JP3857646B2 - ガス流調整システム - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、ガスの流れを制御するためのガス流調整システムに関し、より詳細には、圧縮又は液化された天然ガス又は水素のような高圧気体燃料の、貯蔵タンクからの流れを制御するタンク取付け型モジュールに関する。
【０００２】
（背景技術）
内燃エンジンにプロパン又は天然ガス、或いは燃料セルに水素というように、いわゆる代替燃料を使用することは、ますます一般的になりつつある。そうしたエンジンは、１つ又はガソリンと天然ガスといった２つ以上の燃料源を使用するように切替えられることが多い。オペレータは、これらの燃料の有用性と価格に応じて燃料源を切替えることが可能である。
【０００３】
多くの車両はガソリンのみで作動するように製造され、２つ以上の燃料で走行するように切替えられる。車両は、ガソリン用の貯蔵タンクと、ガソリンをタンクからエンジンに移動させるためのポンプと、燃料と燃焼に必要な量の空気をエンジン内に導入するためのキャブレータ又は燃料噴射器とを備えるように製造されている。
【０００４】
プロパン、天然ガス、及び水素といった気体燃料は、取扱い可能な体積まで気体を圧縮して、加圧シリンダに貯蔵されねばならない。加圧貯蔵シリンダで安全に対処し得る最高レベルまで圧力を高めることにより、そのシリンダに貯蔵可能な燃料の量が増え、車両の最大走行距離が延びる。典型的な貯蔵シリンダの圧力範囲は、２０００ｐｓｉｇ（１３．８ＭＰa）から５０００ｐｓｉｇ（３４．５ＭＰa）までである。
【０００５】
内燃エンジンは、そのような高圧では作動させることができず、エンジンが安全に作動可能なレベルまで気体の圧力を低減させねばならない。
【０００６】
また、低減させる際の圧力は、貯蔵シリンダ内の圧力が低下されてもエンジンに流入する燃料の圧力がほぼ一定であることを保証するように調整されねばならない。それと同時に、圧力調整は、貯蔵シリンダから可能な限り多くの気体を取り出せなくてはならず、したがって、貯蔵シリンダの圧力を可能な限り作動圧力に近づくように降下させなければならない。圧力調整器にまたがる圧力差が高いということは、貯蔵シリンダに未使用の燃料が残存し、かつこれはエンジンに利用できないことを意味する。
【０００７】
圧力を低減させる１つ又はそれ以上の段を有する従来の圧力調整器は周知であり、圧力を低減するため及び圧縮されたガスの流れを調整するために永く用いられてきた。これらの幾つかは、圧力バランス式調整器として公知であり、該調整器の種々の段にわたる圧力と流体の流れのバランスをとるために、ばね、ダイヤフラム、及び機械加工部品の種々の配置を用いている。
【０００８】
１つの主要な問題は、圧力調整器を含み代替燃料を運搬する流れ部品の衝突損傷に対する脆弱性である。車両が事故に巻き込まれた場合に、そうした部品は、安全でない即ち壊滅的な形で破損してはならない。このために、内部に取付けられた圧力調整器は、そうした安全でない即ち壊滅的条件を軽減するように設計されてきた。そうした圧力調整器の例は、Ｓｉｒｏｓｈ他に付与された米国特許第６，０４１，７６２号に開示されている。
【０００９】
Ｓｉｒｏｓｈの圧力調整器は、貯蔵シリンダの単一ノズルの内部に取付けることができるが、そうした調整器によって占有されるスペースは、実際問題として、同じノズルの内部に、圧力調整器への流れを開閉するためのソレノイド遮断弁をさらに取り付けること、或いは第２段調整器をさらに取り付けることの妨げとなる。ノズルの寸法は、ソレノイド遮断弁又は第２段調整器を収容するために増やすことができる。しかしながら、そうした設計の変更によって、関連する貯蔵シリンダの圧力定格が減らされ、それにより高圧ガスの貯蔵に使用する妨げとなることがある。
【００１０】
（発明の概要）
広い形態では、本発明は、縦方向軸線を含み、かつ第１ポート及び第２ポートと、第１ポートから延びる第１流体通路と、第２ポートから延びる第２流体通路とを含むモジュール・ハウジング、及び本体に取り付けられ、かつ第１及び第２流体通路と連通するように配置され、モジュール・ハウジングの縦方向軸線を横断する横方向軸線により特徴付けられる可動圧力境界部材を含む調整器、を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１１】
更に別の形態においては、本発明は、縦方向軸線と、第１ポート及び第２ポートと、第１ポートから延びる第１流体通路と、第２ポートから延びる第２流体通路とを含むモジュール・ハウジング、及びハウジングに取り付けられ、かつ第１及び第２流体通路と連通するように配置された調整器であって、モジュール・ハウジングの縦方向軸線に実質的に平行な平面内に実質的に配置された可動圧力境界部材を含む調整器、を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１２】
更にまた別の形態においては、本発明は、内部を有する圧力容器内に、縦方向軸線を含み圧力容器に設けられたノズルを通して、取り付けられるように適合されたガス流調整モジュールであって、第１ポート及び第２ポートと、第１ポートから延びる第１流体通路と、第２ポートから延びる第２流体通路とを含むモジュール・ハウジング、及び本体に取り付けられ、かつ第１及び第２流体通路と連通して圧力容器の内部に配置され、ノズルの縦方向軸線を横断する横方向軸線により特徴付けられる可動圧力境界部材を含む調整器、を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１３】
