(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温燃料（３３）のための車両タンク（１５）を排出及び補充するためのツール（１００）において、熱交換器（１３）及び冷却タンク（１）を備え、前記冷却タンク（１）が、前記ツールの使用位置において垂直方向で見た場合に上部及び下部を有し、少なくとも１つの出口弁（２）を有する燃料出口（３５）を備え、前記燃料出口（３５）が燃料出口導管（３５’）に接続され、前記燃料出口導管（３５’）が、前記冷却タンク（１）の前記燃料出口（３５）を前記熱交換器（１３）の入口に接続するための手段を備え、前記燃料出口導管（３５’）が、前記冷却タンク（１）の前記燃料出口（３５）を車両タンクの入口（４３）に接続するための手段を備え、前記冷却タンク（１）が更に入口（３８）を備え、前記入口（３８）が逆止弁（４）を介して燃料入口導管（３９）に接続され、前記燃料入口導管（３９）が、前記入口（３８）を前記熱交換器（１３）の出口に又は車両タンクの出口に接続するための手段を備え、前記熱交換器（１３）の前記出口が、車両タンクの入口（４３）に接続するための手段（２８）を備え、
前記熱交換器（１３）に、前記熱交換器の前記入口（２７）を前記車両タンク（１５）の燃料出口（４１）に接続するための手段が設けられ、前記車両タンク（１５）からの燃料が、前記熱交換器（１３）に導かれて前記車両タンク（１５）に戻される、ことを特徴とするツール。
【請求項２】
前記出口弁（２）が燃料出口導管（３５’）上に配置され、前記燃料出口導管が、前記冷却タンク（１）の前記燃料出口（３５）からの方向で見た場合に前記出口弁（２）の下流で第１の燃料導管（３７）と第２の燃料導管（４５）とに分かれている、請求項１に記載のツール（１００）。
【請求項３】
前記逆止弁（４）が、前記冷却タンク（１）からの排圧が１２〜２４バールで、開くように適合されている、請求項１、又は２に記載のツール。
【請求項４】
前記冷却タンク（１）への前記入口（３８）が、前記ツールの前記垂直方向において前記冷却タンクの前記燃料出口（３５）よりも上方に配置されている、請求項１、２、又は３に記載のツール。
【請求項５】
前記冷却タンク（１）内部で前記冷却タンク（１）の前記入口（３８）にスプレーデバイス（５０）が接続され、前記スプレーデバイスが前記冷却タンク（１）の前記上部に燃料をスプレーするように適合されている、請求項４に記載のツール。
【請求項６】
前記冷却タンク（１）の前記上部にガス出口（４４）が配置されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のツール。
【請求項７】
前記ガス出口（４４）が、１つ又はいくつかの弁（８、６）を介して１つ又はいくつかのガス出口導管に接続されている、請求項６に記載のツール。
【請求項８】
１つのガス出口導管に、２４バールの出口圧力で自動的に開くように適合された安全弁（６）が設けられている、請求項７に記載のツール。
【請求項９】
１つのガス出口導管（４４’）に、手動で開閉するように適合された出口弁（９）が設けられている、請求項７又は８に記載のツール。
【請求項１０】
前記ツールが携帯型である、請求項１から９のいずれか１項に記載のツール。
【請求項１１】
極低温燃料（３３）のための車両タンク（１５）を排出及び補充するためのシステムにおいて、前記システムが、請求項１から１０のいずれか１項に記載のツールと、車両上に配置された極低温燃料のための車両タンク（１５）とを備え、前記車両タンク（１５）の使用位置において垂直方向で見た場合に前記車両タンク（１５）が上部及び下部を有し、前記車両タンク（１５）が燃料用の出口（４１）及び燃料用の入口（４３）を備えることを特徴とする、システム。
【請求項１２】
前記システムが追加の冷却タンクを備え、前記冷却タンクが、燃料用の出口と、燃料用の入口と、前記出口及び前記入口をそれぞれ前記システム内の他の構成要素に接続するための手段と、を提示する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
極低温燃料のための車両タンク（１５）から極低温燃料を排出するための方法において、前記方法が、
Ａ）請求項１から１０のいずれか１項に記載のツールを提供するステップと、
Ｂ）前記ツールを車両タンクに接続することによって請求項１１又は１２に記載のシステムを形成するステップであって、前記車両タンクが極低温の加圧燃料を収容する供給タンクを構成し、これが前記ツールの前記冷却タンクに移送されることによって受容タンクを構成する、ステップと、
Ｃ）液体極低温燃料を前記ツールの前記熱交換器に通過させることによって前記液体極低温燃料を気体状態に変化させるステップと、
Ｄ）前記熱交換器で変化した前記燃料を注入することによって前記供給タンク内に吐出圧力を発生させるステップと、
Ｅ）前記燃料を前記供給タンクから前記受容タンクへ移送するステップであって、前記供給タンク内の前記増加した圧力が前記供給タンクから前記受容タンクへの前記燃料移送を引き起こす、ステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記車両タンクが前記供給タンクであり、ステップＣ）における前記液体極低温燃料が前記車両タンクから前記車両タンクの出口を介して取得される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記供給タンク内の作業圧力が２〜７バールであり、前記受容タンク内の圧力が前記供給タンク内の前記圧力よりも少なくとも１バール低い、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両タンク内の極低温燃料（cryogenic fuel）を排出及び補充するためのツール、システム、及び方法に関する。
【０００２】
