KR20140058363A - 압력 저장 용기용 중단 밸브 - Google Patents

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pressure
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pressure accumulator
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프란츠 마이어
아르민 샤이노스트
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마그나 스티어 파르초이크테시닉 아게 운트 코. 카게
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Abstract

매체를 위한 압력 축적기 용기(S)를 위한 차단 밸브로서, 밸브 하우징(20)이, 상기 압력 축적기 용기(S)와 대면하는 흡입 개구부(10) 및 배출구 개구부(11)를 가지는 밸브 챔버, 가동형 피스톤(22), 및 적어도 하나의 스프링(23)을 포함하고, 상기 피스톤(22)이 적어도 하나의 축방향 연결 채널(14)을 가지고 그리고 상기 밸브 챔버 내에 배열된 적어도 2개의 밀봉 요소들(41, 42)에 의해서 축방향으로 이동가능한 방식으로 안내되며, 상기 밸브 챔버의 유입구 영역(17)과 대면하는 상기 피스톤(22)의 제 1 유효 피스톤 표면(A1)과 밀봉 본체(21) 또는 상기 밸브 하우징(20)이 밸브 안착부를 형성하고, 그리고 상기 밸브 챔버의 축적기 영역(19) 내의 압력을 변화시킴으로써, 상기 축적기 영역이 제 2 유효 피스톤 표면(A2)에 인접하고, 상기 피스톤(22)이 축방향으로 이동가능하고 그리고 상기 흡입 개구부(10)와 배출구 개구부(11) 사이에 배열된 통로 개구부(13)가 가역적으로 폐쇄 및 개방될 수 있고, 가압되지 않은 상태에서, 상기 통로 개구부(13)가 스프링(23)에 의해서 개방되어 유지된다. 차량용 압력 축적기 시스템이, 적어도 하나의 압력 축적기 용기(S) 및 상기 적어도 하나의 압력 축적기 용기에 동작적으로 연결된 적어도 하나의 차단 밸브를 포함한다.

Description

압력 저장 용기용 중단 밸브{STOP VALVE FOR PRESSURE STORAGE VESSEL}
본원 발명은 매체를 위한 압력 축적기 용기를 위한 차단 밸브, 및 차량용 압력 축적기 시스템에 관한 것이다.
이러한 타입의 디바이스들은, 보충 또는 충전 동작 중에 연료로 압력 축적기 용기가 과다 충전되는 것을 방지하기 위해서, 예를 들어, 모터 차량들의 탱크들 또는 탱크 시스템들의 유입구 영역 내에서 개별적인 밸브들의 형태로 또는 밸브 조합들로서 이용될 수 있다.
매체용 압력 축적기 용기를 위한 차단 밸브로서, 밸브 하우징이 압력 축적기 용기와 대면하는(facing) 흡입 개구부 및 배출 개구부를 가지는 밸브 챔버, 가동형 피스톤, 및 적어도 하나의 스프링을 포함하는, 차단 밸브가 US 3,709,241로부터 공지되어 있다. 이러한 밸브의 경우에, 피스톤이 밸브 본체 내의 보어 내에서 유도되어 탱크 내의 충전 압력을 제한한다. 피스톤은 탄성적인 밀봉 요소를 가지고 그리고 스프링에 의해서 협소화된(constricted) 유입구 개구부에 대해서 가압된다. 밸브 본체의 보어와 피스톤 사이에는 갭이 존재하고, 그러한 갭을 통해서 가스가 밸브의 배출구 영역으로부터 피스톤 뒤의 보어의 영역 내로 통과될 수 있고, 그에 따라 배출구 영역 내의 압력이 피스톤으로 축방향 힘을 가하고 그에 따라 유입구 개구부의 폐쇄시에 스프링을 지지한다. 따라서, 가스가 배출구 영역으로부터 유입구 개구부로 반대로 유동하는 것이 방지되고, 동시에 충전 압력이 미리 결정된 값을 초과하는 것이 방지된다.
또한, 압력 측정에 의해서 그리고 전기 밸브들의 전자 제어에 의해서 압력 축적기 용기 또는 압력 축적기 시스템의 충전 압력이 제어되고 제한될 수 있다는 것이 공지되어 있다.
언급된 용도들에서, 압력 축적기 용기 또는 압력 축적기 시스템의 허용가능한 동작 압력이 충전 동작 중에 신뢰가능하게 유지되도록 그에 따라 최대의 동작 안정성을 보장하도록 요구될 수 있다. 충전 동작은 가능한 한 신속하게 그리고 적은 에너지 손실들만으로 실시될 수 있도록 의도된다. 밸브 성분들의 마모가 적게 유지되도록 의도되고 그리고 압력 축적기 용기들 및 압력 라인에 대한 손상이 방지되도록 의도된다.
본원 발명의 목적은 이와 관련하여 전술한 타입의 차단 밸브들을 개선하는 것이고, 특히 압력 축적기 용기에 영구적으로 배당되고 그리고 전기 및 전자 성분들이 없이도 기능하는 차단 밸브를 구체화하는 것이다.
또한, 본원 발명의 목적은 증가된 동작 신뢰성을 가지는 개선된 압력 축적기 시스템들을 가능하게 하는 것이다.
