(57)【要約】【課題】  高圧流路への汚染などの悪影響がない、簡単な構成によってコストを低く抑え、コンパクトで機能性の高いアキュムレータを提供する。【解決手段】  高圧流路３に供するアキュムレータであって、複数の容器を有し、前記高圧流体３と接続する容器Ａ１を介して接続される容器Ｂ２を設けて前記容器Ｂ２の温度の制御を行うとともに、該容器Ａ１の内容積を、緩衝のため出入する高圧流体３の最大量以上とすることを特徴とする。（１）前記容器Ａ１内に摺動自在なピストンを内蔵し、被緩衝高圧流体３と緩衝流体５の混合を抑制するとともに、（２）容器Ｂ２側の空間を容器Ｂ２とほぼ同じ温度に制御すると同時に、（３）前記被緩衝高圧流体３あるいは緩衝流体５よりも熱伝導度の低いピストン材によって熱伝導を抑え、加熱緩衝流体５の熱的影響を無視できる程度に抑え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】
高圧流路に供するアキュムレータであって、複数の容器を有し、前記高圧流体と接続する容器Ａを介して接続される容器Ｂを設けて前記容器Ｂの温度の制御を行うとともに、該容器Ａの内容積を、緩衝のため出入する高圧流体の最大量以上とすることを特徴とするアキュムレータ。
【請求項２】
（１）前記容器Ａ内に摺動自在なピストンを内蔵し、被緩衝高圧流体と緩衝流体の混合を抑制するとともに、（２）容器Ｂ側の空間を容器Ｂとほぼ同じ温度に制御すると同時に、（３）前記被緩衝高圧流体あるいは緩衝流体よりも熱伝導度の低いピストン材によって熱伝導を抑え、加熱緩衝流体の熱的影響を無視できる程度に抑えることを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
【請求項３】
前記ピストンの外周に、容器Ａ内面との気密性を供給するシール手段を少なくとも一つ付加したことを特徴とする請求項２記載のアキュムレータ。
【請求項４】
前記ピストンの制動を補助するために、弾性体を容器Ａ内面の被緩衝高圧流体側に最接近する折返し位置Ｐおよび容器Ｂ側に最接近する折返し位置Ｑに付設すると同時に、ピストンが位置Ｐと位置Ｑのいずれか一方あるいは両方に位置したときにシール手段の被緩衝高圧流体側と緩衝流体側を連絡するバイパス路により均圧する手段を容器Ａに付設したことを特徴とする請求項３記載のアキュムレータ。
【請求項５】
容器Ａに代え、あるいは容器Ａと容器Ｂの間に、増圧手段を付加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアキュムレータ。
【請求項６】
緩衝流体が作動する圧力が緩衝流体の臨界圧力以下の場合において、前記容器Ｂとして高圧流体システムの原料流体貯蔵槽を利用し、その気相部を前記増圧手段と連絡することを特徴とする請求項５記載のアキュムレータ。
【請求項７】
前記容器Ｂの一部に温度制御手段との熱交換を促進する手段を付加し等温過程に近づけることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアキュムレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非圧縮性流体の高圧流路に供するアキュムレータに関する。特に、流体の温度を制御して熱的に圧力緩衝を行うアキュムレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧流体の供給装置においては、非圧縮性の高圧流路を流れる液体の一部を貯留あるいは導出させることによって配管系の圧力緩衝を図るために、アキュムレータが用いられる。
【０００３】
このとき、非圧縮性の高圧流路に供するアキュムレータとして、被緩衝流体と同種の流体を緩衝流体として使用することは公知技術として知られている。例えば、冷凍機サイクルにおいて、バッファ容器へ冷媒が過剰になると余剰の冷媒を収納し、逆に冷媒が不足するときには冷媒を引出すことにより緩衝することは多用される。バッファ容器内では気体・液体の二相平衡にあり、バッファ容器の温度をほぼ一定保てば気液の割合が変化し、平衡圧力は対応する温度における蒸気圧に調整され圧力の緩衝が可能である。
【０００４】
また、超臨界流体に対しても、同種の流体を緩衝流体として用いた技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。超臨界圧の流体を加熱すると圧縮性が生じ、一般の気体と同様にふるまうとの良く知られた性質を利用したものである。
【特許文献１】特開平６−５０４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
