JP2000230478A

JP2000230478A - 液化ガスの加圧装置

Info

Publication number: JP2000230478A
Application number: JP11030994A
Authority: JP
Inventors: Sadami Suzuki; 貞実鈴木; Hiroshi Yamamoto; 宏山本
Original assignee: Asahi Engineering Co Ltd Osaka; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Engineering Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】液化ガスを液状のまま圧縮して運転効率を高
く保持するとともに、別途冷却設備を設ける必要をなく
してコンパクトに構成できる液化ガスの加圧装置を得る
ことを課題とする。【解決手段】シリンダー内に吸入した液化ガスを往復
動作するピストンで加圧して排出する装置において、吸
入から排出までの液化ガスの経路を、吸入する液化ガス
の温度付近まで、あらかじめ吸入しておいた液化ガスで
冷却し、液化ガスをシリンダー内に吸入する吸入工程で
は、シリンダー内の圧力が吸入する液化ガスの圧力とほ
ぼ等しくなるようにピストン速度を制御し、加圧工程で
は、シリンダー内の圧力が所定の圧力となるようにピス
トン速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化ガスの加圧装
置に関するものであり、更に詳しくは真空断熱された容
器等に充填されている液化ガスを液体状態のまま効率よ
く加圧して、その容器内以上の高圧の液化ガスや、更に
その加圧された液化ガスを所定の温度まで加熱して、例
えば超臨界状態のガスを得るための装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】通常使用される二酸化炭素などはボンベ
に常温で加圧充填されたり、あるいは−２０℃程度まで
冷却し、圧力を２ＭＰａ程度まで低下させた真空断熱さ
れた容器（以下、ボンベと略称する）に充填されてい
る。そして、このような液化二酸化炭素をボンベ内以上
の圧力、例えば１０ＭＰａの液化ガス状態にして使用す
る場合には、その液化二酸化炭素が供給される圧縮機の
周囲を低温冷凍機を用いて−３０℃付近まで冷却しなが
ら、１５００〜２０００ｒｐｍのような高速で回転する
モーターを用いた多段ポンプによって圧縮するか、複数
のピストンを使用した往復ポンプをモーターで駆動して
圧縮する液加圧方式を用いていた。また、二酸化炭素を
高圧の気体状態、例えば超臨界状態で使用する場合に
は、液化二酸化炭素を臨界温度以上に加熱して気化蒸発
させた後、気体圧縮機（ブースター）で圧縮するガス加
圧方式が一般的に採用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液加圧方式にあっては、圧縮機内に液化二酸化炭素を吸
い込むときに、二酸化炭素が気化して吸い込み能力が低
下する現象（キャビテーション）を防止するため、上記
したように、その圧縮機の周辺を別途設置する冷凍機に
よって作られた冷媒で冷却する必要があり、従って設備
が大型化し、コストの増加と設置スペースが大きくなる
問題があった。また、ガス加圧方式の場合には、液化二
酸化炭素を気化蒸発させる蒸発器が必須であり、加圧に
は電動機やエアを駆動源とするブースターが使われる
が、圧縮時の発熱を除去する冷却装置が必要となり、一
般に効率が低く、コンパクトで大容量の装置を製作する
のは困難であった。

【０００４】そこで、本発明は、液化ガスを液状のまま
圧縮して運転効率を高く保持するとともに、別途冷却設
備を設ける必要をなくしてコンパクトに構成することが
でき、高圧の液化ガスはもちろん、それを別途設ける加
熱器で加熱して、例えば超臨界状態のガスとして取り出
すことも可能にした液化ガスの加圧装置を得ることを目
的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、本発明は、次のような液化ガスの加圧装置
を提供するものである。すなわち、本発明にかかる第１
の発明は、シリンダー内に吸入した液化ガスを往復動作
するピストンで加圧して排出する装置であって、吸入か
ら排出までの液化ガスの経路を、吸入する液化ガスの温
度付近まで、あらかじめ吸入しておいた液化ガスで冷却
し、液化ガスをシリンダー内に吸入する吸入工程では、
シリンダー内の圧力が吸入する液化ガスの圧力とほぼ等
しくなるようにピストン速度を制御し、加圧工程では、
シリンダー内の圧力が所定の圧力となるようにピストン
速度を制御することを特徴とする液化ガスの加圧装置で
ある。

