JP2007506058A - 統合加圧流体システム用の圧力容器アセンブリ - Google Patents

統合加圧流体システム用の圧力容器アセンブリ Download PDF

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Abstract

加圧流体システム用の圧力容器アセンブリは、密封外部ケーシングと、ケーシングの内部に延びる少なくとも1つの内部管と、少なくとも1つの内部管の内部に配置された少なくとも1つの流体アキュムレータと、少なくとも1つの内部管の内部に設けられ、かつ少なくとも1つの流体圧流体アキュムレータと少なくとも1つの内部管の間のクリアランスによって画定される少なくとも1つの冷却通路とを含む。圧力容器アセンブリは、外部ケーシングと少なくとも1つの内部管との間に形成された流体貯蔵区画をさらに含む。流体貯蔵区画は、少なくとも部分的に作動流体によって満たされる。加圧流体システムはまた、少なくとも1つの流体圧流体アキュムレータおよび圧力容器アセンブリの貯蔵区画内の作動流体の強制冷却用の冷却通路を通る強制空気流を可能にする冷却ファンも含む。

Description

本出願は米国特許法の第119条(e)項に基づき、Kenric Roseによる2003年9月22日出願の米国仮出願第60/504,188号の利益を請求する。
本発明は一般に、流体圧再生駆動システム(hydraulic regenerative drive system)用などの統合加圧流体システム(integrated pressurized fluid system)に関し、より詳細には、少なくとも1つの流体圧流体アキュムレータ(hydraulic fluid accumulator)を収納する圧力容器アセンブリを含む統合加圧流体システムに関する。
従来の統合加圧流体システムでは、再生エネルギーはフライホイール・アキュムレータ、電気化学電池、または流体圧流体アキュムレータに通常蓄積される。後者は、既知の技術であり、他の再生および蓄積装置に比べて、注目すべきことに、それらを連結した自動車の変速機に関連した使用においてより柔軟性がある。他方において、それらは質量および体積に関して効率的でないままであり、したがって自動車への取り付けに重大な問題がある。得られたエネルギーの節約を不利にすることに加えて、死荷重および死容積(dead weight and bulk)のこれらの問題は、流体圧流体アキュムレータ自体または主にアキュムレータを取り付けるために自動車に加えられなければならない変更に関連する高いコストにつながる。結果として、流体圧流体アキュムレータを備えた自動車は、どのような方法でも、もはや標準ではなくなり、したがって、製造および維持するのにより多く費用がかかり、さらにこの設置に使用された装置を別の車両に移したり、大きさを調節したりできず、このことはそのような設置の全体コストを増加させる。
したがって、本発明の目的は、すべての蓄積機能を組み合わせ、いかなる実質的な変更もなく、流体圧流体アキュムレータを充填、放出するように設計された流体圧再生駆動システムを備える標準の自動車を含めて様々なタイプの加圧流体システムに取り付けることができるコンパクトな圧力容器アセンブリを提供することによって、従来技術のこれらの欠点を克服することである。
本発明は流体圧再生駆動システム用などの統合加圧流体システムで使用するための圧力容器アセンブリを提供する。
本発明の圧力容器アセンブリは、密封外部ケーシング(enclosed outercasing)と、このケーシングの内部に延びる少なくとも1つの内部管(internal tube)と、少なくとも1つの内部管の内部に配置された少なくとも1つの流体アキュムレータと、少なくとも1つの内部管の内部に設けられ、かつ少なくとも1つの流体圧流体アキュムレータと少なくとも1つの内部管との間のクリアランスによって画定される少なくとも1つの冷却通路(cooling passage)とを含む。圧力容器アセンブリは、少なくとも1つの内部管の外側の外部ケーシングの内部に形成された流体貯蔵区画をさらに含む。流体貯蔵区画(fluid storage compartment)は、油などの作動流体によって少なくとも部分的に満たされている。
