KR20220087540A

KR20220087540A - 유체 회로에서 유체 관류 조절 및 분배 장치

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Publication number: KR20220087540A
Application number: KR1020227017612A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 젠스; 닐스 마이클 슐라트만; 도미니크 비샤드; 비에른 버그만; 데니 라포르제; 제롬 괴레스; 요하네스 뮐러
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-06-24
Also published as: DE102020101031A1; US20230010998A1; US11884129B2; CN114945767A; WO2021145705A1; DE102020101031B4

Abstract

본 발명은 유체 회로에서 유체, 특히 냉매를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치(1)에 관한 것이다. 상기 장치(1)는 각각 관통 개구를 통해서 밸브 챔버(6)로서 형성된, 하우징(2)의 하나 이상의 내부 체적과 연결된 유체 라인들과의 연결을 위한 포트(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2) 및 상기 밸브 챔버(6) 내에 배치되고, 상기 하우징(2)에 대한 밸브 부재(7)의 상대 운동을 위한 구동 부재(9)를 갖는 하나 이상의 밸브 부재(7)를 구비한다. 상기 하나 이상의 밸브 부재(7)는, 유입구로서 형성된 제1 포트(3)와 제1 배출구로서 형성된 제2 포트 또는 제2 배출구로서 형성된 제3 포트 사이에서 상기 유체를 위한 통로가 개방되도록 축 방향으로 종축을 따라 선형으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 상기 밸브 부재(7)는 축 방향으로 정렬된 실린더 형태로 제1 섹션(7a) 및 제2 섹션(7b)을 갖고, 이들 섹션은 축 방향으로 서로 이격되어 배치되어 커플링 부재(7c)를 통해서 서로 연결되어 있다.
본 발명은 또한, 특히 자동차의 열 시스템의 냉매 회로에 사용하기 위한 장치(1-1, 1-2)의 용도와도 관련이 있다.

Description

유체 회로에서 유체 관류 조절 및 분배 장치

본 발명은, 유체 회로에서 유체, 특히 냉매 회로에서 냉매를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 각각 관통 개구를 통해서 밸브 챔버로서 형성된, 하우징의 하나 이상의 내부 체적과 연결된 유체 라인들과의 연결을 위한 포트(port)들을 갖는 하우징 및 상기 밸브 챔버(valve chamber)에 배치되고, 하우징에 대한 밸브 부재의 상대 운동을 위한 구동 부재를 갖는 밸브 부재를 구비한다.

종래 기술에 공지된 자동차들에서는 객실 승객들의 쾌적함에 대한 높은 수준의 요구 사항이, 냉매 및 냉각제를 위한 상이한 회로들을 갖는 공기 조화 시스템들로 인해 각각 상이하게 작동되는 열교환기들에 의해 충족된다.

또한, 예를 들어 전기 자동차로 지칭되는 전동 드라이브를 구비한 종래의 자동차들 또는 예를 들어 하이브리드 자동차로 지칭되는 전동기와 내연 기관으로 이루어진 하이브리드 드라이브를 구비한 자동차들은 고전압 배터리(high-voltage battery), 내부 충전기(internal charger), 변압기(transformer), 인버터(inverter) 및 전동기(electric motor)와 같은 전기 드라이브 트레인의 추가 컴포넌트들을 구비하는 형성으로 인해, 대부분 순수 내연 기관식 드라이브를 갖는 자동차들보다 높은 냉각 에너지 또는 열 공급 수요를 갖는다. 본래의 공기 조화 시스템의 냉매 회로 외에, 공지된 자동차들은 순수 전기 드라이브를 구비하거나 냉각제 회로를 갖는 전기 하이브리드 드라이브를 구비하여 형성되어 있으며, 이때 열을 냉각제로부터 냉매 회로 내에서 순환하는 냉매로 전달하기 위해 상기 냉각제 회로에서는, 냉매 드라이브 컴포넌트들로부터 방출된 열을 배출하기 위해 순환하는 냉각제가 냉각제-냉매 열교환기를 통해 안내된다.

전기 구동식 자동차들의 열 시스템들은 필요한 에너지 수요로 인해 자동차의 주행 가능 범위에 상당한 영향을 미친다. 따라서 상이한 서브 시스템(subsystem)들을 갖는 자동차의 열 흐름을 수요에 상응하게 분배함으로써, 예를 들어 최적의 작동 온도가 요구되는 컴포넌트들의 더욱더 빠른 컨디셔닝(conditioning)이 가능해진다. 객실 컨디셔닝 외에, 예를 들면 전기 드라이브 트레인의 고전압 컴포넌트들의 컨디셔닝도 특히 중요시되는 배터리 전기 구동식 자동차들 및 하이브리드 드라이브를 갖는 자동차들에서는, 자동차의 주행 가능 범위에 대한 열 시스템의 작동 영향이 최소화되어야 한다.

종래 기술에는 또한, 자동차 내부에서 열에너지를 분배하기 위해 공기 조화 시스템들의 냉매 회로들을 열 펌프 모드뿐만 아니라 냉각 장치 모드로도 작동 가능하게 형성하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 특히, 냉매 회로가 열 펌프 모드로 작동할 때에, 열은 주변 공기 또는 냉각제 회로로부터 흡수될 수 있으며, 이어서 상기 열은 열 수요가 있는 자동차의 컴포넌트들로 또는 객실 유입 공기로 전달될 수 있다. 냉매 회로가 냉각 장치 모드로 작동할 때에 열은 객실 또는 객실 유입 공기 또는 다른 컴포넌트들로부터 흡수되어 예를 들면, 주변으로 전달될 수 있다. 이 경우 열 시스템들 내부에서, 냉매 회로와 냉각제 회로와 같은 열매체 회로들은 적층식으로 그리고 자동차의 추가 컴포넌트들과 연결되어 있다. 특히, 하이브리드 구동 자동차들의 경우, 상이한 컴포넌트들을 컨디셔닝하기 위한 열 시스템을 기존 설치 공간 내에 배치해야 한다는 것이 주요 과제이다.

