JP2006057850A - 深冷媒体用カップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸方向運動のみで必要な全ての連結操作が可能で可動部材を全て内部配置可能な汚染に強い単純頑丈な構成の深冷媒体用カップリング装置を提供する。
【解決手段】 深冷媒体を導く真空断熱構造のパイプ管路用のカップリング装置。連結プラグ及び対応した連結ソケットを備え、連結状態では連結プラグ側の管路端末パイプが分離面を越えて連結ソケット内に進入し、連結プラグと連結ソケットには分離面に隣接して各１つずつの球形回転開閉栓が内蔵されている。連結プラグＳと連結ソケットＤは連結時に係合する軸方向スライド可能な鎖錠筒７、８を有し、鎖錠筒７、８はスライドピン９、１０で付属の球形回転開閉栓４、５と連結され、鎖錠筒７、８のスライド時には球形回転開閉栓４、５がスライドピンにより閉位置と開位置の間で回動される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、深冷媒体を導くための真空断熱構造のパイプ（又はホース）管路用のカップリング装置に関し、特に単心又は多心管路に対して深冷媒体の供給又は取り出しを行う単心又は多心連結プラグ及びこの連結プラグに対応した連結ソケットを備え、連結状態においては連結プラグ内に軸方向相対移動可能に設けられたプラグ側管路端末パイプがプラグソケット間分離面を越えて連結プラグ内に進入し、連結プラグと連結ソケットのそれぞれには分離面に隣接して貫通穴を有する各１つずつの球形回転開閉栓が内蔵されている形式の深冷媒体用カップリング装置に関するものである。本発明はまた係るカップリング装置の使用にも関する。

以下の説明において、特定の深冷媒体の表現にはそれらの状態に応じて「気体」には頭文字「Ｇ」を、「液体」には「Ｌ」を付すものとし、例えば気体水素はＧＨ_２、液体水素はＬＨ_２で表す。また圧縮天然ガスは「ＣＮＧ」、液化天然ガスは「ＬＮＧ」で表す。

今日、特に水素と天然ガスは、エネルギー需要の増大と環境意識の高まりによりエネルギー媒体として益々重要となっている。既に、トラック、バス、乗用車、或いは機関車などについては、天然ガスや水素を燃料とするエンジンや燃料電池と電動機との組合せによって動力を得るものが実用化されている。更に、これらのエネルギー媒体で航空機の動力を得る最初の実験が進行中である。

上述の乗物に搭載する形式での水素又は天然ガスの貯留は液体の形で行うのが最も有利である。この場合、確かに水素やＬＮＧを液体状態に維持するには約２５Ｋ又は１１２Ｋの深冷状態に保つ必要があるが、これは単に貯留用の容器又はタンクに相応の断熱措置を施すだけで実現可能である。これに対し、気体状態での貯留は、ＧＨ_２やＣＮＧはいずれにせよ密度が低いので、通常は上述の乗物に搭載する形式は不利である。即ち、高圧での貯留を大容積の重い貯留容器で行われねばならないからである。

上記のような深冷液体エネルギー媒体を燃料とする車両への燃料補給は冒頭に記載した形式のカップリング装置により行われ、これについては、例えば特許文献１に記載されている。この形式のカップリング装置の原理は、一方は連結プラグ側に、そして他方は連結ソケット側に装備されている２つの球形回転開閉栓が互いにフランジ接合されるシステムに基づいている。両方の球形回転開閉栓同士がフランジ接合されると、引き続きプラグ側から球形回転開閉栓の貫通穴を通して真空断熱構造の燃料補給用管路端末パイプが挿通され、この補給用管路端末パイプを通して（深冷）媒体が連結ソケット側へと流れる。燃料補給が終わると連結プラグ内に燃料補給用管路端末パイプが引き戻され、球形回転開閉栓が再び閉位置に戻される。その後、球形回転開閉栓同士のフランジ接合が分離される。このような燃料補給用のカップリング装置では、視認可能な構成要素の冷却を外部から確認しないと（深冷）液体燃料の過充填を招くことがある。
独国特許出願公開第４１０４７１１号明細書

