KR20090111330A - 압축가스로 충진될 수 있는 가스냉각장치의 압력용기용 밀폐장치 - Google Patents

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마르틴 해게
헬뮤트 그란츠
군나르 헬름스
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엠비비 인터내셔날 그룹 에이지
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Abstract

본 발명은, 압력용기가 압축가스로 충진될 수 있는 가스냉각장치(11)의 압력용기용 밀폐장치에 관한 것이다. 밸브체(21)는 밸브박스(18)의 내에 변위 가능하게 배치된다. 밸브체(21)는 메인챔버(15)를 향하는 유효압력면과 프리챔버(52)를 향하는 유효압력면을 가지며, 이 두 개의 면은 동일한 크기를 가지고, 메인챔버(15)의 주입압력에 영향을 받는다. 밸브체(21)는, 밀폐방향으로 대기압에 영향을 받는 외측 유효압력면(64)과 에너지저장부재(47)에 의하여 밀폐위치로 유지된다.

Description

압축가스로 충진될 수 있는 가스냉각장치의 압력용기용 밀폐장치 {CLOSURE DEVICE FOR A PRESSURE RESERVOIR OF A GAS-REFRIGERATION GENERATOR, WHICH CAN BE FILLED WITH A COMPRESSED GAS}
본 발명은 청구항1의 특징부에 따른 냉가스발생기(cold gas generator)의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치에 관한 것이다.
냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치는 미국특허 US6,068,288에 의하여 알려져 있다. 이러한 냉가스발생기는 특히 자동차 에어백 시스템용으로 사용된다. 밀폐장치는, 정지위치에서, 주위환경과 연통되는 용기개구를 밀폐하는 밸브체로 구성된다. 가압가스의 유출을 위하여, 전자기적 구동장치가 밸브체가 동작위치로 이동될 수 있도록 하는 수단으로 제공된다. 밸브체는 슬라이드(slide)의 형태로 구현된다. 병진이동(translational movement)에 의하여, 다른 유로들이 가압가스의 유출을 가능하게 하기 위하여 해제될 수 있다. 이 장치는 슬라이드를 작동시키기 위해 높은 힘이 요구된다는 결점을 가진다. 또한, 이러한 높은 힘은 슬라이드를 동작시키는 것을 더 어렵게 한다. 이러한 타입의 밀폐장치로는 요구되는 짧은 개방시간을 구현할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 고압하에서 신속하고 가압가스의 적절히 배분된 해제 및 가압가스의 해제 후 신뢰성있는 밀폐를 가능하게 하도록, 신속하고 큰 정밀도로 동작될 수 있는 냉가스발생기의 개방이동이 가능하게 할 수 있는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 제1청구항의 특징에 의하여 달성된다. 추가적인 유리한 구성 및 전개는 다른 청구항에 언급된다.
본 발명에 따르면, 밀폐장치(closing device)는, 밸브박스(valve box) 내에 슬라이드 가능하게 배치되고 밸브박스의 프리챔버(prechamber) 내에서 이동 가능한 밸브체(valve body)를 가지고, 밸브체는 메인챔버를 향하는 유효압력면과, 동일한 크기 또는 거의 동일한 크기를 가지고 프리챔버를 향하는 유효압력면을 가지고, 밸브체는 또한 대기압이 개방방향으로 작용하는 외측유효압력면과, 대기압이 밀폐방향으로 작용하는 다른 외측유효압력면을 가지며, 밀폐방향으로 작용하는 에너지저장부재(energy storing member)가 밸브체에 추가적으로 결합된다. 밸브체의 자가로킹(self-locking) 밀폐위치(closing position)를 달성하기 위하여, 개방방향으로 작용하는 대기압에 노출되는 외측압력면(outer pressure surface)은, 그 개방압력이 밀폐방향으로 작용하는 대기압에 노출되는 외측압력면 및 에너지저장부재의 밀폐력에 의한 밀폐압력에 비하여 낮게 되도록 설계된다. 이러한 타입의 구성은 가압가스의 유출(outflow)을 위한 밸브체의 개방 및 밀폐동작의 직접적인 작동을 달성할 수 있게 한다. 또한, 이 조립체는, 프리챔버 내에서 밸브체에 작용하는 힘이 고려되는 한, 힘의 평형 또는 힘의 평형으로부터 이어지는 것이 구현되고 높은 내부용기압력이 거의 중립화될 수 있도록, 메인챔버를 향하는 유효압력면이 프리챔버를 향하는 유효압력면과 동일한 크기 또는 거의 동일한 크기를 가지는, 밸브박스 내에서의 밸브체의 플로팅 설치(floating mounting)를 제공한다는 장점이 있다. 그 결과, 밸브체의 밀폐력은 개방 및 밀폐방향으로 작용하는 압력면들 상의 대기압 및 에너지저장부재의 밀폐력에 의한 압축력으로 저감된다. 이와 같이, 실제의 내부용기압력(internal container pressure)에 비하여 상당히 감소된 힘들은 개방이동을 동작시키는 데에 충분하다. 따라서, 신속하고 정밀한 동작을 개방방향 및 밀폐방향에서 얻을 수 있다. 이는 매우 짧은 작동사이클을 가져오며, 단일유동뿐만 아니라 충진된 압력용기로부터의 가압가스의 반복적인 유출을 발생시킬 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 이러한 구성은, 작동온도의 변화에 따른 압력공차가 밀폐장치의 동작 및 응답시간에 영향을 받지 않는 다는 장점을 추가적으로 가진다. 이 이유는, 압력밸런스가 압력용기 내의 절대압력에 관계없이 발생하도록, 압력용기의 충진압력이 밸브박스의 프리챔버에 제공되고, 각 유효압력면이 동일한 크기 또는 거의 동일한 크기를 가지기 때문이다.