DE 10 2013 206 626 A1호에서는, 차량의 공기 조화를 위한 냉매 회로가 기술된다. 상기 냉매 회로는 압축기 그리고 증발기 또는 응축기로서 작동하고, 냉매를 사용하여 열을 전달하기 위한 다수의 열교환기를 갖는다. 이와 관련하여 상기 냉매 회로는 3개 이상의 증발기 및 2개 이상의 응축기를 구비하여 형성되어 있으며, 이때 각각의 증발기 앞에는 냉매를 팽창시키기 위한 팽창 밸브가 장치되고, 각각의 응축기 뒤에는 냉매 회로 내에서 냉매 이동을 방지하기 위한 체크 밸브가 장치되는 방식으로 배치되어 있다. 냉매 회로의 컴포넌트들, 특히 많은 수의 밸브들은 냉매 회로 내에서 각각 연결 라인들을 통해서 서로 연결되어 있다.

다수의 밸브 및 연결 라인은 다양한 기능을 제공하기 위해 필요하다. 이 경우 각각의 밸브는 액추에이터를 구비하고, 제어 유닛에 연결되어야 하는데, 이는 시스템 복잡성을 증가시킨다. 결과적으로 높은 비용 외에도 냉매 회로의 무게를 증가시킨다. 또한, 상당한 설치 공간이 필요하다.

종래 기술에는, 유체 회로, 특히 냉매 회로의 복수의 밸브를 내부에서 그리고 이에 따라 공통 하우징 내에서 상호 연결하는 방식으로 형성한다는 것이 공지되어 있지 않다.

특히, 냉매로서 이산화탄소를 포함하는 냉매 회로의 경우, 차압이 최대 100bar일 때 기능들 사이에서 밸브를 조정하기 위해 많은 노력이 요구된다.

DE 10 2016 013 492 A1호에는, 밸브 본체 챔버에 배치된 밸브 본체, 이러한 밸브 본체의 축 방향 이동 방향을 따라 밸브 내에 배치된 밀봉 시트 및 밀봉부를 갖는, 냉매로서 이산화탄소를 사용한 작동을 위한 특히 전기 구동 식 팽창 및 차단 밸브를 개시한다. 밸브의 폐쇄 상태에서는 니들로서 형성된 밸브 몸체의 직경이 밀봉 시트와 밀봉부의 위치에서 각각의 밀봉 직경에 상응한다. 또한, 매체 포트와 밸브 본체 챔버 사이에서 밸브가 폐쇄된 상태에서는 압력 바이패스가 개방된다.

밸브는 2개의 매체 포트를 구비하며, 이 경우 연결부의 유동 단면은 상호 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 이 경우 상기 연결부의 유동 단면은 완전히 또는 부분적으로만 개방될 수 있다. 냉매는 밸브를 통해 한 방향으로만 흐른다. 유동 단면이 부분적으로 열린 상태에서 밸브가 작동하면, 냉매는 밸브를 관류할 때 팽창된다.

본 발명의 과제는, 자동차의 열 시스템의 유체 회로에서, 특히 냉매 회로들에서 유체를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치를 제공하는 것이다. 상기 장치에는, 시스템의 복잡성 외에도 비용, 무게 및 설치 공간을 최소화하기 위해, 특히 밸브의 기능이 통합되어야 한다. 또한, 순환 유체로서 이산화탄소를 포함하는 회로에 사용될 때에도, 상기 장치는 특히 적은 노력으로 쉽게 작동할 수 있어야 한다.

상기 과제는 독립항들의 특징들을 갖는 대상들에 의해서 해결된다. 개선 예들은 종속항들에 제시되어 있다.

상기 과제는 하나 이상의 유체 회로에서 유체, 특히 냉매 회로에서 냉매를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치에 의해서 해결된다. 상기 장치는, 각각 관통 개구를 통해서 밸브 챔버로서 형성된, 하우징 하나 이상의 내부 체적과 연결된 유체 라인들과의 연결을 위한 포트들을 갖는 하우징 및 상기 밸브 챔버에 배치되고, 하우징에 대한 밸브 부재의 상대 운동을 위한 구동 부재를 갖는 밸브 부재를 구비한다.

본 발명의 구상에 따르면, 상기 하나 이상의 밸브 부재는, 유입구로서 형성된 제1 포트와 제1 배출구로서 형성된 제2 포트 사이에서 또는 유입구로서 형성된 제1 포트와 제2 배출구로서 형성된 제3 포트 사이에서 유체를 위한 통로가 개방되도록 축 방향으로 종축을 따라 선형으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 밸브 부재는 또한, 유입구와 제1 배출구 사이에서뿐만 아니라 유출구와 제2 배출구 사이에서도 각각 통로가 적어도 부분적으로 개방되도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 밸브 부재는 축 방향으로 정렬된 실린더, 특히 원형 실린더 형태로 제1 섹션과 제2 섹션을 구비하여 형성되어 있으며, 이들 섹션은 축 방향으로 서로 이격되어 배치되어 커플링 부재를 통해서 서로 연결되어 있다. 이 경우 상기 섹션들은 특히 상기 커플링 부재를 통해서 서로 연결된, 니들 밸브의 밸브 니들이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 섹션들 사이에 배치된 커플링 부재는 밸브 부재의 제1 섹션 또는 제2 섹션보다 작은 외주, 특히 작은 외경을 갖는다. 상기 섹션들은 바람직하게는 특히, 길이에 상응하는 축 방향으로 동일한 형태와 치수 및 외주를 갖는다.

