JP2902760B2 - 圧力ガスタンク - Google Patents

圧力ガスタンク

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、放出されるガス流を制御する装置を備えた
圧力ガスタンク、特に該圧力ガスタンク内のガス圧力が
数百バールに達することがある圧力ガスタンクに関する
ものである。
[発明の背景] 本発明は、周知の複合タンクに特に実施できるように
なっているが、これに限定されるものものではない。し
かし、本発明は、内側ジャケットと合成樹脂で被覆され
たフィラメント巻線を有する外側シェルとによって構成
された周知の型式のタンクについて特に説明することに
する。これらの複合タンクにおいて、内側ジャケツトは
ガス気密を保証し、一方、フィラメント巻線の外側シェ
ルは、機械抵抗を与えることを目的とすることが知られ
ている。更に、内部圧力の作用下における内側ジャケツ
トの変形が塑性変形であるのに対して、外側シェルの変
形が弾性変形であることを確実にすることが一般的に行
われている。従って、圧力に従った線形の弾性変形をタ
ンクのために得ることが可能である。
優れた機械抵抗と軽量のため、これらの複合タンク
は、高圧ガス(800バール迄)を貯蔵すべく宇宙技術に
幅広く使用される。例えば、複合タンクは、有人宇宙ミ
サイルの使用を確実にするよう酸素、水素又は窒素を閉
じ込めたり、或いは、発射されたロケットや宇宙船の推
進源の加圧を可能にするガスを貯蔵することができる。
勿論、かかる複合タンクに貯蔵されたガスを使用でき
るように、該複合タンクの出口にてガス流量を制御する
ことが必要とされる。この制御を行うために、一連の制
御された減圧弁が設けられており、これら減圧弁の開度
が複合タンクにおける圧力の発生に従って制御される。
複合タンク内の高圧と、この高圧に係わる信頼性及び安
全性の要求とを考慮して、これら減圧弁及びその制御装
置は約25kgと重く、宇宙利用には全く不適切であること
が分かった。
[発明の概要] 本発明の目的は、このような問題点を解決することで
あり、放出されるガスの流量の制御をして上述した減圧
弁の使用を避けることを可能とし、従って、タンクと、
それに作動上付属する設備との全重量を相当に減少する
圧力ガスタンクを提供することにある。
このために、本発明によると、圧力下にガスを貯蔵す
るためのタンクは、開口を有する、弾性的に変形可能な
ケーシングと、前記ケーシングの内部と前記ケーシング
の外部に連通するオリフィスとの間のガスの流量を制御
するために前記開口に連通する流量制御手段と、前記ケ
ーシング及び前記流量制御手段の間にリンク結合された
作動部材を含み、前記流量制御手段を制御するための作
動手段とを備え、ガス圧力が増加又は減少する際の前記
ケーシングの膨張又は収縮による前記作動部材の移動を
前記流量制御手段に伝達して、前記オリフィスを通るガ
スの流量を制御するようになっている。
従って、本発明によると、ケーシングが含むガスの内
部圧力の作用下に該ケーシングの容積が変化して、それ
によりオリフィスを通るガス流量を制御することを可能
にする。従って、重くて高価な外部制御手段を設けるこ
とが最早必要でない。
一般的に言えば、特にガスタンクの固定に関しては、
ガスタンクの容積変化を考慮するのが必須であるので、
ガスタンクが変形可能なことは有利ではない。本発明に
よって、この容積変化は、ガス流量の制御に関しては利
点となる。
好適には、圧力ガスタンクは、ケーシング内に設けら
れていて一端が圧力ガスタンクに対して支持された剛性
部材を有し、流量制御手段は剛性部材の他端によって制
御される。
この剛性部材は一端が圧力ガスタンクに取り付けら
れ、他端が開口を貫通していてよい。
本発明によるケーシングは回転体形状を有し、剛性部
材がケーシングの軸心に沿って配置されていることが有
利である。特に、ケーシングが球状で、高圧に耐えるよ
うになっている場合には、剛性部材はケーシングの直径
方向に沿って配置される。
好適には、本発明の圧力ガスタンクは、剛性部材の対
応する端部を案内するよう開口内に設けられた滑り軸受
を有しており、この滑り軸受はオリフィスとケーシング
の間にガスが自由に連通することを可能にする。
本発明のタンクケーシングが内側ジャケットと外側繊
条シェルとの複合構造を有することが有利であり、これ
は、外側シェルの繊条巻線の適宜な配置によって剛性部
材に平行なケーシングの弾性変形を助長すると共に、弾
性シェルを介したプレストレスによって内側ジャケット
を塑性変形させて、タンク内に包含されるガス圧力に正
比例してケーシングの膨張及び収縮を剛性部材と平行に
得ることにより可能である。
特に、簡単な実施例において、流量制御手段は、オリ
フィスから開口を隔てると共に、剛性部材が遊びをもっ
て移動する通路を形成した、壁に取り付けられた弁座と
協働しうる弁を備えている。
従って、後からより詳しく分かるように、圧力ガスタ
ンクを充填する時に、弁は安全弁の役割をして、圧力ガ
スタンクが充填圧力公称値以上に充填されるのを防止す
る。一般的に言えば、充填される時のガスタンクの破裂
を防止するよう設けられた周知の既存安全装置が、本発
明の実施例のように、停止弁ではなく、排気弁によって
構成されていることに注意されたい。
充填公称値にガスで充填されると共に停止装置と関連
した本発明の圧力ガスタンクは、この状態で安定を維持
できる。他方、停止装置が開かれるや否や、圧力ガスタ
ンクは包含するガスを外部に放出できる。
停止装置であるこのような弁は圧力ガスタンクの開閉
だけを制御できる。しかし、この弁とその弁座は、圧力
ガスタンクの内部圧力に従ってガス流量が変化しうるよ
うに弁通路断面の境界を定めるため、広口部分を好適に
