WO2023219296A1 - 볼밸브 및 이를 포함하는 볼밸브 모듈 - Google Patents

볼밸브 및 이를 포함하는 볼밸브 모듈 Download PDF

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WO2023219296A1
WO2023219296A1 PCT/KR2023/005313 KR2023005313W WO2023219296A1 WO 2023219296 A1 WO2023219296 A1 WO 2023219296A1 KR 2023005313 W KR2023005313 W KR 2023005313W WO 2023219296 A1 WO2023219296 A1 WO 2023219296A1
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hole
housing
ball
ball valve
outlet hole
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PCT/KR2023/005313
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English (en)
French (fr)
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우상구
이해준
황인국
호바스졸탄
리테라티졸트
오렘칼스텐
젠스다니엘
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한온시스템 주식회사
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K5/0668—Single packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves

Definitions

  • the present invention relates to ball valves. Specifically, it relates to a cartridge-type ball valve that is detachably mounted on a manifold of a refrigerant system and a ball valve module including the same.
  • Existing refrigerant ball valves have a needle or ball that enlarges or reduces the area of the refrigerant passage, a structure that prevents internal leakage, and a housing that surrounds these series of parts. Additionally, there is an actuator that operates the needle or ball at the top of the housing.
  • refrigerant piping must be separately assembled to allow refrigerant to flow without leakage through the inlet and outlet of the ball valve, so there was a problem of heat loss and pressure drop occurring at the connection area with the refrigerant piping.
  • the embodiment of the present invention is a cartridge type that simplifies the overall structure and thus reduces the material cost and number of parts because there is no female flange structure where existing refrigerant pipes are fastened to the housing and an internal passage connected to the female flange structure.
  • An embodiment of the present invention provides a cartridge-type ball valve that is simply inserted and mounted on a manifold in which a refrigerant passage is formed, and a ball valve module including the same.
  • a ball valve includes an actuator; A housing having an internal space and a plurality of through holes exposing the internal space, wherein the through holes include an inlet hole through which refrigerant flows, an outlet hole through which the refrigerant flows out, and a connection hole connected to the actuator; a ball having a flow path through which the refrigerant flows in connection with the inlet hole and the outlet hole, and rotating by the rotation axis of the actuator in the internal space; a sheet that communicates with the outlet hole and has a flow hole through which the refrigerant passes, and is disposed between the housing and the ball to contact the ball to support the ball; and a sealing member disposed between the sheet and the housing.
  • the sealing member includes a flange portion placed on the sheet and in surface contact with the surface of the sheet, and a protrusion protruding from an upper portion of the flange portion along a circumference of the flow hole, and the protrusion extends from the outflow hole to the outside of the housing. It may protrude further out of the side.
  • the housing may be provided with a mounting groove around the outlet hole into which the sheet is mounted.
  • the outflow hole includes a first outflow hole and a second outflow hole whose size is different from the first outflow hole, and the size of the second outflow hole may be larger than the diameter of the ball.
  • It further includes a cap detachably mounted on the housing in the second outflow hole, wherein the cap, while mounted on the housing, includes the ball, the sheet disposed in the direction of the second outflow hole, and the sealing member. It is possible to prevent the device from escaping from the internal space to the outside.
  • the cap has a receiving hole in the center that exposes the flow hole of the sheet, and the refrigerant can flow through the receiving hole and the flow hole.
  • the first outflow hole may be provided on one side of the housing, and the second outflow hole may be provided on the other side connected to the one side or the other side facing the one side.
  • the inlet hole may be provided on the bottom of the housing, and the connection hole may be provided on the top of the housing.
  • the ball has an expansion groove connected to an opening through which the flow passage is exposed to the outside, and the expansion groove may be provided in a groove structure on the surface of the ball.
  • the expansion grooves may be provided in at least one pair and arranged to face each other at the ends of the opening.
  • a ball valve module includes a ball valve; And a manifold having an installation hole on the upper surface where the ball valve is installed, a refrigerant inflow path through which the refrigerant flows on the lower surface, and a refrigerant passage through which the refrigerant moves on the side, the ball valve comprising: Can be inserted into the installation hole from the upper side of the manifold and fastened to the manifold.
  • the installation hole has a shape corresponding to the horizontal cross-sectional shape of the housing of the ball valve, and when the housing is installed in the installation hole, the protrusion of the sealing member protruding outside the outer surface of the housing contacts the surface within the installation hole. It can be compressed to form a seal.
  • the ball passage rotatably provided in the housing may be configured to communicate with the refrigerant passage.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a ball valve according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing a ball valve according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram schematically showing the structure of a ball in a ball valve.
  • Figure 4 is a side view of the ball of Figure 3.
  • Figure 5 is a cross-sectional view schematically showing the state in which the ball, seat, and sealing member are assembled in the housing.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing the size of the through hole and the size of the ball in the housing.
  • Figure 7 is a perspective view schematically showing a sealing member.
