KR20200051793A - 열 교환 장치 - Google Patents

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KR20200051793A
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하오밍 치우
시아오준 치안
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쯔지앙 산후아 오토모티브 컴포넌츠 컴퍼니 리미티드
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Abstract

열 교환 장치는 열 교환기 본체(2) 및 온도 조절 조립체(1)를 포함하고; 밸브 캐비티로 유동하는 오일의 온도가 사전 설정된 온도 이상인 경우, 온도 조절 조립체(1)의 기억 스프링(12)의 탄성 포텐셜 에너지가 활성화되고, 오일이 열 교환을 위해 열 교환 채널(2f)로 진입하고; 그렇지 않으면, 오일은 방열 조립체(21)를 통과하지 않고 바이패스 채널(2e)에 의해 열 교환기 본체(2) 외부로 직접 유동하고; 기억 스프링(12)의 열 응답이 빠르고 응답 시간이 짧아 변속기의 동작 성능과 사용 안전성을 크게 향상시키고; 또한 기억 스프링(12)은 크기가 작고 보다 높은 설치 안정성을 가지며, 다른 부분들과의 협업적 사용이 필요하지 않으므로, 온도 조절 조립체(1)의 구조를 단순화시키고, 온도 조절 조립체(1)의 크기를 현저히 감소시키고; 온도 조절 조립체(1)는 플레이트 열 교환기의 유체 입구 위치에 설치될 수 있으며, 2개가 종합적인 설계로 통합되어, 현장 설치가 필요하지 않고 설치 효율성을 증가시키며 차량에 점유되는 공간을 현저히 감소시키고, 전체 차량 설계를 최적화하는 데 유리하다.

Description

열 교환 장치
본 출원은 2017년 10월 23일자로 중국 특허청에 출원되고 발명의 명칭이 "열 교환 장치"인 중국 특허 출원 201710992920.X호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 참조로 본원에 통합된다.
본 발명은 열 교환 기술 분야, 특히 열 교환 장치에 관한 것이다.
열 교환 장치는 2개의 매체 사이의 열 전달을 실현할 수 있으며, 이는 시스템의 정상 작동 요건을 충족시키기 위해 시스템의 작동 유체의 온도를 정상 온도 범위에 있도록 제어하기 위해 시스템의 작동 유체의 온도 조절을 필요로 하는 시스템에서 주로 사용된다.
차량의 경우, 윤활유에 의한 차량 작동 부품의 정상적인 윤활이 차량의 안전 주행의 핵심이다. 차량이 정상적으로 주행할 때, 윤활유는 차량의 윤활 요건을 통상적으로 충족시킬 수 있다. 그러나, 차량이 과부하를 받거나 눈 위에서 주행하거나 4륜 구동 모드로 오프-로드 주행하는 경우, 차량은 유압 토크 컨버터가 과도하게 미끄러지는 상태에서 주행하며, 이는 기어박스의 과도하게 높은 온도를 유발하여, 윤활유의 윤활 성능의 저하로 이어질 수 있다.
온도 조절 기능은 온도 조절 밸브 및 외부 냉각 장치로 구성된 냉각 유로에 의해 주로 구현된다. 열 교환기는 기어박스 오일의 온도를 특정 작동 온도 범위 내에 유지시키기 위해 기어박스 오일을 냉각시키는 데 통상적으로 사용된다. 온도 조절 밸브(thermostatic valve)는 유체의 유로를 스위칭하는 목적을 달성하기 위해 열 액추에이터로 윤활유 또는 냉각제의 유로를 통상적으로 제어한다.
온도 조절 밸브의 작용 속도는 차량의 성능에 큰 영향을 미친다.
본 출원에 따른 열 교환 장치가 제공되며, 이는 열 교환기 본체 및 온도 조절 조립체를 포함한다. 열 교환기 본체는 방열 조립체, 유체 입구, 유체 출구, 열 교환 통로 및 바이패스 통로를 포함하고, 방열 조립체에 열 교환 통로가 제공된다.
열 교환기 본체는 제1 통로를 더 포함하고, 제1 통로의 일 단부는 유체 입구와 연통되고, 온도 조절 조립체는 제1 통로에 배치된다. 온도 조절 조립체는 밸브 챔버가 제공된 밸브 본체를 포함하고, 밸브 본체에는 밸브 챔버와 모두 연통되는 입구, 제1 출구 및 제2 출구가 제공되고, 외부 유체는 밸브 본체의 입구를 통해 열 교환기 본체로 유동한다. 리턴 스프링, 형상 기억 합금(shape memory alloy) 스프링 및 밸브 슬리브가 밸브 챔버에 제공되고, 밸브 슬리브는 축 방향으로 전후로 슬라이딩할 수 있고, 형상 기억 합금 스프링은 기억 합금 재료로 이루어지고, 리턴 스프링 및 형상 기억 합금 스프링은 밸브 슬리브의 2개의 측 상에 각각 위치된다.
온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우, 형상 기억 합금 스프링의 탄성 기능이 불능화되고, 리턴 스프링의 작용 하에, 밸브 슬리브는 제1 위치에 있고, 입구는 제2 출구를 통해 바이패스 통로와 연통된다.
