KR20160113641A - 압력 릴리프 밸브 - Google Patents

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Abstract

연료 탱크(62)에 연결가능한 제1 배관(14a) 및 연료 증기 처리 장치(64)에 연결가능한 제2 배관(14b)을 구비한 압력 릴리프 밸브(10, 70)로서, 상기 압력 릴리프 밸브는 제1 배관(14a)과 제2 배관(14b) 사이에 배치되며, 컨트롤러(28)에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어, 제1 배관(14a)과 제2 배관(14b) 사이에 배치된 주요 포트(18a)를 통한 펄스형 유체 흐름(pulsed fluid flow)을 허용하는 외부 구동식(이하, EV) 밸브(20)를 포함한다.

Description

압력 릴리프 밸브{PRESSURE RELIEF VALVE}
본 개시된 발명 주제는 전반적으로 릴리프 밸브, 구체적으로는 연료 중기 시스템용 릴리프 밸브에 관한 것이다.
다수의 적용처 및 시스템용으로 알려져 있는 압력 릴리프 밸브들이 있다. 압력 릴리프 밸브가 흔히 사용되는 적용처들 중 하나는 통상적으로 그 내부에 높은 압력이 축적되는 연료 탱크이다. 연료 탱크와 전기 모터가 협력하여 작동되는 최근 개발된 하이브리드 차량의 경우, 연료 증기 시스템이 선택적으로 셧다운되므로, 독립적으로 작동할 수 있는 압력 릴리프 밸브가 필요하다.
본 개시된 발명 주제의 일 태양에 따르면, 연료 탱크에 연결가능한 제1 배관(tubing) 및 연료 증기 처리 장치에 연결가능한 제2 배관을 구비한 압력 릴리프 밸브로서, 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치되며, 컨트롤러에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어, 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치된 주요 포트를 통한 펄스형 유체 흐름(pulsed fluid flow)을 허용하는 외부 구동식(이하, EV) 밸브를 포함한 것을 특징으로 하는 압력 릴리프 밸브가 제공된다.
EA 밸브는 제1 배관과 제2 배관을 획정하는 하우징을 포함할 수 있고, EA 밸브는 제1 배관과 제2 배관 사이로 연장되는 주요 포트를 선택적으로 개폐시키도록 구성된다. 펄스 구동은 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다.
EA 밸브는 외부 에너지원에 의해 구동되도록 구성될 수 있다. EA 밸브는 전기기계식 밸브일 수 있다. EA 밸브는 솔레노이드일 수 있으며, 이때 솔레노이드는 솔레노이드 몸체 안팎으로 선택적으로 연장되는 전기자, 및 전기자에 장착되며 주요 포트와 밀봉 체결되도록 구성된 플런저를 구비한다.
EA 밸브는 제1 배관에 대해 수직 방향으로 배치될 수 있으며, 이로써 탱크로부터의 압력은 상기 플런저를 주요 포트 쪽으로 가압하게 된다.
컨트롤러는 에너지 저장 장치로부터의 전력을 공급받도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 EA 밸브의 펄스 구동을 허용하는 펄스 신호를 발생하도록 구성된다.
EA 밸브는 평상시에는 닫혀진 상태로 있다가, 컨트롤러에 의한 구동에 대응할 시에만 열린 상태가 되도록 구성될 수 있다.
펄스형 유체 흐름은 갑작스런 고속 증기 흐름의 양력(揚力)을 방지함으로써 탱크에 결합되어 있던 연료 증기 밸브들의 코르킹 현상을 저지하도록 구성될 수 있다.
펄스 구동은, 파장과 진폭을 가진 펄스들로 구성되며 탱크로부터 측정된 압력 방출을 허용하는 신호를 포함할 수 있다.
이들 펄스는 짧은 시간 동안 주요 포트를 개방시키도록 구성될 수 있어, 기정된 양의 압력만이 각 펄스 동안 포트로부터 방출될 수 있게 되어 있다. 이들 펄스는 상기 주요 포트를 200 밀리세컨드 이하 동안 개방시키도록 구성될 수 있다. 이들 펄스는 각 개방 간에 적어도 200 밀리세컨드의 간격을 두고 적어도 2회 상기 주요 포트를 반복적으로 개방시키도록 구성될 수 있다.
컨트롤러는 연료 탱크가 곧 열려지는 시점에서 필요에 따라 EA 밸브를 구동시키도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 연료 도어가 열리는 것에 대응하여 EA 밸브를 구동시키도록 구성될 수 있다.
압력 릴리프 밸브는 과압 밸브(이하, OP 밸브)를 추가로 포함할 수 있다.
OP 밸브는 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치되는 과압 포트를 선택적으로 개폐시키도록 구성될 수 있다. OP 밸브는 탱크 내 압력 수준이 기정된 압력 수준을 넘는 것에 대응하여 과압 포트를 통한 유체 흐름을 허용하도록 구성될 수 있다. 상기 밸브는 과압 포트의 주연부와 밀봉 체결되도록 구성된 샤프트 헤드를 구비한 편향 샤프트(biased shaft)를 포함할 수 있다. OP 밸브는 탱크 내 압력이 기정된 수준 미만으로 떨어질 때 제1 배관과 제2 배관 사이로의 유체 흐름이 허용되도록 구성된 블리딩 밸브를 추가로 포함할 수 있다.
