KR20060047583A

KR20060047583A - 신축소자

Info

Publication number: KR20060047583A
Application number: KR1020050035496A
Authority: KR
Inventors: 아이케 빌러스; 하랄트 루오프
Original assignee: 베르 테르모트-트로닉 게엠베하
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-05-18
Also published as: DE102004022351B4; US20050242311A1; DE102004022351A1; KR100859364B1; DE102004022351C5; JP2005326004A

Abstract

신축소자가 개시된다. 본 발명은 하우징, 상기 하우징에 배치된 신축물질, 상기 하우징에 대한 신축물질의 체적변화시에 이동가능한 작동부재, 및 상기 신축물질을 가열하기 위한, 전기적으로 활성가능한 수단을 포함하는 서모스탯밸브의 신축소자에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 신축물질을 가열하기 위한 수단은 상기 신축물질에 접촉하는 두 개의 전극을 구비하며, 상기 신축물질은 도전성을 띠며 전기저항을 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 신축소자는 예를 들어, 차량의 냉각순환에 필요한 서모스탯밸브에 사용된다.

Description

신축소자{Expandable and contractile element}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축소자를 구비한 서모스탯밸브의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 신축소자에서의 가능한 전극부를 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 신축소자에서의 또다른 가능한 전극부를 도시하며,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 신축소자의 단면도이며,

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 신축소자의 단면도이다.

본 발명은 하우징, 상기 하우징에 배치된 신축물질, 상기 하우징에 대한 상기 신축물질의 체적변화시에 이동가능한 작동부재, 및 상기 신축물질을 가열하기 위한, 전기적으로 활성가능한 수단을 포함하는 서모스탯밸브의 신축소자에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 냉각순환에 필요한 서모스탯밸브의 신축소자에서는, 상기 신축소자의 작동점을 밀어 옮기기 위해서 신축물질을 전기적으로 가열할 수 있다. 상기 신축물질은, 예를 들어, 차량의 실제 운행상황, 즉, 낮은 속도에서 완전 히 이용할 수 있고 냉각요구에 대한 증가가 기대되는 경우에 가열된다. 상기 신축물질을 가열함으로써, 자체적으로 필요한 냉각용수온도에 도달하기 전에 상기 서모스탯밸브를 열 수 있다. 가열부재로서, 상기 신축물질에 배치된 후막 저항기, 플레이트, 실린더 또는 감는 와이어(wire)가 사용된다. 또한, 신축소자의 피스톤을 전기적으로 가열하는 것도 잘 알려져 있다. 약 400bar까지의 높은 신축물질압력, 근소한 열제거와 관련된 부분적으로 높은 주변온도, 및 운행동작시의 진동으로 인해, 주변조건이 강화된다. 이러한 주변조건은 가열부재에 대한 높은 요구사항 및 특히, 전기공급관 및 이의 전선설치를 제시하는 조건을 의미한다. 전기접속부의 접촉 및 서모스탯밸브의 하우징에 의한, 또다른 전기접속부의 설치는 이러한 조건에 있어서 중요하다.

본 발명의 목적은 간단하게 제조가능하고 신뢰성있게 전기적으로 가열가능한 신축소자를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따르면, 하우징, 상기 하우징에 배치된 신축물질, 상기 하우징에 대한 신축물질의 체적변화시에 이동가능한 작동부재, 및 상기 신축물질을 가열하기 위한, 전기적으로 활성가능한 수단을 포함하는 서모스탯밸브의 신축소자가 구비되며, 상기 신축물질을 가열하기 위한 수단은 상기 신축물질에 접촉하는 두 개의 전극을 구비하며, 상기 신축물질은 도전성을 띠며 전기저항을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 신축물질 자체가 전기저항을 형성할 때, 상기 신축물질은 직접 가열될 수 있다. 이에 따라, 상기 신축물질을 매우 균일하게 가열할 수 있고, 이로 인해 상기 작동부재를 매우 신속하고 신뢰성있게 조종할 수 있다. 구체적으로, 별도의 가열부재가 구비되지 않아도 되므로, 구성을 매우 단순화할 수 있고 비용을 현저하게 절감할 수 있다. 작동시 가장 강화된 주변조건이 제시된 별도의 가열부재의 결정적인 접촉은 본 발명에서 제외될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 신축물질은 도전성을 띠며 각각 전기저항을 형성하는 입자를 포함한다.

