(57)【要約】液化ガス又は圧縮ガスの形状で燃料を選択的に計量分配する燃料補給ステーションを提供する。燃料補給ステーションは貯蔵タンクを含み、タンク内には液化ガスが貯蔵される。軽量分配システムは（ａ）圧縮ガスを計量分配する第１ディスペンサと、（ｂ）液化ガスを計量分配する第２ディスペンサと、（ｃ）燃料へ熱を伝達する熱交換器と、（ｄ）入口から燃料を受け取るとともに第１出口又は第２出口へ選択的に燃料を向けるフロー切換弁と、（ｅ）燃料を第１出口から熱交換器へ、次に第１ディスペンサへ流通させ、或いは第２出口から第２ディスペンサへ流通させる導管と、（ｆ）燃料を貯蔵タンクから流出させるとともに、燃料をフロー切換弁の入口へ吐出する容積式燃料ポンプとを含む。燃料補給ステーションの作動方法は、圧縮ガスを供給するために燃料が第１ディスペンサへ向けられる時には燃料ポンプを低速モードで作動させる工程と、液化ガスを供給するために燃料が第２ディスペンサへ向けられる時には燃料ポンプを高速モードで作動させる工程とを含む。
2005538315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス又は圧縮ガスの形状で燃料を選択的に計量分配する燃料補給ステーションであって、
（ａ）液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、
（ｂ）計量分配システムと、計量分配システムは
圧縮ガスを計量分配する第１ディスペンサと、
液化ガスを計量分配する第２ディスペンサと、
燃料へ熱を伝達する熱交換器と、
入口を介して燃料を受け取るとともに、燃料を第１出口又は第２出口の一方へ選択的に向けるフロー切換弁と、
燃料を第１出口から熱交換器へ、次に第１ディスペンサへ流通させ、或いは第２出口から第２ディスペンサへ流通させる導管とを含み、
（ｃ）燃料を貯蔵タンクから流出させるとともに、燃料をフロー切換弁の入口へ排出する容積形燃料ポンプとを含み、ポンプは低速モード及び高速モードで選択的に作動し、
圧縮ガスを供給するために燃料流が第１ディスペンサへ向けられる時には低速モードで作動し、且つ
液化ガスを供給するために燃料流が第２ディスペンサへ向けられる時には高速モードで作動し、燃料ポンプが高速モードで作動するときには、低速モードと比べて一分毎の回転数が多い
ことを特徴とする燃料補給ステーション。
【請求項２】
ポンプは液化ガス、蒸気、又は液化ガスと蒸気の混合物を送り出すことが可能な往復ピストン式ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の燃料補給ステーション。
【請求項３】
往復ピストン式燃料ポンプは少なくとも１個の液圧シリンダによって駆動されることを特徴とする請求項２に記載の燃料補給ステーション。
【請求項４】
２個の液圧シリンダの一方が往復ピストン式燃料ポンプを選択的に駆動し、第１シリンダは低速モードが選択されているときに作動するとともに、第１シリンダよりも吐出容量が小さい第２シリンダは高速モードが選択されているときに作動することを特徴とする請求項３に記載の燃料補給ステーション。
【請求項５】
１個の液圧ポンプが作動流体を２個の液圧シリンダの一方へ選択的に供給することにより、一方の液圧シリンダは作動状態とされる一方で他方の液圧シリンダは休止状態とされることを特徴とする請求項４に記載の燃料補給ステーション。
【請求項６】
液圧ポンプは速度可変ポンプであることを特徴とする請求項５に記載の燃料補給ステーション。
【請求項７】
往復ピストン式燃料ポンプは複動式燃料ポンプであることを特徴とする請求項２に記載の燃料補給ステーション。
【請求項８】
往復ピストン式燃料ポンプは、
燃料ポンプ入口と接続する第１圧縮室と、
燃料ポンプ入口に配置されており、流体を第１圧縮室へ流入させる一方向入口弁と、
燃料ポンプ吐出ポートと接続する第２圧縮室と、
往復ピストンアセンブリと、アセンブリは駆動機構と接続する軸と、第１圧縮室を第２圧縮室から分離させるピストンヘッドとを含み、
第１及び第２圧縮室間を連通させる流体通路に配置される一方向移送弁とを含み、一方
向移送弁により流体は第１圧縮室から第２圧縮室へ流通する
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料補給ステーション。
【請求項９】
第１圧縮室の吐出容量は第２圧縮室の吐出容量よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１０】
第１圧縮室の吐出容量は第２圧縮室の吐出容量の約２倍であることを特徴とする請求項９に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１１】
一方向移送弁はピストンアセンブリ内に配置されることを特徴とする請求項８に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１２】
ピストンアセンブリの軸は垂直方向に向けられることを特徴とする請求項８に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１３】
