高エネルギー密度弾性アキュムレータ及びその使用の方法
本発明は、加圧流体の流れに応えて、その元の形状から変形することによってエネルギーを貯蔵するアキュムレータである。貯蔵されたエネルギーは、流体流れが逆向きに進められたときに戻され、アキュムレータはその元の形状に戻る。本アキュムレータの新奇性の少なくとも一部は、従来型のアキュムレータに通常見られる様にエネルギー貯蔵のためにガスや金属に頼るのとは対照的に、伸張したブラダの弾性的な歪みエネルギーを捕捉することである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧流体の流れに応えて、その元の形状から変形することによってエネルギーを貯蔵するアキュムレータである。
本出願は、２００９年４月６日に「高エネルギー貯蔵密度弾性アキュムレータ」という名称で出願されている米国仮特許出願第６１／１６７，０７３号の恩典を主張し、同仮特許出願をこれにより参考文献としてそっくりそのまま援用する。
【０００２】
我々、4601 Park Ave., Nashville, TN 37209に居住する米国市民であるEric J. Barth、513 Cedar Brook Lane, Nolensville, TN 37135に居住する米国市民であるAlexander V. Pedchenko、846 Shoreline Circle, Ponte Vedra Beach, FL 32082に居住する米国市民であるKarl Brandt、そして1130 South Tamarisk Drive, Anaheim Hills, CA 92807に居住する米国市民であるOliver E. Tanが、新しく有用な「高エネルギー密度弾性アキュムレータ及びその使用の方法」を発明したことを、本書を以って証する。
【０００３】
（連邦の後援による研究又は開発に関する表明）
本発明は、一部、国立科学財団の工学研究センターの下での小型高効率流体動力のための連邦助成金、認可番号０５４０８３４、を使ってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００４】
（マイクロフィッシュ付録への参照）
該当なし
【背景技術】
【０００５】
アキュムレータの設計で最も差し迫った課題の１つは、様々な産業で使用することのできる軽量な装置の製作である。油圧アキュムレータは、補助的な流体動力を提供し衝撃を吸収するのによく使用されるエネルギー貯蔵装置である。これらの装置の最近の用途として特に興味深いものの１つに回生制動がある。油圧回生制動（ＨＲＢ）は、理論的には興味をそそる概念であるが、従来型のアキュムレータに付きまとう幾つかの大きな制限及びその無策特質のせいで、実施するのは難しい。
【０００６】
ガスブラダアキュムレータ及びガス事前装填式ピストンアキュムレータ（ＰＡＧＰ）は、エネルギー貯蔵のためにガスを使用しており、従ってばねピストン型の対照物より随分と軽量である。これらのアキュムレータでは、ブラダ又はピストンによって隔てられているガスは、他のやり方であれば非圧縮性流体が充填されている容器の或る一定の体積を占めている。流体がこの容器の中へ押し入れられてゆくと、隔てられた体積内部のガスが圧縮され、エネルギーが熱ドメインに貯蔵される（気体分子運動論）。その様なアキュムレータは、１）熱損失に起因する非効率と、２）ブラダを介した油圧流体へのガス拡散、という２つの深刻な欠点を免れない。熱損失による非効率の欠点は解消努力できるが、ガス拡散の問題は、ガスを流体から度々「抜く」ことに附随する高額な保守費用を生じさせる。
【０００７】
非効率に関して、その様なアキュムレータの圧縮されたガス中に貯蔵されたエネルギーが直ぐに回収されなければ、ガスからその直近の周囲物へ熱が流れてしまうことにより、回収されるエネルギーはずっと少なくなってしまう。ガスの圧縮と膨張の間に僅か５０秒程が経過すれば、ピストン型式のガスアキュムレータの効率は約６０％まで落ち込む可能性のあることが示されている。Pourmovahed, A., Baum, S.A., Fronczak, F.J., and Beachley, N.H., 1988. “Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”. Journal of Propulsion and Power, 4(2), March-April, pp. 188。車両は停止信号では上記程度の長さか又はそれより長い時間に亘って不動状態に置かれることから、これにより、ガスブラダアキュムレータ及びガス事前装填式ピストンアキュムレータはＨＲＢ用途に不向きとされる。これらの熱損失を軽減する幾つかの方法が提案されている。ガス事前装填式ピストンアキュムレータでは、１つの方法はエラストマーフォームをガスエンクロージャ内へ設置することを伴う。このフォームはガス圧縮中に発生した熱を吸収することを目的に供されており、そうでなければ発生した熱はガスエンクロージャの壁に伝わり最終的に失われることになろう。フォームはこの発生した熱を多量に収集して、それを、ガスが膨張するときにガスに戻すことができる。Pourmovahedによれば、「適量のエラストマーフォームをガスエンクロージャ内へ挿入すれば・・・実質的に熱損失は排除され［得る］」。Pourmovahed, A., Baum, S.A., Fronczak, F.J., and Beachley, N.H., 1988. “Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”. Journal of Propulsion and Power, 4(2), March-April, pp. 188。エラストマーフォームを組み入れることは、どの様にアキュムレータの効率が改善され得るかを示しはしたが、この修正は、既存のアキュムレータに付随する他の問題を依然として解消していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／１６７，０７３号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Pourmovahed, A., Baum, S.A., Fronczak, F.J., and Beachley, N.H., 1988. “Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”. Journal of Propulsion and Power, 4(2), March-April, pp. 188
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、材料を歪ませることによって油圧エネルギーを貯蔵するためのアキュムレータを開示している。開示されているアキュムレータは、アキュムレータ内の弾性ブラダを膨張させるために、油圧流体の様な流体を受け入れるのに使用することができる。本アキュムレータは、貯蔵された歪みエネルギーを、流体が放出され、そうして弾性ブラダが第１形態に戻るまで、保持することになる。一部の特定の実施形態では、アキュムレータは、一定した非伸張時直径を有する、ブラダの様な管状の膨張可能部材であって、開口端と閉鎖端を有し、約１０００ｐｓｉの最小降伏強さを有し、約１００％の最小伸び率を有している膨張可能部材と、膨張した膨張可能部材が内部に収容されるように膨張可能部材を取り囲むハウジングであって、前記部材の半径方向膨張を当該材料の最大非拘束時半径方向膨張より小さい膨張度に制限しているハウジングと、を含んでいる。アキュムレータの他の実施形態は、管状の膨張可能膜と流体連通している油圧流体源を含んでいる。本発明の別の実施形態は、ブラダとシュラウドを含んでいるアキュムレータにおいて、ブラダは、第１端を有し、第１端は流体がブラダに進入してブラダを半径方向及び軸方向に膨張させることができるように開口部を画定していて、ブラダはエラストマーであり、シュラウドは、第１端と第２端を有し、ブラダを取り囲み、ブラダがその最大非拘束時半径方向膨張まで伸張しないようにブラダの半径方向膨張を制限していて、シュラウドの第１端は、流体がシュラウドのブラダの中へ進入することができるようにブラダの開口部の周りに第１開口部を画定しており、シュラウドは、ブラダが流体を充填されてシュラウド内で膨張する際に空気がシュラウドを脱出することができるように第２開口部を画定している、アキュムレータである。アキュムレータの他の実施形態は、ブラダとシュラウドの間の接触が潤滑されるようにシュラウド上に潤滑剤を含んでいる。アキュムレータの更に他の実施形態では、ブラダはポリウレタン又はニトリルゴムの様なエラストマーである。アキュムレータの更に他の実施形態では、ブラダは円形の断面形状を有している。本発明の別の実施形態は、アキュムレータにおいて、流体源の入出口用の開口部を画定していて、内面と外面を有し、流体連通に応えて第１形態から第２形態へ膨張し、その後第１形態へ戻るように適合されている膨張部材と、膨張部材を取り囲み、膨張部材が最大非拘束時半径方向膨張まで膨張したときの膨張部材の外面の直径より小さい内径を有する弾性支持構造と、膨張部材と流体連通している流体源と、膨張部材と流体源の間に流体接続を提供するための導管と、を含んでいるアキュムレータである。アキュムレータの更に他の実施形態では、膨張部材は、反復的に膨張できる。アキュムレータの他の実施形態では、膨張部材の内面は、同部材が膨張すると膨張するように、同部材の長さに亘って延びる軸方向溝を有している。アキュムレータの更に他の実施形態では、膨張部材の厚さが当該部材の開口部付近で削減されており、その結果、流体が進入すると当該位置から部材の膨張が始まるため、部材が横揺れの助長により剛性支持構造上を滑ることが低減される。本発明の更に別の実施形態では、剛性支持構造は円形断面形状を有している。本発明の更に別の実施形態では、剛性支持構造は、少なくとも２０００ｐｓｉの圧力定格を有している。本発明の更に別の実施形態では、剛性支持構造は脱気孔付きである。
【００１１】
而して、本発明の１つの対策は、油圧エネルギーを貯蔵するために歪みエネルギーを利用したアキュムレータを提供することである。
本発明の更に別の対策は、エネルギーを、膨張可能なアキュムレータの使用によって、貯蔵するための方法を提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の対策は、乗用車で使用できるように小型軽量のアキュムレータを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の或る実施形態の分解組み立て図の斜視図である。本図には、管状の膨張可能なブラダが剛性のハウジング装置によって取り囲まれていることが示されている。
【図２】本発明のある実施形態の断面図である。ブラダを有するアキュムレータが示されている。ブラダは、保護ハウジングによって取り囲まれている。ブラダは、空で、非膨張形態にある。その様な形態は、ブラダが加圧流体を充填され、膨張してゆくにつれ、図３及び図４に示されている様に変化してゆく。
【図３】幾らかの加圧流体がブラダを膨張させ始めた後の、図２に示されている実施形態の断面図である。本図及び図４は、加圧流体を提供している流体源も流体導管も示していない。これらの品目は図７に示されている。
【図４】更に多くの加圧流体がブラダを膨張させた後の、図３に示されている実施形態の断面図である。本図には、流体に満たされ一杯まで膨張したブラダが示されている。ブラダが収縮してゆく逆行過程で、流体は圧力下に強制的に追い出されることになる。保護ハウジングがブラダの半径方向膨張を制限していることも示されている。
【図５】本明細書に説明されているブラダの或る実施形態の断面図である。本図には、ブラダの開口部付近の軸対称又はそれ以外の様式のノッチであって、当該場所からのブラダの半径方向膨張の開始を促進するためにブラダの壁厚さを削減しているノッチが示されている。
【図６】流体導管へのブラダ接続の或る実施形態の側面図である。本図には、圧縮リングと連結ナットによって取り囲まれているブラダの頚部が示されている。ブラダの径部は、連結ナットが流体導管のねじ部分に締結されると、流体導管と流体接続する。
【図７】本発明の或る実施形態の側面図である。本図には、アキュムレータと流体連通している、車両の油圧流体システムの様な流体源が示されている。油圧流体が、流体導管を通って、保護シュラウド内に在るブラダの中へ入ってゆくと、歪みエネルギーが貯蔵される。本発明は、取り付けられている油圧システムが、流体がブラダの強制収縮によって供給される圧力下にブラダから出てゆくことを許容すれば、その貯蔵された歪みエネルギーを油圧エネルギーの形で放出することになる。シュラウドを安定配置するために、２つのブラケットが、シュラウドを車両の別の部分（図示せず）に取り付けている。
【図８】図７に示されている本発明の実施形態の、図中に示されている線に沿った断面図である。本図にはシュラウドとブラダが示されている。
【図９】ブラダの或る代わりの実施形態の断面図である。図８のブラダ実施形態で示されている様に円形の内面を有しているのではなく、この代わりの実施形態は溝付きの内面を有している。
【図１０】更に本明細書に説明されている様にブラダを試験するためのシステムの或る実施形態の配線図である。
【図１１】図１０に開示されているシステムを作動させる方法の工程の模式図である。
【図１２】更に本明細書に説明されている様に、NBR6212と呼ばれる材料の３つの試料についての３つの応力−歪み曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、疲労なしに、反復的に、膨張し次いで認め得る程にその元の形状に戻る、管状の膨張可能なブラダ１２を有する弾性アキュムレータ１０を開示している。アキュムレータ１０のブラダ１２をハウジング１４が取り囲んでおり、ハウジング１４は、ブラダ１２が過剰膨張から塑性変形することのないように、ブラダ１２の半径方向膨張を制限している。使用時、加圧された油圧流体の様な流体がブラダ１２に進入し、ブラダ１２をハウジング１４に接するところまで膨張させる。貯蔵されたエネルギーを回収するのが望ましければ、流体流れを逆行させ強制的に追い出し、その結果、ブラダ１２がその元の形状及び形態へ復帰することで、歪みエネルギーを油圧エネルギーに変換する。
