УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЗАПРАВКИ
DEVICE FOR GAS FILLING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для заправки газа в топливный баллон, установленный на автомобилях, работающих на сжатом природном газе (СПГ), на топливных элементах, на водородном топливе, и т.п.
Уровень техники
Активно ведутся разработки автомобилей, решающих проблемы экологии, в частности, автомобилей, работающих на сжиженном природном газе, топливных элементах, водороде и т.п., которые используют газовое топливо, такое как СПГ и газообразный водород. В целях развития парка автомобилей, использующих газообразное топливо, становится необходимым использовать устройство для стабильной и эффективной заправки газообразного топлива в топливный баллон автомобиля. Например, в патентном документе JP 2014-109350 представлено устройство, обеспечивающее эффективную заправку газообразного топлива в размещенный в автомобиле топливный баллон.
Традиционные устройства для газовой заправки являются неподходящими для повышения устойчивости заправочного пистолета и заправочного шланга к воздействию давления топлива, и если к заправочному пистолету и заправочному шлангу приложено высокое давление, вес устройств увеличивается, и поэтому пользователи испытывают большую физическую нагрузку, и не так просто направить заправочный пистолет к заправочному штуцеру топливного баллона в автомобиле и прикрепить присоединительный патрубок заправочного пистолета к заправочному штуцеру топливного баллона. Кроме того, если пользователь случайно выпускает заправочный пистолет из рук или ударяет им по автомобилю, заправочный пистолет или автомобиль может быть поврежден.
Следует отметить, что в последние годы в целях содействия использованию водородных заправочных станций рассматривается возможность применения автоматических устройств для заправки газа с внесением соответствующих изменений и дополнений в постановления правительства и инструкции по мерам обеспечения безопасности, и желательно разработать устройство для заправки газа, позволяющее сделать операцию заправки газа более легкой, даже если пользователи еще не приспособились к использованию заправочного пистолета.
Настоящее изобретение было создано, принимая во внимание отмеченные выше проблемы, существующие при использовании традиционного оборудования, и задача настоящего изобретения заключается в обеспечении устройства для заправки газа, содержащего заправочный пистолет, обеспечивающий высокие эксплуатационные качества (простоту и удобство эксплуатации).
Раскрытие изобретения
Указанная задача решена в устройстве для газовой заправки, содержащем средства заправки, обеспечивающие транспортирование газа от его источника через трубопровод подачи газа при одновременном измерении его расхода; заправочный шланг, соединенный с трубопроводом подачи газа и снабженный на конце заправочным пистолетом; держатель пистолета для его подвешивания; и направляющий механизм, выполненный с возможностью перемещения заправочного пистолета от его держателя в заданное положение после отделения этого пистолета от держателя.
При использовании такого устройства в ситуации, когда заправочный пистолет отделяют от его держателя, направляющий механизм может направлять заправочный пистолет к заправочному штуцеру установленного на автомобиле топливного баллона, что позволяет легко перемещать заправочный пистолет к заправочному штуцеру топливного баллона, даже если заправочный пистолет является достаточно тяжелым, или транспортируется газ высокого давления, например, газообразный водород. Это позволяет улучшить эксплуатационные качества заправочного пистолета. Кроме того, предотвращается падение заправочного пистолета.
В описанном выше устройстве направляющий механизм может содержать множество звеньев, одно из которых соединено с заправочным пистолетом, и элементы для соединения пары соседних звеньев из их множества с возможностью их взаимного поворота, при этом, когда заправочный пистолет подвешен на держателе, звенья упомянутого множества складываются с помощью указанных элементов, а когда заправочный пистолет отсоединен от держателя, звенья указанного множества раскладываются, обеспечивая перемещение заправочного пистолета от держателя в заданное положение.
