JP2004515841A - 圧力調整器 - Google Patents
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Abstract
Description
【技術分野】
本発明は、高圧流体を導く少なくとも2つの縦方向高圧通路を備えた本体を有する圧力調整器に関する。
【0002】
【背景技術】
代替燃料車、即ち、ガソリンまたはディーゼル燃料以外の燃料だけを使用するかまたはかかる燃料を部分的に使用する自動車が急速に普及している。かかる代替燃料車の多くは、代替燃料を高圧且つ通常は気体の状態で貯蔵するタンクから燃料を受ける燃料噴射器を用いている。燃料噴射器へ送られる燃料圧を圧力調整器により制御することが知られているが、この調整器は、タンク圧力が変化しそして/または燃料流量が変化しても出口圧を一定に維持しようとする。
【0003】
公知の圧力調整器の本体は通常、燃料を入口から圧力調整室へ導くための比較的短く、真直ぐな高圧流体回路を備えている。しかしながら、かかる流体回路の本体と燃料との間における熱伝達の機会はそれ程多くない。その結果、かかる調整器において水和物の形成を防止するように燃料を十分に加熱するのは容易ではない。
【0004】
【発明の概要】
本発明は、圧力調整器とその中を流れる流体との間の熱伝達を有意に増加させる改良型圧力調整器を提供することにより従来技術の問題点を解消するものである。その結果、本発明の圧力調整器は比較的高流量の用途に用いることができる。
【0005】
本発明の一実施例によると、流体源から供給される流体の出口圧を調整する圧力調整器は、入口を有する本体と、本体内の圧力調整室とを有する。高圧流体回路は、入口と圧力調整室の間を延びて流体を入口から圧力調整室へ導く。高圧流体回路は、入口から離れる方向へ圧力調整室を越えて縦方向に延びる高圧通路を有する。
【0006】
かかる構成によると、高圧流体回路により流体が入口と圧力調整室との間で流れ方向を変化させるため、流体の乱流が増加する。その結果、本体と流体との間の熱伝達が従来型調整器と比べて改善される。高圧流体回路はまた、本体と流体との間の接触を改善することにより本体と流体との間の熱伝達を増加させる。さらに、高圧流体回路は、縦方向に延びる高圧通路と圧力調整室との間に位置する縦方向に延びる別の高圧通路を備えることがある。
【0007】
圧力調整器はまた、圧力調整室に近く流体の出口圧を調整するように協働する第1及び第2のピストンを備えている。これらのピストンは、本体の中心軸から偏位した共通の軸を有するため、高圧流体回路に十分な空間が提供される。
【0008】
本発明の別の実施例によると、流体源から供給される流体の出口圧を調整する圧力調整器は、入口を有する本体と、本体内の圧力調整室とを有する。高圧流体回路は、入口と圧力調整室との間を延びて流体を入口から圧力調整室へ導く。高圧流体回路は、互いに流体連通関係にあり縦方向に延びる少なくとも2つの高圧通路を有し、一方の縦方向高圧通路は流体を第1の方向へ導き、別の縦方向高圧通路は流体を第1の方向とは異なる第2の方向へ導く。
【0009】
かかる構成によると、圧力調整器を流れる乱流が増加する。さらに、本体と流体との間の接触が従来型の調整器と比べて有意に改善される。換言すれば、本体表面/流体体積の比率が有意に改善される。
【0010】
好ましくは、第1の方向は第2の方向とは軸方向において反対方向である。さらに、高圧流体回路は、本体と流体との間の熱伝達をさらに増加させる縦方向に延びる少なくとも5つの高圧通路を備えるようにしてもよい。
【0011】
本体がまた、加熱用流体を圧力調整器に通すための加熱用流体回路を備えるのが好ましい。加熱用流体は、加熱用流体の流れが方向を変化させる少なくとも5つの部分を含む構成である。従って、加熱用流体回路は圧力調整器を介する乱流を増加させる。さらに詳述すると、加熱用流体回路は、加熱用流体入口、加熱用流体出口、縦方向に延びる少なくとも2つの加熱用流体通路、及び縦方向に延びる加熱用流体通路と流体連通関係にある横方向に延びる少なくとも5つの加熱用流体通路とをさらに備えている。加熱用流体通路は、加熱用流体入口と加熱用流体出口との間に位置し、加熱用流体を加熱用流体入口と加熱用流体出口との間で導くように構成されている。
【0012】
さらに、本発明によると、タンクに含まれる流体の出口圧を調整する圧力調整器は、タンクと流体連通関係になるよう構成された入口を有する本体と、本体内に位置する圧力調整室と、入口と圧力調整室との間を延びて流体を入口から圧力調整室へ導く高圧流体回路とを有する。高圧流体回路は、互いに流体連通関係にある縦方向に延びる少なくとも2つの高圧通路を有し、一方の縦方向に延びる高圧通路は流体を第1の方向へ導き、別の縦方向に延びる通路は流体を第1の方向とは異なる第2の方向へ導く。圧力調整器はさらに、圧力調整室に近い端部を有し、タンク内の圧力に曝されるとタンク内の圧力に応答して移動可能な第1のピストンを備えている。圧力調整器はさらに、圧力調整室に近い端部を有し、出口圧に応答して第1のピストンの端部の方へ、そして該端部から離れる方向へ移動可能な第2のピストンを備えている。第1及び第2のピストンの端部同士は、タンクから流体が流れ出ることができるように第1の距離だけ離れており、出口圧がしきい値に到達すると第1の距離と比べて近くなってタンクから流体が流れ出るのを阻止する。
【0013】
