(57)【要約】【課題】加圧流体を含む容器（２２）用の圧力逃しベント（２４）を提供する。【解決手段】物品（２０）は、容器（２２）と、容器（２２）に結合されたベント（２４）と、ベント（２４）内に設けられるとともに容器（２２）から熱的に絶縁された熱流束応答性プラグ（３４）と、を含む。熱流束応答性プラグ（３４）は、相変化特性に基づいて選択された材料を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器に結合されたベントと、
前記ベント内に設けられるとともに前記容器から熱的に絶縁された熱流束応答性プラグであって、相変化特性に基づいて選択された材料を有する熱流束応答性プラグと、を含むことを特徴とする物品。
【請求項２】
熱流束応答性プラグは、固相で前記ベントを密封し、液相で前記ベントを密封しないことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項３】
熱流束応答性プラグは、選択された温度および選択された熱流束に基づいて前記ベントを選択的に開くことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記材料は、高圧動作環境に基づいて選択されることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項５】
前記高圧動作環境は、ゲージ圧力で少なくとも約２５００ポンド／平方インチの圧力を有することを特徴とする請求項４に記載の物品。
【請求項６】
前記材料は、共晶合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記ベントは、基部から自由端まで延在するステムを含み、拡大されたヘッド部が前記自由端をなすことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記ステムはベント通路を含み、このベント通路は前記拡大されたヘッド部内で枝通路に分かれていることを特徴とする請求項７に記載の物品。
【請求項９】
前記ステムは、前記拡大されたヘッド部に比べて細長いシャンク部を含み、この細長いシャンク部は、前記基部から前記拡大されたヘッド部まで延在していることを特徴とする請求項７に記載の物品。
【請求項１０】
前記細長いシャンク部は、前記基部から前記拡大されたヘッド部までの長さと、前記長さに対して横方向の最大寸法と、を有し、前記最大寸法に対する前記長さの比率が１よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
前記ベントは、入口から出口まで延びるベント通路を含み、熱流束応答性プラグは前記入口および前記出口について前記ベント通路を密封していることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１２】
前記ベント通路は、枝通路に分かれており、熱流束応答性プラグは、少なくとも部分的に前記枝通路内に位置していることを特徴とする請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
前記ベント通路は、熱流束応答性プラグと接触している表面を含み、この表面は、熱流束応答性プラグと接触していない前記ベント通路の他の表面よりも粗さが大きいことを特徴とする請求項１１に記載の物品。
【請求項１４】
前記ベント通路は、熱流束応答性プラグと接触している表面を含み、この表面は、熱流束応答性プラグと連結された寸法が制御されたアンカーを含むことを特徴とする請求項１１に記載の物品。
【請求項１５】
前記ステムは、アルミニウム、鉄、ニッケルおよびチタンからなる群より選択された金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の物品。
【請求項１６】
貫通するベント通路を含むステムであって、前記ベント通路がステムの第１の端部に位置する入口からステムの第２の端部に位置する出口まで延びているステムと、
前記ベント通路内に設けられるとともに、前記入口および前記出口について前記ベント通路を密封するプラグと、を有し、
前記ステムは、前記第１の端部から温度応答性の前記プラグを熱的に絶縁する熱伝導絶縁体を含むことを特徴とする物品。
【請求項１７】
前記ステムは、基部から自由端まで延在しており、拡大されたヘッド部が前記自由端をなしていることを特徴とする請求項１６に記載の物品。
【請求項１８】
前記ベント通路は、前記拡大されたヘッド部内で枝通路に分かれていることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記プラグは、少なくとも部分的に前記枝通路内に設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
前記ステムは、前記拡大されたヘッド部に比べて細長いシャンク部を含み、この細長いシャンク部は、前記拡大されたヘッド部から前記基部まで延びて熱伝導絶縁体として機能することを特徴とする請求項１７に記載の物品。
【請求項２１】
前記細長いシャンク部は、前記基部から前記拡大されたヘッド部までの長さと、前記長さに対して横方向の最大寸法と、を有し、前記最大寸法に対する前記長さの比率が１よりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載の物品。
【請求項２２】
前記ベント通路は、前記プラグと接触している表面を含み、この表面は、前記プラグと接触していない前記ベント通路の他の表面よりも粗さが大きいことを特徴とする請求項１６に記載の物品。
【請求項２３】
前記ベント通路は、前記プラグと接触している表面を含み、この表面は、前記プラグと連結された寸法が制御されたアンカーを含むことを特徴とする請求項１６に記載の物品。
【請求項２４】