온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우, 형상 기억 합금 스프링의 탄성 포텐셜 에너지가 활성화되고, 형상 기억 합금 스프링의 탄성력이 리턴 스프링의 탄성력보다 더 크고, 형상 기억 합금 스프링과 리턴 스프링 사이의 탄성력 차이의 작용 하에서, 밸브 슬리브가 제2 위치로 슬라이딩하여 제2 출구를 폐쇄하고, 제1 출구는 열 교환 통로와 연통되고, 입구는 제1 출구를 통해 열 교환 통로와 연통된다.
밸브 챔버로 유동하는 유체의 온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우, 형상 기억 합금 스프링의 탄성 포텐셜 에너지가 활성화되며, 즉, 형상 기억 합금 스프링이 탄성화되고, 형상 기억 합금 스프링의 탄성력은 리턴 스프링의 탄성력보다 더 크며, 즉, 밸브 슬리브 상에 가해지는 형상 기억 합금 스프링의 탄성력은 밸브 슬리브 상에 가해지는 리턴 스프링의 탄성력보다 더 크고, 밸브 슬리브는 탄성력 차이의 작용 하에 제2 출구를 폐쇄하고 제1 출구를 개방시키고, 이 때, 입구는 밸브 슬리브 상에 제공된 통로를 통해 제1 출구 및 열 교환 통로와 연통된다.
유체의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지는 경우, 형상 기억 합금 스프링이 탄성을 잃고, 밸브 슬리브가 리턴 스프링의 복원력 하에서 제1 출구를 폐쇄하고 제2 출구를 개방시키고, 입구는 바이패스 통로와 다시 연통된다.
본 출원에 따르면, 온도 조절 조립체에서 형상 기억 합금 스프링의 열 응답이 빠르고, 응답 시간이 짧으며, 온도 조절 조립체의 구조가 단순화될 수 있고, 온도 조절 조립체가 플레이트 열 교환기에 설치되어 차량에서의 공감 점유를 감소시킬 수 있으며, 이는 차량의 전체 설계 최적화에 유리하다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 저온 동작 상태에서의 열 교환 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 고온 동작 상태에서의 열 교환 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 열 교환 장치를 다른 방향에서 보았을 때의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 저온 동작 상태에서의 온도 조절 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 고온 동작 상태에서의 온도 조절 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 온도 조절 조립체의 개략적인 분해도이다.
온도 조절 밸브의 응답 속도에 영향을 미치는 요인에 대해, 본 출원에 따라 많은 연구가 수행되었다. 연구에 의하면, 온도 조절 밸브의 열 액추에이터는 열 감지 물질에 의해 감지된 유체의 온도에 따라 열 팽창 및 수축하는 것으로 밝혀졌다. 열 감지 물질이 온도를 감지하는 것으로부터 열 팽창 및 수축된 후 스프링력을 부여하기까지 특정의 응답 시간이 걸리며, 즉, 열 액추에이터의 응답 시간은 상대적으로 느리며, 이는 윤활유의 온도에서 특정 히스테리시스를 야기하며 변속기의 성능에 심각한 영향을 미치고, 심지어 변속기에 손상을 야기한다.
또한, 열 액추에이터의 크기가 크고, 열 액추에이터는 유로를 스위칭하기 위해 스프링과 협업할 필요가 있으므로, 온도 조절 밸브의 크기는 크다. 따라서, 온도 조절 밸브가 시스템에 설치되면, 온도 조절 밸브는 통상적으로 현장의 파이프를 통해 열 교환기에 연결될 필요가 있다. 차량의 설치 공간은 일반적으로 작으므로, 온도 조절 밸브를 파이프를 통해 열 교환기와 연결시키는 것은 불편하고, 파이프와 열 교환기를 배치시키는 것이 불편하다. 또한, 온도 조절 밸브는 고정된 설치를 위한 추가 장비를 필요로 한다.
상술한 이유를 고려하여, 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 긴급히 해결되어야 할 기술적 문제는 기어박스 오일을 냉각시키기 위한 냉각 시스템의 구조를 어떻게 개선시키는지에 관한 것이다.
상술한 기술적 문제를 고려하여, 추가적인 탐구가 본 출원에 따라 수행되었으며, 상술한 기술적 문제에 대한 기술적 해결책이 상세하게 후술하는 바와 같이 제안된다.
본 출원에서 "제1" 및 "제2"와 같은 용어는 기술적 해결책의 간결한 설명을 위해 동일하거나 유사한 기능 또는 구조를 갖는 구성 요소를 구별하기 위한 것일 뿐 순서에 대한 제한은 아니라는 점에 유의해야 한다.
본 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 출원의 기술적 해결책의 더 나은 이해를 제공하기 위해, 본 출원은 도면 및 특정 실시예를 참조하여 상세하게 추가로 후술된다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 도 1은 본 출원의 실시예에 따른 저온 동작 상태에서의 열 교환 장치의 개략적인 단면도이고; 도 2는 도 1에 나타낸 고온 동작 상태에서의 열 교환 장치의 개략적인 단면도이고; 도 3은 도 1에 나타낸 열 교환 장치를 다른 방향에서 본 개략적인 단면도이고; 도 4는 본 출원의 실시예에 따른 저온 동작 상태에서의 온도 조절 조립체의 개략적인 단면도이고; 도 5는 도 4에 나타낸 고온 동작 상태에서의 온도 조절 조립체의 개략적인 단면도이고; 도 6은 본 출원의 실시예에 따른 온도 조절 조립체의 개략적인 분해도이다.