本発明は、トラック、バス、作業車のような商用車両に適用することができる。本発明は商用車両に関連付けて記載されるが、このタイプの車両に限定されず、例えば掘削機のような作業機等の他の車両においても使用可能である。
【背景技術】
【０００３】
極低温ガスが強可燃性を有する場合があるので、極低温ガスを用いた作業に火災の危険があることはこの分野では常識である。極低温燃料を商用車両の動力燃料として用いる場合、例えば車両の点検又は修理のようなあらゆる工場作業で安全上の危険が増大することになる。修理又は点検の間、火災を起こす恐れのある機器が用いられることがあり、場合によっては、例えばアーク溶接による炎上が起こり得る。従って、この種の商用車両で作業を行う際の危険を最小限に抑えるため、作業場で作業を始める前に燃料タンクから極低温燃料を取り除かなければならない。
【０００４】
極低温燃料タンクからの排出には困難が伴う。燃料を液体状態に保つには温度が極めて低くなければならず、少なくとも周囲の温度に対して−１６０度低くなければならないからである。従って、タンクからの排出は燃料の低温を維持しながら行われるべきである。温度が上昇すると、燃料は気体状態に変化し、これは体積がかなり増大することを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の解決策では、商用車両を点検する前に、燃料タンクに接続された導管を介して燃料を気体状態に変化させ、導管の出口でこれを燃焼させることが多い。この手順は時間のかかるものであり、２〜３リットルの液体状態の燃料を燃焼させるために数時間を要し得る。更に、事故の危険性が明白であるため、燃えている炎を監視しなければならない。結果として、この手順では時間も労力も費やされる。また、この手順は保護された状況のもとで安全規則を守りながら実行しなければならず、これが問題となる可能性がある。例えばこの場合、作業場に隣接したエリアで正しい安全距離を確定するのが難しいことがある。
【０００６】
更に、燃料を燃焼させる場合、燃料は完全に無駄になるので、リソースの無駄が生じる。
【０００７】
ＵＳ２０２２００８３７１９Ａ号が開示する配送タンクは、配送タンク内の圧力を維持しながら、配送タンク内の燃料をポンプで汲み出して、配送タンクから顧客タンクに燃料を移送する。更に、燃料を顧客タンクへ送るパイピングシステムが設けられている。ポンプで汲み上げた燃料を分流器によって分流させ、その燃料の一部を熱交換器が加熱又は冷却した後、配送タンクに戻す。その燃料の一部における熱の分配をセンサが制御する。
【０００８】
これは、例えば点検作業の前に燃焼によって除去しなければならない燃料を処理するように機能し得るが、前述のことから明らかなように、処理プロセスにおいてどのように燃料を処理し回収するかに関して、また安全性の観点からも、やはり欠点と問題がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、車両タンク内の極低温燃料の排出及び補充に関して改良された機能を有するツール、システム、及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの目的は、商用車両のような車両において極低温燃料の排出及び補充を可能にするためのツール、システム、及び方法を生成することである。本発明の目的は、請求項１に記載されたツールによって、更にそれ以降の請求項におけるシステム及び方法によって達成される。
【００１１】
本明細書に記載される、極低温燃料のための車両タンクを排出及び補充するためのツールは、熱交換器及び冷却タンクを備え、冷却タンクが、ツールの使用位置において垂直方向で見た場合に上部及び下部を有し、少なくとも１つの出口弁を有する出口を備え、この出口が、少なくとも１つの出口弁を介して第１の燃料導管及び第２の燃料導管に接続され、第１の燃料導管が、第１の燃料導管を熱交換器の入口に接続するための手段を備え、第２の燃料導管が、第２の燃料導管を車両タンクの入口に接続するための手段を備え、冷却タンクが更に入口を備え、この入口が逆止弁を介して燃料入口導管に接続され、燃料入口導管が、入口を熱交換器の出口に又は車両タンクの出口に接続するための手段を備え、熱交換器の出口が、車両タンクの入口に接続するための手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
熱交換器に、この熱交換器の入口を車両タンクの燃料出口に接続するための手段を設けることができる。「接続するための手段」という表現は、例えば２つのタンク又はタンクと熱交換器のような２つの要素間で機能的な接続を確立するために必要なあらゆる接続デバイス、弁、パイプ、及びホースを指す。
【００１３】
簡略化のため、ツールを車両タンクに接続するために必要な、動作状態の車両には通常搭載されていない弁、コネクタ、ホースなどのような機器は、ツールが移送システムにおいてセットアップされた場合、ツールの部品と見なされる。これについては以下で説明する。しかしながらこのような機器は、容易に交換可能である標準的な構成要素から構成され、ツールに対する限定とは見なされない。従って、以下で記載する燃料移送システムにおいて機能的接続を確立するのに必要な接続デバイス、弁、パイプ、及びホースは、適切なものであればいずれも使用可能である。
【００１４】
ツールの出口弁は、ツールの冷却タンクの出口から発する出口導管上に配置することができる。出口導管は、第１の燃料導管を構成する１つの分岐と第２の燃料導管を構成する１つの分岐とに分かれている。分岐点は、冷却タンクの出口からの方向で見た場合に出口弁の下流に配置されている。
【００１５】
冷却タンクの入口への燃料入口導管上に配置された逆止弁は、冷却タンクからの所定の背圧１２〜２４バール、例えば１４〜１８バールで、好ましくは冷却タンクからの背圧が１６バールで開くように適合することができる。従って逆止弁は、冷却タンク内の圧力が所定の背圧を超えない限り、燃料が冷却タンクから出て燃料入口導管を介して逆流するのを防止する。
