CN116802406A - 移送用压缩机及使用有该移送用压缩机的高压气体站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压缩机和具备该压缩机的高压气体站，在该压缩机中设置有将活塞式压缩机的气缸内区分成压缩腔室和进气腔室的活塞，在其支承壁上设置有止回阀，即使进气压力大幅降低，也能够将排气压力压缩成高压。

Description

移送用压缩机及使用有该移送用压缩机的高压气体站
技术领域
本发明涉及高压气体移送用的压缩机及使用有该压缩机的高压气体站，该压缩机的入口压力的变动幅度大且出口压力为超高压。
背景技术
专利第6160876号“蜂窝芯子与面板表面平行地配置的蜂窝结构体、及其制造方法”中公开有基于蜂窝结构的高压气体罐的制造方法。而且，专利第6160876号中也示出了超高压气体站的概念。输送用及保管用的高压气体罐在高压气体站的经营/管理中是不可或缺的。专利第6160876号中提示了一种蜂窝结构的气体罐作为输送用及保管用的高压气体罐。蜂窝结构的气体罐的评价通过水压试验进行举证。进而，在高压气体站中不可或缺的是将高压的气体从输送用气体罐移送至保管用气体罐的压缩机。另外，专利第6160876号中也提示了一种高压压缩机，但并未示出高压压缩机的机械结构。
即使将填充有高压气体的罐和未填充气体的空罐这两种气体罐简单地连接，也不能将高压气体中的全部气体移送到空罐。其原因在于，如果高压的气体罐和被移送的气体罐的内部压力相等，则高压气体的移送停止。为了将高压缩的气体从高压的气体罐移送至移送目的的气体罐，需要使用移送用压缩机。
在现有技术中，高压压缩机使用多级活塞方式的压缩机。多级活塞方式是指两组活塞的组合。第一级活塞和第二级活塞串联连接。第一级活塞的压缩比约为“20：1”。第二级活塞的压缩比约为“2：1”。作为结果，多级活塞能够得到合计约“40：1”的压缩比。不能扩大第二级活塞的压缩比的原因如下。
(1)例如，假设利用多级压缩机由0.1MPa气体制作4.0MPa的高压气体。被压缩的高压气体存储于高压气体罐中。假定第一级压缩机的气缸容积为1000cc，将压缩比设为20：1。
(2)被最初的(第一级)压缩机压缩的气体进入第二级压缩机的气缸。在该情况下，从第一级压缩机排出。被压缩的气体的容量与压力为50cc与2.0MPa。在将第二级压缩机的气缸容积设为100cc时，第二个气缸内部的压力为1.0MPa。因此，并不意味着第二级压缩机的容积超过了50cc。
(3)在第二级压缩机的压缩比为2：1时，由第二级压缩机制作的压缩气体的容量与压力为25cc与4.0MPa。这种通过小的压缩机扩大压缩比并不现实。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)专利第6160876号
发明内容
发明所要解决的问题
本发明所要解决的问题在于，开发一种使专利第6160876号的不完善的高压气体站完成的新技术。难以用只言片语说明该问题。因而使用说明图进行说明。图12是专利第6160876号中假设的高压气体站的概念图。
高压气体站中设置有移动用的输送用罐20、与该罐20可进行拆装的连接阀21、末端具有连接阀21的移送管线22、设置于移送管线22的中途的三通阀23、通过该三通阀23进行切换的旁通管线24、以及经由移送用压缩机36的保管气体高压管线26。保管气体高压管线26与保管罐27连接，加压管线29经由加压用压缩机37与保管罐27的出口连接，加压管线29连接供油用罐30，进而，在供油用罐30的出口经由供油用高压管线31设置有供油阀32。由此，能够进行向燃气汽车33的供油。需要说明的是，设置有行政大楼34及地基35。
图12中的高压气体站的概念如下。
(1)假定输送用罐20的初始压力为60MPa。假定保管罐27的压力为60MPa。假定供油用罐30的压力为80MPa。假定移送用压缩机36的压缩比为20：1。假定加压用压缩机37的压缩比为20：1。
(2)在图12的高压气体站中，从输送用罐20向保管罐27移送60MPa的高压气体有两种方法。填充于输送用罐20中的60MPa的高压气体是从气体的供给基地输送的。
(a)一种是从输送用罐20、连接阀21、移送管线22、三通阀23、旁通管线24及保管气体高压管线26向保管罐27直送的管线。
(b)另一种是从输送用罐20、连接阀21、移送管线22、三通阀23、移送用压缩机36及保管气体高压管线26向保管罐27的管线。
(3)移送用压缩机36将由输送用罐20输送来的高压气体加压并移送到保管罐27。保管罐27的压力为60MPa。
(4)移送管线22、三通阀23、旁通管线24、移送用压缩机36、保管气体高压管线26及保管罐27设置于地下。
(5)保管罐27中存储的60MPa的高压气体通过加压管线29并被加压用压缩机37加压并移送到80MPa的供油用罐30。
(6)加压用压缩机37、加压管线29及供油用罐30设置于地下。
(7)供油用罐30中容纳的80MPa的高压气体穿过供油用高压管线31通过供油阀32向燃气汽车33供给。
输送用罐20是从气体供给基地到气体站的输送用气体罐。输送用罐20由专利第6160876号中假设的蜂窝结构高压罐制作。假定输送用罐20的初始压力为60MPa。
