KR101283603B1

KR101283603B1 - ３ 웨이 밸브

Info

Publication number: KR101283603B1
Application number: KR1020110089663A
Authority: KR
Inventors: 김치명; 나성욱; 박용선
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-07-05
Also published as: KR20130026189A

Abstract

3 웨이 밸브 액츄에이터용 고정유닛이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브 액츄에이터용 고정유닛은, 제1 및 제2 유입포트와 배출포트로 이루어지는 밸브 하우징과, 배출포트와 연결되며 밸브 하우징의 내부에 회전 가능하게 장착되어 제1 및 제2 유입포트를 선택적으로 개폐하는 작동 플런저와, 밸브 하우징의 상측에 구성되어 작동 플런저를 회전시키는 엑츄에이터를 포함하며, 엑츄에이터는 작동 플런저와 일단이 연결되는 구동 샤프트와 구동 샤프트에 회전력을 제공하는 구동 모터와 구동 샤프트에 장착되어 구동 모터의 회전력을 구동 샤프트로 전달하는 기어부와 기어부의 상부에서 구동 샤프트의 타단에 삽입되어 기어부를 고정시키며, 구동 샤프트에 장착된 기어부에 탄발력을 제공하는 탄성부재를 포함한다.

Description

３ 웨이 밸브{３WAY VALVE}

본 발명은 3 웨이 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 구동 시, 액츄에이터 내부의 기어부 갭 공차에 의한 소음발생을 방지하고자 하는 3 웨이 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.

상기 연료전지시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템으로 구성된다.

이와 같은 구성으로 연료전지시스템에서는 연료인 수소와 공기중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.

상기 연료전지 스택은 연료전지 차량의 주동력공급원으로서, 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아서 전기를 생산하는 장치이다.

상기 연료전지 스택은 최적의 온도로 조절된 냉각수가 스택 내로 흘러 들어갈 때 안정적으로 최적의 출력 효과를 보이므로, 스택으로 유입되는 냉각수의 온도를 특정온도로 유지하는 것은 중요하다.

따라서, 연료전지차량에서는 연료전지 스택 루프에 냉각수 온도조절장치가 장착되어, 스택으로 들어가는 냉각수의 온도를 최적으로 조절하게 된다.

초기 시스템 시동 시, 연료전지 스택의 발열량이 작아서 냉각수 온도가 낮을 경우에 냉각수는 스택→펌프→온도조절밸브→스택의 루프로 흐르게 된다. 즉, 냉각수의 온도가 낮아서 라디에이터로 보낼 필요가 없기 때문이다.

그러나, 시간이 지나면 연료전지 스택의 발열량이 많아지고, 바이패스 루프로 흐르던 냉각수의 온도가 급격하게 상승하기 시작하면 온도조절밸브에서 바이패스 루프를 적절히 차단하고 라디에이터 루프를 열게 되면서 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 연료전지 스택으로 유입된다.

연료전지차량에 적용되는 스택 입구의 요구 냉각수 온도 사양이 대략 65℃ 임을 고려할 때, 온도조절밸브는 연료전지 스택의 입구온도 신호를 입력받아 양쪽 루프의 개도를 적절히 제어하여 외부 환경에 상관없이 항상 일정한 온도의 냉각수를 연료전지 스택으로 유입되도록 한다.

종래 기술에 따른 온도조절밸브는 도 1 및 도 2에서와 같이, 라디에이터에서 냉각수가 유입되는 제1 유입포트(333), 연료전지 스택의 출구에서 배출되는 냉각수가 유입되는 제2 유입포트(334), 연료전지 스택의 입구로 냉각수가 배출되는 배출포트(335)를 갖는 하우징을 포함한다.

제1 유입포트(333)는 하우징의 일측에, 배출포트(335)는 하우징의 다른 일측에 일직선 상으로 수평하게 형성되고, 제2 유입포트(334)는 제1 유입포트(333)와 함께 합쳐지도록 경사지게 형성된다.

하우징의 가운데에는 제1 및 제2 유입포트(333, 334)와 배출포트(335) 사이로 플런저 작동부(336)가 수직하게 형성되며, 플런저 작동부(336)에는 작동 플런저(332)가 상하방향으로 이동 가능하도록 설치되고, 작동 플런저(332)는 모터축(337)과 나사 결합을 이루면서 자신은 회전하지 않고 하우징의 상단에 설치된 모터(331)의 작동에 의해 상하 방향으로 이동하게 된다.

즉, 모터(331)가 일방향으로 회전함에 따라 모터축(337)과 나사 결합된 작동 플런저(332)가 플런저 작동부(336) 및 작동 플런저(332)의 형상에 의해 회전이 불가능하나, 암나사산이 형성된 작동 플런저(332)와 수나사산이 형성된 모터축(337)이 서로 결합하여 모터축(337)이 회전하면 작동 플런저(332)가 상방향으로 이동하고, 모터(331)가 타방향으로 회전하면 작동 플런저(332)가 하방향으로 이동한다.

