JP2016529455A - 燃料ガスタンク充てんシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

少なくともいくつかの実施例において、燃料ガス貯蔵タンクの充てんのための装置は、燃料ガスの供給源を貯蔵タンクに連絡させるように構成された流入通路と、貯蔵タンクからの燃料ガスの流出物を受け取るように構成された流出通路とを有するノズル本体を備える。流入通路を、燃料ガスを貯蔵タンクへと進入させるために入り口通路に連絡させることができ、流出通路を、燃料ガスを貯蔵タンクから出すための出口通路に連絡させることができる。流出通路を、流出燃料ガスのフィルタ処理、乾燥、および／または冷却などの処理のための下流の構成要素に連絡させることができる。流出燃料ガスを、所望であれば、流入通路および入り口通路を通って再び燃料ガス貯蔵タンクへと導くことができる。さらに本発明は、貯蔵タンクのための金具および貯蔵タンクの充てんの方法に関する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年８月２日付の米国特許仮出願第６１／８６１，４６７号の利益を主張する。

本発明は、広くには、車両のガス貯蔵タンクの燃料ガスによる充てんに関し、より詳しくは、燃料ガス貯蔵タンクの充てんのためのシステムおよび方法に関する。

天然ガスおよび水素などの代替燃料ガスが、自動車車両において使用される従来からの石油系のエネルギー源の有望な代案である。それらは、石油系のガソリンおよびディーゼルよりもきれいに燃焼し、したがって環境にとってより良好である。そのような燃料ガスを車両上に貯蔵するために、圧縮された状態での貯蔵またはガス貯蔵物質への貯蔵という２つの有力な技術が存在する。例えば、圧縮された天然ガスが、標準の温度および圧力において通常占めると考えられる体積の１％未満へと、高い圧力で貯蔵される。また、天然ガスを、吸着された状態で貯蔵物質（ＡＮＧ貯蔵物質）上に貯蔵することもできる。そのようなＡＮＧ貯蔵物質の魅力は、圧縮された天然ガスに比肩するエネルギー密度で、しかしながらはるかに低いタンク圧力で、天然ガスを可逆に吸着できる点にある。

水素ガスも、天然ガスと同様に、圧縮された状態で貯蔵でき、あるいは水素貯蔵物質上に貯蔵することができる。水素の取り込みは、吸着とは対照的に化学的な性質であり、水素が水素化物として貯蔵されるが、水素貯蔵物質における水素ガスの貯蔵は、ＡＮＧ貯蔵物質における天然ガスの貯蔵に類似した熱力学を有する。例えば、水素ガスを、例えば種々の公知のアラネート、ホウ化水素、およびアミド類を含む錯金属水素化物などの水素貯蔵物質に可逆に出し入れすることができる。いくつかの具体的な錯金属水素化物として、水素化アルミニウムナトリウム（ＮａＡｌＨ₄）、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ₄）、ＭｇＨ₂を有し、またはＭｇＨ₂を有さない水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ₄）、ＭｇＨ₂を有し、またはＭｇＨ₂を有さない水素化ホウ素カルシウム（ＣａＢＨ₄）、およびリチウムアミド（ＬｉＮＨ₂）が挙げられる。ＭＯＦおよびＰＰＮを、水素ガスの貯蔵に使用することも可能である。当然ながら、多数の他の水素貯蔵物質も市販されている。

天然ガスおよび水素を、圧縮された状態での貯蔵と比べて、より低い圧力でそれぞれのＡＮＧおよび水素貯蔵物質上に貯蔵することができるが、貯蔵物質を収容する燃料ガスタンクの充てんに要する時間が、天然ガスの吸着および水素の取り込みのプロセスが発熱性であり、さらなる吸着／取り込みの速度を抑える効果を有するがゆえに、長くなる可能性がある。車両に充分な走行距離をもたらすように、適切なガス貯蔵物質との直接接触にて貯蔵タンクへと充分な天然ガスまたは水素を充てんすることが、達成に数時間を要する可能性がある。そのような長い充てん時間は、車両の動力の用途において、常には許容できず、あるいは不便であるかもしれない。

少なくともいくつかの実施例において、燃料ガス貯蔵タンクの充てんのための装置は、燃料ガスの供給源を貯蔵タンクに連絡させるように構成された流入通路と、貯蔵タンクからの燃料ガスの流出物を受け取るように構成された流出通路とを有するノズル本体を備える。流入通路および流出通路は、別々であってよく、共通のノズル本体内に画定されてよい。流入通路を、燃料ガスを貯蔵タンクへと進入させるために入り口通路に連絡させることができ、流出通路を、燃料ガスを貯蔵タンクから出すための出口通路に連絡させることができる。流出通路を、流出燃料ガスのフィルタ処理、乾燥、および／または冷却などの処理のための下流の構成要素に連絡させることができる。次いで、流出燃料ガスを、所望であれば、流入通路および入り口通路を通って再び貯蔵タンクへと導くことができる。

