KR20030059286A - 유압 에너지 저장 시스템의 에너지 비상 배출 - Google Patents

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KR20030059286A
KR20030059286A KR10-2003-7007197A KR20037007197A KR20030059286A KR 20030059286 A KR20030059286 A KR 20030059286A KR 20037007197 A KR20037007197 A KR 20037007197A KR 20030059286 A KR20030059286 A KR 20030059286A
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아이필드 테크놀로지 리미티드
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Abstract

운송 수단 및 하이드롤릭 하이브리드(Hydraulic Hybrid) 운송 수단에 사용되는 하이드로뉴매틱 어큐뮬레이터(hydro-pneumatic accumulator)를 갖는 저장 유압 에너지 추진 시스템의 에너지 배출 방법에 관한 것이다. 가스 및 유체(액체) 압력을 감지하며 에너지 저장 시스템내의 오동작 또는 압력 변동을 검출하는 신규한 압력 배출 밸브 및 밸브 시스템이 개시되어 있다.

Description

유압 에너지 저장 시스템의 에너지 비상 배출 {Emergency Energy Release for Hydraulic Energy Storage Systems}
유압 에너지 저장 시스템을 구비하는 운송 수단들은 제동을 통하여 운동 에너지를 발산하기보다는 제동하는 동안 운동 에너지를 저장하여 이후에 가속되는 동안 이 운동 에너지를 복원하는 능력을 갖는다. 이러한 운송 수단들은 운송 수단 원동기가 또한 에너지 저장에 기여하는 경우에는 일반적으로 "하이드롤릭 하이브리드(Hydraulic Hybrid)"라고 불리어지거나, 또는 운송 에너지만이 저장되는 경우에는 "저장 유압 에너지 추진 장치(Stored Hydraulic Energy Propulsion; SHEP)"라고 불리어진다. 이러한 적용은 SHEP 저장을 나타내지만, 여기에 개시된 본 발명은 하이드롤릭 하이브리드 운송 수단들에 동등하게 적용될 수 있다.
본 발명의 개선점들은 SHEP 운송 수단들에 있어서 에너지를 저장하기 위해서 보통 이용되는 하이드로뉴매틱 어큐뮬레이터(hydro-pneumatic accumulator), 하이드롤릭 하이브리드, 및 조합 유압 회로에 적용된다. 산업성 이용과 더불어, 본 발명에서 이용되는 "유체"라는 용어는 유압 유체, 전형적으로는 특별하게 제조된 미네랄 오일과 같은 액체를 칭한다. "가스"라는 용어는 하이드로뉴매틱 어큐뮬레이터를 재충진하기 위해서 이용되는 가스, 전형적으로는 건조된 질소 가스를 칭한다.
특히 정지 및 출발이 자주 반복되는 운송 수단의 성능 및 연료의 경제성은 감속되는 동안 운송 수단의 운동 에너지를 복구하고 저장하며, 이후에 가속되는 동안 일어날 수 있는 어떠한 손실보다도 적게 이 운동 에너지를 복원시킴으로써 향상될 수 있다. SHEP 시스템은 운송 수단의 구동 트레인에 연결될 수 있는 유압 펌프/모터(P/M)를 구비하여, 고압의 유압 유체를 하이드로뉴매틱 어큐뮬레이터로 공급함으로써 이 운송 수단이 감속되어 운송 수단의 운동 에너지를 복구시킬 수 있다. 이후의 감속은 P/M을 모터로서 구동하기 위해서 저장된 운동 에너지를 이용함으로써 적어도 부분적으로 달성될 수 있다. 유압 유체 시스템은 운송 수단의 엔진에 의해서 구동되는 유압 펌프를 첨가하는 것과 같은 동일한 기능을 갖는다. 이는 시스템의 복잡성이 증가한 만큼의 비용으로 더 유연한 시스템을 공급한다. 이는 엔진 사용을 최적화 함으로써 연료 경제성을 더욱 향상시킨다는 점에 있어서 중요하다.
하이드롤릭 하이브리드 및 SHEP 운송 수단들은 많은 특허 및 기술 문서의 주제가 되어왔다. 미국 특허 번호 제 3,903,696 호는 기본적인 SHEP 시스템을 개시하며, 미국 특허 번호 제 4,760,697 호는 보다 복잡한 형태의 시스템을 개시하며, 미국 특허 번호 제 4,242,922 호는 하이드롤릭 하이브리드의 원리를 개시하며, 이특허들은 모두 여기에서 참조된다.
승용차, 버스, 쓰레기차, 기차 및 기타 다른 운송 수단들에 있어서의 SHEP 및 하이브리드 시스템의 사용을 설명하는 공고된 기술 문헌들은 다음과 같다: 기계 전력 재생 시스템(Mechanical power regeneration system); 1973년 9월 23일 ~ 27일자의 ASME-Paper n 73-ICT-50의 "하이드롤릭 하이브리드 운송 수단 전력 트레인의 시뮬레이션(Simulation of a Hydraulic Hybrid Vehicle Power Train)"; 1981년 미국 뉴욕주 뉴욕 시티의 ASME에 의해서 발간된 "에너지-저장 모터 시스템을 위한 실천적인 고찰(Practical Considerations for Energy-Storage Motor Vehicle)"; 및 1985년 SAE Paper 851677에 의한 "단일 펌프/모터 장치를 갖는 어큐뮬레이터 에너지-저장 승용차 설계의 연구(Studies of an Accumulator Energy-Storage Automobile Design with a Single Pump/Motor Unit)".
