KR100353917B1 - 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 열교환기와 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. 예를 들자면, 변속기유의 경우에 열교환기는 변속기유를 냉각시키기 위하여 사용된다. 열교환기는 일반적으로 변속기로부터 떨어져 있어서 변속기로부터 공급튜브를 통하여 고온의 변속기오일을 받아 내어 그것을 냉각시켜서 환류관(return tube)을 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(그렇지 않으면 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. 변속기 오일이 고갈되지 않도록 냉유동이 이루고 있는 동안에 변속기액체가 정상온도에 이를 때에도 변속기액체 일부는 열교환기를 통과하지 않음으로 열교환 효율이 저하된다. 이러한 문제는 오일이 가열됨에 따른 변속기 오일의 점도의 변화에 의하여 좋지않게 되는 것이다. 환언하면 저온도에서 변속기 오일의 고갈을 방지하기 위하여 충분한 유동을 제공할 만큼 바이패스찬넬이 크면 오일이 가열되어 점도가 작게 되고 이때에는 과대바이패스유동이 일어난다.단순한 바이패스찬넬에 의하여 일어나는 저효율을 극복하기 위해서는 바이패스라인에 실용적인 개폐밸브를 설치하는 것을 제안한다. 오일이 차면 바이패스찬넬이 열리고 오일이 가열되면 바이패스밸브의 밸브가 닫혀서 그 이상의 바이패스를 방지하는 것이다. 어떤 유형의 온도반응밸브요소는 오일 온도가 어떤 한계를 상회할때 바이패스밸브를 개폐시키기 위하여 바이메탈스트립 또는 팽창 수축 또는 회전하는 몇 가지 다른 유형의 장치와 같은 것이 사용된다.바이패스밸브의 개폐형의 예로는 독일특허제 596 19 609호와 미국특허 제 4,190,198호에 개시되어 있다. 이러한 특허들은 내측체임버 및 내측체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3 포오트를 가진 하우징을 제시하고 있다. 동 포오트중의 어느 하나는 주위의 밸브좌와 가동밸브부재를 가진 바이패스밸브포오트로 밸브좌와 상관하여 바이패스유동을 개폐시킨다. 온도반응 액추에이터가 체임버내에 위치하여 밸브포오트를 개폐하기 위하여 밸브부재에 작동하도록 연결되어 있다.이러한 선행기술의 바이패스밸브에 곤란한 점은 온도반응 액추에이터가 나타난 온도에 따라서 팽창수축될 때 극단의 온도에서 액추에이터가 손상될 수 있는 점이다.액추에이터의 과대한 운동에 잘 대처하기 위한 수단을 구비해야 하며, 이는 양호한 실(seal)이나 바이패스밸브 포오트의 밀폐이다. 오일이 뜨거울 때 밸브포오트가 잘 닫히면 오일이 냉각되어 다시 바이패스유동이 필요할 때에는 보통 잘 열리지 않는다.본 발명은 리턴스프링(return sppring)이 직접 온도반응 액추에이터 몸체에 연결되어서 액추에이터가 저온 또는 바이패스상태로 되돌아와서 극단 온도로 인하여 야기되는 액추에이터의 과대운동에 대처하도록 한 상기 바이패스밸브의 개량에 관한 것이다. 분리 또는 독립 스프링이 바이어스된 밸브부재는 밸브포오트를 개폐한다.

간단한 바이패스찬넬에 의하여 일어나는 저 효율을 아바도하기 위하여서는 바이패스라인에 실용적인 개폐밸브를 설치하는 것을 제안한다. 오일이 차면 바이패스찬넬은 열리고 오일이 가열되면 바이패스밸브의 밸브가 닫혀서 더 이상의 바이패스를 방지한다. 어떤 유형의 온도반응밸브요소는 오일 온도가 어떤 한계를 상회할때 바이패스밸브를 개폐시키기 위하여 바이메탈스트립 또는 팽창 수축 또는 회전하는 몇 가지 다른 유형의 장차와 같은 것이 사용된다.

바이패스밸브의 개폐밸브의 예들은 독일톡허번호 596 19 609와 미국특허번호 제 4,190,198호에 되시되어 있다. 이러한 특허들은 내측체임버 및 내측체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3 포오트를 가진 하우징을 제시하고 있다. 동 포오트중의 어느 하나는 주위의 밸브좌와 이동밸브부재를 가진 바이패스밸브포오트로 밸브좌와 맞추어 바이패스유동을 개폐시킨다. 온도반응 액추에이터가 체임버내에 위치하여 밸브포오트를 개폐하기 위하여 밸브부재에 작동하도록 연결되어 있다.이러한 선행기술의 바이패스밸브에 곤란한 점은 온도반응액추에이터가 노출된 온도에 따라서 팽창수축이 되면 극단의 온도가 액추에이터를 손상시킬 수 있다는 것이다.

액추에이터의 과대한 운동에 처히기 위한 수단을 구비해야만 하며 현재로서는 양호한 실(seal)이나 바이패스밸브의 마개이다. 밸브포오트가 오일이 뜨거워질때 잘닫힌다면 이들은 오일이 냉각되어 다시 바이패스유동을 가질 필요가 있을 때에는 보통 잘 열리지 않는다.