이러한 목적은 매체를 위한 압력 축적기 용기를 위한 차단 밸브에 의해서 달성되고, 여기에서 밸브 하우징이 압력 축적기 용기와 대면하는(facing) 흡입 개구부 및 배출구 개구부를 가지는 밸브 챔버, 가동형 피스톤, 및 적어도 하나의 스프링을 포함하고, 상기 피스톤이 적어도 하나의 축방향 연결 채널을 가지고 그리고 상기 밸브 챔버 내에 배열된 적어도 2개의 밀봉 요소들에 의해서 축방향으로 이동가능한 방식으로 안내되며, 상기 밸브 챔버의 유입구 영역과 대면하는 상기 피스톤의 제 1 유효 피스톤 표면과 밀봉 본체 또는 상기 밸브 하우징이 밸브 안착부(seat)를 형성하고, 그리고 상기 밸브 챔버의 축적기 영역 내의 압력을 변화시킴으로써, 상기 축적기 영역이 제 2 유효 피스톤 표면에 인접하고, 상기 피스톤이 축방향으로 이동가능하고 그리고 상기 흡입 개구부와 배출구 개구부 사이에 배열된 통로 개구부가 가역적으로 폐쇄 및 개방될 수 있고, 가압되지 않은 상태에서, 상기 통로 개구부가 스프링에 의해서 개방되어 유지된다.
결과적으로, 순수하게 기계적인 차단 밸브가 제공되고, 그러한 유닛은, 조정된 스프링력으로 인해서, 특정 압력으로부터 통로 개구부를 타이트하게(tightly) 폐쇄하고 그리고 추가적인 압력 증가 또는 음압에 대한 압력 감소시에 개방되지 않고 그에 따라 항상 폐쇄되어 유지된다. 매체는 압력 축적기 시스템 내의 하나 이상의 다른 위치들에서 제거된다.
상기 기계적인 차단 밸브의 발명에 따른 장점은, 하류에 연결된 압력 축적기 시스템이 희망하는 압력에만 도달되고, 그리고 차단 밸브의 상류 압력에 관계 없이 그리고 전기적 액추에이터 없이, 차단 밸브가 항상 확실하게 폐쇄되어 유지되며, 그에 따라 하류에 연결된 압력 축적기 시스템 내의 압력을 신뢰가능하게 유지하고 그리고 추후의 매체 유동으로 인한 압력의 추가적인 증가를 허용하지 않는다는 것이다. 이러한 밸브 디자인의 추가적인 장점은, 피스톤과 밀봉 본체 사이의 밀봉 안착부에서 누설이 발생되는 경우에도, 하류에 연결된 압력 축적기 시스템이 바람직하지 못한 압력 증가에 노출되지 않을 것이고, 밀봉 본체에 대한 피스톤의 접촉 압력의 힘이 배출구 측부 상의 압력의 증가와 함께 증가된다는 것이고 그에 따라 누설이 다시 감소된다.
특히 바람직하게, 가압되지 않은 상태에서, 통로 개구부가 스프링의 힘에 의해서 개방되어 유지된다는 것이다. 그에 따라, 보충 동작의 종료 페이즈(phase)까지 매체가 압력 축적기 용기 내로 장애 없이 유동할 수 있을 것이고, 그리고 밸브 챔버의 영역 내의 유해한 진동들이 방지될 수 있을 것이다.
발명에 따른 차단 밸브는, 수소, 메탄, 천연 가스 또는 수소 및 천연 가스의 혼합물과 같은 다양한 매체들에 대해서 특히 적합하다. 적절한 수정들에 의해서, 액체 가스(LPG) 및 기타 액체 매체와 함께 이용하는 것도 또한 가능하다.
이러한 목적은 또한 적어도 하나의 압력 축적기 용기 및 상기 압력 축적기 용기에 동작적으로 연결된 적어도 하나의 차단 밸브를 포함하는 차량용 압력 축적기 시스템에 의해서 달성된다.
단독적으로 그리고 또한 전기 밸브들과 조합하여, 발명에 따른 차단 밸브를 이용하는 것에 의해서, 과다-보충으로부터 각각의 압력 축적기 용기를 보호하기 위해서, 전체 시스템을 위해서 제공된 일반적인 또는 (보다 높은) 충전 압력 보다 낮은 허용가능 동작 압력을 가지는 그러한 압력 축적기 용기들이, 하류에 연결된, 각각의 압력 축적기 용기의 각각의 허용가능한 동작 압력과 조율된(coordinated with) 차단 밸브를 가지는 방식으로, 상이한 허용가능 동작 압력을 가지는 복수의 압력 축적기 용기들이 연결될 수 있다.
이는, 재연료주입 중에 과다 충전에 대항하는 신뢰성을 증대시키는 역할을 하고 그리고 보다 낮은 허용가능 압력 레벨들을 가지는 보다 비용-효과적인 압력 축적기 용기들의 이용을 허용한다. 그러나, 그에 의해서, 기존의 시스템에서, 부가적인 시스템 및 보다 높은 압력 레벨에 의해서 비용-효과적인 방식으로, 기존 압력 축적기 시스템의 저장 용량을 크게 증가시킬 수 있게 된다.