前記プラグは、共晶合金を含むことを特徴とする請求項１６に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧力逃しベントに関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧流体を含む容器は、多くの場合、容器内の予め定められた加圧状態に応じて開く逃し弁を含む。このような弁は、実際には有用であるが、最低限の性能基準を満たすための容器の試験や品質認定が複雑になるおそれがある。例えば、容器は、所定の基準を満たすことを確認するために制御された試験条件の下で加圧することができる。しかし、弁は容器が試験される標準圧力よりもかなり低い圧力で開くように設計されているので、試験中に作動するかまたは損なわれ、試験の目的が達成できなくなるおそれがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の一例による物品は、容器と、この容器に結合されたベントと、ベント内に設けられるとともに容器から熱的に絶縁された熱流束応答性プラグと、を含む。熱流束応答性プラグは、相変化特性に基づいて選択された材料を有する。
【０００４】
上述の実施例のさらなる実施例は、熱流束応答性プラグが固相でベントを密封し、液相でベントを密封しないことを含む。
【０００５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、プラグは選択された温度および選択された熱流束に基づいてベントを選択的に開く。
【０００６】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、上記の材料は、高圧動作環境に基づいて選択される。
【０００７】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、高圧動作環境は、ゲージ圧力で少なくとも約２５００ポンド／平方インチの圧力を有する。
【０００８】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、上記の材料は共晶合金を含む。
【０００９】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベントは基部から自由端まで延在するステムを含み、拡大されたヘッド部が自由端をなす。
【００１０】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ステムはベント通路を含み、このベント通路は拡大されたヘッド部内で枝通路に分かれる。
【００１１】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ステムは、拡大されたヘッド部に比べて細長いシャンク部を有し、このシャンク部は基部から拡大されたヘッド部まで延在する。
【００１２】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、細長いシャンク部は、基部から拡大されたヘッド部までの長さと、長さに対して横方向の最大寸法と、を有し、最大寸法に対する長さの比率が１よりも大きい。
【００１３】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベントは入口から出口まで延びるベント通路を含み、熱流束応答性プラグは入口と出口についてベント通路を密封する。
【００１４】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベント通路は枝通路に分かれ、熱流束応答性プラグは少なくとも部分的に枝通路内に位置する。
【００１５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベント通路は、熱流束応答性プラグと接触している表面を含み、この表面は、熱流束応答性プラグと接触していない他の表面よりも粗さが大きい。
【００１６】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベント通路は熱流束応答性プラグと接触している表面を含み、この表面は熱流束応答性プラグと連結された寸法が制御されたアンカーを含む。
【００１７】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ステムは、アルミニウム、鉄、ニッケルおよびチタンからなる群から選択された金属材料で形成されている。
【００１８】
本開示の一例による物品は、ステムの第１の端部における入口からステムの第２の端部における出口までステムを貫通して延びるベント通路を含むステムと、ベント通路内に設けられるとともに入口および出口についてベント通路を密封するプラグと、を含み、ステムは、第１の端部から温度応答性のプラグを熱的に絶縁する熱伝導絶縁体を含む。
【００１９】
上述の実施例のさらなる実施例では、ステムは基部から自由端まで延在し、拡大されたヘッド部が自由端をなす。
【００２０】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベント通路は、拡大されたヘッド部内で枝通路に分かれる。
【００２１】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、プラグは少なくとも部分的に枝通路内に位置する。
【００２２】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ステムは拡大されたヘッド部に比べて細長いシャンク部を含み、この細長いシャンク部は、拡大されたヘッド部から基部まで延在する。細長いシャンク部は、熱伝導絶縁体として機能する。
