KR20170059892A - 저장실 청소 밸브 - Google Patents

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KR20170059892A
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KR1020160153153A
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엘. 코엘저 로버트
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할덱스 브레이크 프로덕츠 코퍼레이션
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Abstract

본 발명의 밸브는 입구와, 출구 및 제어 포트 및 격막을 포함한다. 상기 격막은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하게 되어 있고, 상기 개방 위치에서 상기 입구와 출구는 서로 유체연통하게 되어 있고, 상기 폐쇄 위치에서 상기 격막은 상기 입구와 출구 사이에 유체가 흐르는 것을 차단한다. 상기 입구에서의 압력에 기인한 입구 힘이 스프링의 편향력과, 상기 제어 포트에서의 압력에 기인한 제어 포트 힘의 합보다 클 때 상기 격막은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동한다. 차량 등의 비상 브레이크가 채워졌을 때 상기 밸브는 차량의 공기 저장실로부터 이물질 등을 자동적으로 배출한다. 소음을 감소시키기 위하여, 상기 밸브의 격막은 폐쇄 위치에 있을 때 인장력이 걸리는 것이 바람직하고, 또는 상기 격막은 개방 위치에 있을 때 제한된 거리만큼 개방되어 상기 입구에 배압이 생성되도록 한다.

Description

저장실 청소 밸브 {Reservoir Purge Valve}
본 발명은 밸브에 관한 것으로, 특히 압축 공기 저장실로부터 물이나 이물질을 자동적으로 제거하기 위한 밸브에 관한 것이다.
버스나, 트럭 트레일러, 건설 장비 및 여가활동 장비와 같은 대형 장비는 통상 압축 공기로 작동되는 공압 브레이크 시스템을 구비한다. 장비의 엔진에 의하여 작동되는 공기 압축기는 공기 저장실에 저장된 공기를 압축한다. 공기를 압축하면 공기 저장실의 바닥에 수증기나, 기름과 다른 이물질이 모이게 된다. 이러한 이물질이 공기 저장실에서 주기적으로 제거되지 않으면, 공기 저장실을 손상하게 되고 브레이크 시스템으로 침투하여 브레이크 요소를 손상하게 된다.
종래의 공기 저장실은 통상 상기 공기 저장실로부터 이물질이나 오염물질을 제거하기 위하여 장비의 작업자가 수동으로 작동하는 드레인 밸브를 구비하고 있다. 상기 드레인 밸브는 주기적으로 개방시켜야 하는데, 예를 들어 엔진이 정지되었을 때 개방시켜야 하나, 구동자가 종종 공기 저장실로부터 이물질을 주기적으로 제거하지 않아 공기 저장실과 브레이크 시스템에 손상이 생기는 경우가 있다.
공기 압축기가 작동되거나 정지될 때나, 점화가 시작되거나 정지된 때, 그리고 주기적으로 타이머가 작동할 때와 같이 특별한 계기로 공기 저장실로부터 이물질을 자동적으로 제거하기 위한 자동 청소 밸브가 개발되었다. 이러한 자동 청소 밸브의 각각의 타입은 밸브를 작동시키기 위하여 전기 동력이나 공기 압축기에 연결해야 한다. 이러한 밸브는, 공기 저장실이 트레일러에 장착된 때와 같이, 공기 저장실이 전기 동력이나 공기 압축기에 연결되어 있지 않으면 사용할 수가 없다. Margerum에게 부여된 미국특허 US5,205,315호와 Chovan에 부여된 미국특허 US5,865,208호와 같이 자동 청소 밸브가 공지되어 있는데, 장비가 주차되었을 때 공기 저장실로부터 수분을 자동적으로 배출하기 위하여 장비의 주차 브레이크 체결될 때 열리는 자동 청소 밸브가 공지되어 있다. 그러나 이러한 밸브는 작동할 때 상당히 소음이 많다.
1. 미국특허 US5,205,315호 2. 미국특허 US5,865,208호
본 발명은, 버스나, 트럭, 트레일러, 짐수레, 세미 트럭, 기차, 건설 장비, 트랙터, 농업 장비 및 여가 장비의 비상 브레이크 또는 주차 브레이크가 채워질 때, 공기 저장실로부터 이물질을 자동적으로 청소하기 위하여 사용될 수 있는 밸브를 제공하기 위한 것이다. 트레일러나 짐수레에 대하여, 앞에서 끄는 자동차가 트레일러나 짐수레로부터 분리되면, 트레일러나 짐수레가 분리될 때 비상 주차 라인이 분리되게 되기 때문에 밸브 시스템이 공기 저장실로부터 자동으로 이물질을 제거하도록 한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 밸브는 입구, 출구(exhaust), 제어 포트 및 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 격막을 구비하고, 상기 개방 위치에서 입구와 출구가 서로 연통하고, 상기 폐쇄 위치에서는 상기 격막이 상기 입구와 출구 사이에 유체가 흐르는 것을 차단하도록 되어 있다.