第1のピストンはさらに、縦方向に延びる高圧通路のうちの1つの少なくとも一部を画定する第1の軸方向孔部を有するのが好ましい。本体はさらに出口を有し、第2のピストンは出口と流体連通関係にある第2の軸孔を有し、このため流体が出口から流出する前に第2の軸孔を流れる。圧力調整器はまた、出口及びピストンが共通の軸を有するように構成するのが好ましい。
【0014】
圧力調整器はさらに、本体が第1の軸を有し、ピストンが第1の軸から偏位した共通の第2の軸を有するように構成可能である。かかる構成によると、縦方向に延びる高圧通路に十分な空間が提供される。
【0015】
圧力調整器はまた、第1のピストンを第2のピストンから離れる方向に付勢する第1のばねと、第2のピストンを第1のピストンから離れる方向に付勢する第2のばねと、一方のピストンと協働してその一方のピストンをもう一方のピストンに関し、いずれのばねのばね負荷にも影響を与えずに移動させ、出口圧を調整する調整機構とをさらに備えることができる。その結果、出口圧を、いずれのばねに予負荷を与えることなく有効に調整することができる。
【0016】
【発明を実施するための最適な態様】
図1は、シリンダーまたはタンク12に含まれる流体の出口圧を調整するための本発明による圧力調整器10を示す。タンク12が車両に装備された好ましい実施例において、流体は、例えば、加圧天然ガス、液化天然ガス、プロパン、水素または他の燃料である。他の用途における流体には、例えば、炭酸ガス、酸素または他の商用ガスもしくは加圧された液体がある。
【0017】
圧力調整器10は、タンク12の首部16に螺着されたブロックとも呼ぶ本体14を有する。本体14と首部16とは共通の中心軸18を有するのが好ましい。本体14の入口20は、タンク12内のソレノイド22に接続されている。さらに、本体14の出口24は、例えば自動車のエンジンへ圧力調整済み流体を供給するための低圧ライン(図示せず)に接続される。
【0018】
圧力調整器10はさらに、高圧流体を入口20から低圧室または圧力調整室28へ導くための高圧流体回路26を有する。高圧流体回路26は、縦方向に延びる第1及び第2の通路30、31のような複数の縦方向通路を有する。第1の縦方向通路30は、本体14内に形成され、入口20から圧力調整室28を越える所まで縦方向に延びる。高圧流体回路26はさらに、第1の縦方向通路30と第2の縦方向通路31との間に位置する別の通路(図示せず)を備えている。
【0019】
圧力調整器10はまた、流体圧力を減少させるための圧力調整室28へ延びる圧力調整機構32を備えている。この圧力調整機構32は、第1のまたは補整ピストン34と、第2のまたは主ピストン36とを有する。これらのピストン34、36は、高圧流体回路26に十分な空間が得られるように中心軸18から偏位した共通の中心軸38を有するのが好ましい。
【0020】
補整ピストン34は、本体14の孔部40内に位置し、ヘッド42、遠隔端部44及び第2の縦方向通路31の少なくとも一部を画定する第1の軸孔46を有する。補整ばね48も孔部40内にあって、補整ピストン34と係合する。補整ばね48は、圧縮されると、ヘッド42の下側を押圧して、補整ピストン34を第1の軸方向に付勢する。
【0021】
主ピストン36は、孔部50内にあって、ヘッド52、遠隔端部54、延長部56及び第2の軸孔58を有する。主ばね60は孔部50内にあり、主ピストン36と係合可能である。主ばね60は、圧縮されると、ヘッド52の下側を押圧して、主ピストン36を第1の軸方向とは反対の第2の軸方向に付勢する。
【0022】
図2を参照して圧力調整器10の動作を説明する。ソレノイド22が作動されると、タンク12からの流体は開口62を介してソレノイド22に流入する。流体はその後、入口20を介して圧力調整器10に流入し、第1の縦方向通路30を流れる。流体はその後、別の通路(図示せず)を通過して補整ピストン34のヘッド42へ流れる。補整ピストン34のヘッド42にタンク12の圧力がかかると、この圧力がヘッド42の実効断面領域に作用するため、補整ピストン34は補整ばね48の作用に抗して移動し、補整ばね48を圧縮する。次いで、この流体は、第1の軸孔46を通ってタワー64内に画定された圧力調整室28に流入する。この流体は、圧力調整室28から通常は主ピストン36の遠隔端部54に近い1またはそれ以上の開口66を通過し、さらに第2の軸孔58を流れて延長部56の端部68に当たる。これは、主ばね60により発生される開放力を増加させる動的な力に寄与する。さらに、延長部56は流体の流れをその前の軸方向の流れに関して90度よりも大きい角度で円錐表面70にわたって分岐させる。円錐表面70上の流れは、流体を主ピストンのヘッド52から離れる方向に吸引するため、主ピストンのヘッド52にかかる静圧が低下し、主ピストン36を閉じようとする力がわずかに減少する。
【0023】
ばね48、60を選択する際には、これらの力を考慮する。各ばね48、60はコイルばねのような任意適当なタイプのばねでよいが、各ばね48、60は複数の皿形座金より成るのが好ましい。さらに、ばね48、60は好ましくは比率関係(即ち、ばね定数が比例関係)にあり、通常の流量及び通常のタンク動作圧で出口24に一定の出口圧が得られるように選択される。天然ガス車両では、目標となる出口圧は、タンク圧が約125乃至4500psigで、通常は1平方インチ当たり約100ポンド、ゲージ(psig)である。出口圧から円錐表面上の流れにより生じる損失を差し引いた圧力が、主ピストン36のヘッド52に作用して、このピストンを主ばね60の作用に抗して移動させる。出口圧が所望の値を超えると、主ピストン36は補整ピストン34の方へ駆動されるため、主ピストンの遠隔端部54またはその端部に近い所に固着された弁座72が補整ピストン34の遠隔端部44と係合し、タンクからの流体の流出を阻止する。弁座72は真鍮またはアルミニウムのような任意適当な材料で形成できるが、デュポン社のVESPELのような比較的硬質の熱可塑性材料で形成するのが好ましい。
