KR20060102510A - 일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체 및 그제조 방법 - Google Patents

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

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KR20060102510A
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engine fuel
small engine
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KR1020060025846A
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바운 케이 밀즈
케네쓰 엠 스핀크
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이턴 코포레이션
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Abstract

콤팩트한 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체는 감압 및 진공 해제를 구비한다. 플로트 작동식 증기 벤트/팁핑 밸브는 탱크 내의 접근 개구 위에 용접되는 증기 출구 포트를 갖는 캡에 부착될 수 있거나, 또는 탱크 벽 구조체의 일부와 단일 편으로서 일체식으로 형성된 밸브 본체를 구비할 수 있다. 증기 벤트/팁핑 밸브는 임계 압력 아래로 증기 배출을 방지하기 위한 중력 작동식 감압 밸브를 그 내에 구비하며, 감압 밸브는 연료 탱크 내의 압력이 대기압 이하인 경우 메이크업 공기를 도입하여 역 흐름을 허용하는 진공 해제 밸브를 구비한다.

Description

일체형 증기 벤트/팁핑 밸브 및 증기 저장 조립체 및 그 제조 방법{LOW PROFILE OVERFILL LIMIT DEVICE WITH REVERSE FLOW CAPABILITY}
도 1은 접근 개구를 통해 장착된 본원에 기술된 밸브 조립체를 갖는 소형 엔진 연료 탱크의 단면도,
도 2는 도 1의 밸브 본체 서브조립체의 확대도,
도 3은 도 2의 서브조립체의 분해도,
도 4는 다른 실시예를 설명하는 소형 엔진 연료 탱크의 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
18 : 밸브 본체 20 : 밸브 챔버
22 : 벤트 통로 24, 26 : 밸브 시트
28 : 밸브 부재 30 : 플로트
32 : 스트립 38 : 가압 스프링
40 : 인서트 42 : 그루브
46 : 내부 벽 50 : 증기 퍼지 통로
소형 엔진으로 종종 불리는 50 마력(37.2kW) 미만의 엔진은, 예컨대 잔디 깎는 기계, 가든 트랙터(garden tractor), 휴대용 발전 세트 및 특정한 해양 적용에 널리 이용되고 있다. 일반적으로, 이러한 적용에 대한 소형 엔진은 엔진에 이용되는 설비 상에 엔진의 설치를 용이하게 하게 위해 엔진 근방에 연료 탱크를 배치하고 있다. 이러한 소형 엔진 적용은 통상적으로 엔진 기화기(engine carburetor)까지 중력 공급식으로 연료를 공급하도록 배치된 탱크를 구비하지만, 50 마력에 가까운 엔진의 특정 적용에 있어서 연료 펌프가 이용될 수 있다.
소형 엔진 연료 탱크는, 진공 형성 및 탱크의 부수적인 파손을 방지하도록 엔진 작동시에 연료를 회수함에 따라 메이크업 공기(make up air)를 탱크로 유입시키기 위한 벤트 통로를 그 내에 형성한 사용자 제거 가능한 필러 캡(filler cap) 또는 클로저(closure)를 갖는다.
이전에, 연료 증기 배출 규제 또는 제한은 자동차에서만 필요로 하였지만, 최근에는 소형 엔진에 대해 의무화되고 있다. 이전에는, 소형 엔진에 대해 이러한 제한이 필요로 하지 않았기 때문에, 연료 탱크 및 연료 시스템에서 엔진 작동시 또는 엔진의 정지시에 연료 증기를 자유롭게 대기로 배출하였다.
소형 엔진은 대량 생산으로 제조되고, 연료 탱크 및 연료 시스템을 위한 공구 세공 그리고 엔진 상의 탱크 및 연료 시스템 구성 요소의 장착은 엔진의 제조자에 대한 상당한 경비가 소요되었다. 또한, 소형 엔진을 위한 상당히 많은 수의 적 용예에 있어서, 엔진 및 연료 탱크에 할당된 공간 또는 체적이 매우 제한되고, 엔진 및 탱크에 구성 요소를 추가하거나 또는 요구되는 탱크 설계에 엄청나게 비용이 든다.
