KR102192719B1

KR102192719B1 - 서모스탯

Info

Publication number: KR102192719B1
Application number: KR1020190065885A
Authority: KR
Inventors: 이호열; 김은수
Original assignee: 인지컨트롤스 주식회사
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-12-17
Also published as: KR20200139403A

Abstract

본 발명은 서모스탯에 관한 것으로, 열을 전달받아 팽창 혹은 수축하는 왁스가 충전되며 일측이 개방되고 상기 개방된 일측에 다이어프램이 설치되는 왁스 챔버와, 상기 왁스 챔버의 개방된 일측을 차폐하며 그 내부에 상기 왁스의 팽창 혹은 수축하는 것에 따라 직선이동하는 피스톤이 설치된 플런저 가이드와, 상기 플런저 가이드의 내부에 설치되며 상기 피스톤의 직선이동에 따라 상기 플런저 가이드의 외부로 인출되는 플런저 및 상기 플런저와 피스톤 사이의 플런저 가이드의 내부에 충전되어 상기 피스톤의 직선이동에 따른 힘을 상기 플런저로 전달하는 다수의 유동체를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모스탯이 개시된다.

Description

서모스탯{Thermostat}

본 발명은 서모스탯에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 왁스 챔버에 충전된 왁스의 팽창 방향과 동일선상에 위치하지 않아도 플런저가 원활하게 작동할 수 있는 서모스탯에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진은 연료를 연소하여 동력을 발생시킴에 따라 연료의 연소 과정에 발생되는 열로 인해 가열된다. 엔진이 연료의 연소열을 지속적으로 받아서 과열되면, 엔진을 구성하는 실린더 블록이나 실린더 헤드, 피스톤 등과 같은 부품들이 과열되고, 이러한 과열 현상은 상기 엔진 부품들의 내구성 및 강성 저하를 초래하고, 연소 불량으로 인해 엔진 출력의 저하 등과 같은 문제점이 발생된다.

따라서, 엔진의 구동 중에 과열되는 엔진을 적절히 냉각시켜 주기 위해 엔진 냉각수가 사용되고, 상기 엔진 냉각수는 엔진과의 열교환으로 엔진의 열을 흡수한 다음에 라디에이터를 통해 대기와의 열교환으로 흡수한 열을 방출하게 되어 있다.

상기 엔진 냉각수로 엔진을 냉각할 때에 엔진 냉각수에 의해 엔진이 과냉각되면 엔진의 열량 손실이 발생하여 엔진 효율 및 연비가 저하되므로, 엔진을 항상 적정 온도로 냉각시킬 필요가 있다.

이에 따라 상기 라디에이터와 엔진 사이의 냉각수 통로에 개폐밸브 역할을 하는 서모스탯을 설치하여, 라디에이터에 의해 냉각된 엔진 냉각수가 엔진으로 유동되게 하거나 혹은 차단되게 하고 있다. 이러한 종래의 서모스탯을 도 1에 의거하여 설명한다.

도 1은 종래의 서모스탯을 나타낸 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 종래의 서모스탯은 엔진과 라디에이터 사이에 설치되어 냉각수가 흐르도록 유로가 형성된 서모스탯 하우징(10)이 마련된다.

이러한 서모스탯 하우징(10)은 냉각수가 유입되는 유입구(13)가 형성된 상부 몸체(11)와 냉각수가 배출되는 배출구가 형성된 하부 몸체(12)로 구성되며 상부 몸체(11)와 하부 몸체(12)가 결합된 그 내부에 왁스 챔버(20)가 설치되며, 상부 몸체(11)와 하부 몸체(12)의 결합면 사이에 냉각수의 누수를 방지하기 위한 가스켓(30)이 설치된다.

그리고, 엔진 냉각수의 온도에 따라 팽창 혹은 수축하는 왁스를 충전하는 왁스 챔버(20)가 서모스탯 하우징(10)의 내부에 설치되며, 왁스의 팽창에 따라 변형되는 다이어프램(40)이 왁스 챔버(20)의 하단에 설치된다. 또한, 왁스 챔버(20)와 동일한 축선을 갖고 다이어프램(40)의 변형력에 의해 이동하는 플런저(50)가 왁스 챔버(20)의 하부에 설치된다.