【０００６】そして、第２の発明は、前記シリンダーの
外周に、そのシリンダーを冷却する冷却室が設けられ、
その冷却室の外周に、大気に連通している排気室が設け
られた三重管構造で構成され、前記冷却室と排気室との
隔壁には通気可能な孔が穿設されていることを特徴とす
る液化ガスの加圧装置であり、第３の発明は、前記液化
ガスが二酸化炭素であることを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明になる液化ガスの加
圧装置を図面に示す実施例に基づいて説明する。図１は
その加圧装置の模式図であり、液化ガスとしては好まし
い実施態様となる二酸化炭素を例に採る。（１）は液化
二酸化炭素を低温加圧充填した真空断熱式のガスボンベ
であり、（２）は本発明になる三重管構造の加圧装置、
（３）は加圧装置（２）で加圧した後の液化二酸化炭素
を液体の状態から気体の状態、例えば超臨界状態で取り
出す場合に使用する公知の加熱器である。ボンベ（１）
内の液化二酸化炭素は通常−２０℃で、圧力は２ＭＰａ
であり、液体の状態で充填されている。そして、この液
化二酸化炭素を加圧装置（２）で所定圧まで加圧した
後、加熱器（３）で加熱して超臨界状態の二酸化炭素ガ
スとして、又は加熱せずにボンベ（１）内の圧力以上の
高圧液化二酸化炭素として、目的の用途に供される。

【０００８】加圧装置（２）において、（４）は円筒状
のシリンダーであり、その外周には冷却室（５）が配置
され、更にその冷却室（５）の外周には排気室（６）が
配置されて、全体が三重管構造になっている。そして、
筒状のシリンダー（４）、冷却室（５）、排気室（６）
は所定の圧力に耐え得る肉厚と材質により製作され、上
蓋板（７）と下蓋板（８）、及びその蓋板の締め付けボ
ルト（９）により密閉されている。シリンダー（４）の
内部には、シール用特殊パッキンを内蔵したピストン
（１０）が設けられており、このピストン（１０）と連
結されるボールネジ（１１）と、更にこのボールネジ
（１１）を駆動するためのタイミングプーリー（１２）
（１３）及びタイミングベルト（１４）と、制御装置
（１５）付きサーボモーター（１６）がそれぞれ配設さ
れている。そして、冷却室（５）と排気室（６）との隔
壁には通気可能な孔（以下、通気孔という）（１７）が
複数穿設され、更にその隔壁の内側、即ち冷却室（５）
側には所定の網目を有する金網（１８）が取り付けられ
ている。

【０００９】シリンダー（４）上部の上蓋板（７）に
は、加圧する液化二酸化炭素を吸入する吸入孔（１９）
と、加圧した液化二酸化炭素を排出する排出孔（２０）
が穿設されており、吸入孔（１９）に連通する配管には
吸入側逆止弁（２１）が、排出孔（２０）に連通する配
管には排出側逆止弁（２２）がそれぞれ配設されて、ピ
ストン（１０）の動作に追従して開閉動作を行う構造に
なっている。そして、吸入側逆止弁（２１）の上流側に
は吸入弁（２３）が配設され、更にその吸入弁（２３）
の上流側には元弁（２４）が配設されており、その元弁
（２４）より上流側の配管がボンベ（１）に連通接続さ
れている。また、排出側逆止弁（２２）の下流側には逆
止弁（２５）が配設され、その逆止弁（２５）より下流
側の配管が加熱器（３）に連通接続されている。そし
て、逆止弁（２５）より上流側で分岐された配管には排
出弁（２６）が配設され、その排出弁（２６）より下流
側の配管が大気に開放されている。

【００１０】更に、冷却室（５）上部の上蓋板（７）に
は、冷却用の液化二酸化炭素を吸入するための吸入孔
（２７）が穿設されており、その吸入孔（２７）に連通
する配管には冷却弁（２８）が配設され、その冷却弁
（２８）より上流側の配管が元弁（２４）と吸入弁（２
３）の間の配管に連通接続されている。そして、排気室
（６）上部の上蓋板（７）には、冷却用に供給されて冷
却室（５）と排気室（６）を経る段階で昇温気化した二
酸化炭素を大気に放出するための排出孔（２９）が穿設
されており、その排出孔（２９）に連通する配管には排
出弁（３０）が配設され、その排出弁（３０）より下流
側の配管が大気に開放されている。なお、上記した吸入
弁（２３）、冷却弁（２８）、排出弁（２６）（３０）
は自動的に動作順が制御される自動弁である。