本発明の加圧流体システムは、少なくとも1つの流体圧流体アキュムレータおよび圧力容器アセンブリの貯蔵区画内の作動流体の強制冷却用の冷却通路を通る強制空気流を可能にする冷却ファンを含む。
本発明の加圧流体システムは、加圧ガス貯蔵庫(pressurized gas reservoir)が外部ケーシング内の区画の内部の作動流体を加圧するために外部ケーシングの内部の区画と流体連通するように、外部ケーシングの外側の加圧ガス貯蔵庫をさらに含む。
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、流体圧流体アキュムレータが、少なくとも1つのスパイラル・ラッピング(spiral wrapping)が流体圧流体アキュムレータの周りを囲んだ状態で、内部管の内部に間隔を置き中心に合わせて内部管の内部に置かれる。
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、圧力容器の外部ケーシングは、ほぼ管状のハウジングと、ハウジングの反対側の末端(opposite distal ends)に固定された端部材とを含む。
本発明の他の目的および利点が、添付の図面を考慮して見るとき、以下の明細書の研究から明らかになるであろう。
次に、本発明の好ましい実施形態が添付の図面に関して説明される。
図1は流体圧再生駆動システム用などの統合加圧流体システムを概略的に示す。しかし、本発明は流体圧再生駆動システムに関して記載されているが、本発明は任意の適切な加圧流体システムの使用に等しく適していることに留意されたい。
図1に示されるように、本発明の好ましい実施形態による統合加圧流体システム1は、圧力容器アセンブリ10と、圧力容器アセンブリ10と流体連通するモータ/ポンプ2とを含む。運動エネルギーの外部電源(図示せず)は、駆動軸3を介してモータ/ポンプ2に駆動的に接続される。
好ましくは、モータ/ポンプ2は、流体圧ポンプとして、また逆にしたとき流体圧モータとして両方に機能する高圧流体圧ピストン機械などの容積形で可逆性の流体圧ユニット(positive displacement reversible hydraulic unit)である。あるいは、モータ/ポンプ2は可変容量形の流体圧ユニット(variable displacement hydraulic unit)である。任意の適切な流体圧モータ/ポンプ・ユニットが本発明の範囲の内部にあることが理解されるであろう。自動車の流体圧再生駆動システム(図示せず)の応用例では、モータ/ポンプ2は、駆動軸3を介して自動車の動力伝達系統(drive line)に連結される。
図1にさらに示されるように、圧力容器アセンブリ10は、少なくとも1つ、好ましくは複数の流体圧流体アキュムレータ20を収納し、大気圧または低圧で、少なくとも部分的に油などの作動流体圧流体17で作動流体貯蔵区画11をその中に画定する。任意の適切なタイプの流体圧流体アキュムレータを使用できることが理解されるであろう。好ましくは、流体圧流体アキュムレータ20は、当技術分野で知られている流体圧−空気圧式アキュムレータである。各流体圧−空気圧式アキュムレータ20は、モータ/ポンプ2に連結された連絡ポート(communication port)21と、ガス充填ポート23とを含む。
さらに好ましくは、圧力容器アセンブリ10の貯蔵区画11内の流体圧流体17は、図1に示されるように貯蔵区画11と流体連通された外部加圧ガス貯蔵庫6によってもたらされる低圧である。好ましくは、外部加圧ガス貯蔵庫6は、低圧ガス・アキュムレータまたは加圧下の適切なガスを収納するガス容器の形状である。したがって、圧力容器アセンブリ10の貯蔵区画11は、モータ/ポンプ2に連結された低圧アキュムレータを作る。さらに好ましくは、圧力容器アセンブリ10は、モータ/ポンプ2に流体連通された3つの流体圧流体アキュムレータ20を収納する。図1にさらに示されるように、モータ/ポンプ2は、分配ブロック7を介して流体圧流体アキュムレータ20と圧力容器アセンブリ10の貯蔵区画11の両方に流体連通される(fluidly connected)。