  • Figures 8a and 8b are schematic diagrams showing the process of assembling a ball valve to a manifold according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 9 and 10 are a horizontal cross-sectional view and a vertical cross-sectional view, respectively, schematically showing a state in which a ball valve is assembled to a manifold.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • the term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
  • one component in the case where one component is described as being formed “on or under” another component, (on or under) includes both components that are in direct contact with each other or one or more other components that are formed (indirectly) between the two components. Additionally, when expressed as 'on or under', it can include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
  • Figure 1 is a perspective view schematically showing a ball valve according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing a ball valve according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic view of the structure of the ball in the ball valve.
  • FIG. 4 is a view of the ball in FIG. 3 viewed from the side.
  • Figure 5 is a cross-sectional view schematically showing the ball, seat, and sealing member assembled in the housing
  • Figure 6 is a schematic diagram showing the size of the through hole and the ball in the housing
  • Figure 7 is a perspective view schematically showing the sealing member. .
  • the ball valve 1 may include an actuator 10, a housing 20, a ball 30, a seat 40, and a sealing member 50. there is.
  • the actuator 10 may be electrically connected to an external power source to generate rotational force.
  • Actuator 10 may generally be comprised of an electric actuator, a motor, or various other electrical actuation mechanisms.
  • the actuator 10 may include a case 11, a rotation axis 12 disposed inside the case 11, and a rotor, stator, bus bar, etc. (not shown).
  • a fixing pin 13 extending downward around the rotation axis 12 may be provided on the lower surface of the case 11.
  • the housing 20 may have an internal space 20a capable of accommodating the ball 30 therein.
  • the housing 20 may have a substantially box-shaped hexahedron structure.
  • the housing 20 may be made of a rigid metal material. However, the material of the housing 20 is not limited to this.
  • the housing 20 may be provided with a plurality of through holes 21 exposing the internal space 20a.
  • the through hole 21 includes an inlet hole 211 through which refrigerant flows into the housing 20, an outlet hole 212 through which refrigerant flows out of the housing 20, and a connection hole 213 connected to the actuator 10. can do.
  • the inlet hole 211 may be provided on the bottom of the housing 20, and the outlet hole 212 may be provided on the side of the housing 20. Additionally, the connection hole 213 may be provided on the upper surface of the housing 20, and an insertion hole 22 into which the fixing pin 13 is inserted may be provided around the connection hole 213.
  • the actuator 10 can be mounted on the upper surface of the housing 20 with the rotation axis 12 inserted into the connection hole 213 and the fixing pin 13 inserted into the fitting hole 22.
  • the fitting hole 22 guides the seating position of the actuator 10, and together with the fixing pin 13, the actuator 10 can be kept fixed to the housing 20 without moving.
  • the outflow hole 212 may include a first outflow hole 212a and a second outflow hole 212b whose size is different from the first outflow hole 212a.
  • the size (diameter H2) of the second outlet hole (212b) is larger than the size (diameter H1) of the first outlet hole (212a) and will be provided in a size larger than the diameter (D) of the ball 30.
  • the second outlet hole 212b can function as an inlet and outlet for the ball 30 in addition to an outlet for the refrigerant. Accordingly, the ball 30 can be accommodated inside the housing 20 through the second outlet hole 212b, and can be replaced with another ball 30 as needed.
  • the first outlet hole 212a may be provided on one side of the housing 20.
  • the second outlet hole 212b may be provided on the other side connected to one side or on the other side facing one side.
  • the second outlet hole (212b) is provided on the other side opposite to one side provided with the first outlet hole (212a), so that the first outlet hole (212a) and the second outlet hole (212b) face each other. It is shown as being arranged in a structure that does.
  • the second outlet hole (212b) is provided on the other side connected to one side, so that the first outlet hole (212a) and the second outlet hole (212b) are arranged at right angles.
  • the housing 20 may be provided with a mounting groove 23 around the outlet hole 212 where the sheet 40 is mounted.
  • the mounting groove 23 may be formed by being depressed to a predetermined size from the inner surface of the housing 20 toward the outer surface.
  • the first outlet hole 212a is shown as being provided with a mounting groove 23.
  • the ball 30 may have an overall spherical shape, and while accommodated in the internal space 20a of the housing 20, it is connected to the inlet hole 211 and the outlet hole 212 to form a flow path 31 through which the refrigerant flows. It can be provided.
  • the ball 30 is connected to the rotation axis 12 of the actuator 10 in the internal space 20a and can rotate together with the rotation axis 12.
  • the rotation axis 12 may be arranged to extend into the internal space 20a.
  • the ball 30 may be fastened to the end of the rotating shaft 12.
  • the ball 30 may be provided with a connection groove 32 that engages the end of the rotating shaft 12.
  • the connection groove 32 may be formed by recessing the surface of the ball 30 to a predetermined depth.
  • the end of the rotating shaft 12 may be fixed by being inserted into the connection groove 32.
  • the ball 30 can be detachably fastened to the rotating shaft 12, it can be easily replaced with a ball 30 suitable for the purpose and structure in response to the manifold (M) of the refrigerant system having various structures. You can.
  • the ball 30 may be provided with an expansion groove 30b connected to the opening 30a through which the flow path 31 is exposed to the outside.