본 발명의 개선 예에 따르면, 밸브 부재의 제1 섹션은 제1 밸브 시트 부재 내부에 그리고 제2 섹션은 제2 밸브 시트 부재 내부에 길이 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다.

제1 밀봉 부재에 대한 제1 섹션의 상대적인 배열에 따라 제1 배출구가 그리고 제2 밀봉 부재에 대한 제2 섹션의 상대적인 배열에 따라 제2 배출구가 개방 또는 폐쇄되도록 밸브 부재의 제1 섹션 및 제2 섹션은 바람직하게는 각각 밀봉 부재에 의해 하우징 및 밸브 시트 부재에 대해 밀봉되는 방식으로 배치될 수 있다. 배출구에 속하는 밸브 부재의 섹션이 각각의 밀봉 부재 내부에 배치되고 상기 밀봉 부재가 섹션 주위에 전체적으로 배치되는 경우에는 각각의 배출구가 폐쇄된다. 배출구에 속하는 밸브 부재의 섹션이 각각의 밀봉 부재 외부에 배치되고, 밀봉 부재와 상기 섹션의 외벽 사이에 전체 둘레에 걸친 간극이 형성되는 경우에는 각각의 출구가 개방되고 장치의 유입구에서 상응하는 배출구까지 유체를 위한 통로가 형성된다.

본 발명의 또 다른 장점은, 밸브 부재의 섹션들이 각각 길이 방향으로 정렬된 개구, 특히 관통 개구를 갖는 중공 실린더의 형태로 형성되었다는 점이다. 이 경우 상기 개구를 둘러싸는 벽은 각각 내부 스레드로서 제공된, 스레드 쌍의 제1 스레드를 갖는다. 또한, 외부 스레드로서 형성된 제2 스레드는 적어도 커플링 부재의 단부 영역에 배치되어 있으며, 그 결과 커플링 부재는 각각 단부에 의해 밸브 부재의 섹션에 나사 결합된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 장치는 하나 이상의 제1 압력 챔버 및 제2 압력 챔버를 가지며, 이들 압력 챔버는 각각 밸브 챔버의 영역으로서 축 방향으로 정렬된 밸브 부재의 단부면에 형성되어 있다. 상기 압력 챔버들은 바람직하게는 운동 에너지 또는 밸브 부재를 이동시키기 위해 제공되는 힘을 감소시키기 위한 압력 보상을 위해 사용된다.

바람직하게 압력 챔버 중 하나 이상의 압력 챔버는 하우징의 제1 포트의 관통 개구에 유체 연결되어 있고, 그리고 상기 압력 챔버들이 서로 유체 연결되어 있다.

본 발명의 대안적인 제1 실시 예에 따르면, 압력 챔버들은 각각 연결 채널을 통해 하우징의 제1 포트의 관통 개구에 유체 연결되어 있다. 이 경우 연결 채널들은 바람직하게는 하우징의 벽 내부에 형성되어 있다.

본 발명의 대안적인 제2 실시 예에 따르면, 압력 챔버들은 밸브 부재 내부에 형성된 연결 채널을 통해서 서로 유체 연결되어 있다. 이 경우 연결 채널의 영역들은 각각 개구로서 밸브 부재의 섹션 내부에 그리고 섹션들과 커플링 부재 사이에 제공되어 있다. 밸브 부재의 섹션들과 커플링 부재 사이에서 연장되는 연결 채널의 통로들은 각각 섹션과 커플링 부재 사이 스레드 쌍의 영역에서 플래트닝부로서 형성될 수 있다.

본 발명의 개선 예에 따르면, 포트들의 관통 개구들은 x 및 y 방향을 가로질러 확장되는 공통 평면에 배치되어 있으며, 이때 장치의 종축은 상기 공통 평면에서 x 방향으로 연장되는 방식으로 정렬되어 있다. 여기서 제1 포트는 종축의 제1 측면으로부터 밸브 챔버와 이어지도록 그리고 제2 포트 및 제3 포트는 종축의 제2 측면으로부터 밸브 챔버와 이어지도록 형성되어 있다. 종축의 제2 측면은 제1 측면의 반대편에 배치되어 있다.

상기 포트들의 관통 개구들의 대칭축들은 바람직하게는 서로 평행하게 정렬되어 있다. 하우징 포트들의 관통 개구의 유동 단면들은 바람직하게는 원형 형상을 갖는다. 관통 개구들의 유동 단면들은 바람직하게는 동일한 직경을 가지며, 이러한 직경은 각각 길이에 걸쳐 일정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 추가 실시 예에 따르면, 밸브 부재는 밀봉 부재에 대한 밸브 부재의 섹션의 상대적인 배열에 따라 유체가 곡선 윤곽과 밀봉 부재 사이를 관류할 때 팽창될 수 있도록 각각 커플링 부재 쪽으로 정렬된 섹션들의 단부면들에서 곡선 윤곽을 갖는다.

따라서 장치는 바람직하게는 각각 팽창 기능을 갖는 2개의 밸브, 특히 2개의 차단 밸브의 조합 및 2개의 차단 밸브와 2개의 팽창 밸브의 조합을 의미한다. 이 경우 유체, 특히 냉매는 유입구로부터 제1 또는 1차 배출구 및/또는 제2 또는 2차 배출구로 안내되어 개방된 유동 경로 내로 팽창될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 하나 이상의 밸브 부재는 연결 부재를 통해서 하우징 외부에 배치된 구동 부재에 연결되어 있다.

연결 부재는 바람직하게 샤프트로서 형성되어 있다. 이 경우 연결 부재는 특히, 제1 단부에서 구동 부재에 고정 연결되어 있고, 상기 제1 단부의 말단에 형성된 제2 단부에서는 일 측면을 통해 하우징 내로 돌출하여 밸브 부재와 연결되도록 배치되어 있다.