본 발명은 배출 밸브 및 밸브 시스템을 통해 유압 에너지 저장 시스템내에 저장된 에너지를 배출하는 방법에 관한 것으로, 특히 운송 수단의 유체 구동 시스템과 같은 유압 에너지 저장 시스템내에 저장된 에너지를 배출하는 압력 배출 밸브 및 밸브 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 압력 배출 밸브 및 밸브 시스템이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 이중 어큐뮬레이터를 구비한 종래의 SHEP 시스템을 설명하는 개략도,
도 2는 보상형 어큐뮬레이터를 구비한 종래의 SHEP 시스템을 설명하는 개략도,
도 3은 유체 로직을 이용한 저장 에너지의 배출을 설명하는 개략도,
도 4는 컴퓨터 또는 전자 로직을 이용한 저장 에너지의 배출을 설명하는 개략도,
도 5는 보상형 어큐뮬레이터를 이용한 저장 에너지의 배출을 설명하는 개략도,
도 6은 고저압 작동 에너지 배출 밸브의 종단면도,
도 7은 저저압 작동 에너지 배출 밸브의 종단면도,
도 8은 파열 디스크를 갖는 에너지 배출 밸브의 종단면도,
넓은 양상에서, 저압 가스 및 유체를 포함하는 저압 어큐뮬레이터를 가지고 있는 고압 어큐뮬레이터 또는 보상형 고압 어큐뮬레이터와, 상기 저압 가스 및 유체와 연통하고, 압력 배출 밸브에 연동하여 그 압력 배출 밸브를 통한 대기로의 가스 제어 배기를 이루게 하는 감지 수단을 구비하고 있는 유압 에너지 저장 시스템에서 압축 가스를 배출하는 본 발명의 방법은, 상기 저압 가스 또는 유체의 압력이 소정 압력 범위 내에 있는지를 감지하여 상기 소정 압력 범위 미만 또는 초과의 가스 또는 유체 압력을 감지할 때 상기 압력 배출 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 한다
넓은 양상에서, 저압 어큐뮬레이터, 고압 어큐뮬레이터, 그리고 상기 고압 어큐뮬레이터 및 상기 저압 어큐뮬레이터와 유체 연통하는 펌프/모터를 구비하고 있는 이중 어큐뮬레이터형 에너지 저장 시스템용 본 발명의 압력 배출 시스템은, 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하는 고압 가스 포트, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 저압 가스가 소정의 고압을 초과할 때 상기 고압 어큐뮬레이터로부터 고압 가스를 대기로 배출시키는 저압 가스 포트를 가지고 있고, 일단 상기 고압 가스의 배출이 시작되면 그 고압 가스의 배출이 계속 이루어질 수 있게 하도록 래치 수단에 의해 개방 상태를 유지하는 제 1 압력 배출 밸브와, 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하는 고압 가스 포트, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 상기 저압 가스가 소정의 저압 미만으로 강하될 때 고압 가스를 대기로 배출시키는 저압 가스 포트, 그리고 상기 저압 어큐뮬레이터를 상기 고압 어큐뮬레이터에 연통시켜 상기 고압 가스의 압력이 상기 저압 가스의 압력 미만으로 강하될 때 상기 제 1 압력 배출 밸브의 고압 포트를 통해 저압 가스를 배출시키는 체크 밸브를 가지고 있는 제 2 압력 배출 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 저압 어큐뮬레이터 및 상기 제 2 압력 배출 밸브의 저압 가스 포트와 연통하여 저압 가스를 대기로 배출시키는 수동 밸브와, 상기 저압 어큐뮬레이터와 상기 수동 밸브 사이에 설치되어 상기 수동 밸브의 개방 시 및 저압 가스의 배출 시 상기 제 2 압력 배출 밸브의 저압 가스 포트에서 압력 강하를 유발시키는 것에 의해 고압 가스를 상기 제 2 압력 배출 밸브로부터 대기로 배출시키게 하는 오리피스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압력 배출 시스템의 변형예는, 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하여 고압 가스를 제어 배출하는 솔레노이드 구동형 배기 밸브와, 하나는 상기 저압 통로 및 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브에 연동되고, 다른 하나는 상기 고압 통로 및 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브에 연동하여 상기 저압 통로 및 상기 고압 통로의 압력을 감지함으로써 소정 범위 미만 또는 초과의 유체 압력의 감지 시 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브를 구동시켜 상기 고압 가스를 대기로 배출시키는 한쌍의 압력 트랜스듀서와, 상기 저압 어큐뮬레이터를 상기 고압 어큐뮬레이터에 연통시켜 상기 고압 가스가 상기 저압 가스의 압력 미만으로 강하될 때 상기 저압 어큐뮬레이터로부터 저압 가스를 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브를 통해 배출시키는 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
고압 보상형 어큐뮬레이터, 저압 어큐뮬레이터, 그리고 상기 고압 보상형 어큐뮬레이터 및 저압 어큐뮬레이터와 유체 연통하는 펌프/모터를 구비하고 있는 보상형 어큐뮬레이터 시스템용 본 발명의 압력 배출 시스템은, 상기 고압 보상형 어큐뮬레이터와 연통하여 고압 가스를 배출하고, 저압 가스 또는 유체 공급원과 연통하고 있는 저압 가스 또는 유체 포트를 가지어 평상시 상기 소정의 압력 범위에서 폐쇄 상태로 유지되는 배기 밸브와, 그 배기 밸브에 연동하여 상기 저압 가스 또는 유체 공급원의 압력을 감지하여 소정의 압력 범위 미만 또는 초과의 가스 또는 유체 압력의 감지 시 상기 배기 밸브를 구동시켜 상기 고압 가스를 대기로 배출시키게 하는 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력 배출 시스템은 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하고 있고, 상기 배기 밸브와 연통하고 있는 저압 가스 출구를 가지어 상기 배기 밸브를 소정의 저압 유체 압력 범위에서 폐쇄 상태로 유지시키는 소형의 저압 어큐뮬레이터와, 오리피스를 통해 상기 저압 가스 출구와 연통하고 있고, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 저압 유체가 상기 소정의 압력 범위를 초과할 때 개방되고, 일단 배기가 시작되면 래칭 수단에 의해 개방 상태를 유지하는 제 1 압력 배출 밸브와, 상기 오리피스를 통해 상기 저압 가스 출구와 연통하고, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 상기 저압 유체가 상기 소정의 압력 범위 미만으로 압력 강하될 때 개방되는 제 2 압력 배출 밸브를 추가로 포함하여, 상기 저압 가스의 압력 강하에 의해 상기 배기 밸브의 개방이 이루어져 고압 가스를 대기로 배출시키게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압력 배출 밸브는, 일단에서 확대된 직경을 가지어 확대된 동축 챔버를 형성하고 있는 원통형 챔버가 내부에 형성되어 있는 밸브 본체와, 상기 원통형 챔버에 형성되어 상기 밸브 본체의 일단에서 고압 포트와 연통하고, 내부에 환형 챔버가 형성되어 있는 축방향 개구와, 상기 원통형 챔버, 상기 확대 챔버 그리고 상기 축방향 개구내에서 축방향으로 왕복 이동하도록 미끄럼 가능하게 장착되고, 일단에 밀폐 포핏이 설치되어 있고, 그 밀폐 포핏 부근에 환형 요부가 형성되어 상기 밀폐 포핏과 상기 환형 요부 사이에 랜드(land)를 형성하고 있는 길게 연장된 플런저와, 상기 축방향 개구내에서 상기 원통형 챔버와 상기 축방향 개구의 환형 챔버 사이에 형성되어 상기 플런저의 랜드를 밀폐 접촉 상태로 미끄럼 가능하게 수용하는 밀폐 수단과, 플런저상에 그와 동심 상태로 미끄럼 가능하게 장착되어 하나는 상기 원통형 챔버내에서 미끄럼 가능하고, 다른 하나는 상기 확대 챔버내에서 미끄럼 가능하게 되어 있는 한쌍의 이격된 대향 피스톤과, 상기 플런저상에 형성되어 상기 절개 수단을 전진시킬 수 있도록 상기 피스톤들과 결합되는 결합 수단과, 상기 피스톤들을 축방향으로 서로 이격시키도록 가압하는 수단과, 상기 고압 포트에 인접하게 위치하여 평상 시의 폐쇄 위치에서 상기 밀폐 포핏을 수용하는 밸브 시트를 포함하고, 상기 원통형 챔버는 상기 확대된 원통형 챔버와 연통하는 저압 포트와, 상기 환형 챔버와 연통하고 상기 한쌍의 대향 피스톤 사이에서 상기 원통형 챔버와 연통하는 대기 포트를 가지도록 구성되어, 저압 가스의 증가 시 또는 저압 가스의 감소 시 상기 피스톤들이 축방향으로 신장됨과 동시에 상기 플런저의 랜드가 상기 축방향 개구의 밀폐 수단으로부터 이탈하여 상기 밀폐 포핏을 신속하게 구동시키는 것에 의해 그 밀폐 포핏을 상기 밸브 시트로부터 이탈시킴으로써 고압 및 저압 가스를 대기로 배기시키는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 SHEP 시스템의 기본 구성의 개략도를 나타낸 예로써, 펌프/모터(P/M)의 회전이 차량의 동작과 결부되도록 도시안된 차량의 드라이브 트레인(drive train)에 연결되는 P/M 유니트(10)를 구비한다. 에너지는 고압(HP) 어큐뮬레이터(12)에 저장된다. 상기 HP 어큐뮬레이터는 일반적으로 약 150 bar의 예비충진(pre-charged) 압력과 400 bar까지의 최대 압력을 갖는다. 상기 P/M 유니트는 일반적으로 고속 축 피스톤 유니트이기 때문에 고속에서의 캐비테이션(cavitation)을 피하려면 펌핑때 입구측에 통상적으로 약 10 bar의 충진압력이 요구된다. 이는 저압(LP) 어큐뮬레이터(13)에 의해 제공된다. 오버센트리(overcentre)나 논-오버센트리(non-overcentre) P/M 유니트를 사용하는 더욱 상세한 회로가 인용 문헌에 도시되어 있다.
