KR101808713B1 - 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛 - Google Patents

Abstract

가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛에 관한 것으로, 내부에 오리피스가 형성되는 하우징, 상기 오리피스에 결합되는 밸브샤프트, 상기 밸브샤프트의 일단과 연결되고 직선 왕복 운동하는 다이어프램 및 상기 다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 하우징과 결합되는 캡을 포함하고, 상기 하우징 내부에는 상기 다이어프램의 가장자리를 고정하는 플레이트가 마련되며, 상기 플레이트는 외주면에 형성되는 결합부를 이용해서 상기 하우징의 내주면에 억지끼움 방식으로 결합되는 구성을 마련하여, 하우징 내부에 억지끼움 방식으로 플레이트를 결합하고, 플레이트의 외주면에 오링과 결합부를 마련해서 외부 유체의 침투를 방지할 수 있다.

Description

가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛{REGULATOR UNIT FOR GAS FUEL VEHICLE}

본 발명은 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 연료를 사용하는 차량에서 가스 연료의 압력을 조절하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 사용되는 연료는 휘발유, 경유, 액화석유가스(LPG: Liquefied Petroleum Gas) 등이 사용되고 있으며, 휘발유, 경유 등의 연료는 불완전 연소에 의해 발생하는 배기가스가 환경을 오염시키는 주원인이 되고 있다.

이에 따라, 환경오염을 줄이기 위한 방안의 일환으로, 청정연료인 압축천연가스(CNG: Compressed Natural Gas)를 차량 연료로 사용하고 있으며, 압축천연가스는 연소 효율이 높아 배기가스가 적을 뿐만 아니라 환경오염을 발생시키는 질소산화물 등이 적은 이점이 있다.

이러한 압축천연가스는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 압축과정에 의해 고압으로 유지시킨 상태에서 차량에 설치되는 연료 탱크에 저장된다.

여기서, 압축천연가스는 약 260bar의 고압 기체 가스를 압축, 저장된 상태에서 엔진으로 공급됨에 따라, 엔진으로 공급되기 전에 가스연료의 압력을 감압해서 엔진에 공급된다.

상기 가스연료는 고압의 기체 상태로 엔진에 공급되므로, 엔진에 공급되는 유량 및 압력을 일정하게 유지된 상태로 공급하기 위해, 가스연료를 사용하는 엔진에는 가스연료의 압력을 조절하는 레귤레이터가 설치된다.

레귤레이터는 엔진에 가스연료와 공기가 혼합된 혼합기를 안정적으로 공급하기 위해, 가스연료를 공급 또는 차단하는 제어용 밸브를 경유하여 공급되는 가스연료를 엔진에 필요한 일정 압력 이하로 감압 조정하여 공급하는 기능을 한다.

본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 가스 연료 차량에 적용되는 레귤레이터 구성을 개시하여 특허 출원해서 등록받은 바 있다.

특허문헌 1에는 가스 유입구와 가스 배출구 및 상부 압력실과 하부 압력실로 형성된 압력실이 형성된 바디, 가스 유입구로 유입되는 가스량에 따라 승강되는 다이어프램, 다이어프램을 탄력적으로 지지하는 밸런스 스프링, 다이어프램의 저면에 가스연료의 유로를 개폐하는 개폐조절 샤프트 및 가스 유입구로부터 압력실 사이에 설치되어 전기적인 신호로 가스 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 레귤레이터의 구성이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는 제1오리피스가 형성되는 제1하우징, 제1오리피스와 결합되는 제1밸브샤프트, 제1밸브샤프트의 일단과 접촉하여 선단운동을 하는 피스톤, 피스톤이 설치된 단부를 덮도록 제1하우징과 결합되는 제1캡 및 피스톤과 제1캡 사이에 결합되는 제1스프링으로 구성되는 제1감압부 및 제1하우징의 수직방향으로 결합되며 제2오리피스가 형성되는 제2하우징, 제2오리피스에 결합되는 제2밸브샤프트, 제2밸브샤프트의 일단과 접촉하여 선단운동을 하는 다이어프램, 다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 제2하우징과 결합되는 제2캡 및 다이어프램과 제2캡 사이에 설치되는 제2스프링으로 구성되는 제2감압부를 포함하는 레귤레이터의 구성이 기재되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0885686호(2009년 2월 26일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-0951366호(2010년 4월 8일 공고)

한편, 가스 연료 차량용 레귤레이터는 제조된 후 염수를 이용해서 부식 시험을 거쳐 출고된다.

예를 들어, 도 1은 종래기술에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터의 부분 확대 단면도이다.