그리고, 왁스 챔버(20)의 하단은 플런저(50)가 이동할 때 직선 이동할 수 있게 안내하는 플런저 가이드(60)가 설치되는데, 플런저 가이드(60)는 왁스 챔버(20)의 하단과 일체를 형성하도록 조립된다.

또한, 플런저(50)의 가압력에 의해 서모스탯 하우징(10)의 유로 상에서 승강하는 승강부재(70)가 마련되고 상기 승강부재(70)의 승강에 따라 서모스탯 하우징(10)의 유로를 개폐하는 밸브(80)가 승강부재(70)에 마련된다.

또한, 서모스탯 하우징(10)의 하단에는 스프링 서포터(90)가 설치되며 스프링 서포터(90)의 상면과 밸브(80)의 하면 사이에는 밸브(80)를 향해 탄성력을 발휘하는 탄성부재(71)가 설치되어 서모스탯 하우징(10)에 형성된 유로를 밸브(80)가 폐쇄하도록 탄성력을 제공하게 된다.

이와 같은 구조를 갖는 종래의 서모스탯은 왁스가 팽창하여 플런저(50)가 이동하는 힘보다 탄성부재(71)에서 발휘되는 탄성력의 힘이 더 큰 경우 밸브(80)가 서모스탯 하우징(10)의 유로를 폐쇄하게 된다.

그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 서모스탯은 플런저(50)가 소정의 길이를 갖는 봉의 형태를 갖고 플런저 가이드(60)에 의해 안내되는 구조로 이루어져 플런저(50)의 이동 거리 및 플런저(50)의 위치가 제한적일 수 밖에 없다.

즉, 종래의 서모스탯은 플런저(50) 및 플런저 가이드(60)가 왁스 챔버(20)에 충전된 왁스의 팽창 방향과 동일선상에 위치해야 하기 때문에 왁스, 다이어프램(40), 플런저(50)가 일직선 상에 위치해야 하며 플런저(50)의 이동 거리를 증가시키기 위해서는 왁스 챔버(20)의 충전 공간을 증가시켜야 하기 때문에 서모스탯이 설치될 장치에 따라 서모스탯을 그에 맞게 설계를 매번 해야 하는 문제가 있다.

KR, B, 10-1205014(2012.11.20) KR, B, 10-1416393(2014.07.01)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 왁스 챔버에 충전된 왁스의 팽창 방향과 동일선상에 위치하지 않아도 플런저가 원활하게 작동할 수 있는 서모스탯을 제공하는 그 목적 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 열을 전달받아 팽창 혹은 수축하는 왁스가 충전되며 일측이 개방되고 상기 개방된 일측에 다이어프램이 설치되는 왁스 챔버와, 상기 왁스 챔버의 개방된 일측을 차폐하며 그 내부에 상기 왁스의 팽창 혹은 수축하는 것에 따라 직선이동하는 피스톤이 설치된 플런저 가이드와, 상기 플런저 가이드의 내부에 설치되며 상기 피스톤의 직선이동에 따라 상기 플런저 가이드의 외부로 인출되는 플런저 및 상기 플런저와 피스톤 사이의 플런저 가이드의 내부에 충전되어 상기 피스톤의 직선이동에 따른 힘을 상기 플런저로 전달하는 다수의 유동체를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모스탯에 의해 달성된다.

여기서, 상기 플런저 가이드의 내부에 충전되는 다수의 유동체는 구슬로 이루어지고, 상기 구슬은 구슬간에 공극이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구슬은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플런저 가이드는 상기 플런저와 피스톤 사이에 형성되어 상기 구슬이 충전되는 구슬 챔버를 더 포함하고, 상기 구슬 챔버는 상기 플런저로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 감소하는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구슬 챔버는 원뿔의 형태를 갖고 상기 플런저와 맞닿는 제1충전공간 및 상기 제1충전공간과 상기 피스톤 사이에 형성되고 원통의 형태를 갖는 제2충전공간을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1충전공간과 제2충전공간이 만나는 부분은 원호를 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1충전공간의 내부 체적은 상기 제2충전공간의 내부 체적의 절반이거나 이보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 서모스탯에 의하면, 플런저 가이드의 내부에 구슬 챔버가 형성되고 상기 구슬 챔버의 내부에 다수의 구슬로 이루어진 유동체가 충전되는 것에 따라 플런저의 인출 방향을 피스톤의 직선이동 방향과 동일선상에 위치시키지 않아도 플런저가 원활하게 작동할 수 있고, 이로부터 서모스탯이 설치될 장치에 알맞게 서모스탯을 설계할 수 있어 서모스탯의 설계를 간편하게 할 수 있다.