상기 제어 포트로 유입되는 제어 포트 유체는 상기 격막에 제어 포트의 힘을 작용하게 하고, 상기 입구로 유입되는 입구 유체는 상기 격막에 입구의 힘을 작용하게 하며, 편향력, 바람직하게는 스프링에 의한 편향력이 상기 격막에 작용하게 된다. 상기 입구의 힘이 상기 편향력과 상기 제어 포트의 힘의 합보다 클 때에는, 상기 격막은 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동한다. 상기 밸브가 장비 위의 공기 저장실로부터 오염물질을 배출하기 위하여 사용될 때, 상기 제어 포트는 장비의 비상 브레이크에 연결되는 것이 바람직하고, 상기 입구는 공기 저장실의 유출구에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 비상 브레이크가 해제된 때에는, 상기 제어 포트는 상기 격막을 폐쇄 위치에 유지하기 위하여 가압된다. 상기 비상 브레이크가 채워지면, 상기 제어 포트는 가압되지 않고, 상기 공기 저장실의 압력으로부터 입구의 힘이 상기 편향력보다 큰 한, 상기 격막은 개방 위치로 이동되어 상기 공기 저장실로부터 오염물질을 배출하게 된다.
상기 밸브는 바람직하게는, 적어도 하나의 다음의 소음 감소 특성을 구비한다. 첫째, 상기 격막이 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 격막의 일부분은 인장 하에 있을 수 있다. 상기 격막은 바람직하게는 인장하에 있는 이동가능한 부분을 구비하는데, 상기 이동가능한 부분이 상기 격막이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 격막의 고정된 부분으로부터 오프셋(offset)있기 때문이다. 제2의 소음 감소 특성에 대해서는, 상기 밸브는, 격막이 폐쇄 위치에 있을 때 격막에 의하여 결합된 밸브 시트를 구비하는 하우징을 구비한다. 상기 격막이 상기 밸브 시트와 상기 격막 사이에 틈새를 형성하기 위하여 개방 위치에 있을 때, 상기 격막은 상기 밸브 시트로부터 일정 거리 이격되어 있다. 상기 틈새는, 상기 격막이 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동할 때 상기 입구에서 배압(back pressure)이 생성되도록 구성되는데, 이는 상기 격막의 진동을 방지함으로써 소음을 감소한다.
본 발명의 추가의 실시예는, 여러가지 장점과 신규의 특성을 갖고, 이하에서 부분적으로 상세한 설명에 개시될 것이고, 부분적으로는 다음을 검토하여 보면 당업계에서 통상의 지직을 가진 자에게는 분명해질 것이고, 또는 본 발명의 실행으로부터 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적과 장점은 첨부된 청구범위에 특히 적시된 구성과 결합에 의하여 실현되고 얻을 수 있을 것이다.
본 발명에 따라 공기 저장실로부터 이물질을 자동적으로 청소하기 위하여 사용될 수 있는 밸브를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저장실 청소 밸브의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 밸브의 분해도이다.
도 3은 도 1의 밸브의 단면도를 나타내는 것으로, 밸브 폐쇄 위치에 있는 상태이다.
도 4는 도 1의 밸브의 단면도를 나타내는 것으로, 밸브 개방 위치에 있는 상태이다.
도 5는 도 1의 밸브의 격막의 일부분을 확대하여 나타낸 것으로 폐쇄 위치에 있는 상태이다.
도 6은 도 1의 밸브의 격막의 일부분을 확대하여 나타낸 것으로 개방 위치에 있는 상태이다.
도 7은 도 1의 밸브를 구비하는 장비의 공기 탱크 청소시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 저장실 청소 밸브가 도 1에서 도면부호 10으로 개략적으로 나타나 있다. 도 2를 참조하면, 밸브(10)는 하우징(12)과, 격막(14), 스프링 조립체(16) 및 누름 연결 고정구(18)를 구비한다. 이하에서 자세하게 설명되듯이, 밸브(10)는, 장비의 비상 브레이크(20)가 채워졌을 때 장비의 공기 저장실(19, 도 7)로부터 오염물질을 자동적으로 제거하기 위하여 작동될 수 있다. 추가로, 공기 저장실(19) 내부의 압력이 장비의 비상 브레이크(20)를 해제하기에 충분한 레벨에 있을 때, 상기 밸브(10)는 상기 공기 저장실(19) 내의 공기가 고갈되는 것을 방지하기 위하여 폐쇄된다. 여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "장비"는, 버스, 트럭, 트레일러, 짐수레, 세미트럭, 세미 트레일러, 기차, 건설 장비, 트랙터, 농업 설비 및 여가 장비를 이에 한정되지 않고 포함하는 여객이나 화물을 운송하기 위하여 사용되는 어떠한 형태의 장치를 의미한다. 여기에서 사용되듯이, 용어 "비상 브레이크"와 "주차 브레이크"는 장비가 파킹되어 있거나 사용되지 않을 때 장비를 정지상태로 유지하기 위하여 사용되는 장비에서의 어떠한 브레이크 시스템을 의미하고 서로 혼용될 수 있다.
