JP2005539178A - 容器を密閉するための弁、容器、容器を充填するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

容器を密閉し、かつ、容器の充填を可能にするための弁は、入口ポート（３０）及び出口ポート（４０）を備えたハウジング（２０）を有している。弁を入口ポート（３０）で密閉封じするための閉止部材（６０）が提供される。また、入口ポート（３０）と出口ポート（４０）の間の流体連通を制御するための少なくとも１つの弁部材（７０）が提供される。弁部材は、弁部材が第１の位置にあるときのみ流体連通を可能にしている。弁部材（７０）は、所定の充填条件が達成された場合のみ、前記第１の位置に配置され、かつ、第１の位置を維持するように設計されている。充填条件は、通常、容器（５０）を充填するためのシステムの充填圧力が、最初に第１の所定の閾値未満又は予め決定可能な閾値未満の場合に達成される。

Description

本発明は、容器を密閉するための弁、このような容器に流体を充填するためのシステム及び方法ならびに容器に関する。

加圧気体又は液体を入れるためのシリンダなどの容器又は他のレセプタクルは、気体又は流体を貯蔵し、かつ、吐出するべく、家庭用及び工業用に広く使用されている。このような容器には、補充システムをしばしば提供しなければならない。特に、このような容器が実質的な資産価値を有している場合、補充可能かつ返品可能な容器でなければならない。容器が空になり、あるいは中味の一部が使用されると、新しい気体あるいは液体を補充可能なこのような容器の多くの実施例が提案されている。このような容器は、通常、加圧気体あるいは液体を容器の充填及び吐出開口部に提供することによって容易に補充可能である。例えば加圧流体を入れるシリンダの場合、通常、このような容器は、通常は閉じている吐出弁を有している。この吐出弁は、加圧状態及び／又は揮発性の流体内容物の漏れあるいは蒸発を防止している。このような吐出弁は、使用者が選択的に開くことができるように設計されている。この吐出弁は、通常、ピンを押し込むことによって開き、それにより容器の中味を吐出させることができ、あるいは容器に流体を充填することもできる。

このような容器を補充する際に生じ得る問題の１つは、適正な流体のみが容器に充填されることを保証する問題、及び充填する流体が公認の流体源のみから提供されることを保証する問題である。現在の充填システムは、比較的容易に複製可能なため、他の流体源及び／又は非公認の流体源による容器の補充が可能である。

気体圧力を必要とする機械、例えばソーダ製造機に適合させるべく特別に設計されるＣＯ_２シリンダは、その典型例の１つである。家庭用のこのような機械は、通常、適切な任意のＣＯ_２源から充填可能なため、元の容器提供者は、使用者が容器の補充を所望する際に、元の容器提供者のみの利用を保証できない。同様に、家庭用あるいは建屋内の多数のアパートメント用に適合された燃料容器あるいは気体容器は、適切な任意の燃料源あるいは気体源によって、元の容器提供者に照会することなくしばしば補充される。同様に、ガソリンスタンドあるいは燃料スタンドも、通常、その容器専用の指定燃料ではなく、所望する任意の流体を元の燃料容器あるいはガソリン容器提供者に照会することなく補充可能な容器を有している。

容器を選択的に充填可能な弁が、いくつか提案されている。
米国特許第５４８７４０４号は、二方弁によって自動的に充填操作を停止する栓（タップ）に関している。この栓は、容器の非公認充填の防止を対象にしたものではない。

米国特許第４１９５６７３号は、無鉛燃料をシステムに必要とする車両タンクへの加鉛燃料の吐出に伴う困難性の強化を対象にしており、加鉛燃料の吐出に使用されるノズルが無鉛燃料の吐出に使用されるノズルより小さくなるように調整されている。タンク内の弁と相互作用し、磁石を支えている吐出ノズルが充填管に挿入されたときのみ弁を開けることができる磁気鍔部（カラー）が無鉛燃料ノズルに設けられている。しかしながらこのような構造は、単一の密閉要素を１つしか有していない。このような構造を、流体が加圧される流体源と共に使用することはとりわけ困難である。米国特許第５４７４１１５号にも同様の磁気密閉構造が示されている。

米国特許第３６７４０６１号には、流通口（ベント）と組み合わせたノズル構造が提供されており、揮発性の液体を充填中のタンクのレベルが所定の点に到達すると、タンク内の気体の圧力が突発的に上昇し、液体の吐出圧に等しくなるようになっている。検知手段によってこの突然の圧力上昇が検知され、検知手段に応答する遮断弁によって吐出ノズルを介した流れが遮断される。

従来技術によるシステムにはいくつかの欠点があり、特に、ＣＯ_２ボトルを充填するためのシステムなどの従来技術システムでは、容器が元の提供者によってのみ、あるいは他の公認の代理店を介してのみ補充されたことを保証することができない。従来技術のこの無能性は、補充物質の品質を低下させる原因になっている。従って元の提供者は、元のボトルと低品質流体との関係により、品質の劣る流体と不当に関連していることになる。また、補充操作に対する管理の欠乏は危険の要因であり、容器を適切に充填することによって防止することが可能な事故及び／又は障害の原因になっている。また、補充操作に対する管理の欠乏は、元の提供者の潜在的な収入が逸失する原因になっている。

国際公開第００／７７４４２号は補充可能なＣＯ_２気体シリンダに関しており、また、充填デバイス及び充填方法に関している。この文書には、非公認の個人によるシリンダの補充をより良好に保護する方法が取り扱われており、その目的を達成するべく、軸方向に変位可能な固定部材と相俟ってピストンシリンダユニットを形成する弁本体が提案されている。このピストンシリンダは、オーバフローチャネルを介して気体に影響を与えることができる。固定部材を内側に向かって軸方向に延ばし、弁内の止め部に突き当てることができる。適切な充填システムなくしては補充できないようになっている。しかしながらこの解決法には疑う余地のない欠点がある。充填デバイス中に機械的な手段が設けられている。固定部材を開状態に保持するためには、これらの機械的な手段を使用しなければならないが、適切な機械式開放手段を提供することによって、この固定部材の機能に打ち勝つことは、どちらかと言えば容易である。
米国特許第５４８７４０４号 米国特許第４１９５６７３号 米国特許第５４７４１１５号 米国特許第３６７４０６１号 国際公開第００／７７４４２号

従って本発明の目的は、とりわけ、弁、容器、システム及びこのような容器を充填するための方法を提供することによって従来技術の欠点を克服し、元の提供者による、元の提供者自身あるいは他の公認の代理店を介してのみ容器の補充が実施されたことの保証を可能にすることである。システムは、とりわけ、気体又は部分的に液体の形態の加圧気体が入る容器に適していなければならない。

弁、容器及びシステムは、製造が容易でなければならない。本発明の他の目的によれば、本発明によるシステム及び弁を使用することにより、公認の使用者による容器の充填又は補充がより困難になり、あるいはより時間のかかる作業になってはならない。

本発明によれば、これら及び他の目的は、独立した請求項による弁、容器、システム及びこのような容器を充填するための方法によって達成される。
容器を密閉し、かつ、容器の充填を可能にする弁は、入口ポート及び出口ポートを備えたハウジングを備えている。入口ポートは、適切な流体源に接続しており、出口ポートは、容器に接続する。入口ポートと流体源との間、あるいは出口ポートと容器との間は、いずれも直接的又は間接的に接続可能で適切な配管を提供することにより、間接的に接続可能な入口ポートは、容器に中味を充填し、あるいは補充するべく流体源に接続される。充填及び補充という用語は、本出願の文脈においては交換可能に使用されている。入口ポートは、中味を吐出するための適切な機械、例えばソーダ製造機に接続することも可能である。

弁は、弁を密閉封じするための閉止部材を備えており、使用者が中味の吐出を所望しない限り、この閉止部材を使用して容器内に中味が維持される。弁は、さらに、少なくとも１つの弁部材を有しており、第１の位置では、この弁部材は、入口ポートから出口ポートへの流体連通を可能にしている。弁部材が第１の位置にある間、このような弁を備えた容器に流体を補充可能な本出願の文脈で使用されている流体には、気体、液体又はそれらの混合物が含まれている。弁部材が第２の位置にある間は、入口ポートから出口ポートへの流体連通が阻止される。弁部材は、所定の充填条件が満たされた場合にのみ前記第１の位置に配置され、かつ／又は第１の位置を維持するように設計されている。本発明による弁は、一方では容器を密閉封じするための従来の弁として使用され、他方では非公認の個人による容器の補充を防止するために使用されている。入口ポートと出口ポートの間の通路を開くためには特定の充填条件を満たすべきことを知らない非公認の個人には、このような弁を備えた容器を補充できない。