발명의 개선사항들이 종속항들, 상세한 설명에 그리고 첨부 도면들에 구체화되어 있다.
바람직하게, 제 1 유효 피스톤 표면 및 밀봉 본체는, 피스톤의 폐쇄 위치에서, 제 1 유효 피스톤 표면의 외측 경계의 영역 내의 밀봉 엣지에서 밀봉 효과가 발생되도록 하는 방식으로, 디자인된다.
여기에서, 외측 경계는, 피스톤의 축으로부터 볼 때, 방사상 외부에 놓인다는 것을 의미한다. 피스톤의 외측 경계는, 예를 들어, 제 1 유효 피스톤 표면의 영역에서, 비스듬하게 사면형이 될 수 있고 또는 둥글게 될 수 있을 것이다. 또한, 이러한 영역 내에서 밀봉 효과를 국소화하기 위해서, 제 1 유효 피스톤 표면이 외측 경계 상에서 상승된 비드(bead)를 가질 수 있다.
이러한 수단에 의해서, 차단 압력이 초과될 때 또는 압력이 차단 압력 보다 높게 상승할 때, 피스톤의 폐쇄 방향에 반대로 힘이 피스톤에 더 이상 가해지지 않게 된다. 그에 따라, 발명에 따른 차단 밸브의 차단 압력 및 폐쇄 거동은 흡입 개구부 내의 압력과 무관하다. 또한, 밸브가 폐쇄될 때, 흡입 개구부 내의 압력 증가가 있는 경우에도 흡기 개구부 내의 압력에 의해서 피스톤에 축방향 힘이 가해질 수 없고 그리고 극단적인 압력 서지들(surges)의 경우에도 차단 밸브는 확실하게 폐쇄되어 유지된다.
또한, 이전에 피스톤이 폐쇄되었던 차단 압력 미만으로 흡입 개구부 내의 압력이 낮아지는 경우에도 차단 밸브는 폐쇄되어 유지되도록 보장되는데, 이는, 계속되는 폐쇄력이 유효 피스톤 표면 상의 밸브 챔버의 축적기 영역 내의 압력에서 스프링의 스프링력을 차감하는 것에 의해서만 실질적으로 결정되기 때문이다.
바람직하게 흡입 개구부가 유효 피스톤 표면의 방사상 외측으로 밸브 챔버의 유입구 영역 내로 개방된다는 사실로 인해서, 흡입 개구부 내의 압력에 의해서 피스톤 상으로 축방향 힘이 가해질 수 없도록 추가적으로 보장된다.
바람직하게, 제 2 유효 피스톤 표면은 상기 제 1 유효 피스톤 표면 보다 더 큰 디자인을 가진다. 상대적으로 더 큰 제 2 유효 피스톤 표면은, 차단 밸브의 차단 압력에 대한 보다 작은 값들을 실현할 수 있게 한다.
피스톤은 특히 바람직하게 원통형이고 그리고 그 외측 측부가, 바람직하게 상이한 직경들을 가지는 적어도 2개의 영역들 내에서, 슬라이딩 표면들을 가진다.
적어도 2개의 밀봉 요소들이 특히 바람직하게 밸브 하우징 내의 상응하는 간극들 내에 배열된다. 가장 비용-효과적인 대안은 피스톤 내에서 각각 하나의 홈 내에 밀봉 요소를 수용하는 것이 될 수 있을 것이다. 피스톤 상의 홈들 내에 배열된 밀봉 요소들이 매우 높은 압력들(200 내지 1000 바아)에서 문제가 될 수 있다는 것이 입증되었다. 압력에 따라서, 가변적인 힘이 피스톤에 가해지고 그에 따라 차단 밸브의 차단 압력에 영향을 미친다. 밸브 하우징 내의, 특히 밸브 챔버의 원통형 섹션들 내의 간극들 또는 홈들 내에 밀봉체들이 배열되는 것의 결과로서, 피스톤은 매체의 압력에 의한 힘의 가변적인 작용을 받지 않고, 그리고 차단 밸브는 신뢰가능하게 폐쇄되어 유지된다.
밀봉 본체 및/또는 피스톤은 바람직하게 탄성적으로 변형가능한 재료로 제조된다. 매우 높은 압력(200 내지 1000 바아)에 맞춰진 재료의 선택에 의해서, 밀봉 효과가 최적화되고 그리고 밸브 안착부에서의 마모가 방지된다. 특히 적합한 재료들에는, PEEK 및 PAS와 같은 플라스틱들, 또는 알루미늄 산화물 및 실리콘 탄화물과 같은 세라믹 재료들이 포함되나, 특별한 스틸 및 기타 금속들이 또한 포함된다. 차단 밸브가 독립적인 밀봉 본체를 반드시 가져야 하는 것은 아니다. 또한, 피스톤이 밸브 하우징에 대해서 직접적으로 밀봉될 수도 있을 것이다. 바람직한 재료의 조합들이 당업자에게 익숙할 것이다.
