(57)【要約】【課題】  本発明は、加圧室内の気化ガスをピストンの動作に伴ってハウジング外部へ排気することのできる低温液化ガス昇圧ポンプを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、与圧室１０と、加圧室１２と、与圧室１０と加圧室１２とを仕切ると共に往復摺動するピストン６と、ピストン６を駆動する駆動手段７と、吸入弁１１を備えた吸入流路２と、加圧室１２から与圧室１０への逆流を阻止する逆止弁３２を備え、与圧室１０と加圧室１２とを連結する連絡通路２５と、吐出弁１３を備えた排出流路３とを備えた低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、与圧室１０から所定圧以上で流体の気化ガスを外部へ排気するシール部材４を有し、ピストン６による与圧室１０の圧縮動作によりシール部材４から気化ガスを排気することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温液化された流体を与圧する第１加圧室と、
前記第１加圧室で与圧された流体をさらに加圧する第２加圧室と、
前記第１加圧室と前記第２加圧室とを仕切るとともに往復摺動するピストンと、
前記ピストンを往復摺動させる駆動手段と、
所定圧以上の流体を前記第１加圧室へ流入させる吸入弁を備えた吸入流路と、
前記第１加圧室から前記第２加圧室への流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁を備えるとともに、前記第１加圧室と前記第２加圧室とを連結する連絡通路と、
前記第２加圧室で加圧された流体を所定圧以上で排出する吐出弁を備えた排出流路と、を備えた低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、
前記第１加圧室から所定圧以上で前記流体の気化ガスを外部へ排気する気化ガス排出手段を有し、
前記ピストンによる第１加圧室の圧縮動作により前記気化ガス排出手段から気化ガスを排気することを特徴とする低温液化ガス昇圧ポンプ。
【請求項２】
前記第１加圧室は、前記流体の気化ガスを溜めるガス溜部を有するとともに、該ガス溜部に前記気化ガス排出手段が接続されていることを特徴とする請求項１記載の低温液化ガス昇圧ポンプ。
【請求項３】
前記連絡通路は、前記ピストン内に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温液化ガス昇圧ポンプ。
【請求項４】
前記連絡通路は、ハウジングの側方に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温液化ガス昇圧ポンプ。
【請求項５】
前記駆動手段は、ピストンロッド、電磁石とピストン、超伝導磁石とピストン、電磁石と超伝導ピストン、又は超伝導磁石と超伝導ピストンのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の低温液化ガス昇圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温液化ガス昇圧ポンプに関し、特に低温液化ガス昇圧ポンプの気化ガス排出手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低温液化ガス昇圧ポンプは、貯蔵タンクやガス生産器の液槽から液化ガスを吸入し、移送または蒸発器へ払出し、蒸発ガスを消費または容器に充填する分野に広く使用される。低温液化ガスとしては、水素、窒素、酸素、及び天然ガスなどがあり、使用される分野としては、例えば、水素自動車や燃料電池自動車、或いは水素エンジンロケット等の燃料タンク、水素発生ステーションの貯蔵タンク、高圧ガス充填所等の液体タンクなどがある。
【０００３】
しかしながら、低温液化ガスにおいては、僅かに負圧になると蒸気圧以下となり、気化ガス、及び気化ガスによるキャビテーションが発生する。また、気体の体積弾性率は液体に比べて数桁小さいため、液化ガス中に気体が混入していると、いわゆるガス噛み状態と呼ばれる圧縮が効率的に行われない状態となる。低温液化ガスを液体として圧縮し容器に充填する際には、気化ガスの発生を抑制するため、過冷却状態によって流体を吸入する。これにより、流体が沸騰しにくくなり、気化ガスの発生を抑制することができる。
【０００４】
