KR20110042803A

KR20110042803A - 레귤레이터

Info

Publication number: KR20110042803A
Application number: KR1020090099639A
Authority: KR
Inventors: 이준혁; 배윤석; 임춘근; 유해찬
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-04-27
Also published as: CN102042124A; CN102042124B; KR101045519B1

Abstract

본 발명은 2단계 감압과정을 거쳐 고압의 연료를 원하는 출구압력으로 감압하는 레귤레이터에 관한 것으로, 입력포트로 유입된 연료를 감압하여 출력포트로 배출하도록 제 1감압부와 제 2감압부를 구비한 레귤레이터에 있어서, 제 1감압부는 제 1오리피스가 형성되는 제 1하우징, 상기 제 1오리피스와 결합되는 제 1밸브샤프트, 상기 제 1밸브샤프트의 일단에 결합하여 직선 왕복운동하는 제 1다이어프램, 상기 제 1다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 제 1하우징에 결합되는 제 1커버, 상기 제 1다이어프램과 제 1커버 사이에 결합되는 제 1스프링 및 상기 제 1오리피스와 제 1다이어프램 사이에 온수포트를 통해 공급되는 온수를 이용하여 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높인 후 상기 제 1다이어프램에 전달하도록 형성되는 제 1플레이트를 구비하고, 제 2감압부는 상기 제 1하우징에 직각방향으로 결합되며, 제 2오리피스가 형성되는 제 2하우징, 상기 제 2오리피스와 결합되는 제 2밸브샤프트, 상기 제 2밸브샤프트의 일단에 결합하여 직선 왕복운동하는 제 2다이어프램, 상기 제 2다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 제 2하우징에 결합되는 제 2커버, 상기 제 2다이어프램과 제 2커버 사이에 결합되는 제 2스프링 및 상기 제 2오리피스와 제 2다이어프램 사이에 상기 온수포트를 통해 공급되는 온수를 이용하여 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높인 후 상기 제 2다이어프램에 전달하도록 형성되는 제 2플레이트를 구비하며, 상기 제 1 및 제 2플레이트는 연료를 전달하도록 형성되는 하나 이상의 전달공을 구비하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 레귤레이터를 이용하는 것에 의해, 제 1 및 제 2감압부를 거쳐 원하는 출구압력을 제공할 수 있고, 다이어프램과 밸브샤프트를 서로 연결시킴으로써, 연료에 포함된 이물질이 밸브샤프트와 오리피스 사이에 끼이더라도 오리피스의 개도량을 정확하게 제어할 수 있다.

레귤레이터, 연료압력, 감압, 오리피스, 다이어프램, 플레이트

Description

레귤레이터{REGULATOR}

본 발명은 레귤레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축수소가스나 천연가스 등 고압으로 압축된 연료를 2단계에 걸쳐서 소정의 압력으로 감압시키는 레귤레이터에 관한 것이다.

레귤레이터(Regulater)는 압축수소가스나 압축천연가스 등을 연료로 하는 차량 등에 적용되어 입구측에 형성된 고압의 연료압력을 소정의 압력으로 감압하여 출구측으로 공급하는 장치이다.

먼저, 도 1을 참조하여 압축천연가스 차량을 간략하게 설명한다.

도 1은 일반적인 압축천연가스 차량의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압축천연가스(Compressed Natural Gas, 이하 '씨엔지'라 함) 차량은 씨엔지가 저장되는 실린더(1), 실린더(1)와 엔진(2)을 연결하는 연료공급라인(3), 연료공급라인(3)에 설치되어 씨엔지를 감압시키는 레귤레이터(4), 레귤레이터(4)를 통해 감압된 씨엔지와 흡입공기를 혼합하여 엔진(2)에 공급하는 믹서(5)로 구성된다.

실린더(1)는 대략 200 내지 250bar의 압력으로 압축된 씨엔지를 저장하며, 씨엔지는 엔진(2)으로 공급되기 전에 레귤레이터(4)를 거치면서 대략 2bar를 유지하도록 감압된다.

더불어, 믹서(5)에는 흡입공기의 이물질을 제거하는 에어클리너(5a)가 구비되며, 에어클리너(5a)는 엔진(2)의 연소에 방해되는 이물질을 제거하여 엔진 부조 등을 방지한다.

여기서, 엔진(2), 레귤레이터(4), 믹서(5) 및 에어클리너(5a)는 전자제어유닛(Electronic Control Unit)과 같은 주제어장치에 의해 제어된다.

따라서 믹서(5)에 의해 씨엔지와 흡입공기가 합쳐진 혼합기는 엔진(2)의 각 연소실에 분사되어 연소가 이루어지며, 연소에 의해 발생된 유해배기가스는 외부로 배출된다.