또한, 플런저 가이드에 형성된 구슬 챔버에 다수의 구슬로 이루어진 유동체가 충전되기 때문에 플런저 가이드의 방수 설계를 간소화시킬 수 있어 서모스탯의 설계를 간편하게 할 있다.

도 1은 종래의 서모스탯 밸브를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 서모스탯을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 서모스탯의 작동 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 서모스탯의 플런저 가이드 변형을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 서모스탯의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 서모스탯을 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 서모스탯의 작동 상태를 나타낸 단면도이다.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 서모스탯은 왁스(112)가 충전되는 왁스 챔버(110), 왁스(112)의 팽창 및 수축에 따라 가변하는 다이어프램(120), 왁스(112)의 팽창 또는 수축에 따라 직선이동하는 플런저 가이드(130)의 내부에 설치되는 피스톤(140), 플런저 가이드(130)에 설치되어 플런저 가이드(130)의 외부로 인출되는 플런저(150), 피스톤(140)과 플런저(150) 사이의 플런저 가이드(130) 내부에 충전되어 피스톤(140)의 직선이동에 따른 힘을 플런저(150)로 전달하는 유동체로 구성된다.

부연하자면, 왁스 챔버(110)는 열에 의해 팽창 혹은 수축하는 왁스(112)가 충전될 수 있게 일측이 개방된 컵의 형태를 갖는다. 이러한 왁스 챔버(110)는 그 내부에 왁스(112)가 충전되며 왁스 챔버(110)의 외측은 냉각수와 같은 열을 수반하는 유체에 노출되어 왁스 챔버(110)로 전달된 열에 의해 왁스(112)가 팽창 또는 수축하게 된다.

이러한 왁스 챔버(110)는 개방된 일측에 다이어프램(120)이 설치되어 왁스 챔버(110)의 내부에 충전된 왁스(112)가 외부로 유출되지 않게 차폐하는 한편, 왁스(112)의 팽창 혹은 수축에 의해 왁스(112)의 부피가 변하는 것에 따라 다이어프램(120)이 그에 맞게 변형된다.

또한, 왁스 챔버(110)의 개방된 일측은 플런저 가이드(130)가 설치되어 다이어프램(120)은 그 테두리가 왁스 챔버(110)와 플런저 가이드(130) 사이에 개재되어 고정된다. 그리고, 플런저 가이드(130)는 그 내부에 왁스(112)의 팽창 또는 수축하는 것에 따라 직선이동하는 피스톤(140)이 설치된다.

또한, 피스톤(140)과 대향하여 플런저 가이드(130)의 내부에는 플런저(150)가 설치되어 피스톤(140)의 직선이동에 따라 플런저 가이드(130)의 외부로 인출된다. 이때, 피스톤(140)과 플런저(150)는 봉의 형태를 갖게 되어 왁스(112)의 팽창 또는 수축에 따라 피스톤(140)과 플런저(150)가 플런저 가이드(130)에 안내되어 직선이동하게 된다.

특히, 본 발명에 따른 서모스탯은 플런저(150)와 피스톤(140) 사이의 플런저 가이드(130) 내부에 충전되어 피스톤(140)의 직선이동에 따른 힘을 플런저(150)로 전달하는 다수의 유동체가 마련된다.

이러한 플런저 가이드(130)의 내부에 충전되는 유동체는 바람직하게 소정의 크기를 갖는 다수의 구슬(160)로 이루어져 피스톤(140)의 직선이동에 따라 발생하는 힘을 플런저(150)로 전달하여 플런저(150)를 작동시키게 된다.

이때, 플런저 가이드(130)는 유동체가 충전되는 구슬 챔버(170)가 형성되는데, 구슬 챔버(170)는 피스톤(140)과 플런저(150) 사이에 형성되어 피스톤(140)이 직선이동하여 피스톤(140)이 구슬 챔버(170) 내에서 차지하는 체적에 따른 압력만큼 구슬(160)이 유동하여 플런저(150)를 가압하여 플런저(150)를 작동시키게 된다.

