KR20150020615A - 통합 밸브를 가진 열교환기 조립체 - Google Patents

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manifold
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제프 쉐파드
달리오 베티오
사친 바티아
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다나 캐나다 코포레이션
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Abstract

본 발명은 열교환기의 구조에 제어 밸브를 통합하는 다양한 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 열교환기와 밸브 통합 유닛을 포함하는 열교환기 조립체를 제공하는 것이다. 열교환기는 열교환 관계에 있는 복수의 교호적인 제1 및 제2유체 통로와, 복수의 제1 또는 제2유체 통로 중 하나에 의해 상호 연결되는 적어도 하나의 입구 매니폴드 및 하나의 출구 매니폴드를 포함하며, 상기 밸브 통합 유닛은 열교환기에 고정적으로 부착되며 입구 및 출구 매니폴드 중 적어도 하나와 유체 연통하는 유체 통로를 포함한다. 밸브기구는 유체 통로와 유체 연통하는 밸브 통합 유닛 내에 장착되고, 상기 유체 통로를 통한 열교환 유체의 흐름을 제어한다.

Description

통합 밸브를 가진 열교환기 조립체{HEAT EXCHANGER ASSEMBLIES WITH INTEGRATED VALVE}
이 출원은 2012년 5월 31일자 발명의 명칭 "통합 밸브를 가진 열교환기 조립체"의 미국 특허 가출원번호 61/653,565호를 우선권으로 주장한다. 상기 특허출원서의 기술내용은 본원의 상세한 설명에 참조로 포함되었다.
본 발명은 제어 밸브 또는 서멀 바이패스(thermal bypass) 밸브와 같은 밸브기구가 열교환기의 구조에 통합되는, 각종 열교환기 조립체에 관한 것이다.
자동차 산업에서, 예를 들어, 제어 밸브 및/또는 서멀 밸브는 흔히, 유체를 냉각/가열(heat) 되는 열교환기 유닛으로 향하게 하거나, 또는 유체가 열교환기를 "우회"하도록 자동차 시스템 내의 유체 회로의 다른 장소를 향하게, 열교환기와 조합하여 사용된다. 제어 밸브 또는 서멀 밸브도 또한 자동차 시스템 내에서 특정 유체의 온도를 감지하고, 그 특정 유체를 가온(warm) 또는 냉각을 위해 적당한 열교환기로 향하게 하여, 자동차 시스템을 통해 순환되는 유체가 원하는 온도 범위 내에 있게 하는데 사용된다.
통상적으로, 제어 밸브 또는 서멀 바이패스 밸브는 열교환기의 입구/출구에 연결되는 외부 유체라인에 의해 열교환 시스템에 포함되며, 상기 제어 밸브는 열교환기와 분리되어 있고 외부 유체라인 내에서 열교환기로부터 상류 또는 하류에 연결된다. 이런 유형의 유체 연결은 전체 열교환 시스템에서 개별 유체 연결부의 수를 증가시키게 하는 각종 부품/구성요소를 필요로 한다. 이것은 시스템과 관련된 전체 비용을 추가시킬 뿐만 아니라, 다수의 고장 및/또는 누출 가능 지점이 발생하게도 한다. 크기의 제약도 자동차 산업에서는 소형화 또는 컴포넌트 구조를 지향하는 경향에 반하는 부분이다.
따라서, 현재, 제어 밸브 및 관련된 열교환기 사이의 연결을 개량하고, 또한 보다 조밀한 전체 조립체를 제조할 수 있는 개량된 열교환기 조립체에 대한 필요도 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 복수의 교호(alternating)하는 제1 및 제2유체 통로를 가진 열교환기를 포함하는 열교환기 조립체가 제공되며, 상기 복수의 유체 통로는 열교환기를 통하는 열교환유체가 흐르는 복수의 제1 또는 제2유체 통로 중 하나에 의해 상호 연결되는 적어도 하나의 입구 매니폴드 및 하나의 출구 매니폴드와 열교환 관계로 있다. 열교환기에 고정적으로 부착되는 밸브 통합 유닛은, 열교환기의 입구 및 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통하는 유체 통로와, 상기 유체 통로와 유체 연통하는 밸브 통합 유닛 내에 장착된 밸브기구를 포함하며, 상기 밸브기구는 입구 매니폴드와 출구 매니폴드 중 적어도 하나의 매니폴드로의 상기 열교환 유체의 흐름을 제어한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 밸브 통합 유닛이 밸브 하우징의 제1파트를 포함하는 열교환기 조립체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 밸브 통합 유닛이 열교환기의 단부에 부착된 매니폴드 구조를 형성하는 열교환기 조립체가 제공되며, 상기 매니폴드 구조는 내부 밸브 공동(cavity) 및 각종 내부 유체 통로를 구비한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 밸브 통합 유닛이 그 안에 형성된 내부 밸브 내부 공동을 갖는 기초 평판을 형성하는 열교환기 조립체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 열교환 관계로 교호하는 제1 및 제2유체 통로, 열교환기를 통하는 제1열교환 유체가 흐르는 제1유체 통로에 의해 서로 연결되는 제1입구 매니폴드와 제1출구 매니폴드, 및 열교환기를 통하는 제2열교환 유체의 흐름을 위한 제2유체 통로에 의해 서로 연결되는 제2입구 매니폴드와 제2출구 매니폴드를 가진 열교환기를 포함하는 열교환기 조립체가 제공된다. 밸브 조립체는 유체 통로에 의해 서로 연결되는 제1 및 제2 개방 단부를 가진 제1파트, 유체 챔버를 형성하는 제2파트, 상기 제2파트는 상기 제1파트의 제2단부와 결합하기 위한 단부를 갖고, 상기 제2파트는 적어도 하나의 유체 포트를 갖고, 열교환기로 또는 열교환기로부터 제1 및 제2열교환기 유체의 흐름을 제어하기 위해 제2파트의 유체 챔버 내부에 배치된 밸브기구를 포함한다. 제1파트의 제1단부는 제1 또는 제2입구 또는 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통하는 열교환기에 고정적으로 부착되며, 제1파트의 제2단부는 상기 밸브기구와 협력하는 밸브 시트의 형태로 형성된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 열교환 관계로 교호하는 제1 및 제2유체 통로, 열교환기를 통하는 제1열교환 유체의 흐름을 위한 제1유체 통로에 의해 서로 연결되는 제1입구 매니폴드와 제1출구 매니폴드, 열교환기를 통하는 제2열교환 유체의 흐름을 위한 제2유체 통로에 의해 서로 연결되는 제2입구 매니폴드와 제2출구 매니폴드를 가진 열교환기, 및 상기 쌍으로 이루어진 제1 또는 제2입구 및 출구 매니폴드 중 하나에 고정적으로 부착되어 유체 연통하는 매니폴드 구조를 포함하는 열교환기 조립체가 제공된다. 매니폴드 구조는 열교환기의 입구 매니폴드로 유체를 향하게 하는 제1내부 유체 채널, 및 열교환기의 입구 매니폴드로부터 멀어지는 방향으로 유체를 향하게 하는 제2내부 유체 채널(internal fluid channel)을 포함한다. 제공되는 내부 밸브 공동(internal valve cavity)은 열교환기의 출구 매니폴드와 제2내부 유체 통로가 유체 연통하게 형성된다. 밸브기구는 내부 밸브 공동 내에 장착되며, 상기 밸브기구는 열교환기로 흐르거나 또는 제2내부 유체 채널로 흐르는 유체의 양을 제어한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 열교환 관계로 교호하는 제1 및 제2유체 통로, 열교환기를 통하는 제1열교환 유체의 흐름을 위한 제1유체 통로에 의해 서로 연결되는 제1입구 매니폴드와 제1출구 매니폴드, 열교환기를 통하는 제2열교환 유체의 흐름을 위한 제2유체 통로에 의해 서로 연결되는 제2입구 매니폴드와 제2출구 매니폴드를 가진 열교환기, 및 열교환기의 단부에 고정적으로 부착된 기초 평판을 포함하는 열교환기 조립체가 제공된다. 기초 평판은 열교환기의 입구와 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통하는 내부 밸브 공동, 열교환기 조립체로 또는 조립체로부터 상기 제1 및 제2열교환 유체 중 하나의 유체를 향하게 하는 1쌍의 입구 및 출구 포트, 내부 밸브 공동과 입구 및 출구 포트 중 하나를 서로 연결시키게 형성된 적어도 하나의 유체 채널, 및 내부 밸브 공동 내에 배치되며 열교환기로의 유체의 흐름을 허용하는 제1밸브 위치와 열교환기로의 유체의 흐름을 차단하는 제2밸브 위치 사이에서 작동하는 밸브기구를 포함한다.
도 1은 통합 밸브를 가진 열교환기 조립체의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 밸브 구조의 상세 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 밸브 구조의 사시 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 밸브를 가진 열교환기 조립체의 사시도이다.
