KR20150036309A - 유체 탱크를 위한 주입 장치 - Google Patents

Abstract

유체 탱크(10)를 위한 주입 장치는:
주입 덕트와;
상기 탱크의 초과 주입을 방지하는 제1 마개와 원치않게 유체가 탱크를 빠져나가는 것을 방지하는 제2 마개;
미리 정해진 위치에 배치되어, 제1 마개를 닫는 방식으로 제1 마개에 기계적으로 연결된 제1 부유체; 및
유체가 탱크를 빠져나갈 때 제2 마개를 닫고, 유체가 탱크로 들어갈 때 제2 마개를 개방하는 제2 마개를 고정하기 위한 고정 시스템으로 구성된다.
장치의 작동 상태에서, 그리고 중량 부재의 영향으로, 상기 고정 시스템은 제2 마개를 닫힌 상태로 영구적으로 쉽게 유지하면서 제2 마개에 연속적으로 작용한다.

Description

유체 탱크를 위한 주입 장치{Filling device for fluid tank}

본 발명은 유체 탱크를 위한 주입 장치에 관한 것이며, 특히 헬리콥터와 같은 항공기에 설치된 탱크를 위한 주입 장치에 관한 것이다. 이곳에서 상기 "주입 장치"라는 용어는 탱크로 유체가 주입됨으로써 탱크가 채워지는 주입 덕트를 구비한 장치를 의미하는 것으로 사용된다. 상기 장치는 탱크에 부가적인 기능들을 부여하기 위해 다양한 보조 기능들을 수행할 수 있다.

항공기 내에서, 탱크 내부의 유체는 안전 문제로 인해 영구적으로 가스로 덮여있어야 한다.

공지된 방식으로, 상기 목적을 이루기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크(10)는 탱크 바디(12), 흡입 오리피스(14, suction orifice), 및 주입 오리피스(1, filler orifice)를 구비할 수 있다. 도 1에서, 점선(16)은 탱크 내에 수용가능한 유체의 최고 수위를 나타낸다. 탱크의 바디(12) 내부의 상기 점선(16) 이상의 공간에는 유체가 액체 상태로 채워지지 않아야 한다.

탱크(10)에 있어서, 주입 장치(1)의 위치로 인해 상기 선(16) 위로 탱크(10)를 채울 수 없도록 한다. 이러한 목적을 위해, 장치(1)는 탱크 주입이 미리 멈추지 않은 경우와, 탱크(10) 내부의 유체가 선(16)의 수위에 도달한 경우, 이때 탱크(10)에 추가로 주입될 수 있었던 유체는 단지 중력으로 인해서 장치(1)를 통해 탱크(10)에서 빠져나가는 방식으로 배치된다. 구체적으로 말하면, 장치(1)의 배출 오리피스(orifice)는 선(16)과 같은 수위로(즉, 같은 높이로) 배열된다.

탱크에 유체가 과도하게 주입되는 것을 막기 위한 상기 기술적 해법은 탱크에 채워진 유체의 최대 수위(도 1에 나타난 선(16)에 의한 높이)에 주입 장치가 배치되어야 하는 문제를 제공한다.

더욱이, 일반적으로, 탱크의 바디 외부에 위치한 주입 덕트의 외측 말단은, 일반적으로 수동으로 작동될 수 있으며, 탱크를 막기 위해 제공된 캡(cap) 형태의 마개를 수용하도록 설계된다. 탱크가 채워지고 곧바로 캡이 다시 제자리에 놓이지 않으면, 이때 유체는 주입 장치를 통해, 예를 들어, 항공기에 영향을 미치는 진동 및 난류의 영향으로 인해, 원치않는 방식으로 탱크에서 빠져나갈 수 있다.

그러므로 비교적 간단한 방식으로, 다음과 같은 유체 주입 장치에 대한 필요성이 존재한다:

미리 정해진 수위를 초과하는 수위에 있는 탱크 내부로 유체가 주입되지 않게 함으로써 초과 주입을 방지하여, 주입 장치가 탱크의 바디에 대해 미리 정해진 특정 높이에 배치될 필요가 없는 유체 주입 장치; 및

주입 장치를 이용하여 탱크에서 원치않는 방식으로 유체가 빠져나가는 것을 방지하는, 자동적으로 역류 방지 기능을 제공하는 장치가 필요하다.

이러한 목적은 다음을 구비하는, 유체 탱크를 위한 주입 장치를 통해 성취된다:

주입 덕트;

탱크의 초과 주입을 방지하기 위한 제1 마개와, 원치않는 식으로 유체가 탱크에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 제2 마개;

미리 정해진 위치로 제1 부유체를 배치하면 제1 마개가 닫힌 상태 또는 적어도 실질적으로 닫힌 상태로 배치되는 방식으로 제1 마개에 기계적으로 연결된 제1 부유체; 및

유체가 탱크 주입 방향과 반대 방향으로 덕트를 따라 지나가려고 시작하면 제2 마개를 닫힌 상태로 위치시키고, 유체가 주입 방향으로 덕트를 따라 지나갈 때는 제2 마개를 열린 상태로 위치하도록 작동하는, 제2 마개를 고정하기 위한 고정 시스템이 구비되며;

각각의 상기 마개들은 유체가 덕트를 따라 지나갈 수 있는 열린 상태, 또는 덕트를 막는 닫힌 상태로 놓이기 적합하며; 및

고정 시스템은, 중량 부재 무게의 영향으로, 장치의 작동 위치에서, 고정 시스템이 영구적으로 닫힌 상태로 제2 마개를 유지하기 쉬운 방식으로 배치된다.