上述の原理を応用する場合、プラグ側にある球形回転開閉栓とソケット側にある球形回転開閉栓は球形栓体の回転によって開閉操作することが不可欠である。従来、この操作過程はハンドレバーによって行われるのが通常であり、この開閉用のハンドレバーがプラグ側の球形回転開閉栓の球形栓体を９０°回転させて開位置にする。連結プラグとの結合時に係合する駆動歯車機構によって同時にソケット側の球形回転開閉栓も開位置にされ、連結が解除されると閉位置となる。例えば全自動燃料サービスステーションで実現されているような所謂燃料補給ロボットに応用する場合は、プラグ側の球形回転開閉栓を液圧及び／又は空圧式の駆動手段で操作することができる。その場合、ソケット側の球形回転開閉栓は手動操作の場合と同様にフランジ接合している間に係合状態となる駆動歯車機構を介して開閉操作される。

上述のように球形回転開閉栓同士をフランジ接合で連結する方式では、幾何学的条件から双方のフランジ自体が触れ合う前に互いの駆動歯車機構を係合状態にする必要がある。しかしながら、フランジ同士が触れ合う前の連結過程で駆動歯車機構を厳密に噛合状態とするには、ソケット側の連結部材に対するプラグ側の連結部材の相対的な径方向偏差及びオフセット角に関して極めて正確な軸心ガイドが必要である。この種のカップリング装置では、一般的にスペース条件が限られているので、ガイド手段、特に径方向に所要の大きさの拡がりを必要とする円錐状ガイドは実現できない。このため、プラグとソケットの適正な連結が成功するか否かは、操作員の練度又はセンサ装置と燃料補給ロボットの制御精度に左右される。

その他、この方式では連結過程に亘って双方の駆動歯車機構の歯車同士が一平面内で噛合状態を維持するように双方の球形回転開閉栓の回転軸心も一平面になければならない点も欠点である。また、連結中は一方の駆動歯車機構の歯車の歯先が他方の駆動歯車機構の歯車の歯底内に確実に係合していなければならず、双方の歯先同士が衝合するとフランジ接合自体が不可能となる。更に、これらの歯車機構の主要な部分は外部に露出配置されているので塵埃や風雨等による激しい汚染に曝され、歯車の噛み合い時には、存在する狭い公差と相俟って歯車の汚染が歯車の膠着、従って歯車の摩耗の増加を招く虞もある。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の深冷媒体用カップリング装置において、前述の諸欠点を解消し、連結プラグと連結ソケットの連結に際しては両者の相対的な軸方向運動のみで必要な全ての連結操作が可能であり、可動部材を全て内部に配置可能で外部からの汚染に強く、しかも単純頑丈な構成で真空断熱構造のパイプ管路又はホース管路に適したカップリング装置を提供することにある。

本発明による深冷媒体用カップリング装置は、冒頭に記載したように一系統又は複数系統の深冷媒体を導くために設けられる真空断熱構造のパイプ管路又はホース管路用のカップリング装置であって、単心又は多心管路に対して深冷媒体の供給又は取り出しを行う単心又は多心連結プラグ及びこの連結プラグに対応した連結ソケットを備え、連結状態においては連結プラグ内に軸方向相対移動可能に設けられたプラグ側管路端末パイプがプラグソケット間分離面を越えて連結ソケット内に進入し、連結プラグと連結ソケットのそれぞれには分離面に隣接して貫通穴を有する各１つずつの球形回転開閉栓が内蔵されている。

本発明による深冷媒体用カップリング装置では、前述の課題を解決するために、連結プラグと連結ソケットが軸方向にスライド可能に支承された各１つずつの鎖錠筒を有し、これらの鎖錠筒は連結プラグと連結ソケットを連結したときに係合し、各鎖錠筒がそれぞれスライドピンによってそれぞれに付属する球形回転開閉栓と連結され、これらのスライドピンにより鎖錠筒のスライド時に球形回転開閉栓が閉位置から開位置へ或いはその逆へと回動されるように構成されていることを特徴とする。

