(57)【要約】  ＣＮＧシステムは、ガス入口ライン（１４）、およびガス入口ラインからのガスを圧縮するように配置かつ構成され、ディスペンサ（１４０、１４２）に圧縮ガスを送る往復動圧縮機（４１）を備える。スターリングエンジン（４７）は、往復動圧縮機に駆動可能に接続される。バーナ（４８）は、ガス入口ラインからガスを受け取って熱エネルギを発生させて、スターリングエンジンにエネルギを与える。【選択図】図１
2017505877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス源と、
前記ガス源からのガスを圧縮し、圧縮したガスをユーティリティのディスペンサ（１４０、１４２）および／または貯蔵タンク（１２８、１３０、１３２）および／または一般のユーティリティに送るために配置かつ構成された往復動圧縮機（４１）と、
前記往復動圧縮機（４１）に駆動可能に接続されたスターリングエンジン（４７）と、
前記ガス源からガスを受け取るバーナ（４８）であって、ガスは燃やされて前記スターリングエンジン（４７）に熱出力を与え、前記スターリングエンジン（４７）は熱出力を機械的動力に変換して前記往復動圧縮機（４１）を駆動する、バーナ（４８）と
を備える、ガスを圧縮するためのシステム（１０）。
【請求項２】
前記ガス源が少なくとも１つのガス入口ライン（１２）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記ユーティリティが、前記往復動圧縮機（４１）によって圧縮されたガスを貯蔵する少なくとも１つの圧縮ガス貯蔵タンク（１２８、１３０、１３２）を備える、請求項１または２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記ユーティリティが少なくとも１つのガスディスペンサ（１４０、１４２）を備える、請求項１、２、または３記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記ユーティリティが少なくとも１つの圧縮ガス貯蔵タンク（１２８、１３０、１３２）およびガスディスペンサ（１４０、１４２）を備え、前記ガスディスペンサ（１４０、１４２）が前記圧縮ガス貯蔵タンク（１２８、１３０、１３２）と接続される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記ディスペンサ（１４０、１４２）が運搬装置の燃料タンクに接続するように設計かつ構成される、請求項４または５記載のシステム（１０）。
【請求項７】
ガス乾燥装置（２４）およびフィルタリング装置（２０、３０）をさらに備え、前記乾燥装置（２４）およびフィルタリング装置（２０、３０）の下流で前記バーナ（４８）へのガスが取り入れられる、請求項１乃至６のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記ガス源が少なくとも１つのガス入口ライン（１２）を備える、請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記ガス源がガスパイプライン（１４Ａ）を備える、請求項１乃至８のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記ガス源が、住宅用顧客および企業用顧客にガスを供給する分配システムと連通するユーティリティラインを備える、請求項１乃至９のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記スターリングエンジン（４７）によって駆動される発電機（１６０）をさらに備える、請求項１乃至１０のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項１２】
前記スターリングエンジン（４７）および前記圧縮機（４１）が、輸送可能なコンテナ（１２０）、好ましくは標準化された輸送コンテナ内に配置されて、モジュール型の圧縮機システムを画定する、請求項１乃至１１のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
ガスの供給部を提供することと、
往復動圧縮機（４１）を提供することと、
前記往復動圧縮機（４１）を前記ガスの供給部に接続することと、
前記往復動圧縮機（４１）に駆動可能に接続されたスターリングエンジン（４７）を提供することと、
