KR20010030940A - 열교환기의 바이패스밸브 - Google Patents

Abstract

바이패스밸브(14)와 동일한 것을 사용하는 열교환기(12)를 공개하며 여기에서 바이패스밸브(14)는 열교환기입구(26)로부터 열교환기출구(30)에 이르는 단락(短落)을 이루어 어떤 온도조건 이하에서는 열교환기의 작동을 중지시킨다. 바이패스밸브 (14)는 체임버(chamber)(48)를 정하는 하우징(46)을 포함한다. 3개의 메인포오트 (main port)(50, 52, 54)는 체임버(48), 밸브포오트인 하나(54)와 통한다. 체임버(48)내에 위치한 온도반응액추에이터(actuator)(64)는 스프링하중을 받는 밸브를 작동시켜서 밸브포오트(54)를 개폐한다. 밸브포오트(54)는 열 교환기 입구(26) 또는 출구(30)중 어느 하나와 연결되어 있을 수 있으며 기타 메인포오트는 이 때 열교환기 입구(26) 또는 출구(28)의 기타와 병렬로 연결되어 있다.

Description

열교환기의 바이패스밸브{BY-PASS VALVES FOR HEAT EXCHANGERS}

본 발명은 열교환기 와 특히 열교환기의 열전달기능이 필요 없거나 또는 간헐적(間歇的)으로만 필요한 조건하의 열교환기회로(heat exchange circuit)에서 열교환기를 바이패스시키기 위한 바이패스에 관한 것이다.

자동차공업에서와 같은 어떤 적용에 있어서 열교환기는 엔진오일이나 변속기유 또는 오일과 같은 어떠한 액체를 냉각 또는 가열시켜주기 위하여 사용된다. 예를들자면, 변속기유의 경우에 열교환기는 변속기유를 냉각시키기 위하여 사용된다. 열교환기는 일반적으로 변속기로부터 떨어져 있어서 변속기로부터 공급튜브를 통하여 고온의 변속기오일을 받아 내어 그것을 냉각시켜서 리턴튜브(return tube)를 통하여 재차 변속기로 되돌려 전달한다. 그러나, 변속기가 시동상태와 같이 찰 때 변속기오일의 점도가 커서 적어도 용이하게 열교환기를 통하여 흐르지 못한다. 이러한 경우에 변속기는 오일이 부족하여 손상이나 적어도 성능의 저하를 초래한다. 변속기의 누적손상 또한 복귀하는 오일량이 적당하지만 대기온도가 낮아서 과냉이 되어도 일어날 수도 있다. 이러한 경우에 예컨대 , 오일내의 습기응축(그렇지않으면 보다 높은 온도에서 증발됨)이 쌓일 수도 있어 부식손상 또는 오일 열화의 원인이 된다.

냉유동부족문제를 극복하기 위하여 과거로부터 다양한 해결방안이 제시되어 있다. 그 중의 한가지는 열교환기 공급라인과 변속기에 이르는 리턴라인사이에 단락작용을 하는 작은 바이패스관을 사용하는 것이다. 이것이 일부 냉유동을 공급하여 변속기의 오일이 부족하지 않도록 해주는 동안에 변속기액체가 작동온도에 이르기까지에는 변속기액체의 일부가 열교환기를 통과하지 않기 때문에 그것이 열교환효율을 저하시킨다. 이러한 문제는 오일이 열을 받으면서 변속기오일점도를 변화시킴으로서 악화된다. 환언하면 찬 온도에서 고갈을 방지하기 위하여 충분한 유동을 주기 위한 바이패스찬넬은 오일이 가열되어 점도가 낮아질 때까지 과대한 바이패스유동을 시킨다.

간단한 바이패스찬넬에 의한 저 효율을 극복해 주기 위하여 바이패스라인에 실용적인 개폐밸브를 설치하기를 제안해 오고 있다. 오일이 차면 바이패스찬넬이 열리고 오일이 가열되면 바이패스라인의 밸브가 닫혀 더 이상의 바이패스를 방지한다. 오일온도가 어떤 한계를 상회할 때에는 팽창 수축 또는 회전하는 바이메탈스트립(bimetallic strip)이나 또는 기타 장치타입과 같은 보통 온도반응밸브 요소중의 몇 가지 유형이 사용되고 있다.

과거에 사용된 바이패스밸브에는 여러 가지 애로점이 있다. 밸브가 닫히고 바이패스유동이 멈출 때 밸브의 몇 가지 유형으로 오일온도를 감지하고 밸브작동을 시켜주는 요소는 유동경로에서 벗어나거나, 또는 유동통로에 과대 노출이 되어버린다. 전자의 경우에는 밸브액추에이터가 정확히 오일온도를 감지하여 제 때에 개폐할 수 있는 기능을 상실한다. 후자의 경우에는 밸브액추에이터는 오일작동온도범위의 극단에서 오일에 노출이 되어서 액추에이터의 몇 가지 유형을 영구적으로 손상시킬 수 있다.

과거에 사용된 액추에이터밸브에 관한 기타 문제는 이들 밸브가 개폐될 때 유로 내에 피크압력(peak pressure)을 일으킬 수 있다는 데 있다. 이것은 변속기 작동이 압력에 민감하고 피크압력은 변속기의 변속에 영향을 주는 고로 변속기오일 냉각에 극히 바람직하지 못하다.