ここで「開位置」とは、連結プラグ側からの管路端末パイプが連結ソケット内に進入できるように貫通孔が開かれているときの球形回転開閉栓の状態位置であり、また、「閉位置」とは、逆に管路端末パイプの挿通ができないように貫通孔が閉じられているときの球形回転開閉栓の状態位置のことである。

先に述べた公知構造のカップリング装置とは異なり、連結時に互いに係合する鎖錠筒をそれぞれ備えた連結プラグと連結ソケットは係合した鎖錠筒内で何らの制限無しに厳密に軸心ガイドされ、軸心上で適正に整列した状態で双方の駆動機構同士の連結を果たして確実に相互連結を達成することができる。

本発明の好適な一実施形態によるカップリング装置では、連結プラグの鎖錠筒がプラグ側管路端末パイプと同軸配置されている。

少なくともプラグ側鎖錠筒は空圧、液圧及び／又は機械式駆動手段、特に軸方向駆動手段によってスライド可能であることが好ましい。また、プラグ側管路端末パイプも空圧、液圧及び／又は機械式の駆動手段によって移動可能とすることが好ましく、この場合、プラグ側鎖錠筒の駆動手段とプラグ側管路端末パイプの駆動手段は個別又は共通の駆動機構として構成することが可能である。

ソケット側鎖錠筒は連結ソケットに付属の球形回転開閉栓をばね力によって閉位置に復帰させる押しばね機構を有していてもよい。

両鎖錠筒同士は、コレットチャック式、セグメント式及び／又はスナップ式の鎖錠部により相互結合可能とすることができる。

本発明による真空断熱形パイプ管路又はホース管路用カップリング装置は、車両用燃料補給用カップリング装置、特に液体水素及び／又は液化天然ガス自動車用の燃料補給用カップリング装置として使用することができる。

本発明による深冷媒体用カップリング装置は以下に列挙するような利点を奏することができる。即ち、
・連結とその解除にはプラグ・ソケット間の相対的な軸方向運動のみで足り、この運動を起こすには、機械式、空圧式又は液圧式の駆動手段を利用することができる。
・単純で頑丈な構造であり、従って寿命が長い。
・可動部材はすべて鎖錠筒の内部に配置することができ、従って汚染に強い。
・原則的に歯車機構が不要であるので低騒音で機能する。
・スライド可能な鎖錠筒により連結時には万一の汚れが押しのけられるので汚れに強い。
・鎖条筒、スライドピン及び球形回転開閉栓の間の機械式結合によって優れた機能性と動作の再現性が得られる。
・各部材が軸心に関して回転対称の構造であり、プラグ側とソケット側との間のあらゆる径方向角度位置において連結過程を確実に果たすことができ、従って連結が成功するか否かは操作員の熟練やセンサ装置及び補給ロボットの厳密な制御に左右されない。
・各部材が軸心に関して回転対称の単純な構造であるので、一般的な数値制御工作機械で容易に連続生産できる。

請求項１に記載の本発明によるカップリング装置と従属請求項の対象である本発明のその他の諸構成を図示の実施形態に基づいて詳述すれば以下の通りである。

図１は、連結を解除した状態における本発明の実施形態に係るカップリング装置の横断面図であり、このカップリング装置は連結プラグＳと連結ソケットＤとからなり、これらはプラグ・ソケット間の分離面Ｔで互いに結合される。

連結ソケットＤは円筒状の外壁１を有し、燃料補給過程で球形回転開閉栓４、５が開かれたときには、この外壁１内に連結プラグＳ側の管路端末パイプ３が進入し、ソケット側管路端末パイプの先端に設けられたストッパー２に密に着座するまで押し込まれる。連結プラグＳと連結ソケットＤは各１つずつの球形回転開閉栓４、５を有し、これらの球形栓体には開位置で連結プラグＳ側の管路端末パイプ３の挿通を許容する貫通孔が設けられている。管路端末パイプ３は連結プラグＳの内部で案内パイプ６内に軸方向移動可能に配置されている。

管路端末パイプ３の軸方向移動は、機械式、空圧式及び又は液圧式の駆動装置によって行うことができる。一般に、連結ソケットＤ内への管路端末パイプ３の押込みは連結プラグＳと連結ソケットＤとの係合締付及び球形回転開閉栓４、５の開動作と連動するようにされ、これによりカップリング装置の操作が簡素となる。

