KR200494425Y1 - 보조압력을 이용한 압력조절기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트가 마련된 하우징; 상기 하우징에 마련된 밸브시트에 이동 가능하게 설치되고, 상기 밸브시트로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력에 의해 이동되면서 상기 밸브시트를 개폐하는 밸브부재; 상기 하우징과 결합되며, 상기 유입구에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구가 마련된 캡; 및 상기 캡에 내장된 상태에서 상기 밸브부재를 상기 밸브시트가 배치된 방향으로 탄성 가압하는 탄성체;를 포함하며, 상기 밸브시트를 관류하여 상기 밸브부재를 가압한 유체는 상기 밸브시트의 측방에 형성된 저류공간으로 유입되어 보조압력을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

보조압력을 이용한 압력조절기{PRESSURE REGULATOR USING AUXILIARY PRESSURE}

본 고안은 보조압력을 이용한 압력조절기에 관한 것으로서, 상세하게는, 연료리턴관 또는 연료탱크 등에 마련되어 연료시스템의 압력을 조절할 수 있도록 구성된 보조압력을 이용한 압력조절기에 관한 것이다.

일반적으로 압력조절기는 다양한 분야에 사용되고 있으며, 그 예로 차량의 연료시스템에 적용될 수 있다.

차량의 연료시스템에 적용되는 압력조절기는, 연료의 압력에 따라 작동되면서 연료공급라인의 압력을 조절하는바, 예컨대 연료리턴관 및 연료탱크에 마련되어 연료가 일정압력 이상일 경우에 연료탱크로 연료를 귀환시키는 구성을 가지고 있으며, 이에 따라, 연료시스템의 연료공급라인은 일정한 압력을 유지할 수 있는 것이다.

이와 같은 압력조절기는 본 고안의 출원인에 의해 출원되어 특허등록된 제10-0958711호에 개시되어 있다. 이러한 종래의 압력조절기는, 특허문헌 도면에 도시된 바와 같이, 하우징(50)의 유입구(52a)로 유체가 유입될 경우, 스넵링(60b)에 의해 금속제 원판스프링으로 이루어진 디스크부재(70)에 고정된 원판형의 밸브부재(60)가 유체의 압력에 의해 상승되면서 밸브시트(52)를 개방할 수 있다. 따라서, 유체는 밸브부재(60)가 상승됨에 따라 캡(90)의 내부로 유입된 후 유출구(90a)를 통해 배출될 수 있다.

한편, 디스크부재(70)는 탄성체(80)에 탄력지지됨에 따라 유체의 압력이 강하될 경우, 탄성체(80)의 가압력에 의해 밸브부재(60)를 하강시키고 이에 따라 밸브부재(60)는 밸브시트(52)를 다시 폐쇄할 수 있다.

여기서, 전술한 디스크부재(70)는 유체가 소통되는 연료공(72c)이 형성된다. 따라서 캡(90)으로 유입되는 유체는 연료공(72c)을 통해 원활하게 캡(90)의 유출공(90a)으로 배출될 수 있다.

이러한, 기존의 압력조절기는, 고가의 다이어프램을 대신하여 금속재 원판스프링으로 이루어진 디스크부재(70)를 사용하므로, 제조비용이 크게 절감될 뿐만 아니라 내구성도 향상될 수 있는 장점이 있다.

하지만, 기존의 압력조절기는, 밸브시트(52)가 밸브부재(60)에 의해 개방되었을 때 캡(90)으로 배출되는 유체의 유량에 따라 연료공급라인에 압력변동이 발생하게 되는데, 상기 밸브부재(60)의 열림량은 유체와 접촉되는 상기 밸브부재(60)의 하부면적에 의해 결정되기 때문에 상기 밸브부재(60)의 열림량을 민감하게 조절하여 연료공급라인의 압력변동을 조절하는 것에 한계가 있다.

