KR101732014B1 - 탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치 - Google Patents

탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 배기가스 유입구와 배기가스 유출구와 냉각수 유입관과 냉각수 유출관을 구비하여 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기와, 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르되 상기 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구가 내부와 연통되도록 상기 열교환기가 장착되는 배기가스 하우징과, 상기 배기가스 하우징에 설치되어 배기가스의 유동경로를 제어하는 밸브조립체와, 상기 밸브조립체를 회동시키는 왁스액추에이터를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 배기열 회수장치를 이용하면, 냉각수 온도에 따라 배기가스의 배기열을 선택적으로 회수할 수 있고, 배기열 유로를 선택적으로 개폐할 때 배기가스가 원활하게 배출될 수 있으며, 스프링의 탄성력으로 밸브를 회전시키도록 구성되는바 냉각수가 과열되어 푸시로드가 과도하게 돌출되더라도 밸브가 손상되지 아니하게 된다는 장점이 있다.

Description

탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치 {Exhaust heat recovery device having elastic open-and-shut valve}
본 발명은 배기가스의 유동경로를 개폐시키는 밸브가 왁스액추에이터에 의해 회전됨으로써 배기열을 선택적으로 회수할 수 있는 배기열 회수장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 밸브의 회동범위가 일정하게 한정되되 왁스액추에이터의 스트로크가 증가되더라도 밸브에 가압력이 과도하게 인가되지 아니하도록 하여 부품의 파손 우려가 없는 배기열 회수장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 주행 상태에 따라 초기 시동시 엔진 웜업(warm up) 및 난방 단계가 이루어지고, 차량의 주행 시 열전발전 단계가 이루어지며, 차량이 경사진 곳을 올라가거나 과속시 바이패스 단계가 이루어진다.
차량의 배기열 회수장치는 엔진 연소 후 버려지는 배기열을 회수하여 엔진의 웜업, 변속기의 웜업에 사용하거나 또는 회수된 열에너지를 공조장치에 전달하여 차량의 실내 난방에 사용하는 장치를 말한다.
차량의 배기열 회수장치를 사용하는 경우 초기 시동시 고온의 배기가스를 이용하여 냉각수를 가열시킬 수 있고, 이에 따라 엔진의 예열시간을 단축하여 연비 향상 및 배기가스 저감의 효과를 얻을 수 있다.
차량에서 배출되는 오염 물질은 엔진이 워밍업되기 전인 공회전시에 가장 많이 배출되는데 배기열 회수장치를 사용하여 웜업 시간을 단축시킴으로써 차량에서 배출되는 오염물질을 저감할 수 있다. 또한, 배기열 회수장치를 통해 가열된 냉각수는 엔진 냉각수 및 변속기 오일의 온도를 빠르게 상승시켜 엔진 내부 및 변속기 내부의 마찰을 저감시켜 주고, 겨울철 빠른 실내 난방의 효과를 얻을 수 있도록 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 배기열 회수장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 배기열 회수장치의 단면사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 배기열 회수장치는, 일반적으로 바이패스 밸브(1)를 통해 개폐되는 바이패스 통로(2) 및 열교환기(3)의 외부에 별도로 밸브 액추에이터(4)를 구비하여 바이패스 밸브(1)를 회전시키는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 밸브 액추에이터(4)는 일반적으로 냉각수의 온도에 따라 바이패스 밸브(1)를 개폐하도록 구성된다. 예를 들어 상기 밸브 액추에이터(4)는, 냉각수 온도가 80℃ 미만인 경우 바이패스 밸브(1)를 닫아 배기가스가 열교환기(3)를 거치면서 냉각수를 가열시키도록 하고, 냉각수 온도가 80℃ 이상인 경우에는 바이패스 밸브(10)를 개방시켜 배기가스가 열교환기(3)를 거치지 아니하고 그대로 배출되도록 할 수 있다.
