(57)【要約】 【課題】  好ましくは水素と共に使用される、ガスブースターのための方法およびシステムを提供すること。【解決手段】  リニアアクチュエータが、第１および第２の圧縮容器における圧縮を提供し得る。圧縮容器のライナーは、形成されるいかなる亀裂も広がらないように、圧縮応力中に置かれ得る。圧縮応力は、少なくとも、焼きばめプロセスまたはワイヤラッピングプロセスを用いて、加えられ得る。圧縮応力は、材料が圧縮容器中で圧縮されることによる圧力循環および腐食に起因する疲労および亀裂に内側ライナーが抵抗するのを助ける。これにより、チャンバジャケットも消耗から保護される。【選択図】  図１Ａ
2019090410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧縮するためのガスブースターにおいて、
圧縮容器であって、
供給ラインからガスの一部分を受け取るように構成された入口、および、
ジャケットにより囲まれたライナーであって、前記ジャケットおよび前記ライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、ライナー、
を含む、圧縮容器と、
第１の方向に動く場合は前記圧縮容器内で前記ガスの一部分を圧縮するように動作可能であり、かつ前記第１の方向とは反対の第２の方向に動く場合は前記圧縮容器に前記ガスの一部分を引き込むように動作可能である、リニアアクチュエータと、
を含む、ガスブースター。
【請求項２】
請求項１に記載のガスブースターにおいて、
第２の圧縮容器をさらに含み、
前記第２の圧縮容器は、
前記圧縮容器から前記ガスの一部分を受け取るように構成された第２の入口、および、
第２のジャケットにより囲まれた第２のライナーであって、前記第２のジャケットおよび前記第２のライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、第２のライナー、
を含み、
前記リニアアクチュエータは、前記第２の方向に動く場合は前記第２の圧縮容器内で前記ガスの一部分を圧縮し、前記第１の方向に動く場合は前記第２の圧縮容器に前記ガスの一部分を引き込むように動作可能である、ガスブースター。
【請求項３】
請求項１に記載のガスブースターにおいて、
前記ガスの一部分は、水素を含む、ガスブースター。
【請求項４】
請求項１に記載のガスブースターにおいて、
前記リニアアクチュエータは、水圧で駆動される、ガスブースター。
【請求項５】
請求項１に記載のガスブースターにおいて、
前記リニアアクチュエータは、空気圧で駆動される、ガスブースター。
【請求項６】
請求項２に記載のガスブースターにおいて、
前記圧縮容器は、前記第２の圧縮容器より大きい直径を有する、ガスブースター。
【請求項７】
請求項１に記載のガスブースターにおいて、
前記ジャケットは、合金鋼を含む、ガスブースター。
【請求項８】
請求項１に記載のガスブースターにおいて、
前記ライナーは、合金鋼を含む、ガスブースター。
【請求項９】
ガスブースターで使用されるバレルにおいて、
供給ラインからガスの一部分を受け取るように構成された入口と、
ジャケットにより囲まれたライナーであって、前記ジャケットおよび前記ライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、ライナーと、
前記圧縮容器から外にガスを導くように構成された出口と、
を含み、
前記バレルは、前記ガスの一部分を圧縮する目的でリニアアクチュエータをその中に受容するように構成されている、バレル。
【請求項１０】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記ガスの一部分は、水素を含む、バレル。
【請求項１１】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記リニアアクチュエータは、水圧で駆動される、バレル。
【請求項１２】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記リニアアクチュエータは、空気圧で駆動される、バレル。
【請求項１３】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記ライナーは、円筒形の形状を含む、バレル。
【請求項１４】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記ジャケットは、円筒形の形状を含む、バレル。
【請求項１５】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記ライナーは、合金鋼を含む、バレル。
【請求項１６】
請求項９に記載のバレルにおいて、
前記ガスの一部分が前記バレルに入ると前記入口を閉じるように構成された逆止弁をさらに含む、バレル。
【請求項１７】
ガスブースターを製造する方法において、
内径を含むチャンバジャケットを設けることと、
前記チャンバジャケットの前記内径と少なくとも同じ大きさの外径を含むチャンバライナーを設けることと、
前記内径が前記チャンバライナーの前記外径より大きくなるように前記チャンバジャケットを加熱することと、
前記チャンバライナーを前記チャンバジャケット内部に設置することと、
前記チャンバジャケットが前記チャンバライナーに係合してバレルを作り出すように、また圧縮応力が前記チャンバライナーに加えられるように、前記チャンバジャケットを冷却することと、
前記バレルをリニアアクチュエータに連結することと、