【００１６】
冷却タンクの入口は、ツールの垂直方向において冷却タンクの出口よりも上方に配置することが好都合であり得る。このようにして、冷却タンクの下部からの液体燃料の除去、及び冷却タンクの上部への気体燃料又は液体燃料の供給を容易にする。
【００１７】
冷却タンク内部で冷却タンクの入口にスプレーデバイスを接続することができる。スプレーデバイスは、冷却タンクの上部に燃料をスプレーするように適合されている。この目的のため、スプレーデバイスに１つ又はいくつかのスプレーノズルを設けることができ、これらは例えば冷却タンク内に延出するパイプに沿って配置することができる。スプレーデバイスは極低温燃料を冷却タンク内に散布することができ、これによって、冷却タンクに燃料を補充する際に、冷却タンクが空であるか又は少量の液体燃料のみを収容している初期段階で、冷却タンクの壁を急速に冷却することができる。このようにして、液体極低温燃料の不必要な気化を最小限に抑えることができる。
【００１８】
更に、冷却タンクの上部にガス出口を配置することができる。このようなガス出口は、１つ又はいくつかの弁を介して１つ又はいくつかのガス出口導管に接続することができる。例えば、１つのガス出口導管に、例えば２４バールの所定の最高許容出口圧力で自動的に開いて開放状態を維持するように適合された安全弁を設けることができる。
【００１９】
極低温タンクを相互に接続するために断熱導管を用いるにもかかわらず、またタンクも断熱されているにもかかわらず、タンク内の液体極低温燃料はある程度気体状態に変化する可能性がある。この結果、車両タンク及びツールの冷却タンクの双方において望ましくないほど高い過圧が発生することがある。
【００２０】
従って、冷却タンクに、タンク内の圧力に応答して自動的に開閉するリリーフ弁を設けることが望ましい場合がある。リリーフ弁は、タンク内の圧力を、例えば１４バールから１８バールまで、例えば１６バールまでに調節するように適切に適合することができる。
【００２１】
冷却タンクの上部のガス出口は、機械的又は電気的な制御手段によって手動で開閉するように適合された出口弁を設けたガス出口導管を備えることができる。このような制御可能な弁により、冷却タンク内の圧力を手動で調整することで、特に補充プロセスの初期に起こり得る、冷却タンクに注入された燃料の気化により生じる冷却タンク内の望ましくない圧力増大の発生を打ち消すことができる。冷却タンクの補充中、出口弁を調整することによって、冷却タンク内の圧力を例えば１バール等の所定の値付近に維持すると好都合であり得る。
【００２２】
従って、ツールの冷却タンク内の圧力を調節するために余分なガスを抜くことは適切な安全措置である。しかしながら、燃料を抜くことで貴重な燃料が無駄になるのでリソースの無駄が生じる。抜いたガスも利用できるようにするため、排出及び補充システムは、適切な時点で、抜いたガスを冷却タンクに戻すための手段を備えることができる。あるいは、抜いたガスを車両タンク又は双方のタンクに送ることができる。抜いたガスを一方又は双方のタンクに戻すことは、燃料を無駄にせず、車両燃料として用いるために回収することを意味する。しかしながら、燃料を戻すことは、過剰な過圧の発生を防ぐためにタンク内で所定の上限値未満の圧力を維持するように制御して行わなければならない。むろん、抜いたガスを収集して他の目的に使用することも可能である。
【００２３】
本明細書に記載されるツールは携帯型にすることができる利点がある。その場合、携帯型ツールは例えば、従来のパレットリフターによる移動が可能なサイズを有する。携帯サイズの冷却タンクは、例えば内部容積を３００Ｌ〜７００Ｌとすることができる。ツールの冷却タンクは少なくとも４５０Ｌ、好ましくは少なくとも５５０Ｌを収容すると有利であり得る。このような容積の場合、一般的なサイズの車両タンクに満杯に収容された内容物をツールの冷却タンクに移送できるからである。更に、ツールは、冷却タンク及び熱交換器が相互に個別に切断、保管、及び移動できる別個の部品であるように設計することができる。
【００２４】
また、極低温燃料のための車両タンクを排出又は補充するためのシステムを提供する。このシステムは、本明細書に記載されるツールと、車両上に配置された極低温燃料のための車両タンクとを備え、車両タンクは、使用位置において垂直方向で見た場合に上部及び下部を提示し、車両タンクは燃料用の出口及び燃料用の入口を備えている。
【００２５】
車両タンクを排出及び補充するためのシステムは追加の冷却タンクを備えることができ、この冷却タンクは、燃料用の出口と、燃料用の入口と、出口及び入口をそれぞれシステム内の他の構成要素に接続するための接続手段と、を提示する。ツールの冷却タンクの入口及び出口に関してすでに記載したように、車両タンク及び／又はシステムに含まれる他のいずれの冷却タンクの入口も、垂直方向において冷却タンクの出口よりも上方に配置されている。
【００２６】
更に、車両タンク及び／又はシステムに含まれるいずれかの追加の冷却タンクにも、ツールの冷却タンクに関してすでに記載したように、タンクの上部に１つ又はいくつかのガス導管及び弁を有するガス出口を設けることができる。
【００２７】
一部の長距離運搬車両には特大の燃料タンクが搭載されている。例えばこれらを点検する場合、タンクが大量の燃料を収容しているために、ツールの冷却タンクが燃料の全量を収容できないことがある。このような場合、燃料を移送するために追加の体積（ｖｏｌｕｍｅ）を利用することが有利である。また、通常サイズのタンクにおいても、ツールの冷却タンクが充分な量の燃料を収容できない問題が生じ得る。この問題を軽減するため、システムはそのような場合に少なくとも１つの追加の一時的な冷却タンクを備えてもよい。
