KR20230014442A - 에어 제거용 플로팅 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브는 차량 냉각 시스템의 서지 탱크에 연결되는 벤트 호스에 장착되는 에어 제거용 플로팅 밸브로서, 상기 벤트 호스에 상단이 연결되는 중공형 상부 포트와, 상기 상부 포트와 마주하는 위치에서 상기 벤트 호스에 하단이 연결되는 중공형 하부 포트와, 상기 상부 포트와 상기 하부 포트를 연결하며, 상기 상부 포트와 상기 하부 포트와 유체 연통하도록 구비된 구조부, 및 상기 구조부 내부에 이동 가능하도록 구비되어 냉각 유체의 유입에 의해 부유하여 상기 상부 포트의 개구를 밀폐하는 플로팅 볼을 포함한다.

Description

에어 제거용 플로팅 밸브{FLOATING VALVE FOR AIR VENTILATION}
본 발명은 에어 제거용 플로팅 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 냉각 시스템의 서지 탱크에 연결되는 벤트 호스에 장착되는 에어 제거용 플로팅 밸브에 관한 것이다.
차량의 냉각 시스템 설계에 있어서, 냉각수의 주입 및 에어 제거 성능은 차량 정비에 중요한 부분이다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 냉각 시스템에 에어 제거용 플로팅 밸브를 장착한다.
서지 탱크(300)에 저장된 냉각수는 냉각수 펌프(200)의 작동에 의해 라디에이터(400), 인버터(500), 및 모터(600) 등의 냉각 대상 부품을 통과하도록 순환된다. 그런데, 냉각수 펌프(200)가 작동하면 냉각수 펌프(200)에서 토출된 냉각수의 일부가 에어 제거용 플로팅 밸브(100)를 통하여 서지 탱크로 흘러가게 되어, 인버터(500) 및 모터(600)로 흘러가는 냉각수 유량이 줄어들게 된다. 각 냉각 대상 부품은 냉각 성능을 고려한 필요 유량 기준이 있고, 이를 만족하기 위해 냉각수 펌프는 에어 제거용 플로팅 밸브에 의한 손실 냉각수 유량을 고려하여 더 높은 회전수로 회전하도록 설계되어야 한다.
이러한 현상은 환경차(전기차, 수소차)에서 더욱 두드러지게 되는데, 차량 패키지에 의해 냉각 라인의 높이 변화가 여러 군데에서 발생하게 되면, 에어 제거용 플로팅 밸브를 다수 설치하게 되고, 상기와 같은 냉각수 손실 문제가 더 커지게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 서지 탱크에 연결되는 벤트 호스에 장착되고 냉각수 유입시 서지 탱크로 냉각수가 흘러가는 것을 차단할 수 있는 구조를 가진 에어 제거용 플로팅 밸브 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브는 차량 냉각 시스템의 서지 탱크에 연결되는 벤트 호스에 장착되는 에어 제거용 플로팅 밸브로서, 상기 벤트 호스에 상단이 연결되는 중공형 상부 포트와, 상기 상부 포트와 마주하는 위치에서 상기 벤트 호스에 하단이 연결되는 중공형 하부 포트와, 상기 상부 포트와 상기 하부 포트를 연결하며, 상기 상부 포트와 상기 하부 포트와 유체 연통하도록 구비된 구조부, 및 상기 구조부 내부에 이동 가능하도록 구비되어 냉각 유체의 유입에 의해 부유하여 상기 상부 포트의 개구를 밀폐하는 플로팅 볼을 포함한다.
상기 구조부는, 상단이 상기 상부 포트와 연통하도록 상기 상부 포트와 일체로 형성된 상부 구조부, 및 하단이 상기 하부 포트와 연통하도록 상기 하부 포트와 일체로 형성된 하부 구조부를 포함할 수 있다.
상기 구조부는, 중공형 원기둥 형상으로 구비된 것일 수 있다.
상기 상부 구조부의 내부는, 상기 상부 포트의 중공과 연장된 일정 경사의 콘(cone) 형상으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 하부 구조부의 내부에는, 상기 플로팅 볼이 안착되고 상기 하부 포트와 상기 하부 구조부가 연통되도록 이격된 공간을 제공하는 안착부가 구비될 수 있다.
상기 안착부는 서로 마주하는 대칭 형태로 이루어진 것일 수 있다.
상기 플로팅 볼은 구(sphere) 형상으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 플로팅 볼의 표면은 탄성이 있는 재료로 이루어진 것일 수 있다.
상기 플로팅 볼은 냉각 유체의 비중보다 작은 비중을 갖는 재료로 이루어진 것일 수 있다.
상기 상부 포트의 상단은 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼진 형상으로 이루어지고, 상기 하부 포트의 하단은 하부로 갈수록 좁아지는 테이퍼진 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상용 환경차의 냉각 시스템에서 냉각수 유량 손실을 최소화하여 냉각 대상 부품의 필요 유량 기준을 만족시킬 수 있고, 냉각 성능을 개선할 수 있다.