【００１５】
図１を参照すると、本発明の或る実施形態の分解組み立て図が示されている。アキュムレータ１０は、ハウジング１４内に管状の膨張可能なブラダ１２を含んでいる。ブラダ１２の頚部１８は、ブラダ１２の本体２２がここに開示されている様に膨張収縮することができるように、流体導管３８に取り付けられている。ハウジング１４の第１端２４は、流体流れのために使用されているブラダ１２の開口部２８と整列している開口部２６を含んでいる。一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、開口部２６を通してハウジング１４の中へ挿入することができる。
【００１６】
油圧アキュムレータ
背景として、油圧アキュムレータについて、最高実現可能体積システムエネルギー密度は次式を用いて導き出すことができる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】
ここに、Ｖfluidはエネルギー貯蔵に使用される流体の体積、Ｅstoredはシステムに貯蔵されるエネルギーの量、Ｐはエネルギー貯蔵を起こす圧力、Ｖstorage_deviceはエネルギー貯蔵装置の体積（ここにエネルギー貯蔵装置は加圧流体以外のすべてのものとして定義されている）、そしてｅstorage_deviceはエネルギー貯蔵装置の体積エネルギー密度である。体積エネルギー密度の定義と関連付けて式（１）と（２）を用いれば、システム体積エネルギー密度ｅsystemが得られる。
【００２０】
【数３】
【００２１】
本発明は、小型軽量のエネルギー貯蔵装置である。本発明は、製造費用が安く、保守の必要性が低いか又は保守が全く不要である。本発明の一部の特定の実施形態では、高エネルギー密度アキュムレータ１０は、油圧動力駆動自動車の、油圧駆動システムに連係されている回生制動システム（油圧ハイブリッド）に使用することができる。その様な高エネルギー密度アキュムレータ１０は、直列であろうと並列であろうと、油圧ハイブリッド車両に適する。小型乃至中型の乗用車用の許容され得る重量及び体積のパッケージ（アキュムレータシステムエネルギー密度＞１０ｋＪ／リットル）では、ピークパワー９０ｋＷ（４．５秒で３５ｍｐｈからゼロ）におけるエネルギー（３５ｍｐｈで３５００ｌｂｓ）である２００ｋＪのエネルギー貯蔵が必要とされる。本発明は、従来型のアキュムレータの問題を、（ｉ）製造費用を縮小すること、（ｉｉ）ガス事前装填の使用を回避することによりガス拡散によって生じる保守の必要性をなくすこと、（ｉｉｉ）周囲環境への熱移動に起因するエネルギーの損失を大幅に低減すること、によって打開することを目指している。従来型のアキュムレータの問題は、一つには、本発明が既存のアキュムレータでは従来利用されていなかったエネルギー貯蔵のメカニズムを使用していることで回避される。
【００２２】
背景として、従来型の制動システムは、車両を減速させるのにブレーキパッドとブレーキディスクの間の摩擦を使用している。この方法では、結果的に、エネルギーが熱として浪費されることになる。対照的に、回生制動は、制動時の車両の運動エネルギーを熱の形で散逸させるのではなく、運動エネルギーを活かす。この収集されたエネルギーは、次に車両の加速に利用することができ、それにより燃料効率が高まる。特に、油圧回生制動（ＨＲＢ）は、車輪に流体を装置の中へ送り込ませ、すると装置がこの流体の流れに抵抗することによって車輪回転を減速させ、装置は車両の運動エネルギーの得られた減少分を貯蔵する。油圧回生制動は、理論的には興味をそそる概念であるが、従来型のアキュムレータに付きまとう幾つかの大きな弱点のせいで、実施するのは難しい。
【００２３】
ばねピストンアキュムレータがＨＲＢで使用されることを阻んでいる主な弱点は、その低い重量エネルギー密度にある。線形分析を使用すると、ばね鋼及びチタン合金は、重量エネルギー密度が約１から１．５ｋＪ／ｋｇである。M.F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Pergamon, Oxford, 1992。然るに、中型４ドアセダン（質量＝３５００ｌｂ（１５９０ｋｇ））を３５ｍｐｈ（１５．６５ｍ／ｓ）から静止させるのに十分なエネルギーを貯蔵するためには、アキュムレータばねは、１３０ｋｇから１９５ｋｇの何処かの重量を持たなくてはならないことになる。車両重量を最小限にすることが不可欠な自動車製造では、その様な重量の重い構成要素を含めることは凡そ非現実的である。
【００２４】
本発明の設計
本発明の設計は、乗用車用のＨＲＢでの実装に適していることを確約するため、（ｉ）ピークパワー９０ｋＷのエネルギーである２００ｋＪの貯蔵が可能、（ｉｉ）体積エネルギー密度５ＭＪ／ｍ３以上、（ｉｉｉ）重量エネルギー密度５ｋＪ／ｋｇ以上、を含む大凡の性能判定基準が存在する。２００ｋＪの貯蔵容量という要件は、運動エネルギーの古典力学方程式である以下の式４（「（４）」）を使用して至ったものであり、ここに、Ｅkはジュール（「Ｊ」）を単位とする運動エネルギー、ｍはｋｇを単位とする質量、ｖはメートル毎秒（ｍ／ｓ）を単位とする速度である。
【００２５】
【数４】
【００２６】
平均的な４ドアセダンは、近似的に、ｍ＝３５００ｌｂｓ（１５９０ｋｇ）の質量を有している。この重量の車両が回転のないｖ＝３５ｍｐｈ（５６．３ｋｍ／ｈ）の並進剛体運動をしている質点であるとの単純化された仮定の下に考えてみる（式（４）を使用することができ、すると、Ｅk＝１９４，７１３Ｊ≒２００ｋＪとなる）。この数字は、従来の制動での車両を停止させるのに熱として放散されてしまうことになるエネルギーの量を表している。ＨＲＢでは、これは、１００％の効率を想定すれば、システムが捕捉するべきエネルギーの量である。
【００２７】
アキュムレータ１０が車両の重量を著しく増やすものではないことを確約するために、重量エネルギー密度要件は５ｋＪ／ｋｇに規定された。この制約下では、エネルギー２００ｋＪの貯蔵能力を有するアキュムレータ１０は、重さが、作動流体がなければ４０ｋｇを上回ることはないはずである。重量エネルギー密度制約は、チタン合金の体積エネルギー密度と同様になるように選定された。この制限は、アキュムレータ１０が、作動流体を除外して、０．０４ｍ３より多くを占めないことを保証する。
【００２８】
どの材料がエネルギー密度要件を満たすかを見るために、例えばGranta Design Limited社から商業的に容易に入手できるCESマテリアルセレクタ、バージョン4.8.0を使用した。CESマテリアルセレクタは、広範な材料及び製造プロセスデータベースを有するソフトウェアパッケージであり、とりわけユーザーによって定義された材料特質をグラフィック的に比較する能力があるとの理由から採用された。最初の選択プロセスでは、全ての材料群を考察した。一部の特定の群の材料体積エネルギー密度値を、線形弾性の仮定の下に、式（５）、
【００２９】
【数５】
【００３０】
を使用して計算し、ここに、ｕはＪ／ｍ３を単位とする材料の体積エネルギー密度、σｙはＰａを単位とする材料の降伏応力、ＥはＰａを単位とする材料の弾性係数である。次に、ｗで表わされている、Ｊ／ｋｇを単位とする材料の体積エネルギー密度を、式（６）に示されている様に、式（５）から得られた所与の材料のＪ／ｍ３を単位とする体積エネルギーであるｕをｋｇ／ｍを単位とするその質量密度であるρで単純に割ることによって計算した。
【００３１】
【数６】
【００３２】
幾つかのエラストマー系材料は、体積エネルギー密度と重量エネルギー密度の両方について、他の材料類に見られるより相当に高い値を持っている。これらのエラストマー系材料のうち、ポリウレタンと天然ゴムは、エネルギー密度の特定の目標数的指標を裕に越えているに留まらず、これらの分類種中の他のあらゆる材料に優っている。事実、ポリウレタンの重量エネルギー密度は、チタン合金のそれより約２桁高い。ゴムとポリウレタンはどちらも、より大きな最大値が見込めることと商業的な入手のし易さから、ブラダ１２の作製には適した材料である様に見えるが、ここに記載の発明については、一部の特定の実施形態では、ポリウレタンが材料として最適な選択肢である。ここで、歪み硬化のせいで、線形弾性のエラストマーへの適用は、実際に用いるには慎重でなくてはならないことに気づくことが重要である。エネルギー貯蔵能力の更に精密な推定値を得るためには、材料の応力−歪み曲線を検討しなくてはならない。
【００３３】
予備試験による結果から、フルスケールのアキュムレータ１０の体積と重量並びにブラダ１２を作製するのに適した材料の初期予測が可能である。最初の予備試験は、ラテックスチュービングの使用を含んでおり、チュービングはその一端を塞ぎ他端から圧力ゲージを有するポンプを使って加圧した。最初、空気がこの円筒形のエラストマー容器の中へ押し入れられてゆくと、圧力上昇により体積が極僅かに増加した。圧力がほぼ１７ｐｓｉｇ（２１８．６ｋＰａ）に達したとき、チュービングは第１領域が急激に膨張した。この直後、圧力は大凡１３ｐｓｉｇ（１９１．０ｋＰａ）まで降下した。ラテックス円筒体の中へ更に多くの空気が押し入れられてゆくと、圧力はこの新しい値に留まり、一方で体積は増加し続けた。即ち、半径方向の膨張は軸方向に沿って継続した。この種の膨張挙動は、以下に、ブラダ１２用の作製材料の選択に関係して、概念的に更に論じている。この種の膨張挙動に従うアキュムレータ１０では、式（７）を用いて推定されたエネルギーを貯蔵させることができる。
【００３４】
【数７】
【００３５】
Ｅestは、Ｊを単位とする貯蔵エネルギーの推定値、Ｐholdは、Ｐａを単位とする半径方向膨張を伝播させる一定したゲージ圧力であり、Ｖinitは、作動流体注入前の作動流体収容アキュムレータ１０によって占められている初期体積、Ｖfは、作動流体注入終了時の作動流体収容アキュムレータによって占められている最大体積で、共に単位はｍ３である。
【００３６】
式（７）を使用し、Ｅestが１９５ｋＪに等しいとして、（Ｖｆ−Ｖinit）の推定値を異なったＰhold値について得た。また、作動流体は油圧流体と同様の密度であると仮定して（ρhyd＝８９０ｋｇ／ｍ３とした）、得られた（Ｖｆ−Ｖinit）推定値を次に使用して、ｋｇを単位とするシステム質量近似値の変化であるＭfを得た。異なったＰhold値について、１９５ｋＪのエネルギー貯蔵をもたらすことになる（Ｖｆ−Ｖinit）とＭfの値を以下に示す。値は、作動流体についての体積及び質量の推定値である。
【００３７】
【表１】
【００３８】
以上から分かる様に、３０００ｐｓｉｇから５０００ｐｓｉｇを範囲とするＰholdで機能することのできるアキュムレータシステムについては、注入前のブラダ１２の外の作動流体は、重量が大凡１１ｌｂｓから１９ｌｂｓの間（５ｋｇから９ｋｇの間）で、０．２ｆｔ３から０．３３ｆｔ３の間（０．００６ｍ３から０．００９ｍ３の間）を占めると推定される。これらの質量と体積の値は、ブラダの初期体積と質量を勘定に入れていないが、それらの規模の小ささから、エラストマーアキュムレータ１０は理論的にはＨＲＢ用途にとって実行可能な選択肢となるはずであることが示唆される。
【００３９】
ブラダの特質
作製されたブラダ１２の第１の実施形態の特質を調べるために、システム１００を作製した。本発明の或る実施形態では、ブラダ１２は、ミシガン州エイドリアンのAnderson Development Company社から商業的に入手可能なポリウレタンであるAndur RT9002APで作製された。ブラダ１２は、室温硬化性ポリウレタンであり、そのおかげでブラダ１２は使い捨て可能なろう型を使用して鋳込むことができ、その後ろう型は出来上がったブラダ１２から溶かして外される。製造業者によって規格化されている、Andur AR材料の幾つかある機械的特質を以下に掲載する。材料は、高い最大伸び率を持ち、また一方で比較的高い弾性係数を維持しているので、アキュムレータ１０にとって実行可能な材料候補となり得る。
【００４０】
【表２】
【００４１】
次にAndur RT9002APで作製されるブラダ１２の寸法であるが、長さは３．５インチ（約８．８９ｃｍ）、厚さは約１．５から約１．８インチ（約３．８１から約４．５７２ｃｍ）である。
【００４２】
単位体積当たりの貯蔵エネルギーを求める方程式である式（８）を、応力−歪み曲線の多項式推定法と関連付けて用いると、材料の異なった伸展比について、理論上の体積エネルギー密度値を得ることができる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
式（８）では、σは応力（Ｐａ）、εは伸展比、εｆは体積エネルギー密度を計算しようとする伸展比である。約４００％から６００％の間（εｆ＝４からεｆ＝６の間）の伸展について、この式では、ブラダ１２が２５．６ＭＪ／ｍ３から４５．０ＭＪ／ｍ３の間の体積エネルギー密度を有すると予測される。次に図１０を参照すると、本図には、ブラダ１２のための試験システム１００が示されており、同システムは１２５ｐｓｉｇの圧力源１０２を含み、圧力源１０２は第１のソレノイド弁１０４に取り付けられ、第１のソレノイド弁１０４は第２のソレノイド弁１０６に取り付けられ、第２のソレノイド弁１０６は２つの２リットル圧力タンク１０８と１１０それぞれに取り付けられている。タンク１０８及び１１０には第３のソレノイドベン１１２が取り付けられており、第３のソレノイド弁１１２は、オリフィス弁１１４に取り付けられ、流量計１１６、圧力センサー１１８、安全放出弁１２０、シュレイダー弁１２２、そしてブラダ１２へとつながっている。１２５ｐｓｉｇ（９６３ｋＰａ）の駆動圧力が、水をブラダ１２の中へ押し入れるように作用する。最初は、ソレノイド弁（ＳＶ）１である１０４から２つの２Ｌ圧力タンク１０８及び１１０へ至るラインは切り離されており、タンクからブラダ１２までのシステムには水が充填されている。正確な結果を確保するために、システムの水充填部分は、シュレイダー弁１２２に取り付けられた手持ち式真空ポンプを使用することによって空気が抜かれる。タンク１０８、１１０には、空気抜きプロセスによって生じる損失を埋め合わせるために追加の水が注ぎ込まれる。次いで全ＳＶが閉じられ、ＳＶ１である１０４から続くラインが圧力タンクに再度取り付けられる。