【0024】
例えば、燃料噴射器がエンジンへ送る燃料を多量に要求する場合のように、出口圧がしきい値以下に低下すると、主ピストン36が補整ピストン34から離れる方向に偏移し、ピストンの端部同士が離れて、タンクからの燃料の流出が再開される。好ましい実施例における主ピストン36の最大ストロークは、タンク圧力3600psiで約0.001インチ、500psiで0.008インチである。しかしながら、主ピストン36は、流体の種類、最大流量、出口圧及び孔径のようなファクターに基づき任意適当なストロークにすることができる。
【0025】
高圧流体回路26により流体の流れ方向が圧力調整室28に流入する前に変化するため、高圧流体回路は流体の乱流を増加させることになる。その結果、本体14と流体との間の熱伝達が、従来型調整器と比較し改善される。さらに、高圧流体回路28の長さが本体14の長さの約2.5倍であるため、本体14と流体との間の接触時間及び接触長さが増加し、それにより本体14と流体との間の熱伝達が改善する。
【0026】
タワー64は、主ばね60の作用により、常態でブロック14の表面74と係合する。タワーの溝内のOリング76は、圧力調整室28を封止する。圧力調整器28の圧力が所定のレベルを超えると、タワー64が表面74から離れ、余分の圧力がOリング76を介してポート78から大気中に通気される。
【0027】
図3乃至5は、シリンダーまたはタンク112に含まれる流体の出口圧を調整するための本発明による圧力調整器の一例110を示す。タンク112が車両に装備された好ましい実施例において、流体は、例えば、加圧天然ガス、液化天然ガス、プロパン、水素または他の燃料である。他の用途における流体には、例えば、炭酸ガス、酸素または他の商用ガスもしくは加圧された液体がある。
【0028】
圧力調整器110は、タンク112の首部116に螺着された本体114を有する。本体114と首部116とは、共通の中心軸118を有するのが好ましい。本体114の入口120はソレノイド122に接続され、このソレノイドはタンク112内にある。さらに、本体114は、例えば、車両のエンジンへ圧力調整済み流体を供給する低圧ライン126に接続された出口124を有する。本体114は、1またはそれ以上の別のタンク(図示せず)もしくは共通のマニホルド130及び取付け具131等により他の流体源に接続される別の入口128を備えてもよい。
【0029】
図4乃至9を参照して、圧力調整器110はさらに、高圧流体を入口120及び128の一方または両方から本体114内でタンク112の外側の低圧室または圧力調整室134へ導くための高圧流体回路132を有する。高圧流体回路132は、第1、第2及び第3の縦方向通路136、138、140のような縦方向に延びる複数の通路を有する。第3の縦方向通路140は、高圧キャビティー141及び孔部142を有する。高圧流体回路132はさらに、第1の縦方向通路136と第2の縦方向通路138との間の第1の横方向通路143のような横方向に延びる複数の通路と、第2の縦方向通路138と第3の縦方向通路140との間の第2の横方向通路144とを有する。かかる構成によると、本体114と流体との間の熱伝達を、後で詳しく述べるように最大にすることができる。
【0030】
高圧流体回路132は、任意適当な方法で形成できるが、本体114の穿孔により形成するのが好ましい。ソレノイド122を圧力調整器110の一部と考えてもよいが、高圧流体回路132はさらに、別の縦方向通路またはソレノイド通路145と、ソレノイド通路145と第1の縦方向通路136との間の別の横方向通路または入口横方向通路146とを有する。これらの通路145、146は、本体114と流体との間の熱伝達を改善する。
【0031】
図6乃至9は、高圧流体回路132の1つの可能な構成を示すことに注意されたい。しかしながら、高圧流体回路132は、好ましくは互いに流体連通関係にある縦方向に延びる少なくとも2つの高圧通路を含むのであれば任意適当な構成にすることができる。さらに、前に詳述したように、1つの縦方向通路が流体を第1の方向に運び、別の縦方向通路が流体を第1の方向とは異なる、好ましくは反対の、第2の方向に導くようにするのが好ましい。
【0032】
本願に用いる用語「縦方向通路」は、縦方向に延びるだけでなく横方向にも延びる通路を意味することに注意されたい。例えば、本発明による圧力調整器の縦方向通路は、調整器の端部間をある角度で延びることがある。
【0033】
図6に示すように、圧力調整器110はまた、流体圧力を減少させるために、圧力調整室134内に延びる圧力調整機構147を有する。圧力調整機構147は、任意適当な構成が可能であり、単一のピストンのような任意適当なコンポーネントを備えることができが、好ましい実施例の圧力調整機構147は、第1のまたは補整ピストン148と、第2のまたは主ピストン150とを有する。これらのピストン148、150は、高圧流体回路132に十分なスペースを与えるように中心軸128から偏位した共通の中心軸151を有するのが好ましい。
【0034】