図2〜5に詳細に示された圧力容器アセンブリ10は、流体アキュムレータ20を収納する密封外部ケーシング12を含む。外部ケーシング12は、管状で、好ましくは、ほぼ円筒の、中心軸13をもつハウジング14と、対向する端部材15および16とを含む。あるいは、管状のハウジング14は、卵形、長方形、正方形または任意の適切な断面をもってもよい。好ましくは、端部材15および16は、図2、4および5に示すようにそれぞれフランジ15aおよび16aを備えるほぼ平らな板の形状であり、フランジ15aおよび16aは、圧力容器アセンブリ10の所望の圧力定格(pressure rating)に合わせて漏れ止めされる(leak tight)ように、ハウジング12の反対側の末端に溶接などで強固に固定される。圧力容器アセンブリ10は、ハウジング12の材料厚および溶接が、適切な安全係数を備えて圧力容器アセンブリ10の外部ケーシング12の内部の貯蔵区間11内の流体圧流体17の作動圧力を収納するのに十分なように設計される。
圧力容器アセンブリ10の外部ケーシング12は、その内部に固定された複数のより小さい直径の、円筒内部管18をさらに備えている。各複数の円筒内部管18は円筒ハウジング14の中心軸13にほぼ平行な長手方向軸19をもち、公称クリアランス(nominal clearance)をもって内部管18の内部に適合する流体圧流体アキュムレータ20の1つを受けるように寸法決めされる。流体圧流体アキュムレータ20と内部管18との間のクリアランスは、空気などの適切な冷却流体の流れを受け、それを通って流体圧流体アキュムレータ20および圧力容器アセンブリ10の貯蔵区画11の内部の作動流体圧流体を冷却するための冷却通路を画定する。好ましくは、公称クリアランスは大体4分の1インチである。
さらに好ましくは、内部管18はハウジング12とほぼ同じ長さであり、平らな端部材15および16を通って延びる。すべての内部管18は、それらの端部が同一面になるように組み立てられる。これを実現するために、対応する丸い穴22が内部管18が適合するように圧力容器アセンブリ10の各端部材15および16に開けられる。したがって、作動流体貯蔵区画11が円筒ハウジング14の内部周辺表面14aと内部管18の外部周辺表面18aと端部材15および16との間の空間によって画定される。
流体圧流体アキュムレータ20が、当分野の技術者に知られている任意の適切な手段によって圧力容器アセンブリ10の内部管18の内部に固定される。例として、圧力容器アセンブリ10の内部の流体圧流体アキュムレータ20を強固に固定するように、内部管18の遠位端を、内部管18の反対側の末端にねじ付きファスナまたは溶接などで取り付けられた穴あき円形カバー部材25(図6および7に図示)で閉じることができる。図示されたように、各カバー部材25は冷却流が内部管18の内部の冷却通路を通ることを可能にする複数の冷却穴27を備えている。
組み立てられた状態で、端部材15および16は、円筒ハウジング14の中に挿入され、かつ互いに平行にまたハウジング14の中心軸13に垂直に位置合わせされる。十分な溶接材料を、端部板15および16それぞれの隆起したフランジ15aおよび16aと円筒ハウジング14の内部周辺表面14aの間に付けることができるように、端部材15および16は十分に引っ込めて作られる。端部板15および16を位置合わせするとき、内部管18を完全な円筒ハウジング14ならびに端部材15、16を貫通して通しハウジング14と同一面で位置合わせできるように、両方の端部材15および16の穿孔された円形の穴22を位置合わせしなければならない。内部管18が配置されると、圧力容器アセンブリ10の所望の圧力定格に合わせて漏れ止めされるように、十分な溶接が端部板15および16の隆起したフランジ15aおよび16aならびに円筒ハウジング14の遠位端に加えられる。圧力容器アセンブリ10は、材料厚および溶接が、適切な安全係数を備えてシステムの作動圧力を収納するのに十分なように設計されるべきである。
