KR100308079B1 - 유체실린더의압력체크밸브장치및그사용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체로 용기를 재충전하는동안 사용하기 위한, 유체 용기압력 체크 밸브 장치에 관한 것이다. 사용중에, 본 발명의 장치는 용기의 밸브 조립체에 부착되어, 밸브 조립체가 개방될 때 보다 효과적인 재충전이 가능하도록 용기내의 잔류 압력을 결정할 수 있게 한다. 본 발명은 가스 혼합물이 포함된 함유물이 높은 조성 균일성을 얻을 수 있도록 실린더내에 가스 혼합물이 재충전될 수 있게 한다.

Description

유체 실린더의 압력 체크 밸브 장치 및 그 사용 방법

본 발명은 유체 실린더(fluid cylinder)의 압력 체크 밸브 장치에 관한 것으로 특히, 유체로 실린더를 재충진(recharging)하는 동안 사용되는 유체 실린더압력체크 밸브 장치에 관한 것이다.

사용 중에, 본 발명의 유체 실린더의 압력 체크 밸브 장치는 재충진 시에 반환되는 사용된 유체 실린더의 밸브 조립체에 부착되어 밸브 조립체가 개방될 때, 실린더 내에 함유된 약간의 잔류 압력이라도 측정할 수 있게 한다. 잔류 압력이 임의의 미리 설정된 압력보다 동일하거나 더 크면 실린더는 생성물 유체의 흐름이 차단된("topped off")상태가 된다. 잔류 압력이 미리 설정된 압력보다 적거나 대기압에 노출되어지면, 실린더는 배출("blown down") 상태가 되고, 진공화된 후에 생성물 유체로 재충진(또는 진공된 후에 재충진)된다. 본 발명은 가스 혼합물을 함유하고 있는 실린더가 보다 균일한 조성을 갖도록 재충진될 수 있게 한다.

고압의 실린더는 다양한 다량의 산업 가스를 전달하고 분배하는데 널리 사용된다. 이러한 실린더는 사용자의 가스 요구량에 따라 개별적으로 사용되거나 많은 다기관으로 나뉘어 사용된다. 때때로 가스 공급이 중단되며 특히, 가스 공급이 고갈될 때, 이 때 재충진을 위해 가스 실린더가 사용된다.

고압의 가스 실린더가 재충진용으로 반환될 때, 실린더는 비어있는 채로 반환되거나 잔류 압력 이하의 가스를 함유한 채 반환된다. 잔류 압력은 통상적으로 사용 압력보다 더 크며 가스에 따라 다른 약 2200 psig의 거의 완전한 실린더압에이른다.

현재, 이러한 실린더가 재충진용으로 반환될 때, 실린더는 다기관을 통해 충진 랙에 연결되며, 이러한 모든 실린더상의 밸브는 개방되며 실린더 내부의 가스가 대기압으로 노출된다 (또는 '배출된다'). 이렇게 노출된 실린더는 감압 하에서 진 공화된다. 일단 진공화되면, 실린더는 재충진될 수 있다. 그러나 이러한 작업은 비록 널리 사용되지만 높은 잔류 압력을 갖는 실린더가 배출될 때, 생산 가스가 소모되기 때문에 비효과적이다. 부가적으로, 반환된 실린더를 재충진하기 위한 처리시간은 반환된 모든 가스가 배출되고 진공화됨으로써 길어지게 된다. 이러한 일반적인 실시 방법을 사용하여 생성물 가스의 오염을 최소화하는데에는 실린더의 진공화가 필요하다.

재충전 작동 중에 잔류 압력을 갖는 실린더를 확인하기 위한 시도가 수행되었다. 확인시, 이러한 실린더는 재충진용으로 별도로 표시된다. 이와 같은 방식으로, 생성물 가스의 손실이 최소화되는데, 이는 낮은 잔류 압력을 갖는 실린더에서만 배출되기 때문이다. 그러나, 이러한 확인 작업은 노동 집약적이며 진공시에, 실린더가 잔류 압력을 함유하고 있는지에 대한 작동자 또는 취급자의 판단을 요한다.

가스 혼합물을 함유한 실린더는, 잔류 압력 레벨 변화가 끝나면 변하는 조성균일도로 재충진된다.

고압의 실린더는 때때로 압력 체크 시스템을 갖는 밸브 조립체를 갖는다. 이러한 압력 체크 시스템은 재충진을 위해 반환되는 실린더 내에 특정 압력에서 잔류 압력이 항상 존재하도록 설계되어 있다. 밸브 조립체를 포함한 압력 체크 시스템은 기계적으로 복잡하고 가스 실린더 패키지에 많은 비용이 든다. 더욱이, 이러한 밸브 조립체는 재충진 작동시에 리드를 재충진하기 위해 실린더에 사용되는 어댑터를필요로 한다.