【００１１】加圧後の液化二酸化炭素は排出孔（２０）
より配管を通ってヒーターを持つ加熱器（３）に貯蔵さ
れるようになっており、必要に応じて払出弁（３１）を
開き、加熱して超臨界状態になった二酸化炭素を取り出
して使用できるようになっている。なお、加熱器（３）
には安全弁（３２）と図示しない圧力制御器に接続され
ている歪み式の圧力計（３３）が配設されている。ま
た、前述したように、加熱器（３）のヒーターを切り、
ボンベ（１）内の圧力以上に加圧された高圧液化二酸化
炭素をそのまま取り出して使用することも可能である。
その他、ボンベ（１）と加圧装置（２）、及びボンベ
（１）から加圧装置（２）へ液化二酸化炭素を供給する
配管等には、液化二酸化炭素が昇温して気化蒸発しない
ように断熱材（３４）が付設されている。

【００１２】本発明になる液化ガスの加圧装置は以上の
ような構成になっており、次に、その一連の動作につい
て説明をする。まず、元弁（２４）と冷却弁（２８）を
開き、加圧装置（２）の冷却室（５）に、ボンベ（１）
内の−２０℃の液化二酸化炭素を注入する。注入された
液化二酸化炭素は冷却室（５）で断熱膨張し、シリンダ
ー（４）の周囲の熱を奪い、シリンダー（４）を冷却す
る。このとき、一部の液化二酸化炭素はドライアイス化
し、冷却室（５）の内壁、即ち冷却室（５）と排気室
（６）との隔壁の内側に取り付けられた金網（１８）に
捕らえられて冷却室（５）に保持され、昇温による液化
二酸化炭素の気化蒸発をできるだけ防止するようにし
て、シリンダー（４）に対する冷却能力を高めるように
している。しかして、この金網（１８）は固体状のドラ
イアイスが通気孔（１７）や配管に流れ込んで目詰まり
することを防止するはたらきも有している。また、冷却
後、液体の状態から気化した二酸化炭素と、ドライアイ
スから蒸発した二酸化炭素は、冷却室（５）と排気室
（６）との隔壁に設けられた通気孔（１７）を通り、排
気室（６）、排出孔（２９）を経て排出弁（３０）によ
り大気に放出される。

【００１３】一方、冷却開始と同時に吸入弁（２３）と
排出弁（２６）を開き、系内の非凝縮性ガス（空気）を
系外に排出するとともに、液化二酸化炭素によって系内
を冷却する。このとき、ボンベ（１）から加圧装置
（２）へ液化二酸化炭素を供給する配管には断熱材（３
４）が付設されているので、液化二酸化炭素が途中で昇
温して気化蒸発することはない。冷却されたシリンダー
（４）の壁面温度がボンベ（１）内の液化二酸化炭素の
温度付近まで低下したら、排出弁（２６）を閉止し、サ
ーボモーター（１６）を回転させて、ピストン（１０）
を後退させ、加圧する液化二酸化炭素を吸入孔（１９）
よりシリンダー（４）内に吸入する。その際、シリンダ
ー（４）の内圧がボンベ（１）の内圧とほぼ等しくなる
ように、制御装置（１５）でピストン速度を制御しなが
ら、ゆっくりとピストン（１０）を後退させて、液化二
酸化炭素の気化に伴う吸い込み不良（キャビテーショ
ン）を防止するようにする。なお、吸入時には吸入側逆
止弁（２１）は開き、排出側逆止弁（２２）は図示しな
い内蔵バネによって閉じている。

【００１４】ピストン（１０）が後退限度（吸入側死
点）まで後退したら、サーボモーター（１６）を逆転さ
せ、制御装置（１５）でピストン速度を制御しながら、
一気にピストン（１０）を前進させて、シリンダー
（４）内の液化二酸化炭素を加圧する。このとき、吸入
側逆止弁（２１）は閉じ、排出側逆止弁（２２）と逆止
弁（２５）は開いている。そして、ピストン（１０）が
前進限度（加圧側死点）まで前進したら、再びサーボモ
ーター（１６）を逆転させ、液化二酸化炭素の吸入動作
を開始する。以上の動作を繰り返すことにより（通常４
〜５回の往復動作）、液化二酸化炭素は急速に圧縮さ
れ、加熱器（３）内に蓄積される。

【００１５】こうして加圧された液化二酸化炭素が所定
の圧力まで昇圧したことを加熱器（３）に設置された圧
力計（３３）が検知すると、圧力計（３３）に接続され
ている図示しない圧力制御器が作動して、サーボモータ
ー（１６）の加圧動作を停止させる。そして、加熱器
（３）に蓄積された液化二酸化炭素を、液体の状態のま
まで使用する場合にはヒーターを切り、気体の状態、例
えば超臨界状態で使用する場合にはヒーターを入れて加
熱する。なお、加熱器（３）の加熱温度は自動制御され
て所定の温度を保つようになっている。また、各弁の動
作順序や圧力の制御等もすべてコントローラー（図示し
ない）により自動的に調整されるようになっている。