前記供給部からのガスを燃やして熱出力を発生させることと、
前記スターリングエンジン（４７）で前記熱出力を機械的動力に少なくとも部分的に変換することと、
前記スターリングエンジン（４７）によって発生した機械的動力を使って前記往復動圧縮機（４１）を駆動することと、
前記供給部からのガスを前記往復動圧縮機（４１）内で圧縮することと、
前記圧縮ガスをユーティリティに送ることと
を含む、圧縮炭化水素ガスを供給する方法。
【請求項１４】
発電機（１６０）を提供するステップと、
前記発電機（１６０）を前記スターリングエンジン（４７）に駆動可能に接続するステップと、
前記スターリングエンジン（４７）によって発生した機械的動力を前記発電機（１６０）で電力に変換するステップと
をさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ユーティリティが少なくとも１つの圧縮ガス貯蔵タンク（１２８、１３０、１３２）を備える、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ユーティリティが少なくとも１つのガスディスペンサ（１４０、１４２）を備える、請求項１３、１４、または１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ディスペンサ（１４０、１４２）から圧縮ガスで運搬装置に燃料を供給するステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記スターリングエンジン（４７）および前記往復動圧縮機（４１）を輸送可能なコンテナ（１２０）内に配置してモジュール型の圧縮ガスユニットを画定するステップと、前記モジュール型の圧縮ガスユニットを前記ガス供給部に近接した場所に輸送するステップとをさらに含む、請求項１３乃至１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記ガスの供給部が、ガスパイプライン（１４Ａ）、ならびに住宅用顧客および企業用顧客にガスを供給する分配システムと連通するユーティリティラインのうちの少なくとも１つを備える、請求項１３乃至１８のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、ガスを圧縮するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本開示は、燃料補給所で圧縮天然ガスを分配するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的に、内燃エンジンには、ガソリンまたはディーゼルなどの１つまたは複数の燃料油の留出物が供給される。ガソリンまたはディーゼルは、充填中は大気圧である。最近、より長鎖の炭化水素の代わりに天然ガスでエンジンが作動するように製造または転換された運搬装置が増加している。天然ガス動力の運搬装置が増加し続けているなかで、入手性、低コスト、および天然ガスの燃焼が燃料油留出物よりも低エミッションであることに関心が集まっている。典型的には、天然ガスは２００ｂａｒを超える圧力で運搬装置に充填され、それは伝統的な燃料の大気圧状態を大きく超える。天然ガスはこのように充填圧が高いため、天然ガスを運搬装置に分配する前に圧縮する必要がある。したがって、天然ガスで運搬装置を動かす動機がある一方、その供給に障害がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／１９６２９８号明細書
【発明の概要】
【０００４】
１つの態様によれば、本開示は、ガス源、例えば、ガスパイプラインまたはガス分配網を備え、ガス入口ラインがそれに接続されてガスを往復動圧縮機に送ることができる、ガスを圧縮するためのシステムに関する。往復動圧縮機は、ガス源からのガスを圧縮し、圧縮したガスをユーティリティに送るために配置かつ構成される。いくつかの実施形態では、ユーティリティは、ディスペンサ、例えば、運搬装置に燃料を供給するためのディスペンサを含むことができる。いくつかの実施形態では、ユーティリティは圧縮ガス貯蔵タンクより構成することができる。圧縮ガス貯蔵タンクと１つまたは複数のディスペンサとを組み合わせることができ、ガスは往復動圧縮機によって圧縮されて貯蔵タンクに送られ、そこから必要時に、例えば、運搬装置に燃料を補給するためにディスペンサに送られる。システムはさらに、往復動圧縮機に駆動可能に接続されたスターリングエンジンを備える。バーナはガス源からガスを受け取り、バーナで燃やされたガスを使用して、熱出力を機械的動力に変換し往復動圧縮機を駆動するためにスターリングエンジンに熱出力を供給する。バーナは、往復動圧縮機の吸入側にガスを供給するガス供給ラインと同じラインに接続することができる。乾燥機、フィルタなどのガス処理機器を設けて、ガス源からのガスを処理してから、ガスをガスバーナおよび往復動圧縮機入口に送ることができる。