따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0958711호의 '차량의 연료시스템용 압력조절기'가 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밸브부재와 밸브시트 사이에 형성된 틈으로 통과되는 유체의 통과유량이 증가됨에 따라서 상기 밸브부재를 가변적으로 이동시킬 수 있는 보조압력을 형성시킬 수 있도록 구성된 압력조절기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 사상으로는, 유체가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트가 마련된 하우징과, 상기 하우징에 마련된 밸브시트에 이동 가능하게 설치되고, 상기 밸브시트로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력에 의해 이동되면서 상기 밸브시트를 개폐하는 밸브부재와, 상기 하우징과 결합되며, 상기 유입구에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구가 마련된 캡 및 상기 캡에 내장된 상태에서 상기 밸브부재를 상기 밸브시트가 배치된 방향으로 탄성 가압하는 탄성체를 포함하며, 상기 밸브시트를 관류하여 상기 밸브부재를 가압한 유체는 상기 밸브시트의 측방에 형성된 저류공간으로 유입되어 보조압력을 형성하는 것을 특징으로 하는 보조압력을 이용한 압력조절기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 밸브시트는 상기 밸브부재와 마주하는 상단에 상기 밸브부재의 저부와 밀착되는 실러를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브시트의 개방에 의해 상기 밸브시트의 측방으로 유체가 유입됨에 따라 상기 밸브시트의 측방에서 발생되는 상기 보조압력에 의해 작동되고, 상기 밸브부재와 연동 가능하게 연결되어 상기 보조압력을 상기 탄성체에 제공하는 보조압력 제공부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조압력 제공부재는 상기 밸브부재와 연결되는 결합공과, 상기 캡의 내부로 유체를 공급하는 다수개의 공급공을 포함하며, 상기 밸브시트에 안착된 상기 밸브부재의 측방을 차폐하고, 상기 밸브시트의 측방으로 확산되는 유체에 의해 가압을 받아 상승되면서 상기 밸브부재의 위치가 가변되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다수개의 공급공은 상기 보조압력 제공부재의 중앙부와 테두리부 사이에 배치된 영역에서 상기 보조압력 제공부재의 원주방향을 따라 서로 일정간격을 두고 적어도 4개 이상으로 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다수개의 공급공이 상기 보조압력 제공부재에 6개로 마련되었을 경우에 상기 공급공의 직경은 1.2mm~2mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 다수개의 공급공의 평면적은 상기 밸브시트에 형성된 중공부의 평면적보다는 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성체에 적용되는 유체의 압력은 상기 밸브시트를 관류하여 상기 밸브부재의 저면을 가압하는 유체의 압력과 상기 보조압력 제공부재의 저부를 가압하는 상기 보조압력인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 밸브시트를 관류하는 유체는 상기 밸브부재의 둘레면과 상기 하우징 또는 상기 캡의 내면 사이에 형성된 이격공간을 통해 상기 캡의 내부로 유입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브부재는 상기 밸브시트를 관류하는 유체의 압력에 의해 저부 중앙부가 1차적으로 가압을 받고, 2차적으로는 상기 밸브시트의 측방으로 유체가 확산됨에 따라서 발생되는 상기 보조압력에 의해 저부 둘레부가 가압을 받는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브부재는 상기 밸브시트의 상단에 놓여지는 바닥면과, 상기 바닥면의 둘레에서 방사방향으로 상향 경사지게 형성된 제1경사면과, 상기 제1경사면의 상단 둘레에서 방사방향으로 상향 경사지게 연장되며, 상기 제1경사면의 경사각도보다 작은 경사각도를 가지는 제2경사면과, 상기 제2경사면의 상단 둘레에서 수직방향으로 연장되는 수직면과, 상기 수직면의 상단 둘레에서 상기 바닥면의 중심을 향해 수평방향으로 연장된 제1수평면과, 상기 제1수평면의 내측 들레에서 하향 경사지게 연장된 제3경사면 및 상기 제3경사면의 하단 둘레를 연결하는 제2수평면을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성체의 하단은 상기 제3경사면과 상기 제2수평면이 구획하는 공간에 삽입되어 안착되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성체에 적용되는 유체의 압력은 상기 밸브시트를 관류하여 상기 밸브부재의 바닥면을 가압하는 유체의 압력과 상기 밸브부재의 제2경사면을 가압하는 상기 보조압력인 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브부재의 수직면과 상기 하우징 또는 상기 캡의 내면 사이에 형성된 이격공간의 평면적은 상기 밸브시트에 형성된 중공부의 평면적보다 작은 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 다른 기술적 사상으로는, 유체가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트가 마련된 하우징와, 상기 하우징과 결합되고 상기 유입구에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구가 마련된 캡과, 상기 캡에 내장된 상태에서 상기 밸브시트가 배치된 방향으로 탄성 가압하는 탄성체 및 상기 하우징과 밸브시트 사이에 설치되고, 상기 밸브시트로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력에 의해 상기 밸브시트를 개폐하며 상기 밸브시트의 개방에 의해 상기 밸브시트의 측방으로 유체가 유입됨에 따라 상기 밸브시트의 측방에서 발생되는 보조압력에 의해 상기 탄성체를 가압하는 보조압력 제공부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조압력을 이용한 압력조절기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 보조압력 제공부재는 상기 캡의 내부로 유체를 공급하는 다수개의 공급공이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급공은 상기 탄성체의 축선을 중심으로 상기 보조압력 제공부재에 일정한 간격을 두고 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조압력 제공부재는 상기 탄성체의 내주면을 향해 돌출되어 탄성체의 끝단이 안치되는 탄성체시트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성체시트는 상기 보조압력 제공부재의 일부분이 상기 탄성체의 내주면 또는 외주면 중 적어도 어느 한 부분을 향해 절곡되어 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보조압력 제공부재는 상기 밸브시트의 축선을 향해 경사진 상태로 돌출되어 상기 밸브시트를 통해 유입된 유체를 상기 밸브시트의 측방으로 안내하는 가이드 요철을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브시트는 상기 보조압력 제공부재와 마주하는 상단에 상기 보조압력 제공부재의 저부와 밀착되는 실러를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기는, 밸브시트를 관류하는 유체의 통과유량 증가에 따라 보조압력을 형성하여 밸브부재의 열림량을 늘릴 수 있는 구조를 가지므로, 공급압력을 증가시키지 않고 연료공급라인의 압력상태를 일정하게 유지시켜 연료시스템이 안정적으로 운영되도록 한다.