이와 같은 씨엔지 차량에 적용되는 통상적인 연료 감압용 레귤레이터는 1단계 감압만을 수행하는데, 1단계 감압을 수행하는 연료 감압용 레귤레이터의 일 예가 대한민국 등록실용신안공보 제0289663호(2002년09월04일자 등록, 이하 '종래 기술1'이라 함)에 개시되어 있다.

도 2는 상기의 종래 기술1에 따른 연료 감압용 레귤레이터의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 레귤레이터는 제어용 밸브로부터 연료가 공급되는 연료공급구(6), 연료의 유입과 배출에 따라 팽창 및 수축하는 다이어프램(7), 상기 연료의 유입량을 조절하는 압력조절스크류(8a), 다이어프램(7)을 누르는 밸런스 스프링(8) 및 상기 다이어프램(7)의 하강시 작동되어 연료공급구(6)에 부설된 밸브(6a)를 개폐하는 레버(9)로 구성된다.

먼저, 고압의 연료가 연료공급구(6)의 단부에 설치된 밸브(6a)를 통해 내부로 유입되면 감압실 내의 압력이 상승하고, 이에 따라 다이어프램(7)이 위로 상승하게 된다.

이 경우, 다이어프램(7)의 상면에 설치된 밸런스 스프링(8)은 수축되고, 레버(9)의 하부에 장착된 메인스프링(9a)은 팽창되면서 연료공급구(6)의 상부에 형성된 밸브(6a)를 닫아 연료의 공급을 차단하게 된다.

이렇게 감압된 연료는 일측에 형성된 연료배출구(10a)를 통해 배출되고, 밸런스 스프링(8)의 탄성에 의해 다이어프램(7)이 하강하여 레버(9)를 하부로 작동시킴으로써 연료공급구(6)의 밸브(6a)를 개방시킴으로써 연료가 다시 공급되기 시작한다.

이와 같이, 밸브(6a)의 반복적인 개폐를 통해 고압의 연료가 감압된 상태로 다음 단계로 넘어가 공기와 혼합된다.

그러나, 종래의 1단계 감압을 수행하는 레귤레이터에서는 상당한 크기의 압력을 감압시키기 위해 감압실의 단면적이 커야만 했고, 스프링의 스프링 상수도 큰 것을 채용해야만 했다. 따라서 레귤레이터의 전체 부피가 커지고 부품 단가가 상승함에 따라 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 단지 스프링과 다이어프램의 신축에 의해서만 감압되기 때문에, 입구압력의 큰 변동시 출구압력의 변동폭을 작게 조절하는 데는 한계가 있을 수밖에 없었다.

아울러, 씨엔지의 경우 감압시 급격하게 온도 저하가 발생하므로 고무로 형성된 다이어프램이 재질특성상 온도저하에 따른 아이싱(icing)이 발생하므로, 레귤레이터의 동작성이 저하되고, 파손의 위험성이 높아지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허출원번호 제10-2008-0054420호(2008년06월11일자 출원, 이하 '종래 기술2'라 함)에 연료 압력을 2단계로 감압하는 레귤레이터를 개시하여 출원한 바 있다.

도 3은 상기의 종래 기술2에 따른 레귤레이터의 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술2에 따른 레귤레이터는 연료를 1차 감압하는 제 1감압부(10)와 제 1감압부(10)를 통과한 연료를 2차 감압하는 제 2감압부(20)을 포함하여 이루어지고, 제 1감압부(10)와 제 2감압부(20)의 작동방향이 서로 직각을 이루도록 구성된다.

제 1감압부(10)는 제1오리피스(12)가 형성되는 제 1하우징(11), 제 1오리피스(12)와 결합되는 제 1밸브샤프트(13), 제 1밸브샤프트(13)의 일단과 접촉하여 직선 왕복운동을 하는 피스톤(14), 피스톤(14)이 설치된 단부를 덮도록 제1하우징(11)과 결합되는 제 1캡(15) 및 피스톤(14)과 제 1캡(15) 사이에 결합되는 제 1스프링(16)을 포함하여 이루어진다.

제 2감압부(20)는 제 1하우징(11)의 수직방향으로 결합되며 제 2오리피스(22)가 형성되는 제 2하우징(21), 제 2오리피스(22)에 결합되는 제 2밸브샤프트(23), 제 2밸브샤프트(23)의 일단과 접촉하여 직선 왕복운동을 하는 다이어프램(24), 다이어프램(24)이 설치된 단부를 덮도록 제 2하우징(21)과 결합되는 제 2 캡(25) 및 다이어프램(24)과 제 2캡(25) 사이에 설치되는 제 2스프링(26)을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 기술2에 따른 레귤레이터는 2단계 감압을 수행하여 소정의 출구압력을 제공할 수 있는 효과를 가진다.

하지만, 종래 기술2에 따른 레귤레이터는 제 1감압부(10)에 고정된 형상을 갖는 피스톤(14)을 사용함에 따라 제 1밸브샤프트(13)의 응답성이 저하되는 문제점이 있었다.