차량이 제동되면 상기 P/M은 LP 어큐뮬레이터(13)로부터 HP 어큐뮬레이터(12)로 유체를 이송시키는 펌프로써 작동한다. 상기 HP 어큐뮬레이터(12)로 유입되는 유체는 그 안에서 가스를 압축시키는데, 이로 인해 압력이 상승하게 된다. 동시에 LP 압력이 떨어지도록 LP 가스 압력에 의해 유체가저압 어큐뮬레이터를 떠나도록 강제된다. 하락량은 이중 어큐뮬레이터의 상대적인 크기에 좌우된다. 일반적으로, LP 압력 범위가 HP측 보다 적도록 LP 어큐뮬레이터는 HP 보다 크다.
이후 차량이 가속되면 상기 P/M은 HP 어큐뮬레이터(12)로부터 고압 유체를 받아들이고 이를 LP 어큐뮬레이터(13)로 배출하는 모터로써 동작하여 HP 압력은 떨어드리고 LP 압력은 상승시킨다. 따라서, 차량이 제동되고 가속되면 양측 HP 및 LP 어큐뮬레이터 압력은 설정 압력 범위를 초과하여 변동한다. 상기 어큐뮬레이터는 블래도(bladder) 또는 피스톤 타입일 수 있다.
도 2는 보상형 어큐뮬레이터를 이용한 종래의 유사 SHEP 시스템의 개략도를 나타낸 것으로, 고압측으로의 흐름이 저압측으로의 흐름에 의해 오프-세트(off-set)되도록 하나의 어셈블리에 고·저압을 효과적으로 결합한 시스템이다. 기본적으로, 상기 시스템은 커넥팅 로드를 구비한 축 얼라인먼트에 연결된 피스톤과 함께 배치되는 이중 피스톤 어큐뮬레이터를 구비한다. 참조를 위해 여기에 포함된 미국 특허 제2,721,446호와 미국 특허 제3,918,498호는 그러한 장치를 설명하고 있다. 그것의 가장 단수한 형태에 있어서, HP 어큐뮬레이터로의 흐름이 LP 피스톤으로부터의 흐름에 의해 완전히 오프-세트되기 때문에 LP 어큐뮬레이터에 대한 필요성은 제거된다.
상기 P/M 유니트(21)는 보상형 어큐뮬레이터(22)에 연결된다. 상기 보상형 어큐뮬레이터(22)는 도시된 것처럼 모두 실링된 HP 피스톤(24), LP 피스톤(25) 및 커넥팅 로드(26)로 구성된 왕복 운동 어셈블리를 구비하며 예비충진 가스가 채워진고압 챔버(23)를 감싸는 하우징 구조를 구비한다. 도 2에 도시된 것처럼, 상기 HP 피스톤(24)의 좌측 챔버(27)는 SHEP HP측에 연결되며, 상기 LP 피스톤(25)의 우측 챔버(28)는 SHEP LP 측에 연결된다. 상기 LP 피스톤(25)의 좌측 챔버(29)는 필터 환기공(30)을 통해 대기와 연결된다.
상기 어큐뮬레이터 챔버(27)로의 HP 유체의 흐름은 상기 피스톤 어셈블리를 우측으로 이동시켜 LP 포트의 외측으로 동일한 부피의 유체를 배출시키고 필터 환기공(30)을 통해 공기를 유입시킨다. 역으로, 상기 어큐뮬레이터 챔버(27)의 외측으로의 HP 유체의 흐름은 피스톤 어셈블리를 좌측으로 이동시켜 LP 포트의 내측으로 동일한 부피의 유체를 유입시키고 필터 환기공(30)을 통해 공기를 배출한다.
적절한 충진 압력이 P/M 입구에 유지되고 시스템 온도 및 다른 인자의 변화로 인한 부피 변화를 보상하기 위해 소형 LP 어큐뮬레이터(31)가 요구된다. 통상적인 감속 및 가속 사이클 동안에 이 어큐뮬레이터의 내측 및 외측으로의 흐름은 없다. 도 1에 설명된 동등 시스템과는 다르게 상기 어큐뮬레이터의 충진 및 배출시의 LP 변동은 없다.
도 2는 상기된 것처럼 LP와 HP 흐름이 동일한 완전 보상형 어큐뮬레이터를 나타낸 것이다. LP와 HP의 흐름이 동등하지 않도록 피스톤(21)과 피스톤(25)의 면적이 동일하지 않은 부분 보상형 어큐뮬레이터의 사용이 효과적인 경우가 있다. 그러면 순환 목적을 위해 사용될 수 있는 LP 어큐뮬레이터(31)의 내측 및 외측으로의 일부 흐름이 있게 된다. 게다가, 상기 어큐뮬레이터의 충진 및 배출시의 보상 정도 및 LP 어큐뮬레이터의 크기에 따라 LP 내에 일부 변동이 있게 된다.
상기 에너지 저장 시스템의 일부 고장은 시스템의 기능 상실을 초래할 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 통상의 동작 상태에서 신뢰성있게 설계되어야 한다. 이것이 본 출원의 관심 사항이 아니라 구성 요소 또는 어셈블리 결함, 부적절한 서비스 과정, 차량 출돌로 인한 손상, 차량 화재 또는 기타의 원인에 의한 사고로 제기될 수 있는 안전성과 잠재적 위험에 대해 고찰하는 것이다.
유압 저장 시스템내의 에너지는 압축 가스로 저장된다. 상기 HP 어큐뮬레이터는 일반적으로 약 150 bar의 예비충진압력 및 저장 능력이 최대인 경우에 400 bar까지의 압력을 갖는다.
예를들어 스포츠 유틸리티 차량과 같은 대형 여객 수송 차량의 경우에는 예비충진 가스량이 30리터 이상일 수 있다. 이는 완전 충진 상태에서 그 부피의 절반으로 압축된다. 이 가스가 뜻하지 않게 갑자기 배출되면 약 -180℃의 가스 온도에서 약 1500리터로 팽창되며 1000KJ의 에너지가 낭비된다.
이는 차량의 전체 위험과 관계되는 많은 에너지가 아니며 거의 30ml 가솔린과 동등한 에너지이다. 따라서, 민감하게 제어되는 배출수단을 제공하여 비활성 고압 가스를 배출하는 것은 필요하지 않다.
상기 시스템은 또한 약 25리터의 유압 유체를 포함한다. 이는 특별히 제조된 미네랄 오일 또는 불연 및 생물 분해성의 유체일 수 있다. 일부 상황하에서 상기 에너지 저장 시스템의 고장은 저장된 가스 에너지에 의해 추진되는 심각한 유체 누출을 유발시킬 수 있다. 이는 가스 자체의 배출 보다 더 심각한 위험으로 나타난다.
