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KR102151471B1 - 충전장치 - Google Patents

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KR102151471B1
KR102151471B1 KR1020190006015A KR20190006015A KR102151471B1 KR 102151471 B1 KR102151471 B1 KR 102151471B1 KR 1020190006015 A KR1020190006015 A KR 1020190006015A KR 20190006015 A KR20190006015 A KR 20190006015A KR 102151471 B1 KR102151471 B1 KR 102151471B1
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KR
South Korea
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rod
charging
shaped member
hydrogen
receptacle
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마사히로 타케자와
Original Assignee
가부시끼가이샤 다쓰노
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Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 다쓰노 filed Critical 가부시끼가이샤 다쓰노
Publication of KR20190092273A publication Critical patent/KR20190092273A/ko
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Abstract

노즐의 접속핀이 반경방향으로 움직이는 것을 억제하고, 상기 접속핀의 외주면에 상처나 변형(함몰 등)이 생기는 것을 방지할 수 있는 동시에, 충전노즐을 컴팩트하게 할 수 있는 충전장치를 제공한다. 수소 연료 저장탱크와 상기 저장탱크로부터 연료충전계통을 통해 차량에 탑재되는 차량탑재용 수소충전탱크에 수소를 충전하는 충전노즐(10)을 구비한 충전장치(100)에 있어서, 충전노즐(10)은 막대형상부재(2：접속핀)와 본체부(1)를 구비하고 있으며, 본체부(1)(의 막대형상부재 반경방향 외주부)에는 씰부재(3：적층형의 씰재)가 배치되고, 막대형상부재(2)의 선단 측(리셉터클(20) 측)에는 씰부재 지지부재(4：클램프)가 설치되며, 씰부재 지지부재(4)와의 접동으로부터 막대형상부재(2)의 외주면을 보호하는 기구를 구비하는 것을 해결과제로 한다.

Description

충전장치{Charging Apparatus}
본 발명은 예를 들면 연료로 사용되는 수소 가스 등의 기체를 충전하기 위한 충전장치에 관한 것이다.
예를 들면 수소를 연료로 하여 주행하는 차량에서는, 도 6에서 나타내는 것처럼, 수소 저장탱크(50), 연료충전계통(디스펜서(60), 충전 호스(45) 등)을 구비하는 수소 충전소에서 충전 노즐(30)과 차량 측 충전구인 리셉터클(40)을 접속해서 수소 가스를 충전한다. 상기 충전은 차량(A)에 탑재된 수소탱크(41)의 최고 사용 압력에 따라 제어하면서 실행된다. 또한 도 6에서 부호 51은 수소 저장탱크(50)로부터 디스펜서(60)에 수소를 공급하는 배관계통을 나타낸다. 이와 같은 수소 충전장치로서는, 예를 들면 본 출원인이 제안하는 수소 충전장치(예를 들면, 특허문헌 1 참조)가 존재하며, 관련하는 수소 충전장치는 유효한 기술이다.
종래의 수소 충전장치에서는, 수소 충전장치의 노즐과 리셉터클(차량 측의 주입구)을 결합했을 때에, 노즐 측의 접속핀이 리셉터클에 의해 가압되어 밸브가 개방되고, 수소가 리셉터클 측으로 흐르도록 구성되어 있다. 그리고, 접속핀의 외주면으로부터 수소 가스가 누출되는 것을 방지하기 위해 적층형의 밀봉재(컵형상 씰, cup seal)를 마련하고 있다. 여기서, 노즐 측의 접속핀이 반경방향으로 움직이는 것(이른바「덜컹거림(rattle)」)을 억제하고, 노즐과 리셉터클을 적정하게 결합시키기 때문에, 종래의 수소 충전장치에서는 노즐 측의 본체부에 반경방향 안쪽으로 돌출된 안내부재를 마련해서 상기 안내부재의 내주면을 상기 접속핀이 미끄럼 이동(摺動)됨으로써 상기 접속핀이 반경방향으로 움직이는 것을 억제한다.
그러나, 상기 안내부재의 반경방향 내주면과 상기 접속핀이 접동하기 위해 밸브의 개폐를 반복함으로써 상기 접속핀의 접동 부분에 상처나 변형(함몰 등)이 생기게 된다. 그리고, 상기 상처나 변형을 일으킨 개소가 상기 적층형 씰의 반경방향 안쪽 영역에 위치하면, 상기 상처나 변형을 통해 수소가 노즐 밖으로 누출되는 문제가 존재한다. 또, 상기 안내부재를 설치함으로써 그 만큼 노즐의 접속핀 축방향 치수를 길게 하지 않으면 안되어, 충전노즐의 컴팩트화를 저해한다는 문제도 존재한다. 상술한 수소 충전장치(특허문헌 1 참조)에서는 관련하는 문제점의 해소에 대해서는 조금도 개시되지 않았다.