제1 부유체에 관하여, 제1 부유체가 미리 정해진 위치에 있을 때, 제1 마개는 열린 상태(가능한한 단지 부분적으로 열린)에 있는 것으로 이해할 수 있다. 또한 제1 부유체의 움직임은 제1 마개를 움직이게 하고, 그로 인해 또한 제1 부유체에 의해 적용된 상태에 상응하는 위치에 제1 마개를 고정하는 것으로 이해될 수 있다.

당연히, 제1 부유체는 탱크에 담긴 유체에 잠겨졌을 때 이에 가해지는 부력에 의해 움직여진다.

탱크가 채워지면서, 제1 부유체는 유체에 의해 조금씩 위로 움직이게 된다. 상기 움직임은 제1 마개를 닫힌 상태가 되도록 하며, 이로 인해 탱크의 주입은 멈추게 된다.

더욱이, 탱크는 탱크의 주입을 멈추기 위해 탱크 외부에 유체 소스(source)에 작용하는 수단이 갖춰질 필요가 없다. 바람직하게, 주입 장치에 의해 수행되는 기능은 탱크의 유체 수위가 미리 정한 수위에 도달하면 탱크로의 유체 공급을 중지하는 것이다. 이러한 중지는 제1 마개를 닫음으로써 작동된다.

제1 마개가 닫히는 순간, 대부분의 실시예에서, 주입 덕트의 상류 부분은 이때 곧바로 유체로 채워지며; 이로써 넘치게 된다. 주입 덕트의 넘침은 주입을 담당하는 사람에 의해 발견되며, 사람이 즉시 탱크의 주입을 중지하게 한다. 이로써 제1 마개의 닫힘은 탱크가 넘치게 되는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 장치는 일반적으로, 유체가 주입 방향 반대 방향으로 덕트를 따라 지나가기 시작한 이후, 또는 상기 방향으로 지나가기 시작하기 이전에도, 제2 마개를 고정하기 위한 고정 시스템이 닫힌 상태로 제2 마개를 배치하였고, 유체가 주입 덕트를 통해 탱크로 주입될 때까지 실제로 계속해서 고정 시스템은 닫힌 상태로 제2 마개를 유지하는 식으로 배치된다.

다음에 제공되는 것은 단일 또는 조합으로 적용될 수 있다:

제1 부유체와 제1 마개는 동일한 부품 또는 부품들일 수 있으며, 그로 인해 부품의 수를 제한한다.

덕트의 내부 면에는 시트(seat) 부가 주어질 수 있으며, 닫힌 상태에서, 제1 및/또는 제2 마개는 상기 시트부에서 덕트를 막을 수 있다.

덕트는 적어도 하나의 배출 오리피스에 누설 밀봉 방식으로 연결된 하나의 말단을 제공할 수 있으며, 제1 및/또는 제2 마개는 상기 적어도 하나의 배출 오리피스를 닫힌 상태로 막는다. 결과적으로, 배출 오리피스는 그 자체가 덕트에 형성되지 않고 누설 밀봉 식으로 덕트에 연결된다.

장치는 제1 부유체를 움직이게 안내할 수 있는 가이드(guide)를 구비할 수 있다; 예를 들어 슬리브(sleeve) 형태로, 제1 부유체가 배치되어 있는 곳 주변이 관형 덕트 부(106, 506)로 구성될 수 있다. 이는 부유체를 위한 특히 간단한 실시예를 구성한다.

덕트는 적어도 하나의 유체 배출 오리피스를 구비할 수 있다; 제1 부유체와 제1 마개는 덕트에 대해 고정된 선회축에 장착된 레버 아암(lever arm)에 결합 될 수 있다; 이때 선회축에 대해 레버 아암이 선회하는 방식으로 배열될 수 있는 장치는 제1 마개를 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 움직이게 한다. 상기 레버는 제1 마개에 가해지는 힘이 증가하는 장점을 제공한다.

고정 시스템은, 상기에서 언급한 바와 같이, 적어도 탱크가 작동 상태에 있는 동안, 덕트가 닫히기 쉬운 방향으로 연속적으로 제2 마개를 압박하도록 배열된다. 바람직하게, 고정 시스템은 탱크 주입 시, 제2 마개에 작용하는 개방력이 중량 부재 무게의 영향으로 가해진 힘 대신 마개를 여는 방식으로 배열될 수 있다.

