KR102423107B1

KR102423107B1 - 유체 이송을 위한 커플링 및 방법

Info

Publication number: KR102423107B1
Application number: KR1020207029470A
Authority: KR
Inventors: 니콜라 모쉬; 라파엘 메이어; 스테판 뮐러
Original assignee: 베흐 게엠베하, 페어빈둥스테크니크
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2022-07-19
Also published as: CN112005042B; ES2909569T3; EP3781857A1; KR20200131877A; CA3097309A1; CA3097309C; US11125372B2; CN112005042A; WO2019202360A1; JP7204775B2; DK3781857T3; EP3781857B1; US20210108750A1; PL3781857T3; JP2021520477A

Abstract

본 발명은 유체 이송을 위한 커플링(10)에 관한 것으로, 밸브(30)와 유체의 유동 방향(D)으로 스프링력에 의해 프리텐션된 밸브 슬리브(31)에 이동 측면에서 결합되는 밸브 태핏을 구비하고, 탱크 니플(50)에 커플링(10)을 해제 가능하게 잠그는 잠금부(40)와, 폐쇄된 밸브(30)를 해제 가능하게 차단하기 위한 고정부(60)를 가지며, 잠금부(40)와 고정부(60)는 유체의 유동 방향(D)에 반하여 스프링력에 의해 프리텐션된 슬라이딩 슬리브(70)를 통해 이동 측면에서 결합되어, 슬라이딩 슬리브(70)의 제 1 제어 위치(A)에서 잠금부(40)가 잠금 해제되고 밸브(30)가 폐쇄되며, 슬라이딩 슬리브(70)의 제 2 제어 위치(B)에서 고정부(60)가 밸브 슬리브(31)를 잠금 해제하여, 밸브(30)가 차단 해제되고 적어도 부분적으로 개방되고, 밸브 슬리브(31)는 유체의 유동 방향(D)에 반하는 압력하에 이동될 수 있으며, 고정부(60)는 슬라이딩 슬리브를 잠그고 밸브(30)를 완전히 개방한다.

Description

유체 이송을 위한 커플링 및 방법

본 발명은 충전(refueling) 장치의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 청구항 1에 따른 유체 이송을 위한 커플링, 청구항 16에 따른 유체 이송을 위한 방법 및 청구항 18에 따른 상기 커플링의 바람직한 사용에 관한 것이다.

연료 전지 차량의 수소 충전에 있어서, 차량은 충전 커플링 및 이에 연결된 호스를 통해 충전소의 디스펜서(dispenser)에 연결된다. 그렇게 할 때, 커플링이 차량측 충전 밸브에 연결되지 않았거나 올바르게 연결되지 않은 경우, 커플링이 압력에 의해 작용될 때 매체(medium)가 유출되지 않도록 해야 한다. 또한, 충전 밸브에 올바르게 연결되지 않으면, 압력을 받는 경우에 커플링이 상기 충전 밸브에서 분리되지 않는 것을 막아야 한다. 또한, 낮고 허용 가능한 잔류 압력보다 큰 기존 내부 압력에서 탱크 커플링의 분리가 불가능해질 수 있다.

특허 출원 US 2015/0377398 A1은 유체 채널을 개폐하는 밸브 요소와 밸브 요소의 개방 또는 폐쇄 상태가 창문을 통해 외부에서 감지되도록 하는 표시 요소를 구비한 커플링 요소를 개시한다.

본 발명에 의해 해결하려는 과제는, 신뢰할 수 있을 뿐만 아니라 누출을 방지하는 방식으로 연결되어야 하며 그럼에도 불구하고 특히 사용자가 다루기 쉬운, 유체 이송을 위한 커플링을 제공하는 것이다.

상기 과제는 유체 이송을 위한 커플링에 의해 해결되는데, 커플링은 중앙 유체 채널과 그 안에 배치된 밸브 - 그 밸브 태핏(tappet)은 유체의 유동 방향으로 스프링력에 의해 프리텐션된(pre-tensioned) 밸브 슬리브에 이동 측면에서(in terms of movement) 결합됨 - 를 구비하고, 탱크 니플에 커플링을 해제 가능하게(releasably) 잠그는 잠금부(locking mechanism)와, 폐쇄된 밸브를 해제 가능하게 차단(blocking)하기 위한 고정부(securing mechanism)를 가지며, 잠금부와 고정부는 유체의 유동 방향의 반대 방향으로 스프링력에 의해 프리텐션된 슬라이딩 슬리브를 통해 이동 측면에서 결합되어, 슬라이딩 슬리브의 제 1 제어 위치에서 잠금부가 잠금 해제되고 밸브가 폐쇄되며, 슬라이딩 슬리브의 제 2 제어 위치에서 고정부가 밸브 슬리브를 잠금 해제하여 밸브가 차단 해제되고 적어도 부분적으로 개방되고, 밸브 슬리브가 유체의 유동 방향에 반하는(against) 압력하에 이동될 수 있으며, 여기서 고정부는 슬라이딩 슬리브를 잠그고 밸브를 개방한다. 밸브가 초기에 적어도 부분적으로 개방됨으로써 커플링이 연료 펌프 또는 디스펜서에 의해 출구(outlet) 측에서 완전히 탈기(deaerated)될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 커플링의 핵심은 연결을 위해서 탱크 니플에 밀어 넣기만 하면 자동으로 제자리에 끼워진다는 것이다. 분리를 위해서는 레버만 당기면 된다. 이동 측면에서 결합된 잠금부와 압력 보조(pressure-assisted) 고정부로 구성된 조합에 의해, 커플링이 탱크 니플에 배치될 때 상기 커플링이 상기 탱크 니플에 자동으로 잠겨질 수 있게 된다. 또한, 압력이 가해질 때, 상기 메커니즘들은 커플링이 충전 니플(refueling nipple)에서 해제되는(released) 것을 방지하고, 상기 커플링은 압력이 다시 낮은 허용 잔류 압력 아래로 떨어질 때에만 충전 니플에서 해제될 수 있다. 결과적으로, 신뢰할 수 있고 누출이 방지되는, 커플링의 연결 및 분리가 제공된다. 슬라이딩 슬리브를 통한 잠금부 및 고정부의 기능적 통합은 사용자가 특히 간단하게 커플링을 조작할 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 각각의 종속항들에 나타나 있다.

