JP2006283736A - 自己駆動型液化ガス用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動電力の少なくてすむ、自己駆動型の液化ガス用往復動ポンプを提供する。
【解決手段】 液化天然ガス（ＬＮＧ）を吸引するためのポンプシリンダー１３０とポンプシリンダー１３０のポンプピストン１３を駆動するための駆動シリンダー１５０が供用のピストンロッド１７を介して隣接する一体構造を取り、ポンプシリンダー１３０で圧縮され気化された高圧ガスを駆動シリンダー１５０の左室１５８と右室１５６に交互に流入させることにより、駆動シリンダー１５０の駆動ピストン１５とポンプシリンダー１３０のポンプピストン１３を駆動して、ＬＮＧの吸引と圧縮を繰り返す。駆動シリンダー１５０の２室へ供給する高圧ガスの切替は、小電力で駆動可能な切替弁で行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液化ガス供給設備に係り、特に、液化ガス供給用のポンプを自己駆動することが可能な液化ガス供給ポンプに関する。

図９は、従来の一般的な定置型液化ガス用の往復動ポンプである。
この往復動ポンプは、下側の約半分が液化天然ガス（ＬＮＧ）を加圧して送り出すためのポンプであり、上側の約半分がポンプを駆動するための駆動部分である。
ポンプ部分は、円筒形の真空断熱外槽５０７と、その内部のシリンダー５０８、ピストン５１４、ＬＮＧ供給管５０１、吐出管５０３、ガス戻り管５１９、真空引きバルブ５１７等からなる。
液化天然ガス（ＬＮＧ）は、ＬＮＧ供給管５０１に接続されている図示されていないＬＮＧタンクからこのポンプに供給され、ピストン５１４により圧縮されて高圧の液化天然ガスが吐出管５０３から外部に供給される。ポンプ部は、真空引きバルブ５１７により真空断熱外槽５０７が真空に保たれ、ＬＮＧを低温に保つ。
一方、ピストン５１４は上部の駆動部分により駆動される。すなわち、上部のクランクケース５０９にクランクシャフト５０５や接続ロッド５１１が封入されており、外部の図示されていない電動機によりクランクシャフト５０５を動かし、接続ロッド５１１、ピストン駆動部５１５を介して接続されているピストン５１４が駆動される。
通常、この電動機は４００Ｖ程度の高電圧で駆動され、また、駆動部が熱を発することから、駆動部とポンプ部の間には断熱フィン５１３が設けられている。

一方、液化天然ガス式車両用の燃料供給システムとして往復動ポンプも提案されている（特許文献１参照）。この往復動ポンプは、ＬＮＧタンクから供給されるＬＮＧを、油圧ポンプで駆動されるピストンにより圧縮し燃料としてエンジンに供給するものである。
特表２００１−５２２９６８号公報

しかしながら、前述の定置型の液化ガス用往復動ポンプでは、ポンプを駆動するための駆動電圧が高く、運転費の低減が図れないという問題がある。また、ＬＮＧにポンプ駆動部分で発生する熱が伝播しないように、ポンプ駆動部とポンプ部分を両端に離した細長い構造を採る必要があり、その長さは約１ｍとなり、往復動ポンプ全体の大きさが大きくなるという問題がある。

一方、後述のＬＮＧ車両用往復動ポンプの場合も、往復動ポンプのピストンは外部に設置した油圧ポンプにより駆動される。車両の場合、所要電力の削減により燃費改善を図ることが望まれており、油圧ポンプにかかる電力消費は燃費削減の観点から問題である。
また、米国等で実用化されている自動車用ＬＮＧポンプでは、ＬＮＧの漏洩防止のため、ポンプがＬＮＧタンク内に設置されるが、この場合、ＬＮＧタンクへのポンプによる入熱が増加し、ガス発生量が増し、ＬＮＧ容器の上限圧力に達する時間が短いという問題がある。よって、ポンプはＬＮＧタンク内ではなく外部に設置することが望ましい。

本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、駆動電力が小さい、自己駆動型の液化ガス用往復動ポンプを提供することである。