本発明によれば、弁部材は、前記弁部材の両端間の静圧差が、予め決定可能な第１の閾値未満のときのみ前記第１の位置に配置され、かつ、第１の位置が維持される。弁部材の両端間のこの静圧差は、通常、入口ポートと出口ポートの間の圧力差に対応している。充填圧力が高すぎる場合、弁は自動的に閉じるため、容器の補充が防止される。特に、加圧気体が入る容器にこの弁を使用する場合、流体源によって提供される液体は、相当な圧力を有している。本発明のこの態様による弁を備えた容器の補充に従来のシステムを使用すると、直ちに弁が閉じ、補充が防止される。

本発明の好ましい実施形態によれば、弁部材は力発生手段を有している。この力発生手段は、充填条件を満足した場合に、弁部材に平衡力を提供し、かつ、弁部材を第１の位置に配置する。このような力発生手段のための様々な実施形態が存在している。

力発生手段は、バネによって形成可能である。バネが弁部材を前記第１の位置に押し込み、かつ、第１の位置を維持する。バネは、例えば弁部材を弁座から入口ポートに向かう方向に移動させて離す。弁部材に作用している、弁部材の両端間の圧力差によって生成される力が、バネによって提供される力より大きくなると、直ちに弁が移動して戻り、弁座に押し付けられる。流体源の充填圧力が高くなり過ぎると、直ちに弁部材が閉じ、このような弁を備えた容器の充填が防止される。

本発明の他の実施形態によれば、弁部材は、前記弁に包含された内部部品を備えている。この内部部品は、弁に包含されていない外部部品に操作可能に接続することができる。内部部品及び外部部品が操作可能に接続状態にある間、弁部材が第１の位置即ち開位置に配置され、その位置を維持する。磁気力発生手段を設けることも可能である。例えば、弁が第２の磁石を有する外部部品に接近すると、入口ポートに向かう方向に平衡力を提供する第１の磁石によって内部部品を提供可能である。このようなシステムは、安全性が強化されている。従来の流体源を使用してこのような弁を備えた容器を補充する場合、弁部材が第１の位置に配置され、かつ、第１の位置を維持することはない。遅くとも容器の補充が開始されると、適切な磁石を備えた外部部品が流体源と共に提供されていない場合、弁部材は直ちに第２の位置に配置される。弁部材を第１の位置に維持するための制限された力を有しているのは磁石のみであるため、外部部品の磁石が存在している場合であっても、流体源の充填圧力が一定のレベルを超えると、弁部材は直ちに第２の位置に配置される。このような弁を備えた容器を補充するためには、外部磁石と適切な充填圧力の両方を提供しなければならない。

容器が完全に充填されると、閉止部材によって容器の中味が容器内に維持される。この閉止部材は、逆止弁として形成可能な逆止弁は、通常、加圧気体シリンダと共に使用されている。充填圧力が十分に高い場合、自動的に逆止弁が開き、容器を充填可能な容器の内部圧力が大気圧より高くなると、逆止弁が閉じ、シリンダの中味の蒸発あるいは漏れ又は汚染が防止される。シリンダを空にするには、当業者に知られている外部手段によって逆止弁を開かなければならない。

本発明の他の実施形態によれば、逆止弁及び弁部材は、同一本体上に形成されている。逆止弁及び弁部材のこの共通本体は、ハウジングの室内を、入口ポートと出口ポートとの間で移動できる。

容器の補充を可能にするために、逆止弁は、一方の端部に取り付けられた、入口ポートに向かって導かれたピンを備えている。使用者がピンを押し込むと逆止弁が開き、容器を充填し、あるいは空に可能である。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、ハウジングは、上流室と下流室に分割された室を備えている。本発明の文脈における下流側は、流体が流体源から充填すべき容器へ流れる方向に実質的に沿った方向を意味している。上流側という用語は、実質的にそれとは逆の方向を意味している。上流室は、往復運動可能に閉止部材、例えば逆止弁を受け入れる。下流室は、往復運動可能に弁部材を受け入れるようになされており、弁部材は、下流室内の第１の位置と第２の位置の間を移動可能である。

本発明の他の実施形態によれば、下流室は、とりわけ、上で説明した磁石と結合した弁部材を受け入れる。
本発明の他の態様によれば、容器に公認の流体源から排他的に流体を充填するためのシステムが提供される。本発明は、とりわけ、容器へのＣＯ_２などの加圧気体の充填及び補充に適しているが、本発明は、任意のタイプの流体に使用可能である。詳細には、本発明は、液化温度が比較的高い気体あるいは蒸気圧が比較的高い液体に適している。詳細には、本発明は、実質的に周囲の大気圧より高い蒸気圧を有する気体に適している。

本発明によるシステムは、流体源と流体連通している圧力調整手段を備えている。また、この圧力調整手段は、容器に取り付けられた、上で説明した弁に接続されており、容器に供給される流体の圧力を所定の第２の閾値未満又は予め決定可能な第２の閾値未満に維持するべく設計されている。第２の閾値は、充填手順の間、弁の弁部材を第１の位置に配置し、かつ、第１の位置を維持するように選択される。つまり、弁部材の両端間の圧力差が第１の閾値未満を維持するように選択される。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明によるシステムは流体流量検知手段を備えており、この検知手段を使用して、弁及び容器に流入する液体の流れが測定される。本発明によるシステムは、さらに、圧力調整手段及び流量検知手段に操作可能に接続された制御手段を備えている。充填手順の間に流体の吐出圧が高くなり過ぎると、弁部材が閉じ、充填が防止される。弁部材が閉じると、流体流量検知手段が流体が流れていないことを検出する。制御手段によってシステムの吐出圧が小さくなり、弁部材が再び第１の位置に配置される。

本発明のさらに他の実施形態によれば、圧力調整手段は、所定の最小の大きさの吐出圧を提供し、かつ、吐出圧を所定の方法又は予め決定可能な方法、例えば前記制御手段を介して調整可能な方法で大きくする。

充填プロセスの開始時における容器の内部圧力は、ほとんどの場合、ほぼ大気圧であるため、充填圧力は大気圧より高く、かつ、第２の閾値未満でなければならない。第２の閾値は、最初は大気圧と第１の閾値の和、即ち弁部材の両端間の圧力差が、弁部材が第２の位置へ移動するレベルに対応している。

容器の内部圧力が充填圧力に到達すると、圧力が平衡し、補充が停止する。この時点で制御手段によって圧力調整手段が起動され、それにより吐出圧が大きくなる。この吐出圧の増加は、流体の流量が所定の範囲内を維持するように選択される。

本発明のさらに他の実施形態によれば、本発明によるシステムは、上で説明した弁の内部に配置された内部部品に操作可能に接続される外部部品を備えている。本発明のこの態様によれば、上で説明した弁を備えた容器の補充は、充填システムの外部部品と弁の内部部品の間の操作可能な接続が提供された場合にのみ可能である。磁気接続手段など、操作可能な接続のための可能な複数の手段が存在しているが、機械的な接続手段も可能である。

本発明の他の態様によれば、上で説明した弁を使用して閉ざされた開口部を有する容器が提供される。この弁は、とりわけ、容器を破壊する以外に容器から取り外すことができないよう、容器の開口部に永久に取り付けることができる。弁を容器の開口部に永久に取り付けることにより、知られている任意のタイプの補充システムを使用した補充を可能にする異なる弁をこのような容器に容易に備えることができないことが保証される。

本発明のさらに他の態様によれば、流体源から容器に流体を充填する方法が提供される。この方法は、とりわけ、上で説明した弁を有する容器を充填する。この方法の第１のステップで、容器の開口部に取り付けられた弁が流体源に接続される。第２のステップで容器に前記流体が充填され、弁の弁部材の両端間の圧力差が所定の第１の閾値未満又は予め決定可能な第１の閾値未満を維持するよう、弁の入口ポートにおける流体の吐出圧が制御される。

