KR101376985B1 - 밸브와, 자동차용 냉매 장치 - Google Patents

Abstract

밸브는 입구 통로(inlet passageway)와 2개 이상의 배출 통로(discharge passageways)를 형성하는 내부를 갖는 본체를 구비한다. 상기 밸브는 상기 흐름 전환기의 내부로의 유체의 흐름을 입구 방향으로 수용하도록 상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이의 상기 본체 내부에 배치된 흐름 전환기(flow divertor)를 더 구비한다. 상기 흐름 전환기는 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 배출 통로 중 하나 내로 상기 유체의 흐름의 적어도 일부를 상기 입구 방향과는 상이한 배출 방향으로 배출한다. 상기 흐름 전환기는 배출 방향을 변경하도록 회전가능하다. 일 실시예에 따르면, 상기 배출 방향은 상기 입구 방향과 실질적으로 수직이다. 다른 실시예에 있어서, 유체의 작은 막 또는 두께가 전환기의 부분과 밸브 본체 사이에서 연장하게 하도록 밸브 본체의 내부와 전환기 사이에 일련의 유체 통로가 형성됨으로써, 유체 베어링을 형성한다.

Description

밸브와, 자동차용 냉매 장치{DIGITAL ROTARY CONTROL VALVE}

본 발명은 일반적으로 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 밸브를 통해 유체의 흐름을 지향시키도록 회전가능한 흐름 전환기를 구비한 밸브에 관한 것이다.

자동차 엔진용 종래의 엔진 냉매 장치는, 냉매 장치의 라디에이터에 엔진 냉매의 흐름을 제어하도록 팽창 요소를 구비한 서모스탯(thermostats)을 내장한다. 서모스탯 팽창 요소는 바이패스 라인과 라디에이터 사이의 냉매 흐름을 제어하기 위한 냉매 온도가 작동 온도 범위에 도달하는 경우에 폐쇄된 상태에서 개방된 상태로 변환된다. 폐쇄된 상태에서, 서모스탯은 바이패스 라인으로 모든 냉매를 지향시킨다. 이는 냉매를 보다 신속하게 데우게 한다. 냉매가 온도 범위로 데워진 경우에, 서모스탯은 개방되어 라디에이터 라인을 거쳐 냉매를 라디에이터로 지향시킨다.

또한, 엔진 냉매 장치는 밸브로의 입구와 밸브로부터의 2개 이상의 출구 사이로 냉매를 지향시키기 위한 전자 제어식 밸브를 구비한다. 예를 들면, 하나의 공지된 밸브는 입구 라인으로부터 라디에이터 라인, 바이패스 라인 및 가열 라인에 각각 연결된 2개의 출구 중 하나 이상으로 흐름을 지향시킨다. 밸브는 밸브 본체의 내부에 배치된 디스크 형상의 차단 요소의 회전 위치에 따라 엔진 냉매의 흐름을 출구로 지향시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브는 입구 통로(inlet passageway)와 2개 이상의 배출 통로(discharge passageways)를 형성하는 내부를 갖는 본체를 포함한다. 또한, 밸브는 상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이의 상기 본체 내부에 배치된 흐름 전환기(flow divertor)를 포함한다. 상기 흐름 전환기는 상기 입구 통로로부터 상기 흐름 전환기의 내부로의 유체의 흐름을 입구 방향으로 수용한다. 상기 흐름 전환기는, 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 배출 통로 중 하나 내로 상기 유체의 흐름의 적어도 일부를 상기 입구 방향과는 상이한 배출 방향으로 배출한다. 상기 흐름 전환기는 상기 유체의 흐름 중 적어도 일부에 대한 상기 배출 방향을 변경하도록 상기 흐름 전환기의 중심축 둘레로 상기 본체에 대해 회전가능하다. 또한, 상기 흐름 전환기는 상기 본체에 대해 상기 흐름 전환기를 구동식으로 회전시키도록 상기 흐름 전환기에 결합된 모터를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본체는 상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이에 배치된 내부를 형성하는 실질적으로 원통형 벽을 구비한 메인 접합부(main junction)를 포함한다. 상기 흐름 전환기는 상기 본체의 메인 접합부의 내부에 회전가능하게 수용된 원통형 벽을 구비한다. 상기 밸브의 본체는 상기 메인 접합부의 일 단부에 배치된 플랜지; 및 상기 본체의 메인 접합부의 내부에 상기 흐름 전환기를 둘러싸도록 상기 플랜지의 오목한 숄더에 의해 수용되는 폐쇄 플레이트(closure plate)를 구비한다.

일 실시예에 따르면, 상기 밸브는 제 1 배출 통로와 제 2 배출 통로를 구비하고, 상기 흐름 전환기는 제 1 흐름 위치와 제 2 흐름 위치 사이에서 회전가능하다. 상기 통로와 상기 흐름 전환기는, 상기 흐름 전환기가 상기 제 1 흐름 위치에 있는 경우에 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 제 1 통로 내로 모든 유체를 지향시키고, 상기 흐름 전환기가 상기 제 2 흐름 위치에 있는 경우에 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 제 2 통로 내로 모든 유체를 지향시키도록 배치된다. 상기 흐름 전환기는 실질적으로 원통형 벽을 구비하며 상기 원통형 벽의 원주의 절반 둘레로 연장되는 배출 개구를 형성한다. 상기 흐름 전환기는 상기 제 1 흐름 위치와 상기 제 2 흐름 위치 사이에서 대략 150도의 각도로 회전가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브는 입구 통로와 2개 이상의 배출 통로를 형성하는 내부를 갖는 본체를 포함한다. 또한, 상기 밸브는 상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이의 상기 본체 내부에 배치되며 내부를 형성한다. 상기 흐름 전환기는 상기 입구 통로로부터 상기 흐름 전환기의 내부로의 유체의 흐름을 입구 방향으로 수용한다. 상기 흐름 전환기는, 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 배출 통로 중 하나 내로 상기 유체의 흐름의 적어도 일부를 상기 입구 방향과는 상이한 배출 방향으로 배출한다. 상기 흐름 전환기는 상기 유체의 흐름 중 적어도 일부에 대한 상기 배출 방향을 변경하도록 상기 흐름 전환기의 중심축 둘레로 상기 본체에 대해 회전가능하다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 밸브는 하나 이상의 입구 통로와 하나 이상의 배출 통로를 형성하는 내부를 갖는 본체; 및 상기 하나 이상의 입구 통로와 상기 하나 이상의 배출 통로 사이의 상기 본체 내부에 배치된 흐름 제어 전환기를 포함한다. 상기 흐름 제어 전환기는 상기 입구 통로 중 적어도 하나로부터 상기 흐름 제어 전환기의 내부로의 유체의 흐름을 입구 방향으로 수용한다. 상기 흐름 전환기는, 상기 흐름 제어 전환기의 내부로부터 상기 배출 통로 중 하나 내로 상기 유체의 흐름을 상기 입구 방향에 수직하는 배출 방향으로 배출한다.

본 발명의 설명을 위해, 도면은 바람직하게 제공된 본 발명의 형태를 도시한다. 그러나, 본 발명은 도면에 도시한 정확한 배열 및 수단에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따른 밸브의 부분 단면을 도시한 측면도,

