JP2006037759A

JP2006037759A - 圧縮装置

Info

Publication number: JP2006037759A
Application number: JP2004215341A
Authority: JP
Inventors: Hiyoshi Tatsuno; 日吉龍野
Original assignee: Tatsuno Corp
Current assignee: Tatsuno Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】構造が比較的簡単で、高い充填効率で車両に充填できる圧縮装置を提供すること。
【解決手段】シリンダ１１、２１とピストン１２、２２とによりそれぞれ径が異なる複数の圧縮室と、ピストン２に接続された作動杆３、４を有する駆動シリンダ１とからなり、大径の圧縮室と小径の圧縮室とが直列に接続され、少なくとも圧縮室の１つの排気口に冷却手段３３〜３５が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に燃料ガスを高圧で充填する施設に適した圧縮装置に関する。

近年、環境問題、特に二酸化炭素の排出問題に対応すべく、燃料として水素や天然ガスを車両のエネルギー源に使用することが推し進められている。
このような水素や天然ガスは、ナフサやアルコールの改質操作による現地での製造や、またローリによる輸送により得られるものの、自動車に充填するに適した高圧状態で貯蔵するには、タンクを耐圧構造にする必要上、コストが上昇したり、また安全面からも適当な方法ということはできない。
このため、圧縮装置を設備し、比較的低圧のガスを圧縮しながら充填することも考えられるが、断熱圧縮によりガスの温度が高温に上昇し、車両の燃料タンクへの充填効率が低下するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは構造が比較的簡単で、かつ高い充填率で車両に充填できる圧縮装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、高耐圧圧縮装置を必要とすることなく、圧縮装置の規格の２倍の圧力まで圧縮することができる圧縮装置を提供することである。

このような課題を達成するために請求項１の発明は、シリンダとピストンとで形成されたそれぞれ径が異なる複数の圧縮室と、ピストンに接続された作動杆を有する駆動シリンダとからなり、大径の前記圧縮室と小径の圧縮室とが直列に接続され、少なくとも前記圧縮室の１つの排気口に冷却手段が接続されて構成されている。

請求項４の発明によれば、前記大径の圧縮室が同一のシリンダにピストンにより区画された２つ領域により形成されて並列に接続され、また前記小径の圧縮室が同一のシリンダにピストンにより区画された２つ領域により形成されて逆止弁を介して直列に接続され、かつ一方の領域が前記大径の圧縮室に接続されている。

請求項５の発明は、第１の圧縮装置の排気口と第２の圧縮装置の流入口とを連通させるとともに、前記第２の圧縮装置が高圧ガスの供給されている耐圧容器に収容され、前記圧縮装置のいずれかの排気口に冷却手段が接続されて構成されている。

請求項６の発明によれば、前記高圧ガスが不活性ガスである。

請求項７の発明によれば、前記第１の圧縮装置の排気口が耐圧容器に接続され、また前記第２の圧縮装置の流入口が前記耐圧容器に連通されていて、前記高圧ガスが前記第１の圧縮装置により圧縮されたガスである。

請求項１の発明によれば、単一の駆動シリンダにより少なくとも２段で段階的に圧縮が可能となり、また冷却手段により充填ガスを確実に冷却した状態で車両などに供給でき、充填率を高めることができる。

請求項４の発明によれば、外部から供給された被圧縮ガスを大量に所定の圧力に圧縮して高圧圧縮用のシリンダに供給でき、また高圧圧縮用のシリンダでは、２段に圧縮でき、合計３段での圧縮が可能となる。

請求項５、６の発明によれば、ほぼ同一の圧縮装置を、２台使用して、２倍の圧力に高めることができ、高耐圧用の圧縮装置を不要として、コストの低減を図ることができる。

請求項７の発明によれば、高圧不活性ガスを不要としてランニングコストを低減することができる。

図１は、本発明の圧縮装置を使用したガス充填設備の一実施例を示すものであって、駆動シリンダ１に装填された駆動ピストン２の両側に作動杆３、４が設けられ、それぞれの端部に大径の圧縮シリンダ１１とこれよりも小径のシリンダ２１に装填された圧縮ピストン１２、２２が接続されている。

駆動シリンダ１のピストン２を境とする２つ領域５、６にはそれぞれ流入口７、８、流出口９，１０が形成され、流入口７、８には切換弁Ｖ１、Ｖ２を介して駆動ポンプ３１が、また流出口９、１０には切換弁Ｖ３、Ｖ４を介して作動流体貯蔵槽３２が接続されている。