이와같이, 상기 신축물질의 전기저항은 입자의 개수, 크기 및 전기적 특성에 의해 간단히 조정될 수 있다. 본 발명에 따른 신축소자로서, 도전성 입자만을 구비해야하는 종래의 입증된 신축물질이 사용될 수 있다. 이때, 상기 입자크기는 나노미터영역까지 매우 작을 수 있으므로, 상기 신축물질의 수압 특성은 변하지 않거나 변하더라도 단지 적게 변한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 신축물질은 흑연입자, 금속입자 및/또는 양의 저항온도상수를 가지는 물질로 이루어진 입자를 포함한다.

예를 들어, 입자크기를 갖는 금속분말은 나노미터영역까지 상기 신축물질에 투입된다. 이와같은 양의 저항온도상수를 갖는 분말 또는 PTC 분말에서는 온도가 상승함에 따라 전기저항값이 증가한다. 이러한 분말 또는 PTC 분말로 인해, 차량의 냉각시스템에 사용할 때 상기 신축소자는 신속하고 신뢰성있게 대응할 수 있게 된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 입자는 각각 마이크로미터영역에 위치하는 치수를 포함한다.

예를 들어, 상기 입자크기는 입자당 약 1㎛와 10㎛ 범위내에 있다. 이러한 입자치수가 특히 바람직한 것으로 판단된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 전극중의 하나는 상기 신축물질에 접촉하며 적어도 부분적으로 도전성을 띠도록 형성된 하우징에 의해 실현된다.

차량의 냉각시스템에 사용할 때, 일반적으로 냉각용수로 씻겨진 하우징은 질량 단위로 배치되는 것이 적합하다. 상기 하우징을 상기 두 개의 전극중의 하나로서 사용하는 경우, 또 하나의 개별 전극을 상기 신축물질내에 배치함으로써 간소화가 다시 한번 이루어질 수 있다. 이에 따라, 또 하나의 전기공급관이 밀폐적이고 전기절연된 방식으로 상기 하우징에 도입되어야 한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 하우징의 내부로 돌출하며 상기 신축물질에 접촉하는 적어도 하나의 전극이 구비된다.

상기 전극중 적어도 하나의 전극이 상기 하우징의 내부로 돌출하는 경우, 전류가 이동할 때 상기 신축물질을 특히 균일하게 가열할 수 있다. 예를 들어, 상기 신축물질 내부로 돌출하는 두 개의 전극이 구비될 수 있다. 이때, 상기 전극중의 하나는 전위 단위로 배치되고, 또다른 하나의 전극은 질량 단위로 배치된다. 동일한 전류분할에 있어서, 자명하게도, 다수의 전극이 전위 단위로 배치되거나 다수의 전극이 질량 단위로 배치될 수 있다. 예를 들어, 중앙종축위에 상기 제2 전극이 위치한, 실린더형태의 전극이 사용될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 작동부재는 부분적으로 상기 신축물질에 접촉하는 피스톤으로서 형성되며, 상기 피스톤은 상기 전극중의 하나를 형성한다.

이와같이, 상기 신축물질 내부로 돌출하는 피스톤이 전극으로서 사용되는 경우에 간소화가 다시 한번 이루어질 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 피스톤은 제1 전극을 형성하고, 상기 신축물질에 접촉하는 하우징은 상기 제2 전극을 형성한다.

본 발명에 따른 상기 신축소자의 실시예에서, 상기 피스톤 및 상기 하우징 각각이 이중기능을 구비하므로, 개별전극이 완전히 없어도 된다. 상기 신축물질을 가열하기 위해서 상기 피스톤을 전위 단위로 배치하고 상기 하우징을 질량 단위로 배치하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 하우징이 냉각용수에 의해 씻겨질 경우에 특히 바람직하다.