【００４５】
弁制御とセンサーデータの取得は全て、当業者に知られている様に、コンピュータを使用して完遂される。手動調節可能なオリフィス弁１１４は、別々の試験実施回毎に特定の位置に設定される。この弁を増分式に調節することにより、エネルギー貯蔵に対する異なった注入／吸い戻し速度の効果を見極めることができる。それぞれの個々の試験実施回は、図１１に示されている方法の工程に従って実施された。簡単にいうと、本方法は２００で開始され、そこから表示されている各工程が以下の様に起こってゆき、即ち、（１）２０２でＳＶ１、２、及び３を閉じ、（２）２０４でＳＶ１を開き、（３）２０６でＳＶ３を閉じ、（４）２０８で一定の時間（Ｔ3）が経過した後ＳＶ３を閉じ、（５）２１０でＳＶ１を閉じ、（６）２１２でＳＶ２を開き、（７）２１４で規定の保持時間（Ｔh）が経過した後ＳＶ３を開いて作動流体を放出させ、（８）２１６でシステムが圧の抜けた状態になるように一定の時間（Ｔd）待つ。
【００４６】
ブラダ１２に貯蔵され、そしてそこから回収されるエネルギー、を得るために、流量計（Ｑ）１１６及び圧力センサー（Ｐ）１１８からの瞬間示度を、式（９）、
【００４７】
【数９】
【００４８】
に示されている様に積分し、ここにｔ0はＳＶ３である１１２が開かれる時間、ｔfはＳＶ３である１１２が閉じられる時間である。水がブラダ１２の中へ流入しているとき、式（７）のＥは貯蔵エネルギー（Ｅin）を表し、ｔf−ｔ0＝Ｔ3である。水がブラダ１２から流出しているとき、式（７）のＥは回収エネルギー（Ｅout）を表し、ｔf−ｔ0＝Ｔdである。
【００４９】
これらを値を使用して、体積アキュムレータエネルギー密度（Ｅｖρ）、重量アキュムレータエネルギー密度（Ｅgρ）、及びシステムのエネルギー効率（η）を計算する。アキュムレータ１０のそれらエネルギー密度値とアキュムレータ材料のそれらエネルギー密度値の間に区別を引くことが重要である。アキュムレータ１０のそれらエネルギー密度は計算に作動流体の重量と体積を含んでいるのに対し、アキュムレータ材料のそれらエネルギー密度は含んでいないことに相違がある。Ｅvρを、式（１０）、
【００５０】
【数１０】
【００５１】
を用いて求め、ここに、Ｖ0は、アキュムレータが加圧される前のブラダ１２及び作動流体の元の体積である。Ｅgρを、式（１１）、
【００５２】
【数１１】
【００５３】
によって求め、ここに、ｍ０は、加圧される前の作動流体を含めたアキュムレータの元の質量であり、ρwは、水の密度である。最後に、ηを、式（１２）、
【００５４】
【数１２】
【００５５】
を用いて求める。何回もの注入／吸い戻しサイクルが、ブラダ１２のエネルギー貯蔵能力と効率に有意な有害効果を有するかどうかを判定するため、Ｅvρ、Ｅmρ、及びηを、手動調節可能なオリフィス弁のそれぞれの位置毎に数回測定する。
【００５６】
上述のAndur RT9002AP（ρPUa≒１０３９ｋｇ／ｍ３）で作製されているブラダ１２の伸展及び質量密度について得られた体積エネルギー密度の推定値を使用して、１９５ｋJを貯蔵することができるブラダの体積及び質量を概算した。ブラダ１２は、０．００４３ｍ３から０．００７６ｍ３の材料で製造され、重量は、使用されている伸展比に応じて４．５０ｋｇから７．９０ｋｇの間の何処かにあるものと予測した。これらの値を先に論じた作動流体見積もりに加え、システムエネルギー密度の推定値を出した。概算されたパラメータを以下に示しているが、それらの導出には、注入前のブラダ１２の作動流体の初期体積（ブラダに貯蔵されることになる油圧流体の最終体積に比べ小さいと予想される）及び作動流体の流れの制御に必要な機器の様な他のシステム構成要素が含まれていないことから、それらパラメータは推定値として見るべきである。推定されたシステムエネルギー密度（システムはエラストマー材料及びエネルギー貯蔵のために使用される油圧流体分として定義）：システム体積（リットル）：１０．３（上限）、１６．６（下限）；システム質量（ｋｇ）：９．５７（上限）、１６．２７（下限）；システム体積エネルギー密度（ＭＪ／ｍ３）：１８．９３（上限）、１１．２７（下限）；システム重量エネルギー密度（ｋＪ／ｋｇ）：２０．３８（上限）、１１．９９（下限）である。
【００５７】
次に図１２を参照すると、Gates Corporation社製でNBR6212と識別されている既存のニトリルゴム銘柄の３つの別々の試料についての応力−歪み曲線が示されている。この材料についての応力−歪み曲線は、材料の有効体積歪みエネルギー密度が、「星」の印を付けた３３ＭＪ／ｍ３であることを示している。この材料から製造されていて、３４．５ＭＰａに加圧された流体を貯蔵することができるブラダは、ゴムの様な他の超弾性材料と同じ比較的一定の圧力体積膨張を見せることを前提とすると、式３を用いて、以下のやり方でシステムエネルギー密度に到達することができ、即ち、
２００ｋＪを貯蔵するには：
所要材料体積：２００ｋＪ／３３ＭＪ／ｍ３＝０．００６１ｍ３（６．１Ｌ）
所要流体体積：２００ｋＪ／３４．５ＭＪ／ｍ３＝０．００５６５ｍ３（５．６５Ｌ）
所要総体積：０．００６１ｍ３＋０．００５６５ｍ３＝０．０１１７５ｍ３（１１．７５Ｌ）
理想体積システムエネルギー密度：２００ｋＪ／０．０１１７５ｍ３≒１７ＭＪ／ｍ３
である。NBR6212で構成されているアキュムレータ１０についての理想体積システムエネルギー密度は、体積システムエネルギーに関して表明されている上限より僅かに小さい。
【００５８】
本発明の実施形態
次に図２を参照すると、アキュムレータ１０の断面図が示されている。図２−図４には、流体３０が加圧されて膨張ブラダ１２に進入してゆく際の、ブラダ１２の膨張の伝搬が示されている。一般に、ブラダ１２の半径方向膨張は、ブラダ１２の頚部１８付近で始まる。ブラダ１２の半径方向膨張は、ハウジング１４によって制限される。図２−図４の進行具合に示されている様に、ブラダ１２の半径方向膨張は、軸方向にブラダ１２に沿って拡がる。ブラダ１２の本体２２は、図２に示されている、その元の形状である第１形態から、図４に示されている、エネルギーを貯蔵している第２形態へ膨張させられる。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の本体２２が第２形態へ膨張してゆく間、空気がハウジング１４を脱出できるようにする脱気孔３２を有していてもよい。その様な脱気孔３２の或る実施形態が図７に示されている。一部の特定の実施形態では、脱気孔３２は、表明されている目的にとって適正な大きさの開口部である。脱気孔３２の具体的な場所は決定的ではない。一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は複数の脱気孔３２を有することができる。更に他の実施形態では、脱気孔３２は、GORE-TEX（登録商標）の様な濾過材料を含んでいてもよく、そうすればブラダ１２への損傷をもたらしかねない粒子やぼたはハウジング１４に進入しないであろう。
【００５９】
ここで使用される場合、ブラダ１２は、膨張部材又はここに開示されている機能を記述している他の適した用語で呼称されることもある。一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、ここに説明されている機能を果たすことができる材料で作製されている。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２はエラストマーである。他の実施形態では、ブラダ１２は、ポリウレタン、ニトリルゴム、ポリイソプレン、又は天然ゴムである。その様な材料は、コロラド州デンバーのGates Rubber Corporation社などから、容易に、商業的に入手可能である。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、Gates Rubber Corporation社のNBR6212ニトリルゴムで作製されていてもよい。本発明の更に他の実施形態では、ブラダ１２として適切なエネルギー貯蔵材料は、高体積エネルギー密度、高重量エネルギー密度（又は質量特定）エネルギー密度、及び捕捉されたエネルギーを分単位幅の持続時間に亘って効率的に貯蔵する能力を有する材料である。本発明の更に他の実施形態では、ブラダ１２は、当業者に知られている材料で適した別の既知の材料で作製されていてもよい。当業者は、ここで説明されている品質と特性を有するブラダ１２を製造するのに使用される成形及び作製の技法に精通している。また、それらの製造サービスは、容易に、商業的に入手可能である。
【００６０】
ブラダによる効率的なエネルギー貯蔵
ここで使用される場合、降伏強さは、当業者に知られている意味と同じ意味を持つ。即ち、材料の降伏強さは、材料が可塑的に変形し始める応力である。最小降伏強さは、材料が少なくとも所与のｐｓｉの降伏強さを有していることを意味する。例えば、本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、約１０００ｐｓｉの最小降伏強さを有している。
【００６１】
本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２の作製材料は、少なくとも１の歪みに対し弾性挙動を見せる材料である。応力−歪み曲線は、本出願の中で最初に既に論じた。応力−歪み曲線は、材料の膨張挙動についての情報を提供する。数多くのエラストマー系材料は、超弾性膨張挙動を示している。その様な材料は、ブラダ１２として使用するのに極めて望ましい。これらの材料は、充填体積の範囲について、比較的平坦な圧力−体積曲線を作り出すことができる伸張性の高いブラダに製作することができる。即ち、体積が増加しても圧力は一定のままである。超弾性材料で作られている、より小さいブラダに観測される別の好ましい特性であって、ブラダ１２では極めて望ましいとされる特性は、エネルギー密度及び失陥に至るまでのラウンドトリップ効率に統計学的に有意な減少がないことである。より小さいスケールのブラダ１２の試作品の疲れ試験は、失陥に至るまでに性能特性の劣化がないことを示している。初期有限要素分析モデルの構築には、ロードアイランド州プロビデンスに社屋を有するDassault Systems S.A.社よりSIMULIAの商標で市販されているABAQUSソフトウェアを使用する。従って、概ね平坦な圧力−体積曲線を有する流体容器を創出するのに使用することのできる材料は、ブラダ１２の作製に使用するのに望ましい材料ということになる。
【００６２】
図１−図４から最もよく分かる様に、ブラダ１２はハウジング１４内に収納されていて、略円筒形状をしていてもよい。本発明の更に他の実施形態では、ブラダ１２は、当業者に一般的に知られている様に、楕円や、八角形、六角形などの様な類似の形状をしていてもよい。従って、本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４も同様にその様な類似の形状を有していてもよい。
【００６３】
本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、約３０インチ（７６．２ｃｍ）から約４０インチ（１０１．６ｃｍ）の長さを有していてもよい。他の実施形態では、長さは、約３１（７８．７４ｃｍ）インチから約３５インチ（８８．９ｃｍ）とすることができる。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の非膨張時外面直径と約２インチ（５．０８ｃｍ）の内面直径を有していてもよく、それはつまり、ブラダ１２が約１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さを有しているということである。本発明の他の実施形態では、ブラダ１２の厚さは、閉鎖端３６で、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の厚さを有している。
【００６４】