補整ピストン148は、孔部142内にあって、圧力調整室134と高圧キャビティー141との間を延びる。補整ピストン148は、第1の端部152及び第2の端部153を有する。補整ピストン148はさらに、円周方向に分布した複数の開口154と、第3の縦方向通路140の少なくとも一部を画定または形成する軸孔156とを有する。
【0035】
補整ピストン148の第1の端部152は、本体114に螺着された端部キャップまたは調整具160の中心孔158内に延びる。中空のブッシング162は、補整ピストン148と調整具160との間にあって、調整具160に螺着されている。ナット164は第1の端部152に螺着され、シム168とブッシング162との間に補整ばね166を保持する。補整ばね166は、圧縮されると、シム168を押圧し、補整ピストン148を主ピストン150から離れる第1の軸方向に付勢する。
【0036】
補整ピストン148の第2の端部153は、圧力の減少が生じる圧力調整点として作用する環状面170を有する。この環状面170は、0.003乃至0.015インチの範囲内の半径方向に狭い幅を有するのが好ましいが、これは必要条件でない。
【0037】
主ピストン150は、本体114の主ピストンキャビティー172内にあって、第1の開放端部174及び第2の開放端部176を有する。主ピストン150はさらに、円周方向に分布する複数の開口178、軸孔180及び出口124と流体連通関係にあり半径方向に延びる1またはそれ以上の開口182を有する。主ピストン150は、キャビティー172内を軸方向に移動して所望の出口圧を維持する。環状のフランジ部分またはランド184、186は、キャビティー172の内面と係合して、軸方向案内手段として働く。ランド184と186との間のクリアランス全体は、主ピストン150の傾斜を制限するために0.0005インチのような比較的小さなものであるのが好ましい。例えば、主ピストンの直径が1.3995インチであれば、通常の最大傾斜は0.04インチ以下であろう。さらに、ランド184には摩擦を減少させるための面取り部188を設けるとよい。
【0038】
別のフランジ部分またはランド190は、ランド184と協働して、好ましくはOリングであるシール194を受ける環状チャンネルまたはグランド192を画定する。しかしながら、このランド190はキャビティー172の内面と接触しないようにランド184、186より小さい直径にする。かかる構成によると、主ピストン150とキャビティー172との間の摩擦が最小限に抑えられると共に主ピストン150とキャビティー172との間の嵌合公差が増加する。
【0039】
グランド192とシール194とは、従来型封止手段に比べて性能が有意に改善された封止手段を提供する。フランジ184及び190はグランド192とシール194との間に軸方向のクリアランスがないように構成されている。さらに、各フランジ184及び190の半径方向高さは、シール194が本体114及びグランド192の基部196と接触するのを許容するが半径方向には本質的に圧縮しないようにするのが好ましい。かかる構成によると、シール194は、主ピストン150が方向反転する時にグランド192の一方の側から他方の側へ移動しない。従って、首部194の周りの流体の通過が有意に減少するかまたはなくなる。さらに、首部194のローリングが阻止されるため、摩擦及び磨耗が減少する。
【0040】
主ばね194は、主ピストン150により画定される環状室199内に位置している。主ばね198は、圧縮されると、主ピストン150を、補整ピストン148が付勢される方向とは異なる、好ましくはそれとは正反対の第2の軸方向に付勢する。
【0041】
さらに、シールまたは弁座200は、主ピストン150の第2の端部176に固着されている。この弁座200は、好ましくは、補整ピストン148の面170と係合する球状表面201を備えている。かかる構成によると、出口圧をほとんど増加させずに高いシール圧を得ることが可能になる。弁座200は真鍮またはアルミニウムのような任意適当な材料で形成できるが、デュポン社のVESPELのような比較的硬質の熱可塑性材料で形成するのが好ましい。
【0042】
図6乃至9を参照して圧力調整器110の動作を説明する。ソレノイド122が作動されると、タンク112からの流体がソレノイド122の1またはそれ以上の開口202を介してソレノイド通路145に流入する。流体はその後、入口120を介して圧力調整器110へ流入し、入口横方向通路146を通って第1の縦方向通路136に入る。次いで、第1の横方向通路143に流入し、該通路143に設けた粒状物フィルター204に入る。フィルター204は、ひだのあるワイヤークロスまたは焼結ステンレススチールのような任意適当な構成のものでよい。第1の横方向通路143の反対端部には、第1の縦方向通路136からフィルター204への流体の流れを阻止または停止させるための手動停止弁205を設けるのが好ましい。
【0043】
流体は、フィルター204を通過した後、第2の縦方向通路138に、そしてその後第2の縦方向通路144へ流入する。次に、高圧キャビティー141に流入し、開口154を通って補整ピストン148の孔部156へ流入する。従って、タンク112から圧力調整器110に流入する流体は、補整ピストン148の面170に到達する前に流れ方向を5回変化させる(流体が開口202を通ってソレノイド140に流入する時の流れ方向の変化を含まない)。これらの流れ方向の変化は、流体の乱流を増加させ、本体114と流体のとの間の熱伝達を改善する。さらに、高圧流体回路132の長さが本体114の長さの約2.5乃至3倍であるため、本体114と流体との間の接触時間及び接触長さが最大になり、それにより本体114と流体との間の熱伝達が最大になる。