このような問題を解決した低温液化ガス昇圧ポンプとして、例えば特許文献１のように、主および予圧ポンプ室を設けたシリンダと、主および予圧ピストン部とを設け、主ピストン部を予圧ピストン部の予圧下で作動することにより、キャビテーションの発生を防止することのできる液化ガスポンプが知られている。この液化ガスポンプによれば、主ポンプ室の吐出行程時にピストンのピストンリングからリークした流体は、シリンダに形成されたガスシール室に入り、シリンダを冷却する。これにより発生した気化ガスは、ガス戻り流路を経てガス戻り口に流れ再吸入されることによって、キャビテーションの発生を防止している。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−５６２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した装置では、吸入行程時において、主および予圧ポンプ室内が負圧となることは避けられず、気化ガスの発生を完全に抑制することはできない。このため、吸入行程の際に予圧ポンプ室内で発生した気化ガスを外部へ排気しなければならないが、予圧ポンプ室には気化ガスを排出する機構がない。また、気化ガスが予圧ポンプ室内に発生したまま、流体を予圧ポンプ室への吸入行程を行うこととなり、液化ガスポンプの圧縮効率を向上させることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、加圧室内の気化ガスをピストンの動作に伴って積極的にハウジング（シリンダ）外部へ排気することのできる低温液化ガス昇圧ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る低温液化ガス昇圧ポンプは、低温液化された流体を与圧する第１加圧室と、前記第１加圧室で与圧された流体をさらに加圧する第２加圧室と、前記第１加圧室と前記第２加圧室とを仕切るとともに往復摺動するピストンと、前記ピストンを往復摺動させる駆動手段と、所定圧以上の流体を前記第１加圧室へ流入させる吸入弁を備えた吸入流路と、前記第１加圧室から前記第２加圧室への流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁を備えるとともに、前記第１加圧室と前記第２加圧室とを連結する連絡通路と、前記第２加圧室で加圧された流体を所定圧以上で排出する吐出弁を備えた排出流路と、を備えた低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、前記第１加圧室から所定圧以上で前記流体の気化ガスを外部へ排気する気化ガス排出手段を有し、前記ピストンによる第１加圧室の圧縮動作により前記気化ガス排出手段から気化ガスを排気することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ピストンが第１加圧室を圧縮する動作を利用して、第１加圧室内の気化ガスを気化ガス排出手段によってハウジング外部へ排出する。これにより、第１加圧室内に滞留する気化ガスを通常の運転動作に伴いハウジング外部へと排出することができる。気化ガスを伴った圧縮を回避できるので、いわゆるガス噛みがなくなり、第１加圧室で所望の圧力まで昇圧することができる。したがって、吸入される流体を各加圧室で効率よく昇圧することができる。
また、吸入弁、吐出弁、または逆止弁の設定圧を適宜調整することにより、適正昇圧パターンを達成することができ、流体を効率よく圧縮することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、前記第１加圧室は、前記流体の気化ガスを溜めるガス溜部を有するとともに、該ガス溜部に前記気化ガス排出手段が接続されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明よれば、好ましくは、第１加圧室に流体が気化した場合の気化ガスが溜められるガス溜が形成され、この位置に気化ガス排出手段を設けることとしたので、気化ガスがガス溜部に収集され、効率的に気化ガスを排出することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、前記連絡通路は、前記ピストン内に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明よれば、連絡通路をピストン内に設けることとしたので、コンパクトな構成が可能となる。
【００１４】
また、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、前記連絡通路は、ハウジングの側方に設けられている。
【００１５】
本発明によれば、連絡流路をハウジングの側方に設けることとしたので、ハウジング側方のスペースを有効に使用することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、前記駆動手段は、ピストンロッド、電磁石とピストン、超伝導磁石とピストン、電磁石と超伝導ピストン、又は超伝導磁石と超伝導ピストンのいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