본 발명은 리턴스프링(return spring)이 직접 온도반응액추에이터몸체에 연결되어서 액추에이터를 찬 또는 바이패스상태로 되돌아와서 극단온도로 인하여 야기되는 액추에이터의 과대운동에 대응하도록 하여 상기 바이패스밸브에 대한 개선이다. 분리 또는 독립 스프링편향의 밸브부재가 밸브포오트를 개폐한다.

본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명하며 도면의 내용은 다음과 같다:

도 1은 본 발명에 따르는 바이패스밸브의 한가지 실시예를 사용한 열교환기의 사시도이다;

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

도 3은 바이패스밸브가 열려 있는 상태를 나타낸 도 1의 선 3-3에 따라 취해진 단면이다;

도 4는 도 3과 유사한, 바이패스밸브가 닫힌 상태를 나타낸 측단면도이다;

도 5는 도 3과 유사한, 열교환기에의 유동을 차단하는 한가지 예를 보인 측단면도이다;

도 6은 도 5와 유사한, 바이패스밸브가 닫히고 열교환기가 차단되지 않는 상태를 나타낸 측단면도이다;

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

도 8은 도 7의 8 - 8선의 단면도이다;

도 9는 도 3과 4의 바이패스밸브에 있어서 밸브의 일부를 절결한 측면도이다;

도 10은 도 5와 6의 바이패스밸브의 일부를 절결한 측면도이다;

도 11은 도 3과 유사한, 3포트 바이패스밸브의 도 2의 11 -11선의 단면도이다;

도 12는 도 11과 유사한, 바이패스밸브가 닫혀 있는 상태를 나타낸 측단면도이다;

도 13은 도 5와 유사한, 한가지의 3포오트 바이패스밸브의 단면예시도이다;

도 14는 도 13과 유사한, 바이배스밸브가 닫혀 있는 상태를 나타낸 단면예시도이다;

본 발명의 하나의 양태에 의하면 그 안에 체임버를 형성하는 하우징과 체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3 메인포오트를 가지는 열교환기회로의 바이패스밸브가 구비되어 있다.제1메인포오트는 바이패스밸브포오트이다. 밸브포오트는 중심축과 주위의 밸브좌가 형성되어 있다.온도반응 액추어에이터가 체임버내에 설치되어 있으며 중심축선을 따라 배치된 왕복 중심축을 가지고 있다. 중심축은 일부 밸브포오트를 닫기 위한 폐쇄단부가 형성되어 있으며 환상링이 폐쇄단부에 인접하여 설치되어 있으며중심축에서 횡방향으로 돌출되어서 밸브좌와 밀접하여 밸브포오트를 완전히 닫는다.본 발명의 개량은 환상링 하부의 하우징내에 설치되어 중심축을 밀도록 중심축에 연결되고 중심축의 부분이 수축하여 밸브포오트가 열리도록 하는 리턴스프링을 포함한다.본 발명의 다른 양태에 의하면 유입구를 가진 유입매니폴드와 출구를 가진 유출매니폴드를 가진 열교환기를 구성하는데 있다.복수개의 간격을 두고 있는 열교환도관이 유출입매니폴드에서 연관되어 있다. 바이패스밸브는 내부에 체임버를 형성하는 하우징과 체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3 메인포오트를 포함하며 제1 메인포오트는 바이패스밸브이다. 밸브포오트는 중심축과 주위의 밸브포오트를 구비하고 있다. 유출입구의 어느 하나에 밸브포오트를 연관하기 위한 수단이 구비되어 있다. 제2메인포오트, 체임버와 제2메인포오트를 연속적으로 다른 유출입구와 연관시켜주기 위한 수단이 구비되어 있다. 온도반응 액추에이터는 체임버내에 설치하며 중심선을 따라 배치된 왕복중심축(軸)을 가지고 있다.중심축은 일부 밸브포오트를 닫기 위한 폐쇄단부와 폐쇄단부에 인접하여 설치되고 축으로부터 횡방향으로 돌출된 환상링(밸브)을 가지고 있어서 밸브좌와 밀접하여 완전히 밸브포오트를 닫는다. 본 발명의 개량은 환상링밑의 하우징내에 설치되고 중심축에 연결되어 있는 리턴스프링을 포함하며 중심축 단부의 수축으로 밸브포오트가 열리도록 되어 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라서는 유입구구멍을 가진 유입매니폴드와 출구구멍을 가진 유출매니폴드를 가진 열교환기를 제공하는 데 있다. 복수개의 떨어져 있는 열교환도관들이 유출입매니폴드사이에서 연결되어 있다. 바이패스밸브는 그 안에 체임버를 정하는 하우징과 체임버와 통하는 제1, 제2 및 제3 메인포오트를 포함하며 제1 메인포오트는 바이배스밸브이다. 밸브포오트는 중심축과 주위의 밸브포오트를 가지고 있다. 유출입구멍중의 어느 하나에 밸브포오트를 연결시켜주기 위한 수단이 구비되어 있다. 제2메인포오트, 체임버와 제2메인포오트를 연속적으로 다른 유출입구멍들과 연결시켜주기 위한 수단이 구비되어 있다. 온도반응액추에이터는 체임버내에 위치하며 중심축에 따라서 배치된 왕복중심축을 가지고 있다.중심축은 일부 밸브포오트를 닫혀주기 위한 폐쇄단부와 폐쇄단부에 인접하여 위치하고 축으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 환상링을 가지고 있어서 밸브좌와 맞물려 완전히 밸브포오트를 닫아 준다. 본 개선은 환상링밑의 하우징내에 설치되어 중심축에 연결되어 있는 리턴스프링을 포함하며 중심축 단부로 하여금 수축토록 하여 밸브포오트를 열도록 한다.