Кроме того, направляющий механизм может содержать соединенный с заправочным пистолетом трос и пружину постоянной нагрузки для сматывания троса с постоянным усилием, причем трос свисает от держателя пистолета с предварительно выбранной стороны, и, когда заправочный пистолет отсоединен от держателя, трос перемещается за счет силы тяжести так, чтобы направить заправочный пистолет от держателя пистолета в заданное положение; при этом направляющий механизм дополнительно содержит средство разъединения для освобождения троса и заправочного пистолета, если заправочный пистолет вытягивается с усилием, превышающим предварительно заданную величину, и устройство для снижения скорости, для предотвращения быстрого сматывания троса под действием пружины постоянной нагрузки, когда трос и заправочный пистолет освобождаются с помощью средства разъединения.
Устройство может дополнительно содержать кожух для размещения в нем заправочного пистолета, подвешенного на держателе, при этом дверца кожуха содержит нажимной элемент для надавливания заправочным пистолетом при его подвешивании на держатель в направлении закрывания дверцы.
Кроме того, в описанном выше устройстве держатель пистолета может содержать отверстие для ввода сухого газа в заправочный пистолет, подвешенный на держателе. Присоединительный патрубок пистолета для подачи газа может быть легко присоединен к заправочному штуцеру топливного баллона, установленного в автомобиле.
Как отмечено выше, при использовании изобретения становится возможным создание устройства для газовой заправки, имеющего заправочный пистолет с высокими эксплуатационными качествами.
Изобретение поясняется чертежами
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для заправки газа в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 - фрагмент Р на фиг. 1, увеличенный вид в разрезе;
на фиг. 3(а) и 3(b) схематично показаны устройства по фиг. 1 в ситуации, когда заправочный пистолет не используется, и в ситуация, когда заправочный пистолет используется.
на фиг. 4 - блок-схема действия устройства по фиг.1;
на фиг. 5 - виды, иллюстрирующие устройство для заправки газа в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения, на которых (а) - вид спереди, (b) - вид с левой стороны, (с) - вид сверху и (d) - частичный увеличенный вид в разрезе части Q устройства, показанной на виде (а), в часы работы устройства.
на фиг. 6 - вид, иллюстрирующий устройство для заправки газа в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения, на котором (а) - вид спереди и (b) - вид с левой стороны, в нерабочие часы.
на фиг. 7 - схематический вид сверху в разрезе, на котором показаны заправочный пистолет, дверца и другие компоненты, отображенные на фиг. 6.
Пример осуществления изобретения
В приведенном ниже описании устройство для газовой заправки в качестве примера представляет собой устройство для заправки газообразным водородом, и с помощью этого устройства в работающий на газообразном водороде автомобиль подают газообразный водород.
Как показано на фиг. 1, устройство 1 для газовой заправки, соответствующее изобретению, содержит размещенные в основной части 2 корпуса средства заправки, обеспечивающие транспортирование газообразного водорода от его источника через трубопровод подачи газа при одновременном измерении его расхода. С указанным трубопроводом соединен заправочный шланг 3. К концу заправочного шланга 3 прикреплен заправочный пистолет 4, а на боковой поверхности корпуса 10 с левой стороны от основной части 2 корпуса установлен держатель 5 пистолета, на который подвешивают заправочный пистолет 4. На основной части 2 корпуса установлен дисплей 9 для визуального отображения количества заправленного газообразного водорода и других параметров.
Как показано на фиг. 2, заправочный пистолет 4 имеет основную часть 4а, присоединительный патрубок 4b для подачи газа и рукоятку 4d, к которой присоединен заправочный шланг 3.
Держатель 5 пистолета снабжен несущим элементом (основанием) 5а, участком 5b инжекции с инжекционным отверстием 5d для подачи сухого газа в присоединительный патрубок 4b заправочного пистолета 4 при нахождении пистолета в нерабочем положении и переключатель 5с пистолета для определения положения «включено-выключено» заправочного пистолета 4 на держателе 5. Переключатель 5с пистолета поворачивается в положение «выключено», когда заправочный пистолет 4 подвешивают на держатель 5, и поворачивается в положение «включено», если заправочный пистолет 4 вытягивают из держателя 5. В качестве сухого газа могут быть использованы инертные газы, например, азот, аргон и гелий, а также диоксид углерода и воздух.
