KR100530775B1 - 특히연료증기에적합한가스-압력방출밸브유닛 - Google Patents

Abstract

특히 연료 증기에 적합한 가스-압력 릴리프 밸브 유닛은, 제1 및 제2 개구(12, 14)를 통하여 각각 유닛(1)의 상류 및 하류를 제1 및 제2 환경과 연통하도록 되어있는 챔버(10)를 형성하는 몸체(3)로 구성된다. 상기 몸체는 상기 개구들(12, 14) 사이에 배치된 밸브 시트(18) 및 탄성 스러스트 요소(24)에 의하여 힘을 받으며, 상기 시트(18)와 맞닿은 위치와 상기 시트(18)로부터 이격된 위치 사이에서 이동 가능한 밀폐기(20)를 포함하는 밸브 수단이 설치된다. 상기 밀폐기(20)는 환경간 압력차가 소정의 한계치에 도달하면 상기 탄성 요소(24)의 작용에 반하여 상기 밸브 시트(18)로부터 이동할 수 있다. 상기 밀폐기(20)가 상기 시트(18)와 맞닿은 위치에 있으며 상기 환경간 압력차가 상기 소정의 한계치보다 작으면, 상기 밸브 수단(15)은 제1 및 2 환경간에 적고 연속적인 가스의 흐름을 가능하도록 좁은 통로를 형성한다.

Description

가스-압력 릴리프 밸브 유닛 {Gas-Pressure Relief Valve Unit}

본 발명은 특히 연료 증기에 적합한 가스-압력 릴리프 밸브 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

가스-압력 릴리프 밸브 유닛은 예컨대, 이탈리아 특허출원번호 제TO92U00198호에 공지되어 있다. 이 공지의 유닛은 운반 수단의 연료탱크의 벽에 사용될 목적으로, 서로 반대 방향으로 동작하는 2개의 일방향(one-way) 유동 밸브로 구성되는압력 릴리프 밸브 복합체를 포함한다.

좀더 상세하게는, 환상의 시트(seat)와 탄성 스러스트 요소, 예컨대 스프링에 의하여 그 시트방향으로 힘을 받는 금속 디스크 밀폐기를 가지는 제1 밸브는 탱크 내 압력이 소정의 값을 초과하는 때에 탱크 내부를 외부와 연통 가능하도록 한다.

상기 디스크 밀폐기에 의하여 지지되는, 탄성 중합체 재료로 만들어진 디스크로 구성되며, 통상적으로 서로 결합되는 한 쌍의 분리 가능한 립(lip)이 돌출하는 중앙 구멍을 가지는 제2 밸브는, 탱크 내의 압력이 외부 압력에 상대적으로 소정의 값 아래로 떨어질 때, 외부 환경을 상기 탱크의 내부와 연통 가능하도록 한다.

이러한 밸브 복합체의 생산은 비교적 복잡하며 따라서 고가이다. 사실상 2 개의 밸브를 설치하고 몇몇 요소들을 제한된 공간 내에서 조립하는 것이 필요하다. 또한, 이러한 요소들은 일반적으로 금속과 탄성 중합체 등 각기 다른 재료이며, 또한 이들은 유닛의 몸체를 구성하는 재료와 다르다. 특히, 일방향 유동 밸브 중 하나는 상기 분리가능한 한 쌍의 립의 탄성과 유연성을 보장하기 위하여 바람직한 최소한 하나의 탄성 중합체 요소를 포함하고 있다는 사실은 전체 유닛의 동작 신뢰성에 관하여 매우 치명적이다. 탄성 중합체는 탄화수소의 존재 하에 열화되며 시간이 흐름에 따라 유연성과 탄성을 잃는다는 것은 주지의 사실이다.

이러한 공지의 유닛은 각각의 일방향 유동 밸브가 연속적인 개폐 사이클에 종속되기 때문에 사용에 있어 약간 소음도 있다. 실제, 각 밸브는 상류 및 하류의 환경에서의 가스간 압력차가 소정의 한계치를 초과할 때만 열린다. 그 결과, 각각의 일방향 유동 밸브는, 최소한 밸브의 열림 직후 순간에서, 상,하류에 존재하는 각각의 환경에서 압력하에 미리 축적된 가스량의 유동 때문에, 비교적 고속의 가스 유동을 경험한다. 특히, 높은 주파수로 연속적으로 개폐되는 구성을 가정할 때, 통상적으로는 불안정 평형 조건에서 동작하는 제1 일방향 유동 밸브의 시트와 상기 밀폐기는 부딪치게 된다. 제1 일방향 유동 밸브 내에 방사상으로 배치되어 있는 사실로 인해 최대 열림이 제한되는 제2 일방향 유동 밸브는, 밸브를 열 정도의 충분한 압력에 도달하면 연속적인 가스량이 통과하도록 동작하며, 가스는 통상 비교적 빠른 속도로 통과하기 때문에, 이것은 상기 분리 가능한 립의 진동에 의한 결과로서 휘슬 노이즈(whistle noise)을 발생시킬 수 있다.