밸브 챔버의 축적기 영역과 유입구 영역 사이에 배열되는, 밸브 챔버의 릴리프(relief) 영역은, 바람직하게 적어도 2개의 밀봉 요소들 사이에, 릴리프 개구부를 가진다. 결과적으로, 밀봉 요소들 중 하나에서의 누설의 경우에 빠져나오는 매체가 밸브 챔버의 각각의 경우에서 다른 영역 내의 압력 증가를 초래하지 못한다. 또한, 릴리프 영역은, 피스톤이 변위될 때 압력 평형이 되도록 보장하고, 그에 따라 신속한 피스톤 운동을 가능하게 하고 그에 따라 차단 밸브의 짧은 반응 시간들을 가능하게 한다.
발명의 특히 바람직한 실시예에 따라서, 릴리프 개구부가 빠져나오는 매체의 폐기를 위한 라인에 연결된다. 이러한 수단에 의해서, 빠져나올 수 있는 (연소가능한) 매체가 차단 밸브의 바로 인접지로부터 멀리 운송될 수 있고 그리고 차량 탑승자들에 대한 위험성이 없이 적절한 위치에서 저압 상태에서 추가적으로 처리된다.
바람직한 실시예에서, 차단 밸브의 차단 압력이 스프링의 스프링력 및 유효 피스톤 표면들에 의해서 실질적으로 결정된다. 축적기 영역 내의 압력이 상승될 때, 미리 결정된 차단 압력이 초과된 후에 차단 밸브가 신뢰가능하게 폐쇄되고 그리고 폐쇄되어 유지되도록 하는 방식으로, 스프링의 스프링력이 유효 피스톤 표면들과 조화되어 치수결정된다(dimensioned).
밀봉 요소들에서의 마찰이 또한 스프링력의 치수결정에 있어서 중요하다.
일 실시예에서, 스프링의 스프링력이 커버의 나사-조임(screw-in) 깊이를 통해서 조정될 수 있다. 이러한 수단에 의해서, 예를 들어 조립 중에, 예를 들어 제조 공차들에 의해서 유발된 스프링력의 공차들 및/또는 피스톤과 밀봉 요소들 사이의 마찰의 차이들이 보상될 수 있다.
차단 밸브의 추가적인 실시예에서, 이격부재들이 밸브 하우징의 커버 상에 제공되는 한편, 상응하는 리세스들이 피스톤의 제 2 유효 피스톤 표면 상에 제공된다. 이는 피스톤의 제 2 유효 피스톤 표면에 대한 양호한 압력 분배를 달성한다. 이는 또한, 제 2 유효 피스톤 표면 상에서의 압력 힘의 부가적인 작용에 의해서 피스톤의 가속된 폐쇄를 달성하고, 상기 압력 힘은 피스톤이 시작 위치의 외부로 이동될 때에만 작용한다. 이러한 실시예는, 충전 압력의 매우 작은 구배의 경우에도, 피스톤의 폐쇄를 가속한다.
밸브 하우징이 배출구 개구부를 가지는 단부에서 압력 축적기 용기의 개구부 내로 적어도 부분적으로 돌출하고 그에 따라 압력 축적기 용기에 영구적으로 연결되는 경우가 또한 유리하다. 이러한 실시예에서, 차단 밸브가 공간-절감 방식으로 압력 축적기 용기의 내부에 배열되고 그리고 힘의 기계적인 작용으로부터 보호된다. 그에 대한 대안으로서, 배출구 개구부가 압력 라인을 통해서 압력 축적기 용기에 영구적으로 연결될 수 있다. 그에 의해서, 예를 들어 탱크 네크부(neck) 내의 차단 밸브의 체결된 위치가 압력 축적기 용기의 체결된 위치와 대부분(largely) 독립적이 된다.
발명에 따른 차단 밸브의 추가적인 실시예에서, 밸브-수용 블록을 통해서 또는 적어도 하나의 추가적인 밸브를 가지는 축적기 밸브 블록을 통해서 압력 축적기 용기에 연결될 수 있도록, 배출구 개구부가 배열된다. 축적기 밸브 블록들이 종래 기술에서 공지되어 있고, 그리고 복수의 밸브 기능들을 콤팩트한(compact) 하우징 내에 조합하고 압력 축적기 용기 내의 개구부에 고정적으로 연결될 수 있는 구조적 유닛들이다. 그에 의해서, 모듈형 및 공간-절감 방식에서 추가적으로 기능하는 것에 의해서, 과다 충전에 대한 보호 역할을 하는, 차단 밸브의 차단 유닛이 확장될 될 수 있다.
차단 밸브의 추가적인 바람직한 실시예에서, 개방 압력이 상기 압력 차단 밸브의 차단 압력 보다 높은 압력 제어 밸브가 밸브 챔버의 릴리프 영역과 축적기 영역 사이에 배열된다. 이는, 압력 축적기 시스템의 동작 신뢰성을 높인다. 차단 밸브가 폐쇄되어 유지되기 때문에, 이러한 타입의 압력 제어 밸브가 없는 상태에서, 예를 들어 화재에 의해서 유발되는 매체의 과열 및 결과적인 압력 축적기 용기 내의 압력의 상승이 압력 축적기 용기의 파괴를 의미하게 된다. 차단 밸브 및 압력 제어 밸브의 공통 밸브 하우징 내에서의 조합이 특히 바람직하다.
