KR20200019971A - 2개의 가스 흐름을 혼합하기 위한 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개의 가스 스트림을 혼합하기 위한 밸브(1)로서, 하우징(11), 제1 가스 입구(2), 제2 가스 입구(3), 및 가스 출구(4)를 포함하고, 상기 가스 입구(2, 3)는 상기 가스 출구(4)에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 상기 제1 가스 입구(2)의 하류에는 상기 하우징(11) 내에 변위 가능하게 장착된 안내 요소(5)가 배치되고, 상기 안내 요소(5)를 변위시키는 것에 의해, 상기 제1 가스 입구(2)를 통해 유입되는 가스 체적을 상기 가스 출구(4)로 흐름 전달하기 위한 흐름 전달 개구(6)의 흐름 단면은 상기 안내 요소(5)를 통해 조절될 수 있는, 상기 밸브(1)에 관한 것이다.

Description

2개의 가스 흐름을 혼합하기 위한 밸브
본 발명은 2개의 가스 스트림을 혼합하기 위한 밸브로서, 하우징, 제1 가스 입구, 제2 가스 입구 및 가스 출구를 포함하고, 상기 가스 입구들은 상기 가스 출구에 유체 흐름 가능하게 연결된, 상기 밸브에 관한 것이다.
밸브는 예를 들어 배기 가스 재순환 시스템에서 2개의 가스 스트림을 혼합하는데 사용된다. 알려진 설계 중에는 회전 가능한 스로틀 플랩을 포함하고, 이 플랩을 전기 모터, 간단한 공압식 온/오프 밸브 또는 전자기식 작동 밸브에 의해 회전시킬 수 있는 밸브가 있다.
이러한 알려진 모든 밸브는 공통적으로 복잡한 구조를 가져서, 비용이 많이 들거나 또는 제어를 제공하는 경우 완전히 개방된 상태와 완전히 폐쇄된 상태 사이에 충분히 정확한 제어를 수행할 수 없다고 하는 문제를 갖고 있다.
따라서, 본 발명에 의해 해결되는 과제는 간단한 구조를 갖고 임의의 원하는 비율로 2개의 가스 스트림을 신뢰성 있게 혼합할 수 있는 밸브를 생성하는 것이다.
상기 과제는 밸브와 관련하여 청구항 1의 특징을 갖는 밸브에 의해 달성된다.
본 발명의 예시적인 실시예는 2개의 가스 스트림을 혼합하기 위한 밸브로서, 하우징, 제1 가스 입구, 제2 가스 입구, 및 가스 출구를 포함하고, 상기 가스 입구들은 상기 가스 출구에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 상기 제1 가스 입구의 하류에는 상기 하우징 내에 변위 가능하게 장착된 안내 요소가 배치되고, 상기 안내 요소를 변위시키는 것에 의해, 상기 제1 가스 입구를 통해 유입되는 가스 체적을 상기 가스 출구로 흐름 전달하기 위한 흐름 전달 개구의 흐름 단면을 상기 안내 요소를 통해 제어할 수 있는, 상기 밸브에 관한 것이다.
상기 안내 요소는 상기 제1 가스 입구로부터 유입되는 가스 스트림이 관통하여 흐를 수 있는 방식으로 형성된다. 상기 하우징 내 정확한 안내 또는 밀봉 요소에 의해 상기 안내 요소 주위로 가스가 흐르는 것이 방지된다. 상기 안내 요소는 상기 안내 요소에 힘을 가하는 것에 의해 상기 안내 요소를 변위시킬 수 있도록 상기 하우징 내에 이동 가능하게 장착된다. 상기 안내 요소가 이동하는 것에 의해 상기 안내 요소의 흐름 단면, 예를 들어, 개구가 개방되어서, 상기 제1 가스 입구로부터 오는 가스 스트림이 상기 안내 요소를 통해 상기 가스 출구로 흐를 수 있게 된다.
