KR101257713B1

KR101257713B1 - 벤트 밸브

Info

Publication number: KR101257713B1
Application number: KR1020120048398A
Authority: KR
Inventors: 김휘태; 윤종복; 곽주환; 명태식
Original assignee: 김휘태
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-04-24

Abstract

본 발명은 벤트 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형 여객기, 무인 항공기, 회전 익기(헬리콥터), 고정 익기 등과 같은 항공기의 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브로서, 특히 연료 탱크 내 연료의 수위에 민감하게 반응하여 개폐를 조절할 수 있도록 하는, 항공기용 연료 탱크의 벤트에 사용할 수 있는 벤트 밸브를 제공함에 있다.

Description

벤트 밸브 {Vent valve}

본 발명은 벤트 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형 여객기, 무인 항공기, 회전 익기(헬리콥터), 고정 익기 등과 같은 항공기의 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 소형 여객기, 무인 항공기, 회전 익기(헬리콥터), 고정 익기 등(이하 항공기로 통칭)을 구동하기 위해서 항공유 등과 같은 화석 연료를 사용한 내연 기관이 사용되며, 따라서 항공기에는 항공유 등과 같은 연료를 저장하는 연료 탱크가 필수적으로 구비된다. 항공기의 연료 탱크에는, 연료를 급유하거나, 배유하거나, 수위를 측정하거나 하는 등의 여러 기능을 하기 위한 다양한 밸브들이 구비된다.

도 1은 항공기 연료 탱크에 구비되는 여러 종류의 밸브들을 간략하게 도시한 것이다. 항공기의 연료 탱크는 도 1에 간략히 도시되어 있는 바와 같이, 여러 칸(shell)으로 구분되어 이루어져, 주로 사용되는 칸(main shell)의 수위를 다른 칸의 수위보다 높게 유지하는 등의 수위 제어가 이루어지도록 하는 것이 일반적이다. 급유(refuel)란 말 그대로 연료 공급원으로부터 연료 탱크에 연료를 넣어주는 것을 말한다. 또한 배유(defuel)란 연료 탱크로부터 연료를 빼내는 것을 말하는데, 일반적으로 자동차 등과 같은 경우에는 이러한 배유 기능이 거의 필요치 않으나, 항공기 운용에 있어 중량이 매우 중요한 고려 요소이기 때문에 항공기의 경우에는 배유가 필요한 경우도 있어, 항공기 연료 탱크에는 배유 기능이 반드시 필요하다. 따라서 항공기의 연료 탱크(10)에는, 도 1에 도시된 바와 같이 급유 및 배유 기능을 모두 수행할 수 있도록 이루어지는 급배유 밸브(1) 및 급유 기능을 수행하는 급유 밸브(2)가 구비된다.

한편 연료 탱크(10)에 차 있는 연료가 증발하거나 연료 내에 혼합된 습기 등의 이물질이 증발하는 등의 작용에 의하여 연료 탱크(10) 내에 증기가 차게 된다. 이러한 증기에 의하여 연료 탱크(10) 내 압력이 증가하는 것을 방지하기 위하여, 연료 탱크(10)에는 증기를 배출하는 벤트 밸브(3)가 구비된다.

또한, 연료 탱크(10) 내에 연료가 얼마나 차 있는지를 감지하는 것이 중요하므로, 연료 탱크(10)에는 고수위 밸브(4)가 구비된다. 이러한 고수위 밸브(4)는 단순히 수위 측정 역할을 하는 것뿐만이 아니라, 측정된 수위에 따라 다른 밸브들을 기계적으로 제어하는 데 사용될 수 있도록 이루어지기도 한다.

항공유는 그 사용 기종에 따라 다양하게 이루어지는데, 일반적으로 경유나 등유와 유사한 물성을 가진다. 경유 등의 경우 수분과 같은 이물질이 일부 혼합되어 있는 경우가 많은데, 자동차의 경우에는 주변 환경의 온도 변화가 그렇게 급격하게 일어나지 않기 때문에 이러한 수분이 치명적인 문제가 되지는 않는다. 그러나 항공기의 경우에는 고도의 변화에 따라 온도가 매우 급격하게 변화하며, 따라서 수분과 같은 이물질이 연료에 혼합되어 있을 경우 치명적인 오작동을 일으킬 우려가 있다. 이러한 문제 때문에 항공유로 사용되는 연료는 이물질이 최대한 혼합되어 있지 않도록 생산되며, 연료 내에 일부 혼합되어 남아 있는 수분도 항공기의 유지 관리 시에 제거해 주어야 한다. 이를 위하여 항공기의 연료 탱크(10)에는 연료 탱크(10) 하부로 모이는 수분을 빼내어 제거해 줄 수 있도록 하는 드레인 밸브(5)가 구비된다.