この充填ステップの間、最初に弁の前記入口ポートに、大気圧と第１の閾値の和より小さい静吐出圧が提供される。この静吐出圧は、所定の時間期間又は予め決定可能な時間期間の間、提供可能なこのステップが終了すると、複数の他のステップあるいは連続的に吐出圧が増加される。この吐出圧の増加により、吐出圧と容器の内部圧力の間の平衡は、所望の最終圧力に到達するまで達成されない。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、容器を補充している間、あるいは容器を充填している間、流体の流量が測定される。流体の流量が減少すると、吐出静圧の大きさが所定のステップで大きくなる。流体の流量を測定するステップ及び吐出静圧を大きくするステップは、測定した流量がゼロになるまで継続される。流量がゼロであることは、吐出圧を最大許容圧力即ち流体源の流体の圧力を超えて大きくできないため、流体源の最大吐出圧と容器の中味の圧力が平衡に達したことを示している。また、所望の内部圧力に到達する前に、吐出圧の増加が大きくなり過ぎ、かつ、弁を閉じてしまう可能がある。

本発明の他の実施形態によれば、この問題が回避される。入口ポートの静圧は連続的に測定することができ、この静圧が、満杯時の容器の圧力の大きさである所定の第３の閾値近くになると、充填操作が中止され、流体源から弁が開放される。

測定した静圧が所定の第３の閾値未満である場合、容器の充填は中止される。出口ポートの上流側の弁の圧力が開放され、かつ、容器の充填が再開され、上で説明したように充填される。圧力を開放することにより、弁部材を再び開くことができる。

条件を識別するためのこの副ステップは、とりわけ、酸素あるいは窒素などの理想気体として実質的に挙動する気体に適している。
本発明の他の実施形態によれば、充填手順に先立って、また、充填手順を実施している間に、容器の重量を測定可能な流量がゼロになり、かつ、容器の重量が満杯に充填された容器の重量に対応する期待量に達していない場合、容器が満杯ではないことを示している。

本発明は、基本的に、容器が、好ましくは容器の開口部に永久接続された弁を備えており、弁が公認の充填システムに接続されているときのみ、つまり所定の充填条件を満たしているときのみ弁を開き、容器を充填することができるという着想に基づいている。

本発明については、添付の図面を参照して行う、何ら制限されることのない以下の実例による好ましい実施形態の詳細説明により、より良く理解されよう。

図１ａ乃至図１ｃは、本発明による弁の第１の基本的な実施形態を示したものである。弁１０は、入口ポート３０及び出口ポート４０を備えたハウジング２０を備えている。室５０は、入口ポート３０と出口ポート４０との間に画定されている。室５０は、入口ポート３０と出口ポート４０との間の流体連通を提供するための１つ又は複数の相互接続空胴、導管又は類似を備えた適切な任意の形態に可能である。

ハウジング２０の上流側の端部、詳細には入口ポート３０は、適切な流体源６００に接続する（図５参照）。流体源６００には本発明によるシステム７００を介して接続される。流体源は、加圧タンク、容器あるいは流体分配システムなどの適切な任意のソースを何ら制限されることなく備えることができる。ハウジング２０の下流側の端部、詳細には出口ポート４０は、流体源６００から流体が充填され、あるいは補充されることが望ましい適切な容器５００に接続する。このような容器は、典型的には、それには限定されないが、加圧可能なシリンダの形態をしている。容器５００は、容器入口５２０及び流体を保持するための容量５５０を備えている。弁１０のハウジング２０は、容器５００の開口部に永久接続することが好ましい。ハウジング２０は、容器５００の開口部と一体形成することができ、あるいは容器５００の開口部に溶接、接着又は永久結合することができる。保守あるいは修理に有用な可逆接続も可能である。いずれの場合においても、ハウジング２０に接続する場合、保持体積５５０、容器入口５２０及び弁１０の出口ポート４０の間に流体連通が確立される。

ハウジング２０は、上流側の閉位置と下流側の開位置の間を、典型的には往復運動で可逆的に移動できる閉止部材を閉止部材６０の形態で備えている。閉止部材６０は、その上流側の端部に表面密閉体６１を備えており、閉止部材６０が上流側の位置にある場合に、ハウジング２０の内部部品に包含された弁座２１と入口ポート３０で密閉接触する。図１ａは、この位置を示したものである。この弁を介して容器５００から流体を吐出させる場合、ピン又は類似のデバイスが入口ポート３０に挿入され、閉止部材６０が下流側の方向に押し込まれる。別法としては、入口ポート（入口開口部）３０を貫通して突出したピン（図示せず）を第１の弁に設けることも可能である。下流側の位置では、表面密閉体６１は弁座２１から間隔を隔てており（図１ｂ参照）、従って、入口ポート３０、ひいては入口ポートに接続された流体源と弁１０の室５０との間の流体連通が可能である。

任意選択で適切な下流側止め部２５をハウジング２０内に設け、下流側の位置を制限可能な閉止部材の位置は、ただ単に流体連通を可能にする最小開位置から、図１ｃに示す最大開位置まで、任意の位置に可能な最大開位置では、閉止部材６０は止め部２５に当接している。

閉止部材６０は、上流側表面６２を備えている。上流側表面６２は、表面密閉体６１を備えることができる。システム７００からの吐出静圧Ｐ１は、上流側表面６２に作用している。密閉体組立体６０は、さらに、室静圧Ｐ２が作用する下流側表面６３を有している。

表面６２は、その表面上に円などの閉じた形状を持たせることができる突起６６を備えている。この突起６６は、弁座２１に対する表面密閉体６１の密閉周囲を画定している。静的状態の下では、表面６２の有効面積は、突起６６によって拘束された密閉領域Ａ１によって与えられる。この面積は、通常、対応する表面６３の面積Ａ２より狭くなっている（図１ａ乃至図１ｇ参照）。

閉止部材を開くための条件は、吐出圧Ｐ１と有効面積Ａ１の積で与えられる下流側の力Ｆ１が室５０内の上流側の力より大きくなることである。上流側の力Ｆ２は、室圧Ｐ２と面積Ａ１の積で与えられる。閉止部材６０が開き、動的状態が存在すると、表面６２の有効面積Ａ１’が面積Ａ２と等しくなる（図１ｅ参照）。

閉止部材６０は、印加される最小の大きさの第１の力Ｆ１に応答して開下流側位置へ移動する。この最小の大きさは、入口ポート３０と室５０との間に存在する正の流体静圧差ΔＰ１（Ｐ１−Ｐ２）に対応している。この圧力差は、十分に高い吐出圧Ｐ１≧Ｐ２によって提供される初期開放力Ｆ１の後に弁１０が動作している間に生成される可能性がある。閉止部材は、室５０と入口ポート３０の間に存在する正の流体圧力差に対応する閉上流側位置へ移動する。コイルバネなどの任意選択の強制手段（図示せず）を提供し、閉止部材を閉上流側位置に向けて強制することも可能である。

Ｐ２の値は、通常、容器によって提供される下流側の背圧Ｐ３によって決まる。容器に流体が充填されるとＰ３が大きくなり、Ｐ２とＰ１が等しくなる傾向を示すことになるが、第１の閉止部材６０が完全に開いても、入口ポート３０による拘束のため、流れる流体が気体状態であれ、あるいは液体状態であれ、それには無関係に圧力Ｐ２は依然としてＰ１より小さい。

ハウジングは、さらに、第１の開上流側位置と第２の閉下流側位置との間を、典型的には往復運動で可逆的に移動できる弁部材７０を備えている。この弁部材７０は、その下流側端部に表面密閉体７１を備えており、弁部材が第２の下流側位置にある場合に、ハウジング２０の内部部品に包含された弁座２２と出口ポート４０で密閉接触する（図１ｃ参照）。第１の上流側位置（図１ｂ参照）では、表面密閉体７１は弁座２２から間隔を隔てており、室５０と出口ポート４０の間、ひいては出口ポート４０に接続された容器５００との間の流体連通を可能にしている。下流側止め部２５と統合可能な適切な上流側止め部２６をハウジング２０内に設け、弁部材７０の上流側への移動を制限可能な第１の位置には、最小開位置から、図１ａに示す最大開位置までの任意の位置を含むことができる。

弁部材７０は、室静圧Ｐ２が作用する上流側表面７２及び容器５００からの背静圧Ｐ３が作用する表面密閉体７１を備えることができる下流側表面７３を備えている。表面７２は、その表面上に、典型的には円などの閉じた形態の突起７６を有している。この突起７６は、弁座２２に対する表面密閉体７１の密閉周囲を画定している。静的状態の下では、表面７３の有効面積は、突起７６によって拘束された密閉領域Ａ３によって与えられ、通常、対応する表面７３の面積Ａ２より狭くなっている。弁部材組立体７０を開くための条件は、背圧Ｐ３と有効面積Ａ３の積と、力発生手段８０によって提供される平衡力の和で与えられる上流側の力Ｆ３が、室圧Ｐ２と面積Ａ３の積で与えられる室５０内の下流側の力Ｆ２より大きくなることである。弁部材７０が開き、動的状態が存在すると、下部表面７２の有効面積Ａ３’が面積Ａ２と等しくなる。