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

도 1을 참조하면, 열교환기회로(10)가 제시되어 있으며 열교환기(12), 및 본 발명에 따르는 바이패스밸브(14)의 한가지 실시 예를 포함한다. 본 발명에 있어서는 어떠한 유형의 열교환기라도 사용이 가능하다. 전형적인 2가지 패스열교환기가 도 1에 도시되어 있으며 유입 또는 유출매니폴드가 될 수 있는 제1매니폴드(16), 리턴매니폴드(18) 및 제2매니폴드(20)를 구비하고 있다. 복수개의 간격을 두고 있는 열교환기 도관(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 환류되는 유출매니폴드가 된다. 유체의 유동방향은 제2매니폴드(20)가 유입매니폴드가 되고 제1매니폴드(16)는 유출매니폴드가 되도록 변환될 수 있다. 그러나 열교환기(12)는 열교환기의 각 단부에 설치한 매니폴드(16)(20)를 가진 단일패스 열교환기로 되는 것을 알게 된다. 이러한 경우에는 리턴매니폴드(18)가 필요없게 된다.

제1매니폴드(16)가 유입매니폴드이면 유입구(26)가 형성되며 유입도관(28)은 유입구(26)와 통하도록 연관된다. 제2매니폴드(20)가 유출매니폴드이면 유출구(30)가 형성되며 유출도관(32)은 유출구(30)와 통하도록 연관된다. 그러나 유동방향이 역전되면 유출도관(32)은 유입도관이 되고 유입도관(28)은 유출도관이 된다. 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 피팅단부(end fitting)(38)(40)을 가지고 있다. 열교환기(12)가 변속기오일냉각기로 사용되는 곳에서는 피팅단부(38)(40)는 변속기와 열교환기회로(10)간에 고무호스로 관접하여 크램핑시킬 수가 있다. 그러나 어떠한 타입의 피팅단부(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 있는 4개 포오트 바이패스밸브이다.

도 2는 도 1과 유사하며 유사한 번호가 도 2와 연속 도면들에도 사용되고 있어서 도 1에 도시되어 있는 실시 예들과 일치하는 부품을 지시하고 있다. 또 도 2의 열교환기회로(42)는 도관 (28) 및 (36)이 연결된 단일도관(45)을 가지고 있어 하나의 3포오트 바이패스밸브로 되어 있는 바이패스밸브(44)를 구비하고 있으며 이의 목적은 아래에 설명한다.

다음에 도 3과 도 4를 참조하면 4포오트 바이패스밸브(14)가 도시되어 있으며 내부에 체임버(48)가 형성된 하우징(46)이 형성되어 있다. 하우징(46)은 3개의 개구로 된 메인포오트(main ports)(50, 52 및 54)가 형성되어 있다. 이러한 메인포오트중의 어느 하나 즉 메인포오트는 밸브포오트(valve ports)(54)이다. 밸브포오트(54)는 2개의 하위 분기포오트(branch ports)(56)(58)와 통해 있으며 도관 (28)(36)은 각각 분기포오트(56)(58)와 연결되어 있다.

밸브포오트(54)는 체임버(48)에 면한 주위의 밸브좌(60)가 형성되어 있으며 가동 밸브부재(62)는 밸브좌(valve seat)(60)와 상관하여 밸브포오트(54)를 개폐시킨다.

온도반응 액추에이터(64)는 체임버내에 설치되어 밸브부재(62)와 작동이 되도록 결합이 되어 있어서 밸브부재(62)의 작동으로 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 물질이 충진되어 있어서 액추에이터가 설정온도로 열을 받으면 축방향으로 팽창하고 설정온도 이하로 되면 냉각되어 수축된다. 바이패스밸브(14)가 자동차 변속기의 오일쿨러로 사용되는 곳에서는 이러한 설정온도는 열교환기회로(10)에서 변속기로 환류하는 오일의 온도는 약 80℃가 되도록 조절되어 있다.