본 발명에 따른 커플링의 바람직한 제 1 실시예에서, 잠금부(locking mechanism)는 유체의 유동 방향으로 스프링력에 의해 프리텐션된 잠금 슬리브와, 중앙 유체 채널에 반경 방향으로 이동 가능하게 배치되는 잠금 요소, 및 슬라이딩 슬리브를 해제 가능하게 차단하기 위한 차단부(blocking mechanism)를 포함한다. 여기서, 잠금부, 슬라이딩 슬리브 및 잠금 요소는 잠금 슬리브를 통해 서로 이동 측면에서 결합되어, 잠금 슬리브의 제 1 스트로크 위치에서 슬라이딩 슬리브는 제 1 제어 위치에서 차단되고(잠금 요소는 외부 반경 방향 위치에 고정됨), 잠금 슬리브의 제 2 스트로크 위치에서 슬라이딩 슬리브는 해제되고 제 2 제어 위치에 있다(잠금 요소는 슬라이딩 슬리브에 의해 내부 반경 방향 위치로 가압되어 거기에 고정됨). 또한, 탱크 니플에 의해 이동되는 잠금 슬리브를 통한 잠금부 및 차단부를 기능적으로 통합함으로써 사용자가 커플링을 간단하고 안정적으로 조작할 수 있도록 한다.

이 실시예의 바람직한 추가 개량예에서, 차단부는 슬라이딩 슬리브 또는 잠금 슬리브 상의 대응하는 홈에 교대로 결합(engage)될 수 있는, 적어도 하나의 볼을 포함한다. 이에 따라, 슬라이딩 슬리브 및 잠금 슬리브 상에서 볼의 결합을 위해 특히 간단하고 신뢰할 수 있는 구조적 해결책이 제공되며, 이것은 잠금 슬리브의 스트로크 위치에 따라 슬라이딩 슬리브가 해제(release)되거나 또는 차단(blocking)되도록 한다.

이 실시예의 더 바람직한 개량예에서, 잠금부는 적어도 하나의 차단홈(blocking groove)을 추가로 포함하고, 그것의 깊이는 제 1 및 제 2 제어 위치 사이의 슬라이딩 슬리브의 스트로크가 차단되도록 선택된다. 잠금 슬리브가 탱크 니플 없이 이동되면, 적어도 하나의 볼이 먼저 이 고정홈(securing groove)에 결합된다. 고정홈의 깊이가 지나치게 낮아서 슬라이딩 슬리브가 적어도 하나의 볼을 통과할 수 없기 때문에, 슬라이딩 슬리브는 적어도 하나의 볼에 의해 차단된다. 그 결과, 슬라이딩 슬리브가 유체의 유동 방향에 반하여 해제되는 것이 방지되고 밸브가 개방되는 것이 방지된다.

이 실시예의 또 다른 바람직한 개량예에서, 잠금 요소는 유체 채널에 방사상으로 배치된 원형 차단 세그먼트(circular blocking segments)로서 설계되며, 잠금 요소는 잠금부가 특히 간단하고 신뢰할 수 있는 구조로 설계되도록 한다. 이것은 한편으로 차단 세그먼트가 특히 넓은 원주(circumferential) 섹션에 걸쳐 탱크 니플 뒤에서 결합하도록 설계되어 커플링과 탱크 니플 사이가 특히 안정적으로 연결되기 때문이다. 이러한 차단 세그먼트는 슬라이딩 슬리브의 이동에 의해서만 반경 방향 내측으로 가압되기 때문에, 대응되는 스프링 프리텐셔닝(pre-tensioning)도 필요하지 않다. 그러나, 원칙적으로 커플링의 특정 요구 사항이 이것을 허용하는 경우, 대응되는 구멍(bores)에서 안내되는 간단한 방사형 핀으로 잠금 요소를 설계 할 수도 있다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 고정부(securing mechanism)는 유지 요소(retaining elements)에 대해 밸브 슬리브를 해제 가능하게(releasably) 차단하기 위해, 중앙 유체 채널에 대해 반경 방향으로 이동 가능하게 배치된 고정 요소를 포함하며, 고정 요소는 슬라이딩 슬리브 및 밸브 슬리브를 통해 이동 측면에서 서로 결합되어, 슬라이딩 슬리브의 제 1 제어 위치에서 고정 요소가 밸브 슬리브의 내부 반경방향 위치에서 잠기고(latched) 폐쇄된 밸브는 차단되고, 슬라이딩 슬리브의 제 2 제어 위치에서 고정 요소는 밸브 슬리브에 의해 외부 반경방향 위치로 가압되는데, 여기서 밸브 슬리브는 해제되고 밸브는 적어도 부분적으로 개방된다. 이러한 방식으로, 커플링이 탱크 니플에 견고하게 연결될 때에만 구조적으로 간단하고 신뢰할 수 있는 방식으로 완전한 밸브 개방이 보장된다.