또한, 본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기는, 연료공급라인의 압력상태가 일정하게 유지되도록 하여 연료시스템에서 발생되는 과압으로 인해 연료계통파손을 방지할 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 압력조절기의 밸브부재가 상승된 상태를 보여주는 단면도.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 다이어프램의 평면도.
도 4는 다수개의 공급공의 직경에 따른 저류공간에 형성되는 보조압력의 변화를 보여주는 실험그래프.
도 5는 다수개의 공급공의 직경에 따른 연료공급라인의 압력구배를 보여주는 실험그래프.
도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기의 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 압력조절기의 밸브부재가 상승된 상태를 보여주는 단면도.
도 8은 본 고안의 다른 실시예에 따른 밸브부재의 사시도.
도 9는 본 고안의 다른 실시예에 따른 밸브부재의 단면도.
도 10은 본 고안에 따른 밸브시트의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 고안에 따른 압력조절기의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

본 고안의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 고안은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기가 상세하게 설명된다. 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 고안의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기(100)는, 유체가 유입되는 유입구(110a)가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트(111)가 마련된 하우징(110)과 상기 하우징(110)에 마련된 밸브시트(111)에 이동 가능하게 설치되고, 밸브시트(111)로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력(P1)에 의해 이동되면서 밸브시트(111)를 개폐하는 밸브부재(120)와 하우징(110)과 결합되며 유입구(110a)에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구(130a)가 마련된 캡(130) 및 상기 캡(130)에 내장된 상태에서 밸브부재(120)를 밸브시트(111)가 배치된 방향으로 탄성 가압하는 탄성체(140)로 구성된다.

부연하자면, 하우징(110)은 오목한 용기형태로 형성되며 유체가 유입되는 유입구(110a)가 일측에 형성된다. 이때, 유입구(110a)는 하우징(110)의 길이방향과 평행하도록 하우징(110)의 하단에 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 하우징(110)에 마련되는 밸브시트(111)는 원통의 형태를 가질 수 있으며, 하우징(110)과 별개로 제작되어 하우징(110)의 하단부에 장착된다.

밸브부재(120)는 밸브시트(111)의 상단에 배치되어 밸브시트(111)에 형성된 중공부(111a)의 개방된 상부를 차단할 수 있다. 여기서, 중공부(111a)는 유체가 흐를 수 있는 통로라 할 수 있다.

이러한, 밸브부재(120)는 내구성과 내화학성 및 내부식성이 우수한 금속재로 제작될 수 있고, 또한, 고무 또는 세라믹과 같은 비금속으로도 제작될 수 있다.

또한, 밸브시트(111)는 도 10에 도시된 바와 같이 밸브부재와 마주하는 상단에 상기 밸브부재(120)의 저부와 밀착되는 실링(112)이 마련된다. 이러한 실링(112)은 탄성복원력을 발휘하는 재질로 이루어져 밸브시트(111)와 밸브부재(120)가 폐쇄되었을 때 유체의 흐름을 더욱 기밀한 상태로 차단하여 유체의 누설을 방지하고 이로부터 유체의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있다.

한편, 캡(130)은 밸브시트(111)의 중공부(111a)에서 배출되는 유체를 외부로 유출하는 유출구(130a)가 형성된다. 이러한 유출구(130a)는 캡(130)의 상부 중앙과 그 주변에 다수개로 마련될 수 있다.

이에 따라, 밸브시트(111)에서 배출되어 캡(130)의 내부공간으로 유입된 유체는 유출구(130a)를 통해 외부로 원활하게 유출될 수 있다.

탄성체(140)는 코일 스프링으로 구성될 수 있으며, 캡(130)이 형성하는 내부공간에 배치될 수 있다. 그리고, 탄성체(140)의 하단은 밸브부재(120)의 상부에 안착되고 밸브부재(120)의 하단은 캡(130)의 천장면 중앙에 안착될 수 있다. 따라서, 탄성체(140)는 밸브부재(120)의 상부를 수직하향으로 탄성 가압하게 된다.

한편, 밸브시트(111)의 중공부(111a)를 관류하여 밸브부재(120)를 가압한 유체는 밸브시트(111)의 측방에 형성된 저류공간(S)으로 유입되며, 밸브부재(120)와 연동 가능하게 연결된 보조압력 제공부재(150)에 의해 차단되어 보조압력(P2)을 저류공간(S)에서 형성할 수 있다.

부연하자면, 보조압력 제공부재(150)는 저류공간(S)에서 형성되는 보조압력(P2)에 의해 저부가 가압을 받아 탄성 변형될 수 있으며, 이에 따라, 탄성 복원력을 가지는 박막 형태의 금속재나 플라스틱 합성수지재로 제작될 수 있으며, 전체적으로 원판의 형태를 가질 수 있다.

또한, 보조압력 제공부재(150)는 유체의 압력(P1)에 의해 이동된 밸브부재(120)의 위치를 가변시켜 밸브시트(111)의 개도량을 조절하는 구성이며, 정확하게는 밸브시트(111)의 측방에 형성된 보조압력(P2)에 의해 변형되어 탄성체(140)를 가압하는 구성이라 할 수 있다.

참고로, 보조압력 제공부재(150)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성체(140)와 밸브부재(120) 사이에 배치되되 테두리가 하우징(110)과 캡(130)의 결합부위에 고정되고 중앙부는 밸브부재(120)와 연결되는 다이어프램으로 구현될 수 있다.