도 2는 도 2의 2-2선을 따라 취한 도 1의 밸브의 단면도,

도 3은 본 발명의 제 2 예시적인 실시예에 따른 밸브의 부분 단면을 도시한 측면도,

도 4는 도 3의 4-4선을 따라 취한 도 3의 밸브의 단면도,

도 5는 밸브의 흐름 전환기 내부의 일부분을 부분적인 단면으로 도시한 도 3 의 밸브의 측면도,

도 6은 도 3의 밸브의 흐름 전환기의 일부를 도시한 도면으로서, 상기 흐름 전환기는 완전히 개방된 위치로 도시함,

도 7은 완전히 폐쇄된 위치로 도시한 도 6의 흐름 전환기의 도면,

도 8은 본 발명의 제 3 예시적인 실시예에 따른 밸브의 부분 단면을 도시한 측면도,

도 9는 본 발명의 제 4 예시적인 실시예에 따른 밸브의 측면도,

도 10은 도 9의 밸브의 단부도,

도 11은 본 발명의 제 5 예시적인 실시예에 따른 밸브의 측면도,

도 12는 본 발명의 제 6 예시적인 실시예에 따른 밸브의 부분 단면을 도시한 측면도,

도 13은 도 12의 밸브의 흐름 전환기의 일부를 도시한 도면으로서, 상기 흐름 전환기는 완전히 개방된 위치로 도시함,

도 14는 완전히 폐쇄된 위치로 도시한 도 13의 흐름 전환기의 도면,

도 15 및 도 16은 도 3 내지 도 5의 밸브를 내장한 엔진 냉매 장치의 개략도,

도 17은 도 9 및 도 10의 밸브를 내장한 엔진 냉매 장치의 개략도,

도 18은 전자식 워터 펌프와 조합된 로터리 밸브를 도시한 도면,

도 19는 엔진에 장착된 도 18의 로터리 밸브/워터 펌프 조합체의 도면,

도 20은 디지털 로터리 밸브의 다른 실시예의 도면,

도 21은 하나의 전환기와 밸브 본체 구성을 도시한 도 20의 밸브의 분해도,

도 22는 밸브 본체 내부의 일부분을 도시한 밸브 본체의 확대도,

도 23은 도 20의 밸브의 실시예에서의 전환기의 도면,

도 24는 도 20의 밸브의 도면으로서, 밸브 본체는 밸브 본체 내의 전환기를 도시하도록 부분적인 점선을 나타냄,

도 25는 도 24에 도시한 도면으로부터 전환기의 반대측을 도시한 도 20의 밸브의 도면,

도 26은 전환기와 밸브 본체 사이의 접촉 형상을 도시한 도 20의 밸브의 확대도.

도면을 참조하면, 동일 참조번호는 동일한 요소를 지칭하며, 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따른 밸브(10)를 도 1 및 도 2에 도시한다. 밸브(10)는, 예컨대 자동차의 엔진용 냉매 등의 유체를 수용하는 내부를 형성한 본체(12)를 구비한다. 본체(12)는 입구 통로를 형성하는 입구(14)와, 배출 통로를 형성하는 제 1 및 제 2 출구(16, 18)를 형성한다. 또한, 본체(12)는 입구(14)와 제 1 및 제 2 출구(16, 18)를 각각 연결하는 메인 접합부(20)를 구비함으로써, 메인 접합부(20)에 의해 형성된 내부가 입구(14)와 출구(16, 18) 각각의 내부와 공통의 방식으로 연통한다. 도시한 바와 같이, 도시한 밸브 본체(12)의 입구(14)와 출구(16, 18)는 실질적으로 원통형 내부를 형성하는 관형 형상이다. 또한, 메인 접합부(20)의 내부는 실질적으로 원통형이다.

밸브(10)는 입구(14)와 출구(16, 18) 사이의 본체(12)의 메인 접합부(12)의 내부에 배치된 흐름 전환기(22)를 구비한다. 흐름 전환기(22)는 내부를 형성하는 관형의 측벽(24)을 구비한다. 흐름 전환기(22)의 측벽(22)의 외부면은 밸브 본체(12)의 메인 접합부(20)의 내부에 흐름 전환기(22)를 미끄럼운동 가능하게 수용하도록 실질적으로 원통형이다. 이와 같이 흐름 전환기(22)를 미끄럼운동 가능하게 수용하면, 흐름 전환기(22)의 중심축 둘레에서 밸브 본체(12)에 대해 흐름 전환기(22)를 회전시킨다.

밸브(10)는 밸브 본체(12)에 대해 흐름 전환기(22)를 구동식으로 회전시키도록 흐름 전환기(22)와 결합하는 출력 샤프트(28)를 구비한 모터(26)를 포함한다. 도시한 실시예에 있어서, 흐름 전환기(22)는 측벽(24)의 일 단부에 흐름 전환기(22)의 측벽(24)에 연결된 단부 벽(30)을 구비한다. 또한, 흐름 전환기(22)는, 흐름 전환기(22)의 내부의 반대측의 단부 벽(30)의 표면으로부터 연장되는 단부 벽(30) 상의 소켓(32)을 구비한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 소켓(32)은 모터 출력 샤프트(28)의 단부를 수용한다. 결합, 및 모터(26)와 흐름 전환기(22) 사이의 토크 전달을 용이하게 하기 위해, 출력 샤프트(28)의 단부와 소켓(32)은 평탄한 표면(예컨대, 육각형 헤드, 비원형, 삼각형 또는 평탄 구성)을 구비할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 출구(16, 18)는, 출구(16, 18)의 중심축 사이에 형성된 각도(θ_A)가 대략 150도와 동일하도록 메인 접합부(20) 상의 출구(16, 18) 사이에서 이격된다. 개구(34)는 관형의 측벽(24)의 원주의 대략 절반(즉, 180도) 둘레로 연장되는 흐름 전환기의 측벽(24) 내에 형성된다. 개구(34)는 메인 접합부(20) 상의 입구(14)와 출구(16, 18)의 위치에 인접하게 개구(34)를 배치하도록 흐름 전환기(22)의 측벽(24)의 길이를 따라 위치된다.

이와 같이 배치된 흐름 전환기(22) 내의 개구(34)는 입구(14)와 제 1 및 제 2 출구(16, 18) 중 하나 사이에서 하기와 같이 연통한다. 흐름 전환기(22)는 도 2에서 제 1 흐름 위치로 도시된다. 제 1 흐름 위치에서, 흐름 전환기(22)는 밸브 본체(12)에 대해 회전하게 배향됨으로써, 개구(34)는 제 1 출구(16)와 흐름 전환기(22)의 내부 사이에서 연통을 제공한다. 도시한 바와 같이, 제 1 흐름 위치에 있는 개구(34)는 입구(14)와 흐름 전환기(22)의 내부 사이에서 연통을 제공한다. 그 결과, 밸브 본체(12)의 내부로 지향된 유체 흐름은, 도 2에서 흐름 화살표로 나타낸 바와 같이, 흐름 전환기(22)의 내부를 거쳐 제 1 흐름 위치에서 제 1 출구(16) 내로 지향될 것이다. 도시한 바와 같이, 흐름 전환기(22)의 관형의 측벽(24)은 메인 접합부(20)의 내부로부터 제 1 흐름 위치로 제 2 출구(18)를 폐쇄하는 기능을 함으로써, 유체가 제 2 출구(18) 내로 지향되는 것을 방지한다. 당업자는, 대략 θ_A와 동일한 각도 만큼 흐름 전환기(22)의 반시계방향의 회전(도 2에 도시한 관점에서)이 입구(14)로부터 제 2 출구(18) 내로 유체를 지향시키는 제 2 흐름 위치에 흐름 전환기(22)를 배치하는 것을 쉽게 이해할 것이다. 제 1 흐름 위치에 있는 제 2 출구(18)와 유사하게, 흐름 전환기(22)는 제 1 출구(16) 내로의 유체 흐름이 방지되도록 메인 접합부(20)의 내부로부터 제 2 흐름 위치로 제 1 출구(16)를 폐쇄하는 기능을 할 것이다.

모터(26)는 제 1 및 제 2 흐름 위치 사이에 흐름 전환기(22)의 2방향 이동을 제공하는 것이 바람직하다. 바람직하게 제공된 실시예에 따르면, 모터(26)는 스테퍼 모터이고, 밸브(10)는 제 1 및 제 2 흐름 위치 사이의 흐름 전환기(22)의 회전 이동을 제한하도록 이동 정지부(travel stops)(도시하지 않음)를 구비한다. 이와 같은 구성은 흐름 전환기(22)를 구동하는 단순한 토크 제한형 스테퍼 모터를 사용한다. 본 발명의 밸브는 스테퍼 모터에 제한되지 않고, 흐름 전환기를 두옹하는 다른 유형의 원동력(예컨대, DC 모터, 솔레노이드, 유압 또는 기계력)을 구비할 수 있다. 흐름 전환기를 구동하기 위해 DC 모터, 도는 유압 또는 기계력을 이용하면, 보다 높은 용량의 밸브(예컨대, 대략 200 갤론/분 이상의 용량을 갖는 밸브)에 바람직할 것이다.

밸브(10)는 밸브 본체(12)의 메인 접합부(20)의 일 단부에 장착 플레이트(36)를 구비한다. 장착 플레이트(36)는 모터(26)의 하우징에 밸브 본체(12)를 고정하는 파스너(38)를 수용한다. 또한, 밸브(10)는 장착 플레이트(36) 반대측의 밸브 본체(12)의 메인 접합부(20)의 일 단부에 배치된 환형의 플랜지(40)를 구비한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플랜지(40)는 메인 접합부(20)의 내부에 흐름 전환기(22)를 둘러싸도록 폐쇄 플레이트(42)를 수용하는 내부면 상에 오목한 숄더를 형성한다. 플랜지(40)와 폐쇄 플레이트(42)는 밸브(10)의 조립 시에 밸브 본체(12)의 내부에 흐름 전환기(22)의 배치를 용이하게 한다.