고정 시스템은 덕트 상류 부분이 유체로 가득 차있을 때에도 제2 마개를 닫힌 상태 또는 적어도 실질적으로 닫힌 상태로 고정하도록 적용될 수 있다. 여기에서 "실질적으로 닫힌"이라는 용어는 탱크의 평상시 주입 유량의 20%보다 적게 유지하는 작은 누설 유량은 허용할 수 있는 의미로 사용된다.

고정 시스템은, 가스 압력; 스프링과 같은 탄성력; 부력; 중력; 자력; 및 전기력으로 구성된 그룹에서 선정된 복귀력(return force)을 이용하도록 구성될 수 있다.

고정 시스템은 스프링과 같은 탄성 부재를 구비할 수 있다.

중량 부재는 볼(ball) 또는 제2 마개를 또한 구성하는 중량물로 구성될 수 있다; 덕트의 내부면은 시트부로 나타낼 수 있다; 그리고 덕트는 장치의 정상 위치에서, 중력의 영향으로, 볼 또는 중량물이 시트부분으로 이동하여 덕트를 막게 되는 식으로 배열될 수 있다.

시트부는 주입 방향에서 특히 180도에 가까운 각도를 형성하는 굴곡부에서 하류방향에 형성될 수 있다.

중량 부재와 제2 마개는 덕트에 대해 고정된 선회축에 장착된 레버 아암에 결합될 수 있다; 그리고 이때 선회축을 중심으로 레버 아암을 선회하는 식으로 배열된 장치는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제2 마개를 움직인다.

제1 마개와 제2 마개는 동일한 부품 또는 부품들이 될 수 있다.

제2 마개는, 탱크 내부 압력이 탱크 외부 압력보다 더 큰 경우, 탱크와 탱크 외부 사이의 압력 차가 제2 마개를 닫힌 상태로 고정하는 방식으로 배열될 수 있다.

제1 부유체가 상기 언급한 미리 정해진 위치에 배치될 때, 제1 마개는 실질적으로 닫힌 상태로 유지되며, 이는 주입 방향에서 제1 마개로부터 상류방향에 위치한 덕트의 상류방향 부분이 유체로 가득 차있을 때에도 계속된다.

뿐만 아니라, 대안으로서, 중량 부재를 구비하는 것 대신, 고정 시스템은 덕트의 일측 단부 주위에 배열된 유체-보유 용기와, 상기 용기에 배열된 제2 부유체를 구비할 수 있다; 고정 시스템(및 좀더 구체적으로 제2 부유체의 체적 그리고 제2 부유체와 제2 마개 사이의 기계적 연결의 배치)은 장치가 작동 상태에 있을 때 그리고 용기가 유체로 가득 차있을 때, 이때 제2 부유체에 작용하는 부력의 영향으로, 고정 시스템이 닫힌 상태로 제2 마개를 고정하는 식으로 배열된다. 상기 시스템은 특히 단순하고 튼튼하다.

앞서 언급한 개선사항은 기술적으로 호환이 되는 한 본 특정 실시예에서 동일하게 실시될 수 있다.

또한, 이러한 실시예에서, 제2 부유체와 제2 마개는 동일한 부품 또는 부품들이 될 수 있다.

본 발명은 특히 상기에서 정의된 바와 같이 주유 장치를 구비한 유체 탱크에 적용되며, 그 결과 이러한 타입의 탱크를 구비한 터빈 엔진에 적용된다.

본 발명은 다음의 제한 없는 예시로서 나타낸 실시예에 대한 자세한 설명을 통해 장점이 더욱 명확해지고 쉽게 이해될 수 있다. 본 발명에 대한 설명은 첨부된 도면으로 제공된다:
도 1은 헬리콥터를 위한 종래 기술의 연료 탱크에 대한 수직 단면을 개략적으로 도시한 것이다;
도 2는 제1 실시예로서 주입 장치를 구비한 헬리콥터의 연료 탱크에 대한 수직 단면을 개략적으로 도시한 것이다;
도 3 및 도 4는 두 가지 다른 작동 구성으로 나타낸 도 2의 주입 장치에 대한 수직 단면의 개략적인 부분 확대도이다.
도 5는 주입 장치의 제2 실시예에 대한 수직 단면의 개략적인 부분 확대도이다;
도 6은 주입 장치의 제3 실시예에 대한 수직 단면의 개략적인 부분 확대도이다;
도 7은 주입 장치의 제4 실시예에 대한 수직 단면의 개략적인 부분 확대도이다; 및
도 8은 주입 장치의 제5 실시예에 대한 수직 단면의 개략적인 부분 확대도이다.

상기 도면에서, 다양한 실시예에서 상응하거나 또는 동일한 부재들은 동일한 참조 번호가 주어지며 일반적으로 단지 한번 만 설명된다.

더욱이, 모든 명시된 실시예들은 설명 상에서 지정된 차이를 제외하고는, 모두 동일하다.

도 2는 헬리콥터(도시되지 않음)에 장착된 연료 탱크(10)를 나타낸다.

탱크는 상기 탱크에 장착된 주입 장치(100)를 구비한다. 바람직하게, 주입 장치는 탱크(10)의 상부에 장착되며, 점선(16)으로 나타낸 것처럼, 탱크를 채우기 위한 최대 높이에 장착되도록 제한되지 않는다.