이러한 특허에서, 차량을 지정하면, 예를 들어, 모터 차량들, 철도 차량들 그리고 또한 선박 및 항공기가 포함된다.
본원 발명은 도면들을 참조하여 이하에서 예로서 설명된다.
도 1은 발명에 따른 차단 밸브의 실시예의 단면도이다.
도 2는 발명에 따른 차단 밸브를 위한 피스톤의 실시예의 단면도이다.
도 3은 차단 밸브 및 압력 축적기 용기를 가지는, 차량용 탱크 디바이스의 개략도이다.
도 4는, 상이한 허용가능 동작 압력을 가지는 2개의 압력 용기들을 구비하는 압력 축적기 시스템을 포함하는, 700 바아의 분배 압력을 가지는 충전소에서의 차량의 보충을 위한 디바이스의 개략도이다.
도 5는, 상이한 허용가능 동작 압력을 가지는 2개의 압력 용기들을 가지는 압력 축적기 시스템을 포함하는, 700 바아의 분배 압력을 가지는 충전소에서의 차량의 보충을 위한 추가적인 디바이스의 개략도이다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 발명에 따라서, 차단 밸브가 밸브 수용 블록(27)을 통해서 압력 축적기 용기(S) 내의 개구부 내에 배열된다. 상이한 외경들(D2, D3)을 가지는 2개의 섹션들, 및 중앙 중공형 보어로서 디자인되고 내경(D1)을 가지는 연결 채널(14)을 구비하는 피스톤(22)이 밸브 하우징(20) 내에 장착된다. 피스톤(22)은 밸브 하우징(20) 상에서 스프링(23)에 의해서 지지부(A3)를 통해서 보다 큰 외경(D3)으로의 전이부(transition)에서 지지되며, 그 결과로서 피스톤(22)이 커버(24)와 접촉되어 유지되고 그리고 통로 개구부(13)가 그에 의해서 가압되지 않은 체결된 상태로 개방 위치에서 유지된다.
밀봉부들 사이에 스프링(23)을 가지는 공간이 환기 개구부(12)를 통해서 대기압과 자유롭게 호흡할 수 있도록 하는 방식으로, 피스톤(22)이 상이한 외경들(D2, D3)을 가지는 2개의 섹션들 내의 밀봉 요소들(41, 42)에 의해서 밀봉된다. 밀봉 요소들(41, 42)은 피스톤(22) 내에 또는, 도시된 바와 같이, 밸브 하우징(20) 내에 체결될 수 있다. 밀봉부(43)는 밸브 하우징(20)으로부터 조정가능한 커버(24)를 밀봉한다.
예를 들어 배출구 개구부(11)에 배열된 압력 축적기 용기의 충전 동작 중에, 매체가 통로 개구부(13)를 경유하여 밸브 챔버의 유입구 영역(17) 내의 흡입 개구부(10)를 통해서 그리고 연결 채널(14)을 통해서 밸브 챔버의 축적기 영역(19) 내로, 그리고 계속하여, 배출구 개구부(11)를 통해서 후속하는 압력 축적기 용기(S) 내로 통과될 수 있다. 만약, 유효 피스톤 표면들(A2 및 A1)에서 우세한 압력으로 인한 힘의 비율들로 인해서, 피스톤(22)이 스프링(23)의 스프링력을 극복하는 정도까지 전체 압력 축적기 시스템 내의 압력이 증가된다면, 피스톤(22)이 밀봉 본체(21)에 대항하여 푸싱된다(push). 차단 밸브가 폐쇄된다. 이러한 압력은 차단 압력에 상응한다.
임의의 추가적인 압력 힘이 피스톤에 가지지 않도록 하기 위해서, 그에 따라, 피스톤이 밀봉 본체(21)에 대해서 외경(D2) 상에서 밀봉되는 것이 바람직하다. 유입구 영역(17) 내의 압력 상승의 경우에, 차단 밸브가 계속적으로 폐쇄되어 유지되는데, 이는 압력의 증가가 제 1 유효 피스톤 표면(A1) 상으로 더 이상 작용하지 않기 때문이다. 피스톤이 폐쇄되는 압력 미만으로 유입구 개구부(10) 내의 압력이 낮아진다면, 밸브는 그럼에도 불구하고 폐쇄되어 유지되는데, 이는 폐쇄력이 유효 피스톤 표면(A2) 상의 배출구 개구부(11) 내의 압력에서 스프링(23)의 스프링력을 차감한 것에 의해서 결정되고, 그리고 이러한 상태가 변화되지 않기 때문이다. 그에 따라, 밸브 개구부 없이, 유입구 측부(10) 상에서 음압을 인가할 수 있다. 스프링(23)의 스프링력이 커버(24)의 나사-조임 깊이에 의해서 부가적으로 조정될 수 있다.
제 2 유효 피스톤 표면(A2)에 대한 압력의 양호한 분배를 획득하기 위해서, 이격부재들(25)이 커버(24) 상에 제공되어야 하거나 상응하는 리세스들이 피스톤 상에 제공되어야 한다.
