KR200442477Y1 - 과류차단밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스 충전시 과류차단밸브 내의 와류를 억제함으로써 유동흐름을 원활하게 하여 가스 충전시간을 단축시킬 수 있는 과류차단밸브에 관한 것이다.

본 고안은 일단 외주부에 밸브어셈블리와 결합하기 위한 체결부가 형성되어 있으며, 내부에는 제1가스유동홀이 형성된 제1몸체와, 제1몸체와 일체로 형성되며, 제1가스유동홀보다 큰 내경을 가지는 제2가스유동홀이 형성된 제2몸체와, 제1몸체의 제1가스유동홀과 동일한 내경으로 연통되고, 제2몸체의 내부에 시트홈을 형성하도록 선단부를 향하여 점진적으로 외경이 축소되어 제2가스유동홀 방향으로 돌출형성된 시트부와, 시트홈에 일단이 접촉되고 시트부에 끼워지는 스프링과, 정상상태일 때 스프링의 복원력에 의해 가스 실린더 내측으로 이동하는 압력을 받으며 제1가스유동홀의 직경보다 외측으로 배치된 다수의 관통구멍이 형성된 디스크시트와, 디스크시트가 제2몸체로부터 이탈하는 것을 차단하기 위한 스톱링과, 가스충전시 와류가 집중적으로 발생하는 시트홈 내의 제2몸체에 관통형성되는 다수의 균압홀을 포함한다.

과류차단밸브, 와류, 균압홀

Description

과류차단밸브{Excess Flow Valve}

본 고안은 과류차단밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과류차단밸브의 내부 가스흐름이 원활하도록 몸체에 균압홀을 형성시켜 와류를 억제함으로써 가스 충전시 충전시간을 크게 줄일 수 있는 과류차단밸브에 관한 것이다.

최근 석유에너지에 대하여 석유자원의 고갈에 대한 대비뿐만 아니라 환경오염의 문제에 대처하기 위한 노력의 일환으로 대체 에너지 개발을 위한 노력이 여러분야에서 활발하게 이루어지고 있는 바, 자동차의 경우에도 유류 가격의 상승 및 공해문제 등으로 인하여 가격이 저렴한 차량의 연료로서 압축천연가스(CNG) 또는 LPG를 사용하는 차량이 증가하고 있다.

이러한 가스 자동차는 트렁크에 가스가 고압으로 충전되어 있는 가스 실린더가 장착되어 있으며, 이때 가스 실린더 내부에는 과류차단밸브가 설치되어 있다.

이에, 가스 실린더에 적용되고 있는 종래의 과류차단밸브(10)를 도 1을 참고로 하여 살펴보면, 과류차단밸브(10)는 일단부에 연료호스(2)와 결합되고 하단부에 고압의 가스가 저장된 가스 실린더(3)와 결합되는 밸브어셈블리(1)에서 체결부(16)를 통하여 가스 실린더(3)가 결합되는 하단부에 결합되며, 그 내부에는 순차적으로 내경이 변화하는 가스유동홀(10a)이 형성되어 있다.

또한, 과류차단밸브(10)는 시트부(12)가 내부에 돌출형성된 몸체(11)와, 몸체(11) 내부에 삽입된 스프링(13)과, 다수의 관통구멍(14a)이 형성된 디스크시트(14)와, 스톱링(15)을 포함한다.

상기한 구조의 과류차단밸브(10)는 사고로 인하여 연료호스(2)가 파손되거나 연료계통에 이상이 발생하는 경우, 과류차단밸브(10) 내에 순간적으로 발생하는 과압에 의하여 디스크시트(14)가 이동하여 가스유동홀(10a)을 막음으로써 가스의 방출을 자동으로 차단하는 역할을 한다.

그런데, 이러한 종래의 과류차단밸브(10)는 몸체(11)의 내부에 형성된 가스유동홀(10a)의 내경이 순차적으로 달라지는 구조로서 가스 실린더(3)로 가스를 충전시킬 경우 몸체(11)의 가스유동홀(10a) 내부 시트부(12) 주변에서 불필요한 가스의 와류현상이 발생하고, 입구에 압이 과하게 몰림으로 인해 유속이 느려져 가스충전시 가스가 원활히 흐르지 못하는 현상이 발생하여, 가스 충전시간이 지연되는 문제점이 있다.