본 발명은 밸브체임버내에 바이패스밸브온도에 민감한 액추에이터를 설치하여 열교환기에 이른 공급 또는 리턴유동을 이 체임버를 통과하도록 함으로서 상기의 허다한 문제점을 극복한다. 바이패스유동도 또한 본 체임버를 통과한다.

이제 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 예를 들어서 설명하고자 하며 도면의 내용은 다음과 같다:

도 1은 본 발명에 따르는 바이패스밸브의 실시 예를 택한 열교환기의 투시약도이다;

도 2는 도 1과 유사한 투시도이나 본 발명에 따르는 바이패스밸브의 다른 실시예의 투시도이다;

도 3은 바이패스밸브가 열려 있는 상태를 도시하는 도 1의 3 - 3선에 따라 취한 단면도를 도시이다;

도 4는 도 3과 유사한 단면도이나 바이패스밸브가 닫힌 상태를 도시한다;

도 5는 도 3과 유사한 단면도이나 열교환기에 이르는 유동을 차단하는 한가지 수정을 도시하고 있다;

도 6은 도 5와 유사한 단면도이나 바이패스밸브가 닫히고 열교환기가 차단되지 않은 상태를 도시하고 있다;

도 7은 도 5 및 6의 바이패스밸브에 사용된 이동폐밸브의 투시도이다;

도 8은 도 7의 8 - 8선에 따라 취한 단면도이다;

도 9는 도 3과 4의 바이패스밸브에 있어서 밸브카트리지 또는 선조립의 단면일부의 입면도이다;

도 10은 도 5와 6의 바이패스밸브에 사용된 밸브카트리지 또는 소조립의 단면 일부의 입면도이다;

도 11은 도 3과 유사한 입면도이나 도 2의 11 -11선에 따라 취하고 한가지의 3 포오트 바이패스밸브를 도시한다;

도 12는 도 11과 유사한 입면도이나 바이패스밸브가 닫혀 있는 상태를 도시하고 있다;

도 13은 도 5와 유사한 입면도이나 한가지의 3포오트 바이패스밸브를 도시하고 있다.

도 14는 도 13과 유사한 입면도이나 바이배스밸브가 닫혀 있는 상태를 도시하고 있다;

본 발명의 한가지 관점에 따르면 열교환기를 위한 하나의 바이패스밸브가 구비되어 있으며 본 바이패스밸브는 그 안에서 체임버를 정하여 주는 하우징, 체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3 메인포오트를 포함하고 있다. 메인포오트중의 어느 하나는 밸브포오트이며 체임버에 면하는 주위의 밸브좌를 가지고 있다. 가동부재는 밸브좌와 물려서 밸브포오트를 개폐시킨다. 또한 온도반응액추에이터는 체임버내에 들어 있으며 재와 작동되도록 결합이 되어 있어서 밸브부재를 이동시킴으로서 밸브포오트를 개폐시킨다.

본 발명의 다른 관점에 따르면 하나의 열교환기는 유입구멍을 가진 유입매니폴드와 유출구멍을 가진 유출매니폴드 및 유출입매니폴드사이에서 연결된 복수개의 떨어져 있는 열교환기 도관을 포함한다. 바이패스밸브는 그 안에 들어 있는 체임버를 정해주는 하우징 본 체임버와 통하는 제1, 2, 3의 메인포오트를 포함한다. 제1 메인포오트는 밸브포오트이며 본 체임버에 면한 주위의 밸브좌를 가지고 있다. 밸브포오트를 유출입구중의 어느 하나에 연결시켜주는 제 수단이 제공되고 있다. 가동밸브부재는 밸브좌가 밸브포오트를 개폐하도록 적응이 되어 있다. 온도반응액 츠에이터는 체임버내에 들어 있어서 밸브부재를 이동하기 위하여 밸브부재에 작동하도록 결합되어있어서 밸브포오트를 개폐시켜준다. 또한 제2메인포오트, 체임버 및 제3포오트를 기타의 유출입과 병렬로 연결시켜주는 수단이 구비되어 있다.

본 발명을 실시하기 위한 최선의 모드를 첨부도면에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1을 참조하면 열교환기회로(10)가 제시되어 있으며 열교환기(12), 및 본 발명에 따르는 바이패스밸브(14)의 한가지 실시 예를 포함한다. 본 발명에 있어서는 여하한 유형의 열교환기라도 사용이 가능하다. 전형적인 2가지 패스열교환기가 도 1에 도시되어 있으며 입 또는 출구매니폴드가 될 수 있는 제1매니폴드(16), 리턴매니폴드(18) 및 제2 매니폴드(20)를 가지고 있다. 복수개의 떨어진 열교환기도관 (22, 24)이 매니폴드들사이에 연결되어 있어서 예컨대 제1매니폴드(16)가 유입매니폴드이면 유체는 유입매니폴드(16)로부터 도관(22)을 통하여 리턴매니폴드(18)로 흘러 들어가며 여기에서 방향을 바꾸어 도관(24)을 통하여 제2매니폴드(20)로 복귀하는 데 이것은 이제 출구매니폴드가 된다. 유동방향은 제2매니폴드(20)가 유입매니폴드가 되고 제1매니폴드(16)는 출구매니폴드가 되도록 역전될 수 있다. 그러나 열교환기(12)는 똑바르게 될 수 있어서 열교환기의 각 단부에 위치한 매니폴드(16, 20)를 가진 단순한 패스열교환기가 된다는 점을 알게 될 것이다. 이러한 경우에는 리턴매니폴드(18)가 필요없게 될 것이다.