【００２８】
また、極低温燃料のための２つのタンク間で極低温燃料を移送するための方法が提供される。この方法は以下のステップを備える。
Ａ）冷却タンク及び熱交換器を備えた、本明細書に記載する種類のツールを提供するステップ。
Ｂ）ツールを車両タンクに接続することによって本明細書に記載する種類のシステムを形成するステップであって、車両タンク及びツールの冷却タンクの一方が極低温の加圧燃料を収容する供給タンクを構成し、これが車両タンク及びツールの冷却タンクの他方に移送されることによって受容タンクを構成する、ステップ。
Ｃ）液体極低温燃料をツールの熱交換器に通過させることによって液体極低温燃料を気体状態に変化させるステップ。
Ｄ）熱交換器で変化した燃料を注入することによって供給タンク内に吐出圧力を発生させるステップ。
Ｅ）燃料を供給タンクから受容タンクへ移送するステップであって、供給タンク内の増大した圧力が供給タンクから受容タンクへの燃料移送を引き起こす、ステップ。
【００２９】
従って、本明細書に記載されるツールは、車両タンク及びツールタンクの一方から他方のタンクへの排出を可能とする。つまり、例えば車両を点検する前に、全く同一のツールを用いて、まず車両タンクから燃料を排出し、その後燃料を車両タンクに戻すことができる。排出の２方向の切り換えは、車両タンク及びツールタンクの様々な入口及び出口間で単にホースを切り換えることによって行われる。この方法の基本となるのは、システムに存在する液体燃料の一部を熱交換器に分流してそこで気化させ、この気体燃料を排出対象のタンクに送って圧力を増大させ、燃料を他方のタンク内へ吐出することである。
【００３０】
車両タンクから燃料を排出する場合、従ってこれが供給タンクである場合、気化ステップＣ）における液体極低温燃料は、車両タンクから車両タンクの出口を介して取得することができる。
【００３１】
あるいは、受容タンクすなわちツールの冷却タンクに少量の液体極低温燃を収容することができる場合、ステップＣ）における液体極低温燃料は、ツールの冷却タンクからツールの冷却タンクの出口を介して取得することができる。
【００３２】
ツールの冷却タンクが供給タンクである場合、ステップＣ）における液体極低温燃料は、ツールの冷却タンクから冷却タンクの出口を介して取得することができる。点検作業の後に車両タンクを補充する場合、一般に、方法ステップＣ）で利用され得る液体燃料は車両タンク内に存在しない。しかしながら、車両の使用中に通常の補充として補充が行われる場合、車両タンク内に多少の液体燃料が残っていることがある。そのような場合は、むろんこの燃料を方法ステップＣ）で用いることができる。
【００３３】
供給タンク内の作業圧力は２〜７バールとすることができ、例えば３〜５バール、又は３バールである。受容タンク内の圧力は供給タンク内の圧力よりも少なくとも１バール低くなければならず、例えば供給タンク内の圧力よりも少なくとも２バール低い。
【００３４】
記載されるツールは、例えば作業場で商用車両を点検する場合に、車両タンクからの迅速かつ効率的な排出を可能とするので、強可燃性の極低温燃料が発火する危険なく点検作業が可能となる。点検作業の完了後、本明細書に記載するようにホースを逆にしてから燃料をタンクに戻すことができる。ここで作業場の訪問は終了となり得る。断熱冷却タンクによって、更に断熱導管によっても、気体状態の極低温燃料の温度を燃料の沸点未満に維持することができる。これは例えば、主にメタンから成る燃料では摂氏−１６３℃未満である。
【００３５】
極低温燃料を車両タンクから排出すること及び車両タンクへ戻すことは双方とも、本明細書に記載するツールを用いて、迅速かつ円滑に高い安全性で実行可能である。セットアップの時間を含めて、タンク排出のプロセス全体は約３０分から１時間を要する。タンクの補充も等しい時間量を要する。これは、絶えず監督しながら燃料を燃焼させることでタンクから極低温燃料を排出するこれまで使用されてきた方法と比較するべきである。これまでの方法は、排出対象のタンクに燃料が多く残っている場合に数時間を要し得るプロセスである。従って、本明細書に記載するツールは大幅な時間の節約を可能とし、当然これによって車両点検のコストは、労働コストの点でも、点検作業のため車両を使用していないときに生じる収入損失の点でも、大きく削減される。また、経済的な観点から、燃料を車両に戻して再び使用する前の、車両外で燃料を保管する時間を短縮することが重要である。冷却された加圧燃料を断熱冷却タンクで保管する場合であっても、タンク内の温度は時間と共に上昇し、燃料は徐々に気体状態に変化する。安全上の理由から、生成された余分なガスは徐々にタンクから抜かれるが、この結果として、抜かれたガスを回収するために特別な措置を取らない場合、時間の経過と共に燃料の損失が増大する。
【００３６】
極低温燃料は、液体状態を保つために極めて低い温度での保管及び取り扱いを必要とする燃料である。極低温燃料の一例は、沸点が摂氏約−１６３℃の液化天然ガス（ＬＮＧ）である。このため、商用車両の燃料としてＬＮＧを用いる場合、燃料システムの良好な断熱が必要である。車両タンクから冷却タンクへのＬＮＧの移送は、タンク間の断熱導管によって可能となる。従って、車両タンクを排出及び補充するためのシステムにおいて、冷却タンクの弁と車両タンクの弁との間の接続を、断熱導管によって構成することができる。導管は、好ましくは可撓性であり、例えばホースによって構成することができる。温度を低く保つため、断熱燃料タンクが有利に用いられ、冷却タンクも有利に断熱される。導管が充分に厚い断熱材によって断熱されてタンク間に配置されることで、極めて低い温度を維持することが容易になる。断熱材として用いるのに適切な１つの材料はポリウレタンフォームである。別の可能性として、極めて低い温度による氷形成が、充分な断熱として機能することが考えられる。