ピストンアセンブリの軸は傾斜しており、ポンプの下端は一方向入口弁と接続されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１４】
燃料ポンプは第１及び第２圧縮室の上方に流体復帰室を更に含み、燃料を収集するとともに液だめへ返流させ、液だめは燃料ポンプ入口と流体連通していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１５】
燃料は復帰室から開放排出ポートを介して液だめへ返流させられ、排出ポートは復帰室の下側付近に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１６】
燃料ポンプは負の正味吸込水頭となるように作動することを特徴とする請求項８に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１７】
貯蔵タンクは地下に埋設されていることを特徴とする請求項１６に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１８】
熱交換器と第１ディスペンサの間に配置される蓄圧容器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料補給ステーション。
【請求項１９】
液化ガス又は圧縮ガスを選択的に供給する燃料補給ステーションの作動方法であって、
（ａ）低温貯蔵タンクから往復ピストン式燃料ポンプへ液化ガスを導入する工程と、
（ｂ）燃料ポンプから液化ガスへ熱を伝達する熱交換器へ、次に圧縮ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には燃料ポンプを低速モードで作動させる工程と、
（ｃ）燃料ポンプから液化ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には燃料ポンプを高速モードで作動させる工程とを含み、高速モードにおいて燃料ポンプは、低速モードで作動する時よりも一分毎の回転数が多くなるように作動する
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
燃料ポンプは毎分５から３０回転の間の速度で作動することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
燃料ポンプは好適には、低速モードが選択された時には毎分約５から１２回転の間で作動し、高速モードが選択された時には毎分約１０から１２回転の間で作動することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
燃料ポンプは低速モードが選択された時には毎分約６回転で作動し、高速モードが選択された時には毎分約１８回転で作動することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
燃料ポンプ内の圧縮室から漏出した燃料を捕獲し、且つその燃料を燃料ポンプの入口と流体連通する液だめへ返流させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
燃料ポンプは負の正味吸込水頭となるように作動することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
低温タンクは地下に埋設されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
低速モードが選択された時には第１液圧シリンダによって燃料ポンプを駆動し、高速モードが選択された時には第２液圧シリンダによって燃料ポンプを駆動する工程を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
第１液圧シリンダは第２液圧シリンダよりも吐出容量が大きいことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
燃料ポンプの温度を低下させる冷却処理の間、及び燃料ポンプから低温貯蔵タンクへ蒸気を戻す冷却処理の間に燃料ポンプを高速モードで作動させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
液化ガス又は圧縮ガスを選択的に供給する燃料補給ステーションの作動方法であって、
（ａ）液化ガスを低温貯蔵タンクから往復ピストン式燃料ポンプへ導入する工程と、
（ｂ）燃料ポンプから熱を液化ガスへ伝達する熱交換器へ、更に圧縮ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には、第１液圧シリンダにより燃料ポンプを選択的に駆動する工程と、
（ｃ）燃料ポンプから液化ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には、第２液圧シリンダにより燃料ポンプを選択的に駆動する工程と、第２液圧シリンダは第１液圧シリンダよりも吐出容量が小さく、
（ｄ）液圧ポンプシステムから第１又は第２液圧シリンダの選択された一方へ作動流体を供給する工程と