従って、弁部材７０は、弁部材７０に印加される、例えば弁１０が動作している間に生成される、室５０と出口ポート４０の間に存在する第２の正の流体静圧差ΔＰ３（＝Ｐ２−Ｐ３）に対応する所定の最小の大きさの第３の力Ｆ３に応答して前記第２の位置に移動する。

閉止部材６０と弁部材７０の両方が開くと、圧力差Ｐ１−Ｐ３が正であるため、流体源から容器へ流体が流れる。圧力Ｐ２は、出口ポート４０による拘束のため、また、容器５００を充填するには時間がかかり、Ｐ２に等しい背圧が生成されるため、流れる流体が気体状態であれ、あるいは液体状態であれ、それには無関係に依然としてＰ３より大きい。容器が液体で満杯になると、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が等しくなり、流体は、それ以上流れることはできない。

別法としては、閉止部材６０及び弁部材７０の表面密閉体及び弁座の構造を、知られている他のタイプの密閉構造に置き換えることも可能である。図１ａ乃至図１ｃには、閉止部材６０及び弁部材７０は、弁１０の縦軸１００である共通軸に沿った往復運動が可能な部材として示されているが、閉止部材６０及び弁部材７０の各々は、互いに共通に整列していない軸及び／又は弁１０の軸１００と整列していない軸に沿って移動させることも可能である。

弁１０は、さらに、適切な力発生手段８０の少なくとも一部を備えている。力発生手段８０は、少なくとも弁１０が動作している間、弁部材７０に平衡力Ｆｘを提供している。この力発生手段は、その全体をハウジング内に包含可能なため、必要な平衡力Ｆｘを連続的に提供可能な力発生手段８０は、例えばコイルバネの形態に可能である。別法としては、力発生手段８０は、その一部のみを弁１０及びハウジング２０に包含させることも可能である。力発生手段８０の相補部品（例えば図５参照）は、弁１０が互換性のある公認の充填システム７００と共に動作している間のみ、弁１０の外部に設けることができる。

名目上空の適切な容器５００を出口ポート４０に接続し、容器と出口ポートの間に流体連通を提供する場合、弁１０に対する３つの異なるシナリオが可能である。
ａ）容器５００に圧力が残留している、つまり、容器が完全に空でない場合。この場合、閉止部材６０は、残留圧力によって、図１ａに示す閉位置を維持する。弁部材７０は、力発生手段８０によって提供される平衡力Ｆｘに応答して第１の位置に強制される。この平衡力Ｆｘがない場合、弁部材７０は、ハウジング２０内の任意の位置を取ることができる。このシナリオａ）は、容器の補充に先立つ容器５００の通気によって常習的に回避される。

ｂ）容器が大気圧の状態にある場合。閉止部材６０は、通常、開位置にあり、場合によっては止め部２５に接触している。弁部材７０は、力発生手段８０によって提供される平衡力Ｆｘに応答して第１の開位置に強制される。この平衡力がない場合、弁部材７０は、ハウジング２０内の任意の位置、典型的には第２の位置を取ることはできる。

ｃ）希ではあるが、例えば容器が周囲の大気圧が低い高度で空になった場合、及びより低い高度での容器の補充が望ましい場合など、容器５０が大気圧より小さい圧力状態にある場合。この状況では、閉止部材６０は開位置にあり、止め部２５に接触している。力発生手段８０が平衡力Ｆｘを提供している場合、真空による影響を克服し、容器５００の圧力と大気圧が等しくなるまで弁部材７０を開くには、その平衡力で十分である。平衡力Ｆｘがない場合、弁部材７０は、第２の閉位置を維持することになる。このような場合、平衡力Ｆｘを生成し、圧力の等化を可能にしなければならない。

弁の入口ポート３０に非公認の流体源が接続された場合、このような既知の流体源に関連する比較的高い流体吐出圧によって比較的大きい第１の力Ｆ１が生成され、それにより閉止部材６０が開き、閉止部材６０を止め部２５に当接する。これとほぼ同時に、同じ高吐出圧Ｐ２により、容器５００内の圧力Ｐ３に対する比較的大きな圧力差によって弁部材７０に大きな第２の力Ｆ２が提供される。この大きな第２の力Ｆ２に対抗するために利用可能な力は、力発生手段８０によって提供される平衡力Ｆｘのみである。この平衡力Ｆｘの大きさが、弁部材７０の両端間の静圧差が小さい場合を除き、力Ｆ２に対抗するには小さ過ぎるように選択されている場合、弁部材７０は閉位置に移動する。

大きさが小さい一定の吐出圧で容器５００を充填しようとする場合、圧力が等しくなると直ちに充填プロセスが終了し、容器に充填されるのは、容器のごく一部に過ぎない。非公認の使用者が、弁を開いた状態に維持するべく手動で吐出圧を高くすることによって容器の充填を試行しても、吐出圧を正確に制御することが困難である。吐出圧を正確に制御するためには、必然的に極端に長い時間期間が必要であり、このような非公認の使用者は、通常、容器の充填を躊躇することになる。

弁１０が力発生手段の内部部品しか備えていない場合、非公認の使用者によって相補外部部品８０’が複製されない限り、平衡力Ｆｘは提供されない。従って弁部材７０は遮断される。これは、弁１０及び容器がシナリオｂ）の場合、あるいはシナリオｃ）の場合についても同様である。シナリオａ）の場合、吐出圧が容器内の残留圧力以下であるため、流れは存在しない。吐出圧が残留圧力より大きく、かつ、平衡力Ｆｘが提供されていない場合、圧力差によって直ちに弁部材が閉じる。

本発明による流体充填システム７００は、弁の入口ポート３０の少なくとも直ぐ上流側の流体源６００（図５参照）の吐出圧を制御する。充填は、極めて小さい吐出圧で開始される。この吐出圧は、所定の方法で増加される。本質的には、低吐出圧で開始され、室５０内の静圧も同じく小さく、従ってΔＰ１も小さいため、閉止部材６０を開くには十分な微小力Ｆ１がもたらされる。閉止部材６０は、図には示されていないが、機械的なピン又は等価物によって、容器５００から流体を吐出させることが望ましい場合に使用される方法と同様の方法で開位置に維持することも可能である。

この時点では、容器への流体の流入に伴って室５０内の静圧Ｐ２が上昇するが、室５０と容器の間の静圧の差ΔＰ３即ちＰ２−Ｐ３は小さく、その静圧差によって弁部材７０に生成される下流側の力Ｆ２と平衡力Ｆｘが対抗する。この平衡力Ｆｘの大きさは、流体源６０の流体のタイプ及び弁１０の機械的な特性に基づいて選択される。入口ポート３０における流体源６００からの吐出圧が公称始動値より若干高い場合、ΔＰ３が前述の値より大きくなり、平衡力Ｆｘより大きい下流側の力Ｆ２を生成し、それにより弁部材７０が第２の位置へ移動して弁１０が閉じる。流体が弁１０を通って容器５００に流入すると、容器５００の静圧Ｐ３が上昇を開始し、最終的には吐出圧Ｐ１と等しくなり、それにより、圧力が等しくなるまで容器５００の一部が充填される。非公認の使用者が、極めて小さい吐出圧を提供することによってシステム７００を回避しようとしても、提供される微量の流体は、このような非公認の使用に対する抑止物として作用することになる。

本発明によれば、流体充填システム７００は、弁の両端間の圧力差即ちＰ１−Ｐ２、ひいてはΔＰ３を、容器５００の背圧Ｐ３の上昇に伴って実質的に一定に維持するべく、入口ポート３０における吐出静圧Ｐ１を増分的に増加させる。ΔＰ３の値は、平衡力ＦＸに実質的に等しい力を提供する値である。つまり、システム７００は、最初に極めて小さい吐出静圧を入口ポート３０、ひいては室５０に提供し、容器５００からの背圧が容器内の流体の蓄積によって上昇すると、吐出圧Ｐ１が制御された方法で上昇し、平衡力Ｆｘの値と相関したΔＰ３が一定に維持される。公認の相補充填システム７００を使用することによってのみ、適正な時間フレーム内で容器５００を完全に充填可能である。

