KR101238566B1 - 가스 연료 공급 장치 - Google Patents

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히로아키 고지마
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

가스 연료 공급 장치(12)는 프로판 가스와 부탄 가스를 전환시키면서 가스 엔진(11)에 프로판 가스와 부탄 가스 중 어느 하나를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 체크 밸브(42)는 사용 압력이 낮은 가스 연료(프로판 가스)를 수용하는 가스 캐니스터(13)에 대응하는 가스 연료 공급 통로(34)에 설치되어 있다. 체크 밸브(42)는 사용 압력이 높은 가스 연료(부탄 가스)가 체크 밸브(42)의 하류측으로부터 상류측으로 흐르는 것을 방지한다.

Description

가스 연료 공급 장치{GAS FUEL SUPPLY APPARATUS}
본 발명은 복수 타입의 가스 연료를 전환시키면서 사용 압력이 상이한 복수 타입의 가스 연료를 가스 연소 장치에 공급할 수 있는 가스 연료 공급 장치에 관한 것이다.
종래에 공지된 가스 연소 장치 중에는, 프로판 가스 및 부탄 가스와 같이 사용 압력이 서로 상이한 복수 타입의 가스 연료를 사용할 수 있는 가스 엔진이 있다. 이러한 가스 엔진의 하나의 예가, 일본 특허 공개 제2008-106647호 공보(이하에서는 "특허 문헌"으로 지칭함)에 개시되어 있다. 특허 문헌의 개시 내용에 따르면, 프로판 가스 및 부탄 가스와 같이 사용 압력이 서로 상이한 가스 연료가 각각의 가스 용기에 수용되어 있고, 이들 가스 용기는 각각의 가스 연료 공급 통로를 통하여 가스 엔진과 유체 연통하고 있다. 가스 엔진에 공급되는 가스 연료는 각각의 가스 연료 공급 통로에 설치된 전환 밸브를 통하여 프로판 가스와 부탄 가스 사이에서 전환될 수 있다. 프로판 가스 및 부탄 가스의 가스 연료 공급 통로[즉, 프로판 가스 및 부탄 가스 연료 공급 통로]는 가스 엔진의 상류의 위치에서 합류한다(서로 연통한다).
즉, 조작자가 가스 연료 공급 통로에 설치된 전환 밸브의 동작 상태를 전환하는 작업을 실시함으로써, 프로판 가스와 부탄 가스 중에서 선택된 소정의 가스 연료를 가스 엔진에 공급할 수 있다. 즉, 조작자가 프로판 가스와 부탄 가스 중 어느 하나의 원하는 가스를 선택하고 선택한 가스를 가스 엔진에 공급함으로써 사용 압력이 상이한 프로판 가스와 부탄 가스를 가스 엔진에서 전환 가능하게 사용할 수 있다.
처음에 사용 압력이 높은 가스 연료, 즉 부탄 가스에 의해 엔진을 구동시킨 후에, 사용 압력이 낮은 다른 가스 연료, 즉 프로판 가스에 의해 엔진을 구동시키는 경우가 있다. 프로판 가스를 가스 엔진에 공급하기 위해서는, 프로판 가스 연료 통로의 전환 밸브가 개방된다.
또한, 부탄 가스 연료 통로 및 프로판 가스 연료 통로가 가스 엔진의 상류의 위치에서 합류하기 때문에(즉, 서로 연통하기 때문에), 가스 엔진이 부탄 가스에 의해 구동된 후에 프로판 가스 연료 공급 통로에는 부탄 가스가 잔류한다. 프로판 가스 연료 공급 통로에 잔류하는 부탄 가스는 프로판 가스보다 가스 압력이 높다. 따라서 프로판 가스 연료 공급 통로의 전환 밸브가 개방되어 프로판 가스를 가스 엔진에 공급하면, 프로판 가스 연료 공급 통로에 잔류하는 잔여 부탄 가스가 프로판 가스 연료 공급 통로의 개방된 전환 밸브를 통하여 원치 않게 프로판 가스 용기로 흐를 수도 있다.
특허 문헌 : 일본 특허 공개 제2008-106647호 공보
전술한 종래 기술의 문제를 고려하여, 본 발명의 목적은, 사용 압력이 낮은 가스 연료를 가스 연소 장치에 공급할 때에, 높은 사용 압력의 가스 연료가 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 용기로 흐르는 것을 확실하게 방지할 수 있는 개선된 가스 연료 공급 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 가스 연소 장치에 가스 연료를 공급하기 위한 가스 연료 공급 장치를 제공하며, 이 가스 연료 공급 장치는, 사용 압력이 상이한 복수 타입의 가스 연료를 각각 하나씩 수용하는 복수의 가스 용기에 부착되는 가스 용기 부착부로서, 상기 가스 용기 부착부에 부착된 상기 복수의 가스 용기는 대응 가스 연료 공급 통로에 연통하여 대응 가스 연료 공급 통로를 통하여 가스 연소 장치에 가스 연료를 공급하고, 낮은 사용 압력의 가스 연료용의 가스 연료 공급 통로와 상기 낮은 사용 압력의 가스 연료보다 사용 압력이 높은 가스 연료용의 가스 연료 공급 통로가 가스 연소 장치의 상류 부근의 위치에서 합류하는 것인 가스 용기 부착부; 가스 연료 공급 통로에 설치되고, 가스 연소 장치에 공급되는 가스 연료를 복수 타입의 가스 연료 사이에서 전환시킬 수 있는 전환 밸브; 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기에 대응하여 가스 연료 공급 통로에 설치되는 체크 밸브로서, 높은 사용 압력의 가스 연료가 가스 연소 장치에 근접한 체크 밸브의 하류측으로부터 가스 용기 부착부에 근접한 체크 밸브의 상류측(즉, 가스 용기 부착부에 부착된 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기)으로 흐르는 것을 방지한다.
본 발명에 따르면, 체크 밸브는 [사용 압력이 낮은 가스 연료(즉, 낮은 사용 압력의 가스 연료)를 수용하는 가스 용기와 연통하며] 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기에 대응하는 가스 연료 공급 통로에 설치되어 있으므로, 체크 밸브는 사용 압력이 높은 가스 연료(즉, 높은 사용 압력의 가스 연료)가 체크 밸브의 하류측으로부터 체크 밸브의 상류측으로 흐르는 것을 방지하고, 이에 따라 가스 용기 부착부에 부착된 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 높은 사용 압력의 가스 연료를 이용하여 가스 연소 장치를 구동시킨 후에, 낮은 사용 압력의 가스 연료에 의해 가스 연소 장치를 구동시키기 위하여 가스 연료의 전환을 실행할 때에, 체크 밸브는, 높은 사용 압력의 가스 연료가 가스 연소 장치에 근접한 체크 밸브의 하류측으로부터 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기에 근접한 체크 밸브의 상류측으로 원치 않게 흐르는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 가스 연료 공급 장치는, 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기에 대응하는 가스 연료 공급 통로에 있어서, 체크 밸브와 가스 용기 부착부(이에 따라, 가스 용기 부착부에 부착된 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기) 사이에 설치된 릴리프 밸브를 더 포함한다. 이에 따라, 낮은 사용 압력의 가스 연료 공급 통로에서, 낮은 사용 압력의 가스 연료는 미리 정해진 압력을 초과하지 않도록 릴리프 밸브를 통하여 조정될 수 있다.