有している。
ガス流量制御手段は、変形例または組合せにおいて、
オリフィスから開口を隔てると共に、剛性部材が遊びを
もって移動する通路を形成した、壁に取り付けられた弁
座と協働しうる弁を備えている。
また、ガス流量制御手段は、可動フラップを有するこ
とができる。従って、例えば、剛性部材と一体に形成さ
れたカムが設けられていて、可動フラップを制御する。
推奨実施例においては、オリフィスは、異なった直径
を有して並列に接続された2つの通路を介して開口と連
通し、大きな方の通路が可動フラップによって閉鎖でき
る。
停止装置は、圧力ガスタンクの外部の停止弁によって
構成できる。しかし、圧力ガスタンクは、圧力ガスタン
クが充満されてオリフィスと開口の間のガス流が制御装
置によって遮断される時に、剛性部材の移動を阻止する
移動阻止手段を有していることが好ましい。従って、こ
のような移動阻止手段は、圧力ガスタンク内に停止装置
を形成して、単独で又は外部の停止弁と組み合わせて使
用できる。このような移動阻止手段は、弁ニードル又は
同様な形式のものにすることができ、また、遠隔制御す
るように設けることができる。
ケーシングへの作動部材のリンク結合に関する本発明
の第1実施例の変形例によれば、圧力ガスタンクは、ケ
ーシング内に設けられて数箇所でケーシングに連結され
た変形可能な構造体からなり、この変形可能な構造体が
作動部材の位置を制御する。
好適には、ケーシングの内壁に対して変形可能な構造
体を圧縮するようする弾性手段が設けられている。
ケーシングへの作動部材のリンク結合に関する本発明
の別の変形例によれば、圧力ガスタンクは、圧力ガスタ
ンクの外部にあって圧力ガスタンクの壁に一側が連結さ
れ他側が作動部材に連結された剛性部材を有しているこ
とが分かる。
好適には、作動部材はケーシングに対する滑動支持軸
を形成している。
作動部材と流量制御手段の間のリンク結合に関する本
発明の一実施例に従えば、圧力ガスタンクは、運動伝達
用流体装置が作動部材と流量制御手段の間に設けられて
いることが分かる。
この運動伝達用流体装置は、異なった直径のピストン
を有すると共に直列に配置された一組の2つのジャッキ
により構成されていて、該ジャッキの2つのピストン
が、流体液で充填される中間室を前記ピストン間に画成
するようになっており、前記作動部材が大きな直径のピ
ストンに連結され、前記流量制御手段が小さな直径のピ
ストンに連結されている。
更に、作動部材の方向にピストンを押圧するようにす
る弾性手段を設けるのが好適である。
流量制御手段に関する変形実施例に従えば、圧力ガス
タンクにおいて、流量制御手段が、ケーシングに対する
作動部材の相対変位に対して横方向に作動部材によって
動かされるギロチン式の上下動装置を有していることが
分かる。
作動部材の一端は、傾斜路の形状を有し、該傾斜路に
対してギロチン式の上下動装置が弾性手段によって押圧
される。
流量制御手段に関する別の変形実施例によれば、圧力
ガスタンクにおいて、流量制御手段は、作動部材によっ
て作動される回転フラップを有しており、該回転フラッ
プの回転軸心がケーシングに対する作動部材の相対変位
の方向に平行であることが分かる。
好適には、回転フラップの回転はつる巻状傾斜路によ
り作動部材を介して制御される。
流量制御手段に関する別の変形実施例によれば、圧力
ガスタンクにおいて、流量制御手段は、ラックにより作
動部材を介して作動される回転フラップを有し、該回転
フラップの回転軸心はケーシングに対する作動部材の相
対変位の方向に直角であることが分かる。
添付図面は、種々の実施例がどのようにして実施され
るかを分かり易く説明している。これら図面において、
同一の符号は同一もしくは類似部材を示す。
[実施例] 第1図は、本発明に従った圧力ガスタンク1を示して
おり、この圧力ガスタンク1は、停止弁4が取り付けら
れたリンク3によって圧力ガスを室2に供給するように
なっている。大容積を持った室2は、液体5を収容して
おり、該液体5は、圧力ガスタンク1に予め貯蔵された
ガスの圧力下に出口6を通って室2の外側に排出される
ようになっている。空間的要件と重量のために、圧力ガ
スタンク1の容積は小さくする必要があるので、圧力ガ
スタンク1内のガスの初期圧力は十分に高く、室2内に
少量の液体5があるに過ぎない時でも、液体5に、特別
な閾値(例えば10バール)を越える圧力を加えることが
できる。
第1図は、軸心X−Xを有し両端がドーム形、例えば
半球形ドームを成した円筒状ボトルの形態の圧力ガスタ
ンク1を示している。
第1図に示されるように、停止弁4が開かれた時にリ
ンク3内のガス流即ち流量を制御するための圧力ガスタ
ンク1の外側には何の装置も設けられていない。実際
に、ボトル形の圧力ガスタンク1は、後述される形式の
剛なロッド装置(剛性部材)を内部に有しており、この
剛なロッド装置は軸心X−Xに沿って配置されている。
第2図の実施例において、圧力ガスタンク1は球状を
している。そのケーシングは、アルミニウムやチタンの
ような金属で造られた球状の内側ジャケット7を有し、
該内側ジャケット7が、高分子樹脂で被覆された抵抗性
繊維(ガラス、炭素、ケプラー(登録商標)等)からな
るフィラメント巻線により構成されたシェル8(外側繊
条シェル)を支持している。
金属製の内側ジャケット7は、開口11,12を夫々形成
する直径方向に対向した2つの接合部もしくは接合片9,
10を備えている。
圧力ガスタンク1は好適には予備加圧操作を受けてい
るので(接合片9,10の1つは封止されているが、反対
に、他方の接合片は圧力流体を導入するように使用され
る)、弾性変形限界がもっと高いシェル8の場合には違
うが、金属製の内側ジャケット7の弾性変形限界が超え
られる。従って、金属製の内側ジャケット7の膨張によ
