KR101455945B1 - 가스용 조압 밸브 - Google Patents

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유타카 스즈키
마코토 니노미야
쇼지 무라카미
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

고압의 연료 가스 환경 하에서도, 그 이차압을 보다 정확하게 목표 압력으로 조압 가능하고, 또한 대기 중으로의 연료 가스 누출을 방지할 수 있는 가스용 조압 밸브를 제공한다. 전자기식 조압 밸브(1)는, 밸브체(14)를 구비하고, 전자기 비례 솔레노이드(27)에 의해 밸브체(14)를 이동시켜 밸브 통로(13)의 개도를 조정하여 이차압(p2)을 목표 압력으로 조압한다. 하우징(12) 내에는, 압력 귀환실(24)이 형성되고, 밸브체(14)에는, 다이아프램 씰(19)이 설치되어 있다. 다이아프램 씰(19)은, 압력 귀환실(24)의 이차압(p2)을 수압하여 밸브체(14)를 폐쇄위치로 이동시킨다. 또한, 밸브체(14)와 하우징(12) 사이에는 베어링 부재(18)가 설치되고, 그 간극에 있어서 베어링 부재(18)에 의해 밸브 통로(13) 측에 고압 씰 부재(20)가 설치되고, 그것보다 베어링 부재(18) 측에 저압 씰 부재(21)가 설치되어 있다. 2개의 씰 부재(20,21) 사이에는, 이차 포트(12c)에 연결되어 있는 버퍼실(22)이 형성되어 있다.

Description

가스용 조압 밸브{PRESSURE-REGULATING VALVE FOR GAS}
본 발명은, 고압 연료 가스(gas)의 압력을 인가받는 인가 전압 또는 인가 전류에 따른 압력으로 조압(調壓)하는 가스용 조압 밸브(pressure-regulating valve for gas)에 관한 것이다.
연료 전지 자동차, 수소 엔진 자동차, 및 천연 가스 자동차 등, 수소 가스나 천연 가스 등의 연료 가스를 사용하는 청정 에너지(clean energy) 자동차가 알려져 있다. 이러한 청정 에너지 자동차는, 고압 탱크(tank) 및 인젝터(injector) 또는 전자기식 조압 밸브(electromagnetic pressure regulating valve)를 구비하고 있고, 고압 탱크에 저장되는 연료 가스를 인젝터 또는 전자기식 조압 밸브에 의해 연료 전지나 가스 엔진에 공급함으로써 움직이도록 되어 있다. 인젝터 및 전자기식 조압 밸브는, 연료 전지나 가스 엔진에 공급되는 연료 가스의 유량(또는 압력)을 조정할 수 있도록 되어 있고, 인젝터 또는 전자기식 조압 밸브에 의해 연료 가스의 유량(또는 압력)을 조정함으로써 연료 전지나 가스 엔진의 출력이 제어된다.
인젝터는, 그 분사 구멍을 폐쇄하거나 개방함으로써 연료 가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있고, 분사 구멍을 개폐하는 시간의 비, 요컨대 듀티비(duty ratio)에 따라 연료 가스의 유량을 변경한다. 인젝터의 상류측 압력과 출력측 압력의 차압이 크면, 인젝터의 분사 구멍을 개방했을 때 흐르는 연료 가스의 유량이 매우 커져 인젝터의 듀티비 변화에 대한 연료 가스의 유량 변화가 커진다. 특히, 소유량 영역(연료 전지 또는 가스 엔진이 저부하 상태)에서는, 유량 게인(gain)(연료 가스 유량을 듀티비로 나눈 값)이 커져 제어가 곤란해진다. 또한, 인젝터의 상류측 압력이 높아지면, 소유량에서부터 대유량의 듀티 제어 스팬(span)이 매우 좁아진다는 문제가 있다.
또한, 전자기식 조압 밸브는, 밸브 통로의 개도(개구 면적)를 조정함으로써 연료 가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 따라서 전자기식 조압 밸브의 상류측 압력이 높아지면, 해당 전자기식 조압 밸브 전후의 차압이 커지고, 개도를 조금씩 넓히는 것만으로도 흐르는 연료 가스의 유량이 크게 변화하여 밸브 통로의 개도 변화에 대한 연료 가스의 유량 변화가 커진다. 따라서 전자기식 조압 밸브도 인젝터와 마찬가지로, 소유량 영역(저부하 상태)에 있어서 연료 가스의 압력 제어가 매우 곤란하다.
이와 같은 곤란한 과제를 해결하기 위하여 특허문헌 1에 개시된 연료 전지 시스템에서는, 인젝터의 상류측에 2개의 레귤레이터(regulator)가 설치되어 있다. 2개의 레귤레이터는, 직렬적으로 배치되어 있고, 고압 탱크로부터 공급되는 수소 가스를 2단계로 감압하도록 되어 있다. 연료 전지 시스템에서는, 2개의 레귤레이터에 의해 인젝터의 상류압을 저압의 일정 압력 이하로 유지하고 인젝터 전후의 차압을 작게 하여 압력 제어성을 확보한다. 또한, 연료 전지 시스템에서는, 2개의 레귤레이터의 상류측에 차단 밸브를 구비하고 있고, 차단 밸브에 의해 수소 탱크와 연료 전지의 사이를 차단하여 수소 가스의 공급을 중지할 수 있도록 되어 있다.
일본 특허공개공보 특개 2007-188857호
특허문헌 1에 기재된 연료 전지 시스템에서는, 연료 가스의 압력을 다단계로 감압하기 위하여 복수의 레귤레이터가 필요하다. 그러나 복수의 레귤레이터를 설치하면, 구성 요소가 많아지고, 레귤레이터를 설치하기 위한 공간(space)이 필요하다. 이에 따라, 시스템 전체가 대형화되어 비용이 증가하거나 시스템 전체의 중량이 커지게 된다. 특히, 구성 요소의 공간이 한정되고, 경량화가 요망되는 자동차에서는, 전술한 시스템을 탑재하는 것이 바람직하지 않다.
또한, 복수의 레귤레이터를 설치함으로써 시스템계의 압력 손실이 커지기 때문에, 연료 전지 또는 가스 엔진의 최저 작동 압력에 대하여 고압 탱크의 사용 한계 압력을 조금 높게 설정해야 한다. 이에 따라, 고압 탱크 내에서 사용할 수 있는 연료 가스의 양이 레귤레이터를 설치하지 않은 경우에 비하여 적어져 자동자의 주행 항속 거리가 단축된다.
이와 같이, 복수의 레귤레이터를 추가하면, 다양한 불편함이 발생한다. 또, 전술한 바와 같이, 종래의 인젝터 및 전자기식 조압 밸브 단일체에서는, 그것들의 상류측 압력이 높을 때에 있어서, 저부하 상태에서 연료 가스의 압력을 제어하는 것은 곤란하다.
더욱이, 전자기식 조압 밸브 등의 씰(seal) 방식으로서 다이아프램(diaphragm) 방식을 사용하는 경우가 있는데, 다이아프램 씰(diaphragm seal)은 일반적으로 내압 강도가 낮기 때문에 고압의 연료 가스를 취급할 때, 다이아프램의 파손으로 인하여 연료 가스가 대기 중으로 누출될 우려가 있다. 이에 반하여, 오링(O-ring) 방식의 경우, 고압에서 예기치 못한 외적 요인으로 인하여 연료 가스가 대기 중으로 누출될 우려가 있다.
따라서 본 발명은, 고압의 연료 가스 환경에서도 그 이차압을 보다 정확하게 목표 압력으로 조압 가능하고, 또한 대기 중으로의 연료 가스 누출을 방지할 수 있는 가스용 조압 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 가스용 조압 밸브는, 일차 포트(port)와 이차 포트에 연결되는 밸브 통로를 갖는 하우징(housing)과, 상기 하우징 내에 설치되고, 상기 밸브 통로를 폐쇄하는 폐쇄위치와 상기 밸브 통로를 개방하는 개방위치 사이에서 이동하여 상기 밸브 통로의 개도를 조정하는 밸브체(valve body)와, 해당 밸브체를 폐쇄위치 방향으로 가압하는 복귀용 스프링과, 인가받는 인가 전압 또는 인가 전류에 따른 구동력을, 상기 복귀용 스프링의 가압에 대항하도록 상기 밸브체에 가하여 그 밸브체를 상기 개방위치 방향으로 이동시키는 밸브체 구동 수단을 구비하고, 상기 일차 포트를 통하여 상기 밸브 통로에 공급되는 고압 연료 가스의 압력을 상기 밸브체 구동 수단의 구동력에 따른 압력으로 조압하여 상기 이차 포트로부터 출력하는 조압 밸브에 있어서, 상기 하우징 내에 형성되고, 상기 이차 포트에 연결되는 압력 귀환실(pressure return chamber)과, 상기 압력 귀환실의 압력을 상기 구동력에 대항하는 방향으로 수압하고, 상기 압력 귀환실의 압력에 따라 상기 밸브체를 상기 폐쇄위치로 이동시키는 제1 씰 부재와, 상기 밸브체와 상기 하우징 사이의 간극에 개재하여 상기 밸브체를 슬라이딩 지지하는 베어링 부재(bearing member)와, 상기 베어링 부재보다 상기 밸브 통로 측에 설치되어 상기 간극을 밀폐하는 제2 씰 부재와, 상기 제2 씰 부재보다 더 상기 밸브 통로 측에 설치되어 상기 간극을 봉지하는 제3 씰 부재를 구비하며, 상기 제3 씰 부재와 상기 제2 씰 부재의 사이에는, 상기 이차 포트에 연결되어 있는 버퍼실(buffer chamber)이 형성되어 있는 것이다.
본 발명에 따르면, 밸브체 구동 수단의 구동력을 변경함으로써 밸브 통로의 개도를 변경하여 이차압을 조압할 수가 있다. 이 이차압은, 압력 귀환실에 인도되어 있고, 제1 씰 부재는, 압력 귀환실의 이차압을 수압하여 밸브체를 폐쇄위치로 이동시키도록 되어 있다. 이차압, 구동력, 및 복귀용 스프링에 의한 가압력 등, 밸브체에 작용하는 힘이 균형을 이룬 상태에서 이차압이 감소하면, 제1 씰 부재는, 밸브체를 개방위치 방향으로 이동시켜 밸브 통로의 개도를 넓히고 이차압을 승압시킨다. 이에 따라, 밸브체에 작용하는 힘이 균형을 이루는 상태로 되돌아간다. 이와 같이 균형을 이룬 상태로 되돌림으로써 이차압이 원래의 압력으로 되돌려진다. 요컨대, 이차압은, 밸브체 구동 수단의 구동력에 따른 일정 압력으로 되돌려져 일차압의 변동에 관계없이 상기 일정 압력으로 유지된다. 따라서 가스용 조압 밸브는, 압력 제어성이 높아 고압 연료 가스를 보다 정확하게 목표 압력으로 가변 조압할 수가 있다.
또한, 본 발명은, 제3 씰 부재보다 베어링 부재 측에 제2 씰 부재가 배치되어 있기 때문에, 제3 씰 부재로부터 연료 가스가 누출되어도 제2 씰 부재에 의해 베어링 부재 측에 연료 가스가 누출되는 경우가 없다. 나아가, 제3 씰 부재와 제2 씰 부재 사이에 버퍼실이 형성되고, 이 버퍼실이 이차 포트에 연결되어 있다. 따라서 제3 씰 부재로부터 연료 가스가 누출되어도 버퍼실에 들어가고 이차측으로 인도될 수가 있다. 이와 같이, 가스용 조압 밸브는, 제3 씰 부재로부터 누출된 연료 가스를 이차측으로 인도하는 안전 구조로 되어 있어 베어링 부재가 수용되는 공간이 외부와 연결되어 있어도 연료 가스가 외부로 방출되는 것을 방지할 수가 있다.