도 5는 조립체가 180도 회전되어 있는 도 4의 열교환기 조립체의 조립된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6a는 통합 밸브의 냉각 유체의 흐름을 나타내는 도 4의 열교환기 조립체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6b는 통합 밸브의 가온 유체의 흐름을 나타내는 도 4의 열교환기 조립체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7a는 열교환기 조립체를 통한 "냉각" 상태를 나타내는 도 5에 도시한 것과 같은 조립체를 나타낸 도면이다.
도 7b는 열교환기 조립체를 통한 "가온" 상태를 나타내는 도 5에 도시한 것과 같은 조립체를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 밸브를 가진 열교환기 조립체의 단면도이다.
도 9는 통합 밸브의 제1작동 위치를 나타낸 도 8의 열교환기 조립체용 기초 평판의 사시 단면도이다.
도 10은 통합 밸브의 제2작동 위치를 나타낸 도 8의 열교환기 조립체용 기초 평판의 사시 단면도이다.
도 11은 도 9 및 도 10의 기초 평판의 저부 사시도이다.
도 12은 도 8 및 도 9의 기초 평판의 상부 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 조립체(10)의 일례의 실시예를 나타낸다. 열교환기 조립체(10)는 통합 제어 밸브 또는 밸브 조립체(14)와 함께 열교환기(12)로 구성되어 있다. 열교환기(12)는 일반적으로 당 업계에 공지된 바와 같이 포개진 판형상 평판(nested, dished-plate) 열교환기(12)의 형태로 형성되며, 그 형태는 공지된 다양한 다른 형태의 평판형(plate-type) 열교환기가 특히 당업자에게 이해되는 바와 같이 밸브 조립체(14)와 조합하여 사용할 수 있는 것이다.
도 1-3에 도시된 특정 실시예에서, 열교환기(12)에는 복수의 타출된 열교환기 평판(16, 18)이 포함되며, 상기 평판(16, 18)은 그 사이에서 교대로 배치된 제1 및 제2유체흐름 통로를 형성하는 상호 교호적으로 적층된 브레이즈 관계(brazed relation)로 배치된다. 열교환 평판(16, 18)은 각각 경사진 엣지 벽(22)에 의해 사방이 둘러싸인 대체로 평탄한 기초 부분(20)을 포함한다. 열교환 평판(16, 18)은 포개져 밀봉되어진 결합으로 그들의 엣지 벽에 의해 상호 관계로 적층 된다. 각각의 열교환 평판(16, 18)에는 4개의 모서리 근방에서 4개의 유체 개구(도시되지 않음)가 설치되며, 각각의 개구는 열교환 유체가 열교환 평판(16, 18) 사이에 형성된 제1 또는 제2유체흐름 통로로 유입/유출하기 위한 입구/출구로서 역할을 한다. 4개의 유체 개구 중 2개는 상기 열교환 평판의 기초 부분에 대해 상승되며, 반면에 나머지 2개의 유체 개구는 열교환 평판(16, 18)의 기초 부분에 형성되며 서로 공면(co-planar)에 있다. 하나의 평판(16)에 있는 상승 개구(raised opening)는 인접한 판(16)의 평평하거나 공면의 개구와 일렬로 배치되며 그에 대하여 밀봉되어서, 인접한 평판(16, 18)이 상호 분리되어 이격되어, 그 사이에 교호적인 제1 및 제2유체흐름 통로를 형성한다.
적층 평판(16, 18)에 있는 일렬로 배치된 유체 개구는, 열교환기(12)를 통해 제1열교환 유체를 흐르게 하는 제1유체흐름 통로에 함께 결합되는 1쌍의 제1매니폴드(26, 28)(즉, 입구 매니폴드와 출구 매니폴드)를 형성하며, 열교환기(12)를 통해 제2열교환 유체를 흐르게 하는 제2유체흐름 통로에 함께 결합되는 1쌍의 제2매니폴드(30, 32)(즉, 입구 매니폴드와 출구 매니폴드)를 형성한다. 예를 들어, 특별한 용도에 따라, 제1 또는 제2열교환 유체는 오일(즉, 엔진 오일 또는 트랜스미션 오일)일 수 있고, 나머지 열교환 유체는 냉각/가온(heating) 오일용으로 알려진 표준 유체일 수 있다.
단부 평판(36, 38)은 열교환 판(16, 18)의 적층부를 둘러싼다. 특별한 용도에 따라서, 단부 평판(36, 38)은 특정 수의 유체 개구로 설계되며, 각각의 개구는 열교환기(12) 안으로/밖으로 제1 및 제2열교환 유체가 흐르게 하는 입구/출구에 대해, 제1매니폴드(26, 28) 또는 제2매니폴드(30, 32)와 유체 연통한다. 나타낸 실시예에서는 상단부 평판(36)에 4개의 유체 개구(fluid opening)가 설치되며, 하단부 평판(38)에는 유체 개구가 없다. 그러나, 다양한 다른 구성(예를 들어, 열교환기의 상부에 2개의 유체 개구와 하부에 2개의 유체 개구, 상부 바닥에 3개의 유체 개구와 하부에 1개의 유체 개구 또는 그 반대로, 또는 하부에 모두 제공되는 유체 개구)이 본 발명의 범위 내에서 제안될 수 있고, 포함될 수도 있다.
예시된 실시예에서, 기초 평판(40)은 열교환기 코어의 베이스에 제공되며, 하부 단부 판(38)에 납땜된다. 기초 평판은 실질적으로 열교환 평판(16, 18)보다 두꺼우며, 다양한 장착 구멍(39)이 있어서 열교환기 조립체(10)가 열교환기 시스템 내에 장착되게 한다. 열교환기 조립체의 특별한 용도에 따라, 기초 평판(40)이 포함될 수도 또는 포함되지 않을 수도 있고, 따라서 도 1에 예시된 것으로 한정하지 않는다.
전술한 형태의 열교환기는 일반적으로 예를 들어 그 기술내용이 본원에 참고로 인용된 미국특허 7,717,164호에 기술된 것으로, 당 업계에 공지되어 있는 것이다. 또한, 상술한 열교환기(12)는 예시적인 목적으로 설명되었지만, 그것은 임의의 적절한 열교환기로서 당 분야에 공지된 것이며, 본원에서 설명된 다양한 열교환기 조립체에 사용될 수 있는 것이다.
열교환기(12)의 상단부 평판(36)에 설치된 각종 유체 연결부에 대한 설명을 도 1 내지 도 3에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(12)에는 그 상단부 평판(36)에 4개의 개별 유체 연결부(42, 44, 46, 48)가 설치된다. 각각의 유체 연결부는 단부 평판(36)에 설치된 유체 개구 중 하나에 고정적으로 부착되어 유체가 흐를 수 있게 연결된다. 유체 연결부(42, 44)는 각각이 열교환기(12)를 통해 흐르는 제1 및 제2열교환 유체 중 하나에 대한 각각의 입구, 출구로서 역할을 한다. 예를 들어, 유체 연결부(42)는 냉각(또는 가온(warming))용의 적당한 열교환 유체를 열교환기 쪽으로 향하게 하기 위한 입구일 수 있고, 유체 연결부(44)는 상기 적당한 열교환 유체(즉, 냉매)가 열교환기(12) 밖으로 향하며 열교환 시스템의 다른 장소로 향하게 하기 위한 출구일 수 있다. 그러나, 예시된 특정 유체 연결부(42, 44)는 예시적인 의도로 기재한 것일 뿐, 본 발명을 그에 한정되지 않는 것으로 당업자는 이해하여야 한다.
유체 연결부(46, 48)는 또한 열교환기를 통해 흐르는 제1 및 제2열교환 유체의 다른 하나에 대한 각각의 입구, 출구로 역할을 한다. 상술한 예에서, 연결부(42, 44)를 통해 흐르는 유체가 냉각(또는 가온)용의 적당한 열교환 유체이면, 연결부(46, 48)를 통해 흐르는 유체는 트랜스미션 오일 또는 엔진 오일과 같은 냉각(또는 가온(warming))을 필요로 하는 열교환기 유체이다. 이 실시예에서, 유체 연결부(48)는 출구 연결부이며, 냉각/온각 열교환 유체(즉, 트랜스미션 오일)가 열교환기로부터 열교환 시스템으로 다시 향하게 (즉, 트랜스미션 또는 엔진으로 다시 향하게)하며, 공지 또는 표준 유체 피팅 연결체의 형태이다.
출구 유체 연결부(48)가 공지 또는 표준 유체 피팅 또는 연결체의 형태이지만, 그러나 유입 유체 연결부(46)는 통합 밸브 구조의 형태이며, 상기 통합 밸브 구조는 유체(즉, 오일)가 열교환기(12)에 입력되게 하여, 상세히 후술되는 바와 같이 열교환기(12)를 "바이패스"하도록 열교환 시스템의 다른 장소로 유체가 냉각/온각 되게 하거나 또는 향하게 한다.
