特許 7549030 高圧ガス供給システム及び方法

(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】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】高圧ガス供給システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 7/00 20060101AFI20240903BHJP

【ＦＩ】

F17C7/00 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022552825

(86)(22)【出願日】2021-03-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-19

(86)【国際出願番号】 US2021020819

(87)【国際公開番号】W WO2021178633

(87)【国際公開日】2021-09-10

【審査請求日】2024-02-29

(31)【優先権主張番号】16/808,644

(32)【優先日】2020-03-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522348790

【氏名又は名称】ライト ブラザーズ グローバル ガス、エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＷＲＩＧＨＴ ＢＲＯＴＨＥＲＳ ＧＬＯＢＡＬ ＧＡＳ， ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100094640

【弁理士】

【氏名又は名称】紺野 昭男

(74)【代理人】

【識別番号】100103447

【弁理士】

【氏名又は名称】井波 実

(74)【代理人】

【識別番号】100111730

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 武泰

(74)【代理人】

【識別番号】100180873

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 慶政

(72)【発明者】

【氏名】ピンソン、マイケル、エフ．

(72)【発明者】

【氏名】ライト、チャールズ、カミングス

【審査官】佐藤 正宗

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５９７５５７４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０５７０４３８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２８３３５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０９１５５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１４５９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１１７５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ １／００－１３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガス供給先に提供するシステムであって、
（ｉ） ａ． 各一次シリンダが出口遮断弁を含む、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の一次シリンダ、
ｂ． ガス入口及び調節ガス出口を有する一次ＨＰレギュレータであって、１つ又はそれ以上の一次シリンダから放出される一次ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１の一次低圧（ＬＰ）供給ガスに調節するように構成される一次ＨＰレギュレータ、及び
ｃ． １つ又はそれ以上の一次シリンダの各々の遮断弁の出口と一次ＨＰレギュレータのガス入口との間で流体連通して接続される一次ＨＰマニホールド
を有する一次ＨＰガスユニット；
（ｉｉ） ａ．各予備シリンダが出口遮断弁を含む、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の予備シリンダ、
ｂ． ガス入口及び調節ガス出口を有する予備ＨＰレギュレータであって、１つ又はそれ以上の予備シリンダから放出される予備ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２の予備ＬＰ供給ガスに調節するように構成される予備ＨＰレギュレータ、及び
ｃ． １つ又はそれ以上の予備シリンダの各々の遮断弁の出口と予備ＨＰレギュレータのガス入口との間で流体連通して接続される予備ＨＰマニホールド
を有する予備ＨＰガスユニット；
（ｉｉｉ） 一次ＨＰレギュレータの調節ガス出口及び予備ＨＰレギュレータの調節ガス出口に流体連通して接続される供給マニホールド；
（ｉｖ） 供給マニホールドと流体連通するガス入口、使用ガス消費システムと流体連通する調節ガス出口、及び一次ＬＰ供給ガス又は予備ＬＰガスを一次調節圧Ｐ_１及び予備調節圧Ｐ_２よりも低い使用圧Ｐ_３まで調節するように構成されるＬＰ供給レギュレータを有するＬＰ供給レギュレータ；及び
（ｖ） 一次ＨＰマニホールドと流体連通する入口、及び予備ＨＰマニホールドと流体連通する出口を有する一方向流れ弁；
を有する上記システム。

【請求項2】

前記一方向流れ弁が逆止弁である請求項１に記載のＨＰガス供給システム。

【請求項3】

（ｉ） 各一次シリンダが出口遮断弁を含む、一次ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の一次シリンダ、
（ｉｉ） １つ又はそれ以上の一次シリンダの各々の出口遮断弁、及び別個の低圧ガスサブシステムと流体連通して接続される一次ＨＰマニホールド、
（ｉｉｉ） 各予備シリンダが出口遮断弁を含む、予備ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の予備シリンダ、
（ｉｖ） １つ又はそれ以上の予備シリンダの各々の出口遮断弁、及び前記別個の低圧ガスサブシステムと流体連通して接続される予備ＨＰマニホールド、及び
（ｖ） 一次ＨＰマニホールドと流体連通する入口、及び予備ＨＰマニホールドと流体連通する出口を有する一方向流れ弁、
を有するＨＰガス供給システム。

【請求項4】

前記一方向流れ弁が逆止弁である請求項３に記載のＨＰガス供給システム。

【請求項5】

低圧ガスサブシステムが
（ｉ） 一次ＨＰマニホールドと流体連通するガス入口、及び調節ガス出口を有する一次ＨＰレギュレータであって、１つ又はそれ以上の一次シリンダから放出される一次出口ガスを調節圧Ｐ₁に調節するように構成される一次ＨＰレギュレータ、
（ｉｉ） 予備ＨＰマニホールドと流体連通するガス入口、及び調節ガス出口を有する予備ＨＰレギュレータであって、１つ又はそれ以上の予備シリンダから放出される予備出口ガスを調節圧Ｐ₁より低い調節圧Ｐ_２に調節するように構成される予備ＨＰレギュレータ、
（ｉｉｉ） 一次ＨＰレギュレータの調節ガス出口、及び予備ＨＰレギュレータの調節ガス出口に流体連通して接続される供給マニホールド、及び
（ｉｖ） 供給マニホールドと流体連通するガス入口、及び別の使用ガス消費システムと流体連通する調節ガス出口を有するＬＰ使用レギュレータであって、一次出口ガス又は予備出口ガスを一次調節圧Ｐ₁及び予備調節圧Ｐ_２より低い使用圧Ｐ_３に調節するように構成されるＬＰ使用レギュレータ、
を有する請求項３又は４に記載のＨＰガス供給システム。