燃料ガス貯蔵タンクのための金具も開示される。金具は、燃料ガスを燃料ガス貯蔵タンクへと進入させるための入り口通路の少なくとも一部分と、燃料ガスを貯蔵タンクから出すための出口通路の少なくとも一部分とを画定する本体を備えることができる。入り口通路は、前記本体において出口通路とは別であってよい。

燃料ガスは、入り口通路を通って貯蔵タンクに進入でき、燃料ガスは、出口通路を通って貯蔵タンクから出ることができる。

燃料ガス貯蔵タンクを充てんする方法を、補給ノズルを貯蔵タンクに流体に関して結合させること、補給ノズルを通って貯蔵タンクへと天然ガスまたは水素などの燃料ガスの流れをもたらすこと、および補給ノズルを通って貯蔵タンクから出る燃料ガスの流れを可能にすることによって、遂行することができる。貯蔵タンクから出る燃料ガスは、高温である可能性があり、この加熱された燃料ガスの除去は、貯蔵タンクにおけるさらなる燃料ガスのより迅速な吸着／取り込みを促進することができる。除去された高温の燃料ガスを、貯蔵タンクの外部で処理し、所望であれば再び貯蔵タンクへと戻すことができる。

燃料ガスを貯蔵タンクへともたらすことができる補給ノズルの概略図である。 図１の補給ノズルの端面図である。 燃料ガス貯蔵タンクのための金具の端部の概略の側面断面図である。 図３の金具の端面図である。 補給ノズルの一部分の概略の側面断面図である。 図５に示した補給ノズルの一部分の左端面図である。 図５に示した補給ノズルの一部分の右端面図であり、アクチュエータは取り除かれている。 金具に噛み合った補給ノズルの概略の側面断面図である。

後述される燃料ガス貯蔵タンクの充てんのシステムおよび方法は、吸着天然ガス（ＡＮＧ）または水素化物としての水素ガスを比較的低い圧力で貯蔵するコンフォーマブル（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ）な燃料ガス貯蔵タンクの使用を可能にする。コンフォーマブルな燃料ガスタンクは、それぞれ天然ガスまたは水素ガスを、圧縮された状態のこれらの同じガスのエネルギー密度に比肩するエネルギー密度で、しかしながらより低いタンク圧力で、貯蔵することを可能にするＡＮＧ貯蔵物質または水素貯蔵物質を含む。以下のシステムおよび方法は、燃料ガスがガス貯蔵タンクへともたらされる補給の事象において、高い温度にある可能性があるガス貯蔵タンクからの燃料ガスの流出を可能にすることによって、燃料ガス貯蔵タンクの充てんに必要な時間を減らし、あるいは最小限にするために有用である。流出する燃料ガスを冷却し、次いでタンクへと戻すことで、燃料ガス貯蔵タンクにおけるより迅速な吸着／取り込みを促進することができる。

図面をさらに詳しく参照すると、図１および２が、以下では天然ガスを吸着によって貯蔵するためのＡＮＧ貯蔵物質を収容する天然ガス貯蔵タンクの補給の文脈において説明される燃料ガス貯蔵タンク１１（図８に図式的に示されている）の充てんに使用することができる補給ガンまたはノズル１０の一実施例を示している。天然ガスは、一般によく知られているとおり、最大の成分がメタン（ＣＨ₄）である可燃燃料である。ここで使用される好ましい種類の天然ガスは、９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上のメタンを含み、残りの５重量％以下が、典型的には様々な量の天然の不純物（より高分子量のアルカン、二酸化炭素、およびチッ素、など）および／または添加の不純物であるところの精製天然ガスである。補給ノズル１０は、図示のとおり、貯蔵タンク１１の共通のポート、金具、またはコネクタなどにおいて互いに隣接して位置する貯蔵タンク１１の入り口および出口に連絡するように構成される。好ましい典型的な実施形態についての以下の説明は、天然ガスおよびＡＮＧを貯蔵するように設備された車両のガス貯蔵タンクの文脈において説明されるが、それにもかかわらず、当業者であれば、以下の教示が水素ガスおよび水素ガスを貯蔵するように設備された車両のガス貯蔵タンクにも当てはまることを、理解および認識できるであろう。