本発明の好ましい実施形態による加圧流体システム1の圧力容器アセンブリ10は、圧力容器アセンブリ10を通る強制空気流によって、圧力容器アセンブリ10のハウジング12の効率的な冷却をさらに可能にする。この目的のために、図1に示されるように、加圧流体システム1は、内部管18の外部周辺表面18aを通る圧力容器アセンブリ10の流体圧流体アキュムレータ20、内部管18および貯蔵区画15の強制冷却のための流体圧流体アキュムレータ20と内部管18との間のクリアランスによって画定される冷却通路を通る空気流Fを可能にする冷却ファン4を含む。好ましくは、電子制御器(図示せず)によって選択的に動作される電気モータ5によって冷却ファン4は選択的に駆動される。したがって、冷却ファン4の空気流Fは、流体圧アキュムレータ20の外部周辺表面からの強制熱伝達をもたらす。
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、図2に示されるように、流体圧流体アキュムレータ20が、少なくとも1つ、好ましくは2つのスパイラル・ラッピング26が流体圧流体アキュムレータ20の周りを囲んだ状態で、内部管18の内部に中心に合わせて間隔を置き内部管18の内部に置かれる。これらのスパイラル・ラッピング26の性質が、流体圧流体アキュムレータ20を内部管18の内部に固定し、内部管18の内部周辺表面と流体圧流体アキュムレータ20の外部周辺表面の間の強制空気循環も可能にすることになる。したがって、強制空気流Fの乱流に寄与すること、ならびに強制空気流Fの経路を長くし、したがって強制空気流Fおよび内部管18およびアキュムレータ18が接触する時間を長くし、したがって熱伝達を増加させるのに役立つことの両方によって、スパイラル・ラッピング26は流体圧流体アキュムレータ20および圧力容器アセンブリ10の冷却貯蔵区画11内部の作動流体圧流体17の冷却効率を増加させる。好ましくは、スパイラル・ラッピング26は内部管18の内部の流体圧アキュムレータ20の減衰振動用のエラストマー材料製である。
さらに、圧力容器アセンブリ10の貯蔵区画11の内部の作動流体圧流体17から内部管18への熱伝導速度を増加させ、貯蔵区画11の内部の流体圧流体運動量を低減させ、かつ圧力容器アセンブリ10を強化するために、外部ケーシング12の内部で多数の内部バッフル28が使用される。内部バッフル28の配置を、自動車の様々な傾斜角に適合するように変えることができることが当分野の技術者によって理解されるであろう。
アキュムレータ20を流体で充填することを可能にするために、十分な作動流体圧流体17をハウジング14の内部周辺表面14aと内部管18の外部周辺表面18aと端部材15および16との間の圧力容器アセンブリ10の貯蔵区画11の内部に収納できるように加圧流体システム1全体が大きさを調整される。
圧力容器アセンブリ10の圧力容量ならびに熱伝達容量の両方を最適化するために、圧力容器要素の材料および厚さの選択に配慮がされるべきである。
圧力容器アセンブリ10の円筒の設計も、システム重量の関数として圧力容量を最適化する。円周の周りを囲む、それぞれ隆起したリップ15aおよび16aを備える平らな端部材15および16は、円筒ハウジング12への外部連結、ならびに内部管18への連結を強くする。
設計も流体圧流体アキュムレータ20の保護の増加を可能にする。この保護は円筒ハウジング14と作動流体圧流体17と内部管18ならびに分離距離とから構成される。設計は弾道の貫通から充填されたアキュムレータ20の保護を増すことが意図される。この保護に加えて、設計は穴を開けられたアキュムレータから放出された任意の流体の方向を変えることも可能にする。設計の性質が圧力容器アセンブリ10の端部からの任意の作動流体の流れを導く。完全なシステムの賢明な配置/方向付けが、任意の放出された流体の流れを安全な方向に導くことになる。
したがって、本発明による統合加圧流体システムは、密封外部ケーシングと、ケーシングの内部に延びる少なくとも1つの内部管と、少なくとも1つの内部管の内部に配置された少なくとも1つの流体アキュムレータと、少なくとも1つの流体アキュムレータを冷却するために、その中を通る冷却流体の流れを受けるように少なくとも1つの流体アキュムレータに隣接した少なくとも1つの内部管の内部に設けられた少なくとも1つの冷却通路とを備える新規の圧力容器アセンブリを含む。
