JP3971860B2

JP3971860B2 - Ｎ２ガスをタイヤに充填するための方法及び装置

Info

Publication number: JP3971860B2
Application number: JP01824699A
Authority: JP
Inventors: 義宏牧野; 良知榊原; 安小林
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000211326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、N₂ガス（本発明においてN₂ガスとは、濃度が１００％のN₂ガスのほか、濃度の高いN₂リッチガスを含むものとし、以下、これらのガスを単にN₂ガスとして記述する）をタイヤに充填するための方法およびその装置に関し、N₂ガスの充填に先立ってタイヤ内に残存する空気を簡便に排除しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
N₂ガスは温度変化に極めて強い特徴があり、車両のタイヤにN₂ガスを充填することによって高速走行あるいは過酷な走行等においてタイヤの温度が上昇してもタイヤ内圧が変化しないため走行性能の低下を防止することが可能で乗り心地を改善するのに有利であり、これまでに高速走行が余儀なくされる航空機やＦ１レーシングカーなど特殊なものに採用されていた。
【０００３】
最近ではタイヤにおけるN₂ガスの充填がゴムやホイールの劣化等の防止効果があることが一般に広く知られるようになってきており、タイヤの高性能化とも相まって一般ユーザーからN₂ガスの充填を求められる傾向にあり、とくに、カーショップや給油所におけるサービスの一環として実施するため、充填にかかるコストが比較的安価で、しかもN₂ガスを効率よくタイヤに充填することができる手段の開発が求められていた。
【０００４】
この点に関する従来方式としては、N₂ガスが充填された市販のボンベを使用してタイヤにN₂ガスを充填する方法のほか、エアコンプレッサーにて圧縮空気を送給して工業用活性炭にてN₂ガスのみを分離・精製してN₂ガスを充填する方法、あるいはガス成分の種類によって透過速度に差がでるのを利用して空気からO₂とN₂を分離して高濃度のN₂ガスを供給するガス分離膜法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術のうちN₂ガスを充填したボンベを使用した方法では、ボンベの在庫管理や搬入、搬出等の手間がかかりボンベを設置する場所を確保する必要がある等ランニングコストの面で不利があり、工業用活性炭を用いた方法では、上記のような不具合はないものの、ある程度使用した後においては活性炭に吸着したO₂を一旦解放する再処理が必要でることからメンテナンスが必要不可欠であって、とくに活性炭の再処理中にN₂ガスの充填が求められた場合には対応できない不利があった。
【０００６】
これに対してガス分離膜法は上記の２方式のような不具合はなく、必要に応じて比較的迅速にN₂ガスを充填することができる利点があるが、とくに、高濃度のN₂ガスの充填を行うべく、N₂ガスの充填に先立ち、タイヤ内に残存する空気を抜き取る工程を付加した場合に、そのためのラインや機器が必要になるとともに装置そのものの大型化が避けられず、また、充填操作も複雑になる問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、装置の大型化や充填操作の複雑化を伴うことなしN₂ガスを効率よく、しかも迅速にタイヤ内に充填することができる新規な方法およびその装置を提案するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧縮空気より分離したN₂ガスをリム組したタイヤに充填して正規内圧に保持するに当たり、N₂ガスの充填に先立ち、まず、圧縮空気の圧力を利用してタイヤ内の残存空気をエジェクターにより吸引、排出して、大気圧よりも低い状態にし、次いで該タイヤにN₂ガスを充填することを特徴とするN₂ガスをタイヤに充填するための方法である。
【０００９】
また、本発明は、膜モジュールを備え、この膜モジュールによって圧縮空気をO₂ガスとN₂ガスに分離して窒素ガスのみをタイヤに供給、充填して正規内圧に保持する装置であって、この装置は、膜モジュールに導入する圧縮空気の供給圧を利用してN₂ガスを充填すべきタイヤ内の残存空気を吸引、排出する残存空気排出手段としてのエジェクターを備えることを特徴とする、タイヤにN₂ガスを充填するための装置である。
【００１０】
本発明では、膜モジュールが、圧縮空気を導入する少なくとも一本の入側通路とN₂ガスとO₂ガスをそれぞれ通す少なくとも２本の出側通路を備えたものにて構成し、残存空気排出手段が、圧縮空気を導入する入側経路とN₂ガスを通す出側経路との相互間に配置されたものとする。
【００１１】
そして、残存空気排出手段は、膜モジュールに導入する空気の圧力を利用するエジェクターを用いるとともに、N₂ガスを通す出側経路に、N₂ガスの濃度を測定するセンサーとこのセンサーによる測定値を表示する表示手段を配置してN₂ガスの濃度がどの程度なのか目視によって確認することができるようにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
リム組したタイヤであってN₂ガスを未だに充填していないものでは空気が入っているだけであるから、このタイヤ内にはN₂がおよそ８０％、O₂がおよそ２０％含まれていることになり、ここで、例えば乗用車用タイヤを対象にしてN₂ガスを充填した場合、該タイヤの正規内圧は約２００kPaであるので濃度が１００％になるN₂ガスをそのまま充填してもタイヤ内のN₂ガスの濃度は約９３％程度、すなわち、O₂が約７％程度残存することになり、N₂ガスの充填によるより一層の効果を期待することはできない。本発明においてはタイヤ内に残存する空気を排出するに際してN₂ガスを生成させるための導入する圧縮空気の圧力を利用してタイヤ内の残存空気を吸引するので、若干のラインを付加するのみでよく、また、そのための操作は、基本的には、圧縮空気の圧力調整だけで済む。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明に従うN₂ガス充填用の装置の構成の一例を示したものであって、図における番号１は中空糸膜などからなり、導入した圧縮空気をO₂ガスとN₂ガスに分離するための膜モジュール、２はコンプレッサ（図示せず）にて供給された圧縮空気を膜モジュール１に導入するための入側通路、３は入側通路２に配置され圧縮空気の供給、停止を行うためのハンドバルブ、４は空気の塵や埃を除去するエアーフィルタ、５はエアードライヤ、６はマイクロミストセパレータである。
【００１４】
また、７は膜モジュール１において分離したO₂ガス（O₂リッチガス）を排出する出側通路、８は同じく膜モジュール１において分離したN₂ガスを排出してそれをタイヤに供給、充填するための出側通路、９はN₂ガスの圧力を調整する減圧弁、１０は圧力計、１１はクローズセンタ弁（４ポート弁）、１２連成計、１３はN₂ガスの供給、停止を行うハンドバルブ、