블리딩 밸브는 샤프트 헤드 내에 형성되는 블리딩 구멍을 포함할 수 있으며, 블리딩 구멍 안에는 슬라이드 가능하게 장착되어 블리딩 구멍에 밀봉 체결되도록 구성된 편향 피스톤이 구비된다. 피스톤에는, 과압 포트와 밀봉 체결되도록 구성되고, 대응되는 블리딩 구멍을 가진 씰이 마련되어 있을 수 있다.
샤프트는 샤프트 스프링에 의해 편향될 수 있고, 피스톤은 피스톤 스프링에 의해 편향될 수 있게 서로에 대해 배치됨에 따라, 블리딩 밸브는 OP 밸브와는 독립적으로 작동될 수 있다.
OP 밸브는, 기정된 문턱값을 초과하는 제1 배관 내 압력으로 인해 샤프트 스프링의 편향력이 극복될 수 있어, 과압 포트를 통한 유체 흐름을 허용하고; 제2 배관 내 압력이 기정된 문턱값을 초과할 때에는 피스톤 스프링의 편향력이 극복될 수 있어, 블리딩 밸브를 통한 유체 흐름을 허용하도록 구성될 수 있다.
기정된 수준을 초과하는 제1 배관으로부터의 압력으로 OP 밸브가 쉽게 개방되도록 OP 밸브는 제1 배관과 동축방향으로 배치될 수 있다. OP 밸브는 제1 배관과 유체 소통을 이루는 제1 유체 통로와, 제2 배관과 유체 소통을 이루는 제2 유체 통로와, 이들 사이로 연장되는 유체 포트를 획정하는 하우징, 및 하우징 내부측에 획정된 벽 부분 쪽으로 편향되어 유체 포트를 밀봉하도록 구성된 피스톤을 포함할 수 있다.
OP 밸브는, 피스톤 쪽으로 편향되어 유체 포트를 밀봉하고, 탱크 내 압력이 기정된 수준 미만으로 떨어지면 피스톤으로부터 반대측으로 후진(retract)하도록 구성된 뚜껑 부재를 추가로 포함한다. 뚜껑 부재는 하우징 내부측의 제2 벽 부분과 체결되어, 피스톤 쪽으로의 뚜껑 부재 이동을 제한하도록 구성된 멈춤쇠 부재를 포함할 수 있다.
피스톤은 기정된 압력 수준을 넘는 탱크 내 압력 수준에 대응하여 후진하도록 구성될 수 있다. 피스톤은 주 스프링(major spring)에 의해 편향될 수 있고, 뚜껑 부재는 부 스프링(minor spring)에 의해 편향될 수 있는데, 이때 주 스프링은 부 스프링에 의해 가해지는 힘보다 큰 힘을 가하며, 이로써 피스톤을 후진시켜 포트를 여는데 요구되는 압력 수준이 뚜껑 부재를 후진시켜 포트를 여는데 요구되는 압력 수준보다 높게 될 수 있다.
본 개시된 발명 주제의 다른 태양에 따르면, 연료 탱크에 연결가능한 제1 배관과, 연료 증기 처리 장치에 연결가능한 제2 배관과, 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치되며 컨트롤러에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어 연료 탱크와 연료 증기 처리 장치 사이로의 펄스형 유체 흐름을 허용하는 외부 구동식 밸브가 구비된 압력 릴리프 밸브를 포함하는, 연료 증기 시스템이 제공된다.
본 개시된 발명 주제의 또 다른 태양에 따르면, 제1 저장조에 연결가능한 제1 배관과, 대기에 개방되는 제2 저장조에 연결가능한 제2 배관을 구비한 하우징; 및 상기 하우징 안에 배치되며, 컨트롤러에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어 제1 저장조와 제2 저장조 사이로의 펄스형 유체 흐름을 허용하는 외부 구동식 밸브를 포함한 압력 릴리프 밸브가 제공된다.
본 개시된 발명 주제의 또 다른 태양에 따르면, 연료 탱크로부터 연료 증기 처리 장치로 연료 증기를 소기(evacuate)시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 입구 포트와 출구 포트를 구비한 외부 구동식 밸브를 제공하는 단계, 외부 구동식 밸브의 입구 포트와 연료 탱크 사이에 제1 배관을 결합시키는 단계, 외부 구동식 밸브의 출구 포트와 연료 증기 처리 장치 사이에 제2 배관을 결합시키는 단계, 및 외부 구동식 밸브의 펄스 구동을 위해 구성된 펄스 신호를 발생하여 연료 탱크와 연료 증기 처리 장치 사이로의 펄스형 유체 흐름을 허용하는 단계를 포함한다.
