KR102122391B1 - 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기가스의 배기열과 열 교환하여 냉각수의 온도를 상승시키는 열교환기; 외부로부터 배기가스를 제공받아 그 배기가스가 흐르도록 내부에 내부유로가 형성되는 하우징; 열교환기의 열교환 유로와 하우징의 내부유로 중 어느 하나를 선택적으로 차단하는 제1 밸브 유닛과, 상기 제1 밸브 유닛에 대하여 독립적으로 회동되어 상기 하우징의 내부유로를 개폐하는 제2 밸브 유닛을 포함하는 밸브 조립체; 및 상기 제1 밸브 유닛에 외력을 전달함에 따라 상기 제1 밸브 유닛이 상기 열교환 유로의 흐름을 차단하는 방향으로 이동되도록 하는 푸시로드를 구비한 배기열 회수장치가 제공될 수 있다.

Description

이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치{EXHAUST HEAT RECOVERY SYSTEM HAVING DUAL VALVE}
본 발명은 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스의 유동에 따른 소음을 저감하기 위해 이중 밸브가 적용된 배기열 회수장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 배기열 회수장치는 엔진 연소 후 폐기되는 배기열을 회수하여 엔진이나 변속기의 웜 업(warm up)에 사용하거나 히터와 같은 공조 장치에 전달하여 차량의 실내 난방에 사용하는 장치를 말한다.
이러한 배기열 회수장치는 차량의 초기 시동시 고온의 배기가스를 이용하여 아직 웜엄되기 전의 냉각수를 가열할 수 있는바, 이에 따라 엔진의 예열 시간을 단축하여 연비 향상 및 배기가스를 저감할 수 있다.
알려진 바에 의하면, 차량에서 배출되는 오염 물질은 엔진이 웜 업되기 전의 공회전시에 가장 많이 배출되는데, 배기열 회수장치를 사용하여 웜 업 시간을 단축함으로써 차량에서 배출되는 오염물질을 현저하게 저감할 수 있다.
또한 배기열 회수장치를 통해 가열된 냉각수는 엔진 및 변속기의 온도를 적정 온도로 신속하게 상승시켜 각 구동계에 필요한 엔진 및 변속기의 내부 마찰을 감소시켜 주고, 겨울철 실내 난방이 신속하게 이루어지도록 할 수 있다.
종래의 배기열 회수장치는 바이패스 밸브를 통해 개폐되는 바이패스 통로 및 열교환기의 외부에 별도로 밸브 액츄에이터를 구비하여 바이패스 밸브를 회전시키는 구조로 구성된다.
이때 밸브 액츄에이터는 일반적으로 냉각수의 온도에 따라 바이패스 밸브를 개폐하도록 구성된다. 즉, 종래의 배기열 회수장치에 적용되는 밸브 액츄에이터는 냉각수의 온도에 따라 바이패스 밸브의 회전량을 증감하도록 구성되기 때문에, 냉각수의 온도가 기준치 이상으로 과열되는 경우 바이패스 밸브를 과도하게 회전시켜 바이패스 밸브의 손상이 유발될 수 있는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1499221호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 냉각수가 기준치 이상으로 과열되더라도 이를 흡수할 수 있는 추가 변위 구간을 밸브에 별도로 마련하여 밸브에 과도한 힘이 인가되지 않도록 함으로서 궁극적으로 밸브 및 다른 부품이 손상되는 것을 방지하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 배기열의 회수 과정에서 각각 독립적으로 움직이는 이중 밸브를 적용함으로써 배기가스의 유동에 의해 발생할 수 있는 소음을 저감하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유입구 및 유출구를 갖는 열교환 유로가 내부에 형성되고, 냉각수 유입관 및 냉각수 유출관을 구비하며, 배기가스의 배기열과 열 교환하여 냉각수의 온도를 상승시키는 열교환기; 외부로부터 배기가스를 제공받아 그 배기가스가 흐르도록 내부에 내부유로가 형성되고, 상기 유입구 및 상기 유출구와 내부가 연통되도록 상기 열교환기의 일측에 마련되는 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 제공되며 상기 열교환기의 열교환 유로와 상기 하우징의 내부유로 중 어느 하나를 선택적으로 차단하는 제1 밸브 유닛과, 상기 제1 밸브 유닛과 동일한 회전 중심을 가지되, 상기 제1 밸브 유닛에 대하여 독립적으로 회동되어 상기 하우징의 내부유로를 개폐하는 제2 밸브 유닛을 포함하는 밸브 조립체; 및 내부에 제공되는 왁스와, 냉각수의 온도 상승시 상기 왁스에 의해 외부로의 돌출량이 증가되어 상기 제1 밸브 유닛에 외력을 전달함에 따라 상기 제1 밸브 유닛이 상기 열교환 유로의 흐름을 차단하는 방향으로 이동되도록 하는 푸시로드를 구비한 액츄에이터를 포함하며, 상기 제1 밸브 유닛은 상기 냉각수가 과열될 때 기준치 이상으로 돌출되는 상기 푸시로드의 추가 변위(오버 스트로크)를 자체 흡수하도록 구성되고, 상기 제2 밸브 유닛은 상기 제1 밸브 유닛이 상기 열교환 유로를 차단하고 있는 상태에서 상기 제1 밸브 유닛과는 독립적으로 상기 하우징의 내부유로를 흐르는 배기가스의 유량에 연동하여 상기 내부유로를 개폐하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치가 제공될 수 있다.
