JP3699812B2 - 加圧下の流体を受け取り、貯蔵し且つ分配する装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧流体の移送、貯蔵及び分配を行う装置、より具体的には、加圧気体の貯蔵容器の充填時間を改良するために音速ノズルを使用することに関する。
【0002】
【従来の技術】
環境問題への関心、排気物の法律及び規則のため、自動車の製造メーカは、ガソリンの代替燃料として清浄に燃焼し且つ経済的である燃料を探求している。天然ガスはかかる燃料の中の一つで、多くの車が燃料源として天然ガスを使用するように転換されている。典型的に、天然ガスは、車内にて、1つ以上の加圧シリンダ内に圧縮した状態で貯蔵されている。図1には、圧縮した天然ガス(CNG)によって駆動されるようにした車10と、加圧下の気体を供給する流体供給ステーション11とを有する従来の加圧流体移送装置が図示されている。この流体供給ステーション11は、低圧の気体入力ポート13と、気体管17内にて高圧の気体出力を発生させるコンプレッサ15と、気体管17に結合された一対のバッファ供給貯蔵容器19と、気体管17を気体分配供給ノズル23に結合する気体供給ホース21とを備えている。この気体分配供給ノズル23は、車10の気体受け入れ装置内に設けられた充填弁又は流体入口ポート16と係合し且つ非係合状態となるような設計とされている。この流体入口ポート16は、気体の逆流を防止するため逆止弁を備えることが好ましい。
【0003】
この車は、その各々が双方向弁14を有する1つ以上の加圧貯蔵容器又はシリンダ12を備えている。適当な双方向弁は、1995年9月26日付けでボーランド(Borland)及びその他の者に付与された米国特許第5,452,738号に記載されている。そのシリンダ12の各々は、3600psiまでの公称作用圧力に耐え得るような設計とされ、また、双方向弁14もこうした圧力を漏洩させずに取り扱い得るような設計とされている。この双方向弁14は、黄銅、鋼、ステンレス鋼、又は、アルミニウムで製造することができ、また、耐食性を有するようにめっき処理、又はその他の表面処理を施すことができる。車のエンジンから要求されたとき、CNG燃料は、燃料管18に沿って、全体として符号20で示した燃料噴射装置まで流れる。設計に対応して、このエンジンは、コンピュータ制御による気体燃料噴射エンジンとするか、又は、燃料源を選択的に変更することにより、1つ以上の燃料にて運転し得るようにすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮した天然ガス(CNG)を車の貯蔵タンクに供給し得る速度は、自動車の製造メーカーにとって重大な関心事である。従来の加圧流体の移送装置の充填時間は、音速段階(気体が気体中の音の速度に比例した速度にて貯蔵容器に入る段 階)と、亜音速段階(気体が気体中の音の速度以下の速度に比例する速度にて貯蔵容器に入る段階)との双方を含む。従来の貯蔵及び供給装置において、音速段階は、貯蔵容器内の圧力が流体の入口ポートにおける圧力の約50%の値に達したとき、より遅い亜音速段階に転換する。その結果、従来の装置において、貯蔵容器の半分まで満たされたとき、充填速度は著しく遅くなり、その貯蔵タンクの充填に必要な時間が長くかかる。
【0005】
従って、貯蔵容器の充填時間を短くする、加圧気体の移送、貯蔵、及び分配を行う装置が求められている。より具体的には、気体貯蔵容器の半分が満たされる時点を十分に超えて音速の流れを保つことのできる加圧気体の移送、貯蔵及び分配を行う装置が求められている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記装置は、本発明によって達成できる。即ち、本発明の場合、加圧気体の移送、貯蔵、及び分配装置内に音速ノズルを用い、また、その音速ノズルがその装置の最小流動面積のオリフィスにすることによって貯蔵容器への充填時間が短かくなる。このようにして、流体貯蔵容器内に流れ込む音速の流れは、容器の半分が満たされる時点を十分に超えるとき迄、保たれる。
【0007】