  • the expansion groove 30b can be provided in an elongated groove structure on the surface of the ball 30, and can expand the refrigerant using pressure changes in the moving refrigerant.
  • the expansion grooves 30b may be provided in at least one pair and arranged to face each other at the end of the opening 30a.
  • the ball 30 can operate to move or expand the refrigerant. That is, the ball 30 can operate to move or expand the refrigerant by changing the position of the opening 30a and the expansion groove 30b of the flow path 31 through rotation.
  • the refrigerant is expanded by providing an expansion groove (30b) with a groove structure, but it is not limited to this.
  • an expansion hole (not shown) of a hole structure penetrating the ball 30.
  • the seat 40 may be disposed between the housing 20 and the ball 30 to contact the ball 30 and support the ball 30 .
  • the sheet 40 may have a flow hole 41 in the center that communicates with the outlet hole 212 and through which the refrigerant passes.
  • the surface of the sheet 40 may protrude in a circular manner along the periphery of the flow hole 41 to have a stepped structure 42.
  • the contact surface 43 in contact with the ball 30 of the seat 40 may be formed to be curved or inclined to correspond to the curved surface of the ball 30 so that the ball 30 can rotate smoothly.
  • the sheet 40 may be made of Teflon material.
  • the material of the sheet 40 is not limited to this.
  • the sealing member 50 may be disposed between the sheet 40 and the housing 20.
  • the sealing member 50 may be made of an elastic material, for example, a rubber material.
  • the material of the sealing member 50 is not limited to this.
  • the sealing member 50 includes a flange portion 51 placed on the sheet 40 and in surface contact with the surface of the sheet 40, and a protrusion protruding toward the top of the flange portion 51 along the circumference of the flow hole 41 ( 52) may be included.
  • the flange portion 51 may have a shape that corresponds to the shape of the sheet 40.
  • the protruding step structure 42 of the sheet 40 may be inserted and fitted into the inner peripheral surface of the protrusion 52.
  • the sealing member 50 may be provided in a structure in which the protrusion 52 protrudes further out of the outer surface of the housing 20 through the outlet hole 212 while being disposed between the seat 40 and the housing 20 .
  • the sealing member 50 not only prevents refrigerant leakage occurring inside the housing 20, but also prevents refrigerant leakage from occurring between the ball valve 1 and the manifold M after being inserted into the manifold M, which will be described later. Refrigerant leakage can be prevented.
  • This integrates the two O-rings that are mounted on the inner and outer sides of the housing in a conventional ball valve into one, which has the effect of reducing the number of parts and manufacturing costs. In addition, as the structure is simplified, the assembly process becomes simpler and productivity improves.
  • the ball valve 1 may further include a cap 60 that is detachably mounted on the housing 20 at the second outlet hole 212.
  • the ball 30, the seat 40 and the sealing member 50 disposed in the direction of the second outlet hole 212b are separated from the internal space 20a to the outside. You can prevent it from happening. That is, the size of the second outlet hole 212b is reduced so that the ball 30, seat 40, and sealing member 50 accommodated in the internal space 20a can be maintained in a fixed state without being separated.
  • the cap 60 may be provided with a receiving hole 61 in the center that exposes the flow hole 41 of the sheet 40.
  • the flow hole 41 can be opened to the outside through the receiving hole 61, and the refrigerant can flow through the receiving hole 61 and the flow hole 41.
  • Figures 8a and 8b schematically show the process of completing the ball valve module by assembling the ball valve (1) to the manifold (2)
  • Figures 9 and 10 show the ball valve (1) being assembled into the manifold (2).
  • ) is a horizontal cross-sectional view viewed from the top and a vertical cross-sectional view viewed from the side in an assembled state.
  • the ball valve module may include the above-described ball valve (1) and a manifold (2) serving as a body.
  • the manifold (2) may have an installation hole (2a) on its upper surface where the ball valve (1) is installed.
  • the installation hole 2a may be formed by being recessed to a predetermined depth in the upper surface of the manifold 2, and may be formed to have a shape corresponding to the horizontal cross-sectional shape of the housing 20 of the ball valve 1.
  • the manifold (2) has a refrigerant inlet (2b) on its lower surface through which the refrigerant flows, and the refrigerant inlet (2b) can penetrate the lower surface of the manifold (2) and be connected to the installation hole (2a).
  • the manifold (2) is provided with a refrigerant passage (2c) on both sides through which the refrigerant moves, and the refrigerant passage (2c) may pass through the side of the manifold (2) and be connected to the installation hole (2a).
  • the ball valve (1) is inserted with the housing (20) facing downward into the installation hole (2a) provided on the upper surface of the manifold (2), and the housing (20) is inserted into the installation hole (20) while pressing the actuator (10) downward. Complete the assembly of the ball valve module by inserting and fixing it in 2a).
  • the actuator 10 can be fixed to the manifold 2 using a fixing means such as a bolt.
  • the ball valve (1) By simply being inserted into the manifold (2), the ball valve (1) is fastened to the manifold (2), and the flow path (31) of the ball (30) is separate from the outlet hole (212) of the housing (20). It can be connected to the refrigerant inlet (2b) and the refrigerant passage (2c) in the manifold (2) without connecting the piping.
