KR20200122053A - 이중스프링 구조의 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 배기열 회수장치 - Google Patents

이중스프링 구조의 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 배기열 회수장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 왁스액추에이터는, 왁스가 내부에 채워지는 왁스챔버와, 상기 왁스챔버의 내부 압력이 증가되었을 때 돌출되도록 상기 왁스챔버에 장착되는 인출핀과, 상기 왁스챔버 중 상기 인출핀이 장착된 부위를 덮되 상기 인출핀의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 내측케이스; 상기 내측케이스 내부에 설치되어 상기 인출핀이 상기 왁스챔버 내부로 인입되는 방향으로 상기 인출핀에 탄성력을 인가하는 내측스프링과, 상기 왁스챔버 중 상기 내측케이스가 장착된 부위를 덮도록 상기 왁스챔버와 일체로 결합되되 상기 인출핀의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 외측케이스와, 상기 외측케이스 내부에 설치되어 상기 내측케이스가 상기 왁스챔버에 밀착되는 방향으로 상기 내측케이스에 탄성력을 인가하는 외측스프링과, 상기 인출핀의 길이방향으로 길게 연장되되, 길이방향 일측이 상기 내측케이스에 결합되고 길이방향 타측이 상기 외측케이스의 외부로 돌출되는 푸시로드를 포함하며, 상기 내측스프링은 상기 외측스프링보다 스프링상수가 크게 설정된다.

Description

이중스프링 구조의 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 배기열 회수장치 {Dual spring structure wax-actuator and exhaust heat recovery device having the same}
본 발명은 배기가스의 유동경로를 개폐시키는 개폐밸브를 작동시키기 위한 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 배기열 회수장치에 관한 것으로서, 왁스가 과도하게 열팽창되더라도 푸시로드의 최대스트로크를 일정하게 유지할 수 있어 부품의 파손 우려를 방지할 수 있는 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 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.
일반적인 종래의 배기열 회수장치는, 바이패스 밸브를 통해 개폐되는 바이패스 통로 및 열교환기의 외부에 별도로 밸브 액추에이터를 구비하여 바이패스 밸브를 회전시키는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 밸브 액추에이터는 일반적으로 냉각수의 온도에 따라 바이패스 밸브를 개폐하도록 구성된다. 예를 들어 상기 밸브 액추에이터는, 냉각수 온도가 80℃ 미만인 경우 바이패스 밸브를 닫아 배기가스가 열교환기를 거치면서 냉각수를 가열시키도록 하고, 냉각수 온도가 80℃ 이상인 경우에는 바이패스 밸브를 개방시켜 배기가스가 열교환기를 거치지 아니하고 그대로 배출되도록 할 수 있다.
즉, 종래의 배기열 회수장치에 적용되는 밸브 액추에이터는 냉각수의 온도에 따라 바이패스 밸브의 회전량을 증감시키도록 구성되는데, 냉각수 온도가 기준치 이상으로 과열되는 경우 상기 바이패스 밸브를 과도하게 회전시켜 상기 바이패스 밸브의 손상이 유발될 수 있다는 단점이 있다. 물론, 냉각수 온도가 최고치에 이르렀을 때 바이패스 밸브가 바이패스 통로를 완전히 닫도록 설정하면 냉각수 과열에 의한 바이패스 밸브 손상을 방지할 수 있으나, 이와 같은 경우 냉각수가 최고치에 이르기 전까지는 바이패스 밸브가 바이패스 통로를 완전히 닫지 아니하게 되는바 일부 배기가스가 열교환기를 거치게 된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 배기열 회수장치는, 바이패스 밸브를 회전시키는 회전축이 배기가스의 유로 상에 장착되므로 배기가스와 충돌을 하게 되고, 배기가스가 열교환기와 열교환을 하기 위해서는 바이패스 밸브에 부딪힌 후 역류하는 구간이 발생되므로, 배기가스가 원활하게 배출되기 어렵다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 냉각수 온도가 기준치 이상으로 과열되더라도 밸브에 과도한 압력이 인가되지 아니하도록 구성되는 '탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치'(대한민국 등록특허 제10-1732014호)가 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 바 