또한, 상기한 종래의 과류차단밸브(10)는 가스의 유로확보가 한정적이고, 와류현상으로 인해 스프링(13)이 압축되었다가 복원되는 작동이 불규칙적이고 불균등하여 이에 따라 복원력이 떨어져 원활한 스프링(13) 역할을 하지 못하며, 가스충전시 디스크시트(14)에 과압이 그대로 가해지기 때문에 디스크시트(14)의 내구성을 악화시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 가스 충전시 과류차단밸브 내의 유동흐름을 원활하게 하여 유동을 빨리하여 충전시간을 단축시킬 수 있는 과류차단밸브를 제공하는 데 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은 가스충전시 과류차단밸브 내의 가스유동을 고르게 하여 디스크시트에 걸리는 과압을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있는 과류차단밸브를 제공하는 데 있다.

또한, 본 고안의 또 다른 목적은 과류차단밸브 내부의 와류를 줄여 가스충전시의 원활한 가스의 흐름을 유도할 뿐만 아니라, 와류로 인한 스프링의 불규칙한 작동을 방지함으로써 스프링의 압축 및 복원을 원활하게 이루어지게 하여 이에 따른 가스차단 및 개방을 신속하고 원활하게 할 수 있는 과류차단밸브를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 과류차단밸브는 일단 외주부에 밸브어셈블리와 결합하기 위한 체결부가 형성되어 있으며, 내부에는 제1가스유동홀이 형성된 제1몸체와, 상기 제1몸체와 일체로 형성되며, 상기 제1가스유동홀보다 큰 내경을 가지는 제2가스유동홀이 형성된 제2몸체와, 상기 제1몸체의 제1가스유동홀과 동일한 내경으로 연통되고, 상기 제2몸체의 내부에 시트홈을 형성하도록 선단부를 향하여 점진적으로 외경이 축소되어 제2가스유동홀방향으로 돌출형성된 시트부와, 상기 시트홈에 일단이 접촉되고 상기 시트부에 끼워지는 스프링과, 정상상태일 때 상기 스프링의 복원력에 의해 가스 실린더 내측으로 이동하는 압력을 받으며 상기 제1가스유동홀의 직경보다 외측으로 배치된 다수의 관통구멍이 형성된 디스크시트와, 상기 디스크시트가 제2몸체로부터 이탈하는 것을 차단하기 위한 스톱링과, 가스충전시 와류가 집중적으로 발생하는 상기 시트홈 내의 제2몸체에 관통형성되는 다수의 균압홀을 포함한다.

여기서, 상기 균압홀은 내경이 1mm 내지 2.5mm의 범위로 형성된 것이 좋으며, 상기 균압홀의 갯수는 2 내지 6개의 범위로 형성된 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 고안에 따른 과류차단밸브는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 몸체에 다수의 균압홀을 형성시켜 가스 충전시 과류차단밸브 내의 와류를 억제하여 유동흐름을 원활하게 함으로써 가스 충전시간을 단축시킬 수 있다.

둘째, 가스충전시 과류차단밸브 내의 가스유동을 고르게 하여 디스크시트에 걸리는 과압을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 원활한 스프링의 작동을 확보할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 과류차단밸브를 나타낸 조립사시도와 단면도이다.

우선, 도 2를 참조하면, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 과류차단밸브(60)는 일단부에 밸브어셈블리(1)와 결합하기 위한 체결부(27)가 형성되고, 내부에는 가스가 흐를 수 있는 가스유동홀(21a,22a;도 3 참조)이 형성되어 있으며, 다수의 균압홀(24)이 가스유동홀(22a)에 수직으로 관통형성된 몸체(20)와, 상기 몸체(20) 내부로 삽입되는 스프링(30)과, 스프링(30)의 하부방향으로 몸체(20)에 삽입되고 방사형으로 다수의 관통구멍(40a)이 형성된 디스크시트(40)와, 일부가 개방된 환형상으로 디스크시트(40)의 하부방향으로 몸체(20)에 삽입되어 디스크시트(40)가 이탈되는 것을 방지하기 위한 스톱링(50)을 포함한다.