보다 작은 용량의 밸브(예컨대, 대략 150 갤론/분 미만의 용량)를 위해, 밸브 본체 및 흐름 전환기의 모든 구성요소는 열가소성 재료(예컨대, 유리 충전된 나일론)로 성형될 수 있다. 이는 대략 40℃ 내지 130℃ 번위의 작동 온도를 갖는 대부분의 승용차 상의 밸브를 포함한다. HD 디젤 엔진에 사용되는 밸브, 및 보다 큰 용량의 밸브를 위해, 흐름 전환기와 밸브 본체는 금속(예컨대, 알루미늄)으로 제조되는 것이 바람직할 것이다. 흐름 전환기와 밸브 본체에 유사한 재료(예컨대, 모든 플라스틱 또는 모든 금속)는 흐름 전환기와 밸브 본체 사이에서의 고착을 방지하는데 도움을 주는 보다 균일한 열팽창을 제공하는 것이 바람직하다. 흐름 전환기(22)의 알루미늄은 폴리테트라플루오르에틸렌 재료[예컨대, Teflon(등록상표)]로 코팅되어 흐름 전환기(22)와 밸브 본체(12) 사이의 상대 회전을 용이하게 할 수 있다. 전환기(22) 상에 폴리테트라플루오르에틸렌을 코팅하면, 전환기(22) 상에 슬러지가 형성하는 것을 방지하는데 도움을 줄 것이다. 열가소성 재료로 제조된 밸브 본체를 갖는 밸브를 위해, 밸브 본체(12)의 폐쇄 플레이트(42)는 열가소성 용접 공정(예컨대, 스핀 용접)을 이용하여 플랜지(40)에 고정되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 알루미늄 또는 열가소성 플라스틱 등의 임의 특정 재료에 제한되지 않고, 다른 재료(예컨대 마그네슘)가 사용될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 흐름 전환기와 밸브 본체 양자를 형성하는데 유사한 재료가 사용되는 것이 요구되지 않는다. 혼합 재료는 특정 환경에서 적용될 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 흐름 전환기(22) 및 밸브 본체(12)의 메인 접합부(20)는, 폐쇄 플레이트(42)와 흐름 전환기(22)의 일 단부 사이에 제어된 갭(44) 이 형성되도록 치수설정되는 것이 바람직하다.

밸브(10)의 흐름 전환기(22)는, 흐름 전환기(22)의 단부 벽(30) 내에 형성된 개구(45)를 구비한다. 단부 벽(30) 내의 개구(45)는 얼마의 유체를 흐름 전환기(22)의 내부로 지향되게 함으로써, 단부 벽(30)을 통해 단부 벽(30)과 장착 플레이트(36) 사이에 제공된 공간 내로 통과한다. 개구(45)를 거쳐 유체를 수용하면, 단부 벽(30)의 대향 측부 상에서 발전될 수 있는 압력 밸런스를 방지하는 기능을 한다.

흐름 전환기(22)가 제 1 출구(16) 또는 제 2 출구(18)로 흐름을 지향시키는 것으로 기술하였지만, 흐름 전환기(22)는 제 1 및 제 2 출구(16, 18) 사이에서 유체 흐름이 분리되는 위치를 제공할 수 있다.

상술한 밸브(10)에서, 유체 흐름은 흐름 전환기(22) 내부로 지형되어, 측벽(24) 내의 개구(34)를 통해 흐름 전환기(22)의 내부로부터 배출된다. 이에 따라, 유체는 입구 및 출구를 위해 측방향[즉 흐름 전환기(22)의 중심축에 수직]으로 지향된다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 흐름 전환기(48)에 대해 축방향에서 측방향으로, 또는 유체의 입구과 출구 사이에서 축방향에서 축방향으로 유체가 90도 회전되는 흐름 전환기(22)를 갖는 본 발명의 제 2 예시적인 실시예에 따른 밸브(46)를 도시한다.

밸브(46)는 내부를 형성하며 밸브(10)의 입구와 출구와 마찬가지로, 실질적으로 원통형인 제 1 및 제 2 출구(54, 56)와 입구(52)를 구비한 본체(50)를 구비한다. 또한, 밸브 본체(50)는 입구(52)와 출구(54, 56) 사이에 배치된 실질적으로 원통형 메인 접합부(58)를 구비한다. 출구(54, 56)는 메인 접합부(58)로부터 측방향으로 연장되며 도시한 밸브(46)의 메인 접합부(58)의 대향 측부 상에 배치된다. 입구(52)는 메인 접합부(58)의 일 단부 상에 배치되며 입구(52)의 중심축이 메인 접합부(58)의 중심축에 실질적으로 평행하고 그와 정렬되도록 배향된다. 밸브(46)가 입구(46)와 출구(54, 56)를 포함하는 것으로 도시하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 흐름 방향은 단일 "출구"[예컨대, 요소(46)]를 거쳐 배출하도록 한 쌍의 "입구"[예컨대, 요소(54, 56)]에 흐름이 도입하도록 역전될 수 있다.

밸브(10)의 흐름 전환기(22)와 마찬가지로, 흐름 전환기(48)는 내부를 형성하며 흐름 전환기(48)와 밸브 본체(50) 사이의 상대 회전을 위해 메인 접합부(58)에 의해 미끄럼운동 가능하게 수용되는 외부면을 갖는 관형의 측벽(60)을 구비한다. 또한, 밸브(10)의 흐름 전환기(22)와 마찬가지로, 흐름 전환기(48)는 단부 벽(62); 및 모터(66)에 의해 흐름 전환기(48)의 구동된 회전을 위해 모터(66)의 출력 샤프트(68)를 결합하게 수용하는 소켓(64)을 구비한다. 흐름 전환기(48) 상의 소켓(64)은, 흐름 전환기(22)의 단부 벽(30)으로부터 외측 방향으로 연장되는 흐름 전환기(22)의 소켓(32)과는 달리, 흐름 전환기(48)에 대해 내측으로 연장된다. 밸브(46)는 모터(66)에 밸브 본체(50)를 고정하도록 파스너(72)를 수용하는 밸브 본체(50)의 메인 접합부(58)의 단부에서 장착 플레이트(70)를 구비한다. 밸브(46)는 모터(66)의 출력 샤프트(68)를 회전가능하게 지지하도록 장착 플레이트(70) 내에 형성된 개구 내에 수용된 부싱(74)을 구비한다. 또한, 몇 가지의 적용에서, 단순한 반경방향 O링 샤프트 시일(도시하지 않음)이 사용될 수 있다. 바람직하게 제공 된 실시예에 따르면, 모터(66)는 스테퍼 모터이다. 도시한 바와 같이, 모터(66)는 리드 중 하나가 작동하지 않는 경우에 모터의 고장에 대한 보호를 제공하도록 듀얼 모터 리드(75)를 구비할 수 있다. 바람직하게, 모터(75) 중 하나의 분리를 야기하는 경우에 모터 리드(75) 양자의 분리를 일으키는 위험을 제한하도록 리드(75) 사이는 분리된다. 또한, 비교적 높은 모터 토크[예컨대, 모터(66)의 설계 범위 이상의 토크]의 경우에, 밸브(46)는 고장 모드를 확인하는 서비스를 위한 경고 신호를 송신할 수 있다.

밸브(10)와 마찬가지로, 밸브(46)는 장착 플레이트(70) 반대측의 메인 접합부(58)의 일 단부에 배치되며 플랜지(76)의 내부면 상에 오목한 숄더를 형성하는 플랜지(76)를 구비한다. 메인 접합부(58) 상의 플랜지(76)는 메인 접합부(58)에 입구(52)를 연결하도록 입구(52)의 일 단부에 배치된 플랜지(78)를 수용한다. 입구(52)는 플랜지(76, 78)를 서로 용접함으로써 메인 접합부(58)에 고정되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 따르면, 밸브 본체(50)는 열가소성 재료(예컨대, 유리 충전된 나일론)로 제조되고, 입구(52)는 열가소성 용접 공정(예컨대, 스핀 용접)을 이용하여 메인 접합부(58)에 고정된다.

