KR101045094B1 - 고압기체용 2단 감압 조정장치 - Google Patents

고압기체용 2단 감압 조정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압기체용 2단 감압 조정장치에 관한 것으로서, 상기 2단 감압 조정장치는, 서로 연통되게 형성되는 한편 고압의 기체가 유입되어 1차 감압되는 제 1 감압부와, 1차 감압된 기체가 유입되어 2차 감압된 후 배출되는 제 2 감압부로 구성된 것을 특징으로 하여, 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정한 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정할 수 있게 된다.
고압, 기체, 2단, 2차, 감압, 레귤레이터, 온수, 오리피스, 벤추리

Description

고압기체용 2단 감압 조정장치{Two stage decompression regulator}
본 발명은 고압기체용 2단 감압 조정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정한 압력으로 2단계에 걸쳐 감압 조정하는 고압기체용 2단 감압 조정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 감압 조장장치로는 천연가스 차량에 장착되어 사용되는 감압 레귤레이터를 대표적으로 들 수 있다.
이러한 종래의 레귤레이터가 개시되어 있는 US 6629544호에서는 normal close type 으로, 다이어프램과 탄성체(코일스프링)을 사용하여 압력이 큰 입구압이 반력으로 작용하는 탄성체에 의한 반력에 의해 일정한 압력으로 감압이 되는데, 이때 탄성체의 반력은 스프링의 힘을 조정하는 기구에 의해 조정이 된다. 따라서, 요구하는 출구압보다 높을 경우는 오리피스(orifice)부가 닫히고, 낮을 경우는 열려 압력을 보상하는 구조로 되어 있다.
그리고, US 5890512에 개시된 레귤레이터도 전술한 레귤레이터와 유사한 normal close type이며, 다른 점은 입구측에도 밸브스템(stem)에 작용하는 탄성체(스프링)이 있는 점이 다르다.
또한, US 678712호에 개시된 레귤레이터도 전술한 레귤레이터와 마찬기지로 normal close type이며, 입구압에 반력으로 작용하는 스프링으로 디스크 스프링(disc spring)을 적용하고 있으며, 감압부와 스프링실이 다이어프램 대신 축방향 운동이 가능한 슬라이딩(sliding) 부품으로 이루어져 있다.
한편, US 6321779호에 개시된 레귤레이터는 normal open type이며, 감압된 입구압이 출구측 상단면에 압력으로 작용하여 오리피스 밸브부가 닫히는 방향으로 작용하여, 일정압으로 감압되는 원리를 적용하고 있다. 입구압력이 높고 낮더라도 이를 보상할 수 있는 탄성체부 그리고 출구압을 일정압으로 유지케 하는 출구압 유지부로 나누어지며, 적용되는 탄성체로 디스크 스프링(disc spring)을 적용하고 있다.
하지만, 이와 같은 선행문헌에 개시된 종래의 레귤레이터는 대부분이 고압으로 압축된 가스를 1회의 감압 작동만으로 감압 조정하는데, 이는 1회의 감압 작동만으로는 큰 폭의 감압을 기대하기 어렵기 때문에, 엔진이나 시스템에서 요구되는 초저압이나 저압의 압력으로 감압함에 있어서는 한계가 있다는 단점이 있다.
그리고, 전술한 종래의 레귤레이터는 그 구조가 복잡하여 가공성 및 정밀성이 저하될 뿐만 아니라 감압 시 발생하는 온도저하에 따른 저온의 기체가 직접 다이어프램에 작용하여 다이어프램의 동작성능을 저하시킬 수 있고, 더 나아가서는 다이어프램을 파손시킬 수 있는 위험이 따르는 단점이 있다.
또한, 전술한 종래의 레귤레이터는 최초 설정된 셋팅 압력의 조정이 불가한 단점이 있다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정함으로써, 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있도록 한 고압기체용 2단 감압 조정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 제 1 감압부와 제 2 감압부 사이의 바디에 온수가 순환할 수 있도록 구성하여 감압 시 발생하는 온도저하를 최소화함으로써, 레 귤레이터의 동작성능 저하를 방지하는 한편 부품의 파손을 방지할 수 있도록 한 고압기체용 2단 감압 조정장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 레귤레이터의 제 1,2 감압부에 셋팅된 압력을 용이하게 조정할 수 있을 뿐만 아니라 미세한 압력조정이 가능하도록 한 고압기체용 2단 감압 조정장치를 제공함에 있다.