상기 과류차단밸브(60)의 내부구조를 도 3을 참조로 상세히 살펴보면, 먼저 몸체(20)는 외주부에 형성된 체결부(27)에 의해 밸브어셈블리(1)의 하단부와 나사결합되고, 제1가스유동홀(21a)이 형성된 제1몸체(21)와, 상기 제1몸체(21)와 일체로 형성되며 제1가스유동홀(21a)보다 큰 내경을 가지는 제2가스유동홀(22a)이 형성된 제2몸체(22)로 이루어져 있다.

이때, 상기 제1몸체(21)에는 제1가스유동홀(21a)과 동일한 내경으로 연통되고, 제2몸체(22)의 내부에 시트홈(25)을 형성하도록 선단부를 향하여 점진적으로 외경이 축소되고 제2가스유동홀(22a) 방향으로 돌출형성된 시트부(23)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 제2몸체(22)의 외주면은 밸브어셈블리(1)에 나사결합시 조립공구로 용이하게 파지할 수 있도록 6각형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 과류차단밸브(60)에서 제2몸체(22)의 내부에는 일단부가 상기 시 트홈(25)에 접촉되고 시트부(23)를 내부로 수용하여 끼워지는 스프링(30)과, 원형상으로 일면이 스프링(30)의 타단부에 접촉하고 시트부(23)와 접촉시 제2가스유동홀(22a)을 막을 수 있게 중앙부를 제외한 외주면 방향으로 다수의 관통구멍(40a)이 방사상으로 형성된 디스크시트(40)와, 디스크시트(40)의 이탈을 방지하기 위해 일면이 디스크시트(40)와 접촉하고 타면이 제2몸체(22)의 타단에 형성된 걸림턱(26)에 의해 고정되는 스톱링(50)이 삽입되어 있다.

여기서, 상기 스프링(30)은 정상상태일 때는 디스크시트(40)가 제1가스유동홀(21a)을 차단하지 않고 가스가 흐를 수 있도록 시트부(23)의 선단으로부터 이격되어 위치하도록 지지하는 역할을 하며, 반면 연료호스 파손과 같은 이상 상태일 때는 순간적으로 발생하는 과압이 스프링(30)의 저항력을 이겨 이에 따라 디스크시트(40)가 시트부(23)의 선단부로 이동하여 제1가스유동홀(21a)을 막음으로써 가스의 방출을 차단시킬 수 있도록 디스크시트(40)를 이동시키는 역할을 한다.

한편, 상기 균압홀(24)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 와류가 집중적으로 발생하는 시트부(23)의 돌출 단부까지의 시트홈(25)에 위치하여 제2몸체(22)에 관통형성된 것이 좋다.

더불어, 상기 균압홀(24)은 2개를 관통형성하는 것을 기준으로 내경이 1mm~2.5mm가 바람직하다. 이는, 균압홀(24)의 내경이 1mm 미만일 경우에는 유로가 확보되지 않아 와류를 제거할 수 없기 때문이며, 반면 내경이 2.5mm를 초과할 경우에는 이상 상황 발생시에 디스크시트(40)가 작동하지 않기 때문이다.

여기서, 상기 균압홀(24)은 원형 외에 여러 형상으로 할 수 있음은 물론이 며, 갯수는 같은 전체 유로개방면적을 기준으로 대칭적인 위치에서 2~6개의 범위로 형성할 수 있지만, 2개가 바람직하다.

상기한 구조의 과류차단밸브의 작동을 도 5a 및 도 5b를 참조로 하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 5a는 가스사용시 즉 정상상태일 때의 과류차단밸브(60)의 내부를 나타내는 도면으로, 이때에는 가스 실린더(3;도 1참조) 내에 충전된 가스가 디스크시트(40)의 관통구멍(40a), 제2가스유동홀(22a) 및 제1가스유동홀(21a)을 거쳐 배출된다.