상기 안내 요소에 의해, 상기 제2 가스 입구를 통해 유입되는 가스 체적을 상기 가스 출구로 흐름 전달하기 위한 흐름 단면을 제어할 수 있는 것이 특히 유리하다. 이것은 단일 안내 요소를 이용하여 상기 제1 가스 입구로부터의 가스 스트림 및 상기 제2 가스 입구로부터의 가스 스트림에 모두 영향을 줄 수 있어서 특히 유리하다. 이것은 예를 들어 상기 안내 요소를 상기 제2 가스 입구의 하류의 흐름 경로로 슬라이딩시켜 상기 흐름 경로를 적어도 부분적으로 차단하는 것에 의해 유리하게 실현될 수 있다. 그 결과 질량 흐름이 감소된다. 극단 위치에서, 상기 안내 요소는 또한 상기 제2 가스 입구로부터 상기 가스 출구로의 흐름 경로를 완전히 차단할 수 있고, 상기 제1 가스 입구로부터 상기 가스 출구로 가스 흐름을 허용할 수 있다. 이러한 기능은 상기 제1 가스 입구로부터의 가스 또는 상기 제2 가스 입구 흐름으로부터의 가스를 선택적으로 상기 가스 출구로 흐르게 할 수 있고, 또는 임의의 원하는 비율로 2개의 가스 스트림으로 구성된 가스 흐름을 상기 가스 출구로 흐르게 할 수 있다.
상기 안내 요소는 슬리브형 설계(sleeve-like design)로 이루어지고, 완전히 유체 기밀 방식으로 상기 제1 가스 입구의 하류의 흐름 경로를 폐쇄하는 것이 또한 유리하다. 슬리브형 안내 요소는 관형 하우징 구획에 특히 간단한 방식으로 장착될 수 있고 상기 구획에 대해 변위될 수 있다. 더욱이, 흐름 전달 개구를 형성하는 슬리브는 제조하는 것이 특히 간단하다.
바람직한 예시적인 실시예는 상기 안내 요소가 상기 흐름 전달 개구를 그 반경방향 에지 영역에 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 안내 요소의 적어도 하나의 위치에서 반경방향 벽 영역이 상기 제1 가스 입구의 하류의 흐름 경로의 내부 벽과 접촉하는 것으로 인해 상기 안내 요소는 반경방향 벽 영역에 흐름 전달 개구를 갖는 것이 특히 유리하다. 상기 위치에서, 상기 제1 가스 입구로부터 가스의 흐름 전달이 방지된다. 상기 흐름 전달 개구가 상기 제1 가스 입구를 넘어 흐름 경로의 내부 벽에 의해 더 이상 폐쇄되지 않는 밸브 영역으로 상기 흐름 전달 개구가 돌출하는 정도까지 상기 안내 요소가 대응하여 변위되는 경우, 가스 스트림은 상기 안내 요소를 통해, 특히 상기 흐름 전달 개구를 통해 상기 가스 출구로 흐를 수 있다.
상기 제1 가스 입구의 하류에는 상기 안내 요소가 변위될 수 있는 제1 흐름 경로가 존재하고, 상기 안내 요소는 상기 제2 가스 입구의 하류에 있는 제2 흐름 경로로 그리고/또는 상기 가스 출구의 상류에 있는 제3 흐름 경로로 적어도 부분적으로 이동될 수 있는 것이 또한 바람직하다.
상기 안내 요소가 상기 제2 흐름 경로 또는 상기 제3 흐름 경로로 이동하는 것은, 상기 흐름 전달 개구가 상기 제1 흐름 경로의 내부 벽에 의해 더 이상 완전히 덮이지 않거나 더 이상 전혀 덮이지 않아서 가스 스트림이 상기 안내 요소를 통해 흐를 수 있는 것을 보장한다.
나아가 상기 하우징은 T자형 단면을 갖되, 제1 레그(first leg)는 상기 제1 흐름 경로를 형성하고, 제2 레그는 상기 제2 흐름 경로를 형성하며, 제3 레그는 상기 가스 출구로 향하는 제3 흐름 경로를 형성하는 것이 유리하다. 이 경우에, 상기 가스 입구의 하류 또는 상기 가스 출구의 상류에 있는 흐름 경로들은 서로 교차하는 것에 의해 간단한 방식으로 혼합 위치를 생성하는 것으로 인해 T자형 형태가 특히 유리하다. 더욱이, 하나의 흐름 경로로부터 상기 혼합 위치로 돌출하는 안내 요소는 다른 흐름 경로의 흐름 단면에 영향을 줄 수도 있다.