る変形は塑性領域内に入り、圧力ガスタンクが大気圧に
戻る間に、内側ジャケット7はシェル8の弾性作用によ
ってプレストレス状態にある。更に、圧力ガスタンクが
予備加圧操作の圧力よりも高い加圧を後から受ければ、
圧力ガスタンクの変形は加えられた圧力に比例すること
になる。
接合片10は、剛性ロッド(剛性部材)14の一端部13を
圧力ガスタンク1に固着するために用いられる。剛性ロ
ッド14は、圧力ガスタンク1の直径方向の軸心X−Xに
沿って圧力ガスタンク1の内側に配置され、接合片9,10
の中心をリンク接合する。剛性ロッド14の一端部13は、
継手16により接合片10を封止することができるストッパ
15と一体にされ、固着手段17(中心線によってだけ示さ
れている)が、ストッパ15(従ってロッド14)を圧力ガ
スタンク1と一体にすることを可能にしている。
ロッド14の一端部13と反対側の他端部18は、開口11内
に設けられた滑り軸受19によって案内されて開口11を通
る。この滑り軸受19には、その両側のガス交換を許容す
る開口20が穿けられている。
第3図に拡大して示されるように、オリフィス22を画
成するコネクタ21は、継手23により且つ固着部材24(中
心線によってだけ示される)によって接合片9に封止結
合される。コネクタ21は、ロッド14の端部18が遊びをも
って往復動する通路26が穿けられた横型25を有してい
る。
オリフィス22の側で、ロッド14の端部18が弁頭部27と
一体になっており、横壁25の対応する面には弁頭部27の
ための弁座28を有している。弁座28に対する弁頭部27の
位置を調節するために、弁頭部27は、ロッド14の端部18
のねじ部29に螺着可能なナットにすることができる。
静止位置にて、弁頭部27と弁座28は、第2図及び第3
図に示される相対位置にあり、該相対位置において、弁
頭部27は弁座28から離れるようになるので、通路26は、
軸受19を介したオリフィス22と開口11の間(即ち、オリ
フィス22と圧力ガスタンク1の内側との間)のガス連通
を確実にする。
従って、オリフィス22が、接続のために設けられたね
じ部30によって圧力ガス源(図示しない)に接続されれ
ば、圧力ガスタンク1をガスで満たすことが可能であ
る。
圧力が圧力ガスタンク1の内側で徐々に増大する時
に、圧力ガスタンク1は膨張して、弁座28が弁頭部27に
もっと接近して、ロッド14の端部18が軸受19内に滑動さ
れる。圧力ガスタンク1の内圧が、弁座28が弁頭部27に
当接するような値に達する時に、圧力ガスタンク1が閉
鎖されて、追加のガスを導入することが不可能になる。
従って、本発明の圧力ガスタンク1の内圧は、圧力ガス
タンク1の膨張量と弁座28に対する弁頭部27の初期位置
との両方に依存する公称充填値を越えないことが分か
る。
従って、圧力ガスタンク1の実際の建造上は、公称充
填値を一定にすることが可能であり、調節は、調節可能
な弁頭部27によって行うことができる。
公称充填値までの圧力ガスタンク1の充填後、充填ガ
ス源を分離してから、圧力ガスタンク1はねじ部30によ
って停止弁4(第1図参照)に接続される。停止弁4が
遮断されている限りは、圧力ガスタンク1は閉鎖されて
いる。実際に、弁頭部27と弁座28によって構成される閉
鎖装置は圧力ガスタンク1内側に存在する高圧力のため
完全に封止されていないが、発生する少量のガス漏れ
は、停止弁4と圧力ガスタンク1の間に溜まるので、弁
頭部27は圧力平衡状態に在る。他方、停止弁4が開かれ
ると直ちに、弁頭部27は室2の内側に在る低圧力に一側
がさらされ、他方の側が圧力ガスタンク1内の内部高圧
力を受ける。更に、膨張した圧力ガスタンク1の実際の
弾性は、圧力ガスタンク1を圧縮しようとする。内側金
属ジャケットを可塑性にする上述の予備加圧操作を圧力
ガスタンク1が受けていた場合、この弾性は、内側金属
ジャケットを弾性的に圧縮して可塑的に収縮させるシェ
ル8により単に保証されることに注意されたい。
このような状態において、停止弁4が開かれるや否
や、弁頭部27は弁座28から離れて、ガスが圧力ガスタン
ク1から開口11、軸受19の開口20、通路26、弁頭部27と
弁座28の間の隙間、オリフィス22、開いた停止弁4、リ
ンク3等を通って室2に流れる。従って、圧力ガスタン
ク1の圧力は低下し、該圧力ガスタンク1は収縮する。
収縮しながら、圧力ガスタンク1は、軸受19に関するロ
ッド14の端部18の相対的滑動を喚起するので、弁頭部27
が弁座28から更に若干離れる。
従って、圧力ガスタンク1と室2の間のガス伝達中に
徐々に、弁頭部27は弁座28から動いて段々離れ、弁頭部
27と弁座28の間のガスの通路部分が広くなる。閉鎖装置
(弁頭部27及び弁座28)のガス通路部分のこの漸進的変
化は、明らかに、内部圧力低下及び圧力ガスタンク1の
弾性の影響下の圧力ガスタンク1の収縮だけでなく、弁
頭部27及び弁座28の相対的形状に依存している。
圧力ガスタンク1を充填し内容物を室2に供給するた
めに用いる前に、圧力Pに従った軸心X−Xに沿う圧力
ガスタンク1の線膨張Lを決めるように試験を実施する
ことが可能である。そのようにして、第4図に示される
ような線膨張変化が得られる。従って、大気圧PAと所要
公称充填圧力PNRの間のこの線膨張の値1(第4図にお
いて小文字のローマ字「エル」で示す)を求めて、弁頭
部27と弁座28の間の初期間隙を、第3図に示されるよう
にこの値1に調節することが可能である。
更に、第4図の線図の助けによって、大気圧PAと公称
充填圧力PNRの間に含まれる圧力の各値に関して、弁座2
8に対する弁頭部27の相対位置を知ることが可能であ
る。大気圧PAと公称充填圧力PNRの間に含まれる各圧力
