JP2014501887A - 燃料補給カップリング - Google Patents

Abstract

ａ）カップリングプラグ（Ｓ）と、ｂ）該カップリングプラグ（Ｓ）内に軸方向可動に配置された導管（Ｒ）と、ｃ）前記カップリングプラグ（Ｓ）に対応するカップリングソケット（Ｄ）と、を有しており、ｄ）連結状態で、前記導管（Ｒ）は分離平面（Ｔ）を越えてカップリングソケット（Ｄ）内に突入して延びていて、これにより前記導管（Ｒ）の前方領域に設けられた媒体開口（９）は、前記カップリングソケット（Ｄ）内に配置された媒体ライン（Ｌ）の流入開口に合致するようになっており、ｅ）前記カップリングプラグ（Ｓ）と前記カップリングソケット（Ｄ）とを結合する手段を有している、燃料補給カップリングが記載されている。本発明によれば前記燃料補給カップリングが、ｆ）前記導管（Ｒ）が絶縁性に形成されており（１）、ｇ）前記導管（Ｒ）の前端部に第１の絶縁体（２）が配置されていて、ｈ）前記カップリングソケット（Ｄ）は、第１の絶縁体（２）に対応する軸方向可動の第２の絶縁体（６）を有しており、ｉ）前記導管（Ｒ）、第１の絶縁体（２）、第２の絶縁体（６）は気密にシールされている（３，４，７）ことを特徴としている。

Description

本発明は、燃料補給カップリング（継手）であって、
ａ）カップリングプラグと、
ｂ）該カップリングプラグ内に軸方向可動に配置された導管と、
ｃ）前記カップリングプラグに対応するカップリングソケットと、を有しており、
ｄ）連結状態で、前記導管は分離平面を越えてカップリングソケット内に突入して延びていて、これにより、前記導管の前方領域に設けられた媒体開口は、前記カップリングソケット内に配置された媒体ラインの流入開口と合致するようになっており、
ｅ）前記カップリングプラグと前記カップリングソケットとを結合する手段を有している、燃料補給カップリングに関する。

さらに本発明は、極低温圧力貯蔵に適した貯蔵装置を充填するための燃料補給カップリングの使用に関する。

以下では、符号「ＬＨ_２」は液体水素を、「ＧＨ_２」は気体水素を示す。

先行技術により、水素の種々様々な貯蔵方法が公知である。これらの方法は、即ち、目下のところ７００ｂａｒまでの貯蔵圧が実現されているＧＨ_２の高圧貯蔵、ＬＨ_２の貯蔵、並びに水素吸蔵媒体金属における貯蔵である。「極低温圧力貯蔵」と言われる別の選択的な貯蔵形式により、必要な貯蔵装置の重量が比較的低くかつ比較的高い貯蔵密度が可能である。従って、極低温圧力貯蔵は、液体貯蔵の利点と、圧力貯蔵の利点を合わせもっている。

極低温圧力貯蔵は、有利には３０〜８０Ｋの温度を有する低温水素を、数百バール、有利には２５０〜３５０ｂａｒの気圧で、適当な容器に貯えることを特徴とする。冒頭で述べた形式の貯蔵方法、即ち、高圧貯蔵、液体貯蔵、水素吸蔵金属貯蔵については既に、充填方法や相応の燃料補給カップリングが存在するが、極低温圧力貯蔵に関してこれらは存在していない。

それまでは実験装置内にしか存在していなかった容器が、固定された導管及び／又はホースによって充填装置に接続される。この容器の充填は、広範囲にわたる不活性化及び圧力変化すすぎ並びにシール性テスト後に初めて可能となる。

本発明の課題は、極低温圧力貯蔵に適した容器の充填を可能にする冒頭で述べた形式の燃料補給カップリングを提供することである。従って本発明の目的は、特別な極低温圧力カップリングによって極低温圧力容器を充填するできるだけ簡単かつ安価な方法を提供することであり、この方法が公知のＧＨ_２及びＬＨ_２用の燃料補給カップリングのように、取り扱いや充填法に関して比較的複雑ではない操作が可能であるものとすることである。