前述する課題を解決するための本発明は、液化ガスを吸引し、液化ガスをピストン（ポンプピストン）により圧縮して吐出するポンプシリンダーと、ポンプシリンダーのピストンと供用のロッドに取り付けられた駆動ピストンにより分割された２つのチャンバを有する駆動シリンダーと、ポンプシリンダーから吐出された液化ガスを気化する気化器と、気化器により気化された高圧ガスを前記２つのチャンバのいずれか一方に送り込むための切替えを行う切替弁と、を有し、切替弁を切り替えて、駆動シリンダーの一方のチャンバに高圧ガスを流入させることにより駆動ピストンを駆動し、駆動ピストンおよびポンプシリンダーのポンプピストンを往復運動させることにより、ポンプシリンダーが、液化ガスの吸引と、ポンプシリンダー内に吸引された液化ガスの加圧吐出を繰り返すことを特徴とする自己駆動型液化ガス用ポンプである。

ポンプシリンダーと駆動シリンダーは、それぞれ円筒形のシリンダーであり、隣接して設けられた一体型構造物をなし、供用のロッドを有し、その両端にポンプシリンダーのポンプピストンと、駆動シリンダーの駆動ピストンが取り付けられている。駆動シリンダーの径は、ポンプシリンダーの径よりも大きく設定されることが望ましい。
また、切替弁は、前記駆動ピストンの上死点と下死点を検出し、高圧ガスの送出先のチャンバを切り替えることが望ましい。切替弁は、好ましくは、電磁弁あるいはエアにより駆動する。駆動シリンダーに、駆動ピストンが上死点および下死点に達したことを検出するためのセンサーを設けてもよい。

以上のように、ポンプシリンダーのロッドと駆動シリンダーのロッドが供用なので、駆動シリンダーの２つのチャンバのうちのいずれか一方に高圧ガスが流入すると、駆動シリンダー内の駆動ピストンが動き、これに伴い、ポンプシリンダー内のポンプピストンも動く。このポンプピストンの往復動作により、液化ガスタンクからポンプシリンダー内への液化ガスの吸引と、液化ガスの加圧、吐出が繰り返される。

駆動シリンダーの２つのチャンバへの高圧ガスの流入は、切替弁により切替られる。
ここで、切替弁は電磁弁あるいはエアで駆動され、駆動にかかる駆動電力は小さくてすむので、切替弁にかかる小さい駆動電力だけで、液化ガス用往復動ポンプを自己駆動することが可能である。

また、駆動シリンダーの２つのチャンバは、それぞれ、切替弁からの高圧ガスを取り込む吸入弁と、低圧ガスを切替弁に送り出す吐出弁とを有し、一方のチャンバが高圧ガスを吸入しているときには他方のチャンバは低圧ガスを吐出する。また、切替弁は、駆動シリンダーの、高圧ガスを送り込むチャンバとは異なるチャンバから吐出される低圧ガスを需要側へ送り出す。

また、気化器で気化された高圧ガスは、高圧ガスを蓄積する高圧ガス容器を介して切替弁に供給されることが望ましく、また、駆動シリンダーのいずれかのチャンバから吐出された低圧ガスは、切替弁を介し、さらに低圧ガスを蓄積する低圧ガス容器を介して需要側に供給されることが望ましい。

初期駆動時には、駆動シリンダーのポンプシリンダーに近い側のチャンバに、切替弁を介して高圧ガスを供給することにより駆動ピストンが駆動され、それに伴って、ポンプシリンダー内のポンプピストンが駆動することにより、液化ガスをポンプシリンダー内に吸引する。

以上のように、初期駆動時に、駆動シリンダーのポンプシリンダーに近い側のチャンバに高圧ガスを供給することにより、駆動ピストンが駆動し始め、それに伴うポンプピストンの動きで液化ガスがポンプシリンダー内に吸引される。
尚、初期駆動用の高圧ガスを蓄積しておくための初期駆動用高圧容器をさらに設けておくことが望ましい。
次に、駆動ピストンが上死点まで移動すると、切替弁が切り替えられて、駆動シリンダー内のポンプシリンダーからは遠い側のチャンバに高圧ガスが供給され、これにより駆動ピストンは逆方向に動き、それに伴うポンプピストンの動きで液化ガスが加圧され、ポンプシリンダーから吐出されて、気化器で気化され、高圧ガス容器に蓄積される。
さらに、駆動シリンダーが下死点まで移動すると、切替弁が切り替えられて、駆動シリンダー内のポンプシリンダーに近い側のチャンバに、高圧ガス容器に蓄積された高圧ガスが切替弁を介して供給され、駆動ピストンが再び逆方向に移動し、これに伴うポンプピストンの動きにより液化ガスがポンプシリンダー内に吸引される。そして、以上の動作を、切替弁を切り替えるだけで繰り返すことが可能であり、これにより、自己駆動型の往復動ポンプが可能になる。

