JP2009508074A - タンクマニホールド組立体 - Google Patents

Abstract

水素燃料セルを動力とする車両の燃料タンクと共に用いられるタンクマニホールド組立体が開示されている。このマニホールド組立体は、レギュレータと、過流防止弁と、手動シャットオフと、別個の部品を取り付けるためのポートとを備えている。別個の部品には、たとえば、熱逃がし弁、圧力センサ、圧逃がし弁、逆止め弁、熱式温度センサおよび低圧ソレノイド弁などが含まれる。このタンク組立体は、用途が広く、個々の用途に合わせて容易にカスタマイズされる。

Description

本発明は、一般的には加圧気体用容器に出入りする気体の流れの制御に関し、より詳細には燃料タンクに出入りする気体の流れの制御に用いるカスタマイズ可能なマニホールド組立体に関する。

この出願は、２００５年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６０，７１６，２７２号に基づくものであり、この全内容を参照することによりここに援用される。

本発明にかかるタンクマニホールド組立体には、気体などの流体を注入する注入ポートに加え、過流防止弁が設けられている。タンクマニホールド組立体はタンクインタフェースを有しており、これを介してタンクなどの容器と係合している。タンクインタフェースは、例えば外ネジが切られた細長い円筒状のインタフェース部を有している。タンクインタフェースは、タンク内の補足的な開口部（例えばタンクのネック部に位置する内ネジが切られたマニホールド受取口）に取り付けられるようになっている。

タンクからの気体は、まずタンクマニホールド組立体の交換可能なフィルタを通り抜けるようになっている。このフィルタは適切にシールされ、適切な位置に固定されている。次いで、この気体は、タンクマニホールド組立体の過流防止弁を通り抜ける。過流防止弁は、気体の流量が事前に設定されたしきい値を超えた場合に気体の流れを止める自動シャットオフ機能を備えている。

過流防止弁の下流側には手動弁が配設されている。過流防止弁が開弁されている場合、流体が手動弁に向かって流れ、次いで流体は手動弁から減圧レギュレータに流入する。なお、低圧用システム部品を保護するために、減圧レギュレータの下流側には、圧力逃がし弁が配設されている。

本発明に係る１つの実施形態では、タンクマニホールド組立体の圧力逃がし弁の下流側において、低圧用ソレノイド弁が設けられている。

タンクマニホールド組立体には、さらなる部品を取り付けるための複数のポートが設けられている。一または複数の圧力センサ取り付けポート内には、圧力センサを取り付けることが可能であり、圧力センサをタンクマニホールド組立体の低圧側または高圧側のいずれにも設けることができる。タンク内の気体の温度を容易に監視できるように、温度センサポートをマニホールドの高圧側に追加してもよい。

さらに、タンクマニホールド組立体に熱逃がしポートを設け、熱逃がしポートがタンクマニホールド組立体のタンクインタフェース部に沿って軸方向に延びる孔に連通するようにしてもよい。熱逃がしポートには熱逃がし弁が取り付けられており、この熱逃がし弁はタンクの外側の温度が事前に決められている安全レベルを超えたときにタンクから気体を逃がすことができる。

さまざまな図面および以下の好ましい実施形態を詳細に説明することにより、タンクマニホールド組立体を開示する。

図１〜図６に示すように、本発明に係るタンクマニホールド組立体１０は本体１２を備えている。本体１２は、外ネジが切られた細長い円筒状のインタフェース部１６が設けられたタンクインタフェース１４を有している。燃料タンク２０などの容器のネック部には内ネジが切られたマニホールド取り付けポート１８が設けられており、このマニホールド取り付けポート１８にタンクインタフェース１４を取り付けることができる。本体１２には軸方向に延びる孔２２が設けられている。フィルタ２４およびフィルタ用シール２６が、孔２２に、好ましくはタンク２０からタンクマニホールド組立体１０を取り除かなくともフィルタ２４の除去および交換が容易に行える位置に設けられている。