상기 보조압력 제공부재(150)는 밸브시트(111)의 중공부(111a)로 유입된 유체를 캡(130)의 내부공간으로 전달하는 다수개의 공급공(151a)이 보조압력 제공부재(150)의 원주방향을 따라 서로 일정간격을 두고 마련된다.

다시 말해, 상기 다수개의 공급공(151a)은 보조압력 제공부재(150)의 중앙부와 테두리부 사이에 배치된 영역에서 보조압력 제공부재(150)의 원주방향을 따라 서로 일정간격을 두고 적어도 4개 이상으로 마련될 수 있다.

또한, 보조압력 제공부재(150)의 중앙부에는 밸브부재(120)의 상부가 삽입되는 결합공(151b)이 마련된다.

위와 같이 구성된 보조압력 제공부재(150)는 밸브시트(111)에 안착된 밸브부재(120)의 측방을 하우징(110)과 협력하여 차폐할 수 있고, 또한, 밸브시트(111)의 측방으로 확산되는 유체에 의해 형성된 보조압력(P2)에 의해 탄성변형 되면서 탄성체(140)의 하단을 상방으로 가압할 수 있는 구성을 갖는다.

다시 말해, 밸브시트(111)의 중공부(111a)를 관류하여 밸브부재(120)의 저면을 가압한 유체는 보조압력 제공부재(150)의 저면과 하우징(110)의 상부 내측면 및 상기 밸브시트(111)의 상부 둘레면에 의해 구획되는 저류공간(S)으로 유입된다고 할 수 있으며 이 저류공간(S)을 채움에 따라 보조압력 제공부재(150)의 저부를 가압하는 보조압력(P2)을 형성한다고 할 수 있다.

좀 더 자세히 설명하면, 밸브시트(111)의 중공부(111a)로 유체가 유입되면 그 유체는 밸브부재(120)의 저면을 가압하여 밸브부재(120)를 상향으로 상승시키게 된다.

이때, 밸브부재(120)의 저부와 밸브시트(111)의 상부 사이에는 이격공간이 형성되고 그 이격공간을 통하여 유체가 저류공간(S)으로 유입된다.

이와 같은 상태에서 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 통과유량이 증가되면 저류공간(S)에 저장되었던 유체의 유량에 새로운 유량이 부가되어 상기 저류공간(S)을 더욱 채우게 되고, 이에 따라, 보조압력 제공부재(150)의 저부를 가압하는 보조압력(P2)이 상기 저류공간(S)에 형성된다고 할 수 있다.

그러면, 보조압력 제공부재(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 탄성체(140)의 하단을 가압하여 탄성체(140)를 압축시키게 된다.

여기서, 탄성체(140)에 적용되는 유체에 의한 압력은 실질적으로 밸브시트(111)를 관류하여 밸브부재(120)의 저면을 가압하는 유체의 압력(P1)과 보조압력 제공부재(150)의 저부를 가압하는 보조압력(P2)의 합이라 할 수 있다.

아울러, 보조압력 제공부재(150)에 형성된 다수개의 공급공(151a)의 직경은, 저류공간(S)에 유체에 의한 보조압력(P2)이 형성되어 보조압력 제공부재(150)의 저부를 가압한 뒤 유체가 통과될 수 있도록 하는 직경을 가지는 것이 바람직하다.

즉, 다수개의 공급공(151a)이 최적의 직경을 가진 채로 보조압력 제공부재(150)에 마련되어야 저류공간(S)에서 보조압력(P)이 형성될 수 있다.

만약, 공급공(151a)의 직경이 최적의 직경을 가지지 못한 채 보조압력 제공부재(150)에 마련된다면 저류공간(S)에서 보조압력 제공부재(150)의 저부를 가압하는 보조압력(P2)이 형성될 수 없으며, 이에 따라, 밸브시트(111)를 관류하는 유체는 즉각적으로 다수개의 공급공(151a)을 통하여 상기 캡(130)의 내부로 배출될 수밖에 없다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 공급공(151a)이 보조압력 제공부재(150)에 6개로 마련되었을 경우 공급공(151a) 각각의 직경은 1.2mm~2mm인 것이 가장 바람직하다.

즉, 도 4에는 공급공(151a) 각각의 직경을 각각 1.2mm, 1.4mm, 1.6mm, 1,8mm, 2.0mm로 설정하였을 경우에, 저류공간(S)내에서 유속의 증가에 따른 압력의 변화를 보여주는 실험그래프가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 그래프선(f)에 도시된 바와 같이, 종래기술로 언급되었던 압력조절기에 형성된 공급공은 밸브시트(111)를 관류하여 저류공간(S)으로 유입된 유체를 즉각적으로 캡(113)의 내부로 안내하는 것이 주목적이기 때문에 실질적으로 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 증가에 따른 압력의 증가폭이 크지 않은 것을 확인할 수 있다.

반면에, 도 4에 도시된 그래프선(a) 내지 그래프선(e)에 도시된 바와 같이, 공급공(151a)의 직경을 1.2mm~2.0mm로 설정하였을 경우에는 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 증가에 따라 압력의 증가폭이 상대적으로 종래기술의 압력조절기보다 큰 것을 확인할 수 있다.

그 중 공급공(151a)의 직경이 1.2mm로 가장 작았을 때 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 증가에 따른 압력의 증가폭이 가장 큰 것을 확인할 수 있고, 그 다음으로 공급공(151a)의 직경을 1.4mm로 설정하였을 경우에 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 증가에 따른 압력의 증가폭이 두 번째로 큰 것을 확인할 수 있다.