상술한 바와 같이 메인 접합부(58)의 일 단부에 입구(52)를 연결하면, 흐름 전환기(48)의 개방 단부(80)를 통해 흐름 전환기(48)에 대해 축방향으로 흐름 전환기(48)의 내부로 유체가 지향된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 밸브 본체(50)에 대해 흐름 전환기(48)의 각도 배향에 따라서 출구(54, 56) 중 하나로 유체를 배출하기 위해, 흐름 전환기(48)의 측벽(60) 내에 적어도 하나의 개구(82)가 형성된다. 바람직하게, 흐름 전환기(48)는 측벽(60)의 대향 측부 각각의 상에 개구를 구비한다. 상세하게 후술하는 바와 같이, 이와 같이 한 쌍의 개구를 사용하면, 밸브(46)의 제 1 및 제 2 출구(54, 56)로 흐름을 각각 지향시키기 위해 제 1 및 제 2 흐름 위치 사이에서 흐름 전환기(48)를 이동시키는데 필요한 회전량을 제한한다. 도면에 도시하며 도 6 및 도 7의 설명에서 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 개구(82)는 원형 형상이 아니다. 그 대신에, 개구(82)의 구성은 소정의 흐름 특성을 제공하도록[예컨대, 차가운 냉매의 "걸프(gulps)"가 엔진에 도입되는 것을 방지하도록 밸브의 초기 개방 시에 흐름을 전이하도록] 실험적으로 개발되어 왔다. 또한, 별개의 배출 개구를 사용하면, 보다 정확한 흐름 제어(예컨대, 바이패스 출구 대 라디에이터 출구의 제 1 구성)를 위해, 후술하는 바와 같이 개구의 다른 구성을 허용한다.

또한, 흐름 전환기(48)는, 흐름 전환기(48)의 단부 벽(62) 내에 형성된 개구(84)를 구비한다. 단부 벽(62) 내의 개구(84)는, 단부 벽(62)을 통해 단부 벽(62)과 장착 플레이트(70) 사이에 제공된 공간(86) 내로 통과하도록 입구(52)를 거쳐 흐름 전환기(48)의 내부로 지향된 얼마의 유체를 허용한다. 개구(84)를 거쳐 공간(86) 내로의 유체를 수용하면, 단부 벽(62)의 대향 측부 상에서 발전할 수 있는 압력 밸런스를 방지하는 기능을 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 로터리 밸브(46)는 흐름 전환기(48), 및 흐름 전환기(48)을 수용하는 본체(50)의 메인 접합부(58)가 밸브 본체(50) 둘레에서 실질적으로 균일한 벽 두께를 갖도록 구성된다. 이와 같이 벽 두께의 균일성은 둥그스름한 모든 공차 특성을 제어하도록 밸브(46)의 정합 구성요소의 정밀한 성형을 용이하게 한다. 이와 같은 정밀성은 밸브(46)에 대한 모든 작동 조건 하에서 치수 안정성을 용이하게 한다.

도 5를 참조하면, 로터리 밸브(46)의 밸브 본체(50)의 플랜지(76, 78)는 메인 접합부(58)에 밸브 본체(50)의 입구를 고정하기 위해 정렬된 개구 내에 파스너(112)(예컨대, 너트와 볼트 커넥터)를 수용한다. 도 5를 참조하면, 밸브(46)는 플랜지(76, 78) 사이에 O링면 시일을 구비하는 것이 바람직하다. 도 5에 도시한 바와 같이, O링 구성요소와 전환기(48)의 조립을 용이하게 하도록 플랜지(76, 78)에 인접한 메인 접합부(58)의 내부면 상에 테이퍼가 제공되는 것이 바람직하다.

흐름 전환기(48)의 구성에 의해 제공된 내부 용적은 유체의 축방향 입구 흐름과 반경방향으로의 배출 흐름 사이에서[또는, 변형적으로, 밸브(46)의 역전된 흐름 적용에서 반경방향으로의 입구 흐름과 축방향으로의 배출 흐름 사이] 이상적인 전이를 제공한다. 또한, 본 발명의 로터리 밸브(46)의 둥근 구성은 유체 제어 장치(예컨대, 엔진 냉매 장치의 라디에이어, 엔진, 바이패스 등 사이)의 각종 구성요소 사이의 압력차에 관계없이 그리고 미국 특허 공개 2006/0005789호에 개시된 바와 같은 과잉 토크 또는 특정 밸런싱 통로에 대한 필요성이 없이 자유롭게 밸브가 작동하게 한다. 또한, 밸브의 구성은 감소된 패키지 사이즈에 대한 공간 절약 효율을 제공한다.

도 6 및 도 7은 밸브(46)의 흐름 전환기(48)의 측벽(60)의 일부분을 도시한다. 실질적으로 원통형의 측벽(60)의 일부분은 설명의 용이성을 위해 평면 형상으 로 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 흐름 전환기(48)는 도 6 및 도 7에서 완전히 개방되고 완전히 폐쇄된 위치로 각각 도시된다. 관련된 출구(56)의 내경은 완전히 개방되고 완전히 폐쇄된 흐름 위치에서 개구(82)와 출구(56) 사이의 상대 위치를 도시하는 도면에서 개구(82) 사이의 상대 위치를 도시하도록 도 6 및 도 7에서 점선으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 흐름 전환기(48)는, 흐름 전환기(48)의 대향 측부 상에 제 2 개구(도시하지 않음)를 구비하는 것이 바람직하다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 이와 같은 2개의 개구는 제 1 및 제 2 출구(54, 56)로 유체를 지향시키는 제 1 및 제 2 흐름 위치 사이에서 흐름 전환기를 이동시키는데 필요한 회전량을 제한한다.

흐름 전환기의 측벽(60) 내의 개구(82)는, 개구(82)의 일 단부에서 둥근 단부(116)를 구비한다. 도시한 바와 같이, 둥근 단부(116)는 관련된 출구(56)의 내부면의 반경과 실질적으로 동일한 반경을 갖는다. 이와 같이, 개구(82)는 흐름 전환기 측벽(60)의 부분이 도 6에 도시한 완전히 개방된 위치에서 출구(56)를 차단하지 않도록 구성된다[즉, 출구(56)의 내부와 흐름 전환기(48)의 내부 사이에서 완전한 연통이 있음]. 개구(82)는 원형 구성이 아닌 대향 단부(118)를 구비한 비대칭형이다. 그 대신에, 도시한 바와 같이, 개구(82)를 형성하는 흐름 전환기 측벽(60)의 에지는, 측벽(60)의 일부분이 제 2 단부(118)에서 개구(82) 내로 내측으로 돌출하는 텅 형상의 형상부(120)를 형성하도록 제 2 단부(118)에서 개구(82)에 대해 내측으로 복귀한다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 개구(82)의 제 2 단부(118)에 텅 형상의 돌출부(120)를 마련하면, 흐름 전환기(48)가 완전히 개방된 위치로부터 완전히 폐쇄된 위치(즉, 도 6의 관점에서 하측으로) 쪽으로 이동됨에 따라, 흐름 전환기(48)로부터 관련된 출구(56)로 지향되는 유체의 흐름에서 제어된 전이를 제공한다. 제 1 및 제 2 흐름 위치 사이에서 필요한 회전을 제한하는 것과 아울러, 흐름 전환기(48)의 대향 측부 상의 별개의 개구를 마련하면, 개구의 제 2 단부에 형성된 흐름 제어 돌출부(예컨대, 바이패스 출구에 비해 자동차 냉매 장치의 라디에이터 출구를 위해 다르게 구성된 돌출부)의 주문 제작을 허용한다.

또한, 흐름 전환기(48)는 O링 시일(도시하지 않음)을 수용하기 위해 측벽(60)의 외부면 내에 실질적으로 원형의 O링 홈부(122)를 형성한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 홈부(122)는, 전환기(48)와 출구(56) 사이의 폐쇄 시일을 제공하기 위해, 관련된 출구(56)와 실질적으로 동심 관계에 있는 홈부(122)를 완전히 폐쇄된 상태로 배치하도록 개구(82)에 대해 위치된다. O링 형상부는 본 발명의 로터리 밸브의 각종 실시예 중 어느 하나에 포함될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 3 예시적인 실시예에 따른 밸브(124)를 도시한다. 밸브(124)는 밸브(46)에 비해 비교적 높은 흐름 용략을 위한 것이다. 밸브(124)는 메인 접합부(130)의 일 단부에서 메인 접합부(130)에 연결된 입구(128)를 구비한 본체(126)를 포함한다. 또한, 본체(126)는, 예컨대 밸브(46)의 출구(54, 56)와 마찬가지로 메인 접합부(130)에 횡방향으로 연결된 한 쌍의 출구(132, 133)를 구비한다. 밸브(46)와 마찬가지로, 입구(128)와 메인 접합부(130)는, 메인 접합부(130)에 입구(128)를 고정하기 위한 파스너(138)(예컨대, 너트와 볼트 커넥터)를 수용하는 플랜지(134, 136)를 각각 구비한다.