도 3 및 도 4는, 각각 낮고 높은 탱크(10)에서의 유체 수위를 차지하는 구성에서, 장치(100)의 바닥부를 나타낸다.

장치(100)는 주입 덕트(102)를 구비한 주입 덕트와, 탱크의 초과주입을 방지하기 위한 제2 마개(120), 그리고 원치않는 식으로 탱크에서 유체가 빠져나가는 것을 방지하기 위한 제2 마개(120)를 구비한다.

주입 덕트(102)는 정상 작동 상태에서 수직 방향으로 가로지르는, 일반적으로 탱크(10)의 상부벽을 통해 결합된 직선 튜브이다. 탱크 외부 말단에서 마개(도시되지 않음)에 의해 닫힌다.

덕트(102)는 두 가지 주요 부분으로 구성된다: 상류측 튜브 부분(104)과, 하류측 튜브 부분(106). 상류측 튜브 부분(104)은 하류측 부분(106)보다 지름이 더 작다. 상기 두 부분들은 절단된 원뿔형 접합부(108)를 통해 서로 연결된다.

상기 부분(106)의 바닥 말단은 바닥을 막는 셔터(112, shutter)에 의해 닫혀있다.

상기 (덕트 내부 말단을 구성하고, 탱크 내부에 위치한)부분(106)은 접합부(108) 부근 상기 부분의 상단에, 동일한 높이로 배열되고 부분(106)의 주변 둘레에 일정한 간격으로 분산된 4개의 배출 오리피스(114, orifice)를 구비한다.

또한, 탱크가 채워지는 동안, 유체는 주입 방향에서 덕트(102)로 주입된다, 즉 아래 방향으로; 유체는 배출 오리피스(114)인(화살표 A) 유일하게 이용가능한 배출구를 통해 덕트에서 배출된다.

마개(110)는 유체에서 떠있으며, 탱크에 채워져 있는 유체에서 떠있을 수 있게 하는 밀도(즉, 부피에 대한 질량 비)를 갖는다. 제1 마개와 제1 부유체는 이로써 단일 부분을 형성하며, 이들은 당연히 서로 기계적으로 연결되어 있다.

부유체(110)는 슬리브(sleeve) 형상이며, 상대적으로 자유롭게 움직일 수 있는 덕트 부분(106) 주위에 배치된다. 부분(106)은 이로써 상기 부분이 움직이는 동안 부유체(110)를 안내하도록 제공된다.

셔터는 부분(106)의 바닥 말단 주위에 바깥쪽으로 방사상으로 연장된 고리모양으로 형성된 차단 받침(116, blocking shoulder)이 제공된다.

차단 받침(116)은 부유체(110)의 위쪽 움직임을 제한하고, 부유체(110)가 덕트(102)에서 떨어져 탱크(10) 바닥으로 떨어지는 것을 방지하도록 제공된다.

탱크가 사용되는 동안, 부유체(110)의 위치는 오직 탱크 내부의 유체의 수위에 따른다.

유체 수위가 낮을 때, 부유체(110)는 차단 받침(116. 도 3)에 대해 놓인다. 부유체(110)는 이때 "열린" 상태로 불리며, 오리피스(114)는 이때 열리고 유체가 탱크로 주입될 수 있게 한다.

유체 수위가 부유체(110)를 띄워 올릴 만큼 충분한 경우, 부유체는 덕트(102) 둘레에서 안내되며 미끄러져 올라간다.

상기 움직임으로 인해, 부유체는 배출 오리피스(114) 앞에서 계속해서 움직이며 계속해서 오리피스를 막는다.

오리피스(114)가 완전히 막히고 나면, 덕트(102)는 막히고 탱크(10) 주입이 멈춘다. 부유체(110)는 선(16)의 수위에서 "닫힌" 상태(도 4)를 나타내는 위치로 안정된다.

이는 부유체(110)가 상기와 같이 선(16) 수위에서 안정될 때, 그리고 오리피스(114)를 통한 덕트(102)를 막을 때, 덕트(102)는 유체로 가득 차게 되는 것을 확인하게 된다. 이로써 덕트(102)에 채워진 유체 기둥의 압력은 부유체(110)를 내리는 것을 쉽지 않게 하며(제1 마개로서 작동하여), 부유체(110)는 닫힌 상태를 유지하게 된다.

제2 마개(120)는 볼(ball)로 구성된다. 볼의 지름과 재질 및 또한 접합부(108)의 형상은, 볼이 접합 부분(108)에 압력이 가해질 때(이로써 닫힌 상태가 되는) 덕트(102)를 실질적으로 샐 틈 없이 막도록 적용되는 방식을 통해 선정된다. 접합부(108)는 이로써 덕트(102)에 대해 "시트(seat)" 부분으로서 나타내질 수 있다.

볼(120)은 부분(106) 내부에 배치된다. 볼(120)은 부분(106) 내부에 동축으로 배열된 나선형 압축 스프링(122)의 말단에 안착 된다. 스프링(122)의 바닥 말단은 셔터(112)에 대고 지지된다.

