KR20230102530A - 연료차단밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료차단밸브에 관한 것으로, 유입로와 배출로가 형성된 홀더에 설치되어 배출로를 개폐하는 연료차단밸브에 있어서, 전원 인가시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈의 내측에 결합되며 코일의 자기장으로 인해 자화되는 코어, 코어의 하측으로 개구되게 형성된 아마추어 삽입홈에 삽입되어 코일의 자기장으로 인해 승강하는 아마추어, 아마추어의 하측으로 개구되게 형성된 파일럿 삽입홈에 승강 가능하게 삽입되고, 아마추어에 구속되어 승강되며 배출로를 개폐하는 파일럿, 아마추어의 내부를 통과하여 상측와 하측으로 돌출되게 구비되며 코어와 파일럿을 탄성 지지하는 충격흡수부를 포함하여 작동시 아마추어 또는 파일럿에서 발생할 수 있는 소음과 진동을 저감한다.

Description

연료차단밸브 {Fuel cut-off valve}

본 발명은 연료차단밸브에 관한 것으로, 작동시 아마추어 또는 파일럿에서 발생할 수 있는 소음과 진동을 저감하는 연료차단밸브에 관한 것이다.

연료차단밸브는 연료가 공급되는 배관에 배치되며, 연료의 공급을 차단하는 밸브이다.

솔레노이드 밸브는 자기장에 의하여 밸브를 작동하는 밸브이다. 솔레노이드 밸브는 일반적으로 자력을 발생시키는 코일, 코일이 감긴 보빈, 코일과 자기적으로 연동되는 코어, 코어와 이격된 요크, 요크에 삽입되고 코일의 자력에 의하여 이동하는 아마추어를 포함한다.

종래 기술에 따르면, 연료차단밸브는 유입단에 연료가 채워져 있는 반면에, 배출단에는 공기가 채워져 있거나 진공상태에 있으므로, 양 단에 압력차가 존재한다. 나아가, 솔레노이드 밸브는 특성상 밸브를 작동시키는 힘이 다른 종류의 밸브보다 작다. 따라서, 유입단과 배출단의 압력차보다 솔레노이드 밸브의 자기력이 작을 경우, 아마추어가 움직일 수 없어 연료차단밸브가 작동하지 못하는 문제점이 있다.

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 연료차단밸브는 파일럿 밸브를 구비한다. 파일럿 밸브는 아마추어가 작동하기 전에 먼저 작동되며, 연료차단밸브의 유입단과 배출단 사이의 압력차를 줄인다. 따라서, 아마추어를 움직이기 위해 필요한 자기력이 감소되며, 연료차단밸브가 보다 용이하게 작동할 수 있다.

상기 파일럿 밸브를 구비한 연료차단밸브에 관한 선행기술로 국내 등록특허 제10-1142789를 제시한다.

선행기술은 고압 대유량 솔레노이드 래치밸브에 관한 것이다. 선행기술은 적은 동력으로 밸브의 밀폐 또는 개방상태를 유지하되, 고압 대유량의 유체에도 적용할 수 있는 고압 대유량 솔레노이드 래치밸브에 관한 것이다. 선행기술은 플런저의 하단에 연결되는 포펫을 구비하고, 상측에 포펫의 하단이 끼워지고 유로를 개폐하는 씰을 구비한다. 또한, 씰에는 유체가 유동하도록 복수개의 유로가 형성된다.

하지만, 선행기술에 따르면 포펫과 씰을 개별적으로 제작하고, 포펫을 씰에 억지로 끼워야 한다. 따라서, 포펫이 씰에 한번 끼워지면 다시 분리하가 매우 어렵고, 포펫을 씰로부터 분리할 경우 씰이 찢어져 다시 사용할 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 선행기술의 솔레노이드 밸브는 플런저의 상하 이동시 주변부품과의 충돌에 의해 내구성이 약해지며, 이를 해결하기 위해 스프링 등을 이용하여도 스프링 역시 장시간 사용시 내구성에 문제가 발생되며, 스프링 역시 금속 재질로 마련되므로 충돌시 충격으로 인해 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었다.

국내등록특허 제10-1142789호 (2012.04.27)

본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 연료차단밸브가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로 조립 및 분리가 용이하고 신뢰성이 우수한 연료차단밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 작동시 아마추어 또는 파일럿에서 발생할 수 있는 소음과 진동을 저감하는 연료차단밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면 유입로와 배출로가 형성된 홀더에 설치되어 배출로를 개폐하는 연료차단밸브에 있어서, 전원 인가시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈의 내측에 결합되며 코일의 자기장으로 인해 자화되는 코어, 코어의 하측으로 개구되게 형성된 아마추어 삽입홈에 삽입되어 코일의 자기장으로 인해 승강하는 아마추어, 아마추어의 하측으로 개구되게 형성된 파일럿 삽입홈에 승강 가능하게 삽입되고, 아마추어에 구속되어 승강되며 배출로를 개폐하는 파일럿, 아마추어의 내부를 통과하여 상측와 하측으로 돌출되게 구비되며 코어와 파일럿을 탄성 지지하는 충격흡수부를 포함하는 연료차단밸브가 제공될 수 있다.

여기서, 아마추어는 상측면에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되는 제1 수용부, 하측면의 가운데에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되는 제2 수용부, 제1 수용부와 제2 수용부를 연통시키는 연결통로를 구비할 수 있다.

그리고, 충격흡수부는 아마추어의 제1 수용부, 제2 수용부, 및 연결통로에 사출되어 형성될 수 있다.