  • the protrusion 52 of the sealing member 50 protrudes further than the outer surface of the housing 20 within the housing 20. ) is compressed in contact with the surface in the installation hole (2a), and remains compressed while surrounding the refrigerant passage (P), thereby preventing refrigerant from leaking between the ball valve (1) and manifold (2). there is.
  • the two O-rings that prevent internal and external refrigerant leakage in the existing ball valve are unified into one sealing member, and the ball valve (1) can be mounted on the manifold (2) of the ball valve module.
  • the ball valve (1) can be mounted on the manifold (2) of the ball valve module.
  • the sealing member 50 provided inside the ball valve 1 and used for sealing between the housing 20 and the ball 30 can also be used for sealing between the ball valve 1 and the manifold 2.

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 볼밸브는, 액추에이터; 내부공간 및 상기 내부공간을 노출시키는 관통홀을 복수개 구비하며, 상기 관통홀은 냉매가 유입되는 유입홀, 상기 냉매가 유출되는 유출홀, 상기 액추에이터와 연결되는 연결홀을 포함하는 하우징; 상기 유입홀 및 상기 유출홀과 연계하여 상기 냉매가 유동하는 유로를 구비하며, 상기 내부공간에서 상기 액추에이터의 회전축에 의해 회전하는 볼; 상기 유출홀과 연통하여 상기 냉매가 통과하는 유동홀을 구비하며, 상기 하우징과 상기 볼 사이에서 상기 볼과 접촉하도록 배치되어 상기 볼을 지지하는 시트; 및 상기 시트와 상기 하우징 사이에 배치되는 실링부재;를 포함할 수 있다.

Description

볼밸브 및 이를 포함하는 볼밸브 모듈
본 발명은 볼밸브에 관한 것이다. 구체적으로, 냉매 시스템의 매니폴드에 탈착이 가능하게 장착되는 카트리지 타입의 볼밸브 및 이를 포함하는 볼밸브 모듈에 관한 것이다.
기존의 냉매 볼밸브는 냉매 유로의 면적을 확대하거나 축소하는 니들 또는 볼과 내부 리크를 방지하는 구조물 그리고 이러한 일련의 부품들을 감싸주는 하우징이 존재한다. 그리고, 하우징의 상부에는 니들 또는 볼을 작동시켜주는 액추에이터가 존재한다.
그러나, 기존의 냉매 볼밸브의 경우 볼밸브의 입구와 출구에 냉매가 누설없이 유동할 수 있도록 냉매 배관을 별도로 조립해야 하므로, 냉매 배관과의 연결부위에서 열손실 및 압력강하가 발생하는 문제가 있었다.
최근 냉매 시스템 모듈화 트렌드는 배관들이 일체화되어 모듈의 몸체 역할을 하는 매니폴드들이 개발되고 있다. 이에 별도의 배관 조립이 필요하지 않는 카트리지 타입의 냉매 볼밸브의 필요성이 대두되고 있으며, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 실시예는 하우징에 기존 냉매 배관들이 체결되는 암 플랜지(female flange) 구조 및 암 플랜지 구조와 연결되는 내부 통로가 없어 전체 구조가 단순해지고 이에 따라 재료비와 부품수를 절감할 수 있는 카트리지 타입의 볼밸브 및 이를 포함하는 볼밸브 모듈을 제공한다.
본 발명의 실예는 냉매 통로가 형성된 매니폴드에 간단히 삽입되어 장착되는 카트리지 타입의 볼밸브 및 이를 포함하는 볼밸브 모듈을 제공한다.
실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 볼밸브는, 액추에이터; 내부공간 및 상기 내부공간을 노출시키는 관통홀을 복수개 구비하며, 상기 관통홀은 냉매가 유입되는 유입홀, 상기 냉매가 유출되는 유출홀, 상기 액추에이터와 연결되는 연결홀을 포함하는 하우징; 상기 유입홀 및 상기 유출홀과 연계하여 상기 냉매가 유동하는 유로를 구비하며, 상기 내부공간에서 상기 액추에이터의 회전축에 의해 회전하는 볼; 상기 유출홀과 연통하여 상기 냉매가 통과하는 유동홀을 구비하며, 상기 하우징과 상기 볼 사이에서 상기 볼과 접촉하도록 배치되어 상기 볼을 지지하는 시트; 및 상기 시트와 상기 하우징 사이에 배치되는 실링부재;를 포함할 수 있다.
상기 실링부재는 상기 시트 상에 놓여 상기 시트의 표면과 면접촉하는 플랜지부, 상기 유동홀의 둘레를 따라서 상기 플랜지부의 상부로 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 유출홀에서 상기 하우징의 외측면 밖으로 더 돌출될 수 있다.
상기 하우징은 상기 유출홀 둘레에 상기 시트가 장착되는 장착홈을 구비할 수 있다.
상기 유출홀은 제1유출홀 및 상기 제1유출홀과 크기가 상이한 제2유출홀을 포함하고, 상기 제2유출홀의 크기는 상기 볼의 지름보다 더 클 수 있다.