図１ａ乃至図１ｇに示す実施形態の代わりに、上で説明したように動作する異なる構造の弁を使用することも可能である。図２ａ乃至図２ｃに示す第２の実施形態によれば、閉止部材及び弁部材は、単一の組合せ弁組立体２６０に統合されている。弁密閉体組立体２６０は、上流側の端部に表面密閉体２６１を備えており、閉上流側位置にある場合に、ハウジング２２０の内部部品に包含された弁座２２１と入口ポート３０で密閉接触する（図２ａ参照）。この弁２１０を介して容器５００から流体を吐出させるために、弁組立体は、通常、入口ポート（入口開口部）３０を貫通して突出しているピン２９０を備えている。ピン２９０を押し込むことにより、弁組立体２６０が移動して入口ポート３０が開く。開下流側位置（図２ｂ参照）では、表面密閉体２６１は弁座２２１から間隔を隔てており、従って入口ポート３０と室２５０の間の流体連通が可能である。弁組立体２６０は、その下流側端部に表面密閉体２７１を備えており、図２ｃに示すように、弁組立体が閉位置にある場合に、ハウジング２２０の内部部品に包含された弁座２２２と出口ポート４０で密閉接触する。図２ｂに示す位置では、表面密閉体２７１は弁座２２２から間隔を隔てており、室２５０と出口ポート４０との間の流体連通を可能にしている。容器の充填は、弁組立体２６０が図２ｂに示す位置にある場合に可能である。弁組立体２６０は、システム７００からの吐出静圧Ｐ１が作用する上流側表面２６２、及び容器５００からの背静圧Ｐ３が作用する下流側表面２７３を有している。弁組立体２６０が開いて動的に動作している場合、表面２６２と２７３の有効面積は実質的に同じである。この実施形態によれば、力発生手段は、典型的にはつる巻バネであるバネ２８０を備えている。このバネ２８０は、その上流側端部で、弁組立体２６０から下流側の方向に垂れ下がっている差込部（スピゴット）２７０に接触し、かつ、その下流側端部で、ハウジング２２０に包含された適切な肩状部２８５に接触している。バネ２８０は、押し込まれると弾性潜在エネルギーを保存し、回復力即ち上流側に向かう方向の平衡力Ｆｘを弁組立体２６０に提供する。入口ポート３０と出口ポート４０の間の圧力差によって提供される力Ｆ１が大き過ぎる場合、例えば公認のシステムを使用することなく容器５００の充填を試行すると、この比較的大きい力がバネ２８０の抵抗に打ち勝ち、バネが凹所２８６に押し込まれ、それにより弁組立体２６０が閉位置へ移動し、出口ポート４０が閉じる（図２ｃ）。

このようなバネは、図２ａ乃至図２ｃに示す弁部材とは異なる弁部材と共に使用可能である。
図３ａ乃至図３ｃは、本発明の第３の実施形態による弁を示したものである。この弁は、以下の説明を除き、上で説明した弁１０の第１の実施形態の全ての要素を備えており、従って同様の部品は、三百番台が付加された同様の参照符号を有している。弁３１０は、上部副室３５１と下部副室３５２に分割された室３５０を備えたハウジング３２０を備えている。上部副室３５１は、上部副室内を移動できる閉止組立体３６０を備えている。下部副室３５２は、下部副室内を移動できる弁部材３７０を備えている。閉止部材３６１は、第２の実施形態と同様の方法で形成されている。閉止部材３６０は、任意選択で、その上流側端部で、閉止部材３６０から下流側の方向に垂下している差込部３７６に接触し、かつ、その下流側端部で、ハウジング３２０に包含された適切な肩状部３８５に接触する回復バネ３７４を備えることができる。この回復バネ３７４は、弁３１０内の静圧が外部の圧力以下であり、かつ、バネ３７４によって生成される力が、少なくとも充填プロセスの開始時に一般的に第１の力Ｆ１の大きさより小さい場合であっても、閉止部材３６０を閉位置に強制する。バネ３７４が完全に圧縮されても、上部副室３５１と下部副室３５２の間は、依然として流体連通している（図３ｃ参照）。バネ３７４は、容器５００の内部汚染を防止するべく、完全に空になると容器５００が閉じることを保証するために提供されている。

この実施形態によれば、力発生手段８０は、弁３１０に包含された内部部品３８０”、及び典型的には本発明によるシステム７００に包含された相補外部部品３８０を備えている。内部部品３８０”の形態は、弁部材３７０に包含された磁気要素３８１の形態を取っている。図３ａ乃至図３ｃでは、磁気要素３８１は、弁部材３７０の主本体を形成しており、弁３１０の縦軸１００に対して直角をなす軸２００を持たせることができる下部副室３５２内を往復運動可能である。磁気要素３８１は、分割し、弁部材３７０に含めることも可能である。磁気要素３８１は、例えばその北極がハウジング３２０の外側に向かって面し、従って典型的には弁３１０の軸１００から離れた特定の極を有する。磁気要素３８１は、下部副室３２５の軸２００と整列して配置されている。また、相補部品３８０’は、磁気要素３８２を備えている。図３ａ乃至図３ｃに示すように、力発生手段の相補部品３８０’が弁３１０に接近し、同じ極が互いに向い合うと、外部部品３８０は、その北極が磁気要素３８１の北極と向い合う。この実施形態の平衡力Ｆｘは、磁気要素３８１と磁気要素３８２との間の磁気反発によって提供され、表面密閉体３６１を強制的に弁座３２２から引き離す役割を果たしている。外部部品３８０’のないシステム７００と共に弁３１０を使用しようとしても平衡力Ｆｘは生成されず、弁部材３７０は閉位置へ自由に移動して戻ることができる。弁３１０の入口ポート３０が容器５００内の静圧より高い吐出圧に露出されると、弁部材３７０は直ちに出口ポート４０を閉じる。

図４ａ乃至図４ｃは、本発明の第４の実施形態による弁を示したもので、以下の説明を除き、弁１０の第１の実施形態の全ての要素を備えている。第３の実施形態と同様、同様の部品の参照符号には四百番台が付与されている。第３の実施形態のバネの下流側端部の収容方式と比較すると、バネ４７４の下流側端部は、ハウジング４２０に包含された適切な縦穴（ウェル）４８５に収容されている。この実施形態と第３の実施形態の主な相異は、この実施形態の力発生手段８０が、磁気反発によってではなく、２つの要素間の磁気吸引によって動作していることである。第４の実施形態の内部部品４８０”は、第２の弁部材４７０に包含された磁化可能要素４８１の形態に可能である。この磁化可能要素４８１には第一鉄磁心を使用することができ、また、この磁化可能要素４８１を使用して弁部材４７０の主本体を形成可能である。弁４２０が適切に動作している間、力発生手段８０の相補部品４８０’が弁４１０に接近し、磁気要素４８２の一方の極と弁部材４７０の軸３００が整列する。この実施形態の平衡力Ｆｘは、磁気要素４８２と磁化可能要素４８１の間の磁気吸引によって提供されている。第４の実施形態による弁の動作は、第３の実施形態による弁の動作と同様である。別法としては、力発生手段８０の内部部品４８０”に、充填システム７００の外部部品４８０’に操作可能に接続されると磁気吸引力を提供するように極が配列された磁気要素を使用することも可能である。

上で言及したように、力発生手段８０は、本発明による弁と共に使用される流体に応じて選択される適切な大きさの平衡力Ｆｘを提供するべく較正されている。流体が、ガソリンなどの蒸発点の低い液体である場合、あるいは液化点の低い気体、例えば二酸化炭素である場合、さもなければ液体の気体相即ち蒸気相が充填されることになる容器５００内に液体が速やかに堆積し、それにより前述の背圧Ｐ３が提供される。

この背圧は、通常、流体の性質及び流体の温度によって決まり、流体によって様々である。容器内に何等かの液体が形成されると、直ちに蒸気圧が一定に維持され、温度が一定である限り、さらに液体が形成されるが、実際には容器５００内への気体の膨張によって冷却されるため、蒸気圧は、周囲温度における蒸気圧より低くなる。容器５００がもう少し充填され、温度が安定し、かつ、上昇を開始すると、蒸気圧も同様に上昇し、最終的には、何等かの最小量の流体が容器内に存在している限り、容器５００内の温度の関数として、また、容器内の液体相のレベルに無関係に安定する。