여기서 상기 하우징은, 상기 하우징의 내부유로 내에서 상기 유입구와 상기 유출구 사이의 위치에 배치되어 상기 하우징의 내부유로를 폐쇄하되 부분적으로 배기가스가 통과될 수 있도록 가운데 부위에 개구부가 형성된 배플을 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 밸브 유닛은, 상기 하우징의 내부유로의 흐름을 차단할 때에는 상기 배플의 개구부를 덮고, 상기 열교환기의 열교환 유로의 흐름을 차단할 때에는 상기 유출구를 덮도록 회동되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 밸브 유닛은, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며, 길이 방향 일측이 상기 하우징의 외부로 돌출되는 제1 회전 샤프트; 상기 제1 회전 샤프트에 일측이 결합되며, 상기 제1 회전 샤프트의 회전방향에 따라 상기 열교환 유로와 상기 내부유로 중 어느 하나를 선택적으로 차단하는 제1 밸브; 상기 제1 회전 샤프트의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 제1 회전 샤프트와 일체로 회전되는 샤프트 브라켓; 상기 제1 밸브가 상기 하우징의 내부유로를 차단하는 방향으로 상기 샤프트 브라켓에 탄성력을 인가하는 밸브 리턴 스프링; 상기 제1 회전 샤프트의 끝단이 중심부를 관통하도록 삽입되고, 상기 제1 회전 샤프트와 개별적으로 회전 가능한 회전 캠; 상기 제1 밸브가 상기 하우징의 내부유로를 차단하는 방향으로 상기 회전 캠에 탄성력을 인가하되 상기 밸브 리턴 스프링보다 큰 스프링 상수를 갖는 캠 리턴 스프링을 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 밸브 유닛은, 상기 제1 회전 샤프트의 내부에 상기 제1 회전 샤프트와 동일한 회전 중심을 갖되 상기 제1 회전 샤프트와 독립적으로 회전되도록 베어링을 매개로 상기 제1 회전 샤프트에 내장되는 제2 회전 샤프트; 상기 제2 회전 샤프트에 일측이 결합되며, 상기 제1 밸브가 상기 열교환 유로를 차단하고 있는 상태에서 상기 제2 회전 샤프트의 회전방향을 따라 상기 제1 밸브와는 독립적으로 상기 하우징의 내부유로를 개폐하는 제2 밸브; 및 상기 제2 밸브가 상기 내부유로를 폐쇄하는 방향으로 상기 제2 회전 샤프트에 탄성력을 인가하는 샤프트 리턴 스프링을 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 밸브의 중심부에는 상기 제2 밸브가 상기 하우징의 내부유로를 폐쇄할 때 배기가스의 맥동에 의해 상기 제2 밸브가 진동하는 것을 방지하기 위한 맥동방지 홀이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제 1밸브에는 상기 제2 밸브와 마주보는 면에 상기 제2 밸브와의 충돌 또는 접촉 소음을 방지하는 탄성 매트가 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 회전 캠은, 상기 제1 회전 샤프트의 길이 방향 일단이 관통되도록 회전 중심 상에 형성된 삽입공; 및 상기 삽입공으로부터 일정 거리 이격된 외주면 상에 그 외주면의 접선 방향으로 연장되게 돌출되어 상기 푸시로드에 의해 가압되는 가압돌기부를 포함할 수 있다.
또한 상기 왁스는 냉각수의 온도에 따라 상기 액츄에이터의 내부로 유입되는 양이 조절되도록 구성되고, 냉각수 온도가 상승하면 상기 액츄에이터 내부의 상기 왁스의 유입량이 증가되어 상기 푸시로드의 외부 돌출량이 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 왁스는 상기 액츄에이터의 내부에 봉입된 상태에서 냉각수의 온도에 따라 열팽창되어 부피가 늘어나도록 구성되고, 냉각수 온도가 상승하면 열팽창한 상기 왁스가 상기 푸시로드를 밀어 상기 푸시로드의 외부 돌출량이 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉각수가 기준치 이상으로 과열되더라도 이를 흡수할 수 있는 추가 변위 구간을 밸브에 별도로 마련하여 밸브에 과도한 힘이 인가되지 않도록 함으로서 밸브 및 다른 부품이 손상되는 것을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에 의하면 배기열의 회수 과정에서 각각 독립적으로 움직이는 이중 밸브를 적용함으로써 배기가스의 유동에 의해 발생할 수 있는 소음이 대거 저감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 회수장치를 일 방향에서 나타낸 외관 사시도이다.
도 2는 도 1을 다른 방향에서 나타낸 외관 사시도이다.
도 3은 도 1의 일부 구성을 분해하여 나타낸 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 회수장치의 구성 및 구조를 나타낸 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 회수장치를 위에서 바라본 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A선을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 4를 기준으로 한 상태에서 냉각수가 웜업되어 돌출된 푸시로드에 의해 제1 밸브 유닛이 열교환기의 열교환 유로를 차단한 상태를 나타낸 작용 상태도이다.