본 출원에 따른 열 교환 장치는 열 교환기 본체(2) 및 온도 조절 조립체(1)를 포함한다. 열 교환기 본체(2)는 방열 조립체(21), 유체 입구(2a), 유체 출구(2b), 열 교환 통로(2f) 및 바이패스 통로(2e)를 포함한다. 본 출원의 유체 입구(2a) 및 유체 출구(2b)는 순환 루프를 형성하기 위해 외부 기어박스 오일 파이프라인에 연결될 수 있거나, 순환 냉매 루프를 형성하기 위해 냉매 파이프라인에 연결될 수 있다. 예시의 방식으로, 유체 입구(2a) 및 유체 출구(2b)는 기술적 해결책 및 기술적 효과를 도입하기 위해 기어박스 오일 파이프라인에 연결되어 본 출원의 순환 루프를 형성한다. 명백히, 열 교환기 본체(2)는 냉매 입구(2c) 및 냉매 출구(2d)를 필연적으로 추가로 포함한다. 냉매 입구(2c) 및 냉매 출구(2d)는 방열 조립체(21)의 동일 측면 상에 제공될 수 있으며, 기어박스 오일 및 냉매가 방열 조립체(21) 내부의 열 교환을 완료하여 오일을 냉각시킬 수 있도록, 방열 조립체(21)에는 냉매 유로 및 오일 유로가 제공된다. 냉매와 오일은 반대 방향으로 유동하여 열을 교환할 수 있다. 방열 조립체(21)를 통과한 후의 냉매 및 오일은 각각 유체 출구(2b) 및 오일 출구로부터 유출된다.
열 교환기 본체(2)는 다양한 형태, 예를 들어, 플레이트 열 교환기를 가질 수 있으며, 즉, 방열 조립체(21)는 평행하게 배치된 복수의 플레이트를 포함하고, 유체 통로 또는 냉매 통로가 인접한 플레이트 사이에 형성된다. 냉매 및 오일이 차례로 모든 플레이트를 통해 유동한 후, 냉매 및 오일은 에너지 교환을 완료한다. 명백하게, 열 교환기 본체(2)는 슬리브-유형 구조 또는 다른 구조의 열 교환기일 수 있다.
기술적 해결책 및 기술적 효과를 추가로 도입하기 위해, 열 교환기 본체(2)는 본 출원에서 플레이트 열 교환기를 예로 든다.
본 출원에서, 열 교환기 본체(2)의 열 교환 통로(2f) 및 바이패스 통로(2e)는 서로 독립적이며, 모두 유체 입구(2a) 및 유체 출구(2b)와 연통되며, 즉, 외부 유체는 유체 입구(2a)로부터 열 교환 통로(2f)를 통해 유체 출구(2b)로 유동할 수 있거나, 바이패스 통로(2e)를 통해 유체 출구(2b)로 유동할 수 있다. 본 출원에 따른 열 교환 통로(2f)는 방열 조립체(21)에 형성되며, 즉, 유체가 열 교환 통로(2f)를 통과하는 동안 유체는 냉매와의 열 교환을 수행한다.
본 출원에 따른 바이패스 통로(2e)는 방열 조립체(21)를 통과하지 않으며, 즉, 유체 입구(2a)에 유입된 후에, 유체는 방열 조립체(21)에 의한 열 교환을 거칠 필요 없이, 바이패스 통로(2e)를 통해 유체 출구(2b)로 유동한다.
본 출원의 열 교환기 본체는 제1 통로(2g)를 추가로 포함하고, 제1 통로(2g)의 일 단부는 유체 입구와 연통된다. 바람직하게는, 제1 통로(2g)는 유체 입구(2a) 부근의 파이프 섹션이다. 온도 조절 조립체(1)는 열 교환기 본체(2)의 제1 통로(2g)에 배치된다. 온도 조절 조립체(1)는 밸브 챔버가 제공된 밸브 본체(10)를 포함한다. 밸브 본체(10)에는 밸브 챔버와 모두 연통되는 입구(10c), 제1 출구(10a) 및 제2 출구(10b)가 제공된다.
외부 유체는 밸브 본체(10)의 입구를 통해 열 교환기 본체(2)로 유동하며, 즉, 외부 유체는 밸브 본체(10)의 입구로부터 밸브 챔버로 유동한 다음, 제1 출구(10a) 또는 제2 출구(10b)를 통해 열 교환기 본체(2) 내의 열 교환 통로(2f) 또는 바이패스 통로(2e)로 유동한다.
본 출원에 따른 밸브 본체(10)에는 리턴 스프링(13), 형상 기억 합금 스프링(12) 및 축 방향으로 전후로 슬라이딩할 수 있는 밸브 슬리브(11)가 추가로 제공된다. 밸브 슬리브(11)는 축 방향으로 밸브 챔버에 대해 밀봉되어 슬라이딩할 수 있다. 리턴 스프링(13) 및 형상 기억 합금 스프링(12)은 축 방향으로 밸브 슬리브(11)의 2개의 측 상에 위치되고, 리턴 스프링(13)의 2개의 단부는 각각 밸브 본체(10)와 밸브 슬리브(11) 상에서 지지되며, 형상 기억 합금 스프링(12)의 2개의 단부는 각각 밸브 본체(10)와 밸브 슬리브(11) 상에서 지지된다.
