KR100977506B1

KR100977506B1 - 컨테이너 폐쇄용 밸브, 컨테이너, 컨테이너를 충전시키기위한 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR100977506B1
Application number: KR1020057000967A
Authority: KR
Inventors: 펀트마크; 벤-시몬미첼; 레베드그레고리; 코헨아비
Original assignee: 소다 클럽 (시오2) 에스에이
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2010-08-23
Also published as: NO20050581L; JP2005539178A; EP1523638B1; PL206250B1; IL166081A; HUE043382T2; RU2311586C2; NZ537667A; AU2003281541A1; HUE046103T2; ES2752753T3; EP1382899A1; PT2273179T; NO339762B1; EP2273179A3; IL166081A0; TW200403407A; DK2273179T3; CY1122341T1; AR040499A1

Abstract

컨테이너가 충전될 수 있도록 그 컨테이너를 폐쇄하기 위한 밸브는 입구 포트(30)와 출구 포트(40)가 구비되어 있는 하우징(20)을 구비한다. 입구 포트(30)에서 밸브를 밀봉식으로 폐쇄하기 위해 폐쇄 부재(60)가 마련된다. 입구 포트(30)와 출구 포트(40) 사이의 유체 연통을 제어하기 위해 적어도 하나의 밸브 부재(70)가 마련된다. 이 밸브 부재는 그 제1 위치에 있을 때에만 유체 연통을 허용한다. 밸브 부재(70)는 예정된 충전 조건이 달성될 경우에만 상기 제1의 위치에 도달 및 유지된다. 상기 충전 조건은 컨테이너(50)를 충전시키기 위한 시스템의 충전 압력이 초기에 제1 예정된 혹은 예정 가능한 임계치 이하일 때, 통상적으로 달성된다.

Description

컨테이너 폐쇄용 밸브, 컨테이너, 컨테이너를 충전시키기 위한 시스템 및 그 방법{A VALVE FOR CLOSING A CONTAINER, CONTAINER AND A SYSTEM AND METHOD FOR FILLING A CONTAINER}

본 발명은 컨테이너를 폐쇄시키기 위한 밸브와, 이러한 컨테이너를 유체로 충전시키기 위한 시스템 및 그 방법과, 컨테이너에 관한 것이다. 압축 가스 혹은 액체를 수용하는 실린더 혹은 그 밖의 용기 등의 컨테이너는 가정용과 산업용의 가스 혹은 유체를 저장 및 분배하기 위해 일반적으로 사용된다. 종종, 이러한 컨테이너용의 재충전 시스템을 제공할 필요가 있다. 특히, 이러한 컨테이너가 상당히 중요한 가치가 있을 경우, 재충전 및 반환 가능한 컨테이너를 필요로 한다. 컨테이너가 비워지거나 혹은 부분적으로 사용된 후 가스 혹은 액체의 새로운 내용물로 재충전될 수 있는 전술한 컨테이너의 많은 예들이 제안되었다. 이러한 컨테이너는 대개 소정 압력의 가스 혹은 액체를 컨테이너의 충전 및 분배용 개구로 공급함으로써 쉽게 재충전될 수 있다. 통상적으로, 예컨대 가압 상태의 유체를 수용하는 실린더의 경우, 이러한 컨테이너는 평상시에는 폐쇄되어 있는 분배용 밸브를 구비한다. 상기 밸브는 가압 상태로 있거나 및/또는 휘발성이 있는 유체 내용물의 누설 혹은 증발을 방지한다. 이러한 밸브는 사용자에 의해 선택적으로 개방되도록 구성되어 있다. 이러한 밸브는 통상적으로 컨테이너의 내용물이 분배될 수 있게 해주거나 또는 컨테이너가 소정의 유체로 충전될 수 있게 해주는 핀의 압축 해제에 의해 개방된다.

이러한 컨테이너의 재충전에서 발생할 수 있는 한 가지 문제점은, 컨테이너가 오직 정확한 유체로 충전되고 또한 유체가 오직 인증된 공급원으로부터 공급되는 것을 보장하는 문제이다. 기존의 충전 시스템은 비교적 쉽게 복제될 수 있어, 다른 유체 및/또는 인증되지 않은 공급원에 의한 컨테이너의 재충전이 가능해진다.

전형적인 예로는, 예컨대 소다 제조기의 경우와 같이 소정 가스압을 필요로 하는 머신에 설치되도록 특별하게 설계되어 있는 CO₂ 실린더가 있다. 이러한 가정용 머신은 대개 임의의 적절한 CO₂ 공급원으로부터 충전될 수 있다. 따라서, 본래의 컨테이너 공급업자는 사용자가 컨테이너를 재충전하고자 할 때 그 사용자가 자신들만을 찾을 것이라고 확신할 수 없다. 이와 유사하게, 일반 주택이나 빌딩의 여러 호실에 공급되도록 설계된 연료 혹은 가스 컨테이너는 본래의 컨테이너 공급업자와 관련없는 임의의 적절한 연료 혹은 가스 공급원에 의해 종종 재충전될 수 있다. 이와 유사하게, 가솔린 혹은 연료 주유소는, 대개 컨테이너용으로 지정된 특정 연료뿐만 아니라 본래의 연료 또는 가솔린 공급업자와 관련없는 임의의 바람직한 유체로 재충전될 수 있는 컨테이너를 구비한다.

컨테이너의 선택적인 충전을 허용하기 위한 몇몇 밸브가 제안되었다.

미국 특허 제5,487,404호는, 2방향 밸브에 의해 자동적으로 충전 작업을 중단하는 탭에 관한 것이다. 이 탭은 비인가 컨테이너 충전의 방지와 관련이 없다.

미국 특허 제4,195,673호는, 유연 연료 분배용으로 사용되는 노즐이 무연 연료 분배용으로 사용되는 노즐보다 작도록 규제되는 시스템에 있어서, 무연 연료를 필요로 하는 차량 연료 탱크에 유연 연료를 분배하는데 수반되는 어려움을 증대시키는 것에 관한 것이다. 무연 연료 노즐에는 탱크 내의 밸브와 상호 작용하는 자성(磁性) 칼라가 마련되어, 밸브는 자석을 지닌 분배용 노즐이 충전 튜브 안으로 삽입될 때에만 개방이 가능해진다. 그러나, 이러한 장치는 단 하나의 밀봉 요소만을 구비한다. 이러한 장치는 유체가 압축되어 있는 유체 공급원과 관련하여 사용하기에 매우 곤란하다. 이와 유사한 자성 밀봉 장치가 미국 특허 제5,474,115호에 추가로 나타나 있다.

미국 특허 제3,674,061호에는, 휘발성 액체로 충전되어 있는 탱크 내의 레벨이 예정된 지점에 도달할 때, 탱크 내의 가스 압력이 급격히 증대되어 액체의 송출 압력과 동일해지는 방식으로 통기구와 조합되어 있는 노즐 장치가 개시되어 있다. 감지 수단이 압력의 급격한 상승을 감지하고, 이 감지 수단에 대해 응답하는 차단 밸브가 송출 노즐을 통한 흐름을 차단한다.

종래의 시스템은 여러 단점을 지닌다. 특히, CO₂ 용기를 충전시키는 시스템 등의 종래의 시스템은, 본래의 공급업자 또는 그 밖의 인가된 대행업자에 의해서만 재충전되는가를 보장할 수 없다. 이러한 종래 기술의 보장 불가는 재충전 물질의 품질 저하로 이어질 수 있다. 따라서, 본래의 공급업자는 본래의 용기가 저질 유체와 관련이 있다는 이유로 저질 유체에 부당하게 관련지어질 수 있다. 추가적으 로, 재충전 작업에 관한 제어 부족은 또한 위험의 원인이 될 수 있고, 적절한 컨테이너의 충전에 의해 방지될 수 있는 사고 및/또는 부상으로 이어질 수 있다. 또한, 상기 재충전 작업에 관한 제어 부족은 본래의 공급원자에게 잠재적인 수입 손실의 원인이 될 수 있다.

WO 00/77442호는 재충전 가능한 CO₂ 가스 실린더와 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것이다. 이 문헌에는 비인가자에 의한 재충전 행위로부터 실린더를 보다 잘 보호하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 상기 문헌은 축방향으로 변위 가능한 잠금 부재와 함께 피스톤 실린더 유닛을 형성하는 밸브 본체를 제안하고 있다. 피스톤 실린더는 오버플로우 채널을 통하여 가스에 영향을 미칠 수 있다. 잠금 부재는 축선 방향으로 내부를 향해 연장될 수 있고 이 내부에서 잠금 부재는 밸브의 정지부에 맞닿는다. 적절한 충전 시스템을 사용하지 않는 재충전이 방지될 것이다. 그러나, 이러한 해결책은 약간의 문제점을 안고 있다. 충전 장치에는 기계적 수단이 마련된다. 이들 기계적 수단은 잠금 부재를 개방 상태로 유지시키기 위해 사용되어야 한다. 그러나, 적절한 기계적 개방 수단을 제공함으로써 잠금 부재의 기능과 관련한 문제점을 해결하는 것이 오히려 더 쉽다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하는 위한 것으로, 특히 본래의 공급업자가 컨테이너의 재충전이 그들 자신 또는 그 밖의 인가된 대행업자에 의해서만 수행되는 것을 보장할 수 있게 하는, 밸브, 컨테이너, 시스템 및 상기 컨테이너의 충전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 시스템은 가스 형태 또는 부분 액체 형태의 압축 가스를 포함하는 컨테이너용으로 특히 적합할 것이다.

상기 밸브, 컨테이너 및 시스템은 용이하게 제조될 수 있어야 한다. 본 발명의 다른 목적에 따르면, 본 발명에 따른 시스템과 밸브의 사용으로 인해, 인가된 사용자에 의한 컨테이너의 충전 혹은 재충전이 더 어려워지거나 또는 보다 많은 시간이 걸리게 되어서는 안된다.

본 발명에 따르면, 전술한 목적 및 그 밖의 목적은 독립 청구항에서 따른 밸브, 컨테이너, 시스템 및 상기 컨테이너 충전 방법에 의해 해결된다.

컨테이너를 폐쇄하는 그리고 컨테이너가 충전될 수 있게 하는 밸브는 하우징을 포함한다. 이 하우징에는 입구 포트와 출구 포트가 마련된다. 상기 입구 포트는 적절한 유체 공급원에 연결되도록 되어 있다. 상기 출구 포트는 컨테이너에 연결되도록 되어 있다. 입구 포트와 유체 공급원 사이의 연결 혹은 출구 포트와 컨테이너 사이의 연결은 직접적으로 혹은 간접적으로 이루어질 수 있다. 간접적 연결을 형성하기에 적절한 배관이 제공될 수 있다. 입구 포트는 컨테이너를 내용물로 충전 혹은 재충전시키기 위해 유체 공급원에 연결된다. 충전과 재충전이라는 용어는 본 명세서에서 서로 바꿔 사용될 수 있다. 또한, 상기 입구 포트는, 예컨대 소다 제조기의 경우와 같이 내용물 분배에 적합한 머신에 연결될 수 있다.