압력 체크 시스템을 갖는 임의의 공지된 실린더 밸브 조립체는 체크 밸브 스풀을 갖는 압력 보류 후면 체크 밸브(pressure retension back check valve)를 포함한다. 체크 밸브 스풀은 미리 설정된 압력으로 설정된 장력 부하 스프링을 사용하여 실린더 내에 잔류 압력이 유지되도록 설계되어 있다. 잔류 압력이 현재 압력보다 더 높을 때, 체크 밸브 스풀의 대항면상에는 힘의 불균형이 존재한다. 힘의 불균형에 의해 체크 밸브 스풀이 개방된 위치 내에 유지되게 한다. 개방된 위치내에서, 스풀을 둘러싼 유체 운반은 유체원이 현재의 압력보다 더 높은 압력에서 밸브 조립체를 통해 이입된다.

체크 밸브 스풀이 밀폐된 위치 내에 있을 때, 실린더 내에는 잔류 압력이 유지된다. 체크 밸브 스풀의 반대면들을 연결하는 배출 채널(bleed channel)은 실린더내부로 가스가 더 높은 압력원으로부터 실린더로 유입되는 것을 방지한다. 체크밸브 스풀의 비균일면상에 외부 압력을 적용함으로써, 배출 채널은 체크 밸브 스풀이 개방 위치를 취하는 것을 방지하며 그 결과 불균형한 밀폐력을 발생한다. 그러나, 실린더를 충진하기 위해서, 체크 밸브 스풀을 개방된 위치 내에 고정하기 위해 어댑터가 필요하다. 이러한 어댑터는 실린더 내부로의 역류를 방지한다. 상술한 형태의 밸브 조립체는 실린더 내부로의 역류를 방지하게 설계되어 있으므로, 체크밸브 스풀을 개방된 위치 내로 유지하여 재충진 작동 중에 유용성을 갖기 위한 기계적인 어댑터가 필요하다. 다른 방법으로는, 밸브 조립체는 이러한 방식으로 작동되지 않는다.

또 밸브 조립체 내의 누설과 같은 체크 밸브 스풀의 고장으로 인해, 실린더가 잔류 압력이 없이 재충진용으로 반환되는 경우, 작동자가 실린더에 대해 랙 또는 다기관에의 연결 이전에 충분한 환기 테스트를 실시하지 않는다면, 실린더의 함 유물은 대기압에 있는 것으로 인식되지 않을 것이다. 따라서 종래의 재충전 작동에 있어서 반환되는 모든 실린더는, 생성물 유체 오염을 초래할 수 있는 빈 실린더의 차단을 방지하기 위해, 잔류 압력이 있는지 시험된다.

체크 밸브 스풀을 많은 종래의 밸브 조립체 내부에 결합시키려면, 종래에 사용되는 것보다 더 크고 복잡한 밸브 몸체가 필요하다. 전술한 바와 같이, 일반적으로 더 크고 더 복잡한 밸브는 실린더의 처리 중에 실린더조작 시간을 증가시키는 작동 단계가 된다.

과잉 흐름 체크 밸브로 사용되는 또 다른 공지 장치는 현재의 압력보다 더 큰 실린더 내의 잔류 압력을 체크하는데 사용될 수 있다. 잔류 압력이 미리 설정된 압력보다 더 큰 경우에는, 실린더는 외부에서 공급되는 유체를 탑오프(top off)시킴으로써 재충진된다. 그러나 도 4B의 단면도로 도시된 것과 같이, 이러한 장치는 동일한 충진 다기관 및 충진원에 연결된 모든 실린더의 잔류 압력을 동일하게 하는데 사용될 수 없다.

미국 특허 제 5,305,794호는, 가스가 실린더에서부터 또는 실린더까지 흐르는지 여부에 따라 달라지는 가스 흐름의 속도를 제어하기 위한 장치를 기술하고 있다. 이는 가스가 흐르는 밸브 내의 오리피스의 크기에 의해 이루어진다. 가스흐름은 실린더로부터 제거될 때 제한 또는 억제되며, 풍진 작업 동안 체크 밸브는 개방되어 가스가 실린더 내로 더욱 빨리 유동하게 한다. 유사하게, 미국 특허 제 5,373,873호는 실린더 재충진 작업의 진공화 및 충진 단계를 위해 다른 크기의 포트를 포함하는 장치를 개시하고 있다. 대형의 포트는 진공화 단계에 사용되고 소형의 포트는 재충진 단계에 사용된다. 포트 크기의 차이점은 가스가 실린더로부터 흐르거나 또는 실린더로 흐르는지에 따라 충진 속도가 다르게 변화한다는 것이다.그러나 이러한 상기 두 가지 특허의 장치는, 실린더 밸브를 통해 흐름을 밀폐시키거나, 재충진 단계 이전에 실린더 진공화 단계가 생략되도록 미리 설정된 압력 이상인지를 결정하기 위한 잔류 압력 체크 장치를 포함하거나 또는 고려하지 않았다. 이러한 장치는 잔류 압력과 관계없는 유체의 오버라이드 특성(override feature)을 포함하거나 고려하지 못했다.