本発明に従って、連結プラグＳと連結ソケットＤは、共に軸方向にスライド可能に支承された各１つずつの鎖錠筒７、８を有している。鎖錠筒７、８は、連結プラグＳと連結ソケットＤを連結したときに互いに係合する。

本実施形態によるカップリング装置では、鎖錠筒７、８は、転動ボール又は拡径リングの径方向変位によるスナップ式鎖錠部１２で互いに係合可能である。即ち、鎖錠筒７、８は互いに嵌合したときにプラグ側のスナップ式鎖錠部１２のボール又はリングがソケット側の鎖錠筒の前縁部外周に設けられている凹部に嵌合して強制的に機械的な係合状態となり、この係合状態は両鎖錠筒の分離操作時には軸方向への離反運動に伴って解除され、従って鎖錠筒同士の係合の保持に例えばばねによる付加的な補助エネルギーは必要ない。

スナップ式鎖錠部１２に代えて、例えばコレットチャック式又はセグメント式等の別形態の鎖錠機構を採用してもよい。

少なくともプラグ側鎖錠筒７は空圧式、液圧式及び／又は機械式の駆動機構によってスライド可能であり、この駆動機構は主に軸方向に作用する駆動装置である。プラグ側管路端末パイプ３も同様の空圧、液圧及び／又は機械式駆動機構によって移動可能であり、この場合、鎖錠筒７の駆動機構とプラグ側管路端末パイプ３の駆動機構は個別に構成してもよく、或いは共通の駆動装置として構成してもよい。連結プラグＳと連結ソケットＤの各鎖錠筒の連結に際しては、図示しない駆動機構によって駆動棒１１、１１’を連結ソケットＤ側へ向けて軸方向に前進させることによってプラグ側鎖錠筒７をソケット側鎖錠筒８へ向かってスライドさせ、両者が係合した後も更に駆動棒で押し込むことによりソケット側鎖錠筒８も図の左方へスライド移動される。

各鎖錠筒７、８には、そのスライド移動の方向に応じてそれぞれに付属する球形回転開閉栓４、５が閉位置から開位置へ、或いはその逆へと回動されるように、球形回転開閉栓４、５との間に連動用のスライドピン９、１０が係合している。従って、駆動棒の前進操作により鎖錠筒７、８が連結ソケットＤ側（図示の左方）へスライド移動すると球形回転開閉栓４、５が図面上で半時計方向に回動して開き、これによって形成された案内通路に沿って図示しない駆動装置で前進されるプラグ側管路端末パイプ３が連結ソケットＤ内にまで進入し、その先端部が円筒状外壁１内のストッパー２に密に着座する。逆に駆動棒を後退操作するとプラグ側の鎖錠筒７は駆動棒先端との係合によって後退すると共にソケット側の鎖錠筒８は押しバネ機構１３により連結プラグＳ側（図示の右方）へスライド移動し、従って球形回転開閉栓４、５は逆に時計方向に回動されて再び閉位置に復帰する。但しこの球形回転開閉栓４、５の閉位置への回動は、燃料補給操作が終了し且つプラグ側管路端末パイプ３が図示しない駆動装置で再びプラグ側球形回転開閉栓４よりも後退した後に初めて行われるのは述べるまでもない。

本実施例に係るカップリング装置では、ソケット側鎖錠筒８はそれに付属する球形回転開閉栓５を閉位置する位置へ向けてばね力により自動復帰移動するように押しばね機構１３を備えている。この押しばね機構は、駆動棒の後退時にソケット側鎖錠筒８がスナップ式鎖錠部１２による係合でプラグ側鎖錠筒７の後退に追従して復帰方向へスライド移動するのをばね力で補助する機能を有し、これによって連結プラグＳの解除時にソケット側球形回転開閉栓５の閉鎖が一層確実となる。