본원에서 형상 기억 합금 스프링(12)은 형상 기억 합금 스프링으로도 알려진 기억 합금 재료(Shape Memory Alloys, 단축하여 SMA)로 이루어진다는 것을 설명할 필요가 있다. 일단 기억 합금 재료가 활성화되면, 온도가 증가함에 따라 형상 기억 합금 스프링(12)의 연장 길이가 더 길어지고, 탄성 포텐셜 에너지가 더 커진다. 형상 기억 합금 스프링(12)은 니켈-티타늄(Ni-Ti) 합금으로 이루어질 수 있다.
SMA 스프링은 극도로 빠르게 응답하며, 순간 온도 초과 값이 2 ℃ 미만으로 제어될 수 있다. 또한, 40 ℃ 부근의 SMA 스프링의 응답은 극도로 민감하며, 이는 차량의 기어박스 오일의 작동 온도 조절 요건을 충족시킬 수 있다.
온도 조절 조립체(1)의 제1 출구(10a)는 제1 열 교환 통로(2f)와 연통되고, 온도 조절 조립체(1)의 제2 출구(10b)는 바이패스 통로(2e)와 연통된다.
온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우, 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성 기능이 불능화되고, 리턴 스프링(13)의 작용 하에서, 밸브 슬리브(11)는 제1 위치에 있고, 입구는 제2 출구(10b)와 연통된다.
온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우, 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성 포텐셜 에너지가 활성화되고, 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성력은 리턴 스프링(13)의 탄성력보다 크고, 형상 기억 합금 스프링(12)과 리턴 스프링(13) 사이의 탄성력 차이의 작용 하에서, 밸브 슬리브(11)는 제2 위치로 슬라이딩하여 제2 출구(10b)를 폐쇄하고, 제1 출구(10a)는 열 교환 통로(2f)와 연통되고, 입구는 제1 출구(10a)를 통해 열 교환 통로(2f)와 연통된다.
본 출원에 따른 열 교환 장치가 사용되는 경우, 유체 입구(2a)는 기어박스의 오일 출구에 연결되고, 유체 출구(2b)는 기어박스의 오일 출구에 연결된다. 열 교환기 본체(2)의 유체 입구(2a)로 유입된 오일은 먼저 밸브 본체(10)의 밸브 챔버로 유입된다. 오일의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우, 형상 기억 합금 스프링(12)은 비탄성이며, 밸브 슬리브(11)는 리턴 스프링(13)의 작용에 의해 제1 위치에만 있고, 제2 출구(10b)는 바이패스 통로(2e)와 연통되고, 이 경우, 밸브 챔버로 유입되는 오일은 방열 조립체(21)에 의한 냉매와의 열 교환 없이, 제2 출구(10b), 바이패스 통로(2e) 및 유체 출구(2b)를 통해 유출된다. 즉, 이 경우에 오일의 온도는 상대적으로 낮고, 냉각이 필요하지 않다.
바이패스 통로(2e)의 내부 저항은 열 교환 통로(2f)의 내부 저항보다 훨씬 작기 때문에, 이 경우에 제1 출구(10a)가 입구와 연통되더라도 챔버 내의 대부분의 오일은 제2 출구(10b)만을 통해 바이패스 통로(2e)로 유동한다는 점에 유의해야 한다. 즉, 내부 누설에 대한 요건이 높지 않은 경우, 제2 출구가 개방되어 있는 한 제1 출구(10a)는 완전히 폐쇄되지 않거나 개방 상태에 있을 수 있다. 바이패스 통로(2e)를 통과하는 유체의 유체 저항이 열 교환 통로(2f)를 통과하는 유체의 유체 저항보다 훨씬 작기 때문에, 대부분의 유체는 바이패스 통로(2e)를 통과하며, 이는 또한 차량의 정상 동작의 기능적 요건을 충족시킬 수 있다.
밸브 챔버 내로 유입되는 오일의 온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우, 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성 포텐셜 에너지가 활성화되며, 즉, 형상 기억 합금 스프링(12)이 탄성화되며, 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성력은 리턴 스프링(13)의 탄성력보다 크며, 즉, 밸브 슬리브(11) 상에 가해지는 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성력은 밸브 슬리브(11) 상에 가해지는 리턴 스프링(13)의 탄성력보다 크며, 탄성력의 차이의 작용 하에서, 밸브 슬리브(11)는 축 방향을 따라 이동하며, 밸브 슬리브(11)가 제2 위치에 도달할 때 제2 출구(10b)를 완전히 폐쇄하고, 제1 출구(10a)는 열 교환 통로(2f)와 연통되고, 이 때, 입구는 밸브 슬리브(11) 상에 제공된 통로(11a)를 통해 제1 출구(10a) 및 열 교환 통로(2f)와 연통된다. 이러한 방식으로, 입구를 통해 내부로 유입되는 오일은 제1 출구(10a)를 통해 열 교환 통로(2f)로 유동하고, 열 교환 통로(2f)를 통해 유동하는 동안 냉매와 열 교환을 수행하고, 최종적으로 유체 출구(2b)로부터 유출된다.