만약, 저장 장치가 비어 있으면 대부분의 유체는 시스템의 LP 부분에 있다. 도 1과 같이 이중 어큐뮬레이터를 이용하는 시스템의 경우에 외부 누출은 이 유체가 LP 가스에 의해 배출되는 것을 유발시킬 수 있다. 예시된 시스템에 있어서, 이는 약 20리터의 유체 손실로 나타난다.
도 2와 같이 보상형 어큐뮬레이터를 이용하는 시스템의 경우에 LP 가스에 의해 추진되는 누출은 소형 LP 어큐뮬에이터로(31)부터 이루어진다. 예시된 시스템에 있어서, 이는 약 2리터의 누출로 나타나며, 이는 보상형 어큐뮬레이터의 이점이다.
만약, 저장 장치가 가득 채워져 있으면 대부분의 유체는 HP 어큐뮬레이터내에 있다. 도 1 또는 도 2중 어느 하나의 경우에 있어서, 외부 LP 누출은 적어지나 외부 HP 누출은 고압 가스에 의해 추진되는 약 15리터의 배출을 유발시킬 수 있으며, 현저한 위험으로 나타난다.
저장된 에너지를 포함하는 가능한 주요 고장 상태가 그들의 잠재적인 위험에 대한 코멘트와 함께 하기에 리스트되어 있으며, 리스트된 케이스의 문자로 언급될 것이다.
A. 뜻하지 않은 과충진 또는 차량의 화재에 의한 고온으로 인한 과도한 HP 가스압; 일반적으로 고장 제어 모드를 제공하며 통상적으로 가스압 용기를 구비하는 안전 밸브 또는 파열 디스크에 의해 조정됨; 적절한 관리를 제공하면 심각한 위험은 없음.
B. 상기된 원인으로 인한 과도한 LP 가스압; 일반적으로 상기와 같이 조정됨; 적절한 관리를 제공하면 현저한 위험은 없음. 본 발명은 부가적으로 검출 수단을 제공한다.
C. 상기된 것처럼 대기로의 HP 가스의 급속한 손실; 적절한 관리를 제공하면 심각한 위험은 없음.
D. 대기로의 LP 가스의 급속한 손실; 심각한 위험은 없음.
E. 대기로의 HP 가스의 완만한 손실; 위험하지는 않으나 시스템의 오동작을 유발시킴.
F. 대기로의 LP 가스의 완만한 손실; 위험하지는 않으나 시스템의 오동작을 유발시킴. 본 발명은 부가적으로 검출 수단을 제공한다.
G. 상기된 것처럼 HP 유체의 급속한 외부 누출; 잠재적인 심각한 위험으로 나타나며 최소화가 요구됨. 본 발명은 수단을 제공한다.
H. 상기된 것처럼 LP 유체의 급속한 외부 누출; 잠재적인 위험으로 나타나며 최소화가 요구됨. 본 발명은 수단을 제공한다.
I. 유체의 완만한 외부 누출; 검출되지 않으면 심각한 위험 보다는 오염과 같은 불법이 나타남. 본 발명은 검출 및 최소화 수단을 제공한다.
J. 유체측으로의 HP 가스의 내부 누출; 외부 LP 유체 누출을 이끄는 (예를들어 필터 또는 열교환기의) 고장으로 인한 과도한 LP 유체압을 유발시킬 수 있음; 잠재적인 위험으로 나타나며 최소화가 요구됨. 본 발명은 수단을 제공한다.
K. 유체측으로의 LP 가스의 내부 누출; 위험 상황을 발생시키기 보다는 시스템의 오동작을 유발시킴. 본 발명은 검출 수단을 제공한다.
L. 위험을 최소화시키기 위하여 저장된 에너지를 수동으로 배출하는 차량사고 또는 차량 서비스 상황. 본 발명은 수단을 제공한다.
열거된 리스트에서 가장 위험한 상황은 고찰이 요구되는 케이스 I 및 L과 함께 케이스 G, H 및 J이다. 케이스 A, B, C 및 D는 위험한 상황으로 나타날 수 있으나, 공지된 적절한 방법을 통해 관리될 수 있다. 케이스 E, F 및 K는 위험한 상황 보다는 시스템 오동작을 유발시킬 수 있지만 안전한 방식으로 오동작에 대해 설계된 시스템에 대한 요구를 강조한다.
본 발명은 위험 상황 검출 및 교정 동작을 제공하기 위해 주요하지만 유일하지는 않은 LP 가스 또는 유체의 변동을 이용한다. 기본적인 위험 상황에 대한 LP 압력의 응답이 이하에서 논의된다.
A. 과도한 HP 가스압. LP 압력에 대한 영향 없음.
B. 과도한 LP 가스압. 높은 LP 가스 및 유체 압력.
C. 대기로의 HP 가스의 급속한 손실. LP 압력에 대한 즉각적인 효과는 없음. HP 어큐뮬레이터가 매우 많은 유체를 시스템내로 받아들이기 때문에 이중 어큐뮬레이터 시스템을 구비한 시스템의 동작은 저 LP 유체 압력을 유도.
D. 대기로의 LP 가스의 급속한 손실. 저 LP 압력
E. 대기로의 HP 가스의 완만한 손실. 상기된 C에서 설명된 것처럼, 이중 어큐뮬레이터 시스템을 구비한 시스템의 동작은 저 LP 유체 압력을 유도.
F. 대기로의 LP 가스의 완만한 손실. 저 LP 압력.
G. HP 유체의 급속한 외부 누출. 이는 시스템이 작동중이지 않다면 이중 어큐뮬레이터 시스템에서 LP 압력에 대한 영향없이 발생될 수 있다. LP 압력은 후술되는 것처럼 보상형 어큐뮬레이터 시스템내에서 하락한다.
H. LP 유체의 급속한 외부 누출. 저 LP 압력.
I. 유체의 완만한 외부 누출. 저 LP 압력.
J. 유체측으로의 HP 가스의 내부 누출. LP측에 도달하면 유체내의 HP 가스의 확장되므로, 고 LP 압력.
K. 유체측으로의 LP 가스의 내부 누출. 유체내의 가스의 압축처럼 시스템내의 전체 가스 부피가 압축되어 줄어들기 때문에 저장 장치가 충진되면 저 LP 압력.
L. 수동 에너지 배출. LP 압력에 영향 없음.
이 리스트는 대부분의 위험과 오동작 상태, 특히 가장 중요한 케이스 G, H 및 J. 보상형 어큐뮬레이터를 구비한 케이스 G조차도 LP 압력의 변화에 의해 수반됨을 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예로서 이중 어큐뮬레이터의 개략도를 나타내고 있다. LP 가스압력이 정상 범위를 초과하였을 때 HP가스를 자동적으로 배출시키기는 것을 보여주고 있다. 펌프/모터(10), HP 어큐뮬레이터(12), LP 어큐뮬레이터(13)는 도 1에 도시되어 있다. 정상 작동상태에서 어큐뮬레이터(12),(13)은 대략 2:1의 범위에 걸쳐서, 즉 완전 배출하였을 때의 2,500psi로부터 완전 충진되었을 때의 5,000psi의 범위에서 작동된다. 상기 범위를 벗어 났을 때의 LP가스 압력은 HP가스의 배출이 요구되어 지는 위험성이 잠재하고 있다는 것을 가르키는 것이다.