さらに、切替弁は、シリンダーとピストンからなり、ピストンは、高圧ガスを通過させるための空隙、および、低圧ガスを通過させるための空隙を有し、シリンダーは、高圧ガス流入口と、低圧ガス吐出口、２つのチャンバにそれぞれ設けられた吸入弁に接続された２つの高圧ガス吐出口、および、２つのチャンバにそれぞれ設けられた吐出弁に接続された２つの低圧ガス流入口を有し、ピストンをシリンダー内で移動させることにより、高圧ガス流入口から流入した高圧ガスを、高圧ガスを通過させるための空隙を介して、２つの高圧ガス吐出口のいずれかより吐出し、高圧ガスが流入したチャンバとは異なるチャンバに接続された低圧ガス流入口から流入する低圧ガスを、低圧ガスを通過させるための空隙を介して前記低圧ガス吐出口から吐出する。

すなわち、切替弁の高圧ガス流入口は高圧ガス容器に接続されており、ピストン内の高圧ガスを通過させるための空隙を介して、２つの高圧ガス吐出口のいずれかから高圧ガスを駆動シリンダーに供給する。ピストンの移動による切替弁の切替えで、ピストン内の高圧ガスを通過させるための空隙が、２つの高圧ガス吐出口のいずれかに接続される。２つの高圧ガス吐出口は、駆動シリンダーの２つのチャンバにそれぞれ設けられた吸入弁に接続されているので、ピストン内の高圧ガスを通過させるための空隙がつながった高圧ガス吐出口に対応するチャンバに高圧ガスを供給する。

一方、切替弁のシリンダーに設けられている２つの低圧ガス流入口は、駆動シリンダーの２つのチャンバにそれぞれ設けられた吐出弁に接続されている。ピストン内に設けられた低圧ガスを通過させるための空隙は、ピストンの移動により、２つの低圧ガス流入口のいずれかに接続される。
すなわち、切替弁を介して高圧ガスが駆動シリンダーのいずれかのチャンバに供給されているときには、もう一方のチャンバの吐出弁に接続されている低圧ガス流入口が、ピストン内の低圧ガスを通過させるための空隙と接続される。そして、チャンバから吐出される低圧ガスをこの空隙を介して低圧ガス吐出口から吐出する。

吐出された低圧ガスは、車両用エンジン燃料として使用することもできる。
切替弁の低圧ガス吐出口から吐出された低圧ガスは、低圧ガス容器に蓄えられてガス圧を調整した後、需要側、例えば、車両エンジンに供給される。
ここで、駆動シリンダーの径とポンプシリンダーの径の比を適切な値に設定することにより、適切な低圧ガスのガス圧を得ることが可能である。

本発明の自己駆動型液化天然ガス用ポンプにより、切替弁を駆動する小さな駆動電力だけで、天然ガス用往復動ポンプを自己駆動することが可能になる。さらに、天然ガスに限らず、液化ガス用のポンプとしても、自己駆動することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる自己駆動型液化天然ガス供給システムの構成を示す図、図２、図３は、切替弁の構造図、図４は、切替弁の切替ピストンの説明図、図５〜図８は、ポンプの動作を説明する図である。

まず、本発明の形態に係る自己駆動型天然ガス供給システムの構成について、図１に沿って説明する。
自己駆動型天然ガス供給システムは、自己駆動型のＬＮＧポンプ１、液化天然ガス（ＬＮＧ）が貯蔵されているＬＮＧタンク２３、切替弁２１、気化器２５、高圧容器２７、低圧容器２９等からなる。
尚、本実施の形態では、ＬＮＧポンプ１の使用例として、ＬＮＧポンプ１を車両のエンジン３３に接続し、ＬＮＧポンプ１から流出する天然ガスをエンジン３３の燃料として使用する場合を取り上げて説明する。

ＬＮＧポンプ１は、例えば、ポンプシリンダー１３０と駆動シリンダー１５０が直列につながった一体型構造を採る。ポンプシリンダー１３０、駆動シリンダー１５０はともに同心の円筒形であり、円筒の径は駆動シリンダー１５０の方がポンプシリンダー１３０よりも大きい。ポンプシリンダー１３０の径と駆動シリンダー１５０の径の比を適切に設定してＬＮＧポンプ１を設計することにより、所望の高圧ガスと低圧ガスを得ることが可能になる。
また、ポンプシリンダー１３０の外側には、これも同心円筒状のポンプケース１１が設けられる。ポンプシリンダー１３０の円筒側面とポンプケース１１の間にはある一定の幅の空隙１４３が設けられ、ポンプケース１１の外径は駆動シリンダー１５０の外径に略等しい。ポンプケース１１を設けることによりＬＮＧの漏洩を防止することが可能であり、また断熱効果を有するので、ＬＮＧを低温に保持可能である。