이 실시예의 바람직한 추가 개량예에서, 밸브 슬리브는 고정 요소를 래칭(latching)하기 위한 적어도 하나의 원주 방향 단차부(step)를 가지며, 그 결과 고정 요소의 신뢰할 수 있는 결합이 길이방향 축에 대해 밸브 슬리브가 회전되는 경우에도 항상 보장된다. 특히 이것은 밸브 슬리브의 대응되는 축 방향 안내(axial guidance)가 필요하지 않게 한다.

이 실시예의 더 바람직한 개량예에서, 슬라이딩 슬리브는 추가로 중앙 유체 채널에 축 방향으로 안내되는 적어도 하나의 제어핀을 통해 밸브 슬리브와 이동 측면에서 결합된다. 이전에 정의된 제어 위치에서, 슬라이딩 슬리브는 제어핀을 전달하며, 이것은 차례로 스프링 프리텐셔닝에 반하여 밸브 슬리브를 이동시키고 그 과정에서 고정 요소를 슬라이딩 슬리브의 수용부(receptacle) 내로 반경방향 외측으로 가압한다. 그 결과, 고정부의 특히 간단한 제어가 가능해진다.

이 실시예의 또 다른 바람직한 개량예에서, 중앙 유체 채널에 축 방향으로 안내된 제어핀의 길이는, 잠금부를 잠그고 후속적으로 고정부를 차단 해제하도록, 밸브(30)가 적어도 부분적으로 개방되기 전에 오프셋 거리(offset distance)가 극복되어야(overcome) 한다. 밸브 슬리브는 이동 측면에서 이것과 결합된 밸브 태핏이 씰링 피스톤으로부터 상승되어 밸브를 적어도 부분적으로 개방할 수 있는 정도까지, 이것에 의해 스프링 프리텐셔닝에 반해 이 오프셋 거리 부근으로 이동된다. 그 결과, 압력이 가해질 때만 발생할 수 있는 직접적이고(immediate) 완전한 밸브 개방에 대한 향상된 잠금(security)이 제공된다.

이 실시예의 또 다른 바람직한 개량예에서, 유체 채널에 축 방향으로 안내 된 적어도 하나의 제어핀은 환형 압력 디스크를 통해 밸브 슬리브에 맞닿는다(abuts). 그 결과, 제어핀에 대한 접촉면이 커지는데, 이것은 또한 밸브 슬리브 둘레에 걸쳐 보다 균일하게 압력이 분포되도록 한다. 둘레방향 압력 디스크로 인해, 다음으로 제어핀에 대해 정확히 밸브 슬리브를 항상 배치시키는, 밸브 슬리브의 축 방향 안내를 필요로 하지 않게 된다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브는 유체의 압력 변화에 따라 개방 폭이 변경되도록 설계된다. 이 압력에 좌우되는(pressure-dependent) 개방 폭은, 충전 압력(filling pressure)이 완전히 축적된(built-up) 경우에만 밸브가 완전히 개방되지만, 충전 압력이 감소하거나 잔류 압력(residual pressure)에서는 부분적으로만 개방된 위치로 다시 떨어진다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 슬리브의 스프링 프리텐셔닝은, 유체 압력 아래로 떨어질 때만 밸브 슬리브와 슬라이딩 슬리브를 이동시킴으로써 밸브를 폐쇄하고 차단할 수 있도록 선택된다. 결과적으로, 탱크 니플로부터 커플링을 분리하는 것은 잔류 압력에 도달할 때에만 가능한데, 이것은 커플링을 분리할 때 탱크 니플로부터 유체가 원치 않게 누출되는 것을 확실하게 차단한다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 슬리브의 스프링 프리텐셔닝은, 유체 압력이 초과될 때만 밸브 슬리브 및 슬라이딩 슬리브를 이동시킴으로써 밸브가 완전히 개방되고 그 과정에서 슬라이딩 슬리브를 차단할 수 있도록 선택된다. 특히, 5 bar의 충전 압력을 초과하는 경우에만 밸브가 개방될 수 있으며, 그 결과 불안정한 충전 비율(unstable filling ratios) 또는 아직 완전히 탈기되지 않은 커플링에 대한 추가적인 잠금(security)이 제공된다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브는 정의된 유체 압력으로부터 시작하여 개방 폭이 고정되도록 설계되고, 그 결과 불안정한 충전 비율이 마찬가지로 차단되고, 특히 과압(overpressure) 하에서 명확하지 않은(undefined) 유체 전달이 발생할 수 없다.