【請求項6】

（ｉ） 一次ＨＰマニホールドに接続されるガス入口、及び調節ガス出口を有する一次ＨＰレギュレータ、
（ｉｉ） 予備ＨＰマニホールドに接続されるガス入口、及び調節ガス出口を有する予備ＨＰレギュレータ、及び
（ｉｉｉ） 一次ＨＰレギュレータの調節ガス出口、予備ＨＰレギュレータの調節ガス出口、及び別個の低圧ガスサブシステムに流体連通して接続される供給マニホールド、
をさらに含む請求項３～５のいずれか一項に記載のＨＰガス供給システム。

【請求項7】

前記一次ＨＰレギュレータは、前記１つ又はそれ以上の一次シリンダから放出される前記一次ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１の一次低圧（ＬＰ）供給ガスに調節するように構成され、予備ＨＰレギュレータは、前記１つ又はそれ以上の予備シリンダから放出される前記予備ＨＰガスを、一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２の予備ＬＰ供給ガスに調節するように構成される請求項６に記載のＨＰガス供給システムシステム。

【請求項8】

一次ＨＰガス供給源及び予備ＨＰガス供給源を使用して高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガス供給先に提供する方法であって、
（１） 一次ＨＰガス供給源から一次ＨＰガス流を一次高圧Ｐ_Ｈで供給し、一次ＨＰガス流を一次調節圧Ｐ_１の供給ガス流に圧力調節する工程、
（２） 予備ＨＰガス供給源から予備ＨＰガス流を予備高圧Ｐ_Ｒで供給し、予備ＨＰガス流を一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２の供給ガス流に圧力調節する工程、
（３） 供給ガス流をＰ_１及びＰ_２より低い調節使用圧Ｐ_３の低圧（ＬＰ）使用流にさらに調節する工程であって、一次高圧Ｐ_Ｈが予備調節圧Ｐ_２になるとき、一次ＨＰガス供給源は枯渇し、予備ＨＰガス流のみが調節使用圧Ｐ_３のＬＰ使用流に調節される供給ガス流に供給される、上記工程；
（４） 一次ＨＰガス供給源から予備ＨＰガス供給源へのガスの流れのみを可能にする一方向流れ手段を提供する工程；
（５） 枯渇した一次ＨＰガス供給源を置換一次ガス供給源で置換し、且つ置換一次高圧の一次ＨＰガス流を再供給する工程；及び
（６） 置換一次ＨＰガス供給源内のガス及び予備ＨＰ供給源内のガスのガス圧が平衡化するまで、ある量の一次ＨＰガス流を置換一次ＨＰガス供給源から一方向流れ手段を通して予備ＨＰガス供給源に通過させる工程；
を有する上記方法。

【請求項9】

前記一方向流れ手段が逆止弁である、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記一次ＨＰガス供給源が高圧ガスシリンダであり、前記予備ＨＰガス供給源が高圧ガスシリンダである請求項８又は９に記載の方法。

【請求項11】

予備高圧（ＨＰ）ガス供給源内のガスのガス貯蔵圧力を上げるための方法であって、
（ａ） （ｉ）出口遮断弁を備え、一次高圧Ｐ_Ｈのガスを含む一次ＨＰガス供給源、（ｉｉ）一次ＨＰレギュレータと流体連通して接続される一次ＨＰマニホールド、（ｉｉｉ）出口遮断弁を備え、予備高圧Ｐ_Ｒのガスを含む予備ＨＰガス供給源、及び（ｉｖ）予備ＨＰガス供給源の出口遮断弁の出口と予備ＨＰレギュレータとの間で流体連通して接続される予備ＨＰマニホールドを提供する工程であって、一次高圧Ｐ_Ｈが予備高圧Ｐ_Ｒよりも高い工程；
（ｂ） 一次ＨＰマニホールドと流体連通する入口、及び予備ＨＰマニホールドと流体連通する出口を有する一方向流れ弁を提供する工程；
（ｃ） 予備ＨＰガス供給源の出口遮断弁を開いて予備ＨＰガス供給源を予備ＨＰマニホールドと流体連通させるように配置する工程；
（ｄ） 一次ＨＰガス供給源の出口遮断弁の出口を一次ＨＰマニホールドと流体連通するように接続する工程；
（ｅ） 一次ＨＰガス供給源の出口遮断弁を開いて、一次ＨＰガス供給源を一次ＨＰマニホールドと流体連通させるように配置する工程；及び
（ｆ） 一次ＨＰガス供給源内のガス及び予備ＨＰガス供給源内のガスのガス圧が平衡化するまで、ある量のガスを一次ＨＰガス供給源から一方向流れ弁を介して予備ＨＰガス供給源に通過させる工程；
を有し、これにより、予備ＨＰガス供給源内のガスの予備高圧Ｐ_Ｒを上昇させる、上記方法。

【請求項12】

一方向流れ弁が逆止弁である請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記一次ＨＰガス供給源が高圧ガスシリンダであり、前記予備ＨＰガス供給源が高圧ガスシリンダである請求項１１又は１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の背景】