상기 밸브는 이 밸브를 밀봉식으로 폐쇄하는 폐쇄 부재를 포함한다. 상기 폐쇄 부재는 사용자가 내용물의 분배를 원하지 않는다면 내용물을 컨테이너 내에 유지시키는 데 사용된다. 상기 밸브는 적어도 하나의 밸브 부재를 더 구비한다. 제1 위치에 있어서, 상기 밸브 부재는 입구 포트로부터 출구 포트로의 유체 연통을 허용한다. 밸브 부재가 제1 위치에 있을 때, 상기 밸브를 구비한 컨테이너가 유체로 재충전될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 유체는 가스, 액체 혹은 이들의 혼합물을 포함한다. 밸브 부재가 제2 위치에 있을 때, 입구 포트로부터 출구 포트로의 유체 연통이 금지된다. 상기 밸브 부재는 예정된 충전 조건이 충족될 경우에만 상기 제1 위치에 도달 및/또는 유지되는 방식으로 되어 있다. 한편, 본 발명에 따른 밸브는 컨테이너를 밀봉식으로 폐쇄하기 위한 통상적인 밸브로서 사용된다. 다른 한편으로는, 상기 밸브는 비인가자에 의한 컨테이너의 재충전을 방지하는데 사용된다. 입구 포트와 출구 포트 사이의 통로를 개방하기 위해서는 특정한 충전 조건이 충족되어야 하는 것을 알지 못하는 비인가자는 상기 밸브가 마련된 컨테이너를 재충전할 수 없다.

본 발명에 따르면, 상기 밸브 부재는 이 밸브 부재 양단의 정압차가 예정 가능한 제1 임계치 미만인 경우에만 상기 제1 위치에 도달하게 되고 유지된다. 밸브 부재 양단의 정압차는 대개 입구 포트와 출구 포트 사이의 압력차에 해당한다. 충전 압력이 너무 높은 경우, 밸브는 자동적으로 폐쇄되고 이에 따라 컨테이너의 재충전이 금지된다. 특히, 상기 밸브가 압축 가스를 수용하는 컨테이너에 사용될 때, 유체 공급원에 의해 제공되는 액체는 상당한 압력을 갖는다. 통상의 시스템이 본 발명의 상기 양태에 따른 밸브를 구비하는 컨테이너를 재충전하기 위해 사용될 경우, 상기 밸브는 즉시 폐쇄되어 재충전을 금지시킬 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 밸브 부재는 힘 발생 수단을 구비한다. 이 힘 발생 수단은 상기 충전 조건이 충족될 때 밸런싱 힘을 밸브 부재에 제공하도록 그리고 밸브 부재를 상기 제1 위치에 이르게 하도록 되어 있다. 이러한 힘 발생 수단에 관한 여러 실시예가 있다.

상기 힘 발생 수단은 스프링에 의해 형성될 수 있다. 이 스프링은 밸브 부재를 상기 제1 위치로 압박하고 밸브 부재를 제1 위치에 유지시킨다. 상기 스프링은, 예컨대 밸브 부재를 입구 포트로 향하는 방향에서 밸브 시트(valve seat)로부터 멀어지도록 이동시킨다. 밸브 부재 양단의 압력차에 의해 발생되어 밸브 부재 상에 작용하는 힘이 스프링에 의해 제공된 힘보다 더 커지자마자, 상기 밸브는 후퇴하여 밸브 시트에 대하여 압박된다. 유체 공급원의 충전 압력이 너무 높아지자마자, 밸브 부재는 폐쇄되고 이러한 밸브가 마련된 컨테이너의 충전이 금지된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브 부재에는 상기 밸브에 포함되는 내측 부분이 마련된다. 이 내측 부분은 상기 밸브에 포함되어 있지 않은 외측 부분과 작동적으로 연결될 수 있다. 내측 부분과 외측 부분이 작동적으로 연결될 때, 밸브 부재는 제1 위치 즉, 개방 위치에 도달되어 유지된다.

자성의 힘 발생 수단이 설치될 수 있다. 내측 부분에는, 예컨대 밸브가 제2 자석을 구비하는 외측 부분 부근과 가까워질 때, 입구 포트를 향하는 방향으로 밸런싱 힘을 제공하는 제1 자석이 마련될 수 있다. 이러한 시스템은 향상된 안전성을 갖는다. 통상의 유체 공급원이 이러한 밸브를 구비한 컨테이너를 재충전하는데 사용될 경우, 상기 밸브 부재는 제1 위치에 도달 및 유지되지 못한다. 늦어도 컨테이너의 재충전이 시작될 때, 적절한 자석을 포함하는 외측 부분이 유체 공급원과 관련하여 제공되지 않을 경우, 밸브 부재는 즉시 제2 위치에 이르게 된다. 자석은 밸브 부재를 제1 위치에 유지시키기 위한 한정된 힘만을 갖기 때문에, 외측 부분의 자석이 존재하는 경우라도 밸브 부재는 유체 공급원의 충전 압력이 소정의 레벨을 초과하자마자 제2 위치에 이르게 될 것이다. 이러한 밸브를 구비한 컨테이너를 재충전시키기 위해, 외측 자석과 적절한 충전 압력 모두가 제공되어야 한다.

컨테이너가 완전히 충전될 때, 컨테이너의 내용물은 폐쇄 부재로 인해 컨테이너에 유지된다. 상기 폐쇄 부재는 체크 밸브로 형성될 수 있다. 체크 밸브는 보통 압축 가스 실린더와 관련하여 사용된다. 충전 압력이 충분히 높을 때, 체크 밸브는 자동적으로 개방되어 컨테이너의 충전을 허용한다. 컨테이너의 내측 압력이 주변 압력보다 높을 때, 체크 밸브는 폐쇄되고 실린더 내의 내용물의 증발, 누설 혹은 오염을 방지한다. 실린더를 비우려면, 체크 밸브는 당업자에게 공지되어 있는 외부 수단에 의해 반드시 개방되어야 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 체크 밸브와 밸브 부재는 동일한 본체 상에 형성될 수 있다. 체크 밸브와 밸브 부재를 위한 공통 본체는 입구 포트와 출구 포트 사이에 있는 하우징의 챔버 내에서 이동할 수 있다.

컨테이너의 재충전을 허용하기 위해, 체크 밸브는 입구 포트를 향하는 방향의 단부에 고착된 핀을 포함할 수 있다. 사용자가 핀을 압박할 때, 체크 밸브는 컨테이너를 개방하여 컨테이너의 충전 혹은 비우기를 허용한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하우징은 상류 챔버와 하류 챔버로 분할된 챔버를 포함한다. 본 발명에서 하류는 유체 공급원으로부터 충전될 컨테이너로의 유체 흐름 방향을 실질적으로 따르는 방향과 관련이 있다. 상류는 상기 하류에 실질적으로 반대되는 방향과 관련이 있다. 상류 챔버는 폐쇄 부재, 예컨대 체크 밸브를 왕복 운동 가능하게 수용하도록 되어 있다. 하류 챔버는 밸브 부재를 왕복 운동 가능하게 수용하도록 되어 있으며, 밸브 부재는 하류 챔버 내에서 제1 위치와 제2 위치 사이로 이동 가능하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하류 챔버는 특히 전술한 바와 같이 자석과 관련된 밸브 부재를 수용하도록 되어 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 인가된 유체 공급원으로부터의 유체로만 컨테이너를 충전시키기 위한 시스템이 제공된다. 본 발명은 CO₂ 등의 압축 가스로 컨테이너를 충전 및 재충전하기에 특히 적합하지만, 본 발명은 임의의 타입의 유체를 위해 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 비교적 높은 액화 온도를 지닌 가스 혹은 비교적 높은 증기압을 지닌 액체에 적합할 수 있다. 특히, 본 발명은 주변 대기압보다 상당히 더 높은 증기압을 갖는 가스에 적합할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템은 압력 조절 수단을 포함한다. 이 압력 조절 수단은 유체 공급원과 유체 연통 상태로 있다. 압력 조절 수단은 전술한 바와 같은 컨테이너 상의 밸브와 연결되도록 되어 있다. 압력 조절 수단은 컨테이너에 공급된 유체의 압력을 예정된 혹은 예정 가능한 제2 임계치 미만으로 유지하도록 되어 있다. 제2 임계치는, 밸브의 밸브 부재가 충전 절차 동안 제1 위치에 도달 및 유지되도록, 즉 밸브 부재 양단의 압력차가 제1 임계치 미만으로 유지되도록 선택된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시스템에는 유량 감지 수단이 마련될 수 있다. 이 감지 수단은 밸브로 그리고 컨테이너로 유동하는 액체 흐름을 측정하기 위해 사용된다. 상기 시스템은 상기 압력 조절 수단 및 상기 유량 감지 수단에 작동적으로 연결된 제어 수단을 더 포함한다. 충전 절차 동안 유체의 송출 압력이 너무 높아질 경우, 상기 밸브 부재는 폐쇄되어 충전이 금지된다. 밸브 부재가 폐쇄될 경우, 유량 감지 수단은 유체 흐름이 존재하지 않는가를 감지한다. 제어 수단에 의해, 상기 시스템의 송출 압력은 밸브 부재가 다시 제1 위치에 이르게 되도록 감소될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 압력 조절 수단은 예정된 최소 크기의 송출 압력을 제공하도록 그리고 예정된 또는 예정 가능한 방식으로, 예컨대 상기 제어 수단을 통해 제어 가능한 방식으로 송출 압력을 증대시키도록 되어 있다.

충전 프로세스의 개시점에서, 대부분의 컨테이너 내압은 대략 주변 압력과 유사하다. 따라서, 충전 압력은 주변 압력보다 높고 제2 임계치 미만이어야 한다. 제2 임계치는 초기에는 주변 압력과 제1 임계치의 합, 즉 밸브 부재가 제2 위치로 이동한 상태에서 밸브 부재 양단의 압력차의 레벨에 해당한다.

컨테이너의 내압이 충전 압력에 도달할 때, 압력은 평형이 되고 재충전은 중단된다. 이 순간에, 제어 수단은 송출 압력을 증가시키도록 압력 조절 수단을 기동시킨다. 상기 증가는 유량이 예정된 범위 내에 유지되도록 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 시스템에는 전술한 바와 같이 밸브 내에 설치된 내측 부분과 작동적으로 연결될 수 있는 외측 부분이 마련될 수 있다. 본 발명의 이러한 양태에 따르면, 밸브를 구비한 컨테이너의 재충전은, 충전 시스템의 외측 부분과 밸브의 내측 부분이 작동적으로 연결된 경우에만 가능하다. 예컨대, 자성 연결 수단 및 기계적 연결 수단 등과 같이 작동식 연결에 적합한 수단은 다수 존재한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같이 밸브에 의해 폐쇄되는 개구를 구비하는 컨테이너가 제공된다. 상기 밸브는 특히 컨테이너의 개구에 영구적으로 부착될 수 있기 때문에, 컨테이너를 파괴시키지 않고서는 컨테이너로부터 제거될 수 없다. 이러한 방식으로, 임의의 공지된 타입의 재충전 시스템에 재충전을 허용하는 다양한 밸브가 상기 컨테이너에 쉽게 설치될 수 없다는 것을 보장해준다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유체 공급원으로부터의 유체로 컨테이너를 충전시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 특히 전술한 바와 같은 밸브를 구비하는 컨테이너를 충전하기에 적합하다. 상기 방법의 제1 단계에서, 컨테이너의 개구에 부착된 밸브를 유체 공급원에 연결한다. 제2 단계에서는, 상기 컨테이너를 상기 유체로 충전하는데, 이로써 밸브의 입구 포트에서의 유체의 송출 압력은 밸브의 밸브 부재 양단의 압력차를 예정된 혹은 예정 가능한 제1 임계치 미만으로 유지시키도록 제어된다.