릴리프 밸브는 낮은 사용 압력의 가스 연료에 따라 미리 정해진 밸브 개방 압력(릴리프 밸브가 개방되는 압력)으로 세팅되어 있다. 이에 따라, 높은 사용 압력의 가스 연료가 릴리프 밸브로 흐르면, 릴리프 밸브가 개방될 수 있다. 이러한 이유로, 릴리프 밸브는 체크 밸브와 가스 용기 부착부(즉, 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기) 사이에 설치되어 있다. 따라서 높은 사용 압력의 가스 연료가 릴리프 밸브로 흐르는 것을 방지하도록 체크 밸브를 작동시킴으로써, 높은 사용 압력의 가스 연료에 의하여 릴리프 밸브가 개방되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 체크 밸브는 밸브 시트와, 밸브 시트 상에 장착되고 탄성 재료로 돔형으로 형성되는 밸브 본체를 구비하고, 밸브 시트를 관통하여 가스 통로가 형성되어 있으며, 가스 통로는 밸브 본체에 의해 상시 폐쇄되어, 상기 높은 사용 압력의 가스 연료가 체크 밸브의 하류측으로부터 체크 밸브의 상류측(즉, 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 가스 용기)으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 용기에 근접한 체크 밸브의 상류측의 가스 연료 압력이 가스 연소 장치에 근접한 체크 밸브의 하류측의 가스 연료 압력보다 약간 큰 경우에도, 체크 밸브의 밸브 본체는 낮은 사용 압력의 가스 연료를 가스 연소 장치에 적절하게 공급하도록 확실하고 적절하게 동작할 수 있다.
또한, 가스 연소 엔진에 근접한 체크 밸브의 하류측의 가스 연료 압력이 사용 압력이 낮은 가스 연료를 수용하는 용기에 근접한 체크 밸브의 상류측의 압력보다 약간 큰 경우에도, 체크 밸브의 밸브 본체는 가스 연료가 하류측으로부터 상류측(이에 따라 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 용기)으로 흐르는 것을 방지하도록 적절하고 확실하게 동작할 수 있다.
즉, 체크 밸브의 밸브 본체가 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 가스 연소 장치에 근접한 체크 밸브의 하류측과 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 용기에 근접한 체크 밸브의 상류측 사이의 압력차(차압)가 미세한 경우에도 확실하고 적절한 밸브 동작을 보장할 수 있다. 이와 같이 확실하고 적절한 밸브 동작을 보장할 수 있기 때문에, 본 발명은 복수 타입의 가스 연료를 적절하게 전환시키면서 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용 압력이 낮은 가스 연료를 가스 연소 장치에 공급할 때에, 높은 사용 압력의 가스 연료가 낮은 사용 압력의 가스 연료를 수용하는 용기로 흐르는 것을 확실하게 방지할 수 있는 가스 연료 공급 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 연료 공급 장치를 구비한 가스 엔진 시스템의 개략적 구성을 나타내는 블록도이고,
도 2는 도 1의 가스 연료 공급 장치에 설치된 체크 밸브의 단면도이고,
도 3은 도 1의 가스 연료 공급 장치에 설치된 구금 세팅부의 단면도이고,
도 4는 명확하게 하기 위하여 카세트 가스 캐니스터를 생략한 상태의 구금 세팅부의 단면도이고,
도 5는 도 3에서 5로 둘러싸인 부분의 확대 단면도이고,
도 6은 카세트 가스 캐니스터를 이용하여 가스 엔진을 구동하는 예시적인 방식의 설명도이고,
도 7은 부탄 가스를 도 6의 카세트 가스 캐니스터로부터 가스 연료 공급 장치에 유도하는 예시적인 방식을 나타내는 설명도이고,
도 8은 가스 연료 공급 장치가 제1 및 제2 체크 밸브에 의해 카세트 가스 캐니스터 사이의 압력차에 대응하는 예시적인 방식을 나타내는 설명도이고,
도 9는 가스 연료 공급 장치가 압력 검지 밸브에 의해 부탄 가스 연료 공급 통로의 내부 압력의 강하에 대응하는 예시적인 방식을 나타내는 설명도이고,
도 10a 및 도 10b는, 카세트 가스 캐니스터를 이용하여 가스 엔진을 구동할 때에, 부탄 가스의 흐름을 제1 및 제2 체크 밸브를 통하여 제어하는 예시적인 방식을 나타내는 설명도이고,
도 11a 및 도 11b는 카세트 가스 캐니스터를 이용하여 가스 엔진을 구동하는 예시적인 방식을 나타내는 설명도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명이 이하에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니고, 기본 원리를 벗어나지 않으면서 발명에 대한 다양한 변형이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부의 청구범위에 의해서만 결정되는 것이다.
본 발명의 특정의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 예시적으로만 이하에서 상세하게 설명한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 가스 연료 공급 장치(12)를 구비한 가스 엔진 시스템(10)의 개략적인 구성의 블록도를 나타내는 도 1을 참고하여 설명한다. 가스 엔진 시스템(10)은 복수 타입의 가스 연료에 의해 구동될 수 있는 가스 엔진(즉, 가스 연소 장치; 11); 가스 엔진(11)에 복수 타입의 가스 연료를 공급할 수 있는 가스 연료 공급 장치(12); 가스 연료 공급 장치(12)에 분리 가능하게 부착될 수 있는 가스 캐니스터(즉, 가스 용기; 13); 가스 연료 공급 장치(12)에 분리 가능하게 부착될 수 있는 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(즉, 가스 용기; 14, 15)를 구비한다.
본 실시예에 사용된 가스 연료는 프로판 가스(즉, 사용 압력이 낮은 가스 연료) 및 부탄 가스(즉, 사용 압력이 비교적 높은 가스)와 같이 사용 압력이 상이한 액화 석유 가스(LPG) 연료이다.
프로판 가스는 가스 캐니스터(13)에 수용되어 있고, 이 가스 캐니스터는 프로판 가스가 내부에 수용된 상태에서 미리 정해진 내부 압력[이하에서는, 설명의 편의를 위하여 "압력 Pp"으로 지칭함]으로 세팅되어 있다. 프로판 가스는 가스 캐니스터(13)로부터 가스 형태로 추출되거나 유출된다. 이하에서는, 프로판 가스를 "프로판 연료"로서 지칭하기도 한다. 가스 캐니스터(13)로부터 유출된 프로판 연료는 전술한 압력(Pp)과 동일한 가스 압력(이하에서는, "프로판 가스 압력"으로 지칭함)을 갖는다.
부탄 가스는 내부 압력이 각각 PB로 세팅되어 있는 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)에 수용되어 있다. 부탄 가스는 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 액체 형태로 유출된다. 이하에서는, 부탄 가스를 "부탄 연료"로서 지칭하기도 한다. 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 유출된 부탄 연료는 가스 압력을 갖는다(이하에서는, 설명의 편의를 위하여 "부탄 연료 압력(PB)"으로 지칭함). 부탄 연료 압력(PB)은 프로판 가스 압력(Pp)보다 높게 세팅된다.