본 발명에 따른 커플링의 다른 바람직한 실시예에서, 핸드 레버부(hand lever mechanism)가 마련되며, 이것에 의해 탱크 니플에서 커플링을 분리하기 위해 슬라이딩 슬리브가 제 2 위치에서 제 1 위치로 이동될 수 있다. 커플링을 탱크 니플에 안전하고 안정적으로 연결하기 위해서 단순히 밀기만 하면 되며, 커플링을 분리하는 데 단지 한 번의 디커플링 작동이 필요하다. 이것은, 예를 들어 기체 유체의 높은 충전 압력에도 불구하고, 커플링의 조작이 사용자에게 매우 용이하도록 한다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 데이터 인터페이스, 특히 충전(refueling) 정보를 제공하기 위한 수동으로 교환 가능한(manually exchangeable) 데이터 인터페이스가 마련된다. 이상적으로는 적외선 기반으로 작동하는, 이러한 데이터 인터페이스는 커플링의 앞쪽 단부에 위치하는 것이 바람직하며, 차량과 충전소 사이의 통신 및 최적의 충전 수준을 달성하는 역할을 한다. 지금까지는, 손상이나 오작동이 발생할 경우, 완전한 커플링을 위해 수리를 보내야 했다. 그러나, 교환 가능한 데이터 인터페이스는 현장에서 가능한 가장 짧은 시간에 직접 쉽게 교환할 수 있으므로 중단 타임(down times)이 단축된다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, LED 디스플레이, 바람직하게는 OLED 컬러 디스플레이가, 특히 충전 프로세스의 순서와 관련된, 충전(refueling) 정보를 표시하기 위해 마련된다. 이에 따라, 사용자는 이것으로부터 다음에 수행될 것을 읽을 수 있는데, 이것은 충전 프로세스를 용이하게 하는 동시에 안전성을 향상시킨다. 디스플레이는 매우 광집중적으로(quite light-intensive) 설계되며 넓은 시야각을 갖는 것이 이상적이다. 디스플레이는 이것에 의해 커플링의 기계적 기능에 어떠한 영향도 미칠 필요가 없으므로 디스플레이 없이도 커플링의 연결, 충전 및 분리가 가능하다. 이러한 방식으로, 특히 디스플레이가 손상된 경우에도 커플링은 작동될 수 있어서 충전은 여전히 가능해진다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 디스펜서에 충전 시작 요청을 시그널링하기 위한 시작 버튼이 커플링 그 자체에 마련된다. 이에 따라 커플링을 연결한 이후, 커플링에서 직접 충전 프로세스가 시작될 수 있다. 시작 버튼은 이것에 의해 시작 기능만을 포함하고, 예를 들어 미리 설정된 일정 금액으로 충전하는 경우 탱크가 가득 차면 충전소 측에서 자동 정지가 수행된다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 그립 영역은 추위에 대해 단열되고, 바람직하게는 진공 단열로 설계된다. 이러한 방식으로, 단열은 커플링을 유지하기 위해 항상 쾌적한(pleasant) 온도를 유지하는데, 이것은 그립 영역에 설치된 진공 단열에 의해 가장 잘 보장된다.

본 발명에 따른 커플링의 또 다른 바람직한 실시예에서, 완성된 메커니즘은 내후성(weather-resistant) 재료로 만들어진 연속적인 플라스틱 외피(sheath)로 덮여 있어서 사용자의 손가락/손에 대한 클램핑(clamping) 및 압착(crushing) 부상을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

상기 문제는 또한 전술한 청구항들 중 하나에 따른 커플링으로 유체를 이송하는 방법에 의해 해결되며, 여기서 슬라이딩 슬리브의 제 1 제어 위치에서 잠금부가 잠금 해제되고 밸브가 폐쇄되며, 슬라이딩 슬리브의 제 2 제어 위치로 전환되는 동안, 고정부는 밸브 슬리브를 잠금을 해제하여 밸브가 차단 해제되고 적어도 부분적으로 개방되며, 밸브 슬리브는 유체의 유동 방향에 반하여 압력을 받으며 이동된다. 여기서, 고정부는 슬라이딩 슬리브를 잠그고 밸브는 완전히 개방된다.

본 발명에 따른 방법의 핵심은 상이한 구성 요소들을 기능적으로 통합함으로써 탱크 니플에서 커플링의 연결 및 분리가 상당히 단순화될 수 있는 것이다. 사용자의 커플링 취급 개선 외에도, 잘못된 연결, 충전 중 불안정한 충전 비율 및 커플링 분리시 원치 않는 유체 유출에 대해 안전성과 신뢰성이 상당히 향상된다. 특히 슬라이딩 슬리브를 통한 잠금부 및 고정부의 기능적 통합은 이것에 의해 방법을 상당히 단순화하고 장애(disturbances) 또는 잘못된 사용에 영향을 받지 않도록 하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 제 1 실시예에서, 탱크 니플에서 커플링을 분리하도록, 유체의 압력이 낮추어지고 밸브 슬리브가 스프링력 구동 방식으로 유체의 충전 압력을 극복하고, 밸브 슬리브와 슬라이딩 슬리브는 이후 핸드 레버부를 통해 유체의 유동 방향으로 변위된다. 여기서 밸브는 폐쇄되고 고정부는 밸브 슬리브를 차단하고 슬라이딩 슬리브를 해제하고, 이후 슬라이딩 슬리브가 제 1 위치로 이동된다. 밸브 슬리브 스프링(37)의 스프링력을 설정(establishing)함으로써, 밸브가 충전 압력, 특히 최대 5bar의 충전 압력을 초과할 때에만 개방될 수 있는 것처럼, 미리 정해진 잔류 압력 아래로 떨어질 때만 탱크 니플에서 커플링의 분리될 수 있다. 이에 따라 탱크 니플에서 커플링을 연결 및 분리하는 방법이 훨씬 더 안정적이고 안전하다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서, 충전 프로세스의 순서가 커플링의 LED 디스플레이에 표시되고, 그 결과 커플링의 사용자가 충전 프로세스를 통해 안전하게 안내된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서, 충전 시작 요청이 커플링의 시작 버튼을 통해 디스펜서로 전송된다. 이러한 방식으로, 커플링의 사용자는 커플링에서 전체 충전 프로세스를 제어할 수 있게 되므로 훨씬 더 간단하고 신속하며 추가적으로 더 안전하다.