を含むこと特徴とする方法。
【請求項３０】
液圧ポンプシステムは単一の液圧ポンプを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
燃料ポンプを冷却する冷却処理の間に、第２液圧シリンダにより燃料ポンプを選択的に駆動する工程を更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
冷却処理の間に、蒸気をポンプから低温貯蔵タンクの蒸気空間へ戻す工程を更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用燃料補給ステーションに関する。特に、本発明は車両からの要求に応じて液化ガスまたは圧縮ガスのいずれかを供給する燃料補給ステーションと、そのステーションの作動方法に関する。特定の燃料ガスに限定されることを希望していなければ、天然ガスが適切な例として使用され、今後燃料については液化天然ガス（ＬＮＧ）及び圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を指している。開示する本発明の精神から逸脱することなく、水素等の多様な液化燃料ガスを天然ガスと置換し得ることは、当該技術分野に属する者であれば理解し得る。
【背景技術】
【０００２】
５０年以上にわたり、ピストンエンジン駆動車両用の燃料として天然ガスが使用されている。効率の向上及び環境汚染の低減に対する要求により、利用可能な技術は頻繁に変化向上している。水素等のその他の気体燃料を液体燃料の代替物として使用することについて研究している企業もある。
【０００３】
車両の中には、圧力容器内に圧縮ガスを貯蔵する燃料システムを備えるように構成されているものがある。例えば、ＣＮＧは一般に外気温度で２４，９２５ｋＰａ（３６００ポンド／平方インチ）に達する圧力で貯蔵される。ＣＮＧをより高圧で貯蔵することも可能であるが、貯蔵タンクをこのような高い圧力に適するように構成及び保証する必要があるので、貯蔵タンクの重量が増加してしまう。
【０００４】
液化ガスのエネルギー密度は圧縮ガスのエネルギー密度よりもかなり大きいので、より長距離に適するように構成された車両は時として、液化ガスを低温で特別な断熱タンクに貯蔵する燃料システムを採用している。例えば、ＬＮＧは通常約−１５０℃から−１１５℃（約−２４０°Ｆから−１７５°Ｆ）の間の温度、及び約２０４から１４７７ｋＰａ（１５から２００ｐｓｉｇ）の間の圧力で貯蔵される。今後は上記温度を概して「低温」と呼ぶ。車両に取り付けられるＬＮＧ貯蔵タンクは、通常の作動状態において燃料を数日間貯蔵することが可能である。標準的に使用される車両では、燃料を低温で貯蔵することは問題ではない。
【０００５】
天然ガスを燃料とする車両は長時間にわたり使用可能であるにも拘わらず、現在使用されている全車両台数の中の僅かな数に過ぎず、また膨大な数のガソリン及びディーゼル燃料補給ステーションに比較して、液化ガス燃料補給ステーションの数は比較的少ないままである。従来の天然ガス燃料補給ステーションは典型的には、ＬＮＧ又はＣＮＧの一方のみを供給するように構成されている。１個の燃料補給ステーションによって全車両に供給しようとすると、車両はＬＮＧのみ又はＣＮＧのみを使用するように規格化されなければならない。しかしながら、一般車両又は複数の商業用車両への供給を目的とした燃料補給ステーションにおいては、ＬＮＧ又はＣＮＧのいずれかを供給することが可能な燃料供給ステーションが求められている。
【０００６】
ＬＮＧはＣＮＧよりも低圧で貯蔵されることから、ＬＮＧ燃料補給ステーションは燃料を比較的低圧で供給する。遠心ポンプは低温流体にとって典型的な圧力範囲内での作動に適しているとともに、高流速での作動が可能である。低温流体用に構成された遠心ポンプによれば、比較的安価であるのに加えて、妥当な効率が得られる。
【０００７】
遠心ポンプは典型的には、正の正味吸込水頭（ＮＳＨ）でポンプ吸入へ燃料を供給することが求められる。正味吸込水頭はポンプ入口圧及び入口飽和圧（水頭という用語で表さ
れる）の差として定義される。ＮＳＨはポンプ入口圧が入口飽和圧よりも大きい限り正値となる。反対に、ポンプ入口圧が入口飽和圧よりも小さいと、ＮＳＨは負値となる。
【０００８】
その他のＬＮＧ燃料補給ステーションでは圧力移動システムを使用している。圧力移動システムでは、ＬＮＧ貯蔵タンク内における蒸気圧を制御することにより、ＬＮＧを貯蔵タンクから吐出させる手段を得る。しかしながら、このような圧力移動システムでは結果的に余分な熱が貯蔵タンクへ導入されるとともに、ＬＮＧ貯蔵タンクの過剰な昇圧を回避するために付加的な装備を必要とする。例えば、ある圧力移動システムでは蒸気冷却及び／又は再濃縮機器を更に含み、及び／又は圧力開放システムを介して大量のガスが取り出される。
【０００９】
圧力移動システムに伴う別の欠点としては、燃料の供給が遅延することである。なぜならば、貯蔵タンク内において圧力を増大させるのに時間を要するからである。
