KR101383736B1 - Lpg봄베밸브장치 - Google Patents

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    • F17C5/06—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases

Abstract

LPG봄베에 설치되며 내부에 LPG연료를 충전하는 메인유로 및 메인유로로부터 분기된 분기유로가 형성된 밸브바디;
상기 분기유로의 단부에 마련되고, LPG봄베 상부의 기상측으로 연료를 분무하는 분무홀이 형성된 분무부; 및
상기 분기유로 상에 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 분기유로를 개방하여 연료가 분무부측으로 이송될 수 있도록 하는 압력밸브;를 포함하는 LPG봄베밸브장치가 소개된다.

Description

LPG봄베밸브장치 {LPG BOMBE VALVE APPARATUS}
본 발명은 LPG연료를 사용하는 차량의 연료탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LPG봄베의 압력이 일정하게 유지하도록 하는 LPG봄베 밸브장치에 관한 것이다.
기존에는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 LPG차량은 LPG를 기화시켜 엔진에 공급했으나 동절기 시동불량 등의 원인을 개선하기 위하여 LPG연료를 인젝터에 의해 고압의 액상으로 직접 분사하는 LPI(Liquefied Petroleum Injection) 방식을 주로 이용한다.
이러한 방식은 LPG 연료를 재충전하는 도중 LPG봄베 내부 연료의 온도나 압력 또는 연료 조성에 급격한 변화가 생길 경우 캐비테이션현상(공동현상, cavitation)으로 인해 연료펌프가 흡입 능력을 상실할 수 있다.
이러한 단점을 개선하기 위해서 기존의 특허 KR10-2010-0097570 A "가스연료차량용 연료탱크 및 그의 연료충전방법"에서는 충전파이프의 선단에 형성되는 액상 토출구와 충전파이프의 상부에 형성되는 기상 토출구를 통해 연료를 동시에 충전하여 LPG봄베 내부의 기상측 압력을 일정하게 유지함으로써 기상측 압력 상승으로 인한 충전지연현상을 방지한다.
그러나, LPG연료에 프로판의 비율이 높거나 LPG봄베 압력 대비 흡입관로의 압력이 높은 상태에서 충전을 하는 등의 경우에는 충전 후 재시동 시 연료가 흡입관로로 유입이 원활하지 않아 시동 불량의 경우가 발생했다.
그러므로, 다양한 환경조건에서도 LPG봄베의 압력이 과다하게 상승하지 않도록 충전 연료를 액상 및 기상으로 적절히 분배하여 LPG봄베 내부의 압력을 적절히 조절하는 LPG봄베 밸브장치가 필요한 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2010-0097570 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다양한 환경조건에서도 LPG봄베의 압력이 과다하게 상승하지 않도록 충전 연료를 액상 및 기상으로 적절히 분배하여 LPG봄베 내부의 압력을 적절히 조절하는 LPG봄베 밸브장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LPG봄베밸브장치는 LPG봄베에 설치되며 내부에 LPG연료를 충전하는 메인유로 및 메인유로로부터 분기된 분기유로가 형성된 밸브바디; 상기 분기유로의 단부에 마련되고, LPG봄베 상부의 기상측으로 연료를 분무하는 분무홀이 형성된 분무부; 및 상기 분기유로 상에 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 분기유로를 개방하여 연료가 분무부측으로 이송될 수 있도록 하는 압력밸브;를 포함한다.
상기 메인유로의 단부에는 액상파이프가 형성되어 메인유로로부터 유입된 연료를 LPG봄베 하부의 액상측으로 토출할 수 있다.
상기 분무부는 엔진으로부터 잔여 연료가 리턴되는 리턴관과 연결되고, 리턴관에 마련된 제1체크밸브에 의해 엔진의 잔여 연료를 LPG봄베 상부의 기상측으로 이송할 수 있다.
상기 분무부는 하방으로 갈수록 넓게 형성되어 기화가 용이하게 형성될 수 있다.
상기 압력밸브의 내부에는 다이어프램이 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 다이어프램이 상측으로 이동하여 압력밸브가 개방될 수 있다.
상기 압력밸브의 내측에는 다이어프램이 파손될 경우 대기압과 소통하는 대기압소통부를 차단하는 제2체크밸브가 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 LPG봄베밸브장치에 따르면 충전 초기에는 액상파이프를 통해 LPG봄베의 액상측으로 연료를 토출시켜 LPG봄베의 압력을 일정압력까지 강제로 상승시키고, 일정압력 도달 이후에는 압력밸브를 개방하여 충전 연료의 일부를 기상측으로 분무함으로써 LPG봄베 내부의 압력이 일정압력 이상 상승하는 것을 방지한다. 이와같이 압력밸브를 반복적으로 개폐하여 LPG 봄베 내부의 압력이 급격히 저하되는 구간이 없도록 일정압력을 지속적으로 유지하여 충전 중 LPG봄베 압력의 과도한 상승을 방지하고, 충전 후 재시동성 측면에서 강건한 구조이며 LPG봄베 압력의 상승량을 압력밸브를 통해 기계식으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG봄베밸브장치를 장착한 모습을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 밸브장치를 A에서 본 모습을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 B-B선 단면도.