【0001】

従来のガス供給システムは、医療や工業用計器などの使用ガス消費システムを供給するために高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガスに供給し且つ調節する。このような典型的なガスには、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴン、水素、ヘリウム、アセチレンを含む元素ガス及び化合物ガスの双方が含まれる。ＨＰガス供給システムは、１つ又はそれ以上の一次ＨＰガス供給シリンダを介して、通常は、１，０００ポンド毎１平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）まで及びそれを越える高圧ガス圧でＨＰガス供給を提供し、通常、高圧ガスをＬＰ供給ガス流に調節する一次レギュレータを含む一連のガス圧レギュレータを介して、はるかに低圧で使用ガスを供給する。一例では、第１のレギュレータは、高圧ガスを約１２５ｐｓｉｇの一次調節圧でＬＰ供給ガスとして供給マニホールドまで調節し、第２の低圧（ＬＰ）供給レギュレータは、ＬＰ供給ガスを約１００ｐｓｉｇの使用調節圧の使用ガス流まで調節する。このようなシステムでは、一次シリンダ内の圧力、したがってＨＰガスの供給が使い果たされるか、枯渇すると、使用ガス消費システムへの使用ガスの流れの供給も終了する。

【0002】

一次ＨＰガス供給が枯渇したことをある程度保護又は警告するために、予備ＨＰガスシステムが一次ＨＰガスシステムと並列に設置された。これも、高圧ガスを一次調節圧Ｐ_１よりも低いように構成される予備調節圧Ｐ_２、典型的には約５ｐｓｉｇのＬＰガス供給流に典型的には調節する別の予備レギュレータを介して供給マニホールドに供給した。この構成では、一次シリンダ１０の供給圧が予備調節圧Ｐ_２まで低下した後、高圧ガス供給は予備シリンダに引き継がれる（置換される）。ＨＰガス供給は、枯渇した一次シリンダが一次ＨＰガスシステムから取り外されるまで、予備シリンダから引き出され続ける。一旦、置換一次シリンダが接続され、ＨＰガスが一次ＨＰガスシステムに流れ込むと、低圧（ＬＰ）供給レギュレータへのＬＰガスの流れは、一次調節圧１２５ｐｓｉｇで一次ＨＰガスユニットからのみ復元される。しかしながら、予備シリンダ及び予備ＨＰガスユニットは、交換も補充もされないか、少なくとも滅多に交換されない。やがて、一次ＨＰガスユニットの一連の使用と枯渇により、予備ＨＰガスユニットと予備シリンダ内の予備ガスのガス圧、ひいてはその供給が低下し、一次シリンダが空になった直後に予備システムでさえも枯渇するかもしれないという状況となるリスクがある。

【0003】

予備ＨＰガスユニットがＨＰガス供給システムの安定した作動を維持するために提供する保護にもかかわらず、本システムは、予備ＨＰガスユニット（予備シリンジ）内のガス圧及びガス供給が誤って、予期せず、又は意図せずに枯渇するかもしれないというリスクを元来予防するというリスクが残り、使用ガス消費システムへの継続的かつ必要なＬＰガスの供給を危険にさらす。

【発明の概要】

【0004】

本発明は、高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガス供給先（destination）に提供するガス供給システムであって、調節低圧ガスを供給マニホールドに提供する一次ＨＰガスユニット及び予備ＨＰガスユニット、ＬＰ調節ガス供給を使用ガス消費システムに提供するＬＰ供給先レギュレータを有するガス供給システムシステムを提供する。一次ＨＰガスユニットから予備ＨＰガスユニットに流体連通する一方向流れ弁により、一次ＨＰガスユニットの枯渇及び置換を何度も繰り返した後でさえも、ＨＰ供給が予備ＨＰガスユニットによって提供される間、予備ＨＰガスユニットが実質的に満杯のままであることを保証する。

【0005】

本発明は、一次ＨＰガスユニット、予備ＨＰガスユニット、供給マニホールド、ＬＰ供給先レギュレータ、及び一次ＨＰガスユニットから予備ＨＰガスユニットへと流体連通する一方向流れ弁を有する、高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガス供給先に提供するシステムフローバルブを提供する。

【0006】

一次ＨＰガスユニットは、各一次シリンダが出口遮断弁を含む、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の一次シリンダ、ガス入口及び調節ガス出口を有する一次ＨＰレギュレータであって１つ又はそれ以上の一次シリンダから放出される一次ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１の一次低圧（ＬＰ）供給ガスに調節するように構成される一次ＨＰレギュレータ、及び１つ又はそれ以上の一次シリンダの各々の遮断弁の出口と一次ＨＰレギュレータとの間で流体連通して接続される一次ＨＰマニホールドを有する。

【0007】

予備ＨＰガスユニットは、各予備シリンダが出口遮断弁を含む、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の予備シリンダ、ガス入口及び調節ガス出口を有する予備ＨＰレギュレータであって１つ又はそれ以上の予備シリンダから放出される予備ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２の予備ＬＰ供給ガスに調節するように構成される予備ＨＰレギュレータ、及び１つ又はそれ以上の予備シリンダの各々の遮断弁の出口と予備ＨＰレギュレータのガス入口との間で流体連通して接続される予備ＨＰマニホールドを有する。

【0008】

供給マニホールドは、一次ＨＰレギュレータの調節ガス出口、及び予備ＨＰレギュレータの調節ガス出口に流体連通して接続する。

【0009】

ＬＰ供給先レギュレータは、供給マニホールドと流体連通するガス入口、及び使用ガス消費システムと流体連通する調節ガス出口を有し、ＬＰ供給レギュレータは、一次ＬＰ供給ガス又は予備ＬＰガスを一次調節圧Ｐ_１及び予備調節圧Ｐ_２よりも低い使用圧Ｐ_３まで調節するように構成される。