방열 조립체에 의해 냉각된 후 시스템 내의 오일의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지는 경우, 형상 기억 합금 스프링(12)은 탄성을 잃고, 리턴 스프링(13)의 복원력 하의 밸브 슬리브(11)는 다시 제1 위치로 축 방향으로 이동하고, 제1 출구(10a)는 폐쇄되고, 제2 출구(10b)는 개방되고, 입구는 다시 바이패스 통로(2e)와 연통된다.
본 출원에서, 온도 조절 조립체(1)의 형상 기억 합금 스프링(12)의 열 응답은 빠르고, 응답 시간은 짧으며, 이는 변속기의 성능 및 안전성을 크게 향상시킨다. 또한, 형상 기억 합금 스프링(12)은 작은 크기를 갖고, 설치 안정성은 비교적 높으며, 형상 기억 합금 스프링은 다른 구성 요소와 연계하여 사용될 필요가 없으며, 이는 온도 조절 조립체(1)의 구조를 단순화시키고 온도 조절 조립체(1)의 크기를 현저히 감소시킨다. 온도 조절 조립체(1)는 플레이트 열 교환기의 유체 입구에 설치될 수 있고, 2개가 통합되어 설계되며, 이는 현장의 설치를 필요로 하지 않고, 설치 효율을 향상시키며, 차량 내 공간 점유를 현저히 감소시키고, 차량의 전체 설계를 최적화하는 데 유리하다.
구체적으로, 밸브 본체(10)는 일 단부에 폐쇄 단부(102) 그리고 타 단부에 개방 단부를 갖는 중공형 실린더(101)일 수 있고, 중공형 실린더(101)의 내부 캐비티는 밸브 챔버를 형성한다. 밸브 시트(14)가 중공형 실린더(101)의 개구에 제공된다. 밸브 시트(14)에는 밸브 포트가 제공되고, 입구(10c)는 밸브 포트를 통해 밸브 챔버와 연통되고, 입구로부터의 오일은 밸브 포트를 통해 밸브 챔버로 진입한다. 리턴 스프링(13)의 2개의 단부는 각각 밸브 시트(14) 및 밸브 슬리브(11) 상에 지지된다.
밸브 시트(14)는 유지 링(17)과 같은 구성 요소에 의해 밸브 본체(10)의 입구에 고정될 수 있다.
특정 실시예에서, 밸브 슬리브(11)는 2개의 개방 단부를 갖는 실린더이다. 실린더의 내주면에는 내측으로 연장되는 지지 플레이트(111)가 제공된다. 지지 플레이트(111)의 2개의 측 상의 밸브 챔버는 서로 연통되며, 즉, 지지 플레이트(111)는 실린더의 내부 캐비티를 서로 연통되는 상부 실린더 및 하부 실린더로 분할한다. 형상 기억 합금 스프링(12)의 2개의 단부는 각각 폐쇄 단부(102) 및 지지 플레이트(111)의 일 단부 상에 지지되고, 리턴 스프링(13)의 2개의 단부는 각각 지지 플레이트(111)의 타 단부 및 밸브 시트(14) 상에 지지된다.
상술한 배치에서, 형상 기억 합금 스프링(12)은 상부 실린더 내부에 위치된다. 상부 실린더는 하부 실린더와 연통되기 때문에, 밸브 본체(10)의 입구로부터 유입되는 오일의 일부는 상부 실린더로 빠르게 유동할 수 있고, 이는 형상 기억 합금 스프링(12)의 빠른 응답을 향상시키는 데 유리하다.
형상 기억 합금 스프링(12) 및 리턴 스프링(13)의 설치 안정성을 향상시키기 위해, 지지 플레이트(111)의 구조의 상세 설계가 본 출원에 따라 제공된다.
특정 실시예에서, 지지 플레이트(111)는 환형 본체를 포함하고, 환형 본체의 내부 에지는 축 방향으로 연장되어 상이한 직경을 갖는 2개의 중공형 샤프트 섹션을 형성한다. 2개의 중공형 샤프트 섹션 사이에 계단면이 형성되고, 리턴 스프링(13)과 형상 기억 합금 스프링(12)은 각각 계단면의 내측 및 외측 상에 지지된다.
축 방향 연장에 의해 형성된 샤프트 섹션은 상향 또는 하향으로 연장될 수 있다. 하향으로 연장되는 중공형 샤프트 섹션이 여기에 제공된다. 여기서 상이한 직경을 갖는 2개의 샤프트 섹션은 제1 샤프트 섹션(1111) 및 제2 샤프트 섹션(1112)으로 규정된다. 제1 샤프트 섹션(1111)의 직경은 제2 샤프트 섹션(1112)의 직경보다 크다. 형상 기억 합금 스프링(12)의 하단부는 제1 샤프트 섹션(1111)의 내부 캐비티에 수용되고, 계단면의 상단면 상에 지지된다. 리턴 스프링(13)의 상단부는 제2 샤프트 섹션(1112) 상에 슬리빙(sleeving)되고 계단면의 하단부 상에 지지된다.