제1매니폴드(16)가 유입매니폴드이면 유입구멍(26)과 형성되며 유입도관(28)은 유입구멍(26)과 통하도록 연결된다. 제2매니폴드(20)가 유출매니폴드이면 유출구멍(30)과 형성되며 출구도관(32)은 출구구멍(30)과 통하도록 연결된다. 그러나 유동방향이 역전되면 출구도관(32)은 유입도관이 되고 유입도관(28)은 출구도관이 된다는 점을 알게 될 것이다. 도관(28, 32)은 이하 보다 상세히 설명하는 바와 같이 바이패스밸브(14)의 입출구 포오트에 연결된다. 공급도관(34, 36) 또한 이하 상세히 설명하는 바와 같이 바이패스밸브(14)내의 포오트들에 연결된다. 공급도관(34, 36)은 유동라인을 도관(34, 36)에 부착시키기 위한 단부피팅(end fitting) (38, 40)을 가지고 있다. 열교환기(12)가 변속기오일냉각기로 사용되는 곳에서는 단부피팅(38, 40)은 변속기와 열교환기회로(10)간에 고무호스를 달아서 크램핑시킬 수가 있다. 그러나 여하한 타입의 단부피팅(38, 49)라도 사용이 가능하며 열교환회로(10)를 왕래하는 오일라인의 유형에 맞출 수가 있다. 바이패스밸브(14)는 4개의 도관(28, 32, 34 및 36)이 바이패스밸브(14)에 연결되어 있음으로 4개 포오트 바이패스밸브라고 한다.

도 2는 도 1과 유사하며 유사한 번호가 도 2와 연속 도면들에도 사용되고 있어서 도 1에 도시되어 있는 실시 예들과 일치하는 부품들을 지시하고 있다. 하지만 도 2의 열교환기회로(42)는 도관 (28) 및 (36)과 연결하는 그로부터 나오는 단일도관(45)을 가지고 있음으로 하나의 3포오트바이패스밸브로서 되어 있는 바이패스밸브(44)를 가지고 있으며 이의 목적은 아래에 다루려고 한다.

다음에 도 3과 도 4를 참조하여 4포오트바이패스밸브(14)가 도시되어 있으며 그 안에서 체임버(48)를 정해주는 하우징(46)을 가지고 있다. 하우징(46)은 3개의 메인포오트(main ports)나 구멍들(openings)(50, 52 및 54)을 가지고 있다. 이러한 메엔포오트중의 어느 하나 즉 메인포오트(54)는 밸브포오트(valve ports)라고 한다. 밸브포오트(54)는 2개의 하위 분기포오트들(branch ports)(56, 58)과 통해 있으며 도관들 (28, 36)은 각각 분기포오트들(56, 58)과 연결되어 있다.

밸브포오트(54)는 체임버(48)에 면한 주위의 밸브좌(60)를 가지고 있으며 가동밸브부재(62)는 밸브좌(valve seat)(60)와 어울려서 밸브포오트(54)를 개폐시킨다.

온도반응액추에이터(64)는 체임버내에 위치하여 밸브부재(62)와 작동이 되도록 결합이 되어 있어서 밸브부재(62)를 이동시켜 밸브포오트(54)를 개폐시킨다. 액추에이터(64)는 때로는 열모터(thermal motor)라고 하며 그것은 피스톤과 실린더 타입의 장치인데 실린더는 팽창, 수축을 하는 왁스(wax)와 같은 열에 민감한 물질로 충진되어 있어서 액추에이터로 하여금 설정온도로 열을 받으면 축방향에 따라서 팽창하고 이러한 설정온도이하로 되면 냉각되어 수축한다. 바이패스밸브(14)가 자동차 변속기 오일쿨러로 사용되는 곳에서는 이러한 설정온도는 열교환기회로(10)로부터 변속기로 복귀하는 오일이 약 80℃가 되도록 되어 있다.

도 3과 4와 더불어 다음 도 9를 참조하여 알 수 있는 것은 액추에이터(64)가 체임버(48)의 중심축에 따라서 위치하며 또한 밸브포오트(54)역시 마찬가지다. 액추에이터(64)의 실린더는 밸브포오트(54)의 중심 축에 따라서 배열되어 있다. 중심축(66)은 밸브포오트(54)를 일부 닫아주는 폐쇄된 단부(end portion)(68)를 가지고 있다. 도 3과 9에 도시되어 있는 바와 같이 그의 정상 또는 정지위치에서 폐쇄된 단부(68)에 인접하여 위치한 환상 링의 형태로 되어 있는 밸브부재(62)는 중심축(66)으로부터 횡측으로 뻗어 있어서 밸브좌(60)와 물려서 도 4에서 도시한 바와 같이 밸브포오트(54)를 완전히 닫아 준다. 환상링(62)과 폐쇄된 단부(68)는 중심 축에 따라서 움직여 밸브포오트(54)를 개폐시키는 왕복프럭(reciprocating plug)을 형성한다.