【0044】
上述したように、流体は、1またはそれ以上の別のタンク(図示せず)から圧力調整器110へ供給されることがある。かかる流体は、入口128から圧力調整器110へ流入する。この流体はフィルター204を通って第2の縦方向通路138に流入し、そこでタンク112からの流体と同じ流路をたどる。従って、1またはそれ以上の別のタンクからの流体は、補整ピストン148の面170に到達する前に流れ方向を3回変化させる。さらに、かかる流体が通過する高圧流体回路132の部分の長さは本体の約1.5乃至2倍である。
【0045】
圧力調整器110の種々のコンポーネントのクリアランスは、高圧キャビティー141におけると同様に、調整具160の中央孔158に同じ流体圧が存在するように設計される。例えば、流体が補整ピストン148とブッシング162との間の環状空間を通って中央孔158に流入するようにするのが好ましい。従って、タンク112からの入口圧がナット164及び補整ピストン148の第1の端部152に作用するため、補整ピストン148が補整ばね166の作用に抗して主ピストン150の方へ押圧される。代替的にまたは補充的に、補整ピストン148の孔部156を、流体が中央孔158に流入できるように第1の端部152内に延びるようにしてもよい。さらに別の変形例として、ナット164をなくして、補整ピストン148の第1の端部158に拡大ヘッドを設けてもよい。
【0046】
好ましい実施例における補整ピストン148の最大ストロークは、約0.075乃至0.150インチの範囲内にある。しかしながら、補整ピストン148は、流体の種類、最大流量、入口圧、出口圧及び孔径のようなファクターに基づき任意適当なストロークにしてもよい。さらに、補整ピストン148のストロークを、圧力調整器110が任意の入口圧に対して一定の出口圧を提供するように主ピストン150のストロークと相関させるのが好ましい。
【0047】
流体は補整ピストン148の孔部156から弁座200の周りを経て圧力調整室134に流入し、そこで、所望の出口圧となる。流体は、圧力調整室134から開口178を経て主ピストン150の孔部180へ流入する。次に、開口182を経て環状キャビティー206に流入し、出口126から出る。
【0048】
出口124を圧力調整器の底部から延びるものとして示すが、この出口124を圧力調整器124の任意適当な表面から延びるようにしてもよい。例えば、出口124を圧力調整器110の端部表面から延びるようにすることも可能である。さらに、出口124を図6に示すように軸151と整列させてもよい。
【0049】
各ばね166、198は、コイルばねのような任意適当な種類のばねでよいが、好ましい実施例では複数の皿座金により構成する。さらに、ばね166、198を比率関係(即ち、ばね定数が比例関係)にするのが好ましく、通常の流量及び通常の動作タンク圧で一定の出口圧が出口124で得られるように選択する。天然ガス車両では、目標となる出口圧は、約125−4500psigのタンク圧で通常は約100psigである。出口圧はランド184及びシール194に作用するため、主ばね198及び適当なポート(図示せず)を介して大気圧と連通関係にあるチェンバー207の大気圧の作用に抗して主ピストン125を移動させる。出口圧が所望の値を超えると、主ピストン150は補整ピストン158の方へ駆動され、弁座200が補整ピストン148の面170と係合してタンク112からの流体の流出を阻止する。例えば、燃料噴射器がエンジンへ送る燃料を多量に要求する時のように出口圧がしきい値以下に減少すると、主ピストン150は補整ピストン148から離れる方向に付勢され、弁座200が面170から離れて、タンク112からの流体の流出が再開される。
【0050】
好ましい実施例における主ピストン150のストロークは、タンク圧4500psigで約0.009インチ、タンク圧500psigで約0.008インチである。しかしながら、主ピストン136は、流体の種類、最大流量、出口圧、孔径のようなファクターに基づき任意適当なストロークにすることができる。
【0051】
出口圧は、圧力調整点である面170の位置の移動により調整することができる。これは、補整ピストン148を軸方向に移動させる調整具160の回転により行う。調整具160を第1の方向に回転させると、補整ピストン148は主ピストン150から離れる方向に移動し、出口圧を増加させる。調整具を第1の方向とは反対の第2の方向に回転させると、補整ピストン148が主ピストン150の方へ移動し、出口圧を減少させる。所望の出口圧に一旦セットすると、ジャムナット208及びジャム座金210が本体114に堅く締着されるまでジャムナットを回転させて調整具160の位置をロックできる。補整ばね166及び主ばね198の何れにも任意の予負荷を与えるのは好ましくない。補整ばね166及び主ばね198の負荷は、それぞれ入口圧及び出口圧によってのみ発生させるようにするのが好ましい。
【0052】
図4、5及び10−13を参照して、圧力調整器110はまた、流体がこの圧力調整器を通過して出口124から出る時に圧力調整器が適正に機能できるように十分に加熱するための加熱装置212を備えるのが好ましい。例えば、圧力調整器110は、流体中に同伴する水及びメタンから形成されるスポンジのような氷状物質である水和物の形成を阻止するように加熱する必要があろう。加熱装置212は、車両エンジンの冷却剤のような加熱流体を受ける加熱流体入口に接続された入口取付け具214、加熱流体を圧力調整器110を通して導く加熱流体回路216、及び加熱流体出口219に接続された出口取付け具218を有する。加熱流体回路216は、第1、第2、第3、第4及び第5の横方向通路220、224、226、228のような横方向に延びる複数の通路と、第1及び第2の縦方向通路230、232のような縦方向に延びる複数の通路とを有する。通路222、224、226、230、232の開放端部は、ボール状のプラグ234でシールするのが好ましい。