本発明の一つの実施の形態によれば、加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する装置であって、流体の貯蔵容積を画成する貯蔵容器と、弁入口ポートから貯蔵容器のポートまで伸長する流体流路を画成する貯蔵容器弁であって、貯蔵容器のポートを介して流体が貯蔵容器まで流動するのを許容するよう動作可能である上記貯蔵容器弁と、最小の流動面積のオリフィス及び少なくとも1つの追加のオリフィスを画成する流体流路と、この流体流路内に配置された音速ノズルとを備える、装置が提供される。
【0008】
この流体流路は、音速ノズル本体に結合された通路本体を備え、その音速ノズル本体は、音速ノズルを画成し、その音速ノズル本体は、通路本体に取り付けられる。この音速ノズル本体は、ねじ付き接続具の形態とすることができ、また、音速ノズルは、そのねじ付き接続具の長手方向軸線に沿って伸長するようにすることができる。この音速ノズルは、最小の流動面積のオリフィスを画成することが好ましく、また、少なくとも1つの追加のオリフィスは、流体流路オリフィスの残りのものを備え、この場合、最小の流動面積のオリフィスは、少なくとも1つの追加のオリフィスにより画成された断面積よりも小さい流動断面積を有する。この音速ノズルは、収斂するノズル部分と、拡がるノズル部分と、その収斂するノズル部分及び拡がるノズル部分の間に配置された音速ノズルののど部とを有することが好ましい。この音速ノズルののど部は、約25乃至50Lb/分(0.189及び0.378kg/秒)の流量にて流体がノズルを通って流れるのを促進し得るように、直径約2.54mm乃至3.175mm(約0.100インチ乃至0.125インチ)とすることができる。上記の流量は、一般用のCNG充填ステーションの現在の燃料供給速度と同程度のものである。
【0009】
この流体貯蔵容器は、流体を貯蔵圧力にて保持し、弁の入口ポートは流体を入口圧力にて受け取り、音速ノズルは、少なくとも、貯蔵容器の圧力が入口圧力の50%よりも高いとき、好ましくは、少なくとも入口圧力が貯蔵圧力よりも約5乃至10%高いときに、流体貯蔵容器内への音速の流体流を保ち得るような設計とする。
【0010】
本発明の別の実施の形態によれば、加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する装置であって、流体の入口ポートから流体の出口ポートまで伸長する流体路を備え、流体入口ポートが流体分配ポートに係合し且つ非係合状態となるような設計とされ、流体流路が、最小流動面積のオリフィスと、少なくとも1つの追加のオリフィスとを画成し、流体流路内に配置され且つ入口ポートから出口ポートまで流体が下流方向に流れるのを許容し且つ流体が出口ポートから入口ポートまで上流に向けて流れるのを制限するよう動作可能である一方向弁と、流体流路から下流の位置に配置された流体貯蔵容器と、該流体流路内に配置された音速ノズルとを備える、上記装置が提供される。この音速ノズルは、最小流動面積のオリフィスを画成し、少なくとも1つの追加的なオリフィスが流体流路オリフィスの残りの分を備え、その最小流動面積のオリフィスが、少なくとも1つの追加的なオリフィスにより画成される流動断面積よりも小さい流動断面積を有するようにすることが好ましい。
【0011】
本発明の更に別の実施の形態によれば、加圧下の流体を受け取り、貯蔵し且つ分配する装置であって、流体の入口ポートと、貯蔵容器ポートとを有し、少なくとも1つの流動断面積を画成する双方向流体流路と、流体貯蔵容積を画成する流体貯蔵容器と、該双方向流体流路内に配置され且つ貯蔵容器ポートを介して貯蔵容器内へ且つ貯蔵容器からの双方向への流体の流れを許容するよう動作可能である双方向弁と、該双方向流体流路内に配置された音速ノズルとを備える、上記装置が提供される。
【0012】
この音速ノズルは、最小流動断面積のオリフィスを画成し、その最小流動断面積のオリフィスが、双方向流体流路により画成される少なくとも1つの断面積よりも小さい流動断面積を有するようにすることが好ましい。この双方向流体流路は、流体の出口ポートを更に備えることができる。その双方向弁は、双方向ソレノイド弁を備えることができる。
【0013】