환상링 또는 밸브부재(62)는 중심축(66)상에서 슬라이딩이 자유롭게 되도록 설치되어 있다. 리턴스프링(70)은 폐쇄된 단부(68)에 형성되어 있는 홈(도시되어 있지 않음)에 위치함으로서 폐쇄된 단부(68)에 부착되어 있다. 또, 상기 리턴스프링(70)은 환상링(62)이 중심축(66)으로부터 미끄럼을 방지시켜주기 위한 스토퍼(정지)역할을 해준다. 중심축(66)은 내부환상의 숄더(shoulder)(72)를 포함하며 숄더(72)와 환상링(62)사이에서 중심축(66)상에 설치된 코일스프링(74)은 환상링(62)을 스톱(정지) 또는 리턴스프링(70)쪽으로 몰거나 치우치도록 한다.

상기와 같이 열모터 또는 액추에이터(64)는 피스톤(76)을 가지고 있는 데 이것은 하우징(46)의 일부이거나 또는 하우징을 닫는 이동 가능한 마개(closure)(80)로 형성되어 있는 축방향에 따른 홈(78)(도 9참조)에 부착 또는 압입되어 있다. 마개(80)는 O-링실(82)을 가지고 있으며 적당한 핀이나 셋스크류(set screw) 또는 "C"-써클립(clip) 또는 스냅링(도시되어 있지 않음)과 같은 기타유형인 파스너(fastner)에 의하여 자리를 잡게 된다. 이하 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 열모터(64)가 설정온도에 도달하면 축방향에 따라 팽창한다. 피스톤(76)은 자리를 잡아 고정되어 있음으로 열모터(64)의 일부인 중심축(66)은 리턴스프링(70)을 압축하여 밸브포오트(54)를 닫으면서 밸브포오트(54)를 통하여 하향한다. 체임버(48)내의 온도가 설정온도이하로 떨어지면 열모터(64)는 수축하며 리턴스프링(70)은 리턴스프링(70)이 환상링(62)과 물려서 이를 밸브좌(60)로부터 들어올려서 다시 밸브포오트(54)를 열 때까지 중심축(66)으로 하여금 상향토록 한다. 밸브포오트(54)가 도 3에 도시된 바와 같이 열려있을 때 리턴스프링(70)은 밸브포오트(54)를 통하여 체임버(48)안으로 팽창하지만 그것은 밸프포오트(54)를 통과하는 흐름에 대하여 현저한 영향을 주지 않는다.

도 9에서 자명한 바와 같이 마개(80), 열모터(64), 코일스프링(74), 환상링(62) 및 리턴스프링(70)은 바이패스밸브(14)의 카트리지 또는 서브어셈블리(84)을 형성한다. 서브어셈블리(subassembly)(84)이 바이패스밸브(14)에서 제거되면 열모터(64)나 스프링(70, 74)에 손상을 주지 않고도 납땜과 같은 방법으로 여러 도관을 하우징(46)에 부착할 수 있다. 그 다음에 마개(80)를 밸브포오트(54)와 반대방향에 위치시켜서 하우징(46)내에 카트리지(84)를 설치하며 열교환기회로(10)가 이제 사용할 준비가 되어 있다.

바이패스밸브(14)의 작동을 이제 도 1, 3 및 4를 참조하여 설명하고자 한다. 열교환기회로(10)는 도관(34)이나 또는 도관(36)으로 작동이 가능하며 하나는 유입도관이며 다른 것은 유출도관이 된다. 도관(34)이 유입도관인 경우 또는 환언하면 유입도관이 변속기로부터 뜨거운 변속기오일을 받을 때 이것은 때로 편의상 정상류(normal flow)라고 한다. 이러한 경우에 있어서 도관(36)은 유출도관이 되며 변속기오일을 열교환기(12)로 냉각시킨 후에 변속기로 되돌려준다.

도관(36)이 뜨거운 변속기액체 또는 오일을 변속기로부터 받는 유입도관이 되고 도관(34)이 냉각된 오일을 변속기에 되돌려주는 유출 또는 복귀도관인 경우에 이러한 배열을 때로는 편의상 가역(可逆)흐름이라고 한다.

우선 정상류상태부터 다루어 보면 변속기오일과 열교환기회로(10)가 가열되어 작동온도에 이르면 바이패스밸브(14)는 도 4와 같이 된다. 뜨거운 엔진오일이 유입관(34)으로 들어가서 연속적으로 메인포오트(52), 체임버(48) 및 메인포오트(50)를 통과하여 열교환기유입도관(32)에 이른다. 뜨거운 유체는 열교환기(12)를 통과하여 유출도관(28)을 통하여 되돌아 와서 분기포오트(56, 58)를 통과 유출도관(36)을 거쳐 나와 변속기로 되돌아온다. 이러한 경우에는 밸브포오트(54)가 닫혀 있어서 바이패스흐름이 없다. 도관(28, 36)을 통하여 변속기로 되돌아 온 유체가 약 80℃이하로 떨어지면 액추에이터(actuator)(64)가 수축하여 밸브부재(62)로 하여금 밸브좌(60)를 들어올려서 밸브포오트(54)를 열리도록 한다. 이것은 도관(34)으로부터 체임버(48)를 통하여 바이패스흐름을 형성하며 밸브포오트(54)를 통하여 변속기에 되돌아 오는 도관(36)내 흐름과 합류하게 된다. 유체 또는 오일의 온도가 엔진시동시와 같이 매우 찰 때 오일은 점도가 커서 실제적으로 열교환기를 통하여 흐르지 못하며 흐름은 전적으로 유입도관(34)으로부터 유출도관(36)에 바이패스된다. 그러나 오일이 뜨거워지기 시작함에 따라서 도관(32)과 열교환기(12)를 통과하는 유량이 증가하기 시작하여 오일이 소요작동온도에 이를 때에는 전 유량은 열교환기를 통과하게 되며 밸브부재(62)는 밸브포오트 (54)를 닫아 바이패스흐름을 차단하게 된다. 바이패스밸브(14), 또는 적어도 밸브부재(62)다 열려 있을 때 밸브 포오트(54)는 출구포오트(outlet port)가 된다는 점을 알게 된다. 기타 메인포오트(52 및 50)은 이러한 정상유동상태에 있어서는 각각의 유입 및 유출포오트가 된다.

