KR20060100268A - 일체형 증기 벤트/팁핑 밸브와 증기 저장 조립체 및 그제조 방법 - Google Patents

일체형 증기 벤트/팁핑 밸브와 증기 저장 조립체 및 그제조 방법 Download PDF

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앤드류 더블유 매킨토시
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이턴 코포레이션
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Abstract

조합형 연료 증기 저장 캐니스터 및 증기 벤트/팁핑 밸브는 연료 탱크, 세정 라인 및 대기압 벤트로의 연결용 포트와 함께 공통 하우징 내에 배치된다. 증기 벤트/팁핑 밸브는 사전 결정된 증기압에 도달할 때까지 증기를 벤트하는 것을 방지하는 감압 밸브를 구비하며, 이 감압 밸브는 진공 해제 밸브를 구비할 수도 있다.

Description

일체형 증기 벤트/팁핑 밸브와 증기 저장 조립체 및 그 제조 방법{VAPOR VENT VALVE WITH PRESSURE RELIEF FUNCTION INTEGRATED TO CARBON CANISTER}
도 1은 증기 저장 캐니스터를 구비한 공통 하우징 내에 일체식으로 형성되며 폐쇄 위치에 있는 부동식 감압 밸브를 도시한 등각 단면도,
도 2는 변형 실시예를 도시한 도 1과 유사한 도면으로서, 감압 밸브가 연료 탱크 내에서 발생된 대기압 아래의 압력 하에서 증기 및/또는 공기를 수용하는 진공 감압 밸브를 구비하는 것을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12 : 공통 하우징 14 : 증기 저장 챔버
16 : 증기 통로 18 : 대기압 에어 벤트
20 : 통로 21 : 세정 출구 통로
22 : 증기 챔버 24, 26 : 캡
30 : 감압 밸브 32 : 증기 벤트
34 : 밸브 본체 40 : 밸브 시트
예컨대, 가든 트랙터(garden tractor), 잔디 깎는 기계, 휴대용 발전 세트 및 해양용과 같은 50마력(37.2kW) 미만의 소형 엔진에 있어서, 최근에 이러한 소형 엔진에 연료 증기 배출 제어 장치를 구비할 것을 의무화하고 있다.
통상적으로, 이러한 적용에 사용되는 소형 엔진은 엔진에 이용되는 설비 상에 엔진의 설치를 용이하게 하기 위해 엔진 근방에 엔진 탱크를 배치하고 있다. 보다 광범위하게 이용되는 장치는 탱크로부터 엔진 기화기까지 중력 공급식으로 연료를 공급하지만, 50마력에 가까운 엔진의 특정 적용에 있어서 연료 펌프가 이용된다.
이러한 소형 엔진, 특히 소형 엔진의 전술한 적용에 있어서 연료 증기 배출 제어 시스템을 제공하려는 노력은 추가적인 구성요소와, 연료 탱크에 대한 변경을 필요로 하고, 설비 내에 엔진 및 연료 시스템을 설치하는 비용을 상당히 증대시키는 결과를 초래하고 있다. 이것은 특히, 엔진 정지 기간 동안에 연료 증기 배출을 방지할 뿐만 아니라, 사용 중에 설비의 기울어짐 또는 전복과 같은 오 배향(disorientation)의 경우에 탱크에 구성된 에어 벤트(vent)에 근접한 밸브를 제공할 필요도 있다.
대형 엔진 탱크 및 연료 시스템으로부터 연료 증기 배출을 방지하는 보다 광범위하게 이용되는 기술은, 엔진이 시동될 때까지 연료 증기를 유지하도록 흡수제로 충전된 저장 캐니스터(storage canister)를 채용하고 있고, 이에 따라 증기는 엔진 공기 입구 내로 인입되고, 캐니스터는 증기가 엔진 내로 인입됨에 따라 대기의 유입에 의해 세정될 수 있다. 이러한 시스템은 엔진으로부터 멀리 떨어진 연료 탱크를 갖는 자동차에서와 같은 대형 엔진에서 오랫동안 이용되어 왔다.