이러한 충격흡수부는 제1 수용부에 형성되되 아마추어의 상측으로 돌출되게 형성되어 아마추어 삽입홈의 저면을 탄성 지지하는 코어 지지부재, 제2 수용부에 형성되어 파일럿의 상측면에 형성된 상부돌기를 탄성 지지하는 파일럿 지지부재, 연결통로에 형성되며 코어 지지부재와 파일럿 지지부재에 일체로 형성되는 연결부재를 포함할 수 있다.

또한, 코어 지지부재는 상측면에서 돌출되어 형성된 돌기를 구비하여 상측이 다단 형상으로 형성될 수 있다.

이에 따라 코어 지지부재는 코어와 충돌시 돌기가 변형되어 충격을 흡수하며, 상측면이 아마추어의 상측면 보다 돌출되게 형성되어 코어와 아마추어의 충돌을 방지할 수 있다.

또한, 연료차단밸브는 코어와 아마추어 사이에 배치되어 아마추어를 배출로 측으로 지지하는 리턴스프링을 더 포함할 수 있다.

그리고, 아마추어는 상측면의 가운데에서 함몰되어 형성되며 리턴스프링의 일부분이 삽입되는 스프링 삽입홈을 구비할 수 있다.

또한, 코어는 홀더에 형성된 챔버에 삽입되도록 하측단에 중공 형상으로 형성된 코어 연장부를 구비하고, 연료차단밸브는 링 형상으로 형성되며, 코어 연장부의 외주면에 형성된 실링부재 삽입홈에 삽입되어 챔버의 내주면을 지지하는 실링부재를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료차단밸브에 의하면, 아마추어에 충격흡수부가 구비되어 아마추어 또는 파일럿의 충돌에 따른 손상을 차단하고 진동 및 소음을 저감시키는 효과가 있다.

그리고, 충격흡수부가 아마추어에 사출되어 형성됨에 따라 별도의 조립 공정이 불필요하며, 충격흡수부가 이탈되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

특히, 충격흡수부의 코어 지지부재가 다단 형상으로 마련되어 코어와의 충돌시 충격을 단계적으로 흡수하며 소음을 저감시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료차단밸브가 설치되는 연료계통의 간략한 구조도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료차단밸브의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료차단밸브의 아마추어의 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 단면도이다.
도 6은 도 5의 D부분을 확대하여 도시한 확대단면도이다.
도 7은 도 4의 C-C 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연료차단밸브의 파일럿의 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 연료차단밸브가 배출로를 개폐하는 과정을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료차단밸브가 설치되는 연료계통의 간략한 구조도이며, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연료차단밸브의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 연료차단밸브의 아마추어의 평면도이고, 도 5는 도 4의 B-B 단면도이며, 도 6은 도 5의 D부분을 확대하여 도시한 확대단면도이고, 도 7은 도 4의 C-C 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 연료차단밸브의 파일럿의 단면도이고, 도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 연료차단밸브가 배출로를 개폐하는 과정을 보여주는 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료차단밸브(10)는 유입로(21)와 배출로(22)가 형성된 홀더(20)에 설치되어 배출로(22)를 개폐하는 연료차단밸브(10)에 있어서, 전원 인가시 자기장을 발생시키는 코일(220)이 감긴 보빈(210)의 내측에 결합되며 코일(220)의 자기장으로 인해 자화되는 코어(300), 코어(300)의 하측으로 개구되게 형성된 아마추어 삽입홈(311)에 삽입되어 코일(220)의 자기장으로 인해 승강하는 아마추어(400), 아마추어(400)의 하측으로 개구되게 형성된 파일럿 삽입홈(411)에 승강 가능하게 삽입되고, 아마추어(400)에 구속되어 승강되며 배출로(22)를 개폐하는 파일럿(500), 아마추어(400)의 내부를 통과하여 상측와 하측으로 돌출되게 구비되며 코어(300)와 파일럿(500)을 탄성 지지하는 충격흡수부(430)를 포함한다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에 있어서, 설명의 편의를 위하여 특별한 언급이 없는 한 솔레노이드 밸브(10)의 홀더(20) 측은 하방으로, 그 반대측은 상방으로 지정하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 연료는 수소임을 가정하고, 본 발명에 따른 연료차단밸브(10)가 배치되는 곳은 수소차량인 것을 가정한다.

본 발명에 따르면, 연료는 탱크에서 저장된다. 연료는 연료차단밸브(10)를 통과하며, 연료차단밸브(10)가 ON/OFF됨에 따라 공급되거나 차단된다. 연료차단밸브(10)를 통과한 연료는 비례제어밸브를 통과하며, 비례제어밸브의 개도값이 변경됨에 따라 공급되는 연료의 유량이 변동한다. 비례제어밸브를 통과한 연료는 연료스택으로 유입되며, 화학반응에 의하여 동력이 생산된다. 본 발명에 따르면 수소의 공급을 차단밸브와 비례제어밸브로 이원화시킴으로써, 연료공급의 응답성을 향상시키고, 안전성을 개선한다.

이러한 연료차단밸브(10)는 홀더(20)에 설치되어 연료가 유동하는 유로 상에 배치되고, 수소탱크와 연료스택 사이에서 연료스택으로 유입되는 수소가스를 공급하거나 차단하도록 마련된다.

홀더(20)는 연료차단밸브(10)가 장착되는 장착면(23)이 마련되고, 장착면(23)에서 함몰되어 형성되는 챔버(25)를 구비한다.

챔버(25)는 바닥면(26)에 유입로(21)와 배출로(22)가 연결되게 배치되되, 배출로(22)가 바닥면(26)의 중앙에 배치되어 상방에서 하방으로 형성되며 연료가 연료차단밸브(10)에서 외부로 배출된다. 그리고 유입로(21)는 챔버(25)의 바닥면(26) 중 배출로(22)에서 이격되는 위치, 즉, 도면상 배출로(22)의 좌측에 배치되어 하방에서 상방으로 형성되며 연료가 외측 하방에서 내측 상방으로 방사 방향으로 유입될 수 있다.