本発明よれば、低温液化ガス昇圧ポンプを低温雰囲気内で使用するため、電磁石や超伝導磁石を有効に使用することができ、磁性体の極性を切り換えるのみでピストンを往復動させることができる。特に、完全反磁性体の超伝導を用いた駆動手段によれば、超伝導のマイスナー効果により、ピストンには強い反発力をうけるため、流体を高圧力で昇圧することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の低温液化ガス昇圧ポンプによれば、ピストンの動作に伴って第１加圧室内の気化ガスを排出することとしたので、いわゆるガス噛みをおこすことなく圧縮することにより、吸入される流体を各加圧室で効率よく昇圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
【００２０】
本発明の第１実施形態にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの構成について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２１】
図１には、本実施形態にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの縦断面図が示されている。低温液化ガス昇圧ポンプにおいて、ハウジング１には、吸入流路２、排出流路３、ガス抜き用のシール部材４（気化ガス排出手段）が設けられている。ハウジング上端１ａの内面には、中心に向かって板厚が薄くなるようにテーパ状とされたガス溜部１０ａが形成されている。ハウジング上端１ａとハウジング側面２ｂとは、銅パッキン、ニッケルパッキン、等の金属パッキン、又はインジウムシール等の低温用のシール材５を介して図示しないボルト又は溶接などで固定されている。
【００２２】
ハウジング１内に、ピストン６が嵌装されており、このピストン６を駆動するためのピストンロッド７が連結されている。ピストンロッド７とハウジング上端１ａとの間は、僅かな隙間が形成されている。また、ピストンロッド７とハウジング上端１ａとが当接するピストンロッド７の表面には、タングステン溶射やＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）などの表面加工が施されている。なお、ピストンロッド７は、銅、真鋳、ＳＵＳ、あるいはこれらの合金が用いられるが、特にＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の低温用鋼材が好適に用いられる。
ピストン６外周には、ピストンリング８が嵌装されており、バックアップリング９により内径方向へ張力が付与されている。
【００２３】
ピストン６の上端とハウジング上端１ａとの間に与圧室（第１加圧室）１０が形成され、この与圧室１０に吸入流路２が連結されている。また、ピストン６の下端とハウジング下端１ｃとの間には、加圧室（第２加圧室）１２が形成され、この加圧室１２に排出流路３が連結されている。
【００２４】
吸入流路２は、ハウジング側面１ｂの上方を貫通して連結されており、外部から低温液化された流体が供給される。また、排出流路３は、ハウジング側面１ｂの下方を貫通して連結され、さらに加圧室１２の周囲をとり囲むような円環状横断面を有する流路を形成している。これにより、加圧室１２で加圧された流体は、排出流路３を流通してハウジング１を冷却しながら外部へ排出される。また、吸入流路２には、流体の逆流を防止する吸入弁１１が設けられ、排出流路３には、流体の逆流を防止する吐出弁１３が設けられている。
ピストン６には与圧室１０と加圧室１２とを連結する連絡通路２５が形成され、この連絡通路２５には、逆止弁３２が備えられている。
【００２５】
吸入弁１１及び吐出弁１３は、図９（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、球シール型、平シール型（円筒型や円錐型）、バタフライ弁型などの種々の弁がある。採用する際には、キャビテーション発生の最も少ないものが適用される。例えば、球シール型は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すごとく、球状の弁体１４により流路を閉塞するものである。図９（ａ）は、球状の弁体１４に加えて弁座１５とバネ１６と台座２８とにより構成されている。台座２８は、その中心部にバネ１６の一端が取り付けられ、バネ１６の他端は弁体１４に取り付けられている。また、台座２８には中空部が形成され、流体が弁体１４を押して弁座１５を開くことで、流路が形成されて流体が流れるようになっている。