본 발명에 따른 커플링의 특히 간단한 취급 및 신뢰성 및 안전성 때문에, 상기 커플링은 기체 유체, 특히 수소를 사용하는 차량에 충전하기 위해 사용되는 것이 바람직하다.

위에서 언급된 특징들과 아직 설명되지 않은 아래 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 각각의 특정된 조합으로뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다고 이해된다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 도면들에 도시되어 있으며, 이하 명세서에서 상세하게 설명된다. 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사하거나 기능적으로 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1a는 탱크 니플(nipple)에 배치된, 본 발명에 따른 커플링의 종단면의 측면도이고,
도 1b는 탱크 니플에 잠금된(locked), 도 1a의 본 발명에 따른 커플링의 종단면의 측면도이고,
도 1c는 밸브가 완전히 개방된, 도 1b의 본 발명에 따른 커플링의 종단면의 측면도이다.

도 1a는 탱크 니플(50)에 배치된 본 발명에 따른 커플링(10)의 종단면의 측면도이다. 상기 커플링은 밸브(30)가 그 안에 배치된 유체 채널(20)을 가지며, 잠금부(locking mechanism, 40)을 통해 탱크 니플(50)에 연결된다. 고정부(securing mechanism, 60)을 통해, 밸브(30)는 차단 해제될 수 있고(unblocked) 잠금부는 차단될 수 있다(blocked). 이를 위해, 커플링(10)이 연결될 때, 개방 위치에서 잠금 요소(42)를 유지하는 잠금 슬리브(41)는, 잠금 요소(42)가 충전 니플(50)의 홈에서 반경 방향 내측으로 이동할 때까지 충전 니플(50)으로부터 뒤로 밀린다. 이에 의해 잠금 요소(42)는, 슬라이딩 슬리브 스프링(74)에 의해 프리텐션된(pre-tensioned), 슬라이딩 슬리브(70) 상의 베벨(bevel)에 의해 내측으로 가압된다. 슬라이딩 슬리브(70)는 슬라이딩 핀(73)을 통해 서로 연결된 2개의 부분 슬리브들로 구성된다. 그 결과, 2개의 부분 슬리브들은 여기에 도시된 슬라이딩 슬리브(70)의 제어 위치(A)로부터 탱크 니플(50)에서 멀어지게 이동한다. 또한, 슬라이딩 슬리브(70)의 특정 스트로크로부터 시작하여, 압력 디스크(72) 및 이에 따른 밸브 슬리브(31)도 제어핀(71)에 의해 탱크 니플(50)으로부터 멀어지게 이동된다. 그 결과, 고정부(60)가 작동되고, 고정 요소(61)는 슬라이딩 슬리브(70)의 수용홈(63) 내로 반경 방향 외측으로 밀린다. 결과적으로, 밸브 태핏(32)은 밸브 슬리브(31)에 장착된 홈 나사(groove screw)에 의해 운반되며, 그 결과 유체 채널(20)이 개방된다. 유체 채널(20)은 탱크 니플(50)이 커플링(10)에 견고하게 연결된 후에만 개방된다. 압력이 가해지면, 밸브 슬리브 스프링(37)에 의해 프리텐션된 밸브 슬리브(31)가 유체의 유동방향(D)에 반대로 변위된다. 이 스프링 프리텐셔닝(spring pre-tensioning)을 통해, 커플링(10)은 낮고 허용 가능한 잔류 압력에서부터만 탱크 니플(50)에서 해제될 수 있도록 한다. 밸브 슬리브(31)의 변위의 결과로, 밸브 슬리브(31)와 플랜지 슬리브(38) 사이의 개구부가 폐쇄되고, 유지 요소(retaining elements, 62) 및 고정 요소(securing elements, 61)에 의해 슬라이딩 슬리브(70)의 변위를 차단하고, 또한 이것에 의해 탱크 니플(50)으로부터 커플링(10)이 잠금 해제(unlocking)된다. 가압(pressurization)이 다시 낮은 허용 잔류 압력 아래로 떨어질 때에만 커플링(10)이 탱크 니플(50)로부터 다시 해제될 수 있다.

