特許 7125424 圧力上昇極低温流体供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-16

(45)【発行日】2022-08-24

(54)【発明の名称】圧力上昇極低温流体供給システム

(51)【国際特許分類】

   F02M 21/02 20060101AFI20220817BHJP

   F17C 9/02 20060101ALI20220817BHJP

   F02M 21/06 20060101ALI20220817BHJP

【ＦＩ】

F02M21/02 U

F17C9/02

F02M21/06 A

F02M21/02 L

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2019556891

(86)(22)【出願日】2018-04-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-06-18

(86)【国際出願番号】 US2018029441

(87)【国際公開番号】W WO2018200725

(87)【国際公開日】2018-11-01

【審査請求日】2020-10-27

(31)【優先権主張番号】62/489,575

(32)【優先日】2017-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519209819

【氏名又は名称】チャート・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】ポアグ，ブライアン

(72)【発明者】

【氏名】ストローム，ジェイソン

【審査官】北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０１９４２９４４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２２３９２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２３２９９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１４５２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３７３７００（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ１７Ｃ ９／０２

Ｆ０２Ｍ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ．極低温液体の供給物を貯蔵するように構成されたタンクと、
ｂ．メインラインおよび再加熱ラインを有する熱交換器と、
ｃ．前記タンクから極低温液体を受け取るように構成されたインレットと、前記熱交換器の前記メインラインと流体連通するアウトレットとを有する液体ピックアップラインと、
ｄ．前記熱交換器の前記メインラインと流体連通するインレットと、トリムヒータアウトレットと、エンジンアウトレットとを有するトリムヒータ出口ティと、
ｅ．主インレットと、トリムヒータインレットと、混合ストリームアウトレットとを有するトリムヒータ戻りティと、
ｆ．前記トリムヒータ出口ティの前記エンジンアウトレットから流体を受け入れるようになっているインレットと、前記トリムヒータ戻りティの前記主インレットに流体を向けるようになっているアウトレットとを有する流量制限デバイスであって、前記熱交換機のメインラインからの流体のメイン部分が、前記エンジンアウトレットを通って連続して流れ、前記熱交換機のメインラインからの流体の残りの部分が前記トリムヒータアウトレットを通って同時に迂回され、これにより前記トリムヒータ戻りティが前記流体のメイン部分と前記流体の残りの部分とを一緒にするようになっている、前記流体制限デバイスと、
ｇ．前記トリムヒータ出口ティの前記トリムヒータアウトレットと流体連通するインレットと、前記熱交換器の前記再加熱ラインのインレットと流体連通するアウトレットとを有するトリムヒータラインであって、前記トリムヒータラインの一部は、前記タンク内に配置され、前記熱交換器の前記再加熱ラインのアウトレットは、前記トリムヒータ戻りティの前記トリムヒータインレットと流体連通している、トリムヒータラインとを備えた、極低温流体供給システム。

【請求項2】

前記液体ピックアップラインと流体連通するインレットと、前記熱交換器の前記メインラインと流体連通するアウトレットとを有する過剰流弁をさらに備えた、請求項１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項3】

前記液体ピックアップラインと流体連通するインレットと、前記過剰流弁の前記インレットと流体連通するアウトレットとを有する燃料遮断弁をさらに備えた、請求項２に記載の極低温流体供給システム。

【請求項4】

前記液体ピックアップラインと流体連通するインレットと、前記燃料遮断弁の前記インレットと流体連通するアウトレットとを有する逆止弁をさらに備えた、請求項３に記載の極低温流体供給システム。

【請求項5】

前記流量制限デバイスは、オリフィス、ニードル弁、レギュレータ、または逆止弁である、請求項１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項6】

前記熱交換器は、
ａ．加温流体チャンバを画定し、前記加温流体チャンバと流体連通するシェルインレットおよびシェルアウトレットを有するシェルを含み、
ｂ．前記熱交換器の前記メインラインは、前記加温流体チャンバ内に配置された複数の極低温流体コイルを有する単一のラインを含む、請求項１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項7】

