KR890005334B1 - 증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브를 구비한· 냉동시스템 - Google Patents

증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브를 구비한· 냉동시스템 Download PDF

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우스레이 스케델 존
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캐리어 코오포레이숀
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Abstract

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Description

증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브를 구비한 냉동시스템
제 1 도는 본 발명에 따른 증분 조절 가능한 전자식 팽창 밸브를 가진 증기 압축 냉동 시스템의 개략도.
제 2 도는 밸브가 완전히 폐쇄된 위치에 있을때를 보여준, 제 1 도에 도시된 전자식 팽창밸브의 상세한 단면도.
제 3 도는 밸브가 완전히 개방된 위치에 있을때를 보여준, 제 1 도에 도시된 전자식 팽창밸브의 상세한 단면도.
제 4 도는 제2도 및 제3도에 도시한 전자식 팽창 밸브의 일부분인 오리피스 조립체의 밀폐 수단의 상세한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 증기압축 냉동 시스템 7 : 마이크로 컴퓨터
8 : 전자식 스위칭 장치 9 : 전원
10 : 전자식 팽창밸브 11 : 증발기
12 : 압축기 13 : 응축기
14, 15 : 냉매관 21, 22 : 온도센서
23 : 마이클로 컴퓨터 24 : 스텝 모우터
26, 28, 30 : 전선 27 : 전기 코넥터
25 : 오리피스 조립체 31 : 냉매입구
32 : 냉매출구 33 : 슬리이브 부재
34 : 리이드 스크루우 35 : 로드
36 : 제1환상 밀폐수단 37 : 제2환상 밀폐수단
38 : 슬롯 39 : 종동자
40 : 스프링 41 : 개구단부
44 : 핀 46 : 캡단부
47 : 개구부 49 : 정지부
50 : 0-링
본 발명은 냉동 시스템, 좀더 구체적으로 말하면, 냉동 시스템에 사용하기 위한 팽창밸브에 관한 것이다. 본 명세서내에서는 본 발명을 기존의 냉동 시스템에 관련하여 상세하게 설명하겠다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 더 넓은 적용 가능성을 쉽게 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 열 펌프 시스템이나, 에어 컨디셔닝(공기조화)시스템, 또는 다른 그러한 시스템에 적용할 수 있을 것이다.
종래의 냉동 시스템은 냉동 시스템의 저온측으로 부터 열을 제거하고 냉동 시스템의 고온측에서 열을 방출하기 위한 제순환 냉매를 이용한다. 냉동 시스템을 동작시키는데 필요한 작동입력은 저압가스 냉매를 수용하고 고압으로 그것을 압축하는 모터 구동 압축기에 의해 제공된다. 이 고압 가스 냉매는 응축기에 공급되는데, 이 응축기는 가스 냉매로 부터 열을 제거시켜 액체로 응축시키도록 작용한다. 그리고 나서 이 액체 냉매는 팽창밸브를 통해 증발기에 공급되어, 그곳에서 실내를 냉각시키는 것과같이, 부하를 냉각시키는데 사용되는 열전달유체로 부터 열을 전달받아 증발하게 된다. 그리고 나서 증발기로 부터의 이 가스 냉매는 시스템을 통한 재순환을 위하여 압축기에 복귀된다.
증발기에서 냉매 액체에 의해 흡수된 열량은 액체 냉매의 증발열량, 즉 소정의 주어진 온도에서 액체를 가스로 변화시키도록 유체에 의해 흡수되어야 하는 열량을 포함한다. 또한, 증발기에서 가스 냉매는 그것의 온도를 증발 온도 이상으로 상승시키게 하는 추가 열을 흡수할 수도 있는데, 이러한 가스 냉매는 소위 과열된다고 불리우고, 가스 냉매의 온도를 증발온도 이상으로 상승시키는 열량은 과열정도로 표현된다. 이론상, 팽창 밸브는 냉매가 증발기에서 증발되고 단지 약간 과열될 수 있는 정도의 냉매 량을 받아들여야만 한다. 즉, 증발기는 좋은 열 전달 및 최대 냉동 시스템 효율을 제공하도록 그의 거의 전 길이에 걸쳐 냉매로 "적셔진 상태"가 되어야만 한다. 그러나, 액체가 압축기의 흡입 측으로 유입되게되면 압축기를 손상시킬 수 있기 때문에, 종래에는 압축기의 흡입측으로 액체 냉매의 통과를 방지하도록 증발기는 항상 부분적으로 건조한 상태로 작동되어왔다.
팽창 밸브 및 그 제어 시스템은 전체 냉동 시스템 동작에 있어서, 그리고 전체 냉동 시스템 효율에 있어 중요한 역할을 하는 것이고, 따라서 냉매 흐름을 정확하게 제어할 수 있고 흐름 차단 기능과 같은 다른 기능들을 제공할 수 있고, 동작시 그 동작 위치가 간단하고 신뢰성 있고 정확하게 결정될 수 있는 패창밸브를 가진 냉동 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 예를들면, 과열 및 냉동 시스템에 있어서의 증발기 젖음 특성은 응축기로 부터 냉동시스템의 증발기로 흐르는 냉매를 정확하게 제어할 수 있는 팽창밸브에 의해 최적화될 수 있고, 이에따라 냉동 시스템 동작 효율이 최적화 될 수 있다.