또한, 챔버(25)는 바닥면(26)에서 돌출되어 형성되되 배출로(22)의 입구부분의 둘레를 따라 돌출되어 형성된 밸브시트(27)를 구비한다.

이와 같이 연료차단밸브(10)는 홀더(20)의 일측에 설치되며, 연료의 유동을 단속하는 밸브부와 밸브부를 구동하는 솔레노이드부를 포함한다.

밸브부는 외부의 유압공급원에서 유동되는 연료에 소정의 제어압력을 인가하면서 외부로 배출하기 위한 것으로, 솔레노이드부의 자기장으로 인해 승강하는 아마추어(400)와, 아마추어(400)로 인해 승강하여 배출로(22)를 개폐하는 파일럿(500)을 포함한다.

이러한 밸브부는 아마추어(400)에 결합되어 파일럿(500)을 아마추어(400)에 구속하는 아마추어 가이드(600)와, 아마추어(400)를 배출로(22) 측으로 지지하여 아마추어(400)가 상방으로 이동시 원위치로 복귀시키는 리턴 스프링(700)을 더 포함할 수 있다.

이에 따라 밸브부는 솔레노이드부에 자기장이 발생되면 아마추어(400)가 자기력에 의해 상방으로 이동하여 유입로(21)와 배출로(22) 사이의 압력차를 줄이며, 승강하는 아마추어(400)와 결합된 아마추어 가이드(600)가 파일럿(500)에 걸려 파일럿(500)을 상방으로 이동시킨다.

이때, 아마추어(400)가 상방으로 이동하여 아마추어(400)와 파일럿(500) 사이에 공간이 마련되되 아마추어 가이드(600)가 파일럿(500)에 걸리기 전 상태에서, 후술할 아마추어(400)의 제1 파일럿 유로(416)와 파일럿(500)의 제2 파일럿 유로(540)가 개방되며 홀더(20)의 유입로(21)와 배출로(22) 사이의 압력차가 줄어들게 된다.

솔레노이드부는 밸브부를 제어하여 구동하는 것으로, 자기장을 발생시키는 코일 어셈블리(200)와, 코일 어셈블리(200)의 자기장으로 인해 자화되어 아마추어(400)를 승강시키는 코어(300)를 포함한다.

아래에서는 연료차단밸브(10)의 하우징(100)과 솔레노이드부에 대해 구체적으로 설명한다.

하우징(100)은 솔레노이드부를 모듈화하여 홀더(20)에 장착하기 위해 마련되며, 케이스(110), 폴피스(120), 몰딩부(130)를 포함할 수 있다.

케이스(110)는 일측으로 개구된 원통형의 함체 형상으로 형성되어 코일 어셈블리(200)의 외주측과 상측을 감싸며 코어(300)의 상단부에 안착된다.

폴피스(120)는 원판 형상으로 형성되어 케이스(110)의 개구된 부분을 덮으며 보빈(210)의 하측단에 밀착되고 중앙에 코어(300)가 삽입된다. 그리고 폴피스(120)는 외주면에서 돌출되어 형성되며 후술할 몰딩부(130)의 외측으로 돌출되어 구비되되 원주방향으로 등간격 이격되어 형성되는 복수 개의 돌출부(121)를 구비한다.

돌출부(121)에는 결합부재(103)가 통과하는 삽입홀(122)이 형성되며, 복수 개의 결합부재(103)가 각각 돌출부(121)의 삽입홀(122)을 통과한 후 홀더(20)에 형성된 장착부(24)에 나사 체결되어 하우징(100)과 솔레노이드부가 홀더(20)에 쉽고 간단하게 조립된다.

몰딩부(130)는 폴피스(120)와 케이스(110)를 감싸며 코일 어셈블리(200)의 외측에 몰딩되어 형성되어 폴피스(120)와 케이스(110)를 완전 고정한다.

솔레노이드부의 코일 어셈블리(200)는 보빈(210)과 보빈(210)에 감기는 코일(220)로 구성된다.

보빈(210)은 중공의 원통체의 양단에 플랜지(433)가 형성된 스풀 형상으로 마련되며 외주면에 코일(220)이 감겨 전원 인가시 자기장을 발생시키고, 내측에 고정철심인 코어(300)가 삽입된다.

코일(220)은 터미널(101)과 연결되어 전원이 인가되며 전원이 인가될 경우 보빈(210)의 주위에 자기장을 발생시키는 도선으로, 보빈(210)의 외주면에 촘촘하고 균일하게 감겨 원통 형상을 이룬다.

코어(300)는 원통 형상의 코어 바디(310)와 코어 바디(310)의 하단에 일체로 형성되는 중공 형상의 코어 연장부(320)로 구성되어 보빈(210)의 내측에 결합되며 코일(220)의 자기장으로 인해 자화된다.

코어 바디(310)는 보빈(210)의 내측으로 삽입되어 상측단이 체결부재(102)를 매개로 하우징(100)에 고정되며 하측에 아마추어 삽입홈(311)이 형성되어 아마추어(400)의 일부분이 삽입된다.

아마추어 삽입홈(311)은 코어 바디(310)의 하측단에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되어 하측으로 개구되며, 내주면이 아마추어(400)의 외주면과 간극을 형성하고 간극을 통해 저면과 아마추어(400)의 상측단 사이로 연료가 유동한다.

또한, 코어 바디(310)는 자기력이 집중되도록 외주면 중 아마추어 삽입홈(311)의 저면과 인접한 외주면에서 함몰되어 형성되는 리세스부를 구비할 수 있다.