이와 같은 종래기술의 상황에 따라, 유체 실린더가 미리 설정된 압력 또는 그 이상의 잔류 압력을 가질 때는 밀폐되고, 실린더가 미리 설정된 압력 이하의 잔류 압력을 가질 때는 통로가 유지될 수 있는 유체 실린더를 재충전하기 위한 압력체크 밸브 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또 이러한 장치에 대해 장치 내에 설치된 밀봉을 수동으로 그리고 편리하게 오버라이딩하기 위한 기구를 포함하는 것이 바람직하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 유체 실린더를 재충진하기 위한 압력 체크 밸브장치를 제공하는 것으로서, 실린더 내의 인장력에 의해 이동 가능한 요소가, 유체가 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 압력에서 실린더로부터 공급될 때는 밀봉되고, 유체가 미리 설정된 압력보다 낮은 압력으로 실린더로부터 공급될 때에는 통로를 유지하며, 또는 유체가 실린더 내의 잔류 압력보다 더 크거나 동일한 압력에서 공급될 때 유체가 실린더 내의 잔류 압력과 동일하거나 더 큰 압력원으로부터 상기 요소를 통해 공급되지 않는다면 밀봉된다. 본 발명의 다른 목적은 실린더 내의 유체가 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 잔류 압력일 때 밀봉되고, 잔류압력이 미리 설정된 압력보다 적을 때 잔류 압력이 주위 환경으로 통하게 하는 구조이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유체 실린더를 재충진하기 위한 시스템을 제공하는 것으로서, 재충진될 다수의 실린더와, 이러한 다수의 실린더를 재충진하기 위한 생성물 유체 공급원과, 재충진되어질 다수의 실린더에 각각 연결하기 위한 다수의 압력 체크 밸브 장치 및, 입구 위치에서 생성물 유체 공급원과 연결되며, 재충진될다수의 실린더와 각각 연결되는 다수의 압력 체크 밸브 장치 각각과 출구 위치에서 유체 연통되는 다기관을 포함한다.

도 1A는 본 발명에 따른 압력 체크 밸브 조립체를 개방 바이패스 위치에서 도시한 부분 단면도.

도 1B는 도 1A의 압력 체크 밸브 조립체를 폐쇄 체크 위치에서 도시한 부분 단면도.

도 1C는 도 1A 와 도 1B의 압력 체크 밸브 조립체의 유체 통행 제어 수단의 평면도.

도 2는 (도시되지 않은)실린더와 실린더 재충진 리드 사이에 연결된 본 발명에 따른 압력 체크 밸브 조립체를 도시하는 도면.

도 3A는 개방 바이패스 위치에서 본 발명의 압력 체크 밸브 조립체의 유체 통행 제어 수단의 구성요소인 스템과 피스톤의 분해도.

도 3B는 개방 바이패스 위치에서 도 3A의 압력 체크 밸브 조립체의 유체 통행 제어 수단의 구성요소인 스템과 피스톤의 분해도.

도 3C는 폐쇄 체크 위치에서 도 3A의 압력 체크 밸브 조립체의 유체 통행 제어 수단의 구성요소인 스템과 피스톤의 분해도.

도 3D는 도 3A의 압력 체크 밸브 조립체에서 스템이 180°회전한 유체 통행 제어 수단의 구성요소인 스템과 피스톤의 평면도.

도 3E는 도 3A의 압력 체크 밸브 조립체에서 스템이 90°회전한 유체 통행 제어 수단의 구성요소인 스템과 피스톤의 평면도.

도 4A는 부분 단면으로 도시된 일체식 체크 장치를 갖춘 종래기술인 실린더 밸브의 측면도.

도 4B는 단면으로 도시된 종래기술인 초과 흐름 체크 밸브의 측면도.

도 5는 부분 단면으로 도시된 실린더 밸브와 실린더 재충진 리드 사이에 연결된 종래기술인 초과 흐름 체크 밸브의 측면도.

도 6은 개방 바이패스 위치에서 본 발명에 따른 압력 체크 밸브 조립체의 부분 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 압력 체크 밸브 장치 2 : 밸브 몸체

3 : 연결부 4 : 실린더 재충진부

5 : 밸브부 6 : 유체 통행 제어 수단

7 : 인장력에 의해 이동 가능한 소자

8 : 채널 9 : 피스톤

14 : 스템 22 : 재충진 리드

51 : 실린더 밸브 조립체 52 : 초과 흐름 체크 밸브

본 발명은 전술한 목적 및 요구를 충족시키는 것으로서, 본 발명의 또 다른목적은 실린더와 유체 연통하도록 되어 있는 밸브 몸체를 포함하는 실린더를 재충진하기 위한 압력 체크 밸브 장치를 제공하는 것으로서, 본 명세서의 판독으로 당 업자들에게 명백해질 것이다. 이러한 밸브 몸체는 실린더와 연통하는 유체를 제공하기 위한 연결부, 실린더 재충진부, 연결부와 실린더 재충진부 사이에 위치된 별브부 및, 유체 통로 제어 수단을 포함한다.

이러한 밸브부는 밸브 몸체를 통해 연장되는 채널 및 인장력에 의해 이동 가능한 요소를 포함하고 있으며, 이러한 이동 가능한 요소는 (a) 개방된 유체 통로가 채널을 통해 유지되는 경우에, 실린더 내의 잔류 압력보다 더 큰 압력 하에서 유체가 실린더 재충진부 내에 있는 채널을 통해 공급되지 않는다면, 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 압력 하에서 유체가 실린더로부터 연결부의 채널을 통해 공급될 때 채널을 밀봉하도록 되어 있으며, (b) 미리 설정된 압력보다 낮은 압력 하에서 유체가 실린더로부터 연결부 내에 있는 채널을 통해 공급될 때 채널을 통해 개방된 유체 통로를 유지한다.