を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
第２のバレルを作り出すことと、
前記第２のバレルを前記リニアアクチュエータに連結することと、
をさらに含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記バレルおよび前記第２のバレルは、前記リニアアクチュエータの両端部に連結される、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法において、
前記バレルのガス出口を前記第２のバレルのガス入口に連結することをさらに含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔技術分野〕
本開示は、コンプレッサに関し、さらに具体的には動力ガスブースターに関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
ガスブースターは、産業プロセスまたはさまざまな製造用途のために加圧ガスを送達するのに一般的に使用される。いくつかのガスブースターは、ピストンまたはリニアアクチュエータと共に機能する。引き込みピストンが、バレル内に低圧空間を作り出すことができ、この空間の中にガスを引き込む。ロックドアが、ガスをバレルに閉じ込めることができる。次に、ピストンは、方向を変え、閉じ込められたガスを押し、ガスの圧力を増大し、ガスは、別の場所へと放出され得る。ガスブースター内の構成要素、特にバレルを永続的に加圧および減圧すると、疲労の問題が生じ得る。疲労は、繰り返し負荷をかけられることにより生じる材料の弱化である。
【０００３】
疲労に加え、水素を圧縮するのに使用される特定のガスブースターは、腐食の問題をさらに抱える場合がある。水素は、ガスブースターの構築に使用される特定の金属にとって特に有害になり得る。これは、水素脆化効果または水素アタックと呼ばれることもある。水素のために使用されるガスブースターは、水素の影響により高まり得る疲労効果を受ける。ガスブースターの内外での水素の循環により亀裂が生じる場合があり、これは、さらなる水素の流れおよび圧力循環により、大きくなる。
【０００４】
〔発明の概要〕
本開示における１つの可能な実施形態は、ガスを圧縮するためのガスブースターを含む。ガスブースターは、圧縮容器を含み得る。圧縮容器は、供給ラインからガスの一部分を受け取るように構成された入口と、ジャケットによって囲まれたライナーと、を含んでよく、ジャケットおよびライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている。ブースターは、リニアアクチュエータをさらに含み得、リニアアクチュエータは、第１の方向に動く場合は圧縮容器内でガスの一部分を圧縮するように動作可能であり、かつ第１の方向とは反対の第２の方向に動く場合は圧縮容器にガスの一部分を引き込むように動作可能である。
【０００５】
本開示における別の可能な実施形態は、ガスブースターで使用されるバレルを含み得る。バレルは、供給ラインからガスの一部分を受け取るように構成された入口と；ジャケットによって囲まれたライナーであって、ジャケットおよびライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、ライナーと；ガスを圧縮容器から外に導くように構成された出口と、を含み得る。バレルは、ガスの一部分を圧縮する目的でリニアアクチュエータを中に受容するように構成され得る。
【０００６】
本開示における別の可能な実施形態は、ガスブースターを製造する方法を含む。内径を含むチャンバジャケットが提供され得る。次に、チャンバジャケットの内径と少なくとも同じ大きさの外径を含むチャンバライナーが提供され得る。チャンバジャケットは、内径がチャンバライナーの外径より大きくなってチャンバライナーがチャンバジャケット内部に設置され得るように、加熱され得る。チャンバジャケットは次に、チャンバジャケットがチャンバライナーに係合してバレルを作り出し、圧縮応力がチャンバライナーに加えられるように、冷却され得る。次に、バレルがリニアアクチュエータに連結され得る。
【０００７】
前述した事柄は、以下に続く本発明の詳細な説明をよりよく理解することができるように、本発明の特徴および技術的利点をやや大まかに説明したものである。本発明の追加の特徴および利点は以下で説明し、これが、本発明の特許請求の範囲の主題を形成する。開示される概念および特定の実施形態が、本発明の同じ目的を遂行するために改変するかまたは他の構造を設計する基盤として容易に利用され得ることを、当業者には理解されたい。そのような等価な構造が特許請求の範囲に記載されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱しないことも、当業者には理解されたい。構成および動作方法の両方に関して、本発明に特徴的であると考えられる新規な特徴は、さらなる目的および利点と共に、添付図面に関連して検討した場合に、以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、図はそれぞれ例示および説明の目的でのみ提供されており、本発明の範囲の定義となることは意図していないことが、明らかに理解される。
【０００８】
本発明をより完全に理解するため、添付図面と共に理解される以下の説明を参照する。
【０００９】
〔発明の詳細な説明〕