宇宙開発関連装置、化学反応装置、半導体用装置あるいは超臨界装置などの非圧縮性流体の高圧回路に供するアキュムレータでは、汚染を避けることが重要な課題となることが多い。同種の流体を用いることは、汚染の問題が少なく、アキュムレータが簡潔になることから注目に値する。
【０００６】
しかしながら、従来のアキュムレータにあっては、臨界圧以下であっても単純なバッファ容器によって圧力緩衝できるのは被緩衝流体が飽和の液である場合に限られる。過冷却液体の場合にはそのまま応用することができない。
【０００７】
また、超臨界流体に対する前記公知技術は、超臨界圧流体の圧縮率の温度依存性に関する詳細な検討により、幾つかの問題点が明らかとなった。
【０００８】
臨界圧以下の過冷却流体の場合にも共通する問題点として、第１点は、緩衝のため加熱された流体が直接、高圧流路に放出され、高圧流体の温度を変化させることが挙げられる。被緩衝流体への悪影響に対する対策が必要となる場合がある。
【０００９】
第２点は、上記に関連するが、緩衝のため加熱された流体が、同じ圧力を有する低温の圧縮性の乏しい流体と混合したときその体積が減少し、圧力緩衝効果を抑制することである。
【００１０】
第３点は、大きな圧力緩衝機能を持つには、緩衝流体を封ずる空間を大きくする必要があり、圧力緩衝手段あるいは装置が大掛かりなものとなり、コスト面での負担が大きくなることである。
【００１１】
従って、本発明は、高圧流路への汚染などの悪影響がない、簡単な構成によってコストを低く抑え、コンパクトで機能性の高いアキュムレータ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】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示すアキュムレータによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１３】
本発明は、高圧流路に供するアキュムレータであって、複数の容器を有し、前記高圧流体と接続する容器Ａを介して接続される容器Ｂを設けて前記容器Ｂの温度の制御を行うとともに、該容器Ａの内容積を、緩衝のため出入する高圧流体の最大量以上とすることを特徴とする。
【００１４】
本発明者は、緩衝容器（容器Ｂ）を最適温度に制御し圧縮率を大きくとることが有効であるとの知見から、本発明のアキュムレータにおいて、容器Ｂの容積を小さく収めるために容器Ｂを最適温度に制御する構成を採用したものである。つまり、一般的なアキュムレータの目的は高圧流路の圧力をほぼ一定に緩衝することにあり、手段として、温度を制御することによって、結果として圧力が制御されることとなる。緩衝流体が二相域の場合であっても、温度が一定であれば気液のバランス調整を介して、容器Ｂ内の飽和蒸気圧を一定にするように圧力が制御されることとなる。
【００１５】
本発明においては、温度制御された緩衝流体を容器Ｂにおいて作動させるとともに、制動される高圧流体（被緩衝流体）との間に容器Ａを設けることによって、畜圧・緩衝機能を有する容器Ｂにおける圧力あるいは温度の変化の影響を直接的に高圧流体が作動する高圧流路に及ぼすことを防止することができる。特に、容器Ａの内容積を緩衝のため出入する高圧流体の最大量以上とすることによって、容器Ａ自体が緩衝機能を有するとともに、容器Ｂ内の流体が容器Ａを介して高圧流体に直接混合することを防止することができる。以上のような構成によって、容器Ｂにおける機能や特性を確保するように、温度あるいは圧力を制御することが非常に精度よく、また容易に行うことができる。
【００１６】
また、緩衝流体として被緩衝流体と同種の流体を用いることによって、さらにいくつかの技術的効果を得ることができる。つまり、被緩衝流体と同種の流体を、容器Ｂに加熱して保存しておくことにより、その圧縮性を利用して熱的に緩衝機能を活かすことができる。また、高圧流体と各空間部の間のシール部分を不要にするとともに、汚染の問題が少なく、圧力緩衝方法を簡潔にすることができる。
【００１７】
また、本発明は、上記アキュムレータであって、（１）前記容器Ａ内に摺動自在なピストンを内蔵し、被緩衝高圧流体と緩衝流体の混合を抑制するとともに、（２）容器Ｂ側の空間を容器Ｂとほぼ同じ温度に制御すると同時に、（３）前記被緩衝高圧流体あるいは緩衝流体よりも熱伝導度の低いピストン材によって熱伝導を抑え、加熱緩衝流体の熱的影響を無視できる程度に抑えることを特徴とする。
【００１８】
上記のように、容器Ａはそれ自身が有する圧力緩衝機能とともに容器Ｂに対する緩和機能を有しており、こうした緩和機能は容器Ａにピストンを設けることによって、さらに強化することが可能であることを見出したものである。つまり、ピストンの受圧面を介して高圧流路の圧力伝達を行うことによって、容器Ｂへの円滑な圧力伝達を可能にするとともに、流路を絞る機能によって、熱伝達の抵抗としての役割を果し、かつ高圧流体における脈流や揺動を緩和する機能を有することができる。