【００２６】
また、図９（ｃ）に示す平シール型は、弁体１４と弁座１５とが接触する面にテーパ面が形成されており、このテーパ面でシール性が確保される。また、弁体１４にバネ１６が接続されている。なお、バタフライ弁型は、図２に示すような逆止弁とされている。
【００２７】
図１において、ハウジング上端１ａには、ハウジング１の中心軸線と略同一の中心軸を有するピストンロッド７が貫挿される。与圧室１０とピストンロッド７とをシールするためにシール部材４が設けられている。このシール部材４は、シールリング４ａを中心軸線側に押すバックアップリング４ｂの付勢力で、ピストンロッド７との隙間量が調整されるようになっている。
【００２８】
バックアップリング４ｂの付勢力によって、気化ガスの漏れ量が決められ、これによりシール性が決定される。この付勢力は、ピストンシロッド７の漏れ量とロッド径、流体（低温液化ガス）の粘性、及び圧力等を考慮して適宜調整される。流体に液体水素を用いる場合、水素は粘性がほとんどないため、３μｍの隙間で流体がもれてしまうこととなる。このため、シール部材４とピストンロッド７との隙間は、気化ガスのみを排気するよう、２μｍ以下にバックアップリング４ｂの付勢力が調整される。なお、バックアップリング４ｂは、ＰＴＦＥと銅（銅の代わりに、グラス、カーボン、カーボンと銅との混合物等）との混合物を焼結させて形成される。
【００２９】
次に、図２〜図４を用いて本実施形態におけるピストン６の構成について説明する。
図２は、図１における逆止弁３２の具体例を示す断面図である。ピストン６の上端（与圧室１０側）に複数の吸込穴１７が円周上に形成され（図３参照）、これら吸込穴１７は、下方（下方側）に向かって拡径されており、ディフューザーが形成されている。また、ピストン６の下端には、フランジ部１８がインジウムシール等のシール材５を介してボルト１９によってピストン６に固定されている。フランジ部１８の中心には、開口部１８ａが形成され（図４参照）、この開口部１８ａは、下方（下方側）に向かって拡径されており、ディフューザーが形成されている。
【００３０】
ピストン６内の中心に空間２１が形成され、この空間２１に弁体２０が設けられている。弁体２０は、その中心部に開口部１８ａと略同径の穴２０ａが形成された薄板のドーナツ形状とされており、空間２１内を上下動可能に遊嵌されている。穴２０ａは、ピストン６の中央底面６ａと当接することにより閉塞される。
【００３１】
図４に示すように、フランジ部１８は、円周上に等間隔に配された複数のボルト１９によって、ピストン６の下端に固定されている。また、ピストンロッド７は、ピストン６の上端面中心部に形成された雄ネジと、ピストンロッド７の下端部に形成された雌ネジとが螺合して固定されている。
【００３２】
以上、説明した本実施形態にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの作用について図１〜図４を用いて説明する。ここで、吸入弁１１が開となる圧力をＰ１、逆止弁３２が開となる圧力をＰ２、吐出弁１３が開となる圧力をＰ３、及びシール部材４が開となる圧力をＰ４とする。なお、それぞれの圧力Ｐの関係は、Ｐ１＜Ｐ２≦Ｐ４＜Ｐ３となっている。
【００３３】
まず、低温液化された流体を吸入流路２より所定の圧力Ｐ１で吸入弁１１を介して与圧室１０へ吸入する。吸入弁１１は、圧力Ｐ１以上で開くように調整されている。このとき、ピストン６は下降した状態で加圧室１２内の流体を加圧し、吐出弁１３は閉の状態となっている。
【００３４】
加圧室１２内で流体が所定の圧力Ｐ３まで圧縮されると、吐出弁１３が開の状態となり、後工程の充填容器等へ圧縮された流体が充填される。吐出弁１３は、圧力Ｐ３以上で開くように調整されている。
【００３５】
その後、ピストン６が上昇する際に、与圧室１０に供給された流体が圧力Ｐ１からＰ２へ与圧される。与圧室１０でＰ２に与圧された流体は、逆止弁３２を介して加圧室１２へ吸入される。このとき、逆止弁３２の弁体２０は、ピストン６の上昇に伴って、空間２１を下降しフランジ部１８の上端に当接する。これにより、流体は、与圧室１０からピストン上面の吸入穴１７を通って弁体２０の穴２０ａを介して開口部１８ａへ流入し、加圧室１２へ吸入されることとなる。
【００３６】
なお、流体が与圧室１０から加圧室１２へ逆止弁３２を通って吸入される際、吸入孔１７に設けられたディフューザーにより渦流が抑制され、キャビテーションの発生が抑制される。また、フランジ部１８にもディフィーザが形成されているため、流体が流入する際、渦流が生じることなく、キャビテーションの発生が抑制される。
【００３７】