连接阀21是向移送管线22开闭的开闭阀。移送管线22与三通阀23连接。三通阀23是向旁通管线24和移送用压缩机36切换的切换阀。旁通管线24和移送用压缩机36与保管气体高压管线26连接。从三通阀23出来的旁通管线24连接于保管气体高压管线26的中途。
在三通阀23向旁通管线24打开时，输送用罐20的气体直接向保管气体高压管线26流通。移送用压缩机36与保管气体高压管线26连接。保管气体高压管线26与保管罐27连接。移送用压缩机36向保管罐27移送输送用罐20的高压气体。
保管罐27是保管通过输送用罐20从气体供给基地输送的高压气体的气体罐。该保管罐27与输送用罐20同样地由专利第6160876号中假设的蜂窝结构高压罐制作。加压用压缩机37通过高压的管线与保管罐27连接。加压用压缩机37将保管罐27的高压气体加压到80MPa。被加压到80MPa的高压气体通过加压管线29被送到供油用罐30中。加压管线29是耐80Mpa或其以上高压的高压管线。
供油用罐30是假定为80MPa的超高压的气体罐。供油用罐30容纳用于向燃气汽车33供给的高压气体。该供油用罐30由专利第6160876号中假设的蜂窝结构高压罐制作。供油用高压管线31与供油用罐30连接。供油用高压管线31是向供油阀32移送容纳于供油用罐30中的高压气体的超高压气体的管线。供油阀32是向燃气汽车33供给高压气体的调压阀。燃气汽车33是拥有天然气或氢气等的车载用气体罐的交通工具。假定燃气汽车33的气体罐为60MPa。行政大楼34与地基35是气体站的行政大楼与地基。
图12所示的高压气体站的系统看起来能很好地发挥作用。但在现有技术中不能充分实现其功能。其原因如下。
(1)为了向燃气汽车33的车载气体罐供给60MPa的高压气体，理想的是，供油用罐30的内部压力维持80MPa。
(2)供油用罐30的超高压气体通过加压用压缩机37从保管罐27进行供给。假定加压用压缩机37是现有技术中的压缩比20：1的活塞式压缩机。
(3)在保管罐27的内部的压力为60MPa时，加压用压缩机37能够容易地由60MPa的高压气体制作80MPa的超高压气体，因此，容易进行80MPa的气体向供油用罐30的供给。
(4)例如，60MPa且1000cc的高压气体成为80MPa且750cc的超高压气体。压缩比为1.33：1.0。加压用压缩机37的压缩比大于该值。
(5)但是，在从保管罐27向供油用罐30继续供给高压的气体时，保管罐27的内部压力逐渐减小。如果保管罐27的压力为4.0Mpa或其以下，则加压用压缩机37不能向供油用罐30供给80MPa的超高压气体。即，保管罐27中残留的4.0MPa以下的高压气体完全成为积压。4.0MPa约为40个大气压。
(6)如果压缩机中使用压缩比40：1的多级活塞，则在保管罐27的压力减小到2.0MPa之前能够使用。但是，多级活塞是第一级活塞和第二级活塞的组合。在保管罐27的压力为4.0MPa以上时，多级活塞的第二级活塞成为无用的障碍物。
另外，输送用罐20和保管罐27的关系也同样。为了使计算简单，假定输送用罐20的内部压力为60MPa，假定保管罐27的内部压力为零。而且，假定输送用罐20的容积为3000升，假定保管罐27的容积同样为3000升。简单而言，假设从输送罐向空的地下罐移送3000升且60MPa的高压气体的情况。在利用现有技术进行该移送的情况下，如下。
(1)输送用罐20从气体的供给基地被搬运至气体站。
(2)输送用罐20通过连接阀21与移送管线22、三通阀23、旁通管线24、移送用压缩机36、保管气体高压管线26及保管罐27连接。
(3)在连接阀21打开时，60MPa的高压气体通过移送管线22向三通阀23移动。
(4)在三通阀23向旁通管线24打开时，60MPa的高压气体通过旁通管线24和保管气体高压管线26流入保管罐27。
(5)因为输送用罐20和保管罐27的容积相同，所以输送用罐20的高压气体在保管罐27的内部压力为30MPa时停止流通。
(6)输送用罐20中残留的30MPa的高压气体作为积压残留在输送用罐20中。保管罐27的内部的压力停在30MPa，不会到达60MPa。即，不能仅通过打开旁通阀而向地下罐输送输送罐的高压气体。
接着，现有技术的活塞式压缩机挑战该技术问题。即使入口压力大幅变动，活塞式压缩机也是有效的。
(1)假定移送用压缩机36为压缩比20：1的现有技术的活塞式压缩机。
(2)移送用压缩机36能够容易地由30MPa的高压气体制作60MPa的高压气体，因此，在输送用罐20的内部压力为30MPa时，向保管罐27移送30MPa的高压气体是容易的。30MPa且1000cc的高压气体成为60MPa且500cc的高压气体。压缩比为2：1。移送用压缩机36的压缩比大于该值。
(3)但是，在从输送用罐20向保管罐27继续供给高压气体时，输送用罐20的内部压力逐渐减小。如果输送用罐20的压力为3.0Mpa或其以下，则移送用压缩机36不能向保管罐27供给60MPa的高压气体。
(4)即，输送用罐20中残留的3.0MPa以下的高压的气体完全成为积压。3.0MPa约为30个大气压。