【０００５】
このように、炭化水素ガスの源が利用できる任意の場所、例えば、ガスパイプラインに設置することができる圧縮ガス補給所を設計することができる。ガスは、ガス圧縮機を作動させ、圧縮ガスを、例えば、運搬装置に燃料を供給するディスペンサに分配するためのエネルギ源として使用される。スターリングエンジンは効率的にエネルギを変換して圧縮機を作動させ、最小限のメンテナンスで、または事実上メンテナンスなしで容易に運転することができる。ガスは、例えば、ガスパイプラインから引き出され、バーナに部分的に送られてスターリングエンジンにエネルギを与える熱エネルギを発生させ、かつ、ガスは往復動圧縮機に部分的に送られる。往復動圧縮機は、ガスを圧縮して、圧縮ガスを圧縮ガス貯蔵装置、および／またはディスペンサに、例えば、運搬装置に燃料を供給するために送る。
【０００６】
さらなる様態によれば、本開示は、圧縮ガス、例えば炭化水素ガスを供給する方法に関し、
炭化水素ガスの供給部を提供することと、
往復動圧縮機を提供することと、
前記往復動圧縮機を前記炭化水素ガスの供給部に接続することと、
前記往復動圧縮機に駆動可能に接続されたスターリングエンジンを提供することと、
前記供給部からの炭化水素ガスを燃やして熱出力を発生させることと、
前記スターリングエンジンで前記熱出力を機械的動力に少なくとも部分的に変換することと、
スターリングエンジンによって発生した機械的動力を使って往復動圧縮機を駆動することと、
前記供給部からの炭化水素ガスを前記往復動圧縮機内で圧縮することと、
圧縮炭化水素ガスをユーティリティ、例えば、ディスペンサおよび／またはディスペンサに接続された圧縮貯蔵タンクに送ることと
を含む。
【０００７】
特徴および実施形態は本明細書で以下に開示され、本説明の不可欠な部分を形成する添付の特許請求の範囲にさらに記載される。上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解することができるように、かつ当分野に対する本発明の寄与をよりよく認識できるように、本発明の様々な実施形態の特徴を記載している。もちろん、以下で説明され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴が存在する。この点において、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態は、以下の説明で記載されまたは図面に示される構造の詳細および構成部品の配置に適用されることに限定されないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、また様々な方法で実行および実施することができる。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであって、限定としてみなすべきではないことを理解されたい。
【０００８】
したがって、本開示が基礎を置いている概念は、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として容易に利用することができることを当業者は理解するであろう。したがって、特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、このような同等な構造を含むものとみなすことが重要である。
【０００９】
以下の詳細な説明を添付の図面と併せて考察して参照することによって、本発明の開示される実施形態、およびそれらに付随する利点の多くをよりよく理解するようになったとき、これらを容易により完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スターリングエンジンによって駆動される往復動圧縮機を有するＣＮＧ補給所の概略図である。
【図２】ＣＮＧ補給所の往復動圧縮機を駆動するための「アルファ」構成のスターリングエンジンの断面図である。