그리고 제 1감압부(10)에 피스톤(14)과 제 1밸브샤프트(13)를 서로 분리된 상태로 구비한다.

이에 따라, 제 1압력부(10)에서 연료압력을 감압하기 위해 피스톤(14)이 상방으로 직선 운동하더라도, 피스톤(14)과 분리된 상태로 구비되는 제 1밸브샤프트(13)는 샤프트 지지구(17)에 구비된 샤프트 스프링(18)의 탄성력에 의해서 직선 운동하게 되므로, 제 1오리피스(12)의 개도량을 정확하게 조절하는데 한계가 있었다.

또, 각각의 부품을 정확한 위치에 조립하기 위해 고난이도의 체결과정을 거쳐야만 하기 때문에, 조립성이 떨어지는 문제점이 있었다.

종래 기술2에 따른 레귤레이터는 제 1오리피스(12)와 제 1밸브샤프트(13) 사이 및 제 2오리피스(22)와 제 2밸브샤프트(23) 사이에 연료에 포함된 이물질이 끼이는 경우, 제 1 및 제 2밸브샤프트(13,23)가 제 1 및 제 2오리피스(12,22)의 개도량을 정확하게 조절하지 못하게 된다.

또한, 제 2감압부(20)의 제 2오리피스(22)를 통과하면서 연료의 온도가 저하됨에 따라, 다이어프램(24)의 고무가 딱딱해지면서 내구성이 떨어지고, 레귤레이터의 감압성능이 저하되는 문제점도 있었다.

이 결과, 종래 기술2에 따른 레귤레이터는 씨엔지 차량의 엔진(2)에 공급하기 위해 충분하게 감압된 출구압력을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 2단계 감압과정을 거쳐 고압의 연료를 원하는 출구압력으로 감압하는 레귤레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 밸브샤프트와 다이어프램을 서로 연결시켜 용이하게 조립할 수 있는 레귤레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 오리피스를 통과하면서 온도가 하강된 연료가 다이어프램에 직접 유입되는 것을 방지할 수 있는 레귤레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다이어프램의 직선 왕복운동시 유동을 방지할 수 있는 레귤레이터를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 입력포트로 유입된 연료를 감압하여 출력포트로 배출하도록 제 1감압부와 제 2감압부를 구비한 레귤레이터에 있어서, 제 1감압부는 제 1오리피스가 형성되는 제 1하우징, 상기 제 1오리피스와 결합되는 제 1밸브샤프트, 상기 제 1밸브샤프트의 일단에 결합하여 직선 왕복운동하는 제 1다이어프램, 상기 제 1다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 제 1하우징에 결합되는 제 1커버, 상기 제 1다이어프램과 제 1커버 사이에 결합되는 제 1스프링 및 상기 제 1오리피스와 제 1다이어프램 사 이에 온수포트를 통해 공급되는 온수를 이용하여 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높인 후 상기 제 1다이어프램에 전달하도록 형성되는 제 1플레이트를 구비하고, 제 2감압부는 상기 제 1하우징에 직각방향으로 결합되며, 제 2오리피스가 형성되는 제 2하우징, 상기 제 2오리피스와 결합되는 제 2밸브샤프트, 상기 제 2밸브샤프트의 일단에 결합하여 직선 왕복운동하는 제 2다이어프램, 상기 제 2다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 제 2하우징에 결합되는 제 2커버, 상기 제 2다이어프램과 제 2커버 사이에 결합되는 제 2스프링 및 상기 제 2오리피스와 제 2다이어프램 사이에 상기 온수포트를 통해 공급되는 온수를 이용하여 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높인 후 상기 제 2다이어프램에 전달하도록 형성되는 제 2플레이트를 구비하며, 상기 제 1 및 제 2플레이트는 연료를 전달하도록 형성되는 하나 이상의 전달공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1감압부는 상기 제 1밸브샤프트의 일측 및 외주면을 감싸는 제 1캡, 입력포트를 통해 공급되는 연료를 상기 제 1오리피스로 전달하도록 형성되는 제 1유로, 상기 제 1밸브샤프트와 상기 제 1캡 사이에 설치되는 샤프트 스프링 및 상기 제 1다이어프램에 유입되는 연료를 상기 제 2감압부로 전달하도록 형성되는 제 2유로를 더 구비하고, 상기 제 1캡은 상기 제 1유로를 통해 공급되는 연료를 상기 제 1오리피스로 전달하도록 관통되어 형성되는 적어도 하나 이상의 유입공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2감압부는 상기 제 2오리피스를 통과하면서 감압된 연료를 출력포트로 전달하도록 형성되는 제 3유로와 상기 제 2다이어프램과 제 2커버 사이에 연통 되게 형성되는 공기포트를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 및 제 2커버는 각각 상기 제 1 및 제 2다이어프램의 일단이 삽입되는 삽입공간이 형성되는 안내구와 상기 안내구의 외면에 결합되는 결합판 및 상기 안내구의 선단에 체결되는 조정볼트를 포함하는 제 1 및 제 2가이드부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 및 제 2밸브샤프트의 일측에는 상기 제 1 및 제 2가이드부의 안내구에 형성된 삽입공간에 삽입되는 삽입부가 구비되고, 상기 삽입부와 상기 안내구에는 오링이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제 1 및 제 2감압부의 2단계 감압과정을 거쳐 원하는 출구압력을 제공할 수 있다.