두 개의 밸브는 LP가스 압력에 의해 파일럿(pilot) 동작되는 것을 보여주고있다. 배기밸브(34)는 LP가스 압력이 너무 높아지면 열리고, 스프링 세팅이 초과되며 기계식 래치(35)도 같이 작동되어 열려진 상태가 된다. 배기밸브(36)는 LP가스 압력이 너무 낮아지면 열리며, 스프링에 의해 열려진 밸브는 파이롯 압력으로 떨어진다. 상기 두 경우에 체크밸브(39)는 일단 HP가스가 완전 배출되면 LP가스를 배출한다. 수동 밸브(37)는 케이스 L의 요구도에 맞추기 위해 HP와 LP가스의 배출을 위해 제공된다. 오리피스(38)는 수동 밸브(37)에 의해 LP가스가 배출되었을 때 압력이 낮아지도록 하기 때문에 배기밸브(36)은 HP가스 배출을 위하여 동시에 연다.
도 4는 도 3에 도시된 것과 동일한 시스템에 전기적 대응구성(analogue)를 예시한 것으로서, 필요한 입력 정보를 제공하는 압력 트랜스듀서(44),(45)를 포함한다. 이러한 것들은 각각 직접적인 제어 출력을 제공하기 위해 다수의 압력 스위치로 구성되거나, 혹은 제어 컴퓨터에 입력되는 복수의 아나로그 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 어떤 방법이 든지 제어부는 솔레노이드(47)를 작동시켜 배기밸브(46)을 연다.
배기밸브는 케이스 L의 요구도에 맞는 수동 오버-라이드(over-ride)(48)와 함께 도시된다. 체크밸브(49)는 HP가스가 완전 배출되면 LP가스가 배출되도록 제공된다.
전기 시스템은 도 3에 나타난 단순한 시스템 보다 좀 더 복잡할 수 있다. 일례로 상기 전기 시스템은 충돌센서와 같은 다른 입력들에 의해 쉽게 트리거(trigger)될 수 있다. 또한, 케이스 G의 경우와 같은 고압안에서의 예측기치 못한 감소 경우와 같이 고압을 감지할 수 있어, 유체 누출의 양을 최소화하기 위해 HP가스를 트리거할 수 있다.
흐름이 두 개의 어큐뮬레이터 사이를 오고 가며 전달되어 지는 것처럼, HP와 LP 압력의 정상적인 변화(fluctuation)을 고려할 수 있다. 에너지 저장이 비었을 때 HP는 그것의 최소치가 되고 LP는 그것의 최대치가 된다. 에너지 저장이 충진되어 있을 때에는 HP는 그것의 최대치가 되고 LP는 그것의 최소치가 된다. 전기제어 시스템은 이러한 점들을 고려할 수 있으며, 또한 HP 고려에 따른 LP의 변동(variation)에 더욱 민감하게 반응을 제공할 수 있다. 그 예로, LP가 저장된 에너지가 없을 때 10bar로부터 완전히 충진되었을 때 5bar까지 내려가는 시스템을 예로 들면, 수용할 수 있는 낮은 LP 압력은 상기 시스템이 배출 되어지기 전에 대략 9bar로 부터 내려가서 4bar까지 변화될 수 있다. 도 3의 단순한 시스템은 에너지 충진 상태에 관계없이 배기밸브(35)를 4기압에 조절하는 것이 요구된다. 도 3에 대한 한계는 앞으로 기술될 파이럿 LP 및 HP에 민감한 배기밸브를 사용함으로서 해결될 수 있다.
보상형 어큐뮬레이터 시스템에 대한 배기밸브의 적용은 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 실시예는 고압가스를 배출하기 위한 주 배기밸브(54)와, 저압의 배출과 주 배기밸브를 파일럿 동작시키는 두 개의 보조 배기밸브(56),(59)가 사용된다. 상기 두 개의 보조 밸브는 가스 압력보다 LP유체 압력에 의해 작동되는 파일럿을 보여주고 있으며, 가스 또는 유체압력이 사용되어 질 수 있다.
주 배기밸브(54)는 주 파일럿 가스 압력이 떨어지는 것에 의해 보조 배기밸브들 중에 하나가 열려질 때까지 오리피스(55)를 통해 작용하는 LP가스 압력에 의해 닫혀져 있다.
배기밸브(56)는 LP가 너무 높아지면 열린다. 기계식 래치(57)에 의해 열린 위치에서 잠겨진다. 수동 조작기(58)는 케이스 L을 만족시키기 위하여 HP 및 LP가스를 배출하기 위한 밸브 작동이 허용된다. 배기밸브(59)는 LP가 너무 낮아지면 열린다.
보상형 어큐뮬레이터의 작동에 의한 LP 변동이 통상적으로 없기 때문에, 이러한 시스템은 민감하도록 조절되어 질 수 있다. 보상형 어큐뮬레이터가 일부 사용되어 진다면, 어큐뮬레이터 피스톤 위치의 피드백 혹은 HP압력이 사용되지 않는 한, 민감도가 감소되어 LP에 변동이 있을 것이다. 보상형 어큐뮬레이터 시스템은 앞에서 언급된 바와 같이 이중 어큐뮬레이터 시스템의 장점과, 또한 가장 위험한 경우인 외부 고압유체 누출에 민감해 질 수 있다는 부가적인 장점도 있다.
차량이 에너지 저장시스템이 충돌되는 차량사고가 발생하여 외부 HP 유체 누출이 생기는 사고를 예로 들어보면, 유체가 누출될 때, HP가스는 고압에서 유체를 유지시키기 위하여 어큐뮬레이터 피스톤을 왼쪽으로 움직일 것이다. 이러한 것은 유체가 어큐뮬레이터의 LP 유체쪽으로 끌어 당겨지는 원인이 되어, LP 어큐뮬레이터(53)의 유체가 배출되고, 또한 LP가 즉시 떨어지는 원인이 되므로 고압가스를 배출하기 위해 배기밸브(59)를 트리거링하고 이어서 주 배기밸브(54)를 트리거한다. 또 다른 외부 유출은 중력에 의해 발생될 수 있으나 가스 압력에 의해 발생되지 않으며, 유압 유체의 유출에 의한 위험 및 공해도 줄어든다.
도 3과 도 4에 도시된 시스템들에 대해 기술된 내용은 이중 혹은 부분 보상형 어큐뮬레이터 시스템 안의 작동 압력 허용범위를 설정하기 위한 LP뿐만 아니라 HP에 작동하는 배기밸브의 유익한 점들이 토의되었다. 도 6은 LP가 너무 높을 때 HP가 배출되는 본 발명의 밸브 예를 도시한 것으로서, 높아지는 HP값에 낮게 세팅되면, 이중 혹은 부분 보상형 어큐뮬레이터에는 바람직하다. 밸브체(61)에는 세 개의 포트가 있으며, 포트(62)는 HP가스에, 포트(63)은 LP가스 혹은 유체에 그리고 포트(64)는 대기(atmosphere)에 연결되어 있다. 밸브가 통상적으로 닫혔진 위치에 있을 때에는 밸브 플런저(65)는 도시된 바와 같이 밸브시트(69)에 스템(66) 끝의 실링 포핏(67)가 밀착되어 HP를 밀폐시키는 시일된 피스톤으로 구성되어 있다. 플런저는 압축 스프링(68)에 의해 닫혀진 위치로 가압된다.
스프링 챔버는 포트(64)에서 도관(conduit)(70)에 의해 대기로 연결되어 있다. LP는 밸브를 열기 위해 플런저 피스톤(65)의 단면(65a)에 작용한다. HP가스 역시 밸브를 열기 위해 포핏 단면(67)에 작용한다. 피스톤 면적, 포핏 면적 및 스프링력의 적절한 선택은 높아진 HP에 낮아지는 LP의 요구되는 개구 특성을 제공한다.