본 개시된 발명 주제의 또 다른 태양에 따르면, 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이에서의 유체 흐름을 제어하기 위한 압력 릴리프 밸브가 제공된다. 압력 릴리프 밸브는 피스톤을 포함하며, 이때 피스톤은 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이로 연장되는 유체 포트를 그 내부에 획정하고, 상기 피스톤을 벽 부분 쪽으로 가압하도록 구성된 제1 편향 부재를 구비한다. 압력 릴리프 밸브는, 상기 유체 포트를 밀봉하도록 구성된 밀봉면 - 상기 밀봉면은 상기 밀봉 부재에 마련된 제2 편향 부재에 의해 상기 포트 쪽으로 가압됨 - 을 구비하며, 상기 피스톤 쪽으로의 상기 밀봉 부재의 이동을 제한하도록 구성된 멈춤쇠 부재를 더 구비한 뚜껑 부재를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시된 발명 주제의 또 다른 태양에 따르면, 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이에서의 유체 흐름을 제어하기 위한 과압 밸브가 제공된다. 압력 릴리프 밸브는 피스톤 - 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이로 연장되는 유체 포트를 그 내부에 획정하고, 상기 피스톤을 벽 부분 쪽으로 가압하도록 구성된 제1 편향 부재를 구비함 - ; 및 상기 유체 포트를 밀봉하도록 구성된 밀봉면 - 상기 밀봉면은 상기 밀봉 부재에 마련된 제2 편향 부재에 의해 상기 포트 쪽으로 가압됨 - 을 구비하며, 상기 피스톤 쪽으로의 상기 밀봉 부재의 이동을 제한하도록 구성된 멈춤쇠 부재를 더 구비한 뚜껑 부재를 포함한다. 제2 유체 통로에서의 압력이 기정된 문턱값을 초과하면, 피스톤은 제1 편향 부재의 힘을 받아 밀려지고, 밀봉 부재는 멈춤쇠 부재가 그의 이동을 제한할 때까지 피스톤의 포트 쪽으로 가압되며, 이에 따라 밀봉면은 포트와 결합 해제되어, 제2 유체 통로와 제1 유체 통로 사이로의 유체 흐름을 허용하고; 제2 유체 통로에서의 압력이 기정된 문턱값 미만으로 떨어지면, 밀봉 부재는 제2 편향 부재의 힘을 받아 가압되는 한편, 포트는 벽 부분 쪽으로 가압되며, 이에 따라 밀봉면은 포트와 결합 해제되어, 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이로의 유체 흐름을 허용한다.
여기에 개시된 발명의 주제를 더 잘 이해하고, 실제로 어떻게 시행될 수 있는 지 예시하기 위해, 실시예들을, 단지 비제한적 예로서, 첨부된 도면들을 참조로 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시된 발명 주제의 일 실시예에 따른 압력 릴리프 밸브의 측면사시도이다.
도 2는 도 1의 압력 릴리프 밸브의 종방향 단면도이다.
도 3a는 도 1의 압력 릴리프 밸브의 일 부분에 대한 확대 측단면도이다.
도 3b는 도 1의 압력 릴리프 밸브에 통합된, 본 개시된 발명 주제의 일 실시예에 따른 블리딩 밸브의 분해도이다.
도 4는 본 개시된 발명 주제의 일 실시예에 따른 압력 릴리프 밸브를 구비한 차량 연료 증기 시스템의 블록 다이어그램 예시도이다.
도 5a는 도 1의 압력 릴리프 밸브가 완전히 닫힌 위치에 있음을 보여주는 종방향 단면도이다.
도 5b는 도 1의 압력 릴리프 밸브가 열린 위치에 있는 것을 보여주는 종방향 단면도이다.
도 6a는 도 1의 압력 릴리프 밸브가 과압 조건 하의 위치에 있는 것을 보여주는 종방향 단면도이다.
도 6b는 도 1의 압력 릴리프 밸브가 진공 조건 하의 위치에 있는 것을 보여주는 종방향 단면도이다.
도 7은 본 개시된 발명 주제의 다른 실시예에 따른 과압 밸브가 닫힌 상태로 있는 것을 보여주는 측단면도이다.
도 8은 도 7의 과압 밸브가 일부 과압 열린 상태로 있는 것을 보여주는 측단면도이다.
도 9는 도 7의 과압 밸브가 과압 열린 상태로 있는 것을 보여주는 측단면도이다.
도 10은 도 7의 과압 밸브가 저압 열린 상태로 있는 것을 보여주는 측단면도이다.
도 11a는 도 7의 과압 밸브가 통합된 밸브 몸체의 등각 분해도이다.
도 11b는 외부 구동식 밸브가 장착된 도 11a의 밸브 몸체의 측단면도이다.
도 1과 도 2는 제1 저장조(미도시), 예컨대 연료 탱크에 연결가능한 제1 배관(14a) (도 4에 도시된 바와 같음), 및 제2 저장조, 예컨대 연료 증기 처리 장치에 연결가능한 제2 배관(14b) (도 4에 도시된 바와 같음)이 구비된 하우징(12)을 포함하는 압력 릴리프 밸브(10)를 나타낸다. 하우징(12)은 그 내부에 배치되며, 제1 및 제2 배관(14a 및 14b) 사이로 연장되는 주요 포트(18a)를 선택적으로 개폐시키도록 구성된 외부 구동식 밸브(이하, EA 밸브)(20)를 추가로 포함한다. EA 밸브(20)는 컨트롤러(28)에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성됨에 따라, 주요 포트(18a)를 통한 펼스형 유체 흐름을 허용한다. 하우징(12)은 제1 및 제2 배관(14a 및 14b) 사이로 연장되는 과압 포트(18b)를 선택적으로 개폐시키도록 구성된 과압 밸브(이하, OP 밸브)(40)를 추가로 포함한다. OP 밸브(40)는 제1 배관(14a)과 제2 배관(14b) 사이의 기정된 압력 구배에 대응하여 과압 포트(18b)를 통한 유체 흐름을 허용하도록 구성될 수 있다.
EA 밸브(20)는 하우징(12)에 걸쳐 해당되는 압력 구배, 예컨대 제1 배관(14a)과 제2 배관(14b) 간의 압력차에 의해 구동되는 것과 대조적으로, 외부 에너지원에 의해 구동되는 임의의 밸브일 수 있다. 본 개시된 발명 주제의 일 실시예에 따르면, EA 밸브는 본원에서 솔레노이드로 예시된 전기기계식 밸브이며, 다른 경우에서 EA 밸브는 공압식으로 구동될 수 있거나, 그 밖의 다른 외부 에너지원에 의해 구동될 수 있다.