유체 연결부(46)는 고정적으로 열교환기(12)의 상부 또는 상단부 평판(36)에 장착된 밸브 조립체(14)에 형성된다. 특정 실시예에서는 밸브 조립체(14)가 상단부 평판(36)에 있는 유체 개구 중 하나와 유체 연통하는 열교환기(12)에 직접 납땜된다. 다른 실시예에서, 밸브 조립체는 열교환기(12)에 볼트로 결합되거나 또는 임의의 적당한 수단을 사용하여 열교환기(12)에 고정될 수도 있다. 밸브 조립체(14)는 제1파트(50)와 기계적으로 함께 결합되는 제2파트(52)를 포함한다. 제1파트(50)는 열교환기(12)의 외부에 브레이징(brazing)(또는 직접 장착) 작업을 하기 위한 제1단부(54)와 밸브 조립체(14)의 제2파트(52)에 연결하기 위한 제2단부(56)를 갖는다. 유체 통로(58)는 제1단부(54)와 제2단부(56)를 서로 연결하며, 상기 유체 통로(58)는 열교환기(12)의 매니폴드 쌍의 하나(즉, 1쌍의 제1매니폴드(26, 28))의 입구 매니폴드(26)와 일렬로 배치되어 유체 연통한다. 제1파트(50)의 제2단부(56)에는 대응 밸브 요소(60)를 수용 및 밀봉하는 밸브 시트(59)가 제공된다.
밸브 조립체(14)의 제2파트(52)는 밸브 챔버(61)를 포함하며, 전체 열교환기 시스템 내에 제공된 유체 라인 또는 외부 유체 도관에 결합하기 위한 제1단부(62) 및 하우징의 제1파트(50)의 대응하는 제2단부(56)를 수용하여 밀봉적으로 연결하기 위한 제2단부(64)를 갖는다. 예시된 특정 실시예에서, 하우징의 제1파트(50)와 제2파트(52)는 제1파트(50)가 열교환기(12)에 납땜되거나 다르게 고정적으로 부착된 후, 기계적 클림핑 공정으로 함께 된다. 또한, 밸브 조립체(14)의 2개의 파트(50, 52)를 기계적으로 연결시키기 위한 다른 수단이 고려될 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2파트(50, 52)가 대응 나사부를 가진 제2단부(56, 64)와 함께 형성될 수 있다. 다르게는 클립과 함께 고정되거나 또는, 예를 들면, 트위스트 락의 대응하는 단부로 형성될 수도 있다.
밸브 챔버(61)는 적당하게 밸브기구를 수용하기에 적당한 크기로 형성되며, 상기 밸브기구는 당업자에게 알려진 바와 같이, 서멀 액츄에이터(thermal actuator) 또는 온도 반응 액츄에이터(즉, 왁스(wax) 모터 또는 전자 솔레노이드 밸브)(66)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 서멀 액츄에이터(66)는 그 안에 함유된 왁스(또는 다른 적당한 물질)의 팽창/수축에 의해 제1위치로부터 제2위치로 이동하는 액츄에이터 피스톤(68)을 포함하며, 상기 서멀 액츄에이터(66)는 밸브 챔버(61)에 유입되는 유체의 온도에 반응하여 팽창/수축하며, 상기 액츄에이터 피스톤은 또한 예를 들어, 솔레노이드 코일에 의해 제어되거나, 또는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 제어될 수도 있는 것으로 이해할 수 있는 것이다. 밸브 디스크 또는 밀봉 디스크(70)는 서멀 액츄에이터(66)에 작동가능하게 결합(즉, 액츄에이터 피스톤(68)의 일측 단부에 결합) 된다. 서멀 액츄에이터(66)가 제1위치 또는 폐쇄위치(즉, 냉각 상태)에 있을 때 밸브 디스크(70)는 밸브 조립체(14)의 제1파트(50)의 제2단부(56)에 제공된 대응하는 밸브 시트(59) 내에 위치하거나 시트에 대항하여 밀봉하여 있고, 밸브 디스크(70)가 왁스 물질의 팽창을 통해 밸브 시트(59)로부터 멀어지는 방향으로 이동하여서, 밸브 하우징의 제2파트(52)에 밸브 챔버(61)와 밸브 하우징의 제1파트(50) 내에 유체 통로 사이에 유체 연통부를 개방한다.
밸브기구가 밸브 시트(59)에 대해 밸브 디스크(70)가 밀봉된 "폐쇄" 위치에 있을 때, 밸브 조립체(14)에 유입되는 일부 유체는 계속하여 밸브 디스크(70)를 지나 새어나와 열교환기(12)에 유입되지만, 대부분의 유체(즉, 트랜스미션 오일)는 예를 들어 T-형 접합 또는 끼움으로 제2파트(52)의 제1단부(62)의 상류에 제공된 출구 포트를 통해 열교환기를 우회하거나 또는 유체가 열교환기(12)를 우회하게 하는 밸브 챔버(61)와 연통하는 제2파트(52)에 제공된 출구 포트(도시하지 않음)에 의해 열교환기를 우회한다.
특정 실시예에서, 밸브 하우징의 제2파트(52) 내의 밸브 챔버(61)는 밸브 시트(seat)에 대한 제1 또는 폐쇄 위치에 밸브 디스크(70)를 편향시키는 편향 수단(72)을 포함한다. 예시된 실시예에서는 편향 수단(72)이 스프링 형태이지만, 편향 수단은 스프링 형태로 한정되지 않으며, 밸브 디스크(70)를 편향시키기 위한 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있는 것이다.
제1파트(50)가 열교환기(12)에 배치될 수 있고 그리고 전체 열교환기 조립체가 브레이징 노(brazing furnace)에 함께 브레이징될 수 있도록, 밸브 하우징의 제1파트(50)는 전형적으로 알루미늄(즉, 6061 알루미늄 합금)으로 제조된다. 밸브 하우징의 제1파트(50)가 밸브 또는 서멀 액츄에이터 부품을 포함하고 있지 않기 때문에, 밸브 조립체(14)의 상기 부품은 열교환기(12)에 직접 브레이징 될 수 있다. 조립체가 냉각되었으면, 서멀 밸브 부품/기구를 수용한 밸브 하우징의 제2파트(52)는 제1파트(50)에 기계적으로 고정된다. 밸브 조립체의 제1파트(50) 만이 열교환기에 직접적으로 납땜되는데 채택되었기 때문에, 밸브 조립체의 제2파트(52)는 임의적인 적당한 금속 또는 비금속 재료(예를 들면, 알루미늄, 플라스틱 또는 기타 비금속 재료)로 제조 될 수 있고, 따라서 더욱 경량이 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 하우징의 제2파트(52)는 하우징의 제1파트(52)의 제2단부(56) 위에 압착된다. 이 연결을 용이하게 하기 위해서, 제1파트(52)의 제2단부(56)에는 밸브 조립체(14)의 제2파트(52)의 압착된 개방 단부를 수용하기 위한 원주방향으로 연장되는 홈 또는 노치(76)가 설치된다. 밸브 조립체(14)의 제1파트(50)와 제2파트(52) 사이의 밀봉을 향상시키기 위해서, 제2단부(56)에도 또한, 제1파트(50)의 제2단부(56)의 외면과 제2파트(52)의 밸브 챔버(61)의 내면과의 사이에 추가적인 밀봉을 제공하기 위한 O-링 등의 밀봉 수단을 수용하는 상기 외면에 형성된 원주방향 연장 밀봉 홈(78)도 제공될 수 있다.
작동 시, 밸브 조립체(14)는 밸브 챔버(61)에서 감지되는 유체(즉, 트랜스미션 오일)의 온도가 소정의 온도에 도달할 때까지 밸브 시트(59)에 대해 밀봉되어 있거나 또는 밸브 시트 내에 위치한 밀봉 디스크(70)를 "폐쇄" 위치로 유지한다. 온도 상승의 결과로, 서멀 액츄에이터(66)가 서멀 재료의 팽창(또는 예를 들면 솔레노이드의 활성화)에 의해 작동하며, 상기 팽창은 밸브 디스크(70)가 밸브 시트(59)로부터 멀리 이동하게 하여 밸브 챔버(61)와 유체 채널(58) 사이에 유체 연결부를 생성한다. 다음, 밸브 조립체(58)에 유입되는 유체는 출구(48)를 통해 열교환기(12) 밖으로 향하기 전에 냉각을 위해 열교환기(12)를 통해 전체적인 열교환 회로로 귀환, 예를 들면 트랜스미션으로 귀환하여 흐르게 된다. 열교환기에 설치되는 유체 입구(또는 출구)로서 작용하는 열교환기 코어에 납땜되거나 또는 직접 장착되는 밸브 조립체(14)의 일 부분(즉, 제1파트(50))을 가지어서, 유체 연결부의 적어도 하나의 세트가 없어져서 전체 열교환기 시스템에서 총 누설 가능한 지점을 감소시켰다.