상기 제2유출홀에서 상기 하우징에 탈착이 가능하게 장착되는 캡을 더 포함하고, 상기 캡은 상기 하우징에 장착된 상태에서 상기 볼, 상기 제2유출홀 방향으로 배치되는 상기 시트 및 상기 실링부재가 상기 내부공간에서 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
상기 캡은 중앙에 상기 시트의 유동홀을 노출시키는 수용홀을 구비하며, 상기 냉매는 상기 수용홀과 상기 유동홀을 통과하여 유동할 수 있다.
상기 제1유출홀은 상기 하우징의 일측면에 구비되고, 상기 제2유출홀은 상기 일측면과 연결되는 타측면 또는 상기 일측면과 마주하는 타측면에 구비될 수 있다.
상기 유입홀은 상기 하우징의 바닥면에 구비되고, 상기 연결홀은 상기 하우징의 상면에 구비될 수 있다.
상기 볼은 상기 유로가 외부로 노출되는 개구에 연결되는 팽창홈을 구비하며, 상기 팽창홈은 상기 볼의 표면에 홈 구조로 마련될 수 있다.
상기 팽창홈은 적어도 한 쌍으로 마련되어 상기 개구의 단부에서 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 볼밸브 모듈은 볼밸브; 및 상면에 상기 볼밸브가 설치되는 설치홀을 구비하고, 하면에는 냉매가 유입되는 냉매 유입로를 구비하며, 측면에는 상기 냉매가 이동하는 냉매 통로를 구비하는 매니폴드;를 포함하고, 상기 볼밸브는 상기 매니폴드의 상측에서 상기 설치홀에 삽입되어 상기 매니폴드와 체결을 이룰 수 있다.
상기 설치홀은 상기 볼밸브의 하우징의 수평단면 형상에 대응하는 형상을 가지며, 상기 하우징이 상기 설치홀에 설치된 상태에서 상기 하우징의 외측면 밖으로 돌출된 실링부재의 돌출부가 상기 설치홀 내의 표면과 접촉하며 압축되어 실링을 이루도록 구성될 수 있다.
상기 하우징이 상기 설치홀에 설치된 상태에서 상기 하우징 내에 회전가능하게 제공되는 볼의 유로는 상기 냉매 통로와 연통하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하우징에 기존 냉매 배관들이 체결되는 암 플랜지(female flange) 구조 및 암 플랜지 구조와 연결되는 내부 통로가 없어 전체 구조가 단순해지고 이에 따라 재료비와 부품수를 절감시킬 수 있다.
또한, 냉매 통로가 형성된 매니폴드에 간단히 삽입되어 장착될 수 있어서 조립의 편리성이 증가하고, 다양한 냉매 시스템의 매니폴드에 적용할 수 있어 높은 호환성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 3은 볼밸브에서 볼의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 볼을 측면에서 바라본 도면.
도 5는 하우징 내에 볼, 시트, 실링부재가 조립된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6은 하우징의 관통홀의 크기와 볼의 크기를 나타내는 개략도.
도 7은 실링부재를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브가 매니폴드에 조립되는 과정을 나타내는 개략도.
도 9 및 도 10은 각각 볼밸브가 매니폴드에 조립된 상태를 개략적으로 나타내는 수평단면도 및 수직단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브를 개략적으로 나타내는 분해사시도이며, 도 3은 볼밸브에서 볼의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 볼을 측면에서 바라본 도면이다. 도 5는 하우징 내에 볼, 시트, 실링부재가 조립된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6은 하우징의 관통홀의 크기와 볼의 크기를 나타내는 개략도이며, 도 7은 실링부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 볼밸브(1)는 액추에이터(10), 하우징(20), 볼(ball)(30), 시트(40), 실링부재(50)를 포함할 수 있다.
액추에이터(10)는 외부 전원과 전기적으로 연결되어 회전력을 발생시킬 수 있다.
액추에이터(10)는 일반적으로 전기 액추에이터, 모터, 기타 다양한 전기 작동 기구로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터(10)는 케이스(11) 및 케이스(11) 내부에 배치되는 회전축(12)과 미도시된 로터, 스테이터, 버스바 등을 포함할 수 있다.
케이스(11)의 하면에는 회전축(12) 둘레에서 하부로 연장되는 고정핀(13)이 구비될 수 있다.
하우징(20)은 볼(30)을 내부에 수용할 수 있는 내부공간(20a)을 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 하우징(20)은 대략 박스형상의 육면체 구조를 가질 수 있다.
하우징(20)은 강성을 가지는 금속재질로 이루어질 수 있다. 다만, 하우징(20)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
하우징(20)은 내부공간(20a)을 노출시키는 관통홀(21)을 복수개 구비할 수 있다. 관통홀(21)은 하우징(20)으로 냉매가 유입되는 유입홀(211), 하우징(20)에서 냉매가 유출되는 유출홀(212), 액추에이터(10)와 연결되는 연결홀(213)을 포함할 수 있다.