상술한 바와 같이 항공기의 연료 탱크에는 다양한 기능을 하는 밸브들이 구비되는데, 이러한 밸브들은 각각의 기능을 잘 수행할 수 있어야 하는 바, 응답성이 높을수록 좋다. 또한, 항공기의 경우 안전성이 특히 중요하기 때문에 오작동의 우려가 적어야 하고, 더불어 항공기의 특성상 가능한 한 중량이 적게 나갈수록 유리하다. 특히 항공기의 경우에는 고도 변화에 따라 온도 등과 같은 주변 환경의 변화가 급격하고, 기울어진 각도로 비행하는 등의 동작에 따라 작동 환경의 변화폭 또한 자동차 등에 비해 훨씬 크기 때문에, 이러한 경우에도 잘 작동될 수 있어야 한다.

앞서 설명한 기술들 중 벤트 밸브에 대하여 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 벤트 밸브는 앞서 간략히 설명한 바와 같이 연료 탱크 내 압력을 조절하기 위하여 연료 탱크 내 증기를 외부로 배출하기 위한 것으로, 말하자면 연료 탱크 내부와 외부 대기를 연통시켜 주는 밸브이다. 즉 벤트 밸브는 평상시에 열려 있는 상태를 유지하게 된다. 다만, 연료 탱크 내 연료가 고수위일 경우 흔들림에 의하여 넘치거나, 연료 탱크가 기울어져 벤트 밸브 위치까지 연료 수위가 올라가는 등의 경우에개방되어 있는 벤트 밸브를 통해 연료의 누출이 발생되는 것을 방지하기 위해, 이러한 경우에는 그 상태를 감지하여 폐쇄되도록 이루어져야 한다.

자동차 등의 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브의 경우, 자동차의 구동 환경을 고려하여 볼 때 자동차 자체의 기울어짐 정도나 가속 시 연료 수위의 기울어짐 정도 등이 별로 크지 않다. 그러나 항공기의 경우 자동차에 비하여 기체 자체의 기울어짐 정도가 훨씬 큰데, 예를 들어 거의 수평 방향으로 누운 정도의 각도로 비행하거나 거꾸로 비행하는 경우 등도 많다. 따라서 항공기에 구비되는 벤트 밸브의 경우 연료의 누출 가능성이 일반적인 경우에 비하여 훨씬 크며, 따라서 벤트 밸브 폐쇄가 필요한 환경을 보다 정확하고 신속하게 감지할 수 있어야 할 뿐 아니라, 벤트 밸브의 폐쇄 시의 기밀성도 보다 확실히 보장되어야 한다.

일본특허공개 제2003-097749호("전자식 유체 제어 장치", 2003.04.03)에는 스프링에 의하여 폐쇄된 상태가 유지되도록 된 밸브에 대해서, 코일 및 자기 부재를 이용하여 코일에 전류가 흐르면 전자기력에 의하여 스프링의 탄성력을 이기고 밸브가 개방될 수 있도록 함으로써, 코일에 흐르는 전류 양을 제어함으로써 밸브의 개폐 및 개방 정도를 조절할 수 있도록 하는 제어 장치가 개시되어 있다. 즉 이는 전자식 제어수단을 이용하는 것으로서, 밸브의 개방 정도를 매우 미세하게 조절 가능하다는 장점이 있다. 그런데 실질적으로 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브의 경우 이러한 개방 정도의 미세 조절까지의 제어는 전혀 필요치 않기 때문에 이러한 복잡한 장치를 구비하는 것은 경제적으로나 효율적으로 오히려 훨씬 불리할 수 있다. 뿐만 아니라 일반적으로 전자적인 제어 장치에 비하여 기계적인 제어 장치가 내구성 및 신뢰성이 높다는 점 등을 고려할 때, 전자식 제어 원리를 이용하는 이러한 장치는 연료 탱크의 벤트 밸브로서 사용하기에는 매우 부적절하다.

한국특허등록 제1098380호("유류 저장 탱크용 압력 릴리프 밸브", 2011.12.19)에는 벤트 밸브로서의 용도로 사용되는 밸브의 구성이 개시된다. 상기 릴리프 밸브에서는 밸브체가 스프링의 탄성력 및 증기 또는 외기의 압력에 의하여 상하 이동할 수 있게 되어 있음으로써, 유류 저장 탱크 내 증기의 압력이 높을 경우 밸브체가 상승하여 증기가 외부로 빠져나가고, 외기의 압력이 높을 경우 밸브체가 하강하여 외기가 내부로 흘러들어올 수 있도록 되어 있다. 특히 이러한 릴리프 밸브의 주 역할은 증기를 외부로 빼내는 것이기 때문에, 외기가 유입될 때에는 스프링이 압축되었다가 외기 압력이 약해지면 스프링의 복원력에 의하여 밸브체가 상승하도록 하여, 즉 평상시에는 밸브체가 항상 상승해 있어서 증기가 원활하게 외부로 빠져나갈 수 있도록 구성된다. 그런데, 이러한 릴리프 밸브의 경우 지하에 매설되어 있는 등과 같이 매우 안정적으로 고정되어 있는 유류 저장 탱크에 구비되는 것으로, 더구나 이러한 유류 저장 탱크에서 매우 높이 뽑아올린 파이프 상에 연결되어 있어, 실질적으로 유류 저장 탱크 내 유류와 접촉할 가능성이 전무하다. 그러나 항공기 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브의 경우 앞서 설명한 바와 같이 단순히 증기를 뽑아내는 기능만이 아니라, 항공기가 크게 기울어져 비행하는 경우 등에 대하여 연료 탱크 내 연료가 벤트 밸브를 통해 누출되는 것을 막기 위하여 이러한 상황을 감지하고 벤트 밸브를 기민하게 폐쇄할 수 있는 기능이 반드시 필요하다. 상술한 바와 같은 유류 저장 탱크용 릴리프 밸브와 같은 구조의 경우, 연료의 누출을 막기 위한 밸브 폐쇄 기능이 전혀 구현되어 있지 않아, 항공기용 연료 탱크의 벤트 밸브로서 사용하기에는 역시 매우 부적절하다.