충전 단계 동안, 밸브의 상기 입구 포트에 주변 압력과 제1 임계치의 합 미만인 정적 송출 압력을 초기에 제공할 수 있다. 이 압력은 예정된 혹은 예정 가능한 기간 동안 제공될 수 있다. 이 단계 이후에, 송출 압력은 다른 여러 단계에서 혹은 연속적으로 증대될 수 있다. 증대된 송출 압력으로 인해, 송출 압력과 컨테이너의 내압 사이의 평형은 바람직한 최종 압력에 도달될 때까지 달성되지 않는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유량은 컨테이너의 재충전 혹은 충전 동안에 측정된다. 유량이 감소하면, 정적 송출 압력의 크기는 예정된 단계에 의해 증대된다. 유량 측정 단계와 정적 송출 압력의 증대 단계는 측정된 유량이 0일 때까지 계속된다. 제로 유량은, 송출 압력이 허용 가능한 최대 압력, 즉 유체 공급원의 유체 압력 이상으로 증대될 수 없을 때, 유체 공급원의 최대 송출 압력과 컨테이너의 내용물 사이에 평형이 이루어졌다는 표시이다. 또한, 송출 압력의 증대는 과도하게 높아질 수 있고, 밸브는 바람직한 내압이 달성되기 전에 폐쇄될 수 있다

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 이러한 문제점이 회피된다. 입구 포트에서의 정압은 연속적으로 측정될 수 있다. 정압이 컨테이너의 완전 충전시 컨테이너 압력 크기인 예정된 제3 임계치에 근접할 경우, 충전 작업은 중단되고 밸브는 유체 공급원으로부터 연결이 차단된다.

측정된 정압이 예정된 제3 임계치 미만일 경우, 컨테이너의 충전은 중단된다. 출구 포트의 밸브 상류에서의 압력은 해제되고 컨테이너의 충전은 재개되며 충전은 전술한 바와 같이 행해진다. 압력의 해제는 밸브 부재의 재개방을 허용한다.

여러 조건들간의 분별을 위한 전술한 부(副) 단계는 산소 혹은 질소 등과 같이 이상 기체와 실질적으로 유사하게 거동하는 가스에 대해 특히 적합할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 컨테이너는 충전 공정 이전과 충전 공정 동안 계량될 수 있다. 만약 유량이 제로가 될 경우, 그리고 컨테이너의 중량이 완전히 충전된 컨테이너에 해당하는 예정량에 도달하지 않을 경우, 이는 컨테이너가 완전히 충전되지 않은 것을 나타낸다.

본 발명은 기본적으로, 컨테이너에는 이 컨테이너의 개구에 바람하게는 영구적으로 연결되는 밸브가 마련된다는 사상에 기초를 둔 것으로, 여기서 상기 밸브는 이 밸브가 인가된 충전 시스템에 연결될 때, 즉 예정된 충전 조건이 충족될 때에만 컨테이너의 충전을 허용하도록 개방될 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대한 이하의 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브의 주요 요소들이 3개의 상이한 작동 위치에 있는 상태를 도시한 횡단면도이며,

도 1d 및 도 1e는 도 1a 내지 도 1c에 따른 밸브의 폐쇄 부재가 정적 작동 모드와 동적 작동 모드에 있는 상태를 각각 확대 도시한 부분 횡단면도이고,

도 1f 및 도 1g는 도 1a 내지 도 1c의 밸브 부재가 정적 작동 모드와 동적 작동 모드에 있는 상태를 각각 확대 도시한 부분 횡단면도이며,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브의 주요 요소들이 3개의 상이한 작동 위치에 있는 상태를 도시한 횡단면도이고,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브의 주요 요소들이 3개의 상이한 작동 위치에 있는 상태를 도시한 횡단면도이며,

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브의 주요 요소들이 3개 의 상이한 작동 위치에 있는 상태를 도시한 횡단면도이며,

도 5는 본 발명에 따른 시스템의 바람직한 실시예의 주요 요소들을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 6은 도 5의 압력 조절 수단의 구성과 관련한 주요 요소들을 개략적으로 도시한 도면이며,

도 7은 도 5의 압력 조절 수단의 다른 실시예의 주요 요소들을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 8은 도 5 내지 도 7에 도시된 시스템을 사용하는 통상적인 충전 작동에 있어서 시간에 대한 송출 압력의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 1a 내지 도 1c에는 본 발명에 따른 밸브의 기본적인 제1 실시예가 도시되어 있다. 밸브(10)는 입구 포트(30)와 출구 포트(40)를 구비한 하우징(20)을 포함한다. 입구 포트(30)와 출구 포트(40) 사이에는 챔버(50)가 형성되어 있다. 챔버(50)는 입구 포트(30)와 출구 포트(40)를 유체 연통시키는 하나 이상의 상호 연결된 캐비티, 도관 등의 임의의 적절한 형태일 수 있다.

하우징(20)의 상류 단부, 특히 입구 포트(30)는 적절한 유체 공급원(600)(도 5 참조)에 연결되도록 되어 있다. 이러한 연결은 본 발명에 따른 시스템(700)을 통해 이루어질 수 있다. 유체 공급원은 가압 탱크, 컨테이너 혹은 유체 분배 시스템 등의 임의의 적절한 공급원을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하우징(20)의 하류 단부, 특히 출구 포트(40)는 유체 공급원(600)으로부터의 유체 로 충전 혹은 재충전되는 것이 바람직한 적절한 컨테이너(500)에 연결되도록 되어 있다. 이러한 컨테이너는 통상 한정하려는 의도는 아니지만 압축 가능한 실린더 형태이다. 컨테이너(500)는 컨테이너 입구(520)와, 유체를 위한 보유 용적(550)을 포함한다. 밸브(10)의 하우징(20)은 컨테이너(500)의 개구에 영구적으로 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 연결은 하우징을, 개구와 일체로 형성하거나, 개구에 용접하거나, 개구에 접합하거나 또는 그 밖의 영구적인 결합에 의해 이루어질 수 있다. 유지 보수 혹은 수선에 유용한 가역적 연결도 또한 고려할 수 있다. 어느 경우에서도, 하우징(20)에 연결될 때, 보유 용적(550)와, 컨테이너의 입구(520), 그리고 밸브(10)의 출구 포트(40) 사이에는 유체 연통이 이루어진다.

하우징(20)은 폐쇄 상류 위치와 개방 하류 위치 사이에서 통상 왕복 운동식으로 가역적으로 이동할 수 있는 폐쇄 부재(60)의 형태로 된 폐쇄 부재를 포함한다. 폐쇄 부재(60)는 그 상류 단부에 면 시일(face seal; 61)을 포함하며, 이 시일은 폐쇄 부재가 상류 위치에 있을 때, 입구 포트(30)에서 하우징(20)의 내측 부분에 포함된 밸브 시트(21)와 밀봉식으로 접한다. 이 위치가 도 1a에 도시되어 있다. 밸브를 통해 유체를 컨테이너(500)로부터 분배하기 위해, 핀 혹은 이와 유사한 장치를 입구 포트(30)로 삽입하여 폐쇄 부재(60)를 하류 방향으로 압박할 수 있다. 별법으로서, 제1 밸브에는 입구 개구(30)를 통해 돌출하는 핀(도시 생략)이 마련될 수 있다. 하류 위치에서, 면 시일(61)은 밸브 시트(21)로부터 간격을 두고 떨어져 있다(도 1b 참조). 따라서, 입구 포트(30)와 나아가 이 입구 포트 및 밸브(10)의 챔버(50)에 연결된 유체 공급원 사이에 유체 연통이 허용된다.

선택적으로, 적절한 하류 정지부(25)가 하우징(20)에 설치되어 하류 위치의 경계를 정할 수 있다. 상기 폐쇄 부재는 간신히 유체 연통이 가능한 최소 개방 위치로부터 폐쇄 부재(60)가 정지부(25)에 맞닿게 되는 도 1c에 예시된 최대 개방 위치까지 임의의 위치에 있을 수 있다.

상기 폐쇄 부재(60)는 상류면(62)를 포함한다. 상류면(62)은 면 시일(61)을 포함할 수 있다. 시스템(700)으로부터의 정적 송출 압력(P1)은 상류면(62)에 작용한다. 폐쇄 부재(60)는 챔버의 정압(P2)이 작용하며 하류로 면하는 표면(63)을 더 구비한다.

상류면(62)은 이 면(62)의 표면 위에 예컨대 원형 등의 폐쇄된 형상을 지닐 수 있는 돌출부(66)를 포함한다. 이 돌출부(66)는 밸브 시트(21)에 대해 면 시일(61)의 밀봉 경계를 형성한다. 정적 조건 하에서, 상기 상류면(62)의 유효 면적은 돌출부(66)에 의해 경계가 정해진 밀폐 영역(A1)에 의해 주어진다. 이 면적은 상기 표면(63)의 대응 영역(A2)보다 대개 작다(도 1a 내지 도 1g 참조).

폐쇄 부재의 개방을 위한 조건은, 송출 압력(P1)과 유효 면적(A1)의 곱에 의해 주어진 하류 힘(F1)이 챔버(50) 내의 상류 힘보다 더 크다는 것이다. 상류 힘(F2)은 챔버 압력(P2)과 상기 면적(A1)의 곱에 의해 주어진다. 폐쇄 부재(60)가 개방되고 동적 조건이 존재할 경우, 상류면(62)의 유효 면적(A1')은 면적(A2)과 동일해진다(도 1e 참조).

상기 폐쇄 부재(60)는 그에 가해진 최소 크기의 제1 힘(F1)에 응답하여 개방 하류 위치까지 이동하도록 구성되어 있다. 상기 최소 크기는 입구 포트(30)와 챔버(50) 사이에 존재하는 양의 유체 정압차 ㅿP1(P1-P2)과 일치한다. 이 압력차는 충분하게 높은 송출 압력(P1≥P2)에 의해 초기 개방 힘(F1)이 제공된 후 밸브(10)의 작동 동안 발생될 수 있다. 상기 폐쇄 부재는 챔버(50)와 입구 포트(30) 사이에 존재하는 양의 유체 압력차와 상응하는 폐쇄 상류 위치로 이동한다. 코일 스프링 등의 선택적인 강제 수단(도시 생략)이 폐쇄 부재를 상류의 폐쇄 상류 위치로 강제시키기 위해 제공될 수 있다.

상기 챔버 압력(P2)의 값은 주로 컨테이너에 의해 제공되는 하류의 배압(P3)에 따라 좌우된다. 컨테이너가 유체로 채워질 때, P3은 증대되고 P2는 P1과 동일해지는 경향이 있을 것이다. 그러나, 제1 폐쇄 부재(60)가 완전히 개방하면, 상기 압력(P2)은 그곳을 통해 흐르는 유체가 기체 상태 또는 액체 상태로 있는가에 상관없이 입구 포트(30)에 의해 야기된 제한에 의해 여전히 P1 미만일 것이다.