이때, 플런저 작동부(336)는 원(곡면)과 직선(평면)의 조합으로 이루어진 타원 형태일 수 있고, 플런저 작동부(336)와 동일한 형상으로 내부에 작동 플런저(332)가 설치됨으로써, 작동 플런저(332)의 회전을 제한할 수 있게 되는 것이다.

또한 작동 플런저(332)는 제1 및 제2 유입포트(333, 334) 중 어느 하나를 완전히 막을 수 있도록 내경보다 약간 긴 높이를 갖고, 냉각수가 제2 유입포트(334)에서 배출포트(335)로 흐름이 원활하도록 하기 위해 내부에 냉각수가 유입될 수 있는 공간이 형성되며, 그 일측면은 제1 유입포트(333) 및 제2 유입포트(334)를 개폐할 수 있도록 수직곡면으로 이루어지고, 타측면에는 제2 유입포트(334)를 통해 유입된 냉각수를 배출포트(335)로 흘려보낼 수 있도록 개구부가 형성되어 있다.

즉, 상기 제1 유입포트(333)를 통해 유입된 냉각수는 작동 플런저(332)의 상부를 바로 통과하여 배출포트(335)로 흘러나가고, 제2 유입포트(334)를 통해 유입된 냉각수는 작동 플런저(332)의 내부공간을 경유하여 개구부를 통해 배출포트(335)로 흘러나가게 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 먼저 연료전지 스택 입구의 냉각수 온도를 측정한 다음, 측정된 냉각수 온도를 입력받아 모터(331)의 제어에 의해 작동 플런저(332)의 위치를 제어하여 제1 유입포트(333) 및 제2 유입포트(334)를 통해 유입되는 냉각수의 유량을 비례 제어함으로써, 냉각수 온도를 설정온도로 유지한다.

보다 상세하게는, 모터(331)가 가동함에 따라 모터축(337)이 회전하게 되고, 작동 플런저(332)가 회전 제한을 받아 상하방향으로 이동하게 된다. 이때, 제1 및 제2 유입포트(333, 334) 측과 인접한 작동 플런저(332)의 일측면이 제1 유입포트(333)를 열고 제2 유입포트(334)를 닫게 되면, 라디에이터에서 오는 차가운 냉각수가 배출포트(335)를 통해 연료전지 스택의 입구로 공급된다.

이와 유사하게, 작동 플런저(332)의 작동면이 제1 유입포트(333)의 일부와 제2 유입포트(334)의 일부에 걸쳐 있는 경우에는 라디에이터에서 오는 차가운 냉각수와 연료전지 스택의 출구에서 오는 뜨거운 냉각수가 동시에 연료전지 스택의 입구로 공급되게 된다. 다만 이때에는 제1 유입포트(333) 쪽이 더 많이 열린 상태이면 차가운 냉각수가 더 많이 유입될 것이고, 제2 유입포트(334) 쪽이 더 많이 열린 상태이면 뜨거운 냉각수가 더 많이 유입될 것이다.

즉, 이는 연료전지 스택의 입구에 유입되는 냉각수 온도가 설정온도 보다 높으면 제1 유입포트(333)의 열림량을 증가시키도록 작동 플런저(332)의 위치를 조절하고, 설정온도보다 낮으면 제2 유입포트(334)의 열림량을 증가시키도록 작동 플런저(332)의 위치를 조절한다. 이와 같은 작동 플런저(332)의 위치제어는 모터(331)의 작동을 제어함으로 가능하게 된다.

또한, 제1 유입포트(333)를 닫고 제2 유입포트(334)를 열게 되면, 연료전지 스택의 출구에서 오는 뜨거운 냉각수가 배출포트(335)를 통해 연료전지 스택의 입구로 공급된다.

그러나 상기와 같은 종래의 3 웨이 밸브는 구동 시, 펌프 rpm이 높아질수록모터(331)를 포함하는 액츄에이터 내부의 기어부 갭 공차로 인해 떨림현상이 발생되고, 이에 따라, 소음이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들은 3 웨이 밸브 액츄에이터 내부의 기어에 판스프링을 장착함으로써, 갭 공차에 의한 소음발생을 방지하는 3 웨이 밸브를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브는, 제1 및 제2 유입포트와 배출포트로 이루어지는 밸브 하우징과, 상기 배출포트와 연결되며 상기 밸브 하우징의 내부에 회전 가능하게 장착되어 상기 제1 및 제2 유입포트를 선택적으로 개폐하는 작동 플런저와, 상기 밸브 하우징의 상측에 구성되어 상기 작동 플런저를 회전시키는 엑츄에이터를 포함하며, 상기 엑츄에이터는 상기 작동 플런저와 일단이 연결되는 구동 샤프트와 상기 구동 샤프트에 회전력을 제공하는 구동 모터와 상기 구동 샤프트에 장착되어 상기 구동 모터의 회전력을 상기 구동 샤프트로 전달하는 기어부와 상기 기어부의 상부에서 상기 구동 샤프트의 타단에 삽입되어 상기 기어부를 고정시키며, 상기 구동 샤프트에 장착된 기어부에 탄발력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.

