KR101289910B1 - 휴대 장치용 소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템 및 증기 배출 제어 방법 - Google Patents

휴대 장치용 소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템 및 증기 배출 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 소형 엔진 가스 탱크용 연료 증기 배출 시스템은 탱크의 제작을 위한 재설계 또는 재정비를 필요로 하지 않는다. 신규한 필러 튜브는, 탱크가 충전되기 전에 튜브 내의 연료를 신속히 상승시켜서, 필러 캡이 교체될 때 작업자에게 연료 보급을 중단하고 탱크 내에 증기 돔을 유지시키는 것을 신호로 알리도록 설치되는 하단부를 구비한다. 증기 배출 밸브가 별도의 접근 개구에 배치되고, 플로트 작동식 롤오버 밸브를 구비한다. 배출 밸브는, 탱크 내에 소정의 정압에 도달하면 개방하고, 배출 밸브에 역류 진공 릴리프 밸브가 배치된다. 배출 밸브의 출구는 저장 캐니스터 또는 엔진 공기 입구에 연결되도록 의도된다.

Description

휴대 장치용 소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템 및 증기 배출 제어 방법{CONTROLLING VAPOR EMISSION IN A SMALL ENGINE FUEL TANK SYSTEM}
본 발명은 휴대용 발전 셋트, 원예용 트랙터, 잔디 깎는 기계 및 연료 탱크가 엔진상에 장착되거나 또는 엔진에 매우 인접하게 장착되는 다른 유사 장치와 같은 휴대용 장치에 사용되는 유형의 소형 엔진용의 연료 탱크 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 이러한 유형의 연료 탱크는, 필러 캡(filler cap)을 제거하고 주입구(pouring spout)를 갖는 용기로부터 연료를 주입하거나, 또는 깔때기를 사용하여 용기로부터 연료를 주입하는 것에 의해서 연료를 보급한다.
최근에, 소형 엔진 연료 시스템은 연료 증기 배출 제어에 대한 위임 요건에 지배되어 왔고, 그리고 엔진 작동 중과 엔진이 작동하지 않을 때 탱크로부터의 증기 배출을 방지하는 것이 요구되고 있다.
지금까지의 소형 엔진 연료 시스템은 연료가 회수됨에 따라 탱크에 보충 공기(make-up air)를 공급하기 위해 필러 캡에 개방 통기구를 갖는 탱크를 이용하여 왔지만, 그러한 탱크에서는 연료 증기가 대기중으로 빠져나간다.
소형 엔진용의 연료 탱크가 연료 증기를 방출하지 않는 요건을 충족시키기 위해서, 필러 캡은 연료 증기의 배출을 방지하도록 선택되어야만 한다. 필러 캡이 밀봉되면, 엔진 작동 중에 탱크에 보충 공기를 도입하기 위한 다른 설비가 마련되어야만 한다. 또한, 과압 완화를 위한 설비도 마련되어야 한다. 따라서, 소형 엔진 연료 탱크를 밀봉하는 방법 또는 수단을 마련하는 것 외에도, 보충 공기 및 과압 완화를 제공하고 탱크의 재설계 또는 재정비를 필요로 하지않고 비용면에서 효율적인 방식으로 실시하는 것이 요망되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 탱크의 외부로 연장되는 통로를 통하여 연료 증기의 흐름을 제어하는 탱크 내부의 연료 증기 배출 제어 밸브를 제공하는데, 이 밸브는 액체 연료가 탱크에서 빠져나가는 것을 방지하는 롤오버(rollover) 또는 업셋(upset) 밸브를 포함한다. 증기 배출 밸브는 소정의 정압에 도달할 때까지 탱크 내에 증기를 유지하는 헤드 밸브(head valve)를 포함하고, 배출 밸브는, 예컨대 탱크의 냉각에 의해서와 같이 탱크 내에서 발생하는 대기압보다 낮은 압력에서 또는 연료가 회수될 때 탱크에 보충 공기를 도입시키고 역류를 허용하는 진공 릴리프 밸브를 포함한다. 연료 증기 배출 통로는 증기 저장 장치 또는 엔진 공기 입구에 외부로부터 연결될 수도 있다. 본 발명은 작업자에게 소정의 충전 레벨에 도달하였음을 신호로 알리기 위하여 연료 보급 중에 튜브의 하단부에 도달할 때 필러 튜브(filler tube) 내의 연료를 신속히 상승시키도록 탱크 내의 소정 레벨 또는 깊이로 연장되는 필러 튜브를 기존의 연료 탱크에 설비하는 것을 포함한다. 이 장치는 과충전을 방지하고, 또한 증기 배출 밸브의 적절한 기능을 확보하기 위해 탱크내의 증기 돔(vapor dome)을 연료의 액체 레벨 위에 유지한다.