【図３】フリーピストンスターリングエンジン装置によって駆動される往復動圧縮機の配置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
例示的な実施形態を添付の図を参照して以下で詳細に説明する。異なる図面における同じ参照符号は、同じまたは同様の要素とみなす。さらに、図面は必ずしも原寸に比例して描かれたものではない。また、以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。その代わり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１２】
本明細書を通して「１つの実施形態」または「実施形態」または「いくつかの実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所で「１つの実施形態では」または「実施形態では」または「いくつかの実施形態では」という表現が現れるが、これらは、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な様態で組み合わせることができる。
【００１３】
図１は圧縮天然ガス（ＣＮＧ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｎａｔｕｒａｌ  ｇａｓ）システム１０へガスを供給するための入口ライン１２を有するＣＮＧシステム１０を示す概略図である。入口ライン１２は供給ライン１４に取り付けられ、供給ライン１４は、一例では、天然ガスパイプライン１４Ａ、または天然ガスの住宅用顧客および企業用顧客に天然ガスを分配する天然ガスユーティリティ分配システムと連通し、例えば約０．０３ｂａｒから約１４ｂａｒの圧力で運用される。あるいは、供給ライン１４は、輸送ラインと連通することができ、その運用圧力は、例えば、約１４ｂａｒから１０５ｂａｒである。ガスの例としては、限定するものではないが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、およびこれらの混合物など、標準温度および圧力で気体である炭化水素が含まれる。
【００１４】
一例では、炭化水素は、飽和状態または不飽和状態の場合があり、また、ガスは、窒素、水素、酸素、硫黄などの微量の非炭化水素を含む場合がある。遮断弁１６は、任意選択的に自動または手動とすることができ、入口ライン１２と供給ライン１４との間の接続部に示されて、入口ライン１２と供給ライン１４との間の連通を選択的に遮断することができる。任意選択的に、弁１６の下流の入口ライン１２に追加の弁１８を設けることができる。入口ライン１２はフィルタ２０で終端となり、フィルタ２０は、入口ライン１２内を流れるガス流内から粒子および他の望ましくない物質を除去するために使用することができる。フィルタ２０はライン２２を介して乾燥機２４に接続し、乾燥機２４はガス流から水分を除去するために乾燥剤を含むことができる。
【００１５】
任意選択的に、乾燥機２４は空にして、空所を設けてノックアウトドラムとして作動させて、比重分離によって水分を除去することができる。弁２６をライン２２に配置して、フィルタ２０と乾燥機２４との間の流れを選択的に遮断する。出口ライン２８は乾燥機２４を第２のフィルタ３０に接続して、乾燥機２４の下流でさらに濾過する。ライン２８には弁３２が示されており、乾燥機２４とフィルタ３０との間の連通を選択的に遮断する。任意選択の再生ライン３４、３６が、乾燥機２４と弁２６、３２との間でライン２２およびライン２８にそれぞれ接続するように示されている。弁２６、３２を閉じて乾燥機２４を隔離し、再生ライン３４、３６の弁を開け、さらに高温および／または乾燥したガスを再生ライン３４、３６および乾燥機２４内を循環させることによって、乾燥機２４内の乾燥剤を再生することができる。ライン３８は、一端でフィルタ３０に接続し、他端で圧縮機パッケージ４０に接続して、ガスをフィルタ３０から送って圧縮機パッケージ４０内で圧縮させる。ライン３８には、ライン３８内のガスの流れを制御するための圧力制御弁４２が示されている。
【００１６】