코어 연장부(320)는 코어 바디(310)의 하측단에 일체로 형성되되 외주면이 코어 바디(310)의 외주면에서 단차지며 보다 큰 직경으로 형성되어 홀더(20)의 챔버(25)에 삽입되며, 코어 바디(310)의 외주면과의 단차면에 폴피스(120)가 안착된다.

이러한 코어 연장부(320)는 외주면에 실링부재 삽입홈(321)이 함몰되어 형성되고, 실링부재 삽입홈(321)에 링 형상의 실링부재(104)가 삽입된다.

또한, 코어 연장부(320)는 내주면이 아마추어 삽입홈(311)의 내경보다 큰 내경을 갖도록 형성되어 후술할 아마추어 가이드(600)와의 사이에 연료가 유입되는 공간을 구비할 수 있다.

일예로, 도 2를 참고하여 연료차단밸브(10)를 조립하여 홀더(20)에 장착하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 코일 어셈블리(200)는 몰딩부(130)에 의해 하우징(100)의 케이스(110)와 폴피스(120)에 일체로 구비되며, 보빈(210)의 내측으로 코어(300)가 삽입되고 체결부재(102)가 케이스(110)를 통과한 후 코어(300)에 나사 체결됨에 따라 코어(300)가 하우징(100)에 조립될 수 있다. 이때, 폴피스(120)는 코어 바디(310)와 코어 연장부(320)를 연결하는 단차면에 안착된다.

그리고, 코어(300)의 아마추어 삽입홈(311)에 아마추어(400)를 삽입하여 코어(300)의 내측으로 밸브부를 배치한 상태에서 코어 연장부(320)를 챔버(25)에 삽입하며 폴피스(120)의 돌출부(121)를 홀더(20)의 장착부(24)에 위치시키고, 체결부재(102)가 돌출부(121)의 삽입홀(122)을 통과한 후 장착부(24)에 나사 체결되어 연료차단밸브(10)가 홀더(20)에 장착될 수 있다.

이러한 배치를 가짐으로써 연료차단밸브(10)가 모듈화되어 홀더(20)에 쉽고 간편하게 장착될 수 있으며 보다 용이하게 수리 및 교환이 가능하고 조립과 설치에 필요한 부품 수가 감소되는 장점이 있다.

또한, 코어(300)의 하단이 홀더(20)에 직접 삽입되어 고정되며 코어 연장부(320)와 챔버(25) 사이에 실링부재(104)가 압축되어 구비됨에 따라 코어(300)의 진동이 저감되고, 결합부재(103)를 매개로 홀더(20)에 조립될 때 가해지는 하중이 감소된다.

아래에서는 밸브부의 아마추어(400)와 파일럿(500)에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 4 내지 도 8을 참고하면 아마추어(400)는 전체적으로 원통 형상으로 형성되며, 아마추어 삽입홈(311)에 삽입되는 아마추어 바디(410)와, 아마추어 바디(410)의 하측단에 일체로 형성되는 체결부(420)를 포함할 수 있다.

아마추어 바디(410)는 코어(300)의 아마추어 삽입홈(311)에 승강 가능하게 삽입되어 코일(220)에 전원이 인가되면 상방으로 이동되고, 전원 인가 해제시 코어(300)와의 사이에 구비되는 리턴 스프링(700)에 의해 하방으로 이동된다.

리턴 스프링(700)은 코어(300)와 아마추어 사이에 구비되어 각각을 탄성 지지하며 코일(220)에 전원이 인가될 경우 상방으로 이동하는 아마추어(400)로 인해 압축된다.

이러한 리턴 스프링(700)은 위치 고정을 위해 상측 일부분이 아마추어 삽입홈(311)의 저면 가운데에서 함몰되어 형성되는 안착홈(312)에 삽입되며, 하측 일부분이 아마추어 바디(410)의 상측면 가운데에서 함몰되어 형성되는 스프링 삽입홈(412)에 삽입된다.

또한, 아마추어 바디(410)는 하단에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되어 하측으로 개구되는 파일럿 삽입홈(411)이 형성되어 파일럿(500)의 일부분이 삽입된다.

그리고, 아마추어 바디(410)는 일측에 외주면에서 파일럿 삽입홈(411)의 내주면까지 관통되어 형성되는 제1 파일럿 유로(416)가 하나 이상 구비되며, 제1 파일럿 유로(416)가 둘 이상 구비될 경우 원주 방향으로 등간격 이격되어 구비될 수 있다.

이러한 제1 파일럿 유로(416)가 구비되어 코어(300)의 아마추어 삽입홈(311)과 아마추어 사이의 공간이 아마추어(400)의 파일럿 삽입홈(411)과 파일럿(500) 사이의 공간과 연통되어 양 자의 압력차를 감소시킨다. 이에 따라 파일럿(500)이 배출로(22)를 폐쇄한 상태에서 코일(220)에 전원 인가시 아마추어(400)의 초기 상방으로의 이동을 용이하게 한다.

체결부(420)는 중공의 원통 형상으로 형성되어 아마추어 바디(410)의 하측단에 일체로 형성되되 내주면이 파일럿 삽입홈(411)의 내주면에서 연장되어 형성되고, 외주면에 나사산이 형성되어 아마추어 가이드(600)가 나사 체결될 수 있다.

또한, 연료차단밸브(10)는 코어(300)와 아마추어(400) 사이, 아마추어(400)와 파일럿(500) 사이의 충격을 흡수하기 위해 충격흡수부(430)를 구비한다.

충격흡수부(430)는 아마추어(400)의 내부를 통과하여 상측과 하측으로 돌출되게 구비되며 코어(300)와 파일럿(500)을 탄성 지지하며, 일예로 아마추어(400)에 형성된 내부공간에 사출되는 인서트 사출에 의해 마련될 수 있다.