특히 항공기용 연료 탱크에 사용되는 밸브의 가장 기본적인 조건은, (항공기 자체의 운용 특성상) 최대한 중량 및 부피가 적게 나가야 된다는 점이다. 이를 위해서는 부품 수를 최소화하고 불필요한 중량 및 부피를 최대한 줄이는 설계가 필요한데, 위에 언급한 밸브들 등의 경우 이러한 점에서 기본적인 조건을 전혀 충족하지 못한다.

1. 일본특허공개 제2003-097749호("전자식 유체 제어 장치", 2003.04.03) 2. 한국특허등록 제1098380호("유류 저장 탱크용 압력 릴리프 밸브", 2011.12.19)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브로서, 특히 연료 탱크 내 연료의 수위에 민감하게 반응하여 개폐를 조절할 수 있도록 하는, 항공기용 연료 탱크의 벤트에 사용할 수 있는 벤트 밸브를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 벤트 밸브는, 연료 탱크 상에 구비되어 벤트(vent)를 수행하는 벤트 밸브(100)로서, 상측에 상부 유통로(111)가 형성되는 상부 하우징(110); 상기 상부 하우징(110)의 하측에 결합되며, 하측에 하부 유통로(121)가 형성되는 하부 하우징(120); 상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120)이 결합되어 만들어지는 내부 공간에 상기 상부 하우징(110) 또는 상기 하부 하우징(120) 내벽과 이격되어 고정 배치되며, 그 내부 공간을 상기 상부 유통로(111) 및 상기 하부 유통로(121)와 연통시키는 상부 연통로(131) 및 하부 연통로(132)가 형성되는 내부 하우징(130); 상기 내부 하우징(130)의 내부에 구비되되, 외측이 플로트 하우징(141)으로 둘러싸인 형태로 이루어져 상기 플로트 하우징(141)의 측벽이 상기 내부 하우징(130)의 내측 측벽에 지지 및 안내되어 상하 이동 가능하도록 구비되는 플로트(140); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤트 밸브(100)는 상기 플로트 하우징(141)의 하부에 탄성체 수용부(141a)가 형성되어, 일단은 상기 탄성체 수용부(141a)에 지지되고, 타단은 상기 내부 하우징(130)의 내측 하면에 지지되는 탄성체(133)가 상기 플로트(140) 하부에 구비되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 내부 하우징(130)은 하부가 꼭지점이 하측 방향을 향하는 원추형으로 형성되며, 상기 원추형 내부 공간에 볼(134)이 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 내부 하우징(130)은 상기 원추형 공간의 꼭지점을 중심으로 하여 마주보는 벽면 간의 각도가 0도 내지 90도 범위 내의 예각을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 내부 하우징(130)은 상기 원추형 공간의 내벽 바닥부에 상기 볼(134)이 안착 가능한 볼 섬프(135)가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벤트 밸브(100)는 상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120)이 나사 결합되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 벤트 밸브(100)는 상기 상부 하우징(110)의 일측에 형성된 통공 및 상기 하부 하우징(120)의 일측에 형성된 통공을 관통하는 와이어를 포함하여 이루어지는 보조 결합수단(105)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤트 밸브(100)는 상기 상부 하우징(110)과 상기 플로트(140)가 접촉되는 밀폐수단(112)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 밀폐수단(112)은 상기 상부 하우징(110)에 구비되는 오링(O-ring)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 플로트(140)는 평판 형태로 형성되어 상기 플로트(140)의 상면에 밀착 구비되는 상면부(142a) 및 상기 상면부(142a) 하측으로 돌출 형성되어 상기 플로트(140)에 삽입 고정되는 고정부(142b)를 포함하여 이루어지는 중량인가부(142)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또는 본 발명의 벤트 밸브(100)는, 연료 탱크 상에 구비되어 벤트(vent)를 수행하는 벤트 밸브(100)로서, 내부에 빈 공간이 형성되며, 상측에 상부 유통로(111)가 형성되고, 하측에 하부 유통로(121)가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내부 공간에 상기 하우징 내벽과 이격되어 고정 배치되며, 그 내부 공간을 상기 상부 유통로(111) 및 상기 하부 유통로(121)와 연통시키는 연통로가 형성되는 내부 하우징(130); 상기 내부 하우징(130)의 내부에 구비되되, 외측이 플로트 하우징(141)으로 둘러싸인 형태로 이루어져 상기 플로트 하우징(141)의 측벽이 상기 내부 하우징(130)의 내측 측벽에 지지 및 안내되어 상하 이동 가능하도록 구비되는 플로트(140); 를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 연료 탱크에 구비되는 벤트 밸브로서 평상시 연료 탱크 내 증기 배출 등이 원활하게 잘 이루어질 수 있도록 하면서도, 특히 항공기와 같이 작동 환경(기체의 기울어짐 등)의 변화가 극심한 환경에서 연료의 누출 방지를 확실하게 보장할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 상세히 설명하자면, 본 발명의 벤트 밸브는, 연료에 의한 잠김 정도에 따라 플로트 밸브체의 상승 또는 하강에 의하여 벤트의 개폐를 조절하게 되어 있는 구조에 있어서, 밸브 폐쇄에 필요한 연료 수위를 최소화함으로써 더욱 연료 누출 방지 효과를 향상시킨다.