도 2는 예로서 발명에 따른 차단 밸브의 피스톤(22)을 상세하게 도시한다. 도시된 실시예에서, 전체 길이(L1)를 가지는 원통형 피스톤이 상이한 외경들(D2, D3)을 가지는 2개의 섹션들을 가진다. 제 1 피스톤 섹션이 피스톤(22)의 축에 수직으로 형성된 제 1 유효 피스톤 표면(A1), 피스톤의 엣지 상에서 사면부(bevel)로서 형성된 밀봉 엣지(39), 및 길이(L3) 및 외경(D2)을 가지는 제 1 슬라이딩 표면(38)을 가진다. 제 2 피스톤 섹션은 제 2 유효 피스톤 표면(A2), 스프링(23)에 대한 지지부(A3), 및 길이(L3)와 외경(D3)을 가지는 제 2 슬라이딩 표면(37)을 가진다. 연결 채널(14)이 피스톤(22)의 전체 길이(L1)에 걸친 축방향 보어로서 디자인되고 그리고 내경(D1)을 가진다. 연결 채널(14)이 2개의 유효 피스톤 표면들(A1, A2)을 연결하고 그리고, 밸브 하우징(20) 및 차단 밸브의 동작 상태의 실시예에 상응하여, 매체가 상기 연결 채널을 통해서 유동한다.
도 3은 모터 차량의 본체(60) 내의 신규한 탱크 네크부 유닛(110) 내로 체결된 차단 밸브(SV)(차단 압력 350 바아)의 예시적인 실시예를 도시한다. (종래 기술에 따른) 탱크 네크부(65)의 기계적인 치수들(길이, 직경)은 충전소의 어떠한 연료 노즐로 탱크 네크부(65)가 연결될 수 있는지를 규정한다. 이는, 보충될 수 있는 매체(여기에서 연료)를 규정할 수 있게 한다. 최대의 적용 가능한 압력은 특별한 매체에 대해서 충전소들에서 이용가능한 최대 연료 분배 압력이다. 충전 동작 중에, 매체가 필터(29) 및 일방향 밸브(28)를 통해서 유입구 개구부(10) 내로 유동하고, 상기 유입구 개구부(10)는 여기에서 350 바아의 차단 압력을 위해서 구성된 차단 밸브(SV)의 축방향으로 배열된다. 이어서, 차단 밸브(SV)의 배출구 개구부(11)로부터, 매체가 350 바아의 최대 압력으로 압력 라인(66)을 경유하여 그리고 축적기 밸브 블록(50)(부가적인 안전 밸브 및/또는 매체 회수를 위한 압력 조정기를 가질 수 있다)을 경유하여 허용가능한 동작 압력이 350 바아인 압력 축적기 용기(S) 내로 통과한다. 차단 밸브(SV)의 차단 압력(350 바아)을 압력 축적기 용기(S)의 허용가능한 동작 압력과 조율함으로써 그리고 모터 차량 내의 성분들의 영구적으로 연결된 장치(arrangement)에 의해서, 충전소의 연료-분배 압력과 상관없이 안전한 연료 재주입이 보장된다. 제 1 축적기 밸브 블록(50) 외에도, 매체가 또한 압력 축적기 시스템 내의 다른 회수 위치(155)에서 회수될 수 있다.
도 4는 2개의 압력 축적기 용기들(S)의 병렬 배열 및 제 2 축적기 밸브 블록(50a) 상류에서의 차단 밸브(SV)의 배치를 가지는 용도에서 차단 밸브(SV)를 가지는 압력 축적기 시스템의 예를 도시한다. 탱크 네크부 유닛(70)(종래 기술에 상응한다)이 모터 차량 내의 본체(60) 내에 설치되고 그리고 탱크 네크부(65)를 가진다. 충전 동작 중에, 매체가 필터(29) 및 일방향 밸브(28)를 통해서 분지된(branched) 압력 라인(66)내로 유동한다. 압력 라인(66)의 하나의 분지가, 일방향 밸브(28)가 설치된 제 1 축적기 밸브 블록(50)을 통해서 700 바아의 허용가능한 충전 압력을 가지는 압력 축적기 용기(S) 내로 연장한다. 매체를 제거하기 위해서, 제 1 축적기 밸브 블록(50)이 압력 조정기를 가진다. 다른 분지는, 200 바아의 차단 압력을 위해서 구성된 차단 밸브(SV)의, 여기에서 축방향으로 배열된, 유입구 개구부(10) 내로 연장된다. 이어서, 차단 밸브(SV)의 배출구 개구부(11)로부터, 매체가 200 바아의 최대 압력으로, 유사하게 매체의 회수를 위한 압력 조정기를 가지는 제 2 축적기 밸브 블록(50a)을 경유하여 200 바아의 허용가능한 충전 압력을 위해서 구성된 제 2 압력 축적기 용기(S) 내로 통과한다. 차단 밸브(SV)의 차단 압력(200 바아)을 제 2 압력 축적기 용기(S)의 허용가능한 동작 압력과 조율함으로써 그리고 모터 차량 내의 성분들의 영구적으로 연결된 장치(arrangement)에 의해서, 충전소의 연료-분배 압력과 상관없이 안전한 연료 재주입이 보장된다. 또한, 상이한 허용가능한 압력 레벨들에도 불구하고, 매체가 그에 의해서 2개의 압력 축적기 용기(S)의 각각의 외부로, 독립적으로 그리고 동시적으로, 소비장치로 안내될 수 있다.