(5)如果压缩机中使用压缩比40：1的多级活塞，则在输送用罐20的压力减小到1.50MPa之前能够使用。但是，多级活塞为两个活塞的组合。在输送用罐20的压力为3.0MPa以上时，多级活塞的第二级活塞成为无用的障碍物。
用于解决问题的技术方案
在此说明的技术方案是用于移送高压气体的新发明的压缩机，利用该压缩机实现高压汽油加油站的功能。新发明的压缩机是利用一个活塞实现多级活塞的功能的压缩机。
现有技术的活塞式压缩机对于实现通过“发明所要解决的问题”说明的高压气体站而言并不充分。需要一种新形式的压缩机。但是，现有技术的活塞式并非完全无用。其在入口压力的变动幅度大且出口压力为高压的方面非常有效。如果本发明的压缩机能够不使用第二级活塞而得到多级活塞的功能，则能够解决上述问题。即，如果能够发明一种通过一个活塞具有多级活塞方式的功能的压缩机，则能够实现图12所示的高压气体站。
为了通过一个活塞得到多级压缩机的功能，需要两个加压室。虽看起来不可能，但其并非不能实现。实际上，二冲程发动机(二工序期间)在发动机活塞的后面具有加压室。在活塞&气缸的情况下，称为双动式气缸。
但是，在高压的压缩机中应用二冲程发动机的机制很危险。本发明为了使活塞移动而使用线性致动器(线性致动器)或线性马达。与曲柄&活塞相比，线性致动器的快速加压差。但是，因为高压气体站进行的供油是通过气体站的高压气体和燃气汽车的车载罐间的压力差而进行的，所以移送用压缩机无需快速加压高压气体。因此，图1中的压缩机所要求的能力并非速效而是连续功率。线性致动器或线性马达的驱动装置的简便性优异。驱动装置的简便性便于提高结构的强度。
本发明的原理与二冲程发动机相同。即，通过活塞的一次循环同时进行进气和压缩。
具体而言，本发明提供一种压缩机，其特征在于，具有将气缸内区分成压缩腔室和进气腔室的活塞，在活塞上设置有仅能够从进气腔室向压缩腔室方向开阀的止回阀，在所述压缩腔室的出口设置有仅能够向出口方向开阀的止回阀，在所述进气腔室的入口设置有仅能够向腔室内开阀的止回阀，在所述活塞连接使两腔室内容积可变的致动器。
在该结构中，其特征在于，在所述活塞的一次循环内同时进行进气和压缩，通过连续进行多次进气，能够将所述压缩腔室的压缩率提高多倍。另外，在该压缩机中，其特征在于，即使向所述进气腔室进行供给的供给罐的气体压力降低，也能够连续地向输出罐填充高压的气体。
本发明的高压气体站是具备所述结构的压缩机的高压气体站。另外，在该情况下，即使输送用罐的气体压力降低，也能够连续地向保管罐移送高压的气体。而且，其特征在于，即使所述保管罐的气体压力降低，也能够连续地向供油罐移送高压的气体，该供油罐对燃气汽车进行供给。其特征在于，在连结一对高压罐的路径上配置压缩机，该压缩机具有将气缸内区分成压缩腔室和进气腔室的活塞，在活塞上设置有仅能够从进气腔室向压缩腔室方向开阀的止回阀，在所述压缩腔室的出口设置有仅能够向出口方向开阀的止回阀，在所述进气腔室的入口设置有仅能够向腔室内开阀的止回阀，在所述活塞连接使两腔室内容积为可变的致动器，该压缩机的所述入口连接一高压罐，所述出口连接另一高压罐。
附图说明
图1是表示压缩机的概念结构的剖视图。
图2表示同压缩机的进气－1的流程图。
图3表示同压缩机的进气－2的流程图。
图4表示同压缩机的移送－1的流程图。
图5表示同压缩机的移送－2的流程图。
图6表示同压缩机的压缩－1的流程图。
图7表示同压缩机的压缩－2的流程图。
图8表示同压缩机的移送－3的流程图。
图9表示同压缩机的移送－4的流程图。
图10表示同压缩机的压缩－3的流程图。
图11表示本发明的高压气体站的概念图。
图12表示以往的高压气体站的概念图。
具体实施方式
与以上说明的附图相关联地对本发明的具体化进行如下说明。以下，参照附图对发明的移送用压缩机及使用有该移送用压缩机的超高压气体站的具体实施例进行说明。该压缩机仅通过一个活塞实现多级活塞的功能。
图1表示多功能压缩机1的概念图。多功能压缩机1由气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13及输出罐14构成。
气缸2是单活塞形式压缩机的气缸。气缸2能够封入高压气体。活塞3是单活塞形式压缩机的活塞。活塞3能够对高压的气体进行加压。活塞杆4是使活塞3运转的活塞杆。活塞杆4仅进行直线运动。线性致动器5是使活塞杆4仅沿直线方向运转的工作装置。线性致动器5是通过电驱动滚珠丝杠或线性马达进行移动的装置。
供给罐13是输送用的高压气体罐。假定供给罐13的初始压力为60MPa。输出罐14是用于向燃气汽车供给的高压气体罐。假定输出罐14的内部压力保持80MPa。图1中并未示出燃气汽车。假定多功能压缩机1的压缩比为20：1。
入口管6是将供给罐13和多功能压缩机1连结的高压的管。出口管7是将多功能压缩机1和输出罐14连结的高压的管线。入口阀8是止回阀。入口阀8被置于多功能压缩机1的入口(入口)。因为入口阀8是单向止回阀，所以供给罐13的高压的气体沿一方向从供给罐13流到多功能压缩机1。出口阀14是止回阀。出口阀14被置于多功能压缩机1的出口(出口)。因为出口阀9是单向止回阀，所以多功能压缩机1的压缩气体沿一方向从多功能压缩机1流到输出罐14。