値Pでのガス通路部分の測定値が弁頭と弁座の間に限定
されて対応するように、弁頭部27及び弁座28に形状展開
を与えることができる。
更に、圧力ガスタンク1から放出するとすぐ、時間に
従った圧力ガスタンクの内圧の低下は、通路部分は別に
して、圧力ガスタンク1内と室2内に存在する圧力及び
容積条件に依存しているので、このような状態下では、
時間に従ったガス放出流量の所望の変化をリンク3内に
得るように、弁頭部27と弁座28の形状を調節することが
可能である。
第2図及び第3図において、流量制御手段である弁頭
部27と弁座28の協同する面が円錐形であると仮定され
る。従って、この場合に、2つの協同する面が互いに対
向している限り、通路部分は、弁座に関する弁の間隔に
応じて幅が広がるリンク形状の表面によって形成され
る。更に、弁座に対する弁の相対位置については、通路
断面もしくは部分は、弁頭部27及び弁座28の協同する円
錐面の頂部の角度に依存していることが明らかである。
第5図の変形実施例において、この変形実施例は、弁
頭部27と弁座28とねじ29とを除いて、第3図の種々な部
材18〜26、30を有している。図示の装置において、ロッ
ド14の端部18は、通路26において軽い摩擦で外径が滑動
する端円筒部32まで膨出する円錐部31を有したコア(3
1,32)と係合する。静止位置(第5図に示される位置)
において、コアの端円筒部32と膨出した円錐部31は、オ
リフィス22の方向に通路26の外側に突出するので、ガス
充填通路部分がロッド14の端部(制御部材と称すること
もある)18と通路26の間に設けられる。圧力ガスタンク
1がガスで充填されている時に、この通路部分もしくは
断面は徐々に縮減され、コアの膨出した円錐部31が通路
26内に貫入する。充填の終りに、ストッパを形成するよ
う通路26内にコアの端円筒部32が貫入する。ガスが圧力
ガスタンク1外に放出される時に、逆の手順で、膨出し
た円錐部31が通路26から離れるように通路部分が徐々に
大きくなる。
第5図の装置において、壁25に対するロッド14の相対
的な並進もしくは移動中に通路26の壁と相当な時間的長
さにわたり協同するように膨出した円錐部31を長くする
ことができるので、大きな傾斜変化度の通路部分を得る
ことができる。しかし、充填位置において、端円筒部32
は弁頭部27(以下、単に弁と称することもある)ほど効
果的には通路を閉鎖しない。
従って、第6図に示される変形実施例においては、閉
鎖装置である第3図の弁頭部27、弁座28と閉鎖装置であ
る第5図の円錐部31、端円筒部32の双方が設けられてい
て、圧力ガスタンクが充填される時の放出と効果的な閉
鎖中、ガスのために適宜な傾斜変化度の通路部分が得ら
れるようになっている。
第6図の装置において、コネクタ21は、継手33によっ
て封止組み立てできる2つの部分21a、21bを有する。ロ
ッド14の端部18は、弁頭部27とコア31、32部分を同時に
有するような形状に作られている。弁頭部27は、コネク
タ21の部分21aの壁25aに設けられた通路26aの端部に取
り付けられた弁座28と協同できる。コア31、32部分はコ
ネクタ21の部分21bの壁25aに設けられた通路26bと協同
するよう設けられている。弁頭部27と弁座28とコア31、
32部分の通路26a、26bの相対的配置は、コア32部分が通
路26b内に在る時に弁座28に対して弁頭部27が当接され
るようになっている。
本発明に従った圧力ガスタンクの第7図に示される変
形例において、同図は第3図に対応して種々の部材7〜
20を示している。しかし、この場合、コネクタ21は可動
フラップ装置34と置き換えられている。この可動フラッ
プ装置34は、内部の室36を画成する封止されたケーシン
グ35を有する。フラップ装置34は、継手37によりケーシ
ング35を介して接合部9に封止固着されると共に、固着
装置38(軸心によってのみ図示)に封止固着されてい
る。
ロッド14の端部18は、ケーシング35の壁に設けられた
通路39によってケーシング35の内部を室36内に貫入して
いる。室36の方に向いている通路39の縁は、端部18と一
体であって且つ室36の内側に設けられた弁41のための弁
座40として使用される。
更に、可動フラップ装置34は、例えば、ねじ43によっ
て外側に可動フラップ装置34を接続できるオリフィス42
を有する。このオリフィス42は2つの通路44、45によっ
て室36に接続され、通路45の方が通路44に対して大き
い。
室36の内側に、可動フラップ46が例えば、軸47の周り
に傾斜して取り付けられ、通路45を介するガスの通過を
制御するように企図されている。ばね48は、可動フラッ
プ46が通路45を自由にする方向に可動フラップ46に作用
し、これに対して、ロッド14の端部18と一体であると共
に、可動フラップ46と一体の形状フォロワ50と協同する
カム49は、ストッパ、すなわち可動フラップ46による通
路45の閉鎖を制御できる。
第8図に拡大して示されるように、カム49は、例え
ば、段階状輪郭の段部51、52、53を有する。
更に、弁ニードル54は、封止された仕方でケーシング
35を横切り、ロッド14の端部18と協同することができ
る。
静止状態にて、ロッド14の端部18が室36内に十分貫入
しているので、最初に弁41が弁座40から離れるように動
き、次に形状フォロワ50がカム49の最小の段部53と協同
して、ばね48の作用下で可動フラップ46が通路45を完全
に開放するようにする。オリフィス42がねじ部43によっ
て圧力ガス源(図示しない)に接続されゝば、ガスは、
オリフィス42、通路44、45、室36、通路39、開口20及び
開口11を経て圧力ガスタンク11に流入する。従って、圧
力ガスタンク1は膨張するので、ロッド14の端部18は弁