상기 하우징은 제1 개방 상류 위치와 제2 폐쇄 하류 위치 사이에서 통상 왕복 운동식으로 가역적으로 이동할 수 있는 밸브 부재(70)를 더 포함한다. 밸브 부재(70)는 그 하류 단부에서 면 시일(71)을 포함하며, 이 시일은 밸브 부재가 제2 하류 위치에 있을 때(도 1c 참조), 출구 포트(40)에서 하우징(20)의 내측 부분에 포함된 밸브 시트(22)와 밀봉식으로 접한다. 제1 상류 위치(도 1b 참조)에서, 면 시일(71)은 밸브 시트(22)로부터 간격을 두고 떨어져 있으며, 챔버(50)와 출구 포트(40), 나아가 이 출구 포트(40)에 연결된 컨테이너(500) 사이에 유체 연통을 허용해준다. 하류 정지부(25)와 일체로 형성될 수 있는 적절한 상류 정지부(26)가 하우징(20)에 마련되어 밸브 부재(70)의 상류 방향 이동의 한계를 정할 수 있다. 상기 제1 상류 위치는 최소 개방 위치로부터 도 1a에 도시된 최대 개방 위치까지 임의의 위치를 포함할 수 있다.

밸브 부재(70)는 챔버의 정압(P2)이 작용하게 될 상류면(72)과, 컨테이너(500)로부터의 정적인 배압(P3)이 작용하게 될 면 시일(71)을 구비할 수 있는 하류에 면하는 표면(73)을 포함한다. 상류면(72)은 이 면(72)의 표면 위에 예컨대 원형 등의 주로 폐쇄된 형상을 지니는 돌출부(76)를 구비하고, 이 돌출부(76)는 밸브 시트(22)에 대해 면 시일(71)의 밀봉 경계선을 형성한다. 정적 조건 하에서, 표면(73)의 유효 면적은 돌출부(76)에 의해 경계가 정해진 밀폐 영역(A3)에 의해 주어지며, 표면(73)의 대응하는 영역(A2)보다 대개 작다. 밸브 부재 조립체(70)의 개방을 위한 조건은, 배압(P3)과 유효 면적(A3)의 곱에 의해 주어지는 상류 힘(F3)과, 힘 발생 수단(80)에 의해 제공된 밸런싱 힘의 합이, 챔버 압력(P2)과 면적(A3)의 곱에 의해 주어지는 챔버(50)의 하류 힘(F2)보다 더 큰 것이다. 밸브 부재(70)가 개방되어 동적 조건이 존재할 경우, 하부면(73)의 유효 면적(A3')은 면적(A2)과 동일해진다.

따라서, 밸브 부재(70)는 이 밸브 부재(70)에 가해질 수 있는 예정된 최소 크기의 제3 힘(F3)에 응답하여 상기 제2 위치까지 이동하도록 구성되어 있고, 상기 최소 크기는 챔버(50)와 출구 포트(40) 사이에 존재할 수 있는, 예컨대 밸브(10)의 작동 중에 발생되는, 양의 제2 유체 정압차 ㅿP3(=P2-P3)에 대응한다.

폐쇄 부재(60)와 밸브 부재(70)가 모두 개방될 때, 압력차(P1-P3)가 양이기 때문에 유체는 유체 공급원으로부터 컨테이너로 흐른다. 압력(P2)은 여전히 P3보다 큰데, 그 이유는 출구 포트(40)에 의해 제한이 야기되기 때문이며, 그리고 컨테이너(500)를 충전시키는데 시간이 걸리고, 컨테이너를 통해 흐르는 유체가 기체 상태 또는 액체 상태로 있는가에 상관없이 P2와 동일한 배압이 형성되기 때문이다. 컨테이너가 액체로 완전히 충전될 때, P1, P2, P3은 평형이 되고, 유체는 더 이상 유동할 수 없게 된다.

별법으로서, 폐쇄 부재(60)와 밸브 부재(70)를 위한 밸브 시트 장치와 면 시일은 그 밖의 타입의 공지된 밀봉 장치로 대체될 수 있다. 폐쇄 부재(60)와 밸브 부재(70)가 비록 도 1a 내지 도 1c에는 공동의 축, 즉 밸브(10)의 종축(100)을 따라 왕복 운동 가능한 것으로 예시되어 있지만, 폐쇄 부재(60)와 밸브 부재(70) 각각은 상호 공동으로 정렬되지 않거나 및/또는 밸브(10)의 축(100)과 정렬되지 않는 축을 따라 이동할 수 있다.

밸브(10)는 적절한 힘 발생 수단(80)의 적어도 일부를 더 포함한다. 힘 발생 수단(80)은 적어도 밸브(10)의 작동 중에 밸브 부재(70)에 밸런싱 힘(Fx)을 제공한다. 상기 힘 발생 수단은 완전히 하우징 내에 포함될 수 있으며, 이에 따라 바람직한 밸런싱 힘(Fx)을 연속적으로 제공한다. 그것은, 예컨대 코일 스프링 형태일 수 있다. 별법으로서, 힘 발생 수단(80)은 밸브(10)와 하우징(20) 내에 단지 부분적으로 포함될 수 있다. 밸브(10)가 호환성이 있고 인가된 충전 시스템(700)과 함께 작동하는 동안에만, 밸브(10)의 외부에 힘 발생 수단(80)의 상보적 부분(예컨대, 도 5 참조)이 제공될 수 있다.

공칭적으로 비어 있는 적절한 컨테이너(500)가 출구 포트(40)에 연결되어 이 들 사이에 유체 연통이 이루어질 때, 밸브(10)에 대한 3가지 상이한 시나리오가 있을 수 있다.

a) 컨테이너(500)는 잔류 압력을 지닐 수 있는데, 다시 말해서 컨테이너는 완전하게 비어 있는 것이 아닐 수 있다. 이 경우, 잔류 압력은 폐쇄 부재(60)를 도 1a에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 유지시킨다. 밸브 부재(70)는 힘 발생 수단(80)에 의해 제공된 밸런싱 힘(Fx)에 응답하여 제1 위치로 강제될 수 있다. 만약 이러한 밸런싱 힘(Fx)이 존재하지 않는다면, 밸브 부재(70)는 하우징(20) 내에서 임의의 위치에 있게 될 것이다. 이러한 시나리오 a)는 컨테이너(500)의 재충전 이전에 컨테이너를 배기시킴으로써 정기적으로 회피할 수 있다.

b) 상기 컨테이너는 주위 압력일 수 있다. 폐쇄 부재(60)는 통상 개방 위치에 있다. 폐쇄 부재는 정지부(25)에 접해있을 것이다. 밸브 부재(70)는 힘 발생 수단(80)에 의해 제공된 밸런싱 힘(Fx)에 응답하여 제1 개방 위치로 강제될 수 있다. 만약 이러한 힘이 존재하지 않는다면, 밸브 부재(70)는 하우징(20) 내에서 임의의 위치, 통상적으로 제2 위치에 있게 될 것이다.

c) 드물게, 상기 컨테이너(50)는, 예컨대 낮은 주변 대기압을 갖는 고도에서 비워지는 경우 그리고 컨테이너를 낮은 고도에서 재충전시키고자 하는 경우에는, 주변 압력보다 더 낮은 압력일 수 있다. 이러한 상황에서, 폐쇄 부재(60)는 개방 위치에 있게 되고 정지부(25)와 접하게 된다. 힘 발생 수단(80)이 밸런싱 힘(Fx)을 제공할 경우, 이는 압력이 컨테이너(500)와 주변 대기 사이에서 평형을 이룰 때까지 진공 효과를 극복하여 밸브 부재(70)를 개방하기에 충분할 것이다. 이러한 밸런싱 힘(Fx)이 존재하지 않는다면, 밸브 부재(70)는 제2 폐쇄 위치로 유지될 것이다. 이러한 경우에, 밸런싱 힘(Fx)은 압력의 평형을 허용하도록 발생되어야 한다.

비인가 유체 공급원이 밸브 입구 포트(30)에 연결될 때, 상기 공지된 공급원과 관련된 비교적 큰 유체 송출 압력이 비교적 큰 제1 힘(F1)을 발생하여 폐쇄 부재(60)를 개방시키고 이 폐쇄 부재를 정지부(25)에 대하여 접하도록 만든다. 거의 동시에, 이와 동일한 높은 송출 압력(P2)이 컨테이너(500) 내의 압력(P3)에 대한 상대적으로 큰 압력차로 인해 밸브 부재(70)에 큰 제2 힘(F2)을 부여한다. 큰 제2 힘(F2)에 대항하는 데 이용할 수 있는 유일한 힘은 힘 발생 수단(80)에 의해 제공되는 밸런싱 힘(Fx)이다. 밸브 부재(70)의 양단에 작은 정압차가 존재할 경우를 제외하고는 상기 밸런싱 힘(Fx)의 크기를 상기 힘(F2)에 대항하기에는 작도록 선택하면, 밸브 부재(70)는 폐쇄 위치로 이동하게 된다.

만약 컨테이너(500)를 낮은 크기의 일정한 송출 압력으로 충전시키려는 시도가 있을 경우, 충전 프로세스는 압력이 평형을 이루자마자 종료될 것이다. 상기 컨테이너는 단지 부분적으로 충전될 것이다. 밸브를 개방 상태로 유지하기 위해 송출 압력을 수동으로 증가시킴으로써 컨테이너를 충전시키려고 시도하는 비인가 사용자는 송출 압력을 정확하게 조절하는데 어려움을 겪을 것이다. 미세 조정은 불가피하게 매우 긴 기간을 필요로 하고, 이러한 비인가 사용자는 대개 단념하게 된다.

만약 밸브(10)가 힘 발생 수단의 내측 부분만을 포함할 경우, 상보적인 외측 부분(80')의 동작이 비인가 사용자에 의해 복제되지 않는 한 밸런싱 힘(Fx)이 제공되지 않는다. 이에 따라 밸브 부재(70)는 차단된다. 이는 밸브(10)와 컨테이너가 시나리오 b) 또는 c)일 경우에 적용된다. 시나리오 a)의 경우, 송출 압력이 컨테이너의 잔류 압력 이하이기 때문에 흐름이 존재하지 않는다. 송출 압력이 잔류 압력보다 더 클 경우, 밸런싱 힘(Fx)이 제공되지 않으면 압력차는 즉시 밸브 부재를 폐쇄할 것이다.

본 발명에 따른 유체 충전 시스템(700)은 적어도 밸브 입구 포트(30)의 약간 상류에서 유체 공급원(600)의 송출 압력을 제어하도록 되어 있다(도 5 참조). 충전은 매우 낮은 송출 압력으로 시작된다. 송출 압력은 예정된 방식으로 증대된다. 본질적으로, 낮은 송출 압력으로 시작되면, 챔버(50) 내의 정압도 또한 낮고 이에 따라 ㅿP1이 작아서, 폐쇄 부재(60)를 개방하기에 충분한 작은 힘(F1)이 발생된다. 폐쇄 부재(60)는 또한 컨테이너(500)로부터 유체를 분배하고자 할 때 사용되는 것과 유사한 방식으로 기계적인 핀 혹은 도시 생략된 등가물에 의해 개방 위치로 유지될 수 있다.