종래기술에 따른 레귤레이터의 바디(1) 내부에 설치되는 플레이트(2)의 외주면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 바디(1)와 플레이트(2) 사이를 실링하도록 오링(3)이 설치된다.

그러나 종래기술에 따른 레귤레이터는 염수를 이용한 부식 시험 과정에서 오링(3)만으로 바디(1)와 플레이트(2) 사이를 완벽하게 실링하기에는 한계가 있었다.

이로 인해, 종래기술에 따른 레귤레이터는 부식 시험 과정에서 염수 침투로 인해 바디(1) 내부에서 부식이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 염수 침투를 방지할 수 있는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛은 내부에 오리피스가 형성되는 하우징, 상기 오리피스에 결합되는 밸브샤프트, 상기 밸브샤프트의 일단과 연결되고 직선 왕복 운동하는 다이어프램 및 상기 다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 하우징과 결합되는 캡을 포함하고, 상기 하우징 내부에는 상기 다이어프램의 가장자리를 고정하는 플레이트가 마련되며, 상기 플레이트는 외주면에 형성되는 결합부를 이용해서 상기 하우징의 내주면에 억지끼움 방식으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트의 외주면에는 오링이 설치되는 오링홈이 형성되고, 상기 결합부는 상기 캡과 결합되는 결합면과 상기 오링홈 사이에 상기 플레이트의 외주면을 따라 나란하게 외측을 향해 돌출 형성되는 제1 및 제2 환형돌부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 환형돌부의 외경은 상기 제1 환형돌부의 외경보다 크게 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 환형돌부가 상기 하우징의 내주면과 접촉되는 압입면의 폭은 상기 제1 환형돌부의 압입면 폭에 비해 크게 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 환형돌부와 제2 환형돌부 사이는 평면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 환형돌부와 제2 환형돌부 사이에는 에어 포켓을 형성하도록 상기 플레이트의 외경보다 작은 직경을 갖는 환형홈부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛에 의하면, 하우징 내부에 억지끼움 방식으로 플레이트를 결합하고, 플레이트의 외주면에 오링과 결합부를 마련해서 외부 유체의 침투를 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 부식 시험 과정에서 염수가 하우징 내부로 유입되는 것을 효과적으로 차단하여 부식으로 인한 부품의 손상이나 고장을 미연에 예방할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 종래기술에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터의 부분 확대 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 A-A' 선에 대한 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 제2 감압부의 부분 확대 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 A-A' 선에 대한 단면도이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛(10)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 연료를 1차 감압하는 제1 감압부(20)와 제1 감압부(20)에서 1차 감압된 가스 연료를 2차 감압하는 제2 감압부(30)를 포함하고, 제1 감압부(20)와 제2 감압부(30)는 작동방향이 서로 직각을 이루도록 구성된다.

제1 감압부(20)는 제1 오리피스가 형성되는 제1 하우징(21), 상기 제1오리피스와 결합되는 제1 밸브샤프트(22), 제1 밸브샤프트(22)의 일단과 접촉하여 직선 왕복 운동하는 제1 다이어프램(23), 제1 다이어프램(23)이 설치된 단부를 덮도록 제1 하우징(21)과 결합되는 제1 캡(24) 및 제1 다이어프램(23)과 제1 캡(24) 사이에 결합되는 제1 스프링(25)을 포함할 수 있다.

이와 함께, 제1 감압부(20)는 제어부(도면 미도시)의 제어신호에 따라 가스의 유입을 단속하는 솔레노이드 밸브(41), 제1 감압부(20)로 유입되는 가스의 압력을 측정하는 압력센서(42) 및 가스의 압력이 미리 설정된 설정압력 이상으로 상승할 경우, 레귤레이터 유닛(10)의 손상을 방지하도록 가스 연료를 배출하는 릴리프 밸브(43)를 더 포함할 수 있다.

제2 감압부(30)는 제1 하우징(21)과 직각 방향으로 결합되고, 제2 오리피스가 형성되는 제2 하우징(31), 상기 제2 오리피스에 결합되는 제2 밸브샤프트(32), 제2 밸브샤프트(32)의 일단과 연결되어 직선 왕복 운동하는 제2 다이어프램(33), 제2 다이어프램(33)이 설치된 단부를 덮도록 제2 하우징(31)과 결합되는 제2 캡(34) 및 제2 다이어프램(33)과 제2 캡(34) 사이에 설치되는 제2 스프링(35)을 포함할 수 있다.