他方では、ＣＮＧ燃料補給ステーションでは典型的には、容積形圧縮機及び比較的高圧なガスを供給するカスケード型ＣＮＧ貯蔵システムを採用している。従来のＣＮＧ圧縮機は比較的高速で作動していても、概して流速は比較的低い。カスケード型ＣＮＧ貯蔵システムは典型的には高圧ガスを適切に供給することにより、平均寸法の車両燃料タンクを許容可能な時間内に満たすために使用される。
【００１０】
ＬＮＧ（高質量流量で低圧）燃料供給ステーション及びＣＮＧ（低質量流量で高圧）燃料供給ステーションでは作動状態が相互に異なることから、ＬＮＧ及びＣＮＧの両方を供給することが可能な簡易な燃料補給ステーションを構成することが求められている。特に、ＬＮＧ又はＣＮＧのいずれかを迅速に計量分配する一個のみの燃料ポンプ又は圧縮機を備えたシステムを有することが所望されるときに求められる。
【００１１】
１９９４年５月２１日に発行された特許文献１（第８３１号特許）ではＬＮＧ及びＣＮＧ統合燃料補給ステーションを開示している。低温タンク内の蒸気圧を利用してＬＮＧをディスペンサへ供給するとともに、天然ガスを燃料とする内燃機関エンジンを利用して燃料ポンプを駆動しつつ、熱交換器へ熱を供給してＣＮＧを生成する。幾つかの実施形態において、低温貯蔵タンク内の圧力は、ガスを貯蔵タンクから内燃機関エンジンの燃料供給システムへ流出させることにより解放される。
【特許文献１】米国特許第５，３１５，８３１号
【特許文献２】米国特許第５，８８４，４８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、特許文献１はＬＮＧを燃料補給ステーションから供給する圧力移動システムを開示している。しかしながら上記したように、貯蔵タンク内の圧力が所定の最大圧力を超えた時にはＬＮＧ貯蔵タンクからより頻繁にガス抜きが行なわれる等、圧力移動システムに関連する問題点もある。ＬＮＧ貯蔵タンクからガス抜きが行なわれると結果的に天然ガスの浪費になる。
【００１３】
その他の装置では、ガス抜きが頻繁に行なわれることを回避するために、冷却機器を使用して天然ガスを再凝縮し、或いは少なくともガスを冷却してＬＮＧ貯蔵タンク内の圧力を幾分低下させている。しかしながら、このような装置では資本経費及び作動経費が増大するのに加えて、装置が複雑化する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来の燃料補給ステーションに比べて費用効果的且つ多様な用途に使用可能な、液化ガス又は圧縮ガスの形状で燃料を選択的に計量分配する液化ガス及び圧縮ガス統合燃料補給
ステーションを提供する。液化ガス及び圧縮ガス統合燃料補給ステーションは、
（ａ）液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、
（ｂ）計量分配システムと、計量分配システムは
圧縮ガスを計量分配する第１ディスペンサと、
液化ガスを計量分配する第２ディスペンサと、
燃料へ熱を伝達する熱交換器と、
入口を介して燃料を受け取るとともに、燃料を第１出口又は第２出口から選択的に流出させるフロー切換弁と、
燃料を第１出口から熱交換器へ、次に第１ディスペンサへ流通させ、或いは第２出口から第２ディスペンサへ流通させる導管とを含み、
（ｃ）燃料を貯蔵タンクから流出させるとともに、燃料をフロー切換弁の入口へ吐出する容積形燃料ポンプとを含む。
【００１５】
容積形燃料ポンプは好適には、液化ガス、蒸気、又は液化ガスと蒸気の混合物をポンプで送り出す往復ピストン式燃料ポンプである。往復ピストン式燃料ポンプの一実施形態例は本願出願人の特許文献２に記載されている。この種の燃料ポンプは負の正味吸込水頭となるように作動する。また、貯蔵タンクに対する燃料ポンプの配置が極めて柔軟になるとともに、貯蔵タンクが地下に埋設される燃料補給ステーションの配置が可能になる。燃料ポンプは好適には複動燃料ポンプである。
【００１６】
好適な装置において、往復ピストン式燃料ポンプは、圧縮ガスを供給するために燃料流が第１ディスペンサへ向けられる時には低速モードで、液化ガスを供給するために燃料流が第２ディスペンサへ向けられる時には高速モードで選択的に作動し、燃料ポンプが高速モードで作動するときには、低速モードで作動する時と比べて一分毎の回転数が多い。燃料ポンプは少なくとも１個の液圧シリンダにより駆動させられる。
【００１７】
例えば一実施形態において、直径が異なる２個の独立した液圧シリンダの一方を選択して、ポンプを駆動する。本実施形態において、高速及び低速作動モードは単一の液圧ポンプにより効率的に達成される。例えば、吐出容量が小さい小液圧シリンダを使用して燃料ポンプを高速で作動させることにより、比較的低圧な容器へ液化ガスを供給し、吐出容量が大きい大液圧シリンダを使用して燃料ポンプを低速で作動させることにより、比較的高圧な容器へ圧縮ガスを供給する。小液圧シリンダが燃料ポンプを駆動する間には大液圧シリンダは休止状態にあり、またその反対となる。燃料ポンプの出力要件は流体圧及び流体質量流量の積と相関することから、単一の液圧ポンプを使用して両作動モード、即ち圧縮ガスを高圧且つ低質量流量で供給する低速モードと、圧縮ガスを低圧且つ高質量流量で供給する高速モードとを達成することが可能となる。
【００１８】
