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JP2002528321A - 圧縮ガス燃料貯蔵システム - Google Patents

圧縮ガス燃料貯蔵システム

Info

Publication number
JP2002528321A
JP2002528321A JP2000578189A JP2000578189A JP2002528321A JP 2002528321 A JP2002528321 A JP 2002528321A JP 2000578189 A JP2000578189 A JP 2000578189A JP 2000578189 A JP2000578189 A JP 2000578189A JP 2002528321 A JP2002528321 A JP 2002528321A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compressed gas
storage system
container
integrated
fuel storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000578189A
Other languages
English (en)
Inventor
ウォズニアック，ジョン，ジェイ．
タイラー，デイル，ビー．
ウィエンホールド，ポール，ディー．
ヒルデブランド，リチャード，ジェイ．
Original Assignee
ザ ジョンズ ホプキンズ ユニバーシティ
テクニカル プロダクツ グループ インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ザ ジョンズ ホプキンズ ユニバーシティ, テクニカル プロダクツ グループ インコーポレイテッド filed Critical ザ ジョンズ ホプキンズ ユニバーシティ
Publication of JP2002528321A publication Critical patent/JP2002528321A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
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Abstract

(57)【要約】 圧縮ガス自動車燃料貯蔵システムは、形の合わされた容器内に配置された衝撃吸収気泡（３３，３４）によって支持される、複数の圧縮ガス圧力セル（３０）から成る。圧縮ガス圧力セル（３０）と相対的に、容器は大きさが決められ、それにより放射状の空気の隙間が各圧縮ガス圧力セルの周りを囲む。その放射状の空気の隙間（２０）は、隣接する圧力セルに、または、容器に物理的な圧力をかけることなく、加圧で引き起こされる圧力セル（３０）の膨張を許す。温度で作動する圧力除去装置、手動安全遮断バルブ及び燃料貯蔵システムを自動車動力源と燃料供給アダプタにつなぐ手段を含むガス制御アセンブリ（４０）によって、圧力セルは相互に連結されている。ガス制御アセンブリ（４０）は、容器に取付けられる保護カバーで封入されている。高速衝突時において、シャーシが意図されるように変形するのを可能にするため、そのシステムは帯び金で自動車に取付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
（政府の権利の陳述） エネルギー省により与えられた契約Ｎｏ．ＤＥ−ＦＧ０２−９５ＣＥ５０４２
１の下、政府の援助でこの発明はなされた。政府は、この発明についての確かな
権利を有している。
【０００１】 （発明の背景） （発明の分野） 本発明は、統合貯蔵システム（Integrated Storage System ）（ＩＳＳ）と呼
ばれる自動車用の統合圧縮ガス燃料貯蔵システムに関し、それは複数の高圧ガス
貯蔵シリンダ（下記で圧力セルと呼ばれる）を含み、それらは成型されたハウジ
ング内にすべてが含まれる操作および安全制御装置を組み込むガス制御アセンブ
リにより相互に連結されている。
【０００２】 （背景） 石油生産需要は増大するが開発するのはさらに難しくなっている米国の石油備
蓄のせいで、国内の石油生産は衰弱している。米国石油供給の半分が輸入されて
おり、米国エネルギー省は、２０１０年までに６０％が不足すると予測している
。容易に抽出された外国の石油に頼る国際的な石油会社は、米国経済に受け入れ
がたい費用にもかかわらず要求に応ずるかもしれない。短期の減少の主原因は自
動車である。地球上で２０３０年までに、今日の５億台から１０億台に自動車は
急増する、と最新の予測は示している。解決は明らかで、自動車用に代替燃料が
開発される必要がある。
【０００３】 水素、プロパン、メタンまたは天然ガスのような圧縮ガスは、自動車の燃料源
として可能な石油の代替物であると証明されている。天然ガスは、より興味深い
代替物の一つで、それは米国では豊富な産物であるため安いからである。結果と
して、目下のところ３万台以上の天然ガス自動車が米国で使用されている。これ
らの自動車は低燃費でエンジンを整備することも減らすことが示されているし、
排気放出の著しい削減をもたらす。限界範囲があるため、このような車は、高速
トラック、ライトバン、バスおよびタクシーに限定されている。圧縮ガス燃料シ
ステムを存在させる場所が必要なことが、その限定と限界の原因である。この場
所の不利益により、トラックの荷台の体積と自動車のトランクの体積と範囲が失
われる。さらに、ガス貯蔵システムの費用により、より高い初期購入費用を被る
。
【０００４】 従来、一つの大きいシリンダ、または、お互い機械的に留められ車のシャーシ
にきっちり固定された一連の小さなシリンダで圧縮ガス自動車燃料システムは構
成される。連邦法を遵守するためには、たくさんの留め金、ブラケットおよび余
分なバルブ、ならびに安全装置が必要である。取付け費用と整備費用は高い。
【０００５】 現在の自動車用圧縮天然ガス燃料システムの例が図１に示されている。この典
型的なシステムでは、圧縮天然ガス貯蔵シリンダはトランクにあり、貴重な積荷
のスペースをふさぎ、たくさんの安全装置が燃料運搬システムのすみずみに備え