나아가 상기 안내 요소가 상기 제2 흐름 경로 또는 제3 흐름 경로로 충분히 멀리 돌출되지 않는 한, 상기 흐름 전달 개구는 상기 제1 흐름 경로를 획정하는 벽에 의해 폐쇄되는 것이 유리하다. 이것은 상기 안내 요소를 상기 제1 흐름 경로로 변위시키는 것을 통해서만 상기 흐름 전달 개구를 폐쇄 또는 개방하는 것을 실현할 수 있기 위해 유리하다.
또한 상기 밸브는, 제1 위치에서, 상기 제1 가스 입구로부터 가스 체적의 전달 흐름을 허용하고, 상기 제2 가스 입구로부터 상기 가스 출구로 가스 체적의 전달 흐름을 허용하고, 상기 제1 가스 입구로부터의 가스 체적의 전달 흐름은 상기 흐름 전달 개구의 개방된 단면적에 의해 제어되고, 상기 제2 가스 입구로부터의 가스 체적의 전달 흐름은 상기 슬리브형 안내 요소에 의해 차단되지 않은 상기 제2 흐름 경로 및/또는 상기 제3 흐름 경로의 단면적에 의해 제어되는 것이 유리하다. 상기 안내 요소를 상기 제2 흐름 경로 및/또는 제3 흐름 경로로 슬라이딩시키는 것에 의해, 상기 흐름 경로의 흐름 단면이 감소될 수 있어서, 각각의 흐름 경로를 통해 흐르는 가스량에 영향을 줄 수 있다. 극단 위치에서, 2개의 흐름 경로 중에서 상기 안내 요소가 슬라이딩하여 들어가는 하나의 흐름 경로를 완전히 폐쇄하는 것이 또한 가능하다.
나아가 상기 슬리브형 안내 요소와 상기 제1 흐름 경로를 획정하는 벽 사이에 적어도 하나의 밀봉 수단이 제공되어, 상기 안내 요소 주위로 흐르는 것이 방지되는 것이 유리하다. 이것은 원치 않는 가스가 상기 제1 가스 입구로부터 상기 가스 출구로 흐르는 것을 피하게 하는데 유리하다.
나아가 상기 하우징 외부에 배치된 액추에이터는 상기 안내 요소에 작용하고, 상기 액추에이터로부터 상기 안내 요소로 힘을 전달하는 것은 안내 로드에 의해 수행되며, 상기 안내 로드는 상기 제2 흐름 경로 및/또는 상기 제3 흐름 경로를 통해 돌출하고, 상기 제1 가스 입구와는 먼 쪽의 상기 안내 요소에 연결되는 것이 유리하다. 액추에이터는 상기 제1 흐름 경로에서 상기 안내 요소를 병진 이동시킬 수 있는 예를 들어 스테퍼 모터 또는 다른 전기 모터일 수 있다.
상기 안내 요소는 상기 안내 요소로 흐르는 가스 스트림을 상기 흐름 전달 개구로 보내는 안내 구조물을 내부에 포함하는 것이 또한 유리하다. 특히 유리하게는, 상기 안내 요소는 상기 입구로부터 상기 안내 요소로 가는 가스 스트림을 상기 흐름 전달 개구로 보내는 내부 형상을 갖는다. 이것은 상기 안내 요소로 인한 추가적인 압력 손실을 피할 수 있게 한다.
본 발명의 유리한 개선은 종속 청구항 및 도면과 관련한 다음의 설명에서 설명된다.