또한 본 발명에 의하면, 플로트의 중량을 최소화하여 부력에 보다 민감하게 반응할 수 있도록 함으로써 응답성을 크게 향상시키는 효과 또한 있다. 더불어 본 발명은, 부력에 의한 플로트 상승에 따른 밸브 폐쇄 시 탄성력이 더 인가될 수 있도록 함으로써, 응답성을 더욱 향상시키고 밸브 폐쇄의 기밀성을 더욱 확실히 보장하는 큰 효과가 있다.

도 1은 일반적인 항공기용 연료 탱크 및 상기 연료 탱크에 구비되는 다양한 밸브들의 간략 구성도.
도 2는 본 발명의 벤트 밸브의 사시도.
도 3은 본 발명의 벤트 밸브의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 벤트 밸브의 연료 수위 상승 시 작동 단계도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 벤트 밸브의 기울어짐 시 작동 단계도.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 벤트 밸브를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 벤트 밸브의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 벤트 밸브의 단면도이다. 먼저 도 2 및 도 3을 통해 본 발명의 벤트 밸브(100)의 구성에 대하여 설명한다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 벤트 밸브(100)는 상부 하우징(110) 및 하부 하우징(120)이 상하로 결합되어 있는 형태로 형성된다. 상기 상부 하우징(110)의 상측에는 상부 유통로(111)가 형성되고, 상기 하부 하우징(120)의 하측에는 하부 유통로(121)가 형성되어 있다. 또한, 상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120)이 결합되어 만들어지는 내부 공간에 내부 하우징(130)이 구비되어 있다. 상기 내부 하우징(130)은 도시된 바와 같이 상기 상부 하우징(110) 또는 상기 하부 하우징(120) 내벽과 이격되어 고정 배치되는데, 이 때 상기 내부 하우징(130)에는 그 내부 공간을 상기 상부 유통로(111) 및 상기 하부 유통로(121)와 연통시키는 상부 연통로(131) 및 하부 연통로(132)가 형성되어 있다.

상기 벤트 밸브(100)는 연료 탱크의 천장 쪽 벽면 상에 구비되는 것으로, 즉 상기 하부 유통로(121)는 연료 탱크의 내부에, 상기 상부 유통로(111)는 연료 탱크의 외부에 노출되어 있다. 따라서 연료 탱크의 내부에 있는 기체가 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131) - 상부 유통로(111)를 순차적으로 통과하여 외부로 빠져 나갈 수 있게 된다.

평상시에는 이처럼 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131) - 상부 유통로(111)가 모두 개방되어 있어서 상기 벤트 밸브(100)를 통해 기체가 자유롭게 유통될 수 있도록 되어 있다. 따라서 연료 탱크 내 증기가 많아져서 압력이 높아지면 연료 탱크 내의 증기가 외부로 빠져나가고, 또는 연료 탱크 내 압력보다 외기 압력이 높으면 외기가 연료 탱크 내로 들어오게 된다.

이 때 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131) - 상부 유통로(111)의 연통된 유로 상으로는, 기체 뿐만 아니라 연료 또한 쉽게 유통될 수 있다. 따라서 앞서 설명한 바와 같이 연료 탱크 내에 채워져 있는 연료의 수위가 높을 때 항공기가 흔들린다거나, 또는 비행 중에 항공기의 기울어짐 각도가 커지는 등의 경우에, 이처럼 상기 벤트 밸브(100)가 개방되어 있으면 기체 뿐만 아니라 연료까지 상기 벤트 밸브(100)를 통해 누출될 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 벤트 밸브(100)에는, 연료의 수위가 어느 정도 이상이 되면 이를 감지하여 상기 벤트 밸브(100)를 폐쇄해 주기 위한 부품이 구비된다.