つけられ、どのタンクも十分な保護装置を持ち、適用規制に合致することを保証
している。タンクの大きさ及び／または数は、少なくすることができるが、この
解決では受け入れられない限界範囲を生むという結果になる。上述のこと及び関
連する要因が、軽装備の天然ガス車の販売と産業の発展を阻止している。
【０００６】 （発明の要約） 本発明は、最近の材料と製造方法における発展を利用し、上記で議論した現在
のガス貯蔵システムの限界を避ける圧縮ガス燃料貯蔵システムを製造する。非常
に重要なことに、本発明が含んでいるのは、政府と工業の適用規格により示され
る安全要求と適用基準と合致またはそれを越える、軽量で高い強度の貯蔵システ
ムの設計である。
【０００７】 複数の複合多層（composite over-wrapped）シリンダ（圧力セル）、一体化し
ている圧力セルに対して内部を保護できる気泡を持つ高強度外殻、相互につなぐ
ガス管を持つ中央ガス制御アセンブリ、封がなされているが点検用に移動できる
ガス制御アセンブリ用保護カバー、システムを車に固定する帯金を本発明の圧縮
ガス燃料貯蔵システムは含んでいる。
【０００８】 外殻は力が加えられていない（圧力がかけられていない）耐火性構造であり、
その構造は、自動車用途に関わる物理的な弊害に耐えることができる一つの容器
中に複数の圧力セルを一体化する、という目的にかなうものである。外殻とその
中に含まれる衝撃吸収泡は、衝撃の負荷から圧力セルを守るのに役立つ。ガス制
御アセンブリ保護カバーとその中に含まれる衝撃吸収気泡は、衝撃の負荷からガ
ス制御アセンブリを守るのに役だつ。外殻とガス制御アセンブリ保護カバーはグ
ラスファイバー複合層で作られている。外殻は、弾性のあるガスケット及びはと
めで連結しているが、圧力セルが水、道路の塩、自動車の液体（すなわちガソリ
ン、モーターオイル、バッテリーの酸、不凍液、ブレーキ液など）、太陽光にさ
らされることから守るのにも役立つ。
【０００９】 複数の圧力セルは一つの容器中に一体化されるので、全ての安全基準に合致す
るために一つのガス制御アセンブリだけが必要とされる。このガス制御アセンブ
リは、温度で動く減圧装置、手動供給遮断バルブ、電気ソレノイドバルブ、車の
エンジンに燃料貯蔵システムをつなぐためのポート、燃料再供給アダプタを含ん
でいる。
【００１０】 本発明の圧縮ガス燃料貯蔵システムは、後部端の衝突が起こった時に備えた車
のシャーシの構造的なコンプライアンスを変えない帯金で自動車に取り付けるこ
とができるように設計されている。自動車の乗員がいない区画（すなわちトラン
クやエンジン区画領域）にあるシャーシの変形で衝突エネルギーを吸収し乗員を
守るよう設計されている軽装備な自動車において、前記の事項は重要である。
【００１１】 したがって、利用できるシャーシの空間と自動車の詰め込み制限に適応させる
ため、長方形に近いまたは別の円筒形でない外形に形成された車用の圧縮ガス燃
料貯蔵システムを供給する、ということが本発明の主要目的である。
【００１２】 本発明の別の目的は、一つのガス制御アセンブリを利用した圧縮ガス自動車燃
料貯蔵システムを提供することであり、それは、温度で作動する減圧装置（ther
mally activated pressure relief device）、手動供給遮断バルブ（manual ser
vice shut-off valve ）、電気ソレノイドバルブ、車のエンジンに燃料貯蔵シス
テムをつなぐためのポート、燃料再供給アダプタ及び成型されたハウジング内に
含まれた複数の圧力セルを備えている。
【００１３】 本発明のさらなる目的は、半球に近いドーム型の端で円筒形の圧力セルを合体
させた圧縮ガス自動車燃料貯蔵システムを提供することである。
【００１４】 本発明のさらなる目的は、成型されたハウジング内に含まれる複数の圧力セル
を備え、圧力セルの間に長手方向で三角の芯を組み入れた圧縮ガス自動車燃料貯
蔵システムを提供することである。
【００１５】 本発明のさらなる目的は、複数の圧力セル用の成型された容器を提供すること
であり、それは、独立した成型された容器の仕切りを一緒に持つために接着剤及
び／または留め金を使って組み立てられる。
【００１６】 本発明の他の目的は、圧力ガス自動車燃料システム用の成型されたガス制御ア
センブリ保護カバーを提供することである。
【００１７】 本発明のさらなる目的は、複数の圧力セルに対する保護ハウジングとして機能
する成型された容器内を大気圧に維持する方法を提供することである。
【００１８】 本発明のさらなる目的は、保護容器内に複数の圧力セルを装着する方法を提供
することであり、その容器に力をかけることなく通常の加圧および減圧操作の過
程中の燃料セルを膨張および収縮させる。
【００１９】 本発明のさらなる目的は、システムの悲劇的な破裂がおこることなく、調整さ
れた方法でガスを抜く状態で、上記容器を高速の発射体で貫通を受けることがで
きるようにする方法を提供することである。
【００２０】 本発明のさらなる目的は、自動車に圧縮ガス自動車燃料貯蔵システムを取り付
ける方法を提供することであり、その方法は、通常運転時にはシャーシに前記シ
ステムを帯び金で固定しているが、シャーシが故障したり高速衝突をした時はシ
ステムがシャーシから外すことができる方法が用いられる。
【００２１】 他の主な本発明の目的は、政府と工業の規格に合致またはそれを越える圧縮ガ
ス自動車燃料貯蔵システムを提供することである。
【００２２】 本発明の目的は、規格に合致またはそれを越える圧縮ガス自動車燃料貯蔵シス
テムを提供することであり、その規格とは、国家火災保護協会(the Natural Fir
e Protection Association) により進展された圧縮ガス自動車燃料システムに対
して１９９２年に出版した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）自動車燃料システムANSI/NFP
A 52として公開され、アメリカ国家標準化協会(the American National Standar
d Institute)と国家火災保護協会により公表され、及びここで参照として組み入
れられる。
【００２３】 本発明の他の目的は、規格とその改正版に合致またはそれを越える圧縮ガス自