座40のより近くに接近し、形状フォロワ50は、中間の段
部52の方向へと段部53上を滑動する。ガス充填作用が続
けられて圧力ガスタンク1の膨張が更に行われるので、
形状フォロワ50は段部53から強制的に離されて中間の段
部52上で静止するようになる。従って、これに続いて可
動フラップ46がばね48の作用に抗して動かされて通路45
を部分的に閉鎖する。圧力ガスタンク1の充填は縮径さ
れた通路45及び通路44を介して続けられ、形状フォロワ
50は最大の段部51に到達する迄、中間段部52上を滑動す
る。
この時、可動フラップ46は通路45を完全に閉鎖する
が、通路44は閉鎖されず、圧力ガスタンク1の充填は、
弁41が弁座40に対して静止するようになるまで通路44を
介して続けられる。圧力ガスタンク1は従って公称圧力
値にまで充填される。
次いで、弁ニードル54は弁座40に対して弁を遮断する
よう作動できるので、圧力ガスタンク1の外側には何等
ガス漏れが起こらない。
充填ガス源の分離の後に、圧力ガスタンク1はねじ部
43により停止弁4を介して室2に接続できる。ロッド14
と停止弁4の開放(抑制されている可能性がある)とを
邪魔しないように弁ニードル54が作動された後、室2に
圧力ガスタンク1からガス供給することができる。
第9a、9b、9c、9d図は、圧力ガスタンク1の充填圧力
PNRの公称値が326バールであり、時間t(秒)に従っ
て、第9a図に示されるようにリンク3内の流量d(リッ
トル/秒)の変化を得たいと仮定した場合の室2の供給
の例を示している。第3図にて述べたように、圧力ガス
タンク1の出口におけるガスの通路断面がこれに従って
計算された。
停止弁4の開放に対応する時間t=0の時、圧力ガス
タンク1の内側の圧力は326バールに等しく、通路45
は、形状フォロワ50が段部51(第8図参照)によって押
し戻されて弁41が弁座40に当接するので、可動フラップ
46によって閉鎖される。第3図に対する上述した方法
で、この場合、9.45mm2の通路面積sを有した通路44に
よって放出がストッパ40と弁41とを介して始まる(第9d
図参照)。この結果、圧力ガスタンク1内の圧力が低下
し(第9b図参照)、弁座からの弁頭部の間隔が広がる
(第9c図参照)。28秒後に、圧力ガスタンク1内の圧力
は326バールから195バールに低下し、弁座40の弁頭部41
の間隔l(エル)は0から1.2mmに広がる。
更に、時間t=28秒から時間t=38秒迄、形状フォロ
ワ50は最大の段部51から中間の段部52に迄移動するの
で、通路面積sは9.45mm2から20.4mm2迄移動して、可動
フラップ46は通路45を部分的に開放する。時間t=28秒
とt=38秒の間で、圧力ガスタンク1内の圧力Pは195
バールから152バールに低下するので、間隔l(エル)
が1.2mmから1.6mmに変化する。
時間t=28秒とt=72秒の間で、形状フォロワ50が未
だ中間の段部52上に留まっているので、通路面積sは2
0.4mm2に等しいままであり、圧力ガスタンク1の内部圧
力は47バールに達する迄、低下し続けるが、間隔l(エ
ル)は1.6mmから3mmに変化する。
時間t=72秒で、形状フォロワ50は中間の段部52から
最小の段部53に移動して通路45を完全に開放する。通路
45の面積は96.7mm2に急激に増大する。
以上から、軸心X−Xに沿った圧力ガスタンク1の線
膨張が(例えば、第4図に示されるのと同様な曲線を与
える実験によって)既知であれば、この線膨張とは反対
の圧力ガスタンクの線収縮も、変形が弾性的であるか
ら、既知である。
従って、第9a図により示される流量の変化を許容する
適切な通路面積を、第9b図に示される圧力低下を考慮し
て、得るようにカム49を調整することが可能である。
簡略的に示されているが第10図に示される圧力ガスタ
ンク1の実施例は、上述したようなケーシング7、8を
有することができる。このケーシング7、8は、球状の
形を有すると共に、ケーシング7、8の直径方向の軸心
X−X上に中心決めされた開口11を画成する接合部9を
有するように図示されている。第2図乃至第6図に示さ
れたものと同様に、コネクタ21は、継手23と固着装置24
(中心線が示されるだけ)によって接合部9に封止結合
される。コネクタ21の代わりに、第7図に示されるコネ
クタ34または後述のコネクタの1つが接合部9に接合で
きることに注意されたい。このコネクタ21は、開口11及
び該コネクタ21によってケーシング7、8の内側と連通
するオリフィス22(この図には示されていないが、第2
図乃至第6図に見ることができる)を画成している。
開口11内には、滑り軸受19が設けられており、該軸受
19はその両側でガス交換を許すように開口20が穿たれて
いる。軸受19は、直径方向の軸心X−Xに沿って滑動で
きるロッド形状の部材、すなわち制御部材18を、滑動に
より案内する。
コネクタ21側では、ロッド形状の部材18が、第10図に
は示されていないが第2図乃至第7図に見ることができ
るガス流量を制御するための手段27、31、32、46と一体
になっている。
圧力ガスタンク1側では、上述したようにロッド部材
(単にロッドとも称する)14によってケーシング7、8
に接続される代わりに、ガス流量を制御するための手段
であるロッド形状の部材18はパンタグラフ機構60に接合
されている。このパンタグラフ機構60は、圧力ガスタン
ク1の内側に設けられ、その4つのアーム61〜64は例え
ば長さが等しい。アーム61、64間のヒンジ65は、直径方
向の軸心X−X上に好適に配置され、圧力ガスタンク1
の内壁に固着できる。アーム62、63間のヒンジ67は、直
径方向の軸心X−X上に好適に配置され、ロッド形状の