本発明の一部の特定の実施形態では、シュラウド又は剛性支持構造とも呼称されるハウジング１４の比率はブラダ１２の大きさ特性に関係している。ハウジング１４は、ブラダ１２の半径方向膨張を、ブラダ１２の最大非拘束時半径方向膨張より小さい膨張度に制限する働きをする。ハウジング１４の使用は、小スケールブラダの疲れ寿命について、ハウジング１４がブラダ１２の膨張中の最大外径を膨張が絞られていない場合に実現される外径の約６３％に制限している場合では、疲れ寿命を４．５倍延長させることが示されている。従って、本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の膨張中の最大外径を、膨張が絞られていない場合に実現される外径の約５０％から約７０％に制限している。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の膨張中の最大外径を、膨張が絞られていない場合に実現される外径の約６０％から約６５％に制限している。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の膨張中の最大外径を、膨張が絞られていない場合に実現される外径の約６３％に制限している。更に、ハウジング１４の使用は、より高い保持圧力、より高いエネルギー密度を実現し、応力をブラダ１２全体に均一に分散させる働きをする。従って、上段に開示されているブラダ１２の大きさ特性に関係して、一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は約５５インチ（１３９．７ｃｍ）から約６５インチ（１６５．１ｃｍ）の長さを有していてもよい。本発明の他の実施形態では、ハウジング１４の長さは、約５９インチ（１４９．８６ｃｍ）から約６３インチ（１６０．０２ｃｍ）とすることもできる。本発明一部の特定の実施形態では、ハウジング１４の直径は約８．２５インチ（２０．９５５）である。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４の直径は、約７インチ（１７．７８ｃｍ）から約９インチ（２２．８６ｃｍ）とすることができる。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４の厚さは、約０．１２インチ（０．３０４８ｃｍ）から約０．１４インチ（０．３５５６ｃｍ）とすることができる。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４の厚さは、約８分の１インチ（０．３１７５ｃｍ）から約４分の１インチ（０．６３５ｃｍ）とすることができる。当業者には知られている様に、ハウジング１４の厚さは、ハウジング１４についての所望の最大定格圧力に依存する。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は、少なくとも２０００ｐｓｉの圧力定格を有している。以下に更に指摘されている様に、当業者には、本発明の寸法は、所望のエネルギー貯蔵容量が変わるのに合わせて変わり得ることが理解される。
【００６５】
更にハウジング１４に関して、厚さの他に、作製材料が関係する。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４の作製材料は、剛性構造材料である。本発明の他の特定の実施形態では、ハウジング１４は、鋼、炭素繊維、ポリカーボネート、織られた圧力容器材料、繊維ガラス、アルミニウムなどから作製されている。その様な材料からハウジング１４を製作する方法は、当業者にはよく知られており、その様な製作サービスは、容易に、商業的に入手可能である。当業者には知られている様に、ここに開示されている発明は、所望のエネルギー貯蔵度合いを達成するべくスケール合わせできる。従って、ここには特定の寸法が提供されているが、当業者には、アキュムレータ１０にそれが適用される産業に基づいた特定のエネルギー貯蔵特性を達成させるために、それらの寸法が修正されることは熟知されている。
【００６６】
次に図５を参照すると、ブラダ１２を横から見た断面図が示されている。図示されているブラダ１２の実施形態では、ブラダ１２の厚さを削減するために、ブラダ１２の頚部１８付近に切り欠け３４が設けられている。当該の特定の場所では壁が薄いことにより、そこがブラダ１２の半径方向膨張の開始点となる。従って、図２−図４から最もよく分かる様に、半径方向膨張は、ブラダ１２の頚部１８付近から始まり、軸方向にブラダ１２の長さを下って進行する。その様な膨張は、ブラダ１２の予測し得ない膨張に付随する、曲げ、捩じれ、又は閊えの様な、好ましくない影響の起こる可能性を低減する。楕円などの様な、切り欠け３４の特定の形状は当業者に知られている。
【００６７】
次に図６を参照すると、ブラダ１２が、ハウジング１４を越えて伸びている頚部１８を有している、本発明の或る実施形態が示されている。本発明の一部の特定の実施形態では、頚部１８は、長さが約１と２分の１インチ（３．８１ｃｍ）から約３と２分の１インチ（８．８９ｃｍ）であってもよい。図６は、ブラダ１２の頚部１８を流体導管３８に取り付けている締め付け部４０の個々の部品を示している。具体的には、圧縮リング４２の上を滑らせて流体導管３８のねじ要素に螺合させる連結ナット４４の側面図が示されている。連結ナット４４を回すと、ブラダ１２は、流体導管３８と流体連通する。流体連通を生じさせる締め付け部の他の型式も当業者には知られている。
【００６８】
次にハウジング１４、頚部１８に関し、ハウジング１４は開口部２６を有しており、開口部２６は一部の特定の実施形態では約４．２５インチ（１０．７９５ｃｍ）から約６．２５インチ（１５．８７５ｃｍ）の直径を有している。ハウジング１４の開口部２６は、ブラダ１２内の開口部２８より広い大きさである。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダの頚部１８はハウジング１４の開口部２６に接していてもよいとされるが、ブラダ１２とハウジング１４は直接的に接続されてはいない。ブラダ１２は、ハウジング１４内に配置されている。ハウジング１４は、ブラダ１２が折り曲がったり捩じれたり、或いはそれ以外に好ましくない歪みを生じさせたりして、ここに説明されているその機能を妨げることのないように、別の構造部材に取り付けられている。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４が取り付けられる当該構造部材は、アキュムレータが機能している、例えば車両又は他の装置の内部の、ハウジング１４の位置付近に設置されている支持構造などであろう。本発明の更に他の実施形態では、アキュムレータ１０は、車両で、ハウジング１４がその付近の車両の構造構成要素に固定的に取り付けられるような格好で使用されていてもよい。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４は、締め付け部４０に取り付けられていてもよい。
【００６９】
次に図７を参照すると、車両で使用することができるアキュムレータ１０の或る実施形態が示されている。アキュムレータ１０は、作動させるために流体源３７が必要である。流体源３７は、流れを望ましい圧力で提供することのできる油圧ポンプ又は別の機構であるものとされ、この流体源３７が、アキュムレータ１０に、アキュムレータ１０が歪みエネルギーとして貯蔵することになる、流体流れによるエネルギーを提供する働きをすることになる。同様に、アキュムレータ１０は、その貯蔵されたエネルギーを、流れを高圧で油圧モーター又は他の流体動力装置へ提供することによって返還する。車両システムでは、その様な流体源３７は、油圧流体であろう。図７に示されている実施形態では、流体源３７は、油圧流体と油圧を流体導管３８を通してアキュムレータ１０のブラダ１２の中へ押し出すのに十分な圧力の供給源となっている。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、流体導管３８に、それと流体連通に、取り付けられている。ハウジング１４は、単一のブラケット４６に取り付けられてもよいし、又は複数のブラケット４６に取り付けられてもよく、そうして、ハウジング１４は、その様なブラケット４６を介して車両（図示せず）に取り付けられている。
【００７０】
次に図８を参照すると、ブラダ１２の厚さが示されている。ブラダ１２は、更に、内面５２と外面５４を有している。ブラダ１２は、ブラダ内腔部５０を画定している。図８は、図７に示されている切断線に沿った断面図である。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２の内面５２は、図８に示されている様に円形である。本発明の代わりの実施形態では、ブラダ１２の内面５２は円形ではなくて、図９から最もよく分かる様に複数の丸い突出部のある長円形を有していてもよい。ブラダ１２は反復的に第１形態から第２形態へ膨張してその後第１形態へ戻ることから、本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２の内面５２は、そういうものとしてのブラダ１２の長寿を支援することができる溝５６を有している。
【００７１】
ここに開示されているあらゆる文献、出版物、及び特許を、明示的に、参考文献として援用している。
以上より、本発明のアキュムレータは、本来の備わっている利点はもとより、ここで言及されている目的及び利点を容易に実現することが理解される。本開示の目的から、本発明の一部の特定の好適な実施形態を図示し、説明してきたが、諸部分の配置構成及び構造には多数の変更が当業者によって加えられる余地があり、その様な変更は、次に続く特許請求の範囲によって定義されている本発明の範囲と精神の中に包含される。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 弾性アキュムレータ
１２ ブラダ
１４ ハウジング
１８ ブラダの頚部
２２ ブラダの本体
２４ ハウジングの第１端
２６ ハウジングの開口部
２８ ブラダの開口部
３０ 流体
３２ 脱気孔
３６ ブラダの閉鎖端
３７ 流体源
３８ 流体導管
４０ 締め付け部
４２ 圧縮リング
４４ 連結ナット
４６ ブラケット
５０ ブラダ内腔部
５２ 内面
５４ 外面
５６ 溝
１００ ブラダのための試験システム
１０２ 圧力源
１０４、１０６、１１２ ソレノイド弁
１０８、１１０ 圧力タンク
１１４ オリフィス弁
１１６ 流量計
１１８ 圧力
１２０ 安全放出弁
１２２ シュレイダー弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧流体の流れに応えて、その元の形状から変形することによってエネルギーを貯蔵するアキュムレータである。
本出願は、２００９年４月６日に「高エネルギー貯蔵密度弾性アキュムレータ」という名称で出願されている米国仮特許出願第６１／１６７，０７３号の恩典を主張し、同仮特許出願をこれにより参考文献としてそっくりそのまま援用する。
【０００２】
我々、4601 Park Ave., Nashville, TN 37209に居住する米国市民であるEric J. Barth、513 Cedar Brook Lane, Nolensville, TN 37135に居住する米国市民であるAlexander V. Pedchenko、846 Shoreline Circle, Ponte Vedra Beach, FL 32082に居住する米国市民であるKarl Brandt、そして1130 South Tamarisk Drive, Anaheim Hills, CA 92807に居住する米国市民であるOliver E. Tanが、新しく有用な「高エネルギー密度弾性アキュムレータ及びその使用の方法」を発明したことを、本書を以って証する。
【０００３】
（連邦の後援による研究又は開発に関する表明）
本発明は、一部、国立科学財団の工学研究センターの下での小型高効率流体動力のための連邦助成金、認可番号０５４０８３４、を使ってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００４】
（マイクロフィッシュ付録への参照）
該当なし
【背景技術】
【０００５】
アキュムレータの設計で最も差し迫った課題の１つは、様々な産業で使用することのできる軽量な装置の製作である。油圧アキュムレータは、補助的な流体動力を提供し衝撃を吸収するのによく使用されるエネルギー貯蔵装置である。これらの装置の最近の用途として特に興味深いものの１つに回生制動がある。油圧回生制動（ＨＲＢ）は、理論的には興味をそそる概念であるが、従来型のアキュムレータに付きまとう幾つかの大きな制限及びその無策特質のせいで、実施するのは難しい。
【０００６】
ガスブラダアキュムレータ及びガス事前装填式ピストンアキュムレータ（ＰＡＧＰ）は、エネルギー貯蔵のためにガスを使用しており、従ってばねピストン型の対照物より随分と軽量である。これらのアキュムレータでは、ブラダ又はピストンによって隔てられているガスは、他のやり方であれば非圧縮性流体が充填されている容器の或る一定の体積を占めている。流体がこの容器の中へ押し入れられてゆくと、隔てられた体積内部のガスが圧縮され、エネルギーが熱ドメインに貯蔵される（気体分子運動論）。その様なアキュムレータは、１）熱損失に起因する非効率と、２）ブラダを介した油圧流体へのガス拡散、という２つの深刻な欠点を免れない。熱損失による非効率の欠点は解消努力できるが、ガス拡散の問題は、ガスを流体から度々「抜く」ことに附随する高額な保守費用を生じさせる。
【０００７】