구동 부재는 이 경우 선형 모터 또는 전송 장치, 특히 스레드를 갖는 회전 모터로서 형성될 수 있다. 상기 전송 장치는 이 경우 종축을 중심으로 한 연결 부재의 회전 운동을 밸브 부재의 병진 리프팅 운동으로 변환하는 역할을 하며, 이때 상기 병진 리프팅 운동은 선형 운동에 상응한다.

회전 모터로서 제공된 구동 부재는 바람직하게는 전기 서보 모터, 특히 스텝 모터 또는 서보 모터로서 형성되어 있으며, 이러한 모터는 바람직하게는 예를 들어, 각도 위치의 제어를 허용한다. 모터는 위치를 결정하기 위한 센서를 구비하여 형성될 수 있다. 센서에 의해 결정된 연결 부재의 회전 위치는 전자 제어 시스템(electronic control system)으로 연속적으로 전달될 수 있으며, 이때 상기 전자 제어 시스템은 제어 회로에서 예를 들면, 연결 부재의 목표 각도 위치와 같이 상응하게 조정 가능한 목표값의 모터 동작을 제어한다.

본 발명에 따른 장치는 복수의 기능을 수행하기 위해 고도로 통합된 컴포넌트, 특히 냉매 밸브로서 형성되어 있다. 개별 밸브의 기능들은 장치에 통합되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예는, 예를 들어 객실에 공급될 공기 질량 흐름 또는 구동 트레인의 컴포넌트들을 컨디셔닝하기 위해 자동차의 열 시스템, 특히 열 관리 시스템의 냉매 회로에서 유체를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치의 사용을 가능하게 한다. 이러한 경우 상기 장치는 차량 에어컨을 위한 적응형 다방향 냉매 밸브로도 사용된다.

장치가 사용되는 냉매 회로는 임의의 냉매, 특히 R1234yf, R1234a, R134a, R744, R404a, R600 또는 R600a, R290, R152a, R32 및 이들의 혼합물에 의해 작동될 수 있다.

본 발명에 따른, 바람직하게는 전기 구동식 3-2 방향 니들 밸브, 특히 니들 슬라이드 밸브로서, 냉매로서 이산화탄소에 대한 팽창 기능을 갖는 장치는 요약하면 특히, 복수의 가능한 냉매 관류 경로를 갖는 매우 가변적인 냉매 밸브로서 다양한 장점을 갖는다:

- 특히, 2개의 밸브, 특히 팽창 기능을 갖는 차단 밸브들의 다양한 밸브 기능이 3-2 방향 밸브에 통합되고,

- 조립 복잡성이 감소하여 제어가 간단하고 오류 및 고장 확률이 낮아져 예상되는 보증 비용 감소하며,

- 또한, 밸브 부재를 이동시키는 데 필요한 구동력(actuating power)을 줄임으로써 간단한 조작성이 주어지고,

- 하나의 액추에이터만 필요하고, 연결 라인들이 생략되어 무게가 최소화되며,

- 연결 라인들과 밀봉 지점들이 생략됨으로써 냉매 누출이 최소화되어 정비 시 최종 고객의 비용이 감소하며,

- 최소한의 제조, 유지보수 및 운영비용과 함께 최소 설치 공간이 달성된다.

본 발명의 실시 예들의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 이루어지는 실시 예들의 하기 설명으로부터 드러난다. 도면부에는 각각 유입구와 2개의 배출구를 갖는 하우징 및 밸브 챔버 내에 배치된 밸브 부재를 구비하는 하나 이상의 유체 회로에서 유체를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치, 특히 자동차의 열 시스템의 냉매 회로들을 위한 밸브가 각각 도시되며, 이때
도 1a 및 b에서는 연결 채널들을 통해 서로 유체 연결되는 방식으로 형성된 압력 챔버들 및 유입구에서 제1 배출구까지의 개방된 통로 그리고 상기 유입구를 통해 상기 장치 내로 유입되어 상기 장치를 통과하고 상기 장치의 제1 배출구로부터 외부로 나오는 유체의 유동이 함께 단면도로 도시되고,
도 1c에서는 연결 채널들을 통해 서로 유체 연결되는 방식으로 형성된 압력 챔버들 및 유입구에서 제2 배출구까지의 개방된 통로 그리고 상기 유입구를 통해 상기 장치 내로 유입되어 상기 장치를 통과하고 상기 장치의 제2 배출구로부터 외부로 나오는 유체의 유동이 함께 단면도로 도시되며, 그리고
도 2에서는 연결 채널들 및 밸브 챔버들을 통해 서로 유체 연결되는 방식으로 형성된 압력 챔버들 및 유입구에서 제1 배출구까지의 개방된 통로가 함께 단면도로 도시된다.

도 1a 내지 1c에는 각각 유체 회로에서 유체를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치(1-1), 특히 자동차의 열 시스템의 냉매 회로들을 위한 밸브가 단면도로 도시되어 있다. 상기 장치(1-1)는, 특히 2개의 밸브를 대체하기 위해 또는 2개의 밸브 수를 하나의 컴포넌트로 줄이기 위해 통합된 냉매 밸브로서 형성되어 있다.

상기 장치(1-1)는 냉매를 위한 유입구로서 제1 포트(3), 냉매를 위한 1차 또는 제1 배출구로서 제2 포트(4) 및 냉매를 위한 2차 또는 제2 배출구로서 제3 포트(5)를 갖는 하우징(2)을 구비한다. 냉매 회로의 다른 컴포넌트들과의 연결 라인으로서 냉매 라인들을 위한 상기 포트(3, 4, 5)들은 각각 관통 개구들을 통해 하우징(2)의 내부 체적에 연결되어 있다. 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들은 각각 밸브 챔버(6)와 이어져 있다. 밸브 부재(7)는 밸브 챔버(6) 내부에 배치되어 있다.