コンプレッサシリンダまたは他の圧力容器では、圧力は、低い吸込圧力と高い排気圧力との間で循環し得る。この循環により応力が生じ、最終的には、チャンバジャケットまたはジャケットの内部のライナーに亀裂が生じる。高い圧力状況は、厚いチャンバ壁の使用を必要とする場合があり、これは、応力が循環するのを緩和するのにも役立つ。より低い圧力を使用するシナリオでは、厚い壁を必要としないかもしれないが、圧力循環は、依然として、応力および亀裂を引き起こす脅威となり得る。これらの場合、代替的な、より低コストの設計および構築方法が必要である。高圧容器において高サイクル性能を得るために適用されてきた１つの方法は、疲労亀裂拡大の可能性を排除することである。これは、圧力負荷がかけられたときに亀裂が閉じたままとなるような容器の構築である場合に、達成される。亀裂が開かなければ、大きくなることはできず、疲労寿命が長くなる。
【００１０】
水素を加圧するためにガスブースターを使用すると、水素の有害な影響によりさらなる問題が生じ得る。現在、水素供給施設（hydrogen service）で動作し疲労を受ける圧力容器は、欠陥耐性設計手順を用いて設計しなければならない。これは、まず、検討されている材料の破壊力学特性を、最高使用圧力において水素中で測定しなければならないことを意味している。この特性は、亀裂拡大特性であり、水素脆化に関する閾値応力強度因子である。これらの特性により、初期の亀裂サイズおよび幾何学的外形、ならびにこの欠陥が大きくなり損ねることを仮定して、疲労亀裂拡大寿命を予測することができる。特性測定は費用がかかり、実施できる研究所は数少ない。さらに、結果として得られる寿命は、想定される初期亀裂サイズにより、通常非常に短い。これらの要因により、この設計方法の適用が、より低いサイクルまたは静的負荷の適用に制限される。
【００１１】
前述した問題に対する本開示における解決策は、ブースターライナーを圧縮状態に置くための方法およびシステムを含む。このような圧縮状態を作り出すための可能な実施形態は、ジャケットをライナー周辺に置くための焼きばめプロセス、またライナー周辺のワイヤラッピングを含む。本開示における実施形態は、好ましくは４０，０００ｐｓｉより低い圧力での水素供給施設における高サイクル使用のための圧力容器の設計および構築方法を含み得る。本開示の好適な実施形態は、（他の使用シナリオも企図されるが）水素供給施設での適用に使用され得る。
【００１２】
本開示における特定の実施形態は、ジャケットをガスブースター内のライナーの周辺に置くために焼きばめシステムまたは方法を使用し得る。一般的に、より低い圧力の適用では、容器またはコンプレッサヘッドの半径比は薄いかまたは小さく、高圧容器では、半径比は大きいかまたは厚い。厚い壁により、より多くの構築方法で所望の応力状態を得て、亀裂が大きくなるのを防ぐことができる。しかし、水素に基づくシステムでは、水素に基づくシステムにおける低い圧力により、このような厚い壁は典型的には使用されず、薄い壁を使用する。例えば、厚い壁は自緊技術によって作ることができる。自緊中、容器は、容器の内側部分を塑性的に曲げる、圧縮性外側バレルなどによる高い圧力にさらされ得る。いったん圧力が解放されると、内側の圧縮性残留応力が存在する。薄い壁の場合、自緊の使用は、通常は実際的ではない。本開示の１つの目的は、ガスブースター、特に水素を運ぶガスブースターで使用されるのに強度が増大した薄壁容器を作る製造技術を提供することである。自緊の代わりに、またはそれに加えて、本開示における実施形態は、圧力容器の内側表面上での焼きばめライナーの使用を含み得る。本開示における特定の実施形態では、焼きばめによる構築は、内側ライナーを圧縮シリンダ内に十分圧縮させて置くのに使用され得、圧力が使用中に加えられると、存在するいかなる亀裂も、開くことを阻止されるので、大きくなることができない。
【００１３】
図１Ａを参照すると、（ガスブースターとも呼ばれる）コンプレッサの実施形態を見ることができる。図１Ａの実施形態は、単動式２段階ブースター（single acting two-stage booster）と呼ばれる。ブースター１００は、第１の圧縮ステージ（またはバレルまたは容器）１１０と、第１のアダプター板１２０と、リニアアクチュエータ部分１３０と、第２のアダプター板１４０と、第２の圧縮ステージまたは容器１５０と、を含む。リニアピストンまたはアクチュエータ１３５は、前後に線形に動いて、第１の容器１１０および第２の容器１５０にガスを引き込むこととこれらからガスを引き出すこととを交互に繰り返す。例えば、アクチュエータが右に動くと、ガスは第１の容器１１０に引き込まれ得る。逆止弁１１４が、入口１１２を閉じてガスを第１の容器１１０に閉じ込めることができる。アクチュエータ１３５はその後、左に動いてガスを第１の容器１１０内で圧縮する。圧縮中または圧縮後、出口１１６が開いて、第１の容器１１０から、入口１５２を介して（不図示の管を介して）第２の容器１５０の中へガスを流すことができる。左方向に動くアクチュエータ１３５は、ガスを第２の容器１５０に引き入れるのに役立ち得る。すでに一度圧縮されたガスは、入口１５２を介して第２の容器１５０に入り、逆止弁１５４は入口１５２を閉じる。アクチュエータ１３５が再び右方向に動くと、第２の容器１５０内のガスは圧縮されて、出口１５６を通って押し出され得、より多くのガスが供給ラインから第１の容器１１０に引き込まれる。第２の容器１５０から出たガスは、ガスブースター１００により二度圧縮されたことになる。好適な実施形態では、第２の容器１５０の直径は、第１の容器１１０の直径より小さい。説明した圧縮のプロセスは、連続して行われてよく、アクチュエータの各ストロークで、一方の容器内のガスが圧縮されて、もう一方の容器へとガスが引き込まれる。