動車燃料貯蔵システムを提供することであり、その規格とその改訂版とは、天然
ガス自動車連合(the Natural Gas Vehicle Coalition) により１９９２年に展開
され、アメリカ国内規格で圧縮天然ガス自動車（ＮＧＶ）燃料コンテナに対する
基本要求、ANSI/AGA NGV2-1992で公開され、そしてここで参照として組み入れら
れる。
【００２４】 本発明のさらなる目的は、規格とその改訂版に合致またはそれを越える圧縮ガ
ス自動車燃料貯蔵システムを提供することであり、その規格とその改正版とは、
アメリカ国内規格で圧縮天然ガス自動車（ＮＧＶ）燃料コンテナに対する基本要
求、ANSI/AGA NGV2 で１９９５年３月１日改正版で公開され、そして、ここで参
照として組み入れられる。
【００２５】 さらなる本発明の目的は、規格とその改訂版に合致またはそれを越える圧縮ガ
ス自動車燃料貯蔵システムを提供することであり、その規格とその改正版とは、
圧縮ガス協会有限会社(the Compressed Gas Association,Inc.) によって進展さ
れ、圧力除去装置規格のパート１−圧縮ガス用のシリンダCGA S-1.1-1994で公開
され、そしてここで参照として組み入れられる。
【００２６】 本発明のさらなる目的は、規格に合致またはそれを越える圧縮ガス自動車燃料
貯蔵システムを提供することであり、その規格とは、交通省（ＤＯＴ）の国家高
速道路交通安全協会（ＮＨＴＳＡ）により展開され、１９９４年に国家高速道路
交通安全協会が出版した、連邦モーター車安全規格(Federal Motor Vehicles Sa
fety Standard)、規格No.303- 圧縮天然ガス車の燃料システムの保全で公開され
、そしてここで参照として組み入れられる。
【００２７】 本発明のさらなる目的は、規格に合致またはそれを越える圧縮ガス自動車燃料
貯蔵システムを提供することであり、その規格とは、交通省（ＤＯＴ）の国家高
速道路交通安全協会（ＮＨＴＳＡ）により展開され、国家高速道路交通安全協会
により連邦モーター車安全規格304 圧縮天然ガス燃料コンテナとして公開される
。
【００２８】 （発明の詳細な説明） 本発明の予想される主な利用先は、自動車、バン、軽装備のトラック用の燃料
貯蔵コンテナである。したがって、好ましい実施形態では組み立て品として存在
し、それは、利用できるシャーシ空間に適合され、従来のガソリン燃料タンクに
似た方法で取り付けられる。図２は、好ましい実施形態を示し、それは、必要な
大きさにされ、車の中または下に設けられるように構成される。図１にある従来
技術の圧縮ガス燃料貯蔵システムと図２にある本発明の統合システムとを比較す
ると、統合化手法は、積荷の空間を保つことを示す。それにより、圧縮ガス統合
貯蔵システム７はガソリン注入口と同じ場所に再補給口９を持つ車のシャーシの
下８に取り付られるのを可能にする。
【００２９】 以下にシステムとして参照される、本発明または統合貯蔵システム用のＩＳＳ
は、水素、天然ガス、天然ガス／水素混合物または他のガスのような圧縮ガスで
用いられるよう設計されており、それらガスは高圧下で保存され、自動車の燃料
源として使用される。しかし、表現を簡単にするため、３６００ｐｓｉｇまでの
供給圧をもつ圧縮天然ガス（ＣＮＧ）燃料貯蔵システムで本発明のより好ましい
実施形態を記述する。
【００３０】 自動車に典型的に取り付けられる場合のシステムを図２に示す。それは、圧力
抑制、損害の耐性、圧力の制御の概念を具体化したものである。ここで、図３と
図４を参照すると、これらの概念は半球状の端と円筒状の胴部を組み合わせた型
の複数の圧縮ガス圧力セル３０、および、ガス制御アセンブリ４０によって達成
される。半球状の端と円筒状の胴部を組み合わせた型の複数の圧縮ガス圧力セル
３０は、保護用で圧力がかかっていない外殻１０の中にあり、その外殻は上の殻
部と下の殻部１１、１２で構成されている。ガス制御アセンブリ４０は、ガス制
御アセンブリ保護カバー１３を有する。
【００３１】 外殻１０は高強度で、成型されたグラスファイバー製のほぼ長方形の箱で、圧
力セルの形に合うように大きさが整えられている。その殻は、複数の圧力セルを
一つの容器にまとめるために設計され作られており、さまざまな環境条件、積込
や取付けに関する乱暴な取扱いやＦＭＶＳＳ３０３と３０４に要求されている道
路の瓦礫や車の衝突からの衝撃においても構造的に無傷なままである。外殻は、
ＩＳＳが試験に対するＦＭＶＳＳ３０３の全ての要求を満たすまたは超えるのを
助けて、その試験とは、圧力サイクル、耐火、ひび耐性、落下、振り子衝撃、砲
撃を含む。その材料の選択、圧力セル間の谷間にある内部の芯、最終組み立て品
により外殻はその強度を達成する。
【００３２】 穴の開けられた固定具１０８は、外殻１０の上部と下部殻部１１、１２の前端
に位置し、ガス制御アセンブリ保護カバー１３が、組み立てられた外殻の上部１
１と下部１２に取付ネジ８２で固定される（図４）。好ましい実施形態では、ス
テンレス製のナットプレート（示されていない）は、ガス制御アセンブリ保護カ
バー取付ネジのある場所で、上部殻と下部殻の内部表面に接着剤で留められてい
る。
【００３３】 殻では、圧力セル間の谷間は長手方向にのびる三角形の芯２３（図５）を組み
入れ、芯は堅い泡状の挿入物を囲むグラスファイバー層により形成されており、
芯は殻の全長に対する谷間を部分的に埋める。どの谷間にも合致する範囲にある
橋により作られた凹んだ表面は、取付け場所を提供し、全ての取付け装置がＩＳ
Ｓの外側にある覆いの中に完全に適合される。一対の外側の帯び金１４、１５は
、溝の形をした部分１２２と１２４（図５）とつなぐ働きをし、その帯び金は自
動車に取り付けられ、ユニットをシャーシに取り付ける。これら取付け構成部は
外殻１０の上部１１と下部１２の殻部にある長手方向の谷間に適合し、ＩＳＳを
自動車に取り付ける方法を提供し、普通の運転条件下においてＩＳＳを所定の位
置に保つが、高速での後部衝突が起こった時にはシャーシに対応して移動させる
。
【００３４】 統合燃料貯蔵システムを形作るさまざまな構成要素の構成が図４の分解図に示