스프링(122)의 길이는 스프링이 볼(120)에 대고 계속해서 힘을 가할 수 있으며 접합 부분(108)에 대해 압력을 유지시킬 수 있도록 설계된다.

그 후, 탱크를 채우는 기간을 제외하고, 볼(120)은 덕트(102)를 닫은 상태로 어떤 유체도 탱크에서 빠져나가지 않게 막는다.

반대로, 탱크가 채워지는 동안, 유체는 볼이 약간 아래쪽으로 이동하도록 압력을 가하고, 이로 인해 유체는 부분(108, 도 3)으로 덕트(102)를 통과할 수 있다.

이로써, 스프링(122)은 제2 마개(볼, 120)를 고정하기 위한 시스템을 구성한다.

도 5에는, 주로 역류 방지 기능을 수행하도록 형성된 제2 마개를 고정하기 위한 시스템에서의 방법에 있어서 상기 장치(100)와 다르며, 그 결과 제1 부유체(210)를 안내하기 위한 방식에 있어서도 상기 장치(100)와 다른, 주입 장치(200)가 도시되어 있다.

상기 주입 장치(200)는 덕트(102)의 바닥 말단 주위에 배열된 유체 보유 용기(222)를 구비한다.

상기 실시예에서, 볼(220)의 재질(및/또는 구조)은 탱크에 채워진 유체에서 볼이 떠있을 수 있는 재질로 선정된다.

용기(222)는, 탱크(10)가 정상 위치이고, 그 결과 덕트(102)가 수직으로 연장되어 있을 때, 용기(222)가 적어도 부분(108)의 수위까지 유체를 가득 채운 상태로 있는 방식으로 형성된다.

그 결과, 볼(220)은 영구적으로 액체에 잠겨있는 상태로 유지된다.

그러므로 볼에 부력이 작용하며, 부분(108)에 대해 영구적으로 압력이 가해지는 복귀력이 형성되고, 이로써 닫힌 상태로 고정된다.

그 이후, 탱크가 채워지는 기간을 제외하고, 볼(220)은 덕트(102)를 막고 탱크에서 유체가 전혀 흘러나오지 않도록 막는다.

반대로, 탱크가 채워지는 동안, 유체는 볼이 약간 밑으로 내려가도록 압력을 가하며, 이를 통해 유체가 부분(108)에서 덕트(102)를 통과하여 지나갈 수 있다.

뿐만 아니라, 용기(222)의 존재로 인해, 제1 마개를 구성하는 제1 부유체(210) 형상은 상기 부유체(110)의 형상과 다르다.

용기(222)는 수직 축에 대해 원통 형상의 외벽(224)이 주어진다. 용기(222)의 벽은, 첫 번째로 용기의 상부벽(226)을 통과해 지나가는 덕트(102)와 두 번째로 동일한 높이에서 벽(224)에 배열된 4개의 배출 오리피스(214)를 제외하고는 새지않는다.

다음으로, 덕트에는 배출 오리피스(214)에 누설 방지 식으로 연결된 말단(부분(106))이 주어진다; 결과로서, 덕트(102)를 통해서 지나가는 유체는 오직 배출 오리피스(214)를 통해 지나감으로써 탱크로 빠져나올 수 있다.

용기(222)는 또한 벽(224)에 외측 받침(216)을 구비한다. 상기 받침은 장치(100)에서의 받침(116)과 동일한 기능을 수행한다: 즉, 부유체(210)의 아래방향 움직임을 제한한다.

부유체(210)는 슬리브 형태이며 원통형 벽(224) 주위에서 미끄러질 수 있도록 적합한 크기로 형성된다. 이는 부유체(110)와 동일한 방식으로 작동된다:

탱크 내부의 유체 수위가 낮을 경우엔, 부유체(210)가 받침(216)에 놓여있고, "개방" 상태이며, 이때 오리피스(214)는 개방되어 있으며 이로 인해 유체가 탱크로 주입될 수 있다.

탱크의 유체 수위가 부유체(210)를 띄울 만큼 충분히 높아 부유체가 떠있는 경우, 부유체는 받침(216)에서 분리되고 용기(222) 주위에서 위쪽으로 미끄러진다.

이로써 제2 마개를 고정하는 시스템(특히 용기(222)를 구비한)은 제1 마개(210)를 위한 가이드(guide) 역할을 하도록 배치될 수 있는 것을 확인할 수 있다.

탱크 내부의 유체 수위가 충분히 높을 경우, 제1 마개(210)는 배출 오리피스(214)를 막고, 이로써 탱크 주입을 중단시킨다. 유체 수위는 이때 도 5의 선(16)의 수준으로 안정된다.

도 6은 유체 탱크(10)에 포함된 주입 장치(300)를 나타낸다. 본 장치(300)는 주로 제2 마개를 고정하는 시스템이 유체 역류 방지 기능을 수행하는 방식에 있어서 상기 장치(100)와 다르다.