하지만, 상기한 도 5a의 상태와 같이 정상적으로 사용되고 있다가 외부충격, 자동차 사고, 노화의 원인으로 연료호스의 파손과 같은 상황이 발생하는 이상상태일 때는 과류차단밸브(60)의 외부와 가스 실린더(3) 내부 사이에 압력차가 크게 발생하므로 도 5b에 나타난 바와 같이, 가스 실린더(3) 내부로부터 외부로 배출되는 가스압이 순간적으로 상승하여 디스크시트(40)에 과압이 걸리게 된다.

이에 따라, 배출 가스압이 스프링(30)의 저항력을 이기면 디스크시트(40)가 시트부(23)로 이동하여 디스크시트(40)의 중앙부가 시트부(23)의 단부와 밀착하여 시트부(23)의 제1가스유동홀(21a)을 막아 가스 실린더(1)내의 가스의 방출을 차단한다.

이에, 우선 종래의 과류차단밸브에서 가스충전시 내부의 가스흐름을 파악하고 이에 대한 와류형성에 대한 문제점을 파악하기 위하여, 균압홀이 형성되어 있지 않은 과류차단밸브의 내부 가스흐름에서 와류형상을 시뮬레이션한 도 6과, 이러한 구조의 과류차단밸브 내부의 가스유속을 시뮬레이션한 도 7을 참조로 하여 살펴보기로 한다.

먼저, 도 6을 참조하면, 균압홀이 형성되어 있지 않은 종래의 과류차단밸브(10)의 가스흐름은 도시된 바와 같이 시트홈이 형성된 부분에 집중적으로 와류가 많이 발생하는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 과류차단밸브(10) 내부의 가스유속은 도 7에 나타난 바와 같이 입구에 가스압이 과하게 몰려서 가스유동이 느려지게 되고, 이에 따라 균압홀이 형성되어 있지 않은 종래의 과류차단밸브(10)는 가스충전시 내부 가스흐름이 원활하지 않아 전체적으로 가스유속이 느리다는 것을 알 수 있다.

하지만, 도 8에 도시된 본 고안의 몸체(20)에 다수의 균압홀(24)을 형성시킨 과류차단밸브(60)의 내부 가스흐름을 보여주는 시뮬레이션 도면을 살펴보면, 도 7과 비교하여, 우선 몸체(20)에 형성된 균압홀(24)을 통하여 과류차단밸브(60)내의 시트홈(25)에 형성되었던 와류가 크게 억제되었음을 알 수 있으며, 또한 균압홀(24)에 의하여 유동의 퍼짐이 있어 가스압이 과하게 몰리지 않아 전체적으로 유동이 고르고 빠름을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 균압홀(24)이 형성된 본 고안에 따른 과류차단밸브(60)는 종래의 과류차단밸브(10)의 가스 유로확보가 한정적인 것에 반해, 균압홀(24)로 인하여 유로를 더 확보할 수 있다.

또한, 본 고안은 균압홀(24)을 통하여 와류현상을 줄였기 때문에 와류현상으로 인하여 스프링(30)이 압축되었다 복원되는 속도가 느려지는 것과 같은 불규칙한 작동을 방지함으로써 스프링(30)의 작동을 원활하게 이루어지게 할 수 있으며, 이에 따라 본 고안에 의한 과류차단밸브(60)는 이상 상황이 발생할 경우의 가스차단 및 복원 시의 개방을 신속하고 원활하게 할 수 있다.

또한, 본 고안은 가스충전시 균압홀(24)로 인하여 디스크시트(40)에 걸리는 과압을 최소화시킬 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 고안에 따른 과류차단밸브(60)는 몸체(20)에 다수의 균압홀(24)이 관통형성되어 이 균압홀(24)을 통해 몸체(20) 내부에 발생하는 와류를 억제하였기 때문에, 몸체(20) 내부의 가스유동홀(21a,22a)에서의 가스압이 과하게 몰리지 않게 하여 전체적으로 유동이 고르고 빠르기 때문에 종래에 비하여 가스충전시 걸리는 충전시간을 크게 단축시킬 수 있다.