【００１４】
図１Ｂを参照すると、（ガスブースターとも呼ばれる）コンプレッサの実施形態を見ることができる。図１Ｂの実施形態は、複動式１段階構成（double acting one-stage configuration）と呼ばれる。ブースター１００は、好ましくは、２つの同一の圧縮ステージ（またはバレルまたは容器）１１０、１５０と、２つの同一のアダプター板１２０、１４０と、リニアアクチュエータ部分１３０と、を含む。リニアピストンまたはアクチュエータ１３５は、前後に線形に動いて、両方のステージ１１０、１５０にガスを引き込むこととこれらからガスを引き出すこととを交互に繰り返す。例えば、アクチュエータが右に動くと、ガスはステージ１１０に引き込まれ得る。逆止弁１１４が、入口１１２を閉じてガスを左の容器１１０に閉じ込めることができる。アクチュエータ１３５はその後、左に動いてガスをステージ１１０内で圧縮する。圧縮中または圧縮後、出口１１６が開いて、ステージ１１０からガスを流すことができる。アクチュエータ１３５が左に動いてガスをステージ１１０内で圧縮しているとき、ガスはステージ１５０に引き込まれていて、このガスはその後、アクチュエータ１３５が再び右に動く際に圧縮される。図１Ｂと図１Ａとの違いは、図１Ｂで分かるように、出口１１６を通ってステージ１１０を出る圧縮ガスがプロセスガス出口を通ってブースターを出て、ステージ１５０または入口１５２には向けられないことである。単一のプロセスガス入口および単一のプロセスガス出口は、ステージ１１０、１５０の両方に役立ち得る。好適な実施形態では、ステージ１１０、１５０両方の直径は、同じサイズである。説明する圧縮のプロセスは、連続して行われてよく、アクチュエータの各ストロークで、一方の容器内のガスが圧縮されて、もう一方の容器へとガスが引き込まれる。
【００１５】
図２Ａ〜図３Ｂは、図１Ａ〜図１Ｂのようなガスブースター１００の実施形態を示す。図２Ａおよび図３Ａは、単動式２段階の実施形態を示す。図２Ｂおよび図３Ｂは、複動式１段階の構成を示す。図２Ａ〜図３Ｂは、第１の容器１１０と、リニアアクチュエータ部分１３０と、第２の容器１５０と、を示す。ガス入口の厳密な場所、逆止弁、リニアアクチュエータのサイズおよび場所、ならびに他の側面は異なっていてよい。水素を処理するガスブースターは、図３Ａおよび図３Ｂに示すチャンバ１１５、１５５内部で独自の腐食効果を受けやすくなり得る。本開示における特定の実施形態は、チャンバ１１５、１５５を腐食から保護する、チャンバ１１５、１５５内部に設置されたライナーを含む。このように、チャンバ１１５、１５５は、ステンレス鋼など、通常利用可能な材料から構築され得る。
【００１６】
本明細書で説明する概念に従ってライナーとチャンバとを組み合わせる好適な方法は、焼きばめプロセスを含み、このプロセスでは、チャンバジャケットが拡張してライナーがその中に挿入されるようにチャンバジャケットが加熱される。いったん組み合わせられると（チャンバジャケットが冷却されるにつれて）、ライナーの圧力境界における、結果として生じる応力の大きさは、加えられる圧力の大きさよりも圧縮力がある。ライナーへの圧力は、亀裂が始まった場合（または前から存在している場合）に、それがさらに開くのを防ぐ働きをする。材料の選択および焼きばめプロセスにより、ライナーにおいて十分な圧縮が生じるはずである。焼きばめにより、ジャケットを拡張し、それを緊張状態に置くことができる。ジャケットが十分な寿命を有することを確実にするため、ジャケットは、線形軸方向示度（linear axial indication）の最大閾値を必要とし、欠陥が存在しないことを確実にするよう組立前に非破壊試験によって完全性を点検および試験されなければならない。さまざまな負荷条件下でのさまざまな材料の閾値は、高圧容器規格であるＡＳＭＥ規格第ＶＩＩＩ条３項などの建築法で見られる。
【００１７】
図４Ａおよび図４Ｂは、ライナー４１７、４５７を備えたチャンバジャケット４１５、４５５を含むガスブースター４００の実施形態を示す。図４Ａは単動式２段階の実施形態を示す。図４Ｂは複動式１段階の構成を示す。ブースター４００は、入口４１２および出口４１６を備えた第１の圧縮ステージ（または容器）４１０と、入口４５２および出口４５６を備えた第２の圧縮ステージ４５０と、を含む。アクチュエータ４３５を備えたリニアアクチュエータ部分４３０は、ステージ４１０、４５０間に位置する。ライナー４１７、４５７は、チャンバジャケット４１５、４５５内部に位置する。ライナー４１７、４５７およびジャケット４１５、４５５は、（熱収縮プロセスとしても知られる）焼きばめプロセスを用いて組み合わせられるのが好ましい。他の接合プロセスも可能であってよい。どのプロセスが使用されても、ライナー４１７、４５７が使用前に圧縮応力を予めかけられていることが好ましい。好ましくは、第１の圧縮ステージ４１０は、第２の圧縮ステージ４５０より大きい直径を有する。しかし、図４Ｂに示すように、これらの直径は同じ寸法を有し得る。
【００１８】
ライナー４１７、４５７を構成する材料は、腐食または水素の有害な影響に耐性がある材料であるのが好ましい。しかしながら、この材料はさまざまであってよい。本開示におけるいくつかの実施形態は、水素なしのシステムのためのものであってよく、したがって水素に基づくシステムとは異なる材料を使用することができる。１５−５ＰＨなどのステンレス鋼が、チャンバジャケットの好適な材料である。ステンレス鋼は、そのコスト、入手の可能性、およびさまざまな構築技術における有用性により、有用である。他の実施形態は、他の金属、合金、または他の適切な材料を含み得る。