정상유동상태에 있어서 분기포오트의 어느 하나 즉 분기포오트(56)는 유입포오트가 되며 다른 분기포오트(58)는 유출포오트가 되어서 유입포오트(56)와 통해 있다. 밸브포오트(54)는 바이패스밸브(14)의 출구포오트가 되며 다른 메인포오트(52 및50)는 바이패스밸브(14)의 각각의 유입포오트와 유출포오트가 된다.

가역유동상태에 있어서 도관(36)은 변속기로부터 뜨거운 오일을 받아내는 유입도관이 되며 도관(34)은 냉각된 변속기오일을 변속기에 돌려주는 출구도관이 된다. 이러한 상태에서 변속기와 열교환기회로(10)가 작동온도이면 뜨거운 변속기 유체는 분기포오트(58)를 통과하며 유입포오트가 된다. 밸브부재(62)는 닫혀 있음으로 바이패스유동이 없다. 뜨거운 오일은 이제 계속하여 분기포오트(56)를 통과하며 유입분기포오트(58)와 통하는 출구포오트가 된다. 뜨거운 오일은 도관(28)과 열교환기(12)를 통과하여 도관(32)을 통과하여 복귀하며 연속적으로 제2메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)를 통과하고 도관(34)을 거쳐나와 변속기로 되돌아온다.

변속기로 되돌아 온 변속기오일이 설정된 온도이하로 떨어지면 액추에이터(64)가 밸브부재(62)로 하여금 열리게 하여 밸브포오트(54)로부터 메인포오트(52)와 도관(34)에 이르는 바이패스유동을 발생시킨다. 다시 오일이 엔진시동시와 같이 극도로 차게 되면 그런 일은 없겠지만 있다면 유체는 열교환기(12)를 거치며 거의 모두가 바이패스밸브를 통과하는 바이패스가 된다. 변속기오일이 뜨거워짐에 따라서 일부 유체는 열교환기(12)를 통과하기 시작하여 도관(32)을 거쳐서 체임버(48)에 이르고 도관(34)을 통하여 변속기로 되돌아간다. 이것은 액추에이터(63)로 하여금 어느 경우보다도 보다 신속히 가열되도록 한다. 유입도관(34)을 통하여 변속기에 되돌아 온 변속기 오일이 설정온도에 도달함에 따라서 액추에이터(64)는 팽창하여 밸브부재(62)를 닫아서 바이패스유동을 차단한다. 이러한 상태에서 밸브부재(62)는 코일스프링(74)에 의하여 자리를 잡도록 되어 밸브좌(60)와 단단히 밀착되어 있지 않음으로 해서 당 밸브부재(62)가 그러한 서지압력(surge pressure)에 의하여 밸브좌(60)를 들어올릴 수 있기 때문에 닫힐 때 일어날 수도 있는 여하한 피크압력(peak pressure)이 감소 또는 변화된다. 환언하면, 코일스프링(74)은 유입도관(36, 28)내의 피크압력을 흡수할 수 있음으로 이들 피크압력은 되돌아와서 변속기에 불리한 영향을 주지 아니한다. 밸브회로는 하우징이 혼합체임버역활을 하도록 되어 있으며 그 안에서 바이패스흐름과 열교환기유출흐름이 열액추에이터와 직접 접촉하여 혼합이 될 수 있음으로 열과도(熱過度)현상이 완화되며 액츠에이터는 직접 변속기로 되돌아온 혼합오일온도에 대응 할 수 있다. 또한 개폐간의 변환 중에 뜨거운 바이패스유동과 보다 찬오일쿨러리턴유동이 혼합되어(직접 접촉 액추에이터(64)에 의하여 제어됨으로서) 변속기에 되돌아온 오일의 여하한 온도과도현상을 완화시켜준다.

가역유동상태에 있어서 밸브포오트(54)는 바이패스밸브(14)의 유입포오트가 되며 다른 메인포오트들(50, 52)은 각각 바이패스밸브(14)의 유입 및 유출포오트가 된다.

