KR101344050B1

KR101344050B1 - 레귤레이터

Info

Publication number: KR101344050B1
Application number: KR1020120027529A
Authority: KR
Inventors: 조충희; 조영재; 김영동; 김대성; 최석규
Original assignee: 주식회사 엑시언
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-12-24
Also published as: KR20130105979A

Abstract

본 발명의 레귤레이터는, 입구포트와 출구포트가 형성되는 바디; 상기 바디에 형성된 제1밸브시트의 개도량을 조절하는 밸브체; 상기 입구포트를 통해 유입된 가스의 압력이 작용하도록 상기 바디에 설치되며 상기 밸브체와 고정결합되는 피스톤; 상기 피스톤이 설치된 상기 바디의 개방된 단부를 마감하도록 상기 바디와 결합되는 커버; 상기 피스톤과 커버 사이에 개재되는 스프링; 상기 바디와 밸브체 사이에 개재되는 보조 스프링; 및 상기 바디에 형성된 제2밸브시트의 개도량을 조절하는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 밸브체와 피스톤에 의한 1차 감압과 솔레노이드 밸브에 의한 2차 감압에 의해 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구하는 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정함으로써, 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있음과 동시에 정밀하게 압력을 컨트롤할 수 있는 장점이 있다.

Description

레귤레이터{REGULATOR}

본 발명은 레귤레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정한 압력으로 2단계에 걸쳐 감압 조정하는 레귤레이터에 관한 것이다.

일반적으로, 레귤레이터는 입구 측에 형성된 고압의 가스압력을 소정의 압력으로 감압하여 출구 측으로 공급하는 장치이다.

이러한 가스 감압용 레귤레이터는 1단계 감압만을 수행하는데, 그 대표적인 구조가 하기 문헌 1에 개시되어 있다. 이하, 도 1을 참조하여 그 구성을 개략적으로 기술하도록 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 레귤레이터(10)는 제어용 밸브로부터 가스가 공급되는 가스공급구(6)와, 가스의 유입과 배출에 따라 팽창 및 수축하는 다이어프램(7)과, 상기 가스의 유입량을 조절하는 압력조절스크류(8a)와, 다이어프램(7)을 누르는 밸런스 스프링(8)과, 상기 다이어프램(7)의 하강시 작동되어 가스공급구(6)에 부설된 밸브(6a)를 개폐하는 레버(9)로 구성된다.

먼저, 고압의 연료가 가스공급구(6)의 단부에 설치된 밸브(6a)를 통해 내부로 유입되면 감압실 내의 압력이 상승하고, 이에 따라 다이어프램(7)이 위로 상승하게 된다.

이 경우, 다이어프램(7)의 상면에 설치된 밸런스 스프링(8)은 수축되고, 레버(9)의 하부에 장착된 메인스프링(9a)은 팽창되면서 가스공급구(6)의 상부에 형성된 밸브(6a)를 닫아 가스의 공급을 차단하게 된다.

이렇게 감압된 가스는 일측에 형성된 가스배출구(10a)를 통해 배출되고, 밸런스 스프링(8)의 탄성에 의해 다이어프램(7)이 하강하여 레버(9)를 하부로 작동시킴으로써 가스공급구(6)의 밸브(6a)를 개방시킴으로써 가스가 다시 공급되기 시작한다.

이와 같이, 밸브(6a)의 반복적인 개폐를 통해 고압의 연료가 감압된 상태로 다음 단계로 이동하게 된다.

그러나, 종래의 레귤레이터(10)에서는, 상당한 크기의 압력을 감압시키기 위해 감압실의 단면적이 커야만 했고 스프링의 스프링 상수도 큰 것을 채용해야만 했다. 이 경우, 전체 부피가 커지고 설치비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 단지 스프링과 다이어프램의 신축에 의해서만 감압되기 때문에, 입구압의 큰 변동에 따라 출구압의 변동폭을 작게 조절하는 데는 한계가 있을 수밖에 없었다.

