JP2015124670A

JP2015124670A - 低温液化ガスの吸入・吐出用弁体、往復式ポンプ、及び燃料ガス供給装置

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Publication number: JP2015124670A
Application number: JP2013269035A
Authority: JP
Inventors: 真鴻巣; Makoto Konosu; 聯蔵神田; Renzo Kanda
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN104884799A; KR20150088300A; JP5519857B1; US20150369228A1; KR101577674B1; US9719500B2; WO2015099106A1; CN104884799B

Abstract

【課題】吸入吐出用弁体、往復式ポンプ、及び燃料ガス供給装置において、ピストン側空間の液体燃料の吸入効率、吐出効率（容積効率）を高める。
【解決手段】流体の吸入・吐出用弁体は、前記流体を供給する流体供給部と、流体を排出する流体排出部を含む弁座本体部と、前記弁座本体部の流体供給部に向かって押圧された吸入弁と、前記弁座本体部の流体排出部に向かって押圧された吐出弁と、を有する。前記流体供給部は、前記供給管と接続された供給経路と、前記供給経路の端に設けられ、前記吸入弁に面する複数の吸入孔が形成された隔壁と、前記複数の吸入孔の周りを囲むように前記隔壁に設けられた凹部であって、前記吸入弁が流体供給部に対して押圧するとき、前記吸入弁が前記凹部の縁と当接するように構成された座ぐりと、を備える。また、前記吐出弁が前記吐出孔の側から流体の圧力を受ける部分は、前記吐出孔の外周より広い領域に設けられた受圧凹部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させるときに用いる流体の吸入・吐出用弁体、この弁体を用いた往復式ポンプ、及びこの往復式ポンプを用いた燃料ガス供給装置に関する。

従来より、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）が気化した天然ガスを燃料として運転するディーゼル機関は多数存在するが、近年、現存する油だき低速ディーゼル主機関の環境排出性能を改善するために、高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関が種々提案されている。高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関は、ディーゼル機関の中では高熱効率及び大出力の機関であり、船舶等に特に適用されることが求められている。

例えば、船舶の主機関や発電機駆動機関等に適用される天然ガス等のガス燃料供給装置であって、ガス危険区域へ容易に配置可能な往復式ポンプを用いて燃料の液化ガスが高圧化される装置が知られている（特許文献１）。

当該装置では、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、電動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、を含む。すなわち、ガス危険区域外に位置した油圧ポンプユニットにおいて、電動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプからガス危険区域に位置する油圧モータに向けて駆動用の油圧を供給し、この油圧を用いて往復式ポンプを駆動して液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する。

また、このような往復式ポンプの例として、高い作動圧力用に設計された低温の液体のためのピストンポンプも知られている（特許文献２）。当該ピストンポンプでは、バルブヘッドは、出口開口部を有しピストン先端部に対応する空洞を有し、排出弁は、出口開口部に隣接して、シリンダヘッドに入り込むように配置されており、ピストン先端部は、ピストンポンプ行程が最大の際に空洞の領域を貫通するように構成されている。そして、当該ピストン先端部は、バルブヘッドの空洞にぴったり合うように形作られ、最大ピストン行程では、当該空洞の領域に完全に入り込むことにより、低温媒体は、各ピストンポンプ行程で機械的に常に、バルブヘッドから完全に排除される。加えて、排出弁もまた、バルブヘッドの出口開口部に直接隣接して、密閉された圧力管に入り込むように配置されているため、低温媒体が残留できるポンプ作動室内の空洞がなく、媒体の残留による機能障害は、格段に減少する。

特開２０１２−１７７３３３号公報特開２０１２−２２２４号公報

液化ガスを所望の圧力まで昇圧して効率よく吐出するためには、往復式ポンプの液化ガスの吸入効率及び吐出効率（容積効率）を高めることが好ましい。往復式ポンプの吸入効率及び吐出効率（容積効率）を高めるには、吸入弁、排出弁（吐出弁）で隔てた２つの空間の間の、弁の作動開始時の圧力差（以降、この圧力差を差圧ともいう）を小さくし、液体燃料の気化を抑制すればよい。
しかし、上述のガス燃料供給装置（特許文献１）では、用いる往復式ポンプの構成は開示されていない。また、上述のピストンポンプ（特許文献２）の場合、ピストン先端部は、バルブヘッドの空洞にぴったり合うように形作られるので、低温媒体は、各ピストンポンプ行程で機械的に常に、バルブヘッドから完全に排除される。排出弁もまた、バルブヘッドの出口開口部に直接隣接して、密閉された圧力管に入り込むように配置されている。このため媒体の残留はなく、残留圧力は生じない。このように、上述のピストンポンプでは、媒体の排出の向上を意図しているが、媒体の吸入及び吐出時の容積効率を向上させる手段は開示されていない。液化ガスである媒体の吸入時、吸入弁が開くようにピストンが後退してピストン側空間の圧力が低くなるため、吸入弁の動作を開始させるときのピストン側空間の圧力（作動圧力）と吸入側空間の圧力との差圧は、ピストン側空間内の液化ガスである媒体が気化することを抑制する点で小さいことが好ましい。