상기와 같은 유형의 밸브 유닛은 미국 공보 US-A-5 028 244에 공지되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 극복하며 또한 후술할 청구항에 기재된 특징을 가지는 릴리프 밸브 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 특히 연료 증기에 적합한 가스-압력 릴리프 밸브 유닛으로, 연료탱크 상부 벽의 열림에 일치하여 연결되도록 되어있는 수단을 가지는 몸체, 상기 몸체는 제1 및 제2 개구를 통하여 각각 상기 유닛의 상류 및 하류를 제1 및 제2 환경과 연통하도록 되어있는 챔버를 형성하며, 제1 및 제2 밸브 수단은 상기 몸체에 결합되며, 상기 제1 밸브 수단은 상기 챔버에 결합되며, 제1 밸브 시트(first valve seat) 및 상기 제1 밸브 수단이 상기 개구들을 통한 기체흐름의 최소한 일부분이라도 차단하는 상기 제1 시트와 맞닿은 위치와 상기 제1 시트로부터 이격된 위치사이에서 이동 가능한 밀폐기를 포함하며, 상기 밀폐기는 상기 제1 시트와 맞닿은 위치를 향하여 탄성 스러스트 요소에 의하여 힘을 받으며, 외부 환경간 압력차가 소정의 한계치에 도달하면 상기 탄성 스러스트 요소의 작용에 반하여 상기 밸브 시트로부터 이동할 수 있으며, 상기 밀폐기가 상기 제1 시트와 맞닿은 위치에 있으며 상기 환경간 압력차가 상기 소정의 한계치보다 작으면, 상기 제1 밸브 수단은 상기 제1 및 제2 환경간에 적고 연속적인 가스의 흐름을 가능하도록 상기 제1 및 제2 개구에 관하여 좁은 통로를 형성하며, 상기 제2 밸브 수단은 제2 밸브 시트를 포함하여 구성된다.

본 발명의 더 나은 특성과 이점은, 도면을 참조하여 비제한적인 실시예에 의해 제공된 상세한 설명으로부터 더욱더 명백하다.

먼저, 도 1 및 도 3을 참조하면, 밸브 유닛은 1로 표시되어 있다.

상기 유닛(1)은 내부 챔버(10)를 형성하는 원통형 몸체(3)를 포함하여 구성된다. 상기 몸체(3)은 편리하게 플라스틱 물질로부터 몰딩하여 만들며, 흔한 경우로서 유닛이 운반 수단용 연료 공급 시스템과 결합하는 경우에, 유닛은 탄화수소에 불활성인 플라스틱 물질, 예컨대 아세탈 수지(acetal resin)로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 몸체(3)는 그것의 환상 플랜지(6)를 연료탱크의 상부 벽(8)에 형성된 구멍의 가장자리와 접할 때까지 상기 구멍을 통하여 삽입하거나, 또는 예를 들어 파이프의 확장용기와 일치하여 상기 탱크 필러(filler) 파이프에 연결함으로써 상기 운반 수단용 연료 공급 시스템에 결합될 수 있다.

상기 몸체(3) 내의 상기 챔버(10)는, 하부 개구(14)를 통하여 상기 유닛(1)의 상류에 존재하는 제1 환경, 예컨대 연료 탱크와 연통하고, 또한 상기 유닛(1)의 하류에 존재하는 제2 환경, 예컨대 상기 탱크를 카본 캐니스터(carbon canister)에 연결하기 위한 파이프에, 또 다른 개구(12)를 통하여 연통된다. 상기 개구(12)는 상기 몸체(3)와 일체로 만들어진 보조 파이프(11)와 함께 관형(tubular) 연결 요소에 의하여 결합될 수 있다.

상기 챔버(10)는 상기 몸체(3)와 동축인 환형 리브에 의하여 형성되는 밸브시트(18)와, 상기 시트(18)와 함께 동작할 수 있는 가동(movable) 밀폐기(20)를 포함하는 15로 표시된 밸브 수단을 수용한다. 상기 밀폐기는 편의적으로 상기 몸체 (3)를 구성하는 물질과 동일한 재료로 단일 부품으로 만들어진다. 적합하게는 상기 밀폐기는 실질적으로 원추형 주변벽의 일단은 기저(23)에, 타단은 칼라(collar) (22)에서 종단되는 컵 모양을 가진다.