제1 하우징(21)에는 가스 연료가 유입되는 유입포트(26)가 마련되고, 제2 하우징(31)에는 감압된 가스 연료가 배출되는 배출포트(36)가 마련되며, 유입포트(26)에는 가스 연료에 포함된 이물질을 필터링하는 필터(도면 미도시)가 마련될 수 있다.

제1 하우징(21) 내부에는 유입포트(26)를 통해 유입된 가스 연료를 제1 오리피스로 안내하고, 1차 감압된 가스 연료를 제2 하우징(30)으로 전달하는 제1 유로가 형성되고, 제2 하우징(31) 내부에는 제1 감압부(20)에서 전달된 가스 연료를 제2 오리피스로 안내하고 2차 감압된 연료를 출구포트(36)로 전달하는 제2 유로가 형성될 수 있다.

한편, 제1 감압부(20)에는 온수포트(26)와 온수유로가 마련될 수 있다.

즉, 제1 하우징(21)의 일측에는 각각 온수가 유입 및 배출되는 한 쌍의 온수포트(27)가 마련되고, 제1 하우징(21) 내부로 유입된 온수는 상기 온수유로를 통해 순환할 수 있다.

가스 연료의 특성상 레귤레이터 유닛(10)의 감압 과정에서는 급격한 온도 저하가 발생함에 따라, 엔진을 냉각하는 과정에서 가열된 냉각수, 즉 온수를 제1 감압부(20) 내부에서 순환시켜 아이싱을 방지할 수 있다.

제2 감압부(30)의 제2 캡(34) 일측에는 제2 감압부(30)의 감압 성능을 향상시키도록, 매니폴드 블록(도면 미도시)와 연결되어 진공압력을 이용해서 압력을 보상하는 니플(37)이 마련될 수 있다.

다음, 도 3 및 도 4를 참조하여 부식 시험시 염수의 침투를 방지하기 위해 제2 감압부의 기밀성능을 개선한 구조를 상세하게 설명한다.

도 4는 도 3에 도시된 제2 감압부의 부분 확대 단면도이다.

제2 감압부(30)의 제2 하우징(31) 내부에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 다이어프램(33)의 가장자리를 지지해서 안정적으로 고정하는 플레이트(50)가 마련될 수 있다.

플레이트(50)는 일측, 도 4에서 보았을 때 우측면이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 플레이트(50)의 중앙부에는 제2 밸브샤프트(32)가 설치되도록 설치공이 관통 형성될 수 있다.

플레이트(50)의 외주면에는 제2 하우징(31)와 제2 캡(34) 사이 공간을 통한 유체의 이동을 방지하도록 실링하는 오링(51)이 설치된다.

이를 위해, 플레이트(50)의 외주면에는 제2 캡(34)과 결합되는 결합면에서 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 오링(51)이 설치되는 오링홈(52)이 형성될 수 있다.

그리고 플레이트(50)의 외주면에는 오링홈(52)과 결합면 사이에 제2 하우징(31)의 내주면에 억지끼움 방식으로 결합되는 결합부(53)가 형성될 수 있다.

결합부(53)는 플레이트(50)의 외주면을 따라 나란하게 외측을 향해 돌출 형성되는 제1 및 제2 환형돌부(54,55)를 포함할 수 있다.

제1 환형돌부(54)와 제2 환형돌부(55)는 각각 단면이 반구 형상으로 형성될 수 있다.

그리고 제2 환형돌부(55)의 외경은 플레이트(50) 결합시 압입 효과를 높이기 위해, 제1 환형돌부(54)의 외경보다 크게 설정될 수 있다.

예를 들어, 제1 환형돌부(54)가 제2 하우징(31) 내부에 억지끼움 방식으로 결합됨에 따라, 제2 하우징(31)의 내주면과 접촉되는 제1 환형돌부(54)의 압입면 폭은 약 0.2 내지 0.5mm로 설정되고, 제2 환형돌부(55)의 압입면 폭은 약 0.6 내지 0.9mm로 설정될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 결합부(53)에 제1 환형돌부(54)와 제2 환형돌부(55)가 마련되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 환형돌부를 하나 또는 셋 이상 마련하도록 변경될 수도 있다.

특히, 제1 환형돌부(54)와 제2 환형돌부(55) 사이는 평면으로 형성될 수도 있으나, 본 실시 예에서는 제1 환형돌부(54)와 제2 환형돌부(55) 사이에 환형홈부(56)가 마련될 수 있다.

환형홈부(56)는 플레이트(50)의 외경보다 작은 직경으로 형성됨에 따라, 제2 하우징(31)의 내주면과 제1 및 제2 환형돌부(54,55) 사이 공간에 에어 포켓(air pocket)을 형성해서 외부의 유체, 특히 염수의 침투를 방지할 수 있다.