本発明の更に別の実施の形態によれば、加圧下の流体を供給する装置であって、供給貯蔵容器と、該供給貯蔵容器から流体分配ポートまで伸長する流体流路を備え、該流体流路が、最小面積の流路オリフィスを有し、該流体分配ポートが、下流の流体受け入れ装置まで流体を分配し得るようにされ、その下流の流体受け入れ装置が、最小面積の受け入れ装置オリフィスを有し、流体流路内に配置された音速ノズルであって、収斂するノズル部分と、拡がるノズル部分と、該収斂するノズル部分及び拡がるノズル部分の間に配置された音速ノズルののど部とを有し、該音速ノズルののど部が最小の音速ノズルの流動面積を画成し、その最小の音速ノズルの流動面積が最小面積の流動オリフィス及び最小面積の受け入れ装置オリフィスにより画成されるそれぞれの流動面積よりも小さい、上記装置が提供される。
【0014】
流体分配ポートは、流体入口ポートと係合し且つ非係合状態となるような設計とされることが好ましい。この流体流路は、装置の配管構成要素と、該配管構成要素の一部分に設けられた音速ノズル本体とを備えることができる。
【0015】
本発明の更に別の実施の形態によれば、加圧流体の移送装置であって、供給貯蔵容器と、受け入れ貯蔵容器と、供給貯蔵容器から受け入れ貯蔵容器まで伸張し、最小流動面積のオリフィスと、少なくとも1つの追加的なオリフィスとを画成する流体流路とを備え、その少なくとも1つの追加のオリフィスが流体流路オリフィスの他の部分を備え、収斂するノズル部分及び拡がるノズル部分と、該収斂するノズル部分及び拡がるノズル部分の間に配置されたノズルのど部とを備え、該ノズルのど部が最小流動面積のオリフィスを画成し、該最小流動面積のオリフィスが少なくとも1つの追加のオリフィスよりも小さい流動断面積を有する、加圧流体の移送装置が提供される。
【0016】
この流体流路は、流体分配ポートと、流体入口ポートとを備えることができ、該流体分配ポートが流体入口ポートと係合し得る設計とされている。
【0017】
従って、本発明の一つの目的は、流体の供給、移送及び/又は貯蔵を行う装置内にて音速ノズルを利用することにより、貯蔵容器の充填時間を短くし、その音速ノズルののど部が最小流動面積の装置のオリフィスを画成するようにすることである。例えば、充填ステーションが、25Lb/分(0.189kg/秒)以上に流量を制限し得る設計とされている場合、最小流動断面積が2.54mm(0.100インチ)の音速ノズルが提供される。同様に、充填ステーションが50Lb/分(0.378kg/秒)以上に流量を制限し得る設計とされている場合、最小流動断面積が3.175mm(0.125インチ)の音速ノズルが提供される。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、図2及び図3を参照すると、加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する装置が図示されている。一部図示した流体貯蔵容器30は、流体貯蔵容積32を画成し且つこの容積を決める。加圧流体の貯蔵技術における当業者が理解されるように、容器30は、特別な流体の貯蔵条件の関数である寸法を有し、また、流体を圧力下に保持するのに十分な強度を有する材料で出来ている。貯蔵容器の弁34は、弁の入口ポート36から貯蔵容器のポート38まで伸長する流体流路40を画成する。この貯蔵容器の弁34は、ポペットガイド25に取り付けられたポペット24を備えている。ポペットガイド25即ちポペット24は、ばね27によりポペットガイド25に付与された力の結果として、弁座26に向けて付勢される。貯蔵容器32内の圧力がポペット24の入口側に作用する圧力に等しく又はそれ以上となったとき、ばね27の力は、ポペット24を弁座26に対して密封し、流体流路40を遮断する。ポペット24の入口側に作用する圧力が貯蔵容器30内の圧力以上になったとき、その圧力差によりポペット24は弁座26から付勢されて離れ、流体流路40を開放する。流体流路40が開くと、流体は貯蔵容器のポート38を介して貯蔵容器30の内部に流れることができる。
【0019】
流体流路40は、最小流動面積のオリフィス42と、複数の追加的な流動オリフィス44とを画成する。最小流動面積のオリフィス42は、流体流路オリフィスの他の部分により画成される流動断面積よりも小さい流動断面積を有する。即ち、この最小流動面積のオリフィスは、最小の流路オリフィスである。音速ノズル本体48は、音速ノズル46を画成する。音速ノズル46は、流体流路40内に配置され、最小流動面積のオリフィス42を画成する。音速ノズル本体48は、着脱可能な通路本体取り付け具の形態にて通路本体50に結合される。具体的には、音速ノズル本体48は、通路本体50に形成された相補的なねじと係合するねじ付き接続部分の形態をしている。