즉 상기 벤트 밸브(100)에는 상기 벤트 밸브(100)의 폐쇄를 위하여 상기 내부 하우징(130)의 내부에 플로트(140)가 구비된다. 상기 플로트(140)는 상기 내부 하우징(130) 내에서 상하 이동 가능하도록 구비되는데, 즉 연료의 수위가 올라가서 상기 플로트(140)가 연료에 잠기게 되면 상기 플로트(140)가 부력에 의하여 상승하며, 결국은 상기 상부 유통로(111)를 막아 줄 수 있게 된다. 이 때, 상기 플로트(140)의 상하 이동이 보다 유연하게 이루어질 수 있도록, 상기 플로트(140)는, 그 외측이 플로트 하우징(141)으로 둘러싸인 형태로 이루어져 상기 플로트 하우징(141)의 측벽이 상기 내부 하우징(130)의 내측 측벽에 지지 및 안내될 수 있게 형성된다.

일반적인 벤트 밸브의 경우 연료나 공기가 유통되는 경로 상에 플로트가 구비되어 있도록 하는 경우가 대부분이나, 본 발명의 벤트 밸브(100)에서는 상기 플로트(140)가 별도의 내부 하우징(130)으로 분리된 공간에 배치되도록 하고 있다. 이에 따라 본 발명에서는 연료나 공기의 유통 경로와 상기 플로트(140)의 동작 공간이 분리되며, 따라서 상기 플로트(140)의 동작이 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.

상기 상부 하우징(110)과 상기 플로트(140)가 접촉되는 부분에는 도 3에 도시된 바와 같이 밀폐수단(112)이 구비되어 있음으로써 기밀성을 높여 줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 밀폐수단(112)은 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 가장 바람직하게는 상기 밀폐수단(112)은 상기 상부 하우징(110)에 구비되는 오링(O-ring)일 수 있다. 물론 상기 플로트(140) 상에 립씰(lip seal)이 구비되도록 하는 등의 다른 구조를 도입할 수도 있겠으나, 상기 플로트(140)는 (이하 보다 상세히 설명하겠지만) 연료 수위가 높아졌을 때 상승함으로써 실질적으로 상기 벤트 밸브(100)의 폐쇄를 수행하는 부품으로서, 상기 플로트(140)에 불필요한 중량 증가 요소가 구비되는 것은 바람직하지 않다. 이에 따라 상술한 바와 같이 상기 밀폐수단(112)은 상기 상부 하우징(110)에 구비되는 오링인 것이 바람직한 것이다.

플로트가 연료에 잠김으로써 부력에 의해 상승할 수 있으려면, 플로트의 중량에 의해 하강하는 힘보다 부력에 의해 상승하는 힘이 커져야 된다. 부력에 의해 상승하는 힘은 플로트가 연료에 잠기는 부피가 커질수록 커지며, 따라서 플로트가 연료에 일정 정도 잠기게 되면 플로트의 상승이 시작된다. 일반적으로 이러한 원리를 사용하는 개폐 밸브에 구비되는 플로트의 경우, 플로트 부피의 70% 정도가 잠겨야 비로소 상승이 이루어지게 된다는 점이 잘 알려져 있다.

그런데 이처럼 플로트가 70% 정도 잠겨야만 폐쇄 동작이 시작되게 될 경우,아직 플로트가 완전히 상승하기 전(즉 완전히 밸브가 폐쇄되기 전)에 순간적으로 항공기가 흔들린다거나 하는 경우 연료가 튀어서 밸브를 통해 누출될 위험성이 커진다. 이에 따라 플로트가 연료에 덜 잠겨 있어도 밸브 폐쇄가 좀더 빨리 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성이 필요하다.

본 발명에서는 바로 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 플로트(140)의 하부에 탄성체(133)가 구비되도록 하여, 상기 플로트(140)가 부력 뿐만 아니라 상기 탄성체(133)의 탄성력에 의해서도 상승될 수 있도록 하는 구성을 도입한다. 보다 상세히 설명하자면, 상기 플로트 하우징(141)의 하부에 탄성체 수용부(141a)가 형성되도록 하여, 상기 탄성체(133)의 일단은 상기 탄성체 수용부(141a)에 지지되고, 타단은 상기 내부 하우징(130)의 내측 하면에 지지되도록 한다. 상기 탄성체(133)는 평상시에는 상기 플로트(140)의 중량에 의하여 눌려져 있는 상태로서, 즉 상기 탄성체(133)의 탄성력(즉 복원력)은 상기 플로트(140)를 상승시키려는 방향으로 작용하고 있다. 상기 플로트(140)는 부력 뿐 아니라 탄성력까지 부가되어 상승할 수 있게 되며, 다시 말해 상기 플로트(140)가 연료에 70%까지 잠기지 않아도 상기 플로트(140)의 상승 동작(즉 상기 벤트 밸브(100)의 폐쇄 동작)이 이루어지게 되는 것이다. 상기 탄성체(133)의 탄성계수 등에 따라 달라질 수 있겠지만, 본 출원인은 상기 플로트(140)가 연료에 30% 정도만 잠겨도 부력 및 탄성력의 합력에 의하여 상기 플로트(140)가 상승하여 상기 벤트 밸브(100)가 폐쇄됨을 시뮬레이션 등의 결과를 통하여 확인한 바 있다.