탄성 스러스트 요소 예컨대, 나선형 스프링(24)는 상기 밀폐기(20)와 결합되어 상기 밀폐기(20)가 상기 시트(18)와 접촉되도록 힘을 가한다. 특히, 상기 나선형 스프링(24)의 제1 말단은 상기 밀폐기(20)의 상기 칼라(22) 내 원형 시트를 밀고, 타단은 상기 챔버를 마주 보고 있는 상기 몸체(3)의 표면, 예를 들면 상기 몸체(3)의 상부 커버(26)의 표면을 밀고 있다. 다른 대안으로는, 상기 밀폐기(20)와 협동하여 동작하는 상기 나선형 스프링(24)의 일단은 상기 기저(23)에 의하여 형성되는 다른 원형 시트에 배치될 수 있다.

보통은 상기 시트(18)에 맞닿도록 힘을 받는 상기 밀폐기(20)는, 상기 밸브 유닛(1)의 상,하류에 존재하는 환경 사이의 압력차가 소정의 한계치보다 큰 경우에, 상기 나선형 스프링(24)의 작용에 반하여 상기 시트(18)로부터 이격된 위치를 차지할 수 있다. 상기 이격된 위치에서 상기 밸브 수단(15)은 열린다. 상기 한계치는 당연히 상기 나선형 스프링(24)의 탄성 특성의 함수이다.

상기 몸체(3)와 일체로 형성되어 있는 원추형 부착물(16)은 상기 시트(18)로부터 상기 밀폐기(20)의 반대방향으로 상기 챔버(10) 내부로 돌출되며, 그 모양은 상기 밀폐기(20)의 주변벽에 대응한다. 따라서, 상기 밀폐기(20)가 상기 시트(18)를 향해 움직이는 동안에, 상기 밀폐기(20)의 주변벽은 상기 부착물(16)의 원추형 표면에 의하여 안내되어 상기 밀폐기(20)가 상기 시트(18)에 정확히 맞닿도록 보장한다.

상기 밸브 수단(15)이 밀폐된 위치에 있을 때 즉, 상기 환경 사이의 압력차가 상기 나선형 스프링(24)의 힘을 극복하는데 필요한 한계치 아래여서, 상기 밀폐기(20)가 상기 시트(18)에 맞닿을 때, 상기 밸브 수단(15)은 상기 유닛(1)의 상,하류에 존재하는 환경 사이의 가스의 흐름을 위한 좁고, 보정된(calibrated) 통로를 형성한다. 따라서, 상기 밸브 수단(15)을 통하여 상기 제1 및 제2 환경 사이에 작고 연속적인 가스 흐름은 통상적으로 허용되나, 상기 좁은 통로의 치수는 연료를 다시 채우는 동안 공기 방울이 언제나 상기 밀폐기(20)의 상류에 유지될 정도의 크기이다.

바람직하게는, 상기 좁은 통로(28)는 상기 밀폐기(20)의 기저(23)에 보정된 관통공(28)을, 예를 들어 상기 기저와 동축으로 형성함으로써 만들어질 수 있다. 상기 관통공(28)의 치수, 특히 직경은, 상기 유닛(1)의 상류에 위치한 탱크의 용량에 따라 계산된다. 예를 들어, 약 50리터 용량을 가진 탱크에 대해서는, 상기 관통공(28)은 0.8mm 정도의 지름을 가져야 한다.

상기 밀폐기(20)는 일체로 상기 몸체(3)와 동일한 제료로, 예를 들어 아세탈수지와 같이 탄화수소에 불활성인 플라스틱 물질로 만들어질 수 있다. 따라서 생산은 무척 간단하며 탄성 중합체 부품의 사용이 배제된다.

필요하다면, 상기 몸체(3)는 다른 타입의 밸브를 수용하여, 상기 밸브 유닛 (1)을 소위 다기능 밸브로 구성할 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 실시예에서, 상기 몸체(3)는 상기 몸체(3)에 고정되어 있는 원추형 부재(36) 상에서 움직일 수 있는 금속볼(34)을 감싸기 위하여 상기 몸체(3) 내에서 활주(slide)할 수 있는 케이지 구조(cage structure)(32)를 포함하는 공지의 롤-오버 안전 밸브(roll-over safety valve)(30)를 포함한다. 원추형 핀(pin) 밀폐기(38)는 상기 케이지 구조(32)로부터 돌출되며 상기 개구(14) 내에 형성된 시트(40)와 협력하여 동작한다. 당연히, 상기 유닛(1)은 공지된 타입의 플로트 밸브(float valve)를 상기 롤-오버 안전 밸브(30)와 대체하거나, 또는 상기 롤-오버 안전 밸브(30)와 병행하여 포함할 수 있다.