상기 제1 포트(3)는 하우징(2)의 제1 측면에 배치되어 있으며, 반면에 상기 제2 포트(4)와 제3 포트(5)는 상기 제1 측면의 반대편에 배치된 하우징(2)의 공통 제2 측면에 제공되어 있다. 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들의 대칭축들은 x 및 y 방향을 가로질러 확장되는 공통 평면에 배치되어 있고 서로 평행하게 정렬되어 있다. 이 경우 제1 포트(3)의 관통 개구는 x 방향으로 제2 포트(4)와 제3 포트(5)의 관통 개구들 사이 중앙에 형성되어 있다. 하우징(2)의 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들의 유동 단면들의 직경은 각각 일정하다.

포트(3, 4, 5)들의 영역들을 제외하고 하우징(2)은 폐쇄되어 있다. 하우징(2)의 외부 형상은 기능들, 예를 들면 또한, 시스템 내부에서 특정 배열이 보장되고, 컴포넌트의 최소 무게와 함께 비용 효율적인 대량 생산이 가능하도록 형성되어 있다.

기본적으로 3개의 섹션으로 형성된 밸브 부재(7)는 특히, 원형 단면들을 갖는 원통형 형상을 갖는다. 이 경우 대칭축 방향으로 그리고 이에 따라 밸브 부재(7)의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치된 2개의 외부 섹션(7a, 7b)은 커플링 부재(7c)를 통해 서로 고정 연결되어 있다. 제1 섹션(7a) 및 제2 섹션(7b)은 제1 밸브 니들 및 제2 밸브 니들로도 지칭된다. 원형 원통형, 특히 중공 원형 원통형의 외부 섹션(7a, 7b)들은 동일한 치수, 특히 외부 직경 및 길이로 형성되어 있다. 밸브 부재(7)의 길이 방향으로 외부 섹션(7a, 7b)들 사이에 제공된, 밸브 니들 연결부로도 지칭되는 커플링 부재(7c)는 섹션(7a, 7b)들보다 작은 외부 직경을 갖는다. 섹션(7a, 7b)들과 커플링 부재(7c)는 공통의 대칭축 또는 종축 상에 정렬되어 있다.

외부 섹션(7a, 7b)들은 길이 방향으로 정렬된 개구, 특히 관통 개구를 갖는 중공 실린더로서 형성되어 있다. 상기 개구 내부에는 각각 스레드 쌍의 제1 스레드, 특히 내부 스레드가 제공될 수 있다. 각각 외부 스레드로서 형성된 제2 스레드는 적어도 커플링 부재(7c)의 일 단부 영역에 배치되어 있으며, 그 결과 상기 커플링 부재(7c)의 단부들은 각각 밸브 니들로서 형성된 밸브 부재(7)의 섹션(7a, 7b) 내에 나사 결합되어 있다.

밸브 부재(7)의 제1 섹션(7a) 영역 및 제2 섹션(7b) 영역 모두는 각각 밸브 시트 부재(8a, 8b) 내에서 길이 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 밀봉 부재들에 의해 하우징(2) 또는 밸브 부재(7)에 대해 밀봉되는 방식으로 배치된 밸브 시트 부재(8a, 8b)들은 종축 방향으로 상기 밸브 부재(7)의 선형 이동을 가능하게 한다.

밸브 부재(7)는 연결 부재(10)를 통해 하우징(2) 외부에 배치된 구동 부재(9)에 연결되어 있으며, 상기 구동 부재는 액추에이터 또는 조절 부재로도 지칭된다. 밸브 부재(7)와 연결 부재(10)의 종축들은 x 방향으로 서로 동축으로 정렬되어 있다. 예를 들어 샤프트 또는 조절 샤프트로서 형성된 연결 부재(10)는 제1 단부에서 구동 부재(9)에 고정 연결되어 있다. 상기 제1 단부의 말단에 형성된 제2 단부에서는, 연결 부재(10)가 하우징(2)의 벽을 통해, 일 단부면에서 하우징(2) 내로 돌출되는 방식으로 상기 하우징(2)에 대해 밀봉되도록 배치되어 있다. 구동 부재(9)는 예를 들어, 연결 부재(10)를 구동하기 위한 서보 모터로서 형성되어 있다. 상기 서보 모터는 전기 드라이브로서 코일 패키지를 갖는 스테이터 및 하나 이상의 영구 자석을 갖는 인캡슐레이션된 로터를 구비할 수 있다. 결과적으로 구동 부재(9)는 인캡슐레이션된 모터 또는 직접 구동 모터 또는 회전 모터 또는 선형 모터로서 형성될 수 있다.

구동 부재(9)가 회전 모터로서 형성되면, 연결 부재(10)로서 제공된 구동 샤프트는 종축을 중심으로 한 회전 운동으로 세팅된다. 축 방향으로 정렬된 연결 부재(10)에 형성된 전송 장치, 특히 스레드, 특히 소위 전송 스레드(transmission thread)의 도움으로, 종축을 중심으로 한 연결 부재(10)의 회전 운동이 x 방향으로 밸브 부재(7)의 병진 리프팅 운동으로 변환된다. 따라서 상기 병진 리프팅 운동은 축 방향 이동 방향(11), 즉 연결 부재(10) 또는 밸브 부재(7)의 종축 방향으로 밸브 부재(7)의 선형 운동에 상응하는데, 상기 선형 운동은 하우징(2)과 밸브 부재(7)의 단부면들을 통과하여 장치(1-1)의 종축 방향으로 진행된다.