この課題を解決するために、本発明によれば、
ｆ）前記導管が絶縁されて形成されており、
ｇ）前記導管の前端部に第１の絶縁体が配置されていて、
ｈ）前記カップリングソケットは、第１の絶縁体に対応する軸方向可動の第２の絶縁体を有しており、
ｉ）前記導管、第１の絶縁体、第２の絶縁体は気密にシールされていることを特徴とする、燃料補給カップリングが提案されている。

本発明による燃料補給カップリングの従属請求項に記載された別の好ましい構成は、
第２の絶縁体がばね負荷されて形成されていること、
導管の位置を検出する手段が設けられていること、
カップリングプラグ及びカップリングソケットを結合する手段が、解離可能なねじ締結部及び／又はクランプ締結部として形成されていて、このクランプ締結部は好適には、溝内に嵌入したボールを用いるボール・溝クランプ締結部又は溝内に嵌入した成形体（スプラグ）を用いる成形体・溝クランプ締結部として形成されていること、
カップリングプラグ及び／又はカップリングソケットに、加熱及び／又は冷却のための手段が配設されていることを特徴としている。

本発明による燃料補給カップリング並びに別の好ましい構成を、以下に図１〜図３に示した実施例につき以下に詳しく説明する。これらの実施例は、本発明による燃料補給カップリングの可能な構成の側面図で示されている。

燃料補給カップリングを連結していない状態で示した図である。 燃料補給カップリングを結合状態で示した図であり、導管はまだ分離平面を越えてカップリングソケット内へ移動していない。 燃料補給カップリングを結合状態で示した図であり、導管は分離平面を越えてカップリングソケット内へ移動している。

注：見易さのために、図１で示した符号は、図２及び図３には再度記載しない。

見易さのために、媒体を燃料補給カップリングへと供給し、かつこの燃料補給カップリングから導出する媒体ラインは図示されていない。燃料補給カップリングは１つのカップリングプラグＳと１つのカップリングソケットＤとを有している。カップリングプラグＳには軸方向で可動の導管Ｒが配置されている。導管Ｒの摺動は駆動装置Ａによって行われる。この駆動装置は、ピストン駆動装置としてニューマチック式又はハイドロリック式に形成することができるが、例えばスピンドルによる電気的な駆動も可能である。連結状態（図３参照）では、導管Ｒは分離平面Ｔを越えて、カップリングソケットＤ内に、若しくは、このカップリングソケットＤ内に設けられたシリンダ室５内に延びているので、導管Ｒの前方領域に設けられた媒体開口９は、カップリングソケットＤ内に配置された媒体ラインＬの流入開口に合致している。この位置では、充填したい媒体は燃料補給カップリングを通って流れることができる。

本発明によれば、導管Ｒは絶縁されるように形成されるので、このために、実際の媒体ラインは例えば真空絶縁体１によって取り囲まれている。このような形式の絶縁によって、導管Ｒを流れる媒体は、カップリングプラグＳの高温部分に対して半径方向で断熱される。以下では、「高温」とは−４０℃〜＋８５℃を、「低温」とは−４０℃より低い温度を、「極低温」とは−２７０℃〜−１５０℃を意味するものとする。

導管Ｒの前端部には本発明によれば第１の絶縁体２が配置されており、カップリングソケットＤは、この第１の絶縁体２に対応する軸方向可動の第２の絶縁体６を有している。この第２の絶縁体６は前記のシリンダ室５内に配置されており、好ましくはばね負荷されて形成されている。従って、ばね負荷された逆止弁の機能を果たす。この絶縁体によって分離された状態では、分離平面Ｔに対する断熱が保証される。さらに、導管Ｒ、第１の絶縁体２、第２の絶縁体６は気密にシールされている。このシールはシール部材３，４，７によって達成される。本発明によれば、カップリングシステムの極低温区分若しくは部分は、この区分が（極低温）媒体を、低温時に媒体の直接的なシールを行わずに、外側の高温の区分から絶縁した状態で案内することができるように形成されている。