도 3과 도 4 및 도 9를 참조하면 알 수 있는 바와 같이 액추에이터(64)가 체임버(48)의 중심축선에 설치되어 있고 또한 밸브포오트(54)도 위와 같다. 액추에이터(64)의 실린더는 밸브포오트(54)의 중심 축선에 배열되어 있다. 중심축(66)은 밸브포오트(54)를 일부 닫아주는 폐쇄단부(end portion)(68)를 가지고 있다. 도 3과 도9에 도시되어 있는 바와 같이 중심축(66)의 폐쇄단부(68)에 인접하여 설치된 환상링인 밸브부재(62)는 중심축(66)에서 축방향으로 돌출되어 밸브좌(60)와 밀접하여 도 4에서 도시한 바와 같이 밸브포오트(54)를 닫는다. 밸브부재(62)와 폐쇄단부(68)는 중심 축선을 따라 동작하여 밸브포오트(54)를 개폐하는 왕복프럭 (reciprocating plug)을 형성한다.

환상링으로 된 밸브부재(62)는 중심축(66)상에서 자유롭게 접동될 수 있게 설치되어 있다. 리턴스프링(70)은 폐쇄단부(68)에 형성되어 있는 홈(도시되어 있지 않음)에 결합하여 폐쇄단부(68)에 부착되어 있다. 또, 상기 리턴스프링(70)은 환상링으로 된 밸브부재(62)가 중심축(66)에서 이탈되지 않게 하는 스토퍼 역할을 한다. 중심축(66)에는 환상의 상부 내턱(72)이 형성되고 상부 내턱(72)과 환상링의 밸브부재(62) 사이의 중심축(66)에 설치된 코일스프링(74)은 밸브부재(62)를 스톱 또는 리턴스프링(70)쪽으로 바이어스 되게 한다.

상기와 같이 열모터 또는 액추에이터(64)는 피스톤(76)이 구비되어 있으며 이것은 하우징(46)의 일부, 또는 하우징을 밀폐한 분리 가능한 마개(closure)(80)에 형성된 세로 홈(78)(도 9참조)에 결합되어 있다. 마개(80)에는 O-링실(82)이 끼원져 있으며 적당한 핀이나 셋스크류(set screw) 또는 "C"-써클립(clip) 또는 스냅링(도시되어 있지 않음) 기타유형의 파스너(fastner)에 의하여 고정되어 있다. 이하 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 액추에이터(64)가 설정온도에 도달하면 축선방향으로 팽창한다. 피스톤(76)은 마개(80)에 고정되어 있으므로 액추에이터(64)의 일부인 중심축(66)은 리턴스프링(70)을 누르고 밸브포오트(54)를 닫으면서 밸브포오트(54)를 통하여 하강된다. 체임버(48)내의 온도가 설정온도 이하로 떨어지면 액추에이터(64)는 수축하며 리턴스프링(70)은 리턴스프링(70)에 접촉된 환상링의 밸브부재(62)를 밸브좌(60) 위로 밀어올려서 밸브포오트(54)가 열릴 때까지 중심축(66)은 상승한다. 밸브포오트(54)가 도 3에 도시된 바와 같이 열려 있을 때 리턴스프링(70)은 밸브포오트(54)를 통하여 체임버(48)안으로 신장되나 밸프포오트(54)를 통과하는 흐름에 대하여 거의 영향을 주지 않는다.

도 9에서 표시된 바와 같이 마개(80), 액추에이터(64), 코일스프링(74), 밸브부재(62) 및 리턴스프링(70)은 바이패스밸브(14)의 카트리지 또는 서브어셈블리(84)을 형성한다. 서브어셈블리(subassembly)(84)가 바이패스밸브(14)에서 제거되면 액추에이터(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 밸브 포오트(54)와 반대측에 설치하여 하우징(46)내에 카트리지를 설치하여 열교환기회로(10)의 사용할 준비가 완료된다.

바이패스밸브(14)의 작동을 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 열교환기회로(10)는 도관(34)이나 또는 도관(36)으로 작동이 가능하며 하나는 유입도관이며 다른 것은 유출도관이 된다. 도관(34)이 유입도관인 경우 유입도관에 변속기로의 뜨거운 변속기오일이 유입될 때 이를 편의상 정류(normal flow)라고 한다. 이때 도관(36)은 유출도관이 되어 변속기오일이 열교환기(12)에서 냉각된 후 변속기로 환류된다.

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 역류라고 한다.