本発明の好ましい実施形態の前述の記載は特許法令の条項による説明の目的のために提示された。包括的なこと、あるいは本発明を開示された正確な形に限定することを意図するものではない。上述の教示の観点から明白な変更形態または変形形態が可能である。本発明およびその実用的な応用例の原理を最もよく示すため、それによって、本明細書で記載された原理に従う限り、当分野の技術者が本発明を様々な実施形態で、また、企図された具体的な使用に適すような様々な変更形態で最もよく利用できるために、本明細書で上で開示された実施形態が選ばれた。したがって、その目的および範囲を逸脱することなく、上述の本発明に変更を加えることができる。本発明の範囲がこれに添付された特許請求の範囲によって定義されることも意図される。
本発明による統合加圧流体システムの概略図である。 本発明の好ましい実施形態による圧力容器アセンブリの断面図である。 本発明の好ましい実施形態による圧力容器アセンブリの背面図である。 本発明の好ましい実施形態による圧力容器アセンブリの前面からの斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による圧力容器アセンブリの背面からの斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による油圧−空気圧式アキュムレータ(hydro−pneumatic accumulator))を含む内部管の断面図である。 本発明の好ましい実施形態による穴あきカバー部材をもつ内部管の前面からの斜視図である。

Claims (33)

  1. 加圧流体システム用の圧力容器アセンブリであって、
    密封外部ケーシングと、
    前記外部ケーシングの内部に配置された少なくとも1つの流体アキュムレータと、
    前記少なくとも1つの流体アキュムレータ冷却用にその中を通る冷却流体の流れを受けるために、前記少なくとも1つの流体アキュムレータに隣接して設けられた少なくとも1つの冷却通路とを含む圧力容器アセンブリ。
  2. 前記外部ケーシングの内部に延びる少なくとも1つの内部管をさらに含み、前記少なくとも1つの流体アキュムレータが前記少なくとも1つの内部管の内部に配置される請求項1に記載の圧力容器アセンブリ。
  3. 前記外部ケーシングがほぼ管状のハウジングと、前記ハウジングの反対側の末端に固定された端部材とを含む請求項2に記載の圧力容器アセンブリ。
  4. 前記少なくとも1つの内部管が前記端部材の間に延びる請求項3に記載の圧力容器アセンブリ。
  5. 前記少なくとも1つの内部管が前記端部材を通って延びる請求項3に記載の圧力容器アセンブリ。
  6. 前記少なくとも1つの冷却通路が前記少なくとも1つの内部管の内部に形成される請求項2に記載の圧力容器アセンブリ。
  7. 前記少なくとも1つの流体アキュムレータが前記少なくとも1つの冷却通路を画定するクリアランスを備える前記少なくとも1つの内部管の内部に配置される請求項6に記載の圧力容器アセンブリ。
  8. 前記少なくとも1つの内部管と前記少なくとも1つの流体アキュムレータとの間に少なくとも1つのスパイラル・ラッピングをさらに含み、前記少なくとも1つのスパイラル・ラッピングが、前記圧力容器から前記冷却流体への熱伝達を増加させるために前記冷却通路を通って前記冷却流体の前記流れを導く請求項7に記載の圧力容器アセンブリ。
  9. 前記少なくとも1つのスパイラル・ラッピングがエラストマー材料製である請求項8に記載の圧力容器アセンブリ。
  10. 前記加圧流体システムが前記少なくとも1つの冷却通路を通る強制空気流を提供する冷却ファンを含む請求項1に記載の圧力容器アセンブリ。
  11. 前記圧力容器が少なくとも部分的に作動流体で満たされた区画をその内部に画定する請求項1に記載の圧力容器アセンブリ。
  12. 加圧流体システム用の圧力容器アセンブリであって、前記圧力容器が、
    密封外部ケーシングと、
    前記外部ケーシングの内部に延びる少なくとも1つの内部管と、
    前記少なくとも1つの内部管の内部に配置された少なくとも1つの流体アキュムレータとを含む圧力容器アセンブリ。