前記熱交換器の前記再加熱ラインは、前記加温流体チャンバ内に配置された複数の極低温流体コイルを含む、請求項６に記載の極低温流体供給システム。

【請求項8】

前記シェルインレットおよびシェルアウトレットが、前記極低温流体によって駆動されるエンジンの冷却システムと連通するように構成された、請求項７に記載の極低温流体供給システム。

【請求項9】

前記シェルインレットおよびシェルアウトレットが、前記極低温流体によって駆動されるエンジンの冷却システムと連通するように構成された、請求項６に記載の極低温流体供給システム。

【請求項10】

前記液体ピックアップラインと流体連通するエコノマイザ回路をさらに備えた、請求項１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項11】

前記トリムヒータ戻りティの前記混合ストリームアウトレットと流体連通するインレットと、極低温流体を使用デバイスに提供するように構成されたアウトレットとを有する自動遮断弁をさらに備えた、請求項１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項12】

前記極低温液体は液体天然ガスであり、前記使用デバイスはＬＮＧ駆動エンジンである、請求項１１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項13】

タンクから極低温流体を供給するためのシステムであって、
ａ．メインラインと再加熱ラインとを有する熱交換器と、
ｂ．前記タンクから極低温液体を受け取るように構成されたインレットと、前記熱交換器の前記メインラインと流体連通するアウトレットとを有する液体ピックアップラインと、
ｃ．前記熱交換器の前記メインラインと流体連通するインレットと、トリムヒータアウトレットと、エンジンアウトレットとを有するトリムヒータ出口ティと、
ｄ．主インレットと、トリムヒータインレットと、混合ストリームアウトレットとを有するトリムヒータ戻りティと、
ｅ．前記トリムヒータ出口ティの前記エンジンアウトレットから流体を受け入れるようになっているインレットと、前記トリムヒータ戻りティの前記主インレットに流体を向けるようになっているアウトレットとを有する流量制限デバイスであって、
前記熱交換機のメインラインからの流体のメイン部分が、前記エンジンアウトレットを通って連続して流れ、前記熱交換機のメインラインからの流体の残りの部分が前記トリムヒータアウトレットを通って同時に迂回され、これにより前記トリムヒータ戻りティが前記流体のメイン部分と前記流体の残りの部分とを一緒にするようになっている、前記流体制限デバイスと、
ｆ．前記トリムヒータ出口ティの前記トリムヒータアウトレットと流体連通するインレットと、前記熱交換器の前記再加熱ラインのインレットと流体連通するアウトレットとを有するトリムヒータラインであって、前記トリムヒータラインの一部は、前記タンク内に配置され、前記熱交換器の前記再加熱ラインのアウトレットは、前記トリムヒータ戻りティの前記トリムヒータインレットと流体連通している、トリムヒータラインとを備えた、システム。

【請求項14】

前記液体ピックアップラインと流体連通するインレットと、前記熱交換器の前記メインラインと流体連通するアウトレットとを有する過剰流弁をさらに備えた、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記液体ピックアップラインと流体連通するインレットと、前記過剰流弁の前記インレットと流体連通するアウトレットとを有する燃料遮断弁をさらに備えた、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記液体ピックアップラインと流体連通するインレットと、前記燃料遮断弁の前記インレットと流体連通するアウトレットとを有する逆止弁をさらに備えた、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記流量制限デバイスは、オリフィス、ニードル弁、レギュレータ、または逆止弁である、請求項１３に記載のシステム。

【請求項18】

前記熱交換器は、
ａ．加温流体チャンバを画定し、前記加温流体チャンバと流体連通するシェルインレットおよびシェルアウトレットを有するシェルを含み、
ｂ．前記熱交換器の前記メインラインは、前記加温流体チャンバ内に配置された複数の極低温流体コイルを含む、請求項１３に記載のシステム。