밸브(124)는 메인 접합부(130)의 내부에 회전가능하게 수용된 흐름 전환기(140)를 구비한다. 흐름 전환기(140)는 구동 모터(148)의 출력 샤프트(150)를 수용하기 위한 소켓(146)을 형성하는 단부 벽(144)과, 실질적으로 원형의 측벽(142)을 구비한다. 흐름 전환기(140)는 상술한 바와 같이 흐름 전환기의 측벽(142) 내에 개구(도시하지 않음)를 구비함으로써, 전환기(140)의 내부로부터의 유체에 밸브(124)의 출구를 각각 개폐시킨다. 밸브 본체(126) 내의 흐름 전환기(140)의 회전가능한 지지를 용이하게 하기 위해, 밸브(124)는 메인 접합부(130)의 하우징부 내의 흐름 전환기(140)의 대향 단부에 배치된 한 쌍의 액밀성 베어링(152)을 구비한다. 베어링(152) 사이에 배치된 밸브(124)의 중간 영역은 마찰을 최소화하도록 크기설정된다. 바람직하게 제공된 실시예에 따르면, 밸브 본체(126)와 흐름 전환기(140)는 알루미늄으로 각각 제조된다. 흐름 전환기(140)는, 흐름 전환기(140)와 밸브 본체(126) 사이의 마찰을 더욱 제한하도록 폴리테트라플루오르에틸렌으로 코팅될 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 밸브(124)는 메인 접합부(130)의 내부와 흐름 전환기(140)의 외부면 사이에 시일을 제공하도록 출구(132)에 인접한 메인 접합부(130)의 내부와 흐름 전환기(140)의 외부면 사이에 배치된 O링 시일을 구비한다.

상술한 밸브(10, 46)와 마찬가지로, 밸브(124)는, 밸브(124)의 모터(148)에 밸브 본체(126)를 고정하도록 파스너를 수용하는 메인 접합부(130)의 일 단부에 장착 플레이트를 구비한다. 상술한 바와 같이, 밸브(10, 46, 124) 각각의 흐름 전환기는 또한 모터의 출력 샤프트를 결합하게 수용하는 소켓을 형성한 단부 벽을 구비 한다. 밸브 조립을 용이하게 하는 것과 아울러, 이들 구성의 특징은 밸브의 내부 구성요소에 후속적인 접금을 용이하에 함으로써, 밸브의 서비스 기능성(예컨대, 밸브의 내부 구성요소의 교체 또는 보수)을 촉진시킨다. 이러한 기능성의 특징은 액밀성 베어링(152) 등의 밸브(124)의 내부 구성요소에 서비스하기 위해 쉽게 접근하게 하는 보다 높은 용량의 밸브(124) 등의 밸브에서 특히 바람직하다. 소정의 서비스 특성과 관련하여, 초기의 높은 구매 비용으로 인해 예방적인 보수책을 내장하도록 특정의 대형 용량의 밸브(예컨대, 대략 400 갤론/분 이상의 용량)가 기대된다.

상술한 밸브(46, 124) 각각은, 단일 입구와, 중간 배치된 흐름 전환기를 거쳐 입구로부터의 유체를 수용하는 복수의 출구를 구비한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 제 4 예시적인 실시예에 따른 밸브(154)를 도시한다. 밸브(154)는 실질적으로 원통형의 메인 접합부(158)를 구비하는 본체(156); 및 상술한 바와 같이 메인 접합부(158)의 내부에 회전가능하게 수용되며 흐름 전환기의 측벽에 개구(162)를 갖는 흐름 전환기(160)를 구비한다. 밸브(154)의 밸브 본체(156)는, 예컨대 밸브(46)의 입구(52)와 유사한 축방향으로 정렬된 방식으로 메인 접합부(158)의 일 단부에 배치된 출구(164)를 구비한다. 그러나, 흐름 전환기(160) 내로 유체를 지향시키는 대신에, 출구(164)는 도 9에서 흐름 화살표로 나타낸 바와 같이 흐름 전환기(160)로부터 유체를 수용한다. 밸브(154)는 본체(156)의 메인 접합부(158)가 밸브(46, 124)를 위한 상술한 방식으로 고정되는 모터(166)를 구비한다.

밸브 본체(156)는 전환기(160)의 개구(162)를 통해 흐름 전환기(160)의 내부로 유체를 지향시키기 위해 횡방향으로 메인 접합부(158)에 각각 연결된 제 1, 제 2 및 제 3 입구(168, 170, 172)를 구비한다. 입구(168, 170, 172)가 메인 접합부(158)에 대해 이격됨으로써, 제 1 및 제 3 입구(168, 172) 사이, 제 1 및 제 2 입구(168, 170) 사이 그리고 제 2 및 제 3 입구(170, 172) 사이에 각도(θ_D, θ_E, θ_F)가 각각 형성된다. 각도(θ_D, θ_E, θ_F)는 도시한 실시예에서 대략 100도, 130도 및 130도와 동일하다.

일 실시예에 따르면, 밸브(154)는 자동차 엔진 내의 냉매 유체를 지향시킬 수 있고, 입구(168, 170, 172)는 엔진 바이패스 라인, 라디에이터 및 트랜스미션(또는 엔진 오일 팬)으로부터 냉매 유체를 각각 수용하여, 출구(164)를 거쳐 냉매 펌프로 냉매 유체를 지향시킬 수 있다. 밸브 개념은 도 18에 도시된다. 바이패스 라인(168)과 라디에이터 입구 라인(170)은 도 3 내지 도 5의 밸브(46)에 대해 상술한 바와 같은 개방 및 폐쇄 특성을 유지한다. 그러나, 트랜스미션 라인(172)은 항상 개방 유지되도록 설계된다. 이는 고온 조건 상태 동안의 트랜스미션 유체의 냉각, 및 냉간 상태 동안의 트랜스미션 유체의 가열을 허용한다.

도 11은 본 발명의 제 5 예시적인 실시예에 따른 밸브(176)를 도시한다. 밸브(154)와 마찬가지로, 밸브(176)는 축방향으로 정렬된 방식으로 메인 접합부(182)의 일 단부에 연결된 단일 출구(180)를 갖는 본체(178); 및 메인 접합부(182)의 내부에 회전가능하게 수용된 흐름 전환기(184)를 구비한다. 메인 접합부(182)는 출 구(180) 반대측의 메인 접합부(182)의 일 단부에서 모터(186)에 고정된다.