【0010】

一方向流れ弁は、一次ＨＰマニホールドと流体連通する入口、及び予備ＨＰマニホールドと流体連通する出口を有する。本発明の一態様において、一方向流れ弁は逆止弁である。

【0011】

本発明は、１つ又はそれ以上の一次シリンダ、一次ＨＰマニホールド、１つ又はそれ以上の予備シリンダ、予備ＨＰマニホールド、及び一方向流れ弁を備えるＨＰガス供給システムを提供する。１つ又はそれ以上の一次シリンダは、ＨＰガスを収容し、出口遮断弁を含む。一次ＨＰマニホールドは、１つ又はそれ以上の一次シリンダのそれぞれの出口遮断弁、及び別個の低圧ガス消費サブシステムに流体連通して接続する。１つ又はそれ以上の予備シリンダは、ＨＰガスを収容し、出口遮断弁を含む。予備ＨＰマニホールドは、１つ又はそれ以上の予備シリンダの各々の出口遮断弁、及び低圧ガス消費サブシステムに流体連通して接続する。一方向流れ弁は、一次ＨＰマニホールドと流体連通する入口、及び出口を有する、ある態様において、一方向流れ弁は逆止弁である。

【0012】

別個の低圧ガス消費サブシステムは、使用ガス流を調節して使用ガス消費システムに供給するため、一次圧レギュレータ、予備圧レギュレータ、供給マニホールド、及びＬＰ供給先レギュレータを有する。

【0013】

一次圧レギュレータは、一次ＨＰマニホールドと流体連通するガス入口、及び調節ガス出口を有し、１つ又はそれ以上の一次シリンダから放出される一次出口ガスを一次調節圧Ｐ_１に調節するように構成される。

【0014】

予備圧レギュレータは、予備ＨＰマニホールドと流体連通するガス入口、及び調節ガス出口を有し、１つ又はそれ以上の予備シリンダから放出される予備出口ガスを一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２に調節するように構成される。

【0015】

供給マニホールドは、一次ＨＰレギュレータの調節ガス出口、予備ＨＰレギュレータの調節ガス出口に流体連通して接続する。ＬＰ供給先レギュレータは、供給マニホールドと流体連通するガス入口、及び別個のＬＰガス供給先と流体連通する調節ガス出口を有し、一次出口ガス又は予備出口ガスを一次調節圧Ｐ_１及び予備調節圧Ｐ_２よりも低い使用圧Ｐ_３に調節するように構成される。

【0016】

本発明はまた、一次ＨＰガス供給源及び予備ＨＰガス供給源を使用して高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガス供給先に提供する方法であって、一次ＨＰガスを一次高圧Ｐ_Ｈで供給する工程；一次ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１の供給ガス流に圧力調節する工程；予備ＨＰガスを予備高圧Ｐ_Ｒで供給する工程；予備ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２の供給ガス流に圧力調節する工程；供給ガス流をＰ_１及びＰ_２より低い調節使用圧Ｐ_３の低圧（ＬＰ）使用流にさらに圧力調節する工程；一次ＨＰガスから予備ＨＰガスへのガスの流れのみを可能にする一方向流れ手段を提供する工程；及び一次高圧Ｐ_Ｈが予備ＨＰ圧Ｐ_Ｒより高いとき、ある量の一次ＨＰガスを一方向流れ手段を通して予備ＨＰガスに通過させる工程；を有する上記方法を提供する。

【0017】

本発明はさらに、一次ＨＰガス供給源及び予備ＨＰガス供給源を使用して高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガス供給先に提供する方法を提供する。該方法は、一次ＨＰガス供給源から一次高圧Ｐ_Ｈの一次ＨＰガス流を供給し、一次ＨＰガス流を一次調節圧Ｐ_１の供給ガス流に圧力調節する工程；予備ＨＰガス供給源から予備ＨＰ圧Ｐ_Ｒの予備ＨＰガス流を供給し、予備ＨＰガス流を一次調節圧Ｐ_１より低い予備調節圧Ｐ_２の供給ガス流に圧力調節する工程；供給ガス流をＰ_１及びＰ_２より低い調節使用圧Ｐ_３の低圧（ＬＰ）使用流にさらに圧力調節し、一次高圧Ｐ_Ｈが一次調節圧Ｐ_１になるとき、一次ＨＰガス供給源は実質的に枯渇し、一次ＨＰガス流及び予備ＨＰガス流の双方が調節使用圧Ｐ_３のＬＰ使用流に調節される供給ガス流に供給され、一次高圧Ｐ_Ｈが予備調節圧Ｐ_２になるとき、一次ＨＰガス供給源は枯渇し、予備ＨＰガス流のみが調節使用圧Ｐ_３のＬＰ使用流に調節される供給ガス流に供給される工程；一次ＨＰガス供給源から予備ＨＰガス供給源へのガスの流れのみを可能にする一方向流れ手段を提供する工程；実質的に枯渇するか又は枯渇したＨＰガス供給源を置換一次ガス供給源で置換し、且つ置換一次高圧Ｐ_Ｈの一次ＨＰガス流を再供給する工程；及び置換一次ＨＰガス供給源内のガス及び予備ＨＰガス供給源内のガスのガス圧が平衡化するまで、ある量の一次ＨＰガス流を置換一次ＨＰガス供給源から一方向流れ手段を介して予備ＨＰガス供給源に通過させる工程；を有する。本発明の一態様において、一方向流れ弁は逆止弁である。

【0018】

本発明は、多種多様なガス、又は圧縮空気を含む任意のガス又はガスの混合物のための高圧ガス供給システムにおいて有用である。ガスとして、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴン、水素、ヘリウム、及びアセチレンを含む元素ガス又は化合物ガスのいずれかである。