充てんパイプ１４内または充てんパイプ１４上に形成することも、充てんパイプ１４の端部に取り付けることも、あるいはＡＮＧ貯蔵タンク１１上に直接支持されることもできる貯蔵タンクの金具１２の一例が、図３および４に示されている。金具１２は、タンク１１の内部に連通している１つ以上の入り口および１つ以上の出口を有する。入り口は、充てんパイプ１４内の中央入口通路１６を含むことができ、出口は、１つ以上の別途の通路１８を含むことができ、あるいは１つ以上の別途の通路１８内に形成できる。図示の実施例では、出口通路１８が、入り口通路１６から径方向外側へと離されて、充てんパイプ１４の側壁２０に設けられている。複数の出口通路１８を設けることができ、それらは充てんパイプ１４において互いに別々に保たれていても、所望に応じて充てんパイプ１４の境界または広がりの範囲内において（例えば、通路間にまたがる溝または空洞によって）互いに開放して連絡していてもよい。ポート２１が、図３に示されるように、タンクの内部を空洞２３から分岐する出口通路１８に連絡させることができる。当然ながら、これに限られるわけではないが入り口および出口通路１６、１８を逆にするなど、他の構成も可能である。例えば、これに限られるわけではないが、出口を入り口とは別の管に画定することができ、その管を入り口管から離すことができ、あるいは入り口管へと接続することができる。入り口および出口通路１６、１８を、所望に応じ、これらに限られるわけではないが充てんパイプの形成後の穿孔または何らかの他の作業や、充てんパイプの成形または鋳造時の通路の形成など、任意の所望のやり方で充てんパイプ１４に設けることができる。入り口および出口通路１６、１８の各々を１つ以上設けることができるが、さらなる説明を容易にするため、通路１６、１８は、本明細書において多くの場合に単一の通路として言及される。

充てんパイプ１４は、充てんパイプ１４の軸方向における自由端２４またはその付近に、接触面２２を備えることができる。接触面２２は、補給ノズル１０との同軸な整列を容易にするために傾けられていてよい。接触面２２は、（充てんパイプ１４の軸２５に対する）周方向に連続的であってよく、出口通路１８は、接触面２２へと延び、接触面２２へと開いていてよい。さらに、接触面２２は、入り口通路１６を囲むことができ、一部分が入り口通路１６によって形成されてよい。後述されるように、充てんパイプ１４は、接触面２２から軸方向に離して、充てんパイプ１４への補給ノズル１０の保持を容易にするための別の構成要素が係合するように構成された係合面２６を備えることができる。係合面２６は、周方向に連続的であってよく、小径の首部２８によって一部分が形成されてよく、首部２８と接触面２２との間に頭部３０が設けられている。

補給ノズル１０は、さらに詳しく後述されるように、天然ガスを充てんパイプの入り口通路１６を通ってＡＮＧ貯蔵タンク１１へともたらすとともに、天然ガスが充てんパイプの出口通路１８を通ってＡＮＧ貯蔵タンク１１から戻ることを可能にするために、複数のガス流路または通路を備えることができる。補給ノズル１０は、図１に示されるように、充てんパイプ１４に選択的に結合することができ、充てんパイプ１４への補給ノズル１０の接続を容易にするためにユーザによって把持されることができるハンドル３２を有するハウジング３１を備えることができる。ハンドル３２は、貯蔵タンク充てんプロセスのユーザによる制御を可能にするために操作することができる引き金３４またはレバーを備えることができる。入り口導管３８が、天然ガスの供給源４０に連絡し、ハウジング３１へと延び、ハウジング３１によって保持される。出口導管４２が、ＡＮＧ貯蔵タンク１１を出る天然ガスの流出経路の一部を形成することができ、やはりハウジング３１へと延び、ハウジング３１によって保持される。充てんパイプ１４との結合を容易にするために、充てんパイプカプラ４４を、ハウジング３１によって保持することができる。カプラ４４は、入り口および出口導管３８、４２と充てんパイプ１４との間の取り合いを提供することができる。さらに詳しくは、カプラ４４は、補給ノズル１０を充てんパイプ１４上に配置して保持することができ、入り口導管３８を充てんパイプの入り口通路１６に連絡させることができ、出口導管４２を充てんパイプの出口通路１８に連絡させることができる。カプラ４４は、ノズル本体４６と、タンク充てんプロセスの最中に補給ノズル１０を充てんパイプ１４へと結合した状態に解除可能に保持する保持アセンブリ４７とを備えることができる。

ノズル本体４６は、充てんパイプ１４および補給ノズル１０を通る天然ガスの流入および流出を可能にするために充てんパイプ１４に結合するように構成された任意の構成要素を含むことができる。図示の実施例では、ノズル本体４６が管状であり、充てんパイプの入り口通路１６に連絡するように構成された流入通路４８と、充てんパイプの出口通路１８に連絡するように構成された流出通路５０とを備えている。流入および流出通路４８、５０は、複数の通路によって構成されるか、あるいは複数の通路を含むことができる。説明を容易にするために、ＡＮＧ貯蔵タンク１１への天然ガスの流れを可能にするすべての通路を、まとめて流入通路４８と称し、貯蔵タンクからのガスの流出を可能にするすべての通路を、まとめて流出通路５０と称する。