【００１９】
特に、容器Ａ内において容器Ｂ側の空間を容器Ｂとほぼ同じ温度に制御することによって、容器Ｂ側の空間内の流体およびピストンの一部も同様の温度となり、ピストンの移動があっても容器Ｂ内の温度への影響を与えることがなく、容器Ｂでの蓄圧・緩衝効果を最大限活かすことができる。また、熱伝導度の低いピストン材を用いることによって、ピストンを介して生じる高圧流体、容器Ａ内の流体および容器Ｂ内の流体への温度影響を大きく低減することが可能となる。
【００２０】
このとき、前記ピストンの外周に、容器Ａ内面との気密性を供給するシール手段を少なくとも一つ付加したことを特徴とする。
【００２１】
容器Ａに設けられたピストンは、緩衝流体と被緩衝流体との物理的および熱的な混合を大きく減少する働きがある。本発明ではさらに、ピストンの外周にシール手段を設けて物理的混合を完全に遮断したもので、こうした遮断によって熱的な混合を一層減少させることができる。
【００２２】
本発明は、上記アキュムレータであって、前記ピストンの制動を補助するために、弾性体を容器Ａ内面の被緩衝高圧流体側に最接近する折返し位置Ｐおよび容器Ｂ側に最接近する折返し位置Ｑに付設すると同時に、ピストンが位置Ｐと位置Ｑのいずれか一方あるいは両方に位置したときにシール手段の被緩衝高圧流体側と緩衝流体側を連絡するバイパス路により均圧する手段を容器Ａに付設したことを特徴とする。
【００２３】
アキュムレータは基本的に被緩衝高圧流体の圧力が緩衝流体に伝達する。従って、被緩衝流体の急激な圧力変化が生じた場合、ピストンが容器Ａに激突し衝撃で破損する可能性がある。このような場合に、バネなどの弾性体を容器Ａの内面に係止するように配し、被緩衝流体からピストンへの押圧を軽減することで、こうした現象を防止し、圧力保持に対する補助的機能を働かせることができる。
【００２４】
また、容器Ａに被緩衝高圧流体側と緩衝流体側を連絡するバイパス路により均圧する手段を付設することによって、容器Ｂ側に封じられた緩衝流体の充填量が不適切になった場合、自動的に緩衝流体の充填量を調整する機構を提供することができる。つまり、例えばシール手段の漏れなどが原因で充填量が少なくなったときは、ピストンが容器Ｂ側に押されることになり、逆に充填量が多すぎるときは、ピストンが被緩衝高圧流体側に押されることになる。被緩衝高圧流体側に最も近接する位置Ｐあるいは容器Ｂ側に最も近接する位置Ｑにピストンが位置したときに、バイパス路が開となって被緩衝高圧流体側と緩衝流体側を連絡することによって、容器Ｂ内部の圧力を緩衝機能が働く最適状態に回復することが可能となる。さらに、上記の弾性体との組合せによって、容器Ｂ内の緩衝流体が、より最適な条件下で蓄圧・緩衝機能を発揮することが可能となる。
【００２５】
また、本発明は、上記アキュムレータであって、容器Ａに代え、あるいは容器Ａと容器Ｂの間に、増圧手段を付加したことを特徴とする。
【００２６】
本発明におけるアキュムレータは、緩衝流体の温度を制御することによって、圧縮率の高い最適条件下での蓄圧・緩衝機能を形成している。しかし、高圧流体の圧力が高いときは、高い圧縮率を得るには容器Ｂにおける作動圧力を下げたい場合がある。このとき、高圧流体側と容器Ｂ側との中間に増圧手段を付加することによって、さらに最適な条件を選択することが可能となる。具体的には、ピストンの高圧流体側の受圧面積よりも容器Ｂ側の受圧面積を大きくすることによって増圧手段を形成することが可能となる。
本発明は、上記アキュムレータであって、緩衝流体が作動する圧力が緩衝流体の臨界圧力以下の場合において、前記容器Ｂとして高圧流体システムの原料流体貯蔵槽を利用し、その気相部を前記増圧手段と連絡することを特徴とする。
【００２７】
緩衝流体が作動する圧力が緩衝流体の臨界圧力以下の場合においては、高圧流体の原料流体を緩衝流体として利用することが可能であり、アキュムレータのコンパクト化を図ることができるとともに、予備的流体を緩衝流体として有効に利用しシステム全体の効率化を図ることが可能となる。
【００２８】
さらに、本発明は、上記アキュムレータであって、前記容器Ｂの一部に温度制御手段との熱交換を促進する手段を付加したことを特徴とする。
【００２９】