그러나, 엔진 및 탱크의 체적을 최소한으로 유지할 필요가 있는 엔진에 인접한 위치에서 엔진 또는 설비 상에 일반적으로 장착된 브래킷인 연료 탱크를 갖는 소형 엔진에 대한 기능을 제공하는 것은 어렵고 비용이 든다는 점을 알고 있다. 이것은 적절한 냉각을 위해 실린더 헤드 위에 적절한 공기 유동을 제공하도록 엔진이 근접하게 고깔(cowl) 형상으로 된 경우의 공랭식 엔진용으로 성취되기가 특히 어렵다. 게다가, 대부분의 소형 엔진 적용에서는 엔진 위에 위치된 중력 공급식 연료 탱크를 이용하고, 이에 따라 엔진이 설치되는 설비용 특정 구성을, 특히 엔진이 고깔 형상인 경우에 필요로 한다. 이에 따라, 소형 엔진 상에 연료 증기 배출 제어 장치에 필요한 기능을 제공하는 방편 또는 수단, 특히 연료 탱크, 결합된 연료 시스템 및 탱크 장착 구성 요소용으로 완전한 재시설을 필요로 하지 않고 중력 공급식 연료 탱크를 이용하는 방편 또는 수단을 알아내는 것이 바람직하다.
본 명세서, 도면 및 특허청구범위는 상술한 문제점에 대한 해결책을 제공하고, 소형 엔진 연료 탱크에 인접하게 장착되기에 편리한 공통 하우징 엔진 내에 일체식으로 형성되고 연료 탱크 및 엔진 공기 입구에 적절한 가요성 도관에 의해 연결된 연료 증기 저장 캐니스터(fuel vapor storage canister), 부착식 증기 벤트/ 팁핑 밸브(attached vapor vent/tipping valve) 및 감압 밸브(pressure relief valve)를 구비한다. 본원에 기술된 일체형 조합체는 제조하기가 단순하고, 엔진 정지 기간 동안에 연료 증기 배출에 대한 제어를 제공하고 또한 엔진 시동시에 저장된 연료 증기의 세정(purging)을 제공하는 비교적 적은 비용의 유닛을 제공한다. 게다가, 기울어짐 및 전복에 대한 보호 장치도 제공된다. 기술된 일 실시예에 있어서, 저장 캐니스터는 사전 결정된 증기압이 도달될 때까지 증기 배출을 방지하는 "헤드" 또는 감압 밸브를 갖는 부동식(float operated) 증기 벤트/팁핑 밸브를 부착하고 있다. 기술된 다른 실시예에 있어서, 감압 밸브는 가동형 밸브 부재 내에 배치된 진공 해제 밸브를 구비하여, 연료 탱크의 파손을 방지하도록 엔진 작동시 또는 엔진 정지시에 탱크의 냉각 및 증기의 응축시에 메이크업 공기(make up air)를 연료 탱크 내로 인입 가능하다.
도 1을 참조하면, 조합형 감압 밸브/팁핑 밸브 및 저장 캐니스터의 예시적인 실시예는 전체적으로 참조부호(10)로 나타내고, 증기 저장 챔버(14)의 일단부에 형성된 증기 통로(16)를 갖는 증기 저장 챔버(14)와, 이 통로(16)의 말단부에 형성된 대기압 에어 벤트(18)를 형성하는 일체식으로 형성된 공통 하우징(12)을 구비한다. 통로(16)가 형성되는 단부는 또한 끼워맞춤부(23)를 통해 하우징(12)의 외부와 연통하도록 그 내에 형성된 통로(20)와 직각으로 연통하는 별개의 세정 출구 통로(21)를 갖는다. 끼워맞춤부(23)는 점선으로 도시한 바와 같이 본래의 공기 입구로 의 연결용으로 적합하다. 연료 증기는 점선으로 도시한 바와 같이 연료 탱크로의 연결용으로 적합한 끼워맞춤부(27) 내의 통로(25)를 통해 챔버(14)로 들어간다.
또한, 하우징(12)은 개방 단부를 갖는 공통 하우징(12) 내에 일체식으로 형성될 수 있는 증기 챔버(22)를 그 내에 형성하고 있다.
챔버(22)는 용접과 같은 임의의 적당한 수단에 의해 고정 및 밀봉될 수 있는 캡(24)에 의해 폐쇄된다. 유사한 방식으로, 챔버(14)는 개방 단부를 갖도록 형성되고 예컨대 용접에 의해 그 위에 밀봉된 캡(26)에 의해 폐쇄될 수 있으며, 캡(26)은 대기압 벤트(18)를 그 내에 일체식으로 형성할 수 있다.