상기 실시예에서, 탱크는 작동 시 대기압보다 높은 압력으로 탱크를 유지하는 터빈 엔진의 일부분을 형성하는 하나의 장치를 형성한다.

장치(300)는 유체 역류 방지 기능을 수행하기 위해 탱크의 내부와 외부 사이의 압력차를 이용한다.

장치(300)의 내부의, 주입 덕트는 접합부(108)로 서로 연결된 두 개의 수직 튜브 부분(104,106)을 구비한 장치(100)와 같이 형상이다.

제2 마개는 주입 덕트의 부분(106)에 배열된 볼(320)로 구성된다. 볼(320)은 가벼운 재질로 형성된다. 그 지름은 볼이 덕트(102)를 막기 위해 접합부(108)에 대해 압축될 수 있는 크기로 선정된다.

볼(320)이 접합부(108)에 접하여 배치되지 않는 경우, 볼은 자체 중량으로 인해 튜브 부분(106)으로 아래로 이동하며 부분(106)의 내부 말단을 막기 위해 제공된 셔터(312)에 의해 지지된다. 이때 "열린" 상태가 된다.

장치(300)는 다음과 같이 작동한다.

상기 명시된 실시예에서의 상기 볼(120,220)의 작동과는 달리, 본 장치의 볼(320)은 주입이 중단되자 마자 바로 자동적으로 닫힌 상태로 돌아가지 않는다.

장치(300)에서, 구체적으로는 닫힌 상태에서 볼(320)이 놓여있는 탱크(10)에서 공기 또는 유체가 어쨌든 주입 덕트(102)를 통해 탱크를 빠져나가기 시작한다.

구체적으로, 공기 또는 유체가 주입 덕트를 통해 빠져나가기 시작하자마자, 이러한 흐름은 곧바로 볼(320)을 함께 끌고 가게 된다. 볼은 접합부(108)에 접한 상태로 압력을 받게 되며, 이로 인해 덕트(102)를 막게 된다. 볼(320)은 이때 탱크의 내부와 외부 사이의 압력차로 인해 그 위치에 고정된다.

이러한 이유로, 볼(320)은 탱크에서 어떤 유체도 빠져나가지 못하게 하며 필요한 역류 방지 기능을 제공하게 된다.

반대로, 유체가 탱크를 채우기 위해 주입되자마자, 볼(320)에 작용하는 유체의 압력은 접합부(108)로부터 볼을 분리시키고, 이로 인해 볼은 열린 상태로, 즉 탱크(10)로 유체가 주입될 수 있는 위치로, 셔터(312)로 다시 떨어지게 된다.

그 뒤에, 볼(320)은 탱크로의 유체 주입이 중단되면, 곧 공기 또는 유체의 어떤 흐름이 덕트(120) 방향으로 재시작하려는 경향이 있으므로, 다시 닫힌 상태로 돌아간다.

도 7은 본 발명에 따른 주입 장치(400)를 나타낸다.

장치(400)는 탱크(10)의 상부 벽을 통해 연장되어 있는 단순한 직선 튜브로 구성된 주입 덕트(402)를 구비한다.

튜브의 내부 말단은 튜브의 축에 놓여있는 유체 배출 오리피스를 나타낸다. 장치(400)는 또한 부유체(410), 마개(420), 및 카운터웨이트(430, counterweight)를 구비한다.

부유체(410, 제1 부유체를 구성하는)와 마개(420, 제1 마개를 구성하는)는 덕트(402)에 대해 고정된 선회축(404)에 장착된 레버 아암(422, lever arm)에 결합되어 있다.

카운터웨이트(430)는 선회축(404)의 제1 측에, 레버 아암(422)의 제1 말단에 고정되어 있다.

부유체(410)는 상기 제1 말단 반대쪽 레버 아암(422)의 말단에 고정되어 있다. 마개(420)는 선회축(404)과 부유체(410) 사이에 배치된다.

장치(400)는 선회축(404)을 중심으로 레버 아암(422)을 회전하여 열린 상태와 닫힌 상태 사이로 마개(420)를 움직이는 방식으로 배열된다.

도 7에서, 마개(420)는 열린 상태, 즉 구체적으로 덕트(402)의 배출 오리피스(414)에 대해 압력이 가해지지 않은 상태를 나타낸다.

마개(420)의 닫힌 상태는 오리피스(414)에 압력이 가해지는 상태이다.

바람직하게, 마개(420)는 본 발명에서의 제1 마개와 제2 마개 둘 모두를 나타낸다. 이는 첫째로 제1 부유체(410)의 작동과, 두 번째로 고정 시스템이 장치(400)에 제공되고, 개방 또는 닫힌 상태로 마개(420)가 적절하게 배치되기 위한 조합한다는 사실에 의해 구성 가능하며, 다음과 같이 나타난다:

주입하는 동안과, 탱크에 유체의 수위가 충분히 낮은 경우를 제외하고, 레버 아암(422)의 위치는, 특히 부유체(410)와 카운터웨이트(430) 각각의 무게에 의한 결과로서, 부유체(410)의 개방 모멘트(moment)와 카운터웨이트(430)의 닫힘 모멘트에 의해 결정된다.