本発明におけるアキュムレータは、基本的に緩衝流体の温度を制御することによって圧縮率の高い最適条件下での蓄圧・緩衝機能を形成し、高圧流体での圧力変化が生じても、その変化に追随する機能を有している。しかし、急激な圧力変化が生じた場合には、畜圧・圧力緩衝に時間的な遅れが生じるおそれがある。そこで、容器Ｂ内に冷却フィン体などの気液熱接触促進手段を設けることによって、急激な変化にも迅速に追随することができ、容器Ｂ内の温度をほぼ一定に維持し、等温過程に近づけることによって、高い畜圧・圧力緩衝機能を保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、複数の仕切られた空間の一部を最適温度に制御して緩衝空間を形成することによって、圧力緩衝効果を最大限に引出し、緩衝流体容器をコンパクトに押さえるための手段を提供することができる。特に、緩衝流体として被緩衝流体と同種の流体を用いるので、流体の汚染を伴うことなく、各空間部の間のシール部分および緩衝流体の補充を不要にすることができる。また、緩衝流体と被緩衝流体の中間に空間部さらにはピストンを設けることによって、両者の直接的な物理的あるいは熱的な混合を防止することによって、安定した蓄圧・緩衝機能を確保し、長寿命のアキュムレータを形成することができる。以上のように、本発明によって、高圧流路への汚染などの悪影響がない、簡単な構成によってコストを低く抑え、コンパクトで機能性の高いアキュムレータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るアキュムレータの構成（第１構成例）を例示する図であり、容器Ａ１および容器Ｂ２から構成される実施形態を説明する。ただし、本発明のアキュムレータはこれに限定されず、目的に応じて種々の変更が可能である。
【００３２】
具体的には、制動の対象となる高圧流体（被緩衝流体）３が流れる高圧流路４に接続する容器Ａ１、および容器Ａ１を介して緩衝流体５が存在する容器Ｂ２、からアキュムレータが構成されている。容器Ｂ２は、その周囲に加熱手段、温度検出手段および断熱手段からなる恒温手段６を配し、緩衝流体５が所定の温度を維持するようになっている。容器Ｂ２には接続部７が設けられており、緩衝流体５の充填、あるいは容器Ｂ２の容積が少ない時における別容器の追加的接続などに用いられる。
【００３３】
このとき、例えば、高圧流路４の圧力上昇が生じた場合、高圧流路４内の高圧流体３が容器Ａ１に流入するとともに、容器Ａ１に存在していた高圧流体３の一部が容器Ｂ２に流入し、容器Ｂ２の内部に封入された緩衝流体５を圧縮して増圧する。逆に高圧流路４の圧力低下が生じた場合、容器Ａ１内の高圧流体３が高圧流路４に流入するとともに、容器Ｂ２に存在していた高圧流体３の一部が容器Ａ１に流入するとともに、容器Ｂ２の内部に封入された緩衝流体５を膨張して減圧する。これによって、アキュムレータの畜圧あるいは緩衝作用が機能する。
【００３４】
アキュムレータの畜圧・緩衝作用は、緩衝流体５の圧縮率が高い程、高い効率を得ることができる。ここで、一般には、液体は圧縮率が小さく気体は圧縮率が大きいことは良く知られたことである。従って、物質が液体から気体に遷移するとき、圧縮率は高温ほど大きくなると思い易い。しかし、後述する発明者の解析を基に、実際に、ＣＯ２を例に臨界圧力以上の条件下での圧縮率の温度変化を調べてみると、図２−１および図２−２の如くである。
【００３５】
つまり、圧縮率は、所定圧力条件の下、臨界温度より高い温度でピークを有するカーブとなる。従って、容器Ｂ２の温度制御を臨界温度近傍で行うことによって安定かつ非常に圧縮率の高い状態を形成することが可能となる。本発明においては、こうした条件を確保するために、容器Ｂ２の周囲に恒温手段６を配し温度制御を行なったものである。従って、容器Ｂの容積を小さくすることができ、しいては装置のコンパクト化を図ることが可能となる。
【００３６】
また、本発明においては、容器Ａ１の役割が非常に重要である。つまり、高圧流体３と緩衝容器Ｂ２との間に容器Ａ１を設けることによって、畜圧・緩衝機能を有する容器Ｂ２における圧力あるいは温度の変化の影響を、直接的に高圧流体３が作動する高圧流路４に及ぼすことを防止することができる。特に、容器Ａ１の内容積を緩衝のため出入する高圧流体３の最大量以上とすることによって、容器Ｂ２内の流体が容器Ａ１を介して高圧流体３に直接混合することを確実に防止することができる。また、容器Ａ１自体が所定の空間部を有することによって、緩衝機能を有することになる。以上のような構成によって、容器Ｂ２における緩衝機能を確保するように、精度よく温度あるいは圧力を制御することが可能となる。
【００３７】
アキュムレータの形状は、円筒状あるいは角柱状など特に限定されるものではない。容器Ａ１および容器Ｂ２の容積は、制動対象流体の種類あるいは制動条件によって任意に設定される。
【００３８】
なお、容器Ａ１および容器Ｂ２に相当する空間部は、各々１つに限定されるものではなく、複数の空間部を直列に配することの緩衝効果あるいは並列に配することの分散効果を生かすことで、より一層容器Ｂ２の独立性を確保し、容器Ｂ２の機能強化を図ることも可能となる。