본 발명의 유리한 구성에 따르면, 밸브체 상에서 메인챔버를 향하는 제1유효압력면은 시일, 특히, 시일 시트에 의하여 제한되도록 설계되고, 밸브체 상에서 프리챔버를 향하는 제2유효압력면은 시일, 특히, 시일 시트에 의하여 제한되도록 설계되고, 메인챔버를 향하는 제1유효압력면 상의 상기 시일의 내주의 직경은 프리챔버를 향하는 다른 유효압력면 상의 시일의 외주의 직경과 동일하다. 바람직한 밀폐력이 정밀하게 그리고 실질적으로 대기압에 의하여 정해질 수 있도록, 용이한 방법으로 밸브체 상에 제공되고 메인챔버 및 프리챔버를 향하는 압력면들의 정확한 크기를 결정하게 하는 설계를 확보할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구성에서, 밸브체는, 제1 및 제2유효압력면을 형성하는 적어도 두 개의 부분을 가지는 밸브체로 구현되도록 설계된다. 이러한 유효압력면의 구성에 대한 기하학적 요구는 용이한 방법이 될 수 있다.
밸브체를 형성하는 적어도 두 개의 부분 사이에는 시일이 영구적인 견고한 시일의 형태로 구현되도록 제공된다. 이에 따라, 하나 이상의 부품으로 구성된 밸브체의 하나 이상의 경계면을 주위에 대하여, 주입압력이 누설되지 않도록, 견고하게 실링할 수 있다.
바람직하게는, 밸브체는 두 개의 부분으로 동일하게 구현된다. 이것은 밸브체와의 단순한 조립을 허용한다. 바람직하게는, 두 개의 부분 밸브박스의 경계면은 영구시일에 의하여 실링된다. 여러 부품들로 구성되는 밸브박스도 유사하다. 이와 같이, 밸브박스의 프리챔버의 신뢰성있는 실링이 확보된다.
또한, 밸브체는, 밸브체의 슬라이딩 방향으로 연장되는 하나 이상의 관통홀을 가지고, 관통홀은 메인챔버와 프리챔버 사이의 연결을 형성하고, 바람직한 구성으로, 하나의 큰 중앙 관통홀을 가지도록 설계된다. 하나의 큰 중앙 관통홀은, 특히, 두 개 부분 밸브체를 형성하고 메인챔버와 프리챔버 사이의 압력 레벨을 신속히 보상할 수 있는 단순한 설계구성을 나타낸다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 밸브체 내의 중앙 관통홀의 입구 및/또는 출구는 라운드된(rounded) 또는 트럼펫과 같은(trumpet-like) 윤곽(profile)이 구비되도록 설계된다. 따라서, 마찰을 감소함과 함께 밸브체의 개방 및 밀폐이동의 어떠한 방해를 제거하는 데에 기여하는 유리한 유동조건을 얻을 수 있다.
또한, 밸브체는, 바람직하게는, 방사상으로 내향하는 밸브박스의 환형깃과 결합되는 직경감소부를 가지도록 설계된다. 이것으로, 압력용기의 큰 용기개구가 구현될 수 있도록, 상대적으로 큰 크기를 가지는 프리챔버를 향하는 밸브체 상의 유효압력면을 제공할 수 있고, 메인챔버를 향하는 유효압력면에 적용할 수 있다. 또한, 이 언더컷부(undercut)는 일측이 밸브체의 방사상으로 내향되는 환형깃에 지지되고 타측이 밸브체의 방사상으로 외향되는 환형깃에 인접하여 밀폐방향으로 작용하는 에너지저장부재를 수용할 수 있다.
다른 바람직한 구성에 따르면, 구동장치는, 프리챔버에 인접하게 구비되고, 아마추어는 액추에이터에 의하여 동작될 수 있도록 설계된다. 이러한 배치는 용이한 조립되고 컴팩트한 설계를 가지는 구조를 구현할 수 있게 한다.
바람직하게는, 프리챔버와 주위 사이의 영구적으로 견고한 밀폐를 생성하도록 하는 역할을 하는 시일이 구동장치의 하우징과 밸브박스의 사이에 제공되도록 설계된다.
밸브체를 동작시키기 위하여, 아마추어는, 특히, 밸브체에 비탈착식으로 체결되는 환형의 디스크로 구현되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들어, 비양성접합(non-positive joint) 또는 양성접합(positive joint)에 의하여 구현될 수 있다. 또한, 접착제본드접합, 용접접합 등의 물질연결이 제공될 수 있다. 또한, 밸브체부가 아마추어와 함께 단일체로 형성될 수 있다.
구동장치는 바람직하게는 액추에이터가 삽입되는 수용공간을 포함하는 하우징을 가지며, 실링플레이트가 프리챔버에 대하여 액추에이터 수용공간을 실링하기 위하여 제공된다. 이는 액추에이터가 고압의 영역 내에 위치되지 않고 프리챔버로부터 분리된 공간에 배치되도록 할 수 있다.