【００１５】
また、１４は出側通路８に連結し該通路８を通してタイヤ内の残存空気を排出するための排気経路、１５は出側通路８と連結してここを流れるN₂ガスの濃度を計測するための経路であって、この計測用経路１５には、流量調節弁１６とO₂センサーモジュール１７とO₂センサーモジュール１７による計測信号を増幅するアンプ１８と増幅された信号を数値に変換して表示する表示器１９が配置される。
【００１６】
また、２０は入側通路２に連結して該通路２を通る圧縮空気を流すための経路、２１は経路２０に配置される減圧弁、２２は圧縮空気流経路２０と排気経路１４の相互間に配置されるハンドバルブ、そして２３はタイヤ内の残存空気を圧縮空気の圧力を利用して抜き取るエジェクターである。
【００１７】
リム組したタイヤにN₂ガスを充填して正規内圧に保持するには、以下の要領に従ってN₂ガスの充填を行う。
まず、入側通路２に配置されるハンドバルブ３を開にする一方、出側通路８に配置されたクローズドセンタ弁１１を閉じた状態にし、コンプレッサーによって圧縮された空気を入側通路２に導入する。
【００１８】
導入された圧縮空気は膜モジュール１に供給されてO₂ガスとN₂ガスに分離される一方、圧縮空気流通経路２０を通る圧縮空気は減圧弁２１、ハンドバルブ２２及びエジェクター２３を経て該エジェクター２３の排出口から排出される。
【００１９】
この状態で、ハンドバルブ１３、２２をそれぞれ開にすることによって出側通路８、排気経路１４内が減圧されることになり、出側通路８の末端でつながるタイヤにおいてはその内部に残存する空気が吸引され、出側経路８、排気経路１４をとおてエジェクター２３から排出されることになる。
【００２０】
減圧の程度はタイヤの種類によって異なるので連成計１０にて確認し、リムずれが起きない程度に減圧されたならばハンドバルブ２２の排気経路１４につながるポートを閉じる。そして、クローズドセンタ弁１１を開にすることによってN₂ガスがタイヤに充填されることになる（N₂ガスは膜モジュール１の出側に配置された減圧弁９にてタイヤの正規内圧よりも５０〜１００kPa程度高めに設定される）。
【００２１】
膜モジュール１については、分離膜として例えば芳香族ポリイミド中空糸が使用され１４００kPa程度の圧力に耐え得るように設定される。
【００２２】
流量調節弁１６については減圧時、すなわちタイヤから残存空気を抜き取る時点では絞っておき、N₂ガスの充填に際してはN₂ガスを通すようにし、O₂センサーモジュール１７でN₂ガス中に含まれるO₂濃度が測定し、ここで、N₂＝（１００−O₂）％に従いN₂ガスの濃度に変換し、アンプ１８にて変換値を増幅した後表示器１９にてデジタルあるいはアナログで表示する。
【００２３】
図２は、エジェクター２３本体の横断面を示したものである。エジェクター２３のａ部から細いノズルを通して空気を勢いよく吹き込み、エジェクター２３のｂ部からその空気を排出することによりｃ部は真空状態になりこのｃ部につながる排気経路１４、出側通路８を通してタイヤ内の残存空気が吸引されることになる。
【００２４】
タイヤ内に残存した空気を上記の要領にて吸引、排出し、N₂ガスの充填によるより一層の効果を上げるためには、N₂ガスの充填中に少なくとも一回タイヤ内の充填気体をエジェクター２３にて吸引するのがよく、これによってタイヤ内の残存O₂を極めて少なくできるので、N₂ガスの充填による効果がより高くなる。
【００２５】
N₂ガスを充填するに際して、その充填中に一旦タイヤ内の充填気体をエジェクター２３にて吸引し、その後にさらにN₂ガスを充填するという操作を数回にわたって行うようにしてもよく、この場合もタイヤ内の残存O₂がN₂ガスと置換されるのでもタイヤ内のN₂ガスの濃度を高めることができる。
【００２６】
N₂ガスを充填するに先立ち、タイヤ内の空気の半分を排出してからN₂ガスを充填すると、内圧充填後のO₂濃度は約３％程度になり、また、タイヤ内の空気の排出を行わずに例えばリム組みしたタイヤにN₂ガスを充填して内圧を２００kPaとし、次いで、該タイヤの内圧を１００kPaになるまで充填気体を排出し、さらにN₂ガスを充填する場合、これによってタイヤの内圧充填後におけるO₂濃度は約５％程度にまで低減することができる。
して
【００２７】
膜モジュールを備えたこの種の装置においては、N₂ガスの流量調整を行いN₂ガスの単位時間当たりの流量を、入側通路２における圧縮空気の単位時間当たりの流量も低下させた場合、N₂ガスの流量が定価していくにしたがい膜モジュール１内の圧力が高まるのでN₂ガスの濃度は上昇（膜モジュール内の圧力を１０００kPa以上にするのが好ましい）するとになり（N₂ガスとO₂ガスの分離により多くの時間がかかる）タイヤの内圧充填用ガスとしては好適なものとなる（N₂ガスの圧力と流量は圧縮空気の圧力と流量に依存する）が、ガスの充填にかかる時間が延長される傾向になるので、これを回避するため出側経路にはN₂ガスを貯蔵しておくことができるホルダを配置するのが好ましい。
【００２８】
上掲図１においては、膜モジュール１はその詳細を図示しなかったが、１基のみの配置でもよく２基以上配置してもよい。複数基使用する場合にはそれらを並列あるいは直列に配列することもでき、設置台数や配列の形式は本発明においては限定されることはない。
【００２９】
N₂ガスの充填時の圧力とN₂ガス濃度の関係についての経時的は変動で把握するとができるのでN₂ガスの充填に際して圧力と濃度の関係を常時チェックすることにより膜モジュール１のガス分離能力を管理することができる。
【００３０】
本発明において好適なエジェクターとしてはＳＣＭ製（ＺＨ０５ＢＳ‐０６‐０６）等が使用できる。また、O₂センサーモジュールとしてはフジクラ酸素センサ直線電圧出力タイプ（ＦＣＸ‐ＭＶＬ）等が、また、表示器としてはオムロン形Ｋ３ＮＸデジタルパネルメータ等が使用できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、N₂ガスの生成に使用する圧縮空気をそのまま利用してタイヤ内に残存する空気を吸引、排出するようにしたのでその操作を簡便に行い得る。また、該圧縮空気を通すラインを若干付加するだけでよいので装置の大型化を伴うようなことはない（装置のコンパクト化）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う装置の構成を示した図である。
【図２】エジェクターの要部の断面を示した図である。
【符号の説明】
１膜モジュール
２入側通路
３ハンドバルブ
４エアーフィルタ
５エアードライヤ
６マイクロミストセパレータ
７出側通路
８出側通路
９減圧弁
10 圧力計
11 クローズドセンタ弁
12 連成計
13 ハンドバルブ
14 排気経路
15 計測用経路
16 流量計
17 O₂センサーモジュール
18 アンプ
19 表示器
20 圧縮空気流通路
21 減圧弁
22 ハンドバルブ
23 エジェクター