また、これと同時に、与圧室１０内で気化した気化ガスは、与圧室１０の上方のハウジング上端１ａの下面に形成されたテーパに沿って中心付近のガス溜部１０ａに溜まり、ピストン６の上昇とともに背動によって圧力Ｐ４以上に加圧され、シール部材４を介してハウジング１外部へ排気される。
【００３８】
加圧室１２内に吸入された圧力Ｐ２の流体は、ピストン６が下降することで圧力Ｐ３に加圧される。このとき、逆止弁３２の弁体２０は、ピストン６の下降とともに上昇して空間２１の上方に位置するピストン６の中央底面６ａに当接する。これにより、弁体２０の穴２０ａが閉塞し、加圧室１２から与圧室１０へ流体が逆流することはない。
加圧室１２で気化ガスを発生させずに、圧力Ｐ３を高圧とすることが望ましい。万が一、加圧室１２内で流体の一部が気化して気化ガスが発生した場合、フランジ部１８の開口部１８ａに形成されたディフューザーに沿って開口部１８ａの上部に気化ガスが溜まり、ピストン６が上昇する際に、与圧室１０内へガス抜きされるため、気化ガスを含んだまま排出流路３から排出されることはない。
【００３９】
ピストン６が最下端まで下降し、加圧室１２内の流体が圧力Ｐ３まで加圧されると、上述したように吐出弁１３が開の状態となり、排出流路３より流体が排出される。このような一連の動作を繰り返して、流体を後工程である充填容器などへ充填することとなる。なお、各圧力Ｐ１〜Ｐ３は、圧縮応力、および体積弾性係数に応じて最適な値となるように選択される。
【００４０】
このように、与圧室１０上方にシール部材４やガス溜部１０ａなどのガス抜き機構を設けることにより、ピストン６が上昇して与圧室１０を与圧する際に、与圧室１０上方に溜まった気化ガスを積極的に排気することが可能となる。また、吸入弁１１や吐出弁１３、逆止弁３２が開の状態となる圧力Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ調整することにより、効率よく昇圧することができる。
【００４１】
〔第二実施形態〕
次に、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの第２実施形態について、図５〜図８を用いて説明する。
【００４２】
図５は、本実施形態にかかる横置型の低温液化ガス昇圧ポンプの縦断面図が示されている。この低温液化ガス昇圧ポンプは、第１実施形態と異なり、ピストン６が水平方向に摺動することとなる。横置型の低温液化ガス昇圧ポンプのハウジング１内に、ピストン６が嵌装されており、このピストン６を水平方向に駆動するためのピストンロッド（駆動手段）７が連結されている。
【００４３】
ハウジング上端１ａにガス抜き流路２２、ハウジング側面１ｂの図において右側に排出流路３、ハウジング側面１ｂの図において左側にピストンロッド７のシール部材２９、及びハウジング下端１ｃの図において左側に吸入流路２がそれぞれ設けられている。ハウジング上端１ａ内面は、ガス抜き流路２２付近に向かってテーパ状のガス溜部１０ａが形成されており、ハウジング側面１ｂの与圧室１０側とハウジング上端１ａ及びハウジング下端１ｃとは、インジウムシール等のシール材５を介して図示しないボルト又は溶接などで密閉されている。
【００４４】
ピストン６と吸入流路２が設けられたハウジング側面１ｂ（図において左側）との間に与圧室（第１加圧室）１０が形成され、ピストン６と排出流路３が設けられたハウジング側面１ｂ（図において右側）との間に、加圧室（第２加圧室）１２が形成されている。なお、与圧室１０と加圧室１２とは、ピストン６内の連絡通路２５によって連結されている。
【００４５】
ピストン６には、ピストンリング８が嵌装されており、バックアップリング９により内径方向へ張力が付与されている。なお、バックアップリング９は、Ｃ字状のリングで、所定の圧力に耐えうるよう切欠部には段差が形成されており、流体が漏れない構成となっている（図示省略）
【００４６】
吸入流路２は、ハウジング下端１ｃを貫通して与圧室１０に連結されており、吸入流路２内には、吸入弁１１が設けられている。また、排出流路３は、ハウジング側面１ｂを貫通して加圧室１２に連結されており、排出流路３内には、吐出弁１３が設けられている。さらに、ガス抜き流路２２は、ハウジング上端１ａを貫通して与圧室１０に連結されており、ガス抜き流路２２内には、与圧室１０内に溜まったガスを抜くためのガス抜き弁２３が設けられている。
これら吸入弁１１，吐出弁１３，及びガス抜き弁２３は与圧室１０内または加圧室１２内から流体が逆流するのを防止する。
【００４７】
次に、ピストン６内に設けられた連絡通路２５及び逆止弁３２の構成について図６〜図８を用いて説明する。
