KR102166939B1 - 멀티 포트 밸브 - Google Patents

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KR102166939B1
KR102166939B1 KR1020190103849A KR20190103849A KR102166939B1 KR 102166939 B1 KR102166939 B1 KR 102166939B1 KR 1020190103849 A KR1020190103849 A KR 1020190103849A KR 20190103849 A KR20190103849 A KR 20190103849A KR 102166939 B1 KR102166939 B1 KR 102166939B1
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rotating body
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이창훈
이기룡
김영수
유병철
황무하
황호훈
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주식회사 유니크
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Abstract

밸브 바디에 형성된 포트를 선택적으로 연결하기 위하여 회전체가 회전하는 과정에서 밸브 바디와 회전체 사이를 확실하게 밀봉하여 내구성을 향상시킬 수 있는 멀티 포트 밸브에 관한 것이다.
그 구성을 살펴보면, 복수의 포트가 둘레를 따라 배치되고 상면이 개방된 중공의 밸브 바디; 상기 밸브 바디의 개방된 상면에 결합되며 호 형상의 작동홈이 하면 둘레를 따라 형성된 커버; 상기 밸브 바디의 내부에 회전 및 승강 가능하게 설치되고, 상기 포트와 같은 수의 출입구 및 상기 출입구 중 적어도 한 쌍을 연결하는 유로가 형성되며, 상기 작동홈에 삽입되는 스토퍼 및 종동기어가 형성된 회전체; 상기 종동기어와 맞물리는 구동기어가 형성되고 상기 회전체를 회전시키는 구동 플레이트; 및 상기 밸브 바디의 내부에 설치되고 상기 회전체를 상향으로 탄성 지지하는 스프링을 포함한다.

Description

멀티 포트 밸브{MULTI PORT VALVE}
본 발명은 멀티 포트 밸브에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 밸브 바디에 형성된 포트를 선택적으로 연결하기 위하여 회전체가 회전하는 과정에서 밸브 바디와 회전체 사이를 확실하게 밀봉하여 내구성을 향상시킬 수 있는 멀티 포트 밸브에 관한 것이다.
차량에는 다양한 종류의 밸브 장치가 구비된다. 밸브 장치는 엔진의 냉각, 실내공간의 냉/난방, 배기가스 재순환(EGR 시스템) 등과 같이 용도에 따라 유체의 흐름을 단속 및 전환하거나 분배할 수 있도록 구성된다.
차량에 구비된 밸브 장치 중 유체의 흐름을 2방향 이상으로 제어할 수 있는 밸브 장치를 다방향 전환 밸브, 즉 멀티 포트 밸브라 하고, 이러한 멀티 포트 밸브는 엔진의 냉각시스템에 주로 사용된다.
멀티 포트 밸브는 그 구조에 따라 다양한 방식으로 구분될 수 있는데, 예를 들어 로터리 타입 밸브(rotary type valve)는 두 개 이상의 포트를 갖는 밸브 바디와, 밸브 바디의 내부에서 회전축을 중심으로 회전하며 두 개 이상의 포트를 선택적으로 연결하는 회전체와, 밸브 바디와 회전체 사이를 밀봉하는 실링부재를 포함하여 구성된다.
그런데, 종래의 멀티 포트 밸브는 포트를 선택적으로 연결하기 위해 회전체가 회전하는 과정에서 밸브 바디와 회전체 사이를 밀봉하는 실링부재가 찢어지거나 파손되는 문제가 있었다. 이로 인하여, 밸브 바디와 회전체 사이로 누출이 발생하는 등 작동불량의 우려가 있으며, 멀티 포트 밸브의 수명을 단축시키는 원인이 되었다.