본 발명은 예시적인 실시예에 기초하여 그리고 도면을 참조하여 아래에서 상세히 논의될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 개략적인 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 밸브를 통한 단면도로서, 제1 가스 입구로부터 가스 출구로 흐름 전달을 방지하는 안내 요소의 위치를 도시하는 도면;
도 3은 도 2에 대응하는 단면도로서, 제1 기체 입구로부터 흐름 전달 개구를 통해 기체 출구로 흐름 전달이 가능한 방식으로 상기 안내 요소를 변위시킨 것을 도시하는 도면.
도 1은 제1 가스 입구(2), 제2 가스 입구(3), 및 가스 출구(4)를 포함하는 밸브(1)의 개략도를 도시한다. 가스 입구(2, 3)는 가스 출구(4)에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 가스 입구(2)의 하류에는 슬리브로 형성되고 제1 흐름 경로를 완전히 폐쇄하는 안내 요소(5)가 존재한다. 안내 요소(5)는 반경방향 벽에 흐름 전달 개구(6)를 구비하고, 이 흐름 전달 개구는 제1 흐름 경로의 내부 벽에 의해 덮인다.
가스는 화살표(8, 9)를 따라 가스 입구(2, 3)를 통해 유입될 수 있고, 혼합된 후 화살표(10)를 따라 가스 출구(4)로부터 밖으로 유출될 수 있다.
안내 요소(5)는 밸브(1)의 하우징(11) 외부의 액추에이터(도시되지 않음)에 안내 로드(7)를 통해 연결되고, 제1 흐름 경로를 따라 액추에이터에 의해 병진 이동될 수 있다.
도 1의 개략도에서 이미 볼 수 있는 바와 같이, 안내 요소(5)의 제1 위치에서 흐름 전달 개구(6)는 제1 흐름 경로를 획정하는 벽에 의해 완전히 덮여서, 흐름 전달 개구(6)를 통해 흐르는 것이 효과적으로 방지된다.
안내 요소(5)가 좌측으로 충분히 멀리 변위되면, 흐름 전달 개구(6)가 개방되어 가스 출구(4)로 흐름 전달이 일어날 수 있다. 움직임의 길이에 따라, 흐름 전달 개구(6)는 부분적으로 또는 완전히 개방될 수 있으며, 이에 의해 실제로 전달되는 가스량을 제어할 수 있다.
후속하는 도 2 및 도 3은 도 1의 개략도에 대응하는 밸브(1)의 가능한 개선예를 도시한다. 이해를 용이하게 하기 위해 동일한 부분에 대한 참조 부호는 유지된다.
도 2는 도 1에 도시된 밸브(1)의 측단면도를 도시한다. 하우징(11)의 좌측에는 안내 요소(5)를 이동시키는 데 사용되는 액추에이터(12)가 도시되어 있다.
가스 입구(2, 3)의 하류 및 가스 출구(4)의 상류에 있는 흐름 경로들은 관형으로 형성되고 공통점에서 서로 교차한다. 도 2에서, 안내 요소(5)는 제1 흐름 경로에서 완전히 위치되어 흐름 전달 개구(6)를 폐쇄한다. 따라서, 가스 입구(2)는 완전히 차단되고, 이로 인해 제2 가스 입구(3)로부터 오는 가스만이 가스 출구(4)로 흐를 수 있다.
안내 요소(5)를 혼합 지점으로 후퇴시키는 것에 의해, 제2 가스 입구(3)의 하류에 있는 제2 흐름 경로의 활성 흐름 단면이 감소된다. 동시에, 흐름 전달 개구(6)는 적어도 부분적으로 개방되어, 제1 가스 입구(2)로부터 오는 가스 스트림이 가스 출구(4)로 또한 흐를 수 있다.
도 3은 도 2의 밸브(1)를 도시하며, 도 3의 안내 요소(5)는 제2 흐름 경로로 변위되고, 이에 의해 흐름 전달 개구(6)는 적어도 부분적으로 개방된다. 동시에, 제2 가스 입구(3)의 하류의 흐름 단면이 감소된다.
도 3에 도시된 위치에서, 2개의 가스 입구(2, 3)로부터 오는 가스 스트림이 가스 출구(4)로 흐를 수 있다. 흐름 전달 개구(6)의 개방된 개구 단면 및 제2 흐름 경로의 차단되지 않은 흐름 단면에 따라, 2개의 기체 스트림의 혼합물이 생성된다.