【請求項19】

前記熱交換器の前記再加熱ラインは、前記加温流体チャンバ内に配置された複数の極低温流体コイルを有する単一のラインを含む、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記シェルインレットおよびシェルアウトレットが、前記極低温流体によって駆動されるエンジンの冷却システムと連通するように構成された、請求項１８に記載のシステム。

【請求項21】

前記液体ピックアップラインと流体連通するエコノマイザ回路をさらに備えた、請求項１３に記載のシステム。

【請求項22】

前記トリムヒータ戻りティの前記混合ストリームアウトレットと流体連通するインレットと、極低温流体を使用デバイスに提供するように構成されたアウトレットとを有する自動遮断弁をさらに備えた、請求項１３に記載のシステム。

【請求項23】

前記極低温液体は液体天然ガスであり、前記使用デバイスはＬＮＧ駆動エンジンである、請求項２２に記載のシステム。

【請求項24】

前記トリムヒータ出口ティのエンジンアウトレットは、前記熱交換機によって熱を加えることなしに、前記流体のメイン部分を前記流体制限デバイスに直接に向けるようになっている、請求項１に記載の極低温流体供給システム。

【請求項25】

前記トリムヒータ出口ティのエンジンアウトレットは、前記熱交換機によって熱を加えることなしに、前記流体のメイン部分を前記流体制限デバイスに直接に向けるようになっている、請求項１３に記載の極低温流体供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権の主張
[0001]本願は、その内容が引用により本明細書に組み込まれる２０１７年４月２５日出願の米国仮出願第６２／４８９，５７５号の利益を主張する。

【0002】

[0002]本開示は、一般に、極低温流体供給システムに関し、より具体的には、圧力上昇極低温流体供給システムに関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]極低温流体供給システムは、デバイスを使用するための燃料として、または他の用途のために、流体を提供するためにしばしば使用される。たとえば、あるタイプの極低温流体供給システムは、液体天然ガス（ＬＮＧ）をＬＮＧ駆動車両のエンジンに燃料として提供し、ＬＮＧ貯蔵タンクとともに車両のシャーシに設置される必要がある。

【0004】

[0004]多くの天然ガス燃料システムは、エンジンの流量要件を満たすために、高い燃料供給圧力を必要とする。最適に飽和されたＬＮＧは、給油所で常に利用できるとは限らない。また、燃料が容器から高速で連続的に引き出される、使用頻度の高い用途において不飽和が発生する。これらの両方は、天然ガスエンジンへの不十分な流量となる低圧問題につながる可能性がある。

【0005】

[0005]上記の低圧問題に対処する極低温流体供給システムが必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

[0006]以下に記載され、特許請求されるデバイスおよびシステムにおいて個別にまたはともに具体化され得る本主題のいくつかの態様が存在する。これらの態様は、単独で、または本明細書で説明する主題の他の態様と組み合わせて使用することができ、これらの態様の説明はともに、これらの態様を個別に使用し、また、そのような態様の主張を個別に、または添付の特許請求の範囲で述べられたものと異なる組合せで使用することを妨げることは意図されていない。

【0007】

[0007]一態様において、統合された極低温流体供給システムは、極低温液体の供給物を貯蔵するように構成されたタンクと、メインラインおよび再加熱ラインを有する熱交換器とを含む。液体ピックアップラインは、タンクから極低温液体を受け取るように構成されたインレットと、熱交換器のメインラインのインレットと流体連通するアウトレットとを有する。トリムヒータ出口ティは、熱交換器のメインラインのアウトレットと流体連通するインレットと、トリムヒータアウトレットと、エンジンアウトレットとを有する。トリムヒータ戻りティは、主インレットと、トリムヒータインレットと、混合ストリームアウトレットとを有する。流量制限デバイスは、トリムヒータ出口ティのエンジンアウトレットと流体連通するインレットと、トリムヒータ戻りティの主インレットと流体連通するアウトレットとを有する。トリムヒータラインは、トリムヒータ出口ティのトリムヒータアウトレットと流体連通するインレットと、熱交換器の再加熱ラインのインレットと流体連通するアウトレットとを有する。トリムヒータラインの一部は、タンク内に配置される。熱交換器の再加熱ラインのアウトレットは、トリムヒータ戻りティのトリムヒータインレットと流体連通している。