가스 엔진(11)에 있어서, 리코일 스타터(23)가 크랭크샤프트(22)에 연결되어 있다. 가스 엔진(11)은 조작자가 리코일 스타터(23)의 조작 손잡이(23a)를 수동 조작함으로써 구동될 수 있다. 크랭크샤프트(22)는 크랭크실(21)에 회전 가능하게 장착되어 있다.
가스 엔진(11)에 있어서는, 가스 캐니스터(13)가 가스 연료 공급 장치(12)에 접속되거나 부착된 상태에서, 공기-가스 혼합 수단(27)이 프로판 가스와 공기의 혼합물을 엔진 블록(24)[실린더(25)]에 공급한다. 가스 엔진(11)[보다 구체적으로, 크랭크샤프트(22)]은 프로판 가스와 공기의 혼합물을 연소실(26)에서 연소시킴으로써 구동된다.
또한, 가스 엔진(11)에 있어서, 상기 공기-가스 혼합 수단(27)은, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)가 가스 연료 공급 장치(12)에 접속되거나 부착된 상태에서, 부탄 가스와 공기의 혼합물을 엔진 블록(24)[실린더(25)]의 연소실(26)에 공급한다. 가스 엔진(11)[크랭크샤프트(22)]은 부탄 가스와 공기의 혼합물을 연소실(26)에서 연소시킴으로써 구동된다.
가스 연료 공급 장치(12)는 가스 캐니스터(13)가 분리 가능하게 부착될 수 있는 구금 세팅부[가스 용기 부착 수단; 31]; 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)가 분리 가능하게 부착될 수 있는 구금 세팅부 유닛[가스 용기 부착 수단; 32]; 구금 세팅부(31)와 구금 세팅부 유닛(32)의 하류에 설치되고 연소실(26)에 연통하는 혼합 수단(27); 혼합 수단(27)과 구금 세팅부(31) 사이를 연통시키는 프로판 가스 연료 공급 통로(34); 혼합 수단(27)과 구금 세팅부 유닛(32)을 연통시키는 부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 구비한다.
프로판 가스 연료 공급 통로(34)는 가스 캐니스터(13)를 혼합 수단(27)에 연통시키는 유로이고, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)는 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)를 혼합 수단(27)에 연통시키는 유로이다. 부탄 가스 연료 공급 통로(35)는 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 유출된 부탄 연료를 증발시키기 위한 증발기(가열기; 47)를 구비한다.
프로판 가스 연료 공급 통로(34)와 부탄 가스 연료 공급 통로(35)는 혼합 수단(27)의 상류의 위치(37)에서, 이에 따라 가스 엔진(11)에서 합류한다. 혼합 수단(27)은 프로판 가스와 부탄 가스 모두에 적용될 수 있도록 구성되어 있다.
도 1에도 도시된 바와 같이, 가스 연료 공급 장치(12)는, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)에, 레귤레이터 유닛(41), 체크 밸브(42), 프로판 전환 밸브(전환 수단; 43) 및 프로판 셧오프 밸브(44)를 구비하고, 이들은 상류에서 하류를 향하는 방향[구금 세팅부(31)로부터 혼합 수단(27)을 향하는 방향]으로 상기 순서로 배치되어 있다.
즉, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)에 있어서, 레귤레이터 유닛(41)은 구금 세팅부(31)의 바로 하류에 설치되어 있고, 체크 밸브(42)는 레귤레이터 유닛(41)의 바로 하류에 설치되어 있다. 또한, 프로판 전환 밸브(43)는 체크 밸브(42)의 하류에 설치되어 있고, 프로판 셧오프 밸브(44)는 프로판 전환 밸브(43)의 바로 하류에 설치되어 있다. 또한, 혼합 수단(27)은 프로판 셧오프 밸브(44)의 하류에 설치되어 있다.
또한, 가스 연료 공급 장치(12)는, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)에, 구금 세팅부 유닛(32)으로부터 혼합 수단(27)을 향하는 방향으로, 부탄 전환 밸브(전환 수단; 46)와, 증발기(47)와, 부탄 셧오프 밸브(48) 및 부탄 레귤레이터(49)를 이 순서로 구비한다.
즉, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)에 있어서, 부탄 전환 밸브(46)는 구금 세팅부 유닛(32)의 바로 하류에 설치되어 있고, 증발기(47)는 부탄 전환 밸브(46)의 바로 하류에 설치되어 있다. 또한, 부탄 셧오프 밸브(48)는 증발기(47)의 바로 하류에 설치되어 있고, 부탄 레귤레이터(49)는 부탄 셧오프 밸브(48)의 바로 하류에 설치되어 있다. 또한, 혼합 수단(27)은 부탄 레귤레이터(49)의 하류에 설치되어 있다.
프로판 가스 연료 공급 통로(34)에 설치된 프로판 전환 밸브(43)는 프로판 가스 연료 공급 통로(34)를 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환시키는 밸브이며, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)에 설치된 부탄 전환 밸브(46)는 부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환시키는 밸브이다.
부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 부탄 전환 밸브(46)를 통하여 폐쇄 상태로 전환하고 프로판 가스 연료 공급 통로(34)를 프로판 전환 밸브(43)를 통하여 개방 상태로 전환함으로써, 가스 캐니스터(13)에 수용된 프로판 가스를 혼합 수단(27)에 공급할 수 있다. 마찬가지로, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 부탄 전환 밸브(46)를 통하여 개방 상태로 전환하고 프로판 가스 연료 공급 통로(34)를 프로판 전환 밸브(43)를 통하여 폐쇄 상태로 전환함으로써, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)에 수용된 부탄 가스를 혼합 수단(27)에 공급할 수 있다.
프로판 가스 연료 공급 통로(34)에 설치된 레귤레이터 유닛(41)은 프로판 레귤레이터(51)와 릴리프 밸브(52)를 구비한다. 프로판 레귤레이터(51)는 프로판 가스 연료 공급 통로(34)에서의 프로판 가스의 가스 압력을 미리 정해진 프로판 압력(P1), 예컨대 2.8 kPa로 조정하기 위한 부재이다. 프로판 가스의 압력을 프로판 레귤레이터(51)를 통하여 미리 정해진 프로판 압력(P1)으로 강하시킴으로써 프로판 가스를 가스 엔진(11)에 사용할 수 있다.
릴리프 밸브(52)는, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)에서 흐르는 프로판 가스의 가스 압력이 미리 정해진 개방 압력, 예컨대 5.6 kPa을 초과할 때에, 프로판 가스를 프로판 가스 연료 공급 통로(34)로부터 대기에 방출하도록 개방되는 밸브이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(42)는, 밸브 시트(56), 탄성 재료에 의해 돔형으로 형성되어 돔부(55b)를 제공하는 밸브 본체(55) 및 밸브 본체(55)를 지지하는 지지축(55a)을 구비하는 소위 우산 밸브(umbrella valve)이다. 지지축(55a)은 밸브 시트(56)에 형성된 장착 구멍(56a)을 통하여 삽입된다.