[문헌 1] 한국등록실용신안 제0289663호(2002.09.04)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구되는 일정 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정함으로써, 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있음과 동시에 정밀하게 압력을 컨트롤할 수 있는 레귤레이터를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 감압이 이루어진 가스의 출구압력을 측정하여 원하는 가스의 압력과 유량을 자동으로 제어할 수 있는 레귤레이터를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 2차에 걸쳐 감압 중에 세팅 압력보다 초과하는 경우에도 정압을 유지하여 구동부품을 보호하는 레귤레이터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레귤레이터는, 입구포트와 출구포트가 형성되는 바디; 상기 바디에 형성된 제1밸브시트의 개도량을 조절하는 밸브체; 상기 입구포트를 통해 유입된 가스의 압력이 작용하도록 상기 바디에 설치되며 상기 밸브체와 고정결합되는 피스톤; 상기 피스톤이 설치된 상기 바디의 개방된 단부를 마감하도록 상기 바디와 결합되는 커버; 상기 피스톤과 커버 사이에 개재되는 스프링; 상기 바디와 밸브체 사이에 개재되는 보조 스프링; 및 상기 바디에 형성된 제2밸브시트의 개도량을 조절하는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디에는 가스의 출구압력을 측정하는 압력센서가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력센서에 의해 측정된 출구압을 상기 솔레노이드 밸브로 피드백(FEEDBACK)하여 상기 제2밸브시트의 개도량을 자동제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디에는 상기 입구포트로 유입된 고압가스의 유입을 개폐하는 컷오프밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디에는 제1밸브시트와 제2밸브시트를 연결하는 제1연결유로와 상기 제1연결유로와 피스톤이 설치된 감압실을 연결하는 바이패스 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디에는 제1밸브시트를 통과한 가스의 압력이 설정압력보다 높은 경우에 가스를 상기 바디의 외부로 배출하여 정압을 유지하는 릴리프밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 릴리프밸브는, 상기 바디에 형성되는 릴리프 밸브시트와, 상기 릴피프 밸브시트를 개폐하는 릴리프 밸브체와, 상기 릴리프 밸브체를 감싸도록 상기 바디와 결합하는 릴리프 본체 및 상기 릴리프 밸브체와 릴리프 본체 사이에 개재되어 상기 릴리프 밸브체를 릴리프 밸브시트 방향으로 이동하도록 탄성력을 인가하는 릴리프 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커버는 바디와 나사결합되어 상기 스프링의 탄성력을 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바디에는 온수니플이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레귤레이터에 따르면, 밸브체와 피스톤에 의한 1차 감압과 솔레노이드 밸브에 의한 2차 감압에 의해 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구하는 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정함으로써, 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있음과 동시에 정밀하게 압력을 컨트롤할 수 있는 장점이 있다.

또한, 압력센서에 의해 측정된 감압된 가스의 출구압을 솔레노이드 밸브로 피드백(FEEDBACK)하여 제2밸브시트의 개폐 및 개도량을 자동제어한다.

즉, 감압이 이루어진 가스의 출구압력을 측정하여 원하는 가스의 압력과 유량을 자동으로 제어한다.

또한, 바디와 나사 결합된 커버를 조정함에 따라 스프링의 탄성력을 조정하여 밸브체와 피스톤의 셋팅 압력을 자유롭게 조정할 수 있다.

또한, 온수니플이 구비되어 감압시 발생하는 온도저하에 따른 동작성 저하 및 파손의 위험을 방지한다.

또한, 릴리프 밸브에 의해 2차에 걸친 감압 중에 세팅 압력보다 초과하는 경우에도 정압을 유지하여 구동부품을 보호한다.