도 8은 도 7의 상태에서 냉각수가 과열될 때 기준치 이상으로 돌출된 푸시로드의 오버 스트로크를 제1 밸브 유닛이 자체 흡수한 상태를 나타낸 작용 상태도이다.
도 9 내지 도 12는 제1 밸브 유닛이 열교환기의 열교환 유로를 차단하고 있는 상태에서 제2 밸브 유닛이 제1 밸브 유닛과는 독립적으로 배기가스의 유량에 연동하여 하우징의 내부유로를 개폐하는 상태를 나타낸 작용 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치(10)에 대하여 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치(10)는 크게 열교환기(100), 하우징(200), 제1 밸브 유닛(300)과 제2 밸브 유닛(400)을 포함하는 밸브 조립체(500) 및 액츄에이터(600)를 포함하며, 제1 밸브 유닛(300)은 냉각수가 과열될 때 기준치 이상으로 돌출되는 푸시로드(610)의 추가 변위(오버 스트로크)를 자체 흡수하도록 구성되고, 제2 밸브 유닛(400)은 제1 밸브 유닛(300)이 열교환 유로(101)를 차단하고 있는 상태에서 제1 밸브 유닛(300)과는 독립적으로 하우징(200)의 내부유로(201)를 흐르는 배기가스의 유량에 연동하여 상기 내부유로(201)를 개폐하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예가 위에서 나열된 구성들을 포함한다는 의미는 이들 구성으로만 이루어진다는 뜻이 아니라 이들 구성을 기본적으로 포함한다는 뜻으로, 이외에도 다른 구성(예컨대, 배기열 회수장치(10)에서 널리 알려진 공지기술)을 포함할 수 있다는 의미이지만, 공지기술에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열 회수장치(10)는 차량 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스 열을 이용하여 차량의 냉각수를 가열시키기 위한 것으로서, 냉각수의 온도에 따라 배기가스와 냉각수 간의 열 교환이 선택적으로 이루어질 수 있도록 한다.
상기 열교환기(100)는 내부에 배기가스가 지나갈 수 있도록 소정의 열교환 유로(101)가 형성되고, 그 열교환 유로(101) 상에는 배기가스와 열 교환할 수 있는 냉각수 코어(102)가 배치되는데, 냉각수 코어(102)에는 그 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성된다.
또한 열교환 유로(101)의 일측과 타측에는 각각 배기가스가 열교환기(100) 내부로 유입되도록 하는 유입구(110)와, 배기가스가 열교환기(100)의 외부로 나가도록 하는 유출구(120)가 형성되는데, 상기 유입구(110)와 유출구(120)는 모두 열교환기(100)의 외부 쪽(즉, 하우징(200)의 내부)으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 열교환기(100)는 냉각수 코어(102)로 냉각수가 유입되도록 하는 냉각수 유입관(130)과, 상기 냉각수 코어(102)의 냉각수가 냉각수 코어(102)의 외부로 유출되도록 하는 냉각수 유출관(140)을 구비하여 배기가스의 배기열과 열 교환을 통해 온도가 상승된 냉각수를 다른 곳에서 이용할 수 있도록 한다. 따라서, 냉각수 유입관(130)과 냉각수 유출관(140)은 냉각수 코어(102)의 일측과 타측에 각각 연결될 수 있다.
상기 하우징(200)은 외부(예컨대, 차량의 엔진)로부터 배기가스를 제공받아 그 배기가스가 흐르도록 내부에 소정의 내부유로(201)가 형성되고, 상기 유입구(110) 및 유출구(120)가 하우징(200)의 내부와 연통되도록 상기 열교환기(100)의 일측에 마련된다.
상기 하우징(200)에는 외부의 배기가스가 하우징(200)의 내부로 인입되도록 하는 인입구(210)와, 내부의 배기가스가 하우징(200)의 외부로 배출되도록 하는 배출구(220)가 형성될 수 있는데, 상기 인입구(210)와 배출구(220)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 서로 마주보도록 일직선 상에 형성될 수 있다.
또한 상기 하우징(200)은 그 내부유로(201)를 폐쇄하는 기능을 가지면서 부분적으로 배기가스가 통과될 수 있도록 가운데 부위에 개구부(231)가 형성된 배플(230)을 포함할 수 있다. 상기 배플(230)은 하우징(200)의 내부유로(201) 내에서 내부유로(201)를 가로 막아 배기가스의 흐름을 차단할 수 있으며, 배기가스가 정해진 부위로만 부분적으로 통과할 수 있도록 배플(230) 상에는 배기가스가 통과하도록 개방된 구조를 갖는 개구부(231)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 배플(230)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(200)의 내부유로(201) 내에서 유입구(110)와 유출구(120) 사이에 해당하는 위치에 배치될 수 있다.
한편, 상기 밸브 조립체(500)는 크게 제1 밸브 유닛(300)과 제2 밸브 유닛(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 밸브 유닛(300)은 제자리에서 회동 가능하도록 상기 하우징(200)에 제공되며, 열교환기(100)의 열교환 유로(101)와 하우징(200)의 내부유로(201) 중에서 어느 하나를 선택적으로 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 밸브 유닛(300)이 상기 하우징(200)의 내부유로(201)의 흐름을 차단할 때에는 제1 밸브 유닛(300)이 상기 배플(230)의 개구부(231)를 덮어 배기가스가 배플(230)을 통과하지 못하도록 할 수 있다.