나아가, 본 발명에서는, 베어링 부재를 설치함으로써 밸브체를 원활하게 이동시키는 것이 가능하게 되어 목표 압력에 대한 추종성을 향상시킬 수가 있다. 그리고 간극에서, 베어링 부재보다 밸브 통로 측에 제2 씰 부재가 설치되어 있기 때문에, 연료 가스가 베어링 부재의 쪽으로 유입하는 경우가 없어 베어링 부재가 연료 가스에 노출되는 경우가 없다. 이에 따라, 연료 가스에 대한 내부식성이 없는 재료를 베어링 부재로 사용하는 것이 가능해져 선택할 수 있는 재료가 많아진다. 또한, 예를 들면 베어링 부재를 그리스(grease)로 윤활하였을 때에, 사용한 그리스가 연료 가스와 함께 이차 포트 측으로 유출하는 것을 방지할 수가 있다. 이에 따라, 밸브체의 원활한 이동을 실현함과 아울러 연료 가스에의 그리스 혼입을 방지할 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 이차 포트와 상기 압력 귀환실은, 압력 귀환 통로에 의해 연결되어 있고, 상기 압력 귀환 통로는, 상기 밸브체에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 하우징에 압력 귀환 통로를 형성할 필요가 없어져 하우징의 강성을 향상시키고, 또 연료 가스가 대기에 누출되는 것을 억제할 수가 있다.
또한, 본 발명의 다른 예로서, 상기 이차 포트와 상기 압력 귀환실은, 압력 귀환 통로에 의해 연결되어 있고, 상기 압력 귀환 통로는, 상기 하우징에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체에 통로를 형성할 필요가 없어지기 때문에, 밸브체의 직경을 작게 할 수가 있다. 이에 따라, 가스용 조압 밸브 자체를 소형화할 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 압력 귀환 통로는, 상기 버퍼실에도 연결되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 버퍼실에 누출된 연료 가스를 압력 귀환 통로에 의해 이차측으로 인도할 수가 있다. 이에 따라, 압력 귀환 통로와는 별도의 통로를 형성할 필요가 없어져 밸브체 및 하우징의 소형화를 도모할 수가 있다. 요컨대, 가스용 조압 밸브의 소형화를 도모할 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 하우징은, 상기 밸브체가 상기 폐쇄위치에 위치할 때에 안착하는 밸브좌부이며, 상기 개방위치방향에 대하여 직교하는 밸브좌면을 구비하는 밸브좌부를 구비하고, 상기 밸브체는, 상기 개방위치 방향에 직교하는 밸브체면에서 상기 밸브좌면에 안착하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브좌부의 밸브좌면 및 밸브체의 밸브체면이 모두 개방위치방향에 직교하고 있기 때문에 반복 사용하여 밸브좌부 또는 밸브체가 시간이 경과함에 따라 변형하여도 개방위치 방향으로 소성(塑性) 변형한다. 그러므로 반복 사용하여도 시트(seat) 직경이 거의 변하는 경우가 없어 조압 특성이 변화하지 않는다. 따라서, 신뢰성, 및 조압 특성의 안정성을 향상시킬 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 밸브 통로는, 상기 밸브좌부와 상기 밸브체 사이에 형성되는 오리피스(orifice)보다 하류측의 이차 포터에 연결되는 이차측 통로를 갖고, 상기 밸브체 구동 수단은, 상기 이차측 통로 밖에 위치하고 상기 밸브체가 끼워져 상기 밸브좌부와 반대측의 위치에 설치되고, 상기 구동력에 의해 상기 밸브체를 끌어올려 상기 개방위치방향으로 이동시킬 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체 구동 수단에 의해 상기 밸브체를 끼운채 밸브체면과 반대측에서 상기 밸브체를 끌어당겨 개방위치 방향으로 이동시킬 수 있는 풀(pull)형 구조로 가스용 전자기식 조압 밸브가 구성되어 있기 때문에, 밸브체의 밸브체면 측에 있는 이차측 통로 밖에 밸브체 구동 수단을 배치할 수가 있다. 이에 따라, 밸브체 구동 수단을 이차측 통로에 배치하여 밸브체를 개방위치방향으로 미는 것과 같은 푸시(push)형 구조의 전자기식 조압 밸브와 같은 이차측 통로의 유로 면적을 확보하면서 푸시형 구조의 전자기식 조압 밸브보다 오리피스의 직경(즉, 시트 직경)을 작게 할 수가 있다. 이와 같이 시트 직경을 작게 함으로써 밸브체의 스트로크(stroke)에 대한 밸브 통로 개도의 변화를 작게 할 수가 있다. 따라서 푸시형 구조의 가스용 전자기식 조압 밸브보다 밸브 통로 개도의 미세 조정을 할 수 있게 되어 가스용 전자기식 조압 밸브의 조압 정밀도의 안정성을 향상시킬 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 밸브좌부는, 상기 이차측 통로에 있어서 상기 일차 포트 측의 개구인 밸브구의 외연을 따라 형성되고, 상기 밸브체를 향하여 상기 개방위치 방향으로 돌출되어 있고, 상기 밸브체는, 상기 밸브좌부에 대향하는 위치에 시트 부재를 구비하고, 상기 시트 부재는, 그 일 표면이 상기 밸브체면을 이루고, 그 밸브체면에서 상기 밸브좌부의 꼭대기부(頂部)에 안착하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체는 이동 부재이기 때문에 안착 위치가 불규칙하지만, 밸브좌부가 돌출되어 있기 때문에 밸브체의 밸브체면을 넓게 함으로써 다소의 불규칙성이 있어도 밸브체를 밸브좌부에 확실하게 안착시킬 수가 있다. 또한, 밸브구의 외연을 따라 밸브좌부가 형성되어 있기 때문에 밸브구의 내경 치수와 밸브좌부의 내경 치수를 대략 일치시킬 수가 있다. 이에 따라, 필요한 유로 면적을 확보하면서 시트 직경을 작게 할 수 있어 가스용 전자기식 조압 밸브의 조압 정밀도의 안정성을 향상시킬 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 밸브체는, 상기 일차 포트의 일차압을 상기 개방위치의 쪽으로 수압하는 제1 수압면의 수압 면적과 상기 일차압을 상기 폐쇄위치 방향의 쪽으로 수압하는 제2 수압면의 수압 면적이 동일해지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체가 일차압으로부터 받는 작용력을 상쇄할 수가 있다. 이에 따라, 일차압의 변동으로 인한 이차압의 변동을 없앨 수가 있어 이차압의 압력 제어성을 더욱 향상시킬 수가 있다. 또한, 밸브체 구동 수단의 구동력을 작게 할 수가 있다. 그러므로 가스용 조압 밸브를 소형화할 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 밸브체는, 상기 일차 포트의 일차압을 상기 개방위치의 쪽으로 수압하는 제1 수압면의 수압 면적이 상기 일차압을 상기 폐쇄위치 방향의 쪽으로 수압하는 제2 수압면의 수압 면적보다 작아지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체가 일차압으로부터 폐쇄위치방향으로의 작용력을 받게 된다. 이에 따라, 일차압이 급격하게 변동하여 높아져도 밸브체가 개방위치의 쪽으로 이동하여 밸브 통로가 개방하는 것과 같은 경우가 없다. 또, 밸브체가 일차압으로부터 폐쇄위치 방향으로의 작용력을 받음으로써 밸브체 구동 수단이 작동하지 않을 때, 밸브가 폐쇄위치에 유지된다. 따라서 밸브 통로를 확실하게 폐쇄할 수 있어 밸브체 구동 수단이 작동하지 않을 때에 연료 가스가 일차측에서 이차측으로 누출되는 것을 방지할 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 압력 귀환실은, 상기 베어링 부재에 대하여 상기 제2 씰 부재와 반대측에 위치하여 있고, 상기 제1 씰 부재는, 상기 베어링 부재와 상기 압력 귀환실 사이에 위치하여 그것들의 사이를 막고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 압력 귀환실에 인도된 연료 가스가 베어링 부재의 쪽으로 유입하는 것을 제1 씰 부재에 의해 방지할 수가 있다. 이에 따라, 베어링 부재로 사용하는 재료의 선택이 증가하고, 베어링 부재를 그리스 윤활하여도 그리스가 연료 가스에 혼입하는 경우가 없다.
또한, 본 발명의 다른 예로서, 압력 귀환실은, 상기 밸브 통로와 상기 밸브체 구동 수단 사이에 위치하여 있고, 상기 제1 씰 부재는, 상기 밸브체 구동 수단과 상기 압력 귀환실 사이에 위치하여 그것들의 사이를 막고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체 구동 수단 측으로 연료 가스가 흐르는 것을 방지할 수가 있다. 이에 따라, 밸브체 구동 수단이 연료 가스에 노출되는 것을 방지할 수 있어 연료 가스가 부식성 유체인 경우, 밸브체 구동 수단의 구성 부재가 부식하는 것을 방지할 수가 있다. 또한, 밸브체 구동 수단을 대기 중에 배치하여도 연료 가스가 밸브체 구동 수단을 통하여 대기로 유출하는 것을 방지할 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 제1 씰 부재는, 다이아프램 씰이고, 상기 제2 씰 부재는, 마찰 저항이 작은 저압 씰(low-pressure seal)인 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 제1 씰 부재에 다이아프램 씰을 채용함으로써 제1 씰 부재에 의한 슬라이딩 마찰을 없앨 수가 있다. 또한, 제2 씰 부재에 마찰 저항이 작은 저압 씰을 채용함으로써 슬라이딩 마찰을 억제할 수가 있다. 이에 따라 밸브체를 원활하게 움직이게 할 수 있어 일차압이 변동하였을 때나 구동력을 변동하였을 때 등, 구동력에 따른 일정압으로 이차압을 재빠르게 조압할 수가 있다. 따라서 이차압의 응답성을 향상시킬 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 제3 씰 부재는, 마찰 저항이 작고, 게다가 시동 저항과 슬라이딩 저항의 차이가 작은 고압 씰(high-pressure seal)인 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체를 원활하게 움직이게 할 수가 있음과 아울러 밸브체의 응답성을 향상시킬 수가 있다. 또, 고압 씰이기 때문에, 일차압에 대한 내압 성능이 향상되어 일차 포트에서 공급되는 일차압의 한계 압력을 향상시킬 수가 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 밸브체 구동 수단에 인가되는 인가 전압 또는 인가 전류가 제로(0)일 때에는, 상기 복귀용 스프링에 의해 상기 밸브체를 상기 폐쇄위치로 하는 상시 폐쇄(normal close)형으로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 밸브체 구동 수단에 인가되는 인가 전압 또는 인가 전류를 차단함으로써 밸브 통로를 긴급 차단할 수가 있다.
본 발명에 따르면, 고압의 연료 가스 환경에서도 그 이차압을 보다 정확하게 목표 압력으로 조압 가능하고, 또한 대기 중으로의 연료 가스 누출을 방지할 수 있는 가스용 조압 밸브를 제공할 수가 있다.
도 1은, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브를 구비한 연료 가스 공급 시스템의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은, 제2 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 제3 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는, 제4 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은, 제5 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은, 제6 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 제7 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는, 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10은, 제9 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은, 제10 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12는, 제11 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 13은, 제12 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 14는, 제13 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 15는, 제14 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 16은, 제15 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 17은, 제16 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은, 제17 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 19는, 제18 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 20은, 제19 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 21은, 제20 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 22는, 제21 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 23은, 제22 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.
이하에서는, 전술하는 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 실시예 ~ 제22 실시예에 따른 조압 밸브(1, 1A ~ 1V), 및 이를 구비한 연료 가스 공급 시스템(2)을 설명한다. 또한, 실시예에 있어서, 상하, 좌우 및 전후 등의 방향 개념은, 설명의 편의를 위해 사용하는 것으로, 조압 밸브(1, 1A ~ 1V) 및 연료 가스 공급 시스템(2)에 관하여, 그것들의 구성의 배치 및 방향 등을 그 방향으로 한정할 것을 시사하는 것이 아니다. 또한, 이하 설명하는 조압 밸브(1, 1A ~ 1V) 및 연료 가스 공급 시스템(2)은, 본 발명의 일실시예에 불과하고, 본 발명은 실시예에 한정되지 아니 하고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 변경이 가능하다.