【００１９】
図５は、図４の第１のステージ４１０または第２のステージ４５０など、ブースターの一部を構築するための可能な方法の実施形態５００を示す。５１０で、チャンバジャケットが設けられる。５２０で、チャンバライナーが、チャンバジャケットの内径より大きい外径を備えて、設けられる。５３０で、チャンバジャケットが加熱されて、内径をチャンバライナーの外径より大きくする。５４０で、ライナーがジャケットに挿入されて、ライナー／ジャケットの組み合わせを作り出す。その後、５５０で、ライナーおよびジャケットを冷却する。冷却により、ジャケットが縮み、ライナーを圧縮する。ライナーにかかる圧縮応力は、使用中の圧力循環による、または水素など、システム内部のガスもしくは他の物質の腐食作用による、引張応力および亀裂にライナーが抵抗するのを助ける。
【００２０】
図５の方法は、第１および第２の圧縮ステージそれぞれについて一度繰り返されるであろう。しかしながら、いくつかのガスブースターは、１つの圧縮ステージを含むのみであってよく、そのため、この方法は、これらの実施形態では繰り返す必要はない。加えて、状況によっては、単一のジャケット／ライナーの組み合わせを方法５００によって作り、次に、その組み合わせを、１つは第１のステージのため、１つは第２のステージのための２つの部品へと切断することが好適となり得る。
【００２１】
図５の方法は、ガスブースターまたはコンプレッサを作る一環となり得る。ブースターを作る方法は、図５の方法５００で始め、次に図６の方法６００に進むことができる。６１０で、第１および第２の圧縮ステージが設けられ得る。リニアアクチュエータが次に、６２０で第１のステージと第２のステージとの間に接続され得、アクチュエータは、両方のステージに圧縮を提供することができる。入口および出口が、６３０で第１および第２のステージに提供され得る。次に、ガスブースターは、より大きなシステムへと一体化され得る。
【００２２】
本開示に記載するもののようなガスブースターには、いくつかの用途がある。用途には、以下を含み得る：水素充填ステーション；高圧ガスボンベおよびガスタンクの充填；ガスアシストプラスチック射出成型；水圧アキュムレータの充填；エアバッグ保管容器の充填；ミサイルおよび衛星発射およびガイダンスシステム；構成要素の試験；レーザー切断および溶接；油田高容量ガス試験（oilfield high volume gas testing）；バイオガス充填；およびその他。本開示における実施形態は、これらの使用シナリオのうちのいずれかにおいて実施され得る。
【００２３】
本開示に記載するものなどのガスブースターは、異なるタイプのドライブ、例えば水圧式ドライブ、空気圧ドライブ、電気ドライブと連結され得るか、または、他の適切なテクノロジーを用いて駆動され得る。
【００２４】
ガスブースターは、図７に示すトラックの実施形態など、移動式である場合がある。ガスブースターは、他の機械類、例えばブースターのアクチュエータまたはピストンを駆動するのに使用される発電装置、に連結され得る。図８は、水圧で駆動されるガスブースター８００の例としての実施形態を示す。ブースター８００は、第１の圧縮ステージ８１０および第２の圧縮ステージ８５０に連結されたアクチュエータ（またはピストン）部分８３０を含み得る。水圧式ハードウェア８６０がブースター８００に電力を供給することができ、ゲージ８７０がシステム内部の圧力またはアラーム状態を示すことができる。図９は、水圧式ガスブースター９００の別の例を示す。アクチュエータ９３０は、水圧式ハードウェア９７０によって駆動され、第１の圧縮ステージ９１０および第２の圧縮ステージ９５０内でガスを圧縮するのに役立つ。ゲージ９６０はシステムをモニタリングする。
【００２５】
本開示の好適な実施形態は、デュアルステージガスブースター（dual-stage gas boosters）を含む。しかしながら、この教示は、シングルステージブースター（single stage boosters）に適用され得る。可能なシングルステージの実施形態は、図１０で見ることができる。ブースター１０００は、ガス入口１０１２および出口１０１６を備えた単一の圧縮ステージ１０１０と、ピストンまたはアクチュエータ１０５０と、を含む。圧縮ステージ１０１０は、内層１０１７、およびジャケット１０１５、例えば本開示の他の実施形態に記載するもの、を含む。
【００２６】
図１１は、本開示におけるブースターシステム１１００のさらなる実施形態を示す。ブースター１１４０は、第１の圧縮ステージ１１１０および第２の圧縮ステージ１１５０を含む。第１の入口１１１２が、供給ライン１１１３から、水素などのガスを受け取ることができる。ジャケット１１１５およびライナー１１１７を備える第１のステージ１１１０は、アクチュエータ部分１１３０からのアクチュエータによって引き起こされるガスの圧縮を収容する（house the compression）ことができる。ガスは次に、第１の出口１１１６を通って第２の圧縮ステージ１１５０の第２の入口１１５２まで移動し得る。第２のステージ１１５０での圧縮後、ガス（目下、２回圧縮されている）は、出口１１５６を通って別の構成要素または離れた場所へ移動し得る。発電装置１１７０は、水力、電力、空気動力、または他のタイプを含み得る。油貯蔵器１１６０が、システム１１００内での潤滑化（またはおそらくは冷却）に使用される油を保管し得る。複数の貯蔵器が、異なる目的：潤滑油、冷却剤、またはその他、のために使用され得る
【００２７】