도 1b는 탱크 니플(50)에 잠금된, 도 1a의 본 발명에 따른 커플링(10)의 종단면의 측면이다. 따라서 사용자는 이것에 의해 스프링 프리텐셔닝에 대해 잠금 슬리브(41)를 변위시키는 이러한 방식으로, 커플링(10)을 탱크 니플(50) 상에 가압하였다. 결과적으로, 잠금 슬리브(41)는 잠금 슬리브 스프링(46)을 압축하고 차단부(blocking mechanism, 43)를 작동시키고, 차단부의 볼(44)은 잠금 슬리브(41)의 홈(45)으로 반경 방향으로 하강한다. 그 결과, 슬라이딩 슬리브(70)가 해제되고 슬라이딩 슬리브 스프링(74)에 의해 여기에 도시된 제 2 제어 위치(B)로 변위된다. 덜 깊은(less deep) 차단 홈(45)은 탱크 니플(50)이 삽입되지 않을 때 잠금 슬리브(31)의 변위에 대한 고정 재료로서의 역할을 한다. 슬라이딩 핀(73)은 슬라이딩 슬리브(70)의 전술된 이동을 좌측 부분 슬리브로부터 우측 부분 슬리브로 전달한다. 이 이동 중에, 슬라이딩 슬리브(70)의 좌측 반부(left partial half)는 제어핀(71)과 경로의 약 50%에서 접촉하는데, 제어핀은 그 이동을 압력 디스크(72)로 전달하고, 그 결과 밸브 슬리브(31)가 다음으로 변위된다. 플랜지 슬리브(38)와 함께, 밸브 슬리브(31)는 이것에 의해 밸브 슬리브(31)의 단차부(33) 상에서 래칭 위치(latching position)로부터 고정 요소(61)의 이동을 안내하여 고정 요소가 슬라이딩 슬리브(70)의 수용홈(63)으로 반경 방향 외측으로 강제된다. 밸브 슬리브(31)는 또한 이것에 의해 홈 나사(groove screw, 39)를 변위시키는데, 이것은 밸브 슬리브(31)에 나사 결합되고 밸브 태핏(32)을 씰링 피스톤(36)으로부터 들어 올려서 밸브(30)의 제 1 개방폭(34)에 도달되도록 한다. 커플링(10)이 이에 따라 연결되고 7 bar 이상의 충전 압력하에 있을 때에만, 수용홈(63)(고정 요소(61)는 슬라이딩 슬리브(70)의 제 2 제어 위치(B)에서 수용홈 내에 위치한다)은 유체의 유동 방향(D)에 반하여 밸브 슬리브(31)를 이동시킴으로써 폐쇄된다. 수용홈(63)의 폐쇄에 의해, 고정 요소(61)는 더 이상 슬라이딩 슬리브(70)에 의해 반경 방향 내측으로 변위될 수 없으며, 이에 따라 슬라이딩 슬리브(70)를 고정 요소(62)와 함께 차단하는데, 이것은 고정 요소가 커플링(10)의 하우징에 나사 고정되기 때문이다.

도 1c는 밸브(30)가 완전히 개방되고 유체의 이송이 발생하는, 도 1b의 본 발명에 따른 커플링(10)의 종단면의 측면도이다. 사용자는 이에 따라 충전 프로세스를 개시하였고, 그 결과 축적(built-up) 압력이 밸브 슬리브 스프링(37)에 대해 밸브 슬리브(31)를 변위시켰다. 밸브 슬리브는 이것에 의해 밸브 슬리브 스프링(37)을 압축하고 홈 나사를 변위시키는데, 이것은 다음으로 밸브 태핏(32)을 변위시키고 밸브(30)를 완전히 개방하여 최대 개방폭(34)이 사용되도록 한다. 여기서, 슬라이딩 슬리브(70)는 여전히 제어 위치(B)에 있다. 커플링(10)의 강도(strength)는 이에 따라 1050 bar의 계산 압력으로 설계되어, 충전소에서 예기치 않은 압력 증가가 커플링(10)에 어떠한 위험도 야기할 수 없게 된다. 커플링(10)은 또한 이것에 의해 종래의 커플링보다 더 높은 유속(flow rate)을 가지며, 그 결과 충전 시간이 감소된다. 전체적으로, 커플링(10)은 높은 클럭 주파수(clock frequency), 즉 짧은 시간에 여러 대의 차량을 차례로 충전하기 위해 설계되었다. 이를 위해, 필터, 특히 통합된 5 × 10^-6 m 메쉬 필터가 또한 커플링(10) 유입부(inlet)(도면에서 미도시)의 유체 채널(20)에 배치되어 커플링(10)과 하류 시스템(downstream systems)을 더 큰 불순물로부터 보호하도록 하는데, 필터는 또한 유지 보수시 필터를 교환될 수 있다.