일본 특개2014-109350호 공보
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점에 감안하여 제안된 것으로, 노즐의 접속핀이 반경방향으로 움직이는 것을 억제하며, 상기 접속핀의 외주면에 상처나 변형(함몰 등)이 생기는 것을 방지할 수 있는 동시에, 충전노즐을 컴팩트하게 할 수 있는 충전장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 충전장치(100)는, 수소 연료를 저장하는 저장탱크와 상기 저장탱크로부터 연료충전계통을 개재하여 차량에 탑재되어 있는 차량탑재용 수소 충전탱크에 수소를 충전하는 충전노즐(10)을 구비한 충전장치(100)에 있어서, 충전노즐(10)은 막대형상부재(2：접속핀)와 본체부(1)를 구비하고 있고, 본체부(1)(의 막대형상부재 반경방향 외주부)에는 씰부재(3：적층형의 씰부재)가 배치되며, 막대형상부재(2)의 선단측(차량탑재용 수소 충전탱크에서의 리셉터클(20) 측)에는 씰부재 지지부재(4：누름기구)가 설치되고, 씰부재 지지부재(4)와의 접동으로부터 막대형상부재(2)의 외주면을 보호하는 기구를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 씰부재 지지부재(4)와의 접동으로부터 막대형상부재(2)의 외주면을 보호하는 상기 기구를, 씰부재 지지부재(4)의 반경방향 내측면에 막대형상부재(2)의 재료(예를 들면 스텐레스)보다 경도가 낮은 소재(예를 들면, 수지, Al, Cu 등)를 코팅하여 구성할 수 있다. 혹은, 막대형상부재(2)의 표면에 씰부재 지지부재(4)의 재료(예를 들면 스텐레스)보다 경도가 높은 소재(예를 들면, 유리, 탄소계 재료 등)를 코팅하여 상기 기구를 구성할 수 있다.
혹은, 씰부재 지지부재(4－1)를 막대형상부재(2)의 재료(예를 들면 스텐레스)보다 경도가 낮은 소재(예를 들면, 수지)로 구성하고, 씰부재 지지부재(4－1)의 선단 측(차량탑재용 수소 충전탱크에서의 리셉터클(20) 측)에 배치되고 또한 반경방향 안쪽으로 연장하고 있으나 막대형상부재(2)와는 접촉하지 않는 지지도구(17：제 1 지지도구)를(본체부(1)에 착탈이 자유롭게) 배치해서 상기 기구를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 씰부재 지지부재(4－1)의 상기 연료충전계통 측에 제 2 지지도구(18)를(본체부(1)에 착탈이 자유롭게) 배치하고, 상기 지지도구(17：제 1 지지도구)와 제 2 지지도구(18) 사이에 씰부재 지지부재(4－1)를 끼워 넣는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 막대형상부재(2：접속핀)의 상기 연료충전계통 측 단부에 밸브체(2A)가 설치되고, 그 밸브체(2A)를 폐쇄 측에 힘을 가하는 탄성재(5)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서는, 충전노즐(10)과 차량용 충전구(20)의 연결상태를 유지하는 클러치기구(12)를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상술의 구성을 구비하는 본 발명에 의하면, 본체부(1)에서의 막대형상부재(2)가 관통하고 있는 개소의 주변에 가하여, 씰부재 지지부재(4)의 내주면에 의해 막대형상부재(2)가 반경방향으로 움직이는 것(이른바「덜컹거림」)을 방지할 수 있다. 그리고, 씰부재 지지부재(4)와의 접동으로부터 막대형상부재(2)의 외주면을 보호하는 기구에 의해 충전노즐(10) 내 밸브의 개폐를 반복해도 막대형상부재(2)가 씰부재 지지부재(4)와 접동하는 개소에 상처나 변형(함몰 등)이 생기지 않아, 막대형상부재(2)가 씰부재 지지부재(4)와 접동하는 개소가 상기 적층형 씰(3)의 반경방향 내측 영역에 위치해도 막대형상부재(2)의 표면에는 상처나 변형은 존재하지 않으므로, 가스(예를 들면 수소)가 노즐(10) 밖으로 누출되는 일은 없다.
그에 더하여, 본 발명은 씰부재 지지부재(4)가 막대형상부재(2)의 반경방향으로 움직이는 것(이른바「덜컹거림」)을 방지하는 기능을 가지고 있으므로, 노즐(10) 측의 본체부(1)에 반경방향 안쪽으로 돌출한 안내부재를 별도로 마련할 필요가 없고, 상기 안내부재와 상기 적층형 씰부재 사이에 밸브 개폐를 위한 이동대를 설치할 필요도 없어진다. 그 결과 본 발명에 의하면, 충전노즐(10)의 막대형상부재(2)의 축선 방향 치수를 작게 하여 전체를 컴팩트하게 하는 것이 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 충전노즐과 차량 측 충전구를 분리한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시형태에서의 충전노즐과 차량 측 충전구를 연결한 상태에서 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1, 도 2의 씰부재 지지부재와, 상기 씰부재 지지부재를 충전노즐의 본체부에 조이는 공구를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에서의 부분 F4의 확대도이다.