도 1은 본 발명의 필러 튜브 및 증기 배출 밸브가 설치된 소형 엔진 연료 탱크를 단면으로 도시하는 개략도로서, 증기 저장 장치 또는 변형예로서 엔진 공기 입구에 대한 접속부를 점선으로 도시한 도면,
도 2는 도 1의 증기 배출 밸브의 확대 상세도,
도 3은 증기 배출 밸브가 폐쇄된 상태의 도 2의 일부분의 확대도,
도 4는 증기 배출 밸브가 개방된 상태를 도시하는 도 3과 유사한 도면,
도 5는 진공 릴리프 밸브가 탱크 내의 진공에 응답하여 개방된 상태를 도시하는 도 3과 유사한 도면.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 소형 연료 탱크 조립체가 참조부호(10)로 일괄적으로 도시되어 있는데, 이 연료 탱크 조립체는 튜브의 외측 단부상에 수용된 증기가 스며들지 않는 제거 가능한 덮개(필러 캡; 16)를 갖는 신규한 필러 튜브(14)를 구비하는 현존하는 연료 탱크(12)를 포함하며, 튜브(14)의 하측 단부는 참조 부호(d)로 표시된 소정 깊이 또는 레벨로 탱크 내로 연장된다.
탱크 벽의 상측부에 별도의 접근 개구(18)가 형성되어, 이 접근 개구를 통해서 참조부호(20)로 일괄적으로 도시된 증기 배출 밸브가 삽입되며, 이 조합체는, 탱크 내로 연장되는 하측 하우징부(22) 및 상측 하우징부(24)를 구비하고, 상측 하우징부의 주위에는 탱크 벽에 부착되어 예컨대, 용접 등의 임의의 적절한 수단에 의해서 그 주위에 밀봉되는 외측방향 연장 플랜지(26)가 형성되어 있다.
하측 하우징부(22)의 내부에는 플로트(float)(28)가 배치되고, 이 플로트의 상단부에 플로트 작동 밸브(30)가 배치되며, 이 플로트 작동 밸브는 연료의 비산, 과충전 또는 탱크가 심하게 기울어지거나 역전되는 것에 기인하여 연료가 레벨(d) 위로 상승하는 경우에 폐쇄되고, 이 상태에서 플로트 작동 밸브(30)는 하측 하우징부(22)에 형성된 밸브 시트(32)상에 안착된다.
밸브 시트(32)는 확대 직경부(36)와 연통하는 배출 통로(34)의 하단부상에 형성되고, 확대 직경부(36)는 상측 하우징부(24)의 일부로서 형성될 수도 있는 부착 기구(40)를 통해 외측으로 연장되는 배출 통로(38)와 연통한다.
배출 통로의 확대 직경부(36)의 내부에 헤드 밸브(42)가 활주 가능하게 수납되는데, 이 헤드 밸브(42)를 관통하여 배출 통로(44)가 형성되고, 또 밸브 부재는 배출 통로(34)의 상단부에서 상측 본체에 형성된 시트 표면(48)상에 안착되도록 구성된 하측면을 갖는다. 헤드 밸브(42)가 도 3 및 도 5에 도시된 하부 위치에 위치하면, 배출 통로(34)를 통한 흐름은, 확대 직경부(36)가 아니라 통로(44)를 통해 전달되어야 한다.