【００３９】
次に、本発明に係るアキュムレータの第２構成例を、図３に例示する。基本的には、上記第１構成例と同一の構成を形成し、容器Ａ１内に摺動自在なピストン８を内蔵する点、および容器Ａ１の一部が容器Ｂ２の恒温手段６内に配される点において、相違する。
【００４０】
具体的には、容器Ａ１をピストン８によって分割し、高圧流体３側に設けられた空間１ａおよび容器Ｂ２側に設けられた空間１ｂを構成することによって、高圧流体３と緩衝流体５の混合を抑制している。また、空間１ｂを容器Ｂ２と同じ温度に制御するとともに、ピストン８の素材を高圧流体３あるいは緩衝流体５よりも熱伝導度の低くすることによって、ピストン８からの熱伝導を抑え、高圧流体３および加熱緩衝流体５の相互の熱的影響を無視できる程度に抑えている。
【００４１】
このとき、例えば、高圧流路４の圧力上昇が生じた場合、高圧流路４内の高圧流体３が容器Ａ１内の空間１ａに流入するとともに、ピストン８の空間１ａ側面を加圧する。ピストン８は、その空間１ｂ側面を介して空間１ｂを加圧するとともに、容器Ｂ２の内部に封入された緩衝流体５を圧縮して増圧する。空間１ａに存在していた高圧流体３の極一部が容器Ｂ２に流入することがあるが、ピストン８の容器Ａ１の容器内壁との隙間を小さくすれば無視することができる程度である。逆に高圧流路４の圧力低下が生じた場合、容器Ａ１内の空間１ａにある高圧流体３が高圧流路４に流入するとともに、ピストン８の空間１ａ側面を吸引する。ピストン８は、その空間１ｂ側面を介して空間１ｂを吸引するとともに、容器Ｂ２の内部に封入された緩衝流体５を膨張して減圧する。これによって、流体の混合が殆どない状態で圧力伝達が行われ、アキュムレータの畜圧あるいは緩衝作用が効率的に機能する。
【００４２】
また、空間１ｂの流体が、高圧流路４の圧力上下によって容器Ｂ２と出入りをすることになるが、本発明では、空間１ｂを容器Ｂ２と同じ恒温手段６内に配することで、緩衝流体５の温度変化は殆どないといえる。また、同様に高圧流路４の圧力上下によって移動するピストン８による伝熱効果についても、恒温手段６の効果に加え、ピストン８を低い熱伝導体とすることで、緩衝流体５の温度変化は殆どないようにすることができる。
【００４３】
このように、本発明においては、容器Ａ１内のピストン８の役割が非常に重要である。つまり、高圧流体３と緩衝容器Ｂ２との間にピストン８を設けることによって、高圧流路４における圧力変化を容器Ｂ２に伝達するとともに、両者の間における流体の混合のおそれあるいは熱伝達による影響を効率的に防止することができる。また、容器Ａ１自体が所定の空間部１ａおよび１ｂを有することによって、緩衝機能を有することになる。以上のような構成によって、容器Ｂ２における畜圧・緩衝機能を確保し、精度よく温度あるいは圧力を制御することが可能となる。
【００４４】
図４は、本発明に係るアキュムレータの第３構成例を示す。基本的には、上記第２構成例と同一の構成を形成し、容器Ａ１内のピストン８の外周部にシール手段９を付加した点において相違する。
【００４５】
具体的には、容器Ａ１をピストン８によって分割された、高圧流体３側の空間１ａと容器Ｂ２側の空間１ｂをシール手段９によって遮断することによって、高圧流体３と緩衝流体５の混合を完全に抑制している。シール手段９は、１つ以上あればよく、図４では２つ使用している場合を例示している。
【００４６】
本発明に係るアキュムレータの第４構成例を、図５に例示する。基本的には、上記構成例と同一の構成を形成するとともに、ピストン８の制動を補助するために弾性体１０を容器Ａ内面の被緩衝高圧流体側に最接近する折返し位置Ｐおよび容器Ｂ側に最接近する折返し位置Ｑに付設し、ピストンが位置Ｐと位置Ｑのいずれかに位置したときに空間１ａと空間１ｂとを連絡するバイパス１１を設けている。
【００４７】
均圧手段とは、緩衝容器Ｂ２およびそれと直接あるいは間接的に接続する流路と高圧流路３とを同じ圧力にする手段をいい、アキュムレータの起動時あるいは容器Ｂ２の流体のモレや高圧流路３の圧力異常などが生じた場合に、機能させることが有効である。図５では、バイパス１１およびシール手段９によって均圧手段を構成する例を示している。均圧手段としてはこれに限定するものではなく、単純に空間１ａと空間１ｂを接続し、その接続中点に流路をＯＮ−ＯＦＦする機能を有する手段（図示せず）を設ける方法など種々の手段を用いることが可能である。
【００４８】