또한 제1 밸브 유닛(300)이 열교환기(100)의 열교환 유로(101)의 흐름을 차단할 때에는 제1 밸브 유닛(300)이 상기 유출구(120)를 덮도록 회동되며, 이에 따라 상기 열교환 유로(101)의 흐름이 차단되기 때문에 배기가스는 열교환 유로(101)로 흐르지 못하여 상기 열교환기(100)에서 냉각수와의 열교환 작용은 일어나지 않는다.
또한, 제2 밸브 유닛(400)은 제1 밸브 유닛(300)과 동일한 회전 중심을 가지고 회동되는 것으로서, 다만 제1 밸브 유닛(300)에 대하여 독립적으로 회동되어 상기 하우징(200)의 내부유로(201)를 개폐할 수 있다.
즉, 제1 밸브 유닛(300)은 회동에 의하여 열교환기(100)의 열교환 유로(101)와 하우징(200)의 내부유로(201) 중 어느 하나를 개폐할 수 있고, 제2 밸브 유닛(400)은 회동에 의하여 하우징(200)의 내부유로(201)만을 개방하거나 폐쇄할 수 있는데, 제1 밸브 유닛(300)과 제2 밸브 유닛(400)은 동일한 회전 중심만을 가질 뿐 서로 별개로 동작될 수 있도록 구성된다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 제1 밸브 유닛(300) 및 제2 밸브 유닛(400)을 포함하는 밸브 조립체(500)에 대하여 좀 더 상세하게 살펴본다.
먼저 제1 밸브(320) 유닛(300)은 제1 회전 샤프트(310), 제1 밸브(320), 샤프트 브라켓(330), 밸브 리턴 스프링(340), 회전 캠(350), 캠 리턴 스프링(360)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 제1 회전 샤프트(310)는 제자리에서 회전(자전) 가능하도록 상기 하우징(200)에 설치되며, 길이 방향 일측(상단부)이 하우징(200)의 외부로 돌출되도록 구성된다.
또한, 제1 밸브(320)는 제1 회전 샤프트(310)에 일측이 결합되어 제1 회전 샤프트(310)의 회전 방향에 따라 상기 열교환 유로(101) 및 내부유로(201) 중 어느 하나를 선택적으로 차단할 수 있다.
즉, 제1 밸브(320)는 제1 회전 샤프트(310)와 일체로 회전되며 일측으로 회전되었을 때 상기 배플(230)의 개구부(231)를 덮어 하우징(200)의 내부유로(201)를 차단시키고, 타측으로 회전되었을 때 상기 유출구(120)를 덮어 열교환기(100)의 열교환 유로(101)를 차단할 수 있다.
구체적으로, 제1 밸브(320)는 푸시로드(610)가 회전 캠(350)을 가압하였을 때 상기 유출구(120)를 막도록 회전되었다가 푸시로드(610)가 액츄에이터(600) 내부로 들어가면 밸브 리턴 스프링(340)의 탄성력에 의해 원상태로 복귀되어 배플(230)의 개구부(231)를 덮게 된다.
또한, 샤프트 브라켓(330)은 제1 회전 샤프트(310)의 길이 방향 일측에 고정 결합되어 제1 회전 샤프트(310)와 일체로 회전될 수 있다. 밸브 리턴 스프링(340)은 상기 제1 밸브(320)가 하우징(200)의 내부유로(201)를 차단하는 방향으로 상기 샤프트 브라켓(330)에 탄성력을 인가할 수 있다.
상기 샤프트 브라켓(330)은 제1 회전 샤프트(310)를 중심으로 회전될 때 회전 각도에 상관 없이 항상 균형을 유지할 수 있도록 제1 회전 샤프트(310)의 길이 방향 일측을 둘러싸는 원통 형상의 측벽을 구비하는 형상으로 형성될 수 있다. 이때 밸브 리턴 스프링(340)은 샤프트 브라켓(330)의 측벽 외측면을 둘러싸되 길이 방향 양단이 샤프트 브라켓(330)과 하우징(200) 일측에 장착되는 토션 스프링으로 적용될 수 있다.
또한, 회전 캠(350)은 제1 회전 샤프트(310)의 끝단이 중심부를 관통하도록 제1 회전 샤프트(310)에 삽입되는 구성으로서, 제1 회전 샤프트(310)와 개별적으로 회전되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 회전 캠(350)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 회전 샤프트(310)의 길이 방향 일단이 관통되도록 회전 중심 상에 형성된 삽입공(351)과, 상기 삽입공(351)으로부터 일정 거리 이격된 외주면 상에 그 외주면의 접선 방향으로 연장되게 돌출되어 푸시로드(610)에 의해 가압되도록 형성된 가압돌기부(352)를 포함할 수 있다.
또한, 캠 리턴 스프링(360)은 제1 밸브(320)가 하우징(200)의 내부유로(201)를 차단하는 방향으로 회전 캠(350)에 탄성력을 인가하기 위한 구성으로서, 캠 리턴 스프링(360)은 제1 회전 샤프트(310)의 일측을 둘러싸되 길이 방향 양단이 회전 캠(350)과 샤프트 브라켓(330)에 장착되는 토션 스프링으로 적용될 수 있다.