또한, 만일 팽창밸브가 냉매 흐름을 제어하는 외에 차단 기능을 제공할 수 있다면, 이에 의하여 냉동 시스템의 일부분으로서 액체관용 솔레이드 밸브를 사용할 필요성이 제거된다. 게다가, 만일 팽창밸브의 동작위치가 항상 알려져 있다면, 냉동 시스템용 제어 시스템은 팽창밸브 위치를 근거로한 확실한 제어 동작들을 수행함에 의해 냉동 시스템을 더욱 효과적 및 효율적으로 동작 시키도록 프로그램될 수 있다.
그러나, 공지된 냉매 팽창 밸브들은 상술된 기능들을 제공하는데에 적합하지 않다. 예를들면, 냉동 시스템에 사용된 팽창밸브의 가장 일반적인 형인 온도조절식 팽창밸브는 과열 및 증발기 젖음 특성들을 정확히 제어함에 의해 냉동 시스템 동작 효율을 최적화하도록 밸브를 통한 냉매 흐름을 정확하게 제어하는 데에는 특히 적합하지 않다. 온도 조절식 팽창 밸브가 과열 및 증발기 젖음 특성을 제어하는데 사용될때 그것들은 다른 결점들중에서도 응답시간이 느리다는점, 조절 범위가 넓다는점 부하 범위가 좁다는 점등의 결점이 있게된다. 게다가, 온도 조절식 팽창 밸브들은 차단 밸브 기능과 같은 다른 기능들을 제공하기에 아주 적합하지 않다. 또한, 온도조절식 밸브들의 동작위치를 밸브동작시 정확하게 결정한다는 것은 어려운 일이다.
또한 아날로그 제어 시스템들을 가진 전자 제어식 팽창 밸브들도 공지되어 있는데, 여기서 아날로그 제어시스템들은 냉동시스템 동작 조건들의 함수인 입력 신호들을 아날로그 제어시스템에 제공하는 센서들에 의해 감지된 냉동시스템 동작 조건들에 응하여 밸브를 개폐한다. 아날로그 제어 시스템을 가진 그런 전기 제어식 팽창 밸브들의 예들은 미합중국 특허 제 4, 362, 027호와, 제 4, 067, 203호와, 제 3, 967, 781호 및 제 3, 577, 743호에 발표되어 있다. 일반적으로, 그런 전기 제어식 팽창 밸브들은 응답 시간이 온도 조절식 팽창 밸브보다 이론적으로 더 빠르기 때문에 온도 조절식 팽창 밸브들 보다 더 정확하게 냉동 시스템들을 제어할 수 있어야 한다. 그러나, 그런 전기 제어식 팽창 밸브들은 온도 조절식 제어 팽창 밸브 보다 더 개선된 것일 수 있다고 할 수는 있지만 동작면에서 이상적이 아니다. 일반적으로 그들은 팽창밸브의 헌팅(불안정 난조)또는 냉동시스템 압축기의 플러딩(범람, 유출)없이 냉동 시스템 효율을 최적화 하도록 냉매 과열 및/또는 증발기 젖음 특성을 소망의 레벨로 지속시키기에는 특히 적합하지 않다. 또한, 몇몇 이들 전기 제어식 팽창밸브들은 차단 밸브 기능과 같은 다른 기능들을 제공할 수 없다. 게다가, 동작시 그러한 전기 제어식 팽창밸브들의 동작위치를 신뢰성 있고 정확하게 결정한다는 것은 특히 쉬운일이 아니다.
그러므로, 본 발명의 목적은 밸브를 통하는 냉매 흐름을 정확하게 제어할 수 있는 냉매 팽창밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉매 흐름제어 기능외에도 차단 밸브기능을 수행하는 것과 같은 다른 기능들을 수행할 수 있는 냉매 팽창밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 동작시 그 동작 위치가 간단하고 신뢰성 있게 그리고 정확하게 결정될 수 있는 냉매 팽창밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 목적은 입구, 출구, 오리피스, 조립체, 슬리이브 부재, 스텝 모우터로 구성되는 전자식 팽창밸브에 의해 달성된다. 오리피스 조립체는 입구로 부터 오리피스 조립체를 통하여 전자식 팽창밸브의 출구로 흐르는 냉매 흐름을 제어하기 위한 최소한 하나의 슬롯으로 구성되어 있&다. 슬리이브 부재는 스텝 모우터에 작동적으로 연결되어 모우터의 작동에 응하여 슬롯의 일부 또는 전체를 증분적을 점증 개폐하도록 오리피스 조립체의 슬롯을 따라 미끄럼 운동을 한다. 또한, 제어시스템이 설치되어 냉동 시스템의 감지된 소정의 동작 상태에 응하여 모우터 작동을 제어하도록 스텝 모우터에 전자 디지탈 제어신호들을 공급한다. 예를들면, 모우터 동작은 냉동 시스템의증발기로 부터 압축기로 흐르는 냉매의 과열에 응하여 제어될 수 있다. 바람직하게 제어 시스템은 마이크로 컴퓨터를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 팽창 밸브를 통한 냉매 흐름의 증분적인 제어에 따라 냉동시스템의 증발기로의 냉매흐름의 제어가 매우 정밀하게 이루어진다. 또한, 이에 따라 냉동 시스템의 증발기로 부터 압축기로 흐르는 냉매 증기의 과열의 제어가 매우 정밀하게 이루어질뿐만 아니라 냉동 시스템의 증발기에서의 냉매 젖음 특성도 매우 정밀하게 제어되게 된다. 무엇보다도 과열 및 증발기 젖음 특성에 관한 이러한 정밀한 제어에 의하면, 내동시스템의 동작 효율이 최적으로 되게된다. 또한, 팽창밸브의 증분 제어에 의하면 밸브의 동작시 밸브의 위치를 감지하기 위한 피이드백 센서와 같은 수단을 제공할 필요성이 없이 팽창 밸브의 위치가 정확히 설정될 수 있다.