タンクマニホールド組立体１０には、気体をタンクマニホールド組立体１０に注入する注入ポート２８（図３を参照）と、減圧レギュレータ３０と、熱逃がし弁ポート３２と、過流防止弁３４と、過流防止弁の下流側に手動フロー弁３６と、が設けられている。気体は、タンク２０から交換フィルタ２４を通過して過流防止弁３４に流れるようになっている。過流防止弁３４はオリフィス３８とピストン４０とを有している。過流防止弁３４のピストン４０は、正常時には、弁座４４と反対方向に（事前に決められた剛性を有するバネ４２により）付勢されている。しかしながら、流体の流量が事前に設定されたしきい値を超えると、オリフィス３８の前後の圧力差によってピストン４０にはバネ４２の付勢負荷に打ち勝つのに十分な力が供与され、ピストン４０はシール状態になるよう弁座４４に係合し、これにより過流防止弁３４を通る流体の流れが自動的に停止されるようになっている。

さまざまな事象によって、流体の流量が事前に設定されたしきい値を越える場合がある。例えば、配管の爆発または主要な部品の故障によりシステムの下流側における故障などが挙げられる。そのため、過流防止弁３４による自動シャットオフ機能は、過剰流量の原因となった問題や事象が解決されるまで、タンク２０からの流体の流れを停止するようになっている。問題が解決された場合には、手動フロー弁３６の弁棒４６を回すことにより、過流防止弁３４を手動でリセットすることが可能である。弁棒４６を回すことにより、ピストン４０が弁座４４から移動できるようになっている。あるいは、ピストン４０が、バネ４２により弁座４４と反対方向に付勢されていた位置に自動的にリセットされるようにしてもよい。

流体は手動フロー弁３６から減圧レギュレータ３０へ流入する。手動フロー弁３６を手動で調節することにより、下流側のシステム部品に供給されているタンク供給圧力を止めることが可能である。手動フロー弁３６をこのように調節すると、弁棒４６が下方に移動し、過流防止弁３４のピストン４０をシールして、気体または他の流体の流れを止めることができる。この手動フロー弁３６により、タンクマニホールド組立体１０内に必要とされる部品数が減り、タンクマニホールド組立体１０の外形寸法を最小限に押さえることができる。

減圧レギュレータ３０は、事前に設定されており、調整することができない。減圧レギュレータ３０は、流入口圧力を事前に設定された流出口設定値に減圧する機能を有している。減圧レギュレータ３０には、ポジティブシャットオフ機能が設けられている。レギュレータ弁座４８の前後で漏れが発生した場合、流出口圧力が事前に設定された流出口設定値を越えて上昇する。これによりレギュレータ弁座４８にさらなる圧力が加えられ、気体の漏洩を減少するかまたは停止するようになっている。低圧システム部品を保護するために、圧力逃がし弁（図示せず）を取り付けることができる圧力逃がし弁ポート５０が減圧レギュレータ３０の下流側に設けられている。

圧力逃がし弁の下流側には、低圧ソレノイド弁５２を設けてもよい。また、タンクマニホールド組立体１０には、任意選択的な圧力センサ（図示せず）を取り付けるための圧力センサポート５４が設けられている。圧力センサは、タンクマニホールド組立体１０の低圧側に設けられてもよく、高圧側に設けられてもよい。タンク内の気体の温度を容易に監視できるようにするため、タンクマニホールド組立体１０の高圧側に温度センサを取り付けるためのポートを追加してもよい。熱逃がし弁ポート３２は、熱逃がし弁を取り付けることができ、熱逃がし弁は、タンクの外側の温度が事前に設定された安全レベルを越えると、気体をタンク２０から逃がすようになっている。本体１２内には、熱逃がし弁ポート３２とタンク２０の内部とを連通する第二の孔５６が設けられており、この孔は、タンクインタフェース１４に沿って軸方向に延びている。タンク圧力は、第二の孔５６を通って熱逃がし弁ポート３２へ逃げるようになっている。

より高いまたはより低い流体の流れを受け入れることができるように、それに応じて、減圧レギュレータ３０および／または過流防止弁３４の弁座サイズや弁部品などのタンクマニホールド組立体１０のさまざまなパラメータを適宜選択するようにしてもよい。本発明に係るタンクマニホールド組立体１０は、水素燃料セルを動力とする車両のエンジンのタンクに用いる場合に特に適している。また、タンクマニホールド組立体１０は、ある範囲の用途において、酸素、水素および窒素などを含む気体の流れを制御するために用いるようにしてもよい。本体１２が複数のポートを有していることにより、カスタマイズ可能なタンクマニホールド組立体１０を提供することができる。

本発明にかかるタンクマニホールド組立体１０は、約１０ｂａｒ〜約７００ｂａｒの範囲の水素のタンク圧力を制御するように動作するようになっており、また、タンクマニホールド組立体１０は、約−４０°Ｃ〜８５°Ｃの温度範囲で動作するようになっている。