更に別の形態においては、本発明は、内部を有する圧力容器内に、縦方向軸線を含み圧力容器に設けられたノズルを通して、取り付けられるように構成されたガス流調整モジュールであって、第１ポート及び第２ポートと、第１ポートから延びる第１流体通路と、第２ポートから延びる第２流体通路とを含むモジュール・ハウジング、及び本体に取り付けられ、かつ第１及び第２流体通路と連通して圧力容器の内部に配置され、ノズルの縦方向軸線に実質的に平行な平面内に実質的に配置される可動圧力境界部材を含む調整器を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１４】
また別の形態においては、本発明は、縦方向軸線を有する細長い本体と、本体内に配置された流体通路と、流体通路内に配置された弁座と、弁座内に配置されたオリフィスと、オリフィスをシールするように構成された弁と、弁に連結され、本体の縦方向軸線を横断する横方向軸線によって特徴付けられる可動圧力境界部材と、を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１５】
更にまた別の形態においては、本発明は、内部を有する圧力容器内に、縦方向軸線を含み圧力容器に設けられたノズルを通して、取り付けられるように構成されたガス流調整モジュールであって、細長い本体と、本体内に配置された流体通路と、流体通路内に配置された弁座と、弁座内に形成されたオリフィスと、オリフィスをシールするように構成された弁と、ノズルの縦方向軸線を横断する横方向軸線によって特徴付けられる可動圧力境界部材と、を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１６】
更にまた別の形態においては、本発明は、圧力容器内に、圧力容器に設けられ第１の直径を含むノズルを通して、取り付けられるように構成されたガス流調整モジュールであって、流体通路と、流体通路内に配置された弁座と、弁座内に配置されたオリフィスと、オリフィスをシールするように構成された弁と、弁に連結され、第１直径より大きい第２直径を含む可動圧力境界部材と、を備えることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１７】
更にまた別の形態においては、本発明は、圧力容器内に、圧力容器に設けられ縦方向軸線を含むノズルを通して、取り付けられるように構成されたガス流調整モジュールであって、流体通路と、流体通路内に配置された弁座と、弁座内に形成されたオリフィスと、オリフィスをシールするように構成された弁と、
弁に連結され、ノズルの縦方向軸線に実質的に平行な平面内に実質的に配置された可動圧力境界部材と、を備え、可動圧力境界部材はノズルを通して挿入されるように構成されていることを特徴とするガス流調整モジュールを提供する。
【００１８】
調整器の可動圧力境界をこのような形で方向決めすることにより、モジュールは、圧力容器の内部にそうした組立体を納めるための大型ノズルを必要とせずに、ソレノイド遮断弁又は第２段調整器を更に含むことが可能である。
【００１９】
（詳細な説明）
本発明は、以下の詳細な説明を考慮すると、より良く理解され、上記以外の目的が明らかになるであろう。こうした説明は付属の図面を参照して行われる。
【００２０】
図１は、本発明によるガス流調整モジュール（２）の一実施形態を示す。モジュール（２）は、頭部（４）とそこから延びる細長いネック部（６）とを有する本体（３）を備える。圧力調整器（１０）及び（１１０）とソレノイド遮断弁（２１０）とがネック部（６）内に形成され、圧力容器（２１６）からのガスの流れを制御する。このとき、モジュール（２）は、圧力調整器（１０）及び（１１０）とソレノイド遮断弁（２１０）のためのハウジングとして機能する。
【００２１】
図３及び図４を参照すると、圧力調整器（１０）は、ベース（１４）に取付けられたばねハウジング（１２）を含み、調整器ハウジング（１６）を形成している。ハウジング（１６）は、ピントル・チャンバ（２０）と連通する入口ポート（１８）を有する。ピントル・チャンバ（２０）は、出力チャンバ（２２）と連通し、オリフィス（２４）を有する弁座（２３）を含む。弁ピントル（２６）は、ピントル・チャンバ（２０）内部に配置され、弁座（２３）に対して押し付けることによりオリフィス（２４）を閉鎖するシール面（２８）を有している。出力チャンバ（２２）は、ハウジング（１６）内部に形成された出口ポート（２５）（図５参照）に連通している。
【００２２】
弁ピントル（２６）は、ばね（３０）と可動圧力境界部材（３１）との協働に呼応してオリフィス（２４）を開閉するように移動可能である。ばね（３０）は、ハウジング（１６）内部に設けられ、開放位置に向けて弁ピントル（２６）を移動させようとする力を及ぼし、これによりシール面（２８）が弁座（２３）から離され、オリフィス（２４）が開放されて出力チャンバ（２２）と連通する。ピントル・チャンバ（２０）及び出力チャンバ（２２）内のガス圧が、可動圧力境界部材（３１）及び弁ピントル（２６）に対して作用し、それにより、ばね（３０）による力と反対向きの力がかかり、弁ピントル（２６）が閉鎖位置に向けて動かされ、シール面（２８）が弁座（２３）に押付けられて、オリフィス（２４）が閉鎖される。ピントル・ステム（３４）は、弁ピントル（２６）からピントル・ナット（３６）の中まで延びている。ピントル・ナット（３６）は、中心ボス（３８）内に取付けられている。中心ボス（３８）は、可動圧力境界部材（３１）の中心を通して延びている。ロック用リング（４４）が、中心ボス（３８）の上に嵌まり、可動圧力境界部材（３１）の上にのしかかっている。
【００２３】
ばね（３０）はロック用リング（４４）に嵌められ、可動圧力境界部材（４２）上で支持されている。ばね（３０）は、ハウジング（１６）内部に形成されたばねチャンバ（４６）内に保持されている。ばね（３０）は、コイルばね、ばね座金、又はエラストマー型のばねを含むことができる。