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 탄성 개폐식 밸브를 구비하는 배기열 회수장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 배기열 회수장치의 분해사시도이고, 도 2는 종래의 배기열 회수장치에 포함되는 왁스액추에이터의 내부구성을 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 배기열 회수장치는, 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기(10)와, 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르되 내부를 흐르는 배기가스가 상기 열교환기(10)와 연통되도록 장착되는 배기가스 하우징(20)과, 상기 배기가스 하우징(20)에 설치되어 배기가스의 유동경로를 제어하는 밸브조립체(30)와, 상기 밸브조립체(30)를 회동시키는 푸시로드(41)를 구비하는 왁스액추에이터(40)를 기본 구성요소로 구비하되, 상기 밸브조립체(30)는 자전 가능한 구조로 상기 배기가스 하우징(20)에 결합되어 배기가스 유동경로를 제어하는 밸브와 일체로 회전되는 회전샤프트(31)와, 상기 배기가스 하우징(20) 외부로 돌출된 상기 회전샤프트(31)의 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트(31)와 일체로 회전되는 스프링홀더(32)와, 상기 스프링홀더(32)에 회전탄성력을 인가하는 밸브리턴 스프링(33)과, 상기 회전샤프트(31)의 끝단이 중심부를 관통하도록 삽입되되 상기 회전샤프트(31)와 개별적으로 회전가능한 회전캠(34)과, 상기 회전캠(34)에 회전탄성력을 인가하되 상기 밸브리턴 스프링(33)보다 스프링상수가 큰 캠리턴 스프링(35)과, 상기 회전샤프트(31)와 상기 캠리턴 스프링(35) 사이에 삽입되는 리테이너(36)와, 회전캠(34)을 관통한 회전샤프트(31) 끝단에 장착되는 캠커버(37)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성되는 종래의 배기열 회수장치는, 푸시로드(41)가 과도하게 돌출되어 회전캠(34)을 과도하게 회전시키더라도, 상기 회전캠(34)으로 인가된 회전력은 회전샤프트(31)로 모두 전달되지 아니하고 캠리턴 스프링(35)에 일부 흡수되므로 밸브나 회전샤프트(31), 스프링홀더(33), 푸시로드(41) 등과 같은 부품들의 손산을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 배기열 회수장치는, 스프링홀더(33)의 내측에 캠리턴 스프링(35)과 리테이너(36) 등을 설치해야 하고, 회전샤프트(31)의 끝단에 회전캠 및 캠커버(37) 등을 장착시켜야 하는바, 밸브조립체(30)의 구성이 복잡해지고 이에 따라 고장의 우려가 증가한다는 문제점이 있다. 또한 종래의 배기열 회수장치는 푸시로드(41)의 과도한 인출 변위량을 스프링으로 흡수할 뿐 푸시로드(41)가 과도하게 인출되는 현상 자체를 방지할 수는 없으므로 사용기간이 증가됨에 따라 회전캠(35) 및 캠리턴 스프링(35)의 손상이 필연적으로 발생된다는 단점도 있다.
KR 10-1732014 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 왁스가 과도하게 팽창되더라도 푸시로드가 사전에 설정된 스트로크 이상으로 인출되지 아니하여 밸브에 과도한 힘이 인가되는 현상을 방지할 수 있는 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 배기열 회수장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 왁스액추에이터는, 왁스가 내부에 채워지는 왁스챔버와, 상기 왁스챔버의 내부 압력이 증가되었을 때 돌출되도록 상기 왁스챔버에 장착되는 인출핀과, 상기 왁스챔버 중 상기 인출핀이 장착된 부위를 덮되 상기 인출핀의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 내측케이스; 상기 내측케이스 내부에 설치되어 상기 인출핀이 상기 왁스챔버 내부로 인입되는 방향으로 상기 인출핀에 탄성력을 인가하는 내측스프링과, 상기 왁스챔버 중 상기 내측케이스가 장착된 부위를 덮도록 상기 왁스챔버와 일체로 결합되되 상기 인출핀의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 외측케이스와, 상기 외측케이스 내부에 설치되어 상기 내측케이스가 상기 왁스챔버에 밀착되는 방향으로 상기 내측케이스에 탄성력을 인가하는 외측스프링과, 상기 인출핀의 길이방향으로 길게 연장되되, 길이방향 일측이 상기 내측케이스에 결합되고 길이방향 타측이 상기 외측케이스의 외부로 돌출되는 푸시로드를 포함하며, 상기 내측스프링은 상기 외측스프링보다 스프링상수가 크게 설정된다.