本発明にかかるタンクマニホールド組立体のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１に示されているタンクマニホールド組立体を示す斜視図である。 図１および図２に示されているタンクマニホールド組立体の図２のＢ−Ｂ線に沿う斜視図である。 図１〜図３に示されているタンクマニホールド組立体を示す平面図である。 燃料タンクに取り付けられたタンクマニホールド組立体の他の実施形態を示す、図１に類似の断面図である。 低圧ソレノイド弁がタンクマニホールド組立体のレギュレータの下流側に設けられている、図５に示されたタンクマニホールド組立体の部分断面を示す平面図である。

Claims (18)

1. 圧力センサおよび温度センサからなる群のうちの少なくとも１つを各々が選択的に取り付ける複数のセンサポートを備えてなる、タンクマニホールド組立体。
2. 前記センサポートのうちの少なくとも１つが前記タンクマニホールド組立体の本体の低圧側に配設されてなる、請求項１記載のタンクマニホールド組立体。
3. 前記センサポートのうちの少なくとも１つが前記タンクマニホールド組立体の本体の高圧側に配設されてなる、請求項１記載のタンクマニホールド組立体。
4. タンクインタフェースと、
   注入ポートと、
   前記注入ポートと連通するフィルタと、
   前記フィルタの下流側の過流防止弁と、
   前記過流防止弁の下流側の手動フロー弁と、
   前記手動フロー弁の下流側の減圧レギュレータと、
   前記減圧レギュレータの下流側の圧力逃がし弁と、
   圧力センサおよび温度センサからなる群のうちの少なくとも１つを各々が選択的に取り付ける複数のセンサポートと
   を有する本体を備えてなるタンクマニホールド組立体。
5. 前記圧力逃がし弁の下流側に低圧ソレノイド弁をさらに備えてなる、請求項４記載のタンクマニホールド組立体。
6. 前記複数のセンサポートのうちの少なくとも１つが、前記タンクマニホールド組立体の低圧側に配設されてなる、請求項４記載のタンクマニホールド組立体。
7. 前記複数のセンサポートのうちの少なくとも１つが、前記タンクマニホールド組立体の高圧側に配設されてなる、請求項４記載のタンクマニホールド組立体。
8. 前記タンクインタフェースと連通する熱逃がしポートをさらに備えてなる、請求項４記載のタンクマニホールド組立体。
9. 前記熱逃がしポート内に取り付けられる温度センサをさらに備えてなる、請求項８記載のタンクマニホールド組立体。
10. ネジが切られた細長い円筒状のインタフェース部を具備するタンクインタフェースと、
    軸方向に延びる孔と、
    注入ポートと、
    前記軸方向に延びる孔に取り付けられることに加えて、前記注入ポートと連通する交換可能フィルタと、
    前記フィルタの下流側の過流防止弁と、
    前記過流防止弁の下流側の手動フロー弁と、
    前記手動フロー弁の下流側の減圧レギュレータと、
    前記減圧レギュレータの下流側の圧力逃がし弁と、
    圧力センサおよび温度センサからなる群のうちの少なくとも１つを各々が選択的に取り付ける複数のセンサポートと
    を有する本体を備えてなるタンクマニホールド組立体。
11. 前記交換フィルタと前記軸方向に延びる孔との間に配設されるフィルタ用シールをさらに備えてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。
12. 前記タンクインタフェースと連通する熱逃がしポートをさらに備えてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。
13. 前記熱逃がしポート内に取り付けられる温度センサをさらに備えてなる、請求項１２記載のタンクマニホールド組立体。
14. 前記圧力逃がし弁の下流側に低圧ソレノイド弁をさらに備えてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。
15. 前記複数のセンサポートのうちの少なくとも１つが、前記タンクマニホールド組立体の低圧側に配設されてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。
16. 前記複数のセンサポートのうちの少なくとも１つが、前記タンクマニホールド組立体の高圧側に配設されてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。
17. 正常時には弁座とは反対側に向かって付勢されているピストンと、オリフィスとを有する過流防止弁をさらに備えてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。
18. 事前に決められた剛性を有するバネが、正常時には前記弁座とは反対側に向かって前記ピストンを付勢するための付勢力を提供するように構成されてなる、請求項１０記載のタンクマニホールド組立体。

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