증기 챔버(22)는 증기 챔버(22) 내에 수용된 밸브 본체(34) 내에 형성된 증기 벤트(32)의 대향 단부에 배치된 증기 벤트/팁핑 밸브(28) 및 증기 감압 밸브(30)를 그 내에 배치하고 있다.
도 1의 실시예에 있어서, 증기 벤트/팁핑 밸브는 증기 벤트(32)의 하단부 상에 형성된 밸브 시트(valve seat)(40)에 대해 폐쇄하기 위해 그의 상부 표면상에 배치된 가요성 밸브 부재(38)를 갖는 플로트(float)(36)를 구비한다. 연료가 챔버(22)로 들어갈 때, 플로트는 상승하게 되고, 플로트가 사전 결정된 레벨에 도달할 때 밸브 부재(38)는 밸브 시트(40)에 대해 폐쇄하여 증기가 챔버(22)로부터 배출되는 것을 방지한다. 액체 연료 내에서의 부력에 추가하여, 플로트는 밸브 시트(40)에 대해 밸브 부재(38)를 폐쇄하는 운동에 대한 기울어짐 또는 전복과 같은 오 배향에 중력식으로 반응한다.
감압 밸브(30)는 밸브 본체(34)에 부착된 커버(44) 내에 배치된 밸브 부재 (42)를 구비하며, 밸브 부재(42)는 중력의 영향 하에서 벤트(32)의 상단부에 대해 보통 폐쇄된다. 밸브 부재(42)의 중량은, 밸브 부재(42)를 상측으로 이동시키는 압력인 사전 결정된 압력을 연료 탱크 및 증기 챔버(22)가 받을 때까지 밸브가 폐쇄되어 있어서 통로(16)를 통해 저장 캐니스터(14)로 증기를 배출시키도록 선택된다.
캐니스터는 세정 출구 통로(20)를 통해 캐니스터로부터 증기를 배출하는 구불구불한 경로를 구비하는 배플 표면(46)을 구비하고, 배플 표면(46) 위에 배치된 필터 재료(48)를 포함할 수 있다.
동일한 방식으로 캐니스터의 말단부에 위치한 대기압 벤트 통로(18)는, 통로(18)의 내측 단부 위에 배치된 배플 표면을 갖고, 저장 챔버(14)로 들어오는 공기를 여과하기 위한 필터 재료(52)를 구비할 수도 있다.
저장 챔버(14)는 흡수성 재료(54)를 구비할 수도 있다. 배플(50) 및 필터(52)는 적당한 스프링(56)에 의해 흡수성 재료에 대해 가압될 수 있다. 도 1의 실시예에 있어서, 흡수성 재료(54)용으로 과립 형상의 숯과 같은 미립자의 탄소질 재료를 이용하는 것이 만족스러움을 알게 되었다.
도 2를 참조하면, 또 다른 실시예를 참조부호(60)로 전체적으로 도시하고 있는데, 이는 그의 일 단부에 형성된 증기 통로(66)를 갖는 저장 챔버(64)를 형성하는 공통 하우징(62)을 구비하며, 이 하우징(62)은 증기 통로(66)의 말단부에 대기압 벤트(69)를 그 내에 형성하고 있다. 하우징(62)은 증기 통로(66)와 연통하는 증기 챔버(68)의 유체용인 공통 하우징으로서 형성되고, 도 2에서 점선으로 도시한 바와 같이 연료 증기를 연료 탱크로부터 수용하기 위해 그에 연결용으로 적합한 끼워맞춤부(71) 내에 형성된 유체 입구(70)를 갖는다. 또한, 공통 하우징(62)은 하우징(62)으로부터 외측으로 연장되고 점선으로 도시한 바와 같이 엔진 공기 입구와 연통하기 위한 연결용으로 적합한 끼워맞춤부(73) 내에 형성된 세정 출구 통로(72)를 그 내에 형성하고 있다. 또한 통로(72)는 교차 챔버(74)를 통해 저장 챔버(64)와 개방식으로 연통한다.