등록특허공보 제10-1864641호(2018.05.30.)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 밸브 바디에 형성된 포트를 선택적으로 연결하기 위하여 회전체가 회전하는 과정에서 발생하는 실링부재의 손상을 없도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있는 멀티 포트 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 멀티 포트 밸브는, 복수의 포트가 둘레를 따라 배치되고 상면이 개방된 중공의 밸브 바디; 상기 밸브 바디의 개방된 상면에 결합되며 호 형상의 작동홈이 하면 둘레를 따라 형성된 커버; 상기 밸브 바디의 내부에 회전 및 승강 가능하게 설치되고, 상기 포트와 같은 수의 출입구 및 상기 출입구 중 적어도 한 쌍을 연결하는 유로가 형성되며, 상기 작동홈에 삽입되는 스토퍼 및 종동기어가 형성된 회전체; 상기 종동기어와 맞물리는 구동기어가 형성되고 상기 회전체를 회전시키는 구동 플레이트; 및 상기 밸브 바디의 내부에 설치되고 상기 회전체를 상향으로 탄성 지지하는 스프링을 포함하고,
상술한 구성에 따르면, 상기 회전체의 회전 시 상기 포트를 단속하거나 상기 포트 중 적어도 2개를 선택적으로 연결하되, 상기 스토퍼가 상기 작동홈의 단부에 접촉될 경우 상기 구동기어와 상기 종동기어에 의해 상기 회전체가 하강하여 상기 밸브 바디에 밀착되고, 상기 스토퍼가 상기 작동홈의 단부에서 이격될 경우 상기 스프링에 의해 상기 회전체가 상승하여 상기 밸브 바디에서 이격된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 포트를 선택적으로 연결하기 위한 회전체의 회전 과정 중 초기 및 말기에 회전체가 하강하며 밸브 바디에 밀착됨으로써 밸브 바디와 회전체 사이를 확실하게 밀봉할 수 있다. 특히, 회전 과정 중에는 회전체가 상승하며 밸브 바디에서 이격됨으로써 밸브 바디와의 마찰을 저감시켜 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 포트, 출입구 및 유로가 수평방향으로 배치되어 밸브의 외부 압력과 내부 압력 차이를 최소화할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브 중 커버의 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브 중 밸브 바디와 제1회전체의 단면을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브의 작동과정을 도시한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 포트 밸브는 유체의 흐름을 2방향 이상으로 제어할 수 있는 로터리 타입 밸브로서, 좀 더 상세하게는 유체의 출입을 위한 포트가 5개인 5포트 밸브이다.
도면을 참조하여 본 실시예에 따른 멀티 포트 밸브에 대해 살펴보도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 멀티 포트 밸브(100)는, 밸브(100)의 외형을 이루는 밸브 바디(110) 및 커버(120)와, 밸브(100)의 내부에 설치되는 구동플레이트(130), 회전체(140,150), 실링유닛(160) 및 스프링(170)으로 구성된다.
밸브 바디(110)는 상면이 개방된 원통 형상이다. 밸브 바디(110)의 둘레에는 유체의 출입을 위한 포트(112)가 형성된다. 밸브 바디(110)의 내부에는 구동플레이트(130), 회전체(140,150), 실링유닛(160) 및 스프링(170)의 설치를 위한 공간(114~118)이 형성된다.
포트(112)는 밸브 바디(110)의 둘레를 따라 동일한 간격으로 형성되고 방사상 배치된다. 이때, 포트(112)는 밸브 바디(110)의 둘레를 따라 형성되되 수평방향으로 배치되어 유체가 저항 없이 원활하게 흐를 수 있도록 하였다.
도 2에 도시된 5개의 포트(112a~112e) 중 우측에 위치된 것을 제1포트(112a)라 하고, 시계방향을 따라 제2포트(112b), 제3포트(112c), 제4포트(112d), 제5포트(112e)라 하겠다.
본 실시예에서는 포트(112a~112e)가 5개인 것으로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 필요에 따라 3개 또는 그 이상으로 구성될 수 있다.
밸브 바디(110)의 내부 공간(114~118)은 장착홈(114), 삽입홈(116), 안착홈(118)으로 이루어진다.
장착홈(114)은 하부로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상이고, 장착홈(114)에는 구동플레이트(130)와 회전체(140,150)가 설치된다. 삽입홈(116)은 장착홈(114)의 둘레를 따라 배치되되 포트(118)를 감싸도록 형성되며 삽입홈(116)에는 실링유닛(160)이 삽입된다. 또한, 안착홈(118)은 장착홈(114)의 바닥에 형성되고 안착홈(118)에는 스프링(170)이 안착된다.