즉, 종래의 배기열 회수장치에 적용되는 밸브 액추에이터(4)는 냉각수의 온도에 따라 바이패스 밸브(1)의 회전량을 증감시키도록 구성되는데, 냉각수 온도가 기준치 이상으로 과열되는 경우 상기 바이패스 밸브(1)를 과도하게 회전시켜 상기 바이패스 밸브(1)의 손상이 유발될 수 있다는 단점이 있다. 물론, 냉각수 온도가 최고치에 이르렀을 때 바이패스 밸브(1)가 바이패스 통로(2)를 완전히 닫도록 설정하면 냉각수 과열에 의한 바이패스 밸브(1) 손상을 방지할 수 있으나, 이와 같은 경우 냉각수가 최고치에 이르기 전까지는 바이패스 밸브(1)가 바이패스 통로(2)를 완전히 닫지 아니하게 되는바 일부 배기가스가 열교환기(3)를 거치게 된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 배기열 회수장치는, 바이패스 밸브(1)를 회전시키는 회전축이 배기가스의 유로 상에 장착되므로 배기가스와 충돌을 하게 되고, 배기가스가 열교환기(3)와 열교환을 하기 위해서는 바이패스 밸브(1)에 부딪힌 후 역류하는 구간이 발생되므로, 배기가스가 원활하게 배출되기 어렵다는 문제점이 있다.
KR 10-1499221 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배기열 유로를 선택적으로 개폐시키는 밸브의 회전축이 배기열 유로에서 벗어난 지점에 설치되어 배기열이 원활하게 유동될 수 있고, 상기 밸브를 탄성적으로 회동시키도록 구성되어 냉각수가 과열되더라도 밸브에 과도한 힘이 인가되지 아니하도록 구성되는 배기열 회수장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 배기가스 유입구와 배기가스 유출구와 냉각수 유입관과 냉각수 유출관을 구비하여, 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기; 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르되, 상기 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구가 내부와 연통되도록 상기 열교환기가 장착되는 배기가스 하우징; 자전 가능한 구조로 상기 배기가스 하우징에 결합되되 길이방향 일측이 상기 배기가스 하우징 외부로 돌출되는 회전샤프트와, 일측이 상기 회전샤프트에 결합되어 상기 회전샤프트의 회전방향에 따라 상기 열교환기의 배기가스 유로와 상기 배기가스 하우징의 배기가스 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 밸브와, 상기 회전샤프트의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트와 일체로 회전되는 샤프트 브라켓과, 상기 밸브가 상기 배기가스 하우징의 내부유로를 폐쇄시키는 방향으로 상기 샤프트 브라켓에 탄성력을 인가하는 밸브리턴 스프링과, 상기 회전샤프트의 끝단이 중심부를 관통하도록 삽입되되 상기 회전샤프트와 개별적으로 회전가능한 회전캠과, 상기 밸브가 상기 배기가스 하우징의 내부유로를 폐쇄시키는 방향으로 상기 회전캠에 탄성력을 인가하되 상기 밸브리턴 스프링보다 스프링상수가 큰 캠리턴 스프링을 구비하는 밸브조립체; 및 냉각수 온도에 따라 내부로 유입되는 왁스량이 조절되며, 왁스 유입량이 증가되었을 때 돌출되어 상기 밸브가 상기 배기가스 유입구를 폐쇄시키는 방향으로 회전되도록 상기 회전캠을 가압하여 회전시키는 푸시로드를 구비하는 왁스액추에이터;를 포함한다.
상기 샤프트 브라켓은 상기 회전샤프트의 길이방향 일측을 둘러싸는 원통 형상의 측벽을 구비하고, 상기 밸브리턴 스프링은 상기 샤프트 브라켓의 측벽 외측면을 둘러싸는 토션스프링으로 적용되고, 상기 캠리턴 스프링은 회전샤프트 일측을 둘러싸도록 상기 샤프트 브라켓의 내부에 장착되는 토션 스프링으로 적용된다.
상기 밸브조립체는, 상기 배기가스 하우징의 내부유로 중 상기 배기가스 유입구와 상기 배기가스 유출구 사이를 가로지르도록 결합되되 가운데 부위에 개구부가 형성된 배플을 더 포함하고, 상기 밸브는 일측으로 회전되었을 때 상기 배플의 개구부를 덮고, 타측으로 회전되었을 때 상기 배기가스 유출구를 덮도록 회전된다.
상기 밸브조립체는, 상기 배기가스 유출구에 끼워맞춤 방식으로 삽입될 수 있도록 밸브의 일면으로부터 돌출되는 삽입블록을 추가로 구비하여, 상기 배플의 개구부 개방이 시작되도록 상기 밸브가 회전될 때, 상기 배기가스 유출구가 상기 삽입블록에 의해 폐쇄된다.