이 절의 실시예는 개략도를 나타낸 것으로 HP 포핏는 예를 명확히 하기 위하여 크게 도시되어 있으며, 스프링은 실척으로 그려져 있지 않았으며, 도 3의 래치(35)처럼 보이는 기계식 래치는 도시되어 있지 않으나 기술계에 종사하는 사람들에 의해 다양하게 설명되어 질 수 있을 것이다.
도 7은 밸브의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, LP가 너무 낮을 때 HP가스가배출되며, 이중 혹은 부분 보상형 어큐뮬레이터에서 바람직하게 높은 HP값에 낮게 세팅된다. 밸브체(71)에는 세 개의 포트가 있으며, 포트(72)는 HP가스에, 포트(73)은 LP가스 혹은 유체에 그리고 포트(74)는 대기에 연결되어 있다. 밸브 플런저(75)는 스템(76)과 함께 시일된 피스톤으로 구성되어 있다. HP가스는 압축 스프링(78)과 포핏 시트(80)위에 작용하는 HP가스에 의해 닫혀진 상태로 유지되는 포핏 밸브(77)에 의해 밀폐 되어진다.
플런저 스템(76)은 주 압축 스프링(79)에 의해 포핏 밸브(77)를 열기 위해 가압되며, 포핏 자체 위에 통상적인 닫히려는 힘과 피스톤 플런저 단면 위에 작용하는 LP에 의해 대항되고 있다. 충분한 LP는 도시된 위치에서 스프링(79)에 대항하여 플런저를 유지하고 있다. LP가 떨어지면 플런저는 도 7에 도시된 바와 같이 포핏(77)에 맞물리기 위해 오른쪽으로 움직일 것이다. LP가 좀 더 하락하면 포핏의 닫히는 힘을 극복하는 스프링력을 허용하고, 밸브는 HP가스를 대기로 배출하기 위해 열릴 것이다.
피스톤 면적, 포핏 면적 및 스프링력의 적절한 선택은 LP 증가에 대한 낮은 LP의 요구되는 개구 특성을 제공한다. 상기 예는 개략도를 나타낸 것으로 HP 포핏는 실시예를 명확히 하기 위하여 크게 도시되어 있으며, 스프링은 실척으로 그려져 있지 않았다.
도 8은 비상 배출을 위한 모든 구체적인 요구도에 적합한 혼합된 밸브 구성을 보여주는 것으로서, 6과 도 7에 구성과 함께 기술된 다양한 세팅 능력과는 다른 것이다. 밸브체(81)에는 세 개의 포트가 있으며, 포트(82)는 HP가스에, 포트(83)은 LP가스에 그리고 포트(84)는 대기에 연결되어 있다. HP가스는 파열 디스크(85)에 의해 밀폐되며, HP가스 압력이 너무 높아져야만 안전 릴리이즈 처럼 작동한다.
플런저(86)에는 HP가스를 배출하기 위해 파열 디스크(85)를 천공시키도록 작동되는 블레이드(87)가 포함되어 있다. 랜드(88)는 LP가스를 대기에 누출되는 것을 방지하기 위해 시일(89)과 맞물려 있으며, 기술된 바와 같이 플런저의 이동에 따라 LP가스를 배출시키는 밸브처럼 작동한다. 피스톤(90),(91)은 밸브체(81)안에 축방향으로 왕복운동을 하고, 주 스프링(92)에 의해 축방향으로 강제 분리되어 있으며, 또한 리테인 링(93),(94)의 위로 반발(react)됨으로 인해 플런저를 움직일 수 있다. 디텐트(detent) 캠(95)은 스프링(96)에 의해 가압되고, 플런저(86)안에서 고리 모양의 홈(100)에 맞물려 있다. 안전핀(97)은 도 8에 도시된 바와 같이 피스톤이 움직이지 못하도록 플런저를 잡고 있다. 수동 버튼(98)은 배기 시스템의 수동 작동을 위해 제공된다.
상기 밸브는 파열 디스크를 통해 플런저가 주 스프링에 의한 전진(firing)을 방지하기 위해 설치된 안전핀(97)과 같이 조립되어 진다. 상기 밸브는 HP가스의 누출을 가능한 최소화 시키기 위하여 어큐뮬레이터의 HP가스의 끝 위에 우선적으로 직접 마운트된다. 포트(83)은 LP가스 시스템과 연결되어 있다. 상기 시스템이 예비 충진(pre-charged)될 때, 피스톤(90)은 주 스프링력을 극복할 것이며, 도시된 위치를 유지한다. 안전핀이 제거되어 질 수 있다. 플런저는 디텐트 및 플런저 위에 작용하는 시일의 마찰력에 의한 외부 영향 혹은 진동에 대항하여 도시된 위치에 고정되어 있다.
LP가 너무 높아지게 되면, 피스톤(91) 위에 작용하는 힘이 주 스프링(92)의 바이어스(bias)를 극복할 것이며, 도 8에 도시된 바와 같이 오른쪽으로 플런저가 움직일 것이다. 플런저 랜드(88)에서 링 시일(89)을 제거하게 되면, 챔버(99)안의 LP가스는 대기로 배출된다. 오리피스(102)가 LP가스의 유입을 제한하여, 챔버 안의 압력이 급격히 떨어지면서 주 스프링과 파열 디스크(85)를 통해 플런저 블레이드(87)가 전진(fire)하기 위해 피스톤(91)에 작용하는 LP의 혼합된 힘을 허용한다.
이러한 작용은 HP 및 LP가스를 배출하며, 밸브는 파열 디스크가 바꿔 질때까지 배출 위치로 남아 있고, 안전핀이 재설치된다. 랜드(88)와 그와 연관된 시일(89) 및 오리피스(102)에 의해 형성된 LP밸브의 복합적인 작용은 다른 도면에서 보여준 것 같이 기계식 래치에 의한 필요성을 미연에 방지한다.
LP가 너무 낮아지게 되면, 피스톤(90) 위에 작용하는 힘이 주 스프링(92)의 힘을 대항하기 위해 더 이상 충분하지 않아 플런저는 오른 쪽으로 움직일 것이고, 파열 디스크(85)를 통해 플런저 블레이드(87)의 전진(firing)을 유도하는 앞 절에 기술된 것과 동일한 연속적인 일들이 시도된다.
디텐트(95)의 대항을 극복하기 위하여 수동 버튼(98)을 누르면, 시일은 플런저가 오른쪽으로 움직이기 위한 원인이 된며, 파열 디스크(85)를 천공시키기 위한 동일 연속적인 일들이 다시 발생한다.
만일 서비스 이유로 LP를 배출하는 것이 요구되어지면 안전핀은 대체될 수 있으나, 이러한 것은 분명히 안전시스템을 불능으로 만드는 것이며, 저장 시스템이 작동상태로 되돌아가기 전에 핀은 다시 제거 되어야 한다.
파열 디스크는 시스템을 부품의 교환이나 조립을 해체하는 일 없이 갈아끼울 수 있도록 도 7의 포핏 어셈블리에 의해 대체될 수 있다. LP가 HP전에 예비 충진(precharge)이 되면 안전핀이 더 이상 요구되어 지지 않는다.