또한, 냉각수 유량 손실을 최소화하여 냉각팬 작동 회전수(RPM)을 낮출 수 있어 내구성을 향상시키고, NVH(Noise, Vibration, Harshness)를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브가 적용된 차량의 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브가 차량 냉각 시스템의 서지 탱크에 연결된 벤트 호스에 장착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 상부 포트 및 상부 구조부를 X 방향에서 바라본 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 하부 포트 및 하부 구조부를 X 방향에서 바라본 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 하부 포트 및 하부 구조부를 Y 방향에서 바라본 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 하부 포트 및 하부 구조부 상부에서 바라본 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브에 관하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브가 차량 냉각 시스템의 서지 탱크에 연결된 벤트 호스에 장착된 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 냉각수가 채워진 서지 탱크(300)의 일측에는 벤트 호스(110)가 연결되며, 서지 탱크(300)의 타측에는 냉각수 펌프(200)에 연결되는 호스 배관(120)이 구비된다. 벤트 호스(110)는 서지 탱크(300)의 상측에 연결되어 하측으로 이어지도록 구비되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브(100)는 벤트 호스(110)의 중앙 부위에 장착될 수 있다. 즉, 에어 제거용 플로팅 밸브(100)는 중력 방향으로 벤트 호스(110)가 상하 연결되도록 장착될 수 있다. 또한, 에어 제거용 플로팅 밸브(100)는 냉각 유체(냉각수)가 흐르지 않는 경우는 서지 탱크(300) 측을 향해 개방되어 배관에 잔류하는 에어가 제거되고, 냉각 유체가 흐르는 경우는 서지 탱크(300) 측이 폐쇄된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브(100)는 상부 포트(20)와 하부 포트(30)와, 구조부(10), 및 플로팅 볼(40)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상부 포트(20)는 중공형으로 이루어질 수 있고, 상단은 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼진 형상으로 이루어질 수 있다. 상부 포트(20)는 에어 제거용 플로팅 밸브(100) 상부에 위치하는 벤트 호스(110)의 내부에 삽입되어 연결될 수 있다.
하부 포트(30)는 상부 포트(20)와 마주하는 위치에서 구비되고, 하단은 하부로 갈수록 좁아지는 테이퍼진 형상으로 이루어질 수 있다. 하부 포트(30)는 에어 제거용 플로팅 밸브(100)의 하부에 위치하는 벤트 호스(110)의 내부에 삽입되어 연결될 수 있다.
따라서, 에어 제거용 플로팅 밸브(100)가 벤트 호스(110)에 연결된 상태에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 구조부(10)만 외형적으로 드러나 있는 형태가 될 수 있다.
구조부(10)는 상부 포트(20)와 하부 포트(30)를 연결하며, 상부 포트(20)와 하부 포트(30)와 유체 연통하도록 구비될 수 있다. 구조부(10)는 중공형 원기둥 형상으로 이루어질 수 있고, 상부 포트(20)와 연통하도록 상단이 상부 포트(20)와 일체로 형성된 상부 구조부(12), 및 하부 포트(30)와 연통하도록 하단이 하부 포트(30)와 일체로 형성된 하부 구조부(14)를 포함할 수 있다.
플로팅 볼(40)은 하부 구조부(14) 내부에 구비된 안착부(16)에 안착되며 구조부(10) 내부에서 냉각 유체의 유입에 의해 부유할 수 있도록 상하 이동 가능하게 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 상부 포트 및 상부 구조부를 X 방향에서 바라본 모습을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 하부 포트 및 하부 구조부를 X 방향에서 바라본 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상부 구조부(12)의 내부는 상부 포트(20)의 중공과 연장된 일정 경사를 갖는 콘(cone) 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 구조부(14)의 내부에는, 플로팅 볼(40)이 안착되고 하부 포트(30)와 하부 구조부(14)가 연통되도록 이격된 공간을 제공하는 안착부(16)가 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 하부 포트 및 하부 구조부를 Y 방향에서 바라본 모습을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 하부 포트 및 하부 구조부 상부에서 바라본 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 안착부(16)는 서로 마주하는 대칭 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 안착부(16)는 플로팅 볼(40)이 안착되도록 플로팅 볼(40)의 외면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 형상에 의해 공기가 구조부(10) 내에서 이동할 때 플로팅 볼(40)이 안정적으로 안착부(16)에 안착된 상태로, 어느 한 쪽으로 쏠리는 것이 방지될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 제거용 플로팅 밸브의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 플로팅 볼(40)은 구(sphere) 형상으로 이루어질 수 있으며, 구조부(10) 내부에 냉각 유체가 유입되지 않은 상태에서는 공기가 하부 포트(30)로부터 구조부(10)를 통해 상부 포트(20) 측으로 배출될 수 있다. 이 때, 하부 구조부(14)에 구비된 안착부(16)에 플로팅 볼(40)이 중력에 의해 안착되고, 안착부(16)로 인해 플로팅 볼(40)과 구조부(10)의 내벽 사이에는 공기가 통과할 수 있는 통로가 형성될 수 있다. 이 통로를 통해 하부 포트(30)로부터 구조부(10)로 유입된 공기가 상부 포트(20) 측으로 배출될 수 있다.
