KR100428184B1 - 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤에 관한 것으로, 밸브하우징(21)내에 설치되는 밸브스프링(23)의 일단에 결합되면서 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 개방시키거나 또는 차단시키는 방향으로 밸브하우징(21)내에서 직선운동을 하는 상부피스톤(27a)과, 일단에 형성된 결합축(27b)을 매개로 상부피스톤(27a)에 길이방향으로 끼워져서 결합됨과 더불어 상기 상부피스톤(27a)을 따라 연동되는 하부피스톤(27c)과, 이 하부피스톤(27c)의 밑면에 축회전이 가능하도록 결합되면서 상기 상부피스톤(27a)을 따라 연동되어 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 개방시키거나 또는 밀폐시키도록 하는 보조피스톤(27d)으로 구성되어져, 압축천연가스가 충전될 때 발생된 진동압력이 상기 보조피스톤(27d)의 측방향으로 작용되더라도 상기 보조피스톤(27d)이 피스톤(27)의 축방향으로 회전되게 됨으로써 진동압력에 의해 마모되는 것이 최대한 예방되고, 이로 인해 가스관(12)을 밀폐시키는 기밀성능이 감소되는 것도 예방되며, 아울러 상기 결합축(27b)이 진동압력에 의한 하중을 전달받게 되더라도 쉽게 파단되는 것도 미리 예방할 수 있도록 된 것이다.

Description

압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤{piston for solenoid valve in using compressed natural gas tank}

본 발명은 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤에 관한 것으로, 특히 상부피스톤과 하부피스톤의 연결부위 강성을 증대시키면서 상기하부피스톤과 가스관과의 기밀성을 향상시켜, 저장탱크로 압축천연가스를 충전할 때 상기 상하부피스톤의 연결부위가 파손되는 것을 방지함과 더불어 저장탱크에서 엔진으로 압축천연가스를 공급할 때 가스가 누설되는 현상을 예방할 수 있도록 된 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로, 압축천연가스(CNG)를 연료로 사용하는 차량에는 압축천연가스를 저장하는 저장탱크(1)가 보통 7~8개정도 장착되어 있고, 상기 저장탱크(11)에는 도 1에 도시된 바와 같이 압축천연가스의 출입을 선택적으로 제어하는 솔레노이드밸브(20)가 탱크마다 각각 장착되어 있다.

여기서, 상기 솔레노이드밸브(20)는 가스관(12)과 연결되는 밸브하우징(21)과, 이 밸브하우징(21)내에 감겨지는 코일(22)과, 이 코일(22)로 전원이 인가됨에 따라 밸브스프링(23)의 힘을 이기고 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 선택적으로 개방시키도록 하는 피스톤(24)으로 구성된다.

그리고, 상기 피스톤(24)은 도 2에 도시된 바와 같이 밸브스프링(23)과 결합되는 스틸(steel)재질의 상부피스톤(24a)과, 이 상부피스톤(24a)의 길이방향으로 끼워져서 결합되도록 일단에 소정직경을 갖는 결합축(24b)이 형성된 스틸(steel)재질의 하부피스톤(24c)과, 이 하부피스톤(24)의 외주면을 감싸도록 결합되면서 가스관(12)의 개폐시 기밀을 유지시키는 플라스틱(plastic)재질의 밀봉캡(24d)으로 구성된다.

따라서, 작업자가 압축천연가스를 저장탱크(11)로 충전하고자 가스주입구를 통해 가스를 주입시키게 되면, 가스관(12)을 통해 공급되는 압축천연가스의압력(250bar 정도)에 의해 솔레노이드밸브(20)의 피스톤(24)이 밸브스프링(23)의 힘을 이기고 밸브하우징(21)의 상측으로 상승이동되고, 이로 인해 가스관(12)이 저장탱크(11)와 연결되면서 압축천연가스가 충전되게 된다.

그리고, 충전되는 가스로 인해 상기 저장탱크(11)내의 압력이 압축천연가스의 공급압력(250bar)과 동일하거나 또는 그 이상으로 상승되면, 상기 밸브스프링(23)의 힘을 이기고 밸브하우징(21)의 상측으로 상승이동된 피스톤(24)은 밸브스프링(23)의 탄성복원력에 의해 원래의 위치로 하강이동되고, 이로 인해 상기 저장탱크(11)내에 충전된 압축천연가스가 가스관(12)을 통해 누설되는 것이 차단되면서 압축천연가스의 충전이 종료되게 된다.