실시예에서, 유입홀(211)은 하우징(20)의 바닥면에 구비되고, 유출홀(212)은 하우징(20)의 측면에 구비될 수 있다. 그리고, 연결홀(213)은 하우징(20)의 상면에 구비될 수 있으며, 연결홀(213)의 둘레에는 고정핀(13)이 삽입되는 끼움홀(22)이 구비될 수 있다.
이에 따라 액추에이터(10)는 하우징(20)의 상면에 회전축(12)이 연결홀(213)에 끼워지고, 고정핀(13)이 끼움홀(22)에 끼워져 장착될 수 있다. 끼움홀(22)은 액추에이터(10)의 착좌위치를 안내하는 한편, 고정핀(13)과 함께 액추에이터(10)가 움직이지 않고 하우징(20)에 고정된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
유출홀(212)은 제1유출홀(212a) 및 제1유출홀(212a)과 크기가 상이한 제2유출홀(212b)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2유출홀(212b)의 크기(직경 H2)는 제1유출홀(212a)의 크기(직경 H1)보다 더 크고, 볼(30)의 지름(D)보다 더 큰 크기로 제공될 수 있다. 이에 따라, 제2유출홀(212b)은 냉매의 출구 외에 볼(30)의 출입구로서 기능할 수 있다. 따라서, 볼(30)은 제2유출홀(212b)을 통해서 하우징(20) 내부에 수용될 수 있고, 필요에 따라서 다른 볼(30)로 교체될 수 있다.
실시예에서, 제1유출홀(212a)은 하우징(20)의 일측면에 구비될 수 있다. 제2유출홀(212b)은 일측면과 연결되는 타측면 또는 일측면과 마주하는 타측면에 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 제2유출홀(212b)이 제1유출홀(212a)이 구비된 일측면과 마주하는 타측면에 구비되어 제1유출홀(212a)과 제2유출홀(212b)이 서로 마주하는 구조로 배치되는 것으로 도시하고 있다. 물론, 제2유출홀(212b)이 일측면과 연결되는 타측면에 구비되어 제1유출홀(212a)과 제2유출홀(212b)이 직각을 이루는 구조로 배치되는 것도 가능하다.
하우징(20)은 유출홀(212) 둘레에 시트(40)가 장착되는 장착홈(23)을 구비할 수 있다. 장착홈(23)은 하우징(20)의 내면에서 외면을 향해 소정 크기로 함몰되어 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1유출홀(212a)에 장착홈(23)이 구비되는 것으로 도시하고 있다.
볼(30)은 전체적으로 구 형상으로 이루어질 수 있으며, 하우징(20)의 내부공간(20a) 내에 수용된 상태에서 유입홀(211) 및 유출홀(212)과 연계하여 냉매가 유동하는 유로(31)를 구비할 수 있다.
볼(30)은 내부공간(20a)에서 액추에이터(10)의 회전축(12)에 연결되어 회전축(12)과 함께 회전할 수 있다.
액추에이터(10)가 연결홀(213)을 통해 하우징(20)의 상면에 장착됨에 따라 회전축(12)은 내부공간(20a)으로 연장되어 배치될 수 있다. 그리고, 볼(30)은 회전축(12)의 끝단에 체결될 수 있다.
실시예에서, 볼(30)은 회전축(12)의 끝단과 체결을 이루는 연결홈(32)을 구비할 수 있다. 연결홈(32)은 볼(30)의 표면에서 소정 깊이로 함몰되어 형성될 수 있다. 회전축(12)의 끝단은 연결홈(32) 내에 끼워져 고정될 수 있다.
이와 같이 볼(30)이 회전축(12)에 탈착이 가능하게 체결될 수 있으므로, 다양한 구조를 가지는 냉매 시스템의 매니폴드(M)에 대응하여 용도 및 구조에 맞는 볼(30)로 용이하게 교체할 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 볼(30)의 변형예를 개시하고 있다.
도 3 및 도 4에서와 같이, 볼(30)은 유로(31)가 외부로 노출되는 개구(30a)에 연결되는 팽창홈(30b)을 구비할 수 있다.
팽창홈(30b)은 볼(30)의 표면에 세장형의 홈 구조로 마련될 수 있으며, 이동하는 냉매의 압력변화를 이용하여 냉매를 팽창시킬 수 있다. 실시예에서, 팽창홈(30b)은 적어도 한 쌍으로 마련되어 개구(30a)의 단부에서 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 볼(30)이 팽창홈(30a)을 구비함에 따라서 볼(30)은 냉매를 이동시키거나 팽창하도록 작동할 수 있다. 즉, 볼(30)은 회전을 통해서 유로(31)의 개구(30a)와 팽창홈(30b)의 위치를 변경시켜 냉매를 이동시키거나 팽창하도록 동작할 수 있다.
본 실시예에서는 홈 구조의 팽창홈(30b)을 구비하여 냉매를 팽창시키는 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 볼(30)을 관통하는 홀 구조의 팽창홀(미도시)을 구비하는 것도 가능하다.
시트(40)는 하우징(20)과 볼(30) 사이에서 볼(30)과 접촉하도록 배치되어 볼(30)을 지지할 수 있다.