従って、弁部材は、容器を充填操作している間、吐出流体圧Ｐ１と容器流体圧Ｐ３の間の正の圧力差（つまり、弁の第１の端部と第２の端部の間の正の圧力差ΔＰ１３）が特定の値以下である場合、本質的に全ての実施形態に対して開いた状態を維持し、それにより、圧力差に対応する、弁部材に作用する力と平衡力Ｆｘが対抗し、弁を開いた状態に維持可能である。

従って、所与の流体吐出圧に対して、その流体の特定の蒸気圧に応じてΔｐ１３の値を変化できる。平衡力Ｆｘの大きさはΔｐ１３に比例しているため、Ｆｘを選択する場合、流体の性質を考慮しなければならない。従って、例えば力発生手段８０が比較的蒸気圧の大きい二酸化炭素に適した特定の平衡力を提供している弁を使用して、より蒸気圧の小さい流体を容器５００に充填する場合、その平衡力Ｆｘは、第２の弁組立体７０を開いた状態に維持するには不十分である。これは、システムによって提供されるΔｐ１３の大きさによってＦｘより大きい力が生成され、それにより対応する弁部材が閉じることによるものである。一方、弁の公称値より実質的に大きい蒸気圧を有する流体に同じ弁を使用しようとする場合は、依然として弁を動作させることが可能である。

また、液化点が極めて低い、つまりＯ_２、Ｎ_２などの気体は、多かれ少なかれ理想気体として挙動するため、吐出圧の上昇に伴って背圧が連続的に上昇する。
従って本発明による弁は、つまり弁に取り付けられた容器の充填を、以下に示す特定の条件下においてのみ可能にするべく動作する。

ａ）少なくとも貯蔵容器を充填している間、適切な平衡力Ｆｘが存在し、かつ、
ｂ）弁の入口ポートの吐出圧Ｐ１が特定の極めて小さい大きさで開始され、続いて貯蔵容器からの背圧Ｐ３の上昇に伴って、弁の力発生手段によって生成される平衡力を超えない閉じる力を弁部材に提供する方法で上昇する。

従って本発明による流体充填システム７００は、これらの条件を提供するために必要な特徴を備えている。
従って、図５に略図で示すように、本発明による流体充填システム７００の好ましい実施形態は、流体源６００に操作可能で接続可能に適切な圧力調整手段７２０、及び圧力調整手段７２０に操作可能に接続された、本発明による弁１０に操作可能で接続可能に適切な流体流量センサ手段７３０を備えている。図５は、本発明の第１の実施形態による弁１０を略図で示したものであるが、システム７００についての説明は、必要な変更を加えて弁の他の実施形態にも同様に適用可能である。システム７００は、さらに、圧力調整手段７２０及び流体流量センサ手段７３０に操作可能に接続された適切な制御手段７１０を備えており、流体流量検知手段７２０によって測定される流体流量に応じて圧力調整手段７２０を制御している。

システム７００と共に使用するタイプの弁１０によれば、システム７００は、さらに、弁１０がシステム７００に操作可能に接続され、かつ、少なくともシステム７００が動作状態にある場合に、適切な平衡力Ｆｘが弁１０内に生成されるよう、前記力発生手段８０の相補外部部品８０’を備えることができる。

圧力調整手段７２０は、圧力調整手段７２０に接続されている流体源６００の流体圧力の大きさに無関係に、最初は極めて小さい吐出流体圧Ｐ１をその出力部に引き渡すことができる任意の適切な圧力調整器構造を備えている。また、圧力調整手段７２０は細かく制御可能なため、圧力調整手段７２０の出力流体圧力を極めて細かいステップで増大することができる。時間に対する急峻な圧力変化は弁部材が閉じる原因になり、一方、時間に対する緩やかな圧力変化は充填効率を低下させ、容器５００の補充時間が長くなるため、このようなステップは最適化することが可能である。本出願人が見出した、貯蔵容器にＣＯ_２を充填するための最適圧力変化率の１つは、２秒当たり約４バールである。

圧力調整手段７２０は、任意選択で、図６に示すように、適切な任意の導管及び／又はコネクタ８０５を介して流体源６００に接続可能な圧力調整器８１０を備えることができる。空気圧源８３０は、通信線８４５を介して制御手段７１０に操作可能に接続された比例弁８４０に所定の高圧空気を提供している。比例弁８４０は、圧力調整器８１０を動作させるべく使用可能な追加圧力調整器として機能している。このような構造は、図６に示す要素のための既製のコンポーネントによって、吐出圧に対する必要な制御、ひいては圧力調整器８１０との流体連通の制御が提供される場合に有用である。吐出圧の上昇を圧力調整手段７２０が要求していることを制御手段７１０が決定すると、比例弁８４０に適切な信号を送信し、比例弁８４０は、受信した信号に応答してシリンダ８５０に対するその出力圧力を上昇させ、それにより圧力調整器８１０が開き、弁１０に所望の吐出圧が提供される。制御手段は、当業者に知られている方法で動作している。

図６に示す圧力調整手段７２０を使用する利点の１つは、既製のコンポーネントを使用して十分に敏感で、かつ、制御可能な圧力調整が提供されることである。
任意選択ではあるが、通常、システム７００は、さらに、少なくとも充填手順を開始する前と充填手順の終了後に容器５００の質量即ち重量を正確に測定し、容器に必要な量の流体が充填されたことを保証するための適切な重量計７７０又は他の重量測定手段を備えている。重量計７７０は、充填操作の間、容器の重量即ち質量を連続的に監視可能なことが好ましく、また、重量計７７０は、制御手段７１０に操作可能に接続され、容器５００の重量即ち質量を示す信号を制御手段７１０に送信することが有利である。従って制御手段７１０は、充填手順の間、容器５００の重量即ち質量を連続的に監視している。これには、容器が未だ満杯になっていない、つまり容器の一部、例えば重量計７７０から制御手段７１０に提供された重量即ち質量の値が小さく、９８％しか充填されていないうちに第２の弁密閉手段が閉じると、それは、容器が満杯ではなく、吐出圧が高過ぎることを示すという利点がある。従ってこの構成は、制御手段７１０による、容器が満杯である状況と弁部材が閉じる原因が高吐出圧によるものである状況との識別を可能にしている。この場合、流量センサ７３０を省略することも可能である。

別法としては、図７に示すように、圧力調整手段７２０は、同じく、例えば適切な任意の導管及び／又はコネクタ８５０を介して流体源６００に接続可能な圧力調整器８１０を備えることができるが、この圧力調整器８１０は、適切なステッパモータ構造８６０に接続されている。ステッパモータ構造８６０は、圧力調整器８１０による、モータ８６０のステッピングアクションに相関した細かいステップでの吐出圧の増減を可能にする。このようなステッパモータ８６０は、当分野では良く知られている。ステッパモータ８６０は、通信線８４５を介して制御手段７１０に操作可能に接続されている。吐出圧の上昇を圧力調整手段７２０が要求していることを制御手段７１０が決定すると、ステッパモータ８６０に適切な信号を送信する。ステッパモータ８６０は、受信した信号に応答して必要な数の増分ステップだけ回転し、それにより圧力調整器８１０が対応する量だけ開き、弁１０に所望の吐出圧が提供される。

図７に示す圧力調整手段７２０を使用する利点には、既製のコンポーネントを使用して十分に敏感で、かつ、制御可能な圧力調整が提供されること、及び図６に示す構造と比較して必要なコンポーネントが少ないことが含まれている。

流体流検知手段７３０は、流体の流量を質量流量あるいは体積流量のいずれか又はその両方で、通常、極めて小さい値、例えば数標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）から、例えば１秒当たり数標準リットルを含む公称流量まで検知し、かつ、測定可能な、微小流量変化を検出するための１つ又は複数の適切な任意の流体流センサを備えている。また、流量検知手段は、測定した流体流量を適切な信号、典型的には前記制御手段７１０が受信し、かつ、処理可能なアナログ又はディジタルの電気信号又は電子信号に変換可能である。流体流検知手段は、通常、流量計を備えている。適切な流量計については、当分野で知られている。このような流量計は、通常、流量計に包含されているタービン翼の毎分回転数を、タービン翼を通過する流量の関数として提供している。