상기 회전캠은, 상기 회전샤프트의 길이방향 일단이 관통되는 삽입공과, 상기 회전샤프트의 외주면과 상기 삽입공의 내주면 사이에 삽입되는 링 형상의 카본롤러를 구비한다.
상기 회전캠은, 상기 삽입공과 일정 거리 이격된 지점으로부터 상향 연장되었다가 상기 회전샤프트의 회전축을 향해 연장되는 가압돌부를 구비하고, 상기 푸시로드는 상기 가압돌부를 가압하도록 구성된다.
상기 가압돌부 중 상기 푸시로드에 의해 가압되는 부위는 곡면으로 형성된다.
본 발명에 의한 배기열 회수장치를 이용하면, 냉각수 온도에 따라 배기가스의 배기열을 선택적으로 회수할 수 있고, 배기열 유로를 선택적으로 개폐할 때 배기가스가 원활하게 배출될 수 있으며, 스프링의 탄성력으로 밸브를 회전시키도록 구성되는바 냉각수가 과열되어 푸시로드가 과도하게 돌출되더라도 밸브가 손상되지 아니하게 된다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 배기열 회수장치의 단면사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 분해사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 배기열 회수장치에 포함되는 밸브조립체의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 배기열 회수장치에 포함되는 회전캠의 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 작동상태도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 분해사시도 및 단면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 배기열 회수장치에 포함되는 밸브조립체의 분해사시도이다.
본 발명에 의한 배기열 회수장치는 차량의 엔진에서 배출되는 배기가스의 배기열을 이용하여 냉각수를 가열시키기 위한 열교환장치의 일종으로서, 냉각수의 온도에 따라 배기가스와 냉각수 간의 열교환을 선택적으로 구현하되, 열교환 여부에 상관없이 배기가스의 유동에 간섭이 발생되지 아니하도록 하도록 구성된다. 이때 본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 배기가스 유동방향을 제어하는 밸브(320)가 과도하게 큰 힘으로 회전됨으로 인해 부품이 손상되는 현상을 방지할 수 있도록, 상기 밸브(320)를 스프링 탄성력으로 회전시키는 구조로 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 배기가스 유입구(110)와 배기가스 유출구(120)와 냉각수 유입관(130)과 냉각수 유출관(140)을 구비하여 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기(100)와, 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르되 상기 배기가스 유입구(110) 및 배기가스 유출구(120)가 내부와 연통되도록 상기 열교환기(100)가 장착되는 배기가스 하우징(200)과, 상기 배기가스 하우징(200)에 설치되어 배기가스의 유동경로를 제어하는 밸브조립체(300)와, 상기 밸브조립체(300)를 회동시키는 왁스액추에이터(400)를 기본 구성요소로 구비한다.
이때 상기 밸브조립체(300)는, 상기 배기가스 하우징(200)의 내부유로 중 상기 배기가스 유입구(110)와 상기 배기가스 유출구(120) 사이를 가로지르도록 결합되되 가운데 부위에 개구부(312)가 형성된 배플(310)과, 자전 가능한 구조로 상기 배기가스 하우징(200)에 결합되되 길이방향 일측이 상기 배기가스 하우징(200) 외부로 돌출되는 회전샤프트(330)와, 일측이 상기 회전샤프트(330)에 결합되어 상기 회전샤프트(330)와 일체로 회전되며 일측으로 회전되었을 때 상기 배플(310)의 개구부(312)를 덮어 배기가스 하우징(200)의 배기가스 유로를 폐쇄시키고 타측으로 회전되었을 때 상기 배기가스 유출구(120)를 덮어 상기 열교환기(100)의 배기가스 유로를 폐쇄시키는 밸브(320)와, 상기 회전샤프트(330)의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트(330)와 일체로 회전되는 샤프트 브라켓(340)과, 상기 밸브(320)가 상기 배기가스 하우징(200)의 내부유로를 폐쇄시키는 방향으로 상기 샤프트 브라켓(340)에 탄성력을 인가하는 밸브리턴 스프링(350)과, 상기 회전샤프트(330)의 끝단이 중심부를 관통하도록 삽입되되 상기 회전샤프트(330)와 개별적으로 회전가능한 회전캠(360)과, 상기 밸브(320)가 상기 배기가스 하우징(200)의 내부유로를 폐쇄시키는 방향으로 상기 회전캠(360)에 탄성력을 인가하되 상기 밸브리턴 스프링(350)보다 스프링상수가 큰 캠리턴 스프링(370)과, 회전캠(360)을 관통한 회전샤프트(330) 끝단에 장착되는 캠커버(380)를 포함하여 구성된다.