低圧圧縮用として機能する大径のピストン１２と共同するシリンダ１１には、ピストン１２により区画されるそれぞれの領域（圧縮室）は吸引用の逆止弁Ｖ５、Ｖ６、及び排出用の逆止弁Ｖ７、Ｖ８を介して並列に接続された上で、前者は図示しないガス供給手段に、また後者は第１の冷却手段３３を介して小径のシリンダの一方の領域（圧縮室）２３の流入口に吸引用の逆止弁Ｖ９を介して接続されている。

高圧圧縮用として機能する小径のピストン２２と共同するシリンダ２１には、ピストン２２により区画される一方の領域（圧縮室）２３には吸気用の逆止弁Ｖ９を介して第１の冷却手段３３の排気口と排気用の逆止弁Ｖ１０を介して第２の冷却手段３４が接続されている。

また、ピストン２２により区画される他方の領域（圧縮室）２４には吸気用の逆止弁Ｖ１１を介して第２の冷却手段３４の排気口と、排気用の逆止弁Ｖ１２を介して第３の冷却手段３５が接続され、第３の冷却手段３５の排気口には圧力調整弁３６を介してディスペンサ３７が接続されている。

この実施例において、駆動シリンダ１の切換弁Ｖ１、Ｖ４を閉弁し、また切換弁Ｖ２、Ｖ３を開弁して駆動ポンプ３１から作動流体を領域６に圧入すると、ピストン２が一方向（図中、矢印Ａの方向）に移動する。これにより外部から供給された２気圧程度のガスが低圧圧縮用のピストン１２により圧縮されて１２気圧程度になって第１の冷却手段３３に流入し、第１の冷却手段３３により圧縮で発生した熱が除去されて吸気用の逆止弁Ｖ９を経由して高圧圧縮用のシリンダ２１の領域２３に流れ込む。

駆動シリンダ１のピストン２が死点に到達した時点で、切換弁Ｖ２、Ｖ３を閉弁し、また切換弁Ｖ１、Ｖ４を開弁すると、ピストン２が他方の方向（図中、矢印Ｂの方向）に反転、移動して既に１２気圧程度に圧縮、加圧されたガスが７０気圧程度に圧縮されて第２の冷却手段３４を経由して他方の領域（圧縮室）２４に流れ込む。

なお、外部から供給された２気圧程度のガスが低圧圧縮用のピストン１２により圧縮されて１２気圧程度になって第１の冷却手段３３に流入するものの、ピストン２が他方向（矢印Ｂ方向）に移動している状態では、領域（圧縮室）２３の圧力が上昇しているため、逆止弁Ｖ９に阻止されて領域に流入するのを阻止される。

ついで、再び駆動シリンダ１の切換弁Ｖ１、Ｖ４を閉弁し、また切換弁Ｖ２、Ｖ３を開弁して駆動ポンプ３１から作動流体が領域６に流入すると、ピストン２が一方向（図中、矢印Ａの方向）に移動し、外部から供給された２気圧程度のガスが低圧圧縮用のピストン１２により圧縮されて１２気圧程度になって第１の冷却手段３３に流入する。この時点では高圧圧縮用のピストン２２が領域（圧縮室）２３を膨張させる方向に移動しているため、逆止弁Ｖ９が開弁し、直前の工程で領域（圧縮室）１３で圧縮されたガスとともに領域（圧縮室）２３に流れ込む。

同時に高圧圧縮用のシリンダ２１の領域（圧縮室）２４がピストン２２により圧縮されるため、ここに流入していた７２気圧のガスが４００気圧程度に圧縮されて第３の冷却手段３５で熱を除去されてからディスペンサ３７に流れ込む。

この実施例によれば駆動シリンダにより大径、及び小径の２基のシリンダ、ピストンを駆動するとともに、大径のものの２つの領域（圧縮室）を並列に接続して低圧圧縮用に、また小径のもの２つの領域を直列に接続して高圧圧縮用に使用するため、一台の駆動シリンダによりガスを効率的に３段圧縮でき、また各段の排気口に冷却手段を接続して熱を除去するため、充填後の圧力低下を可及的に防止でき高い充填率で自動車に供給することができる。