具体的には、図５（Ａ）に示すように、容器Ａ１の内面の位置ＰおよびＱに、弾性体１０ａおよび１０ｂが設けられている。例えば、高圧流路４の圧力上昇が生じ、ピストン８の空間１ａ側受圧面を加圧した場合、ピストン８は、その空間１ｂ側受圧面を介して空間１ｂを加圧するとともに、弾性体１０ｂの反発力によって圧力を減少して、容器Ｂ２の内部に封入された緩衝流体５を押圧する。その圧力減少分だけ緩衝流体５の負担が軽減されることになる。逆に高圧流路４の圧力低下が生じ、ピストン８の空間１ａ側受圧面を吸引した場合、ピストン８は、その空間１ｂ側受圧面を介して空間１ｂを吸引するとともに、弾性体１０ａの反発力によって吸引圧を減少して、容器Ｂ２の内部に封入された緩衝流体５を膨張して減圧する。その圧力減少分だけ緩衝流体５の負担が軽減されることになる。これによって、高圧流路４の大きな圧力変動幅に対しても、効率的にアキュムレータの畜圧あるいは緩衝作用を機能させることができる。
【００４９】
また、さらに高圧流路４の圧力上昇が生じた場合、図５（Ｂ）に示すように、ピストン８が容器Ｂ２側に最も近接する位置Ｑに固定されることとなり、緩衝機能が低下する。このとき、シール材９によって、空間１ａと空間１ｂがバイパス１１ｂで連結され空間１ｂを介して容器Ｂ２に高圧流体３の一部が流入することで、高圧流路４と容器Ｂ２との均圧効果が生じ、弾性体１０ｂの反作用と相俟ってピストンを図５（Ｃ）のような正常運転時の位置に戻すこととなる。逆に高圧流路４の大きな圧力減少が生じた場合、図５（Ｄ）に示すように、ピストン８が高圧流路４側に最も近接する位置Ｐに固定されることとなり、緩衝機能が低下する。このとき、シール材９によって、空間１ａと空間１ｂがバイパス１１ａで連結され空間１ｂを介して容器Ｂ２の流体の一部が高圧流体３に流入することで、高圧流路４と容器Ｂ２との均圧効果が生じ、弾性体１０ａの反作用と相俟ってピストンを図５（Ｃ）のような正常運転時の位置に戻すこととなる。このように、高圧流路４のさらに大きな圧力変動幅に対しても、効率的にアキュムレータの畜圧あるいは緩衝作用を機能させることができる。
【００５０】
弾性体１０としては、バネなどを用いることが可能であるが、緩和する応力はバネ圧あるいはバネの長さなどによって調整が容易であり、アキュムレータが用いられる緩衝流体５の種類あるいは高圧流体３の圧力変動状態によって調整することができる。
【００５１】
図５では、バイパス１１を、配管のみを設けピストン８の外周に配されたシール材９とピストンの配置とを組合せることで形成しているが、バイパス１１中に絞りを設け均圧機能を時間的に遅らせて緩衝機能を持たせるなど、これに限られるものではない。また、シール材９およびバイパス１１の数量や配置は、図５の例に限定されるものではなく、アキュムレータとして要求される機能に応じて任意に設定可能である。
【００５２】
図６は、本発明に係るアキュムレータの第５構成例を示す。容器Ａ１と容器Ｂ２の間に増圧手段として容器Ｃ１２を付加し、容器Ｃ１２内部に摺動自在なピストン８ｂを配し、容器Ａ１の内部に配されたピストン８ａとを連結部１３によって連動させるとともに、ピストン８ｂの容器Ｂ２側の受圧面８ｄをピストン８ａの高圧流路３側の受圧面８ｃよりも大きな面積を形成し、かつピストン８ｂによって分割された容器Ｃ１２の容器Ｂ２側空間１２ｂを容器Ｂ２の恒温手段６内部に設ける構成を採っている。
【００５３】
ここで、容器Ｃ１２を容器Ａ１と別体とした上記構成例だけではなく、容器Ａ１内部に内蔵し一体化した構成、あるいは容器Ａ１に代えてピストン機構を設けることも可能である。
【００５４】
上記アキュムレータを利用した高圧流体システムにおいて、高圧流体３の原料流体貯蔵槽１４の気相部１５を前記増圧手段である容器Ｃ１２と連絡した場合の構成例（第６構成例）を、図７に示す。つまり、緩衝流体５が作動する圧力が緩衝流体５の臨界圧力以下の場合においては、容器Ａ１に接続された容器Ｃ１２を、原料流体貯蔵槽１４の気相部１５と連絡することで、気相部１５が上記の容器Ｂ２の役割を果たすこととなり、緩衝機能を有する構成にすることができる。特に、気相部１５に温度調節手段１６を設けて所定温度に制御した場合には、こうした高圧流体３の原料流体を緩衝流体５として利用することが可能であり、容器Ｂ２を省略することが可能となり、アキュムレータのコンパクト化を図ることができるとともに、高圧流体システム全体として非常に効率的かつ機能的なシステムを形成することができる。
【００５５】
このときの高圧流体システムの動作は、充填口１７を介して原料流体貯蔵槽１４に導入された原料は、ポンプ１８によって、高圧流体３として高圧流路４に供給される（中間において所定の処理がされる場合もある）。
【００５６】