상술한 목적은, 고압기체용 2단 감압 조정장치에 있어서, 상기 2단 감압 조정장치는, 서로 연통되게 형성되는 한편 고압의 기체가 유입되어 1차 감압되는 제 1 감압부와, 1차 감압된 기체가 유입되어 2차 감압된 후 배출되는 제 2 감압부로 구성되고, 상기 제 1 감압부는, 고압의 기체를 1차 감압실로 유도하는 제 1 가이드관과; 상기 제 1 가이드관에 설치되어 제 1 가이드관과의 사이에 제 1 오리피스를 형성하는 제 1 밸브와; 상기 1차 감압실에 설치되어 제 1 오리피스를 지나면서 감압된 1차 감압실의 압력에 따라 제 1 오리피스의 개도량을 조정하는 제 1 다이어프램;을 포함하며, 상기 제 2 감압부는, 감압된 1차 감압실의 기체를 2차 감압실로 유도하는 제 2 가이드관과; 상기 제 2 가이드관에 설치되어 제 2 가이드관과의 사이에 제 2 오리피스를 형성하는 제 2 밸브와; 상기 2차 감압실에 설치되어 제 2 오리피스를 지나면서 감압된 2차 감압실의 압력에 따라 제 2 오리피스의 개도량을 조정하는 제 2 다이어프램;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치에 의해 달성된다.
그리고, 상기 제 1 감압부의 제 1 가이드관에는 1차 감압실로 유입되는 고압 기체를 여과시키는 필터가 설치되고, 상기 제 1 감압부에는 제 1 다이어프램과 연결되어 제 1 다이어프램의 승강 시 회전되면서 제 1 밸브를 이동시켜 제 1 오리피스의 개도량을 조절하는 피봇스템이 설치되며, 상기 제 1 감압부의 하부에는 온수가 순환할 수 있는 온수순환유로가 형성되고, 상기 제 1 감압부에는 1차 감압실에 이상고압이 발생할 경우 1차 감압실을 개방시켜 압력을 외부로 배출시키는 릴리프밸브가 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 감압부의 제 2 가이드관에는 2차 감압된 기체를 2차 감압실로 배출시키는 벤추리노즐이 설치되는 한편 상기 벤추리노즐의 내부에는 원주방향을 따라 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 제 2 감압부에는 제 2 다이어프램과 연결되어 제 2 다이어프램과 같이 승강되면서 제 2 밸브를 이동시켜 제 2 오리피스의 개도량을 조절하는 슬라이드스템이 설치됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1,2 감압부에는 제 1,2 다이어프램을 탄력 지지하는 제 1,2 조정스프링이 각각 설치되고, 상기 제 1,2 조정스프링에는 작동 시 제 1,2 조정스프링의 좌우 유동을 방지하는 제 1,2 크라운스프링이 각각 설치되며, 상기 제 1,2 감압부에는 제 1,2 조정스프링을 지지하는 한편 제 1,2 조절스크류에 의해서 이동되는 제 1,2 조정판이 각각 설치됨이 바람직하다.
본 발명의 고압기체용 2단 감압 조정장치에 따르면, 레귤레이터에 구성된 제 1,2 감압부를 통해서 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정함으로써, 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서는 제 1 감압부와 제 2 감압부 사이의 바디에 온수가 순환할 수 있도록 온수순환유로가 형성되어 있으므로 1차 및 2차 감압 시 발생하는 온도저하를 최소화하여, 레귤레이터의 동작성능 저하를 방지하는 한편 부품의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
더욱이, 본 발명에서는 제 1 감압부와 제 2 감압부에 설정된 셋팅 압력을 조정스크류를 조정함에 따라 승강되는 조정판과 조정스프링을 통해서 각각 용이하게 조정할 뿐만 아니라 미세 조정할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도 1 내지 도 10은 본 발명에 따른 고압기체용 2단 감압 조정장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 2단 감압 조정장치는 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 노멀 오픈 타입(normal open type)의 레귤레이터(100)로 구성되고, 상기 레귤레이터(100)는 알루미늄 재질의 바디(110)를 통해 구현되며, 상기 바디(110)에는 서로 연통되도록 제 1 감압부(100a)와 제 2 감압부(100b)가 각각 형성된다.
먼저, 상기 바디(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 상부 측에 고 압의 기체(도면에서 적색 화살표로 표시)가 유입되는 입구포트(111)가 형성되고, 하부 측에는 상기 바디(110) 내부에서 2차에 걸쳐 감압된 저압의 기체가 배출되는 출구포트(114)가 형성되며, 상기 입구포트(111)와 출구포트(114) 사이의 바디(110)에는 바디(110) 내부로 온수를 순환시킬 수 있도록 된 입구와 출구로 나뉜 복수개의 온수포트(115)가 형성된다. 이러한 포트(111)(114)(115)는 각각 피팅이나 니플 형태의 중공관으로서 바디(110)에 실링(sealing)된 상태로 결합된다.
그리고, 상기 입구포트(111)의 단부 즉 입구포트(111)와 후술될 제 1 가이드관(120) 사이에는 바디(110) 내부로 유입되는 고압기체 중의 이물질을 걸러내어 순수한 기체만 유입되도록 한 필터(113)가 설치된다.