円筒状のポンプシリンダー１３０の一方の円形底面（図左側）にはＬＮＧを吸引するための吸入弁１３３（逆止弁）が設けられており、ポンプケース１１がその外側を覆い、ＬＮＧの漏洩を防ぐ。
ポンプシリンダー１３０とポンプケース１１のもう一方の（右側の）円形底面は、駆動シリンダー１５０の一方の（左側の）円形壁面と接して固定されている。
ポンプシリンダー１３０と駆動シリンダー１５０の固定面の中心は、駆動シリンダー１５０およびポンプシリンダー１３０で共通のピストンロッド１７によって貫かれている。ここで、このピストンロッド１７は、ピストンロッド１７の移動によるＬＮＧやガスの漏洩を防ぐ構造を採る。
ピストンロッド１７の一方の端（右端）には、駆動シリンダー１５０内を移動する駆動ピストン１５が、もう一方の端（左端）には、ピストンシリンダー１３０内を移動するポンプピストン１３が固定されている。

駆動シリンダー１５０は、駆動ピストン１５により２つのチャンバ（駆動シリンダー左室１５８と駆動シリンダー右室１５６）に分割される。同様に、ポンプシリンダー１３０も、ポンプピストン１３により２つのチャンバ（ポンプシリンダー左室１３８とポンプシリンダー右室１３７）に分割される。

ポンプシリンダー１３０の左端に設けられた吸入弁１３３の外部に位置するポンプケース１１には、吸入管１１１が取り付けられている。吸入管１１１のもう一端はＬＮＧタンク２３に接続される。
さらに、ポンプシリンダー左室１３８の左端には上下２つの吐出弁１３５が設けられる。この吐出弁１３５は逆止弁であり、ポンプシリンダー左室１３８で加圧された加圧ＬＮＧが、この弁を介して、ポンプシリンダー１３０とポンプケース１１間の空隙１４３に流出する。

また、ポンプケース１１の右端には加圧ＬＮＧをＬＮＧポンプ１の外部に吐出する吐出弁１４１が設けられている。吐出弁１４１は、吐出管１１３を介して気化器２５と接続されており、ポンプシリンダー左室１３８で加圧された加圧ＬＮＧがこの吐出弁１４１を介してＬＮＧポンプ１外に吐出され、吐出管１１３を介して気化器２５に入る。気化器２５は、この加圧ＬＮＧを気化させて高圧ガスを生成する。気化器２５は管１１５を介して高圧容器２７に接続されており、気化された高圧ガスはこの管１１５を通って高圧容器２７に一次蓄えられる。
さらに、ポンプシリンダー１３０には、ポンプシリンダー右室１３７と空隙１４３をつなぐ入出口１３９が開けられている。この入出口１３９は出入り自由であり、ＬＮＧが空隙１４３、ポンプシリンダー右室１３７の間で適宜出入り可能である。

一方、駆動シリンダー１５０の２つのチャンバにも複数の弁（１５１、１５３、１５５、１５７）が設けられている。すなわち、駆動シリンダー左室１５８には、弁１５１と弁１５３が、駆動シリンダー右室１５６には弁１５５と弁１５７が設けられており、これらの弁は後述する切替弁２１と接続されている。

次に、図２〜図４を参照して、切替弁２１の構造と駆動シリンダー１５０の関係について説明する。
図２に示すように、切替弁２１は、円筒形のシリンダー２３０とそのシリンダー２３０内を移動する円筒形の切替ピストン２５０、切替ピストン２５０を駆動するためのピストンロッド２７０、ピストンロッド２７０を駆動する切替弁駆動装置２１０から成る。
切替弁駆動装置２１０は、例えば電磁弁やエアポンプで構成され、外部の図示していない動力源により駆動される。
尚、図２は、切替ピストン２５０が最左端にある状態１を、図３は、切替ピストン２５０が最右端にある状態２を示している。