図１の圧縮機パッケージ４０の例は、多段往復動圧縮機４１を有して示されている。図１の例示的な実施形態では、往復動圧縮機４１は４つの段を備え、各段はシリンダ４３を含み、シリンダ４３は、その中で摺動するように配置され、往復運動するピストンを収め、ピストンは圧縮機駆動機４７によって動力を与えられるクランク軸４５によって駆動される。往復動圧縮機４１はさらにフライホール４６を備えることができる。中間冷却器または段間冷却器（図示せず）は、往復動圧縮機４１の連続的に配置された２つのシリンダ間に設けて、上流段によって下流段に向けて送られる圧縮ガスの温度を低下させ、密度を増大させることができる。往復動圧縮機４１は複動式圧縮機とすることができ、各シリンダ４３内に摺動するように収められた各ピストンに対するクロスヘッドおよびピストン棒を含む。各クロスヘッドは、タイロッドによってクランク軸４５に接続される。
【００１７】
出口ライン９４は、最終段の圧縮機シリンダに接続して、圧縮機パッケージ４０から圧縮ガスを吐出する輸送ラインを提供する。このようにして、一例では、圧縮機パッケージ４０は、ほぼ供給ライン１４の圧力でガスを受け入れ、約２１０ｂａｒを超える圧力、あるいは、約２５０ｂａｒを超える圧力までガスを圧縮する。任意選択的に、出口ライン９４の吐出圧力は約３００ｂａｒを超える、あるいは、約４００ｂａｒを超える圧力にすることができる。本明細書で説明する方法およびシステムで使用するための圧縮機は、４段圧縮機に限定するものではない。代替の実施形態では、ガスは、１段、２段、３段、５段、または５段より多くの段を有する圧縮機で圧縮される。また、さらなる実施形態では、１台より多い往復動圧縮機が提供されて、それぞれの往復動圧縮機をそれぞれの圧縮機駆動機４７によって駆動することができる。
【００１８】
さらに図１を参照すると、フィルタ２０、３０、乾燥機２４、および圧縮機パッケージ４０はコンテナ１２０内にあるように概略的に示されており、弁１８がコンテナ１２０のすぐ内側に配置されている。例えば、その内容を参照によって本明細書に引用される国際公開第２０１３／１３４３４４号から知られているように、コンテナの例としては、国際標準化機構（ＩＳＯ：ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）に対応して、より詳細には、ＩＳＯ規格６３４６に対応して製作されるコンテナが含まれる。標準化されたコンテナにＣＮＧシステム１０を収める利点は、ＣＮＧシステム１０をコンテナ１２０に設置した後、コンテナ１２０およびその中身は単一のモジュール型ユニットとして容易に輸送できることである。これは、ほとんどの貨物運送業者が、標準化された輸送コンテナを受け取って積むように装備された運搬装置（例えば、鉄道車両、トラクタトレーラリグ、貨物船）を使用するからである。さらに、ＩＳＯコンテナに容易に利用できる取付ポイントが設けられているので、これらを運送運搬装置の中または上に安全に固定することができる。
【００１９】
図１のＣＮＧシステム１０は、圧縮機パッケージ４０の下流の出口ライン９４の一部から分岐するライン１２２、１２４、１２６をさらに含む。ライン１２２、１２４、１２６はそれぞれ、圧縮ガス貯蔵タンク１２８、１３０、１３２の入口に接続する。３つの貯蔵タンク１２８、１３０、１３２が図示されているが、本明細書で開示するＣＮＧシステム１０はゼロ個、１つ、２つ、４つ、および４つより多い貯蔵タンクを有する実施形態が存在する。図１には概略的に示されているが、貯蔵タンク１２８、１３０、１３２は実質的に細長い円筒状の部材で、一例では、並行して配置され、例えば、コンテナ１２０の上面に載せられる。代替の配置では、タンク１２８、１３０、１３２は、コンテナ１２０の側面または下面に設けることができ、あるいは、コンテナ１２０から離して、例えば同一平面に設けることができる。弁１３４、１３６、１３８はそれぞれ、ライン１２２、１２４、１２６に設けられ、タンク１２８、１３０、１３２への流れを選択的に調整する。
【００２０】
ＣＮＧシステム１０で圧縮されたガスは、ディスペンサ１４０、１４２を介して圧縮ガスのエンドユーザに利用できる。ディスペンサ１４０、１４２のノズル１４４、１４６は、ＣＮＧシステム１０で圧縮されたガスの運搬装置（図示せず）または消費者によって購入された圧縮ガス用の他の貯蔵容器への流路となる。したがって、ディスペンサ１４０、１４２には、カードリーダまたは他の支払設備が備えられて、消費者がある程度の量の圧縮ガスをディスペンサ１４０、１４２で購入することができる。２つのディスペンサ１４０、１４２が示されているが、ＣＮＧシステム１０は、１つ、３つ、または３つより多いディスペンサを有することができる。