상기 3 웨이 밸브에 있어서, 상기 탄성부재는 상기 기어부의 상부에서 상기 구동 샤프트의 타단이 삽입되는 삽입홀을 갖는 삽입부와, 상기 삽입부에 탄성력을 제공하도록 상기 삽입부의 가장자리에 형성되는 적어도 하나의 텐션부를 포함할 수 있다.

상기 3 웨이 밸브에 있어서, 상기 삽입부는 원형의 링 형상으로 이루어지며,상기 텐션부는 상기 삽입부의 외주면에 일체로 상향 경사지게 형성될 수 있다.

상기 3 웨이 밸브에 있어서, 상기 텐션부는 상기 삽입부에 복수개로 형성되며, 상기 삽입부의 원주방향을 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있다.

상기 3 웨이 밸브에 있어서, 상기 텐션부는 상기 삽입부의 원주방향으로 라운드진 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 3 웨이 밸브에 있어서, 상기 구동 샤프트의 타단부에는 상기 삽입부를 삽입 고정하기 위한 단차부가 형성되며, 상기 삽입부의 외주면이 상기 기어부의 관통홀 내주면에 삽입될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 3 웨이 밸브 액츄에이터 내부의 기어에 판스프링을 장착함으로써, 갭 공차에 의한 소음발생을 방지할 수 있으며, 간단한 구성요소로 조립성이 향상되고, 원가절감을 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 3 웨이 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 3 웨이 밸브를 더욱 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브의 액츄에이터 내부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브의 탄성부재를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브의 액츄에이터 내부를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5를 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브의 탄성부재를 도시한 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브(1)는 기본적으로 제1 및 제2 유입포트(11, 13)와 배출포트(15)로 이루어지는 밸브 하우징(10)과, 상기 배출포트(15)와 연결되며 상기 밸브 하우징(10)의 내부에 회전 가능하게 장착되어 상기 제1 및 제2 유입포트(11, 13)를 선택적으로 개폐하는 작동 플런저(20)와, 상기 밸브 하우징(10)의 상측에 구성되어 상기 작동 플런저(20)를 회전시키는 엑츄에이터(30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 밸브 하우징(10)은 그 형상이 길이방향으로 유동경로를 지닌 제1 및 제2 유입포트(11, 13)인 원형의 파이프와 수직방향으로 배출포트(15)인 원형의 파이프가 일체형으로 연결된 구조로 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브(1)는 액츄에이터(30) 내부의 기어에 판스프링을 장착함으로써, 갭 공차에 의한 소음발생을 방지할 수 있으며, 간단한 구성요소로 조립성이 향상되고, 원가절감을 할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브(1)에서 상기 액츄에이터(30)는, 구동 샤프트(40), 구동 모터(50), 기어부(60) 및 탄성부재(70)를 포함하여 구성되며, 이를 구성별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 구동 샤프트(40)는 작동 플런저(20)와 일단이 연결되는 것으로써, 회전운동 및 직선왕복운동에 의해 동력을 떨어져 있는 곳에 전달하는 기능을 한다.

이러한 구동 샤프트(40)의 타단부에는 “ㄴ”자로 절곡된 단차부(41)가 형성되며, 길이방향의 막대 형상으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 상기 구동 모터(50)는 구동 샤프트(40)와 작동 플런저(20)를 회전시키는 기능을 하는 것으로써, 밸브 하우징(10)과의 사이에 커버를 두고 그 커버의 상부면에 배치되며, 볼트 등과 같은 체결수단을 통하여 커버의 상부면에 체결된다.

그리고 상기 기어부(60)는 구동 샤프트(40)에 장착되어 구동 모터(50)의 회전력을 구동 샤프트(40)로 전달하는 기능을 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 탄성부재(70)는 기어부(60)의 상부에서 구동 샤프트(40)의 타단에 삽입되어 기어부(60)를 고정시키며, 구동 샤프트(40)에 장착된 기어부(60)에 탄발력을 제공하는 기능을 할 수 있다.

이러한 탄성부재(70)는 기어부(60)의 상부에서 구동 샤프트(40)의 타단에 삽입되는 삽입홀(71)을 지닌 삽입부(73)와, 삽입부(73)에 탄발력을 제공하도록 삽입부(73)의 가장자리에 형성되는 적어도 하나의 텐션부(75)로 이루어질 수 있다.