シリンダー２３０には、ガスの入出口が合計６箇所設けられている。
すなわち、流入口２３１、流出口２３３、出口１（２３５）、出口２（２３７）、入口１（２３９）、入口２（２４１）である。
流入口２３１には管１１７が接続され、管１１７のもう一端は高圧容器２７に接続されおり、流入口２３１は、高圧容器２７からの高圧ガスを切替弁２１に受け入れる。
出口１（２３５）は、駆動シリンダー左室１５８の弁１５１と接続するための管２２１が接続され、出口２（２３７）は、駆動シリンダー右室１５６の弁１５７と接続するための管２２３が接続される。
一方、入口１（２３９）は、駆動シリンダー右室１５６の弁１５５と接続するための管２２５、入口２（２４１）は、駆動シリンダー左室１５８の弁１５３と接続するための管２２７と接続される。
また、流出口２３３には管２２９が接続され、この管２２９は低圧容器２９に接続される。

一方、切替ピストン２５０は２つの空洞（空洞１（２５１）、空洞２（２５２））を有する。空洞１（２５１）は、流入口２３１から流入する高圧ガスを通し、高圧ガスを出口１（２３５）または出口２（２３７）から駆動シリンダー１５０に送り出し、空洞２（２５２）は、入口１（２３９）または入口２（２４１）から流入する低圧ガスを通し、流出口２３３から低圧容器２９に送り出す役目をする。

図４に示すように、空洞１（２５１）および空洞２（２５２）は、切り溝と縦穴からなる。すなわち、空洞１は、切替ピストン２５０の円筒側面に、ピストンロッド２７０と平行にある長さで設けた切り溝２５１１と、その切り溝２５１１の底部から切替ピストン２５０の円筒底面に平行に貫通した縦穴２５１２からなる。
切り溝２５１１は、シリンダー２３０の流入口２３１に対応する切替ピストン２５０の円筒側面上に位置し、切り溝２５１１の長さは、切替ピストン２５０が状態１（図２の状態）または状態２（図３の状態）に移動した場合でも、流入口２３１から高圧ガスが流入可能な十分な長さにすればよい。また、縦穴２５１２は、図２に示すように、切替ピストン２５０が状態１のときにシリンダー２３０の出口１（２３５）に対応し、状態２のときに出口２（２３７）に対応するように設ける。

一方、空洞２（２５２）も同様に、切替ピストン２５０の円筒側面に、ピストンロッド２７０と平行にある長さで設けた切り溝２５２１と、その切り溝２５２１の底部から切替ピストン２５０の円筒底面に平行に貫通した縦穴２５２２からなる。
切り溝２５２１は、シリンダー２３０の流出口２３３に対応する切替ピストン２５０の円筒側面上に位置し、切り溝２５２１の長さは、切替ピストン２５０が状態１（図２の状態）または状態２（図３の状態）に移動した場合でも、流出口２３３と接続可能な十分な長さにすればよい。また、縦穴２５２２は、図２に示すように切替ピストン２５０が状態１のときにシリンダー２３０の入口１（２３９）に対応し、図３に示すように状態２のときに入口２（２４１）に対応するように設ける。

次に、図５から図８に沿って、本実施の形態のＬＮＧポンプ１の動作を説明する。
まず、図５に示すように、切替弁２１を切替ピストン２５０が最左端に来るように制御する（状態１）。すると、高圧容器２７に蓄積されていた高圧ガスが管１１７を通りシリンダー２３０の流入口２３１に流入し（矢印Ａ_１）、空隙１（２５１）を通って出口１（２３５）から管２２１を介し（矢印Ａ_２）、駆動シリンダー１５０の弁１５１から駆動シリンダー左室１５８に流入する（矢印Ａ_３）。これにより、駆動シリンダー左室１５８の圧力が上がり駆動ピストン１５が右に移動する（矢印Ａ_４）。
駆動ピストン１５が右に移動すると、同一のピストンロッド１７に接続されているポンプピストン１３も右に移動し、ポンプシリンダー左室１３８の圧力が下がるため、吸入弁１３３が作動し、ＬＮＧタンク２３から管１１１を通して液化天然ガス（ＬＮＧ）がポンプシリンダー左室１３８に吸引される（矢印Ｃ_１）。これにより、ポンプシリンダー１にＬＮＧが取り込まれる。
一方、ポンプシリンダー右室１３７の圧力は、ピストン１３の右方向への移動により圧力が上昇し、ポンプシリンダー右室１３７内に以前に流入したＬＮＧは入出口１３９を通して空隙１４３に排出される（Ｃ_２方向）。これによって空隙１４３およびポンプシリンダー右室１３７内のＬＮＧは加圧され、加圧されたＬＮＧは吐出弁１４１から吐出管１１３に排出される（Ｃ_３方向）。
排出された加圧ＬＮＧは、気化器２５で気化され、管１１５を介して高圧容器２７に送り込まれる（Ｃ_４方向）。
高圧容器２７は、高圧ガスの圧力を安定させる役目をする。高圧容器２７で安定化された高圧ガスは管１１７を介して切替弁２１に送られる（矢印Ａ_１）。