또한 상기 왁스액추에이터(400)는 냉각수 온도에 따라 내부로 유입되는 왁스량이 조절되도록 구성되되, 왁스 유입량이 증가되었을 때 푸시로드(410)가 돌출되어 회전캠(360)을 가압하여 회전시키도록 구성된다. 이와 같이 푸시로드(410)에 의해 회전캠(360)이 회전되면, 상기 회전캠(360)의 회전력은 캠리턴 스프링(370)과 샤프트 브라켓(340)을 통해 회전샤프트(330)로 전달되는바, 상기 밸브(320)는 배기가스 유입구(110)를 폐쇄시키게 된다.
이때, 본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 푸시로드(410)의 직선이송력이 직접 회전샤프트(330)를 회전시키는 것이 아니라, 푸시로드(410)의 직선이송력이 캠리턴 스프링(370)을 거쳐 회전샤프트(330)로 전달되는바, 상기 밸브(320)가 과도하게 큰 힘으로 가압됨으로 인해 상기 배플(310)이나 밸브(320)가 파손되는 현상이 발생되지 아니한다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 상기 푸시로드(410)의 직선이송력이 캠리턴 스프링(370)을 거쳐 회전샤프트(330)로 전달되는 동력전달 방식에 대해서는 이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 본 실시예에서서는 냉각수 온도가 상승함에 따라 왁스액추에이터(400)로의 왁스 유입량이 증가하고, 왁스 유입량이 증가함에 따라 푸시로드(410)가 인출되어 회전캠(360)을 회전시키는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 회전캠(360)을 회전시키기 위한 구동수단은 왁스액추에이터(400) 이외에 다양한 종류의 구동수단으로 대체될 수도 있다.
상기 샤프트 브라켓(340)은 회전샤프트(330)를 중심으로 회전될 때 회전각도에 상관 없이 항상 균형을 유지할 수 있도록, 상기 회전샤프트(330)의 길이방향 일측을 둘러싸는 원통 형상의 측벽을 구비하는 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 밸브리턴 스프링(350)은 상기 샤프트 브라켓(340)의 측벽 외측면을 둘러싸되 길이방향 양단이 회전캠(360)과 샤프트 브라켓(340)에 장착되는 토션스프링으로 적용되고, 상기 캠리턴 스프링(370)은 회전샤프트(330) 일측을 둘러싸되 길이방향 양단이 샤프트 브라켓(340)과 배기가스 하우징(200)에 장착되는 토션 스프링으로 적용됨이 바람직하다.
이와 같이 상기 샤프트 브라켓(340)과 캠리턴 스프링(370)과 밸브리턴 스프링(350)이 모두 원통형상으로 형성되면, 회전샤프트(330)의 회전각도에 상관없이 샤프트 브라켓(340)과 캠리턴 스프링(370)과 밸브리턴 스프링(350)이 항상 안정된 상태를 유지할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 상기 밸브(320)는 푸시로드(410)가 샤프트 브라켓(340)을 가압하였을 때 배기가스 유출구(120)를 덮도록 회전되었다가, 푸시로드(410)가 인입되면 밸브리턴 스프링(350)의 탄성력에 의해 원상태로 복귀되어 배플(310)의 개구부(312)를 덮게 된다. 이때, 상기 밸브리턴 스프링(350)의 탄성력이 약하면 배기가스 하우징(200) 내부로 유입된 배기가스 압력에 의해 상기 밸브(320)가 뒤로 밀려 배플(310)의 개구부(312)가 개방되므로, 배기가스 하우징(200) 내부로 유입된 배기가스 중 일부가 열교환기(100)를 거치지 아니하고 개구부(312)를 통해 그대로 외부로 배출되는 현상 즉, 열교환기(100)의 열교환 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 밸브(320)를 배플(310)에 압착시키는 밸브리턴 스프링(350)의 탄성력은, 상기 밸브(320)에 인가되는 배기가스의 배출압보다 크게 설정됨이 바람직하다.