충전이 완료되면, 커플링(10)은 충전소의 디스펜서를 통해 탈기된다(deaerated). 밸브 슬리브 스프링(37)은 유체의 유동 방향(D)으로 밸브 슬리브(31)를 다시 변위시키는데, 여기서, 밸브 슬리브(31) 상에 지지된 밸브 스프링(35)은 이러한 움직임을 밸브 태핏(32)으로 전달한다. 이후 밸브(30)는 약 90% 폐쇄된다. 커플링(10)이 연결되고 더 이상 충전 압력하에 있지 않을 때에는, 밸브 슬리브(31)가 더 이상 홈(잠금 상태에서 고정 요소(61)가 그 내부로 변위됨)을 폐쇄하지 않기 때문에 핸드 레버부(hand lever mechanism, 80)을 작동시킴으로써 커플링은 잠금 해제될 수 있다(unlocked). 사용자는 이후 슬라이딩 슬리브(70)를 좌측으로 이동시키는 핸드 레버부(80)을 작동시키고, 밸브 슬리브 스프링(37)에 의해 밸브 슬리브(31)를 이동시키고 밸브 스프링(35)에 의해 밸브 태핏(32)을 씰링 피스톤(36)으로 가압한다. 이에 따라 밸브(30)는 폐쇄되고 고정 요소(61)는 다시 반경 방향 내측으로 이동한다. 슬라이딩 슬리브(70)의 2개의 부분 슬리브들은 제어 위치(B)에서 제어 위치(A)로 다시 좌측으로 이동하고, 사용자는 커플링(10)을 탱크 니플(50)로부터 멀어지게 인출하는데, 여기서 잠금 요소(42)는 반경 방향 외측으로 이동한다. 잠금 슬리브(41)는 이후 유체의 유동 방향(D)으로 잠금 슬리브 스프링(46)에 의해 변위되는데, 여기서 볼(44)은 또한 반경 방향 외측으로 이동되고, 제 1 제어 위치에서 슬라이딩 슬리브(70)를 차단하는 동안에 잠금 요소(42) 및 볼(44)을 차단하게 된다.

요컨대, 특히 수소와 같이 고압 하에서 기체 유체로 충전할 때, 커플링의 취급이 상당히 단순화되고, 추가적으로 매우 안정적이고 안전한 충전이 보장된다.