非効率に関して、その様なアキュムレータの圧縮されたガス中に貯蔵されたエネルギーが直ぐに回収されなければ、ガスからその直近の周囲物へ熱が流れてしまうことにより、回収されるエネルギーはずっと少なくなってしまう。ガスの圧縮と膨張の間に僅か５０秒程が経過すれば、ピストン型式のガスアキュムレータの効率は約６０％まで落ち込む可能性のあることが示されている。Pourmovahed, A., Baum, S.A., Fronczak, F.J., and Beachley, N.H., 1988. “Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”. Journal of Propulsion and Power, 4(2), March-April, pp. 188。車両は停止信号では上記程度の長さか又はそれより長い時間に亘って不動状態に置かれることから、これにより、ガスブラダアキュムレータ及びガス事前装填式ピストンアキュムレータはＨＲＢ用途に不向きとされる。これらの熱損失を軽減する幾つかの方法が提案されている。ガス事前装填式ピストンアキュムレータでは、１つの方法はエラストマーフォームをガスエンクロージャ内へ設置することを伴う。このフォームはガス圧縮中に発生した熱を吸収することを目的に供されており、そうでなければ発生した熱はガスエンクロージャの壁に伝わり最終的に失われることになろう。フォームはこの発生した熱を多量に収集して、それを、ガスが膨張するときにガスに戻すことができる。Pourmovahedによれば、「適量のエラストマーフォームをガスエンクロージャ内へ挿入すれば・・・実質的に熱損失は排除され［得る］」。Pourmovahed, A., Baum, S.A., Fronczak, F.J., and Beachley, N.H., 1988. “Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”. Journal of Propulsion and Power, 4(2), March-April, pp. 188。エラストマーフォームを組み入れることは、どの様にアキュムレータの効率が改善され得るかを示しはしたが、この修正は、既存のアキュムレータに付随する他の問題を依然として解消していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／１６７，０７３号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Pourmovahed, A., Baum, S.A., Fronczak, F.J., and Beachley, N.H., 1988. “Experimental Evaluation of Hydraulic Accumulator Efficiency With and Without Elastomeric Foam”. Journal of Propulsion and Power, 4(2), March-April, pp. 188
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、材料を歪ませることによって油圧エネルギーを貯蔵するためのアキュムレータを開示している。開示されているアキュムレータは、アキュムレータ内の弾性ブラダを膨張させるために、油圧流体の様な流体を受け入れるのに使用することができる。本アキュムレータは、貯蔵された歪みエネルギーを、流体が放出され、そうして弾性ブラダが第１形態に戻るまで、保持することになる。一部の特定の実施形態では、アキュムレータは、一定した非伸張時直径を有する、ブラダの様な管状の膨張可能部材であって、開口端と閉鎖端を有し、約１０００ｐｓｉの最小降伏強さを有し、約１００％の最小伸び率を有している膨張可能部材と、膨張した膨張可能部材が内部に収容されるように膨張可能部材を取り囲むハウジングであって、前記部材の半径方向膨張を当該材料の最大非拘束時半径方向膨張より小さい膨張度に制限しているハウジングと、を含んでいる。アキュムレータの他の実施形態は、管状の膨張可能膜と流体連通している油圧流体源を含んでいる。本発明の別の実施形態は、ブラダとシュラウドを含んでいるアキュムレータにおいて、ブラダは、第１端を有し、第１端は流体がブラダに進入してブラダを半径方向及び軸方向に膨張させることができるように開口部を画定していて、ブラダはエラストマーであり、シュラウドは、第１端と第２端を有し、ブラダを取り囲み、ブラダがその最大非拘束時半径方向膨張まで伸張しないようにブラダの半径方向膨張を制限していて、シュラウドの第１端は、流体がシュラウドのブラダの中へ進入することができるようにブラダの開口部の周りに第１開口部を画定しており、シュラウドは、ブラダが流体を充填されてシュラウド内で膨張する際に空気がシュラウドを脱出することができるように第２開口部を画定している、アキュムレータである。アキュムレータの他の実施形態は、ブラダとシュラウドの間の接触が潤滑されるようにシュラウド上に潤滑剤を含んでいる。アキュムレータの更に他の実施形態では、ブラダはポリウレタン又はニトリルゴムの様なエラストマーである。アキュムレータの更に他の実施形態では、ブラダは円形の断面形状を有している。本発明の別の実施形態は、アキュムレータにおいて、流体源の入出口用の開口部を画定していて、内面と外面を有し、流体連通に応えて第１形態から第２形態へ膨張し、その後第１形態へ戻るように適合されている膨張部材と、膨張部材を取り囲み、膨張部材が最大非拘束時半径方向膨張まで膨張したときの膨張部材の外面の直径より小さい内径を有する弾性支持構造と、膨張部材と流体連通している流体源と、膨張部材と流体源の間に流体接続を提供するための導管と、を含んでいるアキュムレータである。アキュムレータの更に他の実施形態では、膨張部材は、反復的に膨張できる。アキュムレータの他の実施形態では、膨張部材の内面は、同部材が膨張すると膨張するように、同部材の長さに亘って延びる軸方向溝を有している。アキュムレータの更に他の実施形態では、膨張部材の厚さが当該部材の開口部付近で削減されており、その結果、流体が進入すると当該位置から部材の膨張が始まるため、部材が横揺れの助長により剛性支持構造上を滑ることが低減される。本発明の更に別の実施形態では、剛性支持構造は円形断面形状を有している。本発明の更に別の実施形態では、剛性支持構造は、少なくとも２０００ｐｓｉの圧力定格を有している。本発明の更に別の実施形態では、剛性支持構造は脱気孔付きである。
【００１１】
而して、本発明の１つの対策は、油圧エネルギーを貯蔵するために歪みエネルギーを利用したアキュムレータを提供することである。
本発明の更に別の対策は、エネルギーを、膨張可能なアキュムレータの使用によって、貯蔵するための方法を提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の対策は、乗用車で使用できるように小型軽量のアキュムレータを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の或る実施形態の分解組み立て図の斜視図である。本図には、管状の膨張可能なブラダが剛性のハウジング装置によって取り囲まれていることが示されている。
【図２】本発明のある実施形態の断面図である。ブラダを有するアキュムレータが示されている。ブラダは、保護ハウジングによって取り囲まれている。ブラダは、空で、非膨張形態にある。その様な形態は、ブラダが加圧流体を充填され、膨張してゆくにつれ、図３及び図４に示されている様に変化してゆく。
【図３】幾らかの加圧流体がブラダを膨張させ始めた後の、図２に示されている実施形態の断面図である。本図及び図４は、加圧流体を提供している流体源も流体導管も示していない。これらの品目は図７に示されている。
【図４】更に多くの加圧流体がブラダを膨張させた後の、図３に示されている実施形態の断面図である。本図には、流体に満たされ一杯まで膨張したブラダが示されている。ブラダが収縮してゆく逆行過程で、流体は圧力下に強制的に追い出されることになる。保護ハウジングがブラダの半径方向膨張を制限していることも示されている。
【図５】本明細書に説明されているブラダの或る実施形態の断面図である。本図には、ブラダの開口部付近の軸対称又はそれ以外の様式のノッチであって、当該場所からのブラダの半径方向膨張の開始を促進するためにブラダの壁厚さを削減しているノッチが示されている。
【図６】流体導管へのブラダ接続の或る実施形態の側面図である。本図には、圧縮リングと連結ナットによって取り囲まれているブラダの頚部が示されている。ブラダの径部は、連結ナットが流体導管のねじ部分に締結されると、流体導管と流体接続する。
【図７】本発明の或る実施形態の側面図である。本図には、アキュムレータと流体連通している、車両の油圧流体システムの様な流体源が示されている。油圧流体が、流体導管を通って、保護シュラウド内に在るブラダの中へ入ってゆくと、歪みエネルギーが貯蔵される。本発明は、取り付けられている油圧システムが、流体がブラダの強制収縮によって供給される圧力下にブラダから出てゆくことを許容すれば、その貯蔵された歪みエネルギーを油圧エネルギーの形で放出することになる。シュラウドを安定配置するために、２つのブラケットが、シュラウドを車両の別の部分（図示せず）に取り付けている。
【図８】図７に示されている本発明の実施形態の、図中に示されている線に沿った断面図である。本図にはシュラウドとブラダが示されている。
【図９】ブラダの或る代わりの実施形態の断面図である。図８のブラダ実施形態で示されている様に円形の内面を有しているのではなく、この代わりの実施形態は溝付きの内面を有している。
【図１０】更に本明細書に説明されている様にブラダを試験するためのシステムの或る実施形態の配線図である。
【図１１】図１０に開示されているシステムを作動させる方法の工程の模式図である。
【図１２】更に本明細書に説明されている様に、NBR6212と呼ばれる材料の３つの試料についての３つの応力−歪み曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、疲労なしに、反復的に、膨張し次いで認め得る程にその元の形状に戻る、管状の膨張可能なブラダ１２を有する弾性アキュムレータ１０を開示している。アキュムレータ１０のブラダ１２をハウジング１４が取り囲んでおり、ハウジング１４は、ブラダ１２が過剰膨張から塑性変形することのないように、ブラダ１２の半径方向膨張を制限している。使用時、加圧された油圧流体の様な流体がブラダ１２に進入し、ブラダ１２をハウジング１４に接するところまで膨張させる。貯蔵されたエネルギーを回収するのが望ましければ、流体流れを逆行させ強制的に追い出し、その結果、ブラダ１２がその元の形状及び形態へ復帰することで、歪みエネルギーを油圧エネルギーに変換する。
【００１５】
図１を参照すると、本発明の或る実施形態の分解組み立て図が示されている。アキュムレータ１０は、ハウジング１４内に管状の膨張可能なブラダ１２を含んでいる。ブラダ１２の頚部１８は、ブラダ１２の本体２２がここに開示されている様に膨張収縮することができるように、流体導管３８に取り付けられている。ハウジング１４の第１端２４は、流体流れのために使用されているブラダ１２の開口部２８と整列している開口部２６を含んでいる。一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、開口部２６を通してハウジング１４の中へ挿入することができる。
【００１６】
油圧アキュムレータ
背景として、油圧アキュムレータについて、最高実現可能体積システムエネルギー密度は次式を用いて導き出すことができる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】
ここに、Ｖfluidはエネルギー貯蔵に使用される流体の体積、Ｅstoredはシステムに貯蔵されるエネルギーの量、Ｐはエネルギー貯蔵を起こす圧力、Ｖstorage_deviceはエネルギー貯蔵装置の体積（ここにエネルギー貯蔵装置は加圧流体以外のすべてのものとして定義されている）、そしてｅstorage_deviceはエネルギー貯蔵装置の体積エネルギー密度である。体積エネルギー密度の定義と関連付けて式（１）と（２）を用いれば、システム体積エネルギー密度ｅsystemが得られる。
【００２０】
【数３】
【００２１】
本発明は、小型軽量のエネルギー貯蔵装置である。本発明は、製造費用が安く、保守の必要性が低いか又は保守が全く不要である。本発明の一部の特定の実施形態では、高エネルギー密度アキュムレータ１０は、油圧動力駆動自動車の、油圧駆動システムに連係されている回生制動システム（油圧ハイブリッド）に使用することができる。その様な高エネルギー密度アキュムレータ１０は、直列であろうと並列であろうと、油圧ハイブリッド車両に適する。小型乃至中型の乗用車用の許容され得る重量及び体積のパッケージ（アキュムレータシステムエネルギー密度＞１０ｋＪ／リットル）では、ピークパワー９０ｋＷ（４．５秒で３５ｍｐｈからゼロ）におけるエネルギー（３５ｍｐｈで３５００ｌｂｓ）である２００ｋＪのエネルギー貯蔵が必要とされる。本発明は、従来型のアキュムレータの問題を、（ｉ）製造費用を縮小すること、（ｉｉ）ガス事前装填の使用を回避することによりガス拡散によって生じる保守の必要性をなくすこと、（ｉｉｉ）周囲環境への熱移動に起因するエネルギーの損失を大幅に低減すること、によって打開することを目指している。従来型のアキュムレータの問題は、一つには、本発明が既存のアキュムレータでは従来利用されていなかったエネルギー貯蔵のメカニズムを使用していることで回避される。
【００２２】
背景として、従来型の制動システムは、車両を減速させるのにブレーキパッドとブレーキディスクの間の摩擦を使用している。この方法では、結果的に、エネルギーが熱として浪費されることになる。対照的に、回生制動は、制動時の車両の運動エネルギーを熱の形で散逸させるのではなく、運動エネルギーを活かす。この収集されたエネルギーは、次に車両の加速に利用することができ、それにより燃料効率が高まる。特に、油圧回生制動（ＨＲＢ）は、車輪に流体を装置の中へ送り込ませ、すると装置がこの流体の流れに抵抗することによって車輪回転を減速させ、装置は車両の運動エネルギーの得られた減少分を貯蔵する。油圧回生制動は、理論的には興味をそそる概念であるが、従来型のアキュムレータに付きまとう幾つかの大きな弱点のせいで、実施するのは難しい。
【００２３】
ばねピストンアキュムレータがＨＲＢで使用されることを阻んでいる主な弱点は、その低い重量エネルギー密度にある。線形分析を使用すると、ばね鋼及びチタン合金は、重量エネルギー密度が約１から１．５ｋＪ／ｋｇである。M.F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Pergamon, Oxford, 1992。然るに、中型４ドアセダン（質量＝３５００ｌｂ（１５９０ｋｇ））を３５ｍｐｈ（１５．６５ｍ／ｓ）から静止させるのに十分なエネルギーを貯蔵するためには、アキュムレータばねは、１３０ｋｇから１９５ｋｇの何処かの重量を持たなくてはならないことになる。車両重量を最小限にすることが不可欠な自動車製造では、その様な重量の重い構成要素を含めることは凡そ非現実的である。
【００２４】