비록 이러한 관점에서, 챔버(50) 내의 정압(P2)은 유체가 챔버를 통해 컨테이너로 유동함에 따라 증대되지만, 챔버(50)와 컨테이너 사이의 정압차 ㅿP3 혹은 P2-P3가 작고, 이에 따라 밸브 부재(70) 상에 발생되는 하류 힘(F2)을 밸런싱 힘(Fx)이 대항하게 된다. 밸런싱 힘(Fx)의 크기는 유체 공급원(600) 내의 유체의 타입과 밸브(10)의 기계적 특징에 따라 선택된다. 입구 포트(30)에서 유체 공급원(600)으로부터의 송출 압력이 공칭의 시작 값보다 약간 더 높은 경우라도, ㅿP3은 전술한 것보다 더 크게 될 것이고 밸런싱 힘(Fx)보다 더 큰 하류 힘(F2)을 발생시켜, 밸브 부재(70)를 제2 위치로 이동시키고 나아가 밸브(10)를 폐쇄시킬 것이다. 유체가 밸브(10)를 통해 컨테이너(500) 안으로 유동할 때, 컨테이너(500)의 정압(P3)은 증가하기 시작하고 이에 따라 결국에는 송출 압력(P1)과 평형을 이루게 된다. 이것은 압력이 평형을 이룰 때까지 컨테이너(500)를 부분적으로 충전시키는 결과를 초래한다. 비인가 사용자가 매우 낮은 송출 압력을 공급함으로써 상기 시스템(700)을 교묘하게 이용하려고 할 경우, 공급 가능한 소량의 유체는 이러한 비인가 사용을 단념시키는 작용을 하게 된다.

본 발명에 따르면, 유체 충전 시스템(700)은 밸브 양단의 압력차 즉, P1-P2를 유지하기 위해 입구 포트(30)에서 정적 송출 압력(P1)을 점차적으로 증가시키는 데 적합하며, 이에 따라 ㅿP3은 컨테이너(500)의 배압(P3)의 증가에 맞춰서 실질적으로 일정하게 되고, ㅿP3의 값은 밸런싱 힘(Fx)과 실질적으로 동일한 힘을 제공하는 값으로 된다. 다시 말해서, 상기 시스템(700)은 먼저 입구 포트(30)에 나아가 챔버(50)에 매우 낮은 정적 송출 압력을 제공하며, 컨테이너 내에서 유체의 축적으로 인해 컨테이너(500)로부터의 배압이 증가함에 따라, 송출 압력(P1)은 밸런싱 힘(Fx)의 값과 관련된 ㅿP3을 일정하게 유지시키도록 제어되는 방식으로 증가한다. 단지, 상보적이고 인가된 충전 시스템(700)이 사용될 경우, 적당한 시간 범위 내에서 컨테이너(500)를 완전히 충전시키는 것이 가능할 수 있다.

도 1a 내지 도 1g에 도시된 실시예 대신에, 전술한 바와 같이 작동하는 상이한 구조의 밸브를 고려할 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 폐쇄 부재와 밸브 부재는 단일의 통합된 밸브 조립체(260)로 일체화된다. 밸브 밀봉 조립체(260)는 상류 단부에 있는 면 시일(261)을 포함하고, 상기 면 시일은 폐쇄 상류 위치에 있을 때(도 2a 참조), 입구 포트(30)에서 하우징(220)의 내측 부분에 포함된 밸브 시트(221)와 밀봉식으로 접한다. 컨테이너(500)로부터의 유체를 밸브(210)를 통해 분배하기 위해, 밸브 조립체는 통상적으로 입구 개구(30)를 통해 돌출하는 핀(290)을 포함한다. 핀(290)을 누르면, 상기 조립체(260)는 입구 포트(30)를 개방시키도록 이동된다. 개방 하류 위치에서(도 2b 참조), 면 시일(261)은 밸브 시트(221)로부터 간격을 두고 떨어져 있으며, 입구 포트(30)와 챔버(250) 사이의 유체 연통을 허용한다. 상기 조립체(260)의 하류 단부에는, 도 2c에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 있을 때, 출구 포트(40)에서 하우징(220)의 내측 부분에 포함된 밸브 시트(222)와 밀봉식으로 접하는 면 시일(271)이 마련된다. 도 2b에 도시된 위치에서, 면 시일(271)은 밸브 시트(222)로부터 간격을 두고 떨어져 있으며 챔버(250)와 출구 포트(40) 사이의 유체 연통을 허용한다. 상기 컨테이너는 조립체(260)가 도 2b에 도시된 위치에 있을 때 채워질 수 있다. 이 조립체(260)는 시스템(700)으로부터의 정적 송출 압력(P1)이 작용하게 될 상류면(262)과, 컨테이너(500)로부터의 정적 배압(P3)이 작용하게 될 하류에 면하는 표면(273)을 구비한다. 상기 표면(262, 273)의 유효 면적은 조립체(260)가 개방되고 동적으로 작동할 때 실질적으로 동일하다. 상기 실시예에 따르면, 힘 발생 수단은 통상 헬리컬 스프링 등의 스프링(280)을 포함하며, 이 스프링은 그 상류 단부에서 밸브 조립체(260)로부터 하류 방향으로 매달려 있는 삽입구(270; spigot)와 접하고, 그 하류 단부에서 하우징(220)에 포함된 적절한 쇼울더(285)와 접한다. 스프링(280)이 눌려질 때, 이 스프링은 탄성 잠재 에너지를 저장하고 밸브 조립체(260)에 상류 방향으로 복원 혹은 밸런싱 힘(Fx)을 제공한다. 입구 포트(30)와 출구 포트(40) 사이의 압력 차이의 결과로서 공급된 힘(F1)이 클 때, 예컨대 인가된 시스템을 사용하지 않고 컨테이너(500)를 충전시키려는 시도가 있을 때, 이러한 비교적 큰 힘은 스프링(280)의 저항을 극복하며, 그 결과 스프링이 홈(286) 안으로 압축되고, 밸브 조립체(260)는 폐쇄 위치로 이동하여 출구 포트(40)를 폐쇄할 수 있게 된다(도 2c 참조).

이러한 스프링은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 것과 다른 밸브 부재와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브가 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있다. 이 실시예는 전술한 바와 같은 밸브(10)의 제1 실시예를 구성하는 모든 구성 요소를 포함하고 후술하는 차이점을 가지므로, 유사한 부품들의 도면 부호는 기존의 것에 300을 더한 숫자로 표시하였다. 밸브(310)는 상부의 부(副)챔버(351)와 하부의 부챔버(352)로 분할되는 챔버(350)가 마련되어 있는 하우징(320)을 포함한다. 상기 상부의 부챔버(351)는 그 내부에서 이동 가능한 폐쇄 조립체(360)를 포함한다. 하부의 부챔버(352)는 그 내부에서 이동 가능한 밸브 부재(370)를 포함한다. 폐쇄 부재(361)는 제2 실시예와 유사한 방식으로 형성된다. 선택적으로, 폐쇄 부재(360)는 그 상류 단부에서 폐쇄 부재(360)로부터 하류 방향으로 매달려 있는 삽입구(376)와 접하고, 그 하류 단부에서 하우징(220)에 포함된 적절한 쇼울더(385)와 접하는 복원 스프링(374)을 포함할 수 있다. 밸브(310)의 정압이 외부 압력보다 크지 않고 스프링(374)에 의해 발생된 힘이 적어도 충전 프로세스의 초기에 대개 제1 힘(F1)의 크기보다 작을 때에도, 복원 스프링(374)은 폐쇄 부재(360)를 폐쇄 위치로 강제시킨다. 스프링(374)이 완전히 압축될 때, 상부의 부챔버(351)와 하부의 부챔버(352) 사이에는 여전히 유체 연통이 존재한다(도 3c 참조). 스프링(374)은 컨테이너(500) 내부의 오염을 피하기 위해 컨테이너가 완전히 비워진 이후 컨테이너(500)가 폐쇄되는 것을 보장하도록 제공된다.

상기 실시예에 따르면, 힘 발생 수단(80)은 밸브(310)에 포함된 내측 부분(380'')과 본 발명에 따른 시스템(700) 내에 통상 포함되는 상보적인 외측 부분(380)을 포함한다. 상기 내측 부분(380'')은 밸브 부재(370)에 포함된 자석 요소(381)의 형태이다. 도 3a 내지 도 3c에 있어서, 상기 자석 요소(381)는 밸브 부재(370)의 본체를 형성한다. 밸브(310)의 종축(100)에 대해 직각을 이루는 축(200)을 갖는 자석 요소는 하부의 부챔버(352)에서 왕복 운동할 수 있다. 또한, 자석 요소(381)는 밸브 부재(370)와는 별개의 것일 수 있고, 밸브 부재 내에 포함될 수 있다. 자석 요소(381)는 특정의 극, 예컨대 N극이 하우징(320)의 외측을 향하고 이에 따라 밸브(310)의 축(100)을 등지고 있도록 배치된다. 자석 요소(381)는 하부의 부챔버(352)의 축(200)과 정렬되도록 배치되어 있다. 상기 상보적인 부분(380')은 또한 자석 요소(382)를 포함한다. 만약 같은 극들이 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 서로 마주하도록 힘 발생 수단의 상보적인 부분(380')이 밸브(310)에 근접하게 될 경우, 외측 부분(380)의 N극이 자석 요소(381)의 N극에 면하게 된다. 상기 실시예에서 밸런싱 힘(Fx)은 면 시일(361)을 밸브 시트(322)로부터 멀어지도록 강제시키는 역할을 하는 자석 요소(381, 382) 간의 자석의 척력에 의해 제공된다. 외측 부분(380')이 없는 시스템(700)과 함께 밸브(310)를 사용하려는 시도가 있을 경우, 밸런싱 힘(Fx)은 발생하지 않게 되고 밸브 부재(370)는 자유스럽게 폐쇄 위치로 물러선다. 밸브(310)의 입구 포트(30)가 컨테이너(500) 내의 정압 이상의 송출 압력에 노출되자마자 밸브 부재(370)는 출구 포트(40)를 폐쇄한다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브는 제1 실시예를 구성하는 모든 구성 요소를 포함하고 후술하는 차이점을 갖는다. 숫자 400을 더한 참조 번호는 제3 실시예에서 사용한 것과 유사한 부품을 나타낸다. 스프링(474)의 하류 단부는 제3 실시예에서의 스프링 하류 단부의 수용 방식과는 달리 하우징(420) 내에 포함된 적절한 우물형 부분(485)에 수용된다. 제4 실시예와 제3 실시예 간의 주요한 차이점은, 제4 실시예에서 힘 발생 수단(80)은 자석의 척력에 의하기 보다는 2개의 요소들 사이에서의 자석의 인력에 의해 작동한다는 점이다. 제4 실시예에서 내측 부분(480'')은 제2 밸브 부재(470)에 포함된 자화성 요소(481)의 형태일 수 있다. 이는 철을 함유한 코어를 포함할 수 있고, 밸브 부재(470)의 본체를 형성할 수 있다. 밸브(420)가 적절하게 작동하는 동안에, 힘 발생 수단(80)의 상보적인 부분(480')은 자석 요소(482)의 극들 중 하나가 밸브 부재(470)의 축(300)과 정렬되도록 밸브(410)에 근접하게 된다. 상기 실시예에 있어서의 밸런싱 힘(Fx)은 자석 요소(482)와 자화성 요소(481) 사이의 자석 인력에 의해 제공된다. 제4 실시예에 따른 밸브의 작동은 제3 실시예에 따른 밸브의 작동과 유사하다. 별법으로서, 힘 발생 수단(80)의 내측 부분(480'')은 충전 시스템(700)의 외측 부분(480')과 작동적으로 연결될 때 자석 인력을 제공하도록 그 극들이 배치되어 있는 자석 요소를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 힘 발생 수단(80)은 본 발명에 따른 밸브와 관련하여 사용되는 유체에 따라 선택되는 적절한 크기의 밸런싱 힘(Fx)을 제공하도록 교정된다. 상기 유체가 휘발유 등과 같이 낮은 증발점을 지닌 액체이거나 또는 예컨대 이산화탄소와 같이 낮은 액화점을 지닌 가스일 때, 유체는 컨테이너(500) 내에 액체 침전을 빠르게 형성하여 전술한 배압(P3)을 제공하게 되는데, 그렇지 않으면 기상 혹은 증기상의 액체가 컨테이너에 채워진다.