ノズル本体４６は、充てんパイプ１４を係合させるように構成されたシール面５２と、後端５４とをさらに備えることができる。溶接、接着、螺合、または他のやり方でノズル本体４６によって保持され、あるいはノズル本体４６へと接続されてよいアダプタ５６などにより、後端５４を入り口および出口導管３８、４２へと結合させることができる。シール面５２は、ノズル本体４６の充てんパイプ１４との整列および密封を促進するためにノズル本体４６の軸方向における外側端５８（ここで、基準の軸はノズル本体４６の中心軸６０（図２および５）である）またはその付近に充てんパイプの接触面２２に対して相補的な角度で設けられてよい傾斜した表面を備えることができる。シール面５２の傾斜は、軸方向における外側端５８から径方向内側に、かつ軸方向においてはノズル本体４６の後端５４に向かって傾けられるものとして図示されているが、逆にされても、あるいは他のやり方で配置されてもよい。

図１、２、および５〜８に示されるように、シール面５２は、周方向に連続的であってよく、径方向において流入通路４８を囲むことができる。流出通路５０は、シール面５２へとシール面５２を貫いて延び、シール面５２において流出通路５０の開放スロットまたはポート６２を呈することができる。図示の実施例では、図２および７に示されるように、流出通路５０の４つの入り口ポート６２がシール面５２に設けられ、これらのポート６２は、ノズル本体４６の内部またはアダプタ５６とノズル本体４６との間のすき間において集まり、出口導管４２へとつながるアダプタ５６の単一の出口ポート６４を通って出ることができる。当然ながら、所望に応じて、他のポートおよび通路の配置も利用可能である。充てんパイプの通路１６、１８と同様に、ポート６２および通路４８、５０を、所望に応じて、穿孔あるいは成形または鋳造時の通路の形成など、任意の所望のやり方で形成することができる。

補給ノズル１０を充てんパイプ１４上に保持して密封の状態にて結合させるために、保持アセンブリ４７は、密封された天然ガスのＡＮＧ貯蔵タンク１１への流入およびＡＮＧ貯蔵タンク１１からの流出を可能にすべく、充てんパイプ１４における補給ノズル１０の確実で信頼できる保持を提供する。図示の例において、保持アセンブリ４７は、少なくともいくつかの実施例においては拡大および縮小が可能な可動リテーナ６８と、リテーナ６８の動きを制御するアクチュエータ７０とを備える。

リテーナ６８は、図面に示されるとおりの一形態において、複数のセグメント７２を備える。セグメント７２の一部分が、ノズル本体４６に対して径方向に移動する。セグメント７２が第１の位置にあるとき、セグメント７２は、図５に示されるように、ノズル本体４６に対して外側へと退避している。この第１の位置において、セグメント７２の間に形成される開口７４は、充てんパイプ１４の軸方向における自由端２４を受け入れるために充分に大きい。セグメント７２が、図１および８に示されるように第２の位置へと内側に進められると、セグメント７２の間の開口７４が、補給ノズル１０を充てんパイプ１４上に保持すべく、充てんパイプ１４の一部分（例えば、頭部３０）よりも小さくなる。さらに詳しくは、図示の実施例において、セグメント７２は、セグメント７２が内側へと第２の位置に進められたときに充てんパイプ１４上の係合面２６に係合する保持面７６を備える。補給ノズル１０を充てんパイプ１４に対してしっかりと保持するために、保持および係合面７６、２６は、セグメント７２が内側へと進められ、保持面７６が係合面２６に摺動接触するときに、補給ノズル１０が充てんパイプ１４に対してしっかりと引き付けられるように充てんパイプ１４に対するセグメント７２のカム作用をもたらすために、類似した先細りを有することができる。リテーナのセグメント７２を、ノズル本体４６とセグメント７２との間に設けられた１つ以上のばね７８（図５および８）によって、第１の退避位置へと降伏可能に付勢することができる。

補給ノズル１０が充てんパイプ１４に隣接して配置されたときにセグメント７２を第２の位置へと選択的に変位させるために、アクチュエータ７０を、セグメント７２の外方向への移動を許容する第１の位置（図５に示されている）から、セグメント７２をその第２の位置まで変位させるか、または第２の位置へと変位させる第２の位置（図１および８に示されている）へと、移動させることができる。図示の実施例において、アクチュエータ７０は、セグメント７２およびノズル本体４６の径方向外側に位置する管状スリーブ８０を備える。スリーブ８０は、スリーブ８０のより大きな内径の部分をもたらす凹部８２を備えている。図５に示されているアクチュエータ７０の第１の位置において、凹部８２は、セグメント７２の径方向外側に広がっている部位８４に整列し、ばね７８の力のもとでのセグメント７２の第１の位置への移動、または第１の位置へと向かう移動が、凹部８２によって受け入れられる。アクチュエータ７０が第１の位置から第２の位置へと変位させられるとき、凹部８２は、セグメント７２の部位８４との整列から抜け出し、スリーブ８０のカム面８６がセグメント７２の駆動面８８に係合し、セグメント７２をばね７８の力に逆らって内側へと変位させる。カム面８６および駆動面８８は、アクチュエータ７０の変位が増すにつれてセグメント７２の変位が大きくなるように、斜めまたは先細りであってよい。１つ以上のセグメント７２およびアクチュエータ７０が、第２の位置へと向かうアクチュエータ７０の移動を制限する対をなすストッパ面９０（図１および８）を備えることができる。