有利には、燃料ポンプの速度が変化することにより、一個の液圧ポンプを使用して高速モード又は低速モードで選択的に作動する。液圧ポンプは２個の液圧シリンダの一方が休止状態である間に他方の液圧シリンダへ燃料を供給する。
【００１９】
更に別の用途において、液圧ポンプは速度可変型液圧ポンプであってもよい。液圧ポンプの速度を制御することにより、燃料ポンプ速度を更に調整することが可能になる。これが有利となる例としては、複数の液圧ガスディスペンサ又は圧縮ガスディスペンサを有する燃料補給ステーションである。ディスペンサは同時に駆動させられてもよく、或いは同時に駆動させられなくてもよい。
【００２０】
往復ピストン式燃料ポンプは好適には、
燃料ポンプ入口と接続する第１圧縮室と、
燃料ポンプ入口に配置されており、流体を第１圧縮室へ流入させる一方向入口弁と、
燃料ポンプ吐出ポートと接続する第２圧縮室と、
往復ピストンアセンブリと、アセンブリは駆動機構と接続する軸と、第１圧縮室を第２圧縮室から分離させるピストンヘッドとを含み、
第１及び第２圧縮室間を連通させる流体通路に配置される一方向移送弁とを含み、一方向移送弁により流体は第１圧縮室から第２圧縮室へ流通させられる。
【００２１】
第１圧縮室の吐出容量は好適には第２圧縮室の吐出容量よりも大きく、更に好適には第１圧縮室の吐出容量は第２圧縮室の吐出容量の約２倍である。
燃料ポンプピストンアセンブリはピストン及びピストン軸を含む。第１及び第２圧縮室間の配管を減少させるために、一方向移送弁と第１及び第２圧縮室間の流体通路は好適にはピストンアセンブリ内に配置される。
【００２２】
燃料ポンプの吸入口が液だめ内に配置され、且つ圧縮室から漏出した燃料が重力の影響を受けて液だめに返流されるように、ピストン軸は垂直に又は傾斜して配向されるのが好ましい。垂直に配向され或いは傾斜した燃料ポンプは好ましくは、第１及び第２圧縮室の上方に燃料を収集し且つその燃料を液だめに返流させる流体復帰室を更に含む。燃料は復帰室から復帰室の下側付近に位置する開放排出ポートを介して液だめへ返流される。
【００２３】
燃料補給ステーションは更に蓄圧容器を含む。蓄圧容器は熱交換器と第１ディスペンサの間に配置される。しかしながら、開示する燃料ポンプシステムの質量流量キャパシティは燃料補給ステーションの所望流量を満たすように構成されているので、カスケードシステムは必要とされず、また蓄圧容器も任意に与えられてもよい。
【００２４】
液化ガス又は圧縮ガスを選択的に供給する燃料補給ステーションの作動方法を提供する。本方法は、
（ａ）液化ガスを低温貯蔵タンクから往復ピストン式燃料ポンプへ導入する工程と、
（ｂ）燃料ポンプから液化ガスへ熱を伝達する熱交換器へ、次に圧縮ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には燃料ポンプを低速モードで作動させる工程と、
（ｃ）燃料ポンプから液化ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には燃料ポンプを高速モードで作動させる工程とを含み、高速モードにおいて燃料ポンプは、低速モードで作動する時よりも一分毎の回転数が多くなるように作動する。
【００２５】
好適な方法において、燃料ポンプは毎分５から３０回転の速度で作動する。特定の実施形態において、燃料ポンプは低速モードが選択されている時には毎分約５から１２回転の間で作動し、高速モードが選択されている時には毎分約１０から１２回転の間で作動する。別の実施形態において、燃料ポンプは低速モードが選択されている時には毎分約６回転で作動し、高速モードが選択されている時には毎分約１８回転で作動する。
【００２６】
別の実施形態は、液化ガス又は圧縮ガスを選択的に供給する燃料補給ステーションの作動方法を提供する。本方法は、
（ａ）液化ガスを低温貯蔵タンクから往復ピストン式燃料ポンプへ導入する工程と、
（ｂ）燃料ポンプから液化ガスへ熱を伝達する熱交換器へ、更に圧縮ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には、第１液圧シリンダにより燃料ポンプを選択的に駆動する工程と、
（ｃ）燃料ポンプから液化ガスディスペンサへ燃料が向けられる時には、第２液圧シリンダにより燃料ポンプを選択的に駆動する工程と、第２液圧シリンダは第１液圧シリンダよりも吐出容量が小さく、
（ｄ）液圧ポンプシステムから第１又は第２液圧シリンダの選択された一方へ作動流体を供給する工程とを含む。
【００２７】
全方法において、資本経費を低減させるとともに維持管理費用が少なくて済むように、液圧ポンプシステムは好適には単一の液圧ポンプを含む。しかしながら、本発明の精神から逸脱することなく、複数の液圧ポンプを採用することもできる。例えば、燃料補給ステーションはその必要性に応じて、予備の液圧ポンプを採用してもよく、或いは直列配置を採用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１を参照すると、液化ガス及び圧縮ガス統合燃料補給ステーションはＬＮＧ貯蔵タンク１００と、燃料ポンプユニット１１０と、ＬＮＧディスペンサ１２０と、熱交換器１３０と、ＣＮＧディスペンサ１４０とを含む。安全基準に従うべく、ＣＮＧに臭気を添加するために典型的には付臭装置１３５を必要とする。破線１６０は地表面を表す。