[연료 가스 공급 시스템]
연료 가스 공급 시스템(2)은, 수소 가스나 압축 천연 가스 등의 연료 가스가 고압으로 저장되는 고압 탱크(3)에 설치되어 있다. 연료 가스 공급 시스템(2)은, 연료 전지나 가스 엔진 등의 연료 가스 소비기에 연결되어 있고, 고압의 연료 가스를 원하는 저압으로 조압하여 연료 가스 소비기에 공급하도록 되어 있다. 이와 같이 구성되는 연료 가스 공급 시스템(2)은, 용기 마스터 밸브(master valve)(4), 압력 센서(5), 및 연산 제어기(6)를 구비하고 있다. 용기 마스터 밸브(4)는, 온탱크(on-tank)형으로 구성되고, 고압 탱크(3)의 개구부에 설치되어 있다. 또한, 용기 마스터 밸브(4)는, 온탱크형에 한정되지 아니 하고, 인탱크(in-tank)형이어도 좋다. 용기 마스터 밸브(4)는, 전자기식 조압 밸브(1)와 전자기식 차단 밸브(7)를 구비한다.
전자기식 차단 밸브(7)는, 고압 탱크(3)로부터 연료 가스 소비기에 연결되는 공급로(2a)에 설치되어 있다. 전자기식 차단 밸브(7)는, 이른바 전자기 개폐 밸브이고, 여기에 송신되는 신호에 따라 공급로(2a)를 개폐하는 기능을 가진다. 또한, 공급로(2a)에는, 전자기식 차단 밸브(7)의 하류측에 전자기식 조압 밸브(1)가 설치되어 있다. 전자기식 조압 밸브(1)는, 고압의 연료 가스를 조압하는 기능을 가진다. 나아가, 공급로(2a)에는 전자기식 조압 밸브(1)보다 하류측에 압력 센서(5)가 설치되어 있다. 압력 센서(5)는, 공급로(2a)에 흐르는 연료 가스의 압력을 검출하도록 되어 있다. 압력 센서(5)는, 신호선(8)을 통하여 연산 제어기(6)에 연결되어 있고, 검출된 압력에 따른 검출 압력 신호가 연산 제어기(6)에 입력되도록 되어 있다. 또한, 연산 제어기(6)에는, 목표 압력에 따른 목표 압력 지령 신호가 도시하지 않은 입력 수단이나 제어 장치 등으로부터 입력되도록 되어 있다.
연산 제어기(6)는, 목표 압력 지령 신호와 검출 압력 신호의 차분(差分)을 연산하고, 이 차분에 대응한 크기의 전류를 전자기식 조압 밸브(1)에 흐르게 하도록 되어 있다. 전자기식 조압 밸브(1)는, 흘려보내진 전류에 대응하는 일정 압력으로 고압의 연료 가스를 조압하도록 되어 있다. 이하에서는, 연료 가스 공급 시스템(2)에 설치되는 전자기식 조압 밸브(1)에 대하여 상세히 기술한다. 또한, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)는, 연료 가스 공급 시스템(2)에 설치되는 전자기식 조압 밸브의 일예에 지나지 않고, 그 밖에 다양한 실시예가 있다. 이하에서는, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)에 이어서 몇 개의 대표적인 실시예에 대하여 상세히 기술한다.
[제1 실시예]
<전자기식 조압 밸브의 구성>
도 2에 나타내는 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)는, 하우징(12)을 구비하고 있다. 하우징(12)은, 고압 탱크(3)(도 1 참조)의 개구부에 씰을 이루는 상태로 장착되어 있다. 하우징(12)에는, 일차 포트(port)(12a), 밸브체 구멍(12b), 및 이차 포트(12c)가 형성되어 있다. 일차 포트(12a)는, 전자기식 차단 밸브(7)(도 1 참조)에 연결되어 있고, 하우징(12)에 형성되어 있는 일차측 통로(12d)를 통하여 밸브체 구멍(12b)에 연결되어 있다.
밸브체 구멍(12b)은, 상하로 연장되는 축선(L1)을 따라 연장되어 있고, 하측은 막히고, 상측은 개구되어 있다. 밸브체 구멍(12b)은, 그 단면이 원 형상으로 되어 있고, 그 중간 부분에 잔여부보다 대경으로 형성된 밸브 공간(12e)을 구비한다. 일차측 통로(12d)는, 이 밸브 공간(12e)에 연결되어 있다. 또한, 밸브체 구멍(12b)은, 하우징(12)에 형성되어 있는 이차측 통로(12f)를 통하여 이차 포트(12c)에 연결되어 있다. 이차측 통로(12f)는, 상기 밸브 공간(12e)보다 상측의 이차측 영역(12g)에 의해 상기 밸브체 구멍(12b)과 연결되어 있다. 그리고 이차 포트(12c)는, 공급로(2a)(도 1 참조)를 통하여 연료 가스 소비기와 연결되어 있다. 이와 같이 일차 포트(12a)와 이차 포트(12c)는, 일차측 통로(12d), 밸브 공간(12e), 이차측 영역(12g) 및 이차측 통로(12f)를 통하여 연결되어 있다. 이러한 일차측 통로(12d), 밸브 공간(12e), 이차측 영역(12g) 및 이차측 통로(12f)에 의해 일차 포트(12a)와 이차 포트(12c)를 연결하는 밸브 통로(13)가 구성되어 있다.
이와 같이 구성되어 있는 하우징(12)은, 좌부(15)를 구비한다. 좌부(15)는, 이차측 영역(12g)과 밸브 공간(12e)을 연결하는 개구 부근에 위치하여 있고, 이 개구의 주변을 외위(外圍)하도록 형성되어 있다. 또한, 하우징(12)에는, 밸브체 구멍(12b)의 축선(L1)을 따라 밸브체(14)가 삽입되어 있고, 밸브체(14)는, 그 선단부(요컨대, 상단부)(14a)를 이차측 영역(12g)에 삽입한 상태로 좌부(15)에 안착되어 있다. 밸브체(14)는, 대략적으로 원주형으로 되어 있고, 선단부(14a) 측에 테이퍼부(taper element)(14b)를 갖고 있다. 테이퍼부(14b)는, 상측을 향하여 끝이 가늘어지는 형태인 테이퍼 형상으로 되어 있고, 밸브체(14)가 도 2에 도시된 바와 같은 폐쇄위치에 위치하고 있을 때에 좌부(15)에 안착하여 밸브 통로(13)를 막고 있다. 밸브체(14)의 테이퍼부(14b)보다 하단(14d) 측은, 이차측 영역(12g)의 내경과 대략 같은 외경을 가진다.
또한, 하우징(12)은, 밸브 공간(12e)의 하측에 씰 장착부(16)를 구비한다. 씰 장착부(16)는, 하우징(12)의 내면에 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 씰 장착부(16)의 내경은, 이차측 영역(12g)의 구멍 직경 및 밸브체(14)의 외경과 대략 일치한다. 또한, 하우징(12)의 씰 장착부(16)보다 하측의 내경은, 씰 장착부(16)의 내경보다 대경으로 되어 있다. 이에 따라, 하우징(12)과 밸브체(14) 사이에는, 대략 링 모양의 베어링 부재 수용 공간(17)이 형성되고, 이 베어링 부재 수용 공간(17)에는 베어링 부재(18)가 수용되어 있다.
베어링 부재(18)는, 대략적으로 원통형으로 형성되어 있고, 예를 들면 볼 가이드(ball guide), 볼 베어링, 또는 미끄럼(sliding) 베어링으로 구성되어 있다. 베어링 부재(18)는, 밸브체(14)에 외장되고 밸브체(14)와 하우징(12) 사이에 개재하여 밸브체(14)를 지지하고 있다. 이 베어링 부재(18)에 의해, 밸브체(14)는, 하우징(12) 안을 축선(L1)을 따라 상하방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 베어링 부재(18)는, 밸브체(14)의 움직임을 더욱 원활하게 하고, 내구성을 향상시키기 위하여 그리스로 윤활되어 있다.
이와 같이 베어링 부재(18)가 배치된 베어링 부재 수용 공간(17)의 하측에는, 그곳을 폐쇄하기 위한 다이아프램 씰(19)이 설치되어 있다. 제1 씰 부재인 다이아프램 씰(19)은, 이른바 다이아프램이고, 대략적으로 링 모양으로 되어 있다. 다이아프램 씰(19)의 외연부가 하우징(12)에 장착되고, 내연부가 밸브체(14)에 장착된다. 상세히 기술하면, 하우징(12)은, 상하로 2개 분할 가능하게 구성되어 있고, 이러한 2개 부분의 사이에 다이아프램 씰(19)의 외연부가 끼워짐으로써 하우징(12)에 장착된다. 또한, 다이아프램 씰(19)의 내연부는, 밸브체(14)의 하단부와 그에 장착된 장착 부재(14c)에 끼워짐으로써 밸브체(14)에 장착된다. 또한, 하우징(12)의 씰 장착부(16)에는, 베어링 부재 수용 공간(17)의 상측을 막기 위하여 고압 씰 부재(20)가 설치되어 있다.
제3 씰 부재인 고압 씰 부재(20)는, 마찰 저항이 적고, 시동 저항과 슬라이딩 저항의 차이가 작은 고압 씰이고, 예를 들면 불소수지 등으로 표면 처리된 오링이다. 고압 씰 부재(20)는, 씰 장착부(16)의 내주부에 끼워지도록 장착되어 밸브체(14)와 씰 장착부(16) 사이의 간극을 밀폐하고 있다. 또한, 씰 장착부(16)에는, 저압 씰 부재(21)가 설치되어 있다.
제2 씰 부재인 저압 씰 부재(21)는, 대략 링 모양의 오링으로, 마찰 저항을 작게 하기 위하여 수지 등으로 표면 처리가 되어 있다. 저압 씰 부재(21)는, 고압 씰 부재(20)보다 베어링 부재(18) 측에 위치하여 있고, 씰 장착부(16)의 내주부에 끼워져 장착된다. 저압 씰 부재(21)는, 씰 장착부(16)와 밸브체(14) 사이의 간극을 밀폐하여 고압 씰 부재(20)와 저압 씰 부재(21) 사이에 버퍼실(buffer chamber)(22)을 형성한다.
버퍼실(22)은, 고압 씰 부재(20)의 상측과 하측의 압력 차이를 작게 하여 고압 씰 부재(20) 주변으로부터의 누출을 억제함과 아울러 밸브체(14)의 이동 때에 고압 씰 부재(20) 주변으로부터 누출된 연료 가스를 포착한다. 또한, 포착된 연료 가스는, 버퍼실(22)과 베어링 부재 수용 공간(17)의 사이가 저압 씰 부재(21)에 의해 밀폐되어 있기 때문에, 베어링 부재 수용 공간(17) 쪽으로 누출되지 않도록 되어 있다. 또한, 고압 씰 부재(20) 및 저압 씰 부재(21)는, 밸브체(14)의 외주부에 끼워져 장착되어도 좋다.
이와 같이 상하 양측이 다이아프램 씰(19) 및 저압 씰 부재(21)에 의해 막힌 베어링 부재 수용 공간(17)은, 하우징(12) 내에 형성되어 있는 다른 공간(예를 들면, 밸브 공간(12e)나 이차측 영역(12g) 등)으로부터 차단되고 격리되어 있다. 이와 같이 격리되어 있는 베어링 부재 수용 공간(17)은, 하우징(12)에 형성된 대기 연통로(23)에 의해 대기에 개방되어 있다. 따라서 베어링 부재(18)를 윤활하는 그리스가 연료 가스에 노출되는 경우가 없고, 또한 하우징(12) 내의 다른 공간, 예를 들면 밸브 공간(12e)나 이차 포트(12c)에 누출되는 경우가 없다. 따라서 그리스의 고갈을 억제하여 베어링 부재(18)의 윤활 상태를 양호하게 유지할 수가 있다. 이에 따라, 베어링 부재(18)의 내구성을 향상시킬 수 있음과 아울러 밸브체(14)를 원활하게 이동시킬 수가 있다. 또한, 그리스가 연료 가스에 혼입하는 것도 방지할 수가 있다.
또한, 밸브체 구멍(12b)의 다이아프램 씰(19)보다 하측에는, 압력 귀환실(24)이 형성되어 있다. 압력 귀환실(24)은, 하우징(12)의 저부, 다이아프램 씰(19) 및 밸브체(14)의 하단부에 의해 둘러싸인 대략 원판형의 공간이다. 압력 귀환실(24)과 베어링 부재 수용 공간(17) 사이에 다이아프램 씰(19)이 위치하여 있고, 그것들의 사이가 다이아프램 씰(19)에 의해 막혀 있다. 또한, 압력 귀환실(24)은, 균압 통로(25)에 의해 밸브 통로(13)의 이차측 영역(12g)에 연결되어 있다.