多功能压缩机1的气缸2被活塞3分成两个腔室。一个是进气腔室11，另一个是压缩腔室12。进气腔室11和压缩腔室12通过中间阀10连接。中间阀10是单向止回阀。中间阀10被置于活塞3的支承壁上。理想的是，中间阀10有多个。因为中间阀10是单向止回阀，所以进气腔室11中的被压缩的气体仅沿一方向从进气腔室11流到压缩腔室12。
本发明的原理与二冲程发动机相同。即，通过活塞的一次循环同时进气和压缩。但是，在同时说明进气的过程和压缩的过程时，其过于复杂。本段说明进气过程。进气过程如下。
图2表示进气－1的流程图。进气－1的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、吸入气体15及活塞动作16构成。
吸入气体15是从供给罐13供给的气体。假定供给罐13的初始压力为60MPa。活塞动作16是活塞3和活塞杆4的动向。活塞动作16的方向由箭头的方向表示。
图2所示的进气－1的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头的方向移动。
(a)进气腔室11的容积变大。
(b)压缩腔室12的容积变小。
(2)如果进气腔室11的容积变大，则以下事件在入口阀8、进气腔室11及供给罐13中发生。
(a)进气腔室11的内部压力变得小于供给罐13的内部压力。
(b)入口阀8打开。
(c)进气腔室11被从供给罐13穿过入口管6流入进气腔室11的气体填满。
(3)如果压缩腔室12的容积变小，则以下事件在中间阀10、进气腔室11及压缩腔室12中发生。
(a)压缩腔室12的内部压力变得大于进气腔室11的内部压力。
(b)中间阀10关闭。
(c)压缩腔室12中的气体被活塞3压缩。
(d)压缩腔室12的内部压力变得更大。
图3表示进气－2的流程图。进气－2的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、吸入气体15及活塞动作16构成。
吸入气体15是从供给罐13供给的气体。供给罐13的内部压力伴随吸入气体15的量增加而逐渐减小。活塞动作16是活塞3和活塞杆4的动向。活塞动作16的方向以箭头的方向表示，图3中的活塞动作16停在线性致动器5的左端。
图3所示的进气－2的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头的方向移动，并停在线性致动器5的左端。
(a)压缩腔室12的容积变成最小。
(b)进气腔室11的容积变成最大。
(2)如果压缩腔室12的容积变成最小，则以下事件在中间阀10、进气腔室11及压缩腔室12中发生。
(a)压缩腔室12的内部的压力变得大于进气腔室11的内部的压力。
(b)中间阀10保持关闭的状态。
(c)压缩腔室12中的气体被活塞3最大限度地压缩。
(d)压缩腔室12的内部压力变成最大。
(3)如果进气腔室11的容积变成最大，则以下事件在入口阀8、进气腔室11及供给罐13中发生。
(a)入口阀8打开。
(b)如果进气腔室11被从供给罐13穿过入口阀8流入进气腔室11的气体最大限度地填满，则进气腔室11的内部压力变得与供给罐13的内部压力相同，入口阀8关闭。
(4)吸入气体15是从供给罐13提取的气体。供给罐13的内部的压力伴随吸入气体15的量增加而逐渐减小。
图4表示移送－1的流程图。移送－1的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、吸入气体15、移送气体17及活塞动作16构成。
吸入气体15是在图3所示的上一过程中残留在进气腔室11中的气体。移送气体17是通过活塞3和中间阀10的动作而从进气腔室11向压缩腔室12移送的气体。
图4所示的移送－1的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头的方向移动。
(a)进气腔室11的容积变小。
(b)压缩腔室12的容积变大。
(2)如果进气腔室11的容积变小，则以下事件在入口阀8、进气腔室12及供给罐13中发生。
(a)填满进气腔室11的气体被活塞3压缩。
(b)进气腔室11的内部压力变得大于供给罐13的内部压力。
(c)入口阀8关闭。
(3)如果压缩腔室12的容积变大且进气腔室11的容积变小，则以下事件在中间阀10、进气腔室11及压缩腔室12中发生。
(a)压缩腔室12的内部压力变得小于进气腔室11的内部压力。
(b)中间阀10打开。
(c)进气腔室11的吸入气体15穿过中间阀10流入压缩腔室12，成为移送气体17。
(4)如果压缩腔室12的容积变大，则以下事件在出口阀9、压缩腔室12及输出罐14中发生。
(a)压缩腔室12的内部压力变得小于输出罐14的内部压力。
(b)出口阀9关闭。
图5表示移送－2的流程图。移送－2的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、移送气体17及活塞动作16构成。
移送气体17是从进气腔室11向压缩腔室12移送的气体。
图5所示的移送－2的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头的方向移动，并停在线性致动器5的右端。