チャンバジャケットおよびライナーの寸法は、所与の使用シナリオにおいて必要に応じて変えることができる。図１２Ａ〜図１４Ｂは、異なる寸法を有する可能なジャケットおよびライナーの異なる実施形態を示す。
【００２８】
図１２Ａ〜図１２Ｂは、絶対的に、また付随するジャケットの厚さとの割合として、最も薄いライナーを示す。ライナー１２１５は、６．２９９ｃｍ（２．４８０インチ）の内径および６．９６２ｃｍ（２．７４１インチ）の外径を有する。ジャケット１２０５は、１１．９９９ｃｍ（４．７２４インチ）の外径および６．９４４ｃｍ（２．７３４インチ）の内径を有する。本明細書に記載するものなどの焼きばめプロセスは、ライナー１２１５をジャケット１２０５に挿入し得る。
【００２９】
図１３Ａ〜図１３Ｂは、次に最も薄いライナーを示す。ライナー１３１５は、８．９９９ｃｍ（３．５４３インチ）の内径および９．９２１ｃｍ（３．９０６インチ）の外径を有する。ジャケット１３０５は、１３．５００ｃｍ（５．３１５インチ）の外径および９．８９８ｃｍ（３．８９７インチ）の内径を有する。本明細書に記載するものなどの焼きばめプロセスは、ライナー１３１５をジャケット１３０５に挿入し得る。
【００３０】
図１４Ａ〜図１４Ｂは、最も厚いライナーを示す。ライナー１４１５は、１５．００１ｃｍ（５．９０６インチ）の内径および１６．５３５ｃｍ（６．５１０インチ）の外径を有する。ジャケット１４０５は、１８．９９９ｃｍ（７．４８０インチ）の外径および１６．５０７ｃｍ（６．４９９インチ）の内径を有する。本明細書に記載するものなどの焼きばめプロセスは、ライナー１４１５をジャケット１４０５に挿入し得る。
【００３１】
絶対的な測定値において、またジャケットとの比較において、ライナーをどの程度厚くすべきかは、所与の実施形態によって左右され得る。検討すべき因子は、使用中に生じる圧力；圧縮されるガス／材料のタイプ、およびライナーまたはジャケットに対するその腐食関係；空間の制約；ジャケットおよびライナーの所望の長さ；ならびに他の因子を含み得る。
【００３２】
本開示におけるジャケットおよびライナーの双方は、さまざまな材料を含み得る。さまざまなタイプの鋼および合金鋼が、ジャケットおよびライナーの双方にとって好ましい材料であるが、他の材料も可能である。好適なジャケットの実施形態は、ＳＡ  ５６４、タイプ６３０またはＸＭ−１２を使用し得る。好適なライナーの実施形態は、ＳＡ  ７０５タイプ６３０またはＸＭ−１２を使用し得る。ジャケットおよびライナーは、好ましくはシリンダ形状のユニットを含む。他の形状も可能である。
【００３３】
本開示における圧縮ステージまたは容器の動作条件はさまざまであってよい。典型的な動作圧力は、３１．０３ＭＰａ（４，５００ＰＳＩＧ）、６２．０５ＭＰａ（９，０００ＰＳＩＧ）、および１０３．４２ＭＰａ（１５，０００ＰＳＩＧ）であってよい。設計圧力は、このような実施形態では、１００．６６ＭＰａ（１４，６００ＰＳＩＧ）、１７５．８２ＭＰａ（２５，５００ＰＳＩＧ）、および２８８．２０ＭＰａ（４１，８００ＰＳＩＧ）であってよい。動作温度は、このような実施形態では、−４０℃〜２０４．４４℃（−４０°Ｆ〜４００°Ｆ）の範囲であってよい。これらのような実施形態は、典型的にはほぼ８０００万回の圧力サイクルに耐えることができる。プレロード（Preloading）は、８個の２４×３のねじ山付きタイロッドに対する５５５．８９Ｎｍ（４１０ｆｔ−ｌｂ）の形態をとることができる。
【００３４】
図１５は、本開示におけるガスブースターを動作させるための可能な方法の実施形態１５００を示す。１５１０では、ガスの一部分が第１の圧縮容器内へ導かれ、第１の圧縮容器は、第１のジャケットにより囲まれた第１のライナーを含み、第１のジャケットおよび第１のライナーは、第１のジャケットの内径が第１のライナーの外径より大きくなるように、第１のジャケットを加熱することにより接合されており、第１のジャケットが第１のライナーの周辺に置かれ、第１のジャケットが冷却されて、圧縮応力を第１のライナーに加えることを可能にする。１５２０では、第１の逆止弁が閉じられて、第１の圧縮容器にガスの一部分を閉じ込める。１５３０では、ガスの一部分がリニアアクチュエータによって圧縮される。１５４０では、このガスの一部分は、第１の圧縮容器の出口を通って導かれる。１５５０では、ガスの一部分は、第２の圧縮容器内に導かれ、第２の圧縮容器は、第２のジャケットにより囲まれた第２のライナーを含み、第２のジャケットおよび第２のライナーは、第２のジャケットの内径が第２のライナーの外径より大きくなるように、第２のジャケットを加熱することにより接合されており、第２のジャケットが第２のライナーの周辺に置かれ、第２のジャケットが冷却されて、圧縮応力を第２のライナーに加えることを可能にする。１５６０では、第２の逆止弁が閉じられて、第２の圧縮容器にガスの一部分を閉じ込める。１５７０では、ガスの一部分がリニアアクチュエータによって圧縮される。１５８０では、このガスの一部分は、第２の圧縮容器の出口を通って導かれる。
【００３５】
焼きばめプロセスを用いる実施形態に加え、圧縮力が、ワイヤラップの実施形態を用いてライナーに加えられ得る。ワイヤラップ圧縮ステージの実施形態を図１６で見ることができる。ステージまたは容器１６００は、ワイヤ１６５０により囲まれたライナー１６２０を含む。ライナー１６２０およびワイヤ１６５０は、本明細書中以下の他の実施形態で説明するようにガスを受容し圧縮するためのキャビティ１６４０を画定するのに役立つ。ワイヤ１６５０、好ましくは金属合金、は、圧縮力がライナー１６２０に加えられるように、非常にきつく巻かれ得る。結果として生じる力は、焼きばめプロセスを用いて前述したのと同じような効果を有し得る。