균압 통로(25)는, 밸브체(14) 내에 형성되어 있고, 귀환실측 연통부(25a)와, 이차측 연통부(25b), 귀환부(25c)를 구비한다. 귀환실측 연통부(25a)는, 압력 귀환실(24)에 개구되어 있고, 거기서부터 밸브체(14)의 축선(본 실시예에서는, 축선(L1)에 대략 일치)을 따라 선단부(14a)까지 연장되어 있다. 귀환실측 연통부(25a)는, 밸브체(14)의 선단부(14a)에 형성되어 있는 이차측 연통부(25b)에 연결되어 있다. 이차측 연통부(25b)는, 밸브체(14)를 반경방향으로 관통하도록 연장되어 있고, 그 양단이 이차측 영역(12g)에 개방되어 있다. 귀환부(25c)는, 밸브체(14)를 반경방향으로 관통되어 있고, 내측에서 귀환실측 연통부(25a)에 연결되고, 그 양단이 버퍼실(22)에 개구되어 있다. 이에 따라, 버퍼실(22)은, 균압 통로(25)를 통하여 압력 귀환실(24)이나 이차측 영역(12g)에 연결되어 있다.
이와 같이, 균압 통로(25)는, 이차 포트(12c)와 압력 귀환실(24)을 연결하여 압력 귀환실(24)에 이차압(p2)을 공급한다. 또한, 균압 통로(25)는, 이차 포트(12c)와 버퍼실(22)을 연결하여 버퍼실(22)에 누출된 연료 가스를 압력 귀환실(24)이나 이차 포트(12c)에 인도하도록 되어 있다. 즉, 버퍼실(22)에 포착된 연료 가스는, 균압 통로(25)를 통하여 이차측 영역(12g)으로 되돌아가도록 되어 있다. 요컨대, 전자기식 조압 밸브(1)는, 밸브 공간(12e) 등의 일차측 영역에서 누출된 연료 가스를 외측으로 누출시킴 없이 이차측 영역으로 되돌릴 수 있는 안전 구조의 밸브로 되어 있다. 또한, 이차압(p2)은 대기압과의 차압이 작기 때문에, 저압 씰 부재(21) 주변에서 베어링 부재 수용 공간(17)으로의 누출은 거의 없다. 따라서 버퍼실(22)의 이차압(p2)이 대기로 누출하는 것을 방지할 수가 있다.
또한, 밸브체(14)는 플랜지(14e)를 구비한다. 플랜지(14e)는, 테이퍼부(14b)보다 하측에 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 테이퍼부(14b)에서 더 반경방향 외측을 향하여 돌출되어 있다. 플랜지(14e)는, 씰 장착부(16)의 상단에 대향하도록 위치하고 있다. 플랜지(14e)와 씰 장착부(16)의 상단 사이에는, 복귀용 스프링(26)이 배치되어 있다. 복귀용 스프링(26)은, 이른바 압축 코일 스프링(coil spring)이고, 압축된 상태로 밸브체(14)에 외장되어 밸브체(14)를 폐쇄위치 방향(밸브체(14)가 폐쇄위치를 향하는 방향)으로 가압하고 있다. 가압된 밸브체(14)는, 좌부(15)에 안착하여 밸브 통로(13)를 막고 있다. 하우징(12)의 개구단부(즉, 상단부)에는, 복귀용 스프링(26)의 가압에 대항하는 힘을 밸브체(14)에 가하기 위하여, 전자기 비례 솔레노이드(27)가 설치되어 있다.
밸브체 구동 수단인 전자기 비례 솔레노이드(27)는, 하우징(12)의 개구단부의 외주에 나사 결합하여 고정되어 있다. 전자기 비례 솔레노이드(26)는, 솔레노이드 코일(28)을 구비한다. 솔레노이드 코일(28)은, 대략적으로 원통형으로 형성되고, 그 하단측에 하우징(12)이 끼워져 삽입되어 있다. 솔레노이드 코일(28)은, 대략 원통형의 케이스(case)(28a)를 구비하고, 그 내에 보빈(bobbin)(28b)과 코일선(28c)이 설치되어 있다. 보빈(28b) 또한 대략적으로 원통형으로 형성되고, 보빈(28b)에 코일선(28c)으로 휘감음으로써 솔레노이드 코일(28)이 구성되어 있다. 이 솔레노이드 코일(28) 내에는, 하단부에 요크(yoke)(29)가 설치되고, 상단부가 커버(30)에 의해 막혀 있다. 또한, 요크(29)와 커버(30) 사이에 가동 부재(31)가 설치되어 있다.
가동 부재(31)는, 자성 재료로 이루어지고, 대략 원주형으로 형성되어 있다. 가동 부재(31)는, 축선(L1)을 따라 배치되어 있다. 가동 부재(31)의 외경은, 솔레노이드 코일(28)의 내경보다 작게 되어 있고, 가동 부재(31)와 솔레노이드 코일(28) 사이에는, 링 모양의 가이드 부재(32)가 개재되어 있다. 가이드 부재(32)는, 비자성체로 이루어지고, 가동 부재(31)를 축선(L1)을 따라 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하고 있다. 요크(29)는, 이 가동 부재(31)의 하단부와 간격을 둔 상태에서 상하로 대향하여 있다. 요크(29)는, 자성 재료, 예를 들면 전자기 스테인레스강으로 이루어지고, 대략 링 모양으로 형성되어 있다. 요크(29)는, 솔레노이드 코일(28)에 전류가 흐르면 자화하여 가동 부재(31)를 흡인하도록 되어 있다.
또한, 가동 부재(31)의 상단부와 커버(30) 사이에는, 압축 코일 스프링(34)이 설치되어 있고, 압축 코일 스프링(34)에 의해 가동 부재(31)가 밸브체(14) 측으로 가압되고 있다. 가동 부재(31)의 하단부에는, 압압 부재(33)가 설치되어 있다. 압압 부재(33)는, 축선(L1)을 따라 연장되고, 요크(29) 내에 삽입 통과되어 있다. 압압 부재(33)의 기단부는, 가동 부재(31)에 고정되어 있다. 압압 부재(33)의 선단은, 부분 구면(球面)형으로 형성되어 있다. 압압 부재(33)는, 가동 부재(31)를 통하여 압축 코일 스프링(34)에 의해 가압되고, 그 선단이 밸브체(14)의 선단부(14a)에 내리눌러져 접촉하고 있다. 이와 같이 배치되어 있는 압압 부재(33)는, 솔레노이드 코일(28)에 전류를 흐르게 하여 가동 부재(31)를 요크(29) 쪽으로 흡인시키는 전류에 따른 힘에 의해 밸브체(14)를 개방위치 방향으로 눌러 밸브 통로(13)를 개방하도록 되어 있다.
이와 같이 구성되어 있는 전자기식 조압 밸브(1)는, 밸브체(14)의 테이퍼부(14b) 및 플랜지(14e)의 상면(제1 수압면에 상당하는 수압면(P1))에서 고압 탱크(3)로부터 밸브 공간(12e)에 인도된 일차압(p1)을 개방위치 방향으로 수압하고, 플랜지(14e)의 하면(제2 수압면에 상당하는 수압면(P2))에서, 상기 일차압(p1)을 폐쇄위치방향으로 수압하고 있다. 또한, 수압면(P1)은, 위에서 볼 때 테이퍼면에서 이차측 영역(12g)보다 반경방향 외측의 영역이다. 각 수압면(P1, P2)에서, 일차압(p1)은 서로 대항하는 방향으로 작용하고 있어 서로 제거되는 쪽으로 합쳐질 수 있다. 수압면(P1, P2)의 수압 면적은, 밸브체(14)의 플랜지(14e)보다 하단(14d) 측과 이차측 영역(12g)의 내경(요컨대, 시트 직경)이 대략 같은 외경을 갖고 있기 때문에, 대략 동일하게 되어 있다. 따라서 수압면(P1)에서 받는 일차압(p1)에 의한 작용력과, 수압면(P2)에서 받는 일차압(p1)에 의한 작용력이 서로 상쇄되어 밸브체(14)에서 일차압(p1)의 변동으로 인한 영향을 방지할 수가 있다.
또한, 전자기식 조압 밸브(1)는, 밸브체(14)의 선단 및 테이퍼부(14b)의 테이퍼면(수압면(P3))에서 이차측 영역(12g)을 흐르는 이차압(p2)을 개방위치 방향으로 수압하고, 다이아프램 씰(19) 및 밸브체(14)의 하단(14d)(수압면(P4))에서 압력 귀환실(24)에 인도된 이차압(p2)을 폐쇄위치 방향으로 수압한다. 또한, 수압면(P4)은, 위에서 볼 때 이차측 영역(12g)에 중첩되는 영역이다. 또한, 수압면(P3, P4)에서, 이차압(p2)은, 서로 대항하는 방향으로 작용하고 있다. 그러나 밸브체(14)는, 시트 직경(r1)과 대략 같은 외경(r2)을 가지고, 다이아프램 씰(19)의 유효 직경(r3)이 상기 시트 직경(r1) 및 밸브체(14)의 외경(r2)보다 크게 되어 있다. 따라서 이차압(p2)을 개방위치 방향으로 수압하는 수압면(P3)에 비하여 이차압(p2)을 폐쇄위치 방향으로 수압하는 수압면(P4)의 쪽이 다이아프램 씰(19)의 유효 면적의 부분만큼 수압 면적이 크다. 이에 따라, 밸브체(14)에는, 각 수압면(P3, P4)에서 받는 이차압(p2)에 의한 작용력이 완전히 상쇄되지 않고 각 수압면(P3, P4)에서 수압 면적의 차이에 따른 작용력이 폐쇄위치 방향으로 작용하고 있다. 또한, 밸브체(14)는, 복귀용 스프링(26)에 의해 폐쇄위치 방향으로 가압되어서 좌부(15)에 안착하고 있다. 이와 같이 밸브체(14)가 이차압(p2)에 의한 작용력 및 복귀용 스프링(26)에 의해 폐쇄위치 방향으로 가압되어, 전자기식 조압 밸브(1)는, 상시 폐쇄형의 밸브로서 구성되어 있다. 이에 따라, 솔레노이드 코일(28)에 흐르는 전류를 차단하여 밸브 통로(13)를 긴급 차단할 수 있도록 되어 있다.
<전자기식 조압 밸브의 동작>
이하에서는, 도 2를 참조하면서 전자기식 조압 밸브(1)의 동작에 대하여 설명한다. 솔레노이드 코일(28)에 전류를 흐르게 하면, 가동 부재(31)에 여자력(구동력)이 작용하여 가동 부재(31)가 요크(29) 쪽으로 흡인된다. 이에 따라, 밸브체(14)가 압압 부재(33)에 의해 개방위치 방향으로 눌러져 좌부(15)에서 떨어진다. 그러면, 밸브 통로(13)가 개방되어 밸브 공간(12e)의 연료 가스가 이차측 영역(12g)으로 흐른다. 이때, 밸브체(14)와 좌부(15) 사이에 형성되는 오리피스(orifice)(미도시)에 의해 밸브 공간(12e)에서 이차측 영역(12g)으로 흐르는 연료 가스가 이차압(p2)으로 감압된다. 이와 같이, 전자기식 조압 밸브(1)는, 솔레노이드 코일(28)에 전류를 흐르게 하면, 밸브체(14)가 압압 부재(33)에 의해 눌러져 밸브 통로가 개방되도록 구성되어 있다(요컨대, 푸시형의 전자기식 조압 밸브이다).
이차측 영역(12g)의 연료 가스는, 이차측 통로(12f)를 통하여 이차 포트(12c)로부터 배출됨과 아울러 균압 통로(25)를 통하여 압력 귀환실(24)에 인도된다. 다이아프램 씰(19)은, 압력 귀환실(24)에 인도된 연료 가스의 이차압(p2)을 수압한다. 밸브체(14)는, 가동 부재(31)가 받는 여자력, 수압면(P3, P4)에서 각각 받는 이차압(p2)에 의한 작용력, 및 복귀용 스프링(26)의 스프링력이 균형을 이루는 위치까지 이동한다. 요컨대, 상기 힘이 균형을 이루도록 밸브 통로(13)의 개도(요컨대, 오리피스의 개도)를 조정하여 이차측 영역(12g)에 흐르는 연료 가스의 이차압(p2)을 조정한다. 이에 따라, 이차압(p2)이 솔레노이드 코일(28)에 흐르는 전류에 따른 압력(요컨대, 목표 압력)이 된다.