제1 샤프트 섹션(1111) 및 제2 샤프트 섹션(1112)은 스프링 장착 시트로서 기능하며, 이는 리턴 스프링(13) 및 형상 기억 합금 스프링(12)의 설치 및 이동의 안정성을 증가시킨다.
제1 출구(10a) 및 제2 출구(10b)의 배치는 다양한 형태를 가지며, 구체적인 배치가 아래에 제공된다.
상술한 각 실시예에서, 축 방향을 따라, 복수의 이격된 제1 출구(10a)가 방열 조립체(21)에 대응하는 중공형 실린더(101)의 샤프트 섹션 상에 균일하게 배치된다. 즉, 원주 방향으로, 복수의 제1 출구(10a)가 제공되고, 제1 출구(10a)는 원주 방향으로 균일하게 배치될 수 있고, 제1 출구(10a)는 원호형 개구일 수 있다. 밸브 슬리브(11)의 구조가 밸브 본체(10) 상에 개방된 제1 출구(10a)의 위치에 따라 설계된다. 이론적으로, 밸브 슬리브(11)가 제1 위치에 있을 때 제1 출구(10a)는 차단되고, 밸브 슬리브(11)가 제2 위치에 있을 때 제2 출구(10b)는 개방된다.
지지 플레이트(111)에는 지지 플레이트(111) 위에 위치된 대응하는 제1 출구(10a)와 입구를 연통시키기 위한 적어도 하나의 관통 구멍이 제공된다. 지지 플레이트(111)는 근사적으로 밸브 슬리브(11)의 중간에 위치된다. 환형 본체에는 원주 방향을 따라 복수의 관통 구멍이 제공될 수 있으며, 환형 본체에 의해 형성된 중공형 샤프트 섹션은 2개의 개방 단부를 갖는 중공형 실린더일 수 있다.
상술한 바와 같이, 방열 조립체(21)는 평행하게 배치된 복수의 플레이트 본체를 포함할 수 있으며, 열 교환기 본체(2)는 상부 장착 플레이트(22)와 하부 장착 플레이트(23)를 추가로 포함하고, 각각의 플레이트 본체는 2개의 장착 플레이트 사이에 배치된다. 2개의 장착 플레이트와 각각의 플레이트 본체에는 동축 장착 관통 구멍이 제공되고, 밸브 본체(10)는 장착 관통 구멍에 삽입되고, 밸브 본체(10)의 폐쇄 단부(102)는 원주 방향으로 상부 장착 플레이트(22)에 밀봉 고정되고, 밸브 본체(10)는 하부 장착 플레이트(23)에 원주 방향으로 시일링된다. 바이패스 통로(2e)가 하부 장착 플레이트(23) 내부에 형성된다. 열 교환기 본체(2)의 유체 입구(2a) 및 유체 출구(2b)는 모두 외부 장착 플레이트(232)에서 개방된다.
명백하게, 바이패스 통로(2e)가 상부 장착 플레이트(22) 내부에 형성될 수 있고, 대응하여 밸브 본체(10) 상의 제2 출구(10b)는 밸브 본체(10)의 상부 샤프트 섹션 상에 제공된다.
여기서 상부 및 하부 위치 관계는 단지 기술적 해결책의 간결한 설명을 위한 것이고 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의한 기술적 해결책의 이해를 용이하게 하는 도 1의 구성 요소 사이의 상대적인 위치 관계를 참조하여 설명된다는 점에 유의해야 한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에서의 위치 단어의 사용이 본 출원의 보호 범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
또한, 하부 장착 플레이트(23)의 바이패스 통로(2e)의 프로세싱을 용이하게 하기 위해, 본 출원에 따른 하부 장착 플레이트(23)는 내부 장착 플레이트(231) 및 외부 장착 플레이트(232)를 포함할 수 있다. 방열 조립체(21)는 내부 장착 플레이트(231)의 상면 상에 장착되고, 내부 장착 플레이트(231) 및 외부 장착 플레이트(232)는 함께 바이패스 통로(2e)를 규정한다. 밸브 본체(10)는 내부 장착 플레이트(231) 및 외부 장착 플레이트(232)에 원주 방향으로 시일링된다.
밸브 본체(10)는 시일링 링에 의해 상부 장착 플레이트(22) 및 하부 장착 플레이트(23)에 원주 방향으로 시일링될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 제1 시일링 링(15)이 밸브 본체(10)와 상부 장착 플레이트(22) 사이에 제공되고, 제2 시일링 링(16)이 밸브 본체(10)와 내부 장착 플레이트(231) 사이에 제공된다.
상부 장착 플레이트(22)의 장착 관통 구멍이 원주 방향으로 상방으로 돌출되어 환형 장착 시트(22a)를 형성한다. 열 교환 장치는 환형 장착 시트(22a)에 제공된 스냅 링(18)을 추가로 포함한다. 스냅 링(18)은 폐쇄 단부의 외부 단부에 접하여 밸브 본체(10)를 상부 장착 플레이트(22)에 고정시킨다. 즉, 스냅 홈(groove)이 환형 장착 시트(22a)의 원주벽에 제공되고, 스냅 링(18)이 스냅 홈 내부에 설치되어 밸브 본체(10)가 외부로 이동하는 것을 제한한다.