【００２４】
１つの実施形態においては、可動圧力境界部材は、ダイヤフラム（３２）と、第１ダイヤフラム板（４０）と、ダイヤフラム支持板（４２）からなるダイヤフラム組立体である。ダイヤフラム（３２）は、ダイヤフラム（３２）の片側に配置され、中心ボス（３８）から延びている第１ダイヤフラム板（４０）上に取付けられている。ダイヤフラム（３２）は、ダイヤフラム支持板（４２）とロック用リング（４４）によって、第１ダイヤフラム板（４０）上に保持されている。このようにして、ダイヤフラム（３２）は、第１ダイヤフラム板（４０）とダイヤフラム支持板（４２）との間に差し挟まれ、挟持される。ダイヤフラム（３２）を受け入れるための溝（４８）が、ハウジング（１６）内に形成され、これによりダイヤフラム（３２）がハウジング（１６）に固定される。このとき、ダイヤフラム（３２）が出力チャンバ（２２）をばねチャンバ（４６）からシールし、それにより出力チャンバ（２２）をばねチャンバ（４６）から隔離させる。ダイヤフラム（３２）は、通常は、平坦な外形により特徴付けられる。ダイヤフラム（３２）は、第１側面（５６）と第２側面（５８）とを有する（図４参照）。第１側面（５６）は、出力チャンバ（２２）内のガスに曝される。ダイヤフラム（３２）はさらに、中心ボス（３８）を受け入れる貫通ボア（６０）を含んでいる。１つの実施形態においては、ダイヤフラム（３２）は、ダイヤフラム（３２）の挙動を改善するために、平坦な外形により特徴付けられる部分（５２）から延びている波形の回旋部（５０）を含んでいる。具体的には、この設計は、ダイヤフラム（３２）が常に引張状態にある（即ち、決して剪断状態又は圧縮状態にならない）ことを保証しようとするものである。このことにより、回旋部が波状になる際に、ダイヤフラム（３２）は決して伸びたり歪曲したりしない（即ち、ヒステリシスが大幅に除去される）。
【００２５】
圧力調整器（１０）は、可動圧力境界部材（３１）の横方向軸線（６１）がネック部（６）の縦方向軸線（６２）（図１参照）を横断するという方向決めによって特徴付けられる。１つの実施形態においては、横方向軸線（６１）は、ネック部（６）の縦方向軸線（６２）に対して直交する。更にこのとき、可動圧力境界部材（３１）は、ネック部（６）の縦方向軸線（６２）と実質的に平行な平面内にあるか、又は実質的に該平面内に配置される。こうした方向決めは、比較的大きな直径をもつ可動圧力境界部材（３１）を有する調整器を備えたモジュール（２）を、圧力容器（２１６）の小さな直径のノズル（２１７）に挿入するのを可能にする（図１、図５、及び図７参照）。
【００２６】
別の実施形態においては、可動圧力境界部材（３１）は、ノズル（２１７）の直径より大きな直径によって特徴付けられる。更に、別の実施形態においては、可動圧力境界部材（３１）は、ノズル（２１７）の直径より大きな最大直径によって特徴付けられる。どちらの場合においても、モジュール（２）は、ノズル（２１７）に対する可動圧力境界部材（３１）の方向決めによって、ノズル（２１７）に挿入されるように構成される。詳細には、可動圧力境界部材（３１）は、ノズル（２１７）に対するその寸法にかかわりなく、その方向決めによって、その方向決めに基づいてノズルから挿入されるように構成される。
【００２７】
圧力調整器に大きめの直径の可動圧力境界部材（３１）を使用することは、圧力境界部材が出力チャンバ（２２）内の圧力変化に対してさらに高感度となって、これらの圧力変化に対する、より正確な応答、および衰退への緩和をもたらすので、望ましい。可動圧力境界部材（３１）がこのように方向決めされているので、ソレノイド遮断弁（２１０）を調整器と併せて内部に取付け可能にするのに必要な様々な流体通路を形成するために、より多くの空間がモジュール（２）内で利用可能である。
【００２８】
図５及び図６に示すように、出口ポート（２５）は、第２段圧力調整器（１１０）の入口ポート（１１８）と連通するように適合させることができる。１つの実施形態においては、圧力調整器（１１０）は、バランス式の圧力調整器である。圧力調整器（１１０）は、ベース（１１４）に取付けられたばねハウジング（１１２）を含み、調整器ハウジング（１１６）を形成している。ハウジング（１１６）は、ピントル・チャンバ（１２０）と連通する入口ポート（１１８）を含む。ピントル・チャンバ（１２０）は、出力チャンバ（１２２）と連通し、オリフィス（１２４）を有する弁座（１２３）を含む。弁ピントル（１２６）は、ピントル・チャンバ（１２０）内に配置され、弁座（１２３）に対して押し付けることによりオリフィス（１２４）を閉鎖するシール面（１２８）を有するシール部材（１２７）を含んでいる。出力チャンバ（１２２）は、ハウジング（１１６）内に形成された出口ポート（１２３）と連通している。
【００２９】
弁ピントル（１２６）は、ばね（１３０）とダイヤフラム（１３２）との協働に呼応してオリフィス（１２４）を開閉するように移動可能である。ばね（１３０）は、ハウジング（１１６）内に設けられ、開放位置に向けて弁ピントル（１２６）を移動させる傾向の力を及ぼし、これによりシール面（１２８）が弁座（１２３）から離され、オリフィス（１２４）が開放されて出力チャンバ（１２２）と連通する。ピントル・チャンバ（１２０）及び出力チャンバ（１２２）内のガス圧が、可動圧力境界部材（１３１）及び弁ピントル（１２６）に対して作用し、それにより、ばね（１３０）による力に対抗して、弁ピントル（１２６）を閉鎖位置に向けて動かす。そこでは、シール面（１２８）が弁座（１２３）に押付けられて、オリフィス（１２４）が閉鎖される。ピントル・ステム（１３４）は弁ピントル（１２６）からピントル・ナット（１３６）の中まで延びている。ピントル・ナット（１３６）は、中心ボス（１３８）の内部に取付けられている。中心ボス（１３８）は、可動圧力境界部材（１３１）の中心を通して延びている。ロック用リング（１４４）が、中心ボス（１３８）の上に嵌まり、可動圧力境界部材（１３１）の上にのしかかっている。