상기 인출핀의 끝단에 안착되어 상기 인출핀의 인출방향을 따라 왕복 이동이 가능한 구조로 상기 내측케이스 내부에 장착되는 안착판을 더 포함하고, 상기 내측스프링은 길이방향 일단이 상기 안착판에 안착되고 길이방향 타단이 상기 내측케이스의 끝단 내측면에 안착되는 코일스프링으로 적용된다.
상기 인출핀의 끝단은 볼록한 구면으로 형성되고, 상기 안착판은 상기 인출핀의 끝단과 면접촉을 이루도록 상기 인출핀의 끝단과 접촉되는 부위가 오목하게 형성된다.
상기 내측케이스 중 상기 왁스챔버와 대향되는 측에 내면에는 상기 안착판의 가장자리가 안착되는 단턱이 형성된다.
상기 내측케이스 중 상기 왁스챔버와 대향되는 측의 끝단에는 플랜지부가 형성되고, 상기 외측스프링은 길이방향 일단이 상기 플랜지부에 안착되고 길이방향 타단이 상기 외측케이스의 끝단 내측면에 안착되는 코일스프링으로 적용된다.
본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기; 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르는 배기가스 하우징; 자전 가능한 구조로 상기 배기가스 하우징에 결합되되 길이방향 일측이 상기 배기가스 하우징 외부로 돌출되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트와 일체로 회전되도록 결합되어 상기 배기가스 하우징 내부로 유입된 배기가스가 상기 열교환기로 유입되거나 바이패스되도록 배기가스의 유동방향을 가이드하는 개폐밸브와, 상기 회전샤프트의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트와 일체로 회전되는 스프링홀더와, 상기 스프링홀더에 회전탄성력을 인가하는 밸브리턴 스프링을 구비하는 밸브조립체; 상기와 같이 구성되는 왁스액추에이터;를 포함하여, 상기 왁스챔버 내의 압력이 상승하여 상기 인출핀이 인출되었을 때 상기 푸시로드가 인출되어 상기 스프링홀더를 회전시키도록 구성된다.
본 발명에 의한 왁스액추에이터 및 이를 구비하는 배기열 회수장치를 이용하면, 냉각수 온도에 따라 배기가스의 배기열을 선택적으로 회수할 수 있고, 왁스가 과도하게 팽창되더라도 푸시로드가 사전에 설정된 스트로크 이상으로 인출되지 아니하여 개폐밸브에 과도한 힘이 인가되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 배기열 회수장치의 분해사시도이다.
도 2는 종래의 배기열 회수장치에 포함되는 왁스액추에이터의 내부구성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 왁스액추에이터가 구비된 배기열 회수장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 왁스액추에이터의 종단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 동작을 도시하는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 왁스액추에이터가 구비된 배기열 회수장치의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 왁스액추에이터의 종단면도이다.
이용하여 냉각수를 가열시키기 위한 열교환장치의 일종으로서, 배기가스의 유동방향을 선택적으로 제어하는 개폐밸브(320)의 동작이 왁스액추에이터(400)의 푸시로드(470)에 의해 이루어지되, 왁스 압력이 과도하게 높아지더라도 상기 푸시로드(470)가 사전에 설정된 거리 이상으로 인출되지 아니하도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 배기열 회수장치는, 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기(100)와, 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르는 배기가스하우징(200)과, 내부의 왁스압력 상승에 의해 푸시로드(470)가 인출되는 왁스액추에이터(400)와, 상기 푸시로드(470)에 의해 회전되는 개폐밸브(320)를 구비하여 배기가스 유동방향을 제어하는 밸브조립체(300)를 기본 요소로 구비하되, 상기 왁스액추에이터(400)가 푸시로드(470)의 스트로크 거리가 한정되도록 구성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