또한, 실링플레이트 밸브체의 개방이동을 진동감쇠하기 위한 정지기구로 형성되게 설계되는 것이 바람직하다. 이것은 밸브체의 개방 및 폐쇄이동 동안 생성되는 진동을 감소시킨다.
또한, 본 발명의 다른 구성에 따르면, 용기개구를 밀폐하는 방사상으로 외향되는 밸브체의 환형깃은, 그 외주연에 방사상으로 배치되는 비실링 댐핑링(non-sealing damping ring)을 구비하고, 밸브박스에 결합된다. 이 댐핑링은 진동시스템의 보다 향상된 안내 및 진동감쇠를 가능하게 한다.
가압가스의 유동조건을 개선하기 위하여, 바람직하게는, 회전대칭 안내면이 압력용기의 용기개구 내에 배치되도록 설계되고, 안내면은, 용기의 내부를 향하고 타단에는 유동방향을 고려하여 깔때기를 가지는 튜브부를 가진다. 이것은 방출하는 가압가스의 방사상으로 배치된 출구로의 편향에 기여하며, 초기단계에서 유동영역을 균일화되게 한다. 따라서, 보다 향상된 유동조건을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 메인챔버를 향하는 밸브체의 영역 내에 회전대칭 안내면이 제공되도록 설계되며, 안내면은 방출하는 가압가스를 편항하도록 대향된다. 이 회전대칭 안내면은, 바람직하게는, 유동영역을 원활하게 하고 유리한 유출을 얻을 수 있도록, 압력용기의 용기개구 내에 배치된 회전대칭 안내면과 대응되게 연장된다. 또한, 밸브체 상의 회전대칭 안내면은, 안내면이 유동에 노출될 때, 부력이 동적 압력변화를 야기할 수 있는 밀폐력으로 반작용하는 밸브체로 생성된다. 신속한 개방은 이와 같이 끌어 올려질 수 있다. 회전대칭 안내면은 바람직하게는 트럼펫과 같은 형상이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 압력보상보조부재가 중앙 관통홀을 가지는 밸브체의 바닥측 상에 제공되도록 설계되고, 상기 부재는, 적어도 밸브체가 밀폐위치에 있을 때, 압력용기의 감소된 압력영역 및/또는 원활한 유동영역 내로 연장한다. 이 조립체는, 유출영역에서 발생하는 어떠한 난류도 메인챔버와 프리챔버 사이의 압력보상에 영향을 미치지 않거나 단지 작은 영향을 미치므로, 가압가스의 유출과정에서, 메인챔버와 프리챔버 사이에서 신속한 압력보상을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
바람직하게는, 압력용기의 내부로 연장하는 압력보상보조부재는, 중앙 관통홀의 직경으로 삽입될 수 있는 체결부의 직경에 비하여 작은 직경을 갖도록 형성되는 원통형의 튜브부를 가지도록 설계된다. 따라서, 한편으로는, 튜브부와 밸브체의 단순한 연결을 가지도록 할 수 있고, 다른 편으로는, 이동질량을 줄일 수 있다. 게다가, 이러한 구성은, 밸브체로 이어지는 천이영역에서, 튜브부가 유동강화편향을 허용하는 확장부를 갖는다는 장점이 있다. 따라서, 상기 부재의 외측면은 유동영역의 균일화를 제공하기 위하여 다시 회전대칭 안내면을 형성한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 튜브부가 확장부에 인접하고 밸브체의 중앙 관통홀에 삽입되는 매개부를 갖도록 설계된다. 바람직하게는, 억지끼워맞춤 또는 물체결합이 신뢰성 있는 조립 및 밸브체 내로의 압력보상보조부재의 수용을 가능하게 하기 위하여 구현된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에 따르면, 방출하는 가압가스의 유동영역을 정하는 압력용기 내에 제공되는 안내면은 거친 표면을 가지도록 설계된다. 이것은 안내면에서의 실속(stall)을 갖도록 하여 높은 질량유동률을 가지는 유동프로파일(flow profile)을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에 따르면, 구동장치는, 압력용기의 용기개구를 향하는 밸브체의 영역 내에 제공되고, 구동장치는 밸브체의 밀폐이동을 작동시키도록 작동된다. 따라서, 개방 및 밀폐이동을 위한 밸브체의 분리되고 조절된 동작을 가능하게 한다.
이 구동장치는, 바람직하게는, 밀폐체 또는 제어부재, 특히, 슬리브가 삽입되는 제어공간을 가진다. 이러한 추가적인 제어부재는, 제어부재가 실질적으로 유동단면을 밀폐한다는 점 및 개방방향으로 작용하는 압축력이 방출하는 가압가스에 의하여 상당히 감소된다는 점에서, 밸브체의 밀폐이동을 가속시킬 수 있다. 제어부재는 효과적인 압축력을 감소시키기 위하여 구동장치에 의하여 첫째로 동작될 수 있게 설계된다. 계속해서, 밸브체의 신속한 밀폐가 수행된다.
바람직하게는, 이 제어부재는, 압력용기의 용기개구와 인접된 밸브체의 제어공간 내에 제공되고 밸브체의 길이방향 축을 따라 이동 가능한 슬리브의 형태로 구현되도록 설계된다. 이것은 출구개구의 개구직경을 감소시킬 수 있고, 이에 따라, 압력감소를 달성할 수 있다. 이 변화된 압력상태는 즉각적인 밸브체의 밀폐이동을 이끈다.