이러한 모멘트는 모멘트가 카운터웨이트(430)에 의해 적용된 경우 레버 아암(422)이 마개를 닫힌 상태로 쉽게 위치시키며, 반면 모멘트가 부유체(410)에 의해 생성된 경우는 마개(420)를 열린 상태로 쉽게 위치시키기 때문에 이러한 명칭이 주어진 것이다.

부유체(410)가 액체에 의해 작용된 부력으로 인해 위쪽으로 밀려지지 않을 때(탱크의 유체 수위가 충분히 낮기 때문에), 부유체(410)와 카운터웨이트(430)는 카운터웨이트(430)의 폐쇄 모멘트가 부유체(410)의 개방 모멘트보다 우위에 있는 것과 같은 크기와 배치가 된다. 그 후, 이러한 상황에서, 레버 아암(422)은 닫힌 상태로 마개(420)를 고정한다.

이러한 상태에서, 마개(420)는 유체 역류 방지 기능을 수행한다.

그에 반해서, 탱크가 채워지는 동안, 덕트(402)로 주입되는 유체의 압력과 마개(420)에 작용하는 압력은 레버 아암(422)에 작용하는 개방 모멘트를 생성한다. 부유체(410)의 개방 모멘트에 더해 이러한 개방 모멘트는 카운터웨이트(410)에 의한 닫힘 모멘트를 극복하고, 덕트(402)의 오리피스(414)를 열린 상태로 이끌며, 이로 인해 탱크로 유체가 주입될 수 있다.

유체가 계속해서 탱크로 주입되면서, 탱크의 유체 수위는 증가한다. 일정한 수위에 도달하면, 부유체(410)는 유체와 접촉하고 위쪽으로 뜨기 시작한다. 부유체(410)가 레버 아암(422)에 의해 고정되어 있기 때문에, 선회축(404)을 중심으로 회전하기 시작한다.

그러한 조건하에서, 즉, 부유체(410)가 유체 표면에서 뜨게 되면, 더 이상 개방 모멘트가 작용하지 않으며, 부유체(410)는 카운터웨이트(430)의 폐쇄 모멘트에 추가되는 폐쇄 모멘트를 생성한다.

카운터웨이트(430), 부유체(410), 선회축(404) 및 레버 아암(422)은 유체 수위가 정해진 최대 수위(선 16)에 도달하면, 마개(420)에 작용하는 유체 압력에 의해 생성된 개방 모멘트보다 폐쇄 모멘트가 더 큰 카운터웨이트(430)와 부유체(410)의 모멘트에 추가되게 하는 방식으로 배열되고 치수가 정해진다.

그 결과, 탱크의 유체 수위가 증가할 때, 부유체(410)가 위로 움직이게 되면서, 레버 아암(422)은 선회한다.

이로써 개구부(414)가 닫히는 순간이오며, 이로 인해 탱크로의 주입이 중단된다. 이러한 중단으로 인해, 장치(400)는 탱크(10)가 과도하게 주입되는 것을 방지하는 데 필요한 기능을 수행한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 구성하는 주입 장치(500)를 나타낸다.

장치(500)는 특히, 주입 덕트(502), 부유체(510), 및 볼(520)을 구비한다.

주입 덕트(502)는 외부로부터 탱크 내부를 향해 계속해서 주입되게 하는 튜브로 구성된다: 상기 주입 덕트는 수직으로 연장되어 있고 탱크(10, 도시되지 않음)의 상부 벽을 통과하는 제1 직선부(504)와, 180도로 구부러진 굴곡부(508), 그리고 제2 직선부(506)를 구비한다.

덕트(502)의 말단은 셔터(512)로 막혀있다.

굴곡부(508)로 인해, 직선부(506)는 수직 방향으로 연장되며, 상부에는 셔터가 있다(탱크(10)가 정상적인 상태에 있을 때). 부분(506)은 동일한 높이에 배치된 유체 배출 오리피스(504)를 구비한다. 또한 상기에서 설명한 바와 같이 받침(216,316), 즉 부유체(510)의 아래쪽 움직임을 제한하는 동일한 기능을 하는 받침(516)을 구비한다.

부유체(510)는 슬리브(sleeve)의 형태이며 부분(506) 주위에 배열된다. 상기 부유체(510)는 유체 수위가 선(16)에 도달하자마자(이때 부유체(110)는 도 4에 나타난 상태임), 배출 오리피스(514)를 막기 위해, 부유체(110)와 같은 방식으로 작동하며, 반대로 유체 수위가 낮아지면 유체가 통과할 수 있다.

볼(520)은 본 발명의 수단으로서 "무거운" 부재로 형성된다, 즉 역류 방지 기능을 수행할 수 있도록 볼에 중력이 작용한다.

이러한 목적을 위해, 환형 접합부(518)가 부분(506) 안쪽에 배치된다. 접합부(518)는 볼(520)이 미리 정해진 최저 위치 이상으로 이동하는 것을 방지하는 방식으로 배치된다.