도 4는 도 3의 충전초기 연료의 흐름을 도시한 도면.
도 5는 도 3의 충전후기 연료의 흐름을 도시한 도면.
도 6은 압력밸브의 다이어프램 파손 시 연료의 흐름을 도시한 도면.
도 7은 도 2의 C-C선 단면도.
도 8은 도 7의 컷오프 시 컷오프로드와 회전식 캠의 형상을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 LPG봄베밸브장치의 충전 중 LPG봄베 내부의 압력 거동을 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LPG봄베밸브장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG봄베밸브장치를 장착한 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 밸브장치를 A에서 본 모습을 도시한 도면이며 도 3은 도 2의 B-B선 단면도로 LPG봄베(100)에 설치되며 내부에 LPG연료를 충전하는 메인유로(310) 및 메인유로(310)로부터 분기된 분기유로(330)가 형성된 밸브바디(300); 상기 분기유로(330)의 단부에 마련되고, LPG봄베(100) 상부의 기상측(V)으로 연료를 분무하는 분무홀(351)이 형성된 분무부(350); 및 상기 분기유로(330) 상에 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 분기유로(330)를 개방하여 연료가 분무부(350)측으로 이송될 수 있도록 하는 압력밸브(370);를 포함한다.
상기 메인유로(310)의 단부에는 액상파이프(390)가 형성되어 메인유로(310)로부터 유입된 연료를 LPG봄베(100) 하부의 액상측(L)으로 토출한다. 그러나 액상측(L)으로만 연료를 토출하게 되면, 연료 충전 중에 LPG봄베(100)의 압력이 점점 상승하기 때문에 일부를 기상측(V)으로 액상의 연료를 분무하여 액상의 연료가 기상측(V)에 분무되어 LPG봄베(100) 내부의 고온고압에 의해 기화되어 기화잠열을 흡수하여 온도를 낮춤으로써 LPG봄베(100)의 압력을 낮추도록 하기 위해 분무부(350)가 형성된다. 충전되는 연료 중 액상측(L)과 기상측(V)에 분무되는 연료의 비율을 사용환경에 따라 달라질 수 있으며 설계자가 적절하게 설계하는데, 통상 액상측(L)에는 충전연료의 90~95%가 토출되고, 기상측(V)에는 충전연료의 5~10%가 분무된다.
기상측(V)으로 충전연료의 일부를 분무하기 위해서 분기유로(330)의 단부에 형성된 분무부(350)는 하방으로 갈수록 넓게 형성된 나팔형상으로 형성되고 분무홀(351)이 형성되어 액상연료를 넓은 면적에 고르게 분무할 수 있어 기화가 더 쉽게 되도록 한다.
또한, 분무부(350)는 엔진(500)의 잔여 연료가 LPG봄베(100)로 리턴되는 리턴관(700)과 연결되어 평상 시에는 엔진(500)으로부터 잔여 연료가 리턴관(700)을 통해 리턴되게 된다. 리턴관(700)과 밸브바디(300)가 만나는 지점에는 제1체크밸브(710)가 형성되어 리턴관(700)에서 LPG봄베(100)로 이송되는 리턴 연료는 유입이 가능하지만, LPG봄베(100)의 연료가 엔진(500)으로는 유입되지 않도록 하며 엔진(500)으로부터 리턴관(700)을 통해 유입된 잔여 연료는 LPG봄베(100) 상부의 기상측(L)으로 분무된다.
상기 압력밸브(370)의 내부에는 다이어프램(371)이 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 다이어프램(371)이 상측으로 이동하여 압력밸브(370)가 개방되어 분무부(350)로 연료가 이송되게 된다. 상기 압력밸브(370)의 내측 다이어프램(371)이 파손될 경우 대기압과 소통하는 대기압소통부(373)를 차단하는 제2체크밸브(375)가 형성되어 LPG봄베(100)의 연료가 누설되는 것을 방지한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LPG봄베밸브장치에 따르면, 충전 초기에는 액상파이프(390)를 통해 LPG봄베(100)의 액상측(L)으로 연료를 토출시켜 LPG봄베(100)의 압력을 일정압력까지 강제로 상승시키고, 일정압력 도달 이후에는 압력밸브(370)의 다이어프램(371)이 상측으로 이동하여 분무부(350)로 통하는 유로를 개방하여 충전 연료의 일부를 LPG봄베(100)의 기상측(V)으로 분무하여 일정압력을 지속적으로 유지하여 충전 후 재시동성을 확보하고, 충전 중 LPG봄베(100)의 압력이 과다하게 상승하는 것을 방지한다.
도 4는 LPG봄베(100) 연료를 충전 할 때 충전 초기의 연료 흐름을 도시한 도면으로 LPG봄베(100)에 충전밸브를 통해 연료를 충전하게 되면, 밸브바디(300)를 통해 액상의 연료가 충전되게 된다. 밸브바디(300)에는 메인유로(310)와 메인유로(310)에서 분기된 분기유로(330)가 형성되어 각각으로 액상의 연료가 주입되게 되지만, 분기유로(330)는 압력밸브(370)에 의해 분무부(350)와 차단되어 있다.