바람직하게는, 제어부재는 또한 밸브체의 제어공간 내에서 반경방향 유격을 가지고 배치된다. 이것은 단순하고 신속한 동작을 허용한다.
도면에 도시된 예를 참조하여 본 발명 및 다른 유리한 실시예 및 개발이 아래에서 보다 상세하게 제시되며 설명된다. 본 발명에 따르면, 발명의 상세한 설명에 제시되고 도면에 도시된 태양은 그 자체가 개별적으로 또는 바람직한 조합으로 적용될 수 있다. 도면에서,
도 1은 밀폐위치에서 제1실시예에 따른 밀폐장치를 가지는 냉가스발생기의 도식적 단면도이다.
도 2는 작동위치에서 도 1에 따른 실시예의 도식적 단면도이다.
도 3은 밀폐위치에서 다른 실시예에 따른 밀폐장치를 가지는 냉가스발생기의 도식적 단면도이다.
도 4는 작동위치에서 도 3에 따른 실시예의 도식적 단면도이다.
도 5는 밀폐위치에서 도 3에 따른 다른 실시예의 도식적 단면도이다.
도 6은 작동위치에서 도 5에 따른 실시예의 도식적 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 도 1에 따른 밀폐장치의 또 다른 실시예의 도식적 단면도이다.
도 1은 압력용기(pressure container)(14)가 구비된 제1실시예에 따른 밀폐장치(closure device)(12)를 가지는 냉가스발생기(cold gas generator)(11)의 도식적 단면도를 도시한다. 압력용기(14)는 그 상단에 용기개구(container opening)(16)를 가진다. 용기개구(16)는, 실시예에 따르면, 두 개의 부분으로 형성되는 밸브박스(valve box)(18)에 삽입된다. 또한, 밸브박스(18)는 여러 부분으로 구성될 수 있다. 밸브박스(18)의 하부(19)는 용기개구(16)와 결합되고, 메인챔버(main chamber)(15)를 형성하는 압력용기(14)의 내부로 돌출되고, 압력용기(14)의 외측에서 반대방향으로 연장된다. 밸브박스(18)는, 밸브체(valve body)(21)와, 밸브박스와 함께 밀폐장치(12)를 형성하는 구동장치(driving apparatus)(22)를 수용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모든 압력용기(14) 상에 제공되는 압력백(pressure bag)(24)은 압력용기(14)의 외측 둘레에 고정된다. 도시되지 않았으나, 압력백(24)의 사용을 개시하는 신호가 제어유닛에 의하여 감지된 때, 밸브체(21)는, 구동장치(22)에 의하여, 압력용기(14)에 수용된 가압가스가 밸브박스(18) 내에 방사상으로 배열된 출구(26)를 통하여 압력백(24)의 내부로 유입될 수 있도록, 도 1에 도시된 밀폐위치로부터 도 2에 도시된 작동위치 또는 개방위치로 이동된다.
밸브박스(18)의 하부(19)에서, 밸브시트(valve seat)(28)는, 밀폐위치에서, 밸브체(21)의 밸브면(29)이 접하는 위치에 구비된다. 밸브면(29) 내에는, 밸브시트(28)에 접촉하여 용기개구(16)와 출구(26) 사이의 출구영역(32)을 밀폐하는 시 일(31)이 마련된다.
바람직하게는, 밸브체(21)는 두 개의 부분으로 형성되고, 서로에 대하여 탈착 가능한 제1밸브체부(34)와 제2밸브체부(35)를 가진다. 바람직하게는, 나사산이 형성된 조인트가 용이한 조립을 위하여 구비될 수 있다. 다른 대체 실시예로서, 상기한 두 밸브체부(34)(35)의 영구적인 고정연결도 가능하다. 제1밸브체부(34)와 제2밸브체부(35) 사이의 분리점에는, 바람직하게는, 시일(36)이 상기 분리점의 내구성이 있는 견고함을 확보하기 위하여 구비된다. 제1밸브체부(34)는 슬리브의 형태로 형성되고, 방사상으로 외향하여 용기개구(16)를 향하고 밸브면(29)이 형성되는 축단부면에 환형깃(annular collar)(38)을 구비한다. 제1밸브부(34)가 슬리브로 형성되는 구성으로 인하여, 중앙 관통홀(39)이 또한 제2밸브체부(35)를 따라 연장되도록 구비된다.
제2밸브체부(35)는 동일하게 슬리브의 형태로 형성되고, 용기개구(16)를 향하고 밸브박스(18)의 상부(20)의 밸브시트(42)에 접하는 제2밸브면(41)을 가진다. 밸브체(21)의 밸브면(41) 내에는, 시일(31)과 같은 형상으로 형성되는 시일(43)이 구비된다. 특히, 시트 시일이 이러한 목적으로 제공될 수 있다.
밸브박스(18)의 상부(19) 및 하부(20) 사이에서, 언더컷부 또는 테이퍼부(46)가 에너지저장부재(47)가 배치되는 곳에 형성된다. 에너지저장부재(47)는 나선스프링, 디스크스프링 등이 될 수 있다. 다른 타입의 에너지저장부재가 동일하게 사용될 수 있다. 일측을 향하여, 에너지저장부재(47)는 밸브면(29)의 반대측으로 밸브체(21)의 환형깃(38) 상에 제공되는 압력면(48)과 결합된다. 에너지저장부 재(47)는, 타측에서, 밸브박스(18)의 상부(20)에 형성된 방사상으로 내향인 환형깃(annular collar)(50)에 결합된다.