밸브 본체(178)는 3개의 입구를 각각 구비한 2개 그룹의 입구 내에 배치된 복수의 입구를 구비한다. 제 1 그룹의 입구는 제 1, 제 2 및 제 3 입구(188, 190, 192)를 구비하고, 제 2 그룹의 입구는 제 4, 제 5 및 제 6 입구(194, 196, 198)를 구비한다. 제 1 그룹의 입구(188, 190, 192)는 메인 접합부(182)의 제 1 축방향 위치에서 메인 접합부(182)에 대해 이격되고, 제 2 그룹의 입구(194, 196, 198)는 메인 접합부(182)의 제 2 축방향 위치에서 메인 접합부(182)에 대해 이격된다. 상술한 방식으로, 밸브(176)의 흐름 전환기(184)는 입구로부터 흐름 전환기(184)의 애부로 유체를 지향시키기 위해 입구(190)를 위한 개구(200) 등의 개구를 구비한다. 도시한 바와 같이, 개구(200)는 흐름 제어 텅(202)을 구비한다. 자동차 적용에서, 입구(188, 190, 192, 194, 196, 198)는 트랜스미션, 라디에이터, 바이패스 라인, 배기가스 재순환(EGR), 흡입 공기 냉각기(CAC) 및 리어 액슬로부터의 냉매 유체를 수용하도록 각각 배치될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제 6 예시적인 실시예에 따른 밸브(228)를 도시한다. 밸브(228)는 메인 접합부(232)와, 축방향으로 정렬된 방식으로 메인 접합부(232)의 일 단부에 고정된 입구(234)를 갖는 본체(230)를 구비한다. 메인 접합부(232)는 입구(234) 반대측의 메인 접합부(232)의 일 단부에서 모터(236)에 고정된다. 흐름 전환기(238)는 메인 접합부(232)의 내부에 회전가능하게 수용되며, 흐름 전환기(238)를 구동식으로 회전하기 위해 모터(236)의 출력 샤프트(242)를 결합하게 수용하는 소켓 형상부(240)를 형성하는 단부 벽(239)을 구비한다. 또한, 밸브 본 체(230)는 메인 접합부(232)로부터 횡방향으로 연장되는 출구(244) 등의 출구를 구비한다. 흐름 전환기(238)는 흐름 전환기(238)의 내부를 거쳐 입구(234)로부터 출구(244) 등의 출구 중 하나로 유체를 지향시키기 위해, 개구(248) 등의 개구를 갖는 측벽(246)을 구비한다. 또한, 흐름 전환기(238)는 단부 벽(239)의 대향 측부 상의 균형된 압력을 제공하도록 단부 벽(239)에 의해 형성된 개구(250)를 구비한다. 몇몇의 다른 실시예에서 논의된 바와 같이, 본 실시예는 O링 구성요소 뿐만 아니라 조립을 용이하게 하도록 메인 접합부(232) 내에 테이퍼를 구비한다. 이들 특성은 선택적이지만, 바람직하다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 흐름 전환기(238)의 외부면의 일부는 완전히 개방된 위치와 완전히 폐쇄된 위치에서 평탄하게 도시된다. 밸브(46)와 마찬가지로, 밸브(228)의 흐름 전환기(238) 내의 개구(248)는 출구(244)의 반경과 실질적으로 일치하는 반경을 갖는 둥근 제 1 단부(252)와, 흐름 제어 텅(256)을 형성하는 대향된 제 2 단부(254)를 구비한다. 또한, 밸브(46)와 마찬가지로, 밸브(228)의 흐름 전환기(238)는 도 14에 도시한 출구(244)를 위한 완전히 폐쇄된 위치로 흐름 전환기가 이동된 경우에 흐름 전환기(238)와 출구(244) 사이에 시일을 형성하도록 환형의 O링을 수용하는 원형의 홈부(258)를 형성한다. 또한, 밸브 본체(230)는 흐름 전환기(238)에 인접한 출구(244)의 내부를 가로질러 연장되는 보강 웨브(260)를 구비한다. 웨브(260)는 출구(244)와 메인 접합부(232) 사이의 교차점에 위치된 O링에 대한 보강 지지를 한다. 이러한 지지는 O링이 가열되면 발생할 수 있는 O링의 휘어짐을 방지한다. 비교적 큰 흐름 용량의 밸브(예컨대, 대략 200 갤론/분 이상 의 용량)를 위해, 도 13 및 도 14에서 점선으로 도시한 바와 같은 역전된 V자 형상의 구성으로 배치된 추가적인 웨브, 예컨대 2개의 웨브가 바람직할 수 있다.

도 15의 개략도를 참조하면, 도 3 내지 도 5의 로터리 밸브(46)를 내장하는 엔진 냉매 장치(262)를 도시한다. 흐름 화살표로 나타낸 바와 같이, 엔진 냉매 유체는 라인(266)을 거쳐 라디에이터(264)로부터 그리고 바이패스 라인(268)으로부터 장치(262) 내의 밸브(46)로 지향된다. 냉매 유체는 워터 펌프(272)를 거쳐 밸브(46)로부터 엔진(270)으로 배출된다.

도 16의 개략도를 참조하면, 도 3 내지 도 5의 로터리 밸브(46)를 내장하는 다른 엔진 냉매 장치(274)를 도시한다. 도시한 바와 같이, 장치(274)는 엔진 냉매 유체가 워터 펌프(272)를 거쳐 엔진(270)으로부터 밸브(46)로 지향되도록 배치된다. 밸브(46)의 회전 위치에 따라서, 엔진 냉매는 라인(276)을 거쳐 밸브(46)로부터 라디에이터(264)로 배출되거나, 또는 바이패스 라인(278)을 거쳐 엔진(270)으로 복귀된다.

도 17은 도 9 및 도 10의 밸브(154)를 내장한 엔진 냉매 장치(280)를 도시한다. 장치(280)는 라인(284)을 거쳐 라디에이터(282)로부터, 라디에이터 바이패스 라인(288)을 거쳐 엔진(286)으로부터, 또는 라인(292)을 거쳐 트랜스미션(290)으로부터 밸브(154)로 도입된다. 엔진 냉매 유체는 라인(296)을 거쳐 밸브(154)로부터 워터 펌프(294)로 배출된다. 워터 펌프(294)로부터, 엔진 냉매는 라인(298, 300)을 거쳐 엔진(286)과 트랜스미션(290)으로 각각 지향된다.

트랜스미션(290)으로부터 장치(280)의 밸브(154)로의 도입은 항상 개방 유치 되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 바이패스 흐름을 추운 날씨 조건 동안에 트랜스미션(290)을 가열하고 비교적 따뜻한 조건 동안에 보다 찬 라디에이터 흐름을 지향시키게 한다. 이해되는 바와 같이, 엔진 냉매는 트랜스미션(290)보다는 자동차의 다른 형상부에 지향될 수도 있다.

도 18은 일체형 로터리 밸브(304)와 전자식 워터 펌프(306)를 구비한 엔진 냉매 장치(302)의 일부분을 도시한다. 전자식 워터 펌프(306)는 미국 특허 6,499,442호에 상세하게 기술되어 있으며, 이는 본원에 참고로 인용된다. 도 9 및 도 10의 로터리 밸브(154)와 같은 로터리 밸브(304)는 메인 접합부(316)의 내부에 회전가능하게 수용된 흐름 전환기(314)에 유체를 지향시키는 입구(308, 310, 312)를 구비한다. 모터(318)는 메인 접합부(316)의 일 단부에 고정된 하우징을 구비한다. 밸브(304)는 도 9 및 도 10의 밸브(154) 내에 포함되어 있던 출구 파이프가 없다. 그 대신에, 전자식 워터 펌프(306)의 하우징(320)은 모터(318) 반대측의 밸브(304)의 메인 접합부(316)에 직접 고정된다.

도 19는 도 18의 일체형 밸브(304)와 워터 펌프(306)를 내장하는 자동차 엔진을 위한 냉매 장치(322)를 도시한다. 냉매는 라인(326)을 거쳐 라디에이터(324)로부터, 라디에이터 바이패스 라인(330)을 거쳐 엔진(328)으로부터 그리고 라인(334)을 거쳐 오일 팬(332)으로부터 장치(322) 내의 밸브(304) 내로 지향된다. 냉매 흐름 분포의 견지에서, 장치(322)는 자동차의 트랜스미션 대신에 워터 펌프(306)로부터 오일 팬(332)으로 냉매가 지향된다는 점을 제외하고는, 도 17에 도시한 장치(280)와 실질적으로 유사하게 배치된다. 냉매 라인은 냉매 장치에 의해 공기조화하기 위한 자동차의 임의의 적당한 구성요소로 지향될 수 있다. 장치(280)의 트랜스미션으로부터 밸브 입구를 위한 경우에서와 같이, 장치(322) 내의 오일 팸(332)으로부터의 밸브 입구는 개방된 상태에로 유지되는 것이 바람직하다. 하이브리드 엔진 등의 몇몇의 소형 엔진은 단일의 전자식 워터 펌프와 전자식 제어 밸브에서 트랜스미션 및 오일 팬 양자를 결합하도록 Y 연결부를 내장할 수 있다.

도 20 내지 도 26은 본 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 전환기와 밸브 본체의 설계는 전환기와 밸브 본체 사이의 유체 베어링을 제공하도록 구성된다. 특정 로터리 밸브 설계에서 발생할 수 있는 하나의 문제점은 밸브의 회전부와 밸브 본체 사이에 광물 또는 오염 부착물이 형성된다는 점이다. 이러한 오염물은 밸브에 엉겨붙을 수 있으므로, 밸브의 성능을 효율적으로 작동하지 못하게 한다.

발생할 수 있는 다른 문제점은, 바람직한 실시예에서 200℉에 도달할 수 있는 순환 유체의 온도가 전환기와는 상이한 속도로 밸브 본체에 팽창 또는 접촉할 수 있다는 점이다. 이는 밸브의 비효율적인 제어를 초래하고, 최악의 상황에서는, 밸브를 정지하게 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 20에 도시한 로터리 밸브의 실시예는 밸브 본체의 내부와 전환기 사이에 일련의 유체 통로를 구비함으로써, 전환기와 밸브 본체 사이에서 유체의 작은 막 또는 두께가 연장하게 한다. 유체(냉매가 에틸 글리콜을 포함하는 경우)는 액체 베어링 또는 윤활제로서 작용함으로써, 밸브 본체에 대해 자유롭게 전환기를 회전하게 하므로, 밸브에 오염물이 엉겨붙는 것을 최소화 한다.