도 5는, 상이한 허용가능한 동작 압력들을 가지는 2개의 압력 축적기 용기들(S)의 병렬 배열을 가지는 용도에서, 차단 밸브(SV)와 전기적으로 작동가능한 밸브들의 조합을 포함하는 압력 축적기 시스템을 예로서 도시한다. 탱크 연결 유닛(70)(종래 기술에 상응한다)이 모터 차량의 본체(60) 내에 체결되고 그리고 탱크 네크부(65)를 가진다. 충전 동작 중에, 매체가 필터(29) 및 일방향 밸브(28)를 통해서 분지된 압력 라인(66)으로 유동한다.
압력 라인(66)의 하나의 분지는 체결된 안전 밸브 및 일방향 밸브(28)를 가지는 제 1 축적기 밸브 블록(53)을 통해서 700 바아의 허용가능한 충전 압력을 가지는 제 1 압력 축적기 용기(S) 내로 연장된다. 매체를 제거하기 위해서, 제 1 축적기 밸브 블록(53)이 제거 라인을 추가적으로 구비하고, 상기 제거 라인은 압력 조정기(52)로 연장된다. 다른 분지가, 유입구 개구부(10) 내로 연장되고, 상기 유입구 개구부(10)는 여기에서 350 바아의 차단 압력에 대해서 구성되고 자체의 배출구 개구부(11)에 의해서 350 바아의 허용가능한 충전 압력을 가지는 제 2 압력 축적기 용기(S)로 직접 연결된 차단 밸브(SV) 내에서 방사상으로 배열된다. 도 5에 도시된 차단 밸브(SV)는, 밀봉 본체의 영역 내에서, 전기적으로 작동가능한 안전 밸브(51)에 연결된 개구부를 추가적으로 가진다. 전기적으로 작동가능한 안전 밸브(51)는 여기에서, 전기적으로 개방되고 폐쇄될 수 있는 솔레노이드 밸브이다. 압력 조정기(52)가 전기적으로 작동가능한 안전 밸브(51)의 하류에 연결된다. 제 1 압력 축적기 용기(S)로부터의 연결 라인이 전기적으로 작동가능한 안전 밸브(51)와 압력 조정기(52) 사이의 연결 라인 내로 개방된다. 상기 제 1 연결 라인은 압력 센서(P)를 가진다. 전기적으로 작동가능한 안전 밸브(51)는, 연결 라인 내의 압력이 차단 밸브(SV)의 차단 압력 아래로 낮아지자마자, 350 바아의 허용가능한 충전 압력을 가지는 제 2 압력 축적기 용기(S)로부터 매체의 제거를 허용한다.
도면들에 도시되지 않은, 발명에 따른 차단 밸브(SV)의 추가적인 대안이 도 1에 도시된 실시예에서의 변경을 제공한다. 도 1에서 커버(24) 내에 배열된 배출구 개구부(11)가 피스톤(22)의 운동 축과 정렬되어 밀봉 본체(21) 아래의 밸브 하우징(20) 내로 배치된다. 이어서, 커버(24)가, 배출구 개구부를 포함하지 않는, 밸브 챔버를 타이트하게 폐쇄한다. 밸브 하우징(20) 내의 새로운 배출구 개구부와 정렬되는, 밀봉 본체(21) 내의 축방향 보어에 의해서, 밸브 안착부가 개방될 때, 매체가 통로 개구부(13) 및 밀봉 본체(21) 내의 축방향 보어를 통해서 그리고 피스톤(22)의 운동 축과 정렬된 새로운 배출구 개구부를 통해서, 상기 배출구 개구부에 고정적으로 연결된 압력 축적기 용기(S) 내로 유동할 수 있다. 유사하게 피스톤(22)의 운동 축과 정렬된 연결 채널(14)은, 매체가 제 2 유효 피스톤 표면(A2)과 공압식으로 또는 수압식으로 소통할 수 있게 하고 그리고 미리 결정된 차단 압력에 도달할 때 차단 밸브가 폐쇄되게 한다. 발명에 따른 차단 밸브의 이러한 대안적인 구성은 특별한 공간-절감적 방식으로 형성될 수 있다.
밀봉 본체(21)가 사용되는 모든 실시예들에서, 밀봉 본체의 밀봉 표면 상에서 부가적인 힘이 발생되지 않고 작용하지 않도록, 밀봉 본체(21)가 안전 이유들로 밸브 하우징(20)으로부터 밀봉되어야 할 것이다.
설명된 압력 밸브들 모두가 예시적인 것이고 그리고 발명 및 발명이 청구하고 있는 압력 범위를 어떠한 방식으로도 제한하는 것이 아니다.