다음, 제2 하우징과 플레이트의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.

먼저, 작업자는 플레이트(50)의 외주면에 가공 공정을 통해 미리 설정된 간격으로 오링홈(52)과 제1 및 제2 환형돌부(54,55), 환형홈부(56)를 형성하고, 오링홈(52)에 오링(51)을 결합한다.

그리고 제2 하우징(31)의 내부에 플레이트(50)를 결합한다.

여기서, 플레이트(50)의 외주면에 제1 및 제2 환형홈부(54,55)가 형성됨에 따라, 플레이트(50)는 억지끼움 방식으로 제2 하우징(31)에 결합된다.

이와 같이, 제2 하우징(31) 내부에 플레이트(50)를 결합한 후, 제2 밸브샤프트(32), 제2 다이어프램(33), 제2 스프링(35)을 순차적으로 설치하고, 제2 캡(34)을 제2 하우징(31)에 결합한다.

이러한 과정을 통해 조립된 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛(10)의 실제 제품을 이용한 부식 시험 결과, 제2 하우징(31)의 내부에 플레이트(50)를 억지끼움 방식으로 결합하고, 플레이트(50)의 외주면에 오링(51)과 제1 및 제2 환형돌부(54,55), 환형홈부(56)를 마련함으로써, 염수의 침투를 완벽하게 차단할 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 하우징 내부에 억지끼움 방식으로 플레이트를 결합하고, 플레이트의 외주면에 오링과 결합부를 마련해서 부식 시험 과정에서 염수의 침투를 효과적으로 차단할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기의 실시 예에서는 압축천연가스를 연료로 사용하는 차량의 레귤레이터 유닛을 이용해서 설명하였으나, 본 발명은 압축천연가스뿐만 아니라, 액화석유가스 등 다양한 가스 연료를 사용하는 차량의 레귤레이터 유닛에 적용하도록 변경될 수 있다.

또한, 상기의 실시 예에서는 제1 감압부와 제2 감압부를 이용해서 2단 감압하는 구성을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 1단 감압 또는 3단 이상 감압하는 레귤레이터에 적용되도록 변경될 수 있다.

본 발명은 하우징 내부에 억지끼움 방식으로 플레이트를 결합하고, 플레이트의 외주면에 오링과 결합부를 마련해서 부식 시험 과정에서 염수의 침투를 방지하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛 기술에 적용된다.

10: 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛
20: 제1 감압부 21: 제1 하우징
22: 제1 밸브샤프트 23: 제1 다이어프램
24: 제1 캡 25: 제1 스프링
26: 유입포트 27: 온수포트
30: 제2 감압부 31: 제2 하우징
32: 제2 밸브샤프트 33: 제2 다이어프램
34: 제2 캡 35: 제2 스프링
36: 배출포트 37: 니플
41: 솔레노이드 밸브 42: 압력센서
43: 릴리프 밸브 50: 플레이트
51: 오링 52: 오링홈
53: 결합부 54,55: 제1,제2 환형돌부
56: 환형홈부

Claims (6)

1. 가스 연료를 미리 설정된 압력으로 감압하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛에 있어서,
   내부에 오리피스가 형성되는 하우징,
   상기 오리피스에 결합되는 밸브샤프트,
   상기 밸브샤프트의 일단과 연결되고 직선 왕복 운동하는 다이어프램 및
   상기 다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 하우징과 결합되는 캡을 포함하고,
   상기 하우징 내부에는 상기 다이어프램의 가장자리를 고정하는 플레이트가 마련되며,
   상기 플레이트는 외주면에 형성되는 결합부를 이용해서 상기 하우징의 내주면에 억지끼움 방식으로 결합되고,
   상기 플레이트의 외주면에는 오링이 설치되는 오링홈이 형성되며,
   상기 결합부는 상기 캡과 결합되는 결합면과 상기 오링홈 사이에 상기 플레이트의 외주면을 따라 나란하게 외측을 향해 돌출 형성되는 제1 및 제2 환형돌부를 포함하고,
   상기 제1 환형돌부와 제2 환형돌부 사이에는 에어 포켓을 형성해서 외부 유체의 침투를 방지하도록 상기 플레이트의 외경보다 작은 직경을 갖는 환형홈부가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 환형돌부의 외경은 상기 제1 환형돌부의 외경보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 환형돌부가 상기 하우징의 내주면과 접촉되는 압입면의 폭은 상기 제1 환형돌부의 압입면 폭에 비해 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 환형돌부와 제2 환형돌부 사이는 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 연료 차량용 레귤레이터 유닛.
6. 삭제

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