部材18に対峙する端部で一体にされている。アーム61及
び62の間とアーム63及び64の間のヒンジ66、68は、圧力
ガスタンク1の内壁に当接した支持状態にある。この支
持は、圧力ガスタンク1の内側に向かってロッド形状の
部材18を押そうとするばね69によって確実にされる。
パンタグラフ機構60の形状は圧力ガスタンク1の容積
に従属もしくは依存しているので、軸心X−Xに沿った
ロッド形状の部材18の位置も圧力ガスタンク1の容積に
依存する。第10図は、圧力ガスタンク1が膨張・収縮し
た時の圧力ガスタンク1とパンタグラフ機構60とロッド
形状の部材18との位置をそれぞれ実線と鎖線とで示して
いる。
従って、パンタグラフ機構60は、第10図の圧力ガスタ
ンク1内においてロッド14と同様な作用を行うので、こ
の圧力ガスタンク1の作用は上述した実施例の作用と同
じである。
第11図に示される変形実施例においては、接合部9と
直径方向に対向する圧力ガスタンク1の接合部10が固着
装置71によって剛なフレーム70に固着されている。更
に、前記接合部9上に、コネクタ72が継手23及び固着装
置24を介して固着されており、該コネクタ72は、開口11
と通路26によって圧力ガスタンク1の内部と連通して横
方向に配置されたオリフィス22を有している。通路26の
内側には、コア312、32が第5図及び第6図に示すよう
に配置されている。上述したと同様に、コア31、32は通
路26を通るガス流量を制御するように企図されている。
コア31、32は、圧力ガスタンク1と対向したコネクタ
72側で、該コネクタ72を継手73により封止状態で往復動
するロッド形状の部材18と一体である。更に、ロッド形
状の部材18は、例えば固着装置74によって剛なフレーム
70と一体にされている。
従って、圧力ガスタンク1が膨張・収縮する時に、ロ
ッド形状の部材18は固着装置71に対峙する圧力ガスタン
ク1の端部に対する滑り軸受として使用されるので、コ
ア31、32は、上述したように、ガス流に対して多かれ少
なかれ通路26を開閉する。
このように、剛性部材である外側のフレーム70は剛な
ロッド14の役割を果たしている。
第12図に示される圧力ガスタンク1の実施例におい
て、同図は、第2図に対して説明した種々な部材7〜2
0、22〜24を示している。しかし、この場合、コネクタ2
1は、継手76と固着装置77(軸心によって簡単に示され
る)によって互いに封止接続された2つの部分75a、75b
からなるコネクタ75と交換されている。コネクタ75は、
横方向に配置されたオリフィス22を画成しており、この
オリフィス22は、コネクタ75を横切る少なくとも1つの
通路78によって圧力ガスタンク1の内側と連通する状態
に配置することができる。オリフィス22と通路78間のガ
ス連通は滑動弁79によって制御される。
コネクタ75の内側には、異なった直径の2つのジャッ
キ80、81からなる運動伝達流体装置が設けられている。
ジャッキ80、81は直列に配置されており、従って、該ジ
ャッキのピストン82、83の間には、流体で充填される中
間室84が画成される。
制御部材18(即ち、この場合、コネクタ75側に配置さ
れたロッド14の端部)は大きな直径のピストン82に対す
る支持をなしており、一方、滑動弁79は小さな直径のピ
ストン83と一体である。更に、ばね85は制御部材18の方
向にピストン82、83を押すように作用する。
ジャッキ80、81の直径が異なるため、運動伝達流体装
置は、圧力ガスタンク1から排出するための変位増幅器
として使用されることが分かる。従って、制御部材18と
圧力ガスタンク1の間の小さな相対的変位は、滑動弁79
と圧力ガスタンク1間の大きな相対的変位に変換され
る。この結果、オリフィス22を流れるガス流量の調節
は、圧力ガスタンク1内の圧力変化に対して一層感度良
く行われる。
第13図の変形実施例においては、第12図のコネクタ75
とは僅かに異なったコネクタ86が設けられている。この
場合、コネクタ86は、圧力ガスタンク1の内側を部分的
に貫通して開口11を閉鎖しており、これにより軸受19を
廃止することを可能にしており、制御部材18は大きなピ
ストン82と一体になっている。従って、ロッド14の端部
13は、ストッパ15に対して単なる支持関係にあればよ
く、該ストッパ15と一体の軸受87によって案内される。
通路78は最早開口11でなく圧力ガスタンク1内に直接に
開口しており、滑動弁79はコア31、32と取り換えられて
いる。
第14図の変形実施例は第13図のものと殆ど同じであ
る。しかし、この場合には、制御部材18は大きなピスト
ン82に対する支持をなしており、対応するコネクタ88は
制御部材の滑り軸受89を有している。
第15図に示されるコネクタ90は、継手23を挿入してね
じ止めすることによって接合部9に装着されている。コ
ネクタ90は、通路91を介して圧力ガスタンク1とガス連
通するオリフィス22を画成する。通路91のガス流量の制
御は、オリフィス94が設けられ且つ直径方向の軸心X−
Xに対して横断方向に動く上下動部材93によって行われ
る。コネクタ90によって滑動案内される制御部材18は、
その自由端に傾斜面もしくは傾斜路95を備えており、該
傾斜面に対して、上下動部材93がばね96により弾性的に
押圧されている。従って、圧力ガスタンク1内の圧力に
基いて、上下動部材93が直径方向の軸心X−Xに沿って
滑動する制御部材18の傾斜面95によって多少動かされる
ので、オリフィス94は、多少なりとも通路91と一致し、
該オリフィスが上記通路に圧力に従って変化しうる通路
断面を画成することが分かる。オリフィス94が十分に中
心から外れると、上下動部材93は通路91を閉鎖するの
で、この通路断面はゼロになる。