아마추어(400)는 충격흡수부(430)가 구비되는 내부공간을 형성하며, 내부공간은 제1 수용부(413), 제2 수용부(414), 및 연결통로(415)로 구성된다.

제1 수용부(413)는 아마추어(400)의 상측면에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되고, 복수 개로 구비되어 중앙에 스프링 삽입홈(412)을 두고 원주방향으로 등간격 이격되어 배치된다.

일예로, 도면에는 아마추어(400)의 상측면 중 스프링 삽입홈(412)의 양측에서 함몰되어 형성되어 제1 수용부(413)가 두개로 구비되는 것으로 도시하였으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

제2 수용부(414)는 아마추어(400)의 하측면의 가운데에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되고, 제1 수용부(413)와 연결통로(415)를 매개로 연통된다.

연결통로(415)는 각각의 제1 수용부(413)의 저면에서 제2 수용부(414)까지 함몰되어 형성되며 복수 개로 구비될 수 있으며 제1 수용부(413)와 제2 수용부(414)를 연결한다.

그리고 충격흡수부(430)는 아마추어(400)의 제1 수용부(413), 제2 수용부(414), 및 연결통로(415)에 사출되어 형성되며, 코어 지지부재(431), 파일럿 지지부재(434), 및 연결부재(435)로 구성된다.

아마추어(400)는 코일(220)에 전원 인가될 때 형성되는 자기장으로 인해 상방으로 이동하며, 코어(300)와의 충돌시 충격을 흡수하기 위해 코어 지지부재(431)를 구비하고 상방으로 이동하는 파일럿(500)과의 충돌시 충격을 흡수하기 위해 파일럿 지지부재(434)를 구비한다.

코어 지지부재(431)는 제1 수용부(413)에 사출되어 형성되되 아마추어(400)의 상측으로 돌출되게 형성되며 아마추어(400)의 일예로 도면에 도시된 바와 같이 아마추어(400)의 스프링 삽입홈(412)의 양측에 두개로 구비될 수 있다.

이러한 코어 지지부재(431)는 상측이 아마추어 삽입홈(311)의 저면과 마주보게 배치되되 일정간격 이격되게 배치된다. 그리고, 코어 지지부재(431)는 코일(220)에 전원이 인가되어 아마추어(400)가 상방으로 이동하면 아마추어 삽입홈(311)의 저면을 탄성 지지하며 코어(300)와 아마추어(400) 사이의 충격을 흡수한다.

파일럿 지지부재(434)는 제2 수용부(414)에 사출되어 원통 형상으로 형성되며 아마추어(400)의 하측단 가운데에 배치된다.

이러한 파일럿 지지부재(434)는 코일(220)에 전원이 인가되지 않았을 때는 파일럿(500)의 상측면에 형성된 상부돌기(520)를 탄성 지지하며 후술할 제2 파일럿 유로(540)를 폐쇄한다. 그리고, 파일럿 지지부재(434)는 코일(220)에 전원이 인가되어 아마추어(400)가 상방으로 이동하면 파일럿(500)의 상측단과 이격된다.

연결부재(435)는 연결통로(415)에 사출되어 형성됨에 따라 코어 지지부재(431)와 파일럿 지지부재(434)를 일체로 형성하여 충격흡수부(430)의 인서트 사출이 용이하다.

그리고, 충격흡수부(430)가 코어 지지부재(431), 파일럿 지지부재(434), 및 연결부재(435)로 구성됨에 따라 아마추어(400)에서 분리되는 것을 방지한다.

또한, 도 6을 참고하면, 코어 지지부재(431)는 아마추어(400)의 상측으로 돌출되게 형성되어 코어(300)와의 충돌시 충격을 흡수하는 돌기(432)와, 아마추어(400)의 상측면 일부를 덮도록 형성되는 플랜지(433)를 구비한다.

돌기(432)는 코어 지지부재(431)의 상측면에서 원통 형상으로 돌출되어 형성되며 코어(300)와의 충돌시 충격을 흡수한다.

이러한 코어 지지부재(431)는 돌기(432)를 구비하여 상측이 다단 형상으로 형성됨에 따라 코어(300)와의 충돌시 단계적으로 충격을 흡수한다.

즉, 코일(220)에 전원이 인가되어 아마추어(400)가 상방으로 이동하면 돌기(432)가 아마추어 삽입홈(311)의 저면과 1차적으로 먼저 충돌하여 코어 지지부재(431)와 함께 충격을 흡수하며, 돌기(432)가 완전히 압축된 후 코어 지지부재(431)의 상측면이 2차적으로 아마추어 삽입홈(311)의 저면을 지지하여 코어(300)에 아마추어 바디(410)의 상측면이 충돌하는 것을 방지한다.

특히, 돌기(432)는 코어 지지부재(431)의 직경보다 작은 직경으로 형성되며, 아마추어(400)의 상방 이동시 코어 지지부재(431)와 코어(300) 사이의 충돌로 인해 발생되는 소음을 최소화하도록 형성되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 돌기(432)의 크기는 아마추어(400)의 단면적 대비 돌기(432)의 단면적의 백분율 값이 4% 이상 10.02% 이하로 한정되는 것이 바람직하다.

그리고, 플랜지(433)는 코어 지지부재(431)의 아마추어 삽입홈(311)의 저면을 탄성 지지하는 면적을 확보하기 위해 코어 지지부재(431)의 상측 외주면에 마련되고, 코어(300)에 아마추어 바디(410)의 상측면이 충돌하는 것을 방지한다.

이러한 플랜지(433)는 코어 지지부재(431)의 상측단 외주면에 링 형상으로 형성되며 반경방향 외측으로 돌출되어 아마추어(400)의 상측단 일부를 덮도록 구비된다.