하우징(12)은 제1 절반부(21)와 제2 절반부(22)를 구비하고 이들은 네 개의 볼트로 결합되어 있는데, 그 중 세 개의 볼트는 도 1에서 24a, 24b, 24c로 표시되어 있다. 도 3에 보인 바와 같이, 하우징(12)은 입구(26)와 출구(28)를 구비하고 각각 제1 절반부(21)에 형성되어 있다. 입구(26)는 하우징(12)의 표면(26b)에 형성된 원형 개구(26a)와, 원형 개구(26a)로부터 하우징(12) 안으로 연장하는 제1 통로(26c), 및 상기 제1 통로(26c)로부터 대체로 수직으로 연장하고 하우징의 표면(30, 도 2)의 개구(26e)에서 끝나는 제2 통로(26d)를 구비한다. 제1 통로(26c)를 둘러싸는 하우징(12)의 내부 표면은 바람직하게는, 공기 저장실(19)의 배출구에 연결된 호스(27, 도 7)의 단부와 결합하기 위하여 나사가 형성되는 것이 좋다. 다른 선택으로는, 만약 상기 통로(26c)가 공기 저장실(19)의 출구에 직접 연결되어 있으면 호스(27)는 생략될 수 있다. 출구(28)는 하우징(12)의 표면(28b)에 형성된 원형 개구(28a)와, 상기 개구(28a)로부터 하우징(12) 안으로 연장하는 제1 통로(28c), 및 상기 제1 통로(28c)로부터 대체로 수직으로 연장하고 하우징의 표면(30)의 개구(28e)에서 끝나는 제2 통로(28d)를 구비한다. 제1 통로(28c)를 둘러싸는 하우징(12)의 내부 표면은 바람직하게는, 외기나 선택적인 배출 탱크(도시 안됨)로 배출하는 호스(29, 도 7)의 단부와 결합하기 위하여 나사가 형성되는 것이 좋다. 다른 선택으로는, 어떠한 호스도 출구(28)에 연결되지 않아 출구(28)에 존재하는 액체는 직접 외기로 들어가도록 된다.
하우징(12)의 표면(26b, 28b)는 대체로 평행하고 하우징(12)의 양측면에 위치한다. 표면(30)은 표면(26b, 28b)에 대체로 수직이다. 도 2에 보인 바와 같이, 표면(30)은 볼트(24a, 24b, 24c)를 수용하는 네 개의 나사형서 개구(32a, 32b, 32c)를 구비한다. 상기 하우징(12)은 도 3에 보인 환형의 밸브 시트(34)를 구비하는데, 이 밸브 시트는 출구(28)의 개구(28e)를 둘러싼다. 밸브 시트(34)는, 격막(14)이도 3에 보인 폐쇄 위치에 있을 때, 이 격막(14)과 밀봉을 형성하는 라운드된 밀봉 비드이다.
제어 포트(36)는 하우징(12)의 제2 절반부(22)에 개구로서 형성된다. 제어 포트(36)는 누름 연결 고정구(18)를 수용하는 체임버(38) 안으로 개방된다. 누름 연결 고정구(18)는 바람직하게는 비상 브레이크(20)에 연결된 호스(39, 도 7)의 고정구에 연결되는 것이 좋다. 하우징(12)은 환형의 벽(42)을 통하여 체임버(38)에 의하여 분리된 스프링 체임버(40)를 구비한다. 스프링 조립체(16)는 상기 스프링 체임버(40) 내에 위치된다. 상기 벽(42)은 상기 스프링 체임버(40) 내에서 스프링(16)을 위치잡기 위하여 스프링(16)의 단부에 의하여 수용되는 돌출부(44)를 구비한다. 상기 벽(42)에 있는 개구(48)는 상기 스프링 체임버(40)와 유체연통하는 제어 포트(36)를 배치한다. 하우징(12)의 표면(52)에 개구(50)가 형성된다. 상기 개구(50)는 상기 스프링 체임버(40) 및 제어 포트(36)와 유체연통하게 되어 있다.
스프링 체임버(40)을 둘러싸는 하우징(12)의 내부벽(54)은 제1 섹션(54a)과, 이 제1 섹션(54a)보다 큰 직경을 갖는 제2 섹션(54b)를 구비한다. 환형 표면(54c)은 상기 제1 섹션(54a)과 제2 섹션(54b) 사이에 연장된다. 상기 환형 표면(54c)는 상기 표면(52)와 평행하게 되어 있다. 상기 격막(14)이 도 4에 보인 개방 위치에 있을 때, 상기 환형 표면(54c)은 스프링 컵(56)에 맞물리는 정지부로서 작용하고 격막(14)의 이동을 제한한다. 상기 표면(52)은 네 개의 개구를 구비하고, 그 중 세개는 도 2에서 58a-58c로 표시되어 있는데, 이들은 볼트(24a-24c)를 수용하기 위한 개구(32a-32d)와 정렬된다. 상기 하우징(12)의 제2 절반부(22)는 한 쌍의 개구를 갖는 브라켓(60)을 구비하고, 하나의 개구는 도 2에서 도면부호 62로 표시되어 있는데, 공기 저장실(19, 도 7)이나 장비(도시 안됨)의 프레임 레일과 같은 표면에 밸브(10)를 장착하기 위한 것이다.