(a)压缩腔室12的容积变成最大。
(b)进气腔室11的容积变成最小。
(2)如果压缩腔室12的容积变成最大，则以下事件在中间阀10、进气腔室11及压缩腔室12中发生。
(a)在活塞3和活塞杆4停在线性致动器5的右端之前，中间阀10打开。
(b)在活塞3和活塞杆4停在线性致动器5的右端之前，移送气体17从进气腔室11向压缩腔室12移动。
(3)如果进气腔室11的容积变成最小，则以下事件在中间阀10、进气腔室11及压缩腔室12中发生。
(a)进气腔室11的容积变成最小。
(b)因为进气腔室11和压缩腔室12的内部压力相同，所以中间阀10关闭。
(4)从进气腔室11移送的移送气体17是图3中从供给罐13提取的气体。
本发明的原理与二冲程发动机相同。即，在活塞的一次循环内同时进行进气和压缩。但是，本发明的目的在于仅通过一个活塞得到多级活塞的功能。本段说明压缩的过程。压缩的过程存在以下两个实例。
(1)实例(1)是压缩腔室的内部压力变得大于输出罐的内部压力的情况。
(2)实例(2)是压缩腔室的内部压力不如输出罐的内部压力大的情况。
首先，对实例(1)进行说明。图6表示压缩－1的流程图。
压缩－1的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、压缩气体18、活塞动作16及吸入气体15构成。
压缩气体18是从进气腔室11向压缩腔室12移送并残留在压缩腔室12中的气体。因为压缩腔室12的内部压力变得大于进气腔室11的内部压力，所以中间阀10关闭。压缩气体18被活塞3逐渐压缩。吸入气体15是从供给罐13提取的气体。供给罐13的内部压力伴随吸入气体15的量增加而逐渐减小。
图6所示的压缩－1的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动。
(a)压缩腔室12的容积变小。
(b)进气腔室11的容积变大。
(2)如果压缩腔室12的容积变小且进气腔室11的容积变大，则以下事件在中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、压缩气体18及输出罐14中发生。
(a)压缩腔室12的内部压力变得大于进气腔室11的内部的压力。
(b)中间阀10关闭。
(c)压缩腔室12中的气体被活塞3压缩。
(d)压缩腔室12的内部压力逐渐变大。
(e)在压缩腔室12的内部压力小于输出罐14的内部压力时，出口阀9未打开。
(f)如果压缩腔室12的内部压力变得大于输出罐14的内部压力，则出口阀9逐渐打开，压缩气体18向输出罐14排出。
(3)如果进气腔室11的容积变大，则以下事件在入口阀8、进气腔室11、吸入气体15及供给罐13中发生。
(a)进气腔室11的内部压力变得小于供给罐13的内部压力。
(b)入口阀8打开。
(c)进气腔室11被从供给罐13穿过入口阀8流入进气腔室11的吸入气体15填满。
(d)供给罐13的压力逐渐减小。
在实例(1)的情况下，通过多功能压缩机反复进行进气－1、进气－2、移送－1、移送－2及压缩－1，能够将吸入气体从供给罐移送至输出罐。即，新发明的多功能压缩机能够在中途没有障碍物的情况下将吸入气体从供给罐移送至输出罐，直至压缩腔室的内部压力变得小于输出罐的内部压力。
接着，对实例(2)进行说明。图7表示压缩－2的流程图。压缩－2的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、压缩气体18、活塞动作16及吸入气体15构成。
压缩气体18是从进气腔室11向压缩腔室12移送并残留在压缩腔室12中的气体。因为压缩腔室12的内部压力大于进气腔室11的内部压力，所以中间阀10关闭。在活塞动作16停在线性致动器5的左端时，压缩气体18被活塞3最大限度地压缩。
实例(2)比实例(1)复杂。为了容易理解，通过使用具体的数值进行说明。首先，假定多功能压缩机的压缩比为20：1，假定输出罐的内部压力为80MPa，而且假定供给罐的内部压力为4.0MPa。图7所示的压缩－2的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动，并停在线性致动器5的左端。
(a)压缩腔室12的容积变成最小。
(b)进气腔室11的容积变成最大。
(2)如果压缩腔室12的容积变成最小且进气腔室11的容积变成最大，则以下事件在中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、出口阀9及输出罐14中发生。
(a)压缩腔室12的内部压力大于进气腔室11的内部压力。
(b)中间阀10保持关闭的状态。
(c)压缩腔室12的压缩气体18被活塞3最大限度地压缩。
(d)假定多功能压缩机1的压缩比为20：1。
(e)压缩气体18大致为80MPa。但不如80MPa的输出罐14的压力大。
(f)出口阀9未打开。
(3)如果进气腔室11的容积变成最大，则以下事件在入口阀8、进气腔室11及供给罐13中发生。
(a)如果进气腔室11的容积变大，则进气腔室11的内部压力降低而入口阀8打开。
(b)进气腔室11被来自供给罐13的吸入气体15最大限度地填满。