本発明の設計
本発明の設計は、乗用車用のＨＲＢでの実装に適していることを確約するため、（ｉ）ピークパワー９０ｋＷのエネルギーである２００ｋＪの貯蔵が可能、（ｉｉ）体積エネルギー密度５ＭＪ／ｍ３以上、（ｉｉｉ）重量エネルギー密度５ｋＪ／ｋｇ以上、を含む大凡の性能判定基準が存在する。２００ｋＪの貯蔵容量という要件は、運動エネルギーの古典力学方程式である以下の式４（「（４）」）を使用して至ったものであり、ここに、Ｅkはジュール（「Ｊ」）を単位とする運動エネルギー、ｍはｋｇを単位とする質量、ｖはメートル毎秒（ｍ／ｓ）を単位とする速度である。
【００２５】
【数４】
【００２６】
平均的な４ドアセダンは、近似的に、ｍ＝３５００ｌｂｓ（１５９０ｋｇ）の質量を有している。この重量の車両が回転のないｖ＝３５ｍｐｈ（５６．３ｋｍ／ｈ）の並進剛体運動をしている質点であるとの単純化された仮定の下に考えてみる（式（４）を使用することができ、すると、Ｅk＝１９４，７１３Ｊ≒２００ｋＪとなる）。この数字は、従来の制動での車両を停止させるのに熱として放散されてしまうことになるエネルギーの量を表している。ＨＲＢでは、これは、１００％の効率を想定すれば、システムが捕捉するべきエネルギーの量である。
【００２７】
アキュムレータ１０が車両の重量を著しく増やすものではないことを確約するために、重量エネルギー密度要件は５ｋＪ／ｋｇに規定された。この制約下では、エネルギー２００ｋＪの貯蔵能力を有するアキュムレータ１０は、重さが、作動流体がなければ４０ｋｇを上回ることはないはずである。重量エネルギー密度制約は、チタン合金の体積エネルギー密度と同様になるように選定された。この制限は、アキュムレータ１０が、作動流体を除外して、０．０４ｍ３より多くを占めないことを保証する。
【００２８】
どの材料がエネルギー密度要件を満たすかを見るために、例えばGranta Design Limited社から商業的に容易に入手できるCESマテリアルセレクタ、バージョン4.8.0を使用した。CESマテリアルセレクタは、広範な材料及び製造プロセスデータベースを有するソフトウェアパッケージであり、とりわけユーザーによって定義された材料特質をグラフィック的に比較する能力があるとの理由から採用された。最初の選択プロセスでは、全ての材料群を考察した。一部の特定の群の材料体積エネルギー密度値を、線形弾性の仮定の下に、式（５）、
【００２９】
【数５】
【００３０】
を使用して計算し、ここに、ｕはＪ／ｍ３を単位とする材料の体積エネルギー密度、σｙはＰａを単位とする材料の降伏応力、ＥはＰａを単位とする材料の弾性係数である。次に、ｗで表わされている、Ｊ／ｋｇを単位とする材料の体積エネルギー密度を、式（６）に示されている様に、式（５）から得られた所与の材料のＪ／ｍ３を単位とする体積エネルギーであるｕをｋｇ／ｍを単位とするその質量密度であるρで単純に割ることによって計算した。
【００３１】
【数６】
【００３２】
幾つかのエラストマー系材料は、体積エネルギー密度と重量エネルギー密度の両方について、他の材料類に見られるより相当に高い値を持っている。これらのエラストマー系材料のうち、ポリウレタンと天然ゴムは、エネルギー密度の特定の目標数的指標を裕に越えているに留まらず、これらの分類種中の他のあらゆる材料に優っている。事実、ポリウレタンの重量エネルギー密度は、チタン合金のそれより約２桁高い。ゴムとポリウレタンはどちらも、より大きな最大値が見込めることと商業的な入手のし易さから、ブラダ１２の作製には適した材料である様に見えるが、ここに記載の発明については、一部の特定の実施形態では、ポリウレタンが材料として最適な選択肢である。ここで、歪み硬化のせいで、線形弾性のエラストマーへの適用は、実際に用いるには慎重でなくてはならないことに気づくことが重要である。エネルギー貯蔵能力の更に精密な推定値を得るためには、材料の応力−歪み曲線を検討しなくてはならない。
【００３３】
予備試験による結果から、フルスケールのアキュムレータ１０の体積と重量並びにブラダ１２を作製するのに適した材料の初期予測が可能である。最初の予備試験は、ラテックスチュービングの使用を含んでおり、チュービングはその一端を塞ぎ他端から圧力ゲージを有するポンプを使って加圧した。最初、空気がこの円筒形のエラストマー容器の中へ押し入れられてゆくと、圧力上昇により体積が極僅かに増加した。圧力がほぼ１７ｐｓｉｇ（２１８．６ｋＰａ）に達したとき、チュービングは第１領域が急激に膨張した。この直後、圧力は大凡１３ｐｓｉｇ（１９１．０ｋＰａ）まで降下した。ラテックス円筒体の中へ更に多くの空気が押し入れられてゆくと、圧力はこの新しい値に留まり、一方で体積は増加し続けた。即ち、半径方向の膨張は軸方向に沿って継続した。この種の膨張挙動は、以下に、ブラダ１２用の作製材料の選択に関係して、概念的に更に論じている。この種の膨張挙動に従うアキュムレータ１０では、式（７）を用いて推定されたエネルギーを貯蔵させることができる。
【００３４】
【数７】
【００３５】
Ｅestは、Ｊを単位とする貯蔵エネルギーの推定値、Ｐholdは、Ｐａを単位とする半径方向膨張を伝播させる一定したゲージ圧力であり、Ｖinitは、作動流体注入前の作動流体収容アキュムレータ１０によって占められている初期体積、Ｖfは、作動流体注入終了時の作動流体収容アキュムレータによって占められている最大体積で、共に単位はｍ３である。
【００３６】
式（７）を使用し、Ｅestが１９５ｋＪに等しいとして、（Ｖｆ−Ｖinit）の推定値を異なったＰhold値について得た。また、作動流体は油圧流体と同様の密度であると仮定して（ρhyd＝８９０ｋｇ／ｍ３とした）、得られた（Ｖｆ−Ｖinit）推定値を次に使用して、ｋｇを単位とするシステム質量近似値の変化であるＭfを得た。異なったＰhold値について、１９５ｋＪのエネルギー貯蔵をもたらすことになる（Ｖｆ−Ｖinit）とＭfの値を以下に示す。値は、作動流体についての体積及び質量の推定値である。
【００３７】
【表１】
【００３８】
以上から分かる様に、３０００ｐｓｉｇから５０００ｐｓｉｇを範囲とするＰholdで機能することのできるアキュムレータシステムについては、注入前のブラダ１２の外の作動流体は、重量が大凡１１ｌｂｓから１９ｌｂｓの間（５ｋｇから９ｋｇの間）で、０．２ｆｔ３から０．３３ｆｔ３の間（０．００６ｍ３から０．００９ｍ３の間）を占めると推定される。これらの質量と体積の値は、ブラダの初期体積と質量を勘定に入れていないが、それらの規模の小ささから、エラストマーアキュムレータ１０は理論的にはＨＲＢ用途にとって実行可能な選択肢となるはずであることが示唆される。
【００３９】
ブラダの特質
作製されたブラダ１２の第１の実施形態の特質を調べるために、システム１００を作製した。本発明の或る実施形態では、ブラダ１２は、ミシガン州エイドリアンのAnderson Development Company社から商業的に入手可能なポリウレタンであるAndur RT9002APで作製された。ブラダ１２は、室温硬化性ポリウレタンであり、そのおかげでブラダ１２は使い捨て可能なろう型を使用して鋳込むことができ、その後ろう型は出来上がったブラダ１２から溶かして外される。製造業者によって規格化されている、Andur AR材料の幾つかある機械的特質を以下に掲載する。材料は、高い最大伸び率を持ち、また一方で比較的高い弾性係数を維持しているので、アキュムレータ１０にとって実行可能な材料候補となり得る。
【００４０】
【表２】
【００４１】
次にAndur RT9002APで作製されるブラダ１２の寸法であるが、長さは３．５インチ（約８．８９ｃｍ）、厚さは約１．５から約１．８インチ（約３．８１から約４．５７２ｃｍ）である。
【００４２】
単位体積当たりの貯蔵エネルギーを求める方程式である式（８）を、応力−歪み曲線の多項式推定法と関連付けて用いると、材料の異なった伸展比について、理論上の体積エネルギー密度値を得ることができる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
式（８）では、σは応力（Ｐａ）、εは伸展比、εｆは体積エネルギー密度を計算しようとする伸展比である。約４００％から６００％の間（εｆ＝４からεｆ＝６の間）の伸展について、この式では、ブラダ１２が２５．６ＭＪ／ｍ３から４５．０ＭＪ／ｍ３の間の体積エネルギー密度を有すると予測される。次に図１０を参照すると、本図には、ブラダ１２のための試験システム１００が示されており、同システムは１２５ｐｓｉｇの圧力源１０２を含み、圧力源１０２は第１のソレノイド弁１０４に取り付けられ、第１のソレノイド弁１０４は第２のソレノイド弁１０６に取り付けられ、第２のソレノイド弁１０６は２つの２リットル圧力タンク１０８と１１０それぞれに取り付けられている。タンク１０８及び１１０には第３のソレノイドベン１１２が取り付けられており、第３のソレノイド弁１１２は、オリフィス弁１１４に取り付けられ、流量計１１６、圧力センサー１１８、安全放出弁１２０、シュレイダー弁１２２、そしてブラダ１２へとつながっている。１２５ｐｓｉｇ（９６３ｋＰａ）の駆動圧力が、水をブラダ１２の中へ押し入れるように作用する。最初は、ソレノイド弁（ＳＶ）１である１０４から２つの２Ｌ圧力タンク１０８及び１１０へ至るラインは切り離されており、タンクからブラダ１２までのシステムには水が充填されている。正確な結果を確保するために、システムの水充填部分は、シュレイダー弁１２２に取り付けられた手持ち式真空ポンプを使用することによって空気が抜かれる。タンク１０８、１１０には、空気抜きプロセスによって生じる損失を埋め合わせるために追加の水が注ぎ込まれる。次いで全ＳＶが閉じられ、ＳＶ１である１０４から続くラインが圧力タンクに再度取り付けられる。
【００４５】
弁制御とセンサーデータの取得は全て、当業者に知られている様に、コンピュータを使用して完遂される。手動調節可能なオリフィス弁１１４は、別々の試験実施回毎に特定の位置に設定される。この弁を増分式に調節することにより、エネルギー貯蔵に対する異なった注入／吸い戻し速度の効果を見極めることができる。それぞれの個々の試験実施回は、図１１に示されている方法の工程に従って実施された。簡単にいうと、本方法は２００で開始され、そこから表示されている各工程が以下の様に起こってゆき、即ち、（１）２０２でＳＶ１、２、及び３を閉じ、（２）２０４でＳＶ１を開き、（３）２０６でＳＶ３を閉じ、（４）２０８で一定の時間（Ｔ3）が経過した後ＳＶ３を閉じ、（５）２１０でＳＶ１を閉じ、（６）２１２でＳＶ２を開き、（７）２１４で規定の保持時間（Ｔh）が経過した後ＳＶ３を開いて作動流体を放出させ、（８）２１６でシステムが圧の抜けた状態になるように一定の時間（Ｔd）待つ。
【００４６】
ブラダ１２に貯蔵され、そしてそこから回収されるエネルギー、を得るために、流量計（Ｑ）１１６及び圧力センサー（Ｐ）１１８からの瞬間示度を、式（９）、
【００４７】
【数９】
【００４８】
に示されている様に積分し、ここにｔ0はＳＶ３である１１２が開かれる時間、ｔfはＳＶ３である１１２が閉じられる時間である。水がブラダ１２の中へ流入しているとき、式（７）のＥは貯蔵エネルギー（Ｅin）を表し、ｔf−ｔ0＝Ｔ3である。水がブラダ１２から流出しているとき、式（７）のＥは回収エネルギー（Ｅout）を表し、ｔf−ｔ0＝Ｔdである。
【００４９】
これらを値を使用して、体積アキュムレータエネルギー密度（Ｅｖρ）、重量アキュムレータエネルギー密度（Ｅgρ）、及びシステムのエネルギー効率（η）を計算する。アキュムレータ１０のそれらエネルギー密度値とアキュムレータ材料のそれらエネルギー密度値の間に区別を引くことが重要である。アキュムレータ１０のそれらエネルギー密度は計算に作動流体の重量と体積を含んでいるのに対し、アキュムレータ材料のそれらエネルギー密度は含んでいないことに相違がある。Ｅvρを、式（１０）、
【００５０】
【数１０】
【００５１】
を用いて求め、ここに、Ｖ0は、アキュムレータが加圧される前のブラダ１２及び作動流体の元の体積である。Ｅgρを、式（１１）、
【００５２】
【数１１】
【００５３】
によって求め、ここに、ｍ０は、加圧される前の作動流体を含めたアキュムレータの元の質量であり、ρwは、水の密度である。最後に、ηを、式（１２）、
【００５４】
【数１２】
【００５５】
を用いて求める。何回もの注入／吸い戻しサイクルが、ブラダ１２のエネルギー貯蔵能力と効率に有意な有害効果を有するかどうかを判定するため、Ｅvρ、Ｅmρ、及びηを、手動調節可能なオリフィス弁のそれぞれの位置毎に数回測定する。
【００５６】
上述のAndur RT9002AP（ρPUa≒１０３９ｋｇ／ｍ３）で作製されているブラダ１２の伸展及び質量密度について得られた体積エネルギー密度の推定値を使用して、１９５ｋJを貯蔵することができるブラダの体積及び質量を概算した。ブラダ１２は、０．００４３ｍ３から０．００７６ｍ３の材料で製造され、重量は、使用されている伸展比に応じて４．５０ｋｇから７．９０ｋｇの間の何処かにあるものと予測した。これらの値を先に論じた作動流体見積もりに加え、システムエネルギー密度の推定値を出した。概算されたパラメータを以下に示しているが、それらの導出には、注入前のブラダ１２の作動流体の初期体積（ブラダに貯蔵されることになる油圧流体の最終体積に比べ小さいと予想される）及び作動流体の流れの制御に必要な機器の様な他のシステム構成要素が含まれていないことから、それらパラメータは推定値として見るべきである。推定されたシステムエネルギー密度（システムはエラストマー材料及びエネルギー貯蔵のために使用される油圧流体分として定義）：システム体積（リットル）：１０．３（上限）、１６．６（下限）；システム質量（ｋｇ）：９．５７（上限）、１６．２７（下限）；システム体積エネルギー密度（ＭＪ／ｍ３）：１８．９３（上限）、１１．２７（下限）；システム重量エネルギー密度（ｋＪ／ｋｇ）：２０．３８（上限）、１１．９９（下限）である。
【００５７】