【００３７】
本明細書に記載される、車両タンクにおいて極低温燃料を排出及び補充するためのツール及びシステムは、作業場外の状況における使用にも好都合である場合がある。例えばこのツールは、商用車両が巻き込まれた交通事故において、車両タンク内に燃料が残っていると火災の危険がある場合に有用であり得る。大きくて扱いにくいタンクは、スペースが充分でない作業場や狭い施設では不都合が生じることがある。また、車両タンクから極低温燃料を排出して、別の車両タンクに同じ燃料を補充する状況もあり得る。こういった状況を改善するため、ツールを携帯型とすることができる。また、車両タンクからの排出のため、及び吐出された極低温燃料を車両タンクに戻すまで一時的に保管するために、２つ以上のより小型のツールを用いることも可能である。
【００３８】
一時的なタンクは、多くの状況において車両タンクを排出及び補充するための円滑な解決策を提供する。別の可能性として、いくつかの商用車両タンクから順次排出を行い、商用車両での作業が完了した後に、一時的な冷却タンクからの燃料でそれらを補充することもあり得る。
【００３９】
また、例えば走行している場合に車両タンクを排出及び補充できると便利である場合がある。そのような状況では、本明細書に記載するツールが、燃料を充填した冷却タンクを有し、対象の商用車両に付随し、この商用車両が一時的に停止したときに補充を行うことができる。このように商用車両に配置されたスペアのタンクを有することで、環境に優しい燃料供給源を備えた順応性のある車両を提供する。携帯型冷却タンクを有するツールは、車両タンクに関連付けられた車両に取り付けるための手段を備えることができる。
【００４０】
極低温燃料を排出及び補充するためのツールを、例えば商用車両を点検する場合に点検技術者等のユーザの近くに配置すると、作業が容易になり、時間とリソースの節約となる。従って、別の可能性として、工場作業での使用に適した、作業場に一時的な冷却タンクを配置することができる。
【００４１】
前述のように、極低温燃料は低い沸点によって特徴付けられ、様々なエネルギガス混合物から成る可能性がある。車両の推進に極低温燃料を用いるための必要条件は様々なものであり得る。例えば、給油所の利用可能性は異なる地理的エリアでは異なる場合がある。更に、例えば、車両は絶えず発展しているので古いモデルの車両は新しい車両とは技術的に異なることから、異なる車両では燃料装備が異なることがある。また、燃料が満杯に収容された車両の燃料消費は当然大きくなる。
【００４２】
１つの一般的に用いられる極低温燃料はメタンであり、これは天然ガス又は生物ガスから得られる。天然ガスは地上又は海中の堆積物から回収され、７０％〜９９％のメタン含有量を有し得る。生物ガスは消化された再生可能有機物質から生成され、９５％〜９９％という極めて高いメタン含有量を有する。
【００４３】
メタンの燃焼は主に二酸化炭素と水を生成する。生物ガス又はＢＬＧ（Ｂｉｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｇａｓ）内のメタンは、光合成によって植物内に蓄えられた空気中の二酸化炭素から生じるので、大気への温室効果ガス二酸化炭素の正味の寄与はない。液体状態に変わった天然ガスは通常、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と呼ばれる。化石燃料であるＣＮＧの燃焼は、確かにガソリン及びディーゼルよりもクリアな代替燃料であるが、生成される二酸化炭素は大気中の温室効果ガスに寄与する。むろん、車両燃料としてＢＬＧ及びＣＮＧの混合物を用いることも可能である。
【００４４】
気体が液体に変化すると、体積は大幅に縮小する。例えば１ｍ３のＣＮＧは約１．６ｄｍ３のＬＮＧに相当する。このため、燃料は液体状態で移送することが有利である。従って、液体状態の燃料を移送する１台のトラックは、気体状態の燃料を移送する多数のトラックに相当し得る。更に、商用車両の燃料タンクに液体状態の極低温燃料を有するとスペース節約となる。そのようなタンクは既定の体積を有し、燃料を移送する商用車両の保管タンクも同様であるので、車両内の燃料の量を明らかにすることができる。これは、トラックがそのタンクでどのくらいの距離を走行できるか前もってわかるということであり、次の給油所に遅れずに到着するためのプランニングが可能となる。更に、タンク体積がわかるので、コストのプランニングも可能となる。
【００４５】
本明細書に記載するツールの冷却タンクは、既定量の燃料（ＬＮＧ）を収容することができる。この燃料を気体状態に変化させて使用して、車両のタンクに送出することができ、ここで気体燃料が過圧の確立のために用いられる。この過圧が、車両タンクからツールの冷却タンクへ液体燃料を吐出する。あるいは、少なくとも初期段階では液体燃料が車両タンクから取得され、ツールの熱交換器で気体状態に変化し、気体となった燃料を車両タンクに戻し、これが車両タンク内に過圧を生成することで、車両タンク内の液体燃料の大部分をツールの冷却タンクに吐出するように、ツールを車両タンクに接続することができる。車両タンクからツールの冷却タンクへ液体燃料を移送する間、ツールの冷却タンクの圧力は車両タンク内の圧力よりも低くなければならない。車両タンク内の適切な作業圧力は２〜７バールとすることができ、例えば３〜５バール、例えば約３バールである。受容タンク内の圧力は車両タンク内の圧力よりも少なくとも１バール低くなければならず、例えば少なくとも２バール低い。
【００４６】
車両タンクから液体燃料（ＬＮＧ）を完全に排出することができるが、タンク内への空気の流入を防ぐため、タンク内にガスを残さなければならない。空気が低温の車両タンク内に入ると、空気は水分を含むので問題が生じ得る。タンク内の低温では、水の結晶が形成され、システムを破壊してしまう。従って、タンクの洗浄中、又はタンクからの完全な排出中に、不活性の窒素でタンクを充填する。