이러한 필터(113)는 입구포트(111)의 단부에 일체로 형성될 수 있지만, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 입구포트(111)와 필터(113) 사이에 탄성수단을 설치하여 필터(113)를 견고히 지지함으로써 필터(113)의 유동을 방지할 수 있도록 함이 바람직하다. 이때, 상기 탄성수단은 그 일례로서 압축 코일스프링(112)(이하, "스프링" 이라 한다)으로 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 온수포트(115)는 도 5에 도시된 바와 같이, 바디(110) 내부에 대략 "ㄷ"자 형태로 형성된 온수순환유로(116)를 통해서 연통된다. 따라서, 상기 일측의 온수포트(115)를 통해 공급된 온수가 온수순환유로(116)를 유동한 후 타측의 온수포트(115)로 배출되어 순환되며, 상기 온수순환유로(116)를 유동하는 온수는 후술될 제 1,2 감압부(100a)(100b)에서 1,2차에 걸쳐 감압되는 기체와 열교환되어 감압 시 발생되는 기체의 온도저하를 최소화함으로써, 레귤레이터(100)의 동작성능 저하를 방지하는 한편 주변 부품 즉 다이어프램(160)(260) 등의 파손을 방지할 수 있게 된다. 특히, 상기 제 2 감압부(100b)에서의 감압폭보다 제 1 감압부(100a)에서의 감압폭이 더 크므로 상기 온수순환유로(116)는 제 1 감압부(100a)에 더 근접하게 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 바디(110) 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 고압의 기체가 유입되어 1차 감압되는 제 1 감압부(100a)와, 상기 제 1 감압부(100a)에서 1차 감압된 기체가 유입되어 2차 감압되는 제 2 감압부(100b)가 구성된다.
상기 제 1 감압부(100a)와 제 2 감압부(100b)는 바디(110)의 내부에 각각 감압된 기체가 유입되는 1차 감압실(118)과 2차 감압실(119)을 갖으며, 상기 1차 감압실(118)과 2차 감압실(119)은 바디(110)의 내부유로(117)를 통해서 서로 연통되게 형성된다.
상기 제 1 감압부(100a)는, 고압의 기체가 유입되어 1차 감압되는 부분으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 바디(110)의 상부 측에 구성된다.
상기와 같이 구성되는 제 1 감압부(100a)는, 제 1 가이드관(120), 제 1 밸브(130), 제 1 피봇스템(140), 제 1 다이어프램(160), 제 1 조정스프링(170), 릴리프밸브(190) 등으로 대별되어 구성된다.
상기 제 1 가이드관(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 중공의 볼트 형태로서, 입구포트(111)와 1차 감압실(118) 사이의 바디(110)에 착탈가능하게 나사 결합되 어, 고압의 기체를 1차 감압실(118) 측으로 유도한다.
또한, 상기 1차 감압실(118)에 근접한 제 1 가이드관(120)의 단부에는 도 4에 도시된 바와 같이, 그 외측면에 1차 감압된 기체(도면에서 보라색 화살표로 표시)가 토출되는 다수의 토출공(121)이 천공된다.
상기 제 1 가이드관(120)의 단부에는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 밸브(130)가 설치되어, 상기 제 1 밸브(130)와 제 1 가이드관(120) 사이에 제 1 오리피스(132)를 형성하게 된다. 상기 제 1 오리피스(132)의 간극은 후술될 피봇스템(140)에 의해서 이동되는 제 1 밸브(130)에 의해 조정되고, 상기 제 1 가이드관(120)에 대향되는 제 1 밸브(130)의 일면에는 플라스틱 재질의 제 1 밸브시트(131)가 설치된다.
그리고, 상기 제 1 밸브(130)의 외주면에는 도 4에 도시된 바와 같이 완만하게 라운드진 홈 형태의 유로(130a)가 원주방향을 따라 다수개로 형성되어, 상기 제 1 가이드관(120)에서 토출된 1차 감압된 기체가 상기 제 1 밸브(130)의 유로(130a)를 지나 1차 감압실(118)로 유입된다.
한편, 상기 제 1 밸브(130)의 타면 즉 제 1 밸브시트(131)가 있는 면의 반대면에는 후술될 피봇스템(140)이 접하여 지지된다.
상기 피봇스템(140)은 1차 감압실(118) 내에 구성되어, 1차 감압실(118)의 압력에 따라 상기 제 1 밸브(130)를 이동시켜 1차 감압실(118)의 출구압을 일정한 압력으로 유지하게 된다.
상기 피봇스템(140)은 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 "ㄱ"자 형태로 형성되어, 그 일단부에는 연결핀(141)을 매개로 제 1 볼트(150)가 회전가능하게 연결되고, 타단부에는 레버핀(142)을 통해 피봇스템(140)이 바디(110) 내부에 회전가능하게 결합된다.
이때, 상기 피봇스템(140)의 일단부에는 제 1 볼트(150)에 의해 승강되는 연결핀(141)이 피봇스템(140)에 결합된 상태에서 용이하게 이동될 수 있도록 좌우방향으로 긴 장공이 형성될 수도 있다.