Как схематично показано на фиг.3, в корпусе 10 устройства 1 установлено средство 6 поддерживания и направляющий механизм 7. Направляющий механизм 7 содержит звенья 7а-7с, соединительные элементы 7d, 7e для шарнирного соединения звеньев 7а-7с и соединительный элемент 7f для шарнирного соединения звена 7с с заправочным пистолетом 4. При этом конец звена 7а удерживается с помощью средства 6 поддерживания с возможностью перемещения или вращения. Указанное средство 6 поддерживания закреплено на боковой стенке корпуса 10.
Средство 6 поддерживания и направляющий механизм 7 обычно используются так, как описано в патентном документе Japanese Patent Publication 2006-282300 gazette. В связи с этим подробное описание упомянутых компонентов устройства здесь не приводится. Когда пользователь переносит подвешенный на держателе заправочный пистолет 4 (см. фиг.3(а)), к заправочному штуцеру 8а (см. фиг. 3(b)), звенья 7а-7с перемещаются относительно друг от друга, и средство 6 поддерживания поддерживает конец звена 7а с возможностью его перемещения или вращения, что обеспечивает направленное перемещение заправочного пистолета 4 к заправочному штуцеру 8а топливного баллона. Таким же образом заправочный пистолет 4 может быть возвращен из положения, показанного на фиг.3(b), в положение, показанное на фиг. 3(а). Конструктивные выполнения средства 6 поддерживания и направляющего механизма 7 могут быть надлежащим образом выбраны в зависимости от места, на котором установлено устройство для заправки 1, и его расположения.
Действие устройства для газовой заправки описанной выше конструкции поясняется на фиг. 4.
На этапе S1 решается, будет ли пользователь устройства 1 нажимать пусковой переключатель (не показан), или нет. Когда пусковой переключатель поворачивается в положение «включено» (стадия S1, «Да»), из инжекционного отверстия 5d участка 5b инжекции держателя 5 пистолета в присоединительный патрубок 4b заправочного пистолета 4 поступает сухой газ (на этапе S2).
На этапе S3 решают, будет ли время Т инжекции сухого газа составлять 3 секунды или нет. Если период времени Т достигает 3 секунд (этап S3; «Да»), инжекция сухого газа прекращается (на этапе S4). При этом удаляется застывший материал, прилипший к присоединительному патрубку 4b подачи газа заправочного пистолета 4, и заправочный пистолет 4 вновь способен к осуществлению надежной заправки.
Когда пользователь отделяет заправочный пистолет 4 от держателя 5, переключатель 5с пистолета поворачивается в положение «включено» (этап S5; «Да»), что позволяет соединить отделенный заправочный пистолет 4 с заправочным штуцером 8а топливного баллона, прикрепленного к автомобилю 8. При этом направленное перемещение пистолета осуществляется с помощью направляющего механизма 7. После присоединения заправочного пистолета 4 к баллону приводятся в действие средства заправки (на этапе S6), и газообразный водород от источника подачи газа транспортируется через трубопровод подачи газа и заправочный шланг 3 к заправочному пистолету 4 для осуществления заправки топливного баллона. Кроме того, если устанавливается, что переключатель 5с пистолета не переключен в положение «включено» на стадии S5 (этап S5; Да), система ожидает до тех пор, пока переключатель SW пистолета не поворачивается в положение «включено».
После заправки газообразного водорода пользователь использует направляющий механизм 7 для возвращения заправочного пистолета 4 к держателю 5 пистолета. При этом переключатель SW пистолета поворачивается в положение «выключено» (стадия S7; «Да»), заправочный механизм останавливается, и к заправочному пистолету 4 подается сухой газ (на этапе S8) таким же образом, что и на описанном выше этапе S2. Кроме того, если устанавливается, что переключатель 5с пистолета не переключен в положение «выключено» на этапе S7 (этап S7; «Нет»), система ожидает до тех пор, пока переключатель 5с пистолета не повернется в положение «выключено».