체크 밸브(42)는 상시 폐쇄 상태로 유지된다. 체크 밸브(42)의 1차측 압력[즉, 릴리프 밸브(52) 또는 레귤레이터 유닛(41)에 근접한 체크 밸브(42)측의 압력 또는 릴리프 밸브측 압력]이 미리 정해진 값을 초과하면, 밸브 본체(55)의 돔부(55b)가 탄성적으로 변형되어 밸브 시트(56)를 관통하여 형성된 가스 통로(57)가 개방된다. 이에 따라, 프로판 가스는 체크 밸브(42)의 1차측[즉, 레귤레이터 유닛(41)에 근접한 체크 밸브(42)측 또는 체크 밸브(42)의 레귤레이터 유닛측]으로부터 2차측[프로판 전환 밸브(43)에 근접한 체크 밸브(42)측 또는 프로판 전환 밸브측]으로 흐른다.
또한, 2차측 압력(즉, 프로판 전환 밸브측의 압력)이 1차측 압력(즉, 릴리프 밸브측의 압력)에 비하여 높아져, 1차측 압력과 2차측 압력 사이의 압력차(차압; ΔPv)가 미리 정해진 설정값을 초과하면, 밸브 본체(55)의 반경 방향 외주면이 밸브 시트(56)에 접촉하여 가스 통로(57)를 폐쇄한다. 이에 따라, 체크 밸브(42)는, 부탄 가스가 체크 밸브(42)의 2차측(프로판 전환 밸브측)으로부터 체크 밸브(42)의 1차측(즉, 레귤레이터 유닛측), 특히 가스 캐니스터(13)로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 달리 말하면, 체크 밸브(42)는 사용 압력이 높은 가스 연료가 가스 엔진(가스 연소 장치; 21)에 인접한 체크 밸브(42)의 하류측으로부터 가스 용기 부착 수단[이에 따라 가스 용기 부착 수단에 부착된 사용 압력이 낮은 가스 연료를 수용하는 가스 용기]에 근접한 체크 밸브(42)의 상류측으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
체크 밸브(42)의 밸브 본체(55)가 전술한 바와 같이 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 밸브 본체(55)는 미세한 압력에 의해 탄성적으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 체크 밸브(42)의 1차측 압력(즉, 릴리프 밸브측 압력)과 체크 밸브(42)의 2차측 압력(프로판 전환 밸브측 압력) 사이의 압력차(차압; ΔPv)가 미세한 경우에도 체크 밸브(42)의 밸브 동작을 확실하고 적절하게 확보할 수 있다.
또한, 체크 밸브(42)로서 소위 우산 밸브를 채용하고 있기 때문에, 체크 밸브(42)의 구성을 간단하게 할 수 있다. 그 결과, 체크 밸브(42)의 중량 및 사이즈를 줄일 수 있고, 체크 밸브(42)의 설계 자유도를 높일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 구금 세팅부 유닛(32)은, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)의 구금(61, 62)이 분리 가능하게 부착될 수 있는 제1 및 제2 구금 세팅부(64, 65); 제1 및 제2 구금 세팅부(64, 65) 사이를 서로 평행하게 연통시키는 연통로(68); 제1 구금 세팅부(64)에 인접하여 또는 관련하여 연통로(68)에 설치된 제1 일방향 밸브(66); 제2 구금 세팅부(65)에 인접하여 또는 관련하여 연통로(68)에 설치된 제2 일방향 밸브(67)를 구비한다.
구금 세팅부 유닛(32)은 제1 일방향 밸브(66)에 근접하여 또는 관련하여 연통로(68)에 설치된 제1 체크 밸브(71); 제2 일방향 밸브(67)에 근접하여 또는 관련하여 연통로(68)에 설치된 제2 체크 밸브(72); 제1 및 제2 체크 밸브(71, 72)의 하류에 설치된 압력 검지 밸브(73)를 더 구비한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 체크 밸브(71)는 제1 카세트 가스 캐니스터(14; 도 3 참조)에 대응하는 밸브이다. 보다 구체적으로, 제1 체크 밸브(71)는, 밸브 시트(77), 탄성 재료에 의해 돔형으로 형성되어 돔부(76b)를 제공하는 밸브 본체(76) 및 밸브 본체(76)를 지지하는 지지축(76a)을 구비하는 소위 우산 밸브이다. 지지축(76a)은 밸브 시트(77)에 형성된 장착 구멍(77a)을 통하여 삽입된다.
제1 체크 밸브(71)는 상시 폐쇄 상태로 유지되어 있다. 제1 체크 밸브(71)의 1차측 압력[즉, 제1 일방향 밸브(66)에 근접한 제1 체크 밸브(71)측의 압력 또는 제1 일방향 밸브측의 압력]이 미리 정해진 값을 초과하면, 밸브 본체(76)의 돔부(76b)가 탄성적으로 변형되어, 밸브 시트(77)를 관통하여 형성된 가스 연료 통로(78)가 개방된다. 이에 따라, 부탄 연료가 제1 체크 밸브(71)의 1차측(즉, 제1 일방향 밸브측)으로부터 제1 체크 밸브(71)의 2차측[즉, 제2 체크 밸브(72)에 근접한 측, 또는 제2 체크 밸브측]으로 흐를 수 있게 된다.
제1 체크 밸브(71)의 2차측 압력(즉, 제2 체크 밸브측의 압력)이 제1 체크 밸브(71)의 1차측 압력(제1 일방향 밸브측의 압력)에 비하여 높아져, 1차측 압력과 2차측 압력 사이의 압력차(차압; ΔPv1)가 미리 정해진 값을 초과하면, 밸브 본체(76)의 돔부(76b)가 밸브 시트(77)에 접촉하여 연료 통로(78)를 폐쇄한다. 이에 따라, 제1 체크 밸브(71)는 부탄 연료가 제1 체크 밸브(71)의 2차측(제2 체크 밸브측)으로부터 제1 체크 밸브(71)의 1차측(즉, 제1 일방향 밸브측)으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 체크 밸브(71)의 밸브 본체(76)가 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 밸브 본체(76)는 미세한 압력으로 탄성적으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 제1 체크 밸브(71)의 1차측 압력과 2차측 압력 사이의 압력차(차압; ΔPv1)가 미세한 경우에도 제1 체크 밸브(71)의 밸브 동작을 확실하고 적절하게 확보할 수 있다.
또한, 제1 체크 밸브(71)로서 소위 우산 밸브를 채용하고 있기 때문에, 제1 체크 밸브(71)의 구조를 단순화할 수 있다. 그 결과, 제1 체크 밸브(71)의 중량 및 사이즈를 줄일 수 있고, 제1 체크 밸브(71)의 설계 자유도를 높일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 체크 밸브(72)의 구조 및 거동은 제1 체크 밸브(71)와 대략 동일하다.
즉, 제2 체크 밸브(72)는 제2 카세트 가스 캐니스터(15)에 대응하는 밸브이다. 보다 구체적으로, 제2 체크 밸브(72)는, 밸브 시트(82), 탄성 재료에 의해 돔형으로 형성되어 돔부(71b)를 제공하는 밸브 본체(81) 및 밸브 본체(81)를 지지하는 지지축(81a)을 구비하는 소위 우산 밸브이다. 지지축(81a)은 밸브 시트(82)에 형성된 장착 구멍(82a)을 통하여 삽입된다.