도 5는 실시형태의 변형예를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 6은 종래기술에 관한 수소 충전장치의 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1에서 충전노즐(10)은 도시하지 않은 수소 연료 저장탱크로부터 연료충전계통(디스펜서(60), 충전호스(45) 등, 도 6 참조)을 통해 차량탑재용 수소 충전탱크(41)에 수소를 충전한다. 충전노즐(10)은 관 이음매 본체(1)(이하,「본체부」라 한다)를 구비하고 있고, 본체부(1)의 수소 공급원 측(도 1에서 우측) 단부의 중앙부(도 1에서는 상하방향 중앙부)에는 수소 도입구(1B)가 설치되어 있다. 그리고, 본체부(1)의 리셉터클 측(차량용 충전구 측, 도 1에서 좌측) 단부에는 개구(1C)가 설치되어 있다. 개구(1C)는 리셉터클(20)을 삽입하기 위한 구멍이다. 그리고 도 2에 나타내는 것처럼 충전노즐(10)과 리셉터클(20)을 결합할 때(예를 들면 수소 충전 시), 리셉터클(20)은 도 1에서 나타내는 리셉터클 삽입공간(1D) 내로 삽입되어 위치하고 있다.
도 1에서, 본체부(1)의 상하방향 중앙부에는 수소 도입구(1B)로부터 리셉터클 삽입공간(1D)에 연장하는 본체 내 유로(1A)가 형성되어 있고, 본체 내 유로(1A)에는 막대형상부재(2)(접속 핀)가 수용되어 있다. 막대형상부재(2)의 수소 공급원 측(도 1에서 우측：수소 공급원은 도 1에서는 도시하지 않음)의 단부에는 밸브체(2A)가 설치되어 있으며, 밸브체(2A)는 본체 내 유로(1A)의 밸브체 수용부(1E)에 수용되어 있다. 밸브체 수용부(1E) 내에 있어서, 밸브체(2A)의 수소 공급원 측(도 1의 우측)에는 탄성재인 스프링(5)이 배치되어 있다. 밸브체(2A)와, 밸브체 수용부(1E)의 단부(도 1에서는 좌단부)의 단턱부에 의해 구성된 벨브 시트(1M)와 스프링(5)이 밸브기구를 구성하고 있다.
막대형상부재(2)는 본체 내 유로(1A) 안을, 도 1에서는 좌우방향으로 미끄러짐 이동이 자유롭고, 도 1에서 나타내는 리셉터클(20)과 연결되어 있지 않은 상태에서는 밸브체(2A)는 스프링(5)의 탄성 반발력에 의해 리셉터클 측(도 1에서는 좌측)으로 힘이 가해지고, 밸브체 수용부(1E)의 단부(도 1에서는 좌단부)의 단턱부에 의해 구성된 밸브 시트(1M)에 밸브체(2A)가 착좌(밀착)하여 밸브기구(밸브체(2A) 등)는 폐쇄되어 있다. 막대형상부재(2)는 중공형상이고, 중공 부분이 막대 내 유로(2B)를 구성하고 있다. 그리고, 막대형상부재(2)는 대경부(2C), 세경부(2D), 밸브체(2A), 지름치수 변화부(2F)를 가지고 있고, 지름치수 변화부(2F)에는 개구(2E)가 형성되어 있으며, 대경부(2C)와 세경부(2D)는 지름치수 변화부(2F)에 의해 연결0되어 있다. 수소 가스 충전 시(도 2 참조)에는 디스펜서(도 1, 도 2에서는 도시하지 않음：도 6 참조)로부터 밸브체(2A) 등으로 구성되는 밸브기구를 경유해서 본체 내 유로(1A) 내에 수소 가스가 유입한다. 본체 내 유로(1A) 내에 유입한 수소 가스는 막대형상부재(2)의 개구(2E)를 통해 막대 내 유로(2B)를 통과한다.
막대형상부재(2)의 대경부(2C)에는 단턱부(2G)가 형성되어 충전노즐(10)과 리셉터클(20)이 연결된 때에 단턱부(2G)는 본체부(1)의 단턱부(1F)에 밀착하여 계합한다. 막대형상부재(2)의 세경부(2D)에는 너트부재(2H)가 고정되어 너트부재(2H)가 본체부(1)의 볼록부(1G)(혹은, 막대 내 유로(2B)에 연속하는 소경의 유로(2N)의 단부)와 계합함으로써 수소 충전 시에 막대형상부재(2)가 리셉터클 측(도 1에서 좌측)으로 빠져나오는 것을 방지하고 있다. 본체부(1)에 있어서, 막대형상부재(2)의 대경부(2C)가 접동하는 부분, 너트부재(2H)의 외주면과 대향하는 부분, 후술하는 씰부재 지지부재(4)의 내주면은 막대형상부재(2)의 대응하는 부분과 협동해서 막대형상부재(2)가 반경방향으로 움직이는 것(이른바「덜컹거림」이 생기는 것)을 억제하고 있다.
도 1에서, 본체부(1)에는 막대형상부재(2)의 대경부(2C)의 반경방향 외주부와 대향하는 영역에, 씰부재(3)(적층형 씰재：이른바「컵씰」)이 배치되어 있다. 컵씰(3)은 본체부(1)의 리셉터클(20) 측(도 1에서 좌측) 단부면(1H) 근방에 배치되고, 컵씰(3)의 내경치수는 막대형상부재(2)의 대경부(2C)(단턱부(2G)측 보다는 리셉터클 측(도 1에서 좌측)의 직경)의 외경치수와 대략 동등하게 설정되어 대경부(2C)가 컵씰(3) 내를 미끄럼 이동 가능하게 설정되어 있다.