상술한 실시예는 "왁스 모터"의 형태로 서멀 액츄에이터(66)를 참조하여 설명되었지만, 본원의 실시예는 그것으로 한정되지 않으며, 밸브기구를 작동하기 위한 임의의 적당한 서멀 액츄에이터가 사용될 수 있는 것이다. 예를 들어, 전자 밸브기구가 또한, 서멀 액츄에이터(66)가 솔레노이드 코일 및 밸브 디스크(70)에 결합된 중앙 액츄에이터 축을 가진 솔레노이드를 포함하는 온도 반응 액츄에이터의 형태로 사용될 수 있다. 따라서, 왁스 모터, 전자 밸브기구 또는 당 업계에 공지된 임의의 적당한 밸브기구가 열교환기 조립체(10)의 특별한 적용 및 밸브의 필요한 기능에 기초한 상술한 열교환기 조립체와 관련하여 사용될 수 있다.
상술한 예시적인 실시예는 열교환기(12)의 상단부 평판(36)에 고정적으로 부착되었거나 직접 장착된 밸브 조립체(14)를 참조하여 설명되었지만, 밸브 조립체(14)는 특별한 용도 및 원하는 유체 연결부의 구역에 따라서, 열교환기(12)의 기초 평판(40)과 저부 단부 평판(38)에 제공된 대응 개구를 통해 열교환기(12)의 하단부에 부착 또는 장착될 수 있는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 통합 밸브 구조 또는 밸브 통합 유닛을 가진 열교환기 조립체의 다른 예시적인 실시예를 도 4-7을 참조하여 설명한다.
일 실시예에서, 열교환기 조립체(100)는 열교환기(112)와 통합 밸브 조립체(116)를 갖춘 매니폴드 구조체(114)로 형성된 밸브 통합 유닛을 포함한다. 열교환기(112)는 일반적으로 상술한 열교환기(12)와 동일한 형태의 것이며(따라서, 본 실시예에서 동일한 부분에 대한 더 이상의 설명은 하지 않을 것임), 도시된 특정 실시예에서 다른 부분은 열교환기(112)의 안밖으로 제1 및 제2열교환 유체를 지향시키기 위한 모든 유체 연결부가 열교환기(112)의 상단부가 아닌 열교환기(112)의 하단부에 제공된 것이다. 그러나, 상기 열교환기 조립체(100)는 반드시 특별한 열교환기(112) 배치로 한정되지 않는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유체 연결부(42, 44)는 열교환기(112)의 하단부에 배치되는 매니폴드 구조체(114)가 열교환기(112)의 상부에 제공될 수 있거나 또는 그 반대로 제공될 수 있는 것이다.
매니폴드 구조체(114)는 제어 밸브 또는 서멀 밸브와 같은 밸브 조립체(116)를 수용하는데 사용되는 내부 밸브 공동(117)(도 6a 및 도 6b에 개략적으로 도시됨)이 형성되는 압출 또는 주조 구조체이며, 상기 밸브는 제1유체(즉, 트랜스미션 오일)가 가온(warm)되어 트랜스미션(111)으로 귀환하게 열교환기(112)를 통하거나 또는 열교환기(112)로부터 나와서 전체 열교환기 시스템의 임의 장소에 다른 열교환부품(예를 들면 쿨러)으로 향하게 하며, 다음 매니폴드 구조체(114)를 통해 트랜스미션(111)으로 귀환하게 한다. 따라서, 매니폴드 구조체(114)도 또한 아래에서 설명되는 바와 같이 열교환기 조립체를 통해 열교환 유체 혹은 제1유체를 순환시키기 위한 다양한 내부 유체 통로와 대응 유체 입구/출구 포트가 형성된다.
실시예를 설명하기 위해서, 열교환기 조립체(100)의 동작은 열관리 장치가 있는 상황에서 기술되며, 상기 열관리 장치가 있는 상황은 트랜스미션(111)에 유입되는 오일의 온도에 따라 트랜스미션 오일을 가온기(warmer)로 즉, 열교환기(112)로 향하게 하여 가열하거나 또는 냉각기로 즉, 열교환기(113)로 향하게 하여 냉각하여서 트랜스미션 오일의 온도가 소정 범위 내에 있게 하는 상황이다. 따라서, 실시예를 설명하기 위해서, 매니폴드 구조체(114)에 유입되며 열교환기(112) 또는 열교환 시스템에서의 임의 장소(예를 들어, 열교환기(113))로 향하는 제1열교환 유체는 오일이고, 열교환기(113)도 또한 오일을 가열하기에 적합한 공지된 열교환 유체일 수 있는 제2유체(즉, 관통 유체 연결부(42, 44))를 수용하는데 사용된다. 그러나, 열교환기(112)는 트랜스미션 오일용 가온기로 한정되지 않으며, 각종 다른 열교환기가 열교환기 조립체의 특별한 용도 및 원하는 기능에 따라 사용될 수 있는 것이다.
매니폴드 구조체(114)는 대면 접촉되고 열교환기(112)의 기초 평판(40)에 장착되는 제1측(118) 및, 열교환기(112)로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1측(118)과 반대편의 제2측(120)을 갖는다. 매니폴드 구조체(114)의 제2측(120)(도 4 참조)에는 2개의 유체 포트(122, 124)가 제공된다. 유체 포트(122)는 트랜스미션(111)에서 나온 오일을 수용하기 위한 입구 포트로서 기능을 하며, 유체 포트(124)는 매니폴드 구조체(114)로부터 나온 오일을 트랜스미션(111)으로 귀환시키기 위해 오일 출구로서 기능을 한다. 또한, 매니폴드 구조체(114)의 제1측(118)에는 1쌍의 유체 포트(126, 128)(도 5 참조)가 제공된다. 매니폴드 구조체(114)가 열교환기(112)에 장착되었을 때, 유체 포트(126)는 열교환기(112)의 제1유체 입구 매니폴드와 정렬되어 유체 연통하게 있고, 유체 포트(128)는 제1유체 출구 매니폴드와 정렬되어 유체 연통하게 있다. 유체 포트(126, 128)는 모두 공지된 기술인 예를 들면 0-링과 같은 적당한 밀봉 수단을 수용하기 위해 포트 개구부 주위에 형성된 밀봉 홈(129)을 갖고 구성된다. 매니폴드 구조체(114)에는 부가로 1쌍의 유체 포트(134, 136)가 제공된다. 유체 포트(134)는 매니폴드 구조체(114)의 출구 포트로서 기능을 하며, 상기 출구 포트는 전체적인 열교환기 시스템의 임의의 장소에서 다른 열교환기 부품으로 매니폴드 구조체(114) 밖으로 나가는 오일(또는 제1열교환 유체)이 향하게 한다. 유체 포트(136)는 매니폴드 구조체(114)에 대한 입구 포트로서 기능을 하며, 상기 입구 포트는 다른 열교환기 부품으로부터 오일(또는 제1열교환 유체)을 수용하고, 매니폴드 구조체(114)를 통해 트랜스미션(111)으로 상기 오일을 귀환시키기 위한 포트이다.
제1내부 유체 채널(130)은 매니폴드 구조체(114) 내에 형성되며, 트랜스미션(111)으로부터 제1유체 또는 트랜스미션 오일을 수용하기 위한 유체 입구 포트(122)와 유체 연통된다. 내부 유체 채널(130)도 또한 유체 포트(126)와 유체 연하며, 상기 유체 포트는 매니폴드 구조체(114)에 유입되는 오일(또는 제1열교환 유체)이 열교환기(112)로 향하게 하여, 열교환기(112)를 통해 흐르는 제2유체와 열교환 관계로 제1유체가 전해지게 한다. 제1열교환 유체는 열교환기(112)를 통해 흐르며, 내부 밸브 공동(117)으로의 유체 포트(128)를 통해 매니폴드 구조체(112)로 귀환하게 한다.
제2내부 유체 채널(132)은 제1내부 유체 채널(130)로부터 멀어지는 방향으로 갈라지며, 매니폴드 구조체(114)를 통해 입구 포트(122)로부터 나오고 출구 포트(134)를 통해 매니폴드 구조체(114) 밖으로 나가는 오일(또는 제1열교환 유체)이 전체 열교환 시스템의 임의의 구역에 다른 열교환 부품으로 향하게 한다. 제2내부 유체 채널(132)을 통해 흐르는 유체는 열교환기(112)에 유입하지 않고, 대신에 전체 열교환 시스템의 임의 장소에 배치된 다른 열교환기 또는 열교환 부품으로 향하게 된다. 다음, 제1열교환 유체는 입구 포트(136)를 통해 매니폴드 구조체로 귀환된다. 제3내부 유체 채널(135)은 입구 포트(136) 및 내부 밸브 공동(117)을 상호 연결하는 매니폴드 구조체(114) 내에 형성된다.