図６には、本実施形態にかかるピストンの縦断面図が示されている。ピストン６の左側面（与圧室１０側）には、下側の半円周上に複数の吸込穴１７が形成され（図７においては５個）、この吸込穴１７は、下流に向かって拡径しており、ディフューザーが形成されている。ピストン６の図において右側面（加圧室１２側）にはフランジ部１８がインジウムシール等のシール材５を介して固定されている。このフランジ部１８は、円周上に等間隔に配された複数のボルト１９によって固定される。なお、ピストンロッド７は、ピストン６の図において左側面の中心部に形成された雄ネジと、ピストンロッド７の端部に形成された雌ネジとが螺合して固定されている。
【００４８】
また、ピストン６の略中心には、空間２１が形成されている。ピストン６の右側面の中心部より下方部には、開口部２４が形成され（図８参照）、この開口部２４は、ピストン６の中心より下方部を空間２１に向かって貫通している。この開口部２４の上流側（空間２１側）に、弁座１５が形成され、この弁座１５を閉塞する弁体１４が設けられている。この弁体は、バネ１６の一端に取り付けられ、弁座１５側へ押圧されている。バネ１６の他端は、台座２８と連結されている。台座２８には中空部が形成され、流体が弁体１４を押して弁座１５が開かれ流通するようになっている。
なお、吸入流路２、排出流路３、及びガス抜き流路２２に設置される弁も逆止弁３２と同様の構成となっている。
【００４９】
以上、説明した本実施形態にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの作用について、流体に流体を用いた場合を例にして説明する。ここで、吸入弁１１が開となる圧力をＰ１、逆止弁３２が開となる圧力をＰ２、吐出弁１３が開となる圧力をＰ３、及びガス抜き弁２３が開となる圧力をＰ４とする。なお、それぞれの圧力Ｐの関係は、Ｐ１＜Ｐ２≦Ｐ４＜Ｐ３となっている。
【００５０】
図５において、まず、流体を吸入流路２より所定の圧力Ｐ１で吸入弁１１を介して与圧室１０へ吸入する。吸入弁１１は、圧力Ｐ１以上で開くように調整されている。このとき、ピストン６は、ハウジング１ｂの加圧室１２側（図において右側）に位置し、加圧室１２内の流体を加圧した状態となっており、吐出弁１３は閉の状態となっている。
【００５１】
加圧室１２内で流体が所定の圧力Ｐ３まで圧縮されると、吐出弁１３が開の状態となり、後工程の充填容器等へ圧縮された流体が充填される。吐出弁１３は、吸入弁１１と同様に、圧力Ｐ３以上で開くように調整されている。
【００５２】
その後、ピストンロッド７によりピストン６がハウジング１ｂの与圧室１０側（図において左側）に移動する際、与圧室１０に供給された流体が圧力Ｐ１からＰ２へ与圧される。与圧室１０でＰ２に与圧された流体は、逆止弁３２を介して加圧室１２へ吸入される。このとき、圧力Ｐ２によって逆止弁３２の弁体１４がバネ１６を介して台座２８側へ押縮められ、弁座１５が開かれる。これにより、流体は、与圧室１０からピストンの吸入穴１７を通って空間２１へ流入し、開口部２４を介して加圧室１２へ吸入されることとなる。このとき、吸入孔１７は、ディフィーザが形成されているため、流体が流入する際、渦流が生じることなく、キャビテーションの発生が抑制される。
【００５３】
また、与圧室１０内で気化した気化ガスは、与圧室１０の上方部、ハウジング１ａに形成されたテーパに沿って、ガス溜部１０ａ付近に溜まる。このガス溜部１０ａに集められた気化ガスは、ピストン６が与圧室１０側へ移動する際の背動によって、圧力Ｐ４以上に加圧され、ガス抜き流路２２のガス抜き弁２３を介して外部へ排気される。なお、流体が与圧室１０から加圧室１２へ吸入される際、吸入孔１７に設けられたディフューザーにより渦流が抑制され、キャビテーションの発生が抑制される。
【００５４】
加圧室１２内に吸入された圧力Ｐ２の流体は、ピストンロッド７によりピストン６が加圧室１２側（図において右側）に移動することで、圧力Ｐ３に加圧される。このとき、逆止弁３２の弁体１４は、弁座１５に当接し閉じた状態となっている。これにより、開口部２４が閉塞するため、加圧室１２から与圧室１０へ流体が逆流することはない。
【００５５】
ピストン６が加圧室１２側のハウジング１ｂ付近まで移動し、加圧室１２内の流体が圧力Ｐ３まで加圧されると、吐出弁１３が開の状態となり、排出流路３より流体が排出される。このような一連の動作を繰り返して、流体を後工程である充填容器などへ充填することとなる。なお、各圧力Ｐ１〜Ｐ３は、圧縮応力、および体積弾性係数に応じて最適な値となるように選択される。
【００５６】
このように、与圧室１０側にガス抜き弁２３やガス抜き流路２２等のガス抜き機構を設けることにより、ピストン６が与圧室１０を与圧する際に、与圧室１０上方のガス溜部１０ａに溜まった気化ガスを積極的に排気することが可能となる。また、吸入弁１１や吐出弁１３、逆止弁３２が開の状態となる圧力Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ調整することにより、吸入される流体を効率よく昇圧することができる。