컵씰(3)의 단부면(1H) 측(도 1에서는 좌측)에 인접하여 씰부재 지지부재(4)가 설치되어 있다. 씰부재 지지부재(4)는 본체부(1)의 내주에 고정되고 있으며, 부호 4A는 씰부재 지지부재(4)에 형성된 수나사를 나타낸다. 또한, 씰부재 지지부재(4)를 본체부(1)의 내주에 고정하는 수단으로서 나사 이외의 공지 수단을 채용하는 것이 가능하다. 씰부재 지지부재(4)는 막대형상부재(2)가 반경방향으로 움직이는 것(이른바「덜컹거림」이 생기는 것)을 억제하는 동시에 컵씰(3)이 막대형상부재(2)의 선단 측(도 1에서는 좌측：리셉터클(20) 측)으로 이동하지 않도록 컵씰(3)을 지지하는 기능을 가지고 있다.
도 2에 있어서, 노즐(10)과 리셉터클(20)을 연결한 상태에서는 막대형상부재 (2)의 선단 측(리셉터클 측：도 1, 도 2에서는 좌측)의 계합부(2I)(도 1)가 리셉터클(20)의 선단 측(노즐 측：도 1, 도 2에서는 우측)의 계합부(20C)(도 1)에 접촉하고, 막대형상부재(2)는 도 1에서 나타내는 상태에서 도 1, 도 2의 우측방향(리셉터클(20)로부터 격리하는 방향)으로 이동한다. 여기서 부호 21은 O 링을 나타낸다. O 링(21)은 본체부(1)(노즐(10))와 리셉터클(20)이 연결했을 때에, 막대 내 유로(2B)로부터 리셉터클 내 유로(20B)에 흐르는 수소 가스가 양측의 접속 경계면(2I,2C)사이를 통해 누출하는 것을 방지하는 씰부재이다. 막대형상부재(2)는 도 1에서 나타내는 상태로부터 도 1, 도 2의 우측방향으로 이동했을 때에, 막대형상부재(2)는 막대형상부재(2)의 대경부(2C)의 단턱부(2G)(도 1)가 본체부(1)의 단턱부(1F)(도 1)에 접촉하는 위치까지 이동한다.
막대형상부재(2)가 도 1에서 나타내는 상태로부터 도 1, 도 2의 우측방향으로 이동함에 따라, 막대형상부재(2) 선단의 밸브체(2A)는 스프링(5)의 탄성 반발력에 저항하여 스프링(5)을 압축하면서 밸브 시트(1M)로부터 격리하여 밸브기구를 개방한다. 그리고 밸브 개방한 밸브기구를 통해서 도 1, 도 2에서는 도시하지 않는 수소 공급원으로부터 공급된 고압의 수소 가스가 수소 도입구(1B)로부터 본체 내 유로(1A)에 유입한다. 본체 내 유로(1A)에 유입한 수소 가스는 막대형상부재(2)의 개구(2E), 막대 내 유로(2B)를 경유하여 리셉터클 내 유로(20B)를 통과하고, 도 2에서는 도시하지 않은 차량탑재용 수소 충전탱크(41)(도 6) 내에 공급된다.
도 2에 있어서, 수소 가스가 본체 내 유로(1A), 막대 내 유로(2B)를 통과할 때에, 막대형상부재(2)의 개구(2E)로부터 막대 내 유로(2B)를 흐르지 않고, 막대형상부재(2)의 대경부(2C) 외주면과 본체 내 유로(1A) 내주면과의 사이의 틈새(δ)를 통해 흘러서 본체부(1) 밖에는 누출될 우려가 있다. 이와 같은 수소 가스의 누출을 방지하기 위해, 컵씰(3)을 배치하고, 틈새(δ)를 흐르는 수소 가스를 차단하여 밀봉한다. 여기서, 막대부재(2)가 본체부(1) 내를 반복하여 슬라이드 이동함으로써 막대형상부재(2)가 미끄럼 접촉하는 개소(R)(도 2)가 마모되어 상처나 변형(함몰 등)이 생길 수 있게 된다. 그와 같은 마모가 생겨서 막대형상부재(2)의 상기 상처나 변형 개소가 컵씰(3)의 반경방향 내측 영역(내주부)에 위치하게 되면, 컵씰(3)의 밀봉 기능이 발휘되지 않아, 수소 가스가 컵씰(3)과 막대형상부재(2)의 영역에서의 상처나 변형 개소를 통과하여 본체부(1)(노즐(10)) 밖으로 누출되어 버릴 우려가 있다.