そこで、本発明は、往復式ポンプのピストン側空間の液体燃料の吸入効率（容積効率）を高めるために、あるいは、往復式ポンプの液体燃料の吐出効率（容積効率）を高めるために、往復式ポンプの吸入弁あるいは吐出弁を隔てた２つの空間の間の、吸入弁あるいは吐出弁の作動開始時の圧力差を小さくすることができる低温液化ガスの吸入・吐出用弁体、往復式ポンプ、及び燃料ガス供給装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させるときに用いる流体の吸入・吐出用弁体である。当該吸入・吐出用弁体は、
前記流体を供給する流体供給部と、流体を排出する流体排出部を含む弁座本体部と、
前記弁座本体部の流体供給部に向かって押圧された吸入弁と、
前記弁座本体部の流体排出部に向かって押圧された吐出弁と、を有する。
前記流体供給部は、前記供給管と接続された供給経路と、前記供給経路の端に設けられ、前記吸入弁に面する複数の吸入孔が形成された隔壁と、前記複数の吸入孔の周りを囲むように前記隔壁に設けられた凹部であって、前記吸入弁が流体供給部に対して押圧するとき、前記吸入弁が前記凹部の縁と当接するように構成された座ぐりと、を備える。

このとき、前記座ぐりは、前記隔壁に設けられた吸入孔すべてを囲むように１つ設けられている、ことが好ましい。

前記弁座本体部には、前記吸入弁を前記流体供給部に向かって押す吸入用ばねと、前記吸入用ばねを保持する吸入用ばね保持部材と、が設けられ、前記吸入用ばね保持部材は、前記弁座本体部に固定されている、ことが好ましい。

前記弁座本体部には、前記吐出弁を前記流体排出部に向かって押す吐出用ばねと、前記吐出用ばねを保持する吐出用ばね保持部材と、が設けられ、前記吐出用ばね保持部材は、前記弁座本体部に固定されている、ことが好ましい。

前記吐出弁は、前記流体排出部に設けられた前記流体を吐出する吐出孔の周縁部と当接することにより前記吐出孔を塞ぐように配され、
前記吐出弁が前記吐出孔の側から前記流体の圧力を受ける部分は、前記吐出孔の周縁部に当接する部分に対して段差をもって凹んだ受圧凹部を有し、前記受圧凹部は、前記吐出孔の外周より広い領域に設けられている、ことが好ましい。

前記吐出弁は、前記ピストンと前記シリンダライナにより画されて前記流体が満たされるシリンダライナ内空間と接続する吐出孔を塞ぐ、一端が閉塞した筒形状であり、前記吐出弁には、前記筒形状の外側と内側の空間を接続し、前記吐出孔の開放時、吐出した流体を前記筒形状の外側から内側の空間に導き、さらに、前記吐出用ばね保持部材に設けられた排出孔に流すための吐出弁貫通孔が設けられ、
前記吐出用ばね保持部材の筒形状の側壁には、当該筒形状の内部の前記排出孔と外部の空間とを接続し、前記吐出弁が前記吐出孔を開放したとき、前記吐出用ばね保持部材の筒形状の外側にある吐出した流体の一部を前記排出孔内に導く保持部材貫通孔が設けられている、ことが好ましい。

前記吐出弁は、前記吐出孔を塞ぐとき、前記吐出孔の周縁部と当接し、
前記吐出孔の前記周縁部は、前記周縁部の外側に位置する、前記弁座本体部の部分に比べてビッカース硬度が高い高硬度部材で構成されている、ことが好ましい。

また、本発明の他の一態様は、低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させるときに用いる流体の吸入・吐出用弁体である。当該吸入・吐出用弁体は、
前記流体を供給する流体供給部と、流体を排出する流体排出部を含む弁座本体部と、
前記弁座本体部の流体供給部に向かって押圧された吸入弁と、
前記弁座本体部の流体排出部に向かって押圧された吐出弁と、を有する。
前記吐出弁は、前記流体排出部に設けられた前記流体を吐出する吐出孔の周縁部と当接することにより前記吐出孔を塞ぐように配され、
前記吐出弁が前記吐出孔の側から前記流体の圧力を受ける部分は、前記吐出孔の周縁部に当接する部分に対して段差をもって凹んだ受圧凹部を有し、前記受圧凹部は、前記吐出孔の外周より広い領域に設けられている。