【００２９】
好適な実施形態において、ＬＮＧ貯蔵タンク１００は地下に埋設される。上記したように、ＬＮＧは低温（ＬＮＧは典型的には−１１５℃（−１７５°Ｆ）未満）で貯蔵されるので、地上に載置されるタンクと比べてＬＮＧ貯蔵タンク１００を埋設する利点として、地下のＬＮＧ貯蔵タンク１００の周囲における温度変化がかなり小さい。別の利点として、地下の貯蔵タンクによってより多くの地上空間が節約されるので、ディスペンサへの車両の接近が改善される。また建築法規では、典型的には地下の貯蔵タンクと近接する地所との間に、地上の貯蔵タンクと比べてより短い距離が必要とされる。ＬＮＧ貯蔵タンク１００は好適には二重の壁を有し、更に断熱するために壁間の空間は真空とされる。
【００３０】
燃料ポンプユニット１１０は液だめ内に配置される容積形燃料ポンプを含む。往復ピストン式燃料ポンプの好適な装置は図４及び図５に図示されている。ＬＮＧをポンプで送り出すためにより一般的に採用されている遠心ポンプと比べて、容積形燃料ポンプは液体及び蒸気の両方を送り出し、燃料ポンプユニット１１０を負値ＮＳＨの状態で作動させるので、燃料ポンプユニット１００の地下への配置が容易となる。
【００３１】
燃料ポンプユニット１１０はまたフロー切換弁を含む。切換弁は燃料をＬＮＧディスペンサ又はＣＮＧディスペンサの一方へ向けるように制御される。好適には、燃料が燃料ポンプ排出口から作動ディスペンサへ向けられるように、ＬＮＧディスペンサ及び／又はＣＮＧディスペンサの駆動により自動的にフロー切換弁は制御される。
【００３２】
燃料ポンプが作動させられ、且つ燃料の供給に適した所望作動温度までポンプの温度を低下させるように冷却を要するなら、冷却処理が開始させられる。冷却処理は例えば、燃料ポンプが所定期間の間使用されておらず、ＬＮＧ流が通過する通路及び室が低温よりも温度が高くなっている時に要求される。
【００３３】
燃料ポンプユニット１１０を冷却するために、ＬＮＧがＬＮＧ貯蔵タンク１００から供給される。ＬＮＧは燃料ポンプユニット１１０と、ＬＮＧ貯蔵タンク１００及び燃料ポンプユニット１１０間の接続配管を冷却するに従って気化する。気化したＬＮＧはＬＮＧ貯蔵タンク１００へ戻される。好適には、蒸気はタンク上部へ戻され、ＬＮＧ貯蔵タンク１００内の蒸気圧が一時的に上昇して、一層ＬＮＧは貯蔵タンク１００から押し出されて燃料ポンプユニット１１０が冷却される。蒸気がＬＮＧ貯蔵タンク１００へ導入されなくなると、貯蔵タンク内はついに熱均衡に到達し、蒸気の一部がＬＮＧ貯蔵タンク１００の下部でＬＮＧと接触することにより冷却された後に再凝縮すると、蒸気圧は低下する。
【００３４】
ＬＮＧディスペンサが作動すると、燃料ポンプユニット１１０に求められる要求は比較的低圧の高質量流量となる。この要求を満たすために、燃料ポンプは好適には高速モードで作動する。
【００３５】
フロー切換弁の好適な装置において、燃料ポンプからの吐出口はＴ字管、即ちＬＮＧディスペンサ１２０に至る第１分岐部と最終的にＣＮＧディスペンサ１４０に至る第２分岐部とを備えた「Ｙ」字に接続される。第１分岐部には遮断弁が接続する。遮断弁は好適にはＬＮＧディスペンサ１２０が作動すると自動的に開放する。ＬＮＧディスペンサ１２０が遮断すると遮断弁は自動的に閉鎖する。
【００３６】
第２分岐部には一方向弁が接続する。一方向弁はフロー切換弁からＣＮＧディスペンサ１４０への燃料の流れのみを許容する。一方向弁の下流には高圧ＣＮＧ計量分配システムがあり、一方向弁は高圧燃料が燃料ポンプユニット１１０へ返流されるのを阻止する。遮断弁が開放した時には、燃料圧がかなり低い第１分岐部へ燃料が流入するので、一方向弁の下流にある高圧ＣＮＧも燃料が第２分岐部へ流入するのを阻止する。
【００３７】
ＣＮＧディスペンサが作動すると、遮断弁は閉鎖状態を保ち、燃料は強制的に一方向弁を通過させられる。この状態において、燃料ポンプに求められる要求が高吐出圧であり、質量流量はＬＮＧディスペンサ１２０が作動している時と比べて高くなる必要はない。
【００３８】
上記に記載した装置の精神から逸脱することなく、切換弁はその他の弁装置を採用してもよい。例えば、三方向弁がＴ字管即ち「Ｙ」字、閉鎖弁及び一方向弁を代用してもよい。第１位置において三方向弁は燃料をＬＮＧディスペンサ１２０へ向け、第２位置において三方向弁は燃料をＣＮＧディスペンサ１４０へ向ける。三方向弁は手動で作動させられてもよく、或いはアクチュエータによって作動させられてもよい。アクチュエータは離れた位置にあるスイッチ又は制御装置により制御される。
【００３９】