밸브체(21)는, 밸브박스(18), 보다 상세하게는, 밸브박스(18)의 상부(20) 내의 프리챔버(52) 내에서 슬라이드 가능하게 안내된다. 이를 위하여, 예들 들어, 밸브체부(35)의 외측 주변(53)과 상부(20)의 내측 주변(54) 사이에 안내면이 구비될 수 있다. 밸브체(21)의 승강이동은 밸브박스(18)의 상부(20)와 결합되는 구동장치(22)에 의하여 제한된다. 구동장치(22)는, 하우징(56)에 삽입된 페라이트 코어(57)와, 수용공간(58) 내에 배치되는 액추에이터(59)로 구성된다. 수용공간(58)은 실링플레이트(61)에 의하여 밀폐된다. 실링플레이트(61)는, 수용공간(58)내에서 내부용기압력이 액추에이터(59)에 작용되지 않도록, 바람직하게는, 수용공간(58)의 전체를 걸쳐 연장된다. 밸브체(21)의 승강이동은 코어(57) 또는, 특히, 실링플레이트(61)에 의하여 제한된다. 실링플레이트(61)는 댐핑 특성과 함께 제공된다. 구동장치(22)는, 밸브체(21)에 영구적으로 연결되는 환형 아마추어(60)를 더 포함하여 구성된다. 아마추어(60)는 내측 안내부에 의하여 코어(57) 및/또는 하우징(56)을 따라 추가적으로 안내될 수 있다. 프리챔버(52)는 구동장치(22)의 하우징(56)으로부터 이어지는 밸브박스(18)의 상부(20)의 천이영역 내에 위치된 시일(63)에 의하여 영구적으로 밀폐된다. 또한, 이 시일(63)은 구동장치(22)의 하우징(56)에 대하여 밸브박스(18)의 상부(20)의 상단에 구비될 수 있다.
상기한 구성은 메인챔버(15), 즉, 압력용기(14) 내의 압력이 프리챔버(52) 내의 압력과 동일한 플로팅 밸브체(21)를 가지는 밀폐장치(12)를 얻을 수 있다. 큰 중앙 관통홀(39)로 인하여, 그러한 압력보상이 신속하게 얻어져, 압력밸런스가 유지될 수 있다. 압력밸런스 및 유효압력면(37)(44)의 구성으로 인하여, 밸브체(21)에 작용하는 내부용기압력의 밀폐력은 독립적, 또는 거의 독립적이다. 이를 위하여, 밸브체(21)의 밸브면(29) 상에 작용하는 제1유효압력면(37)은 시일(31)의 내측직경에 의하여 정해지도록 설계된다. 프리챔버(52)에 대향하는 제2유효압력면(44)은 시일(43)의 외측직경에 의하여 정해진다. 플로팅 설치가 가능하게 될 수 있도록, 시일(31)의 내측 직경은, 압력밸런스가 발생되도록, 시일(43)의 외측직경에 대응 또는 실질적으로 대응된다. 그 결과, 밀폐력은, 외측으로부터 작용하는 대기압 및 에너지저장부재(47)의 힘에 의하여 결정된다. 출구(26)를 통하여, 밀폐방향으로 작용하는 대기압이, 에너지저장부재(47)가 작용하는 외측압력면(48)에 작용된다. 결과적인 압축력은, 외측압력면(48)의 크기 및 에너지저장부재(47)의 힘에 의하여 결정된다. 밀폐력은 시일(31)의 외측에서 환형깃(38)상에 형성된 외측압력면(64)을 통하여 작용하는 개방력에 의하여 저지된다. 밀폐력을 확보하기 위하여, 외측압력면(48)에 의한 압축력과 결합되는 에너지저장부재(47)의 압축력이, 반대방향으로 작용하며 환형깃(38)상의 외측압력면(64)에 작용하는 압축력을 초과할 필요가 있다.
밸브체(21)를 동작시키기 위하여, 전자기적 구동장치(22)에 전기적 전류가 공급되고, 이에 따라, 밸브체(21)의 승강이동 및 밸브체(21)의 밸브면(29)의 밸브박스(18)의 밸브시트(28)로부터의 분리를 얻는다. 이에 따라, 가압가스는 출구(26)를 통하여 압력백(24)의 내부로 유동할 수 있다. 가압가스의 유출과정 동안, 밸브 체(21)의 플로팅 설치 및 관통홀(39)에 의한 그에 작용하는 힘의 평형이 유지될 수 있도록, 프리챔버(52)와 메인챔버(15) 또는 압력용기(14)의 내부 사이의 압력보상이 수행된다. 밸브체(21)를 밀폐시키기 위하여, 에너지저장부재(47) 및 외측압력면(48)에 의하여 생성되는 밀폐력이 밸브체(21)를 도 1에 도시된 바와 같은 밀폐위치로 이동시킬 수 있도록, 구동장치(22)가 정지된다.
밸브박스(18)내에서 밸브체(21)의 보다 향상된 안내를 위하여, 바람직하게는, 댐핑링(damping ring)(68)이 환형깃(38)의 방사상 외측연(67)에 구비될 수 있다. 이러한 댐핑링(68)은 진동시스템에서의 진동감쇠에 기여할 수 있다. 댐핑링(68)은 실링 기능은 갖지 않는다.