또한, 밸브(320)가 회전되어 배플(310)의 개구부(312)가 개방되는 즉시 배기가스 유출구(120)가 폐쇄될 수 있도록, 상기 밸브(320)의 일면에는 배기가스 유출구(120)에 끼워맞춤 방식으로 삽입 가능한 삽입블록(322)이 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 밸브(320)에 삽입블록(322)이 돌출 형성되면, 배플(310)의 개구부(312)가 개방되기 시작할 때 배기가스 유출구(120)가 삽입블록(322)에 의해 막히기 시작하므로, 냉각수가 충분히 웜업된 이후에는 배기가스가 열교환기(100)로 흐르지 아니하도록 배기가스의 유동방향을 즉각적으로 제어할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 배기열 회수장치에 포함되는 회전캠(360)의 사시도이다.
본 발명에 포함되는 회전캠(360)은, 푸시로드(410)의 직선운동을 회전운동으로 전환시킬 수 있도록 회전샤프트(330)를 중심으로 자전 가능한 구조로 장착된다. 즉, 상기 회전캠(360)은, 상기 회전샤프트(330)의 길이방향 일단이 관통되는 삽입공(362)이 중심부에 형성되는바, 푸시로드(410)에 의해 가압되었을 때 상기 삽입공(362)을 중심으로 회전하게 된다.
상기 회전캠(360)이 회전샤프트(330)를 중심으로 자전할 때, 상기 회전샤프트(330)의 외주면과 상기 삽입공(362)의 내주면 사이에 마찰력이 크게 발생되지 아니하도록 상기 삽입공(362)의 내측면에는 링 형상의 카본롤러(364)가 구비된다. 상기 카본롤러(364)는 일반적으로 금속보다 마찰계수가 낮은 재료로 제작되는바, 회전캠(360)은 회전샤프트(330)와 큰 마찰 없이 부드럽게 회전될 수 있게 된다.
한편, 상기 회전캠(360)이 평판 형상으로 제작되면, 푸시로드(410)가 회전캠(360)의 가장자리를 수평방향으로 밀 때 회전캠(360)의 회전각도가 일정 수준을 초과하는 경우 상기 푸시로드(410)가 더 이상 회전캠(360)의 일측을 밀지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 따라서 상기 회전캠(360)은 회전 각도가 증가되더라도 푸시로드(410)가 안정적으로 가압할 수 있도록, 상기 삽입공(362)과 일정 거리 이격된 지점으로부터 상향 연장되었다가 상기 회전샤프트(330)의 회전축을 향해 연장되는 가압돌부(368)를 구비하고 상기 푸시로드(410)는 가압돌부(368)를 가압하도록 설정된다. 이와 같이 푸시로드(410)가 'ㄱ'자 형태로 절곡된 가압돌부(368)를 가압하도록 구성되면, 상기 회전캠(360)이 일정 각도 이상 회전되더라도 가 구비되면, 상기 회전캠(360)이 일정 각도 이상 회전되더라도 푸시로드(410)가 가압돌부(368)를 안정적으로 가압할 수 있으므로, 회전샤프트(330) 및 밸브(320)의 회전이 안정적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있다. 또한, 회전캠(360) 중 가압돌부(368)가 형성된 측의 반대편에는 캠리턴 스프링(370)의 길이방향 일단이 걸쳐지는 후크 형상의 걸림돌기(366)가 구비된다.
한편, 푸시로드(410)가 가압돌부(368)를 가압하는 동안 회전캠(360)의 회전이 이루어지는바, 푸시로드(410)와 가압돌부(368) 간에는 미끄럼 마찰이 발생된다. 이때, 푸시로드(410)와 가압돌부(368)가 면접촉을 하도록 설정되면 푸시로드(410)와 가압돌부(368) 간의 마찰력이 크게 발생되어 동력 손실이 발생되고, 종국에는 회전캠(360)이 정상적으로 회전되지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 본 발명에 의한 배기열 회수장치는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 상기 가압돌부(368) 중 상기 푸시로드(410)에 의해 가압되는 부위가 곡면으로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 가압돌부(368)의 끝단이 곡면으로 형성되면, 가압돌부(368)와 푸시로드(410)는 면접촉을 하는 것이 아니라 선접촉이나 점접촉을 하게 되는바, 가압돌부(368)와 푸시로드(410) 간의 미끄럼 마찰을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 작동상태도이다.