【００２１】
ライン９４、１４８、１５０、１５２は、ＣＮＧシステム１０とディスペンサ１４０、１４２との間の流路の例である。図１の例では、ライン１４８、１５０、１５２は、ライン１２２、１２４、１２６に接続し、弁１３４、１３６、１３８の下流にある入口端を有する。弁１５４、１５６、１５８はそれぞれ、ライン１４８、１５０、１５２に設けられ、弁１３４、１３６、１３８、１５９の選択的な開閉と組み合わせて、弁１５４、１５６、１５８を選択的に開閉して、圧縮ガスを貯蔵タンク１２８、１３０、１３２に、または直接ディスペンサ１４０、１４２に選択的に送る。任意選択的に、タンク１２８、１３０、１３２内に貯蔵されたガスは、弁１５４、１５６、１５８を閉じることによって、ライン１４８、１５０、１５２のうちの１つを通って選択的に送ることができる。一例では、圧縮ガスは、直接、圧縮機パッケージ４０から出口ライン９４を通ってディスペンサ１４０、１４２に流すことができる。この例では、出口ライン９４の弁１５９が開かれて、出口ライン９４を通る流れが可能となる。
【００２２】
前述のように、圧縮機パッケージ４０の圧縮機駆動機４７はスターリングエンジンを含む。スターリングエンジンは、任意の知られている構成のものとすることができる。いくつかの実施形態によれば、スターリングエンジン４７は、図２に示すようにα型であり、本明細書において下記でより詳細に説明する。他の実施形態では、図示されてはいないが、スターリングエンジン４７はβ型またはγ型スターリングエンジンとすることができる。
【００２３】
図２を参照すると、いわゆるα型のスターリングエンジン４７は、第１のシリンダ２５１を備え、第１のシリンダ２５１内を第１のピストン２５３が摺動移動可能である。第２のシリンダ２５５が、シリンダ２５１に対して、例えば９０°の向きでさらに設けられる。第２のピストン２５７は、第２のシリンダ２５５内を摺動可能に配置される。
【００２４】
第１の連接棒２５９は、出力部２６３の一部を形成するクランクピン２６１に第１のピストン２５３を接続する。第２の連接棒２６５は、第２のピストン２５７を同じ出力部２６３に接続する。フライホイール２６７を出力軸２６３に取り付けることができる。
【００２５】
スターリングエンジン４７は、バーナ４８から熱を受け取る加熱器２６９を有する高温端を備えることができる。加熱器は第１のシリンダ２５１の内部と流体連通している。加熱器２６９は、再生器２７３、冷却器２７５、および第２のシリンダ２５５の内部と流路によって接続される。冷却器２７５は、冷熱源またはヒートシンクと熱的に接触することができ、スターリングエンジン４７の低温端を形成する。ヒートシンクは周囲の空気とすることができる。いくつかの実施形態では、冷却回路、例えば水冷却回路を有する冷却器をヒートシンクとして使用することができる。図２では、冷却回路は、入口および出口マニホールド２７７および２７９によって概略的に表されている。
【００２６】
スターリングエンジンの動作は当業者には知られており、本明細書では詳細には説明しない。大まかに言えば、シリンダ−ピストンシステム２５１、２５３、シリンダ−ピストンシステム２５５−２５７、加熱器２６９、再生器２７３、冷却器２７５、および関連する配管の内部容積によって形成される閉鎖システム内に含まれる作動ガスは、周期的な圧縮、加熱、膨張、および冷却を含む熱サイクルを受ける。スターリングエンジン４７の作動ガスによって行われる熱力学的サイクルは、熱源２７１によってスターリングエンジンの高温端に供給される熱エネルギの一部を出力軸２６３で利用できる有用な機械的動力に変換する。
【００２７】
図２に示すα型スターリングエンジンは、スターリングエンジンのいくつかの可能な構成のうちの単なる１つの構成である。他の有用なスターリングエンジン装置には、β型およびγ型のスターリングエンジンがあるが、これらは本明細書では説明しないが、当業者には知られている。
【００２８】
本明細書で開示するシステムの様々な実施形態は、本明細書の下記で説明するように、熱エネルギ源または熱源２７１から利用できる熱エネルギを、往復動圧縮機１を駆動するため、かつ／または発電するために使用される機械的動力に変換するのに適する、図２に概略的に示されるα型スターリングエンジン４７、またはその他の任意の適切なスターリングエンジン構成を利用することができる。
【００２９】
スターリングエンジン４７の出力軸は、往復動圧縮機４１のクランク軸４５に直接接続することができる。