【0008】

[0008]別の態様では、タンクから極低温流体を供給するためのシステムは、メインラインおよび再加熱ラインを有する熱交換器を含む。液体ピックアップラインは、タンクから極低温液体を受け取るように構成されたインレットと、熱交換器のメインラインのインレットと流体連通するアウトレットとを有する。トリムヒータ出口ティは、熱交換器のメインラインのアウトレットと流体連通するインレットと、トリムヒータアウトレットと、エンジンアウトレットとを有する。トリムヒータ戻りティは、主インレットと、トリムヒータインレットと、混合ストリームアウトレットとを有する。流量制限デバイスは、トリムヒータ出口ティのエンジンアウトレットと流体連通するインレットと、トリムヒータ戻りティの主インレットと流体連通するアウトレットとを有する。トリムヒータラインは、トリムヒータ出口ティのトリムヒータアウトレットと流体連通するインレットと、熱交換器の再加熱ラインのインレットと流体連通するアウトレットとを有する。トリムヒータラインの一部は、タンク内に配置される。熱交換器の再加熱ラインのアウトレットは、トリムヒータ戻りティのトリムヒータインレットと流体連通している。

【0009】

[0009]別の態様では、極低温流体を使用デバイスに供給する方法は、極低温液体をタンクに貯蔵することと、熱交換器内においてタンクからの極低温液体を気化させて、極低温蒸気を提供することと、極低温蒸気の第１の部分を、使用デバイスへ導くことと、貯蔵された極低温液体を温めるために、極低温蒸気の第２の部分をタンクに導き、これによって、冷却された極低温蒸気が生成されることと、トリム加熱された極低温蒸気を生成するために、冷却された極低温蒸気を、熱交換器において温めることと、使用デバイスへの供給のために、トリム加熱された極低温蒸気を、極低温蒸気の第１の部分と混ぜ合わせることとからなる各ステップを含む。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】[0010]本開示の圧力上昇極低温流体供給システムの実施形態の概略図である。

【図2】[0011]図１のシステムの背面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[0012]以下に記載される本開示のシステムの実施形態は、貯蔵タンクから、天然ガス駆動車両エンジンなどの使用デバイスへの液化天然ガス（ＬＮＧ）の統合供給システムを提供する。あるいは、本発明を使用して、他のタイプの極低温流体を供給または分配することができることを理解されたい。

【0012】

[0013]本開示の実施形態は、圧力を高めて低圧問題を解決するのに十分な熱および圧力をタンクに効果的に加えるために、製品が引き出されている間にタンク圧力を高めるための回路を含む。

【0013】

[0014]図１および図２を参照して示すように、タンク１５に貯蔵された燃料は、液体ピックアップライン１に入り、逆止弁２、手動弁３、過剰流弁４を通過し、ライン１２を介して、熱交換器５のメイン経路すなわちメインライン５ａに入る。熱交換器は、シェルを通って流れ、ＬＮＧを運ぶ配管と接触する、高温のエンジン冷却材を介して、天然ガスに熱（Ｑ１）を加え、天然ガスを蒸発させる。

【0014】

[0015]例としてのみ、熱交換器５は、両方ともＣｈａｒｔ社に与えられ、その両方の内容が引用により本明細書に組み込まれている米国特許第９，８２９，１５６号または米国特許出願第１５／９２４，７７９号に記載され、当該技術分野で知られている、シェルアンドチューブ熱交換器または他の熱交換器として構成され得る。