【0020】
音速ノズル46は、収斂するノズル部分46aと、拡がるノズル部分46bと、該収斂するノズル部分46a及び拡がるノズル部分46bの間に配置された音速ノズルののど部46cとを備えている。本発明の一つの実施の形態において、音速ノズルののど部46cは、直径約2.54mm乃至3.175mm(0.100インチ乃至0.125インチ)と、幅がπ(1/2d)2である対応した断面積aとを有する。デ・ラバル(de Laval)ノズルとしても公知である音速ノズルは、流体を加速して、流体中の音の局部的な速度に等しくする。当業者に理解されるように、具体的な音速ノズルの設計は、音速ノズルの入口における圧力状態、及び装置の必要な体積流量を関数として異なるものとなる。図8は、本発明に使用するのに適した音速ノズル48の詳細な図であり、この場合、近似的な寸法は次の通りである。即ち、D1=0.940cm(0.370インチ)、D2=0.792cm(0.312インチ)、D3=0.318cm(0.125インチ)、D4=0.541cm(0.213インチ)、r1=0.64cm(0.25インチ)、r2=0.254cm(0.010インチ)、θ1=5°である。
【0021】
図3を再度、参照すると、作動時、流体分配装置は、流体の入口圧力にて流体の入口ポート36に流体を供給し、下流の流体貯蔵容器30は貯蔵圧力にて流体を保持する。この貯蔵圧力は、流体が貯蔵容器30内に流れ込むのに伴って上昇する。音速ノズル46は、その流体貯蔵容器内にて、上昇する貯蔵圧力が入口圧力の50%より小さく、また、その貯蔵圧力が入口圧力の50%より大きくなる場合、流体貯蔵容器内へ音速流体が流れる状態を保ち得る設計とされている。具体的には、この貯蔵圧力が上昇すると、入口圧力が貯蔵圧力よりも約5乃至10%しか高圧でなくなる迄、音速の流れが保たれる。貯蔵圧力が入口圧力の約90乃至95%より大きくなる迄、音速の流れは続く。このようにして、貯蔵容器30が満杯の約90乃至95%になる迄、貯蔵容器30内への音速の流れが続くため、充填時間は最小となる。この充填時間は、従来の装置を充填するのに必要な時間よりも30%以上も短縮可能であることが確認されている。
【0022】
図4及び図5には、加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する本発明に係る別の装置の一部が図示されている。なお、図4及び図5は、図3に示す同様の構成要素 が同様の参照符号で表示される。流体流路40が取り付け具56を介して支持構造体54に取り付けられ、また、該流体流路40は流体入口ポート36から流体出口ポート39まで伸長している。加圧流体の分配技術の当業者に理解され得るように、この流体入口ポート36は、流体分配装置の流体分配ポートに確実に係合し且つ便宜に非係合状態となる設計とされる。一方、出口ポート39は、流体配管構成要素、又は流体ホース(図示せず)に確実に結合可能な設計とされている。広く使用されている入口ポート、分配ポート及び出口ポートの設計は、任意の数にて本発明に利用することができ、従って、本明細書では更に詳細に説明しない。
【0023】
一方向弁52は流体流路40内に配置され、該一方向弁52は、図2及び図3の例と同様に、ポペット24と、ポペットガイド25と、弁座26と、ばね27とを有する。また、一方向弁52は、入口ポート36から出口ポート39まで、流体が下流方向に流れるのを許容し且つ出口ポート39から入口ポート36まで流体が上流に向けて流れるのを制限するよう動作可能である。流体貯蔵容器30(図4及び図5に図示せず)は、流体流路40から下流の位置に配置され、典型的に、流体管、ホース、又はパイプを介して流体流路40に結合されている。
【0024】
図2及び図3の例と同様に、流体流路40は、最小流動面積のオリフィス42と、複数の更なる流動オリフィス44とを画成する。この最小流動面積のオリフィス42は、流路オリフィスの残りの部分により画成される流動断面積よりも小さい流動面積を有する。即ち、最小流動面積のオリフィス42は、最小流路オリフィスである。音速ノズル本体48は、音速ノズル46を画成する。音速ノズル46は、流体流路40内に配置され、最小流動面積のオリフィス42を画成する。
【0025】