보다 상세하게, 본 실시예에서, 도 22, 도 24 내지 도 26에 도시한 바와 같이, 밸브 본체(700)는, 밸브 본체(700)의 내부면을 따라 형성된 일련의 홈부 또는 채널(702)을 구비한다. 도시한 실시예에 있어서, 다수의 홈부(702)는 밸브 본체(700)의 일 단부로부터 다른 단부로 연장된다. 홈부가 상호연결된 것으로 도시되지 않지만, 특정 경우에 홈부를 상호연결하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 대향 단부에서 종결하는 홈부 대신에, 홈부는 일 단부 쪽으로 하측으로 연장된 다음, 밸브 본체의 전방으로 회전하여 복귀할 수 있다. 바람직하게, 홈부(702)는 밸브 본체의 입구 단부로부터 지향됨으로써, 밸브 본체에 도입하는 유체를 홈부(702) 내의 채널로 허용한다.

밸브 본체의 내부면 상에 홈부(702)를 마련하면, 전환기와 밸브 본체(700) 사이에 존재하는 접촉면을 최소화한다. 이는 전환기를 회전시키기에 필요한 토크를 저감하는데 도움을 준다.

도 22에 도시한 바와 같이, 홈부가 없는 밸브 본체 내의 영역을 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 출구(704)의 대향 측부는 유체를 가둘 수 있기 때문에 홈부를 구비하지 않는다.

또한, 밸브 본체는, 밸브 본체의 외부 상에 일련의 홈부(706)를 구비하는 것이 바람직하다. 외부에 홈부를 마련하면, 밸브 본체가 균일한 벽 두께를 갖도록 설계된다. 상술한 바와 같이, 냉매의 온도는 재료가 가열됨에 따라 밸브 본체를 팽창시킬 수 있도록 매우 높아질 수 있다. 벽 두께가 일정하지 않다면, 밸브 본체 내부의 형상이 차이가 있을 수 있다. 이는 누설을 초래할 수 있거나, 또는 전환기의 팽창에 따라서 부품의 포착을 초래할 수 있다. 홈부(702)와 상보적인 형상을 내부면 상에 갖는 밸브 본체의 외부면에 홈부(706)를 선택적으로 구비함으로써, 균일한 벽 두께가 형성된다.

일 바람직한 실시예에 있어서, 밸브 본체(700)의 내부면 상에 형성된 홈부(702)는 균일한 형상이며 중앙에서 4 mm로 이격된다. 홈부의 밸리 및 피크 각각은 약 1.5 mm의 반경을 갖는 것이 바람직하고, 홈부의 깊이는 약 1.5 mm인 것이 바람직하다. 밸브 본체(700)의 외부면 상에 형성된 홈부(706)는 유사한 구성이지만, 도 26에 도시한 바와 같이 편위됨으로써, 외부의 홈부(706)의 밸리가 (밸브 본체 둘레에서 균일한) 대략 3 mm인 2개 사이의 거리로서 내부의 홈부(702)의 피크와 반경방향으로 정렬된다. 피크 사이의 전체 거리는 대략 4.5 mm이다. 물론, 상술한 치수 중 어느 하나는 설계되는 밸브 본체의 구성에 따라 변경될 수 있다.

상술한 바와 같이, 전환기(708)는 밸브 본체(700) 내에 위치된다. 전환기는 상술한 바와 거의 동일하다. 전환기(708) 내의 주요 차이점은 전환기(708)의 외부면의 일부 내에 홈부(710)를 마련하는 것이다. 이는 도 21 및 도 23에서 명확하게 알 수 있다. 밸브 본체와 함께, 전환기 내의 홈부(710)는 일 단부로부터 다른 단부로 연장되며 균일한 형상이 바람직하다. 다시, 전환기(708) 상의 홈부(710)의 형상 및 구성은 변경될 수 있다.

도 23에 도시한 바와 같이, 홈부(710)는 개구(712, 713) 중 일부 또는 그 모두를 가로질러 연장될 수 있다. 밸브 본체(700)와 함께, 전체의 벽 두께를 균일하 게 제공하기 위해, 전환기(708)는, 전환기(708)의 내부면 상에 추가적인 홈부(714)를 구비하는 것이 바람직하다.

도 26에 도시한 바람직한 실시예에 있어서, 전환기(708)의 외부면 상의 홈부(710)는 균일한 형상이며 중앙에서 약 3 mm로 이격된다. 홈부(710)의 밸리와 피크 각각은 약 1.0 mm의 반경을 갖는 것이 바람직하고, 홈부의 깊이는 약 1.5 mm인 것이 바람직하다. 전환기(708)의 내부면 상에 형성된 홈부(174)는 외부면 상의 것과 유사한 구성이지만, 도 26에 도시한 바와 같이 편위됨으로써, 외부의 홈부(710)의 밸리가 (밸브 본체 둘레에서 균일한) 대략 3 mm인 2개 사이의 거리로서 내부의 홈부(714)의 피크와 반경방향으로 정렬된다. 피크 사이의 전체 거리는 대략 4.5 mm이다. 물론, 상술한 치수 중 어느 하나는 설계되는 밸브 본체의 구성에 따라 변경될 수 있다.

도 24 및 도 25는 밸브 본체(700) 내에 장착된 전환기(708)를 갖는 밸브 내부의 도면들이다. 도 14에 있어서, 하나의 출구를 통한 흐름은 전환기(708)에 의해 차단된 것으로 도시된다. 동일한 위치에서, 밸브 본체의 다른 측부 상의 출구는 도 25에 도시한 바와 같이 개방된다. 바람직하게, 바이패스 출구 또는 라디에이터 출구를 밀봉하도록 설계된 전환기의 일부 등의 유체 흐름을 방지하는 실링을 제공하도록 설계된 전환기(708)의 내부면의 영역 내에 형성된 홈부(710)가 없다. 이에 따라, O링은 라디에이터 출구를 위한 보다 수동적인 시일을 계속하여 제공한다.

전환기(708)와 밸브 본체(700) 내에 홈부(리브)를 마련하는 것으로부터 얻어 지는 또다른 이점은 추가적인 강성이다. 홈부는 구조체의 좌굴 강도(buckling strength)(특히, 극한 고온 환경에서 중요함)를 증가시킴으로써 강도를 추가한다.

밸브 설계의 또다른 특성은 O링 시일에 관한 것이다. 전환기 내에 시일을 고정하기 위해, 전환기 내의 시트는 전환기의 내부로 연장되는 복수의 구멍을 구비할 수 있다. 본 실시예에 있어서, O링 시일은 O링 시트 내의 구멍에 사응하는 이격 간격으로 O링으로부터 하측으로 연장되는 스템(stems)을 구비할 것이다. 스템의 단부는 O링 시트 내의 구멍보다 약간 큰 폭 치수를 갖는 로킹 벌브(locking bulb) 또는 바브(barb)를 구비함으로써, 벌브는 시트 내로 O링 시트를 고정한다. 작은 크기의 구멍(예컨대, 1.5 mm)은 전환기 내부로부터 O링 시트 상으로 유체의 작은 통로를 허용할 것이다. 이러한 유체는 시일에 윤활하는 기능을 하고 또한 작동 시에 시일을 냉각하는데 조력한다.

본 발명이 특정한 실시예(들)에 대해 기술되었지만, 본 명세서 및 도면을 판독할 때 동등한 변경 및 수정이 당업자에게 이루어질 수 있음이 명백하다. 더욱이, 본 발명의 특정한 특징은 몇 가지 기술된 실시예 중 하나 이상만에 대하여 상술하였지만, 이러한 특징은 소정의 또는 특정 적용에 대해 유용할 수 있으므로, 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 결합될 수 있다.