Claims

圧縮空気より分離したN₂ガスをリム組したタイヤに充填して正規内圧に保持するに当たり、
N₂ガスの充填に先立ち、まず、圧縮空気の圧力を利用してタイヤ内の残存空気をエジェクターにより吸引、排出して、大気圧よりも低い状態にし、次いで該タイヤにN₂ガスを充填することを特徴とするN₂ガスをタイヤに充填するための方法。
膜モジュールを備え、この膜モジュールによって圧縮空気を O ₂ ガスと N ₂ ガスに分離して窒素ガスのみをタイヤに供給、充填して正規内圧に保持する装置であって、
この装置は、膜モジュールに導入する圧縮空気の供給圧を利用して N ₂ ガスを充填すべきタイヤ内の残存空気を吸引、排出するエジェクターを備えることを特徴とする、タイヤに N ₂ ガスを充填するための装置。
膜モジュールが、圧縮空気を導入する少なくとも一本の入側通路と N ₂ ガスと O ₂ ガスをそれぞれ通す少なくとも２本の出側通路を備えたものであり、残存空気排出手段が、空気を導入する入側経路と N ₂ ガスを通す出側経路との相互間に配置されたものである、請求項２に記載の装置。
N ₂ ガスを通す出側経路に、 N ₂ ガスの濃度を測定するセンサーとこのセンサーによる測定値を表示する表示手段を有する請求項３に記載の装置。