그리고 제 1감압부에 피스톤 대신에 다이어프램을 적용하고, 다이어프램과 밸브샤프트를 걸이형으로 서로 연결시킴으로써 밸브샤프트의 응답성을 향상시킬 수 있으며, 연료에 포함된 이물질이 밸브샤프트와 오리피스 사이에 끼이더라도 오리피스의 개도량을 정확하게 제어할 수 있다.

또 제 1 및 제 2감압부에 구비되는 제 1 및 제 2플레이트를 이용해서 오리피스를 통과하면서 온도가 저하된 연료가 다이어프램에 직접 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 다이어프램의 러버가 딱딱해지면서 내구성이 떨어져서 감압성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한 다이어프램의 선단과 커버의 하단을 서로 걸어지게 하고, 다이어프램의 선단에 오링을 적용하여 다이어프램의 직선 왕복운동시 유동을 방지함으로써, 동축도를 낮출 수 있는 효과를 가진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레귤레이터를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레귤레이터의 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A'선에 대한 단면사시도이고, 도 6은 도 4의 B-B'선에 대한 단면사시도이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레귤레이터는 연료를 1차 감압하는 제 1감압부(100)와 상기 제 1감압부(100)를 통과한 연료를 2차 감압하는 제 2감압부(200)로 구성되고, 제 1감압부(100)와 제 2감압부(200)의 작동 방향은 서로 직각을 이루도록 구성된다.

그리고 제 1감압부(100)에는 고압의 연료가 공급되는 입력포트(101)와 온수를 공급하는 온수포트(102)가 연결되고, 제 2감압부(200)에는 감압된 연료를 배출하는 출력포트(201)가 연결된다.

상기 온수포트(102)는 제 1 및 제 2감압부(100,200)의 감압 동작시 연료 특성에 의해 발생하는 급격한 온도 저하를 방지하도록 엔진(2)으로부터 열을 흡수하여 엔진과열을 방지하는 냉각수를 제 1 및 제 2감압부(100,200)의 감압실 주변에 순환시킨다.

그리고 입력포트(101)와 제 1감압부(100) 사이에는 연료의 유입을 단속하는 셧 오프 밸브(103)와 입력포트(101)로 유입되는 연료의 압력을 측정하는 압력센서(104)가 구비된다. 상기 셧 오프 밸브(103)는 솔레노이드밸브(Solenoid Valve)를 사용하는 것이 바람직하다.

제 1감압부(100)와 제 2감압부(200) 사이에는 화재나 외부충격 또는 내부 작동 이상으로 출구압력이 일정수준 이상의 고압으로 상승하는 경우, 레귤레이터 내부의 연료를 외부로 배출하는 안전밸브(105)가 구비된다.

상기 안전밸브(105)는 릴리프 밸브(Relief Valve) 또는 감압 밸브(Pressure Rdeucing Valve)를 사용하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 5 및 도 6을 참조하여 제 1 및 제 2감압부(100,200)의 구성을 상세하게 설명한다.

제 1감압부(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1오리피스(111)가 형성되는 제 1하우징(110), 제 1오리피스(111)의 개도량을 조절하는 제 1밸브샤프트(120), 제 1밸브샤프트(120)의 일단과 결합되어 직선 왕복운동을 하는 제 1다이어프램(130), 제 1다이어프램(130)이 설치된 단부를 덮도록 제 1하우징(110)과 결합되는 제 1커버(140), 제 1다이어프램(130)과 제 1커버(140) 사이에 결합되는 제 1스프링(150) 및 상기 제 1오리피스(111)와 제 1다이어프램(130) 사이에 장착되는 제 1플레이트(160)를 포함하여 이루어진다.

제 1하우징(110)에는 입력포트(101)를 통해 유입된 연료를 제 1오리피 스(111)로 공급하도록 형성되는 제 1유로(112)와 제 1밸브샤프트(120)의 외주면을 감싸는 제 1캡(170), 제 1다이어프램(130)에 유입된 연료를 제 2감압부(200)에 전달하도록 형성되는 제 2유로(113) 및 제 1오리피스(111)를 통해 유입된 연료의 압력을 감압하는 제 1감압실(114)이 형성된다.