이하에서는 본 발명의 돌기(432)가 일정크기로 형성된 실시예와, 돌기(432)가 형성되지 않거나 돌기(432)가 일정크기 보다 작은 크기로 형성된 비교예에 대한 소음측정실험의 결과를 설명하도록 한다.

소음측정실험은 수소차단밸브를 5회 개폐하는 작동 과정에서 발생되는 작동 소음의 최대값을 측정하며, 실시예와 비교예들 마다 3개의 샘플을 적용하여 실시한 후 최대값의 평균값을 구한다.

먼저, 실시예는 수소차단밸브에 아마추어(400)의 단면적 대비 돌기(432)의 단면적의 백분율 값이 4.46% 로 형성된 돌기(432)를 구비하는 코어 지지부재(431)를 적용하며, 이러한 실시예는 소음측정실험에서 평균값 44.8 dB의 작동 소음이 측정되었다.

또한, 비교예 1은 수소차단밸브에 돌기를 구비하지 않은 코어 지지부재를 적용하며, 이러한 비교예 1은 소음측정실험에서 평균값 51.5 dB의 작동 소음이 측정되었다.

그리고, 비교예 2는 수소차단밸브에 아마추어의 단면적 대비 돌기의 단면적의 백분율 값이 0.55%로 형성된 돌기를 구비하는 코어 지지부재를 적용하며, 이러한 비교예 2는 소음측정실험에서 평균값 56.2 dB의 작동 소음이 측정되었다.

또한, 비교예 3은 수소차단밸브에 아마추어의 단면적 대비 돌기의 단면적의 백분율 값이 1.11%로 형성된 돌기를 구비하는 코어 지지부재를 적용하며, 이러한 비교예 3은 소음측정실험에서 평균값 52.9 dB의 작동 소음이 측정되었다.

결과적으로, 실시예와 비교예 1을 살펴보면, 돌기(432)를 구비한 코어 지지부재(431)가 적용된 수소차단밸브는 돌기를 구비하지 않은 코어 지지부재가 적용된 수소차단밸브에 비해 소음이 저감된 것이 확인되었다.

그리고, 실시예와 비교예 2, 3을 살펴보면, 아마추어(400)의 단면적 대비 돌기(432)의 단면적의 백분율 값이 4% 이상인 경우가 4% 미만인 경우에 비해 소음이 저감된 것이 확인되었다. 특히, 아마추어(400)의 단면적 대비 돌기(432)의 단면적의 백분율 값이 4% 이상인 경우 기준값인 48 dB 보다 소음이 저감되며 평가기준을 만족하여 원하는 소음 조건을 충족한다.

따라서 돌기(432)의 크기는 아마추어(400)의 단면적 대비 돌기(432)의 단면적의 백분율 값이 4% 이상으로 형성되어 수소차단밸브의 작동시 발생되는 소음이 원하는 소음 평가기준을 만족하며 소음이 저감될 수 있다. 그리고 돌기(432)의 크기는 아마추어(400)의 단면적 대비 돌기(432)의 단면적의 백분율 값이 10.02% 미만으로 형성되어 코어 지지부재(431)의 크기보다 작게 형성되며 코어 지지부재(431)의 상측 형상이 다단 구조로 이루어질 수 있게 된다.

도 8을 참고하면, 파일럿(500)은 홀더(20)의 유입로(21) 측과 배출로(22) 측 간의 압력차를 줄이기 위해 마련되며, 파일럿 삽입홈(411)에 승강 가능하게 삽입되어 하측단이 배출로(22)를 개폐하고 내부에 상하방향으로 관통되어 형성되는 제2 파일럿 유로(540)를 구비한다.

파일럿(500)은 원통 형상으로 형성되며 외주면 하측에 단차지게 형성되어 아마추어 가이드(600)가 지지하는 걸림턱(510)을 구비한다.

걸림턱(510)은 파일럿(500)을 승강시키는 구성요소로, 아마추어(400)가 상방으로 이동할 때 아마추어 가이드(600)의 내측단부(610)가 걸리면서 아마추어(400)와 함께 파일럿(500)을 상방으로 이동시키도록 구성된다.

또한, 파일럿(500)은 가운데에 상하 방향으로 관통되어 형성되는 제2 파일럿 유로(540)를 구비하며, 상측면 중 가운데 부분이 상측으로 돌출되게 형성되어 아마추어(400)의 파일럿 지지부재(434)를 지지하는 상부돌기(520)를 구비한다.

상부돌기(520)는 대략 원뿔 형상으로 형성되어 파일럿 지지부재(434)와 접촉되는 면적이 감소되며, 연료차단밸브(10)가 배출로(22)를 폐쇄할 때 파일럿 지지부재(434)와 밀착되어 제2 파일럿 유로(540)를 폐쇄한다.

특히, 아마추어(400)의 파일럿 지지부재(434)가 상부돌기(520)를 탄성 지지함에 따라 아마추어(400)와 파일럿(500)의 제2 파일럿 유로(540) 사이의 기밀성이 향상된다.

제2 파일럿 유로(540)는 아마추어(400)가 하방으로 이동된 상태에서는 파일럿 지지부재(434)가 상부돌기(520)의 상단을 눌러 제2 파일럿 유로(540)가 폐쇄되며, 코일(220)에 전원이 인가되어 아마추어(400)가 상방으로 이동하면 파일럿 지지부재(434)가 상부돌기(520)에서 이격되며 제2 파일럿 유로(540)가 개방된다.

또한, 파일럿(500)은 하측면에서 링 형상으로 함몰되어 형성되는 패킹 수용부(530)를 구비하며, 패킹 수용부(530)에 인서트 사출되어 형성되는 링 형상의 패킹(550)을 구비한다.