여기서 캠 리턴 스프링(360)은 냉각수가 과열되어 기준치 이상으로 외부로 더 돌출되는 푸시로드(610)의 추가 변위(오버 스트로크)를 자체 흡수할 수 있도록 마련되는 것으로서, 캠 리턴 스프링(360)은 상기 밸브 리턴 스프링(340)보다 큰 스프링 상수를 갖도록 설정된다. 또한, 회전 캠(350)을 관통한 제1 회전 샤프트(310)의 끝단에는 캠 커버(370)가 장착될 수 있다.
이와 같이 샤프트 브라켓(330)과 밸브 리턴 스프링(340)과 캠 리턴 스프링(360)이 모두 원통 형상으로 형성되면 제1 회전 샤프트(310)의 회전 각도에 상관없이 샤프트 브라켓(330)과 밸브 리턴 스프링(340)과 캠 리턴 스프링(360)이 항상 안정된 상태를 유지할 수 있다.
이하, 도 4, 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 제1 밸브 유닛(300)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각수의 온도가 낮아서 제1 밸브(320)가 배플(230)의 개구부(231)를 막고 있는 상태에서는, 하우징(200)의 내부로 유입된 배기가스가 유입구(110)를 통해 열교환기(100) 내부로 유입되어 열교환 유로(101)를 지나가게 되고, 열교환 유로(101)를 지나가면서 냉각수 유입관(130)을 통해 열교환기(100) 내부의 냉각수 코어(102)로 유입된 냉각수를 가열시킨 후 유출구(120)를 통해 열교환 유로(101)를 빠져 나간 다음 하우징(200)의 외부로 배출된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 냉각수의 온도가 상승하면 액츄에이터(600)의 푸시로드(610)가 외부로 돌출되면서 회전 캠(350)을 밀어 회전시키고, 회전 캠(350)에 탄성 설치된 캠 리턴 스프링(360)은 탄성 변형되지 않고 회전되면서 샤프트 브라켓(330)을 회전시킨다.
이때, 캠 리턴 스프링(360)은 캠 리턴 스프링(360)보다 스프링 상수가 크게 설정되어 있기 때문에 회전 캠(350)이 회전될 때 캠 리턴 스프링(360)은 탄성 변형되지 않고 밸브 리턴 스프링(340)만 탄성 변형되는 결과, 샤프트 브라켓(330)이 회전 캠(350)과 동일한 각도로 회전된다.
샤프트 브라켓(330)은 제1 회전 샤프트(310) 및 제1 밸브(320)와 일체로 연결되어 있기 때문에 샤프트 브라켓(330)의 회전 각도만큼 제1 밸브(320)가 회전되어 배플(230)의 개구부(231)가 개방되면서 유출구(120)가 폐쇄될 수 있다. 상기 유출구(120)가 폐쇄되면 열교환 유로(101)의 흐름이 차단되어 배기가스가 열교환 유로(101)를 따라 흐를 수 없기 때문에 배기가스는 하우징(200)의 내부유로(201)를 따라 흐르게 되는바, 이에 따라 배기가스는 배플(230)의 개구부(231)를 통과하여 하우징(200) 외부로 그대로 배출되기 때문에 배기가스가 열교환 유로(101)를 지나지 않아 냉각수는 더 이상 가열되지 않는다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 밸브(320)가 열교환 유로(101)의 유출구(120)를 폐쇄하도록 회전된 상태에서 제1 밸브(320), 제1 회전 샤프트(310), 샤프트 브라켓(330)은 더 이상 회전되지 못하는바, 이 상태에서 냉각수가 더 가열되어 푸시로드(610)가 기준치(도 7의 상태) 이상으로 더 돌출되는 푸시로드(610)의 추가 변위(오버 스트로크; d) 상황이 발생하면 푸시로드(610)의 돌출량(d) 만큼 회전 캠(350)이 더 회전하게 되지만, 회전 캠(350)의 추가 회전량(r)은 캠 리턴 스프링(360)에 의해 흡수된다. 즉, 푸시로드(610)의 추가 변위(d)에 따른 회전 캠(350)의 회전량(r)만큼 캠 리턴 스프링(360)이 탄성 변형하게 된다.
따라서, 냉각수가 더 가열되어 회전 캠(350)이 추가 회전하게 되더라도 회전 캠(350)에 인가된 회전력을 제1 밸브(320)에 전달되지 않고 전량 캠 리턴 스프링(360)에 흡수되므로, 제1 밸브(320)나 제1 회전 샤프트(310), 샤프트 브라켓(330), 푸시로드(610) 등과 같은 부품들이 손상되는 것을 예방할 수 있다.
참고로, 도 7 및 도 8은 제1 밸브 유닛(300)의 작동 상태를 간편하게 설명하기 위한 것으로서, 이 상태는 배기 가스의 유량이 많은 엔진의 고속 회전 구간인 것으로 가정한다. 따라서, 도 7 및 도 8에서 제2 밸브 유닛(400)은 배플(230)의 개구부(231)를 개방하고 있는 상태로 도시된다.