열리기 전에 약간의 트레블(travel)을 위해 제공되는 포핏의 재설계는 도 7과 함께 기술되었던 것처럼 낮은 LP의 다양한 세팅 특징을 제공한다. 높은 LP와 함께 도 6의 다양한 세팅은 쉽게 성취되어질 수 없으며, 그러한 것은 높은 LP는 단지 유체속으로 누출되는 HP가스에 의한 것이기 때문에 그 만큼 중요하지는 않으며, 컴포넌트(component) 파손의 원인이 되도록 LP가 충분히 높아지는 위험이 현존하지 않는다. 고정된 높은 LP세팅은 모든 낮은 압력 컴포넌트의 능력(capability)안에서 잘 이루어 진다.
본 발명에 상세하게 도시되고 기술된 것도 청구범위에 기재된 발명의 범위를 벗어날 수 없다.

Claims (12)

  1. 내부에 원통형 챔버(chamber)가 형성되어 있는 밸브 본체와, 전면부, 배면부, 그리고 상기 전면부로부터 연장되어 종단부에 밀폐 포핏을 형성하고 있는 축방향 스템을 가지고 있고, 상기 원통형 챔버내에 왕복 이동가능하게 장착되어 있는 피스톤과, 상기 원통형 챔버에 형성되어 상기 밸브 본체의 일단에서 고압 포트와 연통하고, 상기 밸브 본체의 상기 단부에 인접하여 상기 밀폐 포핏을 수용하기 위한 밸브 시트를 가지고 있는 환형 챔버가 형성되어 있는 축방향 개구와, 상기 피스톤 및 상기 밀폐 포핏을 평상 시 상기 밸브 시트에 접촉시켜 상기 고압 포트를 밀폐시키게 하는 신장 폐쇄 위치로 가압하는 압축 스프링을 포함하고, 상기 원통형 챔버는 그 원통형 챔버 및 상기 피스톤의 전면부와 연통하는 저압 포트와, 상기 환형 챔버 그리고 상기 원통형 챔버 및 상기 피스톤의 배면부와 연통하는 대기 포트를 가지도록 구성되어, 상기 피스톤이 저압 가스의 증가 시 축방향으로 후퇴하여 상기 포핏 밸브를 개방시키는 것에 의해 상기 고압 포트를 대기와 연통시키는 것을 특징으로 하는 압력 배출 밸브.
  2. 내부에 원통형 챔버가 형성되어 있는 밸브 본체와, 전면부, 배면부, 그리고 상기 전면부로부터 연장된 축방향 스템을 가지고 있고, 상기 원통형 챔버내에 왕복 이동가능하게 장착되어 있는 피스톤과, 상기 피스톤 및 상기 축방향 스템을 신장 위치로 가압하는 압축 스프링과, 상기 원통형 챔버의 일단에 형성되어 고압 포트와연통하고, 상기 원통형 챔버에 인접하여 밸브 시트를 가지고 있는 환형 챔버가 형성되어 있는 축방향 개구와, 상기 환형 챔버에 왕복 이동가능하게 장착되어 신장 위치에서 상기 밸브 시트와 접촉하는 밀폐 포핏과, 그 밀폐 포핏을 평상 시 상기 밸브 시트에 접촉시켜 상기 고압 포트를 밀폐시키게 하는 신장 폐쇄 위치로 가압하는 제 2 압축 스프링과, 상기 밀폐 포핏에 형성되어 그 밀폐 포핏의 후퇴 시 상기 고압 포트로부터 상기 환형 챔버로의 유체의 흐름을 허용하는 수단을 포함하고, 상기 원통형 챔버는 그 원통형 챔버 및 상기 피스톤의 전면부와 연통하는 저압 포트와, 상기 축방향 개구 그리고 상기 원통형 챔버 및 상기 피스톤의 배면부와 연통하는 대기 포트를 가지도록 구성되어, 상기 피스톤이 저압 가스의 감소 시 축방향으로 신장하여 상기 포핏 밸브를 개방시키는 것에 의해 상기 고압 포트를 대기와 연통시키는 것을 특징으로 하는 압력 배출 밸브.
  3. 일단에서 확대된 직경을 가지어 확대된 동축 챔버를 형성하고 있는 원통형 챔버가 내부에 형성되어 있는 밸브 본체와, 상기 원통형 챔버에 형성되어 상기 밸브 본체의 일단에서 고압 포트와 연통하고, 내부에 환형 챔버가 형성되어 있는 축방향 개구와, 상기 원통형 챔버, 상기 확대 챔버 그리고 상기 축방향 개구내에서 축방향으로 왕복 이동하도록 미끄럼 가능하게 장착되고, 일단에 절개 수단이 설치되어 있고, 그 절개 수단 부근에 환형 요부가 형성되어 상기 절개 수단과 상기 환형 요부 사이에 랜드(land)를 형성하고 있는 길게 연장된 플런저와, 상기 축방향 개구내에서 상기 원통형 챔버와 상기 축방향 개구의 환형 챔버 사이에 형성되어 상기 플런저의 랜드를 밀폐 접촉 상태로 미끄럼 가능하게 수용하는 밀폐 수단과, 플런저상에 그와 동심 상태로 미끄럼 가능하게 장착되어 하나는 상기 원통형 챔버내에서 미끄럼 가능하고, 다른 하나는 상기 확대 챔버내에서 미끄럼 가능하게 되어 있는 한쌍의 이격된 대향 피스톤과, 상기 플런저상에 형성되어 상기 절개 수단을 전진시킬 수 있도록 상기 피스톤들과 결합되는 결합 수단과, 상기 피스톤들을 축방향으로 서로 이격시키도록 가압하는 수단과, 상기 고압 포트를 폐쇄시키는 파열 디스크를 포함하고, 상기 원통형 챔버는 상기 확대된 원통형 챔버와 연통하는 저압 포트와, 상기 환형 챔버와 연통하고 상기 한쌍의 대향 피스톤 사이에서 상기 원통형 챔버와 연통하는 대기 포트를 가지도록 구성되어, 저압 가스의 증가 시 또는 저압 가스의 감소 시 상기 피스톤들이 축방향으로 신장됨과 동시에 상기 플런저의 랜드가 상기 축방향 개구의 밀폐 수단으로부터 이탈하여 상기 절개 수단을 신속하게 구동시키는 것에 의해 파열 디스크를 천공시킴으로써 고압 및 저압 가스를 대기로 배기시키는 것을 특징으로 하는 압력 배출 밸브.