상기 격막(14)은 도 3에 보인 하우징(12)의 제1, 제2 절반부(21, 22) 사이에 끼워진다. 상기 격막(14)은, 볼트(24a-24c)를 수용하기 위한 하우징(12)의 개구(32a-32d)와 정렬되는 구멍(64a-64d)을 구비한다. 도 4를 참조하면, 상기 격막(14)은, 제1, 제2 절반부(21, 22) 사이에 끼워진 환형의 고정된 부분(65)과, 상기 고정된 부분(66)에 의하여 둘러싸이고 이와 일체로 된 원형의 이동가능한 부분(68)을 구비한다. 상기 고정된 부분(66)은 대체로 평평하고, 제1, 제2 절반부(21, 22) 사이에 끼워져 있기 때문에 상기 하우징(12)에 대하여 이동하지 않는다. 상기 이동가능한 부분(68)은, 한쪽의 스프링 체임버(40)와 다른쪽의 입구(26) 및 출구(28) 사이에 위치한다. 상기 격막은 제1 측면(70)을 갖고 제1 측면의 적어도 부분은 상기 입구(26)와 출구(28)와 유체연통된다.
상기 격막(14)의 이동가능한 부분(68)은 도 3의 폐쇄 위치와 도 4의 개방 위치 사이에서 이동가능한데, 상기 폐쇄 위치에서는 상기 격막(14)이 밸브 시트(34)에 맞닿아 유체가 상기 입구(26)와 출구(28) 사이에 흐르는 것을 차단하고, 상기 개방 위치에서는 입구(26)와 출구(28)가 유체연통된다. 상기 격막(14)이 도 3과 도 5에 보인 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 이동가능한 부분(68)은, 상기 격막을 상기 밸브 시트(34)에 접촉하도록 밀어부치는 스프링 조립체에 의하여 상기 고정된 부분(66)으로부터 일정 거리(D)만큼 오프셋(offset)된다. 상기 거리(D)는, 밸브 시트(34) 또는, 이 밸브 시트(34)에 접촉하는 움직이는 부분(68)의 제1 측면(70)과, 고정된 부분(66)에 대체로 수직인 방향으로 상기 하우징(12)의 제1 절반부(21)에 접촉하는 고정된 부분(66)의 제1 측면(70) 사이의 거리이다. 상기 이동가능한 부분(68)은 상기 격막(14)이 폐쇄 위치에 있을 때 인장 하에 놓이는데, 이것은 상기 격막(14)의 이동가능한 부분(68)이 상기 고정된 부분(66)으로부터 상기 거리(D)만큼 오프셋되어 있기 때문이다. 상기 거리(D)는 가장 바람직하게는 약 0.1 cm (0.04 in)에서 0.13cm (0.05 in) 사이이다. 상기 하우징(12)의 제1, 제2 절반부(21, 22) 사이에 압착되기 전에, 상기 격막(14)은 바람직하게는 대체로 평평하다. 도 3과 도 5에 보인 바와 같이, 상기 격막(14)이 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 이동가능한 부분(68)이 상기 고정된 부분(66)으로부터 상기 거리(D)만큼 오프셋되어 있기 때문에, 상기 격막(14)은 더 이상 평평하지 않은데, 그래서 이동가능한 부분(68)에 장력을 생성한다. 상기 격막(14)은 중합체이고 탄성을 갖는 것이 바람작하다.
도 4와 도 6에 보인 것처럼 개방 위치에 있을 때, 격막(14)은 상기 밸브 시트(34)로부터 거리(X)만큼 이격되어 있고 상기 밸브 시트(34)와 격막(14) 사이에 간격을 생성한다. 상기 격막(14)이 개방 위치에 있을 때, 유체는 상기 격막(14)과 밸브 시트(34) 상의 간격을 통하여 입구(26)로부터 출구(28)로 흐르게 된다. 상기 간격을 생성하는 거리(X)는 바람직하게는, 상기 격막(14)이 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동할 때, 상기 출구(28)에서 유체의 압력보다 더 높은 배압(back pressure)이 입구(26)에서 생성되도록 구성되는 것이 좋다. 상기 거리(X)는 가장 바람직하게는 약 0.051 cm (0.02 in)에서 0.076cm (0.03 in) 사이이다. 상기 공기 저장실(19)이 실질적으로 충분히 압축되면, 상기 입구(26)에 생성된 배압은, 공기 저장실(19) 내의 이물질을 효과적으로 확실하게 배출하기 위하여 그리고 격막(14)의 진동을 방지함으로써 밸브(10)에서의 소음을 감소하기 위하여, 792.9 kPa(115 psi) 이상인 것이 바람직하다. 공기 저장실(19)이 충분히 압축되지 않았을 때, 상기 공기 저장실(19)로부터 상당량의 공기가 방출된 후에 그렇게 될 수 있는데, 상기 입구(25)에서의 배압이 792.9 kPa(115 psi) 아래로 내려갈 수 있다.