도 1은 종래의 가스 감압용 레귤레이터의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레귤레이터를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 도 2의 압력센서를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2의 릴리프밸브를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 레귤레이터를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이며, 도 4는 도 2의 압력센서를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2의 릴리프밸브를 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레귤레이터(A)는, 입구포트(110)와 출구포트(120)가 형성되는 바디(100)와, 상기 바디(100)에 형성된 제1밸브시트(130)의 개도량을 조절하는 밸브체(200)와, 상기 입구포트(110)를 통해 유입된 가스의 압력이 작용하도록 상기 바디(100)에 설치되며 상기 밸브체(200)와 고정결합되는 피스톤(300)과, 상기 피스톤(300)이 설치된 상기 바디(100)의 개방된 단부를 마감하도록 상기 바디(100)와 결합되는 커버(400)와, 상기 피스톤(300)과 커버(400) 사이에 개재되는 스프링(500)과, 상기 바디(100)와 밸브체(200) 사이에 개재되는 보조 스프링(600) 및 상기 바디(100)에 형성된 제2밸브시트(140)의 개도량을 조절하는 솔레노이드 밸브(700)로 구성된다.

먼저, 상기 바디(100)는 커버(400)와 체결되어 감압 조정 기능을 수행하는 부품이 자리를 잡을 수 있도록 하는 하우징(Housing)의 역할을 담당하게 된다.

또한, 상기 밸브체(200)는 가스 압력 및 상기 스프링(500)에 의한 상기 피스톤(300)의 승,하강으로 상기 제1밸브시트(130)와 밸브체(200)의 간극을 형성하여 1차 감압이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 피스톤(300)은 공지된 레귤레이터의 다이어프램(Diaphragm)의 기능과 유사한 격막 역할을 수행하여 가스의 압력이 작용하여 상기 밸브체(200)를 이동시키는 역할을 담당하게 된다. 즉, 가스의 압력이 작용하여 밸브체(200)와 제1밸브시트(130)의 간극을 조정하게 된다.

한편, 상기 커버(400)는 피스톤(300)과 스프링(500)을 지지하게 된다.

또한, 상기 스프링(500)은 가스에 의해 피스톤(300)이 전달받은 힘을 지지하여 힘의 평행을 유지하며 이를 통해 1차 압력 셋팅(Setting)이 가능하게 된다.

구체적으로, 상기 커버(400)는 바디(100)와 나사결합되어 상기 스프링(500)의 탄성력을 조정할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 보조 스프링(600)은 밸브체(200)를 지지하는 역할을 담당하게 된다.

한편, 상기 솔레노이드 밸브(700)는 제1밸브시트(130), 밸브체(200), 피스톤(300)에 의해 1차 감압된 가스를 상기 제2밸브시트(140)의 개도 정도를 정밀하게 조정함에 따라 2차 감압을 하게 된다.

또한, 상기 바디(100)에는 가스의 출구압력을 측정하는 압력센서(710)가 더 구비되며, 상기 압력센서(710)에 의해 측정된 출구압을 상기 솔레노이드 밸브(700)로 피드백(FEEDBACK)하여 상기 제2밸브시트(140)의 개도량을 자동제어하게 된다.

구체적으로, 상기 압력센서(710)에서 측정된 값은 공지된 자동차의 ECU(미도시)로 전달되고, 상기 ECU(미도시)는 그 신호가 적정 압력인지를 연산하여 그 연산값을 다시 솔레노이드 밸브(700)로 피드백하여 정압을 유지하게 된다.

즉, 상기 압력센서(710)의 Duty 값에 의해 컨트롤 되는 솔레노이드 밸브(700)에 의해 자동 압력 제어를 통해 폭넓은 압력 컨트롤 변위를 가지며 상기 압력센서(710)의 신호를 ECU를 통해 받아 솔레노이드 밸브(700)가 제2밸브시트(140)의 변위 제어가 즉시 가능하여 압력 Drop 없어 늘 일정한 출구압력을 유지하게 된다.