한편, 도 6를 다시 참조하면 제2 밸브(420) 유닛(400)은 제2 회전 샤프트(410), 제2 밸브(420), 샤프트 리턴 스프링(430)을 포함하여 구성될 수 있다.
제2 회전 샤프트(410)는 제1 회전 샤프트(310)의 내부에 제1 회전 샤프트(310)와 동일한 회전 중심을 갖도록 설치된다. 그러나, 제2 회전 샤프트(410)는 제1 회전 샤프트(310)의 회전에 영향을 받지 않고 독립적으로 회전되도록 베어링(411)을 매개로 제1 회전 샤프트(310)에 내장된다.
따라서, 제2 회전 샤프트(410)의 회전 중심은 제1 회전 샤프트(310)의 회전 중심과 일치하지만 제2 회전 샤프트(410)는 제1 회전 샤프트(310)의 회전과는 무관하게 베어링(411)을 매개로 제1 회전 샤프트(310)에 대하여 독립적, 개별적으로 자유롭게 회전될 수 있다.
또한 제2 밸브(420)는 제2 회전 샤프트(410)에 일측이 결합되며 제1 밸브(320)가 상기 열교환 유로(101)를 차단하고 있는 상태에서 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이 제2 회전 샤프트(410)의 회전 방향을 따라 제1 밸브(320)와는 독립적으로 상기 하우징(200)의 내부유로(201)를 개폐할 수 있다.
즉, 제2 밸브(420)는 제1 밸브(320)가 열교환기(100)의 열교환 유로(101)를 차단하기 위해 상기 유출구(120)를 막고 있는 상태에서만 제1 밸브(320)로부터 이격되어 자유로운 상태가 되기 때문에 배기가스의 유량에 연동하여 하우징(200)의 내부유로(201)를 개폐할 수 있다.
예컨대, 냉각수의 웜업이 종료되어 더 이상의 냉각수의 가열이 필요하지 않으면서 배기가스의 유량이 큰 고속 회전 구간에서는 도 8에 도시된 바와 같이 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)를 통과하는 배기가스의 유량에 의해 샤프트 리턴 스프링(430)의 복원력을 이기고 제1 밸브(320)에 밀착될 수 있으나, 배기가스의 유량이 점차 감소되는 중속 회전 구간에서는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 제2 밸브(420)가 샤프트 리턴 스프링(430)의 복원력에 의해 배플(230)과 제1 밸브(320) 사이에 위치될 수 있고, 배기가스의 유량이 작은 저속 회전 구간에서는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)를 막도록 위치될 수 있다.
제1 밸브(320)가 하우징(200)의 내부유로(201)를 차단하기 위해 배플(230) 쪽으로 회동된 상태에서는 제1 밸브(320)가 제2 밸브(420)를 가압하게 되는바, 이에 따라 제1 밸브(320)는 제2 밸브(420)를 통해서 간접적으로 배플(230)의 개구부(231)를 막도록 구현될 수 있다.
또한 상기 샤프트 리턴 스프링(430)은 제2 밸브(420)가 하우징(200)의 내부유로(201)를 폐쇄하는 방향으로 제2 회전 샤프트(410)에 탄성력을 인가하기 위한 구성으로서, 샤프트 리턴 스프링(430)은 배기가스의 유량이 기 설정된 값(기준값)보다 작은 경우에는 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)를 막을 수 있도록 그 스프링 상수가 설정될 수 있다. 또한, 고속 구간과 같이 배기가스의 유량이 기준값보다 크게 되면 소음 저감 효과를 증대하기 위하여 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)를 개방할 수 있도록 그 스프링 상수가 설정될 수 있는 바, 이와 같이 샤프트 리턴 스프링(430)의 스프링 상수는 배기가스의 유량을 고려하여 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)를 적절하게 개폐할 수 있도록 설정된다.
한편, 도 12를 참조하면, 상기 제2 밸브(420)의 중심부에는 맥동방지 홀(421)이 형성될 수 있다.
맥동방지 홀(421)은 제2 밸브(420)가 하우징(200)의 내부유로(201)(구체적으로, 배플(230)의 개구부(231))를 폐쇄할 때 상기 내부유로(201)를 따라 흐르는 배기가스의 맥동에 의해 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)에 완전히 닫히거나 완전히 열리지 못하고 계속해서 배플(230)의 개구부(231) 테두리와 부딪히면서 진동 및 소음이 발생하는 것을 방지하기 위한 구성이다.
참고로, 배기가스는 엔진이 시동이 걸린 이후에 계속해서 배출되지만 공회전이나 저속 회전 구간에서는 배기가스의 유량이 크지 않으며, 특히 흡입-압축-폭발-배기와 같은 일련의 연속적인 연소 행정 중에서 배기 행정에서만 배기가스가 배출되기 때문에 배기가스는 구조적으로 맥동을 가질 수 밖에 없다. 따라서, 상기 제2 밸브(420)가 배플(230)의 개구부(231)를 완전히 막도록 구성되면 배기가스의 맥동에 의해 제2 밸브(420)가 계속해서 여닫히면서 소음과 진동을 발생하지만, 맥동방지 홀(421)이 제2 밸브(420)에 형성되면 공회전이나 저속 회전 구간과 같은 소량의 배기가스는 맥동방지 홀(421)을 통해 제2 밸브(420)를 통과하므로 제2 밸브(420)가 진동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 제1 밸브(320)에는 제2 밸브(420)와 마주보는 면에 제2 밸브(420)와의 충돌 또는 접촉시의 소음을 방지하기 위한 탄성 매트(321)가 설치될 수 있다.