도 2의 실시예에 도시한 바와 같이, 저장 챔버(64)로부터의 증기 유동은 적당한 필터 재료(76)에 의해 여과되고 세정 출구 교차 통로(74) 또는 챔버(68)로 이끄는 증기 통로(66)에 도달하기 전에 일련의 배플(78)을 통해 통과하도록 요구될 수 있다. 동일한 방식으로, 하우징(62)의 말단부에 위치한 통로(69)를 통해 유입되는 대기 공기는 챔버(64)에 유입되기 전에 배플(80) 및 필터 재료(82)를 통과하도록 요구될 수 있다. 또한 도 1의 실시예에서 기술한 바와 같이, 저장 챔버(74)는 예컨대 과립 형상의 숯과 같은 미립자의 탄소질 재료로서 흡수성 재료(84)를 구비할 수도 있다. 소망한다면, 스프링(108)은 흡수성 재료(84)에 대해 배플(80) 및 필터(82)를 가압하도록 이용될 수 있다.
유체 챔버(68)는 그의 하단부 상에 형성된 밸브 시트(92)를 갖는 수직으로 배향된 벤트 통로(90)를 구비한 증기 벤트/팁핑 밸브(88)를 포함하는 밸브 본체(86)를 그 내에 배치하고 있으며, 증기 벤트/팁핑 밸브(88)는 그의 상단부 상에 배치된 가요성 밸브 부재(96)를 갖는 플로트(94)를 구비할 수 있다. 입구(70)를 통해 액체 연료를 챔버(68) 및 밸브 본체(86)의 내부로 유입할 때, 플로트는 상승하 고, 연료 레벨이 사전 결정된 레벨에 도달할 때 플로트 운동은 밸브 시트(92)에 대해 밸브 부재(96)를 폐쇄하여 벤트 통로(90)를 통해 증기가 배출되는 것을 방지한다.
밸브 본체는, 부재의 중량 하에서, 연료 탱크 및 유체 압력 챔버(68)가 사전 결정된 압력에 도달할 때까지 증기 공기 통로(90)의 배출을 방지하기 위해 벤트 통로(90)의 상단부 주위에 형성된 밸브 시트(102) 상에 안착되는 중력 작동식 감압 밸브 부재(100)를 유지하는 커버(98)를 구비한다.
도 2의 실시예에 있어서, 중력 작동식 밸브 부재(100)는 그 내에 유지된 구(sphere) 또는 볼(ball)(106)과 같은 가동형 밸브 부재를 갖는 그의 하단부 상에 밸브 시트를 구비한 중앙 통로(104)를 갖는다. 밸브 부재(106)는, 예컨대 비교적 낮은 비중량을 갖는 플라스틱과 같은 매우 경량인 재료로 형성된다.
벤트 통로(90) 내의 약간의 양(+)의 증기압은 볼을 실선으로 도 2에 도시한 위치로부터 점선으로 도시한 위치까지 또는 통로(104)의 하단부 상에 형성된 밸브 시트에 대해 상측으로 이동시키도록 한다. 밸브 부재(106)는 챔버(68) 내에 약간 낮은 대기압이 발생시에 진공 해제 밸브로서 작용하며, 저장 캐니스터(64)로부터의 증기 및/또는 공기를 증기 통로(66)를 통해 그리고 연료 탱크로의 벤트 통로(90) 및 통로(70)를 통해 흐르도록 하는 경우에, 밸브 부재(106)를 통로(104)의 하단부에서 밸브 시트로부터 떨어지게 한다. 이에 따라 통로(90)의 개방은 엔진 작동시에 또는 주위 온도 이하로 탱크를 냉각하는 경우에 액체 연료의 후퇴에 반응하여 연료 탱크의 파손을 방지하도록 메이크업 공기의 유동을 제공함으로써 탱크 내에 진공을 발생시킨다.
따라서, 본원에서 상술한 본 실시예는, 호스와 같은 도관을 거쳐서 엔진 연료 탱크, 엔진 공기 입구에 연결용으로 그리고 대기압 벤트용으로 그 상에 제공된 포트를 갖는 공통 하우징 내에 증기 저장 캐니스터, 증기 벤트/팁핑 밸브 및 감압 밸브를 제공한다. 따라서, 이들 실시예는 비용이 드는 변형 없이 기존의 소형 엔진 및 그들의 연료 탱크에 용이하게 추가될 수 있는 콤팩트하고, 단순하며, 비교적 저비용의 연료 증기 배출 제어 시스템을 제공한다.
예시적인 실시예가 상술되었지만, 이후의 특허청구범위 내에서 당업자에 의해 변형 및 수정될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 비용이 드는 변형 없이 기존의 소형 엔진 및 그들의 연료 탱크에 용이하게 추가될 수 있으며, 콤팩트하고, 단순하며, 비교적 저비용으로 제조할 수 있는 연료 증기 배출 제어 시스템을 제공한다.