스프링(46)과 스프링 컵(56)을 구비하는 스프링 조립체(16)는 상기 격막(14)의 제2 측면(72)에 편향력을 작용하여 도 3에 보인 폐쇄 위치로 격막(14)을 편향시키게 된다. 스프링(46)은 벽(42)과 스프링 컵(56) 사이에 연장하고, 스프링 컵(56)은 스프링(46)과 격막(14) 사이에 위치한다. 스프링 컵(56)은 바람직하게는 접착제로 격막(14)에 결합되어 있다. 스프링 컵(56)은 원형이고 도 4에 보인 바와 같이 상승된 측벽(74)을 구비하여 스프링(46)의 단부를 고정한다. 상기 격막(14)이 도 4에 보인 개방 위치에 있을 때 상기 측벽(74)은 상기 하우징(12)의 표면(54c)에 접촉하여 상기 격막(14)과 밸브 시트(34) 사이의 간격의 거리(X)를 제한하게 된다. 상기 스프링 컵(56)은 바람직하게는 강성 재료(rigid material)로 구성된다.
도 7에 보인 바와 같이 공기 저장실(19)은 다양한 작동을 위한 장비로 공기 공급 포트를 통하여 압축 공기를 제공하는데, 통상적인 작동을 하는 브레이크 시스템(도시 안됨)과 비상 브레이크(20) 등에 제공한다. 공기 저장실(19)은 호스(27)를 통하여 밸브(10)의 입구(26)에 연결된 배출구를 구비한다. 상기 배출구는 바람직하게는 개방된 포트를 구비하여 물이나 이물질이 상기 포트를 통하여 흘러내려 청소 공정이 시작되기 전에 호스(27) 내에서 안정되도록 하는 것이 좋다. 바람직한 실시예에서, 상기 배출구는 상기 공기 저장실(19)의 바닥이나 하부 지점에 s호이는 것이 좋다. 수동 배출 밸브(도시 안됨)가 공기 저장실(19)에 연결되어 작업자가 밸브(10)의 작동에 관계없이 수동으로 공기 저장실(19)의 이물질을 배출시킬 수 있도록 한다. 상기 공기 저장실(19)은 압축 공기를 저장하여, 통상적으로 작동하는 브레이크 시스템(도시 안됨), 비상 브레이크(20) 및 장비의 다른 구성 요소로 직접 또는 간접적으로 제공하도록 작동되는 어떠한 적절한 저장소일 수 있다. 적절한 공기 탱크의 하나의 예는 할덱스(Haldex)사에 의하여 제조된 공기 탱크(저장실) 모델 19840이며 약 24384 cm3(1488 in3)의 부피를 갖는다.
비상 브레이크(20)는 표준 공압 차량 비상 브레이크 시스템이다. 비상 브레이크(20)는 각각의 바퀴에 비상 브레이크와, 비상 브레이크(20)를 상기 공기 저장실(19)에 유체연통하게 연결하는 비상 브레이크 연결관을 구비한다. 통상적으로 공압 차량 브레이크 시스템에서, 비상 브레이크(20)는 각각의 비상 브레이크에서 스프링에 의하여 결합된다. 차량 작동을 위하여 비상 브레이크(20)를 해제하기 위하여, 상기 비상 브레이크 연결관은 스프링을 압축하기 위하여 가압되고, 바퀴의 회전을 막고 있는 비상 브레이크(20)를 해제하게 된다. 상기 비상 브레이크 연결관은 공기 저장실(19)로부터 가압되고 상기 비상 브레이크(20)가 드라이버에 의하여 조정될 때까지 가압된 그 압력으로 유지된다. 드라이버가 상기 비상 브레이크(20)를 조정하면, 비상 브레이크 연결관으로부터의 압력은 해제되고, 비상 브레이크 내의 스프링은 팽창하여 비상 브레이크(20)를 결합한다. 비상 브레이크(20)는 호스(39)를 통하여 제어 포트(36)에 유체연통되어 상기 제어 포트(36)가 상기 비상 브레이크(20)와 실질적으로 동일한 압력을 갖도록 된다.