図８は、本発明に係るアキュムレータの第７構成例を示す。上記アキュムレータにおいて、容器Ｂ２の内部に恒温手段６との熱交換促進手段２０を設けたことを特徴とし、容器Ｂ２に対する外部からの急激な変化にも、迅速に追随することができる。つまり、高圧流体３での急激な圧力変化が生じた場合には、容器Ｂ２において畜圧・圧力緩衝に時間的な遅れが生じるおそれがあり、容器Ｂ２の内部に熱交換促進手段２０を設けることによって、容器Ｂ２の内部の温度をほぼ一定に維持し、等温過程に近づけることによって、高い畜圧・圧力緩衝機能を保持することが可能となる。
【００５７】
熱交換促進手段２０としては、具体的には、図８のようなシェルアンドチューブ式熱交換器状のもの、あるいはフィン体を有する管状体を挙げることができ、容器Ｂ２内部における緩衝流体５との接触面積が大きく、気液熱接触を促進することができる熱交換率の高い手段が好適である。恒温手段６と接続し、熱交換促進手段２０を恒温手段６の制御温度と変わらない温度に維持することで、一層容器Ｂ２内の温度を一定に維持することができる。
【００５８】
また、恒温手段６内部に容器Ｂ２を複数並列的に配列し、直接緩衝流体５と恒温手段６との接触面積を増加させる方法も、容器Ｂ２内の温度を一定に維持する上では、有効な手法となる。
【００５９】
以下、超臨界圧の場合を中心に圧力緩衝効果を高めるための条件について解析した結果を詳述する。
【００６０】
（１）アキュムレータのサイズをコンパクトに収めるには、緩衝用流体の温度を適切に制御することが有効である。つまり、等温的過程におけるアキュムレータのサイズの解析には、下式に示す等温圧縮率κｔ、
κｔ＝−（ｄｖ／ｄＰ）t／ｖ＝（ｄρ／ｄＰ）t／ρ
が利用できる。
ΔＰの範囲でκｔの変化が無視できる時、ΔＰの圧力変化によりΔＶの変化を吸収するために必要な緩衝用流体の体積Ｖoは、
Ｖ０＝（ΔＶ／ΔＰ）／κｔ          ．．．．．（１）
と表すことができる。
特に理想気体を用いる時は、
κｔ＝1／Ｐ                        ．．．．．（２）
となる。
【００６１】
（２）さて、圧縮率には、
κｓ＝−（ｄｖ／ｄＰ）ｓ／ｖ＝（ｄρ／ｄＰ）ｓ／ρ      ．．．．．（３）
で表される断熱圧縮率κｓも存在する。
また、音速Ｖｓは、
Ｖｓ＝ｓｑｒｔ（（ｄρ／ｄＰ）ｓ）
と表され、
κｓ＝ｖ／Ｖｓ２＝１／Ｖｓ２／ρ     ．．．．．（４）
なる関係が存在する。
特に、アキュムレータでの圧力変化が早いときには、κｓが重要となる。逆に、緩やかな変化に対し、Ｖ０を小さく抑えるにはκｔの大きな流体を選ぶことが有利である。
【００６２】
（３）緩衝流体の特性を特徴づけるには、理想気体の場合との比率であるところの無次元化等温圧縮率Ｋｔ、
Ｋｔ =Ｐ＊κｔ
の導入が有効である。
同様に、断熱圧縮率について無次元化断熱圧縮率Ｋｓ、
Ｋｓ ＝Ｐ＊κｓ
なる表現も使用する。
κｔ、κｓの間には、
κｔ ＝κｓ＊Ｃｐ／Ｃｖ              ．．．．．（５）
の関係が存在する。
熱力学的に常にＣｐ＞Ｃｖであるのでκｔ＞κｓの関係が成り立つ。
【００６３】
（４）大まかな認識として、液体は圧縮率が小さく、気体は圧縮率が大きいことは良く知られたことである。
液体から気体に遷移するとき、圧縮率は高温ほど大きくなると思い易い。
特に断らない限り、以降の解析には、世界的にみて信頼性の高いＮＩＳＴのデータによった。
【００６４】
（５）ＣＯ２を例に（４）、（５）式を利用して、Ｐ＞ＰｃでＫｔの温度変化を調べてみると図２−１および図２−２の如くである。
図２−１において、Ｐｒ、Ｔｒは圧力Ｐおよび温度Ｔを臨界圧力Ｐｃ＝７３．７７ｂａｒ臨界温度Ｔｃ＝３０４．１３Ｋで除した対臨界圧力、対臨界温度である。Ｐｒ＝１．１のとき、臨界温度より僅かに高い温度Ｔｒ＝１．０１５近くで鋭いピーク（Ｋｔ＝１１．９）を持つ、圧力が上昇するにつれて、ピークの値は小さくなり、幅が大きくなり、また、ピークに対応する温度は高温側に移動していくことが解る。さらに、Ｐｒが３と４の間でＫｔのピーク値は１となり、より高い圧力では、Ｋｔは全ての温度域で１以下となることが解る。従って、このような高圧で緩衝ガスとしてＣＯ２を使うことは、汚染の心配が殆ど無い点を利用する場合に限定される。
【００６５】
また、図２−２では、Ｐ＝１．５Ｐｃ（約１００．７ｂａｒ）でのＫｔ、Ｋｓおよび同圧力・温度におけるＮ２に対するＫｔ、Ｋｓの値もＫｔ_Ｎ２、Ｋｓ_Ｎ２として示した。ＣＯ２のＫｔの値は５４℃近くでピーク値（約２．５）を持つのに対し、Ｎ２に対するＫｔの値は示した温度範囲で１以下（０．９５〜０．９６）である。この圧力においては緩衝ガスとして、ごく一般的に用いられるＮ２に比較しＣＯ２を５４℃近くに加熱して用いると、汚染の心配が殆ど無いばかりでなく、蓄圧器のサイズをコンパクトに出来るとのメリットも得られることが解る。一方、ＫｓについてのＮ２との比較では６７℃以上で僅かにＣＯ２が有利との結果である。