유체 통로 제어 수단은 유체가 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 글 잔류압력에서 실린더로부터 공급될 때, 연결 부분과 실린더 재충진부 사이에 유체 연통을 허용하는 제 1 위치와, 잔류 압력이 미리 설정된 압력보다 적은 실린더로부터 유체의 주위 환경으로의 통로가 가능하도록 하는 제 2 위치를 포함한다.

인장력에 의해 이동 가능한 요소는 피스톤을 포함할 수 있으며, 피스톤의 일부분은 채널을 밀봉시킬 수 있다. 유체 통로 제어 수단은, 실린더 내 잔류 압력보다 더 큰 압력에서 실린더 재충진부 내의 채널을 통해 유체가 공급될 때, 인장력에 의해 이동 가능한 요소의 운동을 허용하거나 방지하기 위한 수단을 포함하여, 그 결과 채널을 통한 유체 흐름을 허용한다.

본 발명은 유체로 실린더를 재충진하기 위한 시스템을 제공하는 것으로서, 이 시스템은, 재충진될 다수의 실린더, 이러한 다수의 실린더를 재충전하기 위한 생성물 유체 공급원, 재충진될 다수의 실린더에 각각 연결하기 위한 다수의 압력체크 밸브 장치, 및 입구 위치에서 생성물 유체 공급원과 유체 연통되어 연결되며, 재충진될 다수의 실린더와 각각 연결된 다수의 압력 체크 밸브 장치의 각각과 출구위치에서 유체 연통되어 연결되는 다기관을 포함한다.

부가적으로, 본 발명은 실린더 재충전 작동에 압력 체크 밸브 장치를 사용하는 방법을 제공하고 있다. 이러한 방법은 적어도 하나의 실린더에 적어도 하나의 압력 체크 밸브 장치를 연결하는 단계와, 이러한 실린더들 내에 있는 잔류 압력을 측정하는 단계와, 상기 실린더들을 재충진하기 이전에 먼저 하나의 실린더를 배출 및/또는 진공화시킬 것인지 또는 적어도 하나를 직접 재충진하는지를 결정하는 데에 전술한 측정 결과를 사용하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 목적과 또 다른 특성 및 이점이 바람직한 실시예와 첨부도면으로부터 설명될 것이다.

본 발명은 도면을 참조로 하여 상세히 설명되어질 유체 실린더체크 밸브 조 립체를 제공하는 것이다. 도면에서, 공통의 소자는 동일한 부호로 표시되어 있다.본 발명이 다양한 유체에 적용되다 하더라도, 본 발명은 바람직하게 질소 헬륨 산소 아르곤등의 산업상 가스와, 공기와 용접 혼합물과 같은 가스 혼합물에 적용된다.

도 1A 내지 도 1C에서 도면 부호 2 와 6은 본 발명에 따른 압력 체크 밸브장치를 예시하고 있다. 압력 체크 밸브 장치(1)는 부착되어 있는 (도시되지 않은) 실린더와 유체 연통되며 그에 부착되어 있는 밸브 몸체(2)를 포함하고 있다. 밸브 몸체(2)는 실린더와 연통하는 유체를 제공하기 위한 연결부(3)와, 실린더 재충진부(4)와, 연결부(3)와 실린더 재충진부(4) 사이에 위치된 밸브부(5) 및, 유체 통행제어 수단(6)을 포함한다.

밸브 몸체(2)는 관통하여 구멍이 불린 원형 채널(8)을 갖는다. 밸브부(5)의 채널(8)내에는 채널(8)을 밀봉할 수 있는, 인장력에 의해 이동 가능한 요소 (tension-biased displaceable element:7)가 있다. 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)는 유체가 미리 설정한 압력보다 더 큰 압력에서 연결부(3)에 부착된 실린더로부터 채널(8)을 통해 공급될 때, 채널(8)을 밀봉하도록 되어 있다. 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)는, 미리 설정한 압력보다 더 낮은 압력의 유체가, 연결부 (3)에 부착된 실린더로부터 채널(8)을 통해 공급될 때, 채널(8)을 통해 유체 통로를 유지할 수 있다. 부가적으로, 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)는, 유체가 실린더 내의 잔류 압력보다 더 큰 압력에서 실린더 재충진부(4)로부터 채널(8)을 통해 공급되지 않으면, 미리 설정한 압력과 같거나 더 낮은 압력에서 유체가 연결부(3)에 부착된 실린더로부터 채널(8)을 통해 공급될 때 채널(8)을 밀봉할 수 있으며, 이 경우 채널은 개방된 위치로 유지된다.