(c)因为进气腔室11的内部压力与供给罐13大致相同，所以进气腔室11内部的吸入气体15压力大致为4.0MPa。
(d)吸入气体15是从供给罐13提取的气体。供给罐13的内部压力伴随吸入气体15的量增加而逐渐减小。
(4)作为结果，压缩气体18被压缩腔室12中残留的吸入气体15填满，而且，进气腔室11的内部被吸入气体15填满。
(a)压缩气体18大致为80MPa，但其压力并不足以向输出罐14排出。
(b)吸入气体15大致为4.0MPa。
接着，对实例(2)进行说明。图8表示移送－3的流程图。移送－3的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、压缩气体18、活塞动作16及吸入气体15构成。
压缩气体18是残留在压缩腔室12的内部的气体。压缩气体18的初始压力为80MPa，但伴随压缩腔室12扩展而减小至4.0MPa左右。吸入气体15是残留在进气腔室11的内部的气体。吸入气体15的初始压力为4.0MPa，但伴随进气腔室11收缩而增大至80MPa左右。活塞动作16是活塞3和活塞杆4的动向。在活塞动作16向右方向移动时，压缩腔室12变大，而且，进气腔室11变小。
图8所示的移送－3的过程如下。图8表示吸入气体15的压力变得大于压缩气体18的压力的瞬间。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动。
(a)压缩腔室12的容积变大。
(b)进气腔室11的容积变小。
(2)如果压缩腔室12的容积变得大于进气腔室11的容量，则以下事件在中间阀10、进气腔室11及压缩腔室12中发生。
(a)压缩腔室12的内部压力变得小于进气腔室11的内部压力。
(b)中间阀10打开。
(c)进气腔室11的吸入气体15流入压缩腔室12，与压缩气体18混合。
进一步对实例(2)进行说明。图9表示移送－4的流程图。移送－4的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、混合气体19、吸入气体15及活塞动作16构成。
图9表示活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动并停在线性致动器5的右端的瞬间。混合气体19是混合了残留在压缩腔室12的内部的气体和来自进气腔室11的吸入气体15的气体。
图9所示的移送－4的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动，并停在线性致动器5的右端。
(a)压缩腔室12的容积变成最大。
(b)进气腔室11的容积变成最小。
(2)如果进气腔室11的容积变成最小，则发生以下现象。
(a)进气腔室11的内部压力变得大于压缩腔室12的内部压力。
(b)进气腔室11的吸入气体15流入压缩腔室12，成为混合气体19。
(c)如果吸入气体15的压力和混合气体19的压力变得相等，则中间阀10关闭。
(3)准确地计算混合气体19的压力并不简单。但是，能够进行粗略计算。
(a)混合气体19的初始压力为4.0MPa。
(b)因为假定供给罐13的内部压力为4.0MPa，所以吸入气体15的初始压力大致为4.0MPa。
(c)因此，估计图9中的混合气体19的压力大致为8.0MPa。
图10表示压缩－3的流程图。压缩－3的流程图由多功能压缩机1、气缸2、活塞3、活塞杆4、线性致动器5、入口管6、出口管7、入口阀8、出口阀9、中间阀10、进气腔室11、压缩腔室12、供给罐13、输出罐14、压缩气体18、活塞动作16及吸入气体15构成。
图10表示活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动并停在线性致动器5的左端的瞬间。压缩气体18是由活塞3对图9所示的混合气体19进行了压缩的气体。吸入气体15是从供给罐13新供给的气体。
压缩－3的过程如下。
(1)活塞杆4向活塞动作16的箭头方向移动，并停在线性致动器5的左端。
(a)压缩腔室12的容积变成最小。
(b)进气腔室11的容积变成最大。
(2)如果压缩腔室12的容积变成最小，则以下事件在压缩腔室12、出口阀9及输出罐14中发生。
(a)估计初始的压缩气体18为8.0MPa。
(b)压缩腔室12的压缩气体18被活塞3最大限度地压缩。
(c)假定多功能压缩机1的压缩比为20：1。因此，压缩气体18被压缩至160MPa。
(d)在压缩气体18的压力变得大于输出罐14的压力即80MPa时，通过出口阀9流入输出罐14。
(3)新发明的压缩机通过进行两次进气，能够使排气的压力为两倍。对进气的次数没有限制。
图11表示实施方式的高压气体站的概念图。高压气体站由输送用罐20、连接阀21、移送管线22、三通阀23、旁通管线24、移送用压缩机25、保管气体高压管线26、保管罐27、加压用压缩机28、加压管线29、供油用罐30、供油用高压管线31、供油阀32、燃气汽车33、行政大楼34及地基35构成。
移送用压缩机25和加压用压缩机28与图1所示的多功能压缩机1相同。
图11中的高压气体站的概念如下。