이러한 배압은 일반적으로 유체의 성질과 그 유체의 온도에 따라 정해지며 각 유체에 따라 다르다. 컨테이너에 약간의 액체가 형성되자마자 증기압은 온도가 일정하게 유지되는 한 보다 많은 액체가 형성됨에 따라 일정하게 유지된다. 그러나, 실제로 컨테이너(500)로의 가스의 팽창은 컨테이너의 냉각을 초래하며, 이에 따라 주변 온도의 경우보다 증기압이 낮아진다. 컨테이너(500)가 좀더 채워지고 온도가 안정화되며 상승하기 시작함에 따라, 증기압은 이와 유사하게 증가하여 결국에는 컨테이너(500)의 온도의 함수에 의존하여 그리고 최소량의 액체가 컨테이너 내에 존재하는 한 액체상의 레벨과 무관하게 안정될 것이다.

본질적으로, 모든 실시예에 있어서, 밸브 부재는 컨테이너의 충전 작동 중에 송출 유체 압력(P1)과 컨테이너의 유체 압력(P3) 사이의 양의 압력차(즉, 밸브의 제1 및/또는 제2 단부 사이의 양의 압력차 ㅿp13)가 특정의 값 이하일 때 개방된 상태로 유지되므로, 이 압력차에 대응하는 밸브 부재 상에 가해진 힘은 밸런싱 힘(Fx)에 의해 상쇄될 수 있고 밸브를 개방 상태로 유지시킬 수 있다.

따라서, 주어진 유체 송출 압력에 있어서, ㅿp13의 값은 유체의 특정의 증기압에 따라 변할 것이다. 밸런싱 힘(Fx)의 크기는 ㅿp13과 관련이 있기 때문에, Fx를 선택할 때 유체의 성질을 고려해야만 한다. 따라서, 예컨대 힘 발생 수단(80)이 비교적 높은 증기압을 지닌 이산화탄소용으로 적절한 특정 밸런싱 힘을 제공하는 밸브가 낮은 증기압의 액체로 컨테이너(500)를 충전시키기 위해 사용될 경우, 밸런싱 힘(Fx)은 제2 밸브 조립체(70)를 개방 상태로 유지하기에 불충분하게 된다. 그 이유는 시스템에 의해 제공된 ㅿp13의 크기가 Fx보다 큰 힘을 일으키고, 해당 밸브 부재를 폐쇄시키기 때문이다. 다른 한편으로는, 상기 밸브에 대한 공칭의 값보다 현저하게 더 높은 증기압을 지닌 유체와 함께 동일한 밸브를 사용하려는 시도가 있을 경우 그 밸브는 여전히 작동할 수 있다.

다른 한편으로, O₂, N₃ 등과 같이 매우 낮은 액화점을 지닌 가스는 다소간 이상 가스로서 거동하기 때문에, 배압은 송출 압력이 증가함에 따라 연속적으로 증가할 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 밸브는 그에 부착된 컨테이너가 특정의 조건, 즉

a) 적어도 저장조의 충전 동안에 적절한 밸런싱 힘(Fx)이 존재하는 조건과,

b) 밸브의 입구 포트에서의 송출 압력(P1)이 특정한 매우 낮은 크기에서 시작하고, 후속하여 저장조로부터의 배압(P3)이 증가함에 따라 밸브의 힘 발생 수단에 의해 발생된 밸런싱 힘보다 크지 않은 폐쇄 힘을 밸브 부재에 제공하는 방식으로 증가하게 되는 조건

하에서만 채워질 수 있도록 채택되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 유체 충전 시스템(700)은 이러한 조건들을 반드시 제공하는 특징을 포함한다.

따라서, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 유체 충전 시스템(700)의 바람직한 실시예는 유체 공급원(600)에 작동적으로 연결 가능한 적절한 압력 조절 수단(720)과, 압력 조절 수단(720)에 작동 가능하게 연결되고 그리고 본 발명에 따른 밸브(10)에 작동적으로 연결될 수 있는 적절한 유량 센서 수단(730)을 포함한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브(10)가 도 5에 개략적으로 도시되어 있지만, 상기 시스템(700)의 설명은 필요한 변경을 가하여 밸브의 다른 실시예에 유사하게 적용될 수 있다. 상기 시스템(700)은 압력 조절 수단(720)과 유량 센서 수단(730)에 작동적으로 연결된 적절한 제어 수단(710)을 더 포함하며, 유량 센서 수단(720)에 의해 측정된 유량에 따라 압력 조절 수단(720)을 제어한다.

상기 시스템(700)과 함께 사용된 밸브(10)의 타입에 따르면, 시스템(700)은 또한 밸브(10)가 시스템(700)에 작동적으로 연결될 때, 그리고 적어도 시스템(700)이 작동 상태로 있을 때, 적절한 밸런싱 힘(Fx)이 밸브(10) 내에 발생되도록 상기 힘 발생 수단(80)의 상보적인 외측 부분(80')을 포함할 수 있다.

상기 압력 조절 수단(720)은 그에 연결된 유체 공급원(600)의 유체 압력의 크기에 무관하게 그 출구에서 초기에 매우 낮은 송출 유체 압력(P1)을 송출할 수 있는 임의의 적절한 압력 조절 장치를 포함한다. 또한, 압력 조절 수단(720)은 그 출력 유체 압력을 매우 작은 단계에 따라 증가시키도록 미세하게 제어될 수 있다. 이러한 단계들은 최적화될 수 있는데, 그 이유는 시간에 대한 압력의 가파른 변화가 밸브 부재의 폐쇄를 초래하는 반면, 시간에 대한 압력의 밋밋한 변화는 충전 효율을 감소시켜 컨테이너(500)에 대한 재충전 시간이 길어지도록 하기 때문이다. CO₂로 저장조를 충전시키기 위해 본 출원인에 의해 발견된 최적 압력 변화율은 2초에 약 4 바아이다.

선택적으로, 그리고 도 6에 예시된 바와 같이, 압력 조절 수단(720)은 임의의 적절한 도관 및/또는 커넥터(805)를 경유하여 유체 공급원(600)에 연결될 수 있는 압력 조절기(810)를 포함할 수 있다. 공기압 공급원(830)이 예정된 고압의 공기를 비례 밸브(840)에 공급하는데, 이 비례 밸브(840)는 연통 라인(845)을 통해 제어 수단(710)에 작동적으로 연결되고, 또 압력 조절기(810)를 작동시키기 위해 사용될 수 있는 추가의 압력 조절기의 역할을 한다. 이러한 구조는 도 6의 요소를 위한 규격품이 송출 압력에 대하여 필요한 제어를 제공하여, 압력 조절기(810)와 유체 연통 상태로 있을 때 유용해질 수 있다. 제어 수단(710)이 압력 조절 수단(720)으로부터 송출 압력의 증가가 필요하다고 결정할 때, 적절한 신호가 비례 밸브(840)로 보내지고, 이 밸브는 실린더(850)에 대한 그 밸브의 출력 압력을 증가시켜, 바람직한 송출 압력을 밸브(10)에 공급하도록 압력 조절기(810)를 개방한다. 상기 제어 수단은 당업자에게 공지된 방법으로 작동한다.

도 6의 압력 조절 수단(720)을 사용하는 데 있어서 한 가지 장점은 충분하게 민감하고 제어 가능한 압력 조절이 규격품을 이용하여 제공될 수 있다는 것이다.

선택적으로 그리고 통상적으로, 상기 시스템(700)은 컨테이너가 필요한 양의 유체로 채워져 있는가를 보장하기 위해 적어도 충전 공정 이전과 말기에 컨테이너(500)의 질량 혹은 중량을 측정하는 적절한 저울(770) 혹은 그 밖의 계량 수단을 더 포함한다. 바람직하게는 저울(770)은 충전 작업 동안 컨테이너의 중량 혹은 질량을 연속적으로 모니터할 수 있게 해주며, 유익하게는 저울(770)은 제어 수단(710)에 작동적으로 연결되어 제어 수단에 컨테이너(500)의 중량 혹은 질량을 표시하는 신호를 전송할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 상기 제어 수단(710)은 충전 공정 동안 컨테이너(500)의 중량 혹은 질량을 연속적으로 모니터한다. 이는, 만약 제2 밸브 밀봉 수단이 폐쇄되고 컨테이너가 아직 완전히 채워지지 않거나 혹은 소정의 비율, 예컨대 저울(770)로부터 제어 수단(710)에 제공된 질량 값이 낮은 중량을 표하는 바와 같이 98% 만큼 충전되는 경우, 송출 압력이 컨테이너가 가득 찬 경우보다 더 높다는 것을 나타낸다는 점에서 유리하다. 따라서, 이러한 구조는 제어 수단(710)이 컨테이너가 가득 찬 상황과 밸브 부재 폐쇄의 원인이 높은 송출 압력에 있는 상황을 분별할 수 있도록 해준다. 이 경우, 유량 센서(730)를 또한 생략할 수 있다.

별법으로서, 그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 조절 수단(720)은 이전과 마찬가지로, 예컨대 임의의 적절한 도관 및/또는 커넥터(850)를 통해 연결될 수 있는 압력 조절기(810)를 포함할 수 있다. 그러나, 압력 조절기(810)는 적절한 스텝 모터 장치(860)에 연결되는데, 이 장치는 압력 조절기(810)가 모터(860)의 스텝 작용과 관련된 작은 단계로 송출 압력을 증가 혹은 감소시킬 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 스텝 모터(860)는 공지 기술이다. 스텝 모터(860)는 연통 라인(845)을 통해 제어 수단(710)에 작동적으로 연결된다. 제어 수단(710)이 압력 조절 수단(720)으로부터 송출 압력의 증가가 필요하다는 것을 결정할 때, 적절한 신호가 스텝 모터(860)로 전송되어 이 모터는 필요한 증분 단계 회수만큼 회전하고 이어서 바람직한 송출 압력을 밸브(10)에 제공하기 위한 해당 양만큼 압력 조절기(810)를 개방한다.

도 7의 압력 조절 수단(720)을 사용하는 것과 관련된 장점은, 규격품을 이용하여 충분하게 민감하고 제어 가능한 압력 조절이 제공될 수 있다는 것과, 도 6에 도시된 장치에 비해 필요한 부품의 수가 작다는 것 등이 있다.

유량 감지 수단(730)은, 유체의 유량, 즉 통상적으로 수 표준 세제곱 센티미터(sccm) 등의 매우 작은 값에서부터, 초당 수 표준 리터 등의 공칭 유량까지의 질량 유량 혹은 체적 유량 중 하나 혹은 양자를 감지 및 측정할 수 있고, 유량의 작은 변화를 검출하기 위한 임의의 적절한 유체 흐름 센서(들)를 포함한다. 또한, 상기 유량 감지 수단은 측정된 유량을 적절한 신호, 상기 제어 수단(710)에 의해 수신 및 처리될 수 있는 대개 아날로그 혹은 디지털의 전기 혹은 전자 신호로 변환시킬 수 있다. 통상적으로, 상기 유량 감지 수단은 유량계를 포함한다. 적절한 유량계는 해당 분야에 잘 알려져 있다. 이러한 유량계는 그것을 통과하는 유량의 함수로서 그 내부에 포함된 터빈의 RPM을 제공한다.