次に図１２を参照すると、Gates Corporation社製でNBR6212と識別されている既存のニトリルゴム銘柄の３つの別々の試料についての応力−歪み曲線が示されている。この材料についての応力−歪み曲線は、材料の有効体積歪みエネルギー密度が、「星」の印を付けた３３ＭＪ／ｍ３であることを示している。この材料から製造されていて、３４．５ＭＰａに加圧された流体を貯蔵することができるブラダは、ゴムの様な他の超弾性材料と同じ比較的一定の圧力体積膨張を見せることを前提とすると、式３を用いて、以下のやり方でシステムエネルギー密度に到達することができ、即ち、
２００ｋＪを貯蔵するには：
所要材料体積：２００ｋＪ／３３ＭＪ／ｍ３＝０．００６１ｍ３（６．１Ｌ）
所要流体体積：２００ｋＪ／３４．５ＭＪ／ｍ３＝０．００５６５ｍ３（５．６５Ｌ）
所要総体積：０．００６１ｍ３＋０．００５６５ｍ３＝０．０１１７５ｍ３（１１．７５Ｌ）
理想体積システムエネルギー密度：２００ｋＪ／０．０１１７５ｍ３≒１７ＭＪ／ｍ３
である。NBR6212で構成されているアキュムレータ１０についての理想体積システムエネルギー密度は、体積システムエネルギーに関して表明されている上限より僅かに小さい。
【００５８】
本発明の実施形態
次に図２を参照すると、アキュムレータ１０の断面図が示されている。図２−図４には、流体３０が加圧されて膨張ブラダ１２に進入してゆく際の、ブラダ１２の膨張の伝搬が示されている。一般に、ブラダ１２の半径方向膨張は、ブラダ１２の頚部１８付近で始まる。ブラダ１２の半径方向膨張は、ハウジング１４によって制限される。図２−図４の進行具合に示されている様に、ブラダ１２の半径方向膨張は、軸方向にブラダ１２に沿って拡がる。ブラダ１２の本体２２は、図２に示されている、その元の形状である第１形態から、図４に示されている、エネルギーを貯蔵している第２形態へ膨張させられる。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の本体２２が第２形態へ膨張してゆく間、空気がハウジング１４を脱出できるようにする脱気孔３２を有していてもよい。その様な脱気孔３２の或る実施形態が図７に示されている。一部の特定の実施形態では、脱気孔３２は、表明されている目的にとって適正な大きさの開口部である。脱気孔３２の具体的な場所は決定的ではない。一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は複数の脱気孔３２を有することができる。更に他の実施形態では、脱気孔３２は、GORE-TEX（登録商標）の様な濾過材料を含んでいてもよく、そうすればブラダ１２への損傷をもたらしかねない粒子やぼたはハウジング１４に進入しないであろう。
【００５９】
ここで使用される場合、ブラダ１２は、膨張部材又はここに開示されている機能を記述している他の適した用語で呼称されることもある。一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、ここに説明されている機能を果たすことができる材料で作製されている。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２はエラストマーである。他の実施形態では、ブラダ１２は、ポリウレタン、ニトリルゴム、ポリイソプレン、又は天然ゴムである。その様な材料は、コロラド州デンバーのGates Rubber Corporation社などから、容易に、商業的に入手可能である。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、Gates Rubber Corporation社のNBR6212ニトリルゴムで作製されていてもよい。本発明の更に他の実施形態では、ブラダ１２として適切なエネルギー貯蔵材料は、高体積エネルギー密度、高重量エネルギー密度（又は質量特定）エネルギー密度、及び捕捉されたエネルギーを分単位幅の持続時間に亘って効率的に貯蔵する能力を有する材料である。本発明の更に他の実施形態では、ブラダ１２は、当業者に知られている材料で適した別の既知の材料で作製されていてもよい。当業者は、ここで説明されている品質と特性を有するブラダ１２を製造するのに使用される成形及び作製の技法に精通している。また、それらの製造サービスは、容易に、商業的に入手可能である。
【００６０】
ブラダによる効率的なエネルギー貯蔵
ここで使用される場合、降伏強さは、当業者に知られている意味と同じ意味を持つ。即ち、材料の降伏強さは、材料が可塑的に変形し始める応力である。最小降伏強さは、材料が少なくとも所与のｐｓｉの降伏強さを有していることを意味する。例えば、本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、約１０００ｐｓｉの最小降伏強さを有している。
【００６１】
本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２の作製材料は、少なくとも１の歪みに対し弾性挙動を見せる材料である。応力−歪み曲線は、本出願の中で最初に既に論じた。応力−歪み曲線は、材料の膨張挙動についての情報を提供する。数多くのエラストマー系材料は、超弾性膨張挙動を示している。その様な材料は、ブラダ１２として使用するのに極めて望ましい。これらの材料は、充填体積の範囲について、比較的平坦な圧力−体積曲線を作り出すことができる伸張性の高いブラダに製作することができる。即ち、体積が増加しても圧力は一定のままである。超弾性材料で作られている、より小さいブラダに観測される別の好ましい特性であって、ブラダ１２では極めて望ましいとされる特性は、エネルギー密度及び失陥に至るまでのラウンドトリップ効率に統計学的に有意な減少がないことである。より小さいスケールのブラダ１２の試作品の疲れ試験は、失陥に至るまでに性能特性の劣化がないことを示している。初期有限要素分析モデルの構築には、ロードアイランド州プロビデンスに社屋を有するDassault Systems S.A.社よりSIMULIAの商標で市販されているABAQUSソフトウェアを使用する。従って、概ね平坦な圧力−体積曲線を有する流体容器を創出するのに使用することのできる材料は、ブラダ１２の作製に使用するのに望ましい材料ということになる。
【００６２】
図１−図４から最もよく分かる様に、ブラダ１２はハウジング１４内に収納されていて、略円筒形状をしていてもよい。本発明の更に他の実施形態では、ブラダ１２は、当業者に一般的に知られている様に、楕円や、八角形、六角形などの様な類似の形状をしていてもよい。従って、本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４も同様にその様な類似の形状を有していてもよい。
【００６３】
本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、約３０インチ（７６．２ｃｍ）から約４０インチ（１０１．６ｃｍ）の長さを有していてもよい。他の実施形態では、長さは、約３１（７８．７４ｃｍ）インチから約３５インチ（８８．９ｃｍ）とすることができる。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の非膨張時外面直径と約２インチ（５．０８ｃｍ）の内面直径を有していてもよく、それはつまり、ブラダ１２が約１インチ（２．５４ｃｍ）の厚さを有しているということである。本発明の他の実施形態では、ブラダ１２の厚さは、閉鎖端３６で、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の厚さを有している。
【００６４】
本発明の一部の特定の実施形態では、シュラウド又は剛性支持構造とも呼称されるハウジング１４の比率はブラダ１２の大きさ特性に関係している。ハウジング１４は、ブラダ１２の半径方向膨張を、ブラダ１２の最大非拘束時半径方向膨張より小さい膨張度に制限する働きをする。ハウジング１４の使用は、小スケールブラダの疲れ寿命について、ハウジング１４がブラダ１２の膨張中の最大外径を膨張が絞られていない場合に実現される外径の約６３％に制限している場合では、疲れ寿命を４．５倍延長させることが示されている。従って、本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の膨張中の最大外径を、膨張が絞られていない場合に実現される外径の約５０％から約７０％に制限している。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の膨張中の最大外径を、膨張が絞られていない場合に実現される外径の約６０％から約６５％に制限している。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４は、ブラダ１２の膨張中の最大外径を、膨張が絞られていない場合に実現される外径の約６３％に制限している。更に、ハウジング１４の使用は、より高い保持圧力、より高いエネルギー密度を実現し、応力をブラダ１２全体に均一に分散させる働きをする。従って、上段に開示されているブラダ１２の大きさ特性に関係して、一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は約５５インチ（１３９．７ｃｍ）から約６５インチ（１６５．１ｃｍ）の長さを有していてもよい。本発明の他の実施形態では、ハウジング１４の長さは、約５９インチ（１４９．８６ｃｍ）から約６３インチ（１６０．０２ｃｍ）とすることもできる。本発明一部の特定の実施形態では、ハウジング１４の直径は約８．２５インチ（２０．９５５）である。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４の直径は、約７インチ（１７．７８ｃｍ）から約９インチ（２２．８６ｃｍ）とすることができる。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４の厚さは、約０．１２インチ（０．３０４８ｃｍ）から約０．１４インチ（０．３５５６ｃｍ）とすることができる。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４の厚さは、約８分の１インチ（０．３１７５ｃｍ）から約４分の１インチ（０．６３５ｃｍ）とすることができる。当業者には知られている様に、ハウジング１４の厚さは、ハウジング１４についての所望の最大定格圧力に依存する。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４は、少なくとも２０００ｐｓｉの圧力定格を有している。以下に更に指摘されている様に、当業者には、本発明の寸法は、所望のエネルギー貯蔵容量が変わるのに合わせて変わり得ることが理解される。
【００６５】
更にハウジング１４に関して、厚さの他に、作製材料が関係する。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４の作製材料は、剛性構造材料である。本発明の他の特定の実施形態では、ハウジング１４は、鋼、炭素繊維、ポリカーボネート、織られた圧力容器材料、繊維ガラス、アルミニウムなどから作製されている。その様な材料からハウジング１４を製作する方法は、当業者にはよく知られており、その様な製作サービスは、容易に、商業的に入手可能である。当業者には知られている様に、ここに開示されている発明は、所望のエネルギー貯蔵度合いを達成するべくスケール合わせできる。従って、ここには特定の寸法が提供されているが、当業者には、アキュムレータ１０にそれが適用される産業に基づいた特定のエネルギー貯蔵特性を達成させるために、それらの寸法が修正されることは熟知されている。
【００６６】
次に図５を参照すると、ブラダ１２を横から見た断面図が示されている。図示されているブラダ１２の実施形態では、ブラダ１２の厚さを削減するために、ブラダ１２の頚部１８付近に切り欠け３４が設けられている。当該の特定の場所では壁が薄いことにより、そこがブラダ１２の半径方向膨張の開始点となる。従って、図２−図４から最もよく分かる様に、半径方向膨張は、ブラダ１２の頚部１８付近から始まり、軸方向にブラダ１２の長さを下って進行する。その様な膨張は、ブラダ１２の予測し得ない膨張に付随する、曲げ、捩じれ、又は閊えの様な、好ましくない影響の起こる可能性を低減する。楕円などの様な、切り欠け３４の特定の形状は当業者に知られている。
【００６７】
次に図６を参照すると、ブラダ１２が、ハウジング１４を越えて伸びている頚部１８を有している、本発明の或る実施形態が示されている。本発明の一部の特定の実施形態では、頚部１８は、長さが約１と２分の１インチ（３．８１ｃｍ）から約３と２分の１インチ（８．８９ｃｍ）であってもよい。図６は、ブラダ１２の頚部１８を流体導管３８に取り付けている締め付け部４０の個々の部品を示している。具体的には、圧縮リング４２の上を滑らせて流体導管３８のねじ要素に螺合させる連結ナット４４の側面図が示されている。連結ナット４４を回すと、ブラダ１２は、流体導管３８と流体連通する。流体連通を生じさせる締め付け部の他の型式も当業者には知られている。
【００６８】
次にハウジング１４、頚部１８に関し、ハウジング１４は開口部２６を有しており、開口部２６は一部の特定の実施形態では約４．２５インチ（１０．７９５ｃｍ）から約６．２５インチ（１５．８７５ｃｍ）の直径を有している。ハウジング１４の開口部２６は、ブラダ１２内の開口部２８より広い大きさである。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダの頚部１８はハウジング１４の開口部２６に接していてもよいとされるが、ブラダ１２とハウジング１４は直接的に接続されてはいない。ブラダ１２は、ハウジング１４内に配置されている。ハウジング１４は、ブラダ１２が折り曲がったり捩じれたり、或いはそれ以外に好ましくない歪みを生じさせたりして、ここに説明されているその機能を妨げることのないように、別の構造部材に取り付けられている。本発明の一部の特定の実施形態では、ハウジング１４が取り付けられる当該構造部材は、アキュムレータが機能している、例えば車両又は他の装置の内部の、ハウジング１４の位置付近に設置されている支持構造などであろう。本発明の更に他の実施形態では、アキュムレータ１０は、車両で、ハウジング１４がその付近の車両の構造構成要素に固定的に取り付けられるような格好で使用されていてもよい。本発明の更に他の実施形態では、ハウジング１４は、締め付け部４０に取り付けられていてもよい。