탄성 매트(321)는 도 7에 도시된 바와 같이 제2 밸브(420)가 제1 밸브(320) 쪽으로 강하게 회전될 때 제2 밸브(420)가 제1 밸브(320)에 직접적으로 충돌하거나 접촉하는 것을 방지하여 제1 밸브(320) 및 제2 밸브(420)의 손상을 방지하고 그에 따른 소음을 예방할 수 있다.
한편, 액츄에이터(600)는 왁스(미도시)와 푸시로드(610)를 구비하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 왁스는 냉각수의 온도에 따라 액츄에이터(600)의 내부로 유입되는 양이 조절되도록 구성될 수 있다. 따라서, 냉각수 온도가 상승하면 상기 액츄에이터(600) 내부로 유입되는 상기 왁스의 양이 증가되는바, 이에 따라 왁스가 푸시로드(610)를 밀어 상기 푸시로드(610)가 액츄에이터(600) 외부로 돌출되는 양이 증가된다.
푸시로드(610)의 외부 돌출량이 증가되면 도 7에 도시된 바와 같이 푸시로드(610)에 의해 회전 캠(350)이 회전하게 되고, 이 회전 캠(350)의 회전력은 캠 리턴 스프링(360)과 샤프트 브라켓(330)을 통해 제1 회전 샤프트(310)로 전달되는 바, 제1 밸브(320)는 열교환기(100)의 유출구(120)를 폐쇄하게 된다.
이때, 푸시로드(610)의 직선 이송력이 제1 회전 샤프트(310)를 직접 회전시키는 것이 아니라 캠 리턴 스프링(360)과 샤프트 브라켓(330)을 거쳐 제1 회전 샤프트(310)로 전달되기 때문에 상기 제1 밸브(320)가 푸시로드(610)로부터 과도한 가압력을 받더라도 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 왁스는 상기 액츄에이터(600)의 내부에 소정의 양이 봉입된 상태로 구성될 수도 있다. 따라서, 냉각수의 온도에 따라 액츄에이터(600)의 내부에 봉입된 왁스가 열팽창되어 부피가 늘어나게 되는바, 이에 따라 냉각수 온도가 상승하면 열팽창한 왁스가 상기 푸시로드(610)를 밀어 상기 푸시로드(610)의 외부 돌출량이 증가할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
10 : 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치
100 : 열교환기 101 : 열교환 유로
102 : 냉각수 코어 110 : 유입구
120 : 유출구 130 : 냉각수 유입관
140 : 냉각수 유출관 200 : 하우징
201 : 내부유로 210 : 인입구
220 : 배출구 230 : 배플
231 : 개구부 300 : 제1 밸브 유닛
310 : 제1 회전 샤프트 320 : 제1 밸브
321 : 탄성 매트 330 : 샤프트 브라켓
340 : 밸브 리턴 스프링 350 : 회전 캠
351 : 삽입공 352 : 가압돌기부
360 : 캠 리턴 스프링 400 : 제2 밸브 유닛
410 : 제2 회전 샤프트 420 : 제2 밸브
421 : 맥동방지 홀 430 : 샤프트 리턴 스프링
500 : 밸브 조립체 600 : 액츄에이터
610 : 푸시로드

Claims (10)

  1. 유입구 및 유출구를 갖는 열교환 유로가 내부에 형성되고, 냉각수 유입관 및 냉각수 유출관을 구비하며, 배기가스의 배기열과 열 교환하여 냉각수의 온도를 상승시키는 열교환기;
    외부로부터 배기가스를 제공받아 그 배기가스가 흐르도록 내부에 내부유로가 형성되고, 상기 유입구 및 상기 유출구와 내부가 연통되도록 상기 열교환기의 일측에 마련되는 하우징;
    상기 하우징에 회동 가능하게 제공되며 상기 열교환기의 열교환 유로와 상기 하우징의 내부유로 중 어느 하나를 선택적으로 차단하는 제1 밸브 유닛과, 상기 제1 밸브 유닛과 동일한 회전 중심을 가지되, 상기 제1 밸브 유닛에 대하여 독립적으로 회동되어 상기 하우징의 내부유로를 개폐하는 제2 밸브 유닛을 포함하는 밸브 조립체; 및
    내부에 제공되는 왁스와, 냉각수의 온도 상승시 상기 왁스에 의해 외부로의 돌출량이 증가되어 상기 제1 밸브 유닛에 외력을 전달함에 따라 상기 제1 밸브 유닛이 상기 열교환 유로의 흐름을 차단하는 방향으로 이동되도록 하는 푸시로드를 구비한 액츄에이터를 포함하며,
    상기 제1 밸브 유닛은, 상기 냉각수가 과열될 때 기준치 이상으로 돌출되는 상기 푸시로드의 추가 변위(오버 스트로크)를 자체 흡수하도록 구성되고,
    상기 제2 밸브 유닛은, 상기 제1 밸브 유닛이 상기 열교환 유로를 차단하고 있는 상태에서 상기 제1 밸브 유닛과는 독립적으로 상기 하우징의 내부유로를 흐르는 배기가스의 유량에 연동하여 상기 내부유로를 개폐하도록 구성되며,
    상기 하우징은, 상기 하우징의 내부유로 내에서 상기 유입구와 상기 유출구 사이의 위치에 배치되어 상기 하우징의 내부유로를 폐쇄하되 부분적으로 배기가스가 통과될 수 있도록 가운데 부위에 개구부가 형성된 배플을 포함하고,
    상기 제1 밸브 유닛은, 상기 하우징의 내부유로의 흐름을 차단할 때에는 상기 배플의 개구부를 덮고, 상기 열교환기의 열교환 유로의 흐름을 차단할 때에는 상기 유출구를 덮도록 회동되며,