표 1은 균압홀(24)이 형성되어 있지 않은 종래의 과류차단밸브와 본 고안의 다수의 균압홀(24)이 형성된 과류차단밸브(60)를 각각 밸브어셈블리에 장착하여 충전시간을 비교한 표로서, 표에서 알 수 있는 바와 같이 본 고안에 따른 과류차단밸브(60)를 장착하면 종래에 비하여 대략 10~15초의 충전시간이 크게 단축됨을 알 수 있다.

횟수	종래	본 고안
1	2분32초	2분21초
2	2분35초	2분33초
3	2분52초	2분45초
4	2분48초	2분20초
5	2분41초	2분27초
6	2분58초	2분33초
7	2분45초	2분33초
8	2분48초	2분31초
9	2분52초	2분41초
10	2분52초	2분33초

따라서, 본 고안에 따른 과류차단밸브(60)는 몸체(20)에 다수의 균압홀(24)을 관통형성시킴으로써, 가스충전시 몸체(20) 내부에 발생하는 와류를 억제하여 과류차단밸브(60) 내의 유동흐름을 원활하게 함으로써 충전시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 또한 가스유동을 고르게 하여 디스크시트(40)에 걸리는 과압을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 와류로 인한 스프링(30)의 불규칙한 작동을 방지함으로써 스프링(30)의 압축 및 복원작동을 원활하게 이루어지게 하여 과류차단밸브(60)의 가스의 차단과 개방을 신속하고 원활하게 할 수 있다.

도 1은 가스 실린더에 적용되고 있는 종래의 과류차단밸브를 나타내는 도면,

도 2 및 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 과류차단밸브를 나타낸 조립사시도 및 단면도,

도 4는 도 2에 도시된 과류차단밸브의 균압홀의 위치를 보여주는 단면도,

도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 과류차단밸브의 작동을 나타내는 도면,

도 6 및 도 7은 가스충전시 도 1에 도시된 과류차단밸브의 내부 가스흐름를 보여주는 도면과 가스유속을 시뮬레이션한 도면,

도 8은 도 2에 도시된 과류차단밸브의 내부 가스유속을 시뮬레이션한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1... 밸브어셈블리 21... 제1몸체

21a... 제1가스유동홀 22a... 제2가스유동홀

22... 제2몸체 23... 시트부

24... 균압홀 25... 시트홈

26... 걸림턱 27... 체결부

30... 스프링 40... 디스크시트

40a... 관통구멍 50... 스톱링

60... 과류차단밸브

Claims (3)

1. 일단 외주부에 밸브어셈블리와 결합하기 위한 체결부가 형성되어 있으며, 내부에는 제1가스유동홀이 형성된 제1몸체와,

   상기 제1몸체와 일체로 형성되며, 상기 제1가스유동홀보다 큰 내경을 가지는 제2가스유동홀이 형성된 제2몸체와,

   상기 제1몸체의 제1가스유동홀과 동일한 내경으로 연통되고, 상기 제2몸체의 내부에 시트홈을 형성하도록 선단부를 향하여 점진적으로 외경이 축소되어 제2가스유동홀방향으로 돌출형성된 시트부와,

   상기 시트홈에 일단이 접촉되고 상기 시트부에 끼워지는 스프링과,

   정상상태일 때 상기 스프링의 복원력에 의해 가스 실린더 내측으로 이동하는 압력을 받으며 상기 제1가스유동홀의 직경보다 외측으로 배치된 다수의 관통구멍이 형성된 디스크시트와,

   상기 디스크시트가 제2몸체로부터 이탈하는 것을 차단하기 위한 스톱링과,

   가스충전시 와류가 집중적으로 발생하는 상기 시트홈 내의 제2몸체에 관통형성되는 다수의 균압홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 과류차단밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 균압홀은 내경이 1mm 내지 2.5mm의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 과류차단밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 균압홀의 갯수는 2 내지 6개의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 과류차단밸브.

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