제 1캡(170)은 상기 제 1유로(112)와 연통되게 형성되는 하나 이상의 유입공(171)과 제 1밸브샤프트(120)에 탄성력을 제공하는 샤프트 스프링(172)을 구비한다. 상기 유입공(171)은 제 1유로(112)를 통해 공급된 연료를 제 1오리피스(111)로 안내하는 역할을 하고, 상기 샤프트 스프링(172)은 제 1밸브샤프트(120)의 밸브(121)에 제 1오리피스(111) 방향으로 탄성력을 인가한다.

그리고 제 2유로(113)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1감압부(100)에서 1차 감압된 연료를 제 2감압부(200)로 압송하는 경로이다.

제 1오리피스(111)는 제 1밸브샤프트(120)에 의해 개폐량을 조정하여 연료압력을 감압한다.

제 1밸브샤프트(120)는 중간부에 제 1오리피스(111)의 개도량을 조절하도록 경사지게 형성되는 밸브(121)를 구비하고, 일측에 제 1다이어프램(130)에 형성된 결합공간(131)에 억지끼움 결합되는 결합부(122)를 구비한다.

상기 밸브(121)는 제 1다이어프램(130)과 제 1밸브샤프트(120)가 결합된 상태이므로, 연료가 유입되기 이전에는 제 1오리피스(111)로부터 일정 간격만큼 이격된 상태를 유지하여 제 1오리피스(111)를 미리 설정된 개도량만큼 개방한 상태를 유지한다. 이후, 고압의 연료가 유입되면, 제 1다이어프램(130)이 도 5의 우측방향 으로 직선 운동하면서 제 1밸브샤프트(120)도 우측방향으로 이동함에 따라 밸브(121)는 제 1오리피스(111)의 개도량을 조절하여 연료압력을 감압한다.

상기 밸브(121)와 제 1오리피스(111) 사이에는 시트(123)가 구비된다. 상기 시트(123)는 고무 재질로 형성되어, 제 1밸브샤프트(120)의 밸브(121)가 중앙의 관통공에 결합됨에 따라 제 1오리피스(111)의 개도량을 조정하는 역할을 한다. 또한, 상기 시트(123)는 밸브(121)의 결합으로 인해 제 1오리피스(111)가 마모되는 것을 방지할 수 있다.

제 1다이어프램(130)은 상기 제 1오리피스(111)를 통과한 연료의 압력에 의해 일측, 도 5에서 보았을 때, 우측방향으로 직선 운동한다. 상기 제 1다이어프램(130)의 일측에는 제 1밸브샤프트(120)의 결합부(122)가 억지끼움 결합되는 결합공간(131)이 형성되고, 타측에는 제 1커버(140)의 제 1가이드부(141)에 삽입되는 삽입부(132)가 구비된다. 상기 삽입부(132)의 중간부에는 제 1다이어프램(130)의 유동을 방지하기 위해 오링(133)이 설치된다.

즉, 상기 제 1밸브샤프트(120)와 제 1다이어프램(130)이 서로 결합된 상태로 구비됨에 따라 제 1다이어프램(130)과 제 1밸브샤프트(120)가 동시에 직선 운동하게 된다. 따라서 종래 기술2와 같이, 피스톤(14)과 제 1밸브샤프트(13)를 분리해서 설치하는 경우에 비해, 제 1감압부(100)의 응답성이 향상된다.

또한 연료에 포함된 이물질이 제 1오리피스(111)와 제 1밸브샤프트(120) 사이에 끼이더라도, 제 1다이어프램(130)이 우측으로 직선 운동함에 따라 제 1밸브샤프트(120)의 밸브(121) 및 시트(123)가 이물질에 의해 탄성 변형되면서 우측으로 직선 운동하여 제 1오리피스(111)의 개도량을 적절하게 조절할 수 있다.

제 1커버(140)는 제 1다이어프램(130)이 설치된 단부를 덮도록 일측이 개구된 원통 형상으로 형성되며, 내부에 제 1스프링(150)을 감싸면서 제 1다이어프램(130)과 밀착되는 제 1가이드부(141)를 구비한다.

상기 제 1가이드부(141)는 상기 제 1다이어프램(130)의 직선 왕복운동시 삽입부(132)를 삽입된 상태로 고정하여 상기 제 1다이어프램(130)과 제 1스프링(150)의 유동을 방지하고, 진동을 감쇄할 수 있다.

상기 제 1가이드부(141)는 내부에 상기 삽입부(132)가 삽입되는 삽입공간(143)이 형성되고, 외주면에 나사산이 형성되는 안내구(142)와 상기 안내구(142)의 외주면에 결합되고, 내주면에 상기 안내구(142)의 나사산에 대응되도록 나사산이 형성되는 결합판(144) 및 상기 안내구(142)의 선단에 체결되는 조정볼트(145)를 구비한다.

상기 제 1가이드부(141)는 상기 조정볼트(145)를 회전시켜 상기 안내구(142)를 회전시키면, 상기 결합판(144)을 직선 왕복운동시켜서 제 1다이어프램(130)의 위치를 조정할 수 있다.