【0019】

一方向又は一方通行流れ弁の典型的な例には、ボール、スプリング、スイング、ポペット、及びピストン逆止弁が含まれる。構成材料は典型的には、ステンレス鋼、例えば、３１６ステンレス鋼、真鍮、青銅、及び他の金属又は合金であり、エラストマー材料及び複合材料を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、高圧（ＨＰ）ガスを低圧（ＬＰ）ガスに調節し、低圧ガス消費システムに供給する従来のガス供給システムを示す。ＨＰガス供給は、一次ＨＰガスユニット及び予備ＨＰガスユニットを有する。

【図2】図２は、本発明のガス供給システムを示す。ガス供給システムは、一次ＨＰガスユニットから予備ＨＰガスユニットへの流体連通を提供する一方向流れ弁をさらに含む。

【図3】図３は、一次ＨＰガスユニットからのＨＰガスの供給及び枯渇の数回のサイクル、及び枯渇した一次ＨＰガスユニットが置換される短期間及びそれが置換されるまで予備ＨＰガスユニットからのＨＰガスの供給を示す従来のガス供給スシテムの動作を示す。

【図4】図４は、図３に示すような従来のガス供給システムの同様の動作を示し、枯渇した一次ＨＰガスユニットが置換されるまでの期間は、ＨＰガスの供給及び枯渇の典型的なサイクルで起こり得るように期間が変化し、最後のサイクルの終わりまでに、予備ＨＰガスユニットがほぼ枯渇していることを示す。

【図5】図５は、本発明のガス供給システムの動作を示し、図３に示すのと同じ枯渇及び同じ期間の置換期間の下で、予備ＨＰガスユニットが同じサイクルの最後の終わりまで実質的に満杯のままであることを示す。

【発明の詳細な説明】

【0021】

図１は、高圧（ＨＰ）ガスを別個の使用ガス消費システム４０に供給し調節する従来のガス供給システム１を示す。ＨＰガス供給は、ＨＰガス流を低圧（ＬＰ）ガス流として調節しＬＰガス流へ供給する一次ＨＰガスユニット３及び予備ＨＰガスユニット４を含み、ＬＰガス流はその後、ＬＰガスシステム６によって調節され、別個の使用ガス消費システム４０による消費のための使用圧のＬＰガスを供給する。下記により詳細に示すように、ガス供給システムは、１つ又はそれ以上の一次ＨＰガス供給シリンダ１０を介して、典型的には１，０００ポンド毎１平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）まで及びそれを越える高圧ガス圧の高圧（ＨＰ）ガス供給を供給するように構成され、高圧ガスを典型的には約１２５ｐｓｉｇの一次調節圧Ｐ_１のＬＰ供給ガス流として供給マニホールド１８へ調節する一次ＨＰレギュレータ１６を含む一連のガス圧レギュレータ、及びＬＰ供給ガスを約１００ｐｓｉｇの使用調節圧Ｐ_３の使用ガス流に典型的には調節する第２の低圧（ＬＰ）供給レギュレータ３２を介して、使用ガス消費システム４０のための使用ガスを供給する。過去のこのようなシステムでは、一次シリンダ１０内の圧力、ひいてはＨＰガスの供給が使い果たされるか又は枯渇すると、使用ガスの流れの使用ガス消費システム４０への供給も終了した。

【0022】

一次ＨＰガス供給が枯渇したことをある程度保護又は警告するために、予備ＨＰガスシステムが一次ＨＰガスシステムと並列に設置された。これも、一次調節圧Ｐ_１よりも低いように構成される予備調節圧Ｐ_２、典型的には約５ｐｓｉｇのＬＰガス供給流に高圧ガスを典型的には調節する別の予備レギュレータ２６を介して供給マニホールド１８にＬＰガス流を供給した。この構成では、一次シリンダ１０の供給圧が予備調節圧Ｐ_２まで低下した後、高圧ガス供給は予備シリンダ２０に引き継がれる（置換される）。ＨＰガス供給は、消耗した一次シリンダ１０が一次ＨＰガスシステム３から取り外されるまで、予備シリンダ２０から引き出され続ける。一旦、置換一次シリンダ１０が接続され、ＨＰガスが一次ＨＰガスシステム３に流れ込むと、低圧（ＬＰ）供給レギュレータ３２へのＬＰガスの流れは、一次調節圧１２５ｐｓｉｇで一次ＨＰガスユニット３からのみ復元される。しかしながら、予備シリンダ２０及び予備ＨＰガスユニット４は、交換も補充もされない。やがて、一次ＨＰガスユニット３の一連の使用と枯渇により、予備ＨＰガスユニット４と予備シリンダ２０内の予備ガスのガス圧、ひいてはその供給が低下し、一次シリンダ１０が空になった直後に予備システムでさえも枯渇するかもしれないという状況となるリスクとなる可能性がある。

【0023】

図２は、高圧（ＨＰ）ガスを別個の使用ガス消費システム４０に供給し且つ調節する従来のガス供給システムに改良を提供する本発明のガス供給システム２を示す。改良は、一次ＨＰガスユニット３と予備ＨＰガスユニット４との間の一方向ガス流れ手段によって提供され、一方向ガス流れ手段は、一次ＨＰマニホールド１４と流体連通する入口ライン５２、及び予備ＨＰマニホールド２４と流体連通する出口ライン５４を有する一方向流れ弁５０を含む。本明細書で説明するように、一方向ガス流れ手段は、一次シリンダが置換されるごと、置換一次シリンダ１０から予備シリンダ２０への新鮮なＨＰガスの一部の流れを提供する。ＨＰガスの流れは、完全又は新鮮なガス圧Ｐ_Ｐの置換一次シリンダ１０から、ほとんどの場合Ｐ_Ｐより低いガス圧Ｐ_Ｒの予備シリンダ２０までの一方向のみである。