바이패스밸브(14)의 기타 이점을 들자면 액추에이터(64)가 그를 통과하여 연속적으로 흐르는 오일을 가진 체임버(48)내에 위치하기 때문에 액추에이터가 신속히 가열 냉각된다는 점이다. 또한 변속기오일이 과열되거나 또는 피크온도(spike)에 이를 때 액추에이터(64)는 열교환기(12)로부터 가역유동상태의 체임버(48)내 또는 정상류동상태의 분기포오트(56, 58)내에서 일부 리턴유동(return flow)에 항상 노출되어 있기 때문에 손상을 입지 않는다.

상기와 같이 바이패스밸브(14)는 3개의 메인포오트를 가지고 있다. 밸브포오트(54)가 제1메인포오트로 간주되면 도관들 (28, 36)은 바이패스밸브(14)가 정상 유동 또는 가역유동상태에서 작동여하에 따라서 밸브포오트(54)와 통하는 제1유동도관 및 열교환기(12)의 유입 및 유출구멍중의 어느 하나로 간주할 수 있다. 밸브포오트(54)가 열교환기(12)의 입출구에 연결여하에 따라서 제2메인포오트, 즉 메인포오트(50)가 열교환기(12)의 다른 유출입구멍들에 연결된다. 제2유동도관, 즉 도관(34)은 제3메인포오트 즉 바애패스밸브(14)의 메인포오트(52)와 통한다. 이에 따라 기술한 바와 같이 가역유동상태에서 제1유동도관(28, 36)은 열교환기유입구이다. 도관(32)을 통하는 제2도관(34)은 열교환기의 출구가 된다. 정상유동상태에 있어서 제1유동도관(28, 36)은 열교환기출구가 되며 도관(32)을 통과하는 제2유동도관(34)은 열교환기입구가 된다.

다음 도 5, 6, 7 및 8을 참조하면 바이패스밸브(86)의 다른 실시 예가 바이패스밸브(14)와 유사하게 도시되어 있으나 바이패스개방상태에서 열교환기(12)에 이르는 유동을 전부 차단하도록 구비되어 있다. 바이패스밸브(86)에서 이동이 가능한 마개(88)는 복수개의 측면포오트(90)를 가지며 이들 측면포오트중의 어느 하나는 메인포오트(50)와 통해 있다. 마개(88)는 또한 측면포오트(90)와 통하는 축방향포오트(axial port)(92)를 가지고 있다. 축방향포오트(92)는 주위의 밸브좌(94)를 가지고 있으며 열모터(64)는 축방향포오트(92)가 주위밸브좌와 물려서 밸브부재(62)가 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 열려 있을 때 메인포오트(50)에 또는 이로부터의 유동을 차단하게 되어있는 제2밸브부재를 형성하는 제2의 환상링숄더(shoulder-어깨)(96)를 가지고 있다. 유의 할 점은 이러한 실시 예에서 메인포오트(52)는 보다 긴 이동 가능한 마개(88)와 적응하기 위하여 바이패스밸브(14)내 보다는 약간 낮게 위치해 있다는 것이다. 기타로서는 바이패스밸브(86)의 구조와 작동은 본질적으로 바이패스밸브(14)의 경우에 있어서와 동일하다. 바이패스밸브(86)는 대형 열교환기(12)가 냉각유동상태에서 비교적 낮은 내부유동저항을 가지며 사용되는 곳에서 특히 유용하다. 이러한 경우에는 숄더(96)와 밸브좌(94)로 되어 있는 상부밸브요소를 사용하여 열교환기(12)에로의 유동을 차단하는 것이 좋다. 그렇지 않으면 과냉의 오일이 변속기에 되돌아와서 이를 가열하는 데 과대한 시간이 소요되게 한다.

도 10은 바이패스밸브(86)의 서브어셈블리 또는 카트리지(cartridge)(98)를 제시하고 있다. 유의할 점은 카트리지(98)가 보다 긴 이동가능 마개(88)외에는 도 9의 카트리지(84)와 유사하다는 데 있다.

다음 도 2, 11 및 12를 참조하여 이제 3포오트바이패스밸브(44)를 보다 상세히 설명하여 보고자 한다. 바이패스밸브(44)는 동밸브가 확대된 메인 또는 밸브포오트 (100)를 가지며 단일 도관(45)은 밸브포오트(100)와 통해 있다는 점외에는 바이패스밸브(14)와 유사하다는 데 있다. 도 2에서 보는 바와 같이 도관(45)은 도관(28 및36)에 연결되어 있다. 가역유동상태에서 도관(36)은 열교환기(12)에 대한 유입구이며 뜨거운 오일을 변속기에서 받는다. 이러한 오일은 바이패스밸브요소(62)가 열려 있을 때 도관(45)과 밸브포오트(100)를 통하여 위로 흐른다. 이리하여 바이패스밸브는 체임버(48)를 통과하여 메인포오트(52)와 도관(34)에 이른다. 밸브부재 (62)가 바이패스유동이 없도록 닫히면 변속기로부터 도관(36)을 통하여 나오는 오일은 도관(28)내로 흐르며 바이패스밸브(14)의 경우처럼 열교환기(12)를 통하고 도관(32, 34)을 통하여 변속기로 되돌아온다. 정상유동상태에서 변속기로부터의 오일은 도관(34), 체임버(48) 및 도관(32)을 통하여 열교환기(12)로 흐른다. 열교환기로부터 오일은 출구도관(28)을 통과하며 바이패스유동이 없도록 밸브요소(62)가 닫히면 오일은 도관(36)을 통하여 흘러서 변속기에 되돌아온다. 밸브요소(62)가 열려 있으면 바이패스유동이 있어서 오일은 도관(34)으로부터 밸브포오트(100)를 통과하여 도관(36)을 통하여 변속기로 되돌아온다.