【００５７】
〔第三実施形態〕
次に、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの第３実施形態について、図１０を参照して説明する。
【００５８】
図１０に示した低温液化ガス昇圧ポンプでは、第１実施形態に示したピストンロッド７に代えて、駆動手段としてリニア駆動を用いたものである。このリニア駆動は、磁性体または強磁性体で構成されたピストン３０と、シリンダ２７の両側面に設けられた電磁石２６とにより構成されている。ピストン３０は、極性の異なる磁性体をバックアップリング９を介して複数積層して形成されている。
また、シリンダ２７の近傍には、与圧室１０と加圧室１２とを連結する連絡通路２５には、逆止弁３２が設けられるとともに、シリンダ２７を取り囲むようにして形成されている。与圧室１０の上方には、ガス溜部１０ａが形成されており、このガス溜部１０ａの近傍にガス抜き流路２２が設けられている。なお、電磁石２６は、超伝導磁石としてもよい。その他の構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００５９】
次に、リニア駆動を適用したピストン３０を往復動させる場合は、ハウジング側面１ｂの周辺に設けられた電磁石２６の極性をピストン３０側の極性と同じ極性にする。ピストン３０は反発力により移動し、電磁石２６の極性を順次切り替えることで、ピストン３０が往復動することとなる。
なお、本実施形態では、縦置き型のポンプ構成としているが、第２実施形態のように横置き型に適用することも可能である。
【００６０】
〔第四実施形態〕
次に、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの第４実施形態について、図１１を参照して説明する。
図１１に示した低温液化ガス昇圧ポンプでは、第１実施形態に示したピストンロッド７に代えて、駆動手段として磁性体駆動を用いたものである。磁性体または強磁性体で構成されたピストン３０と、シリンダ２７上端側、及びシリンダ２７下端側に設けられた電磁石２６とにより構成されている。ピストン３０は、Ｓ極またはＮ極のどちらかの極性を有する磁性体とするか、或いは、ピストン３０の両端部において異なる極性を有する磁性体により構成されていてもよい。
また、シリンダ２７の近傍には、与圧室１０と加圧室１２とを連結する連絡通路２５が形成され、この流路には、逆止弁３２が設けられている。与圧室１０の上方には、ガス溜部１０ａが形成されており、このガス溜部１０ａの近傍にガス抜き流路２２が設けられている。その他は第１実施形態と同様なので説明を省略する。なお、電磁石２６は、超伝導磁石としてもよい。
【００６１】
次に、磁性体駆動を適用したピストン３０の往復動について説明する。まず、ピストン３０がＳ極またはＮ極のどちらか一方の極性を有する場合、ピストン３０を与圧室１０側へ移動させる際は、シリンダ２７上端側の電磁石２６の極性をピストン３０側の極性と異なる極性にし、シリンダ２７下端の電磁石２６を同一極性にする。これにより、ピストン３０はシリンダ２７上端の電磁石による吸着力と、シリンダ２７下端側の電磁石による反発力とにより、与圧室１０側へ移動する。
また、ピストン３０を加圧室１２側へ移動させる際は、各電磁石２６の極性を前記した極性とは逆にする。つまり、２つの電磁石２６の極性がそれぞれ異なる極性となるように切換えることで、ピストン３０が往復動することとなる。
【００６２】
次に、ピストン３０の両端部を異なる極性を有する磁性体で構成した場合、ピストン３０を与圧室１０側へ移動させる際は、シリンダ２７上下端に設けられた電磁石２６の極性をピストン３０の上端側の極性と異なる極性にする。これにより、ピストン３０の上端側の磁性体では吸着力が発生し、ピストン３０の下端側の磁性体では反発力が発生するため、ピストン３０が与圧室１０側へ移動する。また、ピストン３０を加圧室１２側へ移動させる際は、電磁石２６の極性を前記した極性とは逆にする。つまり、同じ極性を有する電磁石２６の極性を切り換えることで、ピストン３０が往復動することとなる。
【００６３】
〔第五実施形態〕
次に、本発明にかかる低温液化ガス昇圧ポンプの第５実施形態について、図１２を参照して説明する。
【００６４】