상술된 특징외에도, 본 발명에 따른 증분적으로 조절 가능한 전자식 냉매 팽창밸브는 슬리이브 부재가 밸브의 오리피스 조립체의 모든 슬롯을 덮는 완전 폐쇄 위치에 있을때 밸브를 통한 흐름을 완전히 차단하기 위한 밀폐수단을 포함하고 있다. 양호하게도, 상기 밀폐 수단은 오리피스 조립체의 캡단부와 슬리이브 부재 사이에서 오리피스 조립체의 슬롯위에 위치된 제 1밀폐 수단과, 슬리이브 부재와 오리피스 조립체의 주본체 사이에서 오리피스 조립체의 슬롯 아래에 위치된 제 2밀폐 수단으로 구성되어 있다. 이들 제1및 제 2밀폐 수단은 슬리이브 부재와 함께 슬리이브 부재가 완전히 폐쇄된 위치에 있을때 오리피스 조립체의 슬롯을 효과적으로 에워싸게 되며, 이에 따라 슬리이브 부재가 완전히 폐쇄된 위치에 있을때 전자식 팽창밸브의 입구와 출구사이의 냉매 흐름을 실질적으로 차단한다. 제 1및 제 2밀폐수단 외에도, 스프링이 설치된 종동자가 설치되어, 슬이리이브부재가 전자식 팽창밸브의 동작시 제 2밀폐 수단으로 부터 비접촉 상태로 이동하게 될때 제 2밀폐수단을 제 위치에 유지시키도록 제 2밀폐 수단을 누루고 덮게끔 작용한다. 종동자는 슬리이브 부재가 제 2밀폐 수단과 접촉하는 완전히 폐쇄된 위치로 이동될때 슬리이브 부재에 의하여 제 2밀폐 수단과의 접촉을 부분적으로 피하는 위치로 이동하도록 가압력을 받게된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여, 양호한 실시예와 함께 본 발명의 다른 목적 및 이점을 더욱 상세히 설명하고자한다.
제 1도는 본 발명에 따른 증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브를 가진 증기 압축 냉동 시스템의 개략도로서, 증기 압축 냉동 시스템(5)은 증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브(10)외에, 증발기(11)와, 압축기(12)와, 응축기(13)를 포함하고 있다. 팽창밸브(10)의 제어 시스템은 온도 센서(21), (22)와, 마이크로 컴퓨터(7), 전자식 스위칭장치(8)및 전원(9)을 포함하는 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)으로 구성되어 있다. 전자식 팽창밸브(10)는 스텝 모우터(24)와, 오리피스 조립체(25)와, 전기코넥터(27)및 슬리이브 부재(33)로 구성되어 있다. 리이드 스크루우(34)가 설치되어 스텝모우터(24)와 슬리이브 부재(33)를 연결시켜 준다.
온도 센서(21및 22)로서는 다양한 형의 센서들이 사용될 수 있다. 양호하게도, 센서(21, 22)들은 더어미스터와 같은 온도 감응 저항 장치이다. 제 1도에 도시된 바와같이, 온도 센서(21)는 냉매 관(14)에 연결되어, 이 관(14)를 통하여 증발기(11)로 부터 압축기(12)로 흐르는 냉매의 온도를 감지한다. 이 감지된 온도는 압축기(12)를 흐르는 과열된 냉매 증기의 온도를 가리킨다. 온도센서(21)에 의해 감지된 온도의 함수인 전기 신호는 전선(26)을 통하여 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)에 제공된다. 온도 센서(22)는 팽창 밸브(10)로 부터 증발기(11)로 들어가는 냉매의 온도를 감지하도록 냉매 관(15)에 연결되어 있다. 이 온도는 증발기(11)내의 냉매의 포화 온도이다. 온도센서(22)에 의해 감지된 온도의 함수인 전기 신호는 전선(28)을 통하여 마아크로 컴퓨터 제어 시스템(23)에 제공되게 된다.
제 1도에 도시된 바와같이, 온도 센서(21, 22)의 각각은 냉매관(14및 15)을 통하여 흐르는 냉매와 직접 접촉하도록 냉매간(14, 15)에 삽입된 소자들을 가지고 있다. 그러나, 온도센서(21, 22)들은 냉매관(14, 15)에 간단히 부착시킬 수 있고, 또는 다른 형의 센서들을 사용하여 냉동 시스템(5)의 동작 상태를 감지케 할 수도 있을것이다.