막대형상부재(2)의 마모에 의한 상술한 사태에 대처하기 위해, 도시한 실시형태에서는 막대형상부재(2)와 씰부재 지지부재(4)와의 미끄럼 접촉으로부터 막대형상부재 (2)의 외주면을 보호하는 기구를 가지고 있다. 즉, 씰부재 지지부재(4)의 반경방향 내측면에 막대형상부재(2)의 재료(예를 들면 스테인리스)보다 경도가 낮은 소재(예를 들면 수지, Al, Cu 등)를 코팅하여 상기 막대형상부재(2)의 외주면을 보호하는 기구를 구성하고 있다. 혹은, 막대형상부재(2)의 적어도 개소(R) 표면에 씰부재 지지부재(4)의 재료(예를 들면 스테인리스)보다 경도가 높은 소재(예를 들면 유리, 탄소계 재료 등)를 코팅하여 상기 기구를 구성해도 좋다. 또한, 막대부재(2) 전체를 씰부재 지지부재(4)의 재료보다 경도가 높은 소재로 구성해도 좋다. 그와 같은 구성을 가지고 있는 도시의 실시형태에서는, 막대형상부재(2)의 접동을 반복해도 막대형상부재(2)(의 외주면)의 개소(R)가 마모하는 것이 방지되어 상처나 변형(함몰 등)이 생기지 않고, 충전노즐(10)과 리셉터클(20)의 연결상태에 있어서 막대형상부재(2)가 씰부재 지지부재(4)와 접동하는 개소(R)가 컵씰(3)의 반경방향 내측의 영역에 위치해도(막대형상부재(2)의 표면에는 상처나 변형은 존재하지 않으므로), 수소 가스가 컵씰(3)과 막대형상부재(2)의 사이에서 본체부(1)(노즐(10)) 밖으로 누출되는 일이 없다.
수소 충전 시에, 컵씰(3)이 고압의 수소 가스에 의해 힘이 가해져서 리셉터클(20) 측에 이동하는 것을 방지하기 위해 씰부재 지지부재(4)는 나사 등의 공지의 수법으로 본체부(1)의 내주에 강고하게 고정된다. 도 3(A)에서 씰부재 지지부재(4)의 일례를 나타낸다. 도 3(A)에 있어서 씰부재 지지부재(4)의 외주면에 수나사(4A)가 형성되어 있으며, 수나사(4A)는 본체부(1) 내주의 암나사(도시하지 않음)에 나사결합한다. 또, 도 3(A)에 있어서 씰부재 지지부재(4)의 좌측 단면(씰부재 지지부재(4)를 본체부(1)에 장착했을 때에 컵씰(3)로부터 이격되어 있는 측의 단면)에는 슬릿(4B)이 형성되어 있다. 씰부재 지지부재(4)를 본체부(1)의 내주에 고정할 때에는 도 3(B)로 나타내는 것과 같은 전용 공구(T)를 사용하여 공구(T)의 계합부(TA)를 씰부재 지지부재(4)의 슬릿(4B)에 계합시켜서 회전함으로써, 씰부재 지지부재(4)의 수나사(4A)를 본체부(1) 내주의 도시하지 않은 암나사에 충분히 조여지고, 씰부재 지지부재(4)를 본체부(1)에 강고하게 고정한다.
도시의 실시형태에서는 충전노즐(10)과 리셉터클(20)의 연결상태를 유지하는 클러치 기구(12)를 갖추고 있다. 도 1에 있어서, 본체 내 유로(1A)의 반경방향 바깥쪽이며, 리셉터클(20) 측(도 1에서 좌측)에는 중공 실린더 형상의 클러치(13)가 설치되어 있다. 클러치(13)의 수소 공급원 측(도 1에서 우측)의 단부에 형성된 걸림부(13A)는 본체부(1)에 형성된 클러치 결합홈(1J)에 결합하여 고정되어 있다. 한편, 클러치(13)의 리셉터클 측 단부(도 1에서 좌측)에는 돌기(13B)가 설치되며, 충전노즐(10)과 리셉터클(20)의 연결 시(수소 공급 시)에는 도 2에서 나타내는 것처럼 돌기(13B)가 리셉터클(20)의 결합홈(20A)에 삽입한다.
클러치(13)의 반경방향 바깥쪽에는 레버(14)가 설치되어 있다. 레버(14)에는 레버용 손잡이부(14A)가 일체적으로 형성되고, 도시하지 않은 작업자가 레버용 손잡이부(14A)를 파지하여 레버(14)를 화살표(H) 방향으로 이동하고, 클러치(13)의 돌기(13B)가 리셉터클(20)의 결합홈(20A)에서 빠지는 것을 방지하는 위치와, 클러치(13)의 돌기(13B)가 리셉터클(20)의 결합홈(20A)에서 빠지는 것을 허용하는 위치로 이동하는 것이 가능하다. 도 1, 도 2에 있어서, 본체부(1)에는 레버(14)가 화살표(H)방향으로 이동하는 것을 허용하는 레버용 개구부(1K)와, 레버이동통로(1L)가 형성되어 있다.