도 1 내지 도 3의 예시적인 실시예는 특히 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아니고 본 발명의 개념을 설명하려고 의도된 것이다.

Claims (11)

  1. 2개의 가스 스트림을 혼합하기 위한 밸브(1)로서,
    하우징(11), 제1 가스 입구(2), 제2 가스 입구(3), 및 가스 출구(4)를 포함하되,
    상기 가스 입구(2, 3)는 상기 가스 출구(4)에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 상기 제1 가스 입구(2)의 하류에는 상기 하우징(11) 내에 변위 가능하게 장착된 안내 요소(5)가 배치되고, 상기 안내 요소(5)를 변위시키는 것에 의해, 상기 제1 가스 입구(2)를 통해 유입되는 가스 체적을 상기 가스 출구(4)로 흐름 전달하기 위한 흐름 전달 개구(6)의 흐름 단면을 상기 안내 요소(5)를 통해 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 안내 요소(5)에 의해, 상기 제2 가스 입구(3)를 통해 유입되는 가스 체적을 상기 가스 출구(4)로 흐름 전달하기 위한 흐름 단면을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안내 요소(5)는 슬리브형 설계(sleeve-like design)로 이루어지고, 완전히 유체 기밀 방식으로 상기 제1 가스 입구(2)의 하류의 흐름 경로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 요소(5)는 상기 흐름 전달 개구(6)를 그 반경방향 에지 영역에 갖는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가스 입구(2)의 하류에는 상기 안내 요소(5)가 변위될 수 있는 제1 흐름 경로가 존재하고, 상기 안내 요소(5)는 상기 제2 가스 입구(3)의 하류에 있는 제2 흐름 경로로 그리고/또는 상기 가스 출구(4)의 상류에 있는 제3 흐름 경로로 적어도 부분적으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(11)은 T자형 단면을 갖되, 제1 레그(first leg)는 제1 흐름 경로를 형성하고, 제2 레그는 제2 흐름 경로를 형성하며, 제3 레그는 상기 가스 출구(4)로 향하는 제3 흐름 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 요소(5)가 제2 흐름 경로 또는 제3 흐름 경로로 충분히 멀리 돌출되지 않는 한, 상기 흐름 전달 개구(6)는 제1 흐름 경로를 획정하는 벽에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브(1)는, 제1 위치에서, 상기 제1 가스 입구(2)로부터 가스 체적의 흐름 전달을 허용하고, 상기 제2 가스 입구(3)로부터 상기 가스 출구(4)로 가스 체적의 흐름 전달을 허용하고, 상기 제1 가스 입구(2)로부터의 가스 체적의 흐름 전달은 상기 흐름 전달 개구(6)의 개방된 단면적에 의해 제어되고, 상기 제2 가스 입구(3)로부터의 가스 체적의 흐름 전달은 슬리브형 상기 안내 요소(5)에 의해 차단되지 않은 제2 흐름 경로 및/또는 제3 흐름 경로의 단면적에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 흐름 경로를 획정하는 벽과 상기 슬리브형 상기 안내 요소(5) 사이에 적어도 하나의 밀봉 수단이 제공되어, 상기 안내 요소(5) 주위로 흐르는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(11)의 외부에 배치된 액추에이터(12)가 상기 안내 요소(5)에 작용하고, 상기 액추에이터(12)로부터 상기 안내 요소(5)로 힘을 전달하는 것은 안내 로드(7)에 의해 수행되고, 상기 안내 로드는 제2 흐름 경로 및/또는 제3 흐름 경로를 통해 돌출하고, 상기 제1 가스 입구(2)로부터 먼 쪽의 상기 안내 요소(5)에 연결된 것을 특징으로 하는 밸브(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 요소(5)는 상기 안내 요소(5)로 흐르는 가스 스트림을 상기 흐름 전달 개구(6)로 보내는 안내 구조물을 내부에 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
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