されている。上部の殻部１１は縁１６を含み、その縁は下部の殻部１２の上端と
重なりあい、重なっている縁接合部４４（図５）を与えるが、その縁接合部４４
によりネジ、リベットまたは他の固定手段で結合され、接着剤／密封材を使い上
部が下部と固定してよい。好ましい実施形態では、接着剤／密封材が固まるまで
上記部分を互いに保持するのにブラインドリベットが使用される。
【００３５】 ＩＳＳの外殻１０は内部空間を有し、その空間には、衝撃を吸収する保護気泡
緩衝材２１、２２を取付ることができ、それらは圧力セル３０の半球状の部分を
覆って保護している。ガス制御アセンブリ保護カバー１３は内部空間を有し、そ
の空間には衝撃を吸収する保護気泡緩衝材７８、８０（図６）を取り付けること
ができ、それらはガス制御アセンブリ４０を覆って保護している。
【００３６】 保護気泡緩衝材２１と２２は、殻部上部１１および下部１２内部の形に成型さ
れ、圧力セルの半球形部分の形に一致する。これら衝撃吸収緩衝材は、圧力セル
の半球形部を保護する支持部として働く。圧力セルは半球形の部分における構造
にのみ束縛されており、それは弾性がある境界のふた３３、３４（図７）により
束縛され、そのふたはゴムまたはスポンジのような材料で構成され、圧力セルと
衝撃吸収気泡緩衝材の両方に弾性体接着剤で接着される。それぞれの圧力セルに
ある円筒状の部分は、互いにまたは外殻と物理的な接触をしない。このことは放
射状の空気の隙間２６（図５）を生む結果となり、その隙間は圧力セル円筒状部
を取り囲んでおり、その円筒状部はお互いから圧力セルを物理的に引き離してい
る。空気の隙間２６と半球状の部分における弾性がある境界のふた３３、３４と
は、圧力セルの普通の充填物による加圧の間に圧力セルの寸法が大きくなること
に順応する。
【００３７】 好ましい実施形態においては、弾性がある境界のふた３３、３４で結合された
圧力セル及び外殻、並びに、衝撃吸収保護気泡緩衝材２１、２２の相対的な大き
さにより隔離が達成され、それらは外殻の中に圧力セルを置き、膨張時に圧力セ
ルが伸びるという影響を吸収する。このように相対的に配置すると、それぞれの
圧力セルの周りに放射状の空気の隙間２６が生まれ、その空気の隙間は、セルの
放射状の膨張を吸収する。貯蔵システムが満たされている間、圧力は圧力セルの
膨張を引き起こし、その膨張は放射方向と長手方向と両方である。代替実施形態
において、空気の隙間２６は、低比重の泡や同様の物質と置き換えられてもよい
が、その低比重の泡や同様の物質は、圧力セルの容器または隣接した圧力セルの
内側に重大な圧力を加えることなく詰め込む。
【００３８】 それぞれの圧力セルは、入／出口３１（図４と図７）を含み、その口は通しの
穴からなる。その通しの穴とは、殻の開口を通って引き伸ばされた金属製のボス
の端の中へ機械加工された筋をもつ。ゴムのシール／はとめ１９は、それぞれの
圧力セルにある引き伸ばされた金属製のボスの周りを囲んでいるが、そのゴムの
シール／はとめも、圧力がかかる間、外殻に力を加えることなく長さ方向に伸び
るのを許し、外殻内に圧力セルを置くために使われる。はとめは、封としても働
き、水や他のゴミが外殻の空気の隙間２６の中に集まるのを妨げる。
【００３９】 このシステムは内部通気口を含み、図４で最良に示される。それは、保護カバ
ー１３の下の部分にあり外殻１０を通る穴７１、及び、小さな大気通気口管７０
からなり、それらは共に圧力セルの周りと圧力セル容器の中にある空気の隙間が
局所的な大気圧に保持させ、外殻１０が力を受けていない状態を保持する。大気
通気管７０は、保護カバー１３の下にあり、カバーの下の空間を周囲の大気圧で
保持する。
【００４０】 弾性体のガスケット１７は、外殻１０とガス制御アセンブリ保護カバー１３と
の間の封を提供する。弾性体のシール／栓１８は、温度で活性化する圧力除去装
置（ＰＲＤ）の安全通気管７４、ガス供給管６３、分配多岐管ソレノイド外部力
ワイヤー７５および大気通気管７０の通路を支持し、封をする。
【００４１】 ガス制御アセンブリ保護カバーは、成型されたグラスファイバー材料で作られ
るが、それは、どんなガス漏れの流れを捕え排出する一方で、ガス制御ユニット
を点検を行う容易さを考慮に入れている。図４と６に示されているように、保護
カバー１３は、ボルト穴３７を持っているフランジ３９を含んでいる。フランジ
３９は、ガスケット１７に対し封をする表面および取り付けネジ８２を取り付け
る場所を提供する。取付けネジ８２は、外殻１０に構造的に接続するのに役立ち
、ガスケット１７に対する取付力を与える。保護カバー１３は外側表面に凹所１
０２、１０４を含み、それらは、ＩＳＳ取付け帯び金１４と１５に合わせて大き
さと位置が決められる。図６で最良に示すように、ＰＲＤトリガー８８（図８）
が火の熱に温度的にさらされるようにするための、封されて凹んだ窓１０６も、
保護カバー１３は含んでいる。手動で止める接近方法を提供するための、取り外
し可能な弾性のある封止栓３８を有する接近穴も、保護カバーは含んでいる。外
殻の前表面と平行である、図３の平らな外側表面１１４を保護カバーは有し、局
部的な応力を最小化する。その応力とは、上記で参照された燃料容器規格で要求
されている６フィート落下試験で出くわすような応力である。図６の、衝撃を吸
収する２つの保護気泡緩衝材７８と８０は、ガス制御アセンブリ保護カバー１３
の内側の端に取り付けられ、ガス制御アセンブリを取り囲み保護をする。
【００４２】 本発明に用いられる圧力セル３０は、先に述べたANSI/AGA NGV-2にある仕様書
に一致する市販の圧縮天然ガス自動車貯蔵シリンダのタイプ３または４構造の変
形であり、Lincoln Conposites,Lincoln,Nebraska により部品No.R240049-001と
して作られている。タイプ３複合物完全包装シリンダは、きせ金（liner ）の周
りにまかれたレジン基盤フィラメント内にある、補強繊維の連続的なフィラメン
トを持つ金属のきせ金からなる。部分的な負荷分配がきせ金と重なる複合物との
間で起こるように、そのシリンダは設計されている。レジン基盤（２８）内に補
強繊維の連続したフィラメントを有して覆われ、ガスが漏れない負荷のないプラ
スチックのきせ金３５を、図５の断面図に示されているタイプ４全複合物シリン