【0024】

一次ＨＰガスユニット３は、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の一次シリンダ（タンクとしても知られる）１０、１０ｂ、１つ又はそれ以上の一次シリンダ１０の各々に流体連通して接続される一次ＨＰマニホールド１４、及び一次ＨＰマニホールド１４と流体（ガス）連通するガス入口、及びガス出口を有する一次ＨＰレギュレータ１６を含み、１つ又はそれ以上の一次シリンダ１０の各々から放出される一次出口ガスを一次調節圧Ｐ_１に調節する。

【0025】

予備ＨＰガスユニット４は、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の予備シリンダ２０、２０ｂ、１つ又はそれ以上の予備シリンダ２０の各々に流体連通して接続される予備ＨＰマニホールド２４、及び予備ＨＰマニホールド２４と流体（ガス）連通するガス入口、及びガス出口を有する予備ＨＰレギュレータ２６を含み、１つ又はそれ以上の予備シリンダ２０から放出される予備出口ガスを予備調節圧Ｐ_２に調節する。

【0026】

一次シリンダ１０又は予備シリンダ２０のいずれかに収容されるガスは、満杯のときに典型的には少なくとも１０００ポンド毎１平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）、１５００～３５００ｐｓｉｇの範囲内の高圧（Ｐ_Ｈで示される）で典型的には供給される。

【0027】

典型的な使用ガス消費システム４０は、Ｐ_３で示される使用圧、典型的には約１００ｐｓｉｇ以下の圧力で低圧使用ガス流を供給することができ、ＬＰガスは、使用ガス消費システム４０内の圧力レギュレータによって別個に調節される。本発明の一態様において、一次調節圧Ｐ_１は使用圧Ｐ_３よりも高く、典型的には約１０ｐｓｉｇ～約５０ｐｓｉｇであり、ある態様において、約２５ｐｓｉｇであり、予備調節圧Ｐ_２は一次調節圧Ｐ_１よりも低く、典型的には約２ｐｓｉｇ～約２０ｐｓｉｇであり、ある態様においては約５ｐｓｉｇであり、典型的には約１０ｐｓｉｇ～約４５ｐｓｉｇであり、ある態様においては約２０ｐｓｉｇであり、使用圧Ｐ_３よりも高い。

【0028】

図１はまた、ＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の一次シリンダ１０、１０ｂ、及びＨＰガスを含む１つ又はそれ以上の予備シリンダ２０、２０ｂを含むＨＰガス供給システム５として、本発明の特徴を示し、特徴付ける。

【0029】

一次シリンダ１０及び予備シリンダ２０は双方共に、典型的にはシリンダのガス出口と一体の出口遮断弁１１、２１をそれぞれ有する。

【0030】

ＨＰガス供給システムはまた、１つ又はそれ以上の一次シリンダ１０の各々の出口遮断弁１１、及び低圧（ＬＰ）ガスサブシステム６と流体連通して接続される一次ＨＰマニホールド１４を含む。一次ＨＰマニホールド１４は典型的には、高圧ガスに適した長さの高圧ガス配管又はパイプ、及びコネクタ、ユニオン、及び一次シリンダ１０の出口と流体連通する一次ＨＰマニホールド１４を他の弁、他のレギュレータ、及び一次ガス圧（Ｐ_Ｐ）センサ１５を含む他の器具と接続する他の接続具（fitting）を有する。高圧ガス配管及び接続具は典型的には、ステンレス鋼、例えば３１６ステンレンス鋼からなるが、他の金属、合金、及び弾性材料及び弾性複合材料を用いてもよい。一次ＨＰマニホールド１４はまた、一次シリンダ１０の出口にねじ込み式又はスナップ式に接続する接続具又はコネクタを有する可撓性高圧ホース１２（一般にピグテールとして知られている）を含むことができる。一次センサ１５によって提供される一次ＨＰガスの一次ガス圧を検出し表示する機能は、一次シリンダ１０の出口と一体化することができることに留意する。

【0031】

ＨＰガス供給システムは、１つ又はそれ以上のシリンダ２０の各々の出口遮断弁２１、及びＬＰガスサブシステム６と流体連通して接続される予備マニホールド２４をさらに含む。同様に、予備ＨＰマニホールドは典型的には、高圧ガスに適した長さの高圧ガス配管又はパイプ、及びコネクタ、ユニオン、及び予備シリンダ２０の出口と流体連通する予備ＨＰマニホールド２４を他の弁、他のレギュレータ、及び予備ガス圧（Ｐ_Ｒ）センサ２５を含む他の器具と接続する他の接続具を有する。予備ＨＰマニホールド２４はまた、予備シリンダ２０の出口にねじ込み式又はスナップ式に接続する接続具又はコネクタを有する可撓性高圧ホース２２（又はピグテール）を含むことができる。予備センサ２５によって提供される予備ＨＰガスの予備ガス圧を検出し表示する機能は、予備シリンダ２０の出口と一体化することができることに留意する。