本発明のさらに他の一態様は、低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させる往復式ポンプである。当該往復式ポンプは、
前記ピストンと前記シリンダライナを備え、前記ピストンと前記シリンダライナにより画されたシリンダライナ内空間を有する本体部と、
前記本体部に当接した前記吸入・吐出用弁体と、
前記シリンダライナ内空間と前記流体供給部の隔壁が面し、かつ、前記流体排出部が面するように、前記シリンダライナと前記吸入・吐出用弁体を当接させて、前記シリンダライナ及び前記吸入・吐出用弁体の順番に組み込む凹部を備え、当該凹部の壁に前記流体を供給するための供給用貫通孔を備えるシリンダと、
前記シリンダの前記凹部の開口部に、前記吸入・吐出用弁体を前記凹部内の方向に押圧して固定するとともに、吐出した流体を排出するための排出用貫通孔を備えるシリンダカバーと、を有する。

前記吸入・吐出用弁体は、一体的に交換可能な部材である、ことが好ましい。

本発明のさらに他の一態様は、
低温液化ガスである液体燃料を貯留するタンクと、
前記タンクから前記液体燃料を吸入して一定の圧力で排出する前記往復式ポンプと、
排出した前記液体燃料を気化させてガスとする気化装置と、
前記ガスをガス燃焼エンジンに供給するガス供給管と、を備えたことを特徴とするガス供給装置である。

上述の低温液化ガスの吸入・吐出用弁体、往復式ポンプ、及び燃料ガス供給装置によれば、往復式ポンプの吸入弁あるいは吐出弁を隔てた２つの空間の間の、吸入弁あるいは吐出弁の作動開始時の圧力差を小さくすることができる。これにより、往復式ポンプのピストン側空間の液体燃料の吸入効率あるいは吐出効率（容積効率）を高くすることができる。

本実施形態の低温液化ガスの吸入・吐出用弁体及び往復式ポンプを適用した本実施形態の燃料ガス供給装置の概略の構成図である。本実施形態の吸入・吐出用弁体を用いた往復式ポンプの外観斜視図である。図２に示す往復式ポンプの断面図である。本実施形態の吸入・吐出用弁体がシリンダに組み込まれたときの断面図である。本実施形態の吸入・吐出用弁体の吸入孔と吸入弁を説明する図である。本実施形態の吸入・吐出用弁体の吸入孔と吸入弁を説明する図である。本実施形態の吸入・吐出用弁体の吐出弁が開いて、吐出孔が開放した状態を示す図である。吸入弁に作用する圧力及び力を説明する図である。吐出弁に作用する圧力及び力を説明する図である。

以下、本発明の低温液化ガスの吸入・吐出用弁体、往復式ポンプ、及び燃料ガス供給装置について詳細に説明する。

（燃料ガス供給装置）
図１は、本実施形態の低温液化ガスの吸入・吐出用弁体及び往復式ポンプを適用した本実施形態の燃料ガス供給装置１０の概略の構成図である。

燃料ガス供給装置１０は、ガス燃焼エンジン２８の燃焼室内へ、液体燃料（低温液化ガスの流体）を気化させた燃料ガスを高圧で噴射して供給する装置である。本実施形態のガス燃焼エンジン２８は船舶に搭載されるディーゼルエンジンであり、例えば２ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンを用いることができる。

燃料ガス供給装置１０は、図１に示すように、作動油貯留タンク１２と、油圧ポンプ１４と、油圧モータ１６と、液体燃料タンク１８と、往復式ポンプ２０と、気化装置２２と、調圧弁２４と、を主に有する。この他に、燃料ガス供給装置１０は、油圧管１５と、低圧液体燃料供給管１９と、高圧液体燃料供給管２１と、ガス燃料供給管２６を有する。
燃料ガス供給装置１０のこれらの構成要素は全て船舶に搭載される。
作動油貯留タンク１２は、油圧モータ１６を駆動させる油圧を供給するための作動油を貯留する。
液体燃料タンク１８は、ガス燃焼エンジン２８に供給される燃料ガスが気化される前の液体燃料を貯留する。液体燃料として、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等を用いることができる。液体燃料タンク１８は、低圧液体燃料供