인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)는 피스톤(9)과, 피스톤(9)보다 더 작은 직경 또는 측면 규격을 갖거나 경사진 단부 부분(10)을 포함하며, 이는 채널을 밀봉할 수 있다("피스톤의 밀봉 단부"). 피스톤(9)의 다른 단부에는 피스톤(9)의 직경보다 조금 더 큰 직경 또는 측면 규격을 갖는 베이스(11)가 놓인다. 피스톤(9)과 베이스(11)의 직경은 채널(8) 내에서 변위가 가능하도록 하기 위해, 채널(8)의 직경보다 적다.

미리 설정한 압력과 동일하거나 더 큰 실린더 내 잔류압에 의해 치우칠 때, 더욱이 피스톤(10)의 밀봉 단부인 경사지거나 직경이 작은 경우, 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)는, 실린더로부터 생성 가스가 새어나가지 못하도록 밸브 몸체 (2)의 밸브부(5)내의 채널(8)을 밀봉한다.

밀봉 와셔(12)는 피스톤(10)의 밀봉 단부에 제공된다. 밀봉 와셔(12)는 채널 (8) 내에 형성되어, 기밀한 밀봉이 채널을 관통해 가스가 흐르는 것을 방지한다. 밀봉 와셔(12) 외에, 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)와 연결되어 사용되는 또다른 밀봉 장치에는 O-링의 시일과, 원뿔 형상의 팁 등이 포함된다.

피스톤(9)은 밸브 몸체(2)를 통해 통과하는 채널(8)내에 내장된다. 피스톤 (9)의 직경 둘레에는 스프링(13)과 같은 장력을 제공하기 위한 수단이 제공된다. 스프링(13)의 한 단부는, 피스톤(9)의 베이스(11)의 단부에 대해 접하며 (채널(8)의 직경보다는 작지만) 피스톤(9)보다 큰 직경을 갖는다. 스프링(13)의 다른 단부는, 피스톤의 밀봉 단부(10)가 놓이는 채널(8)의 경사지거나 직경이 감소된 부분 바로 앞에서 채널(8) 말단의 랜딩(landing)에 접한다.

미리 설정한 압력은 스프링(13)에 의해 가해지는 인장 부하력(tension-loaded force)에 의해 결정된다. 스프링(13) 등의 인장 부하력 장치를 구체적으로 선택함으로써, 미리 설정된 적절한 압력을 선택한다. 이와 같이 미리 설정된 압력은 바람직하게 약 5 내지 4500 psig의 범위 내에 있다.

도 1A-1B 와 도 3A -3E 및 도 6은 유체 통행 제어 수단(6)을 예시하고 있다. 도시된 바와 같이, 이는 피스톤(9)의 베이스(11)내에 제공된 밸브 몸체(2)와슬롯(17) 내의 개구(15)를 통해 연장하는 스템(14)을 갖는 스템 몸체(14b)를 포함한다. 스템 몸체(14b)는 밸브 몸체(2)의 일체식 부품이거나, 또는 나사식 연결과 같은 다양한 연결 수단을 통해 밸브 몸체(2)내에 개구(15)에 연결되어 있다. 주 개스킷 시일(12a)은 밸브 몸체(2) 연결점에서 스템 몸체(14b) 근처에 위치하고 있다. 게다가, 덧테쇠(grommets; 12b)는 스템(14)을 따라 유체 누수를 밀봉하기 위해 스템(14) 둘레에 위치된다. 스템(14)은 피스톤(9)의 베이스(11)내에 제공된 슬롯(17)과 꼭 맞도록 치수가 정해진다. 이러한 결합에 의해, 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)가 밸브 몸체(2) 내에서 이동되는 것을 방지할 수 있다.

유체 통행 제어 수단(6)의 스템(14)은 채널(8)의 밀봉(8)을 방지하기 위해 피스톤(9)의 베이스(11)내에 제공된 슬롯(17)과 결합한다. 대안으로서, 스템(14)은 유체가 미리 설정된 압력보다 더 큰 압력에서 실린더 재충진 부분(4) 내의 채널(8)을 통해 공급되지 않는다면, 채널(8)을 밀봉하기 위해 피스톤(9)의 베이스(11)내에 제공된 슬롯(17)과 결합한다.

보다 구체적으로 스템(14)의 단추는 절단되어 예를 들어 스템(14) 직경의 약 1/2 부분이 남겨질 수 있다. 스템 단부(14a)의 절단면은 스템(14)이 밸브 몸체(2)와 슬롯(17)내부의 개구(15)를 통해 삽입될 때, 피스톤(9)의 베이스(11)내에 제공된 슬롯(17)과 결합하도록 한다.

유체 통행 제어 수단(6)은 제 1 위치(18)와 제 2 위치(20)로 활성화될 수 있는 핸들 또는 레버(19)를 포함한다. 제 1 위치(18) 또는 "폐쇄 체크(closed check)" 위치는, 미리 설정된 압력보다 더 큰 잔류 압력에서 유체가 실린더로부터공급될 때, 연결부(3)와 실린더 재충진부(4) 사이에 유체 연통이 이루어지게 한다. 제 2 위치(20) 또는 "개방 바이패스(open bypass)" 위치는 실린더로부터 주변 대기로의 유체 배출을 허용한다. 유체 통행 제어 수단(6)의 핸들(19)은 스템의 단부(14a)가 피스톤(9)의 베이스(11) 내에 제공된 슬롯(17)에 결합되게 하여, 핸들(19)이 놓이는 위치, 즉 제 1 위치 또는 제 2 위치에 따라 달라지는 폐쇄 체크 위치 또는 개방 바이패스 위치에 유체 통행 제어수단(6)이 놓이도록 한다.