音速ノズル46は、収斂するノズル部分46aと、拡がるノズル部分46bと、該収斂するノズル部分46a及び拡がるノズル部分46bの間に配置された音速ノズルののど部46cとを備えている。本発明の一つの実施の形態において、この音速ノズルののど部46cは、直径約2.54mm乃至3.175mm(0.100インチ乃至0.125インチ)と、対応する断面積π(1/2d)2とを有する。
【0026】
作用時、上記の図2及び図3に関して説明したように、流体分配装置は流体の入口圧力にて流体の入口ポート36に流体を供給する。そして、流体管、ホース、又はパイプを介して出口ポート39と連通する下流の流体貯蔵容器30は、貯蔵圧力にて流体を保持する。流体がこの貯蔵容器30内に流れ込むのに伴い、この貯蔵圧力は上昇する。音速ノズル46は、その上昇する貯蔵圧力が入口圧力の50%より小さい場合、また、貯蔵圧力が入口圧力の50%より大きくなる場合、流体貯蔵容器30内への音速流体の流れを保ち得るような設計とされる。具体的には、この貯蔵圧力が上昇すると、入口圧力が貯蔵圧力よりも僅かに5%乃至10%だけより高圧となる迄、音速の流れは保たれる。貯蔵圧力が入口圧力の約90乃至95%より大きくなる迄、音速の流れは失われない。このようにして、貯蔵容器30が満杯の約90乃至95%となる迄、貯蔵容器30内への音速の流れが保たれるため、充填時間は最小となる。
【0027】
図6及び図7には、加圧下の流体を受け入れ、貯蔵し且つ分配する装置が図示されている。図6は、図3に示す同様の構成要素が同様の参照符号で表示される。双方向の流体流路40’即ち流体が反対の2方向に向けて流れるのが許容される少なくとも1つの部分を有する流体流路は、少なくとも1つの流動断面積を画成する。この双方向の流体流路40’は、流体入口ポート36と、流体出口ポート36’と、貯蔵容器ポート38とを備えている。流体貯蔵容器30は、流体貯蔵容積32を画成する。双方向弁58は、双方向流体流路40’内に配置され、貯蔵容器ポート38を介して流体が貯蔵容器32に入ったり、貯蔵容器32から出ることを許容するよう動作可能である。
【0028】
双方向弁58は、その開示内容を引用して本明細書に含めた、1995年9月26日付けでポーランド及びその他の者に付与された米国特許第5,452,738号に記載されたように作用する。この双方向弁58は、弁体60と、雄ねじ62と、弾性的なOリング64と、弁座66と、ソレノイド弁68とを備えている。該ソレノイド弁68は、ポペット本体70と、ポペットヘッド72と、ソレノイドコア74と、戻しばね76と、ソレノイドコイル78と、環状通路79とを備えている。また、本発明の双方向弁58は、選択随意の手動の締付け弁80も備えており、この弁80は、アレンレンチ(図示せず)のような工具を使用して締め付けて、第二の弁座82に対して密封することができる。図6に示するように、ねじ付き軸部83を回転させて、弾性的なガスケット84を弁座82に対して締め付け、気体流路24を密封することができる。ナイロン、又はその他の適当な材料から成る弾性的なガスケット84は、手動の締付け弁80の端部にてガスケットホルダ86内に保持されている。このガスケットホルダ86は、頂部壁88と、側壁90とを備え、これらの壁は、共に、その内部にガスケット54が取り付けられた環状のチャンバを形成する。また、弁体60は、第二の気体流路92も有している。この第二の気体流路92は、一端にて加圧容器32の内部と連通し、その他端にて弁体22に形成された排気ポート94と連通している。熱により作動される圧力逃がし装置96が気体流路92内に配置されている。この逃がし装置96は、雌ねじ99によって所定位置に保持された可溶性の合金98をその内部に有している。米国特許第5,452,738号に記載されたように、双方向弁58の通常の作動中、逃がし装置96及び可溶性の合金98は、気体密のシールを保つ。しかしながら、弁体又は加圧容器付近の温度が所定の限界値以上に上昇したならば、可溶性の合金98は溶融し、気体流路92を開放して、容器32内の加圧された気体が外部に排気されることを許容する。
【0029】
流体流路40’は、最小流動面積のオリフィス42と、複数の追加的な流動オリフィス44とを画成する。最小流動面積のオリフィス42は、流体流路オリフィスの残りの部分により画成される流動断面積よりも小さい流動断面積を有する。即ち、この最小流動面積のオリフィス42は、最小の流路オリフィスである。音速ノズル本体48は、音速ノズル46を画成する。音速ノズル46は、流体流路40’内に配置され、最小流動面積のオリフィス42を画成する。