따라서, 연료 탱크 및 관련된 연료 시스템 구성 요소의 재설계, 또는 엔진 및 연료 탱크의 엔벌로프(envelope)를 체적에 추가하는 구성 요소의 추가에 의해, 이러한 소형 엔진 내에 사용되는 장치의 제조 비용이 증대되고 그리고 설치가 복잡해짐이 없이, 소형 엔진 상의 연료 증기 배출을 제한하는 방편 또는 수단을 제공하는 것이 요구되어 왔다.
본 명세서, 도면 및 특허청구범위는 소형 엔진에 대한 연료 증기 배출 제어를 제공하는 상술한 문제점에 대한 해결책을 제공하며, 감압 및 진공 해제를 갖는 저 프로파일 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체(low profile overfill limiting vapor vent/tipping valve assembly)가 콤팩트한 디자인으로 제공되어 기존의 연료 탱크 구조체의 벽을 통해 접근 개구로의 부착용으로 개조된다. 일 실시예에 있어서, 본원에 기술된 밸브 조립체는 증기 출구 포트를 그 내에 갖는 캡으로서, 서브조립체(subassembly)를 형성하도록 캡에 부착된 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브를 갖는 탱크 벽에 용접 가능한 재료로 이루어진 캡을 이용한다. 이에 따라, 이 캡은 탱크 벽 내의 접근 개구 상에 배치되어 탱크 벽의 표면에 용접된다. 밸브 조립체는 캡 벤트 출구를 통해 배출되도록 증기를 사전 결정된 압력 이상으로 허용하는 감압 밸브를 구비하고, 또한 밸브 조립체는 탱크의 파손을 방지하도록 연료 탱크 내에 진공을 형성하는 경우에 역 흐름을 허용하는 진공 해제 밸브를 구비한다. 따라서, 본원에 기술된 밸브 조립체는 탱크로부터 대기로 연료 증기의 배출을 유지 및 제한하지만, 증기 저장 장치 또는 엔진 공기 입구로의 연결용으로 적합한 밸브 출구로부터 엔진 작동 하에서 증기를 흐르게 하는 필요한 기능을 설비 가능하다.
다른 실시예에 있어서, 밸브 본체는 연료 탱크 벽 구조체의 상부를 갖는 단일 편 부재(one piece member)로서 일체식으로 형성된다.
도 1을 참조하면, 소형 엔진 연료 탱크의 일부를 참조부호(10)로 도시하고, 이는 탱크의 내부로 접근 개구만을 통해 하측으로 연장되는 그의 본체(18)와 함께 배치된 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체(16)를 그 내에 갖는 접근 개구(14)로 형성된 상부 벽 구조체(12)를 갖는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 밸브 본체(18)는 그의 하단부에 형성된 밸브 시트(24)와 수직 방향으로 배향될 수 있는 벤트 통로(22)를 통해 연통하는 그 내에 형성된 밸브 챔버(20)를 갖는다. 통로(22)의 상단부는 그 상에 안착된 밸브 부재(28)와 그 주위에 형성된 제 2 밸브 시트(26)를 가지며, 본 실시예에 있어서 밸브 부재(28)는 중력의 영향 하에서 밸브 시트(26)에 대해 위치되도록 금속과 같은 재료로 형성된다. 밸브 부재(28)의 중력 및 밸브 시트(26)의 직경은 밸브 챔버(20) 내에 사전 결정된 압력이 존재하는 경우, 밸브(28)가 시트(26) 외부로 들어올려지고 증기가 통로(22)를 통해 흐르도록 선택된다.
밸브 챔버(20)는 그의 상부 표면상에 배치된 탄성 중합체 재료로 형성될 수 있는 스트립(32)과 같은 가요성 밸브 부재를 갖는 플로트(30)를 그 내에 배치하고 있다. 플로트(30)가 탱크 내의 사전 결정된 연료 레벨로 상승할 때, 스트립(32)은 증기가 통로(32)로 유입되는 것을 방지하는 밸브 시트(24)에 대해 폐쇄된다. 플로트(30)는 유지 링(34)에 의해 밸브 부재(20) 내에서 유지되고, 적절한 통로(36)는 밸브 챔버(20) 내로 액체 연료를 허용하도록 밸브 본체 내에 형성된다. 본 실시예에 있어서, 탱크 내의 연료의 소정 레벨 및 사전 결정된 경사 각도로 시트(24) 상의 밸브 부재(32)를 폐쇄하도록 부동(buoyancy) 방향으로 플로트를 이동시키기 위해 조정될 수 있는, 플로트와 유지 부재(34) 사이의 추가적인 가압 스프링(38)으로 플로트의 운동을 용이하게 하는데 만족스러움을 알았다.