【００３０】
圧力調整器（１１０）は、ピントル・チャンバ（１２０）における供給圧力の変動性のような非定常条件に起因する圧力不均衡を緩和するべく与えられた特徴を備えるバランス式の調整器である。これに関して、調整器（１１０）には、ピントル・チャンバ（１２０）から延び、かつピントル・チャンバ（１２０）からシールされる釣合いチャンバ（１７０）がさらに設けられている。弁ピントル（１２６）は、シール部材（１２７）から延び、かつ釣合いチャンバ（１７０）内に配置されている釣合いステム（１７２）を含む。弁ピントル（１２６）はさらに、弁ピントル（１２６）の表面に設けられたポート（１７６）及び（１７８）間に延びている貫通ボア（１７４）を含む。ポート（１７６）は、出力チャンバ（１２２）と連通するように開口している。ポート（１７８）は、釣合いチャンバ（１７０）と連通するように開口している。釣合いチャンバ（１７０）は、釣合いチャンバ（１７０）の内表面（１８４）に設けられた溝（１８２）の中に支持されるＯ−リングのようなシール部材（１８０）によって、ピントル・チャンバ（１２０）からシールされている。この配置によって、釣合いチャンバ（１７０）は出力チャンバ（１２２）と直接に連通状態となる。ダイヤフラム組立体（１３１）と弁ピントル（１２６）との協働による圧力調整時におけるピントル・チャンバ（１２０）内の圧力変動性の影響を軽減させるために、釣合いステムの断面積はシール面（１２８）の着座面積と実質的に同一にされている。これにより、ダイヤフラム組立体（１３１）と弁ピントル（１２６）との調整機能に対するピントル・チャンバ（１２０）内の圧力の影響度が実質的に減ることになる。
【００３１】
ばね（１３０）がロック用リング（１４４）に嵌められ、ダイヤフラム支持板（１４２）に支持されている。ばね（１３０）は、ハウジング（１１６）の中に形成されたばねチャンバ（１４６）内に保持される。ばね（１３０）は、コイルばね、ばね座金、又はエラストマー型のばねを含むことができる。
【００３２】
１つの実施形態においては、可動圧力境界部材（１３１）は、ダイヤフラム（１３２）と、第１ダイヤフラム板（１４０）と、ダイヤフラム支持板（１４２）とからなるダイヤフラム組立体である。ダイヤフラム（１３２）は、ダイヤフラム（１３２）の片側に配置され、中心ボス（１３８）から延びている第１ダイヤフラム板（１４０）上に取付けられている。ダイヤフラム（１３２）は、ダイヤフラム支持板（１４２）とロック用リング（１４４）によって、第１ダイヤフラム板（１４０）に保持されている。このように、ダイヤフラム（１３２）は、第１ダイヤフラム板（１４０）とダイヤフラム支持板（１４２）との間に介在され、挟持されている。ダイヤフラム（１３２）を受け入れるための溝（１４８）が、ハウジング（１１６）内に形成され、これによりダイヤフラム（１３２）がハウジング（１１６）に固定される。このとき、ダイヤフラム（１３２）が出力チャンバ（１２２）をばねチャンバ（１４６）からシールし、それにより出力チャンバ（１２２）をばねチャンバ（１４６）から隔離させる。ダイヤフラム（１３２）は、平坦な外形により概ね特徴付けられる。ダイヤフラム（１３２）は、第１側面（１５６）と第２側面（１５８）とを有する。第１側面（１５６）は、出力チャンバ（１２２）内のガスに曝される。ダイヤフラム（１３２）はさらに、中心ボス（１３８）を受け入れる貫通ボア（１６０）を含む。１つの実施形態においては、ダイヤフラム（１３２）は、ダイヤフラム（１３２）の挙動を改善するために、平坦な外形によって特徴付けられる部分（１５２）から延びている波形の回旋部（１５０）を含んでいる。具体的には、この設計は、ダイヤフラム（１３２）が常に引張状態にある（即ち、決してせん断状態又は圧縮状態にはない）ことを保障しようとするものである。したがって、回旋部が波状になる際に、ダイヤフラム（１３２）は、決して伸びたり歪曲したりしない（即ち、ヒステリシスが大幅に除去される）。
【００３３】
圧力調整器（１０）と同様に、圧力調整器（１１０）は、可動圧力境界部材（１３１）の横方向軸線（１６１）がネック部（６）の縦方向軸線（６２）を横断するという方向決めによって特徴付けられる。更にこのとき、可動圧力境界部材（１３１）は、ネック部（６）の縦方向軸線（６２）と実質的に平行な平面内にあるか、又は実質的に該平面内に配置される。こうした方向決めによって、ネック部（６）の直径又は幅を最小限にすることが望ましいモジュール（２）内部で、比較的大きな直径をもつ可動圧力境界部材（１３２）を用いることが可能になる。圧力調整器に大きめの直径の可動圧力境界部材（１３１）を使用することは、圧力境界部材が出力チャンバ（１２２）内の圧力変化に対してさらに高感度となって、これらの圧力変化に対する、より正確な応答、および衰退への緩和をもたらすので、望ましい。可動圧力境界部材（１３１）がこのように方向決めされているので、ソレノイド遮断弁を調整器と併せて内部に取付け可能にするのに必要な様々な流体通路を形成するために、モジュール（２）の内部のより多くの空間が利用可能である。
【００３４】
１つの実施形態においては、関連するばね（１３０）の圧縮を調節して、弁ピントル（１２６）の流れ制御特性を変化させるために、ハウジング（１１６）を貫通して延びるねじ（１６４）のような調整可能な部材が設けられている。
【００３５】