第16図に示されるコネクタ97は、固着装置98(中心線
だけが示される)によって封止状態に互いに組み合せら
れると共に、継手99を組み込んだ2つの部分97a、97bと
して具体化されている。コネクタ97は、継手23を挿入し
てねじ着により接合部9に取り付けられる。コネクタ97
は、管すなわち通路100により圧力ガスタンク1とガス
連通するオリフィス22を画成している。例えば球軸受10
2によって軸心X−X周りに回転できる可動もしくは回
転フラップ101は、コネクタ97の内側に装着されてい
る。可動フラップ101は、回転軸心周りの可動フラップ1
01の位置に基いて通路100と多かれ少なかれ一致するよ
うになるオリフィス103を有している。制御部材18は、
可動フラップ101に連結された突片105と係合する螺旋溝
即ち螺旋状傾斜路104を有する。従って、制御部材18は
圧力ガスタンク1内に存在する圧力の作用下に軸心X−
Xに沿った相対的移動を行って可動フラップ101を回転
させるので、オリフィス103は通路100と多かれ少なかれ
一致しうる。従って、通路100の内側の可変通路が制御
でき、回転が十分であって、オリフィス103が通路100に
関して完全に中心から外れるように移動する時に、可動
フラップ101によって通路100を閉鎖できる。
第17図は、第7図に記載された同一符号が付いたもの
と基本的に同じであるコネクタ34を示している。この第
17図は部材91、11、18〜20、35〜47、54を示している。
この変形実施例において、軸心47(軸心X−Xと直角
な)周りの可動フラップ46の回転の制御は、可動フラッ
プ46と一体の歯付扇形体107と協同する制御部材18と一
体のラック106によって行われ、最早、カム49と形状フ
ォロワ50には依存しない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に従った圧力ガスタンクの可能な適用
例を概略的に示す図、第2図は、本発明に従った圧力ガ
スタンクの第1の実施例の軸方向断面部分図、第3図
は、第2図の圧力ガスタンクの弁の拡大図、第4図は、
圧力ガスタンクの作動を示すグラフ、第5図及び第6図
は、第2図の圧力ガスタンクの制御装置の変形実施例の
拡大図、第7図は、本発明に従った圧力ガスタンクの第
2の実施例の軸方向断面部分図、第8図は、時間tに従
った形状フォロワの位置を示す第7図の実施例に用いら
れるカムの形状の拡大線図、第9a、9b、9c、9d図は第7
図の圧力ガスタンクの作動を示すグラフ、第10図及び第
11図は、作動部材を圧力ガスタンクのケーシングに連結
する装置の変形実施例が設けられた本発明に従った圧力
ガスタンクを概略的に示す軸方向断面図、第12図乃至第
14図は、作動部材とガス流制御装置間を連結する装置の
変形実施例を概略的に示す断面図、第15図乃至第17図
は、ガス流を制御する制御装置の変形実施例を概略的に
示す断面図である。 図中、1……圧力ガスタンク、2……室、3……リン
ク、4……停止弁、6……出口、7……内部ジャケッ
ト、8……シェル、9,10……接合部、11,12……開口、1
3……ロッドの端部、14……剛なロッド(剛性部材)、1
5……ストッパ、16,23,73,6,99……継手、17,24,71,74,
77……固着装置、18……ロッドの端部もしくは制御部
材、19……軸受、21,72,75,76,90,97……コネクタ、22,
42,94,103……オリフィス、25……壁、26,39,44,45……
通路、27……弁頭部、28……弁座、31,32……コア、35
……ケーシング、36……室、41……弁、34,46,101……
可動フラップ、44,45……通路、48,85,96……ばね(弾
性手段)、49……カム、50……形状フォロワ、51,52,53
……段部、54……弁ニードル、60……パンタグラフ機
構、61,62,63,64……アーム、66,67,68……ヒンジ、70
……剛なフレーム、75,86、90……コネクタ、79……滑
動弁、80……ジャッキ、82、83……ピストン、87……軸
受、89……滑動軸受、93……上下動部材、95……傾斜
路、104……螺旋状傾斜路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシェル・アマガ フランス国、33160 サン・トーバン・ デュ・メドック、アレ・デ・エリオトロ プ 16 (56)参考文献 米国特許3883046(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B64G 1/40 F17C 13/04

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧力下にガスを貯蔵するための圧力ガスタ
    ンクであって、 開口を有する、弾性的に変形可能なケーシングと、 前記ケーシングの内部と前記ケーシングの外部に連通す
    るオリフィスとの間のガスの流量を制御するために前記
    開口に連通する流量制御手段と、 前記ケーシング及び前記流量制御手段の間にリンク結合
    された作動部材を含み、前記流量制御手段を制御するた
    めの作動手段とを備え、 ガス圧力が増加又は減少する際の前記ケーシングの膨張
    又は収縮による前記作動部材の移動を前記流量制御手段
    に伝達して、前記オリフィスを通るガスの流量を制御す
    るようになっている、圧力ガスタンク。
  2. 【請求項2】前記作動部材は、前記ケーシングの内側に
    配置された剛性部材であり、該剛性部材の両端部の一方
    が前記ケーシングに当接し、該剛性部材の両端部の他方
    が前記流量制御手段を制御する請求項1記載の圧力ガス
    タンク。