Claims (45)

1. 차량 내의 냉매 시스템을 통해 냉매의 흐름을 제어하는 밸브에 있어서,

   내부를 형성하는 원통형 내부면을 갖는 측벽, 전방 단부, 후방 단부, 상기 전방 단부, 상기 후방 단부 또는 상기 측벽 중 하나 내에 형성된 입구 통로(inlet passageway) 및 상기 전방 단부, 상기 후방 단부 또는 상기 측벽 중 하나 내에 형성된 2개 이상의 배출 통로(discharge passageways)를 갖는 본체;

   원통형 외부면을 갖는 측벽을 구비한 관형의 흐름 전환기(tubular flow divertor)로서, 상기 흐름 전환기는 상기 본체의 내부에서, 상기 입구 통로와 상기 배출 통로 사이에 배치되며 상기 흐름 전환기의 측벽의 외부면이 상기 본체의 측벽의 원통형 표면에 인접하게 배치되도록 위치되고, 상기 흐름 전환기는 중공형 내부, 상기 입구 통로로부터 입구 방향으로 유체의 흐름을 수용하는 입구, 및 상기 흐름 전환기 내에 형성되며 상기 배출 통로 중 하나 내로 상기 유체의 흐름의 적어도 일부를 상기 입구 방향과는 상이한 배출 방향으로 배출하는 하나 이상의 배출 개구를 구비하는, 상기 관형의 흐름 전환기; 및

   상기 본체에 대해 상기 흐름 전환기를 회전시키도록 상기 흐름 전환기에 결합된 모터;를 포함하며,

   상기 흐름 전환기는 중심축을 갖고, 상기 유체의 흐름 중 적어도 일부에 대한 상기 배출 방향을 제어하기 위해 상기 입구 통로에 대한 상기 하나 이상의 배출 개구 또는 상기 입구 중 하나의 위치를 변경하도록 상기 중심축 둘레로 상기 본체에 대해 회전가능하고,

   상기 밸브는 상기 본체와 상기 흐름 전환기에 의해 형성되며 상기 본체와 상기 흐름 전환기 사이에 위치된 유체 베어링을 형성하여 상기 본체에 대한 상기 흐름 전환기의 회전을 용이하게 하고, 상기 유체 베어링은 상기 본체의 내부면 또는 상기 흐름 전환기의 외부면 상에 형성된 복수의 홈부를 구비하며, 상기 홈부는 상기 본체와 상기 흐름 전환기 사이에 상기 유체 베어링을 형성하도록 유체를 수용하는 것을 특징으로 하는

   밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 홈부는 흐름 전환기 벽의 외부면에 형성되고,

   상기 흐름 전환기와 상기 밸브 본체 사이의 누설을 방지하도록 상기 본체의 원통형 벽에 대해 밀봉하도록 상기 홈부 중 일부 내에 시일 부재(seal member)가 위치되는 것을 특징으로 하는

   밸브.
4. 제1항에 있어서,

   상기 본체의 후방 단부에 위치되는 장착 플레이트를 더 포함하며,

   상기 장착 플레이트는, 상기 모터로부터 상기 밸브 본체의 제거를 용이하게 하여 밸브 구성요소의 보수 또는 교체를 위해 상기 본체의 내부에 접근하게 하도록 상기 모터에 상기 밸브 본체를 탈착가능하게 부착하는 복수의 파스너를 수용하고,

   상기 밸브의 본체는 상기 장착 플레이트 반대측의 상기 본체의 전방 단부에 배치된 플랜지를 구비하며,

   상기 본체는, 상기 본체의 내부에 상기 흐름 전환기를 둘러싸도록 상기 플랜지에 장착되는 폐쇄 플레이트(closure plate)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는

   밸브.
5. 제1항에 있어서,

   상기 2개 이상의 배출 통로는 제 1 배출 통로와 제 2 배출 통로를 구비하고,

   상기 흐름 전환기는 제 1 흐름 위치와 제 2 흐름 위치 사이에서 회전가능하며,

   상기 배출 통로들 및 상기 흐름 전환기는, 상기 흐름 전환기가 상기 제 1 흐름 위치에 있는 경우에 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 제 1 배출 통로 내로 유체를 지향시키고, 상기 흐름 전환기가 상기 제 2 흐름 위치에 있는 경우에 상기 흐름 전환기의 내부로부터 상기 제 2 배출 통로 내로 유체를 지향시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는

   밸브.
6. 제1항에 있어서,

   상기 배출 개구는 상기 흐름 전환기의 원통형 벽의 원주의 절반 둘레로 연장되는 것을 특징으로 하는

   밸브.
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,

   상기 홈부는 상기 본체의 하나 이상의 부분을 따라 종방향으로 연장되며 상기 홈부 내의 유체 흐름을 수용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는

   밸브.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,

    상기 홈부 중 하나 이상은 상기 배출 개구로 연장되는 것을 특징으로 하는

    밸브.
11. 제10항에 있어서,

    상기 흐름 전환기의 배출 개구는 비원형인 것을 특징으로 하는

    밸브.
12. 제1항에 있어서,

    상기 흐름 전환기는, 상기 흐름 전환기의 일 단부 벽 상에 소켓을 구비하고,

    상기 모터는 샤프트와 상기 흐름 전환기 사이의 토크 전달을 위해 상기 소켓에 의해 결합되는 상기 샤프트를 구비하는 것을 특징으로 하는

    밸브.
13. 순환되는 냉매 유체를 갖는 자동차용 냉매 장치에 있어서,

    가압된 상기 냉매 유체의 흐름을 배출시키는 워터 펌프;

    내부를 형성하는 원통형 내부면을 갖는 측벽을 구비하는 밸브의 본체로서, 상기 밸브의 본체의 내부 내에 상기 냉매 유체를 수용하도록 제 1, 제 2 및 제 3 개구(openings)를 구비하며, 각각의 개구는 전방 단부, 후방 단부 또는 측벽 중 하나 내에 형성되는, 밸브의 본체;

    엔진으로부터 라디에이터로 냉매 유체를 전달하도록 상기 자동차의 라디에이터와 상기 엔진 사이에 결합되는 라디에이터 입구 라인;

    상기 라디에이터로부터 상기 밸브의 내부로 냉매 유체를 전달하도록 상기 밸브의 제 1 개구와 상기 라디에이터 사이에 결합되는 라디에이터 복귀 라인;

    상기 라디에이터 입구 라인으로부터 상기 밸브의 내부로 냉매 유체를 전달하도록 상기 밸브의 제 2 개구와 상기 라디에이터 입구 라인 사이에 결합되는 라디에이터 바이패스 라인;

    상기 워터 펌프로부터 상기 엔진으로 냉매 유체를 전달하도록 상기 워터 펌프와 상기 엔진 사이에 결합되는 엔진 입구 라인;

    상기 워터 펌프로부터 상기 자동차의 구성요소로 냉매 유체를 전달하도록 상기 자동차의 구성요소와 상기 워터 펌프 사이에 결합되는 구성요소 입구 라인; 및

    상기 자동차의 구성요소와 상기 밸브의 제 3 개구 사이에 결합되는 구성요소 복귀 라인;을 포함하며,

    상기 밸브는 원통형 외부면을 갖는 측벽을 구비한 관형의 흐름 전환기를 구비하며, 상기 흐름 전환기는 상기 밸브의 본체의 내부에 회전가능하게 배치되며 상기 흐름 전환기의 측벽의 외부면이 상기 본체의 측벽의 원통형 표면에 인접하게 배치되도록 위치되고,

    상기 흐름 전환기는 중공형 내부를 형성하며, 상기 밸브의 본체에 대한 상기 흐름 전환기의 회전 위치에 따라서 상기 제 1, 제 2 또는 제 3 개구 중 하나 이상으로부터 냉매 유체를 수용하는 구멍(aperture)을 갖고,

    상기 냉매 유체는 입구 방향으로 흐르고, 상기 흐름 전환기는 상기 제 1, 제2 및 제 3 개구 중 다른 하나 내로 상기 유체의 흐름의 적어도 일부를 상기 입구 방향과는 상이한 배출 방향으로 배출하는 하나 이상의 배출 개구를 갖고,

    상기 흐름 전환기는 중심축을 갖고, 상기 유체의 흐름 중 적어도 일부에 대한 상기 배출 방향을 제어하기 위해 상기 제 1, 제2 또는 제3 개구 중 하나 이상에 대한 입구 또는 배출 개구의 위치를 변경하도록 상기 중심축 둘레로 상기 본체에 대해 회전가능하고,

    상기 밸브는 상기 본체와 상기 흐름 전환기에 의해 형성되며 상기 본체와 상기 흐름 전환기 사이에 위치된 유체 베어링을 형성하여 상기 본체에 대한 상기 흐름 전환기의 회전을 용이하게 하고, 상기 유체 베어링은 상기 본체의 내부면 또는 상기 흐름 전환기의 외부면 상에 형성된 복수의 홈부를 구비하며, 상기 홈부는 상기 본체와 상기 흐름 전환기 사이에 상기 유체 베어링을 형성하도록 유체를 수용하는 것을 특징으로 하는

    자동차용 냉매 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 자동차의 구성요소는 트랜스미션인 것을 특징으로 하는

    자동차용 냉매 장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 자동차의 구성요소는 오일 팬인 것을 특징으로 하는

    자동차용 냉매 장치.
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