상기 제어 수단(710)은 통상적으로, 예컨대 상기 시스템(700)의 외부에 연결되는 컴퓨터와 같은 마이크로프로세서에 기초한 제어 시스템을 포함하거나, 또는 별법으로서 시스템(700) 내에 적절한 마이크로프로세서 칩이 일체적으로 포함되는 것이 바람직하다. 특히, 제어 수단(710)은 유량 감지 수단(730)으로부터 적절한 신호를 수신하도록 되어 있고, 이러한 신호를 기초로 하여 상기 압력 조절 수단(720)에 제어 신호를 공급하고 그에 따라 송출 출력 압력(P1)을 제어하도록 구성되어 있다.

상기 시스템(700)은 정상적으로 압력 조절 수단(720)을 통해 일체적으로 혹은 영구적으로 적절한 유체 공급원(600)에 연결되지만, 예컨대 유체 공급원(600) 혹은 시스템(700)의 유지 보수를 용이하게 하도록 이들에 분리 가능하게 연결될 수 있다. 컨테이너(500)를 충전시키고자 할 때, 상기 시스템(700)은 유량 감지 수단(730)을 통하여 밸브(10)[이것은 통상 컨테이너(500)에 영구적으로 연결됨]에 연결된다. 별법으로서, 상기 유량 감지 수단(730)은 유체 공급원(600)에 연결될 수 있고, 압력 조절 수단(720)은 필요한 변경을 가하여 밸브(10)에 연결될 수 있다. 시스템(700)의 정상적인 충전 작업의 시작에 있어서, 제어 수단(710)은 예컨대 힘 발생 수단(80)에 의해 제공된 밸런싱 힘(Fx) 이하의 힘을 밸브 부재에 대해 발생시키는 압력차 ㅿp13을 제공하도록, 비교적 매우 낮은 크기의 송출 압력(P1)을 제공할 것을 압력 조절 수단에 명령한다. 상기 제어 수단(710)은 특정 타입의 밸브(10)에 맞게 교정되기 때문에, 밸브(10)를 작동시키는데 요구되는 정확한 개시 송출 압력(P1)을 알게 된다.

선택적으로, 상기 제어 수단(710)은 복수 개의 밸브(10)와 함께 사용되도록 및/또는 여러 타입의 복수 개의 밸브와 함께 사용되도록 프로그램될 수 있기 때문에, 각각의 밸브(10)를 필요한 변경을 가하여 본 명세서에 개시한 방법과 유사하게 개별적으로 혹은 동시에 제어할 수 있다.

충전 공정의 개시점에서 유량 감지 수단(730)이 제로의 유량을 측정할 경우, 이는 시나리오 a), 즉 컨테이너가 잔류 압력을 갖고 이에 따라 송출 압력이 폐쇄 부재(60)를 개방하기에 불충분하다는 것을 나타내며, 컨테이너(500)는 제거 및 비워질 수 있고, 또 밸브(10)를 매개로 시스템(700)에 연결될 수 있다. 별법으로서, 적절한 핀 장치 등의 기계적 수단은 밸브가 시스템(700)에 연결될 때 폐쇄 부재(60)를 강제로 개방시킨다. 별법으로서, 적절한 블로우 오프(blow-off) 혹은 압력 해제 밸브(740)는 후술되는 바와 같이 사용 이전에 컨테이너(500)로부터 유체를 유출시키기 위해 사용될 수 있는 것이 바람직하다.

통상적으로, 특히 시나리오 b)에서는 소량의 유체 유량이 작동의 개시점에서 유량 감지 수단(730)에 의해 초기에 검출될 것이다. 도 8에 G로서 표시된 바와 같이, 송출 압력(P1)은 통상 공칭으로 제로에서 시작하여 배압(P3)이 검출될 때까지 급속하게 증가되고, 양의 압력차가 ㅿp13을 초과하지 않도록 P1을 제한한다. 비교적 높은 융해점을 지닌 CO₂와 같은 유체에 대해 살펴본다. 컨테이너(500)가 유체로 채워지기 시작할 때, 컨테이너(500) 내의 정압(P3)은 증가하고 충전 작업의 이러한 부분은 도 8에서 A로 표시되며, 여기서 유체는 컨테이너(500) 내에서 오직 기상으로 존재하게 된다. 시간에 대한 송출 압력(P1)의 증가는 최적화될 수 있기 때문에, 한편으로 너무 높지 않아 (A') 밸브 부재의 폐쇄를 초래하고, 너무 낮지 않아 (A'') 재충전 시간의 연장을 초래한다. 양의 압력차(ㅿp13)는 일정하게 유지되고 그리고 밸런스 힘(Fx)의 교정에 참조하는 압력차 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 결국, 액체는 도 8에 B로 표시된 바와 같이 컨테이너(500) 내에서 형성되기 시작하고 밸브를 통해 송출된 유체는 기상에 비해 액체 분율이 증대된다. 따라서, 시간에 따른 송출 압력(P1)의 변화율을 새로운 값까지 증가시키고, 충전 시간을 감소시킬 수 있지만, ㅿp13 이상인 동등한 압력차가 유지될 수 있다. 예정된 양의 액체가 컨테이너 내에 형성될 때, 예컨대 그 내용물의 순수 중량이 50g에 도달할 때와 같은 소정의 시점에서, 상기 시스템은 압력의 변화율을 매우 높은 값까지 증가시켜, 밸브 양단의 압력차를 다시 ㅿp13 이상으로 유지시킨다. 임계량의 액체가 컨테이너 내에 넣어질 때 증기압이 일정해지고(온도도 역시 안정됨), 그 후에 도 8에 C로 표시된 바와 같이 많은 유체가 컨테이너에 제공됨에 따라 다소 일정한 증기압이 존재한다. 그 후, 송출 압력(P1)은 도 8에 C로 표시된 바와 같이 증기압에 ㅿp13을 더한 값에 대응하는 값으로 일정하게 유지된다. 통상적으로, 유체 흐름은 컨테이너 내용물의 순수 중량이 예정된 한계치에 도달하였을 때 종결된다. 그러나, 만약 그렇지 않으면, 컨테이너는 액체상의 유체로 완전히 채워지고, 배압(P3)은 컨테이너가 채워질 때 갑자기 증대되어 도 8에서 F로 표시된 송출 압력(P1)과 동일해진다. 그러나, 도 8에 A로 표시된 초기 혼합 증기/액체의 충전 단계 동안, 더 많은 유체가 컨테이너에 공급되고, 몇몇 지점에서 증기압은 컨테이너 내의 온도가 증가함에 따라 증가하며, 결국에는 실린더 내의 배압이 송출 압력과 동등해지 때문에, 유체 유량은 같은 정도로 0으로 감소하고 송출 압력(P1)은 증가될 필요가 있다.

따라서, 제어 수단(710)은 유체 유량 감지 수단(730)에 의해 감지된 감소하는 유체 유량을 컨테이너로부터의 배압(P3)이 증가하고 있는 것으로 해석하고, 이에 따라 유체의 송출 압력(P1)을 증가시키기 위해 적절한 신호를 압력 조절 수단(720)으로 전송한다. 따라서, 다소 완만한 기울기를 지닌 도 8의 A 부분은 송출 압력(P1)이 측정된 질량 유량 변화에 따라 작은 증분만큼 변하게 되는 것과 같은 물결 모양의 프로파일을 포함할 수 있다.

따라서, 이러한 방법으로, 제어 수단(710)은 유량 감지 수단(730)에 의해 측정된 유량을 연속적으로 모니터하고, 유체 유량이 감소할 때마다 압력 조절 수단(720)에 의해 제공된 송출 압력(P1)을 매우 작은 단계에서 연속적으로 증가시킨다. 따라서, 제어 수단(710)은 컨테이너로의 유량을 일정하게, 또는 별법으로서 유량의 상한치와 하한치 내에서 유지시키도록 시도하는 것이 바람직하다. 그러나, 제어 수단(710)이 컨테이너(500)로의 유량을 최대화하도록 시도하는 것이 바람직하다.

압력 조절 수단(720)이 어떠한 이유로 인해 송출 압력(P1)을 너무 높게 증가시킬 경우, 이는 밸브 부재(70)가 출구 포트(40)를 폐쇄하도록 만들고, 이에 따라 유체 유량은 갑자기 제로로 떨어진다. 유량 감지 수단(730)에 의해 측정된 제로 유체 흐름은 항상 밸브 부재(70)가 폐쇄되었다는 것을 표시하는 것으로 제어 수단(710)에 의해 해석되며, 이러한 상황에서, 즉 컨테이너의 일부가 이미 충전되었을 때, 제어 수단(710)은 압력 조절 수단(720)에 송출 압력을 줄일 것을 명령한다. 그러나, 상기 유체가, 예컨대 CO₂와 같은 낮은 액화점을 지닌 가스일 때, 유량 감지 수단(730)은 액체의 흐름에만 민감하고 가스의 흐름에는 민감하지 않을 수 있다. 따라서, 충전 작업의 개시점에서, 도 8에 A로 표시된 바와 같이 가스만이 컨테이너(500)에 유입될 때, 유량 감지 수단은 어떠한 흐름도 감지하지 않게 될 것이다. 그러나, 제어 수단(710)은 이를 위해 프로그램될 수 있다. 일단 몇몇 액체가 컨테이너 내에 형성되기만 하면, 액체는 그 흐름을 감지하는 유량 감지 수단(730)을 통과한다.

이와 동시에, 선택적인 압력 해제 밸브(740)는 압력 조절 수단(720)과 밸브(10)의 챔버(50) 사이의 압력을 해제하고, 그 내부의 유체는 대기 또는 선택적인 오버플로우 탱크(750)로 빠져나간다. 따라서, 압력 해제 밸브(740)는 제어 수단(710)에 작동적으로 연결되고 또 그에 의해 제어되며, 압력 해제 밸브(740)의 작동은 밸브 부재(70)가 출구 포트(40)를 개방시킬 수 있도록 밸브(10), 특히 챔버(50) 내의 압력(P2)이 충분히 낮아질 때 중단된다. 밸브(10)로의 송출 압력(P1)은, 압력 조절 수단(720)의 하류에 배치되고 또 작동적으로 제어 수단(710)에 연결되는 것이 바람직한 광학 압력 변환기 혹은 그 밖의 압력 센서 수단(760)에 의해 유리하게 모니터될 수 있다. 일단 밸브 내의 정압이 밸브 부재(70)를 개방하도록 충분하게 낮아졌을 경우, 유체는 한 번 더 컨테이너(500) 속으로 흐를 것이며, 제어 수단(710)은 전술한 바와 같이 압력 조절 수단(720)의 송출 압력(P1)을 계속 증가시킬 것이다. 컨테이너(500)를 충전시키기 전에, 압력 해제 밸브(740)는 압력 조절 수단(720)과 밸브(10)의 챔버(50) 사이의 압력을 해제하는 것이 바람직하다.