본 실시예에서, EA 밸브(20)는 솔레노이드 몸체(21)를 포함하며, 상기 솔레노이드 몸체에는 그 안팎으로 선택적으로 연장되는 전기자가 구비되어 있다. 이러한 전기자(22)는 보통 솔레노이드(21) 바깥측으로 전기자가 연장되도록 배치된 솔레노이드 스프링(24)에 의해 편향될 수 있다. EA 밸브(20)는 플런저 헤드(32) 및 주요 포트(18a)를 밀봉 체결하도록 구성된 씰(34)을 구비한 플런저(30)를 추가로 포함한다. 플런저(30)는 전기자(22)에 장착되되, 전기자가 솔레노이드 몸체(21)의 바깥측으로 연장될 때 플런저 헤드(32)가 주요 포트(18a)와 체결됨으로써, 주요 포트를 통한 유체 흐름을 방지하도록 장착된다.
일 실시예에 따르면, 솔레노이드 스프링(24)의 일측은 플런저(30)에 획정된 숄더 부분에 지지되고, 타측은 솔레노이드 몸체(21)에 지지된다.
솔레노이드 몸체(21)는 그 둘레에 권취되고, 전기자(22)에 전원을 인가하여 전기자가 스프링(24)의 편향력을 극복함으로써 솔레노이드 몸체(21) 내로 인출되도록 구성된 코일(26)을 추가로 포함한다.
일 실시예에 따르면, EA 밸브(20)는 차량용 교류발전기 또는 그 밖의 다른 에너지 저장 장치(미도시)로부터 전력을 공급받도록 구성된 컨트롤러(28)에 의해 구동된다. 컨트롤러(27)는 이하 상세하게 설명되는 바와 같이 솔레노이드의 펄스식 구동을 가능하게 하는 펄스 신호를 발생하도록 구성된다. 컨트롤러(27)는 차량 컴퓨터로부터 구동 신호를 수신하도록 구성될 수 있으며, 필요시 펄스 신호를 발생하는 회로 기판을 포함할 수 있다. EA 밸브(20)는 평상시에는 닫혀진 상태로 있도록 구성될 수 있으며, 컨트롤러(27), 가령 전기 신호에 의한 구동에 대응할 시에만 열린 상태로 될 수 있다.
EA 밸브(20)는 제1 배관(14A)에 대해 수직방향으로 배치될 수 있다. 이런 식으로, 제1 배관(14a)이 연료 탱크의 연료 증기 출구에 결합된 경우, 탱크로부터의 유체 흐름은 플런저 헤드(32)를 주요 포트(18a) 쪽으로 가압하고, 탱크 내부측의 압력 덕분에 EA 밸브(20)를 닫힌 위치에 유지하는 것이 수월해진다.
과압 밸브(이하, OP 밸브)(40)는, 도 3a와 도 3b에서 잘 볼 수 있는 바와 같이, 샤프트 스프링(43)에 의해 편향되고 샤프트 헤드(44) 및 샤프트 헤드의 주연부 주위로 획정된 밀봉 돌출부(47)로 구성된 샤프트(42)를 포함한다. 밀봉 돌출부(47)는 과압 포트(18b)의 주연부 주위로 획정된 대응 홈(51)에 밀봉 체결되도록 구성된다. 샤프트 스프링(43)은 샤프트(42) 상에 장착되며, 그 일단이 하우징(12)에 지지되고 타단은 샤프트 헤드(44)에 지지됨에 따라, 샤프트 헤드를 가압하여 과압 포트(18b)와 밀봉 체결되도록 한다.
OP 밸브(40)는 샤프트 헤드(44)에 형성된 블리딩 구멍(55)을 통해 샤프트(42) 내부측에 슬라이딩 가능하게 장착된 피스톤(46)을 포함한 블리딩 밸브(41)를 추가로 포함한다. 피스톤(46)의 일단에는 블리딩 구멍(55)에 밀봉 결합되도록 구성된 피스톤 헤드(53)가 획정되어 구비될 수 있다. 피스톤의 타단은 샤프트 스프링(43)보다 작은 직경을 갖는 베어링 부재(49)에 결합된다. 샤프트 헤드(44)와 피스톤 헤드(53) 사이에는, 대응되는 블리딩 구멍(55a)을 가지며 과압 포트(18b)와 밀봉 체결되도록 구성된 씰(45)이 장착되어 있다. 씰(45)의 주연부는 과압 포트(18b)의 벽과 샤프트 헤드(44) 사이에 배치된다.
피스톤(46)은 그 일단이 베어링 부재(49)에 지지되고 타단이 샤프트 헤드(44)에 지지된 피스톤 스프링(50)에 의해 편향된다. 피스톤 스프링(50)은 샤프트 스프링(43)보다 작은 직경을 갖도록 구성된다. 그리하여, 피스톤(46), 피스톤 스프링(50) 및 베어링 부재(49)가 샤프트 스프링의 주연부 내부측에 배치됨에 따라, 블리딩 밸브(41)는 샤프트(42)와는 독립적으로 작동할 수 있게 된다.
OP 밸브(40)는, 제1 배관(14a) 내 압력이 기정된 문턱값을 초과하면 샤프트 스프링(43)의 편향력이 극복될 수 있으며, 이로써 샤프트 헤드(44)의 밀봉 돌출부(47)가 대응 홈(51)에서 떠나 슬라이딩되면서, 과압 포트(18b)를 통한 유체 흐름을 허용하도록 구성된다. 제2 배관(14a) 내 압력이 기정된 문턱값을 초과하면 피스톤 스프링(50)의 편향력이 극복되며, 이로써 피스톤(46)은 포트(18b) 쪽으로 이동된다.