    상기 제1 밸브 유닛은, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 길이 방향 일측이 상기 하우징의 외부로 돌출되는 제1 회전 샤프트와, 상기 제1 회전 샤프트에 일측이 결합되며 상기 제1 회전 샤프트의 회전방향에 따라 상기 열교환 유로와 상기 내부유로 중 어느 하나를 선택적으로 차단하는 제1 밸브와, 상기 제1 회전 샤프트의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 제1 회전 샤프트와 일체로 회전되는 샤프트 브라켓과, 상기 제1 밸브가 상기 하우징의 내부유로를 차단하는 방향으로 상기 샤프트 브라켓에 탄성력을 인가하는 밸브 리턴 스프링과, 상기 제1 회전 샤프트의 끝단이 중심부를 관통하도록 삽입되고 상기 제1 회전 샤프트와 개별적으로 회전 가능한 회전 캠과, 상기 제1 밸브가 상기 하우징의 내부유로를 차단하는 방향으로 상기 회전 캠에 탄성력을 인가하되 상기 밸브 리턴 스프링보다 큰 스프링 상수를 갖는 캠 리턴 스프링을 포함하고,
    상기 제2 밸브 유닛은, 상기 제1 회전 샤프트의 내부에 상기 제1 회전 샤프트와 동일한 회전 중심을 갖되 상기 제1 회전 샤프트와 독립적으로 회전되도록 베어링을 매개로 상기 제1 회전 샤프트에 내장되는 제2 회전 샤프트와, 상기 제2 회전 샤프트에 일측이 결합되며 상기 제1 밸브가 상기 열교환 유로를 차단하고 있는 상태에서 상기 제2 회전 샤프트의 회전방향을 따라 상기 제1 밸브와는 독립적으로 상기 하우징의 내부유로를 개폐하는 제2 밸브와, 상기 제2 밸브가 상기 내부유로를 폐쇄하는 방향으로 상기 제2 회전 샤프트에 탄성력을 인가하는 샤프트 리턴 스프링을 포함하며,
    상기 회전 캠은, 상기 제1 회전 샤프트의 길이 방향 일단이 관통되도록 회전 중심 상에 형성된 삽입공과, 상기 삽입공으로부터 일정 거리 이격된 외주면 상에 그 외주면의 접선 방향으로 연장되게 돌출되어 상기 푸시로드에 의해 가압되는 가압돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 밸브의 중심부에는 상기 제2 밸브가 상기 하우징의 내부유로를 폐쇄할 때 배기가스의 맥동에 의해 상기 제2 밸브가 진동하는 것을 방지하기 위한 맥동방지 홀이 형성된 것을 특징으로 하는, 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1밸브에는 상기 제2 밸브와 마주보는 면에 상기 제2 밸브와의 충돌 또는 접촉 소음을 방지하는 탄성 매트가 설치된 것을 특징으로 하는, 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 왁스는 냉각수의 온도에 따라 상기 액츄에이터의 내부로 유입되는 양이 조절되도록 구성되고, 냉각수 온도가 상승하면 상기 액츄에이터 내부의 상기 왁스의 유입량이 증가되어 상기 푸시로드의 외부 돌출량이 증가하는 것을 특징으로 하는, 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 왁스는 상기 액츄에이터의 내부에 봉입된 상태에서 냉각수의 온도에 따라 열팽창되어 부피가 늘어나도록 구성되고, 냉각수 온도가 상승하면 열팽창한 상기 왁스가 상기 푸시로드를 밀어 상기 푸시로드의 외부 돌출량이 증가하는 것을 특징으로 하는, 이중 밸브를 구비한 배기열 회수장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015031250A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社三五 排気熱回収装置
KR101732014B1 (ko) * 2016-06-03 2017-05-04 세종공업 주식회사 탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009030569A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Futaba Industrial Co Ltd 排気熱回収装置
KR101092527B1 (ko) * 2011-08-01 2011-12-13 (주) 삼진정밀 공동현상 및 맥동현상 방지용 감압 컨트롤밸브
KR101499221B1 (ko) 2013-11-14 2015-03-05 현대자동차주식회사 밸브 액추에이터 내장형 배기열 회수장치
KR101708777B1 (ko) * 2015-09-10 2017-02-21 세종공업 주식회사 배기가스 와류방지 기능을 구비하는 배기열 회수장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015031250A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 株式会社三五 排気熱回収装置
KR101732014B1 (ko) * 2016-06-03 2017-05-04 세종공업 주식회사 탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치

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