헤드 밸브(42)의 내부에는 밸브 챔버(50)가 형성되어 있고, 배출 통로(38)와 연통하는 유동 통로(54)의 하단부상에서 밸브 챔버의 반전된 위치에 밸브 시트(52)가 형성되어 있다. 챔버(50) 내부에는 비교적 경량의 볼로 형성될 수도 있는 진공 릴리프 밸브(56)가 수납되고, 이 진공 릴리프 밸브는 밸브 시트(52)상에 안착되고 연료 탱크 내에 정압이 존재하면 유동 통로(54)를 폐쇄시킨다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 헤드 밸브(42)가 내부에서 활주하는 확대 직경부(36)에는, 헤드 밸브(42)가 상부 위치에 위치하여 시트 표면(48)상에 안착되지 않을 때, 증기를 배출 통로(38)와 연통하도록 통과시키기 위한 홈 또는 통로(60)가 형성되어 있다.
작동시에, 덮개(16)를 제거하고 필러 튜브(14)를 통해 탱크에 연료를 보급하는 상태에서, 충전을 계속하여 연료의 레벨이 높이(d)에 도달하면, 튜브(14) 내에서 연료 레벨이 급격히 증가하여, 사용자에게 탱크가 소정의 충전 레벨에 도달하였다는 시각적 통보를 한다. 필러 캡을 교체할 때의 연료보급 후에, 플로트 작동 밸브(30)가 밸브 시트(32)를 폐쇄시키도록 탱크가 직립 위치에 위치하거나 또는 실질적으로 기울어지지 않는 한, 탱크는 배출 통로(38)를 제외하고 밀봉된다.
탱크 내의 증기압이 실질적으로 대기압이거나 또는 대기압 보다 약간 높으면, 헤드 밸브(42)가 시트 표면(48)에 안착되고 소량의 증기만이 밸브 챔버(50)에 진입할 수 있고, 그리고 배출 통로(44)를 통한 흐름은 도 3에 도시된 바와 같이 진공 릴리프 밸브(56)를 밸브 시트(52)에 안착시켜 증기의 누출을 방지한다. 증기압이 증가함에 따라 헤드 밸브(42)가 도 4에 도시된 바와 같은 위치로 상측으로 이동하여, 통로(60)를 통해 배출 통로(38) 내로, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이 저장 장치(70) 또는 엔진 공기 입구(72)쪽으로의 증기의 통과를 가능하게 한다.
탱크가 급격히 냉각되어 탱크 내의 증기압이 대기압 이하로 떨어져서 탱크 내에 진공을 발생시키는 경우에, 진공 릴리프 밸브(56)는 밸브 시트(52)로부터 낙하하여 보충 공기를 탱크 내로 진입시킨다. 이 상태는 탱크로부터 연료가 회수될 때 발생할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
따라서, 본 발명은 현재의 요건을 충족시키도록 연료 증기 배출의 제어를 위해 현존하는 소형 엔진 연료 탱크를 수정하기 위한 설비 기술을 간단하고, 비교적 저렴하며 용이하게 한다. 본 발명은 증기 돔(vapor dome)을 유지하기 위해 탱크 내에 존재하는 필러 튜브를 증기 배출 제어/롤오버 밸브와 조합하여, 저장 장치 또는 엔진 공기 입구에 접속할 때, 연료 증기가 대기중으로 누출하는 것을 방지한다.
지금까지, 도시된 실시예에 대해서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 수정 및 변형이 가능하고, 하기의 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (23)

  1. 휴대 장치용 소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템에 있어서,
    (a) 휴대 장치의 소형 엔진에 사용하기 위한 실질적으로 증기 불투과성의 벽 구조체를 갖는 연료 탱크(12)와,
    (b) 상기 연료 탱크 내부로부터 증기를 수용하도록 배치되고, 배출 통로(38, 34)를 포함하여, 상기 연료 탱크 내의 연료 레벨이 소정의 레벨까지 상승하면 상기 배출 통로를 폐쇄시키도록 작동 가능한 증기 배출 밸브(20)와,
    (c) 상기 탱크의 벽을 통해 배치되며, 상기 탱크 내의 연료가 상기 소정의 레벨에 도달하였는지의 시각적 통보를 제공하도록 구성되는 필러 튜브(14)로서, 상기 필러 튜브의 하단부는 상기 증기 배출 밸브가 폐쇄되기 전의 연료보급 중에 탱크 내에서 상승하는 액체 연료에 의해 폐쇄되도록 상기 탱크 내의 소정 깊이(d)에 배치되어, 상기 연료 탱크 내에 증기 돔(vapor dome)을 형성하는, 상기 필러 튜브(14)와,
    (d) 정상 상태에서는 폐쇄되어서 상기 배출 통로내의 증기 유동을 차단하고, 상기 연료 탱크 내에서 소정의 증기의 정압(positive pressure)에서 개방하도록 작동할 수 있는 헤드 밸브(42)를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 배출 밸브는, 상기 헤드 밸브가 정상 폐쇄 위치에 있을 때, 제한된 유동을 허용하도록 상기 헤드 밸브를 우회하는 추출 포트를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브는, 상기 탱크 내에 대기압보다 낮은 압력의 발생시에 캐니스터(canister)로부터 탱크로의 증기의 역류를 허용하도록 작동이 가능한 진공 릴리프 밸브(56)를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브는 상기 증기 배출 밸브 내의 밸브 챔버(50) 내에 형성된 밸브 시트에 대해서 이동 가능한 구형 밸브 부재를 포함하는 진공 릴리프 밸브(56)인
    소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출 통로는 (a) 증기 저장 장치(70)와 (b) 엔진 공기 입구(72) 중 하나에 연결되는
    소형 엔진 연료 탱크 증기 배출 제어 시스템.