切替弁２１が状態１の間、高圧ガスは切替弁２１を介して駆動シリンダー左室１５８に流入し続け、駆動ピストン１５が右に移動し続け（矢印Ａ_４）、これにより、その間、ポンプピストン１３も右に移動し続け、ＬＮＧを吸引するとともに、空隙１４３内、ポンプシリンダー右室１３７内のＬＮＧが加圧されて吐出弁１４１より排出される。
この間、駆動シリンダー左室１５８のもう一つの弁１５３に接続され切替弁２１の入口２（２４１）につながっている管２２７は、入口２（２４１）が切替弁２１の切替ピストン２５０で封鎖されており、駆動シリンダー左室１５８に流入した高圧ガスが流出することはない。

一方、駆動シリンダー右室１５６の弁１５５からは駆動シリンダー右室１５６内に以前流入した低圧ガスが流出し、管２２５を介して切替弁２１の入口１（２３９）に達し（矢印Ｂ_１）、切替弁２１の空洞２（２５２）を通って流出口２３３から流出し、管２２９を介して低圧容器２９に入る（矢印Ｂ_２）。
駆動シリンダー１５０の径はポンプシリンダー１３０の径よりも大きいので、駆動シリンダー１５０に流入した高圧ガスよりも圧力が減少したガスが駆動シリンダー１５０から流出する。
低圧容器２９は、低圧ガスの圧力を安定化させるために置かれ、ここに一端蓄えられた低圧ガスは、必要ならば減圧弁３１で減圧されて、車両等のエンジン３３に供給される。車両エンジンへ供給するＬＮＧ圧力は0.8〜1ＭＰａであり、この圧力は、駆動シリンダー１５０とポンプシリンダー１３０の径の比を適切に設定することにより得ることが可能である。

図６に示すように、駆動ピストン１５が駆動シリンダー１５０内の稼動部分の最右端（上死点）１６１に達すると、切替弁２１が切り替えられる（状態２へ）。すなわち、切替弁２１の切替ピストン２５０が右に移動させる。
この切替のタイミングは、例えば、駆動ピストン１５が上死点１６１に至ったことを感知するセンサーを設けてもよいし、定期的に切替弁２１を切り替えるようにしてもよい。

切替弁２１が切り替えられると、高圧容器２７から供給される高圧ガスの流路が切り替えられる。すなわち、図７に示すように、高圧容器２７から切替弁２１の流入口２３１（矢印Ａ_１）、空洞１（２５１）を通った高圧ガスは、出口２（２３７）から流出し、管２２３を通って（矢印Ａ_２）駆動シリンダー右室１５６の弁１５７に至り、駆動シリンダー右室１５６に流入する（矢印Ａ_３）。
高圧ガスの駆動シリンダー右室１５６への流入により、駆動ピストン１５は左に移動する（矢印Ａ_４）。

駆動ピストン１５と同一のピストンロッド１７に取り付けられているポンプピストン１３は、駆動ピストン１５と同様に矢印Ａ_４方向に移動するため、先にポンプシリンダー左室１３８に吸入されたＬＮＧは圧縮される。
ある一定の圧力に達すると、圧縮されたＬＮＧは吐出弁１３５からポンプシリンダー１３とポンプケース１１の間に設けられた空隙１４３に吐出され（矢印Ｃ_１）、入出口１３９を介してポンプシリンダー右室１３７にも流入する。