アクチュエータ７０を、第１および第２の位置の間で、セグメント７２に対して、手作業または動力駆動部によって移動させることができる。代表的な動力駆動部として、空気圧または油圧による駆動部、あるいは電気モータが挙げられる。図示の実施例においては、モータ９２が、モータ９２によって駆動されるウォーム９４をウォームギア９６に結合させて有しているウォーム駆動部を備えるものとして示されているリンクによって、アクチュエータ７０へと接続される。ウォームギア９６は、管状であってよく、ノズル本体４６によって保持またはノズル本体４６に形成され、ノズル本体４６の一部分を囲むことができる。ウォームギア９６は、ウォーム９４に係合する内側の歯と、アクチュエータ７０上の歯１００またはアクチュエータ７０に組み合わせられた歯１００に係合する外側の歯９８とを有することができる。ウォーム９４がモータ９２によって回転させられるとき、ウォームギア９６が回転させられ、したがってアクチュエータ７０を回転させることで、アクチュエータ７０を第１および第２の位置の間で軸方向に移動させる。当然ながら、ラックおよびピニオンによる駆動部あるいは任意の他の適切な駆動部を、アクチュエータ７０を第１および第２の位置の間で駆動するために使用することができ、所望であれば、アクチュエータ７０は、必ずしも移動時に回転する必要はなく、回転することなく軸方向に摺動してもよい。

モータ９２は、制御ユニット１０２（図１）と通信して、制御ユニット１０２によって制御されてよく、制御ユニット１０２は、所望に応じて、その機能だけを提供しても、複数の機能を提供してもよい。制御ユニット１０２によってもたらすことができるいくつかの他の機能として、例をいくつか挙げると、システムの圧力、温度、ガス流量、モータのトルク、密封の圧力、ならびに／あるいはアクチュエータ７０、セグメント７２、または他のシステム構成要素の位置の監視が挙げられる。さらに、カプラ４４は、補給ノズル１０の結合相手の貯蔵タンクの種類を検出し、あるいは大気へのガス漏れなどの何らかの他の状況を検知することができるセンサ１０４を備えることができ、あるいはそのようなセンサ１０４に組み合わせられてよい。この点に関し、ＡＮＧ貯蔵タンク１１または充てんパイプ１４は、使用中の貯蔵タンクの種類を表す信号を制御ユニット１０２（または、他のコントローラ）へともたらすためにカプラのセンサ１０４によって検出される送信機または相手方センサを備えることができる。この情報を、温度、圧力、または他の特徴を設計しきい値の範囲内に保つように補給ノズル１０の動作特性を制御するために使用することができる。

天然ガスを充てんパイプ１４および補給ノズル１０を介して貯蔵タンク１１へと移動させるべく補給ノズル１０を充てんパイプ１４へと接続するために、補給ノズル１０が、カプラ４４が充てんパイプ１４の軸方向における自由端２４に隣接するように、充てんパイプ１４の付近の位置へと動かされる。補給ノズル１０は、アクチュエータ７０が第１の位置にあって、リテーナのセグメント７２がばね７８によって径方向外側へと変位させられた図５に示される位置にあってよい。この位置において、セグメントの間の開口７４は、充てんパイプ１４の頭部３０を受け入れるために充分に大きい。補給ノズル１０が、充てんパイプ１４の頭部３０に被さるように配置され、充てんパイプ１４の接触面２２がノズル本体４６のシール面５２に隣接および接触するまで前進させられる。次いで、アクチュエータ７０が、第１の位置から第２の位置へと動かされ、アクチュエータ７０のカム面８６がセグメント７２の駆動面８８に係合し、各々のセグメント７２の自由端を径方向内側へと変位させる。これにより、セグメント７２の保持面７６が充てんパイプ１４の係合面２６に係合し、充てんパイプの頭部３０を捕まえ、補給ノズル１０を充てんパイプ１４に対してしっかりと保持する。この位置において、充てんパイプ１４の一部分（例えば、頭部３０）が、リテーナ６８とノズル本体４６との間に捕らえられる。

やはりこの位置において、充てんパイプの入り口通路１６がノズル本体４６の流入通路４８に整列し、充てんパイプの出口通路１８がノズル本体４６の流出通路５０に整列する。これを容易にするために、複数の流出通路４８を、ノズル本体４６内の溝１０５または空洞によって連絡させることができ、同様に、複数の出口通路を、充てんパイプ内の溝１０７または空洞によって連絡させることもできる。これにより、充てんパイプ１４とノズル本体４６との間のガスの流れを可能にするために、溝１０５、１０７または空洞の一部分だけを整列させればよい。溝１０５は、ノズル本体４６のシール面５２の一部分または全体を周方向に延びることができ、同じことが、充てんパイプの接触面２２の溝１０７にも当てはまる。溝１０５、１０７は、図４および７において破線で示されている。