우선 정류상태부터 설명한다. 변속기오일과 열교환기회로(10)가 가열되어 작동온도에 이르면 바이패스밸브(14)는 도 4와 같이 된다. 뜨거운 엔진오일이 유입관(34)으로 유입되어 계속하여 메인포오트(52), 체임버(48) 및 메인포오트(50)를 통과하여 열교환기 유입도관(32)으로 유입된다. 뜨거운 유체는 열교환기(12)를 통과하여 유출도관(28)으로 유출되어 분기포오트(56)(58)를 통과하여 유출도관(36)을 거쳐 변속기로 환류된다. 이때 밸브포오트(54)가 닫혀 있어서 바이패스흐름이 없다. 도관(28)(36)을 통하여 변속기로 되돌아 온 유체가 약 80℃이하로 냉각되면 액추에이터(actuator)(64)가 수축되어 밸브부재(62)가 밸브좌(60)에서 상승되어 밸브포오트(54)가 열리게 된다. 이에 도관(34)에서 체임버(48)를 통하여 바이패스흐름이 형성되며 밸브포오트(54)를 통하여 변속기로 환류되는 도관(36)내 흐름과 합류하게 된다. 엔진 시동시와 같이 유체 또는 오일의 온도가 저온으로 오일의 점도가 클때 실제적으로 오일은 열교환기를 통하지 않고 전적으로 유입도관(34)에서 유출도관(36)으로 바이패스된다. 그러나 오일이 가열됨에 따라서 도관(32)과 열교환기(12)를 통과하는 유량이 증가하기 시작하여 오일이 소정의 작동온도로 상승되면 전 유량은 열교환기를 통과하게 되며 이때 밸브부재(62)는 밸브포오트(54)를 닫아 바이패스흐름이 차단된다. 바이패스밸브(14), 또는 적어도 밸브부재(62)가 열려 있을 때 밸브포오트(54)는 출구포오트(outlet port)가 된다. 기타 메인포오트(52 및 50)는 이러한 정상유동상태에 있어서는 각각의 유입 및 유출포오트가 된다.

정류상태에 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.

역류상태에 있어서 도관(36)은 변속기로부터 뜨거운 오일의 유입도관이 되며 도관(34)은 냉각된 변속기오일이 변속기로 환류되는 유출도관이 된다. 이러한 상태에서 변속기와 열교환기회로(10)가 작동온도가 되면 뜨거운 변속기 유체는 유입포오트가 되는 분기포오트(58)를 통과하게 된다. 밸브부재(62)가 닫혀 있기 때문에 바이패스 흐름이 없다. 뜨거운 오일은 계속하여 분기포오트(56)를 통과하며 유출포오트가 되는 유입 분기포오트(58)로 통하게 된다. 뜨거운 오일은 도관(28)과 열교환기(12)를 통과하여 도관(32)을 통하여 유출되어 계속적으로 제2 메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)를 통과하고 도관(34)을 통하여 변속기로 환류된다.

변속기로 환류된 변속기오일이 설정된 온도이하로 냉각되면 액추에이터(64)가 밸브부재(62)로 하여금 밸브포오트(54)를 개방하여 메인포오트(52)와 도관(34)에 이르는 바이패스 흐름이 일어난다. 다시 오일이 엔진시동시와 같이 극도로 차게 되면, 유체는 열교환기(12)를 거의 거치지 않고 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 환류된다. 이로 인하여 액추에이터(64)는 어느 경우보다도 오일이 보다 신속히 가열되게 한다. 유입도관(34)을 통하여 변속기로 환류된 변속기 오일이 설정온도에 도달함에 따라서 액추에이터(64)는 팽창되면서 밸브부재(62)가 밸브포오트(54)를 닫아서 바이패스유동이 차단된다. 이때 중심축(66)에 끼워진 밸브부재(62)는 코일스프링(74)에 의하여 밸브좌(60)에 밀착된 상태에서 중심축(66)의 신장작동에 의한 서지압력(surge pressure)에도 밸브부재의 닫힌 상태를 유지하면서 닫힐 때 일어날 수도 있는 어떤 피크압력(peak pressure)을 스프링이 흡수하여 감소 또는 변화되게 한다. 환언하면, 코일스프링(74)에 의하여 유입도관(36, 28)내의 피크압력이 흡수될 수 있음으로 이들 피크압력이 변속기에 미치어 불리한 영향을 주는 일이 없다. 밸브회로는 하우징이 혼합체임버역활을 겸하게 되어 있고 그 안에서 바이패스흐름과 열교환기의 유출흐름이 열액추에이터와 직접 접촉되어 혼합되므로 열과도(熱過度)현상이 완화되며 액추에이터는 직접 변속기로 환류된 혼합오일온도에 대응할 수 있다. 또한 열리고 닫히는 변환 중에 뜨거운 바이패스흐름과 보다 찬 오일쿨러리턴흐름이 혼합되어(직접 접촉되는 액추에이터(64)에 의하여 제어됨으로서) 변속기로 환류된 오일의 어떤 온도의 지나친 변화를 완화시켜준다.

역류상태에 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 다른 이점은, 액추에이터(64)가 연속적으로 오일이 통과하여 흐르는 체임버(48)내에 설치되어 있기 때문에 액추에이터가 신속히 가열, 냉각되는 점이다. 또한 변속기오일이 과열되거나 또는 피크온도(spike)에 이를 때 액추에이터(64)는 열교환기(12)로부터 역류상태의 체임버(48)내, 또는 정류상태의 분기포오트(56, 58)내에서 일부 리턴흐름(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 정류 또는 역류상태에서 작동여하에 따라서 밸브포오트(54)와 통하는 제1유동도관 및 열교환기(12)의 유입 및 유출구중의 어느 하나로 간주할 수 있다. 밸브포오트(54)가 열교환기(12)의 입출구에 연결여하에 따라서 제2메인포오트, 즉 메인포오트(50)가 열교환기(12)의 다른 유출입구와 연결된다. 제2유동도관, 즉 도관(34)은 제3메인포오트 즉 바애패스밸브(14)의 메인포오트(52)와 통한다. 상술한 바와 같이 역류상태에서 제1유동 도관(28)(36)은 열교환기의 유입구가 된다. 도관(32)을 통하는 제2도관(34)은 열교환기의 유출구가 된다. 정류상태에 있어서 제1유동도관(28)( 36)은 열교환기의 유출구가 되며 도관(32)을 통과하는 제2유동도관(34)은 열교환기의 유입구가 된다.