즉 본 발명의 벤트 밸브(100)는, 상기 플로트(140)의 하부에 상기 탄성체(133)를 구비시켜 줌으로써, 상기 플로트(140)가 부력 및 탄성력의 합력에 의하여 상승할 수 있도록 하여, 종래에 비해 연료 수위에 대하여 훨씬 민감하게 반응하여 밸브 폐쇄가 이루어질 수 있도록 한다. 물론 이에 따라 종래에 비하여 연료의 누출 위험성 역시 크게 줄일 수 있다.

이 때, 평상시에는 상기 플로트(140)가 상기 탄성체(133)를 자중에 의하여 눌러 주어 상기 벤트 밸브(100)의 개방 상태가 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해서는 상기 플로트(140) 자체의 중량, 상기 탄성체(133)의 탄성 계수 등을 조절하여 설계하면 되는데, 상기 플로트(140) 자체의 중량은 부피, 밀도 등에 의하여 결정되는 것으로 보통 그 부피는 어느 정도 고정적이기 때문에, 실질적으로 그 중량은 플로트 재질에 의하여 조절될 수밖에 없어, 중량의 조절이 그리 자유롭지는 못할 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 상기 벤트 밸브(100)의 개방을 유지시키기 위하여 적절하게 상기 탄성체(133)를 눌러주는 힘을 부가해 줄 수 있도록, 상기 플로트(140)에는 중량인가부(142)가 더 구비될 수 있다. 상기 중량인가부(142)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 평판 형태로 형성되어 상기 플로트(140)의 상면에 밀착 구비되는 상면부(142a) 및 상기 상면부(142a) 하측으로 돌출 형성되어 상기 플로트(140)에 삽입 고정되는 고정부(142b)를 포함하여 이루어지게 된다.

상기 중량인가부(142)는 알루미늄 등과 같은 재질로 될 수 있는데, 이처럼 상기 중량인가부(142)가 더 구비되면, 상기 플로트(140) 상승 시 결과적으로는 상기 상면부(142a)가 상기 상부 하우징(110) 내벽에 밀착 접촉되게 된다. 따라서 상기 중량인가부(142)가 더 구비됨으로써, (상대적으로 유연한 재질인 플로트(140)가 상기 상부 하우징(110) 내벽에 밀착 접촉되는 것보다) 좀더 기밀성을 향상시킬 수 있는 장점 또한 얻을 수 있다.

부가적으로, 상기 벤트 밸브(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120)이 나사 결합되어 이루어지도록 할 수 있는데, 이 때 외부로부터의 진동이나 충격 등에 의하여 나사 결합된 부분이 풀리게 되어 결합력이 약해질 우려가 있다. 이러한 문제를 피하기 위하여, 상기 벤트 밸브(110)에는 상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120) 간의 결합력을 좀더 상승시키기 위한 보조 결합수단(105)이 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 보조 결합수단(105)은 물론 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 그 한 실시예로서 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 와이어 결합 형태를 제시한다. 이 경우 상기 보조 결합수단(105)은, 상기 상부 하우징(110)의 일측에 형성된 통공 및 상기 하부 하우징(120)의 일측에 형성된 통공을 관통하는 와이어를 포함하여 이루어지는데, 즉 각각의 하우징(110)(120)에 형성된 각각의 통공을 와이어로 묶어 줌으로써, 상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120) 간의 결합력을 상승시켜 줄 수 있는 것이다.

이하에서, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c를 통해 여러 경우에 따라 상기 플로트(140)의 상승에 따른 상기 벤트 밸브(100)의 폐쇄 원리에 대하여 상세히 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 벤트 밸브의 연료 수위 상승 시 작동 단계도를 도시하고 있는데, 플로트 상승 전(도 4a) - 연료 수위 상승으로 인한 플로트 상승 및 밸브 폐쇄(도 4b)로 나누어 보다 상세히 설명한다.

도 4a는 플로트 상승 전 상태를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131) - 상부 유통로(111)가 모두 연통되어 있는 상태이므로, 연료 탱크 내 증기는 상기 연통되어 있는 유로를 통해 자유롭게 외부 대기로 빠져나간다(또는 외부 대기가 자유롭게 연료 탱크 내로 유입된다). 연료의 수위가 상승하게 되면 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132)의 연통된 유로를 통해 연료 또한 흘러들어오게 되며, 따라서 상기 플로트(140)가 하부에서부터 연료에 잠기게 된다. 상기 플로트(140)가 연료에 잠긴 만큼 상기 플로트(140)를 상승시키는 힘인 부력이 증가하며, 또한 상기 플로트(140)의 자중에 의하여 눌려 있던 상기 탄성체(133)의 탄성력(복원력)이 부력과 합쳐진다. 따라서 상기 플로트(140)는 부력 및 탄성력의 합력에 의하여 점차로 상승하게 된다.