예를 들면, 이차압(p2)이 목표 압력보다 낮을 경우, 여자력이 이차압(p2)에 의한 작용력보다 커져 밸브체(14)가 좌부(15)에서 떨어지도록 개방위치 방향으로 이동한다. 밸브체(14)는, 이차압(p2)에 의한 작용력, 여자력, 및 복귀용 스프링(26)의 스프링력이 균형을 이루는 위치까지 이동하고, 그에 따라 밸브 통로(13)의 개도가 넓어져 이차압(p2)이 상승한다. 이에 따라, 이차압(p2)이 목표 압력으로 조압된다. 따라서 전자기식 조압 밸브(1)는, 일차압(p1)이 변동하여도 그에 맞추어 밸브 통로(13)의 개도를 제어하여 이차압(p2)을 목표 압력으로 조압할 수가 있다. 그 때문에, 일차압(p1)을 미리 일정압으로 감압하지 않아도 전자기식 조압 밸브(1) 단일체로 고압의 연료 가스를 소정의 저압, 요컨대 목표 압력까지 감압하여 조압할 수가 있다. 따라서 전자기식 조압 밸브(1)는, 압력 제어성이 높다.
또한, 전자기식 조압 밸브(1)에서는, 수압면(P1) 및 수압면(P2)의 수압 면적을 대략 동일하게 하고 있기 때문에, 밸브체(14)가 일차압(p1)으로부터 받는 작용력을 상쇄한다. 이에 따라, 일차압(p1)의 변동으로 인한 이차압(p2)의 변동을 억제할 수가 있다. 그러므로 고압의 연료 가스에 대한 압력 제어성을 향상시킬 수가 있어 이차압(p2)을 종래의 전자기식 조압 밸브보다 정확하게 제어할 수가 있다. 또한, 일차압(p1)으로부터 받는 작용력을 상쇄함으로써 전자기 비례 솔레노이드(27)의 여자력을 작게 할 수 있어 전자기식 조압 밸브(1)를 소형화할 수가 있다.
또한, 전자기식 조압 밸브(1)에서는, 일차압(p1)과 이차압(p2)의 차압이 크기 때문에 밸브체(14)가 이동하였을 때에, 고압 씰 부재(20)에서 밸브 공간(12e)으로부터 버퍼실(22)로 연료 가스가 조금 누출되는 경우가 있다. 그러나 전자기식 조압 밸브(1)는, 고압 씰 부재(20)보다 베어링 부재 수용 공간(17) 측으로 저압 씰 부재(21)가 배치되어 있기 때문에, 고압 씰 부재(20)에서 연료 가스가 누출되어도 저압 씰 부재(21)에 의해 베어링 부재 수용 공간(17)에 연료 가스가 누출되지 않는다. 나아가, 버퍼실(22)이 균압 통로(25)를 통하여 압력 귀환실(24)이나 이차측 영역(12g) 등에 연결되어 있어 고압 씰 부재(20)에서 누출된 연료 가스를 이차측으로 되돌리는 안전 구조로 되어 있다. 따라서 고압 씰 부재(20)에서 누출된 연료 가스가 전자기식 조압 밸브(1)의 외부로 방출되는 경우가 없다. 요컨대, 대기 중으로 연료 가스가 누출되는 경우가 없다.
또한, 다이아프램 씰(19)을 채용함으로써 밸브체(14)가 이동할 때의 슬라이딩 마찰을 없앨 수가 있다. 또한, 마찰 저항이 적은 저압 씰 부재(21)를 채용함으로써 슬라이딩 마찰을 극력 억제할 수가 있다. 이와 같이 밸브체(14)에 작용하는 슬라이딩 마찰을 억제함으로써 밸브체(14)를 원활하게 움직이게 할 수가 있다. 이에 따라, 목표 압력으로 이차압(p2)을 재빠르게 조압할 수 있게 되어 이차압(p2)의 응답성이 향상된다. 더욱이, 고압 씰 부재(20)를 채용함으로써 전자기식 조압 밸브(1)의 일차압(p1)에 대한 내압 성능이 향상되어 일차 포트(12a)로부터 공급되는 일차압의 한계 압력을 향상시킬 수가 있다.
또한, 연료 가스 공급 시스템(2)에서는, 전자기식 조압 밸브(1)의 상류측에 전자기식 차단 밸브(7)를 설치함으로써 차단 기능을 가진 2개의 밸브(1,7)에 의해 고압 탱크(3)와 연료 가스 소비기의 사이를 차단할 수가 있다. 이에 따라, 연료 가스 공급 시스템(2)의 안전성이 향상된다. 또한, 고압 탱크(3)의 개구부에 전자기식 조압 밸브(1)를 배치함으로써 고압 탱크(3)로부터의 출력 압력 레벨(level)이 저압으로 되어 연료 가스 공급 시스템(2)의 안전성이 대폭적으로 향상된다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1A)는, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1)와 구성이 유사하다. 따라서 제2 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1A)의 구성에 관하여 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)와 다른 구성에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 제3 실시예 이후에 대해서도 마찬가지이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1A)는, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(12A)에 압력 귀환 통로(35)를 구비한다. 압력 귀환 통로(35)는, 밸브 통로(13)의 이차측 통로(12f)와 압력 귀환실(24)을 연결하도록 형성되어 있고, 압력 귀환실(24)에 이차압(p2)을 인도하도록 되어 있다. 또한, 밸브체(14A)에서는, 균압 통로(25A)의 귀환실측 연통부(25a)의 하측(즉, 압력 귀환실 측)의 개구가 폐쇄되어 있고, 버퍼실(22)이 이차측 영역(12g)에만 연결되어 있다.
이와 같이 구성되는 제2 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1A)는, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1B)는, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브체(14B)를 구비한다. 밸브체(14B)에는, 고압 씰 부재(20) 및 저압 씰 부재(21) 사이에 반경방향 내측으로 오목한 주회구(周回溝)(36)가 형성되어 있다. 주회구(36)는, 밸브체(14B)의 외주에 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 하우징(12B)의 내주면과 함께 고압 씰 부재(20) 및 저압 씰 부재(21) 사이에 버퍼실(22B)을 형성하고 있다.
또한, 하우징(12B)에는, 압력 귀환 통로(35B)가 형성되어 있다. 압력 귀환 통로(35B)는, 이차측 통로(12f)와 압력 귀환실(24)을 연결함과 아울러 이차측 통로(12f)와 버퍼실(22B)도 연결하고 있다. 이에 따라, 압력 귀환 통로(35B)에 의해 압력 귀환실(24)에 이차압(p2)을 인도할 수 있고, 아울러 버퍼실(22B)에 누출된 연료 가스를 이차측으로 되돌릴 수가 있다.
이와 같이 구성되는 제3 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1B)는, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제4 실시예 ~ 제6 실시예]
본 발명의 제4 실시예 ~ 제6 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1C ~ 1E)는, 제1 실시예 ~ 제3 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1, 1A, 1B)에 각각 유사하다. 제4 실시예 ~ 제6 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1C ~ 1E)는, 제1 실시예 ~ 제3 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1, 1A, 1B)와 같은 점에서 각각 다르다. 이하에서는, 그 다른 점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
제4 실시예 ~ 제6 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1C ~ 1E)는, 도 5 ~ 도 7에 도시된 바와 같이 밸브체(14C ~ 14E)를 각각 구비한다. 밸브체(14C ~ 14E)는, 선단부(14a)가 하우징(12, 12A, 12B)의 개구 부근까지 연장되어 있다. 밸브체(14C ~ 14E)의 선단부(14a)에는, 베어링 부재(37)가 외장되어 있다. 베어링 부재(37)는, 대략 원통형으로 되어 있고, 예를 들면 볼 가이드, 볼 베어링, 또는 미끄럼 베어링으로 구성되어 있다. 베어링 부재(37)는, 선단부(14a)와 하우징(12) 사이에 개재하여 밸브체(14C ~ 14E)를 지지하고 있다. 이에 따라, 밸브체(14C ~ 14E)가 상하방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이 구성되는 제4 실시예 ~ 제6 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1C ~ 1E)는, 밸브체(14C ~ 14E)의 상하 양단부가 베어링 부재(18,37)에 의해 각각 지지되기 때문에, 밸브체(14C ~ 14E)를 정밀도 좋게 움직이게 할 수 있으므로 압력 제어성을 보다 향상시킬 수가 있다.
그 밖에, 제4 실시예 ~ 제6 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1C ~ 1E)는, 제1 실시예 ~ 제3 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1, 1A, 1B)와 동일한 작용 효과를 각각 가진다.
[제7 실시예]
제7 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1F)에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브체(14F)의 선단부(14a)가 하우징(12F)의 개구 부근까지 연장되어 있고, 그 선단부(14a)에 압압 부재(33F)의 선단부가 나사 결합에 의해 접합되어 있다. 또한, 하우징(12F)의 개구 부근에는, 다이아프램 씰(19F)이 설치되어 있다. 다이아프램 씰(19F)의 외연부는 하우징(12F)에 장착되고, 내연부가 밸브체(14F)에 장착되어 있다. 상세히 기술하면, 다이아프램 씰(19F)의 외연부는 상하로 2개 분할되는 하우징(12F)의 각 부위 사이에 끼워지고, 내연부는 압압 부재(33F)와 밸브체(14F) 사이에 끼워져 있다. 다이아프램 씰(19F)이 설치되어 있는 하우징(12F)의 개구 부근은, 이차측 영역(12g)의 내경보다 큰 내경을 가지고, 압력 귀환실(24F)을 형성하고 있다. 이 압력 귀환실(24F)은, 이차측 영역(12g)과 전자기 비례 솔레노이드(27)의 내공간(27a) 사이에 위치하고 있다. 또한, 압력 귀환실(24F)과 전자기 비례 솔레노이드(27)의 내공간(전자기 비례 솔레노이드(27) 내의 공간)(27a) 사이에는, 다이아프램 씰(19F)이 위치하여 있어, 그들의 사이가 다이아프램 씰(19F)에 의해 막혀 있다. 또한, 압력 귀환실(24F)이 전자기 비례 솔레노이드(27) 측에 있기 때문에 균압 통로(25F)는 이차측 영역(12g)과 버퍼실(22)을 연결하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성되는 제7 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1F)는, 다른 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1, 1A ~ 1E)와 마찬가지로, 다이아프램 씰(19F)에서 이차압(p2)을 폐쇄위치 방향으로 받고 있다. 다이아프램 씰(19F)의 유효 수압 면적이 밸브체(14F)의 수압면(P4)의 수압 면적보다 크게 되어 있다. 따라서 이차압(p2)에 따라 밸브 통로(13)의 개도를 조정하여 이차압(p2)을 목표 압력으로 제어할 수가 있다.
또한, 제7 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1F)는, 압력 귀환실(24F)과 전자기 비례 솔레노이드(27)의 내공간(27a)의 사이가 다이아프램 씰(19F)에 의해 막혀 있기 때문에, 연료 가스가 하우징(12F)에서 전자기 비례 솔레노이드(27)의 내공간(27a)으로 흐르는 경우가 없다. 따라서 연료 가스가 전자기 비례 솔레노이드(27)의 내공간(27a)을 통하여 대기 중으로 방출되는 경우가 없기 때문에 전자기 비례 솔레노이드(27)를 대기에 배치할 수가 있다. 이와 같이 전자기 비례 솔레노이드(27)를 대기에 배치할 수 있기 때문에, 연료 가스로 수소 가스 등의 부식성 유체를 사용하였을 때에, 그 부식성 유체에 전자기 비례 솔레노이드(27)의 각 구성 부재가 노출되는 것을 방지할 수가 있다. 따라서 각 구성 부재가 부식하는 것을 방지할 수가 있다.