제2 체크 밸브(72)는 상시 폐쇄 상태로 유지되어 있다. 2차측 압력[즉, 제2 일방향 밸브(67)에 근접한 제2 체크 밸브(72)측의 압력 또는 제2 일방향 밸브측의 압력]이 미리 정해진 값을 초과하면, 밸브 본체(81)의 돔부(81b)가 탄성적으로 변형되어, 밸브 시트(82)를 관통하여 형성된 가스 연료 통로(83)가 개방된다. 이에 따라, 부탄 연료는 1차측(즉, 제2 일방향 밸브측)으로부터 2차측[즉, 제1 체크 밸브(71)에 근접한 제2 체크 밸브(72)측, 또는 제1 체크 밸브측]으로 흐를 수 있게 된다.
2차측 압력(즉, 제1 체크 밸브측의 압력)이 1차측 압력(즉, 제2 일방향 밸브측의 압력)에 비하여 높아져, 1차측의 압력과 2차측의 압력 사이의 압력차(차압; ΔPv2)가 미리 정해진 설정값을 초과하면, 밸브 본체(81)의 돔부(81b)의 반경 방향 외주면이 밸브 시트(82)에 접촉하여 연료 통로(83)를 폐쇄한다. 이에 따라, 제2 체크 밸브(72)는 부탄 연료가 제2 체크 밸브(72)의 2차측(제1 체크 밸브측)으로부터 제2 체크 밸브(72)의 1차측(즉, 제2 일방향 밸브측)으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이 제2 체크 밸브(72)의 밸브 본체(81)가 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 밸브 본체(81)는 미세한 압력으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 제2 체크 밸브(72)의 1차측 압력(즉, 제2 일방향 밸브측 압력)과 2차측 압력(제1 체크 밸브측 압력 또는 압력 검지 밸브측 압력) 사이의 압력차(차압; ΔPv2)가 미세한 경우에도, 제2 체크 밸브(72)의 밸브 동작을 확실하고 적절하게 확보할 수 있다.
또한, 제2 체크 밸브(72)로서 소위 우산 밸브를 채용하고 있기 때문에, 제2 체크 밸브(72)의 구조를 단순화할 수 있다. 그 결과, 제2 체크 밸브(72)의 중량 및 사이즈를 줄일 수 있고, 제2 체크 밸브(72)의 설계 자유도를 높일 수 있다.
압력 검지 밸브(73)는, 압력 검지 밸브(73)의 2차측 압력[즉, 부탄 전환 밸브(46)에 근접한 압력 검지 밸브(73)측 또는 부탄 전환 밸브측의 압력]이 예컨대 600 kPa 내지 700 kPa 범위의 최소 부탄 압력(P3)보다 높을 때에, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 개방 상태로 유지한다. 또한, 2차측 압력이 최소 부탄 압력(P3)까지 강하되면, 압력 검지 밸브(73)는 부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 폐쇄하여, 2차측 압력이 최소 부탄 압력(P3)보다 작은 한에서는 부탄 가스 연료 공급 통로(35)를 폐쇄 상태로 유지한다.
다시 도 1을 참조하면, 부탄 레귤레이터(49)는 부탄 가스 연료 공급 통로(35)의 부탄 가스를 미리 정해진 부탄 압력, 예컨대 10 kPa로 조정하기 위한 부재이다. 부탄 레귤레이터(49)에 의해 부탄 가스의 압력을 미리 정해진 부탄 압력(P4)까지 강하시킴으로써 부탄 가스를 사용할 수 있다.
이하에서는, 도 3, 도 6 및 도 7을 참고로 하여, 부탄 가스에 의해 가스 엔진(11)을 구동하는 예시적인 방식을 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)의 구금(61, 62)은 각각 제1 및 제2 구금 세팅부(64, 65)에 세팅되어 있다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)는 부탄 전환 밸브(46)에 의해 개방 상태로 전환되고, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)는 프로판 전환 밸브(43)에 의해 폐쇄 상태로 전환된다. 또한, 조작자가 리코일 스타터(23)의 조작 손잡이(23a)를 수동 조작하여 크랭크샤프트(22)를 회전시킨다. 이와 같이 크랭크샤프트(22)가 회전함에 따라, 크랭크실(21)의 내부 압력은, 예컨대 -1.5 kPa의 음압(P5)까지 강하되고, 이에 응답하여 프로판 셧오프 밸브(44)와 부탄 셧오프 밸브(48)가 개방된다.
다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, 부탄 연료는 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 제1 카세트 가스 캐니스터(14)로부터 유출되고 제1 일방향 밸브(66)를 거쳐서 제1 체크 밸브(71)로 흐른다.
유출된 부탄 가스가 제1 체크 밸브(71)로 흐름으로써, 돔형 밸브 본체(76)가 탄성적으로 변형되어 연료 통로(78)를 개방한다. 부탄 연료는 화살표 B로 나타낸 바와 같이 개방된 연료 통로(78)를 통하여 흐르고, 그 후에 부탄 연료는 화살표 C로 나타낸 바와 같이 압력 검지 밸브(73)로 흐른다.
제1 체크 밸브(71)의 밸브 본체(76)가 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 밸브 본체(76)는 미세한 압력으로 변형될 수 있으며, 이에 따라 제1 체크 밸브(71)의 1차측 압력[즉, 제1 체크 밸브(71)의 일방향 밸브측의 압력]이 미리 정해진 값에 도달하면, 밸브 본체(76)를 적절하고 확실하게 동작시킬 수 있다.
마찬가지로, 부탄 연료는 화살표 D로 나타낸 바와 같이, 제2 카세트 가스 캐니스터(15)로부터 유출되고 제2 일방향 밸브(67)를 거쳐서 제2 체크 밸브(72)로 흐른다.
유출된 부탄 연료가 제2 체크 밸브(72)로 흐름으로써, 돔형 밸브 본체(81)가 탄성적으로 변형되어 연료 통로(83)를 개방한다. 부탄 연료는 화살표 E로 나타낸 바와 같이 개방된 연료 통로(83)를 통하여 흐르고, 그 후에 부탄 연료는 화살표 F로 나타낸 바와 같이 압력 검지 밸브(73)로 흐른다.
제1 체크 밸브(71)에서와 같이, 제2 체크 밸브(72)의 밸브 본체(81)는 탄성 재료로 형성되어, 밸브 본체(81)를 미세한 압력으로 변형시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 체크 밸브(72)의 1차측 압력[즉, 제2 체크 밸브(72)의 제2 일방향 밸브측의 압력]이 미리 정해진 값에 도달하면, 밸브 본체(81)가 확실하고 적절하게 동작할 수 있다.
화살표 C로 나타낸 바와 같이 제1 체크 밸브(71)를 통하여 압력 검지 밸브(73)로 흐른 부탄 가스 연료와 화살표 F로 나타낸 바와 같이 제2 체크 밸브(72)를 통하여 압력 검지 밸브(73)로 흐른 부탄 가스 연료는 압력 검지 밸브(73)에서 합류하게 된다. 그 후에, 이와 같이 합류한 부탄 가스 연료는 도 7에 화살표 G로 나타낸 바와 같이 부탄 전환 밸브(46; 도 6 참조)로 흐른다.