도 13 및 14는 도 11 및 12의 바이패스밸브(44)의 경우처럼 밸브포오트(100)와 통해 있는 단일 도관(45)을 가지고 있는 3포오트바이패스밸브(102)를 제시하고 있다. 바이패스밸브(102)는 또한 도 5 및 6의 바이패스밸브(86)의 경우와 같이 구멍형의 이동가능마개(88)를 가지고 있어서 바이패스밸브부재(62)가 열려 있을 때 열교환기에로의 유동차단을 시켜주고 있다.

본 발명의 실시 예들을 설명하면서 알 수 있는 점은 상기 구조에 다양한 변형을 가할 수 있다는 것이다. 우선 바이패스밸브(14, 44, 86 및 102)가 열교환기 및 바이패스밸브와 통해 있는 다양한 도관들과 분리 또는 별개의 품목으로 명시되어 있을 지라도 바이패스밸브들은 유출입 매니폴드(16, 20)로 통합이 가능하거나 또는 이들이 도관(28, 32)을 사용하는 대신에 직접 유출입매니폴드(16, 20)에 결합될 수 있다는 데 있다. 이러한 경우에 있어서 밸브포오트가 제1메인포오트이며 그것이 유출입구멍(26, 30)중의 어느 하나에 연결되고 제2메인 포오트(50), 체임버(48) 및 제3포오트(52)가 연속적으로 직접 다른 유출입구멍(26, 30)에 연결될 수 있을 것이다. 밸브포오트(54)가 열교환기유입구멍(26)에 직접 또는 도관을 통하여 연결되면 제2메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)는 연속적으로 직접 또는 도관을 통하여 출구구멍(30)에 연결될 수 있을 것이며 제3메인포오트(52)는 이제 오일을 변속기에 되돌리는 열교환기 출구가 된다. 유사하게 밸브포오트(54)가 열교환기 출구구멍(30)에 직접 또는 도관을 통하여 연결되면 제2메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)는 연속적으로 직접 또는 도관을 통하여 열교환기입구구멍(26)에 연결될 수 있을 것이며 제3메인포오트(32)는 이리하여 변속기로부터 뜨거운 오일을 받는 열교환기의 입구가 된다.

본 바이패스밸브는 열교환기로서 자동차의 변속기용으로 위에 설명하고 있으나 바애패스밸브는 연료냉각열교환기와 자동차용이 아닌 타용도와 같은 열교환기의 여하한 유형에도 사용이 가능 할 것이다. 기타 유형의 열액추에이터가 왁스형 액추에이터(64)보다 더 많이 사용될 수 있을 것이다. 예컨대 바이메탈 또는 형상기억 합금열반응 액추에이터들을 사용하여 밸브부재(62)를 이동시키며 또한 바이패스밸브(86)와 (102)에 있어서 와 같이 열교환기 차단수단을 제공 할 수 있을 것이다. 상기 구조에 대한 보다 광범위한 변용은 당업자에게는 명백할 것이다.

상기 발표로 보아 당업자들에게 명백한 바와 같이 허다한 수정및 변형이 본 정신과 범위에서 이탈함이 없이 본 발명의 실행에 있어 가능하다. 따라서 본 발명의 범위는 다음의 제청구항에 의하여 정한 내용에 따라서 파악이 되어야 한다.

Claims (22)

1. 열교환기회로의 바이패스밸브에 있어서, 이 바이패스밸브는 다음을 포함한다:

   그 안에 체임버를 정하여주는 하우징 과 체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3메인포오트;

   상기 메인포오트중의 어느 하나는 밸브포오트이며 체임버에 면한 주위의 밸브좌를 갖고있다 ;