작동 중에는, 상기 입구(26)를 들어오는 유체는, 상기 격막(14)에 대체로 수직이고 도 3에서 보아서 아래로 향하는 제1 방향으로 격막(14)의 제1 측면(70)에 입구 힘을 작용하게 된다. 상기 입구 힘은, 격막(14)이 폐쇄 상태에 있을 때, 입구 유체의 압력에 개구(26e)의 면적을 곱한 것과 같다. 제어 포트(36)로 들어가는 유체는, 상기 격막(14)에 대체로 수직이고 도 3에서 보아서 위로 향하는 제2 방향으로 격막(14)의 제2 측면(72)에 제어 힘을 작용하게 된다. 상기 제어 힘은 제어 유체의 압력에 개구(50)에 걸친 격막(14)의 면적을 곱한 것과 같다. 스프링 조립체(16)는, 도 3에서 보아서 위로 향하는 제2 방향으로 격막(14)의 제2 측면(72)에 편향력을 작용하게 된다. 상기 입구 힘은 상기 제어 힘과 상기 편향력에 대하여 반대 방향으로 작용한다. 상기 격막(14)은, 상기 입구 힘이 상기 편향력과 제어 힘의 합보다 클 때, 도 3에 보인 폐쇄 위치로부터 도 4에 보인 개방 위치로 이동하게 된다.
차량이나 장비의 비상 브레이크(20)가 체결되었을 때, 밸브(10)는 공기 저장실(19, 도 7)로부터 이물질을 자동으로 청소하도록 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 목적으로 사용될 때, 상기 입구(26)는 공기 저장실(19)의 배출구에 연결되어 입구에서 유체의 압력이 공기 저장실(19) 내부의 유체의 압력과 실질적으로 동일하게 된다. 제어 포트(36)는 차량의 비상 브레이크(20)의 비상 브레이크 라인에 연결된다. 차량의 비상 브레이크(20)가 해제될 때, 비상 브레이크 라인이 가압된다. 비상 브레이크 라인의 가압된 유체는 제어 포트(36)로 전달되고, 스프링 조립체(16)의 편향력과 함께 폐쇄된 위치에 있는 격막(14)을 유지하도록 작용하는 제어 포트 힘을 생성한다. 차량의 비상 브레이크(20)가 작동될 때, 상기 비상 브레이크 라인은 가압되지 않는데, 제어 포트를 통하여 어떠한 가압된 유체가 전달되지 않고 상기 제어 포트 힘이 대략 0이라는 것을 의미한다.
개구(50)의 면적과, 개구(26e)의 면적 및 스프링(46)은, 차량의 비상 브레이크(20)가 해제되고 비상 브레이크 라인 내의 유체가 통상적인 압력수준에서 7.38 kgf/cm2 (105 psig)보다 클 때, 스프링(46)의 편향력과 제어 포트 힘의 합이, 통상적인 압력수준에서 7.38 kgf/cm2 (105 psig)에서 9.49 kgf/cm2 (135 psig) 사이에 있는 공기 저장실(19)로부터의 압력에 의한 입구 힘보다 크도록 선택되는 것이 바람직하다. 이것은, 차량 등이 비상 브레이크(20)가 해제된 채 작동될 때, 상기 격막(14)이 도 3에 보인 폐쇄 위치에 남아 있다는 것을 의미한다.
차량의 비상 브레이크(20)가 작동될 때 그리고 상기 제어 포트 힘이 대략 0이 되도록 비상 브레이크 라인 내의 유체가 해제될 때, 상기 입구 힘이 상기 격막(14)을 도 3에 보인 폐쇄 위치로부터 도 4에 보인 개방 위치로 이동할 수 있도록 상기 스프링(46)의 편향력은 위에서 적시한 통상적인 압력 수준에서 공기 저장실(19)로부터의 압력에 기인한 입구 힘보다 작은 것이 바람직하다. 상기 격막(14)이 상기 개방 위치로 이동할 때, 공기 저장실(19)로부터의 공기와 이물질은 입구(26)로 흘러들어가서 상기 출구(28)를 통하여 밸브(10) 밖으로 나간다. 공기가 공기 저장실(19)을 흘러 나갈 때, 상기 공기 저장실(19) 내의 압력은 감소하고, 상기 격막(14)의 제1 측면((70)에 작용하는 입구 힘도 감소하게 된다. 상기 입구 힘이 상기 스프링 조립체(16)의 편향력보다 작을 때, 스피링 조립체(16)는 상기 격막(14)을 도 3에 보인 폐쇄 위치로 다시 밀어부치게 된다. 스프링(46)과, 상기 격막(14)이 개방 위치에 있을 때 상기 입구(26)로부터 유체에 노출된 격막(14)의 면적(상기 개구(50)의 면적과 대략 동일함)은, 상기 입구(26)에서의 압력이 약 5.98 kgf/cm2 (85 psig) 에서 7.38 kgf/cm2 (105 psig) 사이에 있을 때, 더 바람직하게는 6.33 kgf/cm2 (90 psig)에서 7.03 kgf/cm2 (100 psig) 사이에 있을 때 가장 바람직하게는 약 6.68 kgf/cm2 (95 psig)일 때, 스프링(46)이 상기 격막(14)을 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 입구(26)에서의 압력이 이러한 범위에 있을 때 상기 격막을 폐쇄하도록 스프링(46)을 구성하는 것은, 상기 차량의 공기 저장실(19) 내의 유체 압력이 공기 저장실(19) 내의 압력 수준을 실질적으로 증가시키지 않고 차량의 비상 브레이크(20)을 해제하기에 충분한 수준으로 확실히 유지하게 한다. 그리하여, 차량의 비상 브레이크(20)가 작동될 때 그리고 밸브(10)가 공기 저장실(19) 내의 압력을 비상 브레이크(20)를 해제하여 차량이나 장비를 구동하기에 충분한 수준으로 유지하기 위하여 닫힐 때, 상기 밸브(10)는 상기 공기 저장실(19) 내부로부터 유체와 이물질을 자동으로 배출한다. 상기 밸브(10)는 전기나 차량의 공기 압축기에 연결됨이 없이 작동한다.