밸브 조립체(116)를 도 6a 및 도 6b를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이, 밸브 조립체(116)는 내부 밸브 공동(117) 내에 수용되며, 내부 공동(117) 및 밸브 조립체(116)는 밸브 캡(140)에 의해 밀봉된다. 내부 밸브 공동(117)은 밸브기구의 부품을 수용하는 밸브 챔버로서 기능하며, 상기 부품은 당 업계에 공지된 바와 같이, 열 또는 온도 감응 액츄에이터(즉, 왁스 모터 또는 전자 솔레노이드 밸브)(66)를 포함한다. 서멀 액츄에이터(66)는 서멀 액츄에이터(66)에 함유된 왁스(또는 다른 적당한 물질)의 팽창/수축에 의해 제1위치로부터 제2위치로 이동할 수 있는 액츄에이터 피스톤을 포함하며, 상기 서멀 액츄에이터는 내부 밸브 공동(117)에 유입되는 유체의 온도(즉, 트랜스미션(111)으로 귀환하는 오일 온도)에 반응하여 팽창/수축 된다. 전자 밸브 또는 솔레노이드 밸브를 사용하는 경우, 상기 액츄에이터 피스톤(68)은 또한 솔레노이드 코일의 활성화에 의해 제어될 수도 있다. 밸브 디스크 또는 밀봉 디스크(70)는 서멀 액츄에이터(66)에 작동가능하게 결합(즉, 액츄에이터 피스톤(68)의 일측 단부에 결합)되며, 밸브기구가 도 6b에서 유체흐름 방향을 화살표로 개략적으로 나타낸 폐쇄 위치(또는 제2밸브 위치)에 있을때 밸브 공동(117)에 형성된 대응하는 밸브 시트(119) 내에 위치하거나 밸브 시트에 대하여 밀봉하고 있으며, 밸브 디스크(70)는 밸브기구가 도 6a에서 유체흐름 방향을 화살표로 개략적으로 나타낸 개방 위치(또는 제1밸브 위치)에 있을때 밸브 시트(119)로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 서멀 액츄에이터(66)에도 1개 이상의 편향 수단(즉, 스프링)이 제공되어서 밸브 디스크(70)가 그 "정상" 개방 위치(도 6a 참조)로 귀환하게 할 수도 있다.
내부 밸브 공동(117)은 포트(128)를 통해 열교환기(112)에서 유출되는 제1유체를 수용하기 위한 제1입구 포트(144), 및 열교환기(112)를 우회한 후, 매니폴드 구조체(114)로 귀환한 제1열교환 유체를 수용하기 위한 제2입구 포트(146)를 갖는다. 내부 밸브 공동(117)에는 또한 매니폴드 구조체(114)와 유체 연통하는 출구 포트(145)도 제공되며, 상기 출구 포트(145)는 제1열교환 유체 즉, 오일을 트랜스미션(111)에 귀환시키기 위한 것이다.
밸브 캡(140)은 도 6a-6b에 도시된 바와 같이, 밸브 공동(117)을 밀봉하는 중실(solid)의 제1확장 단부(141) 및 서멀 액츄에이터(66)의 일측 단부가 위치하는 제2확장 단부(143)를 갖는다. 입구 포트(143)를 통해 밸브 공동(117)에 유입되는 유체가 밸브 캡의 제2단부(143)를 통해 출구 포트(145)로 통과하게 하는 개구가, 제2확장 단부(143)에 그를 관통하여 제공된다. 특정 실시예에서는 제2밸브 디스크(도시되지 않음)도 밸브가 "개방" 또는 제1밸브 위치에 있을 때 밸브 캡(140)의 제2단부(143)에 대하여 밀봉하는 밸브 디스크(70)에 반대편 서멀 액츄에이터(66)에도 결합된다. 밸브 캡에는 밀봉부재(즉, 0-링)가 제공되어 밸브 캡(140)과 내부 밸브 공동(117) 사이의 밀봉을 강화시킬 수 있다. 특별한 밸브 캡 및 밸브기구가 설명되었지만, 임의의 적절한 밸브기구 및 밸브 캡이 공지 및 당해 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 사용될 수 있는 것이다.
작동 시, 제1열교환 유체 또는 오일은 트랜스미션(111)을 떠나서 입구 포트(122)를 통해 매니폴드 구조체(114)에 유입된다. 개시적으로, 예를 들어 자동차 시동을 하는 동안, 유체는 제1 및 제2내부 유체 채널(130, 132)을 통해 입구 포트(122)를 향하게 된다. 따라서, 개시적으로 매니폴드 구조체(114)로 유입되는 제1열교환 유체(또는 트랜스미션 오일)의 일부가 열교환기(112)로 향하며, 반면에 일부 유체는 매니폴드 구조체(114)를 통해 다른 열교환기(113), 예를 들면 OTA(oil-to-air) 쿨러로 매니폴드 구조체(114) 출구 포트(134)로부터 하류로 향하게 된다. 열교환기 조립체(100)의 외부에 열교환기(112) 또는 다른 열교환기(113)로부터 매니폴드 구조체(114)로 귀환하는 제1열교환 유체(또는 트랜스미션 오일)는 내부 밸브 공동(117)에 유입되며, 유체의 온도는 출구 포트(124)를 통해 트랜스미션(111)으로 귀환하기 전에 밸브 조립체(116)의 파트를 형성하는 서멀 액츄에이터(66)에 의해 "감지(sensed)"된다.
유체 매니폴드 구조체(114)로 귀환하여 내부 밸브 공동(117)에 유입되는 유체가 "저온(cold)"으로 (또는 소정의 온도 범위 내에) 있는 경우, 밸브 조립체(116)는 "정상(normal)"인 개방 위치를 유지하여 매니폴드 구조체(114)에 유입되는 유체가 열교환기(112)(예를 들면, OTW(oil-to-water) 열교환기)로 향해져서 가열된다. 예시된 실시예에서 내부 밸브 공동(117)으로 유입되는 유체의 온도가 상승하여서, 서멀 액츄에이터(66)는 왁스 또는 그 안에 포함된 다른 팽창성 물질(또는 임의적인 다른 적당한 활성수단)의 팽창에 의해 작동되어, 밸브기구가 밸브 디스크(70)를 밸브 시트(119)에 대하여 밀봉시키는 "폐쇄"위치에 도달할 때까지 밸브 시트(119)쪽으로 밸브 디스크(70)가 이동하게 한다. 밸브기구가 "폐쇄" 위치에 있는 상태에서는, 입구 포트(122)를 통해 매니폴드 구조체(114)에 유입되는 유체가 제2내부 채널(132)을 통해 출구 포트(134)쪽으로 향해 흐를 것이며, 출구 포트에서는 전체 열교환기 시스템 내의 다른 구역으로(즉, OTA 또는 다른 열교환기(113)로) 지향되어 냉각을 할 것이다. "폐쇄" 위치에 있는 밸브기구로부터 발생하는 열교환기(112)를 통하는 증가된 흐름 저항(flow resistance)으로 인하여, 매니폴드 구조체(112)에 유입되는 대부분의 유체가 (전부가 아님) 매니폴드 구조체(114)의 밖으로 향하게 되어 냉각될 것이다. 매니폴드 구조체(114) 입구 포트(136)를 통해 내부 밸브 공동(117)에 유입되는 유체의 온도가 충분히 냉각되었고, 소정의 온도 범위에 도달했으면, 서멀 액츄에이터(66)가 (서멀 재료의 수축을 통해) 다시 활성화되어 밸브기구가 "개방" 위치로 귀환하게 하여, 다시 유체를 열교환기(112)로 향하게 하여 가열시킬 수 있다. 따라서, 예시된 실시예에서, 매니폴드 구조체(114) 및 내부 밸브 조립체(116)가 트랜스미션(111)으로 귀환하는 유체의 온도를 감지하는데 사용되어, 트랜스미션(111)에서 유출되는 유체가 적절한 열교환 부품으로 향하게 한다(즉, 가열을 위해 열교환기(112)로 향하거나, 또는 열교환 시스템 내의 다른 구역으로 향하게 한다).