図１２に示した低温液化ガス昇圧ポンプでは、第１実施形態に示したピストンロッド７に代えて、駆動手段として超伝導（完全反磁性体）による駆動を用いたものである。この駆動手段は、完全反磁性体の超伝導体で構成された超伝導体ピストン３１と、シリンダ２７の与圧室１０及び加圧室１２の近傍（図においてシリンダ２７の上下端部）に設けられた電磁石２６とにより構成されている。電磁石２６は、上下に配置された電磁石２６間で磁場の強さが異なるように制御することで、超伝導体ピストン３１の位置を任意に設定することができる。例えば、各電磁石２６に供給する交流電流の位相を互いにずらして磁場を形成するように制御することにより、超伝導体ピストン３１の位置を設定することができる。
また、シリンダ２７の近傍には、与圧室１０と加圧室１２とを連結する連絡通路２５が形成され、この連絡通路２５には、逆止弁３２が設けられている。与圧室１０の上方には、ガス溜部１０ａが形成されており、このガス溜部１０ａの近傍にガス抜き流路２２が設けられている。その他は第１実施形態と同様なので説明を省略する。なお、電磁石２６は、超伝導磁石としてもよい。
【００６５】
次に、超伝導による駆動を適用した超伝導体ピストン３１の往復動について説明する。まず、超伝導体ピストン３１には、マイスナー効果により磁力線が超電導物質の中に入り込めない完全反磁性体の状態となっている。このため、超伝導体ピストン３１を加圧室１２側（図において下方向）へ移動させる際は、シリンダ２７上端側の電磁石２６の磁場をシリンダ２７下端側の電磁石２６よりも強くする。これにより、超伝導体ピストン３１とシリンダ２７上端側の電磁石２６との間でマイスナー効果による斥力により、超伝導体ピストン３１が加圧室１２側へ移動する。
また、超伝導体ピストン３１を与圧室１０側（図において上方向）へ移動させる際は、シリンダ２７下端側の電磁石２６の磁場を上端側の電磁石２６より強くすればよい。つまり、２つの電磁石２６の磁場がそれぞれ異なるように、各電磁石２６に供給する交流電流の位相をずらして磁場を形成することで、超伝導体ピストン３１が往復動することとなる。
【００６６】
なお、上記した第３実施形態から第５実施形態に係る実施形態において、与圧室１０から加圧室１２への流体の供給は、シリンダ２７の近傍に設けられた連絡通路２５によって連結する構造としていたが、これに限らず上記第１実施形態、または第２実施形態に記載したように、ピストン６内に連絡通路２５を設け、ピストン６の内部を流体が通過するようにしてもよい。また、シリンダ２７を縦置き型とし、ピストン６を上下方向に往復動させることで説明したが、第２実施形態に記載のように、シリンダ２７を横置き型としてピストン６を水平方向へ往復動させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る低温液化ガス昇圧ポンプの縦断面図を示す。
【図２】本発明の第１実施形態に係るピストンの縦断面図を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係るピストンの平面図を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係るピストンの底面図を示す。
【図５】本発明の第２実施形態に係る低温液化ガス昇圧ポンプの縦断面図を示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係るピストンの縦断面図を示す。
【図７】本発明の第２実施形態に係るピストンの左視図を示す。
【図８】本発明の第２実施形態に係るピストンの右視図を示す。
【図９】本発明の実施形態に係る逆止弁の縦断面図を示す。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る低温液化ガス昇圧ポンプの側面図を示す。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る低温液化ガス昇圧ポンプの側面図を示す。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る低温液化ガス昇圧ポンプの側面図を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１  ハウジング
２  吸入流路
３  排出流路
４  シール部材（気化ガス排出手段）
６  ピストン
１０  与圧室（第１加圧室）
１０ａ  ガス溜部
１１  吸入弁
１２  加圧室（第２加圧室）
１３  吐出弁
２５  連絡通路
２７  シリンダ
３２  逆止弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006170146.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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