이에 따라, 상기 제 1가이드부(141)는 조정볼트(145)를 회전시켜 제 1스프링(150)의 탄성력을 조정함으로써, 제 1오리피스(111)를 통과한 연료에 의해 상기 제 1다이어프램(130)이 받는 힘과 평형을 유지하도록 하여 연료의 유량을 미세조정할 수 있다.

상기 제 1플레이트(160)는 제 1오리피스(111)와 제 1다이어프램(130) 사이에 장착되어 상기 제 1오리피스(111)를 통과해서 제 1감압실(114)이 유입된 저온의 연료가 직접 제 1다이어프램(130)에 전달되는 것을 차단한다.

상기 제 1플레이트(160)는 제 1오리피스(111)를 통과하면서 냉각된 연료가 제 1다이어프램(130)의 고무를 냉각시켜서 제 1다이어프램(130)의 내구성 및 감압성능이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 제 1플레이트(160)는 온수포트(102)를 통해 공급되어 순환하는 온수를 이용해 제 1오리피스(111)를 통과한 연료의 온도를 높인 후 제 1다이어프램(130)으로 전달하도록 형성되는 하나 이상의 전달공(161)을 구비한다.

제 2감압부(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1하우징(110)에 수직방향으로 결합되며 제 2오리피스(211)가 형성되는 제 2하우징(210), 상기 제 2오리피스(211)에 결합되는 제 2밸브샤프트(220), 상기 제 2밸브샤프트(220)의 일단과 결합되어 직선 왕복운동하는 제 2다이어프램(230), 상기 제 2다이어프램(230)의 설치된 단부를 덮도록 상기 제 2하우징(210)과 결합되는 제 2커버(240), 상기 제 2다이어프램(230)과 제 2커버(240) 사이에 설치되는 제 2스프핑(250) 및 상기 제 2오리피스(211)와 제 2다이어프램(230) 사이에 장착되는 제 2플레이트(260)를 포함하여 이루어진다.

제 2하우징(210)은 제 2오리피스(211)를 통해 제 2다이어프램(230)에 유입되는 연료를 출력포트(201)로 전달하도록 형성되는 제 3유로(212), 제 2다이어프램(230)의 상단과 연통되게 형성되는 공기포트(213) 및 제 2오리피스(211)를 통과 하여 유입되는 연료압력을 감압하는 제 2감압실(214)을 구비한다.

상기 공기포트(213)는 본 발명의 레귤레이터가 적용된 씨엔지 차량이 급가속이나 풀 스로틀(full throttle) 시에 공기의 유량이 증가하면, 증가된 공기 유량을 주입받아 제 2다이어프램(230)과 제 2밸브샤프트(220)를 도 6에서 보았을 때, 좌측으로 직선 운동시킨다. 그러면 제 2밸브샤프트(220)의 밸브(221)가 제 2오리피스(211)를 개방시켜 제 2다이어프램(230)에 유입되는 연료의 유량을 증가시킨다.

따라서 본 발명은 공기포트(213)를 통해 제 2다이어프램(230)을 직선 운동시켜 공기의 유량에 비례하여 연료의 유량도 증가하도록 조정할 수 있다.

제 2오리피스(211)는 제 2밸브샤프트(220)에 의해 개폐량을 조절하여 제 2유로(113)를 통해 압송되는 연료의 압력을 감압한다.

제 2밸브샤프트(220)는 중간부에 제 2오리피스(211)의 개도량을 조절하도록 형성되는 밸브(221)를 구비하고, 일측에 제 2다이어프램(230)에 형성된 결합공간(231)에 억지끼움 결합되는 결합부(222)를 구비한다.

상기 밸브(221)는 제 2오리피스(211)에 마주보는 면에 시트(223)를 구비한다. 상기 시트(223)는 고무 재질로 형성되며, 제 2오리피스(211)의 개도량을 조정하여 제 1감압부(100)를 거치면서 1차 감압된 연료의 압력을 다시 2차 감압한다.

제 2다이어프램(230)은 상기 제 2오리피스(211)를 통과한 연료의 압력에 의해 일측, 도 6에서 보았을 때 우측방향으로 직선 운동한다. 상기 제 2다이어프램(230)의 일측에는 제 2밸브샤프트(220)의 결합부(222)가 억지끼움 결합되는 결합공간(231)이 형성되고, 타측에는 제 2커버(240)의 제 2가이드부(241)에 삽입되는 삽입부(232)가 구비된다. 상기 삽입부(232)의 중간에는 제 2다이어프램(230)의 유동을 방지하기 위해 오링(233)이 설치된다.

즉, 상기 제 2밸브샤프트(220)와 제 2다이어프램(230)이 서로 결합된 상태로 구비됨에 따라 제 2다이어프램(230)과 제 2밸브샤프트(220)가 동시에 직선 운동하게 된다. 따라서 제 2감압부(200)의 응답성이 향상된다.