더욱이, 접합부(518)는 볼(520)이 덕트(502)를 막을 수 있도록 배열된 시트 표면(528)을 구비한다. 이렇게 하여, 자체 중량으로 인한 영향으로 볼(520)이 부분(506, 배치되는)으로 아래로 움직이면, 자연스럽게 표면(528)에 배치되고 이때 덕트(502)를 막게 된다.

반대로, 덕트(502)가 주입하기 위해 사용되는 동안, 유체가 오리피스(514)를 통해 지나갈 수 있도록, 볼(520)은 유체 배출 흐름으로 인해 상승되어 있으며 부분(506)으로 올라간다. 이로써, 역류 방지 기능을 수행함에도 불구하고, 볼(520)은 탱크에 유체가 주입되는 것을 막지 않는다.

탱크 주입시, 셔터(512)는 볼(520)이 유체 배출에 의해 덕트 부분(506)으로부터 토출되는 것을 방지하기 위해 제공된다.

Claims (13)

1. 주입 덕트(102,402,502);
   탱크의 초과 주입을 막기 위한 제1 마개(110,210,420,510)와 유체가 탱크에서 원치않은 방식으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 제2 마개(120, 220, 320, 420, 520);
   미리 정해진 위치에 놓임으로써 상기 제1 마개를 닫힌 상태 또는 적어도 실질적으로 닫힌 상태로 배치되도록 하는 식으로 상기 제1 마개에 기계적으로 연결된 제1 부유체(110, 210, 410, 510); 및
   유체가 탱크 주입 방향과 반대 방향으로 덕트를 따라 지나가려하면 제2 마개를 닫힌 상태로 위치시키고, 유체가 주입 방향으로 덕트를 따라 지나갈 때는 제2 마개를 열린 상태로 위치하도록 작동하는, 제2 마개를 고정하기 위한 고정 시스템(122,222,422)이 구비되며; 및
   상기 각각의 마개는 덕트를 따라 유체가 지날 갈 수 있는 열린 상태와, 또는 덕트를 막는 닫힌 상태로 배치될 수 있고;
   상기 고정 시스템은 장치의 작동 상태에서, 중량 부재(430,520)의 무게의 영향으로, 제2 마개(420, 520)를 영구적으로 닫힌 상태로 유지하기 용이한 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 부유체 및 제1 마개는 동일한 부품이거나 또는 부품들(110, 210, 510)인, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 덕트의 내부 표면에는 시트부(108, 528, seat portion)가 제공되며, 닫힌 상태에서 상기 제1 및/또는 제2 마개는 상기 시트부에서 상기 덕트를 막게 되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트는 적어도 하나의 배출 오리피스(114, 214, 424, 514)에 누설 방지 식으로 연결된 하나의 말단을 구비하며, 닫힌 상태에서, 제1 및/또는 제2 마개가 상기 적어도 하나의 배출 오리피스를 막게 되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부유체를 병진 운동하도록 안내하기 적합한 가이드(106, 224, 506)를 구비한, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 가이드(guide)는, 예를 들어 슬리브(sleeve) 형태인 제1 부유체가 배치되어 있는 곳 주변이 관형 덕트 부(106, 506)로 구성되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덕트는 적어도 하나의 유체 배출 오리피스(414)와;
   상기 덕트에 대해 고정되며 선회축(404)에 장착된 레버 아암(422)에 결합된 제1 부유체 및 제1 마개를 구비하며; 및
   선회축을 중심으로 레버 아암을 선회함으로써 제1 마개(420)를 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 움직이게 하는 방식으로 배열된, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중량 부재는 볼 또는 중량물(520)로써 구성되며 이는 또한 제2 마개를 구성하고; 상기 덕트의 내부 표면에는 시트부(528)가 구비되며; 및 상기 덕트는 장치의 정상 상태에서, 중력의 영향으로, 볼 또는 중량물이 상기 시트부 위로 이동하기 쉽고 이로써 덕트를 막게 되는 식으로 배열되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 시트부는 180도 가까운 각을 형성하는 굴곡부로부터 하류에 주입 방향으로 형성되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
   
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중량 부재(430)와 제2 마개(420)는 덕트에 대해 고정된 선회축(404)에 장착된 레버 아암(422)에 결합되며; 및 상기 선회축을 중심으로 레버 아암을 회전함으로써 상기 제2 마개를 개방과 폐쇄 상태 사이에서 움직이게 하는 방식으로 배열된, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 마개는, 상기 탱크의 내부 압력이 외부 압력보다 큰 경우, 탱크와 탱크 외부 사이의 압력차로 인해 제2 마개가 폐쇄 상태로 고정되는 방식으로 배치되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
    
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부유체가 상기 미리 정의된 위치에 배치될 때, 제1 마개는 실질적으로 닫힌 상태로 유지되며, 이는 제1 마개로부터 주입 방향으로 상류에 위치된, 덕트의 상류 부분이 유체로 가득차 있을 때까지도 계속되는, 유체 탱크(10)를 위한 주입 장치.
    
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른, 장치가 장착된 유체 탱크.
    

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