도 4b는 연료 수위 상승으로 인한 플로트 상승 및 밸브 폐쇄 상태를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 플로트(140)가 부력 및 탄성력의 합력에 의하여 상승하다 보면, 상기 플로트(140)의 상면부가 상기 상부 하우징(110)의 내측 상부면과 접촉하게 된다. 따라서 상기 상부 유통로(121)의 입구가 막히게 되어, 결과적으로 상기 벤트 밸브(100)가 폐쇄된다. 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131)를 통해 연료의 수위가 상승해 있다 하더라도 상기 상부 유통로(121)가 막혀 있으므로, 상기 벤트 밸브(100)를 통한 연료의 누출이 발생하지 않게 된다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 벤트 밸브의 기울어짐 시 작동 단계도를 도시하고 있는데, 플로트 상승 전(도 5a) - 기울어짐으로 인한 플로트 상승 및 밸브 폐쇄(도 5b)로 나누어 보다 상세히 설명한다.

도 5a는 플로트 상승 전 상태를 도시하고 있다. 이 경우, 도 4a의 경우와 마찬가지로 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131) - 상부 유통로(111)가 모두 연통되어 있는 상태이므로, 연료 탱크 내 증기는 상기 연통되어 있는 유로를 통해 자유롭게 외부 대기로 빠져나간다(또는 외부 대기가 자유롭게 연료 탱크 내로 유입된다). 이 때 항공기 기체가 기울어지게 되면, 상기 벤트 밸브(100) 내로 연료가 들어와서 상기 플로트(140)가 연료에 잠기게 된다 하더라도 상기 플로트(140)에 작용하는 부력의 방향과 상기 벤트 밸브(100)를 폐쇄하기 위하여 상기 플로트(140)가 이동해야 하는 방향이 달라, 부력만으로는 상기 벤트 밸브(100)를 폐쇄할 수 없다.

도 5b는 기울어짐으로 인한 플로트 상승 및 밸브 폐쇄 상태를 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이 항공기 자체가 기울어지는 경우, 부력만으로는 상기 벤트 밸브(100)의 폐쇄가 불가능한 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 상기 벤트 밸브(100)에서는, 상기 내부 하우징(130)의 하부가 꼭지점이 하측 방향을 향하는 원추형으로 형성되며, 상기 원추형 내부 공간에 볼(134)이 구비되어 있도록 하는 구성을 채용하고 있다.

도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 이처럼 상기 내부 하우징(130)의 하부가 원추형으로 되어 있고 그 내부에 상기 볼(134)이 구비되어 있음으로써, 항공기 자체가 기울어지면 상기 볼(134)이 자중에 의하여 굴러가게 된다. 즉 상기 볼(134)은 항공기의 기울어짐에 따라 상기 내부 하우징(130)의 원추형 공간의 벽면을 따라 굴러가게 되는데, 결과적으로 상기 볼(134)은 상기 플로트(140)를 밀어올리게 된다. 따라서 상기 플로트(140)는 상기 볼(134)에 의해 밀림으로써 상기 플로트(140)의 상면부가 상기 상부 하우징(110)의 내측 상부면과 접촉하게 된다. 따라서 상기 상부 유통로(121)의 입구가 막히게 되어, 결과적으로 상기 벤트 밸브(100)가 폐쇄된다. 이에 따라 하부 유통로(121) - 하부 연통로(132) - 상부 연통로(131)를 통해 상기 벤트 밸브(100) 내에 연료가 채워져 있다 하더라도 상기 상부 유통로(121)가 막혀 있으므로, 상기 벤트 밸브(100)를 통한 연료의 누출이 발생하지 않게 된다.

이처럼 항공기 자체가 기울어질 때 상기 벤트 밸브(100)를 폐쇄하는 동작에 있어서, 상기 볼(134)이 항공기 자체의 기울어짐에 대하여 보다 민감하게 동작할 수 있도록 하기 위해서는, 상기 원추형 공간의 꼭지점을 중심으로 하여 마주보는 벽면 간의 각도(θ)가 0도 내지 90도 범위 내의 예각을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 이처럼 상기 원추형 공간의 벽면 간 각도가 예각을 이루도록 함으로써, 즉 기울어졌을 때의 경사면 각도가 크게 이루어지도록 해 줄 수 있어, 상기 볼(134)이 좀더 신속하게 잘 굴러가서 상기 플로트(140)를 밀어올려 줄 수 있게 된다.