【００４７】
極低温燃料のための冷却タンクを使用及び保管する場合、安全性の観点からその位置を検討しなければならない。空気よりも重い圧縮極低温液体ガスを配置する際は、排水路、地下室、及びパイプライン等の低い場所にガスが蓄積することに伴う危険に留意しなければならない。ガスは、−１０７度までは空気よりも重い。これより高い温度では、ガスは空気よりも軽く、上昇して空気と混合するので、発火の危険が増大する。
【００４８】
スペース節約の目的のため、また、記載するツールは常時使用されるわけではないため、かさばらないサイズでなければならない。１つ又はいくつかの相補的な冷却タンクを設ける場合、そのような追加の冷却タンクの使用頻度は高くないことが想定できるので、追加の冷却タンクは体積が小さく、従って保管中にあまりスペースをとらないことが適切であり得る。このため、この少なくとも１つの追加の冷却タンクはツールの第１の冷却タンクよりも小型とすることができる。
【００４９】
以下で、添付図面を参照して本発明について更に詳しく説明する。図面において、同一又は同様の細部は同一の参照番号で示す。図面は概略的な表現に過ぎず、本発明の精密な細部を示すことは意図していない。図面は、本発明の典型的な実施形態を例示することだけを意図し、従って本発明の限定として見なされないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に従ったツールの概略図を示す。
【図２】本発明に従ったシステムの概略図を示す。図２ではシステムは排出モードで示されている。
【図３】本発明に従ったシステムの概略図を示す。図３ではシステムは補充モードで示されている。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、極低温燃料３３のための車両タンク１５を排出及び補充するためのツール１００を示す。ツール１００は熱交換器１３及び冷却タンク１を備えている。この冷却タンク１は、少なくとも１つの出口弁２を有する燃料出口導管３５’への出口３５を提示し、この燃料出口３５は、出口弁２及び接続デバイス３を介して第１の燃料導管及び第２の燃料導管に接続可能である。冷却タンク１は燃料入口３８を備え、これは逆止弁４を介して燃料入口導管３９に接続されている。燃料入口導管３９は、図示する排出モードにおいて燃料入口３８を接続するための接続デバイス５を提示する。このモードでは、燃料導管４０は接続手段２８を介して熱交換器１３に接続されている。燃料導管４０は、接続手段５を介して冷却タンク１の入口３８にも接続するように適合されている。
【００５２】
タンク１、１５の一方に送られる燃料は、例えばタンク内に延出する導管に沿って配置された複数のスプレー孔を有するスプレーデバイス５０によってタンクの上部に注入されて、タンクの壁を急速に冷却する。従ってこれは、タンク内に液体状態３３と気体状態３４の双方の燃料が存在することを意味する。出口導管４１’は、絞り弁１６を介し、接続手段５を介して入口導管３９に、また絞り弁３２を介して燃料導管４５に接続可能であり、燃料導管４５は接続手段２７を介して熱交換器１３の入口に接続されている。
【００５３】
従って、燃料は適切に冷却タンク１内に注入され、冷却タンク１内部の気体燃料のために冷却タンクの入口３８にスプレーデバイス５０が接続されているので、スプレーデバイスは冷却タンク１の上部に燃料をスプレーするように適合されている。
【００５４】
従って、ツール１００において、熱交換器１３には、熱交換器１３の入口を車両タンク１５の液体燃料用の出口４１に接続するための手段２７が設けられている。冷却タンク１のガス出口４４は、図に示し本明細書で説明するように、余分なガスを放出するための安全システムにつながり、適切な弁及び接続デバイスを介して１つ又はいくつかのガス出口導管４４’に接続されている。
【００５５】
図面に示すように、ツール１００における出口デバイス２は、冷却タンク１からの液体燃料用の燃料出口導管３５’上に配置することができる。燃料出口導管３５’は、冷却タンク１の出口３５から見た場合に出口弁２の下流で、第１の燃料導管と第２の燃料導管とに分かれている。
【００５６】
図に示すように、ガス出口導管には安全弁が設けられ、これらは２４バールの出口圧力で自動的に開くように適合されている。
【００５７】
また、ガス出口導管には絞り弁２、１６も設けられ、これらは手動で開閉するように適合されている。
【００５８】
図１に示すように、ガス出口４４は冷却タンク１の上部に配置されている。これに対応して、気体燃料のための出口４２が車両タンク１５の上部に配置され、余分なガスを排出するための安全システムにつながっている。冷却タンク１のガス出口４４には、導管を介して絞り弁８及びリリーフ弁９が設けられ、放出開口１２に至る。出口４４に接続された別の導管は、バルブパイプ１０に接続されたリリーフ弁１１を提示する。ガス出口４４に接続された追加のパイプは、安全弁６及び圧力ゲージ７に接続されている。
【００５９】
これに対応して、車両タンクでは、出口４２が導管を介してリリーフ弁２４及びアドミッションパイプ２３に接続されて出口開口１４に到達し、また、出口４２に接続された導管が圧力ゲージ２０及び安全弁２９に接続されている。
【００６０】