압력밸브(370)는 일정압력 이상이 작용하여야 압력밸브(370)의 다이어프램(371)이 상측으로 이동하여 압력밸브(370)가 개방되도록 설정이 되어있는데, 설정압력은 설계자에 따라 혹은 환경에 따라 다르게 설계될 수 있다. 그러므로, 충전 초기에는 충전되는 액상 연료가 밸브바디(300)의 메인유로(310)를 통과하여 액상파이프(390)를 통해 LPG봄베(100)의 액상측(L)으로 모두 토출되게 되어 LPG봄베(100)의 압력은 점점 증가하게 된다.
도 5는 도 3의 충전 후기의 연료흐름을 도시한 도면으로 충전되는 액상 연료가 밸브바디(200)의 메인유로(310)를 통과하여 액상파이프(390)를 통해 LPG봄베(100)의 액상측(L)으로 전량 토출되어 LPG봄베(100)의 압력은 점점 증가하게 된다. 분기유로(330)에도 연료의 압력에 의해 점점 압력이 증가하여 압력밸브(370)에 설정된 압력 이상이 작용하게 되면, 압력밸브(370)의 다이어프램(371)이 상측으로 이동하여 압력밸브(370)가 개방되어 분기유로(330)의 단부에 형성된 분무부(350)로 일부 연료가 이동하여 분무홀(351)을 통해 LPG봄베(100)의 기상측(V)으로 분무되게 된다.
액상의 연료가 기상측(V)에 작은 알갱이의 형태로 분무되면 LPG봄베(100)의 고온고압에 의해 기화되게 되고, 기화잠열을 흡수하여 LPG봄베(100)의 압력이 낮아지게 된다. 계속해서 기상측(V)에 연료가 분사되게 되어 LPG봄베(100)의 압력이 일정압력 이하가 되면 압력밸브(370)의 다이어프램(371)이 하측으로 이동하여 압력밸브(370)가 폐쇄되어 분기유로(330)의 연료가 분무부(350)로 이동하지 못하게 된다. LPG봄베(100)의 압력에 따라 압력밸브(370)가 개폐를 반복하며 LPG봄베(100)의 압력을 일정하게 유지시킨다.
도 6은 압력밸브(370)의 다이어프램(371)의 파손 시 연료의 흐름을 도시한 도면으로 압력밸브(370)는 일정압력으로 설정되어야 하므로 대기압소통부(373)를 통해 대기와 연결되어 설치된다. 대기압소통부(373)에는 밸브바디(300)의 외부에서 내측으로 유입은 가능하지만 내측에서 외측으로는 유입이 되지 않도록 제2체크밸브(375)가 형성되어 있는데, 다이어프램(371)이 파손되면 LPG봄베(100)의 연료가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위해 제2체크밸브(375)가 작동하여 대기압소통부(373)를 밀폐한다. 또한, 리턴관(700)을 통해서도 엔진(500)으로 연료가 유출되지 않도록 제1체크밸브(710)가 형성되어 연료가 직접 송출되는 것을 차단하여 다이어프램(371)이 파손되더라도 외부로 연료의 누출 염려가 없게 된다.
도 7은 도 2의 C-C선 단면도이고, 도 8은 도 7의 컷오프 시 컷오프로드(CO)와 회전식 캠(CM)의 형상을 도시한 도면으로 LPG봄베(100)에 연료를 충전하기 시작하여 만충 시 컷오프(cut-off)를 시키도록 형성된 부분을 나타낸다.
밸브바디(300)의 연료유로를 지나 액상파이프(390)로 LPG봄베(100)로 연료가 충전되게되고, 연료가 점차 충전됨에 따라 연료게이지플로트(FL)가 상승하게 된다. LPG봄베(100) 내부의 연료의 양을 측정하는 플로트(FL)는 상부의 회전식캠(CM)과 랙앤피니언기어로 설계되어 플로트(FL)가 상하운동을 하면 회전식 캠(CM)은 회전운동을 하게 된다.
회전식 캠(CM)은 컷오프로드(CO)와 맞닿아 있는데, 컷오프로드는 연료유로의 체크밸브(CV)와 단부가 접촉되어 탄성적으로 유동하게 되어있다. 체크밸브(CV)는 충전 연료가 LPG봄베(100) 내부로는 이송되도록하나 반대로는 이송되지 못하도록 형성되며 탄성력으로 컷오프로드(CO)를 회전식 캠(CM)과 지속적으로 접촉하도록 한다.
연료가 만충되어 플로트(FL)가 상승하면 회전식 캠(CO)이 회전하여 컷오프로드(CO)와 도 8의 회전식 캠(CO)의 절단부(CT)가 맞닿게 되어 연료유로는 완전히 차단된다.
도 9는 본 발명의 LPG봄베밸브장치의 충전 중 LPG봄베 내부의 압력 거동을 도시한 도면으로 가로축은 충전 시간을 세로축은 LPG봄베 내부의 압력을 나타낸다.
충전 시간에 따라 충전 초기에는 액상측으로만 연료가 충전되어 LPG 봄베 내부의 압력이 상승하는데, 일정압력 이상이 되면 기상측으로도 연료가 분무되어 압력이 일정이하로 저하된 후 시간이 흐를수록 일정하게 적정 압력으로 유지되는 것을 볼 수 있다. 이것은 연료의 충전 시 LPG봄베의 압력이 급격하게 저하되는 구간이 없어 충전 후 재시동성 측면에서 강건한 구조이고, LPG봄베 압력의 상승량을 압력밸브를 통해 기계식으로 제어할 수 있어 충전 중 LPG봄베 압력의 과도한 상승을 방지하는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : LPG봄베 300 : 밸브바디
310 : 메인유로 330 : 분기유로
350 : 분무부 351 : 분무홀
370 : 압력밸브 371 : 다이어프램
373 : 대기압소통부 375 : 제2체크밸브
390 : 액상파이프 500 : 엔진
700 : 리턴관 710 : 제1체크밸브