상술한 실시예에서, 밸브 슬리브(11)가 단지 제2 출구(10b)를 완전히 폐쇄할 때, 밸브 슬리브(11)의 하단면과 밸브 시트(14) 사이에 미리 정해진 거리가 있다. 밸브 슬리브(11)와 밸브 시트(14) 사이에는 특정 거리를 유지하는 것은 버퍼로서의 작용을 할 수 있다. 윤활유의 온도가 너무 높을 때, 형상 기억 합금 스프링(12)은 추가로 팽창하여, 밸브 슬리브(11)를 푸시하여 특정 거리로 하방으로 추가로 이동시키며, 이는 형상 기억 합금 스프링(12)의 과도한 팽창으로 인한 온도 조절 조립체(1)에 대한 손상을 피하는 데 용이하다.
상술한 실시예에서, 밸브 슬리브(11)는 밸브 챔버와 원주 방향으로 맞추어질 수 있으며, 시일링되는 방식으로 밸브 챔버에 대해 슬라이딩될 수 있다. 밸브 슬리브(11) 및 밸브 챔버의 단면은 원형 또는 다른 형상일 수 있다.
본 출원에 따른 열 교환 장치에 대하여 상세하게 상술하였다. 구체적인 예가 본 출원의 원리 및 실시예를 설명하기 위해 본원에서 사용되며, 상술한 실시예의 설명은 본 출원의 방법 및 그 핵심 아이디어를 이해하는 것을 단지 용이하게 하려고 의도된 것이다. 본 기술 분야의 통상의 기술자라면, 본 출원의 원리를 벗어나지 않으면서 본 출원에 대해 개선 및 수정이 이루어질 수 있으며, 이러한 개선 및 수정은 또한 본 출원의 청구항의 보호 범위 내에 속할 것이라는 점에 유의해야 한다.
1: 온도 조절 조립체
10: 밸브 본체
10c: 입구
10a: 제1 출구
10b: 제2 출구
11: 밸브 슬리브
11a: 통로
111: 지지 플레이트
1111: 제1 샤프트 섹션
1112: 제2 샤프트 섹션
12: 형상 기억 합금 스프링
13: 리턴 스프링
14: 밸브 시트
15: 제1 시일링 링
16: 제2 시일링 링
17: 유지 링
18: 스냅(snap) 링
2: 열 교환기 본체
2a: 유체 입구
2b: 유체 출구
2c: 냉매 입구
2d: 냉매 출구
2e: 바이패스 통로
2f: 열 교환 통로
2g: 제1 통로
21: 방열 조립체
22: 상부 장착 플레이트
22a: 환형 장착 시트
23: 하부 장착 플레이트
231: 내부 장착 플레이트
232: 외부 장착 플레이트

Claims (10)

  1. 열 교환기 본체(2) 및 온도 조절 조립체(1)를 포함하는 열 교환 장치로서, 상기 열 교환기 본체(2)는 유체 입구(2a), 유체 출구(2b) 및 열 교환 통로(2f) 및 바이패스 통로(2e)를 포함하고, 상기 열 교환기 본체(2)는 방열 조립체(21)를 더 포함하고, 상기 방열 조립체(21)에 상기 열 교환 통로(2f)가 제공되고,
    상기 열 교환기 본체는 제1 통로(2g)를 더 포함하고, 상기 제1 통로(2g)의 일 단부는 상기 유체 입구(2a)와 연통되고, 상기 온도 조절 조립체(1)의 적어도 일부는 상기 제1 통로(2g)에 배치되고, 상기 온도 조절 조립체(1)는 밸브 챔버가 제공된 밸브 본체(10)를 포함하고, 상기 밸브 본체(10)에는 상기 밸브 챔버와 모두 연통되는 입구, 제1 출구(10a) 및 제2 출구(10b)가 제공되고, 리턴 스프링(13), 형상 기억 합금(SMA: shape memory alloy) 스프링(12) 및 밸브 슬리브(11)가 상기 밸브 챔버에 제공되고, 상기 밸브 슬리브(11)는 축 방향으로 전후로 슬라이딩할 수 있고, 상기 형상 기억 합금 스프링은 형상 기억 합금 재료로 이루어지고, 상기 리턴 스프링(13) 및 상기 형상 기억 합금 스프링(12)은 상기 밸브 슬리브(11)의 2개의 측 상에 각각 위치되고;
    온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우, 상기 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성 기능이 불능화되고, 상기 리턴 스프링(13)의 작용 하에, 상기 밸브 슬리브(11)는 제1 위치에 있고, 상기 입구는 상기 제2 출구(10b)를 통해 상기 바이패스 통로(2e)와 연통되고;
    상기 온도가 상기 미리 정해진 온도 이상인 경우, 상기 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성 포텐셜 에너지가 활성화되고, 상기 형상 기억 합금 스프링(12)의 탄성력이 상기 리턴 스프링(13)의 탄성력보다 더 크고, 상기 형상 기억 합금 스프링(12)과 상기 리턴 스프링(13) 사이의 탄성력 차이의 작용 하에서, 상기 밸브 슬리브(11)가 제2 위치로 슬라이딩하여 상기 제2 출구(10b)를 폐쇄하고, 상기 제1 출구(10a)는 상기 열 교환 통로(2f)와 연통되고, 상기 입구는 상기 제1 출구(10a)를 통해 상기 열 교환 통로(2f)와 연통되는, 열 교환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 본체(10)는 일 단부에서 폐쇄 단부(102) 및 타 단부에서 개방 단부를 갖는 