Claims

중앙 유체 채널(20)과 그 안에 배치된 밸브(30) - 밸브 태핏(vlave tappet, 32)은 유체의 유동 방향(D)으로 스프링력(spring force)에 의해 프리텐션된(pre-tensioned) 밸브 슬리브(31)에 이동 측면에서(in terms of movement) 결합됨 -를 구비하고, 탱크 니플(50)에 커플링(10)을 해제 가능하게(releasably) 잠그는 잠금부(locking mechanism, 40)와, 폐쇄된 밸브(30)를 해제 가능하게 차단하기 위한 고정부(securing mechanism, 60)를 가지는 유체 이송을 위한 커플링(10)에 있어서,
잠금부(40)와 고정부(60)는 유체의 유동 방향(D)에 반하여(against) 스프링력에 의해 프리텐션된 슬라이딩 슬리브(70)를 통해 이동 측면에서 결합되어, 슬라이딩 슬리브(70)의 제 1 제어 위치(A)에서 잠금부(40)가 잠금 해제되고 밸브(30)가 폐쇄되며,
슬라이딩 슬리브(70)의 제 2 제어 위치(B)에서 고정부(60)가 밸브 슬리브(31)를 잠금 해제하여, 밸브(30)가 차단 해제되고 적어도 부분적으로 개방되고, 밸브 슬리브(31)는 유체의 유동 방향(D)에 반하는 압력하에 이동될 수 있으며, 고정부(60)는 슬라이딩 슬리브를 잠그고 밸브(30)를 완전히 개방하고,
잠금부(40)는 유체의 유동 방향(D)으로 스프링력에 의해 프리텐션된 잠금 슬리브(41)와, 중앙 유체 채널(20)에 반경 방향으로(radially) 이동 가능하게 배치되는 잠금 요소(locking elements, 42), 및 슬라이딩 슬리브(70)를 해제 가능하게 차단하기 위한 차단부(blocking mechanism, 43)를 포함하되,
차단부(43), 슬라이딩 슬리브(70) 및 잠금 요소(42)는 잠금 슬리브(41)를 통해 서로 이동 측면에서 결합되어, 잠금 슬리브(41)의 제 1 스트로크 위치에서 슬라이딩 슬리브(70)가 제 1 제어 위치(A)에서 차단되며 잠금 요소(42)는 외부 반경 방향 위치에 고정되고, 잠금 슬리브(41)의 제 2 스트로크 위치에서 슬라이딩 슬리브(70)는 해제되고 제 2 제어 위치(B)에 있으며 잠금 요소(42)는 내부 반경 방향 위치로 슬라이딩 슬리브(70)에 의해 가압되어 고정되는, 커플링(10)에 있어서,
차단부(43)는 슬라이딩 슬리브(70) 또는 잠금 슬리브(41)의 대응하는 홈(45)에 교대로 결합(engage)될 수 있는 적어도 하나의 볼(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
차단부(43)는 적어도 하나의 홈(46)을 포함하고, 그 깊이는 제 1 및 제 2 제어 위치(A, B) 사이의 슬라이딩 슬리브(70)의 스트로크가 차단되도록 선택되는, 커플링(10).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
잠금 요소(42)는 유체 채널(20)에 반경 방향으로(radially) 배치된 원형 차단 세그먼트(circular blocking segments)로서 설계되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
고정부(60)는 밸브 슬리브(31)를 유지 요소(62)에 대해 해제 가능하게 차단하기 위해 중앙 유체 채널(20)에 반경 방향으로 이동 가능하게 배치된 고정 요소(61)를 포함하되,
고정 요소(61)는 슬라이딩 슬리브(70) 및 밸브 슬리브(31)를 통해 이동 측면에서 서로 결합되어, 슬라이딩 슬리브(70)의 제 1 제어 위치(A)에서 고정 요소(61)가 밸브 슬리브(31)의 내부 반경 방향 위치에서 래치되고((latched) 폐쇄된 밸브(30)는 차단되고, 슬라이딩 슬리브(70)의 제 2 제어 위치(B)에서 고정 요소(61)는 밸브 슬리브(31)에 의해 외부 반경방향 위치로 가압되고, 여기서 밸브 슬리브(31)가 해제되고 밸브(30)가 적어도 부분적으로 개방되는, 커플링(10).
제 4 항에 있어서,
밸브 슬리브(31)는 고정 요소(61)를 래칭(latching)하기 위한 적어도 하나의 원주 방향 단차부(33)를 갖는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
슬라이딩 슬리브(70)는 중앙 유체 채널(20)에 축 방향으로 안내되는 적어도 하나의 제어핀(71)을 통해 밸브 슬리브(31)와 이동 측면에서 결합되는, 커플링(10).
제 6 항에 있어서,
중앙 유체 채널(20)에 축 방향으로 안내된 제어핀(71)의 길이는, 잠금부(40)를 잠그고 후속적으로 고정부(60)를 차단 해제하도록, 밸브(30)가 적어도 부분적으로 개방되기 전에 오프셋 거리(offset distance)가 극복될 수 있는 치수를 갖는, 커플링(10).
제 6 항에 있어서,
유체 채널(20)에 축 방향으로 안내된 적어도 하나의 제어핀(71)은 환형(annular) 압력 디스크(72)를 통해 밸브 슬리브(31)에 맞닿는(abuts), 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
밸브(30)는 유체의 압력 변화에 따라 그 개방 폭(34)이 변경되어, 충전 압력(filling pressure)이 완전히 축적된(built-up) 경우에만 밸브가 완전히 개방되지만, 충전 압력이 감소하거나 잔류 압력(residual pressure)에서는 부분적으로만 개방된 위치로 다시 떨어지는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
밸브 슬리브(31)의 스프링 프리텐셔닝(pre-tensioning)은, 유체 압력 아래로 떨어질 때만 밸브 슬리브(31)와 슬라이딩 슬리브(70)를 이동시킴으로써 밸브(30)가 폐쇄되고 차단될 수 있도록 선택되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
밸브 슬리브(31)의 스프링 프리텐셔닝은, 유체 압력이 초과될 때에만 밸브 슬리브(31)와 슬라이딩 슬리브(70)를 이동시킴으로써 밸브(30)가 완전히 개방되고 이것에 의해 슬라이딩 슬리브(70)를 차단하도록 선택되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
밸브(30)는 그 개방 폭(34)이 정의된 유체 압력으로부터 시작하여 고정되도록 설계되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
핸드 레버부(hand lever mechanism, 80)가 마련되고, 이것에 의해 슬라이딩 슬리브(70)가 탱크 니플(50)에서 커플링(10)을 분리하기 위해 제 2 위치(B)에서 제 1 위치(A)로 이동될 수 있는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
데이터 인터페이스, 또는 충전(refueling) 정보를 제공하기 위해 수동으로 교환 가능한 데이터 인터페이스가 마련되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
LED 디스플레이, 또는 OLED 컬러 디스플레이가, 충전 정보, 또는 충전 프로세스의 순서와 관련된 충전 정보를 표시하기 위해 마련되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
디스펜서에 충전 시작 요청을 시그널링하기 위한 시작 버튼이 커플링(10) 자체에 마련되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
그립 영역은 추위에 대해 단열되거나, 진공 절연으로 설계되는, 커플링(10).
제 1 항에 있어서,
완성된 메커니즘은 내후성 재료로 만들어진 연속적인 플라스틱 외피로 덮이는, 커플링(10).
제 1 항에 따른 커플링을 갖는 유체 이송을 위한 방법에 있어서,
슬라이딩 슬리브(70)의 제 1 제어 위치(A)에서 잠금부(40)가 잠금 해제되고 밸브(30)는 폐쇄되며, 슬라이딩 슬리브(70)의 제 2 제어 위치(B)로 전환하는 동안 고정부(60)가 밸브 슬리브(31)를 잠금 해제하여 밸브(30)가 차단되고 적어도 부분적으로 개방되고, 밸브 슬리브(31)는 유체의 유동 방향에 반하여 압력을 받으며 이동되며, 고정부(60)는 슬라이딩 슬리브(70)를 잠그고 밸브(30)를 완전히 개방하되,
탱크 니플(50)에서 커플링(10)을 분리하기 위해 유체의 압력이 낮추어지고, 밸브 슬리브(31)는 스프링력 구동 방식으로 유체의 충전 압력을 극복하고, 밸브 슬리브(31) 및 슬라이딩 슬리브(70)는 이후 핸드 레버부(80)을 통해 유체의 유동 방향(D)으로 변위되며,
밸브(30)가 폐쇄되고 고정부(60)가 밸브 슬리브(31)를 차단하고 슬라이딩 슬리브(70)를 해제하고, 이후 슬라이딩 슬리브(70)가 제 1 위치(A)로 이동되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 19 항에 있어서,
충전 프로세스의 순서가 커플링(10)의 LED 디스플레이 상에 표시되는, 방법.
제 19 항에 있어서,
충전 시작 요청은 커플링(10)의 시작 버튼을 통해 디스펜서로 전송되는, 방법.
기체 유체, 또는 수소로 차량을 충전하기 위한 제 1 항에 따른 커플링(10)의 사용.
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