Инжекцию сухого газа на этапе S8 контролируют, чтобы она была прекращена по истечении 3 минут (этап S9; «Да») (этап S10).
Как отмечено выше, при использовании устройства, соответствующего изобретению, присоединение к заправочному пистолету 4 направляющего механизма 7 облегчает перемещение заправочного пистолета 4 между держателем 5 пистолета и заправочным штуцером 8а топливного баллона автомобиля 8, что улучшает эксплуатационные качества (простота и легкость эксплуатации) заправочного пистолета 4. Кроме того, это предотвращает падение заправочного пистолета 4.
Кроме того, установка датчика температуры на держателе 5 пистолета и регулирование инжекции сухого газа из инжекционного отверстия 5d участка 5b инжекции держателя 5 способствует плавлению наледи на присоединительном патрубке 4b в нерабочем состоянии (состоянии ожидания) устройства 1. Возможна установка на держателе 5 пистолета нагревателя взрывобезопасного типа и регулирование мощности этого нагревателя в зависимости от выходного сигнала датчика температуры, что способствует плавлению наледи.
На фиг. 5 и 6 показано устройство для заправки газа в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг. 6, устройство 11 для газовой заправки, в дополнение к конструкции устройства 1, показанного на фиг.1, содержит кожух 12 для размещения в нем заправочного пистолета 4 и других компонентов, когда газозаправочная станция, в которой установлено устройство 11, находится в нерабочем состоянии, а также кронштейн 14 для вытягивания вверх заправочного пистолета 4 посредством троса 14а, установленный в верхней части секции 2а для размещения шланга вместо средства 6 поддерживания и направляющего механизма 7. Кроме того, в устройстве 11 вместо держателя 5 пистолета используется держатель 19 пистолета, а вместо корпуса 10 установлена секция 2а для размещения шланга. Компонентам устройства 11, таким же как и компоненты устройства 1, присвоены те же цифровые обозначения, и пояснения в их отношении не приведены.
Кожух 12, также показанный на фиг. 7, представляет собой часть секции 2а для размещения шланга и содержит дверцы 12а, 12b L-образной формы, если смотреть на них сверху. Дверцы 12а, 12b установлены с возможностью поворота вокруг оси F (на фиг. 7 показана только дверца 12а). Дверца 12а выполнена с щелевым отверстием 12с, через которое проходит трос 14а, соединенный с заправочным пистолетом 4, что позволяет закрыть дверцу 12а, если заправочный пистолет 4 размещен внутри кожуха 12.
Как показано на фиг. 7, на дверце 12а кожуха 12 со стороны размещения заправочного пистолета 4 установлен нажимной элемент 12d для прижатия заправочного пистолета 4 поверхностью 12е, проходящей вдоль внешней поверхности заправочного пистолета 4, при этом указанный прижимной элемент 12d имеет форму пластины или выступа с контактной площадкой. При таком выполнении дверца 12а не может быть закрыта до тех пор, пока заправочный пистолет 4 не будет надлежащим образом подвешен на держателе 19, который буде описан ниже.
Кронштейн 14 установлен с возможностью вращения вокруг оси 20, проходящей в вертикальном направлении от верхней части секции 2а для размещения шланга. Кронштейн 14 снабжен тросом 14а, соединенным с заправочным пистолетом 4 и поддерживаемым подъемным блоком 14b, пружиной 14с с постоянной нагрузкой для наматывания троса 14а с постоянным усилием, и устройством 14d снижения скорости для предотвращения быстрого наматывания каната 14а.
Трос 14а соединен с заправочным пистолетом 4 посредством средства разъединения (не показано), так что, когда заправочный пистолет вытягивают из держателя с усилием, превышающим предварительно заданное, соединение между тросом 14а и заправочным пистолетом 4 разрывается.