일 실시예에 따르면 OP 밸브는 제1 배관(14a)에 대해 동축방향으로 배치되며, 이에 따라 제1 배관으로부터의 압력 또는 유체 흐름이 샤프트 헤드(44)에 직접 가해져, 제1 배관(14a)의 압력이 특정 문턱값을 초과하는 경우에 밸브가 쉽게 개방된다.
그러므로, 제1 배관(14a)이 연료 탱크의 연료 증기 출구에 결합된 경우, 탱크 내 압력이 기정된 수준을 초과하면, OP 밸브(40)의 샤프트 헤드(44)가 개방되어, 심지어 EA 밸브(20)가 닫혀있는 경우일지라도 유체는 제1 배관으로부터 제2 배관(14b) 쪽으로 흐를 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 압력 릴리프 밸브는, 연료 탱크(62), 및 캐니스터와 같은 증기 처리 장치(64)를 구비하며 참조번호 60으로 전반적으로 표시된 차량 연료 증기 시스템 내에 통합될 수 있다. 연료 탱크(62)는 필러 넥(66)에 결합되며, 압력 릴리프 밸브(70)의 제1 배관에 결합된 연료 증기 출구관(68)을 포함한다. 압력 릴리프 밸브(70)으로부터 연장되는 제2 배관은 대기에 개방될 수 있는 증기 처리 장치(64)에 결합된다.
이하 도 1 내지 도 3b에 예시된 바와 같은 압력 릴리프 밸브의 작동을 상세히 설명하기로 하되, 단 상기 밸브는 연료 증기 시스템에 통합되고, 이하 캐니스터라 지칭되는 증기 처리 장치와 연료 탱크 사이의 연료 증기 통로에 장착된 경우이다.
압력 릴리프 밸브(10)는 EA 밸브(20)가 신호, 가령 차량 컴퓨터로부터의 전기 신호에 응답하여 열릴 수 있도록 하고, OP 밸브(40)는 기정된 구배보다 큰, 밸브에 걸쳐 해당되는 압력 구배에 대응하여 열릴 수 있도록 한다. 다시 말해, 제1 배관(14a)이 연료 탱크에 결합되고(도 4에 도시된 바와 같음), 제2 배관(14b)이 캐니스터에 결합된 경우, 탱크 내 압력이 기정된 수준을 초과하면, 탱크 내 압력 수준을 원하는 압력 범위로 끌어 내리도록 OP 밸브(40)가 열릴 수 있다. 유사하게, 탱크 내 압력이 기정된 수준 미만으로 떨어지면, 탱크 내 압력을 원하는 압력 범위로 끌어 올리도록 블리딩 밸브(41)가 열릴 수 있다.
도 5a는 완전히 닫힌 위치에서의 압력 릴리프 밸브(10)를 나타내는 것으로, 상기 위치에서 EA 밸브(20)와 OP 밸브(40)는 둘 다 닫힌 상태로 있다. 이 위치에서, EA 밸브(20)의 플런저 헤드(32)는 주요 포트(18a)와 밀봉 체결되고, OP 밸브의 샤프트 헤드(44)는 과압 포트(18b)와 밀봉 체결된다. 그러므로, 이 위치에서는 연료 증기가 제1 배관(14a)으로부터 제2 배관(14b)으로 흐르며, 이에 따라 탱크로부터 캐니스터까지는 제외된다. 이 위치는 플런저(30)가 스프링(24)의 힘을 받아 작동하여 씰(34)을 주요 포트(18a) 상으로 가압하는 곳임을 이해한다. 그러므로, 이 위치에서는 EA 밸브(20)에 전원을 인가하기 위해 외부 공급원으로부터의 에너지가 전혀 필요하지 않다.
도 5b는 열린 위치에 있는 압력 릴리프 밸브(10)를 나타내는 것으로, 상기 위치에서 EA 밸브(20)는 열려 있는 반면에 OP 밸브(40)는 계속 닫힌 상태이다. 이 위치에서, EA 밸브(20)의 플런저 헤드(32)는 주요 포트(18a)와의 체결이 분리되어, 증기가 탱크로부터 캐니스터 쪽으로 흐를 수 있게 된다. 솔레노이드가 솔레노이드 몸체(21) 둘레에 권취된 코일(26)에 전원을 인가하여 전기자(22)를 주요 포트(18a)로부터 멀리 펄스 변위시키는 경우에, 컨트롤러(27)로부터의 펄스 신호에 응답하여 EA 밸브(20)의 개방이 수행된다. 각 펄스가 끝날 때, 스프링(24)은 전기자(22)와 플런저(30)를 억지로 주요 포트(18a)에 다시 체결시킨다. 따라서, 컨트롤러(27)로부터의 펄스 신호의 결과로서, 제1 배관(14a)과 제2 배관(14b) 사이에는 펄스형 유체 흐름이 형성된다. 이에 따라, 탱크로부터 캐니스터로 펄스 형태의 증기가 흐를 수 있어, 갑작스러운 고속 증기 흐름의 양력에 의해 막힐 수 있는, 탱크에 결합된 다른 연료 증기 밸브들의 코르킹 현상을 유발하지 않는다.
따라서, 펄스 신호는 측정된 압력 방출을 허용하는 파장과 진폭을 가진 펄스들로 구성될 수 있어, 다른 연료 증기 부속품의 오작동을 야기하지 않게 된다. 일 실시예에 따르면, 각 펄스는 200 밀리세컨드 이하로 길 수 있고, 펄스들 사이에 적어도 200 밀리세컨드의 간격을 두고 3회 또는 4회 이상 반복될 수 있다.