ダは有している。そのシリンダは、複合物の覆いが全ての負荷を負うように設計
されている。最も効率的で費用的にもすぐれている、高圧下ガスを運搬する方法
なので、半球形に近いドーム状の端を持つ円筒状圧力セルが使われる。これは、
円状の断面を有する圧力容器は一定で輪状の応力を持つ、という事実による。非
円形の断面を有する圧力容器は、局部的な曲げ応力と同じような、高いピークの
輪状の応力を持つかもしれず、今度は厚い壁が必要となり、それゆえ、より重く
より高価な圧力セルとなる。
【００４３】 好ましい実施形態では、圧力セル３０（図５）は、カーボンと高密度ポリエチ
レン（ＨＤＰＥ）きせ金が周りに巻かれているエポキシ樹脂フィラメントを持つ
Ｅ−グラスファイバーの混成物で構成されるタイプ４であり、そのフィラメント
には、どの端もアルミのボスを有して成型される。それらは、タイプ４の分類の
中にある市販の製品と同様である。しかし、以下の点を除いて違う。衝撃もしく
は環境にさらされることに対する追加の包装、コーティングまたは保護手段を持
たないという点である。それは、その機能がＩＳＳの他の構成物、すなわちエネ
ルギー吸収気泡緩衝材や外殻１０、により達成されるからである。さらに、圧力
セルは、閉じられたボスを後端に有し、それは、半球形の表面と同一平面上にあ
る。圧力セルは、試験についてのＦＭＶＳＳ３０４の全ての要求を満たすまたは
超えるが、その試験とは、爆発、圧力循環、高温クリープ、応力破裂およびガス
透過試験を含む。他の圧力セルの設計は、ＩＳＳの追加の実施形態で組み入れら
れるだろう。これは、全てカーボンの包装を持つ物以外に上記に記したものと同
様の圧力セルを含むことができるであろう。
【００４４】 さまざまなＮＧＶ燃料容器規格で要求されているタイプの環境にさらすことか
ら圧力セルを保護するために、外殻１０とガス制御部保護カバー１３の材料は選
択される。好ましい実施形態では、外殻１０の上側１１と下側１２の殻部とガス
制御アセンブリ保護カバー１３は、グラスファイバー層からできており、その層
は、シーマン複合樹脂注入成型過程（ＳＣＲＩＭＰ）真空補助樹脂移送成型技術
（参照でここに援用される米国特許第4,902,215 号、5,0052,906号と5,316,462
号）を使っている。異なったグラスファイバー層形成が使われたことと気泡補剛
材（stiffeners) が使われなかったこと以外は、上下の殻部を作るのに使用され
た方法と同様の方法で、ガス制御アセンブリ保護カバー１３が作られている。端
の部分に、適所でエネルギー吸収保護気泡緩衝材をつなぐまたは成型することで
、ガス制御アセンブリ保護カバー１３は完成する。
【００４５】 図８に示されているように、ガス制御アセンブリは、分配多岐管４１からなり
、それは、好ましい実施形態では、機械加工または鋳造され旋盤にかけられた金
属製の塊であり、ＩＳＳの３つの圧力セルを相互に接続している。多岐管４１は
、ソレノイド５１で制御されるバルブ（示されていない）を組み込んでおり、そ
のソレノイドは自動車電気系で制御される。
【００４６】 図４に示すように、分配多岐管４１は、中央の圧力セル３０の入／出口３１と
つながれ、対である口（示されていない）への内部ガスの通路を提供する。その
対である口は、従来からある高圧器具９３（示されていない、一つの対の口のた
めの器具）、ステンレス製の管アセンブリ６１と６２および圧力セル３０の外側
の入／出口３１とつながれている追加器具９１と９２を介して接続されている。
したがって、全ての３つのセルは、多岐管４１によって、気体を満たし相互につ
ながっている。
【００４７】 手動遮断バルブ５５は、ＩＳＳから多岐管４１にあるソレノイドバルブ５２お
よび入／出口（示されていない）経由で自動車燃料システムへ流れるガスを遮断
する方法を提供する。入／出口は、従来からある高圧器具とステンレス製の管ア
センブリ６３によって、自動車ガス流量制御と自動車燃料システムに連結される
。燃料補給時に、多岐管４１から自動車エンジンへ、または、圧縮ガス供給源か
ら多岐管４１経由でＩＳＳへ相互に排他的な様式でガスを流す補助ガス流量制御
システムを自動車が含んでいてもよい。
【００４８】 多岐管４１は安全通気口（示されていない）を含む。その安全通気口は、多岐
管の内部ガス通路に、および、トリガー８８とトリガー用のゴム封９０を有し温
度に反応する安全弁７２に、従来からある高圧器具とステンレス製の管アセンブ
リ７３によって、気体を満たしてつながっている。燃料貯蔵部を巻き込む自動車
火災が起こった時に、制御速度でＩＳＳを通気するために、温度に反応する安全
弁、たとえば圧力軽減装置７２は開く。緊急時の排気の間、燃料は温度で反応す
る安全弁７２から安全通気管７４を経由して逃げるが、もし点火されればその燃
料は燃えるだろう。しかし、車から離れた方向に向けられている通気管アセンブ
リ開口部の場所のおかげで、結果としておこる炎は破壊的ではないであろう。
【００４９】 好ましい実施形態では、圧力セルとそれを保護するハウジングは、次のステッ
プを通じて組み立てられる。成型された保護気泡緩衝材２１、２２は、外殻上部
と下部１１、１２に接着剤で接着される。弾性のある境界のふた３３、３４は、
接着剤／密封材で、３つの圧力セルのドーム状の端に接着される。３つの圧力セ
ルのそれぞれに対し、弾性のある境界のふた３３、３４の外側表面に、接着剤は
塗布される。ゴムの封／はとめ１９は、圧力セルのむき出しの金属製ボスの周り
に配置される。圧力セルは下側殻部１２の中に配置され、下側殻部１２前側の端
の縁にある穴にゴム封／はとめを置く。上の殻部１１は下部の上に取り付けられ
る。接着密封材は、殻部間にある周囲の接合部に塗布される。接着／密封材が固
まるときに、組み立て部品は、殻部の上側と下側が重なっている縁に、事前にド
リルで開けられた穴を通して取付けられる複数のブラインドリベットによって固
定される。
【００５０】 組み立て手順は、ガス制御アセンブリ４０を、圧力セルの金属製ボスにある入
／出口３１に取り付けることへと続く。弾性のあるガスケット１７は、ガス制御
アセンブリ保護カバー１３と組み立てられた圧力セル容器１０との間に配置され
る。次に、ガス制御アセンブリ保護カバー１３は、ガスケット１７の上に、外殻