중공형(hollow) 실린더(101)이고, 밸브 시트(14)가 상기 중공형 실린더(101)의 상기 개방 단부에 제공되고, 상기 밸브 시트(14)에는 밸브 포트가 제공되고, 상기 입구는 상기 밸브 포트를 통해 상기 밸브 챔버와 연통되고, 상기 리턴 스프링(13)의 2개의 단부는 상기 밸브 시트(14)와 상기 밸브 슬리브(11) 상에 각각 지지되는, 열 교환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(11)는 2개의 개방 단부를 갖는 실린더이고, 내측으로 연장되는 지지 플레이트(111)가 상기 실린더의 내주면 상에 제공되고, 상기 지지 플레이트(111)의 2개의 측 상의 상기 밸브 챔버들이 서로 연통되고, 상기 형상 기억 합금 스프링(12)의 2개의 단부가 상기 폐쇄 단부(102)와 상기 지지 플레이트(111)의 일 단부 상에 각각 지지되고, 상기 리턴 스프링(13)의 상기 2개의 단부가 상기 밸브 시트(14)와 상기 지지 플레이트(111)의 타 단부 상에 각각 지지되는, 열 교환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지 플레이트(111)는 환형 본체를 포함하고, 상기 환형 본체의 내부 에지는 상기 축 방향으로 연장되어 직경이 다른 2개의 중공형 샤프트 섹션을 형성하고, 계단면이 상기 2개의 중공형 샤프트 섹션 사이에 형성되고, 상기 리턴 스프링(13) 및 상기 형상 기억 합금 스프링(12)은 상기 계단면의 내측 및 외측 상에 각각 지지되는, 열 교환 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 축 방향을 따라, 복수의 이격된 제1 출구(10a)가 상기 방열 조립체(21)에 대응하는 상기 중공형 실린더(101)의 샤프트 섹션들 상에 균일하게 배치되고, 상기 복수의 제1 출구(10a)의 일부가 상기 지지 플레이트(111) 위에 위치되고, 상기 지지 플레이트(111)에는 상기 지지 플레이트(111) 위에 위치된 대응하는 상기 제1 출구(10a)와 상기 입구를 연통시키기 위한 적어도 하나의 관통 구멍이 제공되는, 열 교환 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열 조립체(21)는 병렬로 배치된 복수의 플레이트 본체를 포함하고, 상기 열 교환기 본체(2)는 상부 장착 플레이트(22) 및 하부 장착 플레이트(23)를 더 포함하고, 상기 복수의 플레이트 본체 각각은 상기 2개의 장착 플레이트 사이에 배치되고; 상기 2개의 장착 플레이트와 대응하는 상기 플레이트 본체에는 동축 장착 관통 구멍들이 제공되고, 상기 밸브 본체(10)는 상기 장착 관통 구멍들 내측에 삽입되고, 상기 밸브 본체(10)의 상기 폐쇄 단부(102)는 원주 방향으로 상기 상부 장착 플레이트(22)에 밀봉 고정되고, 상기 밸브 본체(10)는 상기 하부 장착 플레이트(23)에 원주 방향으로 시일링되고; 상기 바이패스 통로(2e)는 상기 하부 장착 플레이트(23)의 내측에 형성되는, 열 교환 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 장착 플레이트(23)는 내부 장착 플레이트(231) 및 외부 장착 플레이트(232)를 포함하고, 상기 방열 조립체(21)는 상기 내부 장착 플레이트(231)의 상부 표면 상에 장착되고, 상기 내부 장착 플레이트(231) 및 상기 외부 장착 플레이트(232)는 주위에 시일링되어 상기 바이패스 통로(2e)를 형성하고; 상기 열 교환기 본체(2)의 상기 유체 입구(2a) 및 상기 유체 출구(2b)는 모두 상기 외부 장착 플레이트(232) 상에서 개방되는, 열 교환 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 상부 장착 플레이트(22)의 상기 장착 관통 구멍은 상기 원주 방향으로 상방으로 돌출하여 환형 장착 시트(22a)를 형성하고, 상기 열 교환 장치는 상기 환형 장착 시트(22a)에 제공된 스냅 링(snap ring)을 더 포함하고, 상기 스냅 링은 상기 폐쇄 단부(102)의 외부 단부에 접하여 상기 밸브 본체(10)를 상기 상부 장착 플레이트(22)에 고정시키는, 열 교환 장치.
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(11)가 상기 제2 출구(10b)를 단지 완전히 폐쇄할 때, 상기 밸브 슬리브(11)의 하부 단부면과 상기 밸브 시트(14) 사이에서 미리 정해진 거리가 유지되는, 열 교환 장치.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(11)의 외주 벽이 상기 밸브 챔버와 원주 방향으로 맞추어져, 시일링되는 방식으로 상기 밸브 챔버에 대해 슬라이딩할 수 있는, 열 교환 장치.
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