이러한 신호는, 연료 탱크로부터 압력을 방출하고 대기와 실질적으로 평형 상태로 만들고자 연료 탱크를 곧 여는 시점, 예를 들면, 재급유(refueling) 이전에, 때때로 구동될 수 있음을 이해한다. 그러므로, 이들 펄스는 연료 탱크가 실제로 열릴 때까지 차량 탱크가 곧 재급유될 것으로 인식되므로 그 예상 시간에 따라 구성될 수 있다. 다시 말해, 만일 예를 들어 연료 도어가 열리는 것이 그 후 연료 탱크가 열릴 것으로 예상되는 트리거로서 이용된다면, 탱크 내 압력이 방출되는 시간 간격(시간차)은 연료 도어가 열리는 시점과 연료 탱크가 실제 열리는 시점 사이의 예상 시간이다. 일부 실시예에 따르면, 예상 시간 간격은 2초이며, 따라서 펄스 신호는 탱크로부터 압력이 2초 이내에 실질적으로 방출될 수 있도록 구성된다.
후자 실시예에 따르면, 연료 도어가 열리면 자동적으로 컨트롤러(27)를 구동시키는 신호가 작동될 수 있고, 그 결과로 솔레노이드 밸브(20)의 작동을 지시하기 위한 펄스 신호가 발생된다. 연료 탱크가 열리기 전에 기정된 시간 간격 이내에 펄스 신호의 작동이 수행되게 하는 다른 트리거들을 이용할 수도 있음을 이해한다.
일단 EA 밸브(20)가 펄스 열린 후에 연료 탱크 내 압력이 방출되면 상기 밸브는, 예를 들어 탱크의 재급유를 허용하기 위해, 펄스 없이 계속 열린 상태로 있을 수 있음을 또한 이해한다. 따라서 펄스들을 발생시키는데 요구되는 전력량은 EA 밸브(20)를 연속 개방 위치에 유지하는데 요구되는 에너지량보다 높을 수 있음을 이해한다. 이는 연료 탱크가 고압 하에 있을 때 EA 밸브(20)를 여는 조작에, 탱크로부터 압력이 방출된 후 EA 밸브를 개방 상태로 유지할 때보다 더 많은 에너지가 요구된다는 사실 때문이다. 그러므로, 컨트롤러(27)에 의해 작동되는 펄스 신호는 높은 전압 진폭을 갖는 펄스들을 포함할 수 있는 한편, EA 밸브(20)가 계속 열린 상태로 있게 하는 최종 펄스의 전압 진폭은 더 낮을 수 있다. 이런 식으로, EA 밸브(20)의 과열을 방지한다.
이제 도 6a를 참조하면, 압력 릴리프 밸브(10)는 연료 탱크 내 압력이 기정된 수준을 초과할 때처럼 제1 배관측(14a) 내의 높은 압력에 대응하여 열릴 수 있다. 이 시점에서, 탱크 내부의 압력에 의해 인가되는 힘은 OP 밸브(40)의 샤프트(42)를 편향시키는 샤프트 스프링(43)의 힘을 극복하며, 그 결과로 샤프트 헤드(44)의 밀봉 돌출부(47)가 과압 포트(18b)의 주연부 둘레로 획정된 홈(51)으로부터 체결 분리됨에 따라, 증기가 탱크로부터 과압 포트를 통해 캐니스터 쪽으로 흐를 수 있게 됨으로써 탱크 내부로부터 압력이 방출될 수 있다.
OP 밸브(40)의 작동은 탱크에 손상을 야기할 수 있는 탱크 과압을 방지하는 비상 밸브로서 구성될 수 있음을 이해한다. 따라서, 정상적인 조건 하에서 OP 밸브(40)는 계속 닫힌 상태로 있는다.
EA 밸브(20)의 경우, 이 위치에서 상기 밸브는 씰(34)을 주요 포트(18a) 상으로 가압하는 스프링(24)의 힘을 받아 계속 닫힌 상태로 있는다. 따라서, 완전히 닫힌 위치에와 같이, EA 밸브(20)에 전원을 인가하기 위해 외부 공급원으로부터의 에너지가 전혀 필요하지 않으며, OP 밸브(40)는 탱크 내 압력에 대응하여 독립적으로 단독적으로 작동할 수 있다.
이제 도 6b를 참조하면, 압력 릴리프 밸브(10)는 연료 탱크 내 압력이 기정된 수준 미만으로 떨어질 때, 예를 들면 탱크 내에 진공이 형성될 때와 같은, 제1 배관측(14a) 내 낮은 압력에 대응하여 열릴 수 있다. 이 시점에서 탱크 내부의 압력에 의해 인가되는 힘은 블리딩 밸브(41)의 피스톤(46)을 과압 포트(18b)로부터 반대측으로 편향시키는 피스톤 스프링(50)의 힘을 극복한다. 그 결과로, 피스톤 헤드(53)는 내부쪽으로 가압되어 샤프트 헤드(44)와 체결 분리됨에 따라, 그 안에 형성된 블리딩 구멍(55)을 통한 유체 흐름을 가능하게 한다. 씰(45)의 주연부는 과압 포트(18b)의 벽과 샤프트 헤드(44) 사이에 배치되기 때문에, 피스톤 헤드(53)가 샤프트 헤드(44)로부터 반대측으로 이동하면, 씰의 주연부는 제자리에 계속 머무는 한편, 씰의 중심부는 내부쪽으로 변형된다. 이 위치에서는 대응되는 블리딩 밸브(55a)의 블리딩 구멍(55)을 통한 유체 흐름이 수월해짐에 따라, 탱크 내부로부터 진공압이 방출될 수 있다.