  4. 일단에서 확대된 직경을 가지어 확대된 동축 챔버를 형성하고 있는 원통형 챔버가 내부에 형성되어 있는 밸브 본체와, 상기 원통형 챔버에 형성되어 상기 밸브 본체의 일단에서 고압 포트와 연통하고, 내부에 환형 챔버가 형성되어 있는 축방향 개구와, 상기 원통형 챔버, 상기 확대 챔버 그리고 상기 축방향 개구내에서 축방향으로 왕복 이동하도록 미끄럼 가능하게 장착되고, 일단에 밀폐 포핏이 설치되어 있고, 그 밀폐 포핏 부근에 환형 요부가 형성되어 상기 밀폐 포핏과 상기 환형 요부 사이에 랜드(land)를 형성하고 있는 길게 연장된 플런저와, 상기 축방향 개구내에서 상기 원통형 챔버와 상기 축방향 개구의 환형 챔버 사이에 형성되어 상기 플런저의 랜드를 밀폐 접촉 상태로 미끄럼 가능하게 수용하는 밀폐 수단과, 플런저상에 그와 동심 상태로 미끄럼 가능하게 장착되어 하나는 상기 원통형 챔버내에서 미끄럼 가능하고, 다른 하나는 상기 확대 챔버내에서 미끄럼 가능하게 되어 있는 한쌍의 이격된 대향 피스톤과, 상기 플런저상에 형성되어 상기 절개 수단을 전진시킬 수 있도록 상기 피스톤들과 결합되는 결합 수단과, 상기 피스톤들을 축방향으로 서로 이격시키도록 가압하는 수단과, 상기 고압 포트에 인접하게 위치하여 평상 시의 폐쇄 위치에서 상기 밀폐 포핏을 수용하는 밸브 시트를 포함하고, 상기 원통형 챔버는 상기 확대된 원통형 챔버와 연통하는 저압 포트와, 상기 환형 챔버와 연통하고 상기 한쌍의 대향 피스톤 사이에서 상기 원통형 챔버와 연통하는 대기 포트를 가지도록 구성되어, 저압 가스의 증가 시 또는 저압 가스의 감소 시 상기 피스톤들이 축방향으로 신장됨과 동시에 상기 플런저의 랜드가 상기 축방향 개구의 밀폐 수단으로부터 이탈하여 상기 밀폐 포핏을 신속하게 구동시키는 것에 의해 그 밀폐 포핏을 상기 밸브 시트로부터 이탈시킴으로써 고압 및 저압 가스를 대기로 배기시키는 것을 특징으로 하는 압력 배출 밸브.
  5. 저압 어큐뮬레이터, 고압 어큐뮬레이터, 그리고 상기 고압 어큐뮬레이터 및 상기 저압 어큐뮬레이터와 유체 연통하는 펌프/모터를 구비하고 있는 이중 어큐뮬레이터형 에너지 저장 시스템용 압력 배출 시스템에 있어서, 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하는 고압 가스 포트, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 저압 가스가 소정의 고압을 초과할 때 상기 고압 어큐뮬레이터로부터 고압 가스를 대기로 배출시키는 저압 가스 포트를 가지고 있고, 일단 상기 고압 가스의 배출이 시작되면 그 고압 가스의 배출이 계속 이루어질 수 있게 하도록 래치 수단에 의해 개방 상태를 유지하는 제 1 압력 배출 밸브와, 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하는 고압 가스 포트, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 상기 저압 가스가 소정의 저압 미만으로 강하될 때 고압 가스를 대기로 배출시키는 저압 가스 포트, 그리고 상기 저압 어큐뮬레이터를 상기 고압 어큐뮬레이터에 연통시켜 상기 고압 가스의 압력이 상기 저압 가스의 압력 미만으로 강하될 때 상기 제 1 압력 배출 밸브의 고압 포트를 통해 저압 가스를 배출시키는 체크 밸브를 가지고 있는 제 2 압력 배출 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 저압 어큐뮬레이터 및 상기 제 2 압력 배출 밸브의 저압 가스 포트와 연통하여 저압 가스를 대기로 배출시키는 수동 밸브와, 상기 저압 어큐뮬레이터와 상기 수동 밸브 사이에 설치되어 상기 수동 밸브의 개방 시 및 저압 가스의 배출 시 상기 제 2 압력 배출 밸브의 저압 가스 포트에서 압력 강하를 유발시키는 것에 의해 고압 가스를 상기 제 2 압력 배출 밸브로부터 대기로 배출시키게 하는 오리피스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 압력 배출 밸브는 제 1 항 또는 제 2 항의 밸브인 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 압력 배출 밸브는 제 2 항 또는 제 3 항의 밸브인 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  9. 고압 어큐뮬레이터, 저압 어큐뮬레이터, 그리고 고압 통로를 통해 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하고 저압 통로를 통해 상기 저압 어큐뮬레이터와 유체 연통하는 펌프/모터를 구비하고 있는 이중 어큐뮬레이터형 에너지 저장 시스템용 압력 배출 시스템에 있어서, 상기 고압 어큐뮬레이터와 연통하여 고압 가스를 제어 배출하는 솔레노이드 구동형 배기 밸브와, 하나는 상기 저압 통로 및 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브에 연동되고, 다른 하나는 상기 고압 통로 및 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브에 연동하여 상기 저압 통로 및 상기 고압 통로의 압력을 감지함으로써 소정 범위 미만 또는 초과의 유체 압력의 감지 시 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브를 구동시켜 상기 고압 가스를 대기로 배출시키는 한쌍의 압력 트랜스듀서와, 상기 저압 어큐뮬레이터를 상기 고압 어큐뮬레이터에 연통시켜 상기 고압 가스가 상기 저압 가스의 압력 미만으로 강하될 때 상기 저압 어큐뮬레이터로부터 저압 가스를 상기 솔레노이드 구동형 배기 밸브를 통해 배출시키는 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  10. 고압 보상형 어큐뮬레이터, 저압 어큐뮬레이터, 그리고 상기 고압 보상형 어큐뮬레이터 및 저압 어큐뮬레이터와 유체 연통하는 펌프/모터를 구비하고 있는 보상형 어큐뮬레이터 시스템용 압력 배출 시스템에 있어서, 상기 고압 보상형 어큐뮬레이터와 연통하여 고압 가스를 배출하고, 저압 가스 또는 유체 공급원과 연통하고 있는 저압 가스 또는 유체 포트를 가지어 평상시 상기 소정의 압력 범위에서 폐쇄 상태로 유지되는 배기 밸브와, 그 배기 밸브에 연동하여 상기 저압 가스 또는 유체 공급원의 압력을 감지하여 소정의 압력 범위 미만 또는 초과의 가스 또는 유체 압력의 감지 시 상기 배기 밸브를 구동시켜 상기 고압 가스를 대기로 배출시키게 하는 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하고 있고, 상기 배기 밸브와 연통하고 있는 저압 가스 출구를 가지어 상기 배기 밸브를 소정의 저압 유체 압력 범위에서 폐쇄 상태로 유지시키는 소형의 저압 어큐뮬레이터와, 오리피스를 통해 상기 저압 가스 출구와 연통하고 있고, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 저압 유체가 상기 소정의 압력 범위를 초과할 때 개방되고, 일단 배기가 시작되면 래칭 수단에 의해 개방 상태를 유지하는 제 1 압력 배출 밸브와, 상기 오리피스를 통해 상기 저압 가스 출구와 연통하고, 상기 저압 어큐뮬레이터와 연통하여 상기 저압 유체가 상기 소정의 압력 범위 미만으로 압력 강하될 때 개방되는 제 2 압력 배출 밸브를 추가로 포함하여, 상기 저압 가스의 압력 강하에 의해 상기 배기 밸브의 개방이 이루어져 고압 가스를 대기로 배출시키게 하는 것을 특징으로 하는 압력 배출 시스템.
  12. 저압 가스 및 유체를 포함하는 저압 어큐뮬레이터를 가지고 있는 고압 어큐뮬레이터 또는 보상형 고압 어큐뮬레이터와, 상기 저압 가스 및 유체와 연통하고, 압력 배출 밸브에 연동하여 그 압력 배출 밸브를 통한 대기로의 가스 제어 배기를 이루게 하는 감지 수단을 구비하고 있는 유압 에너지 저장 시스템에서 압축 가스를 배출하는 방법에 있어서, 상기 저압 가스 또는 유체의 압력이 소정 압력 범위 내에 있는지를 감지하여 상기 소정 압력 범위 미만 또는 초과의 가스 또는 유체 압력을 감지할 때 상기 압력 배출 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 압축 가스 배출 방법.
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