開示する燃料補給装置の効果として、容積形燃料ポンプは、カスケード型装置又は蓄圧容器を必要とするＣＮＧ計量分配システムを備えることなく、ＬＮＧ及びＣＮＧディスペンサの両方に対して許容可能な燃料補給速度が得られるように寸法が決められる。以下に詳述するように、容積形燃料ポンプは好適には往復ピストン式燃料ポンプであり、往復ピストン式燃料ポンプは低速で作動してＣＮＧを高圧且つ低質量流量で供給するとともに、高速で作動してＬＮＧを比較的低圧且つ比較的高質量流量で供給する。開示する装置には蓄圧容器が付加されてもよいが、燃料ポンプが開示する方法で作動する時に、ポンプの多用性に基づく工業的に許容可能なパラメータ内での作動には蓄圧容器は必要ない。蓄圧容器を備えずに作動させるならば、装置全体の費用を低減させることができる。例えば、蓄圧装置を除去することができる幾つかの構成には、２個の液圧シリンダを使用した燃料ポンプ速度制御及び複動燃料ポンプ構成が含まれる。速度制御によれば燃料ポンプを流れる流速が多様になる。また、複動燃料ポンプによれば燃料ポンプから連続的に燃料が吐出されるようになる。
【００４０】
熱交換器１３０及び付臭装置１３５は周知の構成を備えた従来からの構成要素である。
図２を参照すると、ＬＮＧ及びＣＮＧ統合燃料補給ステーションはＬＮＧ貯蔵タンク２００と、燃料ポンプユニット２１０と、複数のＬＮＧディスペンサ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃと、熱交換器２３０と、付臭装置２３５と、複数のＣＮＧディスペンサ２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃとを含む。破線２６０は地表面を表す。図２に図示する装置は蓄圧容器２５０を含むが、上述したように燃料ポンプの寸法を適切に決めるとともに燃料ポンプ速度を制御することにより、燃料ポンプユニット２１０の流通キャパシティを調節して蓄圧容器２５０を必要なくしてもよい。
【００４１】
図３はＬＮＧ及びＣＮＧ統合燃料補給ステーションの別の装置を示す。図１と同様の構成要素には、図１の符号に２００が加算された符号が付されており、再度説明はされていない。図３の装置の主な相違点として、ＬＮＧ貯蔵タンク３００は地面上に配置されている。ＬＮＧ貯蔵タンクを地面上に配置した形態は、より典型的な従来の燃料補給ステーシ
ョンである。なぜならば、燃料ポンプをタンクの下に配置することができ、正値ＮＳＨを容易に確保することができるからである。上述したように、タンクを地下に配置する利点はあるが、図３では、本方法及び本装置を既存の地上ＬＮＧ貯蔵タンクと合わせて使用することもできることが示されている。
【００４２】
その他に例示した実施形態との別の相違点として、独立したＬＮＧディスペンサ及びＣＮＧディスペンサに代えて、図３の実施形態では単一の計量分配ユニットを採用している。計量分配ユニットはＣＮＧ又はＬＮＧのいずれか一方を計量分配する計量分配機器を１個の装置に接続している。単一の計量分配ユニットは、独立したＣＮＧ及びＬＮＧディスペンサのために十分な空間が得られない場合に好適である。
【００４３】
図４及び図５に図示する２つの実施形態は、図１乃至図３に示す燃料ポンプユニットに適した燃料ポンプを示す。図４及び図５に図示する燃料ポンプは液体及び蒸気の両方をポンプで送り出すことができる。
【００４４】
先ず図４を参照すると、燃料ポンプ４００は二室液圧駆動型往復ピストン式燃料ポンプである。燃料ポンプ４００は好適には液だめ（図示なし）内に配置されており、燃料は一方向入口を通り第１室４１０へ流入する。収縮行程が図４ｂに示されており、このときピストン４３０は矢印４３５の方向へ移動する。一方向流通弁４１５は閉鎖されるとともに、第２室４２０内の燃料はピストン４３０を前進させることにより燃料ポンプ吐出口４２５から押し出される。
【００４５】
伸長行程（図４ｃに図示）の間に、ピストン４３０は矢印４３６の方向へ移動して、一方向入口４０５は閉鎖されるとともに、ピストン４３０を前進させることにより燃料を第１室４１０から一方向流通弁４１５を介して第２室４２０まで押し出す。第１室４１０の吐出容量は第２室の吐出容量よりもかなり大きいので、収縮行程の間と同様に伸長行程の間においても燃料は燃料ポンプ吐出口４２５を通り排出される。好適な実施形態において、第１室４１０の吐出容量は第２室４２０の吐出容量の約２倍である。
【００４６】
収縮及び伸長の両行程の間に燃料が排出されるので、燃料ポンプは「複動」ポンプとして作用する。
図４の実施形態において、図４ａに図示するように、液圧駆動機構４４０はピストン４３０の往復運動を駆動するために使用される。液圧駆動機構は周知のように作動する。即ち、液圧駆動機構の一方側の室には高圧作動流体が供給される一方で、液圧ピストン４４５の反対側に設けられた室から作動流体が排出される。ピストン行程終了時には、作動流体が液圧ピストン４４５の反対側に供給されることにより、ピストンの移動が反転させられて、往復運動が生じる。図４の実施形態において、液圧駆動機構４４０は単一の液圧シリンダを含む。
【００４７】
図５ａを参照すると、図示される燃料ポンプ５００は燃料ポンプ入口端が液だめ内に配置されている。燃料ポンプ５００は更に二重液圧駆動機構５４０を含む。図４に図示する実施形態と同様の構成は、図４の符号に１００を加算した符号により表されている。
【００４８】