Ｋｔのピークが圧力の上昇と供に高温側にずれることは、図１０に示したＣＯ２の等容曲線（ｖ＝ｖｃ）で理解できる。図示した範囲ではほとんど直線であり、図２−１、図２−２と比較するとほぼ似た傾向が見られる。Ｐ＞Ｐｃで等容曲線（ｖ＝ｖｃ）を横切るあたりで流体密度が液から気体の値に急激に遷移する。その遷移点は圧力ＰがＰｃから離れるほど高温側にずれる。圧縮率はＰに関する微分的な性質であるので、この遷移点の近くでピークを持つ。これが、Ｋｔの大きくなる主要因と判断される。
【００６６】
（６）Ｐ＜Ｐｃの単相域についても、同様にＫｔの温度変化を調べた。
先ず、飽和温度より僅かに過冷却の液体の領域では、略Ｐｃ＞Ｐ＞０．９＊Ｐｃの範囲でＫｔ＞１の領域が存在する。温度を上げてゆくと、飽和温度に向けて増加する。また、飽和温度より僅かに過熱の蒸気の領域では低圧域までＫｔ＞１の領域が存在する。温度を下げてゆくと、飽和温度に向けて増加する。いずれもＰｃに近づくほどピークの値は大きくなり、Ｐ→Ｐｃの極限でＴ＝Ｔｃにおいて発散する。これらＰ＜Ｐｃの領域のＫｔの異常は、Ｐ＞Ｐｃの領域とつながっている。
【００６７】
以上の計算はＣＯ２に対するものであるが対応状態の原理に従えば、他の分子に対してもＰｃ、Ｔｃでの換算を行えば、同様の傾向を示すものと判断される。
【００６８】
（７）更に、以上の傾向を別の角度からこれを眺めてみる。
Ｂｏｙｌｅ曲線は、（ｄ（Ｐｖ）／ｄｐ）ｔ＝０で定義される。これは、Ｋｔ＝１の条件と等価である。
アルゴンに対するＢｏｙｌｅ曲線を図１１に示す。また、ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓの状態方程式に対するＢｏｙｌｅ曲線の例を図１２に示す。Ｂｏｙｌｅ曲線は、飽和液の状態から始まり、超臨界点近傍（低温・高圧側を迂回）を通り圧力約３．５Ｐｃ（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓの状態方程式では２７／８＊Ｐｃ）で最高圧となり、低圧高温側の気相へ向う。
実は、この曲線の内部で無次元化等温圧縮率に関しＫｔ＞１が満たされる。
【００６９】
本発明は、上記の解析をもとに緩衝流体５を作動させる最適条件を検証し、具体化を図るものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
上記のように、アキュムレータの使用方法は多枝にわたっている。本願では、基本的な使用方法に限定して記述したが、上記各構成例を任意に組合せることで、さらに有用なシステム構成を形成することが可能である。また、多様な技術との組合せにより、さらに多くの場合にも応用できることは明らかであり、高い汎用性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るアキュムレータの第１構成例を示す説明図
【図２−１】流体の圧縮率の対臨界温度変化を例示する説明図
【図２−２】流体の圧縮率の温度変化を例示する説明図
【図３】本発明に係るアキュムレータの第２構成例を示す説明図
【図４】本発明に係るアキュムレータの第３構成例を示す説明図
【図５】本発明に係るアキュムレータの第４構成例を示す説明図
【図６】本発明に係るアキュムレータの第５構成例を示す説明図
【図７】本発明に係るアキュムレータの第６構成例を示す説明図
【図８】本発明に係るアキュムレータの第７構成例を示す説明図
【図９】ＣＯ２の等容曲線を例示する説明図
【図１０】アルゴンに対するＢｏｙｌｅ曲線を例示する説明図
【図１１】ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓの状態方程式に対するＢｏｙｌｅ曲線を例示する説明図
【符号の説明】
【００７２】
１    容器Ａ
２    容器Ｂ
３    高圧流体（被緩衝流体）
４    高圧流路
５    緩衝流体
６    恒温手段
７    接続部
８    ピストン
９    シール手段
１０  弾性体
１１  バイパス
１２  容器Ｃ
１３  連結部
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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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】
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【図１１】
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