なお、上述の実施例においては駆動ピストン２が他方向（図中、矢印Ｂの方向）に移動する際、逆止弁Ｖ８と逆止弁Ｖ９とを接続する流路や冷却手段３３をバッファタンクとして機能させて、シリンダ２１の領域２３での圧縮時における低圧圧縮用のシリンダ１１から排気されるガスを一時貯蔵するようにしているが、逆止弁Ｖ８と逆止弁Ｖ９とを接続する流路にバッファタンクを接続するのが望ましい。

なお、さらに高圧のガス、例えば８００気圧程度のガスが必要な場合には、上述の圧縮装置４０をさらに一台直列に接続してもよい。この場合、図２に示したように後段側の圧縮装置４０’を耐圧容器４１に収容するとともに、この容器４１を高圧不活性ガス源に接続して圧縮装置４０’の周囲を４００気圧程度まで昇圧することにより、同一の圧縮装置を高圧圧縮用に使用することができ、コストの低減を図ることが可能となる。

なお、上述の実施例では、耐圧容器４１に高圧不活性ガスを注入するようにしているが、図３に示したように前段の圧縮装置４０の排気口４２を耐圧容器に連通させ、耐圧容器４１のガスをここに収容されている圧縮装置４０’によりさらに圧縮すると、高価な不活性ガス、不活性ガス加圧手段が不要となる。

なお、第２、第３の実施例においては圧縮装置としてピストン式の圧縮装置を使用したが他の形式の圧縮装置を使用しても同様の作用を奏することは明らかである。また、断熱圧縮による熱を除去するための冷却手段は、好ましくは後段の排気口に接続することが望ましい。

さらに上述の実施例においては、作動ピストン２の両側にそれぞれ低圧圧縮用、及び高圧圧縮用のピストン１２、２２を配置して、圧縮用のシリンダ１１、１２の封止構造の簡素化と、駆動力の均等化を図っているが、一方の側に直列に配置しても同様の作用を奏することは明らかである。

本発明の圧縮装置を使用したガス充填設備の一実施例を示す図である。本発明の圧縮装置の高圧圧縮用として使用する場合の実施例を示す図である。本発明の圧縮装置の高圧圧縮用として使用する場合の第２の実施例を示す図である。

符号の説明

１駆動シリンダ２駆動ピストン３、４作動杆１１大径の圧縮シリンダ１２ピストン２１小径のシリンダ２２ピストン２２，２３高圧用の圧縮室Ｖ１〜Ｖ４切換弁Ｖ５〜Ｖ１２逆止弁３３〜３５冷却手段３６圧力調整弁３７ディスペンサ４０、４０’ 圧縮装置４１耐圧容器

Claims

シリンダとピストンとで形成されたそれぞれ径が異なる複数の圧縮室と、ピストンに接続された作動杆を有する駆動シリンダとからなり、大径の前記圧縮室と小径の圧縮室とが直列に接続され、少なくとも前記圧縮室の１つの排気口に冷却手段が接続されている圧縮装置。
前記駆動シリンダが油圧により駆動される請求項１に記載の圧縮装置。
前記大径の圧縮室と小径の圧縮室とのピストンがそれぞれ前記作動杆の一端と他端とに接続されている請求項１に記載の圧縮装置。
前記大径の圧縮室が同一のシリンダにピストンにより区画された２つ領域により形成されて並列に接続され、また前記小径の圧縮室が同一のシリンダにピストンにより区画された２つ領域により形成されて逆止弁を介して直列に接続され、かつ一方の領域が前記大径の圧縮室に接続されている請求項１に記載の圧縮装置。
第１の圧縮装置の排気口と第２の圧縮装置の流入口とを連通させるとともに、前記第２の圧縮装置が高圧ガスの供給されている耐圧容器に収容され、前記圧縮装置のいずれかの排気口に冷却手段が接続されている圧縮装置。
前記高圧ガスが不活性ガスである請求項５に記載の圧縮装置。
前記第１の圧縮装置の排気口が耐圧容器に接続され、また前記第２の圧縮装置の流入口が前記耐圧容器に連通されていて、前記高圧ガスが前記第１の圧縮装置により圧縮されたガスである請求項５に記載の圧縮装置。
前記第１、第２の圧縮装置が、シリンダとピストンとで形成されたそれぞれ径が異なる複数の圧縮室と、ピストンに接続された作動杆を有する駆動シリンダとからなり、大径の前記圧縮室と小径の圧縮室とが直列に接続されて構成されている請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の圧縮装置。