밸브 몸체(2)는 청동, 모넬, 스테인레스강 등을 포함한 다양한 재료로부터 구성되며, 공지된 상보 나사 또는 대안의 연결 수단과 같은 종래의 연결 메커니즘을 통해 연결부(3)에서 (도 2에 도시된 부분인)실린더 밸브(21)에 결합된다. 실린더 재충진부(4)는 도 2에 도시된 바와 같은 연결 메커니즘에 의해, 실린더 재충진리드(22)에 연결된다.

압력 체크 밸브 장치(5)는, 다기관 또는 실린더 재충진 리드가 실린더에 연결되어 있고 밸브가 개방되어 있을 때, 미리 설정한 압력과 동일하거나 더 큰 압력인 임의의 잔류 압력이 실린더 내에 존재하는지 측정한다. 도 5는 실린더 밸브 조립체(51)와 나사 연결을 통해 삽입되는 실린더(50)를 도시한다. 도 5에서, 종래기술인 초과 흐름 체크 밸브 조립체(51)는 적절한 연결 수단(53)을 통해 실린더 밸브 조립체(51)에 연결된다. 실린더 재충진 리드(22)는 실린더(50)와 떨어진 위치에서 초과 흐름 체크 밸브(52)에 연결되어, (도시되지 않은) 생성 유체원의 유체 연통을 제공한다.

도 1A 내지 도 1C와 도 3A 내지 도 3E를 참조하여, 실린더내의 압력이 미리설정된 압력과 동일하거나 더 커질 때, 잔류 압력에 의해 실린더로부터 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)상에 미치는 힘은 인장력 부하 스프링(13)에 의해 미치는 힘을 압도한다. 이러한 상황에서, 인장력에 의해 이동 가능한 요소는 밸브 부분(5) 내에 채널(8)을 밀봉한다. 다기관 내에 미치는 압력이 실린더의 함유물에 의해 미치는 압력을 초과할 때, 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7) 상에 미치는 최종적인 압력은 채널(8)을 통해, 개방된 유체 통로를 유지한다.

대안으로서, 감소된 압력 하에, 빈 실린더와 다기관을 진공화한 후에, 유체동행 제어 수단(6)의 핸들(19)은, 실린더를 재충진하기 전에, 개방된 측면 위치로 전환될 수 있다. 이렇게 함으로써, 다기관에 연결된 모든 실린더 내 압력은 부분적으로 배기되거나 균등하게 된다. 압력이 균등화되면, 실린더의 온도는 재충진되는 동안 균일하게 유지된다. 이에 따라 재충전 실린더의 유체 용량을 압력, 부피 및 온도로 조절할 수 있다. 실린더의 압력 균등화는 압력 부피 및 온도 측정의 정착한 조절에 의해, 재충진 작동시에 실린더가 지속적으로 충전될 수 있게 한다. 부가적으로, 본 발명의 압력 체크 밸브 장치의 사용은, 혼합된 가스 실린더의 재충진과 관련되어 특히 바람직하다. 압력의 균등화는 높은 잔류 압력을 갖는 실린더가, 높은 혼합 가스 생성 조성 균일도로 탑오프되게 한다.

실린더 내의 잔류 압력이 미리 설정된 압력로다 낮으면, 압력 체크 밸브 장치는 실린더가 다기관 내부로 블로우다운(blow down)되게 하며, 이후 감압 내지는 762mmHg(30 inch mercury)의 완전 진공에 이르는 압력에 이르기까지, 바람직하게는 예를 들어 대략 635 mmHg(25 insh mercury) 내지 736.6 mmHg(29 inch mercury)의압력에 이르기까지 진공화된다. 이후 실린더는 재충진된다. 압력 체크 밸브 장치의 미리 설정된 압력보다 더 큰 다기관에서의 임의의 압력은, 압력 체크 밸브 장치를 통해 실린더 내로 유체를 유동시켜, 실린더를 재충진하거나 그 함유물을 탑오프시킨다. 압력 체크 밸브 장치의 유체 통행 제어 수단(6)에 의해, 실린더 내의 잔류 압력과 관계없이, 오버라이드 기구는 재충진을 위해 다기관으로부터 가스의 유동이 압력 체크 밸브 장치를 통해 실린더 내로 흐르게 한다. 따라서 본 발명에 따른 압력 밸브 체크 장치를 설치하면, 재충진될 실린더가 다기관에 연결될 때, 작동자의 개입 없이 연속 작동이 이루어질 수 있다.

실린더가 점검되어, 임의의 미리 설정된 압력보다 더 큰 압력을 갖는 실린더가 탑오프용으로 선택된다.

점검에 의해, 임의의 미리 설정된 압력보다 더 낮은 잔류압을 갖는 것으로 측정된 실린더는 다기관 내부로 그리고 이후 대기와 같은 주위 환경으로 배기된다.