(1)假定输送用罐20的初始内部压力为60MPa。假定保管罐27的内部压力为60MPa。假定供油用罐30的内部压力为80MPa。假定移送用压缩机25的压缩比为20：1。假定加压用压缩机28的压缩比为20：1。
(2)在图11中的高压气体站中，用于从输送用罐20向保管罐27移送60MPa的高压气体的管线有两条。从气体供给基地搬运60MPa的高压气体。
(a)一条是从输送用罐20、连接阀21、移送管线22、三通阀23、旁通管线24及保管气体高压管线26向保管罐27的管线。
(b)另一条是从输送用罐20、连接阀21、移送管线22、三通阀23、移送用压缩机25及保管气体高压管线26向保管罐27的管线。
(3)移送用压缩机25将输送用罐20的气体加压并移送到保管罐27。保管罐27的压力为60MPa。
(4)移送管线22、三通阀23、旁通管线24、移送用压缩机25、保管气体高压管线26及保管罐27设置于地下。
(5)保管罐27中存储的60MPa的气体通过加压管线29被加压用压缩机28加压并移送到80MPa的供油用罐30。
(6)加压用压缩机28、加压管线29及供油用罐30设置于地下。
(7)供油用罐30中存储的80MPa的高压气体通过供油用高压管线31从供油阀32向燃气汽车33供给。
输送用罐20是从气体的供给基地到高压气体站的输送用气体罐。输送用罐20由专利第6160876号中假设的蜂窝结构高压气体罐制作。
连接阀21是向移送管线22开闭的开闭阀。移送管线22与三通阀23连接。三通阀23是向旁通管线24和移送用压缩机25切换的切换阀。旁通管线24和移送用压缩机25与保管气体高压管线26连接。来自三通阀23的旁通管线24连接于保管气体高压管线26的中途。在三通阀23向保管气体高压管线26打开时，输送用罐20的气体直接向保管气体高压管线26流通。移送用压缩机25与保管气体高压管线26连接。保管气体高压管线26与保管罐27连接。移送用压缩机25向保管罐27移送输送用罐20的气体。
保管罐27是用于存储通过输送用罐20从气体供给基地输送来的高压气体的高压气体罐。保管罐27由专利第6160876号中假设的蜂窝结构高压气体罐制作。加压用压缩机28通过管线与保管罐27连接。加压用压缩机28将保管罐27的气体加压到80MPa。被加压到80MPa的气体通过加压管线29向供油用罐30输送。加压管线29是耐80MPa以上的高压的管线。
供油用罐30是假定运用压力为80MPa的超高压气体罐。供油用罐30存储向燃气汽车33供给的气体。供油用罐30由专利第6160876号中假设的蜂窝结构高压气体罐制作。供油用高压管线31与供油用罐30连接。供油用高压管线31是将油用罐30中累积的高压气体向供油阀32分配的超高压气体的管线。供油阀32是向燃气汽车33供给高压气体的阀。燃气汽车33是在车载罐中存储天然气或氢气的交通工具。假定燃气汽车33的车载气体罐为60MPa。行政大楼34和地基35是气体站的行政大楼和气体站的分界线。
图11所示的高压气体站的系统是实现向燃气汽车供给高压气体的功能的具体例。本发明的压缩机具有即使在从保管罐供给的向压缩机的进气压力逐渐降低的条件下，也能够将被压缩的气体的排出压力保持为一定的能力。向燃气汽车继续供给高压气体的过程如下。
(1)为了向燃气汽车33的车载气体罐供给60MPa的高压气体，理想的是，供油用罐30的内部压力维持80MPa。
(2)通过加压用压缩机28从保管罐27供给供油用罐30的气体。加压用压缩机28是图1的多功能压缩机1。本发明的多功能压缩机1是活塞式压缩机。假定其压缩比为20：1。
(3)在保管罐27的内部压力为60MPa时，加压用压缩机28能够容易地由60MPa的高压气体制作80MPa的超高压气体，因此，向供油用罐30供给80MPa的气体很简单。
(4)1000cc且60MPa的高压的气体成为750cc且80MPa的超高压气体。该情况下的压缩比仅为“1.33：1”。
(5)在向供油用罐30继续供给来自保管罐27的气体时，保管罐27的内部压力逐渐减小。
(6)在现有技术中，在保管罐27的压力为4.0MPa以下的情况下，通过单一的活塞式压缩机不能向供油用罐30供给80MPa的超高压气体。即，保管罐27中残留的4.0MPa以下的高压气体完全成为积压。
(7)在现有技术中，存在压缩比为40：1的多级活塞方式的压缩机。在气体供油系统中使用多级活塞压缩机时，在保管罐27的压力减小到2.0MPa之前，压缩机能够将保管罐27的气体压缩到80MPa。但是，多级活塞是两个活塞的组合。在保管罐27的压力为2.0MPa以上时，多级活塞的第二级活塞成为完全无用的障碍物。
(8)在本发明中，移送用压缩机25和加压用压缩机28是图1所示的多功能压缩机1。多功能压缩机1通过进行两次进气，能够使排气的压力为两倍。对进气的次数没有限制。因此，即使保管罐27的压力为4.0MPa以下，加压用压缩机28也能够向供油用罐30继续供给80MPa的气体。多功能压缩机1通过使活塞3移动两次，能够将2.0MPa的压力压缩到80MPa。进而，多功能压缩机1通过使活塞3移动三次，能够将1.3MPa的压力加压到80MPa。多功能压缩机1因为不是两个活塞的组合，所以完全不会妨碍气体供油系统。