１０へ、複数の取付けネジ８２で取付けられる。そのネジは、外殻の上部と下部
にある、穴の開けられた固定具１０８に取付けられる。これがガス制御アセンブ
リを取り囲む。
【００５１】 ＩＳＳは、さまざまな構成で、いくつ圧力セルを持って組み立てられてもよい
。例えば、好ましい実施形態と同様の構成において、代替の構成は、同じまたは
違う長さの少ない数の圧力セルを使うことができる。自動車の収納要求に応じる
ため設計された他の代替構成は、図９に示されているようなより小さい直径の４
つの圧力セル、図１０と１１にあるような三角形の構成、または図１２のような
異なる長さと直径の圧力セルのアセンブリを含んでいる。
【００５２】 上述のことは、発明の原理を表すのみの例示とみなされる。さらに、さまざま
な変更と変化が容易に当業者により成されるので、本発明を、示され書かれた正
確な構造と適用に制限することは望まない。したがって、発明の範囲と添付の特
許請求の範囲とそれらの相当物との内にある、全ての適した変更および相当物は
、訴えられる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、自動車に取り付けられた従来技術の圧縮天然ガス燃料システムである
。
【図２】 図２は、軽装備自動車での本発明の取付けを示す。
【図３】 図３は、統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システムの４分の３の斜視図であり、そ
れは発明を含み、自動車に取り付けるよう組み立てられ、準備ができている。
【図４】 図４は、本発明の分解図である。
【図５】 図５は、図の上から下へ、下から見たときのガス制御アセンブリと向かい合わ
せの本発明の端部の平面図、自動車の支持部材に取り付けられたときに図３の線
Ａ−Ａに沿って切り取られた本発明の断面図、上から見たときの本発明のガス制
御アセンブリ端部の平面図の合成図である。
【図６】 図６は４分の３の分解図であり、ガス制御アセンブリ保護カバーの内部、つま
り、ガス制御アセンブリの導管出口の端を支持する気泡保護ブロック、保護カバ
ーの閉じられた端でガス制御アセンブリの端を支持する気泡保護ブロックが描か
れている。
【図７】 図７は斜視、４分の３の分解図であり、ＩＳＳコンテナ／外殻の下の殻部、本
システムで用いられる圧力セルの一つ、圧力セルを支持し衝撃を和らげる気泡緩
衝材とエラストマーのふたを示す。
【図８】 図８はガス制御アセンブリの斜視図であり、分配多岐管、圧力除去装置（ＰＲ
Ｄ）、圧力セル接続器、関連する管を含んでいる。
【図９】 図９は、本発明の代替実施形態の４分の３の斜視図であり、４つの圧縮ガス圧
力セルが組み入れられている。
【図１０】 図１０は、本発明の代替実施形態の４分の３の斜視図であり、複数の圧力セル
を含み、それらセルは三角形の断面を有するアセンブリを形成するために配列さ
れている。
【図１１】 図１１は、分解された４分の３の斜視図であり、本発明の代替実施形態の内部
を示し、三角の断面を有する組み立て品を作るために配列された複数の圧力セル
を含んでいる。
【図１２】 図１２は本発明の代替実施形態の４分の３の斜視図であり、特定の自動車の空
間利用可能要求に適応するために異なった寸法を有する複数の圧縮ガス圧力セル
を含んでいる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォズニアック，ジョン，ジェイ． アメリカ合衆国，メリーランド州 21045， コロンビア，オールド バギー コート 5714 (72)発明者 タイラー，デイル，ビー． アメリカ合衆国，ネブラスカ州 68521， リンカーン，ノース フォーティーンス ストリート 6200 (72)発明者 ウィエンホールド，ポール，ディー． アメリカ合衆国，メリーランド州 21236， ボルティモア，ヒルトップ コート 4803 (72)発明者 ヒルデブランド，リチャード，ジェイ． アメリカ合衆国，メリーランド州 21219， エッジミアー，リバードライブ ロード 3116 Ｆターム(参考） 3D038 CA12 CA17 CA18 CB01 CC18 CD09

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半球形の端と円筒形の本体とを組み入れた型の複数の圧縮ガス圧力セルと、 上記複数の圧縮ガス圧力セル用の容器と、 上記の容器内に上記圧縮ガス圧力セルを固定する手段と、セル同士および上記
    容器から上記複数の圧縮ガス圧力セルを隔離することによって、上記圧縮ガス圧
    力セルの一つが膨張しても隣接する圧縮ガス圧力セルまたは上記容器の内側に圧
    力を加えない隔離手段と、 上記複数の圧縮ガス圧力セルを、気体を満たして、相互に連結するガス制御ア
    センブリとを備えた統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システムであって、 自動車に上記システムを固定するための手段であり、高衝撃の衝突発生時に、
    客室を守るためシャーシの変形を考慮に入れている固定手段を備えた統合圧縮ガ
    ス自動車燃料貯蔵システム。
  2. 【請求項２】 上記容器が成型された構造物である、請求項１に記載の統合圧縮ガス自動車燃
    料貯蔵システム。
  3. 【請求項３】 さらに、上記容器に固定される上記ガス制御アセンブリ用の保護カバーを含む
    、請求項１に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  4. 【請求項４】 上記容器と上記保護カバーが成型された構造物である、請求項３に記載の統合
    圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  5. 【請求項５】 さらに、上記容器の端に配置され、および、上記圧縮ガス圧力セルの上記半球
    形の端を台の上に置くための大きさにされた衝撃吸収気泡緩衝材を含む、請求項
    ４に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  6. 【請求項６】 上記容器が、上記複数の圧縮ガス圧力セルの形に適合するように形成された、