収縮行程の間に、ピストン５３０が移動して第１室５１０の容量を拡張させ、液だめからの燃料は一方向入口５０５を介して燃料ポンプ５００に導入される。収縮行程の間に一方向流通弁５１５は閉鎖しており、ピストン５３０を前進させることにより第２室５２０内の燃料は燃料ポンプ吐出口５２５を介して押し出される。伸長行程の間に、燃料は第１室５１０から一方向通過弁５１５を介して第２室５２０まで流通する。伸長行程の間に一方向入口５０５は閉鎖している。燃料ポンプ４００と同様に、第１及び第２室間の容積差に起因して、燃料は収縮及び伸長両行程間に燃料ポンプ吐出口５２５を介して排出される
。
【００４９】
燃料ポンプ５００は燃料復帰ポート５３２を更に含む。第２室５２０から上方の空間へ漏出した燃料はそこから排出され、且つ燃料復帰ポート５３２を介して液だめへ返流させられる。
【００５０】
上記のように、所望燃料ポンプ速度は、燃料がＣＮＧディスペンサに供給されるか或いはＬＮＧディスペンサに供給されるかに応じて変化する。図５に図示する二重液圧駆動装置によれば、燃料がＬＮＧディスペンサに供給される時には小液圧シリンダを選択する。図５ｂに図示するように、高圧作動流体は液圧ピストン５４ａの一方側へ向けられる一方で他方側から排出され、高圧作動流体の供給が一方側から他方側へ変化することにより往復運動が生じる。液圧ピストン５４ａは液圧ピストン５４ｂよりも小さく、且つ寸法が異なる液圧シリンダは、ＬＮＧ及びＣＮＧ各々を供給する燃料ポンプの要件に適合するように寸法が決められている。ＣＮＧが要求されているときと比べて、小液圧シリンダ内にある液圧ピストン５４ａの往復運動によって燃料ポンプ５００が駆動されるときには、同じ液圧ポンプ流であっても、吐出容量がより小さいことから燃料ポンプ５００はより高速で作動して、ＬＮＧは比較的高質量流量且つ比較的低圧な状態で供給される。燃料がＬＮＧディスペンサへ供給されるときには、大液圧ピストン５４５ｂは休止状態にある。休止状態にある大液圧シリンダに設けられた両方の室は液圧だめに接続されてもよく、或いは好適な装置において、大液圧ピストン５４５ｂの両側に設けられた液圧室は（図５ｂに図示するように）相互に流体連通してもよい。
【００５１】
燃料がＣＮＧディスペンサへ供給される時には、（図５ｃに図示するように）大液圧ピストン５４５ｂが選択され、且つ小液圧シリンダ及び液圧ピストン５４５ａは休止状態にある。ＣＮＧは（ＬＮＧと比べて）高圧で供給されるので、大液圧ピストン５４５ｂにより作動流体の必要最大圧力は低下し、液圧ポンプユニットにかかる費用が低減する。
【００５２】
液圧シリンダから漏出した作動流体は捕獲されて、排出管５５０を介して復帰させられる。
図面には示されていないが、ＬＮＧを低温で処理する燃料ポンプ、液だめ、配管、弁及びディスペンサの外部は断熱されており、熱がシステムまで伝達されることはない。
【００５３】
一定期間の間ポンプが休止状態にあるならば、燃料をＣＮＧ又はＬＮＧディスペンサへ供給する前にポンプは冷却される必要がある。冷却処理の間に、燃料ポンプに流入したＬＮＧは燃料ポンプが冷却されて低温となるまで気化する。冷却期間の間において、ＬＮＧの気化に起因して、燃料ポンプは質量流量がかなり減少した状態で作動するとともに、燃料はＬＮＧ貯蔵タンクへ再循環させられる。冷却処理の間に小さい液圧シリンダによって燃料ポンプ５００を駆動すると、ポンプ速度が速くなるとともに質量流量がより大きくなることから、冷却期間はより短くなる。
【００５４】
当該技術分野に属する者であれば明白であるように、前述の開示を鑑みて、本発明を実施する際には本発明の範囲から逸脱することなく多くの変化及び変更が可能である。従って、本発明の範囲は以下の請求項により定義される内容に従い構成される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】液化ガス及び圧縮ガスを供給する単一の燃料ポンプと液化ガス及び圧縮ガスのための独立したディスペンサを備える液化ガス及び圧縮ガス統合燃料補給ステーションを示す概略図。
【図２】液化ガス及び圧縮ガスを供給する単一の燃料ポンプと液化ガス及び圧縮ガスのための複数の独立したディスペンサを備える液化ガス及び圧縮ガス統合燃料補給ステーションを示す概略図。
【図３】液化ガス及び圧縮ガスを供給する単一の燃料ポンプと液化ガス及び圧縮ガス統合ディスペンサを備える液化ガス及び圧縮ガス統合燃料補給ステーションを示す概略図。
【図４】燃料をディスペンサへ供給する二室液圧駆動型往復ピストン式燃料ポンプの概略配置を示す断面図。ｂは燃料が燃料ポンプ入口を介して第１室へ導入され、第２室から排出される燃料ポンプの収縮行程を示す図。ｃは燃料ポンプ入口が閉鎖されて、燃料が第１室から第２室へ移動させられ、第２室から排出される燃料ポンプの伸長行程を示す図。
【図５】液圧複動式燃料ポンプの一実施形態を示す図。ｂは液化ガスが計量分配される時にどのようにして作動流体が小液圧シリンダへ導入されるかを示す図。ｃは圧縮ガスが軽量分配される時にどのようにして作動流体が大液圧シリンダへ向けられるかを示す図。
【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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【国際調査報告】
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