図面ではねじ締結部Ｖにより示されているカップリングプラグＳ及びカップリングソケットＤの結合若しくはクランプ締結は、原則的には、最大発生圧力若しくは最大所要圧力に耐え得るいかなる機構によっても行うことができる。機械的なねじ締結に対して選択的に、例えばボール・溝クランプ締結又は成形体・溝クランプ締結によるクイッククランプ締結も可能である。カップリングプラグＳとカップリングソケットＤとは好ましくは、既にＬＨ_２及びＧＨ_２燃料補給カップリングにおいて使用されているようなクイック連結システムによって互いにフランジ結合される。カップリングプラグＳは、カップリングソケットＤに面した領域で、周囲に対してシールする少なくとも１つのシールエレメント１０を有しており、このシールエレメント１０によって、フランジ結合部を気密にシールすることができる。このようなシール作用を有するシールエレメントは、補足的又は選択的に、カップリングソケットＤにも配置されていて良い。

以下に本発明による燃料補給カップリングにより実現可能なタンク供給法若しくは充填法を詳しく説明する。図２に示したように、カップリングプラグＳとカップリングソケットＤの結合後は、シールエレメント１０によってフランジ結合部Ｖの気密なシールが行われる。

結合状態で互いに突き合わされるカップリングプラグＳとカップリングソケットＤの領域のジオメトリ若しくは相互の嵌合い形状は、デッドスペース及び媒体室への空気流入部がなくなるように構成されている。これにより、キャリアガス、湿分、酸素（爆発の危険！）の除去のために必要な、場合によっては存在するデッドスペースのすすぎを省くことができる。

導管Ｒの前端部に配置された第１の絶縁体２は、今や、この第１の絶縁体２に対応する軸方向可動の第２の絶縁体６に当接している。極低温媒体は、絶縁体２，６と直接接触していないので、これらの絶縁体が極低温媒体によって冷却されるのを効果的に回避することができる。図３に示したように、今や導管Ｒが分離平面Ｔを越えてカップリングソケットＤ内に摺動されると、その終端位置において、導管Ｒの前方領域に設けられた媒体開口９が、カップリングソケットＤに配置された媒体ラインＬの流入開口に合致するので、媒体はカップリングプラグＳからカップリングソケットＤへと溢流することができる。

好ましくは、本発明による燃料補給カップリングは、導管Ｒの位置を検出する手段を有している。少なくとも１つの相応のセンサによって、導管Ｒの正しい位置が検出されてから初めて、（極低温）媒体の充填が開始される。

充填過程の終了後、導管Ｒと第１の絶縁体２は再びカップリングプラグＳ内に戻される。周囲に対するカップリングプラグＳのシールは、充填過程全体にわたって、高温のシールエレメント１０によって保証される。カップリングソケットＤのシールは、カップリングソケット側の第２の絶縁体若しくは逆止弁６によって同様に高温のシール部材７によって行われる。シール部材７は、充填過程中、その周囲を媒体が流過することがないように、従って冷却しないように配置されている。

本発明による燃料補給カップリングにより、その構造に基づき、充填過程終了後すぐに、時間の無駄となる加熱過程なしに、カップリングプラグＳとカップリングソケットＤとを分離することができ、開かれたフランジ側の、周囲に対しする継続的なシールを得ることができる。従って、カップリングプラグＳとカップリングソケットＤの結合前、結合中、かつ／又は結合後における時間のかかるすすぎ過程及び加熱時間を省くことができる。

上記絶縁手段が設けられてはいるが、媒体への熱の流れを完全に遮断することは技術的には不可能である。このような熱の流れは、充填時間が比較的長い場合に、絶縁体の品質に応じて、カップリングプラグの極低温領域を取り囲む構成部分の冷却を生ぜしめる。これを回避するために、カップリングプラグＳ及び／又はカップリングソケットＤには、好ましくは加熱及び／又は冷却のための手段が設けられている。従って、カップリングプラグＳ及び／又はカップリングソケットＤには、熱の供給により、高温の構成部分の冷却を防止する加熱装置１１，１１´を設けることができる。カップリングソケットＤとの機械的な結合により、かつ、フランジ結合部に伝導性の良い材料を使用することにより、カップリングソケットＤの相応の構成部分を周囲温度に維持することもできる。充填過程中にカップリングソケットＤの周囲を媒体が流過しない領域において第２の絶縁体若しくは逆止弁６の不都合な冷却を回避するために、加熱エレメントによって、若しくは、熱伝導する結合部の構造的な構成によりこの領域に熱を供給することができる。