밸브(10)와 공기 저장실(19)이 다른 차량에 의해 견인되는 세미-트랙터와 같은 트레일러나 짐수레에 장착되어 있으면, 이러한 트레일러나 짐수레가 견인차량으로부터 분리될 때, 비상 브레이크(20)가 제어 포트(36)로부터 해제된다. 비상 브레이크(20)의 해제는, 비상 브레이크(20)의 작동과 관련하여 위에서 기술한 것과 같이 상기 밸브(10)를 열게 되고 공기 저장실(19)을 청소하게 된다.
상기 밸브(10)는, 상기 격막(14)이 폐쇄 위치와 개방 위치 사이를 이동할 때 밸브(10)로부터 새어나오는 소음의 수준을 감소시키는 소음 저감 특성부를 구비한다. 이러한 소음 저감 특성부는 상기 격막(14)이 폐쇄 위치에 있을 때 격막(14)의 이동가능한 부분(68)의 장력이다. 위에서 설명하고 도 5에 보인 바와 같이, 격막(14)이 폐쇄 위치에 있을 때 이동가능한 부분(68)이 고정도니 부분(66)으로부터 일정 거리(D) 만큼 오프셋된 것에 기인하여 상기 장력이 발생된다. 상기 격막(14)에서의 장력은 상기 격막을 장력이 걸린 상태 또는 사전 부하를 건 상태로 유지함으로써 밸브(10)에서 소음을 감소시킨다.
다른 소음 저감 특성부는, 상기 격막(14)이 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동할 때 출구(28)에서의 압력보다 큰 출구(26)에서의 배압(back pressure)을 생성하는 것이다. 위에서 설명하고 도 6에 보인 바와 같이, 상기 격막(14)이 개방 위치에 있을 때, 상기 배압은 상기 격막(14)과 밸브 시트(34) 사이의 거리(X)를 제한함으로써 생성된다. 상기 배압은 격막(14)의 진동을 방지함으로써 밸브(10)에서의 소음을 저감한다.
앞에서 설명한 것으로부터, 명확히 드러나고 본 발명에 내재하는 발명의 다른 장점과 함께, 앞에서 기술한 모든 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 잘 구성된 발명임을 알 수 있을 것이다.
많은 가능한 실시예가 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고 구현될 수 있기 때문에, 여기에 설명되고 첨부된 도면으로 도시된 모든 실시예는 단지 예시적인 것으로 해석되어야 할 것이며 그것들에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.
구체적인 실시예가 도시되고 설명되었지만, 다양한 변형례가 당연히 만들어질 수 있으며, 본 발명은 여기에 보인 특정한 형태나 부품의 배치 및 단계에 한정되지 않고 첨부된 특허청구범위에 의해서 한정된다는 것을 명확히 해둔다. 또한, 특정한 구성과 부분적인 구성도 유용할 수 있으며, 다른 특정한 구성이나 부분적인 구성에 참조되지 않고 활용될 수 있는 점도 이해할 수 있을 것이다. 이것도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석될 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 입구와, 출구 및 제어 포트를 포함하는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 위치되는 격막;을 포함하여 이루어지되,
    상기 격막은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 개방 위치에서 상기 입구와 출구가 유체연통하게 되어 있고, 상기 폐쇄 위치에서 상기 격막이 상기 입구와 출구 사이에 유체가 흐르는 것을 차단하도록 되어 있고,
    상기 제어 포트로 들어가는 제어 포트 유체는 상기 격막에 제어 포트 힘을 작용하게 되어 있고, 상기 입구로 들어가는 입구 유체는 상기 격막에 입구 힘을 작용하게 되어 있고, 편향력이 상기 격막에 작용하도록 되어 있으며, 상기 입구 힘이 상기 편향력과 상기 제어 포트 힘의 합보다 클 때, 상기 격막은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동하도록 되어 있고, 상기 격막의 일부분은, 상기 격막이 폐쇄 상태에 있을 때, 인장력이 작용하도록 되어 있는, 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격막은 상기 하우징에 대하여 움직이지 않는 고정된 부분과, 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동하는 이동가능한 부분을 포함하고, 상기 이동가능한 부분은, 상기 격막이 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 고정된 부분으로부터 일정 거리(D)만큼 오프셋되어 있는, 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고정된 부분은 환형으로 되어 있고 상기 이동가능한 부분을 둘러싸도록 되어 있는, 밸브.