밸브 부재(18)는 그 외주부 둘레에 형성된 환형의 그루브(42)를 갖는 대체로 역 컵 형상(inverted cup shape)을 가질 수 있는 상부 본체부 또는 인서트(insert)(40)에 부착되며, 이러한 그루브는 그 내에 형성된 출구 또는 증기 퍼지 통로(50)를 갖는 캡(48)의 내부 벽(46)에 대해 밀봉되는 O링(44)과 같은 밀봉 링을 그 내에 갖는다.
본체(18)는 스냅 로킹 탭(snap locking tab)(52)과 같은 임의의 적당한 기계식 수단에 의해 인서트(40)에 부착된다. 밸브 본체는 구조적으로 일체형인 탱크에 용접 가능하지 않은 재료로 형성될 수 있지만, 캡(48)은 밸브 부재(28) 및 캡(48) 을 포함하는 서브조립체를 형성하도록, 예컨대 음속 또는 스핀 용접에 의해 탱크에 용접 가능한 재료로 형성되는 것이 이해될 것이다. 서브조립체는 캡 내에 형성된 그루브(56) 내로 환형의 플랜지(54)의 억지 끼워맞춤(interference fit) 또는 스냅 결합(snap locking)과 같은 임의의 적당한 기계식 수단에 의해 캡 내에 유지된다. 변형예로서, 인서트(40)는 캡(48)에 용접 가능한 재료로 형성되어 용접에 의해 고정될 수 있다. 이에 따라, 그 내에 조립된 밸브를 갖는 캡의 림(rim)(58)은 용접과 같은 임의의 적당한 수단에 의해 탱크 벽의 표면에 고정될 수 있다.
중력 반응식 밸브 부재(28)는 그의 상단부에 형성된 수직 방향으로 배향된 흐름 통로(63)와 함께 그 내에 형성된 밸브 챔버(60)를 가지며, 이러한 통로(63)는 캡(48)의 내부와 퍼지 출구(50)와 연통한다. 밸브 챔버(60)는 통로(22)를 통해 어떠한 증기압에서도 통로(63)를 폐쇄하도록 도 2에 도시한 위치까지 이동되는 매우 가벼운 밸브 부재(62)를 그 내에 수용하고, 그 후 밸브 부재(62)는 통로(63)를 폐쇄 상태로 유지된다. 그 후에, 통로(22) 내의 압력이 상승함에 따라, 중력식 밸브 부재(28)는 도 2에 도시한 상측 한계 위치까지 이동되도록 되고, 그 주의의 증기 흐름은 퍼지 출구 통로(50)로 허용된다.
챔버(20) 내의 압력이 대기압 이하인 경우, 밸브 부재(62)는 하측으로 개구하는 통로(63)를 이동하게 하여 통로(50) 및 연료 탱크 내로의 역 흐름을 허용한다. 이에 따라, 밸브(62)는 엔진 작동시에 액체 연료를 회수함에 따라 메이크업 공기를 연료 탱크에 유입되도록 하거나, 또는 증기의 냉각 및 탱크 내의 진공 형성시에 엔진이 정지된다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에서, 연료 탱크 벽 구조체(70)의 상부(72)는 탱크 벽 구조체로부터 내측으로 연장되고 탱크의 벽 구조체를 통해 수직 방향으로 배향된 벤트 통로(78)를 갖는 밸브 챔버(76)를 형성하는 밸브 본체(74)를 단일 편으로서 그와 일체식으로 형성하고 있다. 통로(78)는 그의 하단부 상에 형성된 밸브 시트(80)를 가지며, 그의 상단부 둘레에 제 2 밸브 시트(82)를 갖는다.
밸브 챔버(76)는 챔버(76)의 하단부에 배치된 유지 부재(86)에 의해 유지되는 플로트(84)를 그 내에 배치하고 있고, 가압 스프링(88)은 상측 방향으로 플로트를 가압하기 위한 유지 부재(86)와 플로트(84)의 하단부 사이에 배치된다. 당해 기술에 공지된 바와 같이, 스프링(88)은 플로트(84)의 부동을 조력하도록 조정될 수 있다.