Claims (17)

  1. 소형 엔진 연료 탱크에 사용되는 일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체(10, 60)에 있어서,
    ⓐ 상기 연료 탱크로부터 연료 증기를 수용하기 위한 입구 포트(25, 70)를 갖는 유체 수용 챔버(22, 68)를 형성하도록 일체식으로 형성된 하우징(12, 62)으로서, 상기 하우징은 세정 출구(21, 72) 및 대기압 벤트(vent)(18, 69)를 갖는 증기 저장 챔버(14, 64)를 일체식으로 형성하고, 상기 저장 챔버는 증기 통로(16, 66)를 통해 상기 유체 수용 챔버와 연통하는, 하우징과,
    ⓑ 상기 유체 수용 챔버에 결합되고 상기 유체 수용 챔버가 사전 결정된 압력에 도달할 때 상기 증기 통로를 통한 증기 유동을 상기 저장 챔버로 허용하도록 작동 가능한 감압 밸브(30, 88)와,
    ⓒ 상기 유체 수용 챔버에 결합되고 상기 하우징의 오 배향(disorientation)시에 상기 증기 통로를 통해 연통하는 것을 방지하도록 작동 가능한 팁핑 밸브(tipping valve)(28, 88)를 포함하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 팁핑 밸브는 상기 탱크 내의 연료가 사전 결정된 레벨로 상승할 때 상기 팁핑 밸브를 폐쇄하도록 작동 가능한 플로트(36, 94)를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감압 밸브는 상기 유체 수용 챔버 내의 대기압 이하의 압력 발생시에 역방향 유동을 허용하도록 작동 가능한 진공 해제 밸브(relief valve)(42, 106)를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공 해제 밸브는 구형(spheral) 밸브 부재(106)를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 감압 밸브는 중력 하에서 폐쇄 위치로 가압되는 중력 반응식 부재(100)를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 저장 챔버는 흡수성 재료(54, 84)로 충전되는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡수성 재료는 미립자의 탄소질 재료를 포함하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 통로는 배플(46, 78)을 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 챔버 및 상기 유체 수용 챔버는 단일 편(one piece) 부재로서 성형되는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 저장 챔버 및 상기 유체 수용 챔버는 개방 캐비티로서 상기 단일 편 부재 내에 성형되고 용접으로 고정된 캡(24, 26)에 의해 폐쇄되는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 챔버는 상기 세정 출구 및 상기 대기압 벤트를 통해 유동을 여과하기 위한 재료(54, 84)를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 출구는 배플(78)을 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 대기압 벤트는 배플(50, 80)을 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 챔버는 상기 증기 통로를 통한 유동을 여과하는 재료(54, 84)를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체.
  15. 소형 엔진 연료 탱크용 일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 장치(10, 60)를 제조하는 방법에 있어서,
    ⓐ 유체 수용 포트(25, 62)를 갖는 유체 수용 챔버(22, 68)와, 세정 출구 (21, 72) 및 대기압 벤트(18, 69)를 갖는 증기 저장 챔버를 구비한 하우징(12, 62)을 일체식으로 형성하고, 증기 통로(16, 66)를 통해 상기 유체 수용 챔버와 상기 저장 챔버를 연통시키는 단계와,
    ⓑ 상기 유체 수용 챔버 내에 감압 밸브(30, 88)를 배치하고, 상기 유체 수용 챔버가 사전 결정된 압력에 도달할 때까지 상기 증기 통로를 통한 증기 유동을 방지하는 단계와,
    ⓒ 상기 유체 수용 챔버 내에 증기 벤트/팁핑 밸브(28, 88)를 배치하고, 상기 하우징의 오 배향시에 상기 유체 수용 챔버로부터 유체가 배출되는 것을 방지하는 단계를 포함하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 장치의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 증기 벤트/팁핑 밸브의 배치 단계는 연료가 상기 탱크 내의 사전 결정된 레벨로 상승할 때 상기 밸브를 폐쇄하도록 작동하는 플로트(36, 94)를 배치하는 단계를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 장치의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 하우징을 일체식으로 형성하는 단계는 공통 부재 내에 함께 상기 유체 수용 챔버 및 상기 저장 챔버를 형성하는 단계를 구비하는
    일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 장치의 제조 방법.
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