도 2에서 나타내는 상태에서는 레버(14)의 리셉터클 측 단부(도 2에서는 좌단부)를 클러치(13)의 돌기(13B)의 반경방향 바깥쪽 위치로 유지하고, 클러치(13)가 리셉터클(20)의 결합홈(20A)에서 빠지지 않도록 하고 있다. 클러치 기구(12)는 레버(14)의 리셉터클 측(도 2에서는 좌측)의 단부에 설치되고 또한 반경방향 내측에 돌출된 돌기(14B)(레버의 돌기)와, 레버의 돌기(14B)보다 리셉터클(20)로부터 이격된 측(도 2에서는 우측)에 배치한 링형상 탄성부재(15)(예를 들면 O 링)를 가지고 있다. 링형상 탄성부재(15)는 레버(14)의 리셉터클 측 단부 근방에 형성된 탄성체용 홈(14C)에 결합하고 있다.
수소 충전 시에는 도 2에서 나타내는 것처럼, 충전노즐(10)과 리셉터클(20)이 연결된 상태가 되어 수소 가스가 본체부 내 유로(1A)에 유입하여, 막대 내 유로(2B), 리셉터클 내 유로(20B)를 통과한다. 그 때 수소 가스는 매우 고압(예를 들면 70MPa)으로, 그 압력에 의해 본체부(1)를 리셉터클(20)로부터 떼어내려고 하는 인장력(F1)(도 2)이 작용한다. 인장력(F1)(도 2)이 작용하는 결과, 클러치(13)의 돌기(13B)에서의 리셉터클(20)로부터 이격하는 측(도 2에서 우측)의 경사면(13BA)과, 리셉터클 결합홈(20A)에서의 리셉터클(20)로부터 이격하는 측(도 2에서 우측)의 경사면(20AA)의 작용에 의해 인장력(F1)의 분력으로서 반경방향 바깥쪽으로 향하는 힘(RO)이 클러치(13)에 작용하고, 클러치(13)는 반경방향 바깥쪽으로 이동한다.
도 2에서의 F4 부분을 확대한 도 4에 있어서, 반경방향 바깥쪽으로 향하는 힘(RO)에 의해 클러치(13)가 반경방향 바깥쪽으로 이동하면, 탄성체(15)가 반경방향으로 찌그러진 상태가 된다. 그 결과, 영역 FT에서 클러치(13)의 돌기(13B) 단면(13BB)과, 레버(14)의 돌기(14B) 단면(14BA)이 접촉하여, 도 4에서 나타내는 상태로부터 레버(14)를 리셉터클(20)에 대해 도 2, 도 4에서 좌우방향에 대해 우측으로 이동할 수 없기 때문에, 레버(14)를 리셉터클(20)로부터 이격하는 방향(도 2, 도 4에서는 우측방향)으로 이동할 수 없다. 그 때문에, 레버(14)는 클러치(13)의 돌기(13B) 반경방향 바깥쪽에 계속 위치하여 클러치(13)의 돌기(13B)가 리셉터클 (20)의 결합홈(20A)에서 빠지는 일이 없어, 본체부(1)와 리셉터클(20)의 연결이 해제되는 것이 방지된다. 탄성체(15)의 탄성계수, 클러치 측으로의 돌출량, 레버(14)의 돌기(14B)에 있어서의 클러치 측으로의 돌출량, 돌기(13B) 경사면(13BA)의 경사각도(도 2, 도 4), 리셉터클 결합홈(20A), 경사면(20AA)(도 2, 도 4)의 경사각도 등을 적절히 설계함으로써 상술의 작용효과를 보인다. 또한, 도 1, 도 2에서 부호 16은 충전노즐(10)과 리셉터클(20)이 연결된 때에, 클러치 기구(12)의 리셉터클(20) 측 선단의 반경방향 바깥쪽에 레버(14)를 위치시키는 레버 위치 이동기구를 나타내고 있다.
도 2, 도 4에 있어서, 수소 가스의 충전이 완료되고 소정의 압력배출 작업이 완료되면, 수소 가스의 고압에 기인하는 인장력(F1)(도 2)이 소실한다. 그에 따라, 클러치(13)에 작용하는 반경방향 바깥쪽으로 향하는 힘(RO)도 소실하여 클러치(13)는 반경방향 안쪽의 위치(수소 가스 충전 전의 위치)로 복귀한다. 그 때문에, 레버(14)의 선단 근방에 설치된 링형상 탄성부재(15)는 도 4에서 나타내는 찌그러진 상태로부터 원형 단면 상태로 복귀하고, 단면(13BB)과 단면(14BA)은 서로 접촉 또는 간섭하지 않으며, 레버(14)는 도 4에서 나타내는 상태와는 달리, 리셉터클(20)로부터 이격하는 방향(도 2, 도 4에서는 우측방향)으로 이동 가능하게 된다. 그리고, 레버(14)를 리셉터클(20)로부터 이격하는 방향(도 2, 도 4에서는 우측방향)으로 이동하면, 레버(14)는 클러치(13)의 돌기(13B) 반경방향 바깥쪽에는 위치하지 않으므로, 클러치(13)의 돌기(13B)가 리셉터클(20)의 결합홈(20A)으로부터 빠지는 것이 가능하게 되어 본체부(1)(충전노즐(10))와 리셉터클(20)의 연결을 해제할 수 있다.