이후, 운전자가 주행을 위해 이그니션스위치를 온(on)시키게 되면 솔레노이드밸브(20)의 코일(22)로 전원이 공급되면서 피스톤(24)이 밸브스프링(23)의 힘을 이기고 밸브하우징(21)의 상측으로 상승이동되고, 이로 인해 가스관(12)이 저장탱크(11)와 연결되면서 저장탱크(11)내에 보관된 압축천연가스가 가스관(12)을 통해 엔진으로 공급되어 주행을 할 수 있게 된다.

또한, 주행 종료후 운전자가 이그니션스위치를 오프(off)시키게 되면 솔레노이드밸브(20)의 코일(22)로 공급된 전원이 차단되면서 밸브스프링(23)의 힘을 이기고 밸브하우징(21)의 상측으로 상승이동된 피스톤(24)은 밸브스프링(23)의 탄성복원력에 의해 원래의 위치로 하강이동되고, 이로 인해 상기 저장탱크(11)와 가스관(12)의 연결이 서로 차단되면서 저장탱크(11)내의 압축천연가스가 엔진으로 공급되는 것이 종료되게 된다.

한편, 상기 저장탱크(11)는 전술한 바와 같이 보통 7~8개정도가 차량내에 설치되어 있고, 상기 저장탱크(11)들은 가스관(12)을 통해 병렬로 연결되어 있는바, 압축천연가스가 상기 저장탱크(11)로 충전될 때에는 한번에 모든 탱크가 동시에 충전되는 것이 아니고 한 개씩 차례대로 충전이 이루어지게 된다.

이와 같이, 압축천연가스가 여러개의 저장탱크(11)로 충전이 될 때 충전이 완료된 솔레노이드밸브(20)의 피스톤(24)이 닫히는 시간과, 다음 충전이 이루어지는 솔레노이드밸브(20)의 피스톤(24)이 열리는 시간차이로 인해 가스관(12)을 흐르는 압축천연가스는 짧은 순간 흐름이 원활치 못해 서로 중첩되면서 진동이 발생되게 되고, 이 진동압력에 의해 솔레노이드밸브(20)의 피스톤(24)이 측면으로 밀려지게 되며, 이러한 현상이 지속적으로 발생되면 상기 피스톤(24)의 기능이 상실되면서 파손이 발생되는 문제점이 있었다.

즉, 압축천연가스가 여러개의 저장탱크(11)로 병렬방식으로 충전될 때 발생되는 진동압력은 하부피스톤(24c)을 일측으로 밀게 되는데, 종래의 피스톤(24)은 하부피스톤(24c)에 플라스틱(plastic)재질의 밀봉캡(24d)이 고정되도록 결합되어 있음으로 인해 상기 밀봉캡(24d)이 진동압력에 의해 마모되게 되고, 이와 같이 밀봉캡(24d)이 진동압력에 의해 마모되면 가스관(12)을 밀폐시키는 기밀성능이 감소되게 되며, 이와 같은 현상이 지속적으로 작용하게 되면 결국에는 상하부피스톤(24a,24c)을 연결하는 결합축(24b)이 파단되면서 피스톤(24)의 기능이 상실되는 문제점이 있었다.

이와 같이, 압축천연가스의 진동압력에 의해 솔레노이드밸브(20)의피스톤(24)이 파단되면 압축천연가스의 충전은 일부 가능하게 되지만, 이그니션스위치의 온(on)시 솔레노이드밸브(20)가 개방되지 않게 됨므로써 엔진으로 연료가 공급되지 못하는 원인이 되었다.

이에 본 발명은 상기한 모든 문제점들을 모두 해소하기 위해 안출된 것으로, 상하부피스톤을 연결하는 결합축의 직경을 세배이상 증대시켜 내구성을 향상시킴과 더불어 상기 하부피스톤에 축회전이 가능한 보조피스톤을 장착시켜, 압축천연가스가 여러개의 저장탱크로 병렬방식으로 충전될 때 발생된 진동압력이 하부피스톤의 측면에 작용되더라도 상기 가이더의 회전에 의해 하부피스톤의 하단부가 마모되는 것이 예방되고, 이로 인해 가스관을 밀폐시키는 기밀성능이 감소되는 것이 예방되며 아울러 결합축의 강성증대로 인해 피스톤의 파단현상도 미리 예방할 수 있도록 된 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피스톤은, 밸브하우징내에 설치되는 밸브스프링의 일단에 결합되면서 저장탱크로 연결되는 가스관을 개방시키거나 또는 차단시키는 방향으로 밸브하우징내에서 직선운동을 하는 상부피스톤과, 일단에 형성된 결합축을 매개로 상부피스톤에 길이방향으로 끼워져서 결합됨과 더불어 상기 상부피스톤을 따라 연동되는 하부피스톤과, 이 하부피스톤의 밑면에 축회전이 가능하도록 결합되면서 상기 상부피스톤을 따라 연동되어 저장탱크로 연결되는 가스관을 개방시키거나 또는 밀폐시키도록 하는 보조피스톤으로 구성되는 것을특징으로 한다.