본 실시예는, 밸브체(21)가 직접적으로 작동되어, 짧은 응답시간 및 개선된 제어성능을 달성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이 조립체는, 유동의 넓은 단면으로 인하여, 가압가스용 질소를 사용할 수 있어, 헬륨의 사용에 필요로 하는 경우에서의 시스템의 견고함을 위한 설계에 관한 엄격한 요구를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이 밀폐장치(12)는, 독립적인 유닛으로 형성되어, 각 압력용기(14)에 장착될 수 있고, 밸브박스(18)의 하부(20)가 용기개구(16)로의 고정을 위하여 수정될 수 있다. 또한, 이 밀폐장치(12)는 온도 및 압력조건의 변화에 대하여 내구성을 가진다.
도 3은, 도 1과 다른 밀폐장치(12)의 다른 실시예로, 밀폐위치를 도시한 것이다. 도 4는 동작위치에서 도 3에 따른 실시예를 도시한 것이다. 이하, 참조번호는 도 1 및 도 2에서의 각 태양에 대응된다.
도 3 및 도 4에 따른 실시예들은, 회전대칭 안내면(rotationally symmetrical guide surface)(72)이 용기의 내부를 향하여 돌출되는 튜브부(73)와 개방방향을 향하며 깔때기형 단부(flared end)를 가지는 튜브부(74)를 가지고 용기개구(18)의 내측에 구비된다는 점에서, 도 1의 실시예와 다르다. 바람직하게는 깔때기(funnel) 또는 특히 트럼펫(trumpet)의 형상으로 형성되고, 랜드(land)(76)에 의하여, 밸브박스(18)의 하부(20)에 대하여 유지되는 안내면에 의하여, 가압가스의 유출과정에서의 유동영역이 초기상태에서 균일화되고, 유출속도가 증가된다. 바람직하게는, 밸브체의 바닥측에서, 다른 회전대칭 안내면(77)이, 랜드(land)(76)에 의하여, 밸브체(21)의 바닥측에 대하여 동일하게 유지되도록 구비된다. 이 회전대칭 안내면(77)은, 밸브체(21)가 밀폐위치에 있을 때, 부분적으로 회전대칭 안내면(72)에 결합된다. 이것은, 밀폐장치(12)의 개방조건에서, 회전대칭 안내면(72)의 튜브부(73)를 통과하는 용적유동이 동일하게 안내면(77)을 통하여 출구(26)의 방향으로 편향되는 것을 달성할 수 있게 한다. 동시에, 작용된 압축력에 의하여 밸브체(21)의 개방속력이 증가된다. 작동위치에서, 회전대칭 안내면(72)의 깔때기형 튜브부(74)와 회전대칭 안내면(77)은 유동편향을 위한 팬(fan) 형의 조립체를 형성한다.
이 타입의 회전대칭 안내면(72)(77)은, 개선될 수 있고, 개별적이거나 결합된 구성으로, 용기개구(16)에 삽입되거나, 밸브체(21)의 바닥측에 장착될 수 있다.
도 5는 밀폐위치에서 도 1에 따른 밀폐장치(12)의 다른 실시예를 도시한다. 도 6은 작동위치에서 도 5에 따른 실시예를 도시한다. 대응되는 태양에 대하여 도 면부호는 도 1 및 도 2에 대한 도면의 설명에 대응된다.
본 실시예에서, 밸브체(21)는, 그 바닥측에 수용되고 압력용기를 향하는 압력보상보조부재(pressure compensation assisting member)(81)를 가진다. 이 압력보상보조부재(81)는, 튜브형상으로 형성되고, 예를 들어, 용기개구(16)를 통하고 압력용기(14)의 감소된 압력영역 및/또는 원활한 유동영역으로 연장되는 제1원통형튜브부(first cylindrical tube portion)(83)를 가진다. 이 원통형튜브부(83)는, 체결부(fastening portion)(86)쪽으로 변화하는 확장부(enlargement portion)(84)에 의하여, 가압가스의 유출방향으로 인접된다. 체결부(86)는 바람직하게는 원통형이고, 밸브체(21)의 관통홀(39)의 내부에 가압되도록 설계된다. 반면에, 연결의 다른 타입으로, 압력보상보조부재(81)의 밸브체(21)로의 체결을 위한 비양성적(non-positive), 양성적(positive) 또는 물질결합(material engagement)이 제공될 수 있다. 확장부(84)는, 바람직하게는, 유동편향을 얻기 위하여, 회전대칭 안내면(72)의 깔때기형 튜브부(74) 또는 회전대칭 안내면(77)과 그 기하학적으로 대체로 유사한 또는 대응되는 외측면(87)을 가진다. 또한, 트렁크를 참조하여 될 수 있는 압력보상보조부재(81)는, 가압가스가 압력용기(14)로부터 유출되는 되고 밸브체(21)의 개방 또는 폐쇄이동에 의한 프리챔버(52) 내의 압력조건 변화가 되는 즉시 메인챔버(15)에 대한 프리챔버(52)내의 신속한 압력보상을 할 수 있게 한다. 이것은 가압가스의 유출과정에서 반대압력이 유출영역(32)에서 생성되기 때문에 밀폐밸브체(21)에 작용하는 밀폐력이 방해된다는 특수한 장점을 가진다.
상기한 실시예에서, 경계층이 층류(laminar flow)에 비하여 난류(turbulent flow)로 제어될 수 있으므로, 유동프로파일(flow profile)의 경계층 두께가 얇아지게 되도록, 유동에 노출되는 면은 거친 표면이 되는 것이 유리하다.