【0053】
加熱流体は、入口取付け具214を介して圧力調整器110に流入する。この加熱流体はその後、第1の横方向通路220を上方に流れた後、90度方向を変えて第1の縦方向通路230に流入する。次いで、加熱流体は90度方向を変えて第2の横方向通路222を下方に流れる。その後、90度方向を変えて第3の横方向通路224を流れる。次に、90度方向を変えて第4の横方向通路224を垂直方向に流れる。再び90度方向を変えて第2の縦方向通路232を流れ、第5の横方向通路228と交差する。次に、90度方向を変え、第5の横方向通路228を垂直方向に流れた後、出口取付け具218から流れ出る。従って、加熱流体回路216は、流れ方向を変化させる6つの部分を有する。流れ方向がこのように変化して乱流が増加するため、加熱流体と圧力調整器110の本体114との間の熱伝達が改善される。さらに、加熱流体と本体114との間の接触時間及び接触長さを改善するためには、加熱流体回路216の長さは8乃至12インチの範囲内にあるのが好ましい。
【0054】
図10に示すように、入口取付け具214は乱流をさらに増加させるように第1の横方向通路220から軸方向に偏位するのが好ましい。入口取付け具214及び第1の横方向通路220はまた、加熱流体が圧力調整室234の近くで圧力調整器110に流入するように圧力調整室134の近くに位置するのが好ましい。
【0055】
図10にさらに示すように、加熱装置212は加熱流体の温度を感知するサーモスタット235を有する。サーモスタット235は、出口取付け具218の近くに取り付けるかまたは出口取付け具218と兼用にするのが好ましい。さらに、サーモスタット235は、加熱流体の温度が例えば約170°Fのしきい値温度かそれより低い場合に加熱流体が加熱流体回路216を流れることができるようにする。温度が170°Fより高くなると、サーモスタット235は加熱流体の流れを停止させて、通常の動作条件下で本体14の温度が約170°Fにまたはそれ以下に維持されるようにする。従って、サーモスタット235は流れ調整器として働く。
【0056】
サーモスタット235に代わるものとして、またはそれを補充するものとして、加熱装置212に、本体114及び/または圧力調整器110を流れる流体の温度を調整するように加熱流体の流れを制御するための図14に示すような流れ制御装置236を設けることができる。流れ制御装置236は、加熱流体回路216のソレノイド240のような流れ調整器に接続された、バイメタルスナップ動作電気スイッチのような電気スイッチ238を有する。例えば、このソレノイド240は第4の横方向通路226に配置される。
【0057】
スイッチ238は、ねじ241のような手段で本体114に固着され、感知素子242と、ソレノイド240に電気的に接続された端子243とを有する。感知素子242は、圧力調整器110を流れる流体温度を感知するために使用するのが好ましい。例えば、感知素子242は、圧力調整室234におけるまたはその下流の流体温度を感知するために使用することができる。流体は本体114より高温にならないため、代替的にまたは補充的に、感知素子242を用いて本体114の温度を感知する。本体114及び/または流体の温度が150°Fのような第1のしきい値温度以下に低下すると、スイッチ238は閉じてソレノイド240を作動する。ソレノイド240が作動されると、加熱流体は加熱流体回路216を流れることができる。本体114及び/または流体の温度が175°Fのような第2のしきい値温度より上昇すると、スイッチ238は開いてソレノイド240の作動を停止する。ソレノイド240の作動が停止すると、加熱流体は加熱流体回路216を流れることができなくなる。
【0058】
図15は、タンク312に含まれる流体の出口圧を調整するための本発明による圧力調整器の第3の実施例310を示す。圧力調整器110のように、この圧力調整器310は、タンク312の首部316に螺着された本体314を有する。本体314及び首部316は共通の中心軸318を有するのが好ましい。本体314は、タンク312と流体連通関係にある第1の入口320と、1またはそれ以上の別のタンク(図示せず)または他の流体源と共通のマニホルド324及び取付け具230などの手段により接続される第2の入口322とを有する。さらに、本体314は、圧力調整器310の一部と考えることができるソレノイド320に接続されたポート328と、例えば車両エンジンへ圧力調整済み流体を送る低圧ライン(図示せず)に接続された出口330とを有する。出口330は圧力調整器310の底部から延びるのが好ましい。出口330を端部表面331のような本体314の任意適当な表面から延びるようにしてもよい。
【0059】
圧力調整器310はさらに、入口320及び322の一方または両方から低圧室または圧力調整室334へ高圧流体を導くために本体314に形成された高圧流体回路332を有する。図15は概略図であって平面に沿う断面図でないことに注意されたい。従って、流体回路332は全体が同一表面で示されるが、流体回路332は同一表面にないのが好ましい。