그리고, 공급공(151a)의 직경을 2.0mm 이상으로 설정하였을 경우에는, 도 4의 실험그래프에는 도시되지 않았으나, 종래기술의 압력 증가폭을 보여주는 그래프선(f)과 근접한 형태로 저류공간(S)에서 압력이 발생되는 것으로 예상할 수 있다.

따라서, 저류공간(S)에 보조압력(P2)을 형성하기 위한 공급공(151a)의 직경은 1.2mm~2.0mm 인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 공급공(151a)의 직경이 1.2mm로 설정되었을 때 저류공간(S) 내에서 보조압력(P)을 형성하기 위한 최적의 조건이라 할 수 있겠다.

한편, 도 5에는, 공급공(151a)의 직경을 각각 1.2mm, 1.4mm, 1.6mm, 1,8mm, 2.0mm로 설정하였을 경우에 연료공급라인의 압력구배를 보여주는 실험그래프가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 그래프선(f)에 도시된 바와 같이, 종래기술로 언급되었던 압력조절기로 유입되는 유체의 통과유량이 증가함에 따라서 연료공급라인의 압력구배도 증가하는 것을 확인할 수 있다.

반면에, 도 5에 도시된 그래프선(a) 내지 그래프선(e)에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 압력조절기(100)로 유입되는 유체의 통과유량이 증가하여도 연료공급라인의 압력이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

좀더 자세히 설명하면, 유체의 통과유량의 증가하여도 연료공급라인의 압력을 일정하게 유지시키는 측면에서는 상기 다수개의 공급공(151a)의 직경을 1.2mm~2.0mm로 설정하는 것이 바람직하고, 만약, 상기 다수개의 공급공(151a)의 직경을 2.0mm 이상으로 설정할 경우에는 도 5에 도시된 그래프선(f)에 도시된 바와 같이 유체의 통과유량이 증가함에 따라 연료공급라인의 압력도 증가하여 연료공급라인의 부하를 가져오는 문제점이 발생한다.

그리고, 위와 같은 직경을 가지는 상기 다수개의 공급공(151a) 평면적은 밸브시트(111)에 형성된 중공부(111a)의 평면적보다 작다고 할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력조절기(100)의 작동과정이 예를 들어 설명된다.

먼저, 하우징(110)의 유입구(110a)를 통해 밸브시트(111)의 중공부(111a)로 유체가 유입된다. 이때, 중공부(111a)로 유입된 유체는 밸브시트(111)의 상부에 안착된 밸브부재(120)의 저면을 가압하게 되고, 그 유체에 따른 압력이 일정압력 이상으로 증가하게 되면 밸브부재(120)가 상향으로 상승하게 된다.

그러면, 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브부재(120)는 탄성체(140)의 하단을 가압하여 탄성체(140)를 압축시키게 된다.

그리고, 밸브부재(120)의 저면과 밸브시트(111)의 상부 사이에 형성된 이격공간을 통하여 저류공간(S)으로 유체가 유입된다. 이때, 저류공간(S)에 유입된 유체 중 일부는 보조압력 제공부재(150)에 형성된 다수개의 공급공(151a)을 통하여 캡(130)의 내부공간으로 유입되고 나머지 유체는 저류공간(S)에 일시적으로 머무르게 된다.

위와 같은 상태에서 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 통과유량이 증가되면 저류공간(S)에 보조압력(P2)이 형성되고, 이 보조압력(P2)에 의해 보조압력 제공부재(150)가 상승되어 탄성체(140)의 하단을 가압할 수 있다.

그러면, 밸브부재(120)를 가압하고 있던 탄성체(140)의 가압력이 줄어들게 되어 밸브부재(120)의 저부를 가압하는 유체의 압력(P1)을 증가시키지 않고도 밸브부재(120)의 개방량이 증가될 수 있다.

기존에는, 밸브부재(120)의 저부를 가압하는 유체의 압력만으로 밸브시트(111)를 개방시켰으나, 본 고안의 일 실시예에 따른 보조압력을 이용한 압력제어밸브(100)는 저류공간(S)에 보조압력(P2)을 추가적으로 형성하여 밸브부재(120)가 밸브시트(111) 상에서 상승되는 정도를 증가시켜 밸브시트(111)의 개방량을 증가시키게 된다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 고안의 다른 실시예에 따른 압력조절기(200)가 설명된다.

본 고안의 다른 실시예에 따른 압력조절기(200)는, 본 고안의 일 실시예에 따른 압력조절기(100)와는 다르게 보조압력 제공부재(150)를 사용하지 않고 저류공간(S) 내에서 보조압력(P2)이 형성되도록 하는 구조를 가지는 것에 특징이 있다.

참고로, 본 고안의 다른 실시예에 따른 압력조절기(200)는 본 고안의 일 실시예에 따른 압력조절기(100)에 마련된 밸브부재(120)와는 상이한 구조의 밸브부재(300)를 구비하고 있으며, 이 밸브부재(300)를 제외한 나머지 구성은 본 고안의 일 실시예에서 설명되었던 압력조절기(100)의 구성과 동일한 구성을 가지고 있다.