마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)은 온도 센서(21, 22)들로부터의 전기 입력 신호들을 수신하고, 프로그램 과정에 따라 수신된 전기 입력 신호들을 처리하고, 처리된 압력 신호들에 응하여 전자 디지탈 제어 신호들을 발생시키고, 그 디지탈 제어신호들을 전기 코넥터(27)을 통하여 전자식 팽창밸브(10)의 스텝 모우터(24)에 신호들을 공급하기에 적합한 장치들을 조합하여 구성한 것이다. 예를들면, 제 1도에 도시된 바오같이 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)은 온도 센서(21)로 부터 전선(26, 28)들을 경유하여 전기 입력 신호들을 수신하기 위한 그리고 사전에 프로그램된 과정에 따라 수신된 전기 입력 신호들을 처리하기 위한 마이크로 컴퓨터(7)를 포함하고 있다. 전원(9)은 전기 코넥터(27)를 통하여 전자식 팽창밸브(10)의 스텝 모우터(24)에 연결되어 있는 전선(30)에 전자식 스위칭장치(8)를 통하여 전력을 공급한다. 전자식 스위칭 장치(8)는 마이크로 컴퓨터(7)에 의해 수신되고 처리되는 온도 센서(21, 22)들로 부터의 입력 신호들의 함수인 전자 디자탈 제어 신호들의 형태로 스텝 모우터(24)에 전력을 공급하도록 마이크로 컴퓨터(7)의 제어하에 동작된다. 통상, 스위칭장치(8)및 전원(9)과 같은 전자 정치들은 마이크로 컴퓨터들이 스텝 모우터(24)와 같은 장치에 비교적 큰 양의 전력을 공급하기에 적당하지 않기 때문에 필요하다. 예를들면, 마이크로 컴퓨터(7)는 미합중국의 인텔 코오포레이숀의 모델2764 메모리 장치(EPROM)를 가진 모델 8031마이크로 프로세서 일 수 있다. 이런 종류의 마이크로 컴퓨터를 사용하는 경우에는 마이크로 컴퓨터로 부터 직접 스텝 모우터에 전력을 공급하는 시도 보다는 오히려 마이크로 컴퓨터의 제어하에 스위칭 장치를 통하여 전원으로 부터 스텝 모우터에 전력을 공급하는 것이 바람직하다.
마이클로 컴퓨터(7)는 여러 처리 과정중 어느 하나에 따라 온도 센서(21, 22)로 부터 전기 입력 신호들을 처리하도록 그로그램될 수 있다. 예를들어, 마이크로 컴퓨터(7)는 증발기(11)로 부터 압축기(12)로 흐르는 냉매 증기의 과열을 결정하도록 전기 입력 신호들을 처리할 수 있는데, 이것은 온도 센서(21및 22)에 의해 감지된 온도들간의 차이를 마이크로 컴퓨터(7)에 의해 계산함에 의해 달성될 수 있다. 그리하여, 전자식 팽창밸브(10)는 이 계산된 온도차에 직접 응답하도록 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)에 의해 조정될 수 있을 것이다. 즉, 팽창밸브(10)는 계산된 온도차에 비례하는 양만큼 증분적으로 개폐될 수 있다. 이런 방법으로 압축기(12)에 들어가는 냉매 증기의 과열은 최적 상태로 유지되고, 이에따라 증발기(11)에서의 냉매 젖음 특성이 최적화되어 냉동 시스템(5)의전체 동작 효율이 최적화 된다. 물론, 마이크로 컴퓨터(7)은 온도 센서(21, 22)들에 의해 감지된 온도 이외에도 냉동 시스템(5)의 다른 동작 상태들을 모니터 할 수 있고, 전자식 팽창밸브(10)는 감지된 동작 상태들의 적당한 기능들에 응하여 마이크로 컴퓨터 시스템(23)에 의해 조정될 수 있다.
제 1도에 도시된 바와같이, 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)은 전선(30)을 통하여 그리고전기 코넥터(27)를 통하여 디지탈제어 신호들을 스텝 모우터(24)에 공급하며, 그 디지탈제어 신호들에 의하여 스텝 모우터(24)는 단계적으로 작동하게 된다. 예를들어 스텝 모우터(24)는 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)으로 부터의 특정된 전자 디지탈 제어 신호들에 응하여 소정량 만큼 회전할 수 있다. 이 스텝 모우터(24)의 단계적 작동에 따라 슬리이브 부재(33)의 개폐 운동이 정밀하게 제어되게 되며, 슬리이브 부재(33)의 위치가 스텝 모우터(24)에 의해 오리피스 조립체(25)에 대해 상대적으로 증분제어되게 된다. 바람직하게도 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)으로 부터의 일 패턴의 전자 디지탈 제어 신호에 응한 스텝 모터(24)의 일 스텝 회전은 리이드 스크루우(34)에 의해 전자식 팽창밸브(10)의 오리피스 조립체(25)에 대해 슬리이브 부제(33)를 개방 또는 폐쇄시키는 선형의 일 스텝 증분으로 변환된다.
스텝 모우터(24)는 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)으로 부터의 전자 디지탈 제어 신호들에 응답하는 디지탈적으로 제어 가능한 모우터 수단의 종류일 수 있다. 예를들어, 스텝 모우터(24)는 미합중국의 이스턴 에어 디바이스사로 부터 구입할 수 있는 모델 LA 23 GCK-46 2극 스텝 모우터일 수 있다. 네개의 전선(30)들은 스텝모우터(24)를 단계적으로 작동시키기 위하여 스텝 모우터(24)의 선택된 극들에 전자 디지탈 제어 신호들을 공급한다. 다섯번째 전선(30)은 보통 또는 12볼트의 전선이다.
제2도 및 제3도는 제 1도에 기술한 제어 시스템과 함께 사용하기에 적합한 본 발명에 따른 새로운 전자 팽창 밸브(10)의 횡단면도이다. 제2도및 제3도에 도시된 바와같이, 전자식 팽창 밸브(10)는 회전 가능한 스텝 모우터(24)의 동작에 의하여 속이 빈 원통형 오리피스 조립체(25)를 거쳐 위 아래로 증분적으로 이동될 수 있는 일반적인 환상 슬리이브 부재(33)를 가진 밀폐된 원통형 구조이다. 스텝 모우터(24)는 냉매를 그위를 거쳐 밸브(10)를 통과 시키게 하도록 전자식 팽창밸브(10)는 하우징(60)내에 밀봉되어 있다. 제 2도는 완전히 폐쇄된 상태의 팽창밸브(10)를 도시하고 있고, 한편 제 3도는 완전히 개방된 상태의 팽창밸브(10)를 도시하고 있다.