다음 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 바이패스밸브(86)의 다른 실시 예가 바이패스밸브(14)와 유사하게 도시되어 있으나 바이패스개방상태에서 열교환기(12)에 이르는 유동을 전부 차단하도록 구성되어 있다. 바이패스밸브(86)에서 분리 가능한 마개(88)는 복수개의 측면포오트(90)를 가지며 이들 측면포오트중의 어느 하나는 메인포오트(50)와 통해 있다. 마개(88)는 측면포오트(90)와 통하는 축방향포오트(axial port)(92)를 가지고 있다. 축방향포오트(92)는 주위의 밸브좌(94)를 가지고 있으며 액추에이터(64)에 형성된 어깨턱(96)은 주위 밸브좌에서 밸브부재(62)가 위로 동작하여 밸브포오트가 열릴 때 메인포오트(50)의 유동을 차단하게 축방향포오트(92)를 닫는 제2밸브부재가 된다. 본 실시 예에서 보다 길게 분리 가능한 마개(88)에 대처하기 위하여 바이패스밸브(14) 보다 메인포오트(52)를 약간 낮게 설치한 것에 유의하게 된다. 기타 또한 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 어깨턱(96)과 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(98) 또는 카트리지(cartridge)를 제시하고 있다. 카트리지는 보다 길게 된 분리가능한 마개(88)외에는 도 9의 카트리지(84)와 유사하다.

다음 도 2, 11 및 12를 참조하여 3포오트 바이패스밸브(44)를 보다 상세히 설명하여 보고자 한다. 바이패스밸브(44)는 동 밸브가 확대된 메인 또는 밸브포오트(100)를 가지며 단일 도관(45)은 밸브포오트(100)와 통해 있다는 점외에는 바이패스밸브(14)와 유사하다. 도 2에서 보는 바와 같이 도관(45)은 도관(28 및 36)에 연결되어 있다. 역류상태에서 도관(36)은 열교환기(12)에 대한 유입구이며 뜨거운 오일이 변속기에서 유출된다. 이러한 오일은 밸브부재(62)가 열려 있을 때 도관(45)과 밸브포오트(100)를 통하여 위로 흐른다. 이어서 바이패스 흐름은 체임버(48)를 통과하여 메인포오트(52)와 도관(34)으로 흐른다. 밸브부재(62)가 바이패스 유동이 없도록 닫히면 변속기로부터 도관(36)을 통하여 유출된 오일은 도관(28)으로 흐르며 바이패스밸브(14)의 경우처럼 열교환기(12)를 통과하고 도관(32, 34)을 통하여 변속기로 환류된다. 정류상태에서 변속기로부터의 오일은 도관(34), 체임버(48) 및 도관(32)을 통하여 열교환기(12)로 흐른다. 열교환기로부터 오일은 유출도관(28)을 통과하며 바이패스유동이 없도록 밸브부재(62)가 닫히면 오일은 도관(36)을 통하여 변속기로 환류된다. 밸브부재(62)가 열려 있으면 바이패스되어 오일은 도관(34)에서 밸브포오트(100)를 통과하여 도관(36)을 통하여 변속기로 환류된다.

도 13 및 14는 도 11 및 12의 바이패스밸브(44)의 경우처럼 밸브포오트 (100)와 통해 있는 단일 도관(45)을 가지고 있는 3포오트 바이패스밸브(102)를 제시하고 있다. 바이패스밸브(102)는 또한 도 5 및 6의 바이패스밸브(86)의 경우와 같이 구멍형의 분리가능한 마개(88)가 구비되어 있어서 바이패스 밸브부재(62)가 열려 있을 때 열교환기에로의 유동이 차단된다.