다시 도 6을 참조하면, 부탄 전환 밸브(46)를 통하여 흐른 부탄 연료는 화살표 H로 나타낸 바와 같이 증발기(47)로 흐르고, 여기서 부탄 가스로 가열(증발)된다. 그 후, 부탄 가스는 화살표 I로 나타낸 바와 같이, 부탄 셧오프 밸브(48)를 통하여 부탄 레귤레이터(49)로 흘러서, 부탄 가스는 부탄 레귤레이터(49)에 의해 예컨대 10 kPa의 미리 정해진 부탄 압력(P4)으로 조정된다. 이어서, 미리 정해진 부탄 압력(P4)으로 조정된 부탄 가스는 화살표 J로 나타낸 바와 같이 공기-가스 혼합 수단(27)으로 흐른다.
혼합 수단(27)은 부탄 가스와 공기를 혼합하고, 결과적인 혼합물은 화살표 K로 나타낸 바와 같이 엔진 블록(24)[실린더(25)]의 연소실(26)에 공급된다. 이에 따라, 가스 엔진(11)[보다 구체적으로, 크랭크샤프트(22)]은 부탄 가스와 공기의 혼합물을 연소실(26)에서 연소시킴으로써 구동된다.
도 3, 도 6 및 도 7과 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)를 이용한 가스 연료 공급 장치(12)에 따르면, 다량의 부탄 가스를 사용할 수 있으므로, 가스 엔진 시스템(10)의 연속 작동 시간을 확보할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 제1 체크 밸브(71)의 밸브 본체(76) 및 제2 체크 밸브(72)의 밸브 본체(81)가 각각 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 제1 체크 밸브(71)와 제2 체크 밸브(72) 각각의 적절하고 확실한 밸브 동작을 확보할 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)에 수용된 부탄 가스를 가스 엔진(11)에 안정적으로 연속해서 공급할 수 있다.
다음으로, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15) 사이에 압력차가 발생할 때에 제1 체크 밸브(71) 및 제2 체크 밸브(72)를 통하여 부탄 가스의 흐름을 제어하는 예시적인 방식에 대하여 설명한다. 제1 체크 밸브(71) 및 제2 체크 밸브(72)는 구성 및 거동이 대략 동일하기 때문에, 이하에서는 이해를 돕기 위하여 주로 제2 체크 밸브(72)의 거동을 설명한다.
가스 엔진(11)을 사용하는 중에, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)의 상이한 주변 온도로 인하여 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15) 사이에 온도차가 발생할 수 있으며, 온도차로 인하여 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15) 사이에 압력차(ΔPc)가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 카세트 가스 캐니스터(14)의 내부 압력[이하에서는 설명의 편의를 위하여 "내부 압력(Pc1)"으로 지칭함]은 제2 카세트 가스 캐니스터(15)의 압력[이하에서는 설명의 편의를 위하여 "내부 압력(Pc2)"으로 지칭함]에 비하여 높을 수 있다.
제1 카세트 가스 캐니스터(14)의 내부 압력(Pc1)은 2차측(즉, 제1 체크 밸브측)으로부터 제2 체크 밸브(72)에 작용하고, 제2 카세트 가스 캐니스터(15)의 내부 압력은 1차측(즉, 제2 일방향 밸브측)으로부터 제2 카세트 가스 캐니스터에 작용한다. 제2 카세트 가스 캐니스터(15)의 밸브 본체(81)의 돔부(81b)는 1차측 압력(Pc2)과 2차측 압력(Pc1) 사이의 압력차(차압; ΔPc)로 인하여 탄성적으로 변형되어, 돔부(81b)가 밸브 시트(82)에 접촉하여 연료 통로(83)를 폐쇄한다.
전술한 바와 같이 연료 통로(83)가 돔부(81b)에 의해 폐쇄되기 때문에, 제1 카세트 가스 캐니스터(14)로부터 유출된 부탄 연료가 제2 카세트 가스 캐니스터(15)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 하여, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)에 수용된 부탄 연료(부탄 가스)는 가스 엔진(11)에 안정적으로 계속해서 공급될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)를 이용함으로써, 가스 연료 공급 장치(12)는 연속 작동 시간의 증가 및 안정적이고 연속적인 부탄 연료(부탄 가스)의 공급을 확보할 수 있다.
제2 체크 밸브(72)의 밸브 본체(81)가 탄성 재료로 형성되기 때문에, 밸브 본체(81)는 미세한 압력으로 변형될 수 있으며, 이에 따라 제2 체크 밸브(72)의 2차측 압력(Pc1)이 제2 체크 밸브(72)의 1차측 압력(Pc2)보다 약간 높은 경우에도, 밸브 본체(81)가 적절하고 확실하게 동작할 수 있다.
따라서 제1 카세트 가스 캐니스터(14)의 부탄 연료가 제2 카세트 가스 캐니스터(15)로 유입되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있으므로, 제1 카세트 가스 캐니스터(14)의 부탄 연료를 보다 확실하게 가스 엔진(11)에 연속 공급할 수 있다.
이하에서는, 도 9를 참고로 하여, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)의 내부 압력이 예컨대 600 kPa 내지 700 kPa의 범위의 미리 정해진 값까지 강하된 때에 압력 검지 밸브(73)의 예시적인 거동 방식을 설명한다.
압력 검지 밸브(73)의 2차측 압력(즉, 부탄 전환 밸브측의 압력)이 예컨대 600 kPa 내지 700 kPa 범위의 최소 부탄 압력(P3)까지 강하된 때에, 압력 검지 밸브(73)의 밸브 본체(85)는 압축 스프링(86)의 편향력에 의해 밸브 시트(87)로 이동하여 밸브 시트(87)의 가스 통로(88)를 폐쇄하므로, 압력 검지 밸브(73)는 폐쇄 상태로 전환된다. 이에 따라, 압력 검지 밸브(73)는 부탄 연료가 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 가스 엔진(11)으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이 압력 검지 밸브(73)의 밸브 본체(85)가 밸브 시트(87)로 이동함에 따라, 밸브 본체(85)에 의해 다이어프램(89)이 가압되어 밸브 폐쇄 위치로 탄성적으로 변형된다. 다이어프램(89)의 이러한 탄성 변형에 의해, 전환 손잡이(91)는 우측의 검은 화살표로 나타낸 바와 같이 압력 검지 밸브(73)의 외측으로 압박된다.
따라서 전환 손잡이(91)를 밸브 시트(87)를 향해 압박함으로써 다이어프램(89)이 밸브 개방 위치(도 8 참조)로 탄성 변형될 수 있다. 이와 같이 다이어프램(89)이 밸브 개방 위치로 탄성 변형됨에 따라, 밸브 본체(85)는 도 8에 도시된 바와 같이 압축 스프링(86)의 편향력에 대항하여 밸브 개방 위치로 복귀(전환)할 수 있다.