ハウジング（１６）内には、ばねチャンバ（４６）と連通させるための排気通路（８４）もまた形成されている。これにより、出力チャンバ（２２）からダイヤフラム（３）を通過してばねチャンバ（４６）内に漏れるガスのいずれも排気され、ばねチャンバ（４６）内にガスがたまることが防止される。直列の第１段調整器（１０）及び第２段調整器（１１０）により圧力調整が達成される場合には、第１段調整器（１０）のばねチャンバ（４６）は第２段調整器（１１０）の出力チャンバ（１２２）に排気し、第２段調整器（１１０）のばねチャンバ（１４６）は、通路（１８４）を介して頭部（４）に設けられたポート（３１６）から大気中に排気する。
【００３６】
１つの実施形態においては、容器（２１６）内部のガスは、約５０００ｐｓｉｇの圧力によって特徴付けられる。ガスが第１段調整器（１０）を横切って流れる際に、その圧力は約３００ｐｓｉｇ（２．０７ＭＰa）から約５００ｐｓｉｇ（３．４５ＭＰa）まで低下する。圧力は、第２段調整器を通じて更に低下され、その結果、出力チャンバ（１２２）における圧力は約１１５ｐｓｉｇ（０．７９ＭＰa）となる。
【００３７】
図５、図１３及び図１４を参照すると、第２段調整器（１１０）から出口ポート（１２５）を通じて流れるガスは、頭部（４）内に形成された出口ポート（３１０）と連通する出口通路（３００）に接続される。随意的に出口通路（３００）に接続されるものは、頭部（４）のポート（３１４）に設置される圧力逃がし装置（３１２）である。圧力逃がし装置（３１２）は、逃がし出口接続部（３１３）に排気する。
【００３８】
頭部（４）には、高圧センサ（３２２）装置を受け入れるためのセンサ・ポート（３１８）と、低圧センサ（３２４）装置を受け入れるためのセンサ・ポート（３２０）とが形成されてもよい。高圧センサ（３２２）は、調整器（１０）の入口ポート（１８）をソレノイド遮断弁（２１０）の出口ポート（２１８）に接続している流体通路（６４）の内部の圧力を感知する（図１３及び図１４参照）。従って、高圧センサ（３２２）は、調整器（１０）に流入するガスの圧力を測定する。これについて、貫通ボア（３２６）が、センサ（３１８）を貫通ボア（３２９）に接続している。これに対し、低圧センサ（３２４）は、出口通路（３００）内の圧力を感知し、これにより調整器組立体（１０）及び（１１０）から流出するガスの圧力を測定する。これについて、貫通ボア（３２８）は、センサ・ポート（３２０）を出口通路（３００）に接続している。
【００３９】
図５に示すように、入口ポート（１８）は、ソレノイド遮断弁（２１０）を介して、圧力容器（２１６）に貯蔵された高圧ガスと連通している。ソレノイド遮断弁（２１０）は、圧力容器（２１６）から流出する気体の流れを制御する。ソレノイド遮断弁（２１０）は、入口ポート（２２０）と出口ポート（２１８）とを含んでいる。出口ポート（２１８）は、流体通路（６４）を通じて調整器（１０）の入口ポート（１８）と連通する。ソレノイド遮断弁（２１０）と入口ポート（１８）の間の流れを遮断するために、手動遮断弁（３３０）（図５及び図７参照）が設けられている。
【００４０】
１つの実施形態においては、ソレノイド遮断弁（２１０）は、瞬時オン型の弁である。図８を参照すると、瞬時オン型の弁（２１０）は、圧力容器（２１６）のノズル（２１７）内に取付けるように構成された弁本体（２１２）を含む。圧力容器（２１６）は貯蔵容積（２１６）を含む。弁本体（２１２）は、出口ポート（２１８）と入口ポート（２２０）とを含む。流体通路（２２４）は、出口ポート（２１８）から弁本体（２１２）を通して延び、入口ポート（２２０）と連通する。流体通路（２２４）には弁座（２２６）が設けられている。弁座（２２６）は、オリフィス（２２８）を定めている。ボア（２２９）が、出口ポート（２１８）とオリフィス（２２８）との間に延び、流体通路（２２４）の一部を形成している。
【００４１】
弁本体（２１０）は導管（２１１）を含んでいる。導管（２１１）は、第１導管オリフィス（２５４）と、第２導管オリフィス（２２１）と、第３導管オリフィス（２２８）とを含む。第２導管オリフィス（２２１）は、入口ポート（２２０）として機能する。
【００４２】
導管（２１１）は、スリーブ（２２２）を含んでいる。導管（２１１）のスリーブ（２２２）の中に、１次ピストン（２３２）と２次ピストン（２３１）とが配置され、かつ滑動可能に支持され、これらはスリーブ内で移動可能である。２次ピストン（２３１）は、１次ピストン（２３２）と第１導管オリフィス（２５４）との間に挟まれている。スリーブ（２２２）は、第１端部（２４８）と第２端部（２５０）とを含んでいる。第１端部（２４８）は、流路（２２４）と連通するため開放されている。第２端部（２５０）は、オリフィスが形成された弁座（２５２）を含んでいる。側壁（２５１）は、弁座（２５２）から末端部（２５３）まで延び、そこで第２端部（２５０）が定められている。スリーブ（２２２）は、オリフィス（２５４）を通して圧力容器（２１６）と連通する。
【００４３】
１次ピストン（２３２）は、第１端部（２３４）と第２端部（２３６）とを備える本体（２３３）を含んでいる。１次ピストン（２３２）は、非磁性材料からなる。抽気通路（２４４）として機能するボアが、本体（２３３）内に配置され、第１端部（２３４）の第１開口（２４６）と第２端部（２３６）の第２開口（２４２）との間で該本体を貫通して延びている。第２開口（２４２）はオリフィス（２４３）を定めている。開口（２４６）は流体通路（２２４）に、具体的にはボア（２２９）に通じている。開口（２４２）並びにオリフィス（２４３）は、抽気通路（２４４）を介して流路（２２４）に連通する。Ｏ−リングのようなシール部材（２５６）が、本体（２３３）と導管（２１１）のスリーブ（２２２）との間で本体（２３３）の周囲に支持され、それによりオリフィス（２５４）とスリーブ（２２２）の第１端部（２４８）との間をガスが流れるのを防ぐシールを形成している。この点で、２次ピストン（２３２）は導管（２１１）にシール係合されている。