  7. 휴대 장치용 소형 엔진 연료 탱크로부터의 증기 배출을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 실질적으로 연료 증기를 투과시키지 않는 벽 구조체를 갖는 휴대 장치용 연료 탱크(12)를 형성하는 단계와,
    (b) 탱크 내의 연료 증기를 배출 통로(38)로부터 캐니스터까지 연통시키도록 증기 배출 밸브(20)를 배치하고, 탱크 내의 액체 연료가 소정의 레벨에 도달하면 배출 밸브를 폐쇄하는 단계와,
    (c) 상기 벽 구조체를 통해 필러 튜브(14)를 배치하고, 상기 튜브의 하단부를 탱크 내의 소정 깊이(d)에 배치하여 상기 배출 밸브가 폐쇄되기 전에 상기 탱크 내에서 상승하는 액체 연료에 의해 폐쇄되도록 하며, 상기 탱크에 증기 돔을 형성하고, 상기 탱크 내의 연료가 상기 소정의 레벨에 도달하였는지의 시각적 통보를 제공하는 단계와,
    (d) 상기 배출 밸브의 출구에 정상 상태에서 폐쇄된 헤드 밸브(42)를 배치하고, 증기압이 대기압 이상의 소정 레벨에 도달할 때까지 캐니스터(70)와 엔진 공기 입구(72) 중 하나쪽으로의 증기 유동을 방지하는 단계를 포함하는
    증기 배출 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브를 배치하는 상기 단계는, 상기 헤드 밸브를 제한된 유동으로 우회하기 위한 추출 통로를 형성하는 단계를 포함하는
    증기 배출 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브를 배치하는 상기 단계는, 진공 릴리프 밸브(58)를 배치하여 상기 탱크 내에 대기압보다 낮은 압력이 발생하고 상기 캐니스터로부터 상기 탱크로의 증기의 유동이 발생하면 상기 릴리프 밸브를 개방하는 단계를 포함하는
    증기 배출 제어 방법.
  10. 소형 엔진 연료 탱크내의 연료 증기의 배출을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 탱크의 벽을 통해 필러 튜브(14)를 배치하고 상기 튜브의 일단부를 상기 탱크 내에 연료를 충전할 때의 소정의 레벨(d)까지 연장시키는 단계와,
    (b) 증기를 배출하기 위한 증기 배출 밸브(20)를 배치하고, 상기 증기 배출 밸브를 폐쇄하기 위해 상승하는 연료 레벨에 응답하고, (a) 저장 캐니스터와 (b) 엔진 공기 입구 중 하나에 상기 증기 배출 밸브의 증기 출구를 연결하는 단계와,
    (c) 상기 증기 배출 밸브의 출구에 헤드 밸브(42)를 배치하여 대기압 이상의 소정의 최소값보다 작은 증기압에서 상기 헤드 밸브를 통과하는 배출 유동을 차단하는 단계를 포함하는
    연료 증기의 배출 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브를 배치하는 단계는, 진공 릴리프 밸브(56)를 배치하여 탱크 내에 대기압보다 낮은 압력이 발생하면 역류를 허용하는 단계를 포함하는
    연료 증기의 배출 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브를 배치하는 단계는, 상기 헤드 밸브가 폐쇄될 때 제한된 추출 유동을 위해 상기 헤드 밸브를 우회하는 추출 통로를 형성하는 단계를 포함하는
    연료 증기의 배출 제어 방법.