【0032】

ＬＰガスサブシステム６は、一次ＨＰレギュレータ１６及び予備ＨＰレギュレータ２６を含む。一次ＨＰレギュレータ１６は、一次ＨＰマニホールド１４と流体（ガス）連通するガス入口、及びガス出口を有し、１つ又はそれ以上の一次シリンダ１０から放出される一次ＨＰガスを一次調節圧Ｐ_１に調節する。予備ＨＰレギュレータ２６は、予備ＨＰマニホールド２４と流体（ガス）連通するガス入口、及びガス出口を有し、１つ又はそれ以上の予備シリンダ２０から放出される予備ＨＰガスを予備調節圧Ｐ_２に調節する。一次ＨＰレギュレータ１６及び予備ＨＰレギュレータ２６の出口は、供給マニホールド１８からＬＰ供給レギュレータ３２への入口３０を介して、供給マニホールド１８と流体連通する。ＬＰ供給レギュレータ３２は、入口で、一次調節ガス圧Ｐ_１又は予備調節圧Ｐ_２のいずれかのＬＰ供給ガス流で供給され、出口３４で、使用ガス消費システム４０への使用圧Ｐ_３の使用ガス流に調節する。

【0033】

実際には、一次ＨＰレギュレータ１６は、出口ガスを予備ＨＰレギュレータ２６の予備調節圧Ｐ_１よりも高い一次調節圧Ｐ_１に調節するように構成されるので、供給マニホールド１８及び入口３０を介するＬＰ供給レギュレータ３２へのＬＰガスの流れは、一次ＨＰガスユニット３及び一次シリンダ１０のみからであろう。一次圧レギュレータ１６からのガスの圧力Ｐ_１が予備ＨＰレギュレータ２６の調節設定ポイント圧Ｐ_２（そのポイントで、一次シリンダ１０及び一次ＨＰマニホールド１４内のガス圧は圧力Ｐ_１に落ちる）以下に低下した後にのみ、ＬＰガスの流れが開始し、予備ＨＰガスユニット４及び予備シリンダ２０からのみ開始するとともに、一次ＨＰガスユニット３及び一次シリンダ１０からの流れが止まる。

【0034】

図３～５は、システムの一連の使用時間における、高圧及び低圧供給システム内のガス圧のチャートを示す。垂直圧力線に沿って、図の上部は一般に、すべての置換一次シリンダの推定圧力である、任意の水平線Ｐ_Ｈに沿った初期又は満タンのガス圧を含む、高圧ガスの状態を示す。一番下に、低圧一次圧及び予備調節圧Ｐ_１及びＰ_２、及び使用圧Ｐ_３を含む、より低圧且つ調節圧がある。通常のシステムでは、通常、数週間、数か月、さらには数年の時間を表す使用時間は、左から右に進む。

【0035】

図３は、一次ＨＰガスユニットからのＨＰガスの供給と枯渇、及び枯渇した一次ＨＰガスユニットが置換され、置換されるまでの短期間の予備ＨＰガスユニットからのＨＰガスの供給の数回のサイクルを示す、従来のガス供給システムの動作を示す。

【0036】

図３の、並びに図４及び図５の時点Ａでは、一次ガス圧Ｐ_Ｐ及び予備ガス圧Ｐ_Ｒの双方は典型的には、約１０００ｐｓｉｇの初期「全圧」状態にある。上述したように、使用ガス消費システムは、使用圧Ｐ_３に調節された供給ガスを利用する。ＬＰガスサブシステム６（図１）は、一次ＨＰガスユニット３及び予備ＨＰガスユニット４の双方と流体連通し、一次ＨＰレギュレータ１６及び予備ＨＰレギュレータ２６の双方の出力によって供給される供給マニホールドからＬＰ供給ガス流を受け取る。時間ＡとＢの間、一次ガス供給システム３は、一次ＨＰレギュレータ１６からＬＰ供給ガス流として引き出されるすべての消費ガスを、供給マニホールド１８を介してＬＰ供給レギュレータ３２に供給する。やがて、時間Ｂにおいて、消費は、一次シリンダ１０内のガス供給を圧力Ｐ_１まで実質的に使い果たし、時間Ｃにおいて、一次シリンダ１０内のガス供給を圧力Ｐ_２まで完全に使い果たす。時点Ｃから、予備ガス供給システム４及び予備シリンダ２０は、予備ＨＰレギュレータ２６から供給マニホールド１８及びＬＰ供給レギュレータ３２へとＬＰ供給ガス流として引き出される、消費されたすべてのガスを一時的に供給する。一次シリンダ１０の枯渇が検出され、枯渇した一次シリンダ１０を満杯の置換一次シリンダ１０に置換する注文又は指示がなされ、置換一次シリンダ１０を送達し取り付ける技術者又は他の訓練を受けた人のための期間を典型的に必要とする時間Ｄで、枯渇した一次シリンダ１０が置換されるまで消費は一時的である。取付けには、枯渇した一次シリンダを一次ＨＰマニホールド１４から、典型的にはシリンダ出口からピグテール１２の端を脱着することにより、脱着し、設備での安定した位置から除去し、置換一次シリンダを配置し、固定し、ピグテール１２、及び遮断弁１１の開口部の再装着により一次ＨＰマニホールド１４に接続することが必要である。時間Ｃと時間Ｄとの間、ＨＰガスの供給、ひいては予備シリンダ２０内の圧力は、時間Ｃでの初期圧Ｐ_Ｒ１から時間Ｄでの圧力Ｐ_Ｒ２まで下がる。時間Ｃと時間Ｄの期間は、例示のためであり、予備シリンダ２０内のガス圧の時間Ｄでの圧力Ｐ_Ｒ２までの実質的な減少となるある期間、予備シリンダが用いられると仮定する。同様に、時間に伴う圧力欠損の割合は無数であり、説明のみを目的とする。