시트(40)는 중앙에 유출홀(212)과 연통하여 냉매가 통과하는 유동홀(41)을 구비할 수 있다. 시트(40)의 표면은 유동홀(41) 둘레를 따라서 원형으로 돌출되어 단차구조(42)를 가질 수 있다.
시트(40)의 볼(30)과 접촉하는 접촉면(43)은 볼(30)이 원활하게 회전할 수 있도록 볼(30)의 곡면에 대응하여 곡면 또는 경사지게 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 시트(40)는 테프론 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 시트(40)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
실링부재(50)는 시트(40)와 하우징(20) 사이에 배치될 수 있다.
실시예에서, 실싱부재(50)는 탄성을 갖는 재질, 예를 들어, 고무재질로 이루어질 수 있다. 다만, 실링부재(50)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
실링부재(50)는 시트(40) 상에 놓여 시트(40)의 표면과 면접촉하는 플랜지부(51), 유동홀(41)의 둘레를 따라서 플랜지부(51)의 상부로 돌출되는 돌출부(52)를 포함할 수 있다.
플랜지부(51)는 시트(40)의 형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 돌출부(52)의 내주면으로는 시트(40)의 돌출된 단차구조(42)가 삽입되어 끼워질 수 있다.
실링부재(50)는 시트(40)와 하우징(20) 사이에 배치된 상태에서 돌출부(52)가 유출홀(212)에서 하우징(20)의 외측면 밖으로 더 돌출되는 구조로 제공될 수 있다.
이에 따라, 실링부재(50)는 하우징(20) 내부에서 발생하는 냉매 누설을 방지함은 물론, 추후 설명하는 매니폴드(M)에 삽입 후 볼밸브(1)와 매니폴드(M) 간에 발생하는 냉매 누설을 방지할 수 있다. 이는 기존의 볼밸브에서 하우징의 내측면과 외측면에 각각 장착되는 오링 두개를 하나로 일체화한 것으로 부품구성의 수량을 감소시키고, 제조비용을 줄이는 효과를 갖는다. 또한, 구조가 단순화됨에 따라 조립공정이 간편해지고 생산성이 향상되는 효과가 있다.
실시예에서, 볼밸브(1)는 제2유출홀(212)에서 하우징(20)에 탈착이 가능하게 장착되는 캡(60)을 더 포함할 수 있다.
캡(60)은 하우징(20)에 장착된 상태에서 볼(30), 제2유출홀(212b) 방향으로 배치되는 시트(40) 및 실링부재(50)가 내부공간(20a)에서 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2유출홀(212b)의 크기를 감소시켜 내부공간(20a)에 수용된 볼(30)과 시트(40) 및 실링부재(50)가 이탈되지 않고 고정된 상태를 유지할 수 있도록 한다.
캡(60)은 중앙에 시트(40)의 유동홀(41)을 노출시키는 수용홀(61)을 구비할 수 있다. 유동홀(41)은 수용홀(61)을 통해서 외부로 개방될 수 있으며, 냉매는 수용홀(61)과 유동홀(41)을 통과하여 유동할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에서는 볼밸브(1)를 매니폴드(2)에 조립하여 볼밸브 모듈을 완성하는 과정을 개략적으로 나타내고 있으며, 도 9 및 도 10은 각각 볼밸브(1)가 매니폴드(2)에 조립된 상태를 상부에서 바라본 수평단면도 및 측면에서 바라본 수직단면도이다.
볼밸브 모듈은 상술한 볼밸브(1) 및 몸체 역할을 하는 매니폴드(2)를 포함할 수 있다.
매니폴드(2)는 상면에 볼밸브(1)가 설치되는 설치홀(2a)을 구비할 수 있다. 설치홀(2a)은 매니폴드(2)의 상면에서 소정 깊이로 함몰되어 형성될 수 있으며, 볼밸브(1)의 하우징(20)의 수평단면 형상에 대응하는 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
매니폴드(2)는 하면에 냉매가 유입되는 냉매 유입로(2b)를 구비하고, 냉매 유입로(2b)는 매니폴드(2)의 하면을 관통하여 설치홀(2a)과 연결될 수 있다. 그리고, 매니폴드(2)는 양 측면에 냉매가 이동하는 냉매 통로(2c)를 구비하고, 냉매 통로(2c)는 매니폴드(2)의 측면을 관통하여 설치홀(2a)과 연결될 수 있다.
볼밸브(1)는 매니폴드(2)의 상면에 구비된 설치홀(2a)에 하우징(20)이 하부를 향하도록 삽입하고, 액추에이터(10)를 하부로 누르면서 하우징(20)을 설치홀(2a)에 끼워서 고정시킴으로써 볼밸브 모듈의 조립을 완료한다.
추가적으로, 액추에이터(10) 작동 시 진동 등에 의한 볼밸브(1)의 유동을 방지하기 위해 볼트와 같은 고정수단을 사용하여 액추에이터(10)를 매니폴드(2)에 고정시킬 수 있다.