플로트의 상단부는 탄성 중합체 재료로 형성될 수 있고 탱크 내의 연료의 소정 액체 레벨에서 밸브 시트(80)에 대해 폐쇄하도록 플로트의 상측 운동에 대해 작동되는 비교적 얇은 가요성 밸브 부재(90)를 그 상에 배치하고 있다. 밸브 챔버(76)는 액체 연료를 밸브 챔버(76)로 허용하도록 그의 하단부에 형성된 슬롯(89)을 갖는다.
감압 밸브 부재(92)는 벤트 통로(78)의 상단부 상의 밸브 시트(82) 위에 배치되고, 밸브 부재(92)는 금속으로 형성될 수 있는 밸브 부재(92) 상에 작용하는 중력에 의해 밸브 시트(82)에 대해 가압된다. 밸브 시트(82)의 직경은 탱크 내에 사전 결정된 증기압이 존재하는 경우, 밸브 시트의 영역을 가로질러 작용하는 압력이 밸브 시트(82)를 밸브 부재 외부로 들어올리고 연료 증기를 탱크로부터 배출시 키는 밸브 부재(92)의 경사 중량(rake weight)을 극복하기에 충분한 들어올리는 힘을 생성하게 작동되도록 선택된다.
탱크 벽(72)에 용접 가능한 재료로 형성된 캡(94)은 밸브 부재(92) 위에 수용되며, 캡(94)은 예컨대 가열판(hot plate), 음속(sonic) 또는 스핀(spin) 용접과 같은 용접에 의해 탱크 벽에 결합되는 환형의 플랜지(96)를 갖는다. 캡(94)은 그 상에 가요성 호스를 수용하기에 적합하고 밸브 시트(82)와 연통하는 그를 통해 형성된 증기 출구 통로(100)를 갖는 끼워맞춤부(98)를 그와 일체식으로 구비한다.
밸브 부재(92)는 그 내에 형성된 역 밸브 시트(104)를 갖는 그를 통해 형성된 수직 방향 통로(102)를 갖는다.
밸브 시트(104)는 본 실시예에서 구형 구성(spherical configuration)을 갖는 밸브 부재(106)를 그 내에 수용 및 유지하는 확대 직경의 통로 내로 개방된다. 밸브 부재(106)는 챔버(76) 및 통로(78) 내의 어떠한 양(+)의 증기압에 대해 부재(106)가 밸브 시트(104)에 대해 폐쇄하도록 상측으로 이동되고 챔버(76) 내에 양의 증기압이 존재하는 한 그에 대해 폐쇄 상태를 유지하도록 일반적으로 매우 가벼운 플라스틱 재료로 형성된다. 탱크, 챔버(76) 및 벤트 통로(78) 내의 압력이 대기압 이하일 때, 밸브 부재(106)는 밸브 시트(104)를 개방하여 통로(100)를 통해 역 흐름을 허용하도록 하측으로 인출된다. 이에 따라, 밸브 부재(106)는 연료로서의 메이크업 공기가 엔진 작동시에, 또는 엔진 정지시에 냉각 및 증기 응축 후에 탱크로부터 회수되도록 진공 해제 밸브로서 기능한다.
본원에서 기술된 저 프로파일 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체는 사전 결정된 증 기압에 도달할 때까지 증기가 탱크로부터 배출되는 것을 방지하는 감압 기능을 구비하고, 또한 밸브 조립체는 연료가 탱크로부터 회수되거나 또는 증기의 냉각이 탱크 내에 진공을 형성함에 따라 연료로서의 메이크업 공기의 유입 및 역 흐름을 허용하는 진공 해제 밸브를 구비한다.
예시적인 실시예가 본원에 상술되었지만, 이후의 특허청구범위 내에서 당업자에 의해 변형 및 수정될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 연료 탱크 및 관련된 연료 시스템 구성 요소의 재설계, 또는 엔진 및 연료 탱크의 엔벌로프를 체적에 추가되는 구성 요소의 추가에 의해, 이러한 소형 엔진 내에 사용되는 장치의 제조 비용이 증대되고 그리고 설치가 복잡해지지 않는 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체를 제공한다.