제 2및 3도에 도시된 바와같이, 전자식 팽창밸브(10)는 스텝모우터(24)와 오리피스 조립체(25)및 슬리이브 부재(33)외에도 냉매 입구(31)와, 냉매 출구(32)와, 스텝 모우터(24)와 슬리이브 부재(33)를 연결하는 리이드 스크루우(34)와, 슬리이브 부재(33)의 개구부(47)를 통하여 위로 뻗어 있고 오리피스 조립체(25)의 캡단부(46)에 깊히 박힌 로드(35)를 포함하고 있다. 또한, 오리피스 조립체(25)의 최상단부 가까이에서 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)위에는 제 1환상 밀폐수단(36)이 위치되어있고 냉매 입구(31)에 연결되어 있는 오리피스 조립체(25)의 개구단부(41) 가까이에서 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)아래에는 제 2환상 밀폐수단(37)이 위치되어 있다. 슬롯(38)은 오리피스 조립체(25)의 주변에 형성된 긴 개구부이다. 이 개구분의 크기에 따라 전자식 팽창밸브(10)를 통한 냉매 흐름이 조절된다. 도시를 용이하게 하기 위하여, 단지 하나의 슬롯(38)만이 제 2및 3도에 도시되었다. 그러나, 오리피스 조립체(25)와 주변에 일정한 간격을 두고 다수의 슬롯(38)들이 있을 수 있다.
제 3도를 참조하여 보면, 동작시 응축기(13)로 부터의 액체냉매는 냉매입구(31)를 통하여 그리고 오리피스 조립체(25)의 개구단부(41)를 통하여 오리피스 조립체(25)로 유입된다. 그리하여 이 액체 냉매는 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)을 통과하고 슬롯(38)을 통과하고 액체 냉매의 일부는 슬롯(38)을 통과함에 따라 단열 팽창에 의해 가스 상태로 되고, 그리하여 이 혼합 액체 및 가스 냉매는 냉매 출구(32)를 통하여 밸브(10)로 부터 증발기(11)로 유입되게 된다.
슬리이브 부재(33)는 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)의 개구의 크기를 조절하도록 오리피스 조립체(25)를 통해 상하로 미끄럼 운동을 한다. 슬리이브 부재(33)의 이 선형 미끄럼 운동은 제 2,3및 4도에 도신된 바와 같이 핀(44)에 의해 슬리이브 부재(33)에 부착된 리이드 스크루우(34)를 거쳐 슬리이브부재(33)에 힘을 전달하는 스텝 모우터(24)의 동작에 의해 제어된다. 이러한 방법으로, 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)의 개구리 크기는 슬리이브 부재(33)가 스텝 모우터(24)의 단계적 작동에 의해 단지 증분적으로 이동되기 때문에 정밀하게 제어된다.
전선(30)들을 통해 스텝 모우터(24)에 의해 수신된 전자 디지탈 제어신호들은 상술된 바와같이 불연속 단계로 스텝모우터(24)를 회전시키도록 스텝 모우터(24)를 동작시키게 된다. 스텝 모우터(24)의 불연속 회전에 따라 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)에 대한 슬리이브 부재(33)의 상대 위치가 증분적으로 조절되게 된다. 전선(30)을 통하여 스텝 모우터(24)에 공급되는 각각의 전자 디지탈 제어 신호는 슬리이브 부재(33)를 스텝모우터(24)의 회전 방향에 따라 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)을 따라 상하로 단일 불연속 이동단위만큼씩 증분시켜야만 이상적이다. 양호하게도, 슬리이브 부재(33)는 비교적 긴 행정길이를 가지며, 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)은 종래의 냉매 팽창밸브들의 오리피들에 비하여 비교적 길게 구성되어 있다. 예들들어, 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)의 길이는 19.05밀리미터(3/4 인치)일 수 있고, 슬리이브부재(33)는 단계당 0.0254 밀리미터(0.001 인치)로 증분적 단계 이동하며, 슬롯(38)에 대해 약 760개의 불연속 개구 크기를 제공한다. 이에따라, 슬롯(38)의 개구 크기를 극히 정밀하게 제어 할 수 있고, 그 결과 전자식 팽창밸브(10)를 통한 냉매 흐름을 매우 정밀하게 제어할 수 있다.
상술한 바와같이, 로드(35)는 오리피스 조립체(25)의 캡단부(46)에 깊이 박혀 있고 슬리이브부재(33)의 개구부(47)를 통해 위로 연장되어 있다. 로드(35)는 슬리이브 부재(33)의 개구부(47)보다 작은 직경을 가지고 있고, 그리하여 전자식 팽창 밸브(10)의 동작시 슬리이브 부재(33)의 양면상에서 작용하는 압력을 동일하게 하도록 냉매가 개구부(47)를 통하여 흐를 수 있게 되어 있다. 또한, 로드(35)는 스텝 모우터(24)의 동작시 스텝 모우터(24)로 부터 리이드 스크루우(34)를 통하여 슬리이브 부재(33)에 전달되는 토오크에 의해 오리피스 조립체(25)에 대한 슬리이브 부재(33)의 바람직하지 못한 상대 회전을 방지한다.