특정 유체 회로가 상기 일례의 실시예와 관련하여 설명되었지만, 열교환기 조립체(100)는 특정 용도에 따라 다른 유체 회로에 적합하게 개조 또는 채택될 수 있는 것이다. 예를 들어, 매니폴드 구조체(114)는 증가된(감소된) 내부 유체 채널을 갖게 변경되어 유체가 원하는 패턴 또는 유체 회로에서 매니폴드 구조체(114)를 통해 순환될 수 있게 할 수 있다. 또한, 특정 밸브 조립체(116)를 일반적으로 "왁스 모터" 형태로 서멀 액츄에이터를 갖는 것으로 설명했지만, 그 실시예는 "왁스 모터"에 한정되지 않으며, 밸브기구를 작동하는 임의의 적당한 서멀 액츄에이터를 사용할 수 있는 것으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 전자 밸브기구도 사용될 수 있으며, 상기 전자 밸브기구는 솔레노이드 코일 및 밸브 디스크에 결합된 중앙 액츄에이터 축으로 이루어진 솔레노이드에 의해 작동된다. 따라서, 왁스 모터, 전자 밸브기구 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 적당한 온도 반응 밸브기구가 특별한 용도 및 밸브와 열교환기 조립체(100)의 원하는 기능에 따른 상기 열교환기 조립체(100)와 함께 사용될 수 있는 것으로 이해한다.
또한, 매니폴드 구조체(114)가 밸브기구의 부품을 수용하는데 사용되는 내부 밸브 공동(117)을 갖고, 상기 내부 밸브 공동은 밸브 캡(140)에 의해 외측으로 밀봉되는 것으로 설명되었지만, 상기 매니폴드 구조체(114)는 이런 특정 구조로 한정되지 않으며, 매니폴드 구조체(114)는 예를 들어 도 1-3과 관련하여 기술한 실시예와 유사하게, 기계적으로 상기 매니폴드 구조체(114)에 연결되는 외부 밸브 조립체를 수용하는 것을 채택하여, 밸브 공동(117) 및 밸브 조립체(116)를 형성할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 통합 밸브 구조 또는 밸브 통합 유닛을 가진 열교환기 조립체의 다른 실시예를 도 8-12를 참고하여 다음과 같이 설명한다.
일 실시예에서, 열교환기 조립체(200)는 통합 밸브 조립체(216)를 가진 기초 평판(214)이 형성된 밸브 통합 유닛과 열교환기(212)를 포함한다. 열교환기(212)는 일반적으로 상술된 열교환기(12)와 동일한 형태이며, 따라서 기술설명이 상술된 설명으로 이루어지더라도 본 실시예와 관련하여서는 더 이상 상세히 기술하지 않을 것이다. 그러나, 열교환기 조립체(200)는 반드시 상술된 특별한 열교환기 장비로 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 공지된 바와 같은 적당한 열교환기가 열교환기 조립체(212)의 특별한 사용/용도에 따라 사용될 수 있는 것으로 이해한다.
한정적이지 않은 일례의 실시예에서, 열교환기 조립체(200)는 트랜스미션 오일 쿨러로서 사용된다. 열교환기(212)에는 열교환기(212)를 통하는 열교환 유체(즉, 냉각/가온용의 적당한 열교환 유체)의 흐름을 통한 상단부 평판(36)에 2개의 유체 연결부가 제공된다. 2개의 유체 연결부는 기초 평판(214)을 통해 제공되어 열교환기(212)를 통한 다른 하나의 열교환 유체(즉, 트랜스미션 오일)가 흘러가게 한다. 따라서, 본 실시예에서는 기초 평판(214)을 통해 열교환기(212)로 유입되는 제1열교환 유체가 오일이며, 유체 연결부(42, 44)를 경유하는 열교환기(212)를 통해 흐르는 제2열교환기 유체는 오일을 냉각/가온하는 적당한 유체이다.
기초 평판(214)은 일반적으로 압출, 단조 또는 기계 가공된 평판이며, 상기 평판은 열교환기(212)의 하부 단부 평판(38)에 직접 납땜되는 제1면(216) 및 반대편 제2면(218)으로 이루어진다. 내부 밸브 공동(217)은 기초 평판(214)의 바디 내에 형성되며, 기초 평판(214)의 제2면(218)으로부터 외부방향으로 돌출된다. 내부 밸브 공동(217)은 밸브 챔버로서 역할을 하고, 밸브기구(221)의 부품을 수용하는데 사용된다. 상기 밸브기구의 부품은 다른 실시예와 관련하여 상술한 바와 같이, 열 또는 온도 반응 액츄에이터(66)(즉, 왁스 모터 또는 솔레노이드 밸브 또는 임의의 다른 적당한 밸브기구와 같은 전자 밸브기구)를 포함한다. 밸브 캡(240)은 밸브기구를 밀봉하며, 내부 밸브 공동(217)을 폐쇄한다. 예시된 실시예에서, 서멀 액츄에이터(66)는 서멀 액츄에이터(66)에 내장된 왁스(또는 다른 적당한 재료)의 팽창/수축에 의해 제1위치와 제2위치 사이에서 이동하는 액츄에이터 피스톤(68)을 포함한다. 상기 서멀 액츄에이터(66)는 내부 밸브 공동(217)에 유입되는 유체의 온도에 반응하여 팽창/수축 한다. 또한, 액츄에이터 피스톤(68)도 솔레노이드 코일 또는 다른 적당한 밸브 작동수단의 활성화에 의해 제어될 수도 있다. 스풀(spool) 형 밸브부재는 서멀 액츄에이터(66)에 작동적으로 결합되며, 밸브 부재는 제1 및 제2밸브 디스크(71, 73)가 이격 분리되어 공간을 갖는다. 제1밸브 디스크(71)는 밸브기구(221)가 냉각/가온을 위해 트랜스미션으로부터 열교환기(212)로 유체를 향하게 하는 위치에 있을 때 밸브 공동(217) 내에 형성된 대응하는 밸브 시트(219)에 대해 밀봉하도록 구성된다. 밸브기구(221)가 추가로 아래에서 설명되는 바와 같이, 유체가 열교환기(212)로부터 멀어지거나 우회하는 방향으로 흐르고, 트랜스미션으로 돌아오게 배치되었을 때, 내부 밸브 챔버(217) 내로 연장되는 밸브 캡(212)의 단부 및 밸브 시트(241)에 대한 밀봉을 하는데 제2밸브 디스크(73)가 사용된다.
밸브기구(221)는 일반적으로 전술한 실시예에서와 같이, "왁스 모터"의 형태로 서멀 액츄에이터(66)를 갖는 것으로 설명되었지만, 본 실시예는 "왁스 모터"로 한정되지 않으며, 밸브기구를 작동시키기 위한 임의의 적당한 열 또는 온도 반응 액츄에이터가 사용될 수 있는 것이다. 예를 들어 전자 밸브기구는 열 또는 온도 반응 액츄에이터가 솔레노이드 코일과 밸브 디스크 또는 스풀 형 밸브부재에 연결된 중앙 액츄에이터 축을 가진 솔레노이드에 의해 작동되는 것을 사용할 수 있다. 따라서, 왁스 모터, 전자 밸브기구 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 적당한 온도 반응 밸브기구가, 밸브 및 열교환기 조립체(200)의 특별한 용도와 필요한 기능에 따라서, 상술된 열교환기 조립체(200)와 관련하여 사용할 수 있는 것이다.
기초 평판(214)에는 제2면에서 유체 포트(220, 222)가 제공되어, 제1열교환 유체 즉, 트랜스미션 오일이 열교환기 조립체(200)에 출입하게 한다. 예시된 실시예에서는 유체 포트(220)가 입구 포트로서 역할을 하며, 자동차 트랜스미션으로부터 나오는 제1열교환 유체, 즉 오일을 수용하는데 사용되고, 유체 포트(222)는 제1열교환 유체가 열교환기 조립체(200) 밖으로 향하게 하고 상기 유체가 트랜스미션으로 귀환하게 하는 출구 포트로서 역할을 한다. 제1유체 채널(224)은 기초 평판(214)의 제1면 내부에 형성되며, 상기 제1면은 밸브 입구 포트(226)에 의해 유체 포트(220) 및 내부 밸브 공동(217)을 서로 연결시킨다. 기초 평판(214)의 제1면에 형성된 제2유체 채널(228)은 밸브 출구 포트(230)에 의해 내부 밸브 공동(217)과 유체 출구 포트(222)를 서로 연결시킨다. 상기 제2유체 채널(228)은 유체 포트(222)를 넘어 연장되는 지부(branch)(229)를 갖고, 상기 지부(229)는 열교환기(214)의 제1유체 출구 매니폴드(즉, 오일 출구 매니폴드)와 일렬로 배치되어 매니폴드를 밀봉하는 단부(232)를 갖는다. 따라서, 밸브기구 또는 서멀 액츄에이터(66)의 특별한 위치에 따라서, 제2유체 채널(228)은 내부 밸브 공동(117)을 나가는 유체가 열교환기 조립체(200) 밖으로 향하고 출구 포트(222)를 통해 자동차 트랜스미션으로 귀환하거나 또는 지부(229)를 통해 열교환기(212)를 나가는 유체가 열교환기 조립체(200) 밖으로 향하고 자동차 트랜스미션으로 귀환하는데 사용된다. 기초 평판(214)은 제2밸브 출구 포트(236)에 의해 내부 밸브 공동(217)과 유체 연통하는 제3유체 채널(234)도 포함하며, 제3유체 채널(234)은 열교환기(212)의 제1유체 입구 매니폴드와 정렬되어 매니폴드에 대한 밀봉을 하는데 채택되는 단부(238)를 갖는다.