Claims (6)

  1. LPG봄베(100)에 설치되며 내부에 LPG연료를 충전하는 메인유로(310) 및 메인유로(310)로부터 분기된 분기유로(330)가 형성된 밸브바디(300);
    상기 분기유로(330)의 단부에 마련되고, LPG봄베(100) 상부의 기상측(V)으로 연료를 분무하는 분무홀(351)이 형성된 분무부(350); 및
    상기 분기유로(330) 상에 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 분기유로(330)를 개방하여 연료가 분무부(350)측으로 이송될 수 있도록 하는 압력밸브(370);를 포함하는 LPG봄베밸브장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인유로(310)의 단부에는 액상파이프(390)가 형성되어 메인유로(310)로부터 유입된 연료를 LPG봄베(100) 하부의 액상측(L)으로 토출하는 것을 특징으로 하는 LPG봄베밸브장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분무부(350)는 엔진(500)으로부터 잔여 연료가 리턴되는 리턴관(700)과 연결되고, 리턴관(700)에 마련된 제1체크밸브(710)에 의해 엔진(500)의 잔여 연료를 LPG봄베(100) 상부의 기상측(L)으로 이송하는 것을 특징으로 하는 LPG봄베밸브장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분무부(350)는 하방으로 갈수록 넓게 형성되어 기화가 용이하게 형성된 것을 특징으로 하는 LPG봄베밸브장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력밸브(370)의 내부에는 다이어프램(371)이 마련되고, 분기된 지점측의 연료압력이 일정압력을 넘어서는 경우 다이어프램(371)이 상측으로 이동하여 압력밸브(370)가 개방되는 것을 특징으로 하는 LPG봄베밸브장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 압력밸브(370)의 내측에는 다이어프램(371)이 파손될 경우 대기압과 소통하는 대기압소통부(373)를 차단하는 제2체크밸브(375)가 형성된 것을 특징으로 하는 LPG봄베밸브장치.
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