상기 전송 장치의 스레드 쌍은 연결 부재(10)와 밸브 부재(7) 사이에 제공되어 있다. 이 경우 기본적으로 실린더 바, 특히 원형 바 형상을 갖는 연결 부재(10)의 자유 단부는 밸브 부재(7) 내에 형성된 개구 내로 삽입되어 있다. 상기 연결 부재(10)의 자유 단부는 구동 부재(9)에 연결된 단부의 말단에 배치되어 있다. 따라서 연결 부재(10)는 상기 자유 단부에 스레드 쌍의 제1 요소로서 외부 스레드를 갖고, 반면에 밸브 부재(7)의 개구 내부에는 스레드 쌍의 제2 요소로서 내부 스레드가 형성되어 있다.

기본적으로 축 방향으로 연장되는 원통형 밸브 부재(7)의 외부 형상에 의해서는, 축 방향 이동 방향(11)으로 선형 이동되는 밸브 부재(7)가, 밸브 부재(7)의 축 방향 또는 종축을 중심으로 한 회전 운동을 방지하도록 유지된다. 축 방향으로의 선형 운동이 허용된다. 밸브 부재(7)는 이동 방향(11)으로의 선형 운동에서 종축을 중심으로 한 자체 회전 없이 구동 부재(9)의 회전 운동에 의해 이동된다.

대안적으로, 특히 스레드로서 형성된 전송 장치는 모터 내부에도 제공될 수 있으며, 그 결과 연결 부재(10)는 밸브 부재(7)와 결합하여 병진 리프팅 운동으로 변위된다.

밸브 부재(7)의 선형 운동으로 인해, 냉매를 위한 유입구로서의 제1 포트(3)는 냉매를 위한 제1 배출구로서의 제2 포트(4) 또는 냉매를 위한 제2 배출구로서의 제3 포트(5)에 유체 연결되어 있다. 대안적으로 장치는, 밸브 부재(7)의 특정 배열에서 제1 포트(3)가 제2 포트(4) 및 제3 포트(5) 모두에 유체 연결되도록 형성되어 있다.

밸브 부재(7)는 제1 섹션(7a) 영역 및 제2 섹션(7b) 영역이 각각 2개의 밀봉 부재(12-1a, 12-1b, 12-2a, 12-2b)에 의해, 특히 제1 정적 밀봉 부재(12-1a, 12-1b)에 의해서는 하우징(2)과 밸브 시트 부재(8a, 8b)에 대해 밀봉되는 방식으로 그리고 제2 동적 밀봉 부재(12-2a, 12-2b)에 의해서는 하우징(2)에 대해 밀봉되는 방식으로 배치되어 있다. 상기 제1 밀봉 부재(12-1a, 12-1b)는 각각 시트 밀봉부, 특히 밸브 시트 밀봉부로서 형성되어 있으며, 반면에 상기 제2 밀봉 부재(12-2a, 12-2b)는 각각 슬라이딩 밀봉부, 특히 로드 밀봉부로서 축 방향 밀봉부 또는 환형 밀봉부 형태로 형성되어 있다. 결과적으로 제1 밀봉 부재(12-1a, 12-1b)는 각각 하우징(2), 밸브 부재(7) 및 밸브 시트 부재(8a, 8b) 사이에 배치되어 있다.

도 1a 및 1b에 따르면, 장치(1-1)의 제1 배출구(1)로서 제2 포트(4)의 개방 상태에서 그리고 동시에 제2 배출구(5)로서 제3 포트(5)의 폐쇄 상태에서, 밸브 부재(7)는 제2 섹션(7b) 영역이 밀봉 영역에서 관련된 제1 밀봉 부재(12-1b)에 접하고, 반면에 밸브 부재(7)의 제1 섹션(7a)과 관련된 제1 밀봉 부재(12-1a) 사이에는 전체 둘레에 걸쳐 간극이 형성되어 있다. 도 1b에는 유입구(3)에서 제1 배출구(4)까지의 개방된 통로가 유동 방향(13)으로 상기 유입구(3)를 통해 장치(1-1) 내로 유입되어, 상기 장치(1-1)를 통과하여 장치(1-1)의 제1 배출구(4)로부터 상기 장치(1-1) 밖으로 나오는 유체의 유동과 함께 도시되어 있다.

도 1c에 따르면, 밸브 부재(7)가 이동 방향(11)으로 변위된 후 그리고 장치(1-1)의 제3 포트(5) 또는 제2 배출구(5)의 개방 상태에서 그리고 동시에 제2 포트(4) 또는 제1 배출구(4)의 폐쇄 상태에서, 밸브 부재(7)는 제1 섹션(7a) 영역이 밀봉 영역에서 관련된 제1 밀봉 부재(12-1a)에 접하고, 반면에 밸브 부재(7)의 제2 섹션(7b)과 관련된 제1 밀봉 부재(12-1b) 사이에는 전체 둘레에 걸쳐 간극이 형성되어 있다. 도 1c에는 유입구(3)에서 제2 배출구(5)까지의 개방된 통로가 유동 방향(13)으로 상기 유입구(3)를 통해 장치(1-1) 내로 유입되어, 상기 장치(1-1)를 통과하여 상기 장치(1-1)의 제2 배출구(5)로부터 외부로 나오는 유체의 유동과 함께 도시되어 있다.

밸브 부재(7)와 밸브 챔버(6)로서 내부 체적을 형성하는 하우징(2)의 각각 마주 놓이도록 배치된 제1 단부들 사이에는 제1 압력 챔버(14a)가 그리고 밸브 챔버(6)로서 내부 체적을 형성하는 하우징(2)과 밸브 부재(7)의 상호 정렬된 단부면들 사이에는 제2 압력 챔버(14b)가 각각 냉매를 수용하기 위해 크기가 가변적인 자유 체적으로서 제공되어 있다. 압력 챔버(14a, 14b)들은 또한, 각각 밸브 챔버(6)들의 측면들에 의해 제한된다.