열교환기 조립체(200)를 통해 순환하는 유체를 이하에서 상세하게 설명한다. 트랜스미션 오일 쿨러로서 사용되는 열교환기 조립체(200)의 실시예에서는, 오일(또는 제1열교환 유체)이 자동차 트랜스미션에서 배출되어 유체 포트(220)를 통해 열교환기 조립체(200)에 유입된다. 다음, 유체는 상기 유체의 온도가 서멀 액츄에이터(또는 온도 반응 액츄에이터)(66)에 의해 "감지"되는 입구 포트(226)를 통해 유체가 내부 밸브 공동(217)으로 유입되는 제1유체 채널(224)을 통해 이동한다. 자동차를 시동하는 동안, 예를 들어, 트랜스미션 오일은 "저온(cold)" 상태에 있고 최적한 작동온도에 도달해 있지 않아서, 따라서, 냉각동작은 필요하지 않다. 따라서, 이 단계에서, 밸브기구 또는 서멀 액츄에이터(66)는 밸브 시트(219)로부터 이격되는 밸브 디스크(71)를 가진 "폐쇄" 또는 우회 위치에 있어서, 내부 밸브 공동(217)의 일부분을 통하는 제1 및 제2유체 채널(224, 228)을 유체가 흐르게 연결하며, 반면에, 밸브 디스크(71)는 밸브 시트(241)에 대한 밀봉을 하여서 유체가 열교환기(212)로 유입되지 않게 막는다. 따라서, 유체가 열교환기(212)를 통하는 유체 흐름을 갖기보다는, 유체는 열교환기(212)를 우회하여, 출구 포트(222)를 통해 트랜스미션으로 귀환하는 흐름이다. 제1열교환 유체, 즉 트랜스미션 오일의 온도가 증가하여, 열 또는 온도 반응 액츄에이터(66)가 액츄에이터 내의 물질/왁스의 팽창에 의해(또는 예를 들어, 전자 솔레노이드 밸브기구를 사용할 때, 솔레노이드 코일의 활성화에 의해) 작동되어서, 제2밸브 디스크(73)가 밸브 시트(219)와 밸브 디스크(71)로부터 멀어지는 방향으로 이격져서 밸브 시트(241)에 대한 밀봉 결합하는 부분으로 이동하게 된다. 따라서, 밸브기구는 폐쇄 또는 우회 위치로부터 개방 위치로 이동하며, 유체 연결부는 내부 밸브 공동(217) 부분에 의해 제1유체 채널(224) 및 제3유체 채널(234) 사이에 제공된다. 제1열교환기 유체는, 따라서, 입구 포트(220)를 통해 열교환기 조립체(200)에 유입되며, 유체 채널(224)을 통해 흐르며, 입구 포트(226)를 경유하여 내부 밸브 공동(217)으로 유입된다. 다음, 상기 유체는 내부 밸브 공동(217)을 통해 흐르고, 출구 포트(236)를 통해 제3유체 채널(234)에 유입되며, 여기서 유체는 제3유체 채널(234)을 통해 이동하며 열교환기(212)의 오일 입구 매니폴드로 향하게 된다. 오일은 열교환기(212)를 통해 흐르고, 제2유체 채널(228)의 지부 부분(229)을 통해 트랜지미션으로 귀환하여, 출구 포트(222)를 통해 열교환기 조립체(200) 밖으로 향하게 된다.
본 발명이 통합 밸브 구조체 또는 밸브 통합 유닛과 열교환기를 포함하는 열교환기 조립체의 구체적인 실시예를 참조하여 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 본원에 명시된 상세한 설명에 기술된 세부적인 기술에 의해 한정되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 따라서 본 발명은 다양한 생략, 변형, 대체 및 형태와 개시된 시스템의 세부적인 기술 및 그 작동에 있어서의 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 어떠한 방식으로도 이탈하지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 열교환기 조립체(10, 100, 200)가 냉각/가열 트랜스미션 오일에 대한 특정 용도와 관련하여 설명되었지만, 본원에 기술된 열교환기 조립체는 다양한 다른 열교환 용도에 사용될 수 있으며, 자동차 시스템의 트랜스미션과 관련된 용도에 제한되지 않아야 한다.

Claims (30)

  1. 열교환기 조립체에 있어서, 상기 열교환기 조립체는:
    열교환 관계에 있는 복수의 교호하는 제1 및 제2유체 통로를 가진 열교환기;
    열교환기를 통과하는 열교환 유체의 흐름을 위한 복수의 제1 또는 제2유체 통로 중 하나에 의해 상호 연결된 적어도 하나의 입구 매니폴드 및 적어도 하나의 출구 매니폴드;
    열교환기에 고정적으로 부착되며, 열교환기의 입구 및 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통되는 유체 통로를 구비하는 밸브 통합 유닛; 및
    상기 유체 통로와 유체 연통하는 밸브 통합 유닛 내에 장착되며, 적어도 하나의 입구 매니폴드와 적어도 하나의 출구 매니폴드 중 하나에 대한 열교환 유체의 흐름을 제어하는 밸브기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    밸브 통합 유닛은 밸브 하우징의 제1파트를 포함하며, 상기 제1파트는 열교환기에 고정적으로 부착된 제1단부와 상기 밸브 하우징의 제2파트에 결합하는 제2단부를 갖고, 제1파트의 제2단부는 밸브 시트를 제공하며;
    밸브 통합 유닛 유체 통로는 제1파트의 제1 및 제2단부를 상호 연결하며, 상기 밸브기구는 밸브 하우징의 제2파트 내에 완전히 수용되며, 상기 밸브기구는 상기 밸브 시트와 연통하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    제1파트의 제1단부는 열교환기에 납땜되는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    제1파트와 제2파트는 기계적 압착에 의해 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  5. 제2항에 있어서,
    제1파트와 제2파트는 상기 파트들을 함께 결합시키기 위한 대응하는 암/수 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1파트의 제2단부는 밸브 하우징의 제2파트로 밀봉하기 위한 밀봉 부재를 수용하는 원주방향으로 연장되는 홈을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    밸브기구는 상기 유체 통로 내의 열교환 유체의 온도에 반응하는 서멀 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    서멀 액츄에이터는 왁스 모터의 형태로 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    밸브기구는 전자식 밸브기구인 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    밸브기구는 적어도 하나의 입구 매니폴드와 적어도 하나의 출구 매니폴드 중 하나로 또는 하나로부터 흐르는 열교환 유체의 흐름을 차단 또는 허용하기 위한 제1밸브 위치 및 제2밸브 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    밸브 통합 유닛은 열교환기의 단부에 고정적으로 부착된 매니폴드 구조체이며, 상기 매니폴드 구조체는:
    소스로부터 열교환 유체를 수용하고, 상기 소스로 상기 열교환 유체를 귀환하기 위한 1쌍의 제1입구 및 출구 포트와;
    상기 열교환기에서 대응하는 각각의 입구 및 출구 매니폴드와 유체 연통하는 1쌍의 제2입구 및 출구 포트와;
    상기 매니폴드 구조체의 밖으로 상기 열교환 유체를 향하게 하고, 상기 매니폴드 구조체로 상기 열교환 유체를 귀환하기 위한 1쌍의 제3입구 및 출구 포트와;
    1쌍의 제1입구 및 출구 포트 중 입구 포트와 열교환기의 입구 매니폴드가 유체 연통하는 제1내부 유체통로와;
    상기 쌍의 제1입구 및 출구 포트 중 입구 포트와 상기 쌍의 제3입구 및 출구 포트 중 출구 포트와 유체 연통하는 제2내부 유체 통로와;
    상기 쌍의 제3입구 및 출구 포트 중 입구 포트와 상기 쌍의 제1입구 및 출구 포트 중 출구 포트와 유체 연통하는 제3내부 유체 통로와;
    열교환기의 출구 매니폴드, 제3내부 유체 통로, 상기 쌍의 제1입구 및 출구 포트 중 출구 포트와 유체 연통하며, 밸브기구를 수용하는 밸브 공동을 포함하며;
    상기 밸브기구는 밸브 공동에 들어오는 유체의 온도에 반응하며, 상기 소스로 귀환하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    밸브기구는 열교환기로의 유체의 흐름을 허용하는 제1밸브 위치와, 열교환기로의 유체의 흐름을 차단하는 제2밸브 위치와의 사이에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  13. 제11항에 있어서,
    밸브기구는 왁스 모터의 형태로 서멀 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  14. 제11항에 있어서,
    밸브기구는 전자식 밸브기구인 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  15. 제11항에 있어서,