【００６９】
次に図７を参照すると、車両で使用することができるアキュムレータ１０の或る実施形態が示されている。アキュムレータ１０は、作動させるために流体源３７が必要である。流体源３７は、流れを望ましい圧力で提供することのできる油圧ポンプ又は別の機構であるものとされ、この流体源３７が、アキュムレータ１０に、アキュムレータ１０が歪みエネルギーとして貯蔵することになる、流体流れによるエネルギーを提供する働きをすることになる。同様に、アキュムレータ１０は、その貯蔵されたエネルギーを、流れを高圧で油圧モーター又は他の流体動力装置へ提供することによって返還する。車両システムでは、その様な流体源３７は、油圧流体であろう。図７に示されている実施形態では、流体源３７は、油圧流体と油圧を流体導管３８を通してアキュムレータ１０のブラダ１２の中へ押し出すのに十分な圧力の供給源となっている。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２は、流体導管３８に、それと流体連通に、取り付けられている。ハウジング１４は、単一のブラケット４６に取り付けられてもよいし、又は複数のブラケット４６に取り付けられてもよく、そうして、ハウジング１４は、その様なブラケット４６を介して車両（図示せず）に取り付けられている。
【００７０】
次に図８を参照すると、ブラダ１２の厚さが示されている。ブラダ１２は、更に、内面５２と外面５４を有している。ブラダ１２は、ブラダ内腔部５０を画定している。図８は、図７に示されている切断線に沿った断面図である。本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２の内面５２は、図８に示されている様に円形である。本発明の代わりの実施形態では、ブラダ１２の内面５２は円形ではなくて、図９から最もよく分かる様に複数の丸い突出部のある長円形を有していてもよい。ブラダ１２は反復的に第１形態から第２形態へ膨張してその後第１形態へ戻ることから、本発明の一部の特定の実施形態では、ブラダ１２の内面５２は、そういうものとしてのブラダ１２の長寿を支援することができる溝５６を有している。
【００７１】
ここに開示されているあらゆる文献、出版物、及び特許を、明示的に、参考文献として援用している。
以上より、本発明のアキュムレータは、本来の備わっている利点はもとより、ここで言及されている目的及び利点を容易に実現することが理解される。本開示の目的から、本発明の一部の特定の好適な実施形態を図示し、説明してきたが、諸部分の配置構成及び構造には多数の変更が当業者によって加えられる余地があり、その様な変更は、次に続く特許請求の範囲によって定義されている本発明の範囲と精神の中に包含される。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 弾性アキュムレータ
１２ ブラダ
１４ ハウジング
１８ ブラダの頚部
２２ ブラダの本体
２４ ハウジングの第１端
２６ ハウジングの開口部
２８ ブラダの開口部
３０ 流体
３２ 脱気孔
３６ ブラダの閉鎖端
３７ 流体源
３８ 流体導管
４０ 締め付け部
４２ 圧縮リング
４４ 連結ナット
４６ ブラケット
５０ ブラダ内腔部
５２ 内面
５４ 外面
５６ 溝
１００ ブラダのための試験システム
１０２ 圧力源
１０４、１０６、１１２ ソレノイド弁
１０８、１１０ 圧力タンク
１１４ オリフィス弁
１１６ 流量計
１１８ 圧力
１２０ 安全放出弁
１２２ シュレイダー弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定した非伸張時直径を有する管状の膨張可能部材であって、開口端と閉鎖端とを有し、約１０００ｐｓｉの最小降伏強さを有し、約１００％の最小伸び率を有し、最小２０ｋＪのエネルギーを貯蔵することができる、膨張可能部材と、
膨張した前記部材が内部に収容されるように、前記部材を取り囲むハウジングであって、前記部材の半径方向膨張を、当該部材の最大非拘束時半径方向膨張より小さい膨張度に制限しているハウジングと、を備えているアキュムレータ。
【請求項２】
前記管状の膨張可能な膜と流体連通している油圧流体源を更に備えている、請求項１に記載のアキュムレータ。
【請求項３】
ブラダであって、第１端を有し、前記第１端は流体が前記ブラダに進入して当該ブラダを半径方向及び軸方向に膨張させることができるように開口部を画定していて、前記ブラダはエラストマーである、ブラダと、
第１端を有するシュラウドであって、前記ブラダを取り囲み、当該ブラダがその最大非拘束時半径方向膨張まで伸張しないように当該ブラダの半径方向膨張を制限していて、前記シュラウドの前記第１端は、流体が当該シュラウドの前記ブラダの中へ進入することができるように前記ブラダの前記開口部の周りに第１開口部を画定している、シュラウドと、を備えているアキュミュレータにおいて、
前記シュラウドは、前記ブラダが流体を充填されて前記シュラウド内で膨張する際に空気が前記シュラウドを脱出することができるように第２開口部を画定している、アキュムレータ。
【請求項４】
前記ブラダと前記シュラウドの間の接触が潤滑されるように、前記シュラウド上に潤滑剤を更に備えている、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項５】
前記ブラダはポリウレタンである、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項６】
前記ブラダはニトリルゴムである、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項７】
前記ブラダは円形の断面形状を有している、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項８】
膨張部材であって、流体源の入出口用の開口部を画定していて、内面と外面を有し、流体連通に応えて第１形態から第２形態へ膨張し、その後第１形態へ戻るように適合されている膨張部材と、
前記膨張部材を取り囲む剛性支持構造であって、前記膨張部材が最大非拘束時半径方向膨張まで膨張したときの当該膨張部材の外面の直径より小さい内径を有する弾性支持構造と、
前記膨張部材と流体連通している流体源と、
前記膨張部材と前記流体源の間に流体接続を提供するための導管と、を備えているアキュムレータ。
【請求項９】
前記膨張部材は、反復的に膨張可能な材料である、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１０】
前記膨張部材の前記内面は、当該部材が膨張すると膨張するように、当該部材の長さに亘って延びる軸方向溝を有している、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１１】
前記膨張部材の厚さが当該部材の前記開口部付近で削減されており、流体が当該部材に進入すると当該位置から当該部材の膨張が始まるようにしている、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１２】
前記剛性支持構造は円形断面形状を有している、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１３】
前記剛性支持構造は、約２０００ｐｓｉの最小圧力定格を有している、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１４】
前記剛性支持構造は脱気孔付きである、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１】
一定した非伸張時直径を有する管状の膨張可能部材であって、開口端と閉鎖端とを有し、約１０００ｐｓｉの最小降伏強さを有し、約１００％の最小伸び率を有し、最小２０ｋＪのエネルギーを貯蔵することができる、膨張可能部材と、
膨張した前記部材が内部に収容されるように、前記部材を取り囲むハウジングであって、前記部材の半径方向膨張を、当該部材の最大非拘束時半径方向膨張より小さい膨張度に制限しているハウジングと、を備えているアキュムレータ。
【請求項２】
前記管状の膨張可能な膜と流体連通している油圧流体源を更に備えている、請求項１に記載のアキュムレータ。
【請求項３】
ブラダであって、第１端を有し、前記第１端は流体が前記ブラダに進入して当該ブラダを半径方向及び軸方向に膨張させることができるように開口部を画定していて、前記ブラダはエラストマーである、ブラダと、
第１端を有するシュラウドであって、前記ブラダを取り囲み、当該ブラダがその最大非拘束時半径方向膨張まで伸張しないように当該ブラダの半径方向膨張を制限していて、前記シュラウドの前記第１端は、流体が当該シュラウドの前記ブラダの中へ進入することができるように前記ブラダの前記開口部の周りに第１開口部を画定している、シュラウドと、を備えているアキュミュレータにおいて、
前記シュラウドは、前記ブラダが流体を充填されて前記シュラウド内で膨張する際に空気が前記シュラウドを脱出することができるように第２開口部を画定している、アキュムレータ。
【請求項４】
前記ブラダと前記シュラウドの間の接触が潤滑されるように、前記シュラウド上に潤滑剤を更に備えている、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項５】
前記ブラダはポリウレタンである、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項６】
前記ブラダはニトリルゴムである、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項７】
前記ブラダは円形の断面形状を有している、請求項３に記載のアキュムレータ。
【請求項８】
膨張部材であって、流体源の入出口用の開口部を画定していて、内面と外面を有し、流体連通に応えて第１形態から第２形態へ膨張し、その後第１形態へ戻るように適合されている膨張部材と、
前記膨張部材を取り囲む剛性支持構造であって、前記膨張部材が最大非拘束時半径方向膨張まで膨張したときの当該膨張部材の外面の直径より小さい内径を有する弾性支持構造と、
前記膨張部材と流体連通している流体源と、
前記膨張部材と前記流体源の間に流体接続を提供するための導管と、を備えているアキュムレータ。
【請求項９】
前記膨張部材は、反復的に膨張可能な材料である、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１０】
前記膨張部材の前記内面は、当該部材が膨張すると膨張するように、当該部材の長さに亘って延びる軸方向溝を有している、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１１】
前記膨張部材の厚さが当該部材の前記開口部付近で削減されており、流体が当該部材に進入すると当該位置から当該部材の膨張が始まるようにしている、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１２】
前記剛性支持構造は円形断面形状を有している、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１３】
前記剛性支持構造は、約２０００ｐｓｉの最小圧力定格を有している、請求項８に記載のアキュムレータ。
【請求項１４】
前記剛性支持構造は脱気孔付きである、請求項８に記載のアキュムレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１２−５２２９５５（Ｐ２０１２−５２２９５５Ａ）
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０４７１０（Ｐ２０１２−５０４７１０）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２９３６１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７８５３
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０７３５７８８５）ヴァンダービルト ユニバーシティ (3)
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＮＤＥＲＢＩＬＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２９３６１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７８５３
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０７３５７８８５）ヴァンダービルト ユニバーシティ (3)
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＮＤＥＲＢＩＬＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
【Ｆターム（参考）】
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