커버(120)는 밸브 바디(110)의 개방된 상면에 결합되는 대략 원판 형상이다. 커버(120)의 중앙에는 후술할 샤프트(134)가 관통되는 관통공(122)이 형성된다. 커버(120)의 하면에는, 구동플레이트(130)가 삽입되는 구동홈(124) 및 후술할 스토퍼(148)가 삽입되는 작동홈(126)이 형성된다(도 4 참조).
작동홈(126)은 커버(120)의 중심을 기준으로 서로 대응되게 위치되며, 커버(120)의 둘레를 따라 연장되는 호 형상으로 형성된다. 이러한 작동홈(126)은 스토퍼(148)와 함께 회전체(140,150)의 회전을 제한함으로써 회전체(140,150)가 특정 구간에서만 회전을 할 수 있도록 한다.
상술한 커버(120)의 둘레에는 다수의 체결공(128)이 형성되고, 체결공(128)에는 밸브 바디(110)와의 결합을 위한 볼트(B)가 설치된다.
구동플레이트(130)는, 원판 형상의 구동판(132)과, 구동판(132)의 중앙에 형성된 샤프트(134)와, 구동판(132)의 하면에 형성된 구동기어(136)로 이루어진다.
구동판(132)은 커버(120)의 구동홈(124)에 회전 가능하게 삽입된다. 샤프트(134)는 구동판(132)의 상면 중앙에는 위치되고 커버(120)의 관통공(122)을 통해 상부로 돌출된다.
샤프트(134)는 커버(120)의 관통공(122)을 통해 상부로 돌출되어 액추에이터(미도시)에 결합된다.
구동기어(136)는 구동판(132)의 둘레를 따라 방사상으로 형성되며 회전체(130)의 종동기어(146)와 맞물린다. 이러한 구동기어(136)는 구동플레이트(130)의 회전력을 회전체(140,150)에 전달함과 동시에 회전체(140,150)를 승강시키는 역할을 한다.
즉, 구동기어(136)는 스토퍼(148)가 작동홈(126)의 단부에 접촉될 때 종동기어(146)를 밀어내어 회전체(140,150)를 하강시킨다. 반면, 스토퍼(148)가 작동홈(126)의 단부에서 이격될 때에는 종동기어(146)와 분리되며 회전체(140,150)가 상승할 수 있도록 한다(도 8과 도 9 참조). 이때, 회전체(140,150)는 안착홈(118)에 안착된 스프링(170)에 의해 상승한다.
회전체(140,150)는 밸브 바디(110)의 장착홈(114)에 설치되어 포트(112)를 단속하거나 포트(112) 중 적어도 2개를 선택적으로 연결하는 역할을 한다.
회전체(140,150)는, 제1회전체(140)와, 제1회전체(140)와 결합되는 제2회전체(150)로 구성된다. 이때, 제1회전체(140)와 제2회전체(150)는 볼트(B)를 통해 결합된다.
제1회전체(140)는, 원판 형상의 회전판(142)과, 회전판(142)의 중앙에 형성된 체결관(144)과, 체결관(144)의 둘레를 따라 형성된 종동기어(146)와, 종동기어(146)의 둘레에 방사상으로 배치된 스토퍼(148)로 이루어진다.
체결관(144)은 상하로 연장된 파이프 형상이고 내부에는 스플라인이 형성된다.
종동기어(146)는 구동기어(136)와 함께 구동플레이트(130)의 회전력을 회전체(140,150)에 전달하는 역할을 한다. 더불어, 종동기어(146)는 스토퍼(148)가 작동홈(126)의 단부에 접촉되거나 작동홈(126)의 단부에서 이격될 때 회전체(140,150)를 하강시키는 역할을 한다.
스토퍼(148)는 작동홈(126)과 대응되는 위치에 각각 형성된 한 쌍으로 구성된다. 이러한 스토퍼(148)는 작동홈(126)을 따라 회전하며 회전체(140,150)의 회전을 제한함으로써 회전체(140,150)가 특정 구간에서만 회전을 할 수 있도록 한다.
제2회전체(150)는, 원뿔 형상의 몸체(152)와, 몸체(152)의 중앙에 형성된 체결봉(154)과, 몸체(152)의 둘레를 따라 형성된 출입구(156)와, 몸체(152)의 내부에 형성되고 출입구(156) 중 적어도 한 쌍을 연결하는 유로(158)로 이루어진다.