다기관 및 배기된(vented) 실린더만이 진공화된다(evacuated).

이후 모든 실린더는 (점검되고 배출되어 진공화되떤) 재충진되거나 (점검되고 표시되면) 탑오프된다.

도 4A에 도시된 종래의 체크 밸브와는 달리, 본 발명의 압력 체크 밸브 장치는 실린더를 재충진하기 위해 체크 밸브에 어댑터를 가할 필요성과 그에 따른 비용없이 실린더 재충진 시스템 내에서 실행된다.

본 발명에 따른 압력 체크 밸브 장치는 도 4B에 나타난 종래의 초과 흐름 체크 밸브와는 달리, 유체 통행 제어 수단(6)에 의해 실린더와 실린더에 연결된 다기관 사이에서 개방되거나 체크되지 않은 흐름 통로가 형성되는 록아웃 또는 오버라이드 특성도 가진다. 따라서 단지 압력 체크 밸브 장치의 유체 통행 제어 수단(6)을 ("개방 바이패스" 위치인)제 2 위치로 설정함으로써, 밸브 부분(5)내에 인장력에 의해 이동 가능한 요소(7)를 오버라이딩함에 따라 관통 흐름(through flow) 또는 체크되지 않은 흐름이 발생된다. 이렇게 형성된 통로는 실린더가 순 생성물 가스로 재충진되거나 탑오프되게 한다. 두 개 이상의 혼합물을 갖춘 동일한 랙 또는 다기관 내의 실린더를 재충진할 때 개방 바이패스 위치 통로가 이용될 수 있다.

통상적인 압력 체크 밸브 장치의 재충진 작업시, 유체 통행 제어 수단(6)의 핸들(19)은 폐쇄 체크 위치에 놓일 수 있다. 이러한 위치에서, 재충진 다기관에 연결된 실린더는 압력 체크 밸브 장치의 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 생성물 잔류 압력을 가지는 것으로 확인되었다. 따라서, 실린더내의 잔류 압력은 생성물 유체가 다기관을 빠져나가지 못하도록 장치를 밀봉한다. 이는 유용한 생성물의 손실을 최소화시키고 충진 플랜트의 작동 효율을 개선시키는데, 이는 실린더를 재충진하기 위해 요구되는 유체 생성물의 양을 감소시킴으로써 이루어진다.

다기관 상의 모든 실린더를 진공화하기 위해 소요되는 시간이 없어진다. 따라서, 완전한 재충전에 보다 적은 실린더가 필요함에 따라, 재충진 작업은 보다 적은 시간에 완료된다. 이는 다기관 상에 모든 실린더를 처리하기 위해 필요한 총 시간을 감소시키며, 따라서 실린더의 충진 출력을 증가시키고 이는 개선된 충진 플랜트 효율 개선시킨다.

도 2에서, 본 발명에 따른 압력 체크 밸브 장치는 실린더 재충진 부분(4)에서 실린더 재충진 리드(22)에 장치되어 나타나 있다. 이러한 설치는 (도 2에 그 분포 및 충진 단부인) 실린더밸브 조립체(51)와 압력 체크 밸브 장치 사이의 사-단추 체적(dead-ended volume)을 최소화한다. 이러한 사-단부 체적은 다기관과 실린더의 진공시에 진공화되지 않으며, 따라서 실린더 내의 생성물 유체 순도를 보존하기 위해 최소로 되어야 한다.

재충진 리드와 산소 실린더의 실린더밸브 사이에 연결된 본 발명에 따른 압력 체크 밸브 장치를 갖춘 52개의 산소 실린더의 충진시에 수집된 데이터는 다음과 같이 요약된다. 재충진을 위해 반환된 실린더내의 잔류 압력은 광범위하게 변화한다. 예를 들어, 재충진을 위해 반환된 52개의 실린더 중 24개의 실린더의 잔류 압력은 50 내지 2000 psig 의 범위이며, 이는 평균 155 psig이다. 2200 psig로 충진되었을 때, 이들 실린더는 7%의 가스 생성물 절감에 해당된다. 실린더의 약 50 % 이상이 잔류압을 가지며 진공화될 필요가 없기 때문에, 다기관의 진공화 시간은 50%로 감소된다.

본 발명에 따른 압력 체크 밸브 장치를 사용함으로써, 가스 생성물 유체의 순도는 실린더잔류 압력과 관계없이 유지된다, 이러한 실린더의 산소 순도는 99.6% 보다 더 높은 것으로 측정되며, 실린더에 공급되는 산소의 순도에 필적할만하다.

본 발명의 압력 체크 밸브 장치는 먼저 실린더밸브(51) 또는 실린더 재충진 리드(22) 상에 장착될 수 있으며, 실린더 재충전 작동시에 최종적으로는 (종래의 연결부(22) 등에 의해) 서로 연결된다.

압력 체크 밸브 장치는 플랜트 랙 또는 다기관상에 위치된 재충진되는 실린더와 연결되어 바람직하게 사용되며, (필요하다면) 블로우다운, (필요하다면) 진공화 및/또는 재충진된다. 물론 본 발명의 압력 체크 밸브 장치는 미리 충진되지 않은 실린더의 충진 작동시에도 사용될 수 있다.