그 밖에, 제7 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1F)는, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제8 실시예]
제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(12G)에 축선(L1)을 따라 밸브체 구멍(12b)이 형성되고, 밸브 공간(12e)의 하측에 이차측 영역(12g)이 있다. 또한, 하우징(12G)은, 이차측 영역(12g)에서 밸브 공간(12e) 측의 개구 부근에 좌부(15G)를 구비하고, 좌부(15G)는, 그 개구 주변을 외위하도록 형성되어 있다. 나아가, 하우징(12G)의 밸브체 구멍(12b)에는, 축선(L1)을 따라 밸브체(14G)가 삽입되어 있다. 밸브체(14G)는, 그 하단측에 아래쪽을 향하할 수록 끝이 가늘어지게 되어 있는 테이퍼부(14b)를 구비하고, 테이퍼부(14b)의 선단 부분이 이차측 영역(12g)에 유입한 상태로 좌부(15G)에 안착되어 있다.
하우징(12G)은, 밸브 공간(12e)보다 상측에 베어링 부재 수용 공간(17)을 구비하고, 그것들의 사이에 씰 장착부(16)를 구비한다. 씰 장착부(16)에는, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로, 밸브 공간(12e) 측에 고압 씰 부재(20)가 설치되고, 베어링 부재 수용 공간(17) 측에 저압 씰 부재(21)가 설치되어 있다. 또한, 고압 씰 부재(20)와 저압 씰 부재(21) 사이에는, 버퍼실(22)이 형성되어 있다. 또한, 베어링 부재 수용 공간(17)에는, 대략 원통형의 베어링 부재(18)가 밸브체(14G)에 외장된 상태로 수용되어 있다. 베어링 부재(18)는, 하우징(12G)과 밸브체(14G) 사이에 개재하여 밸브체(14G)를 지지하고 있다. 이에 따라 밸브체(14G)가 상하방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 되어 있다.
또한, 하우징(12G)의 개구 단부의 외주에는, 전자기 비례 솔레노이드(27G)가 나사 결합하여 고정되어 있다. 전자기 비례 솔레노이드(27G)는, 솔레노이드 코일(28)과 고정 자극(29G)을 구비한다. 고정 자극(29G)은, 솔레노이드 코일(28)의 상측 개구부에서 그를 막도록 설치되어 있다. 또한, 솔레노이드 코일(28) 내에는, 가동 부재(31G)가 설치되어 있다. 가동 부재(31G)는, 자성 재료로 이루어지는 대략 원주형의 부재이다. 가동 부재(31G)는, 그 상단이 고정 자극(29G)에 대향하고, 그 하단측이 하우징(12G)의 밸브체 구멍(12b)에 삽입되어 있다. 가동 부재(31G)와 솔레노이드 코일(28) 사이에는, 비자성체로 이루어지는 링 모양의 가이드 부재(32)가 개재되어 있다. 가동 부재(31G)의 하단은, 밸브체(14G)의 상단부까지 도달하여 있고, 그 하단에 밸브체(14G)의 상단부가 나사 결합되어서 고정되어 있다.
또한, 하우징(12G)의 밸브체 구멍(12b)에는, 그 개구 단부와 베어링 부재 수용 공간(17) 사이가 밸브 공간(12e)과 마찬가지로 대경으로 되어 있고, 거기에는 다이아프램 씰(19G)이 설치되어 있다. 다이아프램 씰(19G)은, 베어링 부재 수용 공간(17)의 상측에 위치하여 있고, 그 외연부가 하우징(12G)에 장착되고, 내연부가 밸브체(14G)에 장착되어 있다. 상세히 기술하면, 다이아프램 씰(19G)의 외연부는, 상하로 2개 분할되는 하우징(12G)의 각 부위 사이에 끼워지고, 내연부는 가동 부재(31G)와 밸브체(14G) 사이에 끼워져 있다.
이에 따라, 하우징(12G)의 밸브체 구멍(12b)에서 다이아프램 씰(19G)보다 상측의 영역이 압력 귀환실(24G)이 된다. 또한, 하우징(12G)에는, 압력 귀환 통로(35G)가 형성되어 있고, 압력 귀환 통로(35G)에 의해 압력 귀환실(24G)과 이차측 영역(12g)이 연결되어 있다. 이에 따라, 압력 귀환실(24G)에 이차압(p2)이 인도된다.
또한, 가동 부재(31G)는, 그 하단측의 외주면에 플랜지(31a)를 구비한다. 플랜지(31a)는, 반경방향 외측으로 돌출하여 있고, 둘레방향 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 하우징(12G)은, 플랜지(31a)의 상면에 대향하는 위치에 받침부(12h)를 구비한다. 받침부(12h)와 플랜지(31a)의 사이에는 복귀용 스프링(26G)이 배치되어 있다. 복귀용 스프링(26G)은, 이른바 압축 코일 스프링이고, 압축된 상태로 가동 부재(31G)에 외장되고, 가동 부재(31G)를 통하여 밸브체(14G)를 폐쇄위치 방향으로 가압하고 있다. 한편, 전자기 비례 솔레노이드(27G)에 전류를 흐르게 하면, 복귀용 스프링(26G)의 스프링력에 대항하는 방향(즉, 개방위치 방향)의 여자력이 가동 부재(31G)에 작용한다.
제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)에서는, 밸브체(14G)의 테이퍼부(14b)보다 상측(단, 가동 부재(31G)에 나사 결합되어 있는 부분을 제외한다)이 시트 직경과 대략 동일한 외형을 가진다. 따라서 수압면(P1)(플랜지(14e)의 상면)과 수압면(P2)(테이퍼부(14b)의 테이퍼면)의 수압 면적이 대략 동일하게 되어 있다. 따라서 밸브체(14G)가 수압면(P1) 및 수압면(P2)에서 각각 받는 일차압(p1)에 의한 작용력이 상쇄되어 밸브체(14G)에서의 일차압(p1)의 변동으로 인한 영향을 방지할 수가 있다.
한편, 수압면(P3)의 수압 면적은, 수압면(P4)의 수압 면적에 대하여 다이아프램 씰(19G)의 유효 수압 면적의 부분만큼 크게 되어 있다. 수압면(P3) 및 수압면(P4)에서는, 폐쇄위치 방향 및 개방위치 방향의 서로에 대항하는 방향으로 이차압(p2)에 의한 작용력을 각각 받고 있고, 각 작용력이 서로 없애지도록 작용하고 있지만, 각 수압면(P3,P4)의 수압 면적 차이에 따른 작용력이 밸브체(14G)에 작용한다. 이와 같이 이차압(p2)에 의한 작용력이 밸브체(14G)에 폐쇄위치 방향으로 작용하여 밸브체(14G)가 복귀용 스프링(26G)에 의해 폐쇄위치 방향으로 가압되고 있다. 따라서, 전자기식 조압 밸브(1G)는, 상시 폐쇄형의 밸브로서 구성되어 있다.
이와 같이 구성되는 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)는, 솔레노이드 코일(28)에 전류를 흐르게 하면, 밸브체(14G)를 폐쇄위치 방향으로 움직이게 하기 위하여 밸브체(14G)를 위쪽으로 끌어올리도록 구성되어 있는(요컨대, 풀(pull)형의 전자기식 조압 밸브인) 점을 제외하고, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)와 같은 동작으로 이차압(p2)을 목표 압력으로 조압할 수가 있다. 또한, 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)는, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제9 실시예]
본 발명의 제9 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1H)는, 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)와 구성이 유사하다. 따라서 제9 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1H)의 구성에 관하여 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G )와 다른 구성에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 제10 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
제9 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1H)는, 도 10에 도시된 바와 같이 밸브체(14H)를 구비한다. 밸브체(14H)에는, 고압 씰 부재(20) 및 저압 씰 부재(21) 사이에 반경방향 내측으로 오목한 주회구(36H)가 형성되어 있다. 주회구(36H)는, 밸브체(14H)의 외주에 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 하우징(12H)의 내주면과 함께 고압 씰 부재(20) 및 저압 씰 부재(21) 사이에 버퍼실(22H)을 형성하고 있다. 버퍼실(22H)은, 압력 귀환 통로(35H)에 연결되어 있고, 버퍼실(22H)에 누출된 연료 가스는, 압력 귀환 통로(35H)를 통하여 압력 귀환실(24G)이나 이차측 영역(12g) 등의 이차측으로 되돌려진다.
이와 같이 구성되는 제9 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1H)는, 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제10 실시예]
제10 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1J)는, 도 11에 도시된 바와 같이 밸브체(14J)에 균압 통로(25J)가 형성되어 있다. 균압 통로(25J)는, 연통부(25d)와 귀환부(25e)를 구비한다. 연통부(25d)는, 밸브체(14J)의 축선(L1)을 따라 하단에서 상측까지 관통되어 있고, 귀환부(25e)는 반경방향으로 연재되고, 버퍼실(22)과 연통부(25d)를 연결하고 있다. 또한, 가동 부재(31J) 내에는 연락실(31b)이 형성되어 있다. 연락실(31b)은 균압 통로(25J)와 연통되어 있고, 가동 부재(31J)에 형성되는 연락 통로(31c)에 의해 압력 귀환실(24G)에 연결되어 있다.
이와 같이 구성되는 제10 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1J)는, 균압 통로(25J), 연락실(31b) 및 연락 통로(31c)를 통하여 이차측 영역(12g)의 이차압(p2)이 압력 귀환실(24G)에 인도된다. 또한, 버퍼실(22)에 누출된 연료 가스는, 균압 통로(25J) 등을 통하여 압력 귀환실(24G)이나 이차측 영역(12g) 등의 이차측으로 되돌려진다.
이와 같이 구성되는 제10 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1J)는, 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제11 실시예 ~ 제14 실시예]
본 발명의 제11 실시예 ~ 제14 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1K ~ 1N)는, 제1 실시예 ~ 제4 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1, 1A ~ 1C)와 각각 유사하지만, 도 12 ~ 도 15에 나타내는 바와 같이 수압 면적(A1) 및 수압 면적(A2)이 다르다는 점에서 제1 실시예 ~ 제4 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1, 1A ~ 1C)와 다르다. 이하에서는, 그 점에 대해서 상세히 기술한다.
제11 실시예 ~ 제14 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1K ~ 1N)는, 밸브체(14K ~ 14N)의 외경(r2)이 시트 직경(r1)보다 작게 되어 있다. 따라서 수압면(P1)의 수압 면적이 수압면(P2)의 수압 면적보다 작게 되어 있다. 따라서 밸브체(14K ~ 14N)에는, 수압면(P1)의 수압 면적과 수압면(P2)의 수압 면적의 차이에 따른 일차압(p1)에 의한 작용력이 폐쇄위치를 향하여 작용한다. 따라서 솔레노이드 코일(28)에 흐르는 전류를 차단하였을 때 밸브체(14K ~ 14N)의 폐쇄위치를 향하는 속도가 빨라져 차단 성능이 향상된다.
또한, 일차압(p1)에 의한 작용력이 폐쇄위치를 향하여 작용하고 있기 때문에 밸브체(14K ~ 14N)의 좌부(15)의 안착 부분의 씰 면압이 높아진다. 따라서 전자기식 조압 밸브(1K ~ 1N)는, 일차측에서 이차측으로 연료 가스가 누출되지 않도록 확실하게 밸브 통로(13)를 폐쇄할 수가 있다.
그 밖에, 제11 실시예 ~ 제14 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1K ~ 1N)는, 제1 실시예와 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 각각 나타낸다.
[제15 실시예]
제15 실시예에 따른 조압 밸브(1O)는, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)와 유사하고, 도 16에 도시된 바와 같이 전자기 비례 솔레노이드(27) 대신에 압전 액추에이터(actuator)(27O)를 구비하고 있다. 밸브체 구동 수단인 압전 액추에이터(27O)는, 압전 소자(예를 들면 피에조 소자(piezoelectric device))로 이루어지고, 인가받는 인가 전압에 따른 구동력을 발생하고, 압압 부재(33)를 통하여 밸브체(14)를 개방위치 방향으로 움직이게 하여 밸브 통로(13)를 개방하도록 되어 있다. 이때, 밸브 통로(13)는, 발생하는 구동력에 따른 개도로 개방되고, 전자기식 조압 밸브(1O) 또한 압전 액추에이터(27O)에 인가되는 인가 전압에 따른 압력으로 이차압(p2)을 조압할 수 있도록 되어 있다.