체결봉(154)은 체결관(144)에 삽입 가능한 봉 형상이고 체결봉(154)의 둘레에는 스플라인이 형성된다.
출입구(156)는 포트(112)와 동일한 수로 형성된다. 즉, 출입구(156)는 몸체(152)의 둘레를 따라 방사상으로 배열된 5개로 구성되며 포트(112)와 대응되게 위치된다.
도면에 도시된 5개의 출입구(156) 중 우측에 위치된 출입구(156)를 제1출입구(156a)라 하고, 시계방향을 따라 제2, 제3, 제4, 제5출입구(156b~156e)라 하겠다.
여기서, 제1출입구(156a)는 유체의 흐름을 단속하기 위한 것으로, 다른 출입구들(156b~156e)과 연결되지 않는다. 반면, 제2 내지 제5출입구(156b~156e)는 유체의 흐름을 전환하기 위한 것으로, 제1유로(158a)와 제2유로(158b)를 통해 각각 연결된다.
예를 들어, 회전체(140,150)의 회전에 의해 제1출입구(156a)가 제1포트(112a)에 연결되면, 제1포트(112a)를 통한 유체의 흐름은 차단된다. 반면, 제2포트(112b)와 제3포트(112c) 사이, 그리고 제4포트(112d)와 제5포트(112e) 사이에서는 유체의 흐름이 발생한다(도 5 참조).
도 6에 도시된 것처럼, 제1회전체(130)가 반시계방향으로 회전하여 제2출입구(156b)가 제1포트(112a)에 연결되면, 제1포트(112a)와 제2포트(112b) 사이, 그리고 제3포트(112c)와 제4포트(112d) 사이에서는 유체의 흐름이 발생하되, 제5포트(112e)를 통한 유체의 흐름은 발생하지 않는다.
도 7에 도시된 것처럼, 제1회전체(130)가 시계방향으로 회전하여 제5출입구(156e)가 제1포트(112a)에 연결되면, 제1포트(112a)와 제5포트(112e) 사이, 그리고 제3포트(112c)와 제4포트(112d) 사이에서는 유체의 흐름이 발생하되, 제2포트(112b)를 통한 유체의 흐름은 발생하지 않는다.
한편, 커버(120)와 구동플레이트(130) 사이, 커버(120)와 제1회전체(140) 사이, 그리고 제1회전체(140)와 제2회전체(150) 사이에는 밀봉을 위한 오링(O)이 개재된다. 또한, 커버(120)와 제1회전체(140) 사이에는 회전체(140,150)의 회전 시 마찰력을 저감하기 위한 부시(C)가 개재된다.
실링유닛(160)은 밸브 바디(110)와 회전체(140,150) 사이에 개재된다. 이러한 실링유닛(160)은, 밸브 바디(110)의 삽입홈(116)에 삽입되어 포트(112)의 둘레를 밀봉하는 실링부재(162)와, 밸브 바디(110)와 회전체(140,150) 사이에 개재되어 실링부재(162)를 밸브 바디(110)에 밀착시키는 실링가이드(164)로 구성된다.
이때, 상기 실링가이드(164)는 회전체(140,150)가 하강할 경우 실링부재(162)를 압착하여 밸브 바디(110)와 회전체(140,150) 사이를 밀봉한다.
도 8과 도 9는 본 실시예에 따른 멀티 포트 밸브(100)의 작동과정을 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 액추에이터(미도시)가 작동하여 구동플레이트(130)를 회전시키면 구동기어(136)와 종동기어(146)에 의해 맞물린 회전체(140,150)가 함께 회전을 하게 된다.
회전체(140,150)는 스토퍼(도 2의 148)가 작동홈(도 4의 126)의 단부에 접촉될 때까지 회전을 하게 되는데, 스토퍼(도 2의 148)가 작동홈(도 4의 126)의 단부에 접촉되면 포트(112)와 출입구(132)가 일렬로 배치된다.