【００３６】
図１７は、ワイヤラップの圧縮ステージを含むガスブースターの可能な実施形態を示す。ブースター１７００は、第１のステージ１７１０と、第２のステージ１７５０と、を含む。入口１７１２がガスを第１のステージ１７１０内に導き、出口１７１６が圧縮ガスを第１のステージ１７１０から外へ導く。入口１７５２が、ガスを第２のステージ１７５０内に導き、出口１７５６が、圧縮ガスを第２のステージ１７５０から外へ導く。アダプター板１７２０、１７４０が、ステージ１７１０、１７５０をアクチュエータ部分１７３０に連結する。アクチュエータ１７３５は、前後に動いて、ガスを圧縮し、ガスをステージ１７１０、１７５０に引き入れたり、引き出したりすることができる。各ステージ１７１０、１７５０では、ワイヤ１７６０はライナー１７７０を囲む。ブースター１７００は、異なったサイズのステージ１７１０、１７５０と共に示されているが、各ステージは、同様または同一の寸法を有し得る。ワイヤラップのステージを使用する実施形態、例えば実施形態１７００は、単動式２段階および複動式１段階の構成、ならびに他の構成、例えば単段ブースターを含み得る。
【００３７】
図１８は、ワイヤラップの圧縮ステージおよびガスブースターを構築するための可能な方法の実施形態を示す。１８１０では、ステージライナーが設けられる。１８２０では、ステージライナーが、ワイヤを巻かれて圧縮応力をステージライナーに加える。１８３０では、ガス入口および出口が、ステージライナーの内部の中に設けられる。１８４０では、ステージライナーは、ガスをステージライナーの内部で圧縮するように構成されたリニアアクチュエータに連結される。ステップ１８１０〜１８４０は、第２のライナーについて繰り返されて、別の圧縮ステージをブースターに追加し得る。
【００３８】
本発明およびその利点を詳細に説明してきたが、さまざまな変更、置換、および改造が、特許請求の範囲により定められる本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに行われ得ることを、理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書に記載する事項、手段、方法、およびステップのプロセス、機器、製造、組成の特定の実施形態に制限されることは意図していない。当業者は本発明の開示から容易に認識するであろうが、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たすか、または実質的に同じ結果を達成する、既存のまたは後で開発される事項、手段、方法、またはステップのプロセス、機器、製造、組成は、本発明に従って利用され得る。したがって、特許請求の範囲は、事項、手段、方法、またはステップのそのようなプロセス、機器、製造、組成を、それらの範囲に含むことが意図されている。
【００３９】
〔実施の態様〕
（１）  ガスを圧縮するためのガスブースターにおいて、
圧縮容器であって、
供給ラインからガスの一部分を受け取るように構成された入口、および、
ジャケットにより囲まれたライナーであって、前記ジャケットおよび前記ライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、ライナー、
を含む、圧縮容器と、
第１の方向に動く場合は前記圧縮容器内で前記ガスの一部分を圧縮するように動作可能であり、かつ前記第１の方向とは反対の第２の方向に動く場合は前記圧縮容器に前記ガスの一部分を引き込むように動作可能である、リニアアクチュエータと、
を含む、ガスブースター。
（２）  実施態様１に記載のガスブースターにおいて、
第２の圧縮容器をさらに含み、
前記第２の圧縮容器は、
前記圧縮容器から前記ガスの一部分を受け取るように構成された第２の入口、および、
第２のジャケットにより囲まれた第２のライナーであって、前記第２のジャケットおよび前記第２のライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、第２のライナー、
を含み、
前記リニアアクチュエータは、前記第２の方向に動く場合は前記第２の圧縮容器内で前記ガスの一部分を圧縮し、前記第１の方向に動く場合は前記第２の圧縮容器に前記ガスの一部分を引き込むように動作可能である、ガスブースター。
（３）  実施態様１に記載のガスブースターにおいて、
前記ガスの一部分は、水素を含む、ガスブースター。
（４）  実施態様１に記載のガスブースターにおいて、
前記リニアアクチュエータは、水圧で駆動される、ガスブースター。
（５）  実施態様１に記載のガスブースターにおいて、
前記リニアアクチュエータは、空気圧で駆動される、ガスブースター。
【００４０】
（６）  実施態様２に記載のガスブースターにおいて、
前記圧縮容器は、前記第２の圧縮容器より大きい直径を有する、ガスブースター。
（７）  実施態様１に記載のガスブースターにおいて、
前記ジャケットは、合金鋼を含む、ガスブースター。
（８）  実施態様１に記載のガスブースターにおいて、
前記ライナーは、合金鋼を含む、ガスブースター。
（９）  ガスブースターで使用されるバレルにおいて、
供給ラインからガスの一部分を受け取るように構成された入口と、
ジャケットにより囲まれたライナーであって、前記ジャケットおよび前記ライナーは、焼きばめプロセスによって接合されている、ライナーと、
前記圧縮容器から外にガスを導くように構成された出口と、
を含み、
前記バレルは、前記ガスの一部分を圧縮する目的でリニアアクチュエータをその中に受容するように構成されている、バレル。