그 밖에, 제15 실시예에 따른 조압 밸브(1O)는, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)와 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제16 실시예]
제16 실시예에 따른 조압 밸브(1P)는, 제1 실시예의 전자기식 조압 밸브(1)와 유사하고, 도 17에 도시하는 바와 같이 전자기 비례 솔레노이드(27) 대신에 포스 모터(force motor)(27P)를 구비하고 있다. 포스 모터(27P)는, 원통형의 영구자석(61) 내에 가동 코일(62)이 삽입되어 있고, 가동 코일(62)에 전류를 흐르게 하면 전류에 따른 여자력이 발생하고, 이 여자력에 의해 가동 코일(62)이 요크(yoke)(63) 안을 아래쪽으로 움직이도록 되어 있다. 가동 코일(62)이 아래쪽으로 움직이므로써 그것에 일체적으로 설치되어 있는 압압 부재(33)에 의해 밸브체(14)가 개방위치 방향으로 눌러져 밸브 통로(13)가 개방된다. 이때, 밸브 통로(13)는, 발생하는 여자력에 따른 개도로 개방되고, 조압 밸브(1P) 또한 포스 모터(27P)에 흘려보내지는 전류에 따른 압력으로 이차압(p2)을 조압할 수 있도록 되어 있다.
그 밖에, 제16 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1P)는, 제1 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1)와 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제17 실시예]
제17 실시예의 조압 밸브(1Q)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 유사하고, 도 18에 도시된 바와 같이, 전자기 비례 솔레노이드(27G) 대신에 압전 액추에이터(27Q)를 구비하고 있다. 압전 액추에이터(27Q)는, 전압을 인가시켜 압전소자(27a)(예를 들면, 피에조 소자)를 수축시킴으로써 압전소자(27a)에 일체적으로 설치되어 있는 가동 부재(31Q)를 통하여 밸브체(14)를 개방위치 방향(상방향)으로 이동시켜 밸브 통로(13)를 개방하도록 되어 있다. 이때, 밸브 통로(13)는, 발생하는 구동력에 따른 개도로 개방되고, 조압 밸브(1Q) 또한 압전 액추에이터(27Q)에 인가되는 인가 전압 따른 압력으로 이차압(p2)을 조압할 수 있도록 되어 있다.
그 밖에, 제17 실시예에 따른 조압 밸브(1Q)는, 제8 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1G)와 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제18 실시예]
제18 실시예의 조압 밸브(1R)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 유사하고, 도 19 에 도시된 바와 같이, 전자기 비례 솔레노이드(27G) 대신에 포스 모터(27R)를 구비하고 있다. 포스 모터(27R)의 가동 코일(62)에는, 가동 부재(31R)가 일체적으로 설치되어 있고, 가동 코일(62)에 전류를 흐르게 하여 가동 코일(62)을 이동시킴으로써 밸브체(14)가 개방위치 방향으로 이동하여 밸브 통로(13)가 개방되도록 되어 있다. 이때, 밸브 통로(13)는, 발생하는 여자력에 따른 개도로 개방되고, 조압 밸브(1R) 또한 포스 모터(27R)에 흘려보내지는 전류에 따른 압력으로 이차압(P2)을 조압할 수 있도록 되어 있다.
그 밖에, 제18 실시예의 조압 밸브(1R)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제19 실시예]
제19 실시예의 전자기식 조압 밸브(1S)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 유사하고, 도 20에 도시된 바와 같이, 주로 밸브좌부(15S)의 형상, 밸브체(14S)의 선단부(14a)의 형상, 및 복귀용 스프링(26S)의 위치가 다르다. 밸브좌부(15S)는, 이차측 통로(12f)와 밸브 공간(12e)을 연결하는 개구인 밸브구(10) 부근을 둘러싸도록 그 외연을 따라 형성되어 있다. 밸브좌부(15S)는, 위쪽을 향하여 돌출되어 있고, 밸브좌부(15S)의 꼭대기 부분에서 밸브좌면(15a)을 형성하고 있다. 이 밸브좌면(15a)은, 축선(L1)에 직교한다.
밸브체(14S)는, 그 선단부(14a)를 밸브좌부(15S)에 대향시키고 하우징(12G)의 밸브체 구멍(12b)에 위치하여 있고, 밸브체(14S)가 아래쪽으로 이동하여 폐쇄위치에 위치함으로써 선단부(14a)가 밸브좌부(15S)에 안착하고, 반대로 밸브좌부(15S)가 위쪽으로 이동하여 개방위치에 위치함으로써 도 20에 도시된 바와 같이 선단부(14a)가 밸브좌부(15S)에서 떨어지도록 되어 있다. 또한, 밸브체(14S)는, 선단부(14a)에 조압 시트 부재(11)를 구비한다.
조압 시트 부재(11)는, 고무나 수지로 이루어지는 대략 원판형의 부재로, 그 외경은, 밸브좌부(15S)의 직경, 즉 시트 직경(r1)보다 대경으로 되어 있다. 조압 시트 부재(11)는, 밸브좌부(15S)에 대향하도록 배치되어 있고, 밸브좌부(15S)의 밸브좌면(15a)에 안착하는 밸브체면(11a)이 축선(L1)에 직교하도록 형성되어 있다. 즉, 밸브체(14S)의 조압 시트 부재(11)가 밸브좌면(15a)에 대하여 수직으로 접촉하도록 되어 있다.
또한, 밸브체(14S)의 선단부(14a)는, 잔여 부분에 비하여 대경으로 형성되어 있고, 선단부(14a)는, 외주부에 플랜지(14e)를 구비한다. 플랜지(14e)는, 반경방향 외측으로 돌출되어 있고, 둘레방향 전체 둘레에 걸쳐 연장되어 있다. 플랜지(14e)의 상면은, 밸브 공간(12e)을 규정하는 천정면에 대향하여 있고, 플랜지(14e)의 상면과 상기 천정면 사이에 복귀용 스프링(26S)이 설치되어 있다. 복귀용 스프링(26S)은, 이른바 압축 코일 스프링으로, 압축된 상태로 밸브체(14S)에 외장되어 밸브체(14S)를 폐쇄위치 방향인 아래쪽으로 가압하고 있다. 가압됨으로써 밸브체(14S)의 선단부(14a)가 밸브좌부(15S)에 안착하여 밸브 통로(13)를 막도록 되어 있다.
또한, 하우징(12G)에 형성되는 압력 귀환 통로(35)는, 버퍼실(22)에 누출된 연료 가스가 압력 귀환 통로(35)를 통하여 압력 귀환실(24G)이나 이차측 통로(12f) 등의 이차측 영역으로 되돌리도록 되어 있다. 요컨대, 전자기식 조압 밸브(1S)는, 밸브 공간(12e) 등의 일차측 영역에서 누출된 연료 가스를 외측으로 누출시킴 없이 이차측 영역으로 되돌릴 수 있는 안전 구조의 밸브로 되어 있다.
이와 같이 구성되는 전자기식 조압 밸브(1S)에서는, 밸브좌부(15S)와 밸브체(14S) 사이에 형성되는 링 모양의 오리피스(38)에 의해 일차압(p1)이 이차압(p2)으로 감압되고, 이 감압된 이차압(p2)이 이차측 통로(12f)를 통하여 이차 포트(12c)에 인도되고 있다. 또한, 전자기식 조압 밸브(1S)에서는, 밸브체(14S)는, 그 선단부(14a)의 오리피스(38)보다 내측의 영역(수압면(P3))에서 이차압(p2)을 개방위치 방향으로 수압하고, 다이아프램 씰(19G)의 상면 및 밸브체(14S)의 기단면(수압면(P4))에 이차압(p2)을 폐쇄위치 방향으로 수압하고 있고, 이러한 2개의 수압면(P3, P4)에서 이차압(p2)을 서로 대항하는 방향으로 수압하고 있다.
전자기식 조압 밸브(1S)에서는, 다이아프램 씰(19G)의 유효 직경(r3)이 상기 시트 직경(r1)(오리피스(38)의 직경과 대략 일치)보다 크게 되어 있고, 수압면(P3)의 수압 면적(A3)에 비하여 수압면(P4)의 수압 면적(A4)의 쪽이 크게 되어 있다. 그 때문에, 2개의 수압면(P3,P4)의 수압 면적(A3,A4)의 차이에 따른 작용력이 밸브체(14S)에 대하여 폐쇄위치 방향으로 작용하고, 전자기식 조압 밸브(1S)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 마찬가지로, 상시 폐쇄형의 밸브로 구성된다. 또한, 수압면(P1, P2)의 수압 면적은 대략 일치하여, 밸브체(14S)가 수압하는 일차압(p1)은 상쇄된다. 전자기식 조압 밸브(1S)의 동작은 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)의 동작과 대략 동일하기 때문에 동작의 설명에 대하여 생략한다. 이하 설명하는 제20 실시예 ~ 제22 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
이와 같이 구성되는 전자기식 조압 밸브(1S)는, 밸브좌부(15S)의 밸브좌면(15a) 및 밸브체(14S)의 밸브체면(11a)이 모두 축선(L1)에 직교하고 있다. 요컨대, 개방위치 방향에 직교하고 있기 때문에 반복 사용하는 경우 밸브좌부(15S) 또는 조압 시트 부재(11)가 개방위치 방향으로 소성 변형한다. 따라서 소성 변형하여도 시트 직경(r1)이 변하는 경우가 거의 없어 반복 사용하여도 조압 특성이 거의 변화하지 않는다. 따라서 전자기식 조압 밸브(1S)의 신뢰성 및 조압 특성의 안정성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 전자기식 조압 밸브(1S)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 마찬가지로, 전자기 비례 솔레노이드(27G)에 의해 밸브체(14S)를 끌어올려 개방위치 방향으로 이동시킬 수 있는 풀형 구조로 구성되어 있기 때문에, 밸브 통로(13) 밖에 전자기 비례 솔레노이드(27G)를 배치할 수가 있다. 이에 따라, 전자기식 조압 밸브(1S)에서는, 전자기 비례 솔레노이드(27G)를 이차측 통로(12f)에 배치하여 밸브체(14S)를 개방위치 방향으로 미는 푸시형 구조의 전자기식 조압 밸브와 같은 이차측 통로(12f)의 유로 면적을 확보하면서도 푸시형 구조의 전자기식 조압 밸브보다 오리피스(38)의 직경(즉, 시트 직경(r1))을 작게 할 수가 있다. 이와 같이 시트 직경(r1)을 작게 함으로써 밸브체(14S)의 스트로크의 변화에 대한 밸브 통로(13)의 개도 변화량이 작아지기 때문에 푸시형 구조의 가스용 전자기식 조압 밸브보다 밸브 통로(13)의 개도의 미세 조정을 할 수 있어 전자기식 조압 밸브(1S)의 안정성 및 조압 정밀도를 향상시킬 수가 있다.
더욱이, 밸브체(14S)는, 이동 부재이기 때문에 안착 위치가 불규칙하지만, 돌출하는 밸브좌부(15S)에 밸브체면(11a)을 안착시키기 때문에 밸브체(14S)의 밸브체면(11a)을 밸브좌부(15S)보다 넓게 함으로써 다소 안착 위치가 불규칙하더라도 밸브체(14S)를 밸브좌부(15S)에 확실하게 안착시킬 수가 있다. 또한, 밸브구(10)의 외연을 따라 밸브좌부(15S)가 형성되어 있기 때문에 밸브구(10)의 내경 치수와 밸브좌부(15S)의 내경 치구가 대략 일치하므로 필요한 유로 면적을 확보하면서 시트 직경(r1)을 작게 할 수가 있다. 이에 따라, 전자기식 조압 밸브(1S)의 조압 정밀도의 안정성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 전자기식 조압 밸브(1S)의 밸브체(14S)의 밸브체면(11a) 측에 돌기를 설치하는, 즉 밸브체(14S)의 선단에 돌기를 설치하여도 좋다. 단, 이 경우, 그 돌기 부분의 내경 치수를 밸브구(10)의 내경 치수와 동일하게 하면, 돌기 부분이 소정의 안착 위치에서 벗어난 위치, 예를 들면 밸브구(10) 상에 안착하였을 때에 밸브구(10)가 폐쇄되지 않을 수 있다. 따라서 돌기 부분의 내경 치수를 밸브구(10)의 내경 치수보다 크게 하여 밸브구(10)가 확실하게 폐쇄하는 치수 관계를 갖도록 할 필요가 있다.