본 발명의 실시 예의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 상기 구조에 다양한 변형을 가할 수 있다. 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 가능하고 또는 이들이 도관(28, 32)을 사용하는 대신에 직접 유출입 매니폴드(16, 20)에 결합할 수 있다. 이러한 경우에 있어서 밸브포오트가 제1메인포오트이며 그것이 유출입구(26, 30)중의 어느 하나에 연결되고 제2메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)가 연속적으로 직접 다른 유출입구(26, 30)에 연결될 수 있을 것이다. 밸브포오트(54)가 열교환기 유입구(26)에 직접 또는 도관을 통하여 연결되면 제2메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)는 연속적으로 직접 또는 도관을 통하여 유출구(30)에 연결될 수 있으며 제3메인포오트(52)는 이제 오일을 변속기에 되돌리는 열교환기 출구가 된다. 유사하게 밸브포오트(54)가 열교환기 제3메인포오트(52)는 오일을 변속기로 환류하는 열교환기의 유출구가 된다. 유사하게 밸브포오트(54)가 직접 또는 도관을 통하여 열교환기 유출구(30)에 연결되면 제2메인포오트(50), 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)는 직렬로 직접 또는 도관을 통하여 열교환기 유입구(26)에 연결되며 제3메인포오트(52)는 변속기로부터 뜨거운 오일이 유입되는 열교환기 유입구가 된다.바이패스밸브는 열교환기로서 자동차의 변속기용 오일쿨러(oil cooler)로 사용되는 것으로만 위에서 설명되어 왔으나 바이패스밸브는 연료냉각열교환기와 및 비자동차용으로도 어떤 다른 유형의 열교환기로도 사용 될 수 있다. 다른 유형의 열액추에이터는 왁스형 액추에이터(64)와는 달리 사용될 수 있다. 예컨대 바이메탈 또는 형상메모리합금 열반응액추에이터가 밸브부재(62)를 작동시켜주기 위하여, 또한 바이패스밸브(86 및 102)에서 처럼 열교환기를 차단하는 데 사용될 수 있다. 상기 구조에 대한 더욱 광범위한 변경은 당업자들에게 명백한 것이다.상기한 설명에 의하여 비추어 당업자들에게 명백한 바와 같이 다양한 변경 및 변형이 본 발명의 실시에서 가능하다. 따라서 본 발명의 범위는 다음의 모든 청구항에 의하여 정의된 내용과 일치하는 것으로 해석되어야 한다.

바이패스밸브는 열교환기로서 자동차의 변속기용 오일쿨러(oil cooler)로 사용되는 것으로만 위에서 설명되어 왔지만 바이패스밸브는 연료냉각열교환기와 및 비자동차용으로도 여하한 다른 유형의 열교환기로도 사용 될 수 있는 것이다. 다른 유형의 열액추에이터는 왁스형 액추에이터(64)와는 달리 사용될 수 있을 것이다. 예컨대 바이메탈 또는 형상메모리합금 열반응액추에이터가 밸브부재(62)를 이동시켜주기 위하여 또한 바이패스밸브(86 및 102)에서 처럼 열교환기를 차단하는데 사용될 수 있을 것이다. 상기 구조에 대한 더욱 광범위한 변경은 당업자들에게 명백한 것이다.

상술한 발표에 비추어 당업자들에게 명백한 바와 같이 허다한 변경 및 변형이 본 발명의 실시에서 가능하다. 따라서 본 발명의 범위는 다음의 제 청구항에 의하여 정의된 내용과 일치하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