이와 같이, 플런저 가이드(130)에 형성된 구슬 챔버(170)는 피스톤(140)의 직선이동에 따라 다수의 구슬(160)로 이루어진 유동체가 플런저(150)를 원활하게 가압할 수 있게 플런저(150)로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 감소하는 형상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이러한 플런저(150)로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 감소하는 형상은 예를 들어 뿔기둥의 형상이 될 수 있다.

즉, 구슬 챔버(170)는 원뿔의 형태를 갖고 플런저(150)와 맞닿는 제1충전공간(172) 및 제1충전공간(172)과 피스톤(140) 사이에 형성되고 원통의 형태를 갖는 제2충전공간(174)으로 이루어진다.

이때, 제2충전공간(174)은 피스톤(140)이 직선이동하여 제2충전공간(174)에 충전된 다수의 구슬(160)로 이루어진 유동체가 제1충전공간(172)으로 이동하여 플런저(150)를 가압하게 되며, 이러한 제1충전공간(172)은 앞서 설명한 바와 같이 원뿔의 형태를 갖게 되어 제2충전공간(174)에서 제1충전공간(172)으로 유동하는 구슬이 플런저(150)와 맞닿는 부분에 집중되어 힘이 집중되면서 플런저(150)의 이동을 원활하게 한다.

이때, 제1충전공간(172)의 내부 체적은 제2충전공간(174)의 내부 체적의 절반이거나 이보다 작게 형성되어 제2충전공간(174)에서 제1충전공간(172)으로 유동체가 이동하게 될 때 발생하는 힘이 플런저(150)에 집중시킬 수 있게 된다.

이렇게, 구슬 챔버(170)에 충전되는 구슬(160)은 바람직하게 구슬(160) 간에 공극(빈 공간)이 형성되도록 하여 구슬 챔버(170)에 많은 양의 구슬(160)을 충전하지 않아도 플런저(150)를 원활하게 가압하게 된다.

즉, 구슬(160)은 그 단면이 원형이기 때문에 구슬(160) 간의 접촉은 점접촉하기 때문에 구슬(160) 간의 공극이 커질수록 구슬 챔버(170)에 충전되는 구슬(160)의 지름은 커지게 되어 구슬 챔버(170) 내에 충전되는 구슬(160)의 양을 감소시킬 수 있다.

그러나, 구슬(160)의 지름이 플런저(150)의 직경보다 커지게 되면 구슬 챔버(170)에 충진된 구슬(160)이 플런저(150)와 맞닿을 수 없기 때문에 바람직하게 구슬(160)의 지름은 플런저(150) 직경의 0.1~0.3의 비율을 갖도록 하여 다수의 구슬(160)이 플런저(150)와 맞닿아 피스톤(140)의 직선이동에 따른 힘을 플런저(150)에 균일하게 전달하게 된다.

또한, 구슬 챔버(170)에 충전되는 구슬(160)은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직한데, 알루미늄 합금으로 이루어진 구슬(160)은 강도가 우수하여 구슬 챔버(170) 내에서 구슬(160)이 유동할 때 구슬(160)의 마모를 최소화시킬 뿐만 아니라 내식성이 우수하여 구슬(160)의 부식을 최소화시켜 구슬 챔버(170)의 내부로 수분이 유입되더라도 구슬(160)의 부식이 발생하지 않아 피스톤(140)과 플런저(150) 간의 힘 전달을 원활하게 할 수 있다.

또한, 구슬 챔버(170)에 충전되는 구슬(160)은 앞서 설명한 알루미늄 합금에 한정되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다. 예를 들어 구슬(160)은 PPS(Poly Phenylene Sulfide) 또는 PPA(polyphthalamide)와 같은 내열성과 내구성이 강화된 플라스틱이 될 수도 있다.

이와 같이, 다수의 구슬(160)로 이루어진 유동체가 구슬 챔버(170)의 내부에서 유동하게 될 때 유동체가 제1충전공간(172)과 제2충전공간(174) 내에서 원활하게 유동할 수 있게 제1충전공간(172)과 제2충전공간(174)이 만나는 부분은 원호를 형성하게 된다.

즉, 상기와 같이 제1충전공간(172)과 제2충전공간(174)이 만나는 부분이 원호를 형성하는 것에 따라 구슬(160)이 원호를 따라 원활하게 이동하게 되어 유동체가 제1충전공간(172)과 제2충전공간(174) 내에서 원활하게 유동하여 피스톤(140)과 플런저(150) 간의 힘 전달을 원활하게 하고 이로부터 플런저(150)의 작동을 정밀하게 할 수 있다.