10 흡입 개구부
11 배출구 개구부
12 릴리프 개구부
13 통로 개구부
14 연결 채널
15, 15a 제거 채널
16 채널
17 밸브 챔버, 유입구 영역
18 밸브 챔버, 릴리프 영역
19 밸브 챔버, 축적기 영역
20 밸브 하우징
21 밀봉 본체
22 피스톤
23 스프링
24 커버
25 이격부재
26 밸브 하우징
27 밸브-수용 블록
28 일방향 밸브
29 필터
31 조정 스프링
32 스프링-고정 나사
33, 34 폐쇄 요소들
35 클램핑 나사
36 압력 제어 밸브
37, 38 슬라이딩 표면들
39 밀봉 엣지
41, 42, 43 밀봉 요소들
50, 50a 압력 조정기를 가지는 제 1 및 제 2 축적기 밸브 블록
51 전기적 안전 밸브
52 압력 조정기
53 안전 밸브를 가지는 축적기 밸브 블록
55 소비장치로의 압력 라인
60 모터 차량 본체
65 탱크 네크부(종래 기술)
66, 67 압력 라인
70 탱크 네크부 유닛(종래 기술)
110 설치된 신규한 탱크 네크부 유닛
155 회수 위치
A1, A2 제 1 및 제 2 유효 피스톤 표면들
A3 지지부
D1, D4 내경, 연결 채널
D2, D3 외경, 연결 채널
L1 피스톤의 전체 길이
L2, L3 피스톤 하위섹션들의 길이
P 압력 센서
S 압력 축적기 용기
SV 차단 밸브

Claims (15)

  1. 매체를 위한 압력 축적기 용기(S)를 위한 차단 밸브로서, 밸브 하우징(20)이, 상기 압력 축적기 용기(S)와 대면하는 흡입 개구부(10) 및 배출구 개구부(11)를 가지는 밸브 챔버, 가동형 피스톤(22), 및 적어도 하나의 스프링(23)을 포함하는 차단 밸브에 있어서,
    상기 피스톤(22)이 적어도 하나의 축방향 연결 채널(14)을 가지고 그리고 상기 밸브 챔버 내에 배열된 적어도 2개의 밀봉 요소들(41, 42)에 의해서 축방향으로 이동가능한 방식으로 안내되며, 상기 밸브 챔버의 유입구 영역(17)과 대면하는 상기 피스톤(22)의 제 1 유효 피스톤 표면(A1)과 밀봉 본체(21) 또는 밸브 하우징(20)이 밸브 안착부를 형성하고, 그리고 상기 밸브 챔버의 축적기 영역(19) 내의 압력을 변화시킴으로써, 상기 축적기 영역이 제 2 유효 피스톤 표면(A2)에 인접하고, 상기 피스톤(22)이 축방향으로 이동가능하고 그리고 상기 흡입 개구부(10)와 배출구 개구부(11) 사이에 배열된 통로 개구부(13)가 가역적으로 폐쇄 및 개방될 수 있고, 가압되지 않은 상태에서, 상기 통로 개구부(13)가 스프링(23)에 의해서 개방되어 유지되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    피스톤(22)의 폐쇄 위치에서, 상기 제 1 유효 피스톤 표면(A1)의 외측 경계의 영역 내의 밀봉 엣지(39)에서 밀봉 효과가 발생되도록 하는 방식으로, 상기 제 1 유효 피스톤 표면(A1) 및 밀봉 본체(21)가 디자인되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 개구부(10)가 상기 유효 피스톤 표면(A1)의 방사상 외측으로 상기 밸브 챔버의 유입구 영역(17) 내로 개방되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유효 피스톤 표면(A2)이 상기 제 1 유효 피스톤 표면(A1) 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2개의 밀봉 요소들(41, 42)이 상기 밸브 하우징(26) 내의 상응하는 리세스들 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 본체(21) 및/또는 피스톤(22)이 탄성적으로 변형가능한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2개의 밀봉 요소들(41, 42) 사이의 상기 밸브 챔버의 릴리프 영역(18)이 릴리프 개구부(12)를 가지는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 릴리프 개구부(12)가, 빠져나오는 매체의 폐기를 위한 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단 밸브의 차단 압력이 상기 스프링(23)의 스프링력 및 상기 유효 피스톤 표면들(A1, A2)에 의해서 실질적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링(23)의 스프링력이 상기 커버(24)의 나사-조임 깊이를 통해서 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    이격부재들(25)이 상기 커버(24) 상에 제공되거나 또는 상응하는 리세스들이 상기 피스톤(22)의 제 2 유효 피스톤 표면(A2) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 하우징(26)은 상기 배출구 개구부(11)를 가지는 단부에서 상기 압력 축적기 용기(S)의 개구부 내로 적어도 부분적으로 돌출하고 그리고 상기 압력 축적기 용기(S)에 영구적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출구 개구부(11)가, 밸브-수용 블록(27)을 통해서 또는 적어도 하나의 추가적인 밸브를 가지는 축적기 밸브 블록(50)을 통해서 압력 축적기 용기(S)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  14. 제 1 항에 있어서,
    개방 압력이 상기 압력 차단 밸브의 차단 압력 보다 높은 압력 제어 밸브(36)가 상기 배출구 영역(19)과 릴리프 영역(18) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 차단 밸브.
  15. 적어도 하나의 압력 축적기 용기(S) 및 상기 적어도 하나의 압력 축적기 용기에 동작적으로 연결된, 제 1 항에 따른, 적어도 하나의 차단 밸브를 포함하는 차량용 압력 축적기 시스템.
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