【0060】
流体回路332は、第1、第2、第3、第4及び第5の縦方向通路36、338、340、342、344のような縦方向に延びる複数の通路を有する。第5の縦方向通路344は、圧力調整器110の高圧キャビティー141及び孔部142と同じような高圧キャビティー345及び孔部346を有する。流体回路332はさらに、第1と第2の縦方向通路332、338間の第1の横方向通路348、及びソレノイド329により画定され第2と第3の縦方向通路338、340間にある第2の横方向通路350のような横方向に延びる複数の通路を有する。第3の横方向通路352は、第3と第4の縦方向通路340、342の間を延び、4分の1回転停止弁のような弁356を受容するキャビティー354を有する。流体回路332はさらに、第4と第5の縦方向通路342、344間を延びる第4の横方向通路358を有する。
【0061】
流体回路332のかかる構成により、タンク312から圧力調整器330を流れる流体は、圧力調整室334に到達する前に7回流れ方向を変化させる。同様に、第2の入口322から調整器310へ流入する流体は、圧力調整室334に到達する前に6回流れ方向を変化させる。流れ方向のこれらの変化により、流体の乱流が増加して本体314と流体との間の熱伝達が改善される。さらに、流体回路332の長さは本体314の長さの約5倍であるため、圧力調整器310は圧力調整器110と比べて大きな本体表面/流体体積比を提供する。
【0062】
有利なことに、ソレノイド329及び弁356は、タンク312からの流体だけでなく、第2の入口322に接続された他の任意のタンクまたは流体源からの流体の流れを制御する。例えば、ソレノイド329または弁356により、タンク312からだけでなく他の任意のタンクまたは流体源からの流体の流れを停止することができる。その結果、他のタンクまたは流体源をソレノイド及び/または停止弁なしに設けることができる。
【0063】
圧力調整器310はさらに、圧力調整器110に関して上述した他の特徴を備え、同様な態様で機能する。例えば、圧力調整器310は、圧力調整室334と流体連通関係にある圧力調整機構(図示せず)を有し、圧力調整機構は圧力調整器110の圧力調整機構147と同じであるのが好ましい。側面から見ると、圧力調整器310の圧力調整機構の軸も軸318から偏位しているため、流体回路332に有意な空間が提供される。
【0064】
本発明の実施例を図示説明したが、これらは本発明の可能な形態を全て説明したものではない。例えば、図示の実施例はタンクに直接取付けるようになっているが、本発明の圧力調整器はタンクの下流に取付けることも可能である。本願明細書に使用する用語は限定目的でなく説明のための用語であり、本発明の技術分野に通暁するものは、頭書の特許請求の範囲により画定される本発明の他の種々の実施例を想到するであろうことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、未加圧のタンクと協働する本発明による圧力調整器の側部断面図である。
【図2】
図2は、圧力調整器及び加圧されたタンクを示す側部断面図である。
【図3】
図3は、タンクに取付けられた圧力調整器の第2の実施例を示す上面図である。
【図4】
図4は、圧力調整器の第2の実施例を示す側面図である。
【図5】
図5は、圧力調整器の第2の実施例を示す端面図である。
【図6】
図6は、図5の線6−6に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図7】
図7は、図4の線7−7に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図8】
図8は、図5の線8−8に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図9】
図9は、図4の線9−9に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図10】
図10は、図4の線10−10に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図11】
図11は、図5の線11−11に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図12】
図12は、図4の線12−12に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図13】
図13は、図5の線13−13に沿う、圧力調整器の第2の実施例の断面図である。
【図14】
図14は、圧力調整器の第2の実施例を示す底面図である。
【図15】
図15は、圧力調整器の第3の実施例を示す概略的な頂部断面図である。
Claims (26)
- 流体源から供給される流体の出口圧を調整する調整器であって、
入口を有する本体と、
本体内の圧力調整室と、
入口と圧力調整室の間を延びて流体を入口から圧力調整室へ導く高圧流体回路とより成り、
高圧流体回路は、入口から離れる方向へ圧力調整室を越えて縦方向に延びる高圧通路を有する調整器。 - 高圧回路は、縦方向に延びる高圧通路と圧力調整室との間に位置する別の縦方向に延びる高圧通路を有する請求項1の調整器。
- 第1の孔部と圧力調整室に近い端部とを有し、調整器に供給される流体の圧力に応答して移動可能な第1のピストンと、
第2の孔部と圧力調整室に近い端部とを有し、出口圧に応答して第1のピストンの端部の方へ、またその端部から離れる方向へ移動可能な第2のピストンとをさらに備え、