    鏡像の上半分と下半分から成る請求項２に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵シ
    ステム。
  7. 【請求項７】 さらに、上記上半分および下半分の内側で、隣接する圧縮ガス圧力セルの間に
    形成される谷間と、 堅い泡の挿入物を取り巻くグラスファイバーの層で形成され、上記谷間に配置
    される長手方向で三角の芯とを含む、請求項６に記載の統合圧縮ガス自動車燃料
    貯蔵システム。
  8. 【請求項８】 さらに、上記上半分および下半分の周辺部にある一致する縁に形成された重複
    縁状継ぎ手であり、ネジ、リベットまたは他の固定する手段と組み合わされた接
    着剤／密封材を使い、上半分が下半分と固定されるのを可能にする上記重複縁状
    継ぎ手を含む、請求項７に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  9. 【請求項９】 さらに、上記容器の上記ガス制御アセンブリの端で、上記上半分および下半分
    につなぐ、穴の開けられた複数の固定手段と、 上記穴の開けられた複数の固定手段を利用し、上記容器に固定される上記ガス
    制御アセンブリ用の保護カバーとを含む、請求項８に記載の統合圧縮ガス自動車
    燃料貯蔵システム。
  10. 【請求項１０】 上記容器の上記ガス制御アセンブリの端に上記上半分および下半分に成型され
    た、穴の開けられた複数の固定手段と、 上記穴の開けられた複数の固定手段を利用し、上記容器に固定される上記ガス
    制御アセンブリ用の保護カバーとを含む、請求項８に記載の統合圧縮ガス自動車
    燃料貯蔵システム。
  11. 【請求項１１】 上記容器と上記保護カバーが、真空補助樹脂移送成型過程を用いるグラスファ
    イバー層から作られている、請求項９に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵シス
    テム。
  12. 【請求項１２】 柔軟な帯び金と溝の間で、上記コンテナは自動車に取付けおよび配置され、上
    記溝は、シャーシに取付られ、及び、容器の外殻に成型される谷間空間の中には
    め込まれ、それによって、高衝撃の衝突時に自動車のシャーシの変形を考慮に入
    れている、請求項９に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  13. 【請求項１３】 上記複数の圧縮ガス圧力セルを固定及び隔離する上記手段が、上記圧縮ガス圧
    力セルと上記容器が隣接するところに応じて上記半球形の端に上記圧縮ガス圧力
    セルを保持するための、上記容器の端の内側への配置手段を含み、それによって
    、上記圧縮ガス圧力セルの上記本体の周りに放射状の空間が提供される、及び、
    上記圧縮ガス圧力セルが加圧された時に、上記圧縮ガス圧力セルが上記圧縮ガス
    圧力セルまたは上記容器の隣接するところに接触するのを妨げるような大きさに
    される、請求項１に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  14. 【請求項１４】 さらに、上記容器内の圧力を外部の圧力と等しくする手段を含む、請求項１３
    に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  15. 【請求項１５】 さらに、上記半球形の端と上記配置手段との間に配置される、弾性のあるふた
    を含む、請求項１３に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  16. 【請求項１６】 上記放射状の空間が低密度の材料で満たされている、請求項１５に記載の統合
    圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  17. 【請求項１７】 半球形の端と円筒状の本体とを組み合わせた型の、複数の圧縮ガス圧力セルと
    、 上記複数の圧縮ガス圧力セル用の容器と、 上記圧縮ガス圧力セルまたは上記容器の機械的な結合を妨げる手段と、 複数の圧縮ガス圧力セルを、気体を満たして、相互に連結するガス制御アセン
    ブリとを含む、統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  18. 【請求項１８】 上記圧力セルまたは上記容器の機械的な結合を妨げる上記手段は、上記圧縮ガ
    ス圧力セルの上記円筒状の本体のまわりの放射状の空間を含む、請求項１７に記
    載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  19. 【請求項１９】 さらに、上記圧縮ガス圧力セルが加圧されるとき、上記容器に圧力をかけるこ
    とを避けるため、外部の圧力と上記容器内の圧力を等しくする手段を含む、請求
    項１８に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  20. 【請求項２０】 上記容器内の圧力を等しくする上記手段が、上記容器の内部を周囲の大気につ
    なぐ開口及び管から成っている、請求項１９に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯
    蔵システム。
  21. 【請求項２１】 さらに、上記容器内にある上記圧縮ガス圧力セルの上記半球形の端を配置及び
    保持する衝撃吸収手段と、 上記衝撃吸収手段の配置によって、並びに、上記容器及び上記圧縮ガス圧力セ
    ルの相対的な大きさによって、形成される上記放射状の空間とを含む、請求項１
    ８に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  22. 【請求項２２】 上記放射状の空間が低密度の材料で満たされている、請求項２１に記載の統合
    圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  23. 【請求項２３】 上記容器は、成型された下半分と、 成型された上半分と、 上記両半分が上記容器として組み立てられる時、向かい合わせになっている壁
    を含んでいる上記上半分及び下半分と、 上記複数の圧縮ガスシリンダのそれぞれに対する曲げられた部分を含む上記向
    かい合わせになっている壁とを含み、 それらによって、上記曲げられた部分の隣接している端が、それらの間に谷間
    の形の仕切りを作る、請求項２１に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム
    。
  24. 【請求項２４】 堅い泡の挿入物を取り巻くグラスファイバーの層で形成され、上記上半分及び
    下半分のそれぞれを含む成型され一つにされる構造物の一部として作られた長手
    方向の三角の芯を、上記谷間がさらに含む、請求項２３に記載の統合圧縮ガス自
    動車燃料貯蔵システム。
  25. 【請求項２５】 さらに、容器に固定される上記ガス制御アセンブリ用の保護カバーを含む、請
    求項２１に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  26. 【請求項２６】 上記容器と上記保護カバーが成型された構造物である、請求項２５に記載の統
    合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  27. 【請求項２７】 上記上半分及び下半分が、上記複数の圧縮ガス圧力セルの形に適合する鏡像の
    構造物として形成される、請求項２４に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵シス
    テム。
  28. 【請求項２８】 さらに、上記上半分および下半分の周辺部にある一致する縁に形成された重複
    縁状継ぎ手であり、ネジ、リベットまたは他の固定する手段と組み合わされた接
    着剤／密封材を使い、上半分が下半分と固定され得る重複縁状継ぎ手を含む、請
    求項２７に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵システム。
  29. 【請求項２９】 さらに、上記容器の上記ガス制御アセンブリの端に上記上半分および下半分を
    つなぐ、穴の開けられた複数の固定手段を含み、 それによって上記ガス制御アセンブリ用の保護カバーが上記複数の穴の開けら
    れた固定手段を利用して上記容器に固定される請求項２８に記載の統合圧縮ガス
    自動車燃料貯蔵システム。
  30. 【請求項３０】 上記容器と上記保護カバーは、真空補助樹脂移送成型過程を用いるグラスファ
    イバー層から作られている、請求項２９に記載の統合圧縮ガス自動車燃料貯蔵シ
    ステム。
  31. 【請求項３１】 複数の圧力セルから成る圧力セルアセンブリであって、上記圧力セルはフィラ
    メント巻き付け過程で作られる圧力セルと、 上記圧力セルアセンブリを封入している成型された保護ハウジングであって、
    上記圧力セルアセンブリの形に合うように、並びに、上記圧力セルの膨張を引き
    起こす圧力を許すために及びそこの間での物理的な接触を妨げるために必要な大
    きさにされた上記圧力セルの周りに放射状の空気の隙間を提供するように、必要
    な大きさにされた上記成型された保護ハウジングと、 上記圧力セルを気体を満たしてつなぐガス制御アセンブリと、 ガス制御アセンブリ用の保護カバーと、 上記保護カバーを上記保護ハウジングに固定する手段とを含む、自動車燃料貯
    蔵システム。
  32. 【請求項３２】 成型された統合貯蔵システム外殻の上側の半分を作成するステップと、 成型された統合貯蔵システム外殻の下側の半分を作成するステップと、 事前に成型された圧力セルを補助する気泡衝撃吸収緩衝材を、統合貯蔵システ
    ム外殻の上側の半分及び下側の半分の中に接着するステップと、 統合貯蔵システム外殻の上側の半分と下側の半分との間に、気泡衝撃吸収緩衝
    材の内側に圧力セルの半球形の端を有して複数の圧力セルを封入するステップと
    、 ガス制御アセンブリを複数の圧力セルに取り付けるステップと、 ガス制御アセンブリカバーを統合貯蔵システム外殻上側の半分及び下側の半分
    に取り付けるステップとを含む、自動車燃料貯蔵システムの製造方法。
  33. 【請求項３３】 成型された統合貯蔵システム外殻の上側の半分を作成するステップと、 成型された統合貯蔵システム外殻の下側の半分を作成するステップと、 適所に圧力セルを補助する気泡衝撃吸収緩衝材を統合貯蔵システム外殻の上側
    の半分及び下側の半分の中に成型するステップと、 統合貯蔵システム外殻の上側の半分と下側の半分との間に、気泡衝撃吸収緩衝
    材の内側に圧力セルの半球形の端を有して、複数の圧力セルを封入するステップ
    と、 ガス制御アセンブリを複数の圧力セルに取り付けるステップと、 ガス制御アセンブリカバーを統合貯蔵システム外殻の上側及び下側の半分に取
    り付けるステップとを含む、自動車燃料貯蔵システムの製造方法。
  34. 【請求項３４】 さらに、弾性のあるふたを上記圧力セルの半球形の端に接着した後にそれらセ
    ルを統合貯蔵システム外殻の両半分との間に封入するステップを含む、請求項３
    ２または３３に記載の自動車燃料貯蔵システムの製造方法。
  35. 【請求項３５】 さらに、ガス制御アセンブリ保護カバーの中に、事前に成型された衝撃吸収緩
    衝材を接着するステップを含む、請求項３４に記載の自動車燃料貯蔵システムの
    製造方法。
  36. 【請求項３６】 さらに、ガス制御アセンブリ保護カバー内に衝撃吸収緩衝材を適所に成型する
    ステップを含む、請求項３４に記載の自動車燃料貯蔵システムの製造方法。
  37. 【請求項３７】 上記システムの悲劇的な破裂がおこることなく、上記貯蔵システムを高速の発
    射体で貫通を受けることができる、請求項１３に記載の統合圧縮ガス自動車燃料
    貯蔵システム。
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