  4. 제2항에 있어서, 상기 하우징은 제1 절반부와 제2 절반부를 포함하고, 상기 고정된 부분은 상기 제1 절반부와 제2 절반부 사이에 끼워져 있는, 밸브.
  5. 제2항에 있어서, 상기 하우징은 밸브 시트를 포함하고, 상기 격막의 상기 이동가능한 부분은, 상기 격막이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 밸브 시트에 결합하도록 되어 있는, 밸브.
  6. 제5항에 있어서, 상기 격막의 상기 고정된 부분은 대체로 평평하고, 상기 밸브 시트는, 상기 고정된 부분에 대체로 수직인 방향으로 상기 고정된 부분으로부터 일정 거리(D)만큼 오프셋되어 있는, 밸브.
  7. 제5항에 있어서, 상기 밸브 시트는 환형으로 되어 있는, 밸브.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 밸브 시트를 포함하고, 상기 격막이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 격막은 상기 밸브 시트에 결합되고, 상기 격막이 개방 위치에 있을 대 상기 밸브 시트와 상기 격막 사이에 간격을 형성하기 위하여 상기 격막은 상기 밸브 시트로부터 일정 거리(X)만큼 이격되어 있고, 상기 격막이 상기 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동할 때 배압이 생성되도록 상기 간격이 형성되는, 밸브.
  9. 제1항에 있어서, 상기 격막에 편향력을 가하는 스프링 조립체를 추가로 구비하고, 상기 하우징은 스프링 조립체가 위치하게 되는 스프링 체임버를 포함하는, 밸브.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스프링 조립체는 스프링과, 이 스프링과 상기 격막 사이에 위치하는 스프링 컵을 구비하고, 상기 하우징은 상기 격막이 개방 위치에 있을 때 상기 스프링 컵에 맞물리는 정지부를 포함하는, 밸브.
  11. 제10항에 있어서, 상기 격막은 탄성중합체이고, 상기 스프링 컵은 강성 재료로 이루어지는, 밸브.
  12. 제1항에 있어서, 상기 격막은 제1 측면을 구비하되 적어도 부분적으로 상기 입구와 상기 출구와 유체연통하도록 되어 있고, 상기 격막은 제2 측면을 구비하되 적어도 부분적으로 상기 제어 포트와 유체연통하도록 되어 있으며, 상기 편향력은 상기 격막의 상기 제2 측면에 작용하도록 되어 있는, 밸브.
  13. 제12항에 있어서, 상기 입구 힘은 상기 격막의 제1 측면에 제1 방향으로 작용하고, 상기 제어 포트 힘과 상기 편향력은 각각 상기 격막의 상기 제2 측면에 상기 제1 방향과 반대방향으로 작용하도록 되어 있는, 밸브.
  14. 입구와, 출구, 제어 포트 및 밸브 시트를 포함하는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 위치되는 격막;을 포함하여 이루어지되,
    상기 격막은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 개방 위치에서 상기 격막이 상기 밸브 시트와 상기 격막 사이에 간격을 형성하기 위하여 상기 밸브 시트로부터 일정 거리(X) 이격되어 상기 입구와 출구가 유체연통하도록 되어 있고, 상기 폐쇄 위치에서 상기 격막이 상기 밸브 시트와 맞물리게 되어 상기 입구와 출구 사이에 유체가 흐르는 것을 차단하도록 되어 있고,
    상기 제어 포트로 들어가는 제어 포트 유체는 상기 격막에 제어 포트 힘을 작용하게 되어 있고, 상기 입구로 들어가는 입구 유체는 상기 격막에 입구 힘을 작용하게 되어 있고, 편향력이 상기 격막에 작용하도록 되어 있으며, 상기 입구 힘이 상기 편향력과 상기 제어 포트 힘의 합보다 클 때, 상기 격막은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동하도록 되어 있고, 상기 간격은, 상기 격막이 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동할 때 상기 입구에 배압(back pressure)이 생성되도록 구성되어 있는, 밸브.
  15. 제14항에 있어서, 상기 격막에 편향력을 가하는 스프링 조립체를 추가로 구비하고, 상기 하우징은 스프링 조립체가 위치하게 되는 스프링 체임버를 포함하는, 밸브.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스프링 조립체는 스프링과, 이 스프링과 상기 격막 사이에 위치하는 스프링 컵을 구비하고, 상기 하우징은 상기 격막이 개방 위치에 있을 때 상기 스프링 컵에 맞물리는 정지부를 포함하는, 밸브.
  17. 제16항에 있어서, 상기 격막은 탄성중합체이고, 상기 스프링 컵은 강성 재료로 이루어지는, 밸브.
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