패킹 수용부(530)는 내부에 사출되어 형성되는 패킹(550)이 분리되는 것을 방지하기 위해 내부의 외측 둘레면이 테이퍼지게 형성되며 패킹(550)의 반경방향의 두께가 하측으로 갈수록 작아지도록 구비된다.

특히, 파일럿(500)은 패킹 수용부(530)의 저면에서 파일럿(500)의 상측면까지 관통되게 형성된 통공(531)을 구비할 수 있으며, 통공(531)은 복수 개로 구비될 수 있으며 원주방향의 등간격으로 이격되어 구비될 수 있다. 그리고, 파일럿(500)은 통공(531)에 인서트 사출되어 형성되어 패킹(550)과 일체로 형성되는 지지부재(551)를 구비할 수 있다.

통공(531)은 대경부와 소경부로 구성될 수 있으며 소경부가 패킹 수용부(530)와 대경부 사이에 배치되며, 이러한 통공(531)에 사출되어 형성되는 지지부재(551)를 구비하여 패킹(550)이 패킹 수용부(530)에서 분리되거나 이탈되는 것을 방지한다.

패킹(550)은 홀더(20)에 형성된 챔버(25)의 바닥면(26)에서 돌출된 밸브시트(27)가 밀착되고, 연료차단밸브(10)가 배출로(22)를 폐쇄할 때 패킹(550)이 밸브시트(27)를 탄성 지지하여 파일럿(500)과 홀더(20)의 배출로(22) 사이의 기밀성이 향상된다.

아마추어 가이드(600)는 중공의 원통 형상으로 형성되며 아마추어(400)의 체결부(420)에 체결되어 파일럿(500)을 아마추어(400)에 구속한다.

이러한 아마추어 가이드(600)는 상측 내주면이 체결부(420)의 외주면에 나사 체결될 수 있으며, 하측단에서 반경방향 내측으로 돌출되어 파일럿(500)의 걸림턱(510)을 지지하는 내측단부(610)를 구비한다.

이에 따라 파일럿(500)은 아마추어(400)의 파일럿 삽입홈(411)에 승강 가능하게 삽입되며 아마추어(400)의 하측에 체결되는 아마추어 가이드(600)에 의해 하측으로의 이동이 제한된다.

보다 구체적으로 설명하면, 파일럿(500)은 상부돌기(520)가 아마추어(400)의 파일럿 지지부재(434)에 밀착될 때까지 상방으로 이동 가능하며 걸림턱(510)이 아마추어 가이드(600)의 내측단부(610)에 안착될 때까지 하방으로 이동 가능하다. 그리고, 아마추어(400)가 상방으로 이동하면서 아마추어 가이드(600)의 내측단부(610)가 걸림턱(510)에 걸리며 파일럿(500)도 함께 상방으로 이동시키고, 아마추어(400)가 하방으로 이동하면서 파일럿 지지부재(434)가 상부돌기(520)를 누르며 파일럿(500)도 함께 하방으로 이동시킨다.

아래에서는 도 9 내지 도 11을 참고하여 연료차단밸브(10)의 작동구조에 대해 설명한다.

도 9는 연료차단밸브(10)가 배출로(22)를 폐쇄하는 제1 상태를 보여주며, 도 11은 연료차단밸브(10)가 배출로(22)를 개방하는 제3 상태를 보여주고, 도 10은 연료차단밸브(10)가 배출로(22)를 폐쇄하는 제1 상태에서 배출로(22)를 개방하는 제3 상태로 진행되는 중간과정인 제2 상태를 보여준다.

도 9에 도시된 바와 같이, 코일(220)에 전원이 차단되면 공급압에 의해 아마추어(400)와 파일럿(500)이 모두 하방으로 이동한 상태를 유지한다.

즉, 리턴스프링이 아마추어(400)를 배출로(22) 측으로 탄성 지지하며 아마추어(400)와 파일럿(500)의 자중이 가해져 아마추어(400)가 하방으로 이동된 상태로, 파일럿 지지부재(434)가 상부돌기(520)를 눌러 파일럿(500)이 하방으로 지지되고 파일럿(500)이 배출로(22)를 폐쇄하여 배출로(22)에는 연료가 공급되지 않는다.

여기서, 파일럿 지지부재(434)는 파일럿(500)의 상부돌기(520)를 탄성 지지하여 제2 파일럿 유로(540)를 폐쇄하며, 패킹(550)은 밸브시트(27)를 탄성 지지하여 배출로(22)를 폐쇄한다.

그리고, 연료는 일부분이 유입로(21)에서 코어 연장부(320)의 내주면과 아마추어 가이드(600)의 외주면 사이의 공간, 아마추어 삽입홈(311)의 내주면과 아마추어 바디(410)의 외주면 사이의 간극, 아마추어 삽입홈(311)의 저면과 아마추어 상측면 사이의 공간으로 유입될 수 있다. 이에 따라 아마추어(400)의 상측과 하측의 압력차가 감소되며 아마추어(400)가 자기장에 의해 상방으로 용이하게 이동 가능한 상태가 된다.

추가로, 연료는 제1 파일럿 유로(416)를 통해 파일럿 삽입홈(411)과 파일럿(500)의 외측 사이로 유입될 수 있으며, 제2 파일럿 유로(540)와 배출로(22)에는 공급되지 않는다.

도 10은 코일(220)에 전원이 인가되며 도 9에서 아마추어(400)만 상방으로 일부만 이동하되, 아마추어 가이드(600)의 내측단부(610)가 파일럿(500)의 걸림턱(510)에 지지될 때까지 상방으로 이동한 상태가 도시되어 있다.

아마추어 가이드(600)가 상방으로 일부 이동하면서 파일럿 지지부재(434)는 상부돌기(520)에서 이격되며 제2 파일럿 유로(540)를 개방한다.