図３および８に示されるように、充てんパイプ１４の接触面２２は、任意の適切な材料で任意の適切な形状に形成されてよいシール１１０を備えることができる。シール１１０の一例は、充てんパイプ１４によって接触面２２の溝などに保持されるＯリングである。シール１１０は、出口通路１８の少なくとも径方向外側に配置されるものとして図示されている。反対方向に漏れるガスは、流入通路４８からのガスの流れに合流し、貯蔵タンク１１へと戻ると考えられる。そのような漏れが望ましくない場合、入り口および出口通路１６、１８の間に配置される１つ以上のシールの追加によって、抑制または防止が可能である。充てんパイプ１４に関して上述したシールに加え、または代えて、シール１１１を、図５に示されるように、ノズル本体４６によってシール面５２に保持することができる。

補給ノズル１０を充てんパイプ１４に係合および密着させた状態で、補給ノズル１０および充てんパイプ１４の一方または両方に位置し、あるいは組み合わせられた弁を、天然ガスの補給ノズルの流入通路４８および充てんパイプの入り口通路１６を介したＡＮＧ貯蔵タンク１１への流入ならびに充てんパイプの出口通路１８および補給ノズルの流出通路５０を介した貯蔵タンク１１からの流出を可能にするために、開くことができる。代表的な入り口および出口弁１１２、１１４を、図３、４、および８に示されるように充てんパイプ１４に設けることができ、充てんパイプの入り口通路１６を選択的に閉じる入り口弁１１２に作用するしきい値を上回る圧力のガスの印加によって開くことができる。充てんパイプの出口通路１８を選択的に閉じる出口弁１１４は、入り口弁１１２と一緒に動くように入り口弁１１２に組み合わせられてよく、あるいは所望のときに出口通路１８によるＡＮＧ貯蔵タンク１１からの流出を許すように入り口弁１１２の開放に応答することができる。また、入り口および出口弁１１２、１１４は、所望に応じてＡＮＧ貯蔵タンク１１への天然ガスの流入および流出を制御するために、車両あるいは補給ノズル１０または他のどこかに組み合わせられた制御ユニットによって制御されてもよい。天然ガスは、入り口導管３８から流入通路４８へともたらされ、天然ガスは、補給ノズルの流出通路５０から出口導管４２へと流出する。出口導管４２から、天然ガスの流出物を、フィルタ処理、貯蔵、および／または温度制御のための下流の構成要素へともたらすことができる。

すでに述べたように、ＡＮＧ貯蔵タンク１１における天然ガスの吸着プロセスは、発熱性である。天然ガスの流出物は、多くの場合に高い温度にあり、１つの代表的なプロセスにおいては、流出した天然ガスの温度が熱交換器において下げられ、次いで流出したガスは、入り口導管３８および流入通路４８を通ってＡＮＧ貯蔵タンク１１へと戻される。したがって、加熱された天然ガスの所望の流出およびより低温の天然ガスのＡＮＧ貯蔵タンク１１への再流入により、貯蔵タンク１１内の温度が抑制または低減され、貯蔵タンク１１の吸着および充てんが促進される。これが、より短い時間でのＡＮＧ貯蔵タンク１１の充てんを可能にする。

図示および説明したとおり、２つの方向の天然ガスの流れが、ただ１つの補給ノズル１０を通って生じることができ、ＡＮＧ貯蔵タンク１１への接続がただ１つであるため、タンクへの補給ノズルの接続が簡単になり、必要な時間も少なくなる。当然ながら、所望に応じ、流入および流出のガスについて別々のコネクタを使用することも可能であり、さらには／あるいは複数の流入または流出通路（ならびに、入り口および出口通路）を貯蔵タンクへと設けてもよい。

所望であれば、引き金３４あるいは他のボタン、レバー、またはアクチュエータを、補給ノズル１０を充てんパイプ１４へと係止して密着させるアクチュエータの動作および補給ノズル１０を通過する天然ガスの流れの一方または両方を開始させるために、ＡＮＧ貯蔵タンク１１の充てんを望むユーザによって操作することができる。例えば、アクチュエータ７０を第１の位置から第２の位置へと駆動するモータ９２を動かすために、引き金３４を、最初に１回動かし、または第１の位置／中間位置へと変位させることができる。これにより、補給ノズル１０が充てんパイプ１４へと係止され、密着させられる。この段階の完了後に、天然ガスの流れが、適切な密封が確認された場合に自動的に開示されてよく、あるいは引き金３４のさらなる操作（例えば、最終位置への操作または引き金の２度目の操作）によって、補給ノズル１０を通る天然ガスの流れが生じさせてもよい。これは、適切なセンサおよび／またはコントローラによってもたらされる密封および他の保護手段の確認によって、ユーザの制御による密封および補給を容易にすることができる。１つのセンサが、アクチュエータ７０および／またはリテーナ６８の位置を判断でき、天然ガスの流れを、アクチュエータおよび／またはリテーナが補給ノズル１０の充てんパイプ１４への充分な係止および密着を表す第２の位置に位置するまで、防止することができる。当然ながら、補給ノズル１０と充てんパイプ１４との間に適切な密封が生じるまで天然ガスの流れを阻止または防止するために、他の構成およびシステムを使用することも可能である。