슬리이브 부재(33)가 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)에 대해 증분적으로만 이동되기 때문에, 오리피스조립체(25)에 대한 슬리이브 부재(33)는 절대 위치와, 그리고 그에 따른 슬롯(38)의 개구의 크기는 전자식 팽창 밸브(10)의 동작시 높은 정확도로 마이크로 컴퓨터 제어시스템(23)에 의해 모니터될 수 있다. 그러나, 냉동 시스템(5)의 시동시 오리피스 조립체(25)에 대한 슬이이브 부재(33)의 절대 위치는 마이크로 컴퓨터 제어시스템(23)을 초기 작동시킬 수 있도록 결정되어야 하는데, 이것은 냉동 시스템(5)의 시동시 완전히 폐쇄된 위치로 슬리이브 부재를 이동시키도록 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)에 의해 스텝 모우터(24)에 전선(30)들을 경유하여 전자 디지탈 제어 신호들을 공급시킴에 의해 달성된다. 만일 슬리이브 부재(33)가 시동시 이미 완전히 폐쇄되었다면, 스텝 모우터(24)는 단순히 헛돌게되어 슬리이브 부재(33)또는 스텝 모우터(24)의 손상이 방지되게 한다. 전자식 팽창밸브(10)의 시동 위치를 초기 설정한후, 마이크로 컴퓨터 제어시스템(23)은 밸브(10)의 완전히 폐쇄된 위치로 부터 시작되는 냉동 시스템(5)의 동작 상태에 응하여 전자식 팽창밸브(10)를 제어한다.
냉동 시스템(5)의 동작중, 마이크로 컴퓨터 시스템(23)의 논리 회로는 메모리에서 마지막으로 알고 있는 슬리이브 부재(33)의 위치를 유지하고, 슬리이브 부재(33)의 위치가 조정될때 마이크로 컴퓨터 제어 시스템(23)은 슬리이브 부재(33)의 새로운 위치를 반영시키도록 메모리를 변화시킨다. 이 방식으로 슬리이브 부재(33)의 위치와 그에 따른 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)의 개구부 크기는 슬리이브 부재(33) 위치를 감지하기 위한 피이드백 센서와 같은 절대 위치 감지 수단을 제공할 필요성 없이 냉동 시스템(5)의 동작 중에 연속적으로 알려진다.
제 2도를 참조하여 보면, 전자식 팽창밸브(10)가 완전히 폐쇄된 위치에 있을때, 즉 슬리이브 부재(33) 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)을 완전히 덮었을때, 제 1및 제 2환상 밀폐수단(36, 37)은 밸브(10)의 냉매 입구(31)및 냉매 출구(32)사이의 냉매 흐름을 실질적으로 방지한다. 제 4도에 아주 잘 도시된 바와같이, 양호하게도 제 1밀폐 수단(36)은 0-링(54)에 의해 받쳐져 있는 카아본충진 테프론 시일(53)로 구성되어 있고, 한편 제 2밀폐 수단(37)은 두개의 0-링(51및 52)들에 의해 받쳐져 있는 카아본 충진 테프론 시일(50)로 구성되어 있다. 각 밀폐 수단(36, 37)은 오리피스 조립체(25)의 주 본체의 환상 홈에 설치되어 있다. 제 1밀폐 수단(36)은 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)위에서 오리피스 조립체(25)의 캡단부(46)에 위치되어 있다. 제 2밀폐 수단(37)은 슬롯(38)아래에서 오리피스 조립체(25)의 주본체에 형성된 개구단부(41)에 위치되어 있다. 슬리이브 부재(33)가 완전히 페쇄된 상태로 있을때, 밀폐수단(36, 37)들은 슬리이브 부재(33)와 오리피스 조립체(25)의 주 본체 사이에 위치되게 된다. 그리하여 밀폐수단(36, 37)들과 슬리이브 부재(33)들은 슬리이브 부재(33)가 완전히 폐쇄된 상태로 있을때 전자식 팽창밸브(10)를 통하여 흐르는 냉매 흐름을 효과적으로 방지하도록 슬롯(38)을 둘러싸게 된다. 또한, 밀폐수단(36, 37)들은 완전히 폐쇄된 위치로부터 슬리이브 부재(33)의 이동이 요구되었을때 그 슬리이브 부재(33)의 이동을 방해하는 힘을 발생시키지 않도록 설계되었다.
제 2도, 제 3도및 제 4도에 도시된 바와같이 오리피스 어셈블리(25)의 바닥 근처에는 환상스프링이 설치된 종동자(39)가 제공되어 있다. 이 종동자(39)는 슬리이브 부재(33)와 제 2밀페수단(37)과 접촉하지 않게 그리고 종동자(39)와 접촉하지 않게 위로 이동학때 제 2환상 밀폐수단(37)을 덮도록 스프링(40)에 의해 위로 밀려지게 되어있다. 종동자(39)는 제 2밀폐 수단(37)을 덮게될때 그 제 2밀폐수단(37)을 압박하여 밸브(10)의 동작중 밸브(10)를 교차하여 발생하는 정상 압력 편차로 인하여 밀폐수단(37)이 그 환상 홈으로부터 이탈하는 것을 방지하게 된다. 제 4도에 잘 도시된 바와같이, 스프링(40)은 슬리이브 부재(33)가 완전히 폐쇄된 위치로 이동되었을때 슬리이브 부재(33)로 하여금 종동자(39)를 제 2밀폐수단(37)으로 부터 부분적으로 떨어질 수 있게 해준다. 또한, 제 2도, 제 3도및 제 4도에 도시된 바와같이 정지부(49)가 설치되어 슬리이브 부재(33)가 종동자(39)와 접촉을 벗어나서 이동될때 그 종동자(39)의 상향 이동 거리를 제한하기 위한 정지면을 제공한다.