Claims (19)

  1. 감압 및 진공 해제를 갖는 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체(16, 70)를 구비한 소형 엔진 연료 탱크(10) 조합체에 있어서,
    ⓐ 접근 개구(14, 78)를 형성하는 탱크 벽 구조체와,
    ⓑ 증기 출구 포트(56, 100)를 갖고 상기 탱크 벽 구조체에 용접 가능한 재료로 형성된 벤트 캡(48, 94)과,
    ⓒ 증기 벤트 통로(22, 78)를 갖는 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브(30, 32, 84, 90)로서, 상기 벤트 통로를 갖는 상기 밸브 상에 수용된 상기 캡은 상기 증기 출구 포트와 연통하는, 상기 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브(30, 32, 84, 90)와,
    ⓓ 상기 벤트 통로 내에 배치된 감압 밸브(28, 92)와,
    ⓔ 상기 접근 개구 위에 수용되고 상기 탱크 벽 구조체에 밀봉식으로 결합되는 상기 캡을 포함하며,
    상기 증기 벤트/팁핑 밸브는 상기 접근 개구를 통해 연장되는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 탱크가 사전 결정된 압력 레벨에 도달할 때까지 상기 벤트 통로를 통해 흐르는 것을 방지하도록 작동 가능한 감압 밸브를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감압 밸브는 상기 탱크 내의 압력이 대기압 이하인 경우 상기 감압 밸브를 통해 역 흐름을 허용하도록 작동 가능한 진공 해제 밸브(28, 92)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공 해제 밸브는 구형(spherical) 밸브 부재(62, 106)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 플로트 작동식 밸브(30, 84)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플로트는 그의 상단부 상에 배치된 가요성 밸브 부재(32, 90)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감압 밸브는 폐쇄 위치까지 중력 가압된 밸브 부재(62, 106)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 감압 밸브는 진공 해제 밸브가 상기 중력 가압식 부재 내에 배치된 상태로 폐쇄 위치까지 중력 가압된 밸브 부재(62, 106)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 벤트/팁핑 밸브는 상기 탱크 구조체에 융합되지 않는 재료로 형성되는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 벤트/팁핑 밸브는 상기 캡이 상기 탱크에 결합되기 전에 서브조립체를 형성하는 상기 캡에 부착되는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 벤트/팁핑 밸브는 상기 탱크 벽 구조체의 일부와 단일 편으로서 일체식으로 형성되는 밸브 본체(74)를 구비하는
    소형 엔진 연료 탱크 조합체.
  12. 과충전 제한용 증기 벤트/팁핑 밸브 조립체를 구비한 소형 엔진 연료 탱크(10)를 제조하는 방법에 있어서,
    ⓐ 소형 엔진 연료 탱크의 벽 내에 접근 개구(14, 78)를 형성하는 단계와,
    ⓑ 상기 연료 탱크에 용접 가능한 재료의 벤트 캡(48, 94)을 형성하고, 상기 캡 내에 증기 출구 통로(56, 100)를 형성하는 단계와,
    ⓒ 상기 접근 개구 내에 증기 벤트/팁핑 밸브(30, 32, 84, 90)를 배치시키는 단계와,
    ⓓ 감압 밸브(28, 92)를 상기 증기 벤트/팁핑 밸브 상에 배치하여 사전 결정된 압력 레벨 이하의 탱크 증기압에서 상기 증기 출구 통로로의 흐름을 방지하는 단계와,
    ⓔ 상기 감압 밸브 위에 상기 캡을 위치 설정하여 상기 탱크의 벽에 상기 캡을 밀봉식으로 결합하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캡을 상기 탱크의 벽에 부착하는 단계는 용접 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    감압 밸브를 배치하는 단계는 진공 해제 밸브(28, 92)를 배치하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    진공 해제 밸브를 배치하는 단계는 상기 감압 밸브 내에 가동형 밸브 부재(62, 106)를 배치하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    가동형 밸브 부재를 배치하는 단계는 구형 밸브 부재(62, 106)를 배치하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    증기 벤트/팁핑 밸브를 배치하는 단계는 플로트 작동식 밸브(30, 84)를 배치 하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    증기 벤트/팁핑 밸브를 배치하는 단계는 상기 캡을 상기 탱크에 결합하기 전에 서브조립체를 형성하는 상기 캡에 상기 밸브를 부착하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    증기 벤트/팁핑 밸브를 배치하는 단계는 상기 탱크 벽 구조체의 일부와 단일 편으로서 일체식으로 밸브 본체 부재(74)를 형성하는 단계를 포함하는
    소형 엔진 연료 탱크의 제조 방법.
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