【００４４】
１次ピストン（２３２）の第１端部（２３４）は、オリフィス（２２８）を閉鎖するためのシール面（２３８）を備える弁を含んでいる。第１端部（２３４）は、圧力容器（２１６）内のガスの圧力に曝される表面（２３５）によって、更に特徴付けられる。第２端部（２３６）は弁座（２４０）を含む。弁座（２４０）にはオリフィス（２４３）が配置されている。
【００４５】
図１に示されるように、オリフィス（２４３）とオリフィス（２５４）の各々は、オリフィス（２２８）の断面積より小さい断面積によって特徴付けられる。これは、後で説明するように、１次ピストン（２３１）がより迅速に弁座（２２６）から離れて、第３導管オリフィス（２２８）のシールがより迅速に開放されることを容易にする。
【００４６】
１つの実施形態においては、オリフィス（２４３）は、オリフィス（２５４）より小さい断面積によって特徴付けられる。これは、後で説明するように、スリーブ（２２２）から抽気通路（２４４）を通してのガスの抽気を容易にする。
【００４７】
２次ピストン（２３１）は１次ピストン（２３２）と第１導管オリフィス（２５４）との間に配置されている。２次ピストン（２３１）は、第１端部（２５８）と第２端部（２６０）とを含んでいる。２次ピストン（２３１）は磁性材料からなる。第１端部（２５８）は、オリフィス（２４３）を閉鎖するためのシール面（２６２）を備える弁を含んでいる。第２端部（２６２）は、弁座（２５２）に係合してオリフィス（２５４）を閉鎖する第２シール面（２６４）を備える弁を含んでいる。弾性部材すなわちばね（２６６）が、２次ピストン（２３１）に押し当たって、２次ピストン（２３１）を１次ピストン（２３２）に向けて付勢し、第１シール面（２６２）を弁座（２４０）に押付け、それによりオリフィス（２４３）を閉鎖する。１つの実施形態においては、ばね（２６６）は、スリーブ（２２２）の第２端部（２５０）に収容されて、２次ピストン（２３１）の第２端部（２６０）を押し付ける。
【００４８】
スリーブ（２２２）を囲んでいるのはソレノイド・コイル（２６８）である。ソレノイド・コイル（２６８）は、外部からの操作によって２次ピストン（２３１）に電磁力を印加するために設けられ、これにより２次ピストン（２３１）をばね（２６６）の力とスリーブ（２２２）内の流体圧力による力に対抗して移動させる。
【００４９】
図８、図９、及び図１０は、本発明による瞬時オン型の弁（２１０）の一実施形態の種々の作動状態を示している。図８は、閉鎖位置にある瞬時オン型の弁（２１０）を示している。この状態において、ソレノイド・コイル（２６８）は励磁されていない。これらの状況下では、ばね（２６６）が２次ピストン（２３１）を１次ピストン（２３２）に向けて付勢している。このとき、第２シール面（２６４）は、スリーブ（２２２）の弁座（２５２）のオリフィス（２５４）から離間され、それによりオリフィス（２５４）を圧力容器（２１６）内の流体圧力に対し開いている。これと同時に、２次ピストン（２３１）の第１シール面（２６２）が１次ピストン（２３２）の弁座（２４０）に押付けられ、それによりオリフィス（２４３）を閉じている。スリーブ（２２２）のオリフィス（２５４）が圧力容器（２１６）の流体圧力に対して開いているので、シール部材（２５６）とオリフィス（２５４）との間の空間も圧力容器（２１６）の流体圧力に曝されている。１次ピストン（２３２）に戻ると、１次ピストン（２３２）の第１端部（２３４）は、入口ポート（２２０）を通じて圧力容器（２１６）内の流体圧力に曝されている。１次ピストン（２３２）に作用するこれらの流体の力は、ばね（２６６）とスリーブ（２２２）内の流体の圧力との協働によって打ち負かされている。この後者の力は、２次ピストン（２３１）によって１次ピストン（２３２）に伝えられているものである。したがって、１次ピストン（２３２）のシール面（２３８）が弁座（２２６）に押し付けられ、それによりオリフィス（２２８）を閉鎖している。
【００５０】
図９は、過渡位置にある瞬時オン型の弁（２１０）を示している。瞬時オン型の弁（２１０）は、ソレノイド・コイル（２６８）が励磁された後の瞬時は過渡位置にある。ソレノイド・コイル（２６８）が励磁された後の瞬時に、生じた電磁力が２次ピストン（２３１）に作用して、ばね（２６６）とスリーブ（２２２）内のガス圧によって及ぼされている力に打ち勝ち、それにより２次ピストン（２３１）の第２シール面（２６４）が、スリーブ（２２２）に設けられた弁座（２５２）に着座して、オリフィス（２５４）を閉鎖する。それと同時に、２次ピストン（２３１）の第１シール面（２６２）が、１次ピストン（３２）の弁座（２４０）から後退し、それによりオリフィス（４３）を開く。１次ピストン（２３２）のオリフィス（２４３）を開放することにより、スリーブ（２２２）内に包含されているガスが、オリフィス（２４３）を通って１次ピストン（２３２）内の抽気通路（２４４）から流れ始め、出口ポート（２１８）を通じて瞬時オン型の弁（２１０）から流出する。この際に、スリーブ（２２２）内のガス圧が低下し始める。しかしながら、これらの状態では、この領域内の流体の圧力は、１次ピストン（２３２）が弁座（２２６）から外れるのに十分なほどには低下していない。なぜなら、ボア（２２９）内の流体の力を含めて、１次ピストン（２３２）の第１端部（２３４）の表面に作用する流体の力は、１次ピストン（２３２）の第２端部（２３６）の表面に作用するスリーブ（２２２）内の流体の力に打ち勝つにはまだ不十分であるからである。
【００５１】