  13. 증기 저장 장치에 연결된 소형 엔진 연료 탱크에 증기 돔을 유지하기 위한 시스템에 있어서,
    (a) 일단부가 탱크 내의 소정 충전 깊이/레벨(d)로 연장되고 상기 탱크의 외부와 연통하는 일단부상에 사용자가 조작 가능한 덮개(16)를 갖는 필러 튜브(14)와,
    (b) 상기 탱크로부터 상기 증기 저장 장치까지의 증기 배출 경로를 규정하는 수단과,
    (c) 상기 증기 배출 경로 내에 배치되고, 소정의 임계값 이하로 유지되는 탱크 내의 증기압에 응답하여 증기 유동을 실질적으로 방지하도록 그리고 탱크 내의 증기압이 임계값에 도달하면 상기 증기 저장 장치로의 실질적인 증기 유동을 허용하도록 작동 가능한 압력 반응 수단으로서, 상기 덮개의 제거 및 상기 튜브를 통한 연료 보급시에 연료가 상기 소정 레벨에 도달하여 연료를 상기 탱크 내에서보다 상기 튜브 내에서 실질적으로 신속하게 상승시킴으로써, 충전 레벨의 시각적 통지를 제공하고 탱크 내에 증기 돔을 유지하는, 상기 압력 반응 수단을 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크에 증기 돔을 유지하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 압력 반응 수단은, 증기 유동을 방지하기 위해 시트 표면(48)상을 폐쇄하도록 이동 가능한 헤드 밸브(42)와, 제한된 추출 유동을 허용하기 위해 상기 밸브 부재를 우회하는 추출 통로를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크에 증기 돔을 유지하기 위한 시스템.
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 압력 반응 수단은 구형의 형상을 갖는 진공 릴리프 밸브(56)를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크에 증기 돔을 유지하기 위한 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 압력 반응 수단은 역류를 허용하는 진공 릴리프 밸브(56)를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크에 증기 돔을 유지하기 위한 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    연료의 레벨이 탱크 충전 레벨에 도달하면 상기 배출 경로를 차단하도록 작동 가능한 플로트 작동 밸브(30)를 더 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크에 증기 돔을 유지하기 위한 시스템.
  19. 소형 엔진 연료 시스템 내의 연료 증기 배출을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 일단부에 작동 가능한 덮개(16)를 갖는 필러 튜브(14)를 탱크상에 배치하고, 상기 일단부에 대향된 타단부를 상기 탱크 내의 소정의 충전 레벨/깊이(d)에 위치시켜, 상기 레벨/깊이(d)에 도달하면, 연료가 상기 탱크에서보다 튜브에서 더 신속하게 상승하도록 하여, 상기 탱크에 증기 돔을 형성하는 단계와,
    (b) 상기 탱크의 내부로부터 외부까지 증기 배출 유로를 형성하는 단계와,
    (c) 상기 증기 배출 유로 내에 정상 상태에서 폐쇄된 헤드 밸브(42)를 배치하여 상기 탱크 내의 증기압이 소정의 레벨에 도달하면 상기 헤드 밸브를 개방하는 단계를 포함하는
    연료 증기 배출을 제어하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 증기 배출 유로를 형성하는 상기 단계는, 상기 증기 배출 유로 내의 플로트 작동 밸브(30)를 상기 증기 배출 유로 내에서 상기 헤드 밸브(42)와 유체적으로 연속하여 배치하는 단계를 포함하는
    연료 증기 배출을 제어하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 헤드 밸브를 배치하는 상기 단계는 역류를 허용하는 진공 릴리프 밸브(56)를 배치하는 단계를 포함하는
    연료 증기 배출을 제어하는 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 증기 배출 유로를 형성하는 단계는 상기 탱크 내의 접근 개구(18)상에 배출 밸브를 부착하는 단계를 포함하는
    연료 증기 배출을 제어하는 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    (a) 저장 장치(70)와 (b) 엔진 공기 입구(72) 중 하나에 상기 증기 배출 유로를 연결하는 단계를 더 포함하는
    연료 증기 배출을 제어하는 방법.
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