가 서로 일치하도록 시계 방향으로 회전하면, 유입부(30)에 일시 저장된 냉매는 전달공(44)을 통해 제1 출력포트(22)로 직접 전달된다.
즉, 디스크(42)의 전달공(44)과 제1 출력포트(22)가 일치하면, 냉매는 입력포트(21)와 전달공(44), 제1 출력포트(22)를 순차적으로 거쳐 이동하고, 전달공(44)의 면적에 따라 최대 유량을 갖도록 냉매의 팽창이 이루어진다.
한편, 디스크(42)가 반시계 방향으로 회전하는 경우, 냉매는 제2 출력포트(23)를 통해 배출되며, 이때 냉매의 팽창 및 전개 흐름은 디스크(42)가 시계 방향으로 회전하는 동작과 동일함에 따라, 중복되는 설명은 생략한다.
상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 응축기에서 고온 고압 상태로 유입되는 냉매를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변환하고, 저온 저압 상태의 냉매를 제1 및 제2 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록 냉매의 이동 방향을 전환할 수 있다.
즉, 본 발명은 복수의 출력포트를 동일 방향으로 배치함에 따라, 시스템의 크기를 최소화할 수 있고, 하나의 기밀부재만을 이용해서 복수의 출력 포트와 디스크 사이를 기밀함으로써, 부품 수를 최소화할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 차량용 공조 장치에 적용되는 부품 수를 감소시켜 제조 비용을 절감하고, 작업성 및 작업속도를 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉, 상기의 실시 예에서는 하우징(20)의 측면에 유입포트(21)가 형성되고, 하우징(20)의 하면에 제1 및 제2 출력포트(22,23)가 형성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 유입포트(21)는 하우징(20)의 상면이나 하면에 형성되고, 하우징(20)의 측면이나 상면에 3개 이상의 출력포트가 형성되도록 변경될 수도 있다.
그리고 디스크(42)는 유입부(30)의 내부 공간 하단이 아니라, 상단 또는 중앙부에 배치되고, 팽창 리세스(45)는 디스크(42)의 상면이나 측면에 형성될 수 있으며, 팽창 리세스(45)의 전체 길이는 이웃하는 출력포트 사이의 거리보다 짧은 길이로 형성될 수 있다.
본 발명은 응축기에서 고온 고압 상태로 유입되는 냉매를 팽창시켜 저온 저압 상태로 변환하고, 저온 저압 상태의 냉매를 제1 및 제2 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록 냉매의 이동 방향을 전환하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브 기술에 적용된다.
10: 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브
20: 하우징 21: 유입포트
22,23: 제1, 제2 출력포트 24: 전달유로
30: 유입부
40: 밸브부 41: 회전축
411: 탄성부재 42: 디스크
43: 기밀부재 44: 전달공
45: 팽창 리세스 46: 상부 커버

Claims (6)

  1. 외형을 형성하는 하우징,
    고온 고압 상태의 액상 냉매가 유입되는 유입포트,
    상기 유입포트를 통해 냉매가 유입되는 유입부,
    상기 냉매를 저온 저압 상태로 변환해서 배출하는 복수의 출력포트 그리고
    상기 냉매를 저온 저압 상태로 변환하여 상기 복수의 출력포트 중에서 어느 하나를 통해 선택적으로 배출하도록, 냉매의 이동 방향을 전환하는 밸브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 일측에는 응축기에서 고온 고압 상태로 응축된 액상의 냉매가 유입되는 상기 유입포트가 마련되고,
    상기 하우징의 타측에는 저온 저압 상태로 변환된 냉매를 선택적으로 배출하는 상기 제1 및 제2 출력포트가 마련되며,
    상기 하우징의 상부에는 상기 밸브부를 차폐하는 상부 커버가 마련되는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브부는 상기 하우징의 상면을 관통해서 설치되는 회전축,
    상기 유입부의 하부에 배치되고 상기 회전축의 회전에 의해 회전 동작하는 디스크 및
    상기 회전축을 정역 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스크의 일측에는 상기 유입부의 냉매를 상기 디스크의 하부로 전달하는 전달공이 형성되고,
    상기 전달공을 통해 상기 디스크의 하부로 전달된 냉매를 상기 제1 또는 제2 출력포트로 전달하는 팽창 리세스가 상기 전달공과 연통 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력포트는 상부에서 보았을 때, 상기 밸브부에 마련되는 디스크의 중심을 기준으로 서로 대칭으로 형성되거나,
    상기 디스크에 형성되는 전달공을 기준으로 서로 반대 방향을 향해 동일한 각도만큼 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉매는 상기 디스크의 회전에 의해 상기 제1 출력포트 또는 제2 출력포트를 통해 배출되고,
    상기 냉매가 배출되는 유량은 상기 팽창 리세스와 상기 제1 출력포트 또는 제2 출력포트가 겹쳐지는 면적이나, 상기 전달공의 면적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 전자식 팽창 및 방향 전환 일체형 밸브.
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KR101997441B1 (ko) 2012-02-14 2019-07-08 엘지전자 주식회사 팽창밸브 및 이를 포함하는 칠러시스템
KR102083150B1 (ko) 2017-11-20 2020-03-02 세종공업 주식회사 전자식 팽창밸브

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