（１０）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記ガスの一部分は、水素を含む、バレル。
【００４１】
（１１）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記リニアアクチュエータは、水圧で駆動される、バレル。
（１２）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記リニアアクチュエータは、空気圧で駆動される、バレル。
（１３）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記ライナーは、円筒形の形状を含む、バレル。
（１４）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記ジャケットは、円筒形の形状を含む、バレル。
（１５）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記ライナーは、合金鋼を含む、バレル。
【００４２】
（１６）  実施態様９に記載のバレルにおいて、
前記ガスの一部分が前記バレルに入ると前記入口を閉じるように構成された逆止弁をさらに含む、バレル。
（１７）  ガスブースターを製造する方法において、
内径を含むチャンバジャケットを設けることと、
前記チャンバジャケットの前記内径と少なくとも同じ大きさの外径を含むチャンバライナーを設けることと、
前記内径が前記チャンバライナーの前記外径より大きくなるように前記チャンバジャケットを加熱することと、
前記チャンバライナーを前記チャンバジャケット内部に設置することと、
前記チャンバジャケットが前記チャンバライナーに係合してバレルを作り出すように、また圧縮応力が前記チャンバライナーに加えられるように、前記チャンバジャケットを冷却することと、
前記バレルをリニアアクチュエータに連結することと、
を含む、方法。
（１８）  実施態様１７に記載の方法において、
第２のバレルを作り出すことと、
前記第２のバレルを前記リニアアクチュエータに連結することと、
をさらに含む、方法。
（１９）  実施態様１８に記載の方法において、
前記バレルおよび前記第２のバレルは、前記リニアアクチュエータの両端部に連結される、方法。
（２０）  実施態様１７に記載の方法において、
前記バレルのガス出口を前記第２のバレルのガス入口に連結することをさらに含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図１Ｂ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図２Ａ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図２Ｂ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図３Ａ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図３Ｂ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図４Ａ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図４Ｂ】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図５】本開示における可能な方法の実施形態のフローチャート図である。
【図６】本開示における可能な方法の実施形態のフローチャート図である。
【図７】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図８】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図９】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図１０】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図１１】本開示における可能なガスブースターの実施形態の図である。
【図１２Ａ】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１２Ｂ】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１３Ａ】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１３Ｂ】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１４Ａ】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１４Ｂ】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１５】本開示における可能な方法の実施形態のフローチャート図である。
【図１６】本開示における可能なバレルの実施形態の図である。
【図１７】本開示における可能なブースターの実施形態の図である。
【図１８】本開示における可能な方法の実施形態のフローチャート図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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