이때 상기 밸브조립체(300)는, 자전 가능한 구조로 상기 배기가스하우징(200)에 결합되되 길이방향 일측이 상기 배기가스하우징(200) 외부로 돌출되는 회전샤프트(310)와, 상기 회전샤프트(310)와 일체로 회전되도록 결합되어 상기 배기가스하우징(200) 내부로 유입된 배기가스가 상기 열교환기(100)로 유입되거나 바이패스되도록 배기가스의 유동방향을 가이드하는 개폐밸브(320)(도 5 참조)와, 상기 회전샤프트(310)의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트(310)와 일체로 회전되는 스프링홀더(330)와, 상기 스프링홀더(330)에 회전탄성력을 인가하는 밸브리턴스프링(340)을 포함하여 구성되는데, 이와 같은 밸브조립체(300)는 종래의 배기열 회수장치에도 실질적으로 동일하게 적용되고 있는바, 상기 밸브조립체(300)의 구조 및 작동원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 배기열 회수장치에 포함되는 왁스액추에이터(400)는 상기 언급한 바와 같이 왁스의 압력이 증가하더라도 개폐밸브(320)에 인가되는 힘이 과도하게 증가하지 아니하도록, 왁스가 내부에 채워지는 왁스챔버(410)와, 상기 왁스챔버(410)의 내부 압력이 증가되었을 때 돌출되도록 상기 왁스챔버(410)에 장착되는 인출핀(420)과, 상기 왁스챔버(410) 중 상기 인출핀(420)이 장착된 부위를 덮되 상기 인출핀(420)의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 내측케이스(430)와, 상기 내측케이스(430) 내부에 설치되어 상기 인출핀(420)이 상기 왁스챔버(410) 내부로 인입되는 방향으로 상기 인출핀(420)에 탄성력을 인가하는 내측스프링(450)과, 상기 왁스챔버(410) 중 상기 내측케이스(430)가 장착된 부위를 덮도록 상기 왁스챔버(410)와 일체로 결합되되 상기 인출핀(420)의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 외측케이와, 상기 외측케이스(460) 내부에 설치되어 상기 내측케이스(430)가 상기 왁스챔버(410)에 밀착되는 방향으로 상기 내측케이스(430)에 탄성력을 인가하는 외측스프링(480)과, 상기 인출핀(420)의 길이방향으로 길게 연장되되 길이방향 일측이 상기 내측케이스(430)에 결합되고 길이방향 타측이 상기 외측케이스(460)의 외부로 돌출되는 푸시로드(470)를 포함하여 구성되되, 상기 내측스프링(450)은 상기 외측스프링(480)보다 스프링상수가 크게 설정된다는 점에 구성상의 특징이 있다.
상기 왁스챔버(410) 내에 채워진 왁스가 열팽창을 하거나 상기 왁스챔버(410) 내부로의 왁스주입이 추가로 이루어져 상기 왁스챔버(410)의 내부압력이 상승하면 상기 인출핀(420)은 왁스챔버(410) 외측으로 인출되어 상기 내측스프링(450)을 가압하고, 상기 내측스프링(450)은 내측케이스(430)를 가압하며, 상기 내측케이스(430)는 외측스프링(480)을 압축시키면서 푸시로드(470)를 가압하게 된다. 이때 상기 내측스프링(450)은 외측스프링(480)보다 스프링상수가 크므로 인출핀(420)이 인출될 때에는 내측스프링(450)은 압축되지 아니하고 외측스프링(480)만 압축되면서 푸시로드(470)가 외측케이스(460) 외부로 돌출하게 되고, 상기 스프링홀더(330) 및 이에 결합된 회전샤프트(310)는 푸시로드(470)에 의해 회전되며, 이에 따라 개폐밸브(320)는 배기가스하우징(200) 내부의 배기가스 유로의 개구부(본 실시예에서는 열교환기(100)로 유입되는 배기가스 유로의 개구부)를 막게 된다. 