図２に、車両タンク１５から極低温燃料３３を排出するように構成された図１のシステムが示されている。このシステムは、図１で上述したものに基づいている。車両タンク１５から燃料３３を排出するため、排出を可能とするように導管が接続されている。基本的な考えは、車両タンク１５内の燃料３３を熱交換器１３に送出し、ここで燃料３３を気体状態３４に変化させ、車両タンク１５に戻し、これによって加圧するということである。この圧力増大により、車両タンク１５から燃料導管３７を介して冷却タンク１へ燃料３３を移送することが可能となる。システムを排出モードで動作可能とするため、冷却タンク１の燃料入口３８は接続手段５を介して燃料入口導管３９、燃料導管３７に接続され、燃料導管３７は接続手段１７を介して車両タンク１５からの出口導管４１’に接続されている。更に、出口導管４１’は、接続手段２７、３１を介し、燃料導管４５を介して熱交換器１３に、更には接続手段２８、１９及び燃料導管４０を介し、逆止弁１８を介して入口４３に接続されている。出口導管４１’は、絞り弁１６を介して入口導管３９に、絞り弁３２を介して燃料導管４５に接続可能であり、燃料導管４５は接続手段２７を介して熱交換器１３の入口に接続されている。これらの接続を用いて、熱交換器１３における気化で生じた圧力増大により、燃料３３の一部が車両タンク１５から熱交換器１３を経由して気体状態で戻って車両タンクの入口４３を通って車両タンク１５に注入されることによって、液体極低温燃料３３を車両タンク１５から燃料導管３７を介して冷却タンク１に送ることができる。また、入口４３は、車両の通常の補充用の入口でもある。
【００６１】
冷却タンク１の入口３８は、ツールの垂直方向において冷却タンクの燃料出口３５よりも上方に配置され、前述のように、冷却タンク１内で燃料をスプレーするスプレーデバイス５０がある。
【００６２】
冷却タンクは、円筒形や矩形のような様々な形状をとり、横型又は縦型とすることができ、様々な体積であり得る。冷却タンクのサイズ範囲は、例えば１００〜１２００リットルとすることができ、４５０リットル〜４９８リットルが好適なサイズであり、６００リットルが特に好適なサイズである。タンクは、低温を維持できるように、例えばポリウレタンフォームによって適切に断熱されている。
【００６３】
従って、熱交換器１３は液体燃料３３をガスに変化させるように適合されている。このガスは車両タンク１５に移送されると膨張して車両タンク１５内で圧力を生成し、これによって液体状態の燃料３３を車両タンク１５から燃料導管３７を介して冷却タンク１へ吐出することが可能となる。従って、タンク間の液体の移送を可能とするのは、熱交換器１３で液体が気体状態に変化することから生じる圧力である。燃料の良好な吐出を達成するための圧力は、通常の作業圧力の約４〜７バールであることがわかっている。
【００６４】
図３に、車両タンク１５を排出し補充するための本明細書に記載するツール及びシステムが、ツール１００から車両タンクに燃料を戻す状況で示されている。大まかに言えば、車両タンク１５に燃料を戻す状況では、熱交換器１３は燃料導管４５を介して冷却タンク１に接続され、液体燃料３３を冷却タンク１から取得して熱交換器１３で気化し、冷却タンク１内の圧力を増大させるため気化した燃料３４を燃料導管４０を介して冷却タンク１に戻す。更に詳細には、冷却タンク１の出口３５は、接続手段３を介して燃料導管３７に接続するため出口弁２に接続されている。燃料導管３７は、車両タンク１５内に燃料３４を注入するため、接続手段１９及び逆止弁１８を介して車両タンク１の入口４３に接続されている。冷却タンク１の出口３５は更に、出口弁２及び絞り弁２５を介し、接続手段２６を介して、燃料導管４５に接続されている。この燃料導管４５は、熱交換器１３に対する接続手段２７を介して熱交換器１３に液体燃料３３を移送する。燃料３３は、熱交換器１３を通過する間に気化され、熱交換器１３に取り付けられた接続手段２８を介して、気体になった燃料３４のための導管４０に送られる。導管４０は、接続手段５及び逆止弁４を介して冷却タンクの入口３８に接続されている。従って、熱交換器１３は気体状態の燃料を冷却タンク１に移送し、ここで圧力が生成され、これによって冷却タンク１から車両タンク１５へ燃料を吐出することができる。従って、冷却タンク１内の圧力が増大するので、燃料３３は、冷却タンク１と車両タンク１５との間の燃料導管３７を介して冷却タンク１から車両タンク１５へ強制的に送られる。逆止弁４は、冷却タンク１からの背圧が１２〜２４バールで、例えば１４〜１８バールで、好ましくは冷却タンク１からの背圧が１６バールで、開くように適合されている。
【００６５】
適宜、冷却タンク１及び車両タンク１５の双方を接地してスパーク形成を防止する。
【００６６】
本発明を更に説明するため、車両タンク１５内の極低温燃料３３、３４を排出及び補充するための方法としてこれを考える。この方法は複数のステップを備え、更に具体的には、極低温燃料用の車両タンク１５から極低温燃料を排出するための方法として説明することができる。この方法は以下のステップを備える。
Ａ）冷却タンク１及び熱交換器１３を備えた、本明細書に記載する種類のツールを提供するステップ。
Ｂ）ツールを車両タンク１５に接続することによって本明細書に記載する種類のシステムを形成するステップであって、車両タンク１５及びツールの冷却タンク１の一方が極低温の加圧燃料３３を収容する供給タンクを構成し、これが車両タンク１５及びツールの冷却タンク１の他方に移送されることによって受容タンクを構成する、ステップ。
Ｃ）液体極低温燃料３３をツールの熱交換器１３に通過させることによって液体極低温燃料３３を気体状態３４に変化させるステップ。
Ｄ）熱交換器１３で変化した燃料３３を注入することによって供給タンク１、１５内に吐出圧力を発生させるステップ。
Ｅ）燃料３３を供給タンクから受容タンクへ移送するステップであって、供給タンク内の増大した圧力が供給タンクから受容タンクへの燃料移送を引き起こす、ステップ。
【００６７】
上述の方法では、車両タンクが供給タンクとなることができ、ステップＣ）における液体極低温燃料は車両タンクから車両タンクの出口を介して取得される。
【００６８】
あるいは、車両タンクが供給タンクであり、ツールの冷却タンクに少量の液体極低温燃が収容されている場合もあり得る。この場合、ステップＣ）における液体極低温燃料は、ツールの冷却タンクからツールの冷却タンクの出口を介して取得される。