본 발명의 한 특징은 다른 특징과 결합될 수 있기 때문에, 편의상 하나 이상의 도면에 도시되어 있다. 당업자라면 다른 실시예를 인지할 수 있을 것이며, 이런 다른 실시예는 청구범위의 영역 내에 포함될 것이다.

유체로 실린더를 재충진하는 동안 사용하기 위한, 본 발명에 따른 유체 실린더압력 체크 밸브 장치에 의해, 사용 중에 실린더의 밸브 조립체에 부착되어 밸브 조립체가 개방될 때, 보다 효과적인 재충진이 가능하도록 실린더내의 잔류 압력을 결정할 수 있게 하며, 가스 혼합물이 포함된 함유물이 높은 조성 균일성을 얻을 수 있도록 실린더 내에 가스 혼합물이 재풍진될 수 있게 한다.

Claims (7)

1. 유체로 실린더를 재충진하는데 사용되며, 상기 실린더와 유체 연통하는 밸브 몸체를 포함하는 압력 체크 밸브 장치로서, 상기 밸브 몸체가,

   (a) 상기 밸브 몸체를 관통해 연장하는 채널과,

   (b) 상기 실린더의 유체 연통을 제공하기 위한 연결부와,

   (c) 실린더 재충진부와,

   (d) 상기 연결부와 상기 실린더 재충진부 사이에 배열되어 있는 밸브부와, 그리고

   (e) 유체 통로 제어 수단(fluid passage control means)을 포함하고 있으며, 상기 밸브부는 상기 채널을 밀봉할 수 있도록 인장력에 의해 이동 가능한 요소 (tension-biased displaceable element)를 구비하고 있으며,

   (i) 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 압력 하에서 유체가 상기 실린더로부터 상기 연결부 내에 있는 상기 채널을 통해 공급될 때에는 상기 채널을 밀봉하고,

   (ii) 상기 미리 설정된 압력보다 낮은 압력 하에서 유체가 실린더로부터 상기 연결부 내에 있는 상기 채널을 통해 공급될 때에는 상기 채널을 통해 유체 통로를 유지하고, 또는

   (iii) 상기 실린더내의 잔류 압력보다 더 큰 압력 하에서 유체가 상기 실린더 재충진부 내의 상기 채널을 통해 공급되지 알을 경우에는, 상기 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 압력 하에서 유체가 실린더로부터 상기 연결부 내에 있는 상기 채널을 통해 공급될 때, 상기 채널을 밀봉하며,

   상기 유체 통로 제어 수단은,

   (i) 유체가 상기 미리 설정된 압력과 동일하거나 더 큰 잔류 압력 하에서 상기 실린더로부터 공급될 때, 상기 연결부와 상기 실린더 재충진부 사이에 유체 연통을 허용하는 제 1 위치와, 그리고

   (ii) 상기 실린더의 상기 잔류 압력이 미리 설정된 압력보다 작은 압력 하에서 유체가 상기 실린더로부터 유체의 주위 환경으로의 통로를 허용하는 제 2 위치를 포함하고 있는 압력 체크 밸브 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 통로 제어 수단이 삼기 밸브 몸체에 연결되고, 상기 유체 통로 제어 수단은 상기 밸브 몸체내의 개구 내부로 연장하는 스템을 포함하며, 상기 스템은 상기 피스톤의 베이스 내에 있는 슬롯과 결합할 수 있도록 크기가 형성되어 있어서 피스톤의 이동을 방지하는 압력 체크 밸브 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 유체 통로 제어 수단의 상기 스템은, 미리 설정된 압력보다 더 큰 압력 하에서 유체가 실린더로부터 상기 실린더의 재충진부 내에 있는 상기 채널을 통해 공급되지 않으면, 상기 채널의 밀봉을 유지하기 위해 상기 피스톤의 베이스내의 슬롯과 결합하는 압력 체크 밸브 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 위치에 상기 유체 통로 제어 수단을 위치시킴으로써 상기 채널을 상기 밸브 부분 내에 밀봉하는 압력 체크 밸브 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 위치에 상기 유체 통로 제어 수단을 위치시킴으로써 상기 밸브 부분내의 상기 채널을 통해 개방된 통로를 유지하는 압력 체크 밸브 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 위치에 상기 유체 통로 제어 수단을 위치시킴으로써 상기 실린더로부터 주변 대기로의 유체 배기를 허용하는 압력 체크밸브 장치.
7. 실린더 재충진 작동에 압력 체크 밸브 장치를 사용하는 방법에 있어서,

   (a) 적어도 하나의 실린더에 적어도 하나의 압력 체크 밸브 장치를 연결하는 단계와,

   (b) 상기 적어도 하나의 실린더 내에 있는 잔류 압력을 측정하는 단계와,

   (c) 상기 적어도 하나의 실린더를 재충진하기 이전에 상기 적어도 하나의 실린더를 먼저 배출 또는 진공화시킬 것인지 또는 적어도 하나의 실린더를 직접 재충진할 것인지를 결정하는 데에 상기 (b) 측정 단계를 사용하는 단계를 포함하는 방범.