制御手段７１０は、通常、例えばシステム７００に外部接続されたコンピュータなどのマイクロプロセッサを基礎とした制御システム、あるいは別法として、かつ、好ましくは、システム７００に統合包含された適切なマイクロプロセッサチップを備えている。詳細には、制御手段７１０は、流体流検知手段７３０から適切な信号を受信し、かつ、圧力調整手段７２０が提供する吐出出力圧Ｐ１を制御するべく、受信した信号に基づいて前記圧力調整手段７２０に制御信号を提供する。

システム７００は、通常、圧力調整手段７２０を介して適切な流体源６００に統合接続即ち永久接続されるが、例えば流体源６００あるいはシステム７００の保守を容易にするべく取外し可能に流体源６００に接続することも可能である。容器５００を充填することが望ましい場合、システム７００は、流体流量検知手段７３０を介して弁１０（通常、容器５００に永久接続されている）に接続される。別法としては、必要な変更を加えて流体源６００に流体流検知手段７３０を接続し、弁１０に圧力調整手段７２０を接続することも可能である。制御手段７１０は、システム７００の正規の充填操作の開始時に、比較的極めて小さい大きさの吐出圧Ｐ１を提供するよう圧力調整手段に指令し、それにより、力発生手段８０によって提供される平衡力Ｆｘを超えない力を弁部材に生成する差圧Δｐ１３が提供される。制御手段７１０は、特定のタイプの弁１０に対して較正されているため、弁１０の動作に必要な正確な開始吐出圧Ｐ１が分かる。

制御手段７１０は、任意選択で複数の弁１０と共に使用し、かつ／又は多数の異なるタイプの弁と共に使用するべくプログラムすることができ、従って、必要な変更を加えて、本明細書において説明した方法と同様の方法で各々の弁１０を個別に、あるいは同時に制御可能である。

充填手順の開始時に、流量検知手段７３０がゼロ流量を測定すると、これは、シナリオａ）、つまり容器が残留圧力を有していること、従って閉止部材６０を開くには吐出圧が不十分であることを示しており、容器５００を取り外し、空にし、かつ、弁１０を介してシステム７００に接続可能である。別法としては、弁がシステム７００に接続されている場合、適切なピン構造などの機械的な手段によって強制的に閉止部材６０を開けることも可能である。別法として、また、好ましくは適切な吹出弁即ち圧力放出弁７４０を使用して、本明細書において以下でさらに詳細に説明するように、使用に先立って容器５００を抽気することも可能である。

通常、とりわけシナリオｂ）では、流体流量検知手段７３０によって、操作の開始時に微小な流体流量が最初に検出されることになる。図８のマークＧで示すように、通常、吐出圧Ｐ１は、名目上ゼロで開始され、背圧Ｐ３が検出されるまで急上昇し、正の圧力差がΔｐ１３を超えないようにＰ１を制限している。液化点が比較的高いＣＯ_２などの流体を参照する。容器５００への流体の充填が開始されると、容器５００内の静圧Ｐ３が上昇する。図８のマークＡは、充填操作におけるこの部分を示したもので、流体は、容器５００内で排他的に気体相の状態である。時間に対する吐出圧Ｐ１の上昇は、一方では高く過ぎる（Ａ’）ことによって弁部材を閉じないよう、また、小さ過ぎる（Ａ”）ことによって補充時間が長くならないよう、最適化可能である。正の圧力差Δｐ１３は、一定に維持されることが好ましく、また、平衡力Ｆｘが較正されている圧力差以下であることが好ましい。最終的には、図８のマークＢで示すように、容器５００内における液体の形成が開始され、弁を介して吐出する流体は、その気体相に対する液体の比率が増加する。従って、少なくともΔｐ１３に等しい同じ圧力差を維持しつつ、新しい値に対する吐出圧Ｐ１の時間変化率を大きくし、充填時間を短くすることができる。所定の量の液体が容器内に形成される特定の点、例えば中味の正味重量が５０ｇに達する特定の点で、システムの圧力変化率が依然としてより大きい値に上昇し、弁の両端間の圧力差が少なくともΔｐ１３に等しい値に再度維持される。容器に臨界量の液体が堆積すると、蒸気圧が一定になり（温度も同じく安定化する）、以降、図のマークＣで示すように多かれ少なかれ一定の蒸気圧が存在し、容器にさらに流体が提供される。以降、吐出圧Ｐ１が、図のマークＣで示す蒸気圧とΔｐ１３の和に対応する一定の値に維持される。通常、流体の流れは、容器の中味の正味重量が所定の限界に到達すると停止するが、それとは異なって容器を流体の液体相で満杯にする場合、容器が満杯になると背圧Ｐ３が突発的に上昇し、図１０のマークＦで示す吐出圧Ｐ１に等しくなる。しかし、図８のＡで示す初期混合蒸気／液体充填相の間に容器にさらに流体が提供されると、いずれかの点で容器内の温度の上昇に伴って蒸気圧が上昇し、最終的にシリンダ内の背圧と吐出圧が等しくなり、それに伴って流体の流量がゼロに向かって減少するため、吐出圧Ｐ１を大きくしなければならない。

従って制御手段７１０は、流体流量検知手段７３０が検知した流体流量の減少を、容器からの背圧Ｐ３の上昇を示すものと解釈し、圧力調整手段７２０に適切な信号を送信し、それにより流体の吐出圧Ｐ１が上昇する。従って図８の部分Ａは、測定した質量の流れの変化に応じて吐出圧Ｐ１が微小増分で変化するため、滑らかな勾配ではなく、起伏プロファイルからなっている。

従ってこの方法によれば、制御手段７１０は、流体の流量が減少すると、必ず、流体流検知手段７３０が測定する流体流量を連続的に監視し、圧力調整手段７２０が提供する吐出圧Ｐ１を極めて微小なステップで連続的に上昇させている。従って制御手段７１０は、容器に流入する流体の流量を一定に維持するべく試行することが好ましく、あるいは流量の上限と下限との範囲内で維持するべく試行することが好ましいが、制御手段７１０は、容器５００に流入する流体の流量を最大化するべく試行することが好ましい。

何らかの理由で圧力調整手段７２０が吐出圧Ｐ１を過剰に上昇させると、弁部材７０は出口ポート４０を閉じ、従って流体の流量が突発的にゼロまで減少する。流体流検知手段７３０によって測定されるゼロ流体流は、常に、制御手段７１０によって、弁部材７０が閉じたことを示すものとして解釈され、この状況下、即ち容器の一部が既に充填されている状況下では、制御手段７１０は、吐出圧を小さくするよう圧力調整手段７２０に指令するが、流体が例えばＣＯ_２などの液化点の低い気体である場合、流体流検知手段７３０は、液体の流れに対してのみ敏感であり、気体の流れに対しては敏感ではないため、図８のマークＡで示す、気体のみが容器５００に流入する充填操作の開始時は、流体流検知手段は、いかなる流れをも検知することができない。しかし、制御手段７１０は、その目的のためにプログラム可能な何等かの液体が一旦容器内に形成されると、流体流検知手段７３０を通って液体が流れるため、流れが検知される。

同時に、任意選択の圧力放出弁７４０が、圧力調整手段７２０と弁１０の室５０の間の圧力を放出し、室内の流体が大気又は任意選択のオーバフロータンク７５０に通気される。従って圧力放出弁７４０は、制御手段７１０に操作可能に接続され、かつ、制御手段７１０によって制御され、弁１０、詳細には室５０の圧力Ｐ２が十分に小さくなり、弁部材７０による出口ポート４０の開放が可能になると、圧力放出弁７４０はその動作を中止する。弁１０に対する吐出圧Ｐ１は、好ましくは圧力調整手段７２０の下流側に配置され、かつ、制御手段７１０に操作可能に接続された光圧力変換器又は他の圧力センサ手段７６０によって監視可能なことが有利である。弁の静圧が十分に小さくなり、弁部材７０を開放すると、本明細書において既に説明したように、流体が再び容器５００に流入し、制御手段７１０は、圧力調整手段７２０の吐出圧Ｐ１の上昇を継続する。容器５００の充填に先立って、圧力放出弁７４０は、圧力調整手段７２０と弁１０の室５０の間の圧力を放出することが好ましい。