본 발명의 또다른 장점 및 특징은 특허청구범위 및 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 설명부에 나타나며, 이는 첨부된 도면을 참조로 하여 설명한다.

도 1의 단면도에서, 서모스탯밸브(10)가 도시된다. 상기 서모스탯밸브(10)는 전기적으로 가열가능한 신축소자(12)를 구비하며, 상기 신축소자(12)를 사용함으로써 차단판(14)이 작동될 수 있다. 상기 차단판(14)은 상기 신축소자(12)의 피스톤(16)에 의해 작동된다. 상기 차단판(14)은 정지위치에서 스프링(18)에 의해 바이어스된다. 상기 차단판(14)이 상기 스프링(18)에 의해 정지위치로 이동하면, 상기 피스톤(16)이 동시에 자체의 정지위치로 복귀된다.

상기 피스톤(16) 외에도, 상기 신축소자(12)는 신축물질(22)이 배치되는 하우징(20)을 구비한다. 상기 하우징(20)은 폐쇄마개(24)에 의해 폐쇄된다. 이때, 상기 폐쇄마개(24)와 상기 신축물질(22) 사이에는 고무막(26)이 배치된다. 상기 폐쇄마개(24)는 상기 피스톤(16)이 안내된 중앙 관통홀을 구비한다.

상기 신축물질(22), 예를 들어, 밀랍(wax)이 가열되면, 그 체적이 팽창된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고무막(26)이 상기 폐쇄마개(24)의 중앙 관통홀로 들어가고, 도 1의 하부방향으로 상기 하우징(20)으로부터 상기 피스톤(16)을 밀어낸다. 상기 신축물질(22)의 체적이 다시 냉각에 의해 수축되면, 상기 고무막(26)은 상기 폐쇄마개(24)의 중앙 관통홀로부터 회수되고, 상기 피스톤(16)도 상기 스프링(18)에 의해 다시 복귀된다. 상기 서모스탯밸브(10)를 관류하는 냉각용수로부터 상기 하우징(20) 및 그리고나서 상기 신축물질(22)로의 열 이동에 의해 상기 신축물질(22)이 가열된다.

상기 신축물질(22)이 상기 피스톤(16)을 비중있게 움직일만큼의 충분한 체적변화를 겪지않는 온도인 냉각용수온도에서 상기 차폐판(14)을 이동시키기 위해서, 상기 서모스탯밸브(10)에는 상기 신축물질(22)을 전기적으로 가열하기 위한 수단이 구비된다. 상기 수단은 상기 신축물질(22) 내부로 돌출하는 전극(28)을 구비한다. 상기 전극(28)은 제1 전기연결케이블(30) 및 플러그(32)를 통해 전기에너지를 공급받을 수 있다. 제2 연결케이블(34)은 상기 하우징(20)에 전기적으로 연결되며, 상기 하우징(20)은 질량 단위로 배치된다. 또한, 상기 하우징(20)내의 상기 신축물질(22)은 도전성을 띠며 전기저항을 형성한다. 이는, 각각 자체적으로 전기저항을 형 성하는 도전성 입자가 상기 신축물질(22)에 첨가됨으로써 수행된다. 상기 신축물질(22)이 도전성을 띠므로, 상기 전극(28)이 전위 단위로 배치되는 경우, 상기 전극(28)과, 질량 단위로 배치된 상기 하우징(20) 사이에는 전류가 흐른다. 이때, 상기 전류는 도전성 입자를 포함하고 전기저항을 형성하는 신축물질(22)을 통해 흐르므로, 상기 신축물질(22)이 가열된다. 상기 신축물질(22)을 충분히 가열할 때, 상기 신축물질(22)은 다시 팽창하고 상기 피스톤(16)을 밀어낸다.