도 1은 압축천연가스가 솔레노이드밸브를 통해 저장탱크로 충전되거나 엔진으로 공급되는 경로를 개략적으로 도시한 개념도,

도 2는 종래의 피스톤을 설명하기 위한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 피스톤을 설명하기 위한 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 - 저장탱크 12 - 가스관

21 - 밸브하우징 23 - 밸브스프링

27 - 피스톤 27a - 상부피스톤

27b - 결합축 27c - 하부피스톤

27d - 보조피스톤 27e - 오링

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤을 설명하기 위한 사시도로서, 종래구조와 동일한 부위에는 동일한 참조부호를 붙이면서 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 피스톤은 가스관을 타고 흐르는 압축천연가스의 출입을 제한하기 위해 저장탱크에 장착되는 솔레노이드밸브의 구성품으로서 사용된다.

즉, 압축천연가스(CNG)를 연료로 사용하는 차량에는 압축천연가스를 저장하는 저장탱크(1)가 보통 7~8개정도 장착되어 있고, 상기 저장탱크(11)에는 도 1을 참조로 전술한 바와 같이 압축천연가스의 출입을 선택적으로 제어하는 솔레노이드밸브(20)가 탱크마다 각각 장착되어 있다.

여기서, 상기 솔레노이드밸브(20)는 가스관(12)과 연결되는 밸브하우징(21)과, 이 밸브하우징(21)내에 감겨지는 코일(22)과, 이 코일(22)로 전원이 인가됨에 따라 밸브스프링(23)의 힘을 이기고 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 선택적으로 개방시키도록 하는 본 발명에 따른 피스톤(27)으로 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 상기 피스톤(27)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 밸브하우징(21)내에 설치되는 밸브스프링(23)의 일단에 결합되면서 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 개방시키거나 또는 차단시키는 방향으로 밸브하우징(21)내에서 직선운동을 하는 스틸(steel)재질의 상부피스톤(27a)과, 일단에 형성된 결합축(27b)을 매개로 상부피스톤(27a)에 길이방향으로 끼워져서 결합됨과 더불어 상기상부피스톤(27a)을 따라 연동되는 스틸(steel)재질의 하부피스톤(27c)과, 이 하부피스톤(27c)의 밑면에 축회전이 가능하도록 결합되면서 상기 상부피스톤(27a)을 따라 연동되어 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 개방시키거나 또는 밀폐시키도록 하는 스틸(steel)재질의 보조피스톤(27d)으로 구성된다.

여기서, 상기 결합축(27b)이 직경은 상부피스톤(27a)과 하부피스톤(27c)의 결합강성을 증진시키기 위해 상기 상하부피스톤(27a,27c)의 직경을 초과하지 않는 범위내에서 크게 증대되어 형성되는 구조로 되어 있다.

즉, 도 2를 참조로 전술한 종래 결합축(24b)의 직경은 2.5mm이지만 도 3에 도시된 본 발명에 따른 결합축(27b)의 직경은 7mm이며, 이와 같이 직경이 증대된 결합축(27b)에 의해 상부피스톤(27a)과 하부피스톤(27c)의 연결부위 강성이 증진되게 되며, 결국에는 전체적인 피스톤(27)의 강성도 그만큼 증진되게 되는 것이다.

그리고, 상기 하부피스톤(27c)과 보조피스톤(27d)사이에는 상기 보조피스톤(27d)이 가스관(12)을 밀폐시킬 때 가스관(12)의 기밀성능을 향상시키기 위한 오링(27e)이 결합되는 구조로 되어 있다.

이와 같이, 하부피스톤(27c)의 아래쪽에 보조피스톤(27d)이 축회전 가능하게 결합되면서 상부피스톤(27a)과 하부피스톤(27c)을 연결하는 결합축(27b)의 직경이 증대되어 형성되면, 압축천연가스가 저장탱크(11)로 충전될 때 발생되는 진동압력이 상기 보조피스톤(27d)의 측면으로 작용되더라도 보조피스톤(27d)의 마모현상이 최대한 예방되게 되며, 아울러 상기 결합축(27b)이 파단되는 것도 미리 예방할 수 있게 된다.

즉, 상기 저장탱크(11)는 전술한 바와 같이 보통 7~8개정도가 차량내에 설치되어 있고, 상기 저장탱크(11)들은 가스관(12)을 통해 병렬로 연결되어 있는바, 압축천연가스가 상기 저장탱크(11)로 충전될 때에는 한번에 모든 탱크가 동시에 충전되는 것이 아니고 한 개씩 차례대로 충전이 이루어지게 된다.