【００３０】
スターリングエンジン４７の高温端は、供給ライン１４からの天然ガスが燃やされるバーナ４８から熱を受け取る。バーナ４８に送られるガスは、フィルタおよび乾燥器装置２０、２４、３０の上流で取り入れることができる。しかしながら、好ましい実施形態では、ガスは濾過および乾燥した後、ライン３８から取り入れられる。ガス分岐ライン５０はライン３８をバーナ４８に接続する。弁５２は分岐ライン５０に沿って設けて、バーナへの燃料供給を遮断することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、フリーピストンスターリングエンジンの作動ピストンが圧縮機の圧縮ピストンに直接作用し、したがってクランク軸をなくすように、圧縮機パッケージを設計することができる。ＣＮＧシステム１０の往復動圧縮機を駆動するために、この種のフリーピストンスターリングエンジンを使った実施形態を図３に示す。スターリングエンジンは同じく４７の符号が付けられ、往復動圧縮機は同じく４１の符号が付けられている。スターリングエンジン４７は、内部にディスプレーサ３０２およびパワーピストン３０３が摺動可能に配置されたシリンダ３０１を備えることができる。シリンダ３０１の内部は、エンジンの高温端にある膨張チャンバ３０１Ｅとエンジンの低温端にある圧縮チャンバ３０１Ｃとに分割される。加熱器３０５および冷却器３０７が、圧縮チャンバと膨張チャンバ３０１Ｅとを接続する流路に沿って設けられる。再生器３０８は、加熱器３０５と冷却器３０７との間に配置される。弾力を有する容積または一組のばねなどの別の弾性システムが、パワーピストン３０３を付勢するように設けられる。ここまで説明したフリーピストンスターリングエンジンの動作は知られており、本明細書では説明しない。
【００３２】
パワーピストン３０３は、ピストン棒３１３で、往復動圧縮機４１のシリンダ３１７内に摺動可能に収められた往復動ピストン３１５に直接接続することができる。いくつかの実施形態では、往復動圧縮機４１は複動式圧縮機とすることができる。シリンダ３１７の内部は、ピストン３１５によって第１のチャンバ３１７Ａと第２のチャンバ３１７Ｂとに分割することができる。各チャンバ３１７Ａ、３１７Ｂには、少なくとも１つの自動吸入弁３１８Ａ、３１８Ｂ、および１つの自動吐出弁３１９Ａ、３１９Ｂを設けることができる。吸入弁３１８Ａ、３１８Ｂは、２つのチャンバ３１７Ａ、３１７Ｂを吸入ダクト３２１と選択的に接続し、低圧ガスを吸入ダクトから吸い込む。吸入ダクト３２１は、例えば、ガス供給ライン３８に接続することができる。吐出弁３１９Ａ、３１９Ｂは、２つのチャンバ３１７Ａ、３１７Ｂを吐出ダクトと選択的に接続し、吐出ダクトは、１つまたは複数のディスペンサ１４０、１４２、および／または１つまたは複数の貯蔵タンク１２８、１３０、１３２と直接的に、または間接的に流体連通することができる。
【００３３】
ガス供給ライン３８はまた、スターリングエンジン４７の高温端に熱を与えるバーナ４８にガスを供給する。
【００３４】
フリーピストンスターリングエンジンによって、エンジンのパワーピストン３０３と往復動圧縮機４１の往復動ピストン３１５との間が直接連接され、したがって、システムの構造がさらに簡単になる。
【００３５】
圧縮機パッケージ４０、ならびにオプションのフィルタおよび乾燥機装置２０、２４、３０は、例えばＩＳＯコンテナなどの運送用、または輸送用コンテナ内に配置することができる。貯蔵タンク１２８、１３０、１３２は、コンテナ内またはコンテナ上に取り付ける、あるいはそれから離して設置することができる。このように、輸送可能なモジュール型の圧縮機システムを得ることができ、これは、炭化水素ガスの供給部がある場所に容易に輸送することができ、ガス供給部に迅速に接続することができる。システムによって圧縮されるガスと同じガスがまた燃料として使用されてスターリングエンジンを作動させる。配電網は不要となる。
【００３６】
いくつかの実施形態によれば、スターリングエンジンはまた、発電機１６０を駆動するために設けられて、局所的な電力網Ｇで使用できる電力を発生することができる。発電機１６０によって発生する電力は、システム１０の補助電源に、および／または外部のさらなるユーザに使用することができる。
【００３７】