【００１６】以上のように、本発明になる加圧装置
（２）は、二酸化炭素のような液化ガスを液体の状態の
まま加圧するようになっているので、気体の状態で加圧
する場合に生じる圧縮発熱を防止することができ、加圧
能力の大幅な向上を図ることができる。しかも、加圧す
る液化ガスの一部を自己冷却用に使い、その液化ガス自
体の温度が低いことや蒸発熱を用いて加圧装置（２）を
冷却するようにしたので、別途冷却設備を設ける必要が
なく、装置自体を非常にコンパクトに構成することがで
きる。また、加圧装置（２）における吸入側配管及び排
気室（６）の最外壁には、断熱材（３４）を取り付けて
いるので、系が昇温して液化ガスが気化蒸発し、作動が
低下するのを防止することができる。また、加圧装置
（２）以降に配設する加熱器（３）によって、高圧の液
化ガスだけではなく、超臨界状態のガスとして取り出す
ことも容易にできるようになるので、適用分野を拡大さ
せることができる。

【００１７】なお、本実施例では制御装置（１５）付き
のサーボモーター（１６）とボールネジ（１１）により
ピストン（１０）の往復動作をさせているが、この方式
に限定されるものではなく、液化ガスの吸入速度と加圧
速度を制御する機能を有する駆動方式ならば、例えば油
圧や空圧を用いてもよい。また、本実施例では液化二酸
化炭素を加圧することについて説明したが、これに限定
されるものではなく、加圧することにより、効率が上が
る他の液化ガス、例えば自己冷却用に使用した後、大気
に放出しても差し支えないメタン、エタン、プロパンな
どの液化炭化水素等にも充分採用することが可能であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明してきたように、本発明にな
る加圧装置によれば、ボンベ等の容器に充填されている
液化ガスを、その容器内の圧力以上に、容易にかつ急速
に、しかも効率的に加圧することが可能になる。つま
り、液状のまま圧縮するので、例えば５０ＭＰａ以上の
高圧化が容易にできる。また、自己冷却式で別途冷却設
備を必要としないので、非常にコンパクトに構成でき、
省エネルギーが図れるとともに、設置スペースが小さく
て済む。更に、ピストンの往復速度が低いので、運転音
が小さく、圧縮機特有の騒音もない。また、加熱器を設
けることによって、所定の圧力まで加圧した液化ガスを
液状だけではなく、例えば超臨界状態のガス状にして取
り出すことも容易に可能になるため、適用分野を拡大さ
せることができる。何れにしても本発明になる加圧装置
は、高圧の液化ガス、更には超臨界状態のガスなどを得
るのに好適な装置であり、かつ、従来の圧縮機の問題点
を構造的に解決しており、当業界に及ぼす効果は著し
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】液化ガスの加圧装置の模式図

【符号の説明】

１ボンベ２加圧装置３加熱器４シリンダー５冷却室６排気室７上蓋板８下蓋板９締め付けボルト１０ピストン１１ボールネジ１２、１３タイミングプーリー１４タイミングベルト１５制御装置１６サーボモーター１７通気孔１８金網１９、２７吸入孔２０、２９排出孔２１、２２、２５逆止弁２３吸入弁２４元弁２６、３０排出弁２８冷却弁３１払出弁３２安全弁３３圧力計３４断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本宏神奈川県川崎市川崎区夜光１丁目３番１号旭化成工業株式会社内Ｆターム(参考） 3E073 AA01 CA01 DB03 3H075 AA15 BB03 BB13 CC14 CC17 CC34 DB03 DB23 DB49 EE09 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダー内に吸入した液化ガスを往復
動作するピストンで加圧して排出する装置であって、吸
入から排出までの液化ガスの経路を、吸入する液化ガス
の温度付近まで、あらかじめ吸入しておいた液化ガスで
冷却し、液化ガスをシリンダー内に吸入する吸入工程で
は、シリンダー内の圧力が吸入する液化ガスの圧力とほ
ぼ等しくなるようにピストン速度を制御し、加圧工程で
は、シリンダー内の圧力が所定の圧力となるようにピス
トン速度を制御することを特徴とする液化ガスの加圧装
置。
【請求項２】前記シリンダーの外周に、該シリンダー
を冷却する冷却室が設けられ、該冷却室の外周に、大気
に連通している排気室が設けられた三重管構造で構成さ
れ、前記冷却室と排気室との隔壁には通気可能な孔が穿
設されていることを特徴とする請求項１に記載の液化ガ
スの加圧装置。
【請求項３】前記液化ガスが二酸化炭素であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の液化ガスの加圧装
置。