이에 따라 연료의 일부분이 제2 파일럿 유로(540)를 통해 배출로(22)로 배출되며 파일럿(500)의 상측과 하측의 압력차가 감소되어 파일럿(500)이 자기장에 의해 상방으로 용이하게 이동 가능한 상태가 된다.

그 다음, 도 11은 자기장으로 인해 아마추어(400)가 상방으로 더 이동하면서 아마추어 가이드(600)의 내측단부(610)가 파일럿(500)을 상방으로 이동시키며, 아마추어(400)와 파일럿(500)이 상방으로 모두 이동한 상태가 도시되어 있다. 이때, 파일럿(500)의 패킹(550)이 밸브시트(27)에서 이격되며 연료차단밸브(10)가 개방되어 유입로(21)의 연료가 배출로(22)로 배출된다.

그리고, 아마추어(400)는 상방으로 이동하여 코어 지지부재(431)가 코어(300)와 충돌하며, 코어 지지부재(431)의 돌기(432)가 충격을 흡수하며 압축 변형되고, 코어 지지부재(431)의 상측면이 아마추어 삽입홈(311)의 저면을 지지하여 코어(300)에 아마추어 바디(410)의 상측면이 충돌하는 것을 방지한다.

이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 의하면 탄성부재가 아마추어의 상부에 배치되는 바, 아마추어의 반경방향 외측에 별다른 구성요소가 배치될 필요가 없으므로 아마추어의 반경방향 크기가 줄어들어 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.

아마추어에 결합되고 파일럿의 이탈을 차단하는 아마추어 가이드 및 하단이 아마추어 가이드에 걸려 지지되는 걸림턱을 포함하는 바, 파일럿과 아마추어와 아마추어 가이드를 용이하게 조립 또는 분해할 수 있고 보다 견고하게 결합되는 장점이 있다.

또한, 충격흡수부와 패킹을 포함하는 바, 아마추어 또는 파일럿의 충돌에 따른 손상을 차단하고 진동 및 소음 발생을 방지하는 장점도 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 연료차단밸브 20: 홀더
21: 유입로 22: 배출로
100: 하우징 101: 터미널
104: 실링부재 110: 케이스
120: 폴피스 130: 몰딩부
200: 코일 어셈블리 300: 코어
310: 코어 바디 311: 아마추어 삽입홈
312: 안착홈 320: 코어 연장부
321: 실링부재 삽입홈 400: 아마추어
410: 아마추어 바디 411: 파일럿 삽입홈
412: 스프링 삽입홈 413: 제1 수용부
414: 제2 수용부 415: 연결통로
416: 제1 파일럿 유로 420: 체결부
430: 충격흡수부 431: 코어 지지부재
432: 돌기 433: 플랜지
434: 파일럿 지지부재 435: 연결부재
500: 파일럿 510: 걸림턱
520: 상부돌기 530: 패킹 수용부
540: 제2 파일럿 유로 550: 패킹
600: 아마추어 가이드 610: 내측단부
700: 리턴 스프링

Claims (9)

1. 유입로와 배출로가 형성된 홀더에 설치되어 상기 배출로를 개폐하는 연료차단밸브에 있어서,
   전원 인가시 자기장을 발생시키는 코일이 감긴 보빈의 내측에 결합되며 상기 코일의 자기장으로 인해 자화되는 코어;
   상기 코어의 하측으로 개구되게 형성된 아마추어 삽입홈에 삽입되어 상기 코일의 자기장으로 인해 승강하는 아마추어;
   상기 아마추어의 하측으로 개구되게 형성된 파일럿 삽입홈에 승강 가능하게 삽입되고, 상기 아마추어에 구속되어 승강되며 상기 배출로를 개폐하는 파일럿; 및
   상기 아마추어의 내부를 통과하여 상측와 하측으로 돌출되게 구비되며 상기 코어와 파일럿을 탄성 지지하는 충격흡수부;
   를 포함하는 연료차단밸브.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 아마추어는,
   상측면에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되는 제1 수용부;
   하측면의 가운데에서 원통 형상으로 함몰되어 형성되는 제2 수용부; 및
   상기 제1 수용부와 제2 수용부를 연통시키는 연결통로;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 충격흡수부는 상기 아마추어의 상기 제1 수용부, 제2 수용부, 및 연결통로에 사출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 충격흡수부는,
   상기 제1 수용부에 형성되되 상기 아마추어의 상측으로 돌출되게 형성되어 상기 아마추어 삽입홈의 저면을 탄성 지지하는 코어 지지부재;
   상기 제2 수용부에 형성되어 상기 파일럿의 상측면에 형성된 상부돌기를 탄성 지지하는 파일럿 지지부재; 및
   상기 연결통로에 형성되며 상기 코어 지지부재와 파일럿 지지부재에 일체로 형성되는 연결부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 코어 지지부재는 상측면에서 돌출되어 형성된 돌기를 구비하여 상측이 다단 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 코어 지지부재는 상기 코어와 충돌시, 상기 코어에 1차적으로 상기 돌기가 지지되어 충격을 흡수하며, 2차적으로 상측면이 지지되어 충격을 흡수하는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 코어와 아마추어 사이에 배치되어 상기 아마추어를 상기 배출로 측으로 지지하는 리턴스프링;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 아마추어는 상측면의 가운데에서 함몰되어 형성되며 상기 리턴스프링의 일부분이 삽입되는 스프링 삽입홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 코어는 상기 홀더에 형성된 챔버에 삽입되도록 하측단에 중공 형상으로 형성된 코어 연장부를 구비하고,
   링 형상으로 형성되며, 상기 코어 연장부의 외주면에 형성된 실링부재 삽입홈에 삽입되어 상기 챔버의 내주면을 지지하는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료차단밸브.
   

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