이에 더해, 상기 압력센서(710)는 도 4와 같이 2차 감압되어 출구포트(120)로 배출되는 가스의 압력을 측정할 수 있는 위치에 설치된다.

그리고, 상기 바디(100)에는 상기 입구포트(110)로 유입된 고압가스의 유입을 개폐하는 컷오프밸브(800)가 더 구비된다. 이때, 상기 컷오프밸브(800)는 입구포트(110)에서 제1밸브시트(130)를 연결하는 유로 상에 설치되어 전기적 신호에 의해 유로를 개폐하게 된다.

한편, 상기 솔레노이드 밸브(700)와 컷오프밸브(800)는 공지된 솔레노이드밸브가 적용되어 구조 및 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 바디(100)에는 제1밸브시트(130)와 제2밸브시트(140)를 연결하는 제1연결유로(150)와 상기 제1연결유로(150)와 상기 피스톤(300)이 설치된 감압실(160)을 연결하는 바이패스 유로(170)가 형성된다.

그리고, 상기 바디(100)에는 도 5와 같이 제1밸브시트(130)를 통과한 가스의 압력이 설정압력보다 높은 경우에 가스를 상기 바디(100)의 외부로 배출하여 정압을 유지하는 릴리프밸브(900)가 더 구비된다.

구체적으로, 상기 릴리프밸브(900)는, 상기 바디(100)에 형성되는 릴리프 밸브시트(910)와, 상기 릴피프 밸브시트(910)를 개폐하는 릴리프 밸브체(920)와, 상기 릴리프 밸브체(920)를 감싸도록 상기 바디(100)와 결합하며 배출공(931)이 형성되는 릴리프 본체(930) 및 상기 릴리프 밸브체(920)와 릴리프 본체(930) 사이에 개재되어 상기 릴리프 밸브체(920)를 릴리프 밸브시트(910) 방향으로 이동하도록 탄성력을 인가하는 릴리프 스프링(940)으로 구성된다.

이에 따라, 설정압력보다 가스의 압력이 높은 경우 상기 릴리프 밸브체(920)는 릴리프 스프링(940)을 압축하며 릴리프 밸브시트(910)를 개방하여 가스가 배출되어 정압을 유지한 후 릴리프 밸브시트(910)는 폐쇄된다.

한편, 상기 바디(100)에는 온수니플(180)이 설치된다. 이에 따라, 상기 온수니플(180)을 통해 상기 바디(100)의 온수유로(미도시)로 온수를 순환시켜 가스의 감압시 발생하는 온도저하에 따른 동작성 저하 및 파손의 위험을 방지하게 된다.

본 발명에 따르면, 밸브체(200)와 피스톤(300)에 의한 1차 감압과 솔레노이드 밸브(700)에 의한 2차 감압에 의해 고압으로 압축된 가스를 엔진이나 시스템에서 요구하는 압력으로 2차에 걸쳐 감압 조정함으로써, 큰 폭의 감압비를 얻을 수 있음과 동시에 정밀하게 압력을 컨트롤할 수 있게 된다.

또한, 상기 압력센서(710)에 의해 측정된 감압된 가스의 출구압을 솔레노이드 밸브(700)로 피드백(FEEDBACK)하여 제2밸브시트(140)의 개폐 및 개도량을 자동제어한다.

또한, 상기 바디(100)와 나사 결합된 커버(400)를 조정함에 따라 스프링(500)의 탄성력을 조정하여 상기 밸브체(200)와 피스톤(300)의 셋팅 압력을 자유롭게 조정할 수 있다.

또한, 상기 릴리프 밸브(900)에 의해 2차에 걸친 감압 중에 세팅 압력보다 초과하는 경우에도 정압을 유지하여 구동부품을 보호한다.

이하, 본 발명에 따른 레귤레이터의 동작을 설명한다.

먼저, 입구포트(110)로부터 유입된 고압가스는 제1밸브시트(130)를 통해 유입되며, 이때 설정된 스프링(500)의 힘과 그에 반하는 가스의 압력이 피스톤(300)d에 전달되어 힘의 평행을 이루며 정압을 유지할 수 있다.