输送用罐20和保管罐27的关系也同样。为了使计算简单，假定输送用罐20的内部压力为60MPa。假定保管罐27的内部压力为零。而且，假定输送用罐20的容积为3000升。另外，将保管罐27的容积同样设为3000升。简单而言，考虑了从输送罐向空的地下罐移送60MPa且3000升的高压气体的情况。如果该做功由新发明的压缩机进行，则如下。
(1)输送用罐20从气体供给基地向气体站输送。
(2)输送用罐20通过连接阀21与移送管线22、三通阀23、旁通管线24、移送用压缩机25、保管气体高压管线26及保管罐27连接。
(3)如果连接阀21打开，则60MPa的高压的气体穿过移送管线22向三通阀23移动。
(4)在三通阀23朝向旁通管线24打开时，60MPa的高压的气体通过旁通管线24和保管气体高压管线26流入保管罐27。
(5)因为假定输送用罐20和保管罐27的容积为相同，所以输送用罐20的高压气体在保管罐27的内部压力为30MPa时停止流入。
(6)30MPa的高压的气体作为积压残留在输送用罐20中。保管罐27的内部压力停在30MPa，未到达60MPa。即，仅通过打开旁通阀，不能向地下罐移送输送用罐的全部高压气体。
仅通过旁通阀不能向地下罐移送输送用罐的高压气体在上一节中得到了证明。本发明的压缩机挑战该技术问题。
(1)假定移送用压缩机25为图1中的多功能压缩机1。另外，假定压缩比为20：1。
(2)在输送用罐20的内部压力为30MPa的情况下，移送用压缩机25能够容易地由30MPa的高压气体制作60MPa的高压气体，因此，向保管罐27移送30MPa的气体很简单。1000cc且30MPa的高压气体成为500cc且60MPa的高压气体。压缩比为2：1。
(3)如果继续从输送用罐20向保管罐27移送气体，则输送用罐20的压力逐渐减小。但是，即使输送用罐20的压力为3.0MPa以下，移送用压缩机25也能够向保管罐27输送3.0MPa以下的气体。
(4)图1中多功能压缩机1通过使活塞3移动两次，能够将1.5MPa的气体压缩到60MPa。另外，通过使活塞3移动三次，能够将1.0MPa的气体压缩到60MPa。
(5)多功能压缩机1因为不是两个活塞的组合，所以在气体供油系统中也不会成为障碍物。另外，即使压缩机的入口压力大幅变化，本发明的压缩机也有效。
认为本发明的压缩机的形状或目的可以进行各种变更。本发明的精神是仅通过一个活塞&气缸实现多级活塞方式的功能的压缩机。而且，本发明的压缩机在入口压力的变动幅度大、需要出口压力为高压的压缩气体的情况下，能够应用。本发明关于其具体化添加附图进行了完整说明，但应注意本领域技术人员明了各种变化和变更。这种变化和变更通过附加的权利要求书进行定义，包含在本发明的范围内。
附图标记说明
1多功能压缩机(压缩机)、2气缸、3活塞、4活塞杆、5线性致动器、6入口管(止回阀)、7出口管(止回阀)、8入口阀、9出口阀、10中间阀、11进气腔室、12压缩腔室、13供给罐(高压罐)、14输出罐(高压罐)、15吸入气体、16活塞动作、17移送气体、18压缩气体、19混合气体、20输送用罐、21连接阀、22移送管线、23三通阀、24旁通管线、25移送用压缩机、26保管气体高压管线、27保管罐、28加压用压缩机、29加压管线、30供油用罐、31供油用高压管线、32供油阀、33燃气汽车、34行政大楼、35地基。

Claims (7)

1.一种压缩机，其特征在于，
具有将气缸内区分成压缩腔室和进气腔室的活塞，在活塞上设置有仅能够从进气腔室向压缩腔室方向开阀的止回阀，在所述压缩腔室的出口设置有仅能够向出口方向开阀的止回阀，在所述进气腔室的入口设置有仅能够向腔室内开阀的止回阀，在所述活塞连接使两腔室内容积为可变的致动器。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
在所述活塞的一次循环内同时进行进气和压缩，通过连续进行多次进气，能够将所述压缩腔室的压缩率提高多倍。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
即使向所述进气腔室进行供给的供给罐的气体压力降低，也能够连续地向输出罐填充高压的气体。
4.一种高压气体站，其具备权利要求1～3中任一项所述的压缩机。
5.根据权利要求4所述的高压气体站，其特征在于，
即使输送用罐的气体压力降低，也能够连续地向保管罐移送高压的气体。
6.根据权利要求4所述的具备压缩机的高压气体站，其特征在于，
即使所述保管罐的气体压力降低，也能够连续地向供油罐移送高压的气体，该供油罐对燃气汽车进行供给。
7.一种高压气体站，其中，
在连结一对高压罐的路径上配置压缩机，所述压缩机具有将气缸内区分成压缩腔室和进气腔室的活塞，在活塞上设置有仅能够从进气腔室向压缩腔室方向开阀的止回阀，在所述压缩腔室的出口设置有仅能够向出口方向开阀的止回阀，在所述进气腔室的入口设置有仅能够向腔室内开阀的止回阀，在所述活塞连接使两腔室内容积为可变的致动器，所述压缩机的所述入口连接一高压罐，所述出口连接另一高压罐。
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