【0030】
音速ノズル46は、収斂するノズル部分46aと、拡がるノズル部分46bと、該収斂するノズル部分46a及び該拡がるノズル部分46bの間に配置された音速ノズルののど部46cとを備えている。本発明の一つの実施の形態において、該音速ノズルののど部46cの直径は、約2.54mm乃至3.175mm(0.100インチ乃至0.125インチ)であり、対応する断面積aは、π(1/2d)2である。
【0031】
作動時、流体分配装置は、流体入口圧力にて流体を流体入口ポート36に供給し、下流の流体貯蔵容器30は、貯蔵圧力にて流体を保持する。この貯蔵圧力は、流体が貯蔵容器30内に流れるに伴い上昇する。音速ノズル46は、上昇する貯蔵圧力が入口圧力の50%より小さく、また、その貯蔵圧力が入口圧力の50%より大きくなる場合、流体貯蔵容器内へ音速流体が流れる状態を保ち得る設計とされている。具体的には、この貯蔵圧力が上昇すると、入口圧力が貯蔵圧力よりも僅かに約5乃至10%だけ高い圧力となる迄、音速の流れが保たれる。貯蔵圧力が入口圧力の約90乃至95%より大きくなる迄、音速の流れは失われない。このようにして、貯蔵容器30は満杯の約90乃至95%になる迄、貯蔵容器30内への音速の流れが保たれるため、充填時間は最小となる。
【0032】
本発明の教示に従い、また、図1に示した従来の加圧流体移送装置を更に参照すると、本発明に係る加圧下の流体を供給する装置は、流体供給ステーション11に配置された供給貯蔵容器19を備えている。例えば、貯蔵容器弁19aと、気体管17と、気体供給ホース21とを備える流体流路が供給貯蔵容器19から例えば供給ノズル23のような流体分配ポートまで伸長している。この流体流路は、貯蔵容器の弁19aにより画成された最小面積の流路オリフィスを備えている。当業者に理解されるように、流体供給ステーション内における最小面積の流路オリフィスの特定の位置は、この供給装置に利用される具体的な構成要素に対応して異なるものとなる。例えば、最小の流路オリフィスは、気体供給ホース21と、気体管17と、及び/又は供給ノズル23とにより画成することができる。更に、当業者により理解されるように、この供給装置内に利用される具体的な構成要素は、等寸法をした複数の最小の流路オリフィスを画成することができる。
【0033】
当業者に理解されるように、流体分配ポート又は供給ノズル23は、流体入口ポート16に係合し且つ該流体入口ポート16から非係合状態となるような設計とされ、また、例えば、車10のような下流の流体受け入れ装置に流体を分配し得るような設計とされている。この下流の流体受け入れ装置は、流体入口ポート16により画成されるか、又はその各々が最小面積のオリフィスである1つの領域を有する複数のオリフィスにより画成される、最小面積の受け入れ装置のオリフィスを備えている。当業者により理解されるように、流体受け入れ装置又は車10内における最小面積の受け入れ装置の位置は、その受け入れ装置又は車10内で利用される具体的な構成要素に対応して相違するものとなる。
【0034】
図3、図5、図6及び図8に図示した音速ノズル46は、流体流路内に配置されている。図3、図5、図6及び図8に図示した音速ノズルののど部46cは、音速ノズルの最小流動面積を画成し、この場合、音速ノズルの最小流動面積は最小面積の流路オリフィス及び最小面積の受け入れ装置のオリフィスにより画成されるそれぞれの流動面積よりも小さい。一つの実施の形態において、音速ノズルののど部の直径は約2.54mm乃至3.175mm(0.100インチ乃至0.125インチ)である。更に、一つの実施の形態において、この流体流路は、装置の配管構成要素17を備えており、音速ノズル本体48は、配管構成要素17の一部に設けられている。
【0035】
作動時、加圧下の流体を供給する装置は、流体の入口圧力にて流体を供給し、例えば、シリンダ12のような下流の流体貯蔵容器は、貯蔵圧力にて流体を保持する。この貯蔵圧力は、流体が貯蔵容器内に流入するに伴って上昇する。この供給装置内に設けられた音速ノズル46は、上昇する貯蔵圧力が入口圧力の50%より小さい場合、更に、その貯蔵圧力が入口圧力の50%より大きくなる場合、流体貯蔵容器の内部への音速流体の流れ状態を保ち得るような設計とされている。具体的には、この貯蔵圧力が上昇すると、入口圧力が貯蔵圧力よりも僅か約5乃至10%だけ高圧となる迄、音速の流れが保たれる。貯蔵圧力が入口圧力の約90乃至95%より大きくなる迄、音速の流れは失われない。このようにして、貯蔵容器が満杯の約90乃至95%となる迄、貯蔵容器内への音速の流れが保たれるため、充填時間は最小となる。