【0037】

同様の第２のサイクルが時間Ｄに開始し、時間Ｅ、Ｆ及びＧまで同様に進行する。一次シリンダ１０が枯渇し、ＨＰガスの供給が予備シリンダ２０からのものであり、次の置換一次シリンダ１０がオンラインである時間Ｆから時間Ｇまでの期間は、予備シリンダ２０内の圧力が最後の圧力Ｐ_Ｒ２から時間Ｇで圧力Ｐ_Ｒ３まで落ちる結果となる。追加の３つの使用サイクルが示され、予備シリンダ２０内のガス圧が圧力Ｐ_Ｒ４に低下したことが示される。図３に示す動作では、一次シリンダの５サイクルの枯渇化にもかかわらず、予備シリンダ２０内の供給圧は、著しく減少するが、より多くのサイクルのための予備を提供するのが可能なままである。

【0038】

図４は、図３に示す従来のガス供給システムの同様の動作を示すが、一次シリンダの枯渇とその置換及びシステムへの再接続との期間は、スケジューリング、他の優先順位又はスケジューリングにおける他の遅延など、さまざまな理由で遅延を経験する、より現実的な動作条件を示す。一次シリンダが枯渇している間のそのような動作の期間、予備シリンダ内のガス及び圧力の供給は著しく減らすことができる。図４は、予備シリンダ２０内の圧力が著しく低下する、特に例えば、時間Ｃと時間Ｄ’との期間、及び時間Ｉと時間Ｊ’との期間の多数の延長された期間、一次シリンダの置換で発生する可能性のある遅延の例示を示す。例示するように、一次シリンダが空になり、予備シリンダが外されている状態で操作が進行するこれらの延長された期間、動作は、予備シリンダ自体が空になる危険性がある。

【0039】

図５は、一次シリンダが使い果たされた後に予備シリンダが外されている図３に示される期間における、本発明のガス供給システムの動作を示す。しかしながら、本発明の結果として、予備シリンダ内のガス供給及び圧力は、同じサイクルの最後の最後まで、高く、実質的に満杯のままである。

【0040】

本発明では、技術者が枯渇した一次シリンダ１０を置換一次シリンダと交換するとき、一方向（一方通行）流れ弁は、高圧ガスの流れを交換一次シリンダ１０から、一次ＨＰマニホールド１４を通って、予備ＨＰマニホールド２４を介して予備シリンダ２０へとする。予備シリンダ２０は、置換一次シリンダの一次ガス圧よりも著しく低い予備ガス圧を有し、これにより、シリンダガスの流れが一次シリンダ１０から予備シリンダ２０となり、一次シリンダ１０及び予備シリンダ２０内の圧力が圧力Ｐ_ＲＥで平衡化するまで継続する。一次シリンダと予備シリンダの容積が実質的に同じであると仮定すると、平衡圧Ｐ_ＲＥは、予備ガス圧Ｐ_Ｐと置換一次シリンダ１０の初期又は満杯の一次ガス圧との約半分である。

【0041】

図５は、図３に示す従来のガス供給システムのより現実的な動作と同様の動作を示し、一次ＨＰマニホールドから予備ＨＰマニホールドまで流体連通する一方向流れ弁を用いる本発明の高圧ガス供給システムの動作を示す。枯渇した一次シリンダを置換一次シリンダに置換するための図４と同じ動作タイミングの下で、本発明を使用すると、図１及び図４に示す従来のガス供給システムと比較して、予備シリンダ内の供給圧及びガス圧が著しく増加する。

【0042】

図４は、予備シリンダ２０がＨＰガスを供給し、一次シリンダ１０が枯渇する間、特に例えば、時間Ｃと時間Ｄ’との間、及び時間Ｉと時間Ｊ’との間の数回の延長された期間にもかかわらず、予備シリンダ２０内の供給及びガス圧は上昇したままであり、従来のガス供給システムでの図４の場合のように枯渇することはない。本発明を用いる動作を説明するために、技術者が時間Ｄ’で枯渇した一次タンク１０を置換するとき、予備シリンダ２０は予備ガス圧Ｐ_Ｒを有する。一次ＨＰマニホールド１４に流体連通する置換一次タンクを取り付けて接続すると、一方向流れ弁５０は、予備シリンダ２０内の予備ＨＰ圧が、圧力Ｐ_Ｒと置換一次シリンダの初期圧Ｐ_Ｐとのおよそ中間であるＨＰ圧Ｐ_Ｒ２Ｅでの一次シリンダ１０内の一次ＨＰ圧に平衡化するまで、より高い一次ＨＰガス圧でＨＰガスを予備シリンダに送る。その効果は、新鮮な一次シリンダが取り付けられる毎に、予備ＨＰガス圧を上げることである。図示の動作では、枯渇した一次シリンダを新鮮な一次シリンダ１０と置換する際の延長遅延にもかかわらず、予備ガス圧Ｐ_ＲＥは上昇したままである。図からわかるように、枯渇しれた一次タンクが技術者によって置換一次タンクと迅速に交換されるサイクルでは、予備シリンダ２０内のＨＰガス圧と供給が実際に増加する。本発明を使用すると、技術者が枯渇した一次シリンダを置換するのに通常よりも多くの時間を要することがある場合でも、予備シリンダ内の予備ＨＰガス圧が高いままであることを保証し、予備シリンダを置換する必要がなく、且つ予備タンクの圧力及び供給が誤って、予期せず又は意図せずに枯渇するリスクを回避する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】