【００６９】
また、ツールの冷却タンクが供給タンクとなることも可能であり、ステップＣ）における液体極低温燃料はツールの冷却タンクから冷却タンクの出口を介して取得することができる。
【００７０】
供給タンク内の作業圧力は２〜７バールとすることができ、例えば３〜５バール、又は３バールである。受容タンク内の圧力は供給タンク内の圧力よりも少なくとも１バール低く、例えば供給タンク内の圧力よりも少なくとも２バール低い。
【００７１】
排出モードから補充モードへの切り換えは、いくつかの燃料導管がそれぞれの接続手段を切り換えるかのように、純粋に機械的に説明することができる。これは以下のように例示できる。
燃料導管３７を接続手段１７から１９に切り換える。
燃料導管４５を接続手段３１から２６に切り換える。
燃料導管４０を接続手段１９から５に切り換える。
【００７２】
冷却タンク１内で燃料をスプレーして、霧状の燃料によりタンクを冷却する。システムにおいて、例えば摂氏約−１６０℃という極低温燃料３３、３４の充分に低い温度を維持するため、導管は、周囲の相対的な熱に耐えられる材料で形成されている。冷却タンク１及び車両タンク１５の入口、出口、弁間の接続部は、断熱可能な構成要素によって構築する。
【００７３】
上述のように、温度が上昇して燃料３３が気体燃料３４に変化した場合、過圧を調節しなければならないことがある。冷却タンク１に収容できるよりも多量の液体燃料３３が供給された場合にも、タンク１内で圧力が上昇する可能性がある。車両タンク１５からの燃料３３の投入を可能とするため、対応する量を安定した速度でタンクから出さなければならない。安定した速度が乱れると、冷却タンク１内で過圧が生じ得る。図示するように、冷却タンク１は、気体燃料３４からの過圧を調節するためガス出口４４に接続された弁９も備えている。
【００７４】
弁９を介して抜いたガス３４は、通常は周囲に放出されるが、燃焼する場合もある。
【００７５】
図において、異なる種類の複数の弁を見ることができる。これらの弁は、液体状態３３及び気体状態３４の双方の燃料を受容及び送出できるように設計することができる。また、これらの弁のいくつかは、燃料３３、３４を双方向に通すように設計することも可能である。別の変形では、下部の弁と上部の弁に異なるタイプの弁が用いられる。図中、上部の弁ではガスがタンク内に送り込まれ、下部の弁では液体状態の燃料が２つのタンクから送り出される。弁８は、オン／オフ位置を有する手動タイプの絞り弁である。更に、弁の接続は、タンク内へのガス注入を可能とするように適合されている。
【００７６】
冷却タンク１に接続されている接続手段５及び車両タンク１５に接続されている接続手段１９は、タンク補充を可能とするための補充弁によって構成されているが、弁１１はリリーフ弁によって構成され、例えば１６バールで自動的に開閉する。
【００７７】
弁６、２９、及び３０は安全弁によって構成され、これらは圧力によってのみ制御されてシステムの使用時に開く。弁１１及び２４はリリーフ弁である。
【００７８】
作業を容易にするため、冷却タンク１を含むツールは、場合によってはパレットリフターを用いて、携帯型及び可動型とすることができる。好ましくは、要望通りに取り扱えるように、冷却タンクは約５００ｄｍ３以下、好ましくは４９８ｄｍ３以下とする。いくつかの用途では、タンクを２つのサブタンクに分割することが有利であり得る。上述のような取り扱いを可能とするため、冷却タンクはパレットサイズの底面寸法を有することができると適切である。
【００７９】
更にプロセスを容易にするため、１つの可能性として、携帯型の冷却タンクを商用車両の一部と考えることができる。この場合、携帯型の冷却タンク１は、車両タンク１５に関連付けられた車両に取り付けることができる。
【００８０】
概して、車両の点検前に冷却タンクを使用することが奨励される。これは、人間工学的な観点から冷却タンクの管理及び取り扱いが容易であると簡単になる。また、冷却タンクは適切な位置に保管することが好ましい。従って冷却タンクは、工場作業での使用に適した作業場に配置することができる。
【００８１】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）は、生成される望ましくない気体（ｆｕｍｅ）が比較的少なく、空気よりも軽く、換気によって迅速に拡散するので、比較的安全な燃料である。ＣＮＧは通常２００から２４８バールの圧力で容器に保管される。上述の特性のため、ＣＮＧは車両タンク１５内の燃料としての使用に適している。更に、本発明に従ったシステムの冷却タンク１にＣＮＧを移送することも可能である。従って、車両タンク１５を排出及び補充するための上述のシステムにおいて、気体状態の燃料はＣＮＧとすることができる。
【００８２】
更に、図３では、冷却タンク１が所定の固定の形状を有することがわかる。これにより、タンク内の燃料の量も明らかにすることができる。更に、冷却タンク１は既定量の燃料（ＬＮＧ）を収容することができる。
【００８３】
前述のように、ＣＮＧは液体状態で液化天然ガス（ＬＮＧ）に変わるガスである。
【００８４】
更に、少なくとも１つの追加の冷却タンクを用いることができる。状況によっては、例えばタンク内に予想外に大量の燃料が残っていて、これを冷却タンクに移そうとする場合、２つ以上の冷却タンクがあると有利であり得る。その場合、単一の冷却タンクでは、例えば工場作業中に燃料を保管するのに充分でないことがある。本発明は、工場作業のために使用することに加えて、例えば給油所で補充を行う場合、又は２台の車両間でも使用可能である。この少なくとも１つの追加の冷却タンクは冷却タンク１よりも小さい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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