第1及び第2のピストンの端部同士は、流体源からの流体が第1の孔部を流れた後第2の孔部を流れるように第1の距離だけ離れており、第1及び第2のピストンの端部同士は、出口圧がしきい値に到達すると流体源からの流体の流れを阻止するように第1の距離に比べて近くに位置し、
本体は第1の軸を有し、第1及び第2のピストンは第1の軸から偏位した共通の第2の軸を有する請求項1の調整器。 - 第1のピストンの第1の孔部は、前記別の縦方向に延びる高圧通路の少なくとも一部を画定する請求項3の調整器。
- 本体内に位置し圧力調整室を画定するタワーをさらに備え、該タワーは本体の表面と係合し、圧力調整室の圧力が所定のレベルを超えるとその表面から離れる請求項1の調整器。
- 流体源から供給される流体の出口圧を調整する調整器であって、
入口を有する本体と、
本体内の圧力調整室と、
入口と圧力調整室との間を延びて流体を入口から圧力調整室へ導くための高圧流体回路とより成り、
高圧流体回路は、互いに流体連通関係にあり縦方向に延びる少なくとも2つの高圧通路を有し、一方の縦方向高圧通路は流体を第1の方向へ送り、別の縦方向高圧通路は流体を第1の方向とは異なる第2の方向へ送る調整器。 - 第1の方向は、第2の方向とは軸方向で反対の方向である請求項6の調整器。
- 一方の縦方向高圧通路は、入口から離れる方向へ圧力調整室を越えて縦方向に延びる請求項6の調整器。
- 高圧流体回路は、互いに流体連通関係にあり、入口と圧力調整室の間に位置して流体を入口から圧力調整室へ導く少なくとも3つの縦方向高圧通路より成る請求項6の調整器。
- 高圧流体回路は、互いに流体連通関係にあり、入口と圧力調整室の間に位置して流体を入口から圧力調整室へ導く少なくとも4つの縦方向高圧通路より成る請求項6の調整器。
- 高圧流体回路は、互いに流体連通関係にあり、入口と圧力調整室の間に位置して流体を入口から圧力調整室へ導く少なくとも5つの縦方向高圧通路より成る請求項6の調整器。
- 本体は、加熱用流体を調整器を介して導く加熱用流体回路をさらに有し、加熱用流体回路は、加熱用流体の流れが方向を変化させる少なくとも5つの部分を含む構成を有する請求項6の調整器。
- 本体は、加熱用流体を調整器を介して導く加熱用流体回路をさらに有し、加熱用流体回路は、加熱用流体の流れが方向を変化させる少なくとも6つの部分を含む構成を有する請求項6の調整器。
- 本体は、加熱用流体入口、加熱用流体出口、縦方向に延びる少なくとも2つの加熱用流体通路、及び縦方向に延びる加熱用流体通路と流体連通関係にある横方向に延びる少なくとも5つの加熱用流体通路とをさらに備え、加熱用流体通路は、加熱用流体入口と加熱用流体出口との間に位置し、加熱用流体を加熱用流体入口と加熱用流体出口との間で導くように構成されている請求項6の調整器。
- 加熱用流体回路に流れ調整器をさらに備えた請求項14の調整器。
- タンクに含まれる流体の出口圧を調整する調整器であって、
タンクと流体連通関係になるよう構成された入口を有する本体と、
本体内に位置する圧力調整室と、
入口と圧力調整室との間を延びて流体を入口から圧力調整室へ導く高圧流体回路であって、互いに流体連通関係にある縦方向に延びる少なくとも2つの高圧通路を有し、一方の縦方向に延びる高圧通路は流体を第1の方向へ導き、別の縦方向に延びる通路は流体を第1の方向とは異なる第2の方向へ導く高圧流体回路と、
圧力調整室に近い端部を有し、タンク内の圧力に曝されるとタンク内の圧力に応答して移動可能な第1のピストンと、
圧力調整室に近い端部を有し、出口圧に応答して第1のピストンの端部の方へ、そして該端部から離れる方向へ移動可能な第2のピストンとより成り、
第1及び第2のピストンの端部同士は、タンクから流体が流れ出ることができるように第1の距離だけ離れており、出口圧がしきい値に到達すると第1の距離と比べて近くなってタンクから流体が流れ出るのを阻止する調整器。 - 第1の方向は第2の方向とは軸方向で反対である請求項16の調整器。
- 前記一方の縦方向に延びる高圧通路は、入口から圧力調整室を越える所まで縦方向に延びる請求項16の調整器。
- 高圧流体通路は、互いに流体連通関係にある縦方向に延びる少なくとも3つの高圧通路より成る請求項16の調整器。
- 高圧流体通路は、互いに流体連通関係にある縦方向に延びる少なくとも4つの高圧通路より成る請求項16の調整器。
- 高圧流体通路は、互いに流体連通関係にある縦方向に延びる少なくとも5つの高圧通路より成る請求項16の調整器。
- 第1のピストンはさらに、縦方向に延びる高圧通路のうちの1つの少なくとも一部を画定する第1の軸方向孔部を有する請求項16の調整器。
- 本体はさらに出口を有し、第2のピストンは出口と流体連通関係にある第2の軸孔を有し、このため流体が出口から流出する前に第2の軸孔を流れる請求項22の調整器。
- 本体はさらに出口を有し、出口及びピストンは共通の軸を有する請求項16の調整器。
- 本体は第1の軸を有し、ピストンは第1の軸から偏位した共通の第2の軸を有する請求項16の調整器。
- 第1のピストンを第2のピストンから離れる方向に付勢する第1のばねと、第2のピストンを第1のピストンから離れる方向に付勢する第2のばねと、一方のピストンと協働してその一方のピストンをもう一方のピストンに関し、いずれのばねのばね負荷にも影響を与えずに移動させ、出口圧を調整する調整機構とをさらに備えた請求項16の調整器。
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