상기 신축물질(22)이 직접 가열되고 종래기술과는 달리 별도의 가열부재가 사용되지 않으므로, 상기 신축소자(12)의 구조가 현저히 단순해진다. 구체적으로, 별도의 가열부재가 접촉되어서는 안된다. 이는, 상기 신축소자(12)내의 압력이 400bar까지 높거나 상기 신축소자(12)가 매우 양호하게 가열되거나 차량동작시 강한 진동이 발생하는 경우에 큰 장점이 되기 때문이다. 상기 신축물질(22) 자체가 도전성을 띠므로, 상기 신축물질(22)을 매우 균일하게 가열할 수 있다. 따라서, 전기가열시 상기 신축소자(12)는 매우 신뢰성있고 또한 신속하게 대응할 수 있다. 상기 입자, 바람직하게는, 금속입자 또는 양의 온도상수를 갖는 흑연입자의 크기는 약 1㎛와 100㎛ 범위 내에 있다.

도 2의 개략도는 가능한 전극부를 도시한다. 상기 두 개의 전극(38, 40)은 상기 신축물질 내부로 돌출하고, 상기 전극(38, 40) 사이의 전위차가 존재할 경우에, 상기 전극(38, 40) 사이에는 전기전류가 흐르고 상기 전류는 상기 신축물질(22)의 가열을 유도한다. 상기 전극(40)은 예를 들어, 도전성을 띠며 상기 하우징(20)에 연결되며, 가능한한 동일한 잔류분할 및 동시에 상기 신축물질(22)을 가열 하기 위해서, 각각 다수의 전극(38, 40)이 구비될 수 있다.

도 3의 개략도에는 또다른, 가능한 전극부가 도시된다. 이때, 제1 전극(42)은 공동실린더형태로 형성되며, 제2 전극(44)은 상기 제1 전극(42)의 공동(空洞) 실린더 중앙종축위에 배치된다. 이러한 전극부로 인해, 특히 동일한 전류분할이 실현될 수 있다.

도 4의 단면도는 본 발명에 따른 신축소자(46)의 또다른 실시예를 도시한다. 상기 신축소자(46)는 도전성 신축물질(50)이 배치되는 금속하우징(48)을 구비한다. 도전성 금속으로 이루어지는 피스톤(52)의 말단이 상기 신축물질(50) 내부로 돌출한다. 상기 하우징(48)은 폐쇄마개(54)에 의해 밀폐되며, 상기 폐쇄마개(54)는 중앙 관통홀을 구비하며, 상기 중앙 관통홀에는 상기 피스톤(52)이 안내된다. 상기 신축물질(50)과 상기 폐쇄마개(54) 사이에서 탄성막(56)이 상기 하우징(48)의 개방측상에 배치된다. 상기 탄성막(56)은 중앙 관통홀을 구비하며, 상기 중앙 관통홀로 상기 피스톤(52)이 진입한다. 밀폐동작을 위해, 상기 탄성막(56)은 상기 피스톤(52)의 순환 홈에 개재된다. 상기 신축물질(50)을 상기 하우징(48) 내에서 가열할 때, 상기 신축물질(50)이 팽창함으로써, 도 4의 우측방향으로 상기 하우징(48)으로부터 상기 피스톤(52)을 밀어낸다.

상기 도전성 신축물질(50)을 전기적으로 가열하기 위해서, 상기 신축물질(50) 내부로 돌출하는 상기 피스톤(52)의 말단이 제1 전극으로서 사용되며, 상기 하우징(48)은 질량 단위로 배치되고 제2 전극으로서 사용된다. 상기 피스톤(52)과 상기 하우징(48) 사이의 전위차로 인해, 상기 피스톤(52)과 상기 하우징(48) 사이 에는 전류가 흐른다. 이때 발생하는 옴(ohm)의 열에 의해 상기 신축물질(50)이 가열된다. 상기 신축물질(50)을 가열할 때 상기 피스톤(52)은 상기 하우징(48)과 상기 폐쇄마개(54)에 대해 이동하므로, 상기 신축물질(50)은 연마재(58)에 의해 접촉된다. 상기 이동하는 피스톤(52)의 접촉은 또다른 방식으로, 바람직하게는, 가요성 케이블 공급관에 의해 수행될 수 있다. 상기 신축소자(46)는 상기 신축물질(50)에 배치된 개벌 전극을 완전히 필요하지 않는다. 따라서, 상기 하우징(48)을 통한 전기도관에 결함이 발생되지 않을 정도로 구조를 매우 단순화할 수 있다.