그리고 탄성부재(70)는 그 재질이 탄성력을 지닌 금속 소재로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 삽입부(73)는 원형의 링 형상으로 이루어지며, 상기 텐션부(75)는 삽입부(73)의 외주면에 일체로 상향 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 텐션부(75)는 삽입부(73)에 복수개로 형성되고, 삽입부(73)의 원주방향을 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있으며, 텐션부(75)는 삽입부(73)의 원주방향으로 라운드진 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브의 장착방법을 상세하게 설명한다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브(1)는 작동 플런저(20)와 구동 샤프트(40)의 일단이 연결되고, 구동 샤프트(40)의 타단부 외주면에 기어부(60)가 고정되게 장착된다.

여기서, 상기 기어부(60)는 구동 샤프트(40)의 외주면에 형성된 단차부(41)보다 상향되게 장착되고, 단차부(41)와 기어부(60)의 내주면 사이에 탄성부재(70)의 삽입부(73)가 고정되게 장착되게 장착된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브의 작동을 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브(1)는 구동 모터(50)를 통해 구동 샤프트(40)가 회전하게 되고, 이에 따라, 구동 샤프트(40)의 외주면에 장착된 기어부(60)도 회전하게 된다.

구동 모터(50)의 속도가 높아질수록 구동 샤프트(40)에 장착된 기어부(60)는 회전력에 의해 종방향으로 흔들거리며 떨림현상이 발생하게 되고, 구동 샤프트(40)의 단차부(41)와 기어부(60)의 내주면 사이에 장착된 탄성부재(70)가 이러한 떨림현상을 방지하게 된다.

즉, 상기 탄성부재(70)의 삽입부(73)와 삽입부(73)에 형성된 텐션부(75)는 구동 샤프트(40)의 단차부(41)와 기어부(60)의 내주면 사이를 탄발력으로 고정되게 지지해줌으로써, 떨림현상에 따른 소음발생을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3 웨이 밸브(1)는 3 웨이 밸브(1) 액츄에이터(30) 내부의 기어부(60)에 탄성부재(70)를 장착함으로써, 갭 공차에 의한 소음발생을 방지할 수 있으며, 간단한 구성요소로 조립성이 향상되고, 원가절감을 할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1...3 웨이 밸브 10...밸브 하우징
11...제1 유입포트 13...제2 유입포트
15...배출포트 20...작동 플런저
30...액츄에이터 40...구동 샤프트
41...단차부 50...구동 모터
60...기어부 70...탄성부재
71...삽입홀 73...삽입부
75...텐션부

Claims

제1 및 제2 유입포트와 배출포트로 이루어지는 밸브 하우징과, 상기 배출포트와 연결되며 상기 밸브 하우징의 내부에 회전 가능하게 장착되어 상기 제1 및 제2 유입포트를 선택적으로 개폐하는 작동 플런저와, 상기 밸브 하우징의 상측에 구성되어 상기 작동 플런저를 회전시키는 엑츄에이터를 포함하며,
상기 엑츄에이터는 상기 작동 플런저와 일단이 연결되는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트에 회전력을 제공하는 구동 모터와, 상기 구동 샤프트에 장착되어 상기 구동 모터의 회전력을 상기 구동 샤프트로 전달하는 기어부, 및 상기 기어부의 상부에서 상기 구동 샤프트의 타단에 삽입되어 상기 기어부를 고정시키며, 상기 구동 샤프트에 장착된 기어부에 탄발력을 제공하는 탄성부재를 포함하되,
상기 탄성부재는 상기 기어부의 상부에서 상기 구동 샤프트의 타단이 삽입되는 삽입홀을 갖는 삽입부; 및
상기 삽입부에 탄성력을 제공하도록 상기 삽입부의 가장자리에 형성되는 적어도 하나의 텐션부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3 웨이 밸브.
삭제
제1항에 있어서,
상기 삽입부는 원형의 링 형상으로 이루어지며,
상기 텐션부는 상기 삽입부의 외주면에 일체로 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 3 웨이 밸브.
제3항에 있어서,
상기 텐션부는 상기 삽입부에 복수개로 형성되며, 상기 삽입부의 원주방향을 따라 설정각도로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 3 웨이 밸브.
제4항에 있어서,
상기 텐션부는 상기 삽입부의 원주방향으로 라운드진 플레이트 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3 웨이 밸브.
제1항에 있어서,
상기 구동 샤프트의 타단부에는 상기 삽입부를 삽입 고정하기 위한 단차부가 형성되며, 상기 삽입부의 외주면이 상기 기어부의 관통홀 내주면에 삽입되는 것을 특징으로 하는 3 웨이 밸브.