1. 열교환기의 바이패스밸브(14)는 내부에 체임버(48)가 형성된 하우징(46)과, 상기 하우징(46)에 형성된 밸브포오트(54)와, 상기 밸브포오트(54)의 주위에 형성된 밸브좌(60)와, 상기 체임버(48)내에 설치된 액추에이터(64)와, 상기 엑추에이터(64)에 형성되어 온도에 따라 신축 작동되는 중심축(66)과, 상기 중심축(66)의 폐쇄단부의 근접위치에 설치되어 밸브좌(60)와 상관하여 밸브포오트(54)를 개폐하는 환상의 링으로 된 밸브부재(62)와, 중심축(66)의 상부 내턱(72)과 상기 밸브부재(62) 사이에 설치되어 밸브부재(62)를 지지하는 코일스프링(74)과, 상기 중심축(66)의 폐쇄단부와 하우징 사이에 설치되어 중심축(66)의 수축 시에 가세하여 복귀되게 하는 리턴스프링(70)으로 구성되어서 열교환기회로의 오일온도에 따라 오일의 유동을 바이패스 제어하게 된 것을 특징으로 하는 열교환기의 바이패스밸브.
2. 제1항에 있어서 엑추에이터(64)의 중심축(66)에 끼워진 밸브부재(62)는 상부 내턱(72)과 밸브부재(62)사이의 중심축(66)에 설치된 코일스프링(74)의 가압수단에 의하여 밸브좌(60)에 밀착하여 밸브포오트(54)를 닫게 된 열교환기의 바이패스밸브.
3. 제2항에 있어서, 액추에이터(64)의 중심축(66)은 설정된 온도 이상에서는 축방향으로 팽창되고 설정온도 이하에서는 수축되는 열모터인 열교환기의 바이패스밸브.
4. 제1항에 있어서, 리턴 스프링(70)은 밸브포오트(54)내에서 스프링의 상단부는 중심축(66)의 폐쇄단부에 결합되고 스프링의 하단부는 밸브포오트(54)의 하부에 설치된 열교환기의 바이패스밸브.
5. 제4항에 있어서, 리턴 스프링(70)은 밸브부재(62)가 중심축(66)의 폐쇄단부측으로 빠지지 않게 스톱퍼를 겸하는 열교환기의 바이패스밸브.
6. 제1항에 있어서, 하우징(46)의 밸브포오트(54)의 반대측인 상부에 분리가능한 마개(80)(88)가 결합되어 있고 상기 마개(80)(88)에 엑추에이터(64)의 피스톤(76)이 결합되며 엑추에이터의 중심축(66)에는 코일스프링(74), 환상링으로 된 밸브부재(62), 및 리턴 스프링(70)이 구비된 열교환기의 바이패스밸브 .
7. 제1항에 있어서 유체의 흐름에 따라 밸브포오트(54)는 출구포오트이고 메인포트(50)(52)중 하나는 유입포오트이고 다른 하나는 유출포오트가 되는 열교환기의 바이패스밸브.
8. 제1항에 있어서, 밸브포오트(54)는 유입포오트가 되며 메인포오트(50)(52)는 밸브포오트(54)에 대하여 유입포오트 및 유출포오트가 되는 열교환기의 바이패스밸브.
9. 제1항에 있어서, 하우징(46)은 밸브포오트(54)와 통하는 제1분기포오트(56) 및 제2분기포오트(58)가 구비되어 있는 열교환기의 바이패스밸브.
10. 제9항에 있어서. 분기포오트(56)(58)중의 어느 하나는 유입포오트가 되고 다른 하나는 유출포오트가 되며 밸브포오트(54)는 바이패스밸브의 유입포오트가 되고 다른 메인포오트는 바이패스밸브의 유동방향에 따라 유입포오트 및 유출포오트가 되는 열교환기의 바이패스밸브.
11. 제9항에 있어서. 분기포오트(56)(58)는 오일의 흐름의 방향에 따라 하나가 유입포오트이고 다른 하나는 유출포오트이며 밸브포오트(54)는 바이패스의 유입포오트가 되는 열교환기의 바이패스밸브.
12. 제3항에 있어서, 밸브포오트(54)의 반대위치인 하우징(46)의 상부측에 설치된 분리 가능한 마개(80)(88)에 피스톤(76)이 결합되어 있는 열모터인 엑추에이터(64)를 포함하는 열교환기의 바이패스밸브.
13. 제12항에 있어서, 분리가능한 마개(88)에는 측면포오트와 통하는 축방향포오트(92)가 형성되어 있고 측면포오트는 메인포오트(50)(52) 중의 어느 하나와 통하도록 형성되어 있으며 축방향포오트(92)의 하단부에 주위의 밸브좌(94)가 형성되어 엑추에이터(64)의 상단부에 형성된 어깨턱(96)이 상기 밸브좌(94)와 상관하여 개폐되는 제2밸브부재를 형성하고 있는 열교환기의 바이패스밸브.
14. 열교환기는 유입구(26)를 가진 유입매니폴드(16)와, 유출구(30)를 가진 유출매니폴드(20)와, 유입매니폴드와 유출매니폴드 사이에 간격을 두고 배치된 복수개의 열교환 도관(22)(24)과, 바이패스밸브를(14)(44)를 포함하는 체임버가 제1, 제2, 제3메인포오트와 연관되게 내부에 형성된 하우징(46)과, 중심축선과 주위의 밸브좌(60)가 형성된 제1포오트인 바이패스 밸브포오트(54)와, 밸브포오트(54)를 유입구 및 유출구의 어느 하나에 연관하는 수단과, 제2메인포오트와 체임버(48)과 직열된 다른 유입구및 유출구에 연관된 제3메이포오트와의 연관하는 수단과, 체임버내에 설치되어 중심축선을 따라 왕복작동되는 중심축(66)을 가진 온도반응 액추에이터(64)와, 중심축선을 따라 상기 밸브포오트(54)를 하강하면서 닫아주는 중심축(66)의 폐쇄단부(68)와, 상기 중심축의 폐쇠단부(68)측에 접동 가능하게 측방으로 돌출되게 설치된 상기 밸브포오트를 개폐하는 환상링으로 된 밸브부재(62)와, 상기 밸브부재(62)를 탄동되게 지지하는 코일 스프링(74)과, 중심축(66)의 하단부와 밸브포오트 사이에 설치되어 중심축을 복귀되게 가세하여 밸브포오트를 개방하는 리턴 스프링(70)으로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
15. 제14항에 있어서, 밸브포오트(54)는 열교환기의 유입구(26)와 연관되고 제2메인포오트(50)와 체임버(48) 및 제3메이포오트(52)는 직렬로 열교환기의 유출구(30)와 연관되어 제3메인포오트가 열교환기의 유출구가 되는 열교환기.
16. 제14항에 있어서, 벨브포오트(54)는 열교환기의 유출구(30)와 연관되고 체임버(48) 및 제3메인포오트(52)는 직렬로 열교환기의 유입구(26)와 연관되어 제3메인포오트가 열교환기의 유입구가 되는 열교환기.
17. 제14항, 제15항, 또는 제16항의 어느 한 항에 있어서 밸브포오트(54) 및 제2메인포오트(50)를 유입구(26)와 유출구(30)에 연관수단인 도관(28)(30)으로 연관된 열교환기.
18. 제14항, 제15항 또는 제16항의 어느 한 항에 있어서, 밸브포오트(54) 및 제2메인포오트(50)는 유입구(26)와 유출구(30)에 직렬로 연관된 열교환기.
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