한편, 상기 제 1 볼트(150)는 후술될 제 1 다이어프램(160)을 관통한 상태에서 제 1 너트(151)로서 체결됨으로써 제 1 다이어프램(160)과 결합되고, 상기 제 1 너트(151)는 후술될 제 1 조정스프링(170)의 내부로 삽입되어 스프링(170)의 압축 시 제 1 조정스프링(170)이 기울어지지 않도록 지지한다.
따라서, 상기 피봇스템(140)은 1차 감압실(118) 내의 압력에 따라 승강되는 제 1 다이어프램(160)에 의해서 레버핀(142)을 축으로 회전되고, 이와 같이 회전되는 피봇스템(140)은 제 1 밸브(130)를 이동시켜 제 1 오리피스(132)의 개도량을 조절하게 되며, 이러한 제 1 오리피스(132)를 지난 고압의 기체는 1차 감압된 상태로 1차 감압실(118)로 유입된다.
또한, 상기 피봇스템(140)의 상부에는 제 1 볼트(150)와 연동되도록 연결된 고무재질로 이루어진 제 1 다이어프램(160)이 설치되어, 1차 감압된 기체가 유입된 1차 감압실(118)의 압력에 따라 제 1 오리피스(132)의 개도량을 조절하여 1차 감압실(118)의 압력과 후술될 제 1 조정스프링(170) 간의 힘의 평형을 유지하게 된다.
이러한 상기 제 1 다이어프램(160)은 그 중앙부를 제 1 볼트(150)가 관통한 상태로 제 1 다이어프램(160)의 상면에서 제 1 너트(151)가 제 1 볼트(150)에 결합됨으로써, 상기 제 1 다이어프램(160)의 작동 시 제 1 볼트(150)와 피봇스템(140)이 연동된다.
따라서, 1차 감압실(118) 내부의 압력이 설정압력 이상으로 상승되면, 제 1 다이어프램(160)과 제 1 볼트(150)가 상승되면서 피봇스템(140)을 도 2 및 도 3을 기준으로 반시계방향으로 회전시켜 제 1 밸브(130)를 밀어 제 1 오리피스(132)의 개도량을 좁히게 되고, 1차 감압실(118) 내부의 압력이 설정압력 이하로 떨어지면, 제 1 다이어프램(160)이 하강됨과 아울러 피봇스템(140)이 시계방향으로 회전되는 한편 유입되는 고압기체에 의해서 제 1 밸브(130)가 피봇스템(140) 측까지 밀려나와 제 1 오리피스(132)의 개도량이 넓어지게 된다.
한편, 상기 제 1 다이어프램(160)의 상부에는 제 1 다이어프램(160)의 작동력을 조정할 수 있는 조정수단이 구성되는 바, 이 조정수단은 하기에서 설명될 제 2 감압부(100b)의 조정수단과 같이 통합하여 한번에 설명키로 한다.
그리고, 상기 제 1 감압부(100a)에는 1차 감압실(118)에 이상고압이 발생할 경우 1차 감압실(118)을 개방시켜 내부의 압력을 외부로 배출시키는 릴리프밸브(190)가 구성된다.
상기 릴리프밸브(190)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 감압부(100a)의 바디(110)에 중공의 릴리프바디(191)가 결합되고, 상기 릴리프바디(191)의 내측에는 1차 감압실(118)과 연통된 바디(110)의 유로를 개폐시키는 릴리프시트(194)가 이동가능하게 설치되며, 상기 릴리프시트(194)의 후면에는 릴리프시트(194)의 후단부를 그 내부로 수용하는 한편 릴리프시트(194)와 같이 연동되는 릴리프포핏(193)이 설치되고, 상기 릴리프포핏(193)과 릴리프바디(191) 사이에는 릴리프포핏(193)을 지지하는 릴리프스프링(192)이 개재되어 설치된다.
따라서, 상기 릴리프포핏(193)과 릴리프시트(194)는 릴리프스프링(192)의 탄성력 즉 지지력에 의해서 평상 시에는 바디(110)의 유로를 폐쇄시킨 상태로 유지되고, 1차 감압실(118)에 이상고압이 발생할 경우 상승되는 1차 감압실(118)의 내부압력에 의해서 릴리프시트(194)와 릴리프포핏(193)이 릴리프스프링(192)의 탄성력을 이기며 후방으로 이동되어 바디(110)를 개방시킴으로써 1차 감압실(118) 내부의 상승된 압력이 개방된 릴리프밸브(190)를 통해서 외부로 배출되고, 배출 후에는 릴리프스프링(192)의 탄성력에 의해서 릴리프시트(194)와 릴리프포핏(193)이 원상태로 복원되어 바디(110)를 폐쇄시키게 된다.
여기서, 상기와 같이 구성된 릴리프밸브(190)는 제 1 감압부(100a) 뿐만 아니라 제 2 감압부(100b)에도 구성될 수 있지만, 상기 제 1 감압부(100a)가 제 2 감압부(100b)보다 감압비가 클 뿐만 아니라 고압이 바로 유입됨으로써 제 1 감압부(100a)에는 반드시 릴리프밸브(190)를 구성하여 제 1 감압부(100a)가 정압을 유지할 수 있도록 함으로써 레귤레이터(100)의 구조적 안정성을 극대화함이 바람직하 다.