이처럼 단순히 매니폴드(2) 내에 삽입되는 것으로 볼밸브(1)는 매니폴드(2)와 체결을 이루고, 볼(30)의 유로(31)는 하우징(20)의 유출홀(212)과 함께 별도의 배관을 연결함이 없이 매니폴드(2) 내의 냉매 유입로(2b) 및 냉매 통로(2c)와 연결될 수 있다.
특히, 하우징(20)이 매니폴드(2)의 설치홀(2a)에 삽입되어 설치된 상태에서 하우징(20) 내에서 하우징(20)의 외측면보다 더 돌출된 실링부재(50)의 돌출부(52)가 설치홀(2a) 내의 표면과 접촉하며 압축되고, 냉매 통로(P) 둘레를 감싸며 압축된 상태를 유지하므로 볼밸브(1)와 매니폴드(2) 사이에서 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 기존의 볼밸브에서 내부와 외부의 냉매 누설을 방지하는 2개의 오링을 하나의 실링부재로 일원화하였으며, 볼밸브(1)를 볼밸브 모듈의 매니폴드(2)에 장착할 때 볼밸브(1)와 매니폴드(2) 사이에 별도의 오링을 추가로 설치할 필요가 없어 설치 및 조립이 단순해지고 용이해지는 장점이 있다. 즉, 볼밸브(1) 내부에 구비되어 하우징(20)과 볼(30) 사이의 실링을 위해 사용되는 실링부재(50)를 볼밸브(1)와 매니폴드(2) 사이의 실링을 위해서도 사용할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 액추에이터;
    내부공간 및 상기 내부공간을 노출시키는 관통홀을 복수개 구비하며, 상기 관통홀은 냉매가 유입되는 유입홀, 상기 냉매가 유출되는 유출홀, 상기 액추에이터와 연결되는 연결홀을 포함하는 하우징;
    상기 유입홀 및 상기 유출홀과 연계하여 상기 냉매가 유동하는 유로를 구비하며, 상기 내부공간에서 상기 액추에이터의 회전축에 의해 회전하는 볼;
    상기 유출홀과 연통하여 상기 냉매가 통과하는 유동홀을 구비하며, 상기 하우징과 상기 볼 사이에서 상기 볼과 접촉하도록 배치되어 상기 볼을 지지하는 시트; 및
    상기 시트와 상기 하우징 사이에 배치되는 실링부재;
    를 포함하는 볼밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 시트 상에 놓여 상기 시트의 표면과 면접촉하는 플랜지부, 상기 유동홀의 둘레를 따라서 상기 플랜지부의 상부로 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 유출홀에서 상기 하우징의 외측면 밖으로 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 유출홀 둘레에 상기 시트가 장착되는 장착홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유출홀은 제1유출홀 및 상기 제1유출홀과 크기가 상이한 제2유출홀을 포함하고, 상기 제2유출홀의 크기는 상기 볼의 지름보다 더 큰 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2유출홀에서 상기 하우징에 탈착이 가능하게 장착되는 캡을 더 포함하고,
    상기 캡은 상기 하우징에 장착된 상태에서 상기 볼, 상기 제2유출홀 방향으로 배치되는 상기 시트 및 상기 실링부재가 상기 내부공간에서 외부로 이탈하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캡은 중앙에 상기 시트의 유동홀을 노출시키는 수용홀을 구비하며, 상기 냉매는 상기 수용홀과 상기 유동홀을 통과하여 유동하는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1유출홀은 상기 하우징의 일측면에 구비되고, 상기 제2유출홀은 상기 일측면과 연결되는 타측면 또는 상기 일측면과 마주하는 타측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유입홀은 상기 하우징의 바닥면에 구비되고, 상기 연결홀은 상기 하우징의 상면에 구비되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 볼은 상기 유로가 외부로 노출되는 개구에 연결되는 팽창홈을 구비하며, 상기 팽창홈은 상기 볼의 표면에 홈 구조로 마련되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 팽창홈은 적어도 한 쌍으로 마련되어 상기 개구의 단부에서 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
  11. 볼밸브; 및
    상면에 상기 볼밸브가 설치되는 설치홀을 구비하고, 하면에는 냉매가 유입되는 냉매 유입로를 구비하며, 측면에는 상기 냉매가 이동하는 냉매 통로를 구비하는 매니폴드;
    를 포함하고,
    상기 볼밸브는 제1항에 따른 볼밸브이며, 상기 매니폴드의 상측에서 상기 설치홀에 삽입되어 상기 매니폴드와 체결을 이루는 것을 특징으로 하는 볼밸브 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 설치홀은 상기 볼밸브의 하우징의 수평단면 형상에 대응하는 형상을 가지며, 상기 하우징이 상기 설치홀에 설치된 상태에서 상기 하우징의 외측면 밖으로 돌출된 실링부재의 돌출부가 상기 설치홀 내의 표면과 접촉하며 압축되어 실링을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 하는 볼밸브 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하우징이 상기 설치홀에 설치된 상태에서 상기 하우징 내에 회전가능하게 제공되는 볼의 유로는 상기 냉매 통로와 연통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 볼밸브 모듈.
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