상기 개폐밸브(320)가 배기가스 유로의 개구부를 막아 더 이상 회전하지 못하는 상태에서 상기 인출핀(420)이 추가로 인출되는 경우, 상기 내측스프링(450)이 압축되면서 인출핀(420)의 인출력을 흡수하게 되는바, 상기 개폐밸브(320)에는 과도한 가압력이 인가되지 아니하게 된다는 효과를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 내측스프링(450)이 압축되면서 인출핀(420)의 인출력을 흡수하는 과정에 대해서는 이햐 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 상기 내측스프링(450)이 본 실시예에 도시된 바와 같이 코일스프링으로 적용되는 경우, 인출핀(420)이 직접 내측스프링(450)의 길이방향 일단(본 실시예에서는 좌측단) 전체를 고르게 가압하기 어렵다는 문제점이 있다. 내측스프링(450)의 길이방향 일단이 전체적으로 고르게 가압되지 아니하고 상기 내측스프링(450)의 길이방향 일단 중 어느 일부만이 가압되는 경우, 상기 내측스프링(450)이 휘어지거나 비틀어지면서 압축되는바 내측스프링(450)이 내측케이스(430)의 내면에 밀착되어 정상적인 압축이 불가할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에 의한 왁스액추에이터(400)는, 상기 인출핀(420)의 끝단에 안착되어 상기 인출핀(420)의 인출방향을 따라 왕복 이동이 가능한 구조로 상기 내측케이스(430) 내부에 장착되는 안착판(440)을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 인출핀(420) 끝단과 내측스프링(450) 사이에 안착판(440)이 추가로 구비되면, 상기 내측스프링(450)은 길이방향 일단이 상기 안착판(440)에 안착되고 길이방향 타단이 상기 내측케이스(430)의 끝단 내측면에 안착되는바, 인출핀(420)이 인출되어 안착판(440)을 가압할 때 상기 내측스프링(450)은 길이방향 일단이 전체적으로 고르게 가압될 수 있고, 이에 따라 내측스프링(450)이 휘어지거나 비틀어지는 현상 없이 정상적으로 압축될 수 있게 된다는 장점이 있다.
이때, 상기 안착판(440)이 하나의 평판 형상으로 형성되면 인출핀(420)의 끝단이 안착판(440)에 점접촉을 하므로, 상기 인출핀(420)이 안착판(440)을 가압하는 과정에서 안착판(440)의 표면을 따라 미끄러져 상기 인출핀(420)이 기울어지는 현상이 발생될 우려가 있다. 따라서 본 발명에 의한 왁스액추에이터(400)는, 상기 인출핀(420)의 끝단이 볼록한 구면으로 형성되고, 상기 안착판(440)은 상기 인출핀(420)의 끝단과 면접촉을 이루도록 상기 인출핀(420)의 끝단과 접촉되는 부위가 오목하게 형성됨이 바람직하다.
또한, 인출핀(420)이 인출되지 아니한 상태에서는 상기 내측스프링(450)이 안착판(440)을 인출핀(420) 측으로 가압하게 되는데, 상기 안착판(440)이 인출핀(420)의 끝단에만 지지되어 있으면 상기 안착판(440)이 어느 일측으로 기울어져 상기 안착판(440)의 가장자리가 내측케이스(430)의 내면에 압착될 수 있다. 이와 같이 안착판(440)의 가장자리가 내측케이스(430)의 내면에 압착되어 있는 상태에서는 인출핀(420)이 인출되더라도 상기 안착판(440)이 밀리지 아니하므로 상기 내측스프링(450)이 압축되는 현상이 발생하지 아니할 우려가 있다.
따라서 본 발명에 의한 왁스액추에이터(400)는 안착판(440)의 지름방향이 내측케이스(430)의 지름방향과 평행한 상태를 유지할 수 있도록, 상기 내측케이스(430) 중 상기 왁스챔버(410)와 대향되는 측에 내면에 상기 안착판(440)의 가장자리가 안착되는 단턱(432)이 형성될 수 있다. 이와 같이 내측케이스(430)의 내면에 단턱(432)이 형성되면, 인출핀(420)으로부터 가압력을 받지 아니한 안착판(440)은 가장자리 부위가 단턱(432)에 안착되어 내측케이스(430)와 지름방향이 평행한 상태를 유지할 수 있는바, 인출핀(420)에 의해 가압될 때 어느 일측으로 기울어지는 현상 없이 내측케이스(430)의 길이방향을 따라 안정적으로 이동이 가능해진다는 장점이 있다. 이때, 상기 단턱(432)의 돌출거리가 과도하게 설정되면 인출핀(420)의 인출에 간섭될 우려가 있는바, 상기 단턱(432)의 규격은 인출핀(420)의 지름이나 안착판(440)의 크기 등 여러가지 조건에 맞춰 적절하게 이루어짐이 바람직하다.