図１０は、開放位置にある瞬時オン型の弁（２１０）を示している。この状態においては、シール部材（２５６）とオリフィス（２５４）との間のスリーブ（２２２）内の流体は、１次ピストン（２３２）の抽気通路（２４４）を通じて更に流出する。この時点で、第２端部（２３６）の表面の裏側に作用する気体の力は、１次ピストン（２３２）の第１端部（２３４）の表面に作用する流体の力によって打ち負かされる程に十分低下している。これに対応して、１次ピストン（２３２）のシール面（２３８）は弁座（２２６）から離れ、それにより、圧力容器（２１６）の内部と出口ポート（２１８）との間に、流体通路（２２４）を介した途切れのない流体通路が形成される。
【００５２】
図５、図７、図１１、及び図１３を参照すると、圧力容器（２１６）は、モジュール（２）を用いて、瞬時オン型の弁（２１０）を通して延びる流体通路から、混合気体が充填される。ガスは、入口ポート（３３１）からモジュール（２）に入り、フィルタ（３３４）を通過し（流れの方向を図１３の矢印（３３３）で示す）、通路（３２９）を通り、オリフィス（２２８）を経由して圧力容器（２１６）の内部と連通するように移動する。オリフィス（２２８）を通して流れるガスは、２次ピストン（２３２）を押して、２次ピストン（２３２）が流体通路（２２４）の弁座（２２６）から離れるようにする。その結果、入口ポート（３３１）と圧力容器（２１６）との間に途切れのない流体通路が形成される。充填操作が完了すると、ばね（２６６）が１次ピストン（２３１）に十分な力をかけ、この力が２次ピストン（２３２）に伝わって、２次ピストン（２３２）がオリフィス（２２８）を閉鎖することになる。
【００５３】
図５、図７、及び図１２は、出口ポート（２１８）とオリフィス（２２８）の間の通路（３２９）内における手動遮断弁（３３０）の配置を示し、手動による流体通路（２２４）の遮断をできるようにしている。この点で、通路（３２９）がネック部（６）内に設けられ、頭部（４）に設けられたポート（３４２）から延びている。通路（３２９）は、調整器（１０）の入口ポート（１８）とオリフィス（２２８）との間に介在される、オリフィス（３３６）を備える第２弁座（３３４）を含む。手動遮断弁（３３０）は、弁座（３３４）に着座してオリフィス（３３６）を閉鎖し、流体通路（２２４）を遮断して、調整器（１０）と瞬時オン型の弁（２１０）との間の連通を遮断するためのシール面（３３８）を有する。したがって、手動遮蔽弁（３３０）は、圧力容器（２１６）を充填するのに用いられる流体通路と同軸である。ステム（３４０）は、シール面（３３８）から通路（３２９）を経由してポート（３４２）を通して延びている。手動操作による流体通路（２２４）の閉鎖を容易にするために、ステム（３４０）の末端部（３４６）に手動アクチュエータ（３４４）が設けられている。
【００５４】
上記のモジュール（２）の構成部品の操作を容易にするために、頭部（４）には他のポートが設けられている（図１３参照）。火災の際に、タンクのガスを排気して爆発を防ぐために、貫通ボア（３５２）内に熱で作動する逃がし装置（３４８）を設けることができる。貫通ボア（３５２）は、出口接続部（３１３）に排気する（図１３及び図１４参照）。また、ポート（３５４）には、そこから延びる通路（３５６）が設けられ、配線が通る経路として機能させ、瞬時オン型の弁（２１０）の圧力容器（２１６）の外部との電気接続を可能にする。
【００５５】
図１、図５、及び図７に示すように、モジュール（２）は、圧力容器（２１６）のノズル（２１７）内に取付けられるように適合されている。ノズル（２１７）は、開口（２２７）を有し、縦方向軸線（２２１）によって特徴付けられている。頭部（４）は、ノズル（２１７）の外側に延び、それ故にキャップとして機能する。ネック部（６）は、頭部（４）から垂下し圧力容器（２１６）の中に延びている。この点で、モジュール（２）がこのような形でノズル（２１７）内に取付けられたときには、調整器（１０）及び（１１０）の各々とソレノイド遮断弁（２１０）とが、圧力容器（２１６）の内部（２１９）に配置される。また、可動圧力境界部材（３１）及び（１３１）の各々は、その横方向軸線（６１）及び（１６１）が、ネック部（６）の縦方向軸線（６２）すなわちノズル（２１７）の縦方向軸線（２２１）をそれぞれ横断するように方向決めされている。１つの実施形態においては、横方向軸線（６１）又は（１６１）は、ネック部（６１）の縦方向軸線（６２）と直交する。更にこのとき、可動圧力境界部材（３１）及び（１３１）の各々は、ネック部（６）の縦方向軸線（６２）すなわちノズル（２１７）の縦方向軸線（２２１）と平行な平面内にあるか、又は該平面内に実質的に配置される。
【００５６】
本開示は、本発明の好ましい実施の形態について説明し図示するものであるが、本発明はこれらの特定の実施の形態に限定されないことを理解されたい。当業者には、多くの変形及び修正が想起されるであろう。本発明の定義としては、特許請求の範囲の請求項を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の側立面図である。
【図２】 図１に示す本発明の実施形態の上平面図である。
【図３】 図１に示す本発明の実施形態の調整器の断立面図である。
【図４】 図３の圧力調整器の切断立面図であり、ダイヤフラムの回旋部付近の部品を示している。
【図５】 図１に示す本発明の実施形態の断立面図である。
【図６】 図５の調整器の切断立面図であり、調整器の個々の段の各々を示している。
【図７】 図１に示す本発明の実施形態の第２の断立面図である。
【図８】 本発明の一実施形態のソレノイド遮断弁の断立面図であり、閉鎖位置にあるソレノイド遮断弁を示している。
【図９】 本発明の一実施形態のソレノイド遮断弁の断立面図であり、過渡位置にある遮断弁を示している。