補給作業を終わらせることが望まれる場合に、天然ガスの流れが終了させられる。これを、引き金３４または何らかの他の装置を操作すること（例えば、停止ボタンを押すなど）によって行うことができる。引き金３４が操作される場合には、天然ガスの流れを停止させ、おそらくはリテーナのセグメント７２を充てんパイプ１４から遠ざかるように移動させることができるようにアクチュエータ７０を第２の位置から再び第１の位置へと動かすために、引き金３４を放すことができ、あるいはもう１回動かすことができる。当然ながら、所望に応じ、アクチュエータ７０を、天然ガスの流れの終了時に自動的に移動させても、あるいはコントローラによって移動させてもよい。リテーナのセグメント７２が充てんパイプ１４から離れると、補給ノズル１０を充てんパイプ１４から取り去り、補給作業を終わらせることができる。入り口および出口弁１１２、１１４が閉じられ、キャップを、使用されるのであれば、充てんパイプ１４上に設けることができる。

ノズル本体４６が、２つの流れの経路または通路４８、５０（例えば、流入および流出）を画定する一体物の部品として図示および説明されているが、ノズル本体４６を、２つ以上の材料片から形成してもよく、例えば流入および流出通路を、別々の部品または材料片に形成することができる。複数の材料片からなるノズル本体が使用される場合、両方の流路のＡＮＧ貯蔵タンク１１への同時接続を可能にすることが有利でありうるが、これは必須ではない。複数の材料片からなるノズル本体の構成において、各々の材料片について別々のリテーナ６８および／またはアクチュエータ７０を使用することができ、あるいは所望であれば、１つのリテーナおよび／または１つのアクチュエータを使用することができる。所望に応じ、流入および流出の経路４８、５０は、同心であってよく、あるいは互いに径方向にずらされていてもよい。一方の流れの経路が、径方向において他方の経路の内側に位置することができ、または経路が、独立かつ別個であってよい。

閉ループ充てん作業などの充てんの事象の際に、天然ガスが、天然ガスの供給源４０から補給ノズル１０の入り口導管３８へともたらされる。天然ガスの供給源４０によって供給される天然ガス、ならびに流出通路５０によってもたらされて処理（例えば、熱交換器からの冷却）から戻される天然ガスが、ＡＮＧ貯蔵タンク１１へと送られる天然ガスの流入物をもたらす。天然ガスの供給源４０は、好ましくは、天然ガスを約１ｂａｒ〜約５０ｂａｒの範囲の圧力で供給する栓による住宅用または商用のガス分配網あるいは大型地下貯蔵タンクである。また、別の例として、天然ガスの供給源４０は、天然ガスを２００ｂａｒを上回る圧力で貯蔵する圧縮天然ガスタンクであってもよい。圧縮天然ガスタンクに、ＣＮＧを充てんシステム１０へともたらすための約１ｂａｒ〜約５０ｂａｒのより低い圧力へと減圧すべく協働するジュール−トムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）弁および膨張タンクを装備することができる。またさらに、天然ガスの供給源４０は、液化天然ガスを最大約２ｂａｒの圧力で保持する極低温タンクであってもよい。液化天然ガスを充てんシステム１０へともたらすべく気化させるために、熱交換器を、極低温タンクと併せて使用することができる。

吸着プロセスの発熱性によって、天然ガスの吸着の速度およびＡＮＧ貯蔵タンク１１内に吸着される天然ガスの量が制限される可能性がある。これは、吸着プロセスによって生じた熱が、ＡＮＧ貯蔵物質の温度を上昇させる可能性があり、結果として天然ガスの一部を脱着させるように働くからである。換言すると、吸着プロセスによって生み出される熱を除去できない限り、吸着の最中にタンク１１内のＡＮＧ貯蔵物質の温度が上昇するにつれて、天然ガスの吸着の速度が低下する（すなわち、競合する天然ガスの吸着および脱着の速度の間の差が、ＡＮＧ貯蔵物質の温度が高くなるにつれて収束する）。一形態においては、吸着プロセスによって生み出される熱の除去が、より高温のガスが出口および流出通路１８、５０によって取り出され、冷却の後に再び貯蔵タンク１１へと導かれるように、天然ガスの流れをＡＮＧ貯蔵タンク１１を通って循環させることによって達成される。ＡＮＧ貯蔵タンク１１からの生じた熱の除去は、充てんの事象の最中により高い天然ガスの吸着速度を一貫して維持するうえで役に立つ。