따라서, 압축천연가스가 여러개의 저장탱크(11)로 충전이 될 때 충전이 완료된 솔레노이드밸브(20)의 피스톤(27)이 닫히는 시간과, 다음 충전이 이루어지는 솔레노이드밸브(20)의 피스톤(27)이 열리는 시간차이로 인해 가스관(12)을 흐르는 압축천연가스는 짧은 순간 흐름이 원활치 못해 서로 중첩되면서 진동이 발생되게 되고, 이 진동압력은 하부피스톤(27c)의 아래쪽인 즉 보조피스톤(27d)을 일측으로 미는 힘으로 작용하게 되며, 상기 보조피스톤(27d)은 진동압력에 의해 피스톤(27)의 축방향으로 회전되게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 보조피스톤(27d)이 압축천연가스가 충전될 때 발생된 진동압력을 전달받아 피스톤(27)의 축방향으로 회전되게 되면, 도 2를 참조로 전술한 바와 같이 진동압력을 전달받아도 회전되지 못하고 단순히 하부피스톤(24c)을 감싸도록 고정된 밀봉캡(24d)보다, 마모율이 크게 감소되게 되며 이로 인해 가스관(12)을 밀폐시키는 기밀성능이 감소되는 것도 예방할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 보조피스톤(27d)이 압축천연가스가 충전될 때 발생된 진동압력을 전달받아도 마모되는 것이 최대한 예방되면 상기 상부피스톤(27a)과 하부피스톤(27c)을 연결하는 결합축(27b)으로 전달되는 진동압력의 하중이 최소화되게 되고, 이로 인해 상기 결합축(27b)이 진동압력에 의해 파단되는 것도 미리 예방할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 상기 결합축(27b)의 직경이 도 2를 참조로 전술한 종래의 결합축(24b)의 직경보다 약 3배정도 증대되게 형성됨으로써 결합축(27b)의 강성 및 전체적인 피스톤(27)의 강성이 증진되게 되고, 이로 인해 진동압력에 의한 하중을 견디는 힘도 그만큼 증대되게 되어 상기 결합축(27b)이 쉽게 파단되는 것을 예방할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상부피스톤과 하부피스톤을 연결하는 결합축의 직경이 증대되어 형성되면서 상기 하부피스톤의 아래쪽에 보조피스톤이 축회전 가능하도록 결합되어져, 압축천연가스가 충전될 때 발생된 진동압력이 상기 보조피스톤의 측방향으로 작용되더라도 상기 보조피스톤이 피스톤의 축방향으로 회전되게 됨으로써 진동압력에 의해 마모되는 것이 최대한 예방되고, 이로 인해 가스관을 밀폐시키는 기밀성능이 감소되는 것도 예방되며, 아울러 상기 결합축이 진동압력에 의한 하중을 전달받게 되더라도 쉽게 파단되는 것도 미리 예방할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (4)

1. 밸브하우징(21)내에 설치되는 밸브스프링(23)의 일단에 결합되면서 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 개방시키거나 또는 차단시키는 방향으로 밸브하우징(21)내에서 직선운동을 하는 상부피스톤(27a)과, 일단에 형성된 결합축(27b)을 매개로 상부피스톤(27a)에 길이방향으로 끼워져서 결합됨과 더불어 상기 상부피스톤(27a)을 따라 연동되는 하부피스톤(27c)과, 이 하부피스톤(27c)의 밑면에 축회전이 가능하도록 결합되면서 상기 상부피스톤(27a)을 따라 연동되어 저장탱크(11)로 연결되는 가스관(12)을 개방시키거나 또는 밀폐시키도록 하는 보조피스톤(27d)으로 구성되는 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤.
2. 제 1항에 있어서, 상기 결합축(27b)이 직경이 상부피스톤(27a)과 하부피스톤(27c)의 결합강성을 증진시키기 위해 상기 상하부피스톤(27a,27c)의 직경을 초과하지 않는 범위내에서 증대되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤.
3. 제 2항에 있어서, 상기 결합축(27b)이 직경이 2.5mm에서 7mm로 증대되는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤.
4. 제 1항에 있어서, 상기 하부피스톤(27c)과 보조피스톤(27d)사이에는 상기 보조피스톤(27d)이 가스관(12)을 밀폐시킬 때 기밀성능을 향상시키기 위한 오링(27e)이 결합된 것을 특징으로 하는 압축천연가스 저장탱크에 사용되는 솔레노이드밸브용 피스톤.