제 1및 제 2밀폐수단(36, 37)은 슬리이브부재(33)가 완전히 폐쇄된 위치에 있을때 전자식 팽창밸브(10)을 통하여 흐르는 냉매흐름을 완전히 차단시키게 된다. 그리하여, 필요하다면 전자식 팽창밸브(10)는 마이크로 컴퓨터 제어시스템(23)에 의해 동작되어 차단 밸브 기능을 제공하며, 이에따라 냉동시스템(5)의 전자식 팽창밸브(10)에 응축기(13)를 연결하는 냉매관내에 종래와 같이 액채관 솔레노이드 밸브를 설치할 필요성을 없게한다. 그러한 종래의 액체 관 솔레노이드 밸브는 냉동 시스템(5)의 정지 기간동안 응축기(13)로 부터 증발기(11)로의 냉매 이동을 방지하는데 통상 필요하다. 그러한 종래의 액체관 솔레노이드 밸브에 대한 필요성의 제거는 냉동 시스템(5)의 구조와 동작 및 크게 단순화시키며, 가격도 저렴하게 해준다. 물론, 냉동 시스템(5)의 정지를 나타내는 입력이 마이크로 컴퓨터 제어시스템(23)에 제공되어야 하고, 시스템(23)은 냉동 시스템(5)의 그러한 입력이수신될때 슬리이브 부재(33)를 그이 완전 폐쇄 위치로 이동시키도록 프로그램 되어야 한다.
지금까지 본 발명의 실시예에 관해 설명하였으나 본 발명은 이에 국한되지 않고 특허청구의 범위에 기재된 바와같은 발명의 범위내에서 변경이 가능하다.

Claims (12)

  1. 압축기(12)와, 응축기(13)와, 증발기(11)와, 전자식 냉매 팽창 밸브(10)를 구비하고, 전자식 냉매 팽창 밸브(10)와 응축기(13)로 부터 냉매를 받아들이는 입구(31), 증발기(11)로 냉매를 배출시키는 출구(32), 그리고 전자 디지탈 제어 신호에 응하여 위치를 증분적으로 조정할 수 있도록 밸브 조정 부재에 작동적으로 연결된 스텝모우터(24)를 가지게 구성되어 있는 냉동 시스템에 있어서, 상기 팽창밸브(10)는 입구(31)과 출구(32) 사이에 연결되어 그 입, 출구(31), (32) 사이의 냉매 흐름을 제어하는 하나이상의 슬롯(38)을 가진 오리피스 조립체(25)와, 그 오리피스 조립체(25)에 대한 상대 위치에 따라 슬롯(38)의 개구 크기를 조정하도록 상기 오리피스 조립체(25)를 따라 미끄럼 운동하면서 상기 밸브 조정부재로서 작용하는 슬리이브 부재(33)와, 스텝모우터(24)의 회전 운동에 응하여 슬리이브부재(33)의 선형 위치를 증분적으로 조정하도록 스텝모우터(24)와 슬리이브 부재(33) 사이에 연결된 리이드 스크루우(34)와, 스텝모우터(24)로 부터 리이드 스크루우(34)를 통해 슬리이브부재(33)에 전달되는 토오크에 의해 슬리이브부재(33)가 오리피스 조립체(25)에 대해 상대 회전하는 것을 방지하도록 오리피스 조립체(25)에 박혀있고 슬리이브부재(33)에 연결되어 있는 로드(35)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 증분 조절 가능한 전자식 팽창 밸브를 구비한 냉동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팽창 밸브가 오리피스 조립체(25)와, 슬리이브부재(33)와, 스텝모우터(24)를 에워싸는 밀봉체를 구성하는 하우징(60)을 구비하는 것을 특징으로 하는 증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브를 구비한 냉동 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오리피스 조립체(25)는 캡 단부(46)과, 입구(31)로 부터 냉매를 수용하도록 바닥에 형성된 개구단부(41)와, 상기 캡단부(46)과 개구단부(41) 사이에 형성되어 냉매를 출구(32)로 배출시키는 하나 이상의 슬롯(38)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증분 조절 가능한 전자식 팽창 밸브를 구비한 냉동 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 팽창 밸브는 슬이이브부재(33)가 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)을 덮는 완전 폐쇄 위치에 있을때 냉매 흐름을 차단시키도록 슬롯(38)위에서 오리피스 조립체(25)에 형성된 환상홈 내에 위치되어 슬리이브부재(33)와 오리피스 조립체(25) 사이에 끼어 있는 제 1 환상 밀폐수단(36)과, 슬리이브부재(33)가 완전 폐쇄 위치에 있을 때 냉매 흐름을 차단시키도록 그 폐쇄 위치에서 슬롯(38) 아래에서 오리피스 조립체(25)에 형성된 환상홈 내에 위치되어 슬리이브부재(33)와 오리피스 조립체(25)에 끼어있는 제 2 환상 밀폐수단(37)와, 슬리이브부재(33)가 제 2 환상 밀폐수단(37)과 접촉한 상태로 부터 이동할 때 제 2 환상 밀폐수단(37)을 그의 환상홈 내에 보유시키도록 제 2 환상 밀폐수단(37)을 덮고 슬리이브부재(33)가 제 2 환상 밀폐수단(37)과 접촉하는 상태로 이동할 때는 제 2 환상 밀폐수단을 부분적으로 덮지 않게 하도록 슬리이브부재(33)의 이동에 종동하게끔 위치되고 스프링에 의해 가압되는 종동자(39)를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 증분 조절 가능한전자식 팽창 밸브를 구비한 냉동 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 제1 및 제 2 환상 밀폐수단(36), (37)의 각각은 하나이상의 0-링으로 받쳐져 있는 시일로 구성되는 것을 특징으로 하는 증분 조절 가능한 전자식 팽창 밸브를 구비한 냉동시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 종동자(39)가 제 2 환상 밀폐수단(37)을 덮을때 종동자(39)의 상향 이동을 제한하도록 종동자(39)가 접촉하는 정지면을 가지는 정지부재(49)가 설치되는 것을 특징으로 하는 증분 조절 가능한 전자식 팽창 밸브를 구비한 냉동 시스템.