그리고, 설정된 입구 압력이 상승하게 되면 피스톤(300)은 상승하며 밸브체(200) 또한 상승하여 제1밸브시트(130)를 폐쇄하는 방향으로 이동하므로 가스의 압력이 낮아 지게 된다.

반면, 입구 압력이 설정압 보다 낮이 지게 되면 상기원리와 반대작용으로 밸브체(200)가 제1밸브시트(130)를 개방하는 방향으로 이동하여 출구압이 상승하게 된다.

이렇게 1차 감압되어진 가스는 제1연결유로(150)를 통해 제2밸브시트(140)로 유입된다.

이후, 압력센서(710)와 솔레노이드 밸브(700)에 의해 제2밸브시트(140)의 개도량을 조절하여 2차 감압이 이루어진다.

즉, 제2밸브시트(140)와 솔레노이드 밸브(700) 사이의 간격(gap)이 발생하여 최종적으로 감압이 이루어진다. 이와 같이 감압된 가스는 출구포트(120)를 통해 레귤레이터(A) 외부로 배출된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

A - 레굴레이터 100 - 바디
110 - 입구포트 120 - 출구포트
130 - 제1밸브시트 140 - 제2밸브시트
150 - 제1연결유로 160 - 감압실
170 - 바이패스 유로 180 - 온수니플
200 - 밸브체 300 - 피스톤
400 - 커버 500 - 스프링
600 - 보조 스프링 700 - 솔레노이드 밸브
710 - 압력센서 800 - 컷오프밸브
900 - 릴리프밸브

Claims

입구포트와 출구포트가 형성되는 바디;
상기 바디에 형성된 제1밸브시트의 개도량을 조절하는 밸브체;
상기 입구포트를 통해 유입된 가스의 압력이 작용하도록 상기 바디에 설치되며 상기 밸브체와 고정결합되는 피스톤;
상기 피스톤이 설치된 상기 바디의 개방된 단부를 마감하도록 상기 바디와 결합되는 커버;
상기 피스톤과 커버 사이에 개재되는 스프링;
상기 바디와 밸브체 사이에 개재되는 보조 스프링; 및
상기 바디에 형성된 제2밸브시트의 개도량을 조절하는 솔레노이드 밸브;를 포함하되,
상기 바디에는 가스의 출구압력을 측정하는 압력센서가 더 구비되고,
상기 압력센서에 의해 측정된 출구압을 상기 솔레노이드 밸브로 피드백(FEEDBACK)하여 상기 제2밸브시트의 개도량을 자동제어하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 바디에는 상기 입구포트로 유입된 고압가스의 유입을 개폐하는 컷오프밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항에 있어서,
상기 바디에는 제1밸브시트와 제2밸브시트를 연결하는 제1연결유로와 상기 제1연결유로와 피스톤이 설치된 감압실을 연결하는 바이패스 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항에 있어서,
상기 바디에는 제1밸브시트를 통과한 가스의 압력이 설정압력보다 높은 경우에 가스를 상기 바디의 외부로 배출하여 정압을 유지하는 릴리프밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 6항에 있어서,
상기 릴리프밸브는,
상기 바디에 형성되는 릴리프 밸브시트와, 상기 릴피프 밸브시트를 개폐하는 릴리프 밸브체와, 상기 릴리프 밸브체를 감싸도록 상기 바디와 결합하는 릴리프 본체 및 상기 릴리프 밸브체와 릴리프 본체 사이에 개재되어 상기 릴리프 밸브체를 릴리프 밸브시트 방향으로 이동하도록 탄성력을 인가하는 릴리프 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항에 있어서,
상기 커버는 바디와 나사결합되어 상기 스프링의 탄성력을 조정하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항에 있어서,
상기 바디에는 온수니플이 설치되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.