도 2에 도시되어 있는 본 발명의 변형예에서, 도 1의 요소와 비슷하거나 동일한 요소는 같은 도면 번호로 표시되었다. 밸브 유닛(1)은 예를 들어 운반 수단용 연료 탱크로부터 발생한 증기를 위하여 가스 배기 라인의 파이프(11a,11b)에 삽입될 수 있도록 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 몸체(3)는 한 쌍의 스냅 결합이 가능한 쉘 부품으로서 만들어질 수 있고, 각각의 쉘 부품은 일체화된 관 연결 요소를 가지며 상기 몸체(3)의 상기 챔버(10)에 연결되는 각각의 개구(12,14)를 형성하도록 되어 있다.

이러한 특징들에 의하여, 본 발명에 따른 밸브 유닛의 밀폐기는 종래 기술의 밀폐기에 비하여 단순한 구조를 가진다. 더욱 상세하게는, 이것은 유닛의 상,하류에 존재하는 환경 사이의 압력차가 소정의 한계치를 초과하면 열리도록 고안된 제2 일방향 유동 밸브 없이도 제조될 수 있다. 오직 하나의 일방향 유동 밸브만을 가지는 관계로, 상기 유닛의 밀폐기는 하나의 부품으로 만들어질 수 있으며 다양한 부품들의 조립을 요구하지 않는 방법으로 만들어질 수 있다. 상기 모든 사항은 상기 밸브 유닛의 원가를 줄이며 사용상의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 본 발명 유닛은 적고 정상적인(regular) 가스 유동을 허용하기 때문에, 상기 유닛이 위치하고 있는 전체 시스템은, 가스가 상기 유닛을 통과하기 위한 소정의 압력 한계치에 일반적으로 도달하지 못하는 관계로 종전에 발생하였던, 연속적인 확장과 수축에 의한 주기적 피로 응력(cyclic fatigue stress)을 받지 않는다. 따라서, 상기 전체 시스템은 종합적으로 작은 응력들에 내성을 가지는 이점이 있다.

본 발명에 따른 유닛이 운반 수단용 연료 공급 시스템에 적용되면, 연료기체가 시스템의 외부로 빠져나감을 감소시킬 수 있으며, 이러한 빠져나감은 실제로 상기 시스템 전체가 과압(overpressure)이 걸리지 않더라도, 적지만 무시하지 못할 정도로 벽, 커넥터들 및 실(seal)을 통하여 발생한다. 상기 밀폐기가 밸브 시트와 맞닿은 경우, 상기 유닛을 통과하는 가스의 유동은 일반적으로 작고 일정하다. 상기 가스의 유동은 엔진의 가동 중 연료소비에 의한 탱크 내의 연료 레벨의 변화 및 연료 온도의 변화에 주로 좌우된다. 상기 밸브 유닛의 상,하류에 존재하는 환경간 압력차가 충분히 큰 경우에만 상기 나선형 스프링의 탄성 바이어스 힘(resilient biasing force)이 극복되며, 따라서 상기 유닛의 밸브 수단이 열리고 정상 동작 조건하에서 좁은 통로를 통하여 유동하는 것보다 훨씬 많은 유동이 가능하게 된다.

본 발명의 유닛은 비교적 작은 유동에 동작하도록 되어 있다는 사실의 결과로, 공지의 유닛들보다 작은 치수로 만들어질 수 있다. 이러한 밸브 유닛이 활성화된 카본 트랩(carbon trap) 또는 카본 캐니스터(carbon canister)에 연결되면, 상기 트랩은 또한 시스템 내에 추적되어 있는 상당한 양의 가스 대신에 작고 거의 일정한 증기 유동으로 동작하므로, 상기 트랩의 치수도 축소된다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 유닛의 단면의 정면도이다.

도 2는 도 1에 유사하며, 본 발명에 따른 상기 유닛의 변형예를 나타내는 도면이다.

도 3은 롤-오버 안전 밸브 및 원추형 부재를 상세하기 나타내기 위한 도 1의 밸브 유닛의 분해도이다.