본 개시된 발명 주제와 관련된 분야의 숙련자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 필요한 부분만 약간 수정하는 방식으로 수많은 변화, 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (36)

  1. 연료 탱크에 연결가능한 제1 배관(tubing) 및 연료 증기 처리 장치에 연결가능한 제2 배관을 구비한 압력 릴리프 밸브로서, 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치되며, 컨트롤러에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어, 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치된 주요 포트를 통한 펄스형 유체 흐름(pulsed fluid flow)을 허용하는 외부 구동식(이하, EV) 밸브를 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 EA 밸브는 제1 배관과 제2 배관을 획정하는 하우징을 포함하고, 상기 EA 밸브는 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이로 연장되는 주요 포트를 선택적으로 개폐시키도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펄스 구동은 컨트롤러에 의해 수행되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EA 밸브는 외부 에너지원에 의해 구동되도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 EA 밸브는 전기기계식 밸브인 압력 릴리프 밸브.
  6. 제5항에 있어서, 상기 EA 밸브는 솔레노이드이며, 이때 솔레노이드는 솔레노이드 몸체 안팎으로 선택적으로 연장되는 전기자, 및 상기 전기자에 장착되며 주요 포트와 밀봉 체결되도록 구성된 플런저를 구비하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  7. 제6항에 있어서, 상기 EA 밸브는 상기 제1 배관에 대해 수직 방향으로 배치됨에 따라, 상기 플런저는 탱크로부터의 압력에 의해 상기 주요 포트 쪽으로 가압되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  8. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는 에너지 저장 장치로부터의 전력을 공급받도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 EA 밸브의 펄스 구동을 허용하는 펄스 신호를 발생하도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  10. 제3항에 있어서, 상기 EA 밸브는 평상시에는 닫혀진 상태로 있다가, 상기 컨트롤러에 의한 구동에 대응할 시에만 열린 상태가 되도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  11. 제3항에 있어서, 상기 펄스형 유체 흐름은 갑작스런 고속 증기 흐름의 양력(揚力)을 방지함으로써 탱크에 결합되어 있던 연료 증기 밸브들의 코르킹 현상을 저지하도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  12. 제3항에 있어서, 상기 펄스 구동은, 파장과 진폭을 가진 펄스들로 구성되며 탱크로부터 측정된 압력 방출을 허용하는 신호를 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  13. 제12항에 있어서, 상기 펄스는 짧은 시간 동안 상기 주요 포트를 개방시키도록 구성됨에 따라, 기정된 양의 압력만이 각 펄스 동안 포트로부터 방출될 수 있는 것인 압력 릴리프 밸브.
  14. 제12항에 있어서, 상기 펄스는 상기 주요 포트를 200 밀리세컨드 이하 동안 개방시키도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  15. 제12항에 있어서, 상기 펄스는 각 개방 간에 적어도 200 밀리세컨드의 간격을 두고 적어도 2회 상기 주요 포트를 반복적으로 개방시키도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  16. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는 연료 탱크가 곧 열려지는 시점에서 필요에 따라 상기 EA 밸브를 구동시키도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  17. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는 연료 도어가 열리는 것에 대응하여 상기 EA 밸브를 구동시키도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  18. 제1항에 있어서, 과압 밸브(이하, OP 밸브)를 추가로 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  19. 제18항에 있어서, 상기 OP 밸브는 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이에 배치되는 과압 포트를 선택적으로 개폐시키도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  20. 제19항에 있어서, 상기 OP 밸브는 탱크 내 압력 수준이 기정된 압력 수준을 넘는 것에 대응하여 상기 과압 포트를 통한 유체 흐름을 허용하도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  21. 제19항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 OP 밸브는 상기 과압 포트의 주연부와 밀봉 체결되도록 구성된 샤프트 헤드를 구비한 편향 샤프트(biased shaft)를 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  22. 제21항에 있어서, 상기 OP 밸브는 탱크 내 압력이 기정된 수준 미만으로 떨어질 때 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이로의 유체 흐름이 허용되도록 구성된 블리딩 밸브를 추가로 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  23. 제22항에 있어서, 상기 블리딩 밸브는 상기 샤프트 헤드 내에 형성된 블리딩 구멍을 포함하며, 상기 블리딩 구멍 안에 슬라이드 가능하게 장착되어 상기 블리딩 구멍에 밀봉 체결되도록 구성된 편향 피스톤을 구비하는 것인 압력 릴리브 밸브.
  24. 제23항에 있어서, 상기 피스톤에는, 과압 포트와 밀봉 체결되도록 구성되고, 대응되는 블리딩 구멍을 가진 씰이 마련되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  25. 제24항에 있어서, 상기 샤프트는 샤프트 스프링에 의해 편향되고, 상기 피스톤은 피스톤 스프링에 의해 편향되게 서로에 대해 배치됨에 따라, 상기 블리딩 밸브가 OP 밸브와는 독립적으로 작동될 수 있는 것인 압력 릴리프 밸브.