도 1~도 4에 나타내는 실시형태에 관한 충전장치(100)에 의하면, 씰부재 지지부재(4)의 내주면에 의해, 막대형상부재(2)가 반경방향으로 움직이는 것이 억제되어 막대형상부재(2)의 「덜컹거림」을 억제할 수 있다. 또, 씰부재 지지부재(4)와의 접동(미끄럼 이동 접촉)으로부터 막대형상부재(2)의 외주면을 보호하는 구조로서, 예를 들면 씰부재 지지부재(4)의 내측면에 막대형상부재(2)의 재료보다 경도가 낮은 소재를 코팅하는 구조 혹은 막대형상부재(2)의 표면에 씰부재 지지부재(4)의 재료보다 경도가 높은 소재를 코팅하는 구조, 또한, 막대부재(2) 자체를 씰부재 지지부재(4)의 재료보다 경도가 높은 소재로 하는 구조를 가지고 있다. 그 때문에, 충전노즐(10) 내의 밸브기구(밸브체(2A) 등)의 개폐를 반복해도 막대형상부재(2)의 외주면에, 특히, 도 2에서 나타내는 것처럼 충전노즐(10)과 리셉터클(20)의 연결상태에서 컵씰(3)의 반경방향 안쪽에 위치하는 개소(R)에 상처나 변형(함몰 등)이 생기지 않는다. 그 결과, 충전노즐(10)과 리셉터클(20)이 연결하여(도 2), 막대형상부재(2)가 컵씰(3)의 반경방향 안쪽에 위치해도 막대형상부재(2)의 표면에는 상처나 변형은 존재하지 않으므로, 수소 가스가 본체부(1)(노즐(10)) 밖으로 누출되는 일이 없다.
또, 씰부재 지지부재(4)를 본체부(1)의 내주에 나사로 고정할 때는, 전용 공구(T)를 씰부재 지지부재(4)의 슬릿(4B)에 계합시켜서 조이기 때문에, 씰부재 지지부재(4)가 본체부(1)에 강고하게 고정된다. 그 때문에, 씰부재 지지부재(4)가 본체부(1)에서 빠지지 않게 되고, 씰부재 지지부재(4)에 의해, 컵씰(3)이 고압의 수소 가스에 의해 힘이 가해져서 리셉터클(20) 측 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
도시의 실시형태에서는 씰부재 지지부재(4)가 막대형상부재(2)의 반경방향으로 움직이는 것(이른바「덜컹거림」)을 방지하는 기능을 가지고 있으므로, 본체부(1)의 리셉터클(20) 측에, 반경방향 안쪽으로 돌출한 안내부재를 별도로 마련할 필요가 없고, 상기 안내부재(별도로 마련한 안내부재)와 컵씰(3)의 사이에 밸브 개폐를 위한 이동대를 마련할 필요도 없다. 그리고 상기 이동대를 마련할 필요가 없는만큼, 충전노즐(10)의 막대형상부재(2) 축선방향 치수를 작게 하여 전체를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
이에 추가하여, 도시의 실시형태에서는 충전노즐(10)과 리셉터클(20)(차량 측 충전구)을 연결함으로써, 막대형상부재(2)의 밸브체(2A)가 밸브 시트(1M)로부터 이격하고, 밸브기구를 개방하여 수소 도입구(1B)로부터 리셉터클(20) 측(차량용 충전구 측)으로의 유로가 열려 수소 가스가 충전 가능하게 되기 때문에 안전하다. 그리고 도시의 실시형태에 의하면, 충전노즐(10)과 리셉터클(20)(차량용 충전구)을 연결상태를 유지하는 클러치 기구(12)를 갖추고 있고, 충전노즐(10)과 리셉터클(20)을 연결해 수소를 충전하면, 수소 충전 압력이 작용하고 있는 동안은 충전노즐(10)을 리셉터클(20)로부터 빼낼 수 없다. 이러한 클러치 기구(12)는 기계식 기구로, 수소 가스 등의 유체를 사용하여 작동시키는 것은 아니기 때문에, 상기 작동을 위한 유체 회로나 작동 유체의 씰 구조(O 링 등)를 별도로 마련할 필요가 없다. 그 때문에, 작동 가스(수소 가스 등)가 누출될 우려도 없어 확실하다.
다음에 도 5를 참조하여 도시의 실시형태에서의 변형예를 설명한다. 도 5에 나타내는 변형예에서는 씰부재 지지부재(4－1) 전체를 막대형상부재(2)의 재료(예를 들면 스테인리스)보다 경도가 낮은 소재(예를 들면, 수지)로 구성하고 있다. 씰부재 지지부재(4－1)의 선단 측(리셉터클(20) 측, 도 5에서 좌측)에는 제 1 지지도구(17)가 배치된다. 제 1 지지도구(17)는 본체부(1)의 내주에 나사로 나사결합되어 있다. 도 5에서, 부호 17A는 제 1 지지도구(17)에 형성된 수나사를 나타내고 있다. 제 1 지지도구(17)의 내주면은 막대형상부재(2)(의 외주면)과 이격하고 있으며, 부호ε는 제 1 지지도구(17)의 내주면과 막대형상부재(2)의 외주면에서의 틈(의 치수)를 나타내고 있다. 그 때문에, 제 1 지지도구(17)는 축방향으로 이동하는 막대형상부재 (2)와는 접촉하지 않는다. 씰부재 지지부재(4－1)의 컵씰(3) 측(수소 공급원 측, 도 5에서 우측)에는 제 2 지지도구(18)가 배치되어 있다. 제 2 지지도구(18)도 제 1 지지도구(17)와 마찬가지로 본체부(1)의 내주에 나사결합하고 있으며, 도 5에서의 부호 18A는 제 2 지지도구(18)에 형성된 수나사를 나타내고 있다. 그리고, 제 2 지지도구(18)의 내주면도, 막대형상부재(2)와 이격하고 있으며, 제 2 지지도구(18)의 내주면과 막대형상부재(2)의 외주면에서의 틈(의 치수)도 부호ε로 나타내고 있다. 그 때문에, 제 2 지지도구(18)도 축방향으로 이동하는 막대형상부재(2)와는 접촉하지 않는다.