그 밖에, 제19 실시예의 조압 밸브(1S)는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제20 실시예]
본 발명의 제20 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1T)는, 제19 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1S)와 구성이 유사하고, 제19 실시예의 전자기식 조압 밸브(1S)와 다른 구성에 대해서만 설명한다. 그리고 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 이하에서 설명하는, 제21 실시예 및 제22 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
본 발명의 제20 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1T)에서는, 도 21에 도시된 바와 같이, 제10 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1J)의 밸브체(14J)와 마찬가지로 균압 통로(25J)가 밸브체(14T)에 형성되어 있다. 이 균압 통로(25J)에 의해 이차측 통로(12f)와 압력 귀환실(24G)이 연결되어 있고, 압력 귀환실(24G)에 이차압(p2)이 인도되도록 되어 있다. 또한 전자기식 조압 밸브(1T)는, 제19 실시예의 전자기식 조압 밸브(1S)와 마찬가지로, 압력 귀환실(24G)의 이차압(p2)을 다이아프램 씰(19G)이 수압하고, 이 이차압(p2)에 따라 밸브 통로(13)의 개도가 조정되어 이차압(p2)이 조압된다. 또한, 조압 시트 부재(11T)는, 대략 링 모양으로 형성되고, 균압 통로(25J)의 하측 개구(즉, 이차측 통로(12f)를 향하는 개구)를 둘러싸며, 상기 개구의 외연에서 조금 이격하여 위치하고 있다.
또한, 전자기식 조압 밸브(1T)에서는, 버퍼실(22)이 균압 통로(25J)에 의해 이차측 통로(12f)에 연결되어 있고, 버퍼실(22)에 누출된 연료 가스를 이차측 통로(12f)로 되돌리도록 되어 있다. 이에 따라, 전자기식 조압 밸브(1T)도 또한 고압 씰 부재(20)에서 누출된 연료 가스를 이차측으로 되돌리는 안전 구조의 밸브로서 되어 있다.
이와 같이 구성되는 제20 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1T)는, 제19 실시예의 조압 밸브(1S)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제21 실시예]
본 발명의 제21 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1U)에서는, 제8 실시예의 전자기식 조압 밸브(1G)와 마찬가지로 가동 부재(31U)가 그 외주면부에 플랜지(31a)를 구비하고(도 22 참조), 플랜지(31a)와 그에 대향하는 위치에 있는 하우징(12G)의 스프링 받침좌(12h) 사이에 복귀용 스프링(26U)이 설치되어 있다. 복귀용 스프링(26U)은, 압축된 상태로 스프링 받침좌(12h)와 플랜지(31a) 사이에 개재되고, 가동 철심(31U)을 통하여 밸브체(14U)를 폐쇄위치 방향으로 가압하고 있다.
이와 같이 구성되는 제21 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1U)는, 제19 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1S)와 동일한 작용 효과가 있다.
[제22 실시예]
본 발명의 제22 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1V)에서는, 도 23에 도시된 바와 같이 밸브체(14V)의 외경(r2)이 시트 직경(r1)보다 작게 되어 있고, 수압면(P1)의 수압 면적(A1)이 수압면(P2)의 수압 면적(A2)보다 크게 되어 있다. 따라서 2개의 수압 면적(A1, A2)의 차이에 따른 일차압(p1)에 의한 작용력이 폐쇄위치를 향하여 작용한다.
또한, 일차압(p1)에 의한 작용력이 폐쇄위치를 향하여 작용하고 있기 때문에, 밸브체(14V)와 밸브좌부(15S) 사이의 안착부의 씰 면압이 높게 되어 있고, 전자기 비례 솔레노이드(27G)가 작동하지 않을 때에 밸브체(14V)가 폐쇄위치에 유지된다. 따라서 밸브 통로(13)를 확실하게 폐쇄할 수 있어 안착하였을 때의 기밀성이 향상된다.
그 밖에, 제22 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1V)는, 제19 실시예에 따른 전자기식 조압 밸브(1S)와 동일한 작용 효과가 있다.
[그 밖의 실시예]
본 실시예에서는, 압력 귀환실(24)의 이차압(p2)을 다이아프램 씰(19)로 수압하고 있지만, 반드시 다이아프램 씰이 아니어도 좋고, 오링 등의 저압 씰 부재이어도 좋다.
제19 실시예 ~제22 실시예의 전자기식 조압 밸브(1S ~ 1V)에서는, 각각의 밸브체(14S~14V)의 외경(r2)은, 플랜지(14e) 및 가동 부재(31G)에 나사 결합되어 있는 부분을 제외하고 대략 균일하게 되어 있지만, 베어링 부재(18)에 지지되는 부분의 외경을 외경(r2)보다 크게 하여도 좋다. 이에 따라, 베어링 부재(18)의 내경을 크게 할 수 있기 때문에 밸브체(14S~14V)의 직진 구동 성능을 향상시킬 수 있어 밸브체(14S ~ 14V)에서 안착 위치의 불규칙을 줄일 수가 있다. 그 밖의 실시예도 마찬가지이다.
또한, 제19 실시예 ~제22 실시예의 전자기식 조압 밸브(1S~1V)에서는, 저압 씰 부재(21)와 고압 씰 부재(20)의 씰 직경이 대략 동일하게 되어 있지만, 반드시 동일한 씰 직경으로 할 필요는 없다. 저압 씰 부재(21)의 씰 직경을 고압 씰 부재(20)의 씰 직경보다 크게 함으로써 밸브체(14S~14V)의 기단부를 두껍게 할 수가 있어 밸브체(14S ~ 14V)의 강성을 향상시킬 수가 있다. 이에 따라, 외란에 더욱 강한 구조체로 할 수가 있다. 반대로, 저압 씰 부재(21)의 씰 직경을 고압 씰 부재(20)의 씰 직경보다 작게 함으로써 버퍼실(22)에 인도되는 이차압(p2)에 의한 폐쇄위치방향의 힘을 밸브체(14S ~ 14V)에 작용시킬 수가 있다. 이에 따라, 밸브체(14S ~ 14V)가 폐쇄위치에 유지될 때의 안착부의 기밀성을 더욱 향상시킬 수가 있다. 또한, 그 밖의 실시예에서도 마찬가지이다. 제19 실시예 ~제22 실시예의 전자기식 조압 밸브(1S ~ 1V)에서는, 밸브체 구동 수단으로서 전자기 비례 솔레노이드(27G)를 예로 들어 설명하였지만, 제16 실시예 ~ 제18 실시예와 마찬가지로 전자기 비례 솔레노이드(27G) 대신에 압전 소자(피에조 소자) 또는 포스 모터를 채용하여도 좋다.
본 발명은 고압 연료 가스의 압력을 인가받는 인가 전압 또는 인가 전류에 따른 압력으로 조압하는 가스용 조압 밸브에 적용할 수가 있다.
1, 1A~1N, 1S~1V: 전자기식 조압 밸브
1O~1R: 조압 밸브
2: 연료 가스 공급 시스템
12: 하우징
12a: 일차 포트
12c: 이차 포트
13: 밸브 통로
14, 14A ~ 14N, 14S ~ 14V: 밸브체
17: 베어링 부재 수용 공간
18: 베어링 부재
19, 19F, 19G: 다이아프램 씰
20: 고압 씰 부재
21: 저압 씰 부재
22, 22B, 22G, 22H: 버퍼실
24, 24F, 24G: 압력 귀환실
25,25F,25J: 균압 통로
26, 26G: 복귀용 스프링
27, 27G: 전자기 비례 솔레노이드
27O, 27Q: 압전 액추에이터
27P, 27R: 포스 모터

Claims (14)

  1. 일차 포트와 이차 포트에 연결되는 밸브 통로를 구비하는 하우징과,
    상기 하우징 내에 설치되고, 상기 밸브 통로를 폐쇄하는 폐쇄위치와 상기 밸브 통로를 개방하는 개방위치 사이에서 이동하여 상기 밸브 통로의 개도를 조정하는 밸브체와,
    상기 밸브체를 폐쇄위치 방향으로 가압하는 복귀용 스프링과,
    인가받는 인가 전압 또는 인가 전류에 따른 구동력을, 상기 복귀용 스프링의 가압에 대항하도록 상기 밸브체에 가하여 상기 밸브체를 상기 개방위치 방향으로 이동시키는 밸브체 구동 수단을 구비하고,
    상기 일차 포트를 통하여 상기 밸브 통로에 공급되는 고압 연료 가스의 압력을 상기 밸브체 구동 수단의 구동력에 따른 압력으로 조압하여 상기 이차 포트로부터 출력하는 조압 밸브에 있어서,
    상기 하우징 내에 형성되고, 상기 이차 포트에 연결되는 압력 귀환실과,
    상기 압력 귀환실의 압력을 상기 구동력에 대항하는 방향으로 수압하고, 상기 압력 귀환실의 압력에 따라 상기 밸브체를 상기 폐쇄위치로 이동시키는 제1 씰 부재와,
    상기 밸브체와 상기 하우징 사이의 간극에 개재하여 상기 밸브체를 슬라이딩 지지하는 베어링 부재와,
    상기 베어링 부재보다 상기 밸브 통로 측에 설치되어 상기 간극을 밀폐하는 제2 씰 부재와,
    상기 제2 씰 부재보다 더 상기 밸브 통로 측에 설치되어 상기 간극을 밀폐하는 제3 씰 부재를 구비하며,
    상기 제3 씰 부재와 상기 제2 씰 부재의 사이에는, 상기 이차 포트에 연결되어 있는 버퍼실이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이차 포트와 상기 압력 귀환실은, 압력 귀환 통로에 의해 연결되어 있고,
    상기 압력 귀환 통로는, 상기 밸브체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이차 포트와 상기 압력 귀환실은, 압력 귀환 통로에 의해 연결되어 있고,
    상기 압력 귀환 통로는, 상기 하우징에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력 귀환 통로는, 상기 버퍼실에도 연결되는 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 밸브체가 상기 폐쇄위치에 위치할 때에 안착하는 밸브좌부이며, 상기 개방위치 방향에 대하여 직교하는 밸브좌면을 구비한 밸브좌부를 구비하고,
    상기 밸브체는, 상기 개방위치 방향에 직교하는 밸브체면에서 상기 밸브좌면에 안착하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브 통로는, 상기 밸브좌부와 상기 밸브체 사이에 형성되는 오리피스보다 하류측의 이차 포트에 연결되는 이차측 통로를 구비하고,
    상기 밸브체 구동 수단은, 상기 이차측 통로 밖에 위치하고 상기 밸브체가 끼워져 상기 밸브좌부와 반대측의 위치에 설치되고, 상기 구동력에 의해 상기 밸브체를 끌어올려 상기 개방위치 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브좌부는, 상기 이차측 통로에서 상기 일차 포트 측의 개구인 밸브구의 외연을 따라 형성되고, 상기 밸브체를 향하여 상기 개방위치 방향으로 돌출되어 있고,
    상기 밸브체는, 상기 밸브좌부에 대향하는 위치에 시트 부재를 구비하며,
    상기 시트 부재는, 그 일 표면이 상기 밸브체면을 이루고, 그 밸브체면에서 상기 밸브좌부의 꼭대기부에 안착하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 밸브체는, 상기 일차 포트의 일차압을 상기 개방위치 쪽으로 수압하는 제1 수압면의 수압 면적과 상기 일차압을 상기 폐쇄위치 쪽으로 수압하는 제2 수압면의 수압 면적이 동일하게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 밸브체는, 상기 일차 포트의 일차압을 상기 개방위치 쪽으로 수압하는 제1 수압면의 수압 면적이 상기 일차압을 상기 폐쇄위치 쪽으로 수압하는 제2 수압면의 수압 면적보다 작게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압력 귀환실은, 상기 베어링 부재에 대하여 상기 제2 씰 부재와 반대측에 위치하고,
    상기 제1 씰 부재는, 상기 베어링 부재와 상기 압력 귀환실 사이에 위치하여 그 사이를 막는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압력 귀환실은, 상기 밸브 통로와 상기 밸브체 구동 수단 사이에 위치하고,
    상기 제1 씰 부재는, 상기 밸브체 구동 수단과 상기 압력 귀환실 사이에 위치하여 그 사이를 막는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 밸브체 구동 수단에 인가되는 인가 전압 또는 인가 전류가 제로(0)일 때에는, 상기 복귀용 스프링에 의해 상기 밸브체를 상기 폐쇄위치로 하는 상시 폐쇄형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용 조압 밸브.
  13. 삭제
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