好ましい典型的な実施形態および関連の例についての以上の説明は、あくまでも説明的な性質であり、以下の特許請求の範囲の技術的範囲を限定しようとするものではない。添付の特許請求の範囲において使用される各々の用語には、明細書においてそのようでないと具体的かつ明確に述べられない限り、その通常かつ普通の意味が与えられなければならない。

Claims (21)

1. 燃料ガス貯蔵タンクの充てんのための装置であって、
   燃料ガスの供給源を前記貯蔵タンクに連絡させるように構成された流入通路と、前記貯蔵タンクからの燃料ガスの流出物を受け取るように構成された流出通路とを有するノズル本体
   を備えている装置。
2. 前記ノズル本体の前記貯蔵タンクの一部分への結合または前記貯蔵タンクの一部分からの解放を可能にする第１の位置ならびに前記ノズル本体を前記貯蔵タンクの前記一部分に係合した状態に解除可能に保持するように構成された第２の位置から移動可能であるリテーナを有するカプラ
   をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記カプラは、前記リテーナを前記第１の位置から前記第２の位置へと移動させるアクチュエータをさらに備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記アクチュエータに組み合わせられ、前記アクチュエータを前記リテーナに対して移動させることで前記リテーナを前記第１の位置から前記第２の位置へと移動させるモータ
   をさらに備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記アクチュエータは、前記リテーナの少なくとも一部分に重なり、前記リテーナに係合して前記リテーナを前記第２の位置に保持する力をもたらす、請求項３に記載の装置。
6. 前記モータおよび前記アクチュエータに組み合わせられ、前記アクチュエータを前記リテーナに対して軸方向に移動させるウォーム駆動部
   をさらに備える、請求項４に記載の装置。
7. 前記アクチュエータは、前記リテーナの少なくとも一部分に係合して変位させるカム面を備える、請求項３に記載の装置。
8. 前記リテーナは、各々が第１の位置から第２の位置へと移動する複数のセグメントによって画定されている、請求項２に記載の装置。
9. 前記ノズル本体は、管状の側壁を有し、前記流入通路または前記流出通路のうちの一方の少なくとも一部分が、前記側壁によって前記側壁の径方向内側に画定され、前記流入通路または前記流出通路のうちの他方は、他方の通路から径方向外側に離して少なくとも部分的に前記側壁の内部に画定される、請求項１に記載の装置。
10. 前記流入通路は、前記側壁の径方向内側に位置し、前記流出通路は、少なくとも部分的に前記側壁の内部に画定される、請求項９に記載の装置。
11. 複数の流出通路が、少なくとも部分的に前記側壁内に画定される、請求項９に記載の装置。
12. 前記ノズル本体は、前記貯蔵タンクと係合するように構成されたシール面を備え、前記流入または流出通路の少なくとも一方は、前記シール面へと開いている、請求項１に記載の装置。
13. 燃料ガス貯蔵タンクのための金具であって、
    燃料ガスを前記燃料ガス貯蔵タンクへと進入させるための入り口通路の少なくとも一部分と、燃料ガスを前記貯蔵タンクから出すための出口通路の少なくとも一部分とを画定している本体
    を備えており、
    前記入り口通路は、前記本体において前記出口通路とは分離されている金具。
14. 前記本体は、前記貯蔵タンクの内部に連通するように構成された充てんパイプの一部である、請求項１３に記載の金具。
15. 前記本体は、壁を備えており、前記入り口通路または前記出口通路の少なくとも一方は、少なくとも部分的に前記壁の内部に画定されている、請求項１３に記載の金具。
16. 前記壁は、管状であり、前記入り口通路または前記出口通路のいずれかが、前記壁内に形成され、前記入り口通路および前記出口通路の他方が、前記壁の径方向内側に位置している、請求項１５に記載の金具。
17. 燃料ガス貯蔵タンクを充てんする方法であって、
    補給ノズルを前記燃料ガス貯蔵タンクに結合させるステップと、
    前記補給ノズルを通って前記燃料ガス貯蔵タンクへと燃料ガスの流れをもたらすステップと、
    前記補給ノズルを通って前記貯蔵タンクから出る燃料ガスの流れを可能にするステップと
    を含む方法。
18. 前記補給ノズルを前記貯蔵タンクに結合させるステップは、前記補給ノズルを前記貯蔵タンクの一部分へと解除可能に密着させる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記補給ノズルを前記貯蔵タンクに結合させるステップは、アクチュエータをリテーナに対して移動させることで、前記リテーナの少なくとも一部分を動かして前記貯蔵タンクの一部分に係合させることによって達成される、請求項１７に記載の方法。
20. 前記アクチュエータは、カム面を備えており、前記アクチュエータは、前記リテーナを前記貯蔵タンクの前記一部分に係合させるために、前記リテーナに対して移動する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記燃料ガスは、天然ガスまたは水素である、請求項１７に記載の方法。

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