【0036】
本発明の教示に従い且つ図1に図示した従来の加圧流体の移送装置を更に参照すると、本発明に係る加圧流体の移送装置は、流体供給ステーション11に配置された供給貯蔵容器19と、一組みの受け入れ貯蔵容器12とを備えている。例えば、貯蔵容器の弁(図示せず)と、気体管17と、気体供給ホース21と、供給ノズル23又は流体分配ポートと、流体入口ポート16と、燃料管18と、双方向弁14とを含む流体流路が供給貯蔵容器19から受け入れ貯蔵容器12まで伸長している。該流体流路は、双方向弁14内に配置された最小流動面積のオリフィスと、流体流路オリフィスの残りの部分とを備えており、この流体流路オリフィスの残りの部分は、双方向弁14と、燃料管18と、流体入口ポートと、供給ノズル23と、供給ホース21及び/又は気体管17とにより画成される。当業者により理解されるように、流体移送装置内における最小流動面積のオリフィスの特定の位置は、この装置に利用される特定の構成要素に対応して変更可能である。例えば、最小流動面積のオリフィスは、代替的に、貯蔵容器の弁19a、又は流体入口ポート16により画成してもよい。
【0037】
この最小流動面積のオリフィスは、図3、図5、図6及び図8に図示するように、音速ノズル46ののど部46cにより画成されている。この最小流動面積のオリフィスは、流体流路オリフィスの残りの部分により画成されるそれぞれの流動面積よりも小さい。一つの実施の形態において、音速ノズルののど部の直径は約2.54mm乃至3.175mm(0.100インチ乃至0.125インチ)である。更に、一つの実施の形態において、この流体流路は、装置の配管構成要素17を備えており、この配管構成要素17の一部分に音速ノズル本体48が設けられている。
【0038】
作動時、加圧流体移送装置が、貯蔵圧力にて流体を保持する、例えば、シリンダ12のような下流の流体貯蔵容器まで流体入口圧力の流体を移送する。この貯蔵圧力は、流体が貯蔵容器内に流入するに伴い上昇する。この移送装置に内に設けられた音速ノズル46は、上昇する貯蔵圧力が入口圧力の50%より小さい場合、更に、その貯蔵圧力が入口圧力の50%より大きくなる場合、流体貯蔵容器の内部への音速流体の流れを保ち得るような設計とされている。具体的には、この貯蔵圧力が上昇すると、入口圧力がその貯蔵圧力よりも僅かに約5乃至10%だけ高圧となる迄、音速の流れが保たれる。貯蔵圧力が入口圧力の約90乃至95%より大きくなる迄、音速の流れは失われない。このようにして、貯蔵容器が満杯の約90乃至95%となる迄、貯蔵容器内への音速の流れが保たれるため、充填時間は最小となる。
【0039】
本発明の好適な実施の形態に関して本発明を詳細に説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱せずに、その改変例及び変更例が可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の加圧流体移送装置の概略図である。
【図2】本発明の一つの実施の形態に従い加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する装置内で利用される貯蔵容器の平面図である。
【図3】本発明の一つの実施の形態に従い加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する装置の一部切欠いた図であり、図2の線3−3に沿った貯蔵容器の弁の断面図を含む図である。
【図4】一方向弁を含む、本発明の別の実施の形態による加圧下の流体を受け取り且つ貯蔵する装置の図である。
【図5】図4の装置の断面図である。
【図6】双方向弁を含む、本発明の更に別の実施の形態により加圧下の流体を受け取り、貯蔵し且つ分配する装置の一部断面図とし且つ一部切欠いた図である。
【図7】図6に図示した双方向弁の平面図である。
【図8】本発明による音速ノズルの断面図である。
【符号の説明】
10 車 11 流体供給ステーション
12 シリンダ 13 気体入力ポート
14 双方向弁 15 コンプレッサ