한편, 인출핀(420)이 인출된 상태에서 상기 왁스챔버(410) 내의 압력이 감소하는 경우 상기 내측케이스(430)가 왁스챔버(410) 측으로 되돌아갈 수 있도록, 상기 외측케이스(460) 내부에는 내측케이스(430)를 왁스챔버(410) 측으로 탄성 가압하는 외측스프링(480)이 장착되는데, 상기 외측스프링(480)이 내측케이스(430)의 가장자리 중 어느 일측만을 탄성적으로 가압하면 상기 내측케이스(430)가 왁스챔버(410) 측으로 되돌아갈 때 기울어지거나 비틀어져 정상적인 이동이 어려울 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 왁스액추에이터(400)는 상기 내측케이스(430)가 초기 위치로 되돌아갈 때 인출핀(420)의 길이방향과 평행하게 이동 가능하도록, 상기 내측케이스(430) 중 상기 왁스챔버(410)와 대향되는 측의 끝단에는 플랜지부(434)가 형성되고, 상기 외측스프링(480)은 길이방향 일단(본 실시예에서는 좌측단)이 상기 플랜지부(434)에 안착되고 길이방향 타단(본 실시예에서는 우측단)이 상기 외측케이스(460)의 끝단 내측면에 안착되는 코일스프링으로 적용됨이 바람직하다.
이와 같이 외측스프링(480)의 길이방향 일단이 내측케이스(430)의 플랜지부(434) 전체에 걸쳐 안착되도록 구성되면, 외측스프링(480)의 탄성력이 내측케이스(430)의 가장자리 전체에 걸쳐 고르게 인가되므로 상기 내측케이스(430)가 안정적으로 수평 이동하게 된다는 장점이 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 의한 배기열 회수장치의 동작을 도시하는 단면도이다.
왁스챔버(410) 내의 압력이 상승하지 아니하여 인출핀(420)이 왁스챔버(410) 내부에 인입되어 있는 상태에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 내측케이스(430)는 왁스챔버(410) 측에 최대한 근접한 상태를 유지하는바, 푸시로드(470)는 외측케이스(460) 내부에 인입되어 있는 상태 즉, 스프링홀더(330) 및 이에 결합된 회전샤프트(310)가 회전되지 아니한 상태를 유지하게 된다.
도 5에 도시된 상태에서 왁스챔버(410)의 내부압력이 상승하여 인출핀(420)이 인출되면, 내측스프링(450) 및 이를 포함한 내측케이스(430)가 인출핀(420)에 의해 밀리게 되고, 내측케이스(430)와 일체로 결합된 푸시로드(470)는 외측케이스(460) 외부로 인출되어 스프링홀더(330)를 밀어 회전시킨다. 상기 스프링홀더(330)가 회전되면 상기 스프링홀더(330)와 일체로 결합된 회전샤프트(310) 및 개폐밸브(320) 역시 회전샤프트(310)의 길이방향 중심축을 중심으로 회전하게 되어 도 6에 도시된 바와 같이 배기가스하우징(200)의 내부유로 중 열교환기(100)와 연통되는 개구부를 폐쇄시키게 된다.
개폐밸브(320)가 반시계방향으로 최대한 회전된 상태에서는 상기 개폐밸브(320)와 일체로 결합된 스프링홀더(330)가 더 이상 회전하지 못하므로, 도 6에 도시된 상태에서 푸시로드(470)가 더 인출되면 푸시로드(470)나 스프링홀더(330) 또는 개폐밸브(320)에 과도한 응력이 전달되어 해당 부품이 파손될 우려가 있다.
본 발명에 의한 배기열 회수장치는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 도 6에 도시된 상태에서 인출핀(420)이 더 인출되더라도 인출핀(420)의 인출력이 푸시로드(470)로 전달되지 아니하도록 구성된다는 특징이 있다. 즉, 도 6에 도시된 상태에서 인출핀(420)이 더 인출되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 안착판(440)은 푸시로드(470)에 의해 밀려 이동되되 상기 인출핀(420)의 인출 거리만큼 내측스프링(450)이 압축된다. 이와 같이 개폐밸브(320)가 최대한 회전된 상태에서 인출핀(420)이 추가로 더 인출되는 경우, 상기 인출핀(420)의 추가 스트로크는 내측스프링(450)에서 흡수되므로, 스프링홀더(330) 및 이에 결합된 개폐밸브(320)에 과도한 힘이 인가되어 파손되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 배기열 회수장치는 인출핀(420)이 과도하게 인출되는 경우 인출핀(420)의 스트로크가 왁스액추에이터(400) 내부에서 흡수될 수 있므로, 도 1에 도시된 종래의 배기열 회수장치에 비해 밸브조립체(300)의 구성이 단순해지고, 이에 따라 밸브조립체(300)의 제조비용이 절감될뿐만 아니라 내구성이 향상된다는 장점이 있다.