  26. 제25항에 있어서, 상기 OP 밸브는, 기정된 문턱값을 초과하는 상기 제1 배관 내 압력으로 인해 상기 샤프트 스프링의 편향력이 극복될 수 있어, 상기 과압 포트를 통한 유체 흐름을 허용하고; 상기 제2 배관 내 압력이 기정된 문턱값을 초과할 때에는 상기 피스톤 스프링의 편향력이 극복될 수 있어, 상기 블리딩 밸브를 통한 유체 흐름을 허용하도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  27. 제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 OP 밸브는 상기 제1 배관과 동축방향으로 배치됨에 따라, 기정된 수준을 초과하는 상기 제1 배관으로부터의 압력으로 상기 OP 밸브가 쉽게 개방되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 OP 밸브는 상기 제1 배관과 유체 소통을 이루는 제1 유체 통로와, 상기 제2 배관과 유체 소통을 이루는 제2 유체 통로와, 이들 사이로 연장되는 유체 포트를 획정하는 하우징, 및 상기 하우징 내부측에 획정된 벽 부분 쪽으로 편향되어 상기 유체 포트를 밀봉하도록 구성된 피스톤을 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  29. 제28항에 있어서, 상기 OP 밸브는, 상기 피스톤 쪽으로 편향되어 상기 유체 포트를 밀봉하고, 탱크 내 압력이 기정된 수준 미만으로 떨어지면 상기 피스톤으로부터 반대측으로 후진(retract)하도록 구성된 뚜껑 부재를 추가로 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  30. 제29항에 있어서, 상기 뚜껑 부재는 상기 하우징 내부측의 제2 벽 부분과 체결되어, 상기 피스톤 쪽으로의 상기 뚜껑 부재 이동을 제한하도록 구성된 멈춤쇠 부재를 포함하는 것인 압력 릴리프 밸브.
  31. 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤은 기정된 압력 수준을 넘는 탱크 내 압력 수준에 대응하여 후진하도록 구성되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤은 주 스프링(major spring)에 의해 편향되고, 상기 뚜껑 부재는 부 스프링(minor spring)에 의해 편향될 수 있는데, 이때 상기 주 스프링은 상기 부 스프링에 의해 가해지는 힘보다 큰 힘을 가함으로써, 상기 피스톤을 후진시켜 상기 포트를 여는데 요구되는 압력 수준이 상기 뚜껑 부재를 후진시켜 상기 포트를 여는데 요구되는 압력 수준보다 높게 되는 것인 압력 릴리프 밸브.
  33. 연료 탱크에 연결가능한 제1 배관과, 연료 증기 처리 장치에 연결가능한 제2 배관과, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이에 배치되며 컨트롤러에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어 상기 연료 탱크와 상기 연료 증기 처리 장치 사이로의 펄스형 유체 흐름을 허용하는 외부 구동식 밸브가 구비된 압력 릴리프 밸브를 포함하는 연료 증기 시스템.
  34. 제1 저장조에 연결가능한 제1 배관과, 대기에 개방되는 제2 저장조에 연결가능한 제2 배관을 구비한 하우징; 및 상기 하우징 안에 배치되며, 컨트롤러에 의해 펄스에 맞추어 구동되도록 구성되어 제1 저장조와 제2 저장조 사이로의 펄스형 유체 흐름을 허용하는 외부 구동식 밸브를 포함하는 압력 릴리프 밸브.
  35. 연료 탱크로부터 연료 증기 처리 장치로 연료 증기를 소기(evacuate)시키는 방법에 있어서,
    입구 포트와 출구 포트를 구비한 외부 구동식 밸브를 제공하는 단계;
    외부 구동식 밸브의 입구 포트와 연료 탱크 사이에 제1 배관을 결합시키는 단계;
    외부 구동식 밸브의 출구 포트와 연료 증기 처리 장치 사이에 제2 배관을 결합시키는 단계; 및
    외부 구동식 밸브의 펄스 구동을 위해 구성된 펄스 신호를 발생하여 연료 탱크와 연료 증기 처리 장치 사이로의 펄스형 유체 흐름을 허용하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  36. 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이에서의 유체 흐름을 제어하기 위한 과압 밸브에 있어서, 압력 릴리프 밸브는:
    제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이로 연장되는 유체 포트가 내부에 획정되어 있고, 구비된 제1 편향 부재에 의해 벽 부분 쪽으로 가압되도록 구성된 피스톤;
    상기 유체 포트를 밀봉하도록 구성된 밀봉면 - 상기 밀봉면은 상기 밀봉 부재에 구비된 제2 편향 부재에 의해 상기 포트 쪽으로 가압됨 - 을 구비하고, 상기 피스톤 쪽으로의 상기 밀봉 부재의 이동을 제한하도록 구성된 멈춤쇠 부재를 더 구비한 뚜껑 부재
    를 포함하며;
    이때 제2 유체 통로에서의 압력이 기정된 문턱값을 초과하면, 상기 피스톤은 상기 제1 편향 부재의 힘을 받아 밀려지고, 상기 밀봉 부재는 멈춤쇠 부재가 그의 이동을 제한할 때까지 상기 피스톤의 포트 쪽으로 가압됨에 따라, 밀봉면은 포트와 결합 해제되어, 제2 유체 통로와 제1 유체 통로 사이로의 유체 흐름을 허용하고;
    제2 유체 통로에서의 압력이 기정된 문턱값 미만으로 떨어지면, 상기 밀봉 부재는 상기 제2 편향 부재의 힘을 받아 가압되는 한편, 상기 포트는 상기 벽 부분 쪽으로 가압됨에 따라, 상기 밀봉면은 포트와 결합 해제되어, 제1 유체 통로와 제2 유체 통로 사이로의 유체 흐름을 허용하는 것인 과압 밸브.
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