냉각 유체가 하부 포트(30)로부터 유입되어 구조부(10) 내에 유입되는 상황에서는 플로팅 볼(40)은 부력에 의해 상부 포트(20) 측으로 이동하게 되고, 상부 구조부(12)에 형성된 일정 경사의 콘 형상 부위에 밀착되게 된다. 따라서, 냉각 유체가 상부 포트(20) 측으로 흘러가는 것이 방지될 수 있고 상부 포트(20)와 연결된 서지 탱크(300)로 냉각수가 유출되는 것이 방지될 수 있다. 이 때, 플로팅 볼(40)이 상부 구조부(12)의 콘 형상 부위에 밀착시 틈새가 형성되지 않도록 플로팅 볼(40)의 표면은 탄성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 플로팅 볼(40)의 표면은 얇은 고무(rubber)로 이루어질 수 있다. 또한, 플로팅 볼(40)은 부력에 의해 부유할 수 있도록 냉각 유체의 비중보다 작은 비중을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 상용 환경차의 냉각 시스템에서 냉각수 유량 손실을 최소화하여 냉각 대상 부품의 필요 유량 기준을 만족시킬 수 있고, 냉각 성능을 개선할 수 있다.
또한, 냉각수 유량 손실을 최소화하여 냉각팬 작동 회전수(RPM)을 낮출 수 있어 내구성을 향상시키고, NVH(Noise, Vibration, Harshness)를 감소시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1000: 차량의 냉각 시스템 100: 에어 제거용 플로팅 밸브
110: 벤트 호스 120: 호스 배관
200: 냉각수 펌프 300: 서지 탱크
400: 라디에이터 500: 인버터
600: 모터 10: 구조부
12: 상부 구조부 14: 하부 구조부
16: 안착부 20: 상부 포트
30: 하부 포트 40: 플로팅 볼

Claims (10)

  1. 차량 냉각 시스템의 서지 탱크에 연결되는 벤트 호스에 장착되는 에어 제거용 플로팅 밸브로서,
    상기 벤트 호스에 상단이 연결되는 중공형 상부 포트;
    상기 상부 포트와 마주하는 위치에서 상기 벤트 호스에 하단이 연결되는 중공형 하부 포트;
    상기 상부 포트와 상기 하부 포트를 연결하며, 상기 상부 포트와 상기 하부 포트와 유체 연통하도록 구비된 구조부; 및
    상기 구조부 내부에 이동 가능하도록 구비되어 냉각 유체의 유입에 의해 부유하여 상기 상부 포트의 개구를 밀폐하는 플로팅 볼을 포함하는 에어 제거용 플로팅 밸브.
  2. 제 1 항에서,
    상기 구조부는,
    상단이 상기 상부 포트와 연통하도록 상기 상부 포트와 일체로 형성된 상부 구조부; 및
    하단이 상기 하부 포트와 연통하도록 상기 하부 포트와 일체로 형성된 하부 구조부를 포함하는 에어 제거용 플로팅 밸브.
  3. 제 2 항에서,
    상기 구조부는,
    중공형 원기둥 형상으로 구비된 에어 제거용 플로팅 밸브.
  4. 제 2 항에서,
    상기 상부 구조부의 내부는,
    상기 상부 포트의 중공과 연장된 일정 경사의 콘(cone) 형상으로 이루어진 에어 제거용 플로팅 밸브.
  5. 제 2 항에서,
    상기 하부 구조부의 내부에는,
    상기 플로팅 볼이 안착되고
    상기 하부 포트와 상기 하부 구조부가 연통되도록 이격된 공간을 제공하는 안착부가 구비된 에어 제거용 플로팅 밸브.
  6. 제 5 항에서,
    상기 안착부는 서로 마주하는 대칭 형태로 이루어진 에어 제거용 플로팅 밸브.
  7. 제 1 항에서,
    상기 플로팅 볼은 구(sphere) 형상으로 이루어진 에어 제거용 플로팅 밸브.
  8. 제 1 항에서,
    상기 플로팅 볼의 표면은 탄성이 있는 재료로 이루어진 에어 제거용 플로팅 밸브.
  9. 제 1 항에서,
    상기 플로팅 볼은 냉각 유체의 비중보다 작은 비중을 갖는 재료로 이루어진 에어 제거용 플로팅 밸브.
  10. 제 1 항에서,
    상기 상부 포트의 상단은 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼진 형상으로 이루어지고, 상기 하부 포트의 하단은 하부로 갈수록 좁아지는 테이퍼진 형상으로 이루어진 에어 제거용 플로팅 밸브.
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