이 상태에서, 구동플레이트(130)가 조금 더 회전을 하면 구동기어(136)가 종동기어(146)를 밀어내며 회전체(140,150)를 하강시키게 된다. 이때, 실링부재(160)가 밸브 바디(110)에 압착되며 밸브 바디(110)와 회전체(140,150) 사이를 밀봉한다.
따라서 유체의 흐름을 전환하기 위해 회전체(140,150)가 회전하는 과정에서 밸브 바디(110)와 회전체(140,150) 사이로 유체가 누출되는 것을 차단하여 오작동 등의 작동불량을 방지할 수 있다.
반면, 회전체(140,150)를 역방향으로 회전시키면, 스토퍼(도 2의 148)가 작동홈(도 4의 126)의 단부에 이격되고, 그 과정에서 구동기어(136)와 종동기어(146) 사이에 소정의 공간이 형성된다. 이때, 스프링(170)이 회전체(140,150)를 상향으로 탄성 지지하므로 회전체(140,150)가 상승하며 실링부재(160)로부터 이격된다.
따라서, 유체의 흐름을 전환하기 위해 회전체(140,150)가 회전 과정에서 실링부재(160)의 압착에 의한 찢어짐 및 파손 등을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: 멀티 포트 밸브 110: 밸브 바디
120: 커버 130: 구동플레이트
140: 제1회전체 150: 제2회전체
160: 실링부재 170: 스프링

Claims (5)

  1. 복수의 포트가 둘레를 따라 배치되고 상면이 개방된 중공의 밸브 바디;
    상기 밸브 바디의 개방된 상면에 결합되며 호 형상의 작동홈이 하면 둘레를 따라 형성된 커버;
    상기 밸브 바디의 내부에 회전 및 승강 가능하게 설치되고, 상기 포트와 같은 수의 출입구 및 상기 출입구 중 적어도 한 쌍을 연결하는 유로가 형성되며, 상기 작동홈에 삽입되는 스토퍼 및 종동기어가 형성된 회전체;
    상기 종동기어와 맞물리는 구동기어가 형성되고 상기 회전체를 회전시키는 구동 플레이트; 및
    상기 밸브 바디의 내부에 설치되고 상기 회전체를 상향으로 탄성 지지하는 스프링을 포함하고,
    상기 회전체의 회전 시 상기 포트를 단속하거나 상기 포트 중 적어도 2개를 선택적으로 연결하되,
    상기 스토퍼가 상기 작동홈의 단부에 접촉될 경우 상기 구동기어와 상기 종동기어에 의해 상기 회전체가 하강하여 상기 밸브 바디에 밀착되고,
    상기 스토퍼가 상기 작동홈의 단부에서 이격될 경우 상기 스프링에 의해 상기 회전체가 상승하여 상기 밸브 바디에서 이격되며,
    상기 포트, 상기 출입구 및 상기 유로가 수평방향으로 배치되어 밸브의 외부 압력과 내부 압력 차이를 최소화한 것을 특징으로 하는 멀티 포트 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 플레이트는, 구동판과, 상기 구동판의 중앙에서 돌출되고 상기 커버를 관통하는 샤프트와, 상기 구동판의 둘레를 따라 형성된 상기 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티 포트 밸브.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전체는,
    회전판과, 상기 회전판의 중앙에 형성된 체결관과, 상기 체결관의 둘레를 따라 형성된 상기 종동기어와, 상기 종동기어의 둘레에 방사상으로 배치된 상기 스토퍼로 이루어진 제1회전체와,
    원뿔 형상의 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 형성된 체결봉과, 상기 몸체의 둘레를 따라 형성된 상기 출입구와, 상기 몸체의 내부에 형성되고 상기 출입구 중 적어도 한 쌍을 연결하는 유로로 이루어진 제2회전체로 구성된 것을 특징으로 하는 멀티 포트 밸브.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 바디와 상기 회전체 사이에 구비된 실링유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 밸브.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 실링유닛은, 상기 밸브 바디의 내벽에 부착되어 상기 포트 둘레를 밀봉하는 실링부재와, 상기 실링부재를 상기 밸브 바디에 밀착시키는 실링가이드로 구성되고,
    상기 실링부재는 상기 회전체가 하강할 경우 상기 밸브 바디에 밀착되어 상기 밸브 바디와 상기 회전체 사이를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 멀티 포트 밸브.
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