또한 연료에 포함된 이물질이 제 2오리피스(211)와 제 2밸브샤프트(220) 사이에 끼이더라도, 제 2다이어프램(230)이 우측으로 직선 운동함에 따라 제 2밸브샤프트(220)의 밸브(221) 및 시트(223)가 이물질에 의해 탄성 변형되면서 우측으로 직선 운동하여 제 2오리피스(211)의 개도량을 적절하게 조절할 수 있다.

제 2커버(240)는 상기 제 2다이어프램(230)이 설치된 단부를 덮도록 일측이 개구된 원통 형상으로 형성되며, 내부에 제 2스프링(250)을 감싸면서 상기 제 2다이어프램(230)과 밀착되는 제 2가이드부(241)를 구비한다.

상기 제 2가이드부(241)는 상기 제 2다이어프램(230)의 직선 왕복운동시 삽입부(232)가 삽입되어 상기 제 2다이어프램과 제 2스프링의 유동을 방지하여 진동을 감쇄한다.

상기 제 2가이드부(241)는 내부에 상기 삽입부(232)가 삽입되는 삽입공간(243)이 형성되고, 외주면에 나사산이 형성되는 안내구(242)와 상기 안내구(242)의 외주면에 결합되고, 내주면에 상기 안내구(242)의 나사산에 대응되도록 나사산이 형성되는 결합판(244) 및 상기 안내구(242)의 선단에 체결되는 조정볼트(245)를 포함하여 이루어진다.

상기 제 2가이드부(241)는 상기 조정볼트(245)를 회전시켜 상기 안내구(242)를 회전시키면, 상기 결합판(244)을 직선 왕복운동시켜서 제 2다이어프램(230)의 위치를 조정할 수 있다.

이에 따라, 상기 제 2가이드부(241)는 상기 조정볼트(245)를 회전시켜 제 1스프링(250)의 탄성력을 조정함으로써, 제 2오리피스(211)를 통과한 연료에 의해 상기 제 2다이어프램(230)이 받는 힘과 평형을 유지하도록 하여 연료의 유량을 미세조정할 수 있다.

제 2플레이트(260)는 제 2오리피스(211)와 제 2다이어프램(230) 사이에 장착되어, 제 2오리피스(211)를 통과하여 제 2감압실(214)에 유입된 저온의 연료가 직접 제 2다이어프램(230)에 전달되는 것을 차단한다.

상기 제 2플레이트(260)는 제 2오리피스(211)를 통과하면서 냉각된 연료가 제 2다이어프램(230)의 고무를 냉각시켜서 제 2다이어프램(230)의 내구성 및 감압성능이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 제 2플레이트(260)는 온수포트(102)를 통해 공급되어 순환하는 온수를 이용해 제 2오리피스(211)를 통과한 연료의 온도를 높인 후 제 2다이어프램(230)으로 전달하도록 형성되는 하나 이상의 전달공(261)을 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레귤레이터의 동작을 설명한다.

먼저, 입력포트(101)로 고압의 연료가 유입되어 제 1오리피스(111)로 안내된다.

제 1오리피스(111)를 통과한 연료는 제 1다이어프램(130)을 가압하고, 제 1다이어프램(130)은 제 1스프링(150)을 압축하며 도 5에서 보았을 때, 우측방향으로 직선 운동한다.

그러면 제 1다이어프램(130)과 결합된 상태인 제 1밸브샤프트(120)도 우측방향으로 직선 운동하게 된다.

이에 따라, 제 1밸브샤프트(120)의 밸브(121)는 제 1오리피스(111)의 개도량을 줄여서 1차 감압이 이루어진다. 이때, 사용되는 연료가 씨엔지인 경우, 입력포트(101)로 유입되는 연료의 압력은 약 200 내지 250bar이고, 제 1감압부(100)를 지나면서 1차 감압된 연료의 압력은 약 4 내지 7bar이다.

이와 같이, 1차 감압이 완료된 후, 1차 감압된 연료는 제 2유로(113)를 통해 제 2감압부(200)로 압송된다.

제 2감압부(200)로 압송된 연료는 제 2오리피스(211)를 거쳐 제 2다이어프램(230)을 가압하고, 서로 결합된 상태인 제 2다이어프램(230) 및 제 2밸브샤프트(211)는 도 6에서 보았을 때, 우측방향으로 직선 운동한다.

그러면 시트(223)가 제 2오리피스(211)의 개도량을 줄여서 2차 감압이 이루어진다. 이때, 제 2감압부(200)에서 2차 감압된 연료의 압력은 고객 요구압력인 약 2bar이다.

이와 같이, 2차 감압된 연료는 출력포트(201)를 통해 배출되어 엔진(2)으로 전달된다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명에 따른 레귤레이터는 다이어프램 이 설치된 제 1 및 제 2감입부를 통해 2차의 감압과정을 통해 고압의 연료를 고객 요구압력으로 감압한다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 일반적인 압축천연가스 차량의 개략적인 구성도.