Устройство 14d для снижения скорости предназначено для предотвращения ускорения при сматывании торса 14а вследствие отсутствия воздействия собственного веса заправочного пистолета 4 на пружину 14с постоянной нагрузки при разрыве соединения между тросом 14а и заправочным пистолетом 4 в результате срабатывания средства разъединения. Например, если в устройстве 14d для снижения скорости используется механизм, подобный роторному демпферу, для перемещения троса 14а без сопротивления в направлении, в котором тянут трос 14а, и для перемещения троса 14а с сопротивлением в направлении, в котором трос 14а сматывается с помощью содержащегося в демпфере масла, то это позволяет снизить скорость троса 14а.
Как показано на фиг. 5, держатель 19 пистолета содержит прикрепленную к несущему элементу 5а, показанному на фиг. 2, верхнюю крышку 19а с выемкой 19b (фиг. 5(d)), предназначенной для размещения в ней части присоединительного патрубка 4b подачи газа заправочного пистолета 4 и выступающей части 19с, изготовленной из пластичного материала, установленной на поверхности упомянутой выемки 19b и вводимой в присоединительный патрубок 4b заправочного пистолета. Кроме того, держатель 19 содержит элемент сцепления 19d для захвата с контактным сцеплением нижней части заправочного пистолета 4 и шарнир 19е для поворота верхней крышки 19а по существу на 90°, чтобы верхняя крышка 19а располагалась вертикально относительно положения, показанного на фиг. 5 (d). При таком выполнении верхняя и нижняя части заправочного пистолета 4 поддерживаются так, что его центр тяжести находится в положении устойчивого равновесия.
При использовании устройства 11 описанной выше конструкции, ввиду того, что подъемный блок 14b расположен со стороны автомобиля и слева от держателя 19 пистолета (фиг. 5(а)), когда пользователь отсоединяет заправочный пистолет 4 от держателя 19, заправочный пистолет 4 перемещается в сторону расположения автомобиля под действием собственного веса. При этом, как и в устройстве 1, облегчается перемещение заправочного пистолета 4 между его держателем 19 и заправочным штуцером установленного на автомобиле топливного баллона, что улучшает эксплуатационные качества заправочного механизма 4. Кроме того, предотвращается падение заправочного пистолета 4.
Следует отметить, что даже если пользователь отсоединяет заправочный пистолет 4 так, что тянет его, т.е. тянет трос 14а кронштейна 14, за счет наличия устройства 14d для снижения скорости этот трос 14а не будет быстро сматываться, в результате чего устройство 11 становится исключительно надежным и безопасным.
Следует также отметить, что в описанных выше двух вариантах выполнения рассматриваются случаи, когда в автомобиль 8 заправляют газообразный водород, однако могут быть заправлены и другие газы.
Перечень ссылочных номеров позиций
1 - устройство для заправки газа
2 - основная часть корпуса
2а - секция для размещения шланга
3 - заправочный шланг
4 - заправочный пистолет
4a - основная часть
4b - присоединительный патрубок подачи газа
4c - рукоятка
4d - участок сцепления
5 - держатель пистолета
5a - несущий элемент
5b - участок инжекции
5c - переключатель пистолета
5d - отверстие для инжекции
6 - средство поддерживания
7 - направляющий механизм
7a-7c - звенья
7d-7f - соединительные элементы
8 - автомобиль
8a - заправочный штуцер
9 - дисплей
10 - корпус
11 - устройство для заправки газа
12 - кожух
12a, 12b - дверцы
12c - щелевое отверстие
12d - нажимной элемент
12e - поверхность
14 - кронштейн
14a - трос
14b - подъемный блок
14c - пружина с постоянной нагрузкой
14d - устройство снижения скорости
19 - держатель пистолета
19a - верхняя крышка
19b - выемка
19c - выступающая часть
19d - элемент сцепления
19e - шарнир
20 - ось