상기 제 2 감압부(100b)는, 제 1 감압부(100a)에서 1차 감압된 기체가 유입되어 2차 감압되어 배출되는 부분으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 바디(110)의 하부 측에 구성된다.
상기와 같이 구성되는 제 2 감압부(100b)는, 제 2 가이드관(200), 제 2 밸브(210), 슬라이드스템(240), 제 2 다이어프램(260), 제 2 조정스프링(270) 등으로 대별되어 구성된다.
상기 제 2 가이드관(200)은 황동 재질로서, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 감압부(100a)와 제 2 감압부(100b)의 경계를 이루는 동시에 제 1,2 감압부(100a)(100b)를 연통시키는 바디(110)의 내부유로(117) 상에 설치되어, 제 1 감압부(100a)에서 1차 감압된 기체가 제 2 가이드관(200)을 통해 제 2 감압부(100b)의 2차 감압실(119)로 유도되어 유입된다.
상기 제 2 가이드관(200)의 내부에는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 가이드관(200)의 유로를 개폐시키는 제 2 밸브(210)가 이동가능하게 설치되고, 상기 제 2 밸브(210)의 하면부에는 제 2 가이드관(200)의 내측면과 접할 수 있도록 된 플라스틱 재질의 제 2 밸브시트(211)가 설치되어, 상기 제 2 밸브(210)와 제 2 가이드관(200) 사이에 제 2 오리피스(212)를 형성하게 된다.
그리고, 상기 제 2 밸브(210)의 상면부에는 그 양단부가 각각 제 2 밸브(210)의 상면과 바디(110)에 접하여 지지되는 밸브스프링(220)이 설치된다.
따라서, 상기 밸브스프링(220)과 더불어 후술될 슬라이드스템(240)에 의해서 제 2 밸브(210)가 제 2 가이드관(200) 내부에서 상하로 이동되면서 제 2 오리피스(212)의 간극을 조정하게 된다.
한편, 이와 같이 형성된 제 2 오리피스(212)를 지나면서 2차 감압된 기체(도면에서 연두색 화살표로 표시)는 2차 감압실(119)로 유입된다.
또한, 상기 제 2 가이드관(200)의 하단부에는 도 8에 도시된 바와 같이, 플라스틱 재질로 형성된 다수의 벤추리노즐(230)이 등간격으로 이격되어 설치된다.
이러한 벤추리노즐(230)은 2차 감압실(119)로 유입되는 기체(유체)의 유량감소 및 증가를 방지하여 제 2 감압부(100b)의 출구포트(114)로 배출되는 압력을 더욱 더 안정적으로 유지시킬 수 있는 벤추리 효과를 갖는다.
즉, 이러한 벤추리 효과를 갖기 위해 상기 벤추리노즐(230)의 내측면 중심부에는 벤추리노즐(230)의 내경을 축소시키는 돌출부(231)가 돌출 형성되되, 상기 돌출부(231)는 벤추리노즐(230)의 내측면에 원주방향을 따라 형성됨이 바람직하다.
따라서, 이와 같이 형성된 벤추리노즐(230)의 돌출부(231)에 의해서 벤추리 효과를 달성할 수 있고, 이러한 벤추리 효과로 인해 기체의 과대팽창을 방지할 뿐만 아니라 바디(110)와 제 2 가이드관(200) 및 벤추리노즐(230)이 서로 다른 재질로 형성되어 열적 단열이 우수하게 됨으로써 감압 시 기체의 저온현상으로 인한 후 술될 제 2 다이어프램(260)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 이와 같은 기체의 과대팽창을 방지할 수 있는 벤추리노즐(230)에 의해 droop 성능(유량에 따른 출구압력의 변동)을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 열적 단열에 의해서 반응성(또는 민감도) 역시도 최소화할 수 있게 된다.
상기 슬라이드스템(240)은 도 7에 도시된 바와 같이, 봉이나 바 형태로서 2차 감압실(119) 내에 구성되고, 그 상단부가 제 2 가이드관(200)의 하면부를 관통하여 제 2 밸브(210)의 하면부에 접하여 지지되며, 하단부는 후술될 제 2 볼트(250)의 상면부에 접하여 지지된다.
이러한 슬라이드스템(240)은 후술될 제 2 다이어프램(260)에 연결된 제 2 볼트(250)에 의해서 제 2 다이어프램(260)과 같이 승강되면서 제 2 밸브(210)를 상하로 이동시켜 제 2 오리피스(212)의 개도량을 조절하게 된다.
한편, 상기 제 2 볼트(250)는 후술될 제 2 다이어프램(260)을 관통한 상태에서 제 2 너트(251)로서 체결됨으로써 제 2 다이어프램(260)과 결합되고, 상기 제 2 너트(251)는 후술될 제 2 조정스프링(270)의 내부로 삽입되어 스프링(270)의 압축 시 제 2 조정스프링(270)이 기울어지지 않도록 지지한다.