본 발명에 따른, 또다른 신축소자(60)는 도 5의 단면도에 도시된다. 상기 신축소자(60)는 도 4에 도시된 연마재(58) 및 이에 속한 전기공급관을 필요로 하지 않고 도 4에 도시된 신축소자(46)와 매우 유사하게 구성되므로, 상세한 설명이 별도로 필요하지 않다. 도 5의 신축소자(62)가 도 4의 신축소자(46)와 다른 점은, 피스톤(62)은 개략적으로 도시된 서모스탯밸브하우징(64)에 대해 고정되는 점이다. 상기 신축물질(50)을 상기 하우징(48)에 가열할 때, 상기 피스톤(62)은 상기 서모스탯밸브하우징(64)에 대해 정지상태에 있으며, 상기 하우징(48)은 도 5의 좌측방향으로 밀린다. 따라서, 차폐판도 상기 하우징(48)에 의해 작동되어야만 한다.

상기 피스톤(62)이 상기 서모스탯밸브하우징(64)에 대해 정지상태에 있으며상기 신축물질(50)에 접촉하므로, 상기 신축소자(60)에서의 접촉은 특히 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 상기 피스톤(62)은 전위 단위로 배치될 수 있고, 이에 반해 상기 하우징(48)은 질량 단위로 배치된다. 따라서, 전류가 도전성 신축물질(50)을 통해 흐르므로, 상기 신축물질(50)이 가열된다. 이때, 상기 하우징(48)의 접촉 은 연마재를 사용하여 수행되거나 상기 하우징(48) 주위를 흐르는 냉각제에 의해 간접적으로 수행될 수 있다. 이는, 상기 하우징(48)이 질량 단위로만 배치되어야하는 경우에 문제가 되지 않는다. 연마재와의 접촉도 상기 하우징(48)이 단지 질량에만 연결되어야하는 경우에 문제가 되지 않는다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 신축소자의 구조를 매우 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 제조비용을 현저히 줄일 수 있다.

Claims

하우징(20; 48), 상기 하우징(20; 48)에 배치된 신축물질(22; 50), 상기 하우징(20; 48)에 대한 신축물질(22; 50)의 체적변화시에 이동가능한 작동부재(16; 52; 62), 및 상기 신축물질(22; 50)을 가열하기 위한, 전기적으로 활성가능한 수단 을 포함하는 서모스탯밸브의 신축소자에 있어서,

상기 신축물질(22; 50)을 가열하기 위한 수단은 상기 신축물질(22; 50)에 접촉하는 두 개의 전극(28, 20; 38, 40; 42, 44; 52, 48; 62, 48)을 구비하며,

상기 신축물질(22; 50)은 도전성을 띠며 전기저항을 형성하는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제1항에 있어서, 상기 신축물질(22; 50)은 도전성을 띠며 각각 전기저항을 형성하는 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 신축물질(22; 50)은 흑연입자, 금속입자 및/또는 양의 저항온도상수를 가지는 물질로 이루어진 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 입자는 각각 마이크로미터영역에 위치하는 치수를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극중의 하나는 상기 신축물질(22; 50)에 접촉하며 적어도 부분적으로 도전성을 띠도록 형성된 하우징(20; 48)에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(20; 48)의 내부로 돌출하며 상기 신축물질(22; 50)에 접촉하는 적어도 하나의 전극(28; 52; 62)이 구비되는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동부재는 부분적으로 상기 신축물질(50)에 접촉하는 피스톤(52; 62)으로서 형성되며, 상기 피스톤(52; 62)은 상기 전극중의 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제7항에 있어서, 상기 신축물질(50)에 접촉하는 하우징(48)은 상기 두 개의 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.
제8항에 있어서, 상기 신축물질(50)을 가열하기 위해서 상기 피스톤(52; 62)은 전위 단위로 배치되고 상기 하우징(48)은 질량 단위로 배치되는 것을 특징으로 하는 서모스탯밸브의 신축소자.