【００２３】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、細長いシャンク部は、基部から拡大されたヘッド部までの長さと、長さに対して横方向の最大寸法と、を有し、最大寸法に対する長さの比率が１よりも大きい。
【００２４】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベント通路はプラグと接触している表面を含む。この表面は、プラグと接触していないベント通路の他の表面よりも粗さが大きい。
【００２５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、ベント通路はプラグと接触している表面を含む。この表面は、プラグと連結された寸法が制御されたアンカーを含む。
【００２６】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、プラグは共晶合金を含む。
【００２７】
本開示の種々の特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかになる。詳細な説明に付随する図面は、以下に簡単に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】圧力逃しベントを有する例示的な物品の説明図である。
【図２】例示的な圧力逃しベントの説明図である。
【図３】圧力逃しベントのステムの拡大ヘッド部の断面図である。
【図４】プラグとの機械的連結のために表面粗さを有するベント通路の一部の説明図である。
【図５】プラグとの機械的連結のための１つまたは複数の寸法が制御されたアンカーを有する例示的なベント通路の一部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、容器２２と圧力逃しベント２４（以下では“ベント２４”と記載）とを備える例示的な物品２０を示している。容器２２は、内部チャンバ２２ａを有し、この内部チャンバ２２ａは、この例では容器２２内に密閉されて（図１では“ＨＰ”として示す）高圧動作環境を含む。本明細書の例は、閉じた容器に関連して説明されるが、本開示は他の容器またはハードウェアと連結可能なパイプライン等の加圧流体を保持または運搬する“開いた”システム容器にも適用することができる。
【００３０】
ベント２４は、外部環境の目標温度および熱流束に応じて内部チャンバ２２ａを容器の周りの（図１では“Ｅ”として示す）外部環境に対して選択的に開くように設けられている。例えば、外部環境の温度が増加すると、ベント２４の温度も増加する。目標温度に達すると、内部チャンバ２２ａから加圧流体を解放するようにベント２４が開く。
【００３１】
ベント２４は、容器２２から熱的に絶縁されており、容器２２よりも外部環境に対する熱応答性が高い。例えば、圧力応答性のベントまたは弁は、高温環境条件に対して応答が遅延する。このような弁は、環境によって容器および容器内の流体が加熱されることにより解放される。流体の圧力は、流体の温度が増加するに従って増加する。圧力が閾値に達すると、弁が解放される。よって、解放は、容器および流体の加熱特性、熱流束特性および熱移動特性に時間的に依存する。同様に、容器内の流体の温度に依存する温度応答性のベントまたは弁も応答が遅延する。
【００３２】
ベント２４は、容器２２から熱的に絶縁されている。よって、ベント２４の加熱は、主に外部環境からの熱移動、すなわち、熱流束によるものである。つまり、外部環境の所定の温度上昇に対して、環境温度までベント２４の温度を上げるようにベント２４に移動する熱の大部分は、容器２２を通してベント２４に移動する伝導熱ではなく、外部環境からの対流熱である。従って、ベント２４は、外部環境の温度上昇に素早く応答することができる。
【００３３】
図２は、ベント２４と容器２２の一部の断面を示している。この例では、ベント２４は、ベント通路２８を有するステム２６を含む。ベント通路２８は、入口３０ａから出口３０ｂまで延びる。入口３０ａは、ステム２６の第１の端部３２ａに位置し、内部チャンバ２２ａに開口する。出口３０ｂは、ステム２６の第２の端部３２ｂに位置し、外部環境に開口する。
【００３４】
熱流束応答性プラグ３４（以下では“プラグ３４”と記載）が、ベント２４のベント通路２８の少なくとも一部に設けられている。プラグ３４は、入口３０ａおよび出口３０ｂについてベント通路２８を密封する。“熱流束応答”という用語は、ベント通路２８の密封／非密封に関して、プラグ３４が熱流束に応答することを意味する。“密封”および類する用語は、プラグ３４により気密バリアが提供されることを意味する。一例では、プラグ３４は、共晶合金で形成される。共晶合金は、目標温度より下では固形であり、目標温度より上では融解する相変化特性を有する。従って、相変化特性は、共晶合金の融解温度であるが、このような特性は溶融温度に限定されるものではない。相変化特性は、相変化に直接関連するあらゆる特性であってもよく、相変化温度、相体積および組成などを含むがこれらに限定されない。融解の例では、液体合金が流れてベント通路２８を開口させ、加圧流体が内部チャンバ２２ａから外部環境に漏れ出る。よって、プラグ３４は、第１の相（例えば、固形）のときにベント通路２８を密封し、第２の相（例えば、液体）のときにベント通路２８を密封しない。共晶合金の組成、従ってその相変化は、所望の目標温度および選択された熱流束に対して選択可能である。この点について、プラグ３４に関するベント２４の動作は、電気作動などの外部の作動とは無関係に温度条件および熱流束条件に応答する点で受動的である。
【００３５】
ステム２６は、容器２２に結合された基部３６から拡大ヘッド部４０として形成された自由端３８まで延在する。基部３６は、溶接などにより容器２２に固定することができるが、この結合技術に限定されるものではない。ステム２６は、さらに、拡大ヘッド部に比べて細長いシャンク部４２を含み、このシャンク部は、基部３６から拡大ヘッド部４０まで延在する。