16 充填弁/気体入口ポート 17 気体管
18 燃料管 19 バッファ供給貯蔵容器
19a 貯蔵容器弁 20 燃料噴射装置
21 気体供給ホース 22 弁体
23 気体分配供給ノズル 24 ポペット
25 ポペットガイド 26 弁座
27 ばね 30 流体貯蔵容器
32 流体貯蔵容積 34 貯蔵容器の弁
36 弁の入口ポート 38 貯蔵容器のポート
40 流体流路 42 最小流動面積のオリフィス
44 流動オリフィス 46 音速ノズル
46a 収斂するノズル部分 46b 拡がるノズル部分
46c 音速ノズルののど部 48 音速ノズル本体
50 通路本体 52 一方向弁
54 支持構造体 56 取り付け具
58 双方向弁 60 弁体
62 雄ねじ 64 Oリング
66 弁座 68 ソレノイド弁
70 ポペット本体 72 ポペットヘッド
74 ソレノイドコア 76 戻しばね
78 ソレノイドコイル 79 環状通路
80 手動締付け弁 82 第二の弁座
84 ガスケット 86 ガスケットホルダ
88 ガスケットホルダの頂部壁 90 ガスケットホルダの側壁
92 第二の気体流路 94 排気ポート
96 逃がし装置 98 可溶性の合金
99 雌ねじ
Claims (7)
- 自動車に供給する加圧下の気体燃料を貯蔵および供給する流体供給ステーション(11)を有する加圧流体移送装置であって、
前記流体供給ステーション(11)が、
低圧の気体燃料を入力するポート(13)と、
前記ポートに供給された気体燃料を加圧するコンプレッサ(15)と、
前記コンプレッサ(15)で加圧された気体燃料を貯蔵する貯蔵容器(19)と、
前記貯蔵容器(19)内の気体燃料を自動車に供給する気体供給ホース(21)と、を含み、
前記貯蔵容器(19)が、流体貯蔵容積(32)を画定する流体貯蔵容器(30)であり、該流体貯蔵容器(30)が、
前記流体貯蔵容器(30)に設けられた弁(19a)であって、入口ポート(36)から貯蔵容器ポート(38)まで伸長する流体流路(40)を画定すると共に、流体が前記流体流路(40)を介して前記流体貯蔵容器(30)内へ流入可能に構成された弁(19a)と、
前記流体流路(40)内に位置決めされた音速ノズル(46)と、を含み、
前記流体流路(40)が最小流動面積のオリフィス(42)と、少なくとも1つの追加的なオリフィスとを画定し、前記最小流動面積のオリフィス(42)は前記音速ノズルの一部であり、前記ノズルは、前記流体貯蔵容器(30)内の流体の貯蔵圧力が入口での圧力の50%より大きくなった後も、前記貯蔵圧力が前記入口圧力の約90乃至95%より大きくなるまで前記流動貯蔵容器(30)内への流体の流速を音速に保つように構成されていることを特徴とする装置。 - 前記流体流路(40)が音速ノズル本体(48)に結合された通路本体(50)を備え、前記音速ノズル本体(48)が前記音速ノズル(46)を画定し、前記音速ノズル本体(48)が前記通路本体(50)への取り付け部分である、請求項1に記載の装置。
- 前記音速ノズル本体(48)がねじ付き接続具の形態をしており、前記音速ノズル(46)が該ねじ付き接続具の長手方向軸線に沿って伸長する、請求項2に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの追加的なオリフィスが、前記流体流路の残りのオリフィスを構成し、前記最小流動面積のオリフィス(42)が、前記少なくとも1つの追加的なオリフィスにより画定された流動断面積よりも小さい流動断面積を有する請求項1に記載の装置。
- 前記音速ノズル(46)が、収斂するノズル部分(46a)と、拡がるノズル部分(46b)と、該収斂するノズル部分(46a)及び該拡がるノズル部分(46b)の間に配置された音速ノズルののど部(46c)とを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記音速ノズルののど部(46c)の直径が約2.54mm乃至3.175mm(約0.100インチ乃至0.125インチ)である、請求項5に記載の装置。
- 前記音速ノズル(46)は、前記貯蔵が満杯の約90乃至95%になるまで前記流動貯蔵容器(30)内への流体の流速を音速に保つように構成されている、請求項1に記載の装置。
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