또한, 상기 슬라이드스템(240)의 하부에는 제 2 볼트(250)와 연동되도록 연결된 고무재질로 이루어진 제 2 다이어프램(260)이 설치되어, 2차 감압된 기체가 유입된 2차 감압실(119)의 압력에 따라 제 2 오리피스(212)의 개도량을 조절하여 2 차 감압실(119)의 압력과 후술될 제 2 조정스프링(270) 간의 힘의 평형을 유지하게 된다.
이러한 상기 제 2 다이어프램(260)은 그 중앙부를 제 2 볼트(250)가 관통한 상태로 제 2 다이어프램(260)의 하면에서 제 2 너트(251)가 제 2 볼트(250)에 결합됨으로써, 상기 제 2 다이어프램(260)의 작동 시 제 2 볼트(250)와 슬라이드스템(240)이 연동된다.
이때에도, 2차 감압실(119) 내부의 압력(즉 레귤레이터(100)의 출구압력)이 설정압력 이상이면, 제 2 다이어프램(260)과 제 2 볼트(250) 및 이에 지지된 슬라이드스템(240)이 하강됨으로써 제 2 밸브(210)가 밸브스프링(220)의 탄성력에 의해서 하강되면서 제 2 오리피스(212)의 개도량을 좁히게 되고, 2차 감압실(119) 내부의 압력이 설정압력 이하이면, 제 2 다이어프램(260)의 상승에 의해 밸브스프링(220)의 탄성력을 이기면서 슬라이드스템(240)이 상승되어 제 2 오리피스(212)의 개도량을 넓히게 된다.
이러한 제 2 다이어프램(260)의 하부에는 제 2 다이어프램(260)의 작동력을 조정할 수 있는 조정수단이 구성되는 바, 전술한 제 1 감압부(100a)의 조정수단과 제 2 감압부(100b)의 조정수단을 통합하여 한번에 설명토록 한다.
상기 제 1,2 다이어프램(160)(260)의 압력 조정수단은 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이, 바디(110)의 상하부에 각각 볼팅되어 결합된 상부커버(180)와 하부커버(280) 내에 구성된다.
상기 제 1,2 다이어프램(160)(260)의 상하부에는 제 1,2 다이어프램(160)(260)의 상하면에 각각 접하여 제 1,2 다이어프램(160)(260)을 탄력 지지하는 제 1,2 조정스프링(170)(270)이 설치되고, 상기 제 1,2 조정스프링(170)(270)의 상하 양단부에는 각각 제 1,2 크라운스프링(171)(271)과 제 1,2 조정판(181)(281)이 구비된다.
여기서, 상기 제 1,2 다이어프램(160)(260)과 제 1,2 조정스프링(170)(270) 사이에는 이형재질로 인한 다이어프램(160)(260)의 파손을 보호하기 위해 각각 상판(161)과 하판(261)이 구비된다.
상기 제 1,2 크라운스프링(171)(271)은 도 9에서와 같이, 제 1,2 다이어프램(160)(260)의 상면과 하면에 각각 설치되어 제 1,2 조정스프링(170)(270)을 지지하는 부품으로서 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1,2 조정스프링(170)(270)을 지지하는 링형상의 베이스(171a)(271a)와, 상기 베이스(171a)(271a)의 외주연부에서 돌출 형성되어 제 1,2 조정스프링(170)(270)의 외측면을 탄력 지지함으로써 제 1,2 조정스프링(170)(270)의 압축 시 좌우 유동 및 굽힘을 방지하여 안정적인 작동이 이루어지도록 한 다수의 지지대(171b)(271b)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1,2 조정판(181)(281)은 대략 중절모 형상으로 형성되어 제 1,2 조정스프링(170)(270)과 커버(180)(280) 사이에 설치되고, 상기 제 1,2 조정판(181)(281)은 각 커버(180)(280)에 나사 결합된 제 1,2 조정스크류(182)(282)에 의해 상하로 이동되면서 제 1,2 조정스프링(170)(270)의 탄성력 즉 제 1,2 다이어프램(160)(260)의 작동력을 조정하게 된다. 이때, 상기 제 1,2 조정스크 류(182)(282)는 그 단부가 제 1,2 조정판(181)(281)의 중앙부에 접하도록 설치됨이 바람직하다. 상기 제 1,2 조정스크류(182)(282)를 커버(180)(280)에 조이거나 풀어줌에 따라 제 1,2 조정판(181)(281)이 상하로 이동되면서 제 1,2 조정스프링(170)(270)의 탄성력(장력)을 조정하게 되고, 이와 같이 조정된 제 1,2 조정스프링(170)(270)의 탄성력은 제 1,2 다이어프램(160)(260)의 작동력으로 작용하게 됨으로써, 제 1,2 감압부(100a)(100b)의 압력을 용이하면서도 미세하게 조절할 수 있게 된다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 고압기체용 2단 감압 조정장치 즉 레귤레이터(100)의 작동을 설명한다.
먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 감압부(100a)의 입구포트(111)로 고압의 기체(적색 화살표)가 유입되면, 필터(113)에 의해서 유입되는 고압기체 중의 이물질이 걸러져 순수한 기체 즉 가스만이 유입된다.
이와 같이 유입된 고압기체는 제 1 가이드관(120)과 제 1 밸브(130) 사이에 형성된 제 1 오리피스(132)를 통해 1차 감압된 후, 제 1 가이드관(120)의 토출공(121)과 제 1 밸브(130)의 유로(130a)를 통해 1차 감압실(118)로 유입된다.
한편, 상기와 같이 제 1 오리피스(132)를 지나면서 1차 감압된 기체(보라색 화살표)는 감압과정에서 온도저하가 발생되나, 이때 일측의 온수포트(115)로 공급된 온수가 제 1 오리피스(132) 하부의 바디(110)에 형성된 온수순환유로(116)를 순환함으로써 1차 감압된 기체의 온도저하를 최소화하여 기체의 온도저하로 인한 제 1 다이어프램(160) 등과 같은 주변 부품의 파손을 방지하고, 동작성능의 저하를 미연에 방지할 수 있게 된다.
이후, 이와 같이 1차 감압실(118)로 유입된 기체는 도 7에 도시된 바와 같이, 다시 바디(110)의 내부유로(117)를 통해서 제 2 감압부(100b)로 유입된다.
이때, 바디(110)의 내부유로(117)를 통한 기체는 제 2 감압부(100b)의 제 2 밸브(210)와 제 2 가이드관(200) 사이의 제 2 오리피스(212)를 통해 2차 감압된 후, 제 2 가이드관(200)에 설치된 다수의 벤추리노즐(230)을 통해 2차 감압실(119)로 유입되고, 이와 같이 2차 감압실(119)로 유입된 2차 감압된 기체(연두색 화살표)는 제 2 감압부(100b)의 출구포트(114)를 통해 레귤레이터(100)의 외부로 배출되어 공급된다.
따라서, 본 발명의 레귤레이터(100)는 전술한 바와 같이 고압의 기체를 2차에 걸쳐 감압하여 공급함으로써 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있으므로 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정 압력으로 손쉽게 감압하여 공급할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같이 벤추리노즐을 통해서 2차 감압실(119)로 유입되는 2차 감압된 기체는 벤추리 효과에 의해서 기체(유체)의 유량감소 및 증가가 방지될 뿐만 아니라 출구포트(114)로 배출되는 출구압력을 더욱 더 안정적으로 유지시킬 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명의 레귤레이터(100)는 제 1,2 감압부(100a)(100b)에 구성된 제 1,2 조정스크류(182)(282)를 풀거나 조임에 따라서 제 1,2 감압부(100a)(100b)에 설정된 셋팅 압력을 엔진이나 시스템에서 요구되는 압력에 따라 간편하게 미세 조정할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 레귤레이터(100)의 정상 작동 중에 출구포트(114)의 출구압이 상승하게 되면, 제 1 감압부(100a)에서는 제 1 다이어프램(160)이 상승되면서 제 1 볼트(150)를 통해 피봇스템(140)을 반시계 방향(도 2 및 도 3 기준)으로 회전시켜 제 1 밸브(130)를 제 1 가이드관(120) 측으로 이동시킴으로써 제 1 오리피스(132)의 개도량을 좁히거나 또는 폐쇄시키게 되고, 제 2 감압부(100b)에서는 제 2 다이어프램(260)이 하강하면서 제 2 볼트(250)를 통해 슬라이드스템(240)을 하강시켜 제 2 밸브(210)를 제 2 가이드관(200) 측으로 이동시킴으로써 제 2 오리피스(212)의 개도량을 좁히거나 또는 폐쇄시킴으로써 출구압을 낮추게 된다. 그리고, 이와 반대로 출구압이 낮아지는 경우에는 제 1,2 다이어프램(160)(260) 및 피봇스템(140), 슬라이드스템(240)이 반대로 작동하여 제 1,2 오리피스(132)(212)의 개도량을 넓혀 줌으로써 출구압을 상승시킬 수 있게 된다.