図８に示すように、駆動ピストン１５が駆動シリンダー１５０内で移動可能な最左端（下死点１６３）に達すると、切替弁２１が切り替えられ（状態１へ）、切替ピストン２５０が再び左に移動する。
切替弁２１の切り替えタイミングは、上死点１６１の場合と同様に、例えば、下死点１６３に駆動ピストン１５が達したことを検知するセンサーを設けて切り替えてもよいし、定期的に切り替えてもよい。
切替弁２１が切り替えられたことにより、図５の状態に戻る。高圧ガスは切替弁２１を通って駆動シリンダー左室１５８に流入するように切り替わる。駆動ピストン１５が再び右に移動し（矢印Ａ_４）、ポンプシリンダー１３０の左室１３８にＬＮＧが供給されるとともに、ＬＮＧを加圧し、気化器２５に送出する。

以上のように、図５-図６-図７-図８のサイクルが繰り返されることにより、駆動ピストン１５およびポンプピストン１３が右方向に動くときに（切替弁２１が状態１のとき）、ＬＮＧがＬＮＧタンク２３からＬＮＧポンプ１へ供給されるとともに、ポンプシリンダー右室１３７および空隙１４３内でＬＮＧが圧縮され、高圧ＬＮＧが気化器２５へ供給される。また、どのサイクルにおいても、低圧ガスが駆動シリンダー左室１５８または駆動シリンダー右室１５６から吐出され、切替弁２１と低圧容器２９を介して需要側へ供給される。

この自己駆動型ポンプ１をＬＮＧ自動車の燃料供給用ポンプとして使用する場合、例えば、大型ＬＮＧ自動車であれば、通常、気化ガスの必要最大流量は７０Ｎｍ^３／時間であり、液化天然ガスに換算すると、約２．１l/分（３５ｃｍ^３/秒）を供給すればよい。
従って、自己駆動型ポンプ１の直径を４０ｍｍ、長さを６０ｍｍとした場合、約３０ｒｐｍでＬＮＧポンプ１を駆動すればよい。従って、切替弁２１は６０ｒｐｍで切り替えればよい。

以上のように、ＬＮＧポンプ１は切替弁２１を切り替えることにより、自己駆動が可能である。切替弁２１は、例えば、電磁弁あるいはエアポンプ等で駆動することが可能で、これにかかる電力は小さく、車両走行により得られる電力の一部を使用することによりまかなえる。
また、気化器２５に必要な熱源は空気以外にも、エンジン冷却水を利用することができ、エネルギーを有効に使うことができる。

尚、ＬＮＧポンプ１の初期駆動は、駆動シリンダー左室１５８へ高圧ガスを供給することにより、ＬＮＧをポンプシリンダー左室１３８へ吸引することである。そのために、初期駆動時には、切替弁２１を状態１に設定するとともに、駆動ピストン１５を下死点１６３に置き、高圧容器２７から高圧ガスを供給すればよい。
このとき、初期駆動用の高圧容器を高圧容器２７とは別に用意しておき、この容器内に蓄積しておいた高圧ガスを初期駆動時に駆動シリンダー左室１５８に供給するようにしてもよい。

尚、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能であり、それらも、本発明の技術範囲に含まれる。
本実施の形態では、車両エンジンへの燃料ガス供給を対象とするシステムについて説明したが、その利用形態はこれに限るものではなく、定置型の液化ガス供給ポンプとしても使用できる。また、一部を気化して駆動源に使い、残りの高圧な液化ガスを供給するポンプとしても使用できる。

本発明の実施の形態にかかる自己駆動型ＬＮＧ供給システムの構成図 切替弁２１の構成図（状態１） 切替弁２１の構成図（状態２） 切替ピストン２５０の斜視図 ＬＮＧポンプ１の動作を説明する図（１） ＬＮＧポンプ１の動作を説明する図（２） ＬＮＧポンプ１の動作を説明する図（３） ＬＮＧポンプ１の動作を説明する図（４） 従来のＬＮＧ往復動ポンプの説明図

符号の説明

１………ＬＮＧポンプ
１１………ポンプケース
１７………ピストンロッド
２１………切替弁
２３………ＬＮＧタンク
２５………気化器
２７………高圧容器
２９………低圧容器
３３………エンジン
１３０………ポンプシリンダー
１３………ポンプピストン
１３８………ポンプシリンダー左室
１３３………吸入弁
１５０………駆動シリンダー
１５………駆動ピストン
１５８………駆動シリンダー左室
１５６………駆動シリンダー右室
２３０………シリンダー
２５０………切替ピストン

Claims (14)