씰부재 지지부재(4－1)는 도 1~도 4의 실시형태와 마찬가지로 내경치수는 막대형상부재(2)의 대경부(2C) 외경에 대략 동일하고, 막대형상부재(2)를 선단 측(리셉터클(20) 측)으로 지지하여 이른바「덜컹거림」을 방지하는 기능을 가지고 있다. 씰부재 지지부재(4－1)는 막대형상부재(2)의 재료(예를 들면 스테인리스)보다 경도가 낮은 소재(예를 들면, 수지)로 구성되어 있으므로, 도 1~도 4의 실시형태와 마찬가지로 막대형상부재(2)(의 외주면)가 씰부재 지지부재(4－1)와 접동하는 개소에 상처나 변형(함몰 등)이 생기지 않고, 수소 충전 시에 막대형상부재(2)의 표면과 컵씰(3) 내면의 사이에서 수소 가스가 본체부(1)(노즐(10)) 밖으로 누출되지 않는다.
그리고, 씰부재 지지부재(4－1)를 끼워 넣어 제 1 지지도구(17), 제 2 지지도구(18)가 배치되어 있으므로, 수소 충전시에 있어서 막대형상부재(2)의 축선방향(도 5의 좌우방향)으로 가압(押壓)되는 것이 방지된다. 그 때문에, 씰부재 지지부재(4－1)가 반경방향 안쪽으로 팽창해서 막대형상부재(2)의 축방향 이동을 방해하는 것도 방지된다. 또, 제 2 지지도구(18)를 본체부(1)의 내주에 나사결합하고, 씰부재 지지부재(4－1)를 삽입하여 씰부재 지지부재(4－1)를 끼워 넣도록 제 1 지지도구(17)를 본체부(1)에 나사결합함으로써 용이하게 조립할 수 있다는 작용 효과도 발휘한다. 도 5의 변형예에서의 그 외의 구성, 작용 효과는 도 1~도 4의 실시형태와 동일하다.
도시의 실시형태는 어디까지나 예시이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 취지의 기술은 아님을 부기한다. 예를 들면, 도시의 실시형태에서는 수소 충전장치로 설명하고 있으나 본 발명을 CNG 충전장치로서 적용하는 것도 가능하다.
1...본체부
2...막대형상부재(접속핀)
2A...밸브체
3...커플링(씰부재)
4, 4－1...씰부재 지지부재(노루발)
5...스프링(탄성재)
10...충전노즐
12...클러치 기구
17...제 1 지지도구
18...제 2 지지도구
20...리셉터클
100...충전장치

Claims (4)

  1. 수소 연료를 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 연료충전계통을 통해 차량에 탑재되어 있는 차량탑재용 수소 충전탱크에 수소를 충전하는 충전노즐을 구비한 충전장치에 있어서,
    충전노즐은 막대형상부재와 본체부를 구비하고 있고,
    본체부에는 씰부재가 배치되며,
    막대형상부재의 선단 측에는 씰부재 지지부재가 설치되고, 씰부재 지지부재와의 미끄럼 접촉으로부터 막대형상부재의 외주면을 보호하는 기구를 가지며,
    상기 씰부재 지지부재는 본체부의 내주에 나사결합되어 상기 막대형상부재의 미끄럼 이동을 안내하며, 또한 상기 씰부재 지지부재를 본체부의 내주에 나사 고정 시 강고하게 고정하기 위하여 상기 씰부재로부터 이격되어 있는 측의 단면에는 전용 공구의 계합부를 결합시켜 회전시킬 수 있도록 하는 복수개의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    씰부재 지지부재와의 미끄럼 접촉으로부터 막대형상부재의 외주면을 보호하는 상기 기구를, 씰부재 지지부재의 반경방향 내측면에 막대형상부재의 재료보다 경도가 낮은 소재를 코팅하여 구성하는 것을 특징으로 하는 충전장치.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    막대형상부재의 상기 연료충전계통 측 단부에 밸브체가 설치되며, 밸브체를 폐쇄 측으로 힘을 가하는 탄성재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 충전장치.
  4. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전노즐과 차량용 충전구가 연결상태를 유지하는 클러치 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 충전장치.
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