또한, 제 1 감압부(100a)에서 이상고압이 발생되면, 전술한 바와 같은 작동으로 제 1 밸브(130)가 제 1 오리피스(132)를 폐쇄시킴과 아울러 1차 감압실(118)의 내부압력에 의해서 릴리프시트(194)와 릴리프포핏(193)이 릴리프스프링(192)의 탄성력을 이기며 후방으로 이동되어 바디(110)를 개방시킴으로써 1차 감압실(118) 내부의 상승된 압력이 개방된 릴리프밸브(190)를 통해서 외부로 배출된다. 그리고, 배출 후에는 릴리프스프링(192)의 탄성력에 의해서 릴리프시트(194)와 릴리프포핏(193)이 원상태로 복원되면서 바디(110)에 접하여 바디(110)를 밀폐시키게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 2단 감압 조정장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2단 감압 조정장치를 도시한 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 2단 감압 조정장치의 제 1 감압부를 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 감압부의 제 1 가이드관과 제 1 밸브를 도시한 분리도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 감압부의 온수포트 및 유로를 도시한 평단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 1 감압부의 릴리프밸브를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 2단 감압 조정장치의 제 2 감압부를 확대 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 감압부의 제 2 가이드관과 벤추리노즐을 확대 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 1,2 감압부에 구성되는 조정스프링과 조정판의 설치상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 크라운스프링을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 레귤레이터 100a,100b : 제 1,2 감압부
110 : 바디 111 : 입구포트
112 : 스프링 113 : 필터
114 : 출구포트 115 : 온수포트
116 : 온수순환유로 117 : 내부유로
118 : 1차 감압실 119 : 2차 감압실
120 : 제 1 가이드관 121 : 토출공
130 : 제 1 밸브 130a : 유로
131 : 제 1 밸브시트 132 : 제 1 오리피스
140 : 피봇스템 141 : 연결핀
142 : 레버핀 150 : 제 1 볼트
151 : 제 1 너트 160 : 제 1 다이어프램
161 : 상판 170 : 제 1 조정스프링
171 : 제 1 크라운스프링 180 : 상부커버
181 : 제 1 조정판 182 : 제 1 조정스크류
190 : 릴리프밸브 191 : 릴리프바디
192 : 릴리프스프링 193 : 릴리프포핏
194 : 릴리프시트 200 : 제 2 가이드관
210 : 제 2 밸브 211 : 제 2 밸브시트
212 : 제 2 오리피스 220 : 밸브스프링
230 : 벤추리노즐 231 : 돌출부
240 : 슬라이드스템 250 : 제 2 볼트
251 : 제 2 너트 260 : 제 2 다이어프램
261 : 하판 270 : 제 2 조정스프링
271 : 제 2 크라운스프링 280 : 하부커버
281 : 제 2 조정판 282 : 제 2 조정스크류

Claims (10)

  1. 고압기체용 2단 감압 조정장치에 있어서,
    상기 2단 감압 조정장치는, 서로 연통되게 형성되는 한편 고압의 기체가 유입되어 1차 감압되는 제 1 감압부와, 1차 감압된 기체가 유입되어 2차 감압된 후 배출되는 제 2 감압부로 구성되고,
    상기 제 1 감압부는, 고압의 기체를 1차 감압실로 유도하는 제 1 가이드관과;
    상기 제 1 가이드관에 설치되어 제 1 가이드관과의 사이에 제 1 오리피스를 형성하는 제 1 밸브와;
    상기 1차 감압실에 설치되어 제 1 오리피스를 지나면서 감압된 1차 감압실의 압력에 따라 제 1 오리피스의 개도량을 조정하는 제 1 다이어프램;을 포함하며,
    상기 제 2 감압부는, 감압된 1차 감압실의 기체를 2차 감압실로 유도하는 제 2 가이드관과;
    상기 제 2 가이드관에 설치되어 제 2 가이드관과의 사이에 제 2 오리피스를 형성하는 제 2 밸브와;
    상기 2차 감압실에 설치되어 제 2 오리피스를 지나면서 감압된 2차 감압실의 압력에 따라 제 2 오리피스의 개도량을 조정하는 제 2 다이어프램;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감압부의 제 1 가이드관에는 1차 감압실로 유입되는 고압기체를 여과시키는 필터가 설치된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감압부에는 제 1 다이어프램이 승강이동되면서 제 1 밸브가 좌우로 운동되도록 하여 제 1 오리피스의 개도량을 조절하는 피봇스템이 설치된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감압부의 하부에는 온수가 순환할 수 있는 온수순환유로가 형성된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감압부에는 1차 감압실에 이상고압이 발생할 경우 1차 감압실을 개방시켜 압력을 외부로 배출시키는 릴리프밸브가 구성된 것을 특징으로 하는 고압 기체용 2단 감압 조정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 감압부의 제 2 가이드관에는 2차 감압된 기체를 2차 감압실로 배출시키는 벤추리노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 벤추리노즐의 내부에는 원주방향을 따라 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 감압부에는 제 2 다이어프램과 연결되어 제 2 다이어프램과 같이 승강되면서 제 2 밸브를 이동시켜 제 2 오리피스의 개도량을 조절하는 슬라이드스템이 설치된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1,2 감압부에는 제 1,2 다이어프램을 탄력 지지하는 제 1,2 조정스프링이 각각 설치되고, 상기 제 1,2 조정스프링에는 작동 시 제 1,2 조정스프링의 좌우 유동을 방지하는 제 1,2 크라운스프링이 각각 설치된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1,2 감압부에는 제 1,2 조정스프링을 지지하는 한편 제 1,2 조절스크류에 의해서 이동되는 제 1,2 조정판이 각각 설치된 것을 특징으로 하는 고압기체용 2단 감압 조정장치.
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