즉, 압력 검지 밸브(73)를 설치함으로써, 가스 연료 공급 장치(12)는 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 유출된 부탄 연료를 예컨대 600 kPa 내지 700 kPa의 범위의 최소 부탄 압력(P3) 이상으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 유출된 부탄 연료에 의해 가스 엔진(11)을 적절하게 구동할 수 있다.
이하에서는, 도 6, 도 10 및 도 11을 참고로 하여, 프로판 가스에 의해 가스 엔진(11)을 구동하는 예시적인 방식을 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)와 부탄 가스 연료 공급 통로(35)는 혼합 수단(27)의 상류의 위치(37)에서 합류한다.
따라서 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)로부터 유출된 부탄 연료에 의해 가스 엔진(11)을 구동함에 따라, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)의 부탄 가스가 프로판 가스 연료 공급 통로(34)에 유입된다. 보다 구체적으로, 부탄 가스는 프로판 전환 밸브(43)의 하류의 프로판 가스 연료 공급 통로(34)의 부분으로 유입된다.
이에 따라, 부탄 가스가 프로판 가스 연료 공급 통로부(34a)에 유입되어 잔류하는 상태에서 가스 엔진(11)이 종종 정지된다[즉, 가스 엔진(11)의 구동이 종료된다]. 그 후에, 크랭크실(21)의 음압(P5)이 증가하여, 프로판 셧오프 밸브(44)와 부탄 셧오프 밸브(48)가 폐쇄된다.
이러한 상태에서, 부탄 가스는, 프로판 전환 밸브(43)와 프로판 셧오프 밸브(44)의 사이에 위치한 프로판 가스 연료 공급 통로(34)와, 부탄 전환 밸브(46)와 부탄 셧오프 밸브(48) 사이에 위치한 부탄 가스 연료 공급 통로(35)의 부분에 잔류한다. 이러한 잔류 부탄 가스는 예컨대 10 kPa의 미리 정해진 부탄 압력(P4)을 갖는다.
전술한 상태에서, 조작자는 프로판 가스에 의해 가스 엔진(11)을 구동하는 동작을 실행한다. 즉, 먼저 도 10a에 도시된 바와 같이, 프로판 가스 캐니스터(13)를 구금 세팅부(31) 상에 세팅한다. 이어서, 부탄 가스 연료 공급 통로(35)가 부탄 전환 밸브(46)에 의해 폐쇄 상태로 전환되고, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)는 프로판 전환 밸브(43)에 의해 개방 상태로 전환된다.
이 때에, 부탄 가스는 예컨대 10 kPa의 미리 정해진 부탄 압력(P4)으로 프로판 가스 연료 공급 통로(34)의 부분에 잔류하고, 프로판 가스 연료 공급 통로(34)의 릴리프 밸브(52)는 예컨대 5.6 kPa의 개방 압력(이하에서는 설명의 편의를 위하여, "개방 압력(P2)"으로 지칭함)으로 세팅되어 있다. 즉, 프로판 가스 연료 공급 통로부(34b)에 잔류하는 부탄 가스는 릴리프 밸브(52)의 개방 압력(P2)보다 높은 가스 압력(P6; 도 10b 참조)을 갖는다. 결과적으로, 프로판 가스 연료 공급 통로부(34b)에 잔류하는 부탄 가스는 프로판 전환 밸브(43)를 거쳐서 릴리프 밸브(52)에 의해 대기중으로 방출될 수 있다.
부탄 가스의 이러한 방출을 피하기 위하여, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 릴리프 밸브(52)의 바로 하류에 체크 밸브(42)가 설치되어 있다. 이에 따라, 체크 밸브(42)의 2차측 압력(P6)[즉, 공급 통로부(34b)의 가스 압력]이 체크 밸브(42)의 1차측 압력(P7)[릴리프 밸브(52)에 근접한 체크 밸브(42)측 또는 체크 밸브(42)의 릴리프 밸브측의 가스 압력]보다 높은 때에, 밸브 시트(56)의 가스 통로(57)는 체크 밸브(42)의 밸브 본체(55)에 의해 폐쇄될 수 있다. 이와 같이 하여, 체크 밸브(42)는 프로판 가스 연료 공급 통로부(34b)에 잔류하는 부탄 가스가 릴리프 밸브(52)로 흐르는 것을 방지할 수 있고, 이로써 부탄 가스가 릴리프 밸브(52)를 통하여 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
체크 밸브(42)의 밸브 본체(55)가 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 밸브 본체(55)는 전술한 바와 같이 미세한 압력으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 체크 밸브(42)의 2차측 압력(P6)[즉, 공급 통로부(34b)의 가스 압력]이 체크 밸브(42)의 1차측 압력[즉, 체크 밸브(42)의 릴리프 밸브측의 가스 압력]보다 약간 높은 경우에도, 즉 압력차(차압; ΔPv)가 미세한 경우에도, 밸브 본체(55)는 적절하고 확실하게 동작할 수 있다.
이에 따라, 체크 밸브(42)는 공급 통로부(34b)에 잔류하는 부탄 가스가 릴리프 밸브(52)로 흐르는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 복수 타입의 가스 연료(즉, 부탄 가스 및 프로판 가스)를 전환하면서 적절하게 사용할 수 있다.
조작자가 리코일 스타터(23)의 조작 손잡이(23a)를 수동 조작함으로써 도 11a에 도시된 바와 같이 크랭크샤프트(22)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이 크랭크샤프트(22)가 회전함에 따라, 크랭크실(21)의 내부 압력은 예컨대 -1.5 kPa의 음압(P5)으로 강하되어, 프로판 셧오프 밸브(44)와 부탄 셧오프 밸브(48)가 개방된다.
이와 같이 프로판 셧오프 밸브(44)가 개방됨에 따라, 공급 통로부(34b)에 잔류하는 부탄 가스가 공기-가스 혼합 수단(27; 도 11a 참조)을 거쳐서 가스 엔진(11)으로 공급된다. 이에 따라, 체크 밸브(42)의 2차측 압력(P6)[즉, 체크 밸브(42)의 프로판 전환 밸브측 압력] 이 체크 밸브(42)의 1차측 압력(P7)[즉, 체크 밸브(42)의 릴리프 밸브측의 압력]보다 낮아지게 된다. 결과적으로, 체크 밸브(42)의 밸브 본체(55)가 탄성적으로 개방되어 가스 통로(57)를 개방한다.
체크 밸브(42)의 밸브 본체(55)가 탄성 재료로 형성되어 있기 때문에, 밸브 본체(55)는 전술한 바와 같이 미세한 압력으로 탄성적으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 체크 밸브(42)의 1차측 압력(P7)[즉, 릴리프 밸브측의 가스 압력]이 체크 밸브(42)의 2차측 압력(P6)[즉, 프로판 전환 밸브측의 압력]보다 약간 높은 경우에도, 밸브 본체(55)는 적절하고 확실하게 동작할 수 있다.