Claims

컨테이너(500)를 폐쇄하기 위한 그리고 컨테이너(500)가 충전될 수 있게 하기 위한 밸브(10)로서,

유체 공급원(600)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 입구 포트(30)와, 상기 컨테이너(500)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 출구 포트(40)를 구비하는 하우징(20);

폐쇄 부재(60; 260; 360; 460); 및

제1 위치에서 상기 입구 포트(30)와 상기 출구 포트(40) 사이의 유체 연통을 허용하고, 제2 위치에서 상기 입구 포트(30)로부터 상기 출구 포트(40)로의 유체 연통을 금지하는 하나 이상의 밸브 부재(70; 270; 370; 470)

를 포함하며, 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)는 폐쇄 부재(60; 260; 360; 460)로부터 분리되어 있고, 이 밸브 부재(70; 270; 370; 470) 양단의 정압차(ㅿP3)가 예정 가능한 제1 임계치 미만인 경우에만 상기 제1 위치에 도달 및 유지되는 것인 밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)는, 밸런싱 힘(Fx)을 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)에 제공하도록 되어 있는 그리고 충전 조건이 충족될 때 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)를 상기 제1 위치에 이르게 하도록 되어 있는 힘 발생 수단(80; 280; 380'', 80'; 480'', 80';)을 구비하는 것인 밸브.
제2항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 스프링(280)을 포함하는 것인 밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브 부재(370; 470)는 상기 밸브에 포함된 내측 부분(380'', 480'')을 구비하고, 이 내측 부분은 밸브 부재(370; 470)를 상기 제1 위치에 도달 및 유지시키도록, 상기 밸브(10)에 포함되지 않은 외측 부분(80; 380'; 480')과 작동적으로 연결될 수 있는 것인 밸브.
제4항에 있어서, 상기 내측 부분(380'', 480'')은, 상기 밸브가 제2 자석(382; 482)을 구비하는 외측 부분(380'; 480')과 가까워질 때, 상기 밸브 부재(370; 470)를 상기 제1 위치에 이르게 하기 위한 밸런싱 힘(Fx)을 제공하는 제1 자석(381) 혹은 자화성 요소(481)를 구비하는 것인 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐쇄 부재(60; 260; 360; 460)는 체크 밸브로 형성되는 것인 밸브.
제6항에 있어서, 상기 체크 밸브(260)와 상기 밸브 부재(270)는 상기 입구 포트(30)와 상기 출구 포트(40) 사이에 있는 상기 하우징(20)의 챔버(50) 내에서 이동 가능한 본체(260) 상에 형성되는 것인 밸브.
제6항에 있어서, 상기 체크 밸브(260)는 상기 입구 포트(30)를 향하는 방향의 체크 밸브(260)의 단부에 부착된 핀(290)을 포함하는 것인 밸브.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 서로 연통하는 상류 챔버(351)와 하류 챔버(352)로 분할된 챔버를 구비하며, 상기 상류 챔버(351)는 상기 폐쇄 부재(60)를 왕복 운동 가능하게 수용하도록 되어 있으며, 상기 하류 챔버(352)는 적어도 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 밸브 부재(370)를 왕복 운동 가능하게 수용하도록 되어 있는 것인 밸브.
제9항에 있어서, 상기 하류 챔버(352)는 내측 부분(380'', 480'')과 외측 부분(380'; 480') 사이에서 자석의 인력 혹은 척력 방향으로 상기 밸브 부재(370)의 운동을 조정하도록 되어 있는 것인 밸브.
인가된 유체 공급원(600)으로부터의 유체로만 컨테이너(500)를 충전시키기 위한 시스템으로서,

상기 유체 공급원(600)에 유체 연통해 있고 상기 컨테이너(500) 상에서 밸브(10)와 연결되도록 되어 있는 압력 조절 수단(720)

을 포함하고, 상기 밸브(10)는

- 유체 공급원(600)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 입구 포트(30)와, 상기 컨테이너(500)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 출구 포트(40)를 구비하는 하우징(20);

- 폐쇄 부재(60; 260; 360; 460); 및

- 제1 위치에서 상기 입구 포트(30)와 상기 출구 포트(40) 사이의 유체 연통을 허용하고, 제2 위치에서 상기 입구 포트(30)로부터 상기 출구 포트(40)로의 유체 연통을 금지하는 하나 이상의 밸브 부재(70; 270; 370; 470)를 포함하며, 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)는 이 밸브 부재(70; 270; 370; 470) 양단의 정압차(ㅿP3)가 예정 가능한 제1 임계치 미만인 경우에만 상기 제1 위치에 도달 및 유지되는 것이고,

상기 압력 조절 수단(720)은 상기 컨테이너(500)에 공급되는 유체의 압력을 상기 밸브(10)의 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)가 상기 제1 위치에 도달 및 유지되도록 선택된 예정된 혹은 예정 가능한 제1 임계치 미만으로 유지하도록 되어 있는 것인 시스템.
제11항에 있어서, 상기 컨테이너(500)로의 액체 흐름을 측정하기 위한 유량 감지 수단(730)을 구비하며, 상기 압력 조절 수단(720)과 상기 유량 감지 수단(730)에 작동적으로 연결된 제어 수단(710)을 더 포함하는 것인 시스템.
제12항에 있어서, 상기 압력 조절 수단(720)은 예정된 최소 크기의 송출 압력을 제공하도록, 그리고 상기 제어 수단(710)을 통해 제어 가능한 방식으로 송출 압력을 증가시키도록 되어 있는 것인 시스템.
제12항에 있어서, 상기 시스템에 연결된 유체 공급원(600)으로부터 컨테이너(500)를 충전하는 것과 관련된 상기 시스템의 작동 중에, 상기 제어 수단은 제1 예정된 임계치 미만의 크기의 송출 압력을 제공한 다음 송출 압력을 증가시켜 유체 유량을 예정된 범위로 유지시키도록 초기에 압력 조절 수단에 명령을 내리는 것인 시스템.
제11항에 있어서, 제4항, 제5항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 따른 밸브 내의 힘 발생 수단의 내측 부분(380''; 480'')과 작동적으로 연결될 수 있는 상기 힘 발생 수단의 외측 부분(380'; 480')을 더 포함하는 것인 시스템.
제12항에 있어서, 상기 제어 수단(710)에 결합된 상기 컨테이너(500)를 계량하는 수단(770)을 포함하는 것인 시스템.
유체를 저장하기 위한 재충전 가능한 컨테이너로서, 밸브(10)가 마련되고, 상기 밸브(10)는

- 유체 공급원(600)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 입구 포트(30)와, 상기 컨테이너(500)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 출구 포트(40)를 구비하는 하우징(20);

- 폐쇄 부재(60; 260; 360; 460); 및

- 제1 위치에서 상기 입구 포트(30)와 상기 출구 포트(40) 사이의 유체 연통을 허용하고, 제2 위치에서 상기 입구 포트(30)로부터 상기 출구 포트(40)로의 유체 연통을 금지하는 하나 이상의 밸브 부재(70; 270; 370; 470)

를 포함하며, 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)는 이 밸브 부재(70; 270; 370; 470) 양단의 정압차(ㅿP3)가 예정 가능한 제1 임계치 미만인 경우에만 상기 제1 위치에 도달 및 유지되는 것인 재충전 가능한 컨테이너.
제17항에 있어서, 상기 밸브는 상기 컨테이너(500)의 개구에 영구적으로 연결되는 것인 재충전 가능한 컨테이너.
밸브(10)를 구비하는 컨테이너(500)를 유체 공급원(600)으로부터의 유체로 충전시키기 위한 방법으로서, 상기 밸브(10)는

- 유체 공급원(600)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 입구 포트(30)와, 상기 컨테이너(500)에 직접 혹은 간접적으로 연결되도록 구성된 출구 포트(40)를 구비하는 하우징(20);

- 폐쇄 부재(60; 260; 360; 460); 및

- 제1 위치에서 상기 입구 포트(30)와 상기 출구 포트(40) 사이의 유체 연통을 허용하고, 제2 위치에서 상기 입구 포트(30)로부터 상기 출구 포트(40)로의 유체 연통을 금지하는 하나 이상의 밸브 부재(70; 270; 370; 470)

를 포함하며, 상기 밸브 부재(70; 270; 370; 470)는 이 밸브 부재(70; 270; 370; 470) 양단의 정압차(ㅿP3)가 예정 가능한 제1 임계치 미만인 경우에만 상기 제1 위치에 도달 및 유지되는 것이고,

a) 상기 밸브(10)를 상기 유체 공급원(600)에 연결하는 단계; 및

b) 상기 밸브의 밸브 부재(70; 270; 370; 470) 양단의 정압차(ㅿP3)가 예정된 혹은 예정 가능한 제1 임계치 미만으로 유지되도록 상기 밸브(10)의 입구 포트(30)에서 상기 유체의 송출 압력(P1)을 제어하는 단계

를 포함하는 것인 컨테이너 충전 방법.
제19항에 있어서, 상기 단계 b)는,

b1) 예정된 혹은 예정 가능한 기간 동안 예정된 제2 임계치 미만인 정적 송출 압력을 상기 밸브(10)의 상기 입구 포트(30)로 초기에 공급하는 부(副) 단계와,

b2) 상기 부 단계 b1) 이후에, 상기 송출 압력을 연속적으로 혹은 복수의 단계로 증가시키는 부 단계를 포함하는 것인 컨테이너 충전 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 단계 b)는,

b3) 제2 임계치 미만인 정적 송출 압력을 상기 입구 포트로 초기에 공급하는 부 단계;

b4) 상기 밸브(10) 안으로 유동하는 유체의 유량을 측정하는 부 단계;

b5) 상기 유체 유량이 감소할 경우, 상기 정적 송출 압력(P1)의 크기를 예정된 혹은 예정 가능한 방식으로 증가시키는 부 단계; 및

b6) 측정된 유체의 유량이 제로가 될 때까지 상기 부 단계 b4)와 b5)를 반복하는 부 단계를 포함하는 것인 컨테이너 충전 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 단계 b)는,

b7) 상기 입구 포트(30)에서 정압을 측정하는 부 단계;

b8) 앞 단계에서의 상기 정압이 컨테이너의 완전 충전시 컨테이너 압력 크기인 예정된 제3 임계치 내에 속할 경우, 컨테이너의 충전을 차단하고 상기 유체 공급원으로부터 밸브의 연결을 끊는 부 단계와,

b9) 상기 부 단계 b7)에서의 상기 정압이 컨테이너의 완전 충전시 컨테이너 압력 크기의 예정된 제3 임계치 미만일 경우, 컨테이너의 충전을 중단하고, 출구 포트(40)의 밸브 상류에서의 압력을 해제하며, 컨테이너의 충전을 재개하고, 상기 부 단계 b7) 내지 b8)를 이어서 수행하는 단계를 포함하는 것인 컨테이너 충전 방법.
제21항에 있어서, 상기 단계 b)는,

b7) 상기 입구 포트(30)에서 정압을 측정하는 부 단계;

b8) 앞 단계에서의 상기 정압이 컨테이너의 완전 충전시 컨테이너 압력 크기인 예정된 제3 임계치 내에 속할 경우, 컨테이너의 충전을 차단하고 상기 유체 공급원으로부터 밸브의 연결을 끊는 부 단계와,

b9) 상기 부 단계 b7)에서의 상기 정압이 컨테이너의 완전 충전시 컨테이너 압력 크기의 예정된 제3 임계치 미만일 경우, 컨테이너의 충전을 중단하고, 출구 포트(40)의 밸브 상류에서의 압력을 해제하며, 컨테이너의 충전을 재개하고, 상기 부 단계 b7) 내지 b8)를 이어서 수행하는 단계를 포함하는 것인 컨테이너 충전 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 충전 공정 이전이나 충전 공정 동안에, 또는 충전 공정 이전과 충전 공정 동안에, 컨테이너(500)의 중량을 연속적으로 측정하는 것인 컨테이너 충전 방법.