한편, 항공기가 기울어지는 것은 아니지만 흔들림이 심하거나 할 경우, 상기 볼(134)이 이러한 항공기의 흔들림에도 모두 민감하게 반응하게 되면, 필요없는 경우에까지 상기 벤트 밸브(100)의 폐쇄가 발생하게 될 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위하여, 상기 내부 하우징(130)에는 상기 원추형 공간의 내벽 바닥부에 상기 볼(134)이 안착 가능한 볼 섬프(135)가 형성되어 있도록 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 볼 섬프(135)가 형성되어 있음으로써 상기 볼(134)이 어느 정도 이상의 기울어짐이 발생하기 전까지는 상기 볼 섬프(135)에 안정적으로 안착되어 있게 되어, 앞서 설명한 바와 같은 항공기의 흔들림이 발생하는 경우 등에서 불필요한 밸브 폐쇄가 이루어지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: 벤트 밸브 105: 보조 결합 수단
110: 상부 하우징
111: 상부 유통로 112: 밀폐수단
120: 하부 하우징 121: 하부 유통로
130: 내부 하우징 131: 상부 연통로
132: 하부 연통로 133: 탄성체
134: 볼 135: 볼 섬프
140: 플로트 141: 플로트 하우징
141a: 탄성체 수용부 142: 중량인가부
142a: 상면부 142b: 고정부

Claims

연료 탱크 상에 구비되어 벤트(vent)를 수행하는 벤트 밸브(100)로서,
상측에 상부 유통로(111)가 형성되는 상부 하우징(110);
상기 상부 하우징(110)의 하측에 결합되며, 하측에 하부 유통로(121)가 형성되는 하부 하우징(120);
상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120)이 결합되어 만들어지는 내부 공간에 상기 상부 하우징(110) 또는 상기 하부 하우징(120) 내벽과 이격되어 고정 배치되며, 그 내부 공간을 상기 상부 유통로(111) 및 상기 하부 유통로(121)와 연통시키는 상부 연통로(131) 및 하부 연통로(132)가 형성되는 내부 하우징(130);
상기 내부 하우징(130)의 내부에 구비되되, 외측이 플로트 하우징(141)으로 둘러싸인 형태로 이루어져 상기 플로트 하우징(141)의 측벽이 상기 내부 하우징(130)의 내측 측벽에 지지 및 안내되어 상하 이동 가능하도록 구비되는 플로트(140);
를 포함하여 이루어지며,
상기 플로트(140)는, 평판 형태로 형성되어 상기 플로트(140)의 상면에 밀착 구비되는 상면부(142a) 및 상기 상면부(142a) 하측으로 돌출 형성되어 상기 플로트(140)에 삽입 고정되는 고정부(142b)를 포함하여 이루어지는 중량인가부(142)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 1항에 있어서, 상기 벤트 밸브(100)는
상기 플로트 하우징(141)의 하부에 탄성체 수용부(141a)가 형성되어, 일단은 상기 탄성체 수용부(141a)에 지지되고, 타단은 상기 내부 하우징(130)의 내측 하면에 지지되는 탄성체(133)가 상기 플로트(140) 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 1항에 있어서, 상기 내부 하우징(130)은
하부가 꼭지점이 하측 방향을 향하는 원추형으로 형성되며, 상기 원추형 내부 공간에 볼(134)이 구비되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 3항에 있어서, 상기 내부 하우징(130)은
상기 원추형 공간의 꼭지점을 중심으로 하여 마주보는 벽면 간의 각도(θ)가 0도 내지 90도 범위 내의 예각을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 3항에 있어서, 상기 내부 하우징(130)은
상기 원추형 공간의 내벽 바닥부에 상기 볼(134)이 안착 가능한 볼 섬프(135)가 형성되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 1항에 있어서, 상기 벤트 밸브(100)는
상기 상부 하우징(110) 및 상기 하부 하우징(120)이 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 6항에 있어서, 상기 벤트 밸브(100)는
상기 상부 하우징(110)의 일측에 형성된 통공 및 상기 하부 하우징(120)의 일측에 형성된 통공을 관통하는 와이어를 포함하여 이루어지는 보조 결합수단(105)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 1항에 있어서, 상기 벤트 밸브(100)는
상기 상부 하우징(110)과 상기 플로트(140)가 접촉되는 밀폐수단(112)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
제 8항에 있어서, 상기 밀폐수단(112)은
상기 상부 하우징(110)에 구비되는 오링(O-ring)인 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.
삭제
내부에 빈 공간이 형성되며, 상측에 상부 유통로(111)가 형성되고, 하측에 하부 유통로(121)가 형성되는 하우징;
상기 하우징 내부 공간에 상기 하우징 내벽과 이격되어 고정 배치되며, 그 내부 공간을 상기 상부 유통로(111) 및 상기 하부 유통로(121)와 연통시키는 연통로가 형성되는 내부 하우징(130);
상기 내부 하우징(130)의 내부에 구비되되, 외측이 플로트 하우징(141)으로 둘러싸인 형태로 이루어져 상기 플로트 하우징(141)의 측벽이 상기 내부 하우징(130)의 내측 측벽에 지지 및 안내되어 상하 이동 가능하도록 구비되는 플로트(140);
를 포함하여 이루어지며,
상기 플로트(140)는, 평판 형태로 형성되어 상기 플로트(140)의 상면에 밀착 구비되는 상면부(142a) 및 상기 상면부(142a) 하측으로 돌출 형성되어 상기 플로트(140)에 삽입 고정되는 고정부(142b)를 포함하여 이루어지는 중량인가부(142)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 벤트 밸브.