  7. 냉매를 받아들이는 입구(31), 냉매를 배출시키는 출구(32), 그리고 수신된 전자 디지탈 제어 신호에 응하여 위치를 증분적으로 조정할 수 있도록 밸브 조정 부재에 자동적으로 연결된 스텝모우터(24)를 구비하고 있는 전자식 냉매 팽창 밸브에 있어서, 입구(31)과 출구(32) 사이에 연결되어 그 입, 출구(31), (32) 사이의 냉매 흐름을 제여하는 하나이상의 슬롯(38)을 가진 오리피스 조립체(25)와, 그 오리파스 조립체(25)에 대한 상대 위치에 따라 슬롯(38)의 개구 크기를 조정하도록 상기 오리피스 조립체(25)를 따라 미끄럼 운동하는 슬리이브부재(33)와, 스텝모우터(24)의 회전 운동에 응하여 슬리이브부재(33)의 선형 위치를 증분적으로 조정하도록 스텝모우터(24)와 슬리이브부재(33) 사이에 연결된 리이드 스크루우(34)와, 스텝모우터(24)로 부터 리이드 스크루우(34)를 통해 슬리이브부재(33)에 전달되는 토오크에 의해 슬리이브부재(33)가 오리피스 조립체(25)에 대해 상대 회전하는 것을 방지하도록 오리피스 조립체(25)에 박혀 있고 슬리이브부재(33)에 연결되어 있는 로드(35)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자식 냉매 팽창 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 팽창 밸브가 오리피스 조립체(25)와, 슬리이브부재(33)와, 스텝모우터(24)를 에워싸는 밀봉체를 구성하는 하우징(60)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 냉매 팽창 밸브.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 오리피스 조립체(25)는 캡단부(46)과, 입구(31)로부터 냉매를 수용하도록 바닥에 형성된 개구단부(41)과, 상기 캡단부(46)과 개구단부(41) 사이에 형성되어 냉매를 출구(32)로 배출시키는 하나이상의 슬롯(38)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 냉매 팽창 밸브.
  10. 제 7 항에 또는 제 8 항에 있어서, 슬리이브부재(33)가 오리피스 조립체(25)의 슬롯(38)을 덮은 완전 폐쇄 위치에 있을 때 냉매 흐름을 차단시키도록 슬롯(38)위에서 오리피스 조립체(25)에 형성된 환상홈 내에 위치되어 슬리이브부재(33)와 오리피스 조립체(25) 사이에 끼어 있는 제 1 환상 밀폐수단(36)과 슬리이브부재(33)가 완전 폐쇄 위치에 있을 때 냉매 흐름을 차단시키도록 그 폐쇄 위치에서 슬롯(38) 아래에서 오리피스 조립체(25)에 형성된 환상홈 내에 위치되어 있는 슬리이브부재(33)와 오리피스 조립체(25) 사이에 끼어 있는 제 2 환상 밀폐수단(37)과, 슬리이브부재(33)가 제 2 환상 밀폐수단(37)과 접축한 상태로 부터 이동할 때 제 2 환상 밀폐수단(37)을 그의 환상홈 내에 보유시키도록 제 2 환상 밀폐수단(37)을 덮고 슬리이브부재(33)가 제 2 환상 밀폐수단(37)과 접촉하는 상태로 이동할 때는 제 2 환상 밀폐수단을 부분적으로 덮지 않게하도록 슬리이브부재(33)의 이동에 종동하게끔 위치되고 스프링에 의해 가압되는 종동자(39)를 또한 구비하는 것을 특징으로하는 전자식 냉매 팽창 밸브.
  11. 제10항에 있어서, 제1 및 제 2 환상 밀폐수단(36), (37)의 각각은 하나이상의 0-링으로 받쳐져 있는 시일로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 냉매 팽창 밸브.
  12. 제10항에 있어서, 종동자(39)가 제 2 환상 밀폐수단(37)을 덮을 때 종동자(39)의 상향 이동을 제한하도록 종동자(39)가 접촉하는 정지면을 가지는 정지부재(49)가 설치되는 것을 특징으로 하는 전자식 냉매 팽창밸브.
KR1019840008325A 1983-12-22 1984-12-22 증분 조절 가능한 전자식 팽창밸브를 구비한· 냉동시스템 KR890005334B1 (ko)

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US564,543 1983-12-22

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