1. 液化ガスを吸引し、前記液化ガスをピストンにより圧縮して吐出するポンプシリンダーと、
   前記ポンプシリンダーのピストンと供用のロッドに取り付けられた駆動ピストンにより分割された２つのチャンバを有する駆動シリンダーと、
   前記ポンプシリンダーから吐出された液化ガスを気化する気化器と、
   前記気化器により気化された高圧ガスを前記２つのチャンバのいずれか一方に送り込むための切替えを行う切替弁と、を有し、
   前記切替弁を切り替えて、前記駆動シリンダーの一方のチャンバに高圧ガスを流入させることにより駆動ピストンを駆動し、前記駆動ピストンおよび前記ポンプシリンダーのポンプピストンを往復運動させることにより、前記ポンプシリンダーが、液化ガスの吸引と、前記ポンプシリンダー内に吸引された液化ガスの加圧吐出を繰り返すことを特徴とする自己駆動型液化ガス用ポンプ。
2. 前記ポンプシリンダーと前記駆動シリンダーは、それぞれ円筒形のシリンダーであり、隣接して設けられた一体型構造物をなし、供用のロッドを有し、その両端に、前記ポンプシリンダーのポンプピストンと前記駆動シリンダーの駆動ピストンが取り付けられており、
   前記駆動シリンダーの径は前記ポンプシリンダーの径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
3. 前記駆動シリンダーの２つのチャンバは、それぞれ、切替弁からの高圧ガスを取り込む吸入弁と、低圧ガスを切替弁に送り出す吐出弁とを有し、一方のチャンバが高圧ガスを吸入しているときには他方のチャンバは低圧ガスを吐出することを特徴とする請求項１記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
4. 前記切替弁は、前記駆動シリンダーの、前記高圧ガスを送り込むチャンバとは異なるチャンバから吐出される低圧ガスを需要側へ送り出すことを特徴とする請求項３記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
5. 前記切替弁は、前記駆動ピストンの上死点と下死点を検出し、高圧ガスの送出先のチャンバを切り替えることを特徴とする請求項１記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
6. 前記気化器で気化された高圧ガスは、高圧ガスを蓄積する高圧ガス容器を介して切替弁に供給されることを特徴とする請求項１記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
7. 前記駆動シリンダーのいずれかのチャンバから吐出された低圧ガスは、前記切替弁を介し、さらに低圧ガスを蓄積する低圧ガス容器を介して需要側に供給されることを特徴とする請求項４記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
8. 前記切替弁は、電磁弁あるいはエアにより駆動することを特徴とする請求項１記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
9. 前記切替弁は、シリンダーとピストンからなり、前記ピストンは、高圧ガスを通過させるための空隙、および、低圧ガスを通過させるための空隙を有し、
   前記シリンダーは、高圧ガス流入口と、低圧ガス吐出口、前記２つのチャンバにそれぞれ設けられた吸入弁に接続された２つの高圧ガス吐出口、および、前記２つのチャンバにそれぞれ設けられた吐出弁に接続された２つの低圧ガス流入口を有し、
   前記ピストンをシリンダー内で移動させることにより、
   前記高圧ガス流入口から流入した高圧ガスを、前記高圧ガスを通過させるための空隙を介して、２つの高圧ガス吐出口のいずれかより吐出し、
   高圧ガスが流入したチャンバとは異なるチャンバに接続された低圧ガス流入口から流入する低圧ガスを、前記低圧ガスを通過させるための空隙を介して前記低圧ガス吐出口から吐出することを特徴とする請求項１および３記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
10. 初期駆動時には、前記駆動シリンダーの前記ポンプシリンダーに近い側のチャンバに、前記切替弁を介して高圧ガスを供給することにより駆動ピストンが駆動され、それに伴って、ポンプシリンダー内のポンプピストンが駆動することにより、液化ガスをポンプシリンダー内に吸引することを特徴とする請求項１および請求項２記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
11. 前記高圧ガスおよび前記低圧ガスの圧力値は、前記ポンプシリンダーの径と、前記駆動シリンダーの径の比を適切な値に設定することにより、設定可能であることを特徴とする請求項２、請求項３、および請求項１０記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
12. 前記駆動シリンダーは、駆動ピストンが上死点と下死点に達したことを検出するためのセンサーを有することを特徴とする請求項５記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
13. 初期駆動時に駆動シリンダーに供給する高圧ガスを蓄積するための初期駆動用高圧容器をさらに有することを特徴とする請求項１記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。
14. 前記駆動シリンダーのいずれかのチャンバから吐出される低圧ガスは天然ガスであり、車両用エンジン燃料として使用されることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の自己駆動型液化ガス用ポンプ。

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