    밸브 공동은 내부 밸브 공동인 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  16. 제11항에 있어서,
    밸브 공동은 매니폴드 구조체 내에 내부적으로 형성된 제1부분과, 매니폴드 구조체에 외부적으로 장착되어 상기 제1부분에 기계적으로 결합된 제2부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  17. 제1항에 있어서,
    밸브 통합 유닛은 열교환기의 단부에 고정적으로 부착된 매니폴드 구조체이며, 상기 매니폴드 구조체는:
    소스로부터 열교환 유체를 수용하고, 상기 소스로 상기 열교환 유체를 귀환하기 위한 1쌍의 제1입구 및 출구 포트와;
    상기 제1입구 포트 및 상기 열교환기의 입구 매니폴드와 유체 연통하는 제1내부 유체통로와;
    상기 쌍의 제1입구 및 출구 포트와 유체 연통하며, 상기 열교환기로부터 멀어지는 방향으로 유체를 향하게 하는 제2내부 유체 통로와;
    상기 열교환기의 출구 매니폴드 및 제2내부 유체 통로와 유체 연통하는 내부 밸브 공동을 포함하며;
    상기 밸브 공동은 밸브기구를 수용하고;
    상기 밸브기구는 열교환기로의 유체의 흐름을 허용하고 상기 제2내부 유체 통로 내로의 유체의 흐름을 차단하는 제1밸브 위치와, 열교환기로의 유체의 흐름을 차단하고 상기 내부 유체 통로 내로의 유체의 흐름을 허용하는 제2밸브 위치와의 사이에서 작동 가능한 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  18. 제1항에 있어서,
    밸브 통합 유닛은 기초 평판이며, 상기 기초 평판은:
    내부에 형성되며, 열교환기의 입구 및 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통하는, 밸브기구를 수용하는데 사용되는 내부 밸브 공동과;
    열교환 유체를 상기 열교환기 조립체쪽으로 또는 그로부터 향하게 하는 1쌍의 입구 및 출구 포트; 및
    상기 내부 밸브 공동과 상기 입구 및 출구 포트 중 하나를 서로 연결시키는 상기 기초 평판에 형성된 적어도 하나의 유체 채널을 포함하며;
    상기 밸브기구는 상기 열교환기로의 유체 흐름을 허용하는 제1밸브 위치와 상기 열교환기로의 유체 흐름을 차단하는 제2밸브 위치 사이에서 작동 가능한 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  19. 열교환기 조립체에 있어서, 상기 열교환기 조립체는:
    열교환 관계에 있는 교호적인 제1 및 제2유체 통로를 갖는 열교환기; 열교환기를 통하는 제1열교환 유체의 흐름을 위한 제1유체 통로에 의해 상호 연결되는 제1입구 매니폴드와 제1출구 매니폴드; 및 열교환기를 통하는 제2열교환 유체의 흐름을 위한 제2유체 통로에 의해 상호 연결되는 제2입구 매니폴드와 제2출구 매니폴드를 포함하며;
    밸브 조립체는:
    유체 통로에 의해 상호 연결되는 제1 및 제2개방 단부를 가진 제1파트;
    유체 챔버를 형성하며, 제1파트의 제2단부와 결합하는 단부를 갖는, 적어도 하나의 유체 포트를 가진 제2파트; 및
    열교환기로의 또는 열교환기로부터의 제1 및 제2열교환기 유체 중 하나의 흐름을 제어하기 위한 제2파트의 유체 챔버 내에 배치되는 밸브기구를 포함하며;
    제1파트의 제1단부는 제1 또는 제2입구 또는 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통하는 열교환기에 고정적으로 부착되며;
    제1파트의 제2단부는 상기 밸브기구와 함께 동작하는 밸브 시트 형태인 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  20. 열교환기 조립체에 있어서, 상기 열교환기 조립체는:
    열교환 관계에 있는 교호적인 제1 및 제2유체 통로와, 열교환기를 통하는 제1열교환 유체의 흐름을 위한 제1유체 통로에 의해 상호 연결되는 제1입구 매니폴드와 제1출구 매니폴드, 및 열교환기를 통하는 제2열교환 유체의 흐름을 위한 제2유체 통로에 의해 상호 연결되는 제2입구 매니폴드와 제2출구 매니폴드를 가진 열교환기; 및
    상기 쌍의 제1 또는 제2입구 및 출구 매니폴드 중 하나에 고정적으로 부착되어 유체 연통하는 매니폴드 구조체를 포함하며;
    상기 매니폴드 구조체는:
    유체를 열교환기의 입구 매니폴드로 향하게 하는 제1내부 유체 채널;
    유체를 상기 열교환기의 입구 매니폴드로부터 멀어지는 방향으로 향하게 하는 제2내부 유체 채널;
    상기 열교환기의 출구 매니폴드 및 제2내부 유체 채널과 유체 연통하는 내부 밸브 공동; 및
    내부 밸브 공동 내에 장착되며, 상기 열교환기에 대한 또는 상기 제2내부 유체 채널에 대한 유체 흐름을 제어하는 밸브기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  21. 제20항에 있어서,
    제2내부 유체 통로는 제2열교환기와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  22. 제20항에 있어서,
    매니폴드 구조체는:
    소스로부터 열교환 유체를 수용하고, 상기 열교환 유체를 상기 소스로 귀환하기 위한 1쌍의 제1입구 및 출구 포트와;
    상기 열교환기 내의 대응하는 각각의 입구 및 출구 매니폴드와 유체 연통하는 1쌍의 제2입구 및 출구 포트; 및
    상기 열교환 유체를 상기 매니폴드 구조체의 밖으로 향하게 하고, 상기 열교환 유체를 상기 매니폴드 구조체로 귀환하게 하기 위한 1쌍의 제3입구 및 출구 포트를 포함하며;
    제1내부 유체 채널은 상기 제1입구 포트 및 상기 열교환기의 상기 입구 매니폴드와 상호 연결되고, 제2내부 유체 채널은 제1입구 포트 및 제3출구 포트와 상호 연결되며 상기 내부 밸브 공동을 경유하여 상기 제3 입구 포트 및 상기 제1출구 포트를 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 쌍의 제3입구 및 출구 포트는 열교환기 조립체로부터 제거된 제2열교환기의 대응하는 입구 및 출구 포트와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 열교환기는 가온기로서 작용하며, 상기 제2열교환기는 냉각기로서 작용하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 열교환기는 OTW(oil-to water) 열교환기이며, 상기 제2열교환기는 OTA(oil-to air) 열교환기인 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  26. 열교환기 조립체에 있어서, 상기 열교환기 조립체는:
    열교환 관계에 있는 교호적인 제1 및 제2유체 통로와, 열교환기를 통하는 제1열교환 유체의 흐름을 위한 제1유체 통로에 의해 상호 연결되는 제1입구 매니폴드와 제1출구 매니폴드, 및 열교환기를 통하는 제2열교환 유체의 흐름을 위한 제2유체 통로에 의해 상호 연결되는 제2입구 매니폴드와 제2출구 매니폴드를 가진 열교환기; 및
    상기 열교환기의 단부에 고정적으로 부착되는 기초 평판을 포함하며;
    상기 기초 평판은:
    상기 열교환기의 입구 및 출구 매니폴드 중 하나와 유체 연통하는 내부 밸브 공동;
    상기 제1 및 제2열교환 유체 중 하나를 열교환기 조립체를 향하게 또는 그로부터 향하게 하기 위한 1쌍의 입구 및 출구 포트;
    상기 내부 밸브 공동과 상기 입구 및 출구 포트 중 하나를 상호 연결하는 기초 평판에 형성된 적어도 하나의 유체 채널;
    상기 열교환기로의 유체 흐름을 허용하는 제1밸브 위치와 상기 열교환기로의 유체 흐름을 차단하는 제2밸브 위치와의 사이에서 작동하는, 내부 밸브 공동 내에 배치된 밸브기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  27. 제26항에 있어서,
    적어도 하나의 유체 채널은 제1유체 채널이며, 상기 기초 평판은 상기 내부 밸브 공동과 상기 입구 및 출구 포트 중 나머지 하나를 상호 연결하는 제2유체 채널과; 상기 내부 밸브 공동과 상기 열교환기의 입구 매니폴드를 상호 연결하는 제3유체 채널을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  28. 제26항에 있어서,
    기초 평판은 복수의 장착 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  29. 제26항에 있어서,
    밸브기구는 왁스 모터의 형태로 서멀 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
  30. 제26항에 있어서,
    밸브기구는 전자식 밸브기구인 것을 특징으로 하는 열교환기 조립체.
KR20147036604A 2012-05-31 2013-05-30 통합 밸브를 가진 열교환기 조립체 KR20150020615A (ko)

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