内燃エンジンではなく、スターリングエンジンなどの外燃エンジンを使用することによって、圧縮機パッケージはより信頼性が高くなり、事実上メンテナンスが不要になる。内燃エンジンに対するスターリングエンジンの様々な利点のうち、以下のことが注目に値する、すなわち、（スターリングエンジンの構成によるが）潤滑油の必要性が限定される、または必要がなくなり、これによって、潤滑回路への充填、定期的なオイルおよびオイルフィルタの交換の必要が減り、または除かれること、点火プラグ、エアフィルタ、タイミングチェーン、およびタイミングシステムの他の構成部品の必要がないこと、燃料噴射システムの必要がないこと、ならびに、これらの結果、管理コストおよびメンテナンスコストが低減されることである。これによって、本システムは、例えば、予備品の供給者が届けることが困難な場所で使用するのに特に適している。
【００３８】
さらに、スターリングエンジンの回転数を往復動圧縮機の回転数と実質的に同じにすると、変速装置をなくすことができ、これによってシステムの全体効率およびその信頼性が向上するように、スターリングエンジンをＣＮＧ往復動圧縮機と組み合わせると特に有利となる。
【００３９】
内燃エンジンと比較してスターリングエンジンは振動および騒音が低く、これを使用することがさらにより魅力的になる。
【００４０】
本明細書で説明された主題の開示された実施形態は、図面に示され、かつ、いくつかの例示的な実施形態に関連して、具体的にかつ詳細に上記で完全に説明されてきたが、本明細書で述べられている新規の教示、原理、および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に記載される主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更、および省略が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、開示された新規性の適正な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を包含するように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。様々な実施形態の異なる特徴、構造、および手段は、様々に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  圧縮天然ガス（ＣＮＧ）システム
１２  入口ライン
１４  供給ライン
１４Ａ  天然ガスパイプライン
１６  遮断弁
１８  弁
２０  フィルタ
２２  ライン
２４  乾燥機
２６  弁
２８  ライン
３０  フィルタ
３２  弁
３４  再生ライン
３６  再生ライン
３８  ライン
４０  圧縮機パッケージ
４１  往復動圧縮機
４２  圧力制御弁
４３  シリンダ
４５  クランク軸
４６  フライホール
４７  圧縮機駆動機、スターリングエンジン
４８  バーナ
５０  分岐ライン
５２  弁
９４  出口ライン
１２０  コンテナ
１２２  ライン
１２４  ライン
１２６  ライン
１２８  圧縮ガス貯蔵タンク
１３０  圧縮ガス貯蔵タンク
１３２  圧縮ガス貯蔵タンク
１３４  弁
１３６  弁
１３８  弁
１４０  ディスペンサ
１４２  ディスペンサ
１４４  ノズル
１４６  ノズル
１４８  ライン
１５０  ライン
１５２  ライン
１５４  弁
１５６  弁
１５８  弁
１５９  弁
１６０  発電機
２５１  シリンダ
２５３  ピストン
２５５  シリンダ
２５９  連接棒
２６１  クランクピン
２６３  出力軸
２６５  連接棒
２６７  フライホイール
２６９  加熱器
２７１  熱源
２７３  再生器
２７５  冷却器
２７７  入口マニホールド
２７９  出口マニホールド
３０１  シリンダ
３０１Ｃ  圧縮チャンバ
３０１Ｅ  膨張チャンバ
３０２  ディスプレーサ
３０３  パワーピストン
３０５  加熱器
３０７  冷却器
３０８  再生器
３１３  ピストン棒
３１５  ピストン
３１７  シリンダ
３１７Ａ  チャンバ
３１７Ｂ  チャンバ
３１８Ａ  吸入弁
３１９Ａ  吐出弁
３１９Ｂ  吐出弁
３１８Ｂ  吸入弁
３２１  吸入ダクト
Ｇ  電力網
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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