   밸브좌가 상기 밸브포오트를 개폐할 수 있도록 적응된 이동밸브부재; 및

   체임버내에 위치하여 밸브부재와 작동하도록 결합되어서 밸브부재를 이동시켜 밸브포오트를 개폐시키는 온도반응 액추에이터.
2. 제1항에 있어서, 밸브포오트는 중심축을 가지며, 밸브부재는 밸브좌와 맞물리도록 상기 중심축에 따라서 이동하게 되어 있는 왕복플러그를 포함하는 바이패스밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 플러그는 상기 중심축에 따라서 배치된 중심축을 포함하며, 축은 밸브포오트를 일부 닫아주기 위한 폐쇄단부를 가지며, 또한 상기 플러그는 폐쇄부에 인접하여 위치하고 밸브좌와 맞물리도록 축으로부터 횡방향에 따라서 뻗어 있는 환상링을 포함하는 바이패스밸브.
4. 제3항에 있어서, 환상링은 중심축상에서 슬라이딩이 자유롭게 되도록 설치되어 있으며, 폐쇄 단부는 환상링이 중심축으로부터 미끄럼을 방지하기 위한 스토퍼를 포함하며, 또한 환상링이 스토퍼를 향하도록 하는 바이어스수단(bias means)을 포함하는 바이패스밸브.
5. 제4항에 있어서, 중심축은 내측환상숄더를 포함하며, 바이어스수단은 내측숄더와 환상링사이의 축에 설치된 코일스프링인 바이패스밸브.
6. 제5항에 있어서, 액추에이터는 열모터로서, 설정온도로 가열되었을 때에 축방향으로 팽창하고 상기 온도이하로 냉각되면 수축하도록 되어 있으며, 중심축은 열모터의 일부인 바이패스밸브.
7. 제6항에 있어서, 하우징내에 위치한 리턴스프링을 포함하며 열모터에 연결되어 상기 설정온도이하로 냉각되면 열모터를 수축시켜 주기 위한 보조역활을 하는 바이패스밸브.
8. 제7항에 있어서, 리턴스프링은 중심축에 연결되고 환상링아래에 위치하며,따라서 리턴스프링은 밸브포오트내에 위치하는 바이패스밸브.
9. 제8항에 있어서, 리턴스프링은 상기 스토퍼를 형성하는 바이패스밸브.
10. 제7, 8 또는 9항에 있어서, 하우징은 밸브포오트의 반대방향에 위치한 이동마개를 포함하며, 열모터는 상기 마개에 연결되어 있는 피스톤을 가지며 마개, 열모터, 코일스프링, 환상링 및 리턴스프링은 바이패스밸브의 소조립을 형성하는 바이패스밸브.
11. 제4, 5 또는 6항에 있어서, 밸브포오트는 유출포오트이며 다른 메인포오트는 각각의 입출구포오트인 바이패스밸브.
12. 제 4, 5 또는 6항에 있어서, 밸브포오트는 유입포오트이며 다른 메인포오트는 각각의 유입 및 유출포오트인 바이패스밸브.
13. 제4, 5 또는 6항에 있어서, 하우징은 또한 밸브포오트와 통하는 제1 및 제2분기포오트를 포함하는 바이패스밸브.
14. 제13항에 있어서, 상기 분기포오트중의 어느 하나는 유입포오트이며 다른 분기포오트는 이것과 통하는 출구포오트이며 밸브포오트는 바이패스밸브의 유입포오트이며 다른 메인포오트는 바이패스밸브의 각 유입 및 유출포오트인 바이패스밸브.
15. 제13항에 있어서, 상기 분기포오트중의 어느 하나는 유입포오트이며 다른 분기포오트는 이것과 통하는 출구포오트이며 밸브포오트는 바이패스밸브의 출구포오트이고 다른 메인포오트는 바이패스밸브의 각 입출구포오트인 바이패스밸브.
16. 제6항에 있어서, 하우징은 밸브포오트와 반대방향에 위치한 이동마개를 포함하며 열모터는 상기 마개에 연결되어 있는 피스톤을 가지는 바이패스밸브.
17. 제16항에 있어서, 이동마개는 측면포오트와 이것과 통하는 축방향 포오트를 가지며 측면포오트는 메인포오트중의 어느 하나와 통하도록 위치하며 축방향 포오트는 주위의 밸브좌를 가지며 열모터는 축방향에 따른 포오트밸브좌와 물리도록 되어 있는 제2밸브부재를 형성하는 제2환상숄더(어깨)를 가지고 있어서 상기의 한 개 메인포오트를 차단하는 바이패스밸브.
18. 열교환기는 다음을 포함한다:

    유입구멍을 가지는 유입매니폴드와 출구구멍을 가지는 출구매니폴드; 유출입매니폴드사이를 연결해 주는 복수개의 떨어진 열교환도관; 그 안에 체임버를 정해주는 하우징과 체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3메인포오트를 포함하는 바이패스밸브; 밸브포오트이며 체임버에 면한 주위의 밸브좌를 가진 제1메인포오트; 밸브포오트를 입출구구멍중의 어느 하나에 연결시켜주는 수단; 상기 밸브포오트를 개폐시켜주기 위하여 밸브좌와 물리도록 되어 있는 이동밸브부재; 체임버내에 들어 있어서 밸브부재에 작동하도록 결합되어 밸브포오트를 개폐하는 온도반응액추에이터; 제2메인포오트와 체임버와 제3메인포오트를 연속적으로 다른 유출입구멍들과 연결시켜주는 수단.
19. 제18항에 있어서, 밸브포오트는 열교환기 유입구멍과 제2메인포오트와 통하도록 연결되어 있으며, 체임버 및 제3메인포오트가 연결되어 연속적으로 열교환기 출구구멍과 연결되어 있고 제3메인포오트는 열교환기출구가 되는 열교환기.
20. 제18항에 있어서, 밸브포오트는 열교환기출구구멍과 제2메인포오트와 통하도록 연결되어 있으며, 체임버 및 제3메인포오트는 연속적으로 열교환기 입구구멍과 통하도록 연결되어 있으며, 제3메인포오트는 열교환기입구인 열교환기.
21. 제18, 19 또는 20항에 있어서, 밸브포오트와 제2메인포오트를 입구와 출구구멍들에 연결시켜주기 위한 수단은 도관인 열교환기.
22. 제18, 19 또는 20항에 있어서, 밸브포오트와 제2메인포오트를 유입 및 유출구구멍에 연결시켜주기 위한 수단은 상기 포오트들과 구멍들사이에 직접 연결되어 있는 열교환기.