상기 압력 챔버(14a, 14b)들의 체적의 합은 일정하다. 압력 챔버(14a, 14b)들의 체적은 이동 방향(11)으로 밸브 부재(7)의 선형 운동에 의해 변경된다. 압력 챔버(14a, 14b)들은 각각 연결 채널(15-1)을 통해 하우징(2)의 제1 포트(3)의 관통 개구에 그리고 이에 따라 상호 간에도 유체 연결되어 있으며, 그 결과 상기 압력 챔버(14a, 14b)들에 영향을 미치는 냉매는 밸브 부재(7)의 이동 방향(11)에 따라 유입구(3)의 압력 레벨에서 압력 챔버(14a, 14b)들 사이로 과류되거나 제1 포트(3)의 관통 개구 및 연결 채널(15-1)들을 통해 압력 챔버(14a, 14b) 내로 유입되거나 압력 챔버(14a, 14b)들로부터 유출된다. 이 경우 연결 채널(15-1)들은 하우징(2)의 벽 내부에 형성되어 있다. 압력 챔버(14a, 14b)들이 형성됨에 따라, 연결 부재(10)를 통해 구동 부재(9)에 의해 밸브 부재(7)에 제공되는, 밸브 부재(7)를 이동시키기 위한 압축력 또는 인장력은 특히, 유동 단면들의 직경이 큰 장치(1-1)에서 그리고 포트(4, 5)가 완전히 개방되어 관류 직경이 최대일 때 줄어든다.

도 2는, 유입구(3)와 2개의 배출구(4, 5)를 갖는 하우징(2) 및 밸브 챔버(6) 내에 배치된 밸브 부재(7)와 상기 유입구(3)에서 제1 배출구(4)까지의 개방된 통로와 함께, 하나 이상의 유체 회로에서 유체를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치, 특히 자동차의 열 시스템의 냉매 회로들을 위한 밸브가 단면도로 도시되어 있다.

도 1a 내지 1c에 따른 장치(1-1)와의 주요 차이는 장치(1-1)에 따른 연결 채널(15-1)들 대신에 연결 채널(15-2)에 의해 압력 챔버(14a, 14b)들을 유체 연결하는 형성에 있다. 그 밖에 장치(1-1, 1-2)들의 동일한 컴포넌트들은 동일한 참조 번호로 제공되었다. 컴포넌트들의 설명을 위해서는 도 1a 내지 1c의 설명이 참조된다.

연결 채널(15-2)은 밸브 요소(7) 내부에, 특히 각각 커플링 부재(7c)와 섹션(7a, 7b)들 사이에, 예를 들면 상기 커플링 부재(7c)의 외부 스레드의 영역에서 플래트닝부로서, 각각 길이 방향으로 정렬된 개구, 특히 관통 개구와 함께, 상기 압력 챔버(14a, 14b) 사이로 연장되는 방식으로 형성되어 있다.

각각 커플링 부재(7c) 쪽으로 정렬된 단부면들에서 섹션(7a, 7b)들은 특정 곡선 윤곽을 가질 수 있으며, 이러한 곡선 윤곽은 각각 제1 밀봉 부재(12-1a, 12-1b) 및 상기 제1 밀봉 부재(12-1a)에 대한 섹션(7a, 7b)의 상대적인 배열과 관련하여 냉매의 팽창을 가능하게 한다. 냉매가 장치(1-1, 1-2)의 하우징(2)으로부터 유출될 때 냉매의 팽창 기능을 보장하기 위해, 윤곽은 각각의 팽창 요건에 따라 설계될 수 있다. 냉매의 팽창 기능은 하우징(2) 내부에서 밸브 부재(7)의 배열, 특히 제1 밀봉 요소(12-1a, 12-1b)와 관련하여 섹션(7a, 7b)의 상대 배열 및 이에 따라 관통 개구로서 제1 밀봉 부재(12-1a, 12-1b)와 섹션(7a, 7b)의 곡선 윤곽 사이 유동 단면에 따라 설정된다. 밸브 부재(7)가 이동 방향 (11)으로 이동함에 따라, 냉매의 유동 단면은 팽창 기능을 제어하기 위해 장치(1-1, 1-2)에 의해 증가 또는 감소될 수 있다.

1-1, 1-2: 장치
2: 하우징
3: 제1 포트, 유입구
4: 제2 포트, 제1 배출구
5: 제3 포트, 제2 배출구
6: 밸브 챔버
7: 밸브 부재
7a: 밸브 부재(7)의 제1 섹션
7b: 밸브 부재(7)의 제2 섹션
7c: 커플링 부재
8a: 제1 밸브 시트 부재
8b: 제2 밸브 시트 부재
9: 밸브 부재(7)의 구동 부재
10: 구동 부재(9)의 연결 부재
11: 밸브 부재(7)의 이동 방향
12-1a, 12-1b: 제1 밀봉 부재
12-2a, 12-2b: 제2 밀봉 부재
13: 유동 방향
14a: 제1 압력 챔버
14b: 제2 압력 챔버
15-1, 15-2: 압력 챔버(14a, 14b)의 연결 채널
x, y: 방향