도 2는 종래 기술1에 따른 연료 감압용 레귤레이터의 구성도.

도 3은 종래 기술2에 따른 레귤레이터의 구성도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레귤레이터의 사시도.

도 5는 도 4의 A-A'선에 대한 단면사시도.

도 6은 도 4의 B-B'선에 대한 단면사시도.

《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》

100: 제 1감압부 101: 입력포트

102: 온수포트 103: 셧 오프 밸브

104: 압력센서 105: 안전밸브

110: 제 1하우징 111: 제 1오리피스

112: 제 1유로 113: 제 2유로

114: 제 1감압실 120: 제 1밸브샤프트

121: 밸브 122: 결합부

123: 시트 130: 제 1다이어프램

131: 결합공간 132: 삽입부

133: 오링 140: 제 1커버

141: 제 1가이드부 142: 안내구

143: 삽입공간 144: 결합판

145: 조정볼트 150: 제 1스프링

160: 제 1플레이트 161: 전달공

170: 제 1캡 171: 유입공

172: 샤프트 스프링 200: 제 2감압부

201: 출력포트 210: 제 2하우징

211: 제 2오리피스 212: 제 3유로

213: 공기포트 214: 제 2감압실

220: 제 2밸브샤프트 221: 밸브

222: 결합부 223: 시트

230: 제 2다이어프램 231: 결합공간

232: 삽입부 233: 오링

240: 제 2커버 241: 제 2가이드부

242: 안내구 243: 삽입공간

244: 결합판 245: 조정볼트

250: 제 2스프링 260: 제 2플레이트

261: 전달공

Claims

입력포트로 유입된 연료를 감압하여 출력포트로 배출하도록 제 1감압부와 제 2감압부를 구비한 레귤레이터에 있어서,

제 1감압부는 제 1오리피스가 형성되는 제 1하우징, 상기 제 1오리피스와 결합되는 제 1밸브샤프트, 상기 제 1밸브샤프트의 일단에 결합하여 직선 왕복운동하는 제 1다이어프램, 상기 제 1다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 제 1하우징에 결합되는 제 1커버, 상기 제 1다이어프램과 제 1커버 사이에 결합되는 제 1스프링 및 상기 제 1오리피스와 제 1다이어프램 사이에 온수포트를 통해 공급되는 온수를 이용하여 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높인 후 상기 제 1다이어프램에 전달하도록 형성되는 제 1플레이트를 구비하고,

제 2감압부는 상기 제 1하우징에 직각방향으로 결합되며, 제 2오리피스가 형성되는 제 2하우징, 상기 제 2오리피스와 결합되는 제 2밸브샤프트, 상기 제 2밸브샤프트의 일단에 결합하여 직선 왕복운동하는 제 2다이어프램, 상기 제 2다이어프램이 설치된 단부를 덮도록 상기 제 2하우징에 결합되는 제 2커버, 상기 제 2다이어프램과 제 2커버 사이에 결합되는 제 2스프링 및 상기 제 2오리피스와 제 2다이어프램 사이에 상기 온수포트를 통해 공급되는 온수를 이용하여 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높인 후 상기 제 2다이어프램에 전달하도록 형성되는 제 2플레이트를 구비하며,

상기 제 1 및 제 2플레이트는 연료를 전달하도록 형성되는 하나 이상의 전달 공을 구비하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항에 있어서, 상기 제 1감압부는

상기 제 1밸브샤프트의 일측 및 외주면을 감싸는 제 1캡,

입력포트를 통해 공급되는 연료를 상기 제 1오리피스로 전달하도록 형성되는 제 1유로,

상기 제 1밸브샤프트와 상기 제 1캡 사이에 설치되는 샤프트 스프링 및

상기 제 1다이어프램에 유입되는 연료를 상기 제 2감압부로 전달하도록 형성되는 제 2유로를 더 구비하고,

상기 제 1캡은 상기 제 1유로를 통해 공급되는 연료를 상기 제 1오리피스로 전달하도록 관통되어 형성되는 적어도 하나 이상의 유입공을 구비하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항에 있어서, 상기 제 2감압부는

상기 제 2오리피스를 통과하면서 감압된 연료를 출력포트로 전달하도록 형성되는 제 3유로와

상기 제 2다이어프램과 제 2커버 사이에 연통되게 형성되는 공기포트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2커버는 각각

상기 제 1 및 제 2다이어프램의 일단이 삽입되는 삽입공간이 형성되는 안내구와 상기 안내구의 외면에 결합되는 결합판 및 상기 안내구의 선단에 체결되는 조정볼트를 포함하는 제 1 및 제 2가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.
제 4항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2밸브샤프트의 일측에는 상기 제 1 및 제 2가이드부의 안내구에 형성된 상기 삽입공간에 삽입되는 삽입부가 구비되고,

상기 삽입부와 상기 안내구에는 오링이 설치되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터.