以上に述べた本実施形態によるカップリング装置の構成においては、両鎖錠筒７、８が上述のように適正に鎖錠された状態で使用されないかぎり、連結プラグＳを連結ソケットＤから解除するときにソケット側の球形回転開閉栓５が完全に閉じていない可能性が常にあり、従ってその場合には貯留容器に深冷媒体を補給する際に貯留容器内への望ましくない熱侵入、即ち深冷媒体の急激な蒸発が生じる可能性がある。これは却って実際の操作面での安全策として利用でき、プラグ・ソケット間のみならず鎖錠筒７、８の間にも前述のように適正な機械的鎖錠が果たされている場合にのみ、連結プラグＳの解除時にソケット側球形回転開閉栓５の閉鎖が必然的に起きることを確保することができる。

本発明に係る真空断熱形パイプ管路又はホース管路用カップリング装置は、種々の形式の車両に対する燃料補給用カップリング装置、特に液体水素及び／又は液化天然ガスを燃料とする車両の車載燃料貯留容器に液体水素又はＬＮＧを補給するための自動車用の燃料補給用カップリング装置として使用するのに好適である。

連結を解除した状態における本発明の実施形態に係るカップリング装置の横断面図である。

符号の説明

Ｓ：連結プラグ
Ｄ：連結ソケット
１：ソケット内の円筒状外壁
２：ストッパー
３：プラグ側管路端末パイプ
４：プラグ側球形回転開閉栓
５：ソケット側球形回転開閉栓
６：プラグ内の案内パイプ
７：プラグ側鎖錠筒
８：ソケット側鎖錠筒
９：スライドピン
１０：スライドピン
１１、１１’：駆動棒
１２：スナップ式鎖錠部
１３：押しバネ機構

Claims (7)

1. 一系統又は複数系統の深冷媒体を導くために設けられる真空断熱構造のパイプ管路又はホース管路用のカップリング装置であって、単心又は多心管路に対して深冷媒体の供給又は取り出しを行う単心又は多心連結プラグ及びこの連結プラグに対応した連結ソケットを備え、連結状態においては連結プラグ内に軸方向相対移動可能に設けられたプラグ側管路端末パイプがプラグソケット間分離面を越えて連結ソケット内に進入し、連結プラグと連結ソケットのそれぞれには分離面に隣接して貫通穴を有する各１つずつの球形回転開閉栓が内蔵されている深冷媒体用カップリング装置において、
   連結プラグ（Ｓ）と連結ソケット（Ｄ）が軸方向にスライド可能に支承された各１つずつの鎖錠筒（７、８）を有し、
   これらの鎖錠筒（７、８）は連結プラグ（Ｓ）と連結ソケット（Ｄ）を連結したときに係合し、
   各鎖錠筒（７、８）がそれぞれスライドピン（９、１０）によってそれぞれに付属する球形回転開閉栓（４、５）と連結され、これらのスライドピンにより鎖錠筒（７、８）のスライド時に球形回転開閉栓（４、５）が閉位置から開位置へ或いはその逆へと回動されるように構成されていることを特徴とする深冷媒体用カップリング装置。
2. 鎖錠筒（７、８）がプラグ側管路端末パイプ（３）と同軸配置されていることを特徴とする請求項１に記載のカップリング装置。
3. 少なくともプラグ側鎖錠筒（７）が空圧、液圧及び／又は機械式駆動手段、特に軸方向駆動手段によってスライド可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカップリング装置。
4. プラグ側管路端末パイプが空圧、液圧及び／又は機械式駆動手段によって移動可能であり、プラグ側鎖錠筒（７）の駆動手段とプラグ側管路端末パイプ（３）の駆動手段が個別又は共通の駆動機構として構成されていることを特徴とする請求項３に記載のカップリング装置。
5. ソケット側鎖錠筒（８）が付属の球形回転開閉栓（５）をばね力によって閉位置に復帰させる押しばね機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカップリング装置。
6. 両鎖錠筒（７、８）同士がコレットチャック式、セグメント式及び／又はスナップ式の鎖錠部（１２）により相互結合可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカップリング装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の真空断熱形パイプ管路又はホース管路用カップリング装置の車両用燃料補給用カップリング装置、特に液体水素及び／又は液化天然ガス自動車用の燃料補給用カップリング装置としての使用。

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