  3. 【請求項3】前記剛性部材は、その両端部の一方が前記
    圧力ガスタンクに結合され、前記両端部の他方が前記開
    口を貫通している請求項2記載の圧力ガスタンク。
  4. 【請求項4】前記ケーシングは回転体形状を有し、前記
    剛性部材が前記ケーシングの軸心に沿って配置されてい
    る請求項1記載の圧力ガスタンク。
  5. 【請求項5】前記ケーシングは球状であり、前記剛性部
    材が直径方向にある請求項4記載の圧力ガスタンク。
  6. 【請求項6】前記剛性部材の対応する端部を案内するよ
    うに前記開口内に設けられた滑り軸受を備え、該滑り軸
    受が前記オリフィス及び前記ケーシング間のガスの流れ
    を許容している請求項3記載の圧力ガスタンク。
  7. 【請求項7】前記ケーシングが内側ジャケットと外側繊
    条シェルとによって構成されている請求項1記載の圧力
    ガスタンク。
  8. 【請求項8】前記内側ジャケットは塑性変形可能である
    と共に、前記外側繊条シェルによってプレストレスされ
    ている請求項7記載の圧力ガスタンク。
  9. 【請求項9】前記流量制御手段は、前記オリフィスから
    前記開口を隔てると共に、前記剛性部材が遊びをもって
    移動する通路を形成した、壁に取り付けられた弁座と協
    働しうる弁を備えている請求項2記載の圧力ガスタン
    ク。
  10. 【請求項10】前記流量制御手段は、前記オリフィスか
    ら前記開口を隔てる壁に形成された通路と協働可能な可
    変断面コアを備えていて、前記圧力ガスタンクの内部圧
    力に従って変化することができる通路断面をガス流に与
    えるようになっている請求項1記載の圧力ガスタンク。
  11. 【請求項11】前記流量制御手段は、可動フラップを備
    えている請求項2記載の圧力ガスタンク。
  12. 【請求項12】前記流量制御手段は、前記剛性部材と一
    体に形成された前記可動フラップを制御するカムを備え
    ている請求項11記載の圧力ガスタンク。
  13. 【請求項13】前記オリフィスは、異なった直径を有し
    て並列に接続された2つの通路を介して前記開口と連通
    しており、大きな直径の通路が前記可動フラップによっ
    て閉鎖できる請求項12記載の圧力ガスタンク。
  14. 【請求項14】前記圧力ガスタンクが一旦充満されて、
    前記オリフィスと前記開口間のガス流が前記流量制御手
    段によって遮断された時に、前記剛性部材の移動を阻止
    する移動阻止手段を更に備えている請求項2記載の圧力
    ガスタンク。
  15. 【請求項15】前記作動手段は、前記ケーシングの内部
    に配置されて該ケーシングに数箇所で結合された変形可
    能な構造体を備え、前記変形可能な構造体が前記流量制
    御手段の位置を制御する請求項1記載の圧力ガスタン
    ク。
  16. 【請求項16】前記ケーシングの内壁に対して前記変形
    可能な構造体を押圧するようになっている弾性手段を更
    に備えている請求項15記載の圧力ガスタンク。
  17. 【請求項17】前記作動部材は、前記圧力ガスタンクの
    外部に配置された剛性部材であり、該剛性部材は、一端
    で前記圧力ガスタンクの壁に、他端で前記流量制御手段
    にリンク結合されている請求項1記載の圧力ガスタン
    ク。
  18. 【請求項18】前記作動部材は、前記ケーシングの滑動
    を支持する軸心を形成している請求項17記載の圧力ガス
    タンク。
  19. 【請求項19】前記作動部材と前記流量制御手段の間に
    運動伝達用流量装置が設けられている請求項1記載の圧
    力ガスタンク。
  20. 【請求項20】前記運動伝達用流体装置は、異なった直
    径のピストンを有すると共に直列に配置された一組の2
    つのジャッキにより構成されていて、該ジャッキの前記
    2つのピストンが、流体液で充填される中間室を前記ピ
    ストン間に画成するようになっており、前記作動部材が
    大きな直径のピストンに連結され、前記流量制御手段が
    小さな直径のピストンに連結されている請求項19記載の
    圧力ガスタンク。
  21. 【請求項21】前記作動部材の方向に前記ピストンを押
    すようになっている弾性手段を更に備えている請求項20
    記載の圧力ガスタンク。
  22. 【請求項22】前記流量制御手段は、前記ケーシングに
    対する前記作動部材の相対変位に関して横方向に前記作
    動部材によって動かされるギロチン式の上下動手段を有
    している請求項1記載の圧力ガスタンク。
  23. 【請求項23】前記作動部材の一端は、傾斜路の形状を
    有し、該傾斜路に対して、前記上下動手段が弾性手段に
    よって押圧されている請求項22記載の圧力ガスタンク。
  24. 【請求項24】前記流量制御手段は、前記作動部材によ
    って作動される回転フラップを備え、該回転フラップの
    回転軸心は、前記ケーシングに対する前記作動部材の相
    対変位の方向に平行である請求項1記載の圧力ガスタン
    ク。
  25. 【請求項25】前記回転フラップの回転は、螺旋状傾斜
    路により前記作動部材を介して制御される請求項24記載
    の圧力ガスタンク。
  26. 【請求項26】前記流量制御手段は、ラックにより前記
    作動部材を介して作動される回転フラップを有している
    請求項1記載の圧力ガスタンク。
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