가스 통로(57)가 전술한 바와 같이 개방됨에 따라, 프로판 가스가 도 11b에 도시된 바와 같이 가스 캐니스터(13)로부터 유출된다. 이와 같이 유출된 프로판 가스는 레귤레이터 유닛(41)의 프로판 레귤레이터(51)에 의해 예컨대 2.8 kPa의 미리 정해진 프로판 압력(P1)으로 조정된다. 미리 정해진 프로판 압력(P1)으로 조정된 프로판 가스는 화살표 L로 나타낸 바와 같이 체크 밸브(42)로 흐른다.
체크 밸브(42)로 흐른 프로판 가스는 화살표 M으로 나타낸 바와 같이 가스 통로(57)를 통하여 흐르고, 화살표 N으로 나타낸 바와 같이 프로판 전환 밸브(43)로 더 흐른다.
이어서, 프로판 가스는 화살표 O로 나타낸 바와 같이, 프로판 전환 밸브(43)로부터 프로판 셧오프 밸브(44)로 흐르고, 이로부터 화살표 P로 나타낸 바와 같이 공기-연료 혼합 수단(27)으로 더 흐른다.
다시 도 11a를 참조하면, 공기-연료 혼합 수단(27)은 프로판 가스와 공기를 혼합하고, 프로판 가스와 공기의 결과적인 혼합물은 화살표 Q로 나타낸 바와 같이 엔진 블록(24)[실린더(25)]의 연소실(26)에 공급된다. 이에 따라, 가스 엔진(11)[보다 구체적으로 크랭크샤프트(22)]은 프로판 가스와 공기의 혼합물이 연소실(26)에서 연소됨으로써 구동된다.
도 6, 도 10 및 도 11과 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 가스 연료 공급 장치(12)의 실시예에 따르면, 체크 밸브(42)의 밸브 본체(55)는 탄성 재료로 형성되어, 체크 밸브(42)의 1차측 압력(P7)[즉, 릴리프 밸브측 압력]이 체크 밸브(42)의 2차측 압력(P6)[즉, 프로판 전환 밸브측 압력]보다 약간 높은 경우에도, 밸브 본체(55)가 적절하고 확실하게 동작할 수 있다. 이에 따라, 체크 밸브(42)의 1차측 압력(P7)이 체크 밸브(42)의 2차측 압력(P6)보다 약간 높은 경우에도, 밸브 본체(55)의 확실한 작동을 통하여 가스 엔진(11)에 프로판 가스를 적절하게 공급할 수 있다.
본 발명의 가스 연료 공급 장치(12)는 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 변형할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예컨대, 상기 실시예의 가스 연료 공급 장치(12)는 가스 엔진(11)에 적용되는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명의 가스 연료 공급 장치(12)는 가스스토브 버너와 같은 다른 가스 연소 장치에 적용될 수도 있다.
또한, 상기 실시예의 가스 연료 공급 장치(12)는 2개의 카세트 가스 캐니스터[즉, 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)]를 사용하는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 하나의 카세트 가스 캐니스터만을 사용할 수도 있고, 3개의 카세트 가스 캐니스터와 같이 다른 복수의 카세트 가스 캐니스터를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 실시예의 가스 연료 공급 장치(12)는 부탄 가스가 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)에 수용되어 있고 프로판 가스가 가스 캐니스터(13)에 수용되어 있는 경우와 관련하여 위에서 설명되어 있지만, 이들 이외의 다른 원하는 타입의 가스를 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15)와 카스 캐니스터(13)에 수용할 수도 있다.
또한, 가스 엔진 시스템(10), 가스 엔진(11), 가스 연료 공급 장치(12), 가스 캐니스터(13), 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터(14, 15), 프로판 가스 연료 공급 통로(34), 부탄 가스 연료 공급 통로(35), 체크 밸브(42), 프로판 전환 밸브(43), 부탄 전환 밸브(46), 밸브 본체(55), 밸브 시트(56), 가스 통로(57) 등의 형상 및 구성은 전술한 것으로 한정되지 않고, 필요에 따라 변형될 수도 있다.
본 발명의 기본 원리는, 복수 타입의 가스 연료를 전환시키면서 사용 압력이 상이한 복수 타입의 가스 연료를 가스 연소부에 공급할 수 있는 가스 엔진에 적용하기에 특히 적합하다.
10 : 가스 엔진 시스템, 11 : 가스 엔진, 12 : 가스 연료 공급 장치, 13 : 가스 캐니스터, 14, 15 : 제1 및 제2 카세트 가스 캐니스터, 34 : 프로판 가스 연료 공급 통로, 35 : 부탄 가스 연료 공급 통로, 42 : 체크 밸브, 43 : 프로판 전환 밸브, 46 : 부탄 전환 밸브, 55 : 밸브 본체, 56 : 밸브 시트, 57 : 가스 통로

Claims (3)

  1. 가스 연소 장치(11)에 가스 연료를 공급하기 위한 가스 연료 공급 장치(12)로서,
    사용 압력이 상이한 복수 타입의 가스 연료를 각각 수용하는 복수의 가스 용기(13, 14, 15)에 부착되는 가스 용기 부착 수단으로서, 상기 가스 용기 부착 수단에 부착된 상기 복수의 가스 용기가 대응 가스 연료 공급 통로(34, 35)에 연통하여 대응 가스 연료 공급 통로(34, 35)를 통하여 가스 연소 장치에 가스 연료를 공급하고, 소정의 사용 압력을 갖는 가스 연료용의 가스 연료 공급 통로(34)와 상기 소정의 사용 압력을 갖는 가스 연료보다 높은 사용 압력을 갖는 가스 연료용의 가스 연료 공급 통로(35)가 가스 연소 장치의 상류의 위치(37)에서 합류하는 것인 가스 용기 부착 수단(31, 32)과,
    가스 연료 공급 통로(34, 35)에 설치되고, 가스 연소 장치에 공급되는 가스 연료를 상기 복수 타입의 가스 연료 사이에서 전환시킬 수 있는 전환 수단(43, 46)과,
    상기 소정의 사용 압력을 갖는 가스 연료를 수용하는 가스 용기에 대응하여 가스 연료 공급 통로(34)에 설치되는 체크 밸브로서, 상기 높은 사용 압력을 갖는 가스 연료가 가스 연소 장치(11)에 근접한 체크 밸브의 하류측으로부터 가스 용기 부착 수단(31)에 근접한 체크 밸브의 상류측으로 흐르는 것을 방지하는 것인 체크 밸브(42)
    를 포함하는 가스 연료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 사용 압력을 갖는 가스 연료용의 가스 연료 공급 통로(34)에 있어서 체크 밸브(42)와 가스 용기 부착 수단(31, 32) 사이에 설치되는 릴리프 밸브(52)를 더 포함하는 가스 연료 공급 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 체크 밸브(42)는 밸브 시트(56)와, 밸브 시트(56) 상에 장착되고 탄성 재료로 돔형으로 형성되는 밸브 본체(55)와, 밸브 시트를 관통하여 형성된 가스 통로(57)를 포함하고, 상기 가스 통로(57)는 상기 높은 사용 압력을 갖는 가스 연료가 체크 밸브(42)의 하류측으로부터 체크 밸브(42)의 상류측으로 흐르는 것을 방지할 수 있도록 밸브 본체(55)에 의해 상시 폐쇄되는 것인 가스 연료 공급 장치.
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