따라서, 이하에서는, 본 고안의 다른 실시예에 따른 압력조절기(200)를 설명하는데 있어서 상기 밸브부재(300)의 구성이 중점적으로 설명된다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 고안의 다른 실시예에 따른 압력조절기(200)는, 밸브시트(111)를 관류하는 유체가 상기 밸브부재(300)의 둘레면과 상기 하우징(110) 또는 상기 캡(130)의 내면 사이에 형성되는 이격공간을 통해 캡(130)의 내부로 유입되는 구조를 가지고 있으며, 이때, 밸브시트(111)의 측방에 형성된 저류공간(S)에 보조압력(P2)이 형성될 수 있다.

즉, 상기 밸브부재(300)는 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브시트(111)를 관류하는 유체의 압력(P1)에 1차적으로 가압을 받고, 2차적으로는 밸브시트(111)의 측방으로 유체가 확삼됨에 따라서 발생되는 보조압력(P2)에 의해 밸브부재(300)의 저부 둘레부가 가압을 받게 된다.

위와 같은 밸브부재(300)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 밸브시트(111)의 상단에 놓여지는 바닥면(310)과, 상기 바닥면(310)의 둘레에서 방사방향으로 상향 경사지게 형성된 제1경사면(320)과, 상기 제1경사면(320)의 상단 둘레에서 방사방향으로 상향 경사지게 연장되며, 상기 제1경사면(320)의 경사각도보다 작은 경사각도를 가지는 제2경사면(330)과, 상기 제2경사면(320)의 상단 둘레에서 수직방향으로 연장되는 수직면(340)과, 상기 수직면(340)의 상단 둘레에서 상기 바닥면(310)의 중심을 향해 수평방향으로 연장된 제1수평면(350)과, 상기 제1수평면(350)의 내측 들레에서 하향 경사지게 연장된 제3경사면(360) 및 상기 제3경사면(360)의 하단 둘레를 연결하는 제2수평면(370)을 포함할 수 있다.

상기 바닥면(310)은 밸브시트(111)의 중공부(111a)로 배출되는 유체에 1차적으로 가압을 받는 부위라 할 수 있으며, 밸브시트(111)의 중공부(111a)를 개방하거나 차단하게 된다.

다시 말해, 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브시트(111)의 중공부(111a)로 배출되는 유체는 밸브부재(300)의 바닥면(310)을 1차적으로 가압하여 밸브부재(300)를 밸브시트(111) 상에서 상승시키게 된다.

이때, 밸브부재(300)의 바닥면(310)과 밸브시트(111)사이에는 소정의 공간이 형성되고 이 공간을 통하여 상기 저류공간(S)으로 유체가 유입된다.

저류공간(S)으로 유입된 유체는 저류공간(S)에 저장됨과 동시에 밸브부재(300)의 수직면(340)과 하우징(110) 또는 캡(130)의 내면 사이에 형성된 이격공간(400)을 통하여 캡(130)의 내부공간으로 유입된다.

이와 같은 상태에서 저류공간(S)으로 유입되는 유체의 통과유량이 증가하면 저류공간(S)에 저장되었던 유체의 유량에 새로운 유량이 부가되어 저류공간(S)을 더욱 채우게 되고, 이에 따라, 밸브부재(300)의 제2경사면(330)을 가압하는 보조압력(P2)이 저류공간(S)에 형성된다.

그러면, 밸브부재(300)가 보조압력(P2)에 의하여 밸브시트(111) 상에서 더욱 상승하게 되고, 탄성체(140)는 보조압력(P2)에 의해 더욱 압축된다.

따라서, 탄성체(140)에 적용되는 유체에 의한 압력은 실질적으로 밸브시트(111)의 중공부(111a)를 관류하여 밸브부재(120)의 바닥면(310)을 가압하는 유체의 압력(P1)과 저류공간(S)에 형성되어 상기 밸브부재(120)의 제2경사면(330)을 가압하는 보조압력(P2)의 합이라 할 수 있다.

한편, 탄성체(140)의 하단은 밸브부재(300)의 제3경사면(360)과 제2수평면(370)이 구획하는 홈 형태의 공간에 삽입되어 안착된다. 따라서, 밸브부재(3000)의 상승 또는 하강운동에 의해 탄성체(140)가 압축되거나 복원될 때 발생하는 좌/우방향 유동이 방지될 수 있고, 이에 따라, 밸브부재(300)가 수평을 유지하는 안정적인 자세로 상승 또는 하강하게 된다.

또한, 밸브부재(300)의 제1경사면(320)과 제2경사면(330)은, 이격공간(400)을 향해 경사지게 형성되기 때문에, 저류공간(S) 내에서 제2경사면(330)을 가압한 유체는 이격공간(400)을 향해 용이하게 유동한다.

그리고, 밸브부재(300)의 수직면(340)과 하우징(110) 또는 캡(130)의 내면 사이에 형성된 이격공간(400)의 평면적은 밸브시트(111)에 형성된 중공부(111a)의 평면적보다 작다고 할 수 있다.

만약, 이격공간(400)의 평면적이 밸브시트(111)에 형성된 중공부(111a)의 평면적보다 크면 저류공간(S)에서 보조압력(P2)이 형성될 수 없으며, 이에 따라, 상기 밸브부재(300)는 바닥면(310)을 가압하는 유체의 압력(P1)에 의해서만 상승될 수밖에 없다.