【図１０】 本発明の一実施形態のソレノイド遮断弁の断面立面図であり、開放位置にある遮断弁を示している。
【図１１】 圧力容器に混合気体を充填する間に、本発明の一実施形態の遮断弁を通り抜ける流体通路を示す概略図である。
【図１２】 本発明の一実施形態のソレノイド遮断弁と調整器との間の手動遮断弁の遮断床部を示す概略図である。
【図１３】 図１に示す本発明の一実施形態の断平面図である。
【図１４】 本発明の一実施形態に設けられた工程流路の概略図である。

Claims (17)

1. 圧力容器に取り付けられるように構成され、圧力容器に設けられた縦方向軸線を含むノズルを通して挿入可能な、ガス流調整モジュールであって、
   第１ポート及び第２ポートと、第１ポートから延びる第１流体通路と、第２ポートから延びる第２流体通路とを含むモジュール・ハウジング、及び
   モジュール・ハウジング内に配置され、かつ第１及び第２流体通路と連通するように配置され、ノズルの縦方向軸線を横断する横方向軸線により特徴付けられる可動圧力境界部材を含む調整器、
   を備えることを特徴とするガス流調整モジュール。
2. 調整器が、
   第１及び第２流体通路の各々と連通するように配置された調整器流体通路と、
   調整器流体通路に配置されたオリフィスと、
   可動圧力境界部材に連結され、かつオリフィスを閉鎖するように構成され、それにより可動圧力境界部材の移動に呼応して移動可能な弁と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガス流調整システム。
3. 調整器が、
   可動圧力境界部材によって調整器流体通路から隔離されるキャビティと、
   キャビティ内に配置され、弁によってオリフィスを閉鎖する方向に圧力境界部材を付勢するように構成された弾性部材と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のガス流調整システム。
4. 可動圧力境界部材は、キャビティと調整器流体通路との間に圧力の境界を定めることを特徴とする請求項３に記載のガス流調整システム。
5. 調整器流体通路が、
   第１流体通路と連通する入力チャンバと、
   第２流体通路と連通する出力チャンバと、
   を備え、
   入力チャンバはオリフィスを通して出力チャンバと連通することを特徴とする請求項４に記載のガス流調整システム。
6. 可動圧力境界部材は、出力チャンバ内の流体圧力に応答することを特徴とする請求項５に記載のガス流調整システム。
7. 調整器は、圧力容器内部に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のガス流調整システム。
8. 調整器は、圧力容器のノズルを通して挿入されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のガス流調整システム。
9. 可動圧力境界部材は、ノズルの縦方向軸線に実質的に平行な平面内に実質的に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のガス流調整システム。
10. 圧力容器に設けられ縦方向軸線を有するノズルを通して挿入されるように構成されたガス流調整モジュールであって、
    第１ポート及び第２ポートと、第１ポートから延びる第１流体通路と、第２ポートから延びる第２流体通路とを含むモジュール・ハウジング、及び
    モジュール・ハウジング内に配置され、かつ第１及び第２流体通路と連通するように配置され、ノズルの縦方向軸線に実質的に平行な平面内に実質的に配置された可動圧力境界部材を含む調整器、
    を備えることを特徴とするガス流調整モジュール。
11. 調整器が、
    第１及び第２流体通路の各々と連通するように配置された調整器流体通路と、
    調整器流体通路内に配置されたオリフィスと、
    可動圧力境界部材に連結され、かつオリフィスを閉鎖するように構成され、それによりピントル弁が可動圧力境界部材の移動に呼応して移動可能である弁と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のガス流調整システム。
12. 調整器が、
    可動圧力境界部材によって調整器流体通路から隔離されるキャビティと、
    キャビティ内に配置され、弁によってオリフィスを閉鎖する方向に可動圧力境界部材を付勢するように構成された弾性部材と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のガス流調整システム。
13. 可動圧力境界部材は、キャビティと調整器流体通路との間に圧力の境界を定めることを特徴とする請求項１２に記載のガス流調整システム。
14. 調整器流体通路が、
    第１流体通路と連通する入力チャンバと、
    第２流体通路と連通する出力チャンバと、
    を備え、
    入力チャンバはオリフィスを通して出力チャンバと連通することを特徴とする請求項１３に記載のガス流調整システム。
15. 可動圧力境界部材は、出力チャンバ内の流体圧力に応答することを特徴とする請求項１４に記載のガス流調整システム。
16. 調整器は、圧力容器内部に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のガス流調整システム。
17. 調整器は、圧力容器のノズルを通して挿入されるように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のガス流調整システム。

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