【００３６】
ステム２６は、金属材料により形成可能である。例えば、金属材料には、アルミニウム、鉄、ニッケル、チタン、これらの組み合わせ、およびこれらの基合金が含まれる。ステム２６の組成は、プラグ３４とステム２６のベント通路２８の表面とが密着するように、プラグ３４の共晶材料の組成に応じて選択することができる。
【００３７】
細長いシャンク部４２は、プラグ３４を容器２２から熱的に絶縁する熱伝導絶縁体として機能する。例えば、細長いシャンク部４２は、容器２２および容器２２内の液体からの熱伝導のために比較的小さい断面積を提供する。よって、プラグ３４は、容器２２および／または容器２２内の液体の温度および熱流束に比べて外部環境に対してより大きな温度応答性および熱流束応答性を有する。
【００３８】
熱的絶縁のさらなる例示は、細長いシャンク部４２の寸法に関連する比率として示すことができる。例えば、細長いシャンク部４２は、基部３６から拡大ヘッド部４０までの長さＬと、長さに対して横方向の最大寸法Ｄと、を有する。最大寸法に対する長さの比率は、プラグ３４が容器２２および容器内の液体から確実に熱的に絶縁されるように１よりも大きい。例えば、１より大きい比率は、細長いシャンク部４２が幅よりも長さが長いことを示す。よって、細長いシャンク部４２の寸法は、シャンク部が比較的長い伝導路および比較的小さい伝導断面積を提供することにより容器２２からプラグ３４への熱伝導を制限する。
【００３９】
図２に示すように、プラグ３４は、主にベント通路２８内に設けられている。しかし、ステム２６に対するプラグ３４の固定を容易にするために、追加の共晶材料によって拡大ヘッド部４０の外側面の少なくとも一部を覆うことができる。ベント通路２８の大きさおよび寸法は、内部チャンバ２２ａ内の流体の所望の漏れ特性および容器２２が加圧されたときにベント通路２８内でプラグ３４が固定された状態に維持される能力に対して選択することができる。
【００４０】
図３は、図２の拡大ヘッド部３０を通る線に沿った断面図である。この例では、ベント通路２８は、拡大ヘッド部４０内で複数の枝通路２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅに分かれる。これらの枝通路は、ベント通路２８の主要部よりも小さい断面をそれぞれ有しうる。枝通路２８ａ−ｅは、ベント通路２８の主要部から径方向に延びるとともに主要部の周りで周方向に離間されている。枝通路２８ａ−ｅの数、位置および寸法は、内部チャンバ２２ａ内の流体の所望の漏れ率に従って変更可能である。
【００４１】
枝通路２８ａ−ｅおよび拡大ヘッド部４０は、プラグ３４の固定を容易にする。容器２２が液体によって加圧されたとき、プラグ３４は、少なくとも一方の側において内部チャンバ２２ａ内の流体の圧力による力にさらされる。この圧力による力は、プラグ３４のクリープおよびステム２６の変形を引き起こしうる。よって、プラグ３４は、クリープを減少または軽減させるようにベント通路２８内にしっかりと固定される。この点について、プラグ３４の少なくとも一部を固定機構として枝通路２８ａ−ｅ内に設けることができる。さらに、プラグ３４の共晶材料は、強度、クリープおよび他の機械的特性が性能基準を満たすように、圧力による力および高圧動作環境に関連して選択可能である。
【００４２】
拡大ヘッド部４０は、補強特徴部として機能する。例えば、高圧動作環境の加圧流体によって、プラグ３４とステム２６にかなりの大きさの力が加わりうる。一例では、高圧動作環境は、ゲージ圧力で少なくとも約２５００ポンド／平方インチの圧力を有する。このような力は、ステム２６を変形させるおそれがある。しかし、拡大ヘッド部の比較的厚い壁により剛性が増し、変形に対する耐性が増す。剛性は、変形によって生じうる漏れ通路を減少させて密封を高める。
【００４３】
図４は、プラグ３４と接触しているベント通路２８の表面部分Ｐ１およびプラグ３４と接触していない表面部分Ｐ２を示すさらなる例である。この例では、プラグ３４と接触している表面部分Ｐ１は、プラグ３４と接触していない表面部分Ｐ２よりも表面粗さが大きい。
【００４４】
図５は、プラグ３４と接触しているベント通路２８の部分を示すさらなる例である。この例では、ベント通路２８の表面は、１つまたは複数の寸法が制御されたアンカー５０を含み、これらのアンカー５０は、ベント通路２８内に突出するとともにプラグ３４と連結される。アンカー５０とプラグ３４との機械的連結は、プラグ３４の移動またはクリープに対する抵抗を容易にし、これにより耐久性を高める。
【００４５】
図示の例では、特徴部の組み合わせが示されているが、本開示の種々の実施例の利益を得るために全ての特徴部を組み合わせる必要はない。換言すると、本開示の実施例に従って設計されたシステムは、いずれかの図に示された特徴部の全てまたは図に概略的に示された全ての部分を必ずしも含まない。さらに、１つの例示的な実施例の選択された特徴部は、他の例示的な実施例の選択された特徴部と組み合わせることができる。
【００４６】
上述の説明は、例示的なものであり、限定的なものではない。開示された実施例の変更および改良は、当業者には明らかであり、本開示の本質から必ずしも外れるものではない。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の請求項の検討によってのみ判断することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…物品
２２…容器
２２ａ…内部チャンバ
２４…圧力逃しベント
３４…熱流束応答性プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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