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 200 : 배기가스하우징
300 : 밸브조립체 310 : 회전샤프트
320 : 개폐밸브 330 : 스프링홀더
340 : 밸브리턴스프링 400 : 왁스액추에이터
410 : 왁스챔버 420 : 인출핀
430 : 내측케이스 432 : 단턱
434 : 플랜지부 440 : 안착판
450 : 내측스프링 460 : 외측케이스
470 : 푸시로드 480 : 외측스프링

Claims (6)

  1. 왁스가 내부에 채워지는 왁스챔버;
    상기 왁스챔버의 내부 압력이 증가되었을 때 돌출되도록 상기 왁스챔버에 장착되는 인출핀;
    상기 왁스챔버 중 상기 인출핀이 장착된 부위를 덮되 상기 인출핀의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 내측케이스;
    상기 내측케이스 내부에 설치되어, 상기 인출핀이 상기 왁스챔버 내부로 인입되는 방향으로 상기 인출핀에 탄성력을 인가하는 내측스프링;
    상기 왁스챔버 중 상기 내측케이스가 장착된 부위를 덮도록 상기 왁스챔버와 일체로 결합되되 상기 인출핀의 인출방향으로 연장되는 내부공간을 구비하는 외측케이스;
    상기 외측케이스 내부에 설치되어, 상기 내측케이스가 상기 왁스챔버에 밀착되는 방향으로 상기 내측케이스에 탄성력을 인가하는 외측스프링;
    상기 인출핀의 길이방향으로 길게 연장되되, 길이방향 일측이 상기 내측케이스에 결합되고 길이방향 타측이 상기 외측케이스의 외부로 돌출되는 푸시로드;
    를 포함하며,
    상기 내측스프링은 상기 외측스프링보다 스프링상수가 큰 것을 특징으로 하는 왁스액추에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인출핀의 끝단에 안착되어, 상기 인출핀의 인출방향을 따라 왕복 이동이 가능한 구조로 상기 내측케이스 내부에 장착되는 안착판을 더 포함하고,
    상기 내측스프링은 길이방향 일단이 상기 안착판에 안착되고 길이방향 타단이 상기 내측케이스의 끝단 내측면에 안착되는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 왁스액추에이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인출핀의 끝단은 볼록한 구면으로 형성되고,
    상기 안착판은 상기 인출핀의 끝단과 면접촉을 이루도록 상기 인출핀의 끝단과 접촉되는 부위가 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 왁스액추에이터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 내측케이스 중 상기 왁스챔버와 대향되는 측에 내면에는 상기 안착판의 가장자리가 안착되는 단턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 왁스액추에이터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측케이스 중 상기 왁스챔버와 대향되는 측의 끝단에는 플랜지부가 형성되고,
    상기 외측스프링은 길이방향 일단이 상기 플랜지부에 안착되고 길이방향 타단이 상기 외측케이스의 끝단 내측면에 안착되는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 왁스액추에이터.
  6. 배기가스의 배기열로 냉각수를 가열시키는 열교환기;
    차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 흐르는 배기가스 하우징;
    자전 가능한 구조로 상기 배기가스 하우징에 결합되되 길이방향 일측이 상기 배기가스 하우징 외부로 돌출되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트와 일체로 회전되도록 결합되어 상기 배기가스 하우징 내부로 유입된 배기가스가 상기 열교환기로 유입되거나 바이패스되도록 배기가스의 유동방향을 가이드하는 개폐밸브와, 상기 회전샤프트의 길이방향 일측에 고정 결합되어 상기 회전샤프트와 일체로 회전되는 스프링홀더와, 상기 스프링홀더에 회전탄성력을 인가하는 밸브리턴 스프링을 구비하는 밸브조립체;
    청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 청구항에 의한 왁스액추에이터;
    를 포함하여,
    상기 왁스챔버 내의 압력이 상승하여 상기 인출핀이 인출되었을 때 상기 푸시로드가 인출되어 상기 스프링홀더를 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기열 회수장치.
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