本発明の第１の実施形態による弁の主要素の、ある動作位置における横断面図である。 本発明の第１の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明の第１の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 図１ａ乃至図１ｃに示す弁の静止動作モードにおける閉止部材の部分拡大横断面図である。 図１ａ乃至図１ｃに示す弁の動的動作モードにおける閉止部材の部分拡大横断面図である。 図１ａ乃至図１ｃに示す弁部材の静止動作モードにおける部分拡大横断面図である。 図１ａ乃至図１ｃに示す弁部材の動的動作モードにおける部分拡大横断面図である。 本発明の第２の実施形態による弁の主要素の、ある動作位置における横断面図である。 本発明の第２の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明の第２の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明の第３の実施形態による弁の主要素の、ある動作位置における横断面図である。 本発明の第３の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明の第３の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明の第４の実施形態による弁の主要素の、ある動作位置における横断面図である。 本発明の第４の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明の第４の実施形態による弁の主要素の、他の動作位置における横断面図である。 本発明によるシステムの好ましい実施形態の主要素を示す略図である。 図５に示す圧力調整手段の一構成の主要素を示す略図である。 図５に示す圧力調整手段の他の実施形態の主要素を示す略図である。 図５乃至図７に示すシステムを使用した典型的な充填操作時間に対する吐出圧の変化を示すグラフである。

Claims (23)

1. 容器（５００）を密閉し、かつ、容器（５００）の充填を可能にするための弁（１０）であって、流体源（７００）に直接的又は間接的に接続する入口ポート（３０）、及び前記容器（５００）に直接的又は間接的に接続する出口ポート（４０）を備えたハウジング（２０）と、
   閉止部材（６０、２６０、３６０、４６０）と、
   第１の位置にある場合に、前記入口ポート（３０）と前記出口ポート（４０）との間の流体連通を可能にし、かつ、第２の位置にある場合に、前記入口ポート（３０）から前記出口ポート（４０）への流体連通を阻止する少なくとも１つの弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）とを備え、
   前記弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）の両端間の静圧差（ΔＰ３）が予め決定可能な第１の閾値未満の場合にのみ、前記弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）が前記第１の位置に配置されかつ維持される、弁（１０）。
2. 前記弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）は力発生手段（８０、２８０、３８０”、８０’、４８０”、８０’）を有し、当該力発生手段が前記弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）に平衡力（Ｆｘ）を提供し、かつ、前記充填条件を満足すると、前記弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）を前記第１の位置に配置する、請求項１に記載の弁。
3. 前記力発生手段がバネ（２８０）を有する、請求項２に記載の弁。
4. 前記弁部材（３７０、４７０）を前記第１の位置に配置しかつ維持するために、前記弁部材（３７０、４７０）が、前記弁（１０）に包含されていない外部部品（８０、３８０’、４８０’）に操作可能に接続できる、前記弁に包含された内部部品（３８０”、４８０”）を備える、請求項１から２のいずれか一項に記載の弁。
5. 前記内部部品（３８０”、４８０”）は、第２の磁石（３８２、４８２）を有する外部部品（３８０’、４８０’）に前記弁が接近した時に、前記弁部材（３７０、４７０）を前記第１の位置に配置する平衡力（Ｆｘ）提供する、第１の磁石（３８１）又は磁化可能要素（４８１）を有する、請求項４に記載の弁。
6. 前記閉止部材（６０、２６０、３６０、４６０）が逆止弁として形成された、請求項１から５のいずれか一項に記載の弁。
7. 前記逆止弁（２６０）及び前記弁部材（２７０）が、前記入口ポート（３０）と前記出口ポート（４０）との間で、前記ハウジング（２０）の室（５０）内を移動可能な本体（２６０）上に形成された、請求項６に記載の弁。
8. 前記逆止弁（２６０）が、当該逆止弁（２６０）の端部に取り付けられた、前記入口ポート（３０）に向かって導かれるピン（２９０）を備えた、請求項６又は７のいずれか一項に記載の弁。
9. 前記ハウジングが、互いに連通する上流室（２５１）と下流室（３５２）とに分割された室を有し、前記上流室（３５１）が往復運動可能に前記閉止部材（６０）を受け入れ、前記下流室（３５２）が少なくとも前記第１の位置と第２の位置との間で往復運動可能に前記弁部材（３７０）を受け入れる、請求項７から８のいずれか一項に記載の弁。
10. 前記下流室（３５２）が、前記弁部材（３７０）の運動を内部部品（３８０”、４８０”）と外部部品（３８０’、４８０’）との間で、磁気吸引又は磁気反発の方向に整列させる、請求項５及び９のいずれか一項に記載の弁。
11. 容器（５００）に公認の流体源（７００）から排他的に流体を充填するシステムであって、前記流体源（７００）と流体連通している、請求項２から１２のいずれか一項に記載の前記容器（５００）に取り付けられた弁（１０）に接続する圧力調整手段（７２０）を備え、前記圧力調整手段（７２０）が、前記容器（５００）に供給される前記流体の圧力を所定の又は予め決定可能な第１の閾値未満に維持するべく設計し、前記第１の閾値は前記弁（１０）の前記弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）を前記第１の位置に配置されかつ維持されるように選択される、システム。
12. 前記システムが、前記容器（５００）に流入する液流を測定する流体流量検知手段（７３０）を有し、前記システムが、前記圧力調整手段（７２０）及び前記流体流量検知手段（７３０）に操作可能に接続された制御手段（７１０）をさらに備えた、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記圧力調整手段（７２０）が、所定の最小の大きさの吐出圧を提供し、かつ、前記制御手段（７１０）を介して制御可能な方法で前記吐出圧を大きくする、請求項１１又は１２に記載のシステム。
14. 前記システムに接続された流体源（６９９）からの容器（５００）の充填に関連する動作の間、前記制御手段が最初に第１の所定の閾値未満の大きさの吐出圧を提供するよう前記圧力調整手段に指令し、つづいて前記吐出圧を大きくするよう指令し、それにより流体の流量を所定の範囲内に維持する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記システムが、請求項４から１０のいずれか一項に記載の弁内の力発生手段の内部部品（３８０”、４８０”）に操作可能に接続できる前記力発生手段の外部部品（３８０’、４８０’）をさらに備えた、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記システムが、前記制御手段（７１０）に結合された前記容器（５００）の重量を測定する手段（７７０）を備えた、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の弁を備えた、流体を貯蔵する容器。
18. 前記弁が前記容器（５００）の開口部に永久接続された、請求項１７に記載の容器。
19. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の弁（１０）を有する容器（５００）に流体源（６００）から流体を充填するための方法であって、
    前記流体源（６００）に前記弁（１０）を接続するステップａ）と、
    前記弁の弁部材（７０、２７０、３７０、４７０）の両端間の静圧差（ΔＰ３）が所定の又は予め決定可能な第１の閾値未満を維持するよう、前記弁（１０）の入口ポート（３０）における前記流体の吐出圧（Ｐ１）を制御するステップｂ）とを含む方法。
20. ステップｂ）が、
    最初に、所定の時間期間又は予め決定可能な時間期間の間、前記弁（１０）の前記入口ポート（３０）に所定の第２の閾値より小さい静吐出圧を提供する副ステップｂ１）と、
    ステップｂ１）の後、前記吐出圧を連続的に、あるいは複数のステップで大きくする副ステップｂ２）とを含む、請求項１９に記載の方法。
21. ステップｂ）が、
    最初に、前記入口ポートに第２の閾値より小さい吐出静圧を提供する副ステップｂ３）と、
    前記弁（１０）に流入する流体の流体流量を測定する副ステップｂ４）と、
    前記流体流量が減少すると、前記吐出静圧（Ｐ１）の大きさを所定の方法又は予め決定可能な方法で大きくする副ステップｂ５）と、
    測定した流体流量がゼロになるまでステップｂ４）及びｂ５）を継続する副ステップｂ６）とを含む、請求項１９又は２０のいずれか一項に記載の方法。
22. ステップｂ）が、
    前記入口ポート（３０）の静圧を測定する副ステップｂ７）と、
    前記ステップにおける前記静圧が、満杯時の前記容器の圧力の大きさである所定の第３の閾値の範囲内である場合、容器の充填を中止し、かつ、前記弁を前記流体源から開放する副ステップｂ８）と、
    前記ステップｂ７における前記静圧が、満杯時の前記容器の圧力の大きさである所定の第３の閾値より小さい場合、容器の充填を中止し、前記出口ポート（４０）の上流側の弁の圧力を放出し、容器の充填を再開し、かつ、ステップｂ７）からｂ８）を継続する副ステップｂ９）とをさらに含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 充填手順の前及び／又は充填手順の間、前記容器（５００）の重量が連続的に測定される、請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。

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