따라서, 밸브부재(300)가 보조압력(P2)에 의해 상승되어 탄성체(140)의 하단을 가압하면 밸브부재(300)의 제2수평면(370)을 가압하던 탄성체(140)의 가압력이 줄어들게 되어 밸브시트(111) 상에서 상승되었던 밸브부재(300)가 밸브시트(111)상에서 더욱 상승하게 된다.

즉, 유체의 압력(P1) 증가 없이 밸브부재(300)의 바닥면(310)과 밸브시트(111)의 상단 사이에 형성된 공간을 통해 지속적으로 유입되는 유체의 통과유량에 따라 저류공간(S)에 보조압력(P2)이 형성되며, 이 보조압력(P2)이 밸브부재(300)의 저부를 가압하기 때문에 밸브부재(300)가 밸브시트(111) 상에서 더욱 상승하게 된다.

지금까지 본 고안에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 고안의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 고안의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

예를 들어, 앞선 설명에서는 밸브시트(111)와 보조압력 제공부재(150) 사이에 밸브부재(120)가 설치된 것으로 설명하고 있지만 경우에 따라서는 밸브시트(111)와 보조압력 제공부재(150)에 의해서 유체의 흐름을 제어할 수도 있을 것이다. 이를 도 11에 의거하여 설명한다.

도 11은 본 고안에 따른 압력조절기의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 또 다른 실시예의 압력조절기는 하우징(110), 캡(130), 탄성체(140), 보조압력 제공부재(150)로 구성된다.

하우징(110)은 유체가 유입되는 유입구(110a)가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트(111)가 마련되며, 캡(130)은 하우징(110)과 결합되고 유입구(110a)에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구(130a)가 마련된다.

그리고, 탄성체(140)는 캡(130)에 내장된 상태에서 밸브시트(111)가 배치된 방향으로 탄성 가압하도록 설치되며, 보조압력 제공부재(150)는 하우징(110)과 밸브시트(111) 사이에 설치되고 밸브시트(111)로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력에 의해 밸브시트(111)를 개폐하고 밸브시트(111)의 개방에 의해 밸브시트(111)의 측방으로 유체가 유입됨에 따라 밸브시트(111)의 측방에서 발생되는 보조압력에 의해 탄성체(140)를 가압하게 된다.

특히, 또 다른 실시예에 따른 보조압력 제공부재(150)는 캡(130)의 내부로 유체를 공급하는 다수개의 공급공(151a)이 형성되는데, 이러한 공급공(151a)은 탄성체(140)의 축선을 중심으로 보조압력 제공부재(150)에 일정한 간격을 두고 형성된다. 이때, 보조압력 제공부재(150)에 형성된 공급공(151a)은 도 1 내지 도 3을 토대로 설명한 구조와 동일하다.

이러한, 보조압력 제공부재(150)는 탄성체(140)의 내주면을 향해 돌출되어 탄성체(140)의 끝단이 안치되는 탄성체시트(152)가 형성되는데, 탄성체시트(152)는 보조압력 제공부재(150)의 일부분이 탄성체(140)의 내주면 또는 외주면 중 적어도 어느 한 부분을 향해 절곡되어 형성된다.

이와 같이, 보조압력 제공부재(150)에 탄성체시트(152)가 형성되면 보조압력 제공부재(150)가 유체의 압력에 의해 캡(130)을 향해 이동하여 탄성체(140)를 가압하거나 이와는 반대로 유체의 압력이 탄성체(140)의 반발력보다 작아져 보조압력 제공부재(150)를 원래의 상태로 복귀시킬 때 탄성체시트(152)가 보조압력 제공부재(150)와 탄성체(140)의 작동을 안내하게 되어 보조압력 제공부재(150)의 전체 면적에 균일한 압력이 가해지도록 하여 이로부터 유체의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 밸브시트(111)는 보조압력 제공부재와 마주하는 상단에 상기 보조압력 제공부재(150)의 저부와 밀착되는 실링(112)이 마련된다. 이러한 실링(112)은 탄성복원력을 발휘하는 재질로 이루어져 밸브시트(111)와 보조압력 제공부재(150)가 폐쇄되었을 때 유체의 흐름을 더욱 기밀한 상태로 차단하여 유체의 누설을 방지하고 이로부터 유체의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있다.

이렇게 밸브시트(111)에 마련되는 실링(112)은 바람직하게 보조압력 제공부재(150)에 형성된 공급공(151a)과 탄성체(140) 사이에 위치하여 밸브시트(111)와 보조압력 제공부재(150)가 폐쇄되었을 때 유체의 흐름을 차단하게 된다.

또한, 보조압력 제공부재(150)는 밸브시트(111)의 축선을 향해 경사진 상태로 돌출되어 밸브시트(111)를 통해 유입된 유체를 밸브시트(111)의 측방으로 안내하는 가이드 요철(153)이 형성된다.

이러한 가이드 요철(153)은 도 11에 도시된 바와 같이 보조압력 제공부재(150)로부터 밸브시트(111)를 향해 돌출된 원추의 형태로 이루어져 밸브시트(111)로부터 유입되는 유체는 가이드 요철(153)의 경사진 면에 안내되어 탄성체(140)의 직하방에 위치한 보조압력 제공부재(150)의 저부로 향하게 되어 밸브시트(111)를 통해 유입된 유체의 압력에 의해 탄성체(140)를 가압할 수 있고, 이로부터 밸브시트(111)와 보조압력 제공부재(150)의 개방을 원활하게 함으로써 압력조절기가 정밀한 작동을 하게 된다.