상기와 같이 왁스(112)로부터 힘을 전달받아 직선이동하는 피스톤(140)과 플런저(150) 사이의 플런저 가이드(130) 내부 다수의 구슬(160)로 이루어진 유동체가 마련되는 것에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 플런저 가이드(130)에서의 플런저(150) 인출방향을 다양하게 변화시킬 수 있다.

즉, 본 발명과 같이 플런저 가이드(130)의 내부에 구슬 챔버(170)가 형성되고 상기 구슬 챔버(170)의 내부에 다수의 구슬(160)로 이루어진 유동체가 충전되는 것에 따라 플런저(150)의 인출 방향을 피스톤(140)의 직선이동 방향과 동일선상에 위치시키지 않아도 플런저(150)가 원활하게 작동할 수 있고, 이로부터 서모스탯이 설치될 장치에 알맞게 서모스탯을 설계할 수 있어 서모스탯의 설계를 간편하게 할 수 있다.

또한, 플런저 가이드(130)에 형성된 구슬 챔버(170)에 다수의 구슬(160)로 이루어진 유동체가 충전되기 때문에 플런저 가이드(130)의 방수 설계를 간소화시킬 수 있어 서모스탯의 설계를 간편하게 할 있다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 서모스탯은 왁스 챔버(110)에 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 히팅 유닛(180)이 마련되어 히팅 유닛(180)의 작동에 따라 왁스(112)를 용융시켜 팽창 또는 수축시킬 수도 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다이어프램(120)과 피스톤(140) 사이에 작동유체(반유체)(131), 러버피스톤(132), 백업플레이트(133)가 마련될 수 있다. 즉, 작동유체(131)는 왁스(112)의 팽창 또는 수축에 따라 다이어프램(120)이 변형될 때 다이어프램(120)의 변형에 따른 힘의 변화를 러버피스톤(132)에 전달하게 된다.

또한, 러버피스톤(132)은 탄성복원력이 발휘되는 재질로 이루어져 다이어프램(120)의 급격한 변형에 따라 발생하는 힘의 일부를 러버피스톤(132)이 완충하고 피스톤(140)에 전달할 수 있어 서모스탯의 파손을 미연에 방지하게 된다.

또한, 백업플레이트(133)는 작동유체(131)의 유출을 방지하는 한편 백업플레이트(133)의 길이 조절을 통해 피스톤(140) 및 플런저(150)의 직선이동 거리를 원활하게 조절할 수 있다.

110 : 왁스 챔버 120 : 다이어프램
130 : 플런저 가이드 131 : 작동유체
132 : 러버피스톤 133 : 백업플레이트
140 : 피스톤 150 : 플런저
160 : 구슬 170 : 구슬 챔버
172 : 제1충전공간 174 : 제2충전공간
180 : 히팅 유닛

Claims

열을 전달받아 팽창 혹은 수축하는 왁스가 충전되며 일측이 개방되고 상기 개방된 일측에 다이어프램이 설치되는 왁스 챔버;
상기 왁스 챔버의 개방된 일측을 차폐하며 그 내부에 상기 왁스의 팽창 혹은 수축하는 것에 따라 직선이동하는 피스톤이 설치된 플런저 가이드;
상기 플런저 가이드의 내부에 설치되며 상기 피스톤의 직선이동에 따라 상기 플런저 가이드의 외부로 인출되는 플런저; 및
상기 플런저와 피스톤 사이의 플런저 가이드의 내부에 충전되어 상기 피스톤의 직선이동에 따른 힘을 상기 플런저로 전달하는 다수의 유동체;를 포함하고,
상기 플런저 가이드의 내부에 충전되는 다수의 유동체는 구슬로 이루어지고, 상기 구슬은 구슬간에 공극이 형성되는 것을 특징으로 하는 서모스탯.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 구슬은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서모스탯.
청구항 1에 있어서,
상기 플런저 가이드는
상기 플런저와 피스톤 사이에 형성되어 상기 구슬이 충전되는 구슬 챔버;를 더 포함하고,
상기 구슬 챔버는
상기 플런저로 갈수록 그 단면적이 점진적으로 감소하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 서모스탯.