도 7a 내지 도 7e는 도 1과 달리 확대된 스케일로 나타낸 용기개구(16)를 향하는 밸브체(21)의 일부로서, 도 1에 따른 밀폐장치(12)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이하, 도 1에 따른 실시예와 관련되어 상세한 설명에 참조번호가 부여된다.
밸브체(21)의 하부에, 구동장치(91)가 구비된다. 구동장치(22)에 대하여 추가적으로 작동하는 이러한 보조적인 구동장치(91)에 의하여, 한편으로는 개방프로세스를 위하여, 다른 한편으로는 밀폐 프로세스를 위하여, 힘의 상태가 최적화될 수 있다. 구동장치(91)는, 관통홀(39)의 일부를 형성하는 제어공간(93) 내부에, 제어부재, 특히, 슬리브(92)를 포함하여 구성된다. 제어공간(93) 및 슬리브(92)는, 관통홀(39)의 직경이 밸브체(21)의 길이를 완전히 초과하도록 연장되도록 하는 크기가 된다. 제어공간(93)의 외측에는, 도시되지 않은 액추에이터가 슬리브의 이동조절을 위하여 구비된다. 슬리브(93)는, 제어공간(93)내에 이동 가능하게 배치되고, 충분한 반경방향 유격을 가진다. 구동장치(91)의 기능 및 동작은, 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 아래에서 설명한다. 도 7a는 용기개구(16)에 대한 밸브체(21)의 밀폐위치를 나타낸다. 밸브면(29)은 밸브시트(28)에 접한다.
구동장치(22)의 동작에 의하여, 밸브체(21)가 동작위치로 이동된다. 이러한 동작 스트로크 도중, 슬리브(92)는 제어공간(93)내에 위치된다. 가압가스의 유출을 위한 출구영역(32)은 차단되지 않는다.
밸브체(21)를 밀폐위치로 신속하게 이동시키기 위하여, 구동장치(91)가 작동된다. 슬리브(92)의 작동에 의하여, 도 7c에 도시된 바와 같이, 방사상 출구(26)의 주요한 차단이 가능하게 되도록, 슬리브(92)가 승강동작에 의하여 제어공간(93)으로부터 출구영역(32)내로 이동된다. 변경된 압력상태에 의하여, 도 7d에 도시된 바와 같이, 밸브체(21)의 밀폐위치로의 급작스러운 이동이 발생한다. 순차적으로, 도 7e에 도시된 바와 같이, 밸브체(21)의 새로운 개방이동이 억제되지 않게 하기 위하여, 슬리브(92)는 완전히 제어공간(93)내로 후퇴된다. 슬리브(92)의 제어공간(93)으로의 후퇴는, 예를 들어, 스프링에 의하여 수행될 수 있다. 또한, 이러한 타입의 다른 실시예는 도 3 내지 도 6에 따른 실시예와 결합될 수 있다.

Claims (32)

  1. 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기의 밀폐장치로서, 압력용기는 냉가스발생기(11)를 형성하는 밀폐용기(12)가 배치될 수 있는 용기개구(16)를 포함하고, 상기 밀폐장치는, 밀폐위치에서, 주위와 연통하는 적어도 하나의 출구(26)를 밀폐하며, 적어도 하나의 출구(26)를 개방시키는 구동장치(22)의 조력으로 작동위치로 이동되는 밸브체(21)를 가지는 밀폐장치에 있어서,
    - 상기 밸브체(21)는, 밸브박스(18) 내에 슬라이드 가능하게 배치되고, 상기 밸브박스(18) 내의 프리챔버(52) 및 압력용기(14)의 가압영역에 의하여 형성되는 메인챔버(15)와 연통하고,
    - 상기 밸브체(21)는, 메인챔버(15)를 향하는 유효압력면(37)과, 동일한 크기 또는 거의 동일한 크기를 가지고 상기 메인챔버(15)의 충진압력에 노출되며 프리챔버(52)를 향하는 유효압력면(44)을 가지고,
    - 밸브체(21)는, 대기압이 개방방향으로 작용하는 외측유효압력면(64)과, 상기 대기압이 밀폐방향으로 작용하고 에너지저장부재(47)가 결합되는 다른 외측유효압력면(48)을 가지며,
    - 대기압에 노출되는 상기 외측유효압력면(64)에 의하여 개방방향으로 작용하는 압축력은, 대기압에 노출되는 상기 외측유효압력면(48) 및 상기 에너지저장부재(47)의 힘에 의하여 밀폐방향으로 작용하는 밀폐압력에 비하여 낮은 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브체(21) 상에서 상기 메인챔버(15)를 향하는 상기 제1유효압력면(37)은 시일(31), 특히, 시일 시트에 의하여 제한되고,
    상기 밸브체(21) 상에서 상기 프리챔버(52)를 향하는 제2유효압력면(44)은 시일(43), 특히, 시일 시트에 의하여 제한되고,
    상기 메인챔버(15)를 향하는 제1유효압력면(37) 상의 상기 시일(31)의 내경은 상기 프리챔버(52)를 향하는 다른 유효압력면(44) 상의 시일(43)의 외경과 동일한 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 다른 유효압력면(37, 44)을 형성하기 위하여 적어도 두 개의 부분을 가지는 밸브체(21)가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브체(21)를 형성하는 상기 적어도 두 개의 부분 사이에는 시일(36)이 영구적인 견고함을 확보하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  5. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브박스(18)는 적어도 두 개의 부분으로 형성되고, 바람직하게는, 하부(19) 및 상부(20)로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브박스(18)를 형성하는 적어도 두 개의 부분 사이에는, 시일(63)이 영구적인 견고함을 확보하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  7. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브체(21)는, 상기 밸브체(21)의 슬라이딩 방향으로 연장되는 하나 이상의 관통홀을 가지고, 상기 관통홀은 메인챔버(15)와 프리챔버(52) 사이의 연결을 형성하고, 바람직한 구성으로, 하나의 큰 중앙 관통홀(39)을 제공하는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  8. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙관통홀(39)의 입구 및/또는 출구가 깔때기 형상 또는 트럼펫과 같은 윤곽을 가지는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  9. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브체(21)는, 방사상으로 내향하는 밸브박스(18)의 환형깃(50)과 결합되는 직경감소부(46)를 가지는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에너지저장부재(47)는, 상기 직경감소부(46)내에서, 상기 밸브박스(18)의 내향하는 환형깃(50)의 환형면(51)과 결합하고, 반대측에서, 밸브체(21)의 외향하는 환형깃(38)에 제공되는 외측압력면(48)에 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  11. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동장치(22)는 프리챔버(52)에 인접하게 구비되고, 아마추어(60)를 동작시키는 액추에이터(59)의 수용공간(58)을 가지는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 아마추어(60)는 환형 디스크의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 아마추어(60)는, 상기 밸브체에 비탈착식으로 체결되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동장치(22)의 하우징(56) 내의 수용공간(59)은 실링플레이트(61)에 의하여 압력 밀폐되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 실링플레이트(61)는, 상기 밸브체(21)의 개방이동을 진동감쇠하기 위한 정지기구로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동장치(22)의 하우징(56)은 밸브박스(18)에 탈착 가능하게 체결되고, 시일(63)이 바람직하게는 분리점에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  17. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기개구(16)를 밀폐하는 상기 밸브체(21)의 방사상 환형깃(38)은, 그 외주연(67)에 방사상으로 배치되는 비실링 댐핑링(68)을 구비하고, 밸브박스(18)의 내주연에 결합되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  18. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    회전대칭 안내면(72)은, 메인챔버(15) 내를 향하는 튜브부(73)를 가지고 상기 압력용기(14)의 상기 용기개구(16)내에 배치되고, 가압가스의 깔때기형 튜브부(74)내로의 유출방향을 고려하여 반대측으로 변화하는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 회전대칭 안내면(72)은, 랜드(76)에 의하여 용기개구(16)의 길이방향 축과 동축으로 위치되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  20. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    회전대칭 안내면(77)이, 메인챔버(15)를 향하는 밸브체(21)의 영역 내에 구비되고, 상기 안내면은 방출하는 가압가스를 출구(26) 방향으로 편향시키도록 형성 되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 회전대칭 안내면(77)은, 회전대칭 안내면(77)의 작은 개구단면이 용기개구(16)를 향하고, 큰 개구단면은 밸브체(21)를 향하는, 깔때기 형상 또는 트럼펫 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 회전대칭 안내면(77)은, 랜드에 의하여 상기 밸브체(21)의 길이방향 축과 동축으로 밸브체(21) 상에 유지되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  23. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    압력보상보조부재(81)가 중앙 관통홀(39)을 가지는 밸브체(21)의 바닥측에 제공되고, 상기 부재는, 적어도 상기 밸브체(21)가 밀폐위치에 있을 때, 압력용기(14)의 감소된 압력영역 및/또는 원활한 유동영역 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 압력보상보조부재(81)는, 메인챔버(15) 내로 연장하는 바람직하게는 원통형 튜브부(83)를 가지고, 밸브체(21)의 중앙 관통홀(39)에 삽입되거나 결합되는 체결부(84)를 가지는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    확장부(84)가, 상기 압력보상보조부재(81)의 상기 튜브부(83)와 체결부(86) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장부(84)의 외측면은, 유동편향을 위하여, 트럼펫과 같은 형상 또는 깔때기 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력보상보조부재(81)의 상기 체결부(86)는, 상기 밸브체(21)의 관통홀(39) 내로 삽입, 특히, 가압 삽입되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  28. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력용기(14), 상기 밸브박스(18) 및 상기 밸브체(21)에 형성되는 유동형성면은 거친 표면인 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  29. 상기한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    구동장치(91)는, 압력용기(14)의 용기개구(16)를 향하는 밸브체(21)의 영역 내에 제공되고, 상기 구동장치는 밸브체(21)의 밀폐이동을 작동시키도록 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  30. 제13항에 있어서,
    상기 밸브체(21)의 바닥측에 있는 구동장치(91)는, 제어부재, 특히, 슬리브(92)가 밸브체(21)의 개방 및 밀폐방향으로 이동될 수 있게 수용되는 제어공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 제어부재, 특히, 상기 슬리브(92)는, 밸브체(21)가 동작위치에 있을 때, 상기 용기개구(16)와 상기 출구(26) 사이의 출구영역(32)을 부분적으로 밀폐하도록 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용 기용 밀폐장치.
  32. 제30항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동장치(91)의 상기 제어부재, 특히, 상기 슬리브(92)는, 상기 밸브체(21)의 제어공간(93) 내에서 반경방향 유격을 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 냉가스발생기의 가압가스 팽창성 압력용기용 밀폐장치.
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