【0015】

[0016]熱交換器を出た天然ガス蒸気の流れは、（図１の１３で仮想線で示される）エンジンに続く部分で分離し、残りは、タンクヒータライン７を介してタンクを通過するように迂回して戻る。その結果、タンクヒータライン７は、熱（Ｑ２）をタンク１５に供給し、タンク内圧力を上昇させる。

【0016】

[0017]タンクヒータラインへの還流は、出口ティ１０と、タンクヒータライン７の戻りティ１１との間に差圧を生じさせるオリフィス６のような流量制限デバイスによって可能とされる。圧力上昇率は、オリフィスのサイズを増減することで操作でき、つまり、オリフィスのサイズを小さくすると、より多くの流れが、タンクヒータラインに導かれ、したがって、圧力上昇率が高くなる。または、より大きなオリフィスを使用すると、より多くの流れをエンジンに導くことができるため、タンクヒータラインへの流量が減少し、次に圧力上昇率が低下する。本明細書ではオリフィスを使用して圧力上昇率を制御するが、当業者は、ニードル弁、レギュレータ、逆止弁、または当該技術分野で知られている他の任意の流量制限デバイスによっても流量を操作できることを知っており、本発明は、これらのすべてを包含する。本発明が包含する別の代替として、アウトレットティ１０の下流の配管またはラインは、オリフィス、ニードル弁、レギュレータ、逆止弁、またはその他の専用コンポーネントが必要とされないように、流量制限デバイスとして機能する圧力上昇システムを生成する直径、曲げ、および／または長さを含み得る。

【0017】

[0018]タンクヒータライン７内のガスは、通常、タンク内部から出ると冷たくなり、したがって、冷却されたガスは、エンジン供給のために再び温めるために、ライン１４を介して、熱交換器５の第２のパス再加熱ライン５ｂに戻される。再加熱ライン５ｂを出た後、ガスは、戻りティ１１において燃料供給ガスと再び混合し、自動弁８を通過してエンジン１３へ進む。

【0018】

[0019]液体ピックアップライン１は、Ｃｈａｒｔ社の米国特許第９，８２９，１５６号に開示されているように、エコノマイザ回路を備えていてもよい。そのように装備されている場合、タンク内の圧力が弁設定値に達すると、図１および図２のシステムは、エコノマイザ回路の「エコノマイザ」または「自動冷凍」弁が開くことにより、タンク１５の過加圧が防止される。エコノマイザ回路弁が開いている場合、熱を帯びた蒸気は、エコノマイザ回路および液体ピックアップライン１を介してタンクから除去され、システムからエンジンに供給され、タンク内圧力を一定に保つ。本システムは、Ｃｈａｒｔ社の米国特許第９，８２９，１５６号と同じ圧力解放、充填、レベル制御、ベント、および低温燃料検出デバイスを有していてもよい。

【0019】

[0020]本明細書では、冷却材で温められた熱交換器について説明するが、周囲気化器、電気ヒータ、または他の適切な熱交換器を使用することができる。さらに、システムはＬＮＧを使用して説明されているが、本発明は、上記の低圧問題を解決するために、製品出荷中に圧力を上昇させる必要がある他の任意の極低温システムにも使用できる。

【0020】

[0021]極低温流体供給システムは、かなりのスペース制限がある環境において、しばしば設置されねばならない。たとえば、液体天然ガス（ＬＮＧ）をＬＮＧ駆動車両のエンジンに提供するシステムのコンポーネントは、ＬＮＧ貯蔵タンクとともに車両のシャーシに設置される必要がある。その結果、図２に示すように、システムのコンポーネントのすべてを、１つのアセンブリに統合することが望まれる。コンポーネントのアセンブリは、Ｃｈａｒｔ社の米国特許第９，８２９，１５６号に教示されているように、ＬＮＧを含むタンクの端壁またはヘッドに取り付けることができるシュラウド１６内に配置することができる。

【0021】

[0022]本開示の好ましい実施形態が示され、説明されたが、範囲が以下の特許請求の範囲によって定義されている本開示の精神から逸脱することなく、変更および修正がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。

【図1】

【図2】