도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이 밸브(320)가 배플(310)의 개구부(312)를 덮고 있는 상태에서는, 배기가스 하우징(200) 내부로 유입된 배기가스가 배기가스 유입구(110)를 통해 열교환기(100) 내부로 유입되어, 냉각수 유입관(130)을 통해 열교환기(100) 내부로 유입된 냉각수를 가열시킨 후 배기가스 유출구(120)를 통해 배기가스 하우징(200) 외부로 배출된다.
도 8에 도시된 상태에서 냉각수가 기준치 이상으로 상승하여 왁스액추에이터(400) 내부로 왁스가 추가 유입되면, 상기 푸시로드(410)는 도 9에 도시된 바와 같이 돌출되면서 회전캠(360)을 밀어 회전시키고, 상기 일단이 회전캠(360)에 연결된 캠리턴 스프링(370) 역시 회전되면서 샤프트 브라켓(340)을 회전시킨다. 이때, 상기 캠리턴 스프링(370)은 밸브리턴 스프링(350)보다 스프링 상수가 크게 설정되므로, 회전캠(360)이 회전될 때 캠리턴 스프링(370)은 탄성변형되지 아니하고 밸브리턴 스프링(350)만이 탄성변형되는 결과 즉, 샤프트 브라켓(340)이 캠리턴 스프링(370)을 따라 회전되는 결과가 발생된다.
한편, 상기 샤프트 브라켓(340)은 회전샤프트(330) 및 밸브(320)와 일체로 연결되어 있는바, 샤프트 브라켓(340)의 회전각도만큼 밸브(320)가 회전되어 배플(310)의 개구부(312)가 개방됨과 동시에 배기가스 유출구(120)가 밀폐된다. 이와 같이 배기가스 유출구(120)가 밀폐된 상태에서 배기가스 하우징(200) 내로 유입된 배기가스는 열교환기(100) 내부로 유입되지 아니하고 배플(310)의 개구부(312)를 지나 배기가스 하우징(200) 외부로 그대로 배출되는바, 냉각수는 더 이상 가열되지 아니하게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이 밸브(320)가 상기 배기가스 유출구(120)를 덮도록 회전된 상태에서는 밸브(320), 회전샤프트(330), 샤프트 브라켓(340)은 더 이상 회전되지 못하는바, 도 9에 도시된 상태에서 푸시로드(410)가 더 돌출되어 회전캠(360)이 더 회전되었을 때, 회전캠(360)의 회전량은 캠리턴 스프링(370)에 흡수된다. 즉, 회전캠(360)이 회전량만큼 캠리턴 스프링(370)이 탄성변형을 하게 된다.
즉, 도 9에 도시된 상태보다 냉각수가 더 과열되어 푸시로드(410)가 더욱 돌출되어 회전캠(360)을 더 회전시키더라도, 상기 회전캠(360)으로 인가된 회전력은 밸브(320)까지 전달되지 아니하고 캠리턴 스프링(370)에 흡수되므로 밸브(320)나 회전샤프트(330), 샤프트 브라켓(340), 푸시로드(410) 등과 같은 부품들이 손상되는 현상이 방지된다는 장점이 있다.
또한, 도 10에 도시된 상태에서 냉각수 온도가 하강되어 푸시로드(410) 인입되면, 회전캠(360)은 캠리턴 스프링(370)의 탄성력에 의해 반시계방향으로 회전하여 도 9에 도시된 상태가 되고, 도 9에 도시된 상태에서 푸시로드(410)가 더 인입되면 샤프트 브라켓(340)이 밸브리턴 스프링(350)의 탄성력에 의해 반시계방향으로 회전하여 도 8에 도시된 바와 같이 밸브(320)가 배플(310)의 개구부(312)를 덮는 상태로 복원된다.