  13. 前記圧力容器が前記外部ケーシングと前記少なくとも1つ内部管との間で、区画をその内部に画定し、前記区画が少なくとも部分的に作動流体で満たされる請求項12に記載の圧力容器アセンブリ。
  14. 前記外部ケーシングがほぼ管状のハウジングと、前記ハウジングの反対側の末端に固定された端部材とを含む請求項1に記載の圧力容器アセンブリ。
  15. 前記管状ハウジングが形状においてほぼ円筒形である請求項14に記載の圧力容器アセンブリ。
  16. 前記少なくとも1つの流体アキュムレータ冷却用にその中を通る冷却流体の流れを受けるために、前記少なくとも1つの流体アキュムレータに隣接する少なくとも1つの冷却通路をさらに含む請求項12に記載の圧力容器アセンブリ。
  17. 前記少なくとも1つの冷却通路が前記少なくとも1つの内部管の内部に形成される請求項16に記載の圧力容器アセンブリ。
  18. 前記少なくとも1つの流体アキュムレータが前記少なくとも1つの冷却通路を画定するクリアランスを備える前記少なくとも1つの内部管の内部に配置される請求項17に記載の圧力容器アセンブリ。
  19. 前記少なくとも1つの内部管と前記少なくとも1つの流体アキュムレータとの間に少なくとも1つのスパイラル・ラッピングをさらに含み、前記少なくとも1つのスパイラル・ラッピングが、前記圧力容器から前記冷却流体への熱伝達を増加させるために前記冷却通路を通って前記冷却流体の前記流れを導く請求項18に記載の圧力容器アセンブリ。
  20. 前記少なくとも1つのスパイラル・ラッピングがエラストマー材料製である請求項8に記載の圧力容器アセンブリ。
  21. 前記加圧流体システムが前記少なくとも1つの冷却通路を通る強制空気流を提供する冷却ファンを含む請求項16に記載の圧力容器アセンブリ。
  22. 前記少なくとも1つの内部管が前記端部材の間に延びる請求項14に記載の圧力容器アセンブリ。
  23. 前記少なくとも1つの内部管が前記端部材を通って延びる請求項14に記載の圧力容器アセンブリ。
  24. 前記外部ケーシングが少なくとも1つの内部バッフルを含む請求項12に記載の圧力容器アセンブリ。
  25. 前記少なくとも1つの流体アキュムレータが流体圧−空気圧式アキュムレータである請求項12に記載の圧力容器アセンブリ。
  26. 加圧流体システム用の圧力容器アセンブリであって、
    密封外部ケーシングと、
    前記外部ケーシングの内部に配置された少なくとも1つの流体アキュムレータと、
    前記外部ケーシングと前記少なくとも1つの流体アキュムレータとの間の前記圧力容器アセンブリの内部の区画であって、少なくとも部分的に作動流体で満たされ、
    前記区画が、前記区画と前記少なくとも1つの流体アキュムレータとの間で前記作動流体を選択的に伝達するように前記少なくとも1つの流体アキュムレータと流体連通する区画と、
    前記外部ケーシングの外側の加圧ガス貯蔵庫であって、前記加圧ガス貯蔵庫が前記外部ケーシング内の前記区画の内部の前記作動流体を加圧するために前記外部ケーシングの内部の前記区画と流体連通する加圧ガス貯蔵庫とを含む圧力容器アセンブリ。
  27. 前記区画が少なくとも1つの内部バッフルを含む請求項26に記載の圧力容器アセンブリ。
  28. 前記作動流体が油である請求項26に記載の圧力容器アセンブリ。
  29. 前記外部ケーシングがほぼ管状のハウジングと、前記ハウジングの反対側の末端に固定された端部材とを含む請求項26に記載の圧力容器アセンブリ。
  30. 前記少なくとも1つの内部管が前記端部材の間に延びる請求項29に記載の圧力容器アセンブリ。
  31. 前記少なくとも1つの内部管が前記端部材を通って延びる請求項29に記載の圧力容器アセンブリ。
  32. 前記外部ケーシングが前記少なくとも1つの内部バッフルを含む請求項26に記載の圧力容器アセンブリ。
  33. 前記加圧流体システムが、前記少なくとも1つの流体アキュムレータに流体連通された第1ポートと前記前記区画内の作動流体に流体連通された第2ポートとをもつ流体圧機械を含む請求項26に記載の圧力容器アセンブリ。
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