상기와 같은 구조를 갖는 도 11에 따른 압력조절기는 하우징(110), 캡(130), 탄성체(140), 보조압력 제공부재(150)로만 구성되어 밸브부재(120)가 불필요하기 때문에 압력조절기의 부품수를 감소시켜 제조원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 압력조절기의 구조가 단순하여 조립성이 향상되며 작동의 신뢰성이 우수하다.

100 : 보조압력을 이용한 압력조절기
110 : 하우징 110a : 유입구
111 : 밸브시트 111a : 중공부
112 : 실링 120 : 밸브부재
130 : 캡 131 : 유출구
140 : 탄성체 150 : 보조압력 제공부재
151a : 공급공 152 : 탄성체시트
153 : 가이드 요철 S : 저류공간

Claims (2)

1. 유체가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트가 마련된 하우징;
   상기 하우징에 마련된 밸브시트에 이동 가능하게 설치되고, 상기 밸브시트로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력에 의해 이동되면서 상기 밸브시트를 개폐하는 밸브부재;
   상기 하우징과 결합되며, 상기 유입구에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구가 마련된 캡; 및
   상기 캡에 내장된 상태에서 상기 밸브부재를 상기 밸브시트가 배치된 방향으로 탄성 가압하는 탄성체;를 포함하며,
   상기 밸브시트를 관류하여 상기 밸브부재를 가압한 유체는 상기 밸브시트의 측방에 형성된 저류공간으로 유입되어 보조압력을 형성하고,
   상기 밸브시트는 상기 밸브부재와 마주하는 상단에 상기 밸브부재의 저부와 밀착되는 실링을 더 포함하며,
   상기 밸브시트의 개방에 의해 상기 밸브시트의 측방으로 유체가 유입됨에 따라 상기 밸브시트의 측방에서 발생되는 상기 보조압력에 의해 작동되고, 상기 밸브부재와 연동 가능하게 연결되어 상기 보조압력을 상기 탄성체에 제공하는 보조압력 제공부재;를 포함하고,
   상기 보조압력 제공부재는
   상기 밸브부재와 연결되는 결합공과, 상기 캡의 내부로 유체를 공급하는 다수개의 공급공을 포함하며,
   상기 밸브시트에 안착된 상기 밸브부재의 측방을 차폐하고, 상기 밸브시트의 측방으로 확산되는 유체에 의해 가압을 받아 상승되면서 상기 밸브부재의 위치가 가변되도록 하고,
   상기 다수개의 공급공은 상기 보조압력 제공부재의 중앙부와 테두리부 사이에 배치된 영역에서 상기 보조압력 제공부재의 원주방향을 따라 서로 일정간격을 두고 적어도 4개로 마련되는 것을 특징으로 하며,
   상기 공급공들은,
   상기 저류공간에서 상기 보조압력의 형성이 가능한 상태로 유체를 통과시키는 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 보조압력을 이용한 압력조절기.
   
2. 유체가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 내부에는 유체가 소통되는 밸브시트가 마련된 하우징;
   상기 하우징과 결합되고 상기 유입구에서 유입되는 유체를 외부로 유출하는 유출구가 마련된 캡;
   상기 캡에 내장된 상태에서 상기 밸브시트가 배치된 방향으로 탄성 가압하는 탄성체; 및
   상기 하우징과 밸브시트 사이에 설치되고, 상기 밸브시트로 유체가 유입됨에 따라 발생되는 유체의 압력에 의해 상기 밸브시트를 개폐하며 상기 밸브시트의 개방에 의해 상기 밸브시트의 측방으로 유체가 유입됨에 따라 상기 밸브시트의 측방에서 발생되는 보조압력에 의해 상기 탄성체를 가압하는 보조압력 제공부재;를 포함하며,
   상기 밸브시트는 상단에 밀착되는 실링을 더 포함하며,
   상기 밸브시트의 개방에 의해 상기 밸브시트의 측방으로 유체가 유입됨에 따라 상기 밸브시트의 측방에서 발생되는 상기 보조압력에 의해 작동되고, 상기 보조압력을 상기 탄성체에 제공하는 보조압력 제공부재;를 포함하고,
   상기 보조압력 제공부재는
   상기 캡의 내부로 유체를 공급하는 다수개의 공급공을 포함하며,
   상기 밸브시트에 안착된 밸브부재의 측방을 차폐하고, 상기 밸브시트의 측방으로 확산되는 유체에 의해 가압을 받아 상승되면서 상기 밸브부재의 위치가 가변되도록 하고,
   상기 다수개의 공급공은 상기 보조압력 제공부재의 중앙부와 테두리부 사이에 배치된 영역에서 상기 보조압력 제공부재의 원주방향을 따라 서로 일정간격을 두고 적어도 4개로 마련되는 것을 특징으로 하며,
   상기 공급공들은,
   상기 저류공간에서 상기 보조압력의 형성이 가능한 상태로 유체를 통과시키는 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 보조압력을 이용한 압력조절기.

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