도 4는 도 1의 밸브 유닛을 아래쪽으로부터 위쪽으로 바라본 도면이다.

Claims (10)

1. 연료 증기용 가스-압력 릴리프 밸브 유닛에 있어서,

   연료탱크의 상부 벽(8)의 개구에 일치하여 연결되도록 하는 수단(6)을 구비하는 몸체(3)와,

   상기 몸체(3)와 결합하는 제1 및 제2 밸브 수단(15,30)

   을 포함하며,

   상기 몸체(3)는, 제1 및 제2 개구(12, 14)를 통하여 상기 유닛(1)의 상류 및 하류에 각각 존재하는 제1 및 제2 환경과 연통하는 챔버(10)를 형성하며,

   상기 제1 밸브 수단(15)은 상기 챔버(10)와 결합하며, 제1 밸브 시트(18)와, 상기 제1 밸브 시트(18)와 결합하는 위치 및 상기 제1 밸브 시트(18)와 떨어진 위치 사이에서 이동가능한 밀폐기(20)를 포함하며,

   상기 제1 밸브 시트(18)와 결합하는 위치에서, 상기 제1 밸브 수단(15)은 상기 제1 및 제2 개구(12,14) 사이에서의 증기 유동의 적어도 일부를 차단하며,

   상기 밀폐기(20)는 탄성 스러스트 요소(24)에 의하여 상기 제1 밸브 시트(18)와의 결합 위치를 향하여 힘을 받으며,

   상기 밀폐기(20)가 상기 제1 밸브 시트(18)와 결합되어 있는 상태에서 상기 제1 및 제2 환경 사이의 압력차가 소정의 한계치에 도달하면, 상기 탄성 스러스트요소(24)의 작용에 반하여 상기 밀폐기(20)는 상기 제1 밸브 시트(18)로부터 멀어지는 방향으로 이동하고,

   상기 제1 및 제2 환경 사이의 압력차가 상기 소정의 한계치보다 작으면, 상기 제1 밸브 수단(15)은 상기 제1 및 제2 환경 사이에 적고 연속적인 가스의 유동이 가능하도록 상기 제1 및 제2 개구(12, 14)에 대하여 좁은 통로(28)를 형성하며,

   상기 제2 밸브 수단(30)은 제2 밸브 시트(40)를 포함하며,

   상기 제1 밸브 시트(18)는 상기 몸체(3)와 일체로 형성되고, 상기 제1 및 제2 개구(12, 14)에 대하여 통로를 형성하며,

   상기 제2 밸브 시트(40)는 상기 몸체(3)와 일체로 형성되며,

   상기 탄성 스러스트 요소(24)는 상기 챔버(10)와 외부 환경 사이에 놓인 상기 몸체(3)의 표면을 누르는 것

   을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 밸브 수단(15,30)은 상기 연료탱크 내의 연료레벨에 모두 독립적인 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 좁은 통로는 상기 제1 및 제2 환경을 연통시키기 위하여 상기 밀폐기(20)를 통과하는 보정된 구멍(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
4. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 밀폐기(20)는 일체로 만들어지고, 상기 유닛(1)의 몸체(3)와 동일한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
5. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 밀폐기(20)는 컵모양을 하며, 상기 밸브 시트(18)에 근접한 상기 몸체(3)내에 형성된 대응 형상의 표면(16)에 맞닿을 수 있는 원추형 부분(21)을 가지며, 이에 따라 상기 원추형 부분(21)과 대응되는 상기 몸체(3)의 표면(16)은 상기 밀폐기(20)가 상기 시트(18)와 정확하게 맞닿도록 유도하는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
6. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 밀폐기(20)는 탄성 스러스트 요소(24)의 일단을 수용하는 원형 시트(22;23)를 가지며, 상기 탄성 스러스트 요소(24)의 타단부는 상기 챔버(10)와 마주보는 상기 몸체(3)의 표면을 누르는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
7. 제6항에서,

   상기 원형 시트는 상기 밀폐기(20)의 기저(23)에 제공되는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
8. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 제2 밸브 수단(30)은 롤-오버 안전 밸브 및 플로트 밸브 중 하나 이상의 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
9. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 가스-압력 릴리프 밸브 유닛은 운반 수단용 연료 탱크의 연료 인입 파이프에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.
10. 제1항 또는 제2항에서,

    상기 가스-압력 릴리프 밸브 유닛은 운반 수단용 연료 탱크로부터의 증기를 위한 배기 라인의 파이프(11a, 11b) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스-압력 릴리프 밸브 유닛.