이와 같이 푸시로드(410)가 인입됨에 따라 회전캠(360)과 샤프트 브라켓(340)과 회전샤프트(330)와 밸브(320)가 반시계방향으로 회전하는 동작은, 푸시로드(410)가 인출됨에 따라 회전캠(360)과 샤프트 브라켓(340)과 회전샤프트(330)와 밸브(320)가 시계방향으로 회전하는 동작의 역순이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 열교환기 110 : 배기가스 유입구
120 : 배기가스 유출구 130 : 냉각수 유입관
140 : 냉각수 유출관 200 : 배기가스 하우징
300 : 밸브조립체 310 : 배플
312 : 개구부 320 : 밸브
322 : 삽입블록 330 : 회전샤프트
340 : 샤프트 브라켓 350 : 밸브리턴 스프링
360 : 회전캠 362 : 삽입공
364 : 카본롤러 366 : 걸림돌기
368 : 가압돌부 370 : 캠리턴 스프링
380 : 캠커버 400 : 왁스액추에이터
410 : 푸시로드

Claims (7)

  1. 배기가스 유입구와 배기가스 유출구와 냉각수 유입관과 냉각수 유출관을 구비하여, 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기;
    차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르되, 상기 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구가 내부와 연통되도록 상기 열교환기가 장착되는 배기가스 하우징;
    자전 가능한 구조로 상기 배기가스 하우징에 결합되되 길이방향 일측이 상기 배기가스 하우징 외부로 돌출되는 회전샤프트와, 일측이 상기 회전샤프트에 결합되어 상기 회전샤프트의 회전방향에 따라 상기 열교환기의 배기가스 유로와 상기 배기가스 하우징의 배기가스 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 밸브와, 상기 회전샤프트의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트와 일체로 회전되는 샤프트 브라켓과, 상기 밸브가 상기 배기가스 하우징의 내부유로를 폐쇄시키는 방향으로 상기 샤프트 브라켓에 탄성력을 인가하는 밸브리턴 스프링과, 상기 회전샤프트의 끝단이 중심부를 관통하도록 삽입되되 상기 회전샤프트와 개별적으로 회전가능한 회전캠과, 상기 밸브가 상기 배기가스 하우징의 내부유로를 폐쇄시키는 방향으로 상기 회전캠에 탄성력을 인가하되 상기 밸브리턴 스프링보다 스프링상수가 큰 캠리턴 스프링을 구비하는 밸브조립체; 및
    냉각수 온도에 따라 내부로 유입되는 왁스량이 조절되며, 왁스 유입량이 증가되었을 때 돌출되어 상기 밸브가 상기 배기가스 유입구를 폐쇄시키는 방향으로 회전되도록 상기 회전캠을 가압하여 회전시키는 푸시로드를 구비하는 왁스액추에이터를 포함하고,
    상기 샤프트 브라켓은 상기 회전샤프트의 길이방향 일측을 둘러싸는 원통 형상의 측벽을 구비하고,
    상기 밸브리턴 스프링은 상기 샤프트 브라켓의 측벽 외측면을 둘러싸는 토션스프링이며,
    상기 캠리턴 스프링은 회전샤프트 일측을 둘러싸도록 상기 샤프트 브라켓의 내부에 장착되는 토션 스프링인 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브조립체는, 상기 배기가스 하우징의 내부유로 중 상기 배기가스 유입구와 상기 배기가스 유출구 사이를 가로지르도록 결합되되 가운데 부위에 개구부가 형성된 배플을 더 포함하고,
    상기 밸브는 일측으로 회전되었을 때 상기 배플의 개구부를 덮고, 타측으로 회전되었을 때 상기 배기가스 유출구를 덮도록 회전되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 밸브조립체는, 상기 배기가스 유출구에 끼워맞춤 방식으로 삽입될 수 있도록 밸브의 일면으로부터 돌출되는 삽입블록을 추가로 구비하여, 상기 배플의 개구부 개방이 시작되도록 상기 밸브가 회전될 때, 상기 배기가스 유출구가 상기 삽입블록에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전캠은, 상기 회전샤프트의 길이방향 일단이 관통되는 삽입공과, 상기 회전샤프트의 외주면과 상기 삽입공의 내주면 사이에 삽입되는 링 형상의 카본롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
  6. 청구항 5에 이어서,
    상기 회전캠은, 상기 삽입공과 일정 거리 이격된 지점으로부터 상향 연장되었다가 상기 회전샤프트의 회전축을 향해 연장되는 가압돌부를 구비하고,
    상기 푸시로드는 상기 가압돌부를 가압하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가압돌부 중 상기 푸시로드에 의해 가압되는 부위는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
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