カップリングプラグＳとカップリングソケットＤの結合後かつ／又は充填過程中に、テスト室を形成するカップリングプラグＳに設けられた第２のシール部材１２を用いて、フランジ結合部のシールを監視することができる。選択的又は補足的に、このようなシール部材は、カップリングソケットに配置されていても良い。シール性テストの目的で、テスト室にライン１３を介して適当なテストガスを供給することができる。

本発明による燃料補給カップリングは設定された課題、即ち、カップリングシステムの内側における高圧と極低温に耐えるという課題を解決している。公知のＬＨ_２・ＧＨ_２燃料補給カップリングと比較して、このために必要な構造的な手間は、これにより得られる利点を勘案すれば許容範囲であろう。従って、本発明による燃料補給カップリングは特に、極低温圧力貯蔵に適した貯蔵装置の充填用の燃料補給カップリングとして適している。しかしながら基本的に、本発明による燃料補給カップリングは、ＬＨ_２・ＧＨ_２貯蔵装置を充填するために使用することもできる。

Claims (7)

1. 燃料補給カップリングであって、
   ａ）カップリングプラグ（Ｓ）と、
   ｂ）該カップリングプラグ（Ｓ）内に軸方向可動に配置された導管（Ｒ）と、
   ｃ）前記カップリングプラグ（Ｓ）に対応するカップリングソケット（Ｄ）と、を有しており、
   ｄ）連結状態で、前記導管（Ｒ）は分離平面（Ｔ）を越えてカップリングソケット（Ｄ）内に突入して延びていて、これにより前記導管（Ｒ）の前方領域に設けられた媒体開口（９）は、前記カップリングソケット（Ｄ）内に配置された媒体ライン（Ｌ）の流入開口と合致するようになっており、
   ｅ）前記カップリングプラグ（Ｓ）と前記カップリングソケット（Ｄ）とを結合する手段を有している、燃料補給カップリングにおいて、
   ｆ）前記導管（Ｒ）が絶縁されて形成されており（１）、
   ｇ）前記導管（Ｒ）の前端部に第１の絶縁体（２）が配置されていて、
   ｈ）前記カップリングソケット（Ｄ）は、第１の絶縁体（２）に対応する軸方向可動の第２の絶縁体（６）を有しており、
   ｉ）前記導管（Ｒ）、第１の絶縁体（２）、第２の絶縁体（６）は気密にシールされている（３，４，７）ことを特徴とする、燃料補給カップリング。
2. 前記第２の絶縁体（６）がばね負荷されて形成されている（８）、請求項１記載の燃料補給カップリング。
3. 前記導管（Ｒ）の位置を検出する手段が設けられている、請求項１又は２記載の燃料補給カップリング。
4. 前記カップリングプラグ（Ｓ）と前記カップリングソケット（Ｄ）とを結合する手段が、解離可能なねじ締結部及び／又はクランプ締結部として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料補給カップリング。
5. 前記クランプ締結部が、ボール・溝クランプ締結部又は成形体・溝クランプ締結部として形成されている、請求項４記載の燃料補給カップリング。
6. 前記カップリングプラグ（Ｓ）及び／又は前記カップリングソケット（Ｄ）に、加熱及び／又は冷却手段が配設されている（１１，１１´）、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料補給カップリング。
7. あらゆる形式の貯蔵装置を充填するための燃料補給カップリングとしての、有利には、極低温圧力貯蔵に適した貯蔵装置を充填するための燃料補給カップリングとしての、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料補給カップリングの使用。

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