Claims

각각 관통 개구를 통해서 밸브 챔버(6)로서 형성된, 하우징(2)의 하나 이상의 내부 체적과 연결된 유체 라인들과의 연결을 위한 포트(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2) 및 상기 밸브 챔버(6) 내에 배치되고, 상기 하우징(2)에 대한 밸브 부재(7)의 상대 운동을 위한 구동 부재(9)를 갖는 하나 이상의 밸브 부재(7)를 구비하는, 하나 이상의 유체 회로에서 유체, 특히 냉매 회로에서 냉매를 관류 조절하고 분배하기 위한 장치(1-1, 1-2)로서,
상기 하나 이상의 밸브 부재(7)는, 유입구로서 형성된 제1 포트(3)와 제1 배출구로서 형성된 제2 포트(4) 및/또는 제2 배출구로서 형성된 제3 포트(5) 사이에서 유체를 위한 통로가 개방되도록 축 방향으로 종축을 따라 선형으로 이동 가능하게 지지되어 있고, 그리고 상기 밸브 부재(7)가 축 방향으로 정렬된 실린더 형태로 제1 섹션(7a)과 제2 섹션(7b)을 구비하여 형성되어 있으며, 이들 섹션은 축 방향으로 서로 이격되어 배치되어 커플링 부재(7c)를 통해 서로 연결된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항에 있어서,
상기 섹션(7a, 7b)들 사이에 배치된 커플링 부재(7c)가 상기 밸브 부재(7)의 제1 섹션(7a)과 제2 섹션(7b)보다 작은 외주를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 섹션(7a, 7b)들이 동일한 형상과 치수로 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 부재(7)의 제1 섹션(7a)이 제1 밸브 시트 부재(8a) 내부에 그리고 상기 제2 섹션(7b)이 제2 밸브 시트 부재(8b) 내부에 배치된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제4항에 있어서,
제1 밀봉 부재(12-1a)에 대한 상기 제1 섹션(7a)의 상대적인 배열에 따라 상기 제1 배출구(4)가 그리고 제2 밀봉 부재(12-1b)에 대한 상기 제2 섹션(7b)의 상대적인 배열에 따라 상기 제2 배출구(5)가 개방 또는 폐쇄되도록 상기 밸브 부재(7)의 제1 섹션(7a)과 제2 섹션(7b)이 각각 밀봉 부재(12-1a, 12-1b)에 의해 상기 하우징(2)과 상기 밸브 시트 부재(8a, 8b)에 대해 밀봉되도록 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 부재(7)의 섹션(7a, 7b)들이 각각 중공 실린더 형태로 길이 방향으로 정렬된 개구를 구비하여 형성되어 있고, 상기 개구를 둘러싸는 벽은 각각 내부 스레드로서 형성된, 스레드 쌍의 제1 스레드를 갖고, 외부 스레드로서 형성된 제2 스레드는 적어도 상기 커플링 부재(7c)의 단부들의 영역에 배치되어, 상기 커플링 부재(7c)의 단부가 각각 상기 밸브 부재(7)의 섹션(7a, 7b)에 나사 결합된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치(1-1, 1-2)가 하나 이상의 제1 압력 챔버(14a) 및 제2 압력 챔버(14b)를 갖고, 이들 압력 챔버는 각각 상기 밸브 챔버(6)의 영역으로서 축 방향으로 정렬된, 상기 밸브 부재(7)의 단부면에 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제7항에 있어서,
상기 압력 챔버 중 하나 이상의 압력 챔버(14a, 14b)가 상기 하우징(2)의 제1 포트(3)의 관통 개구에 연결되도록 그리고 상기 압력 챔버(14a, 14b)들이 서로 유체 연결되도록 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제8항에 있어서,
상기 압력 챔버(14a, 14b)들이 각각 연결 채널(15-1)을 통해서 상기 하우징(2)의 제1 포트(3)의 관통 개구에 유체 연결되도록 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1).
제8항에 있어서,
상기 압력 챔버(14a, 14b)들이 연결 채널(15-2)을 통해서 서로 유체 연결되어 있고, 상기 연결 채널(15-2)은 상기 밸브 부재(7) 내부에 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-2).
제10항에 있어서,
상기 연결 채널(15-2)의 영역들이 각각 개구로서 섹션(7a, 7b)들 내부에 그리고 각각 상기 섹션(7a, 7b)들과 커플링 부재(7c) 사이에 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-2).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들이 x 및 y 방향을 가로질러 확장되는 공통 평면에 배치되어 있고, 상기 평면에서 상기 장치(1-1, 1-2)의 종축들은 x 방향으로 연장되는 방식으로 정렬된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제12항에 있어서,
상기 제1 포트(3)가 상기 종축의 제1 측면으로부터 상기 밸브 챔버(6)와 이어지도록 그리고 상기 제2 포트(4)와 제3 포트(5)가 상기 종축의 제2 측면으로부터 상기 밸브 챔버(6)와 이어지도록 형성되어 있으며, 상기 제2 측면은 상기 제1 측면의 반대편에 배치된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들의 대칭축들이 서로 평행하게 정렬된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(2)의 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들의 유동 단면들이 원형이고, 상기 관통 개구들의 유동 단면들의 직경은 각각 일정한 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제15항에 있어서,
상기 포트(3, 4, 5)들의 관통 개구들이 동일한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제5항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 부재(12-1a, 12-1b)에 대한 상기 밸브 부재(7)의 섹션(7a, 7b)의 상대적인 배열에 따라, 유체가 곡선 윤곽과 밀봉 부재(12-1a, 12-1b) 사이로 관류할 때 팽창될 수 있도록, 상기 밸브 부재(7)가 각각 커플링 부재(7c) 쪽으로 정렬된, 상기 섹션(7a, 7b)들의 단부면에서 곡선 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 부재(7)가 연결 부재(10)를 통해서 상기 하우징(2) 외부에 배치된 구동 부재(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제18항에 있어서,
상기 연결 부재(10)가 샤프트로서 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 연결 부재(10)가 제1 단부에서는 상기 구동 부재(9)에 고정 연결되도록 그리고 상기 제1 단부의 말단에 형성된 제2 단부에서는 일 측면을 통해 상기 하우징(2) 내로 돌출하여 상기 밸브 부재(7)에 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 부재(9)가 서보 모터로서 형성된 것을 특징으로 하는, 장치(1-1, 1-2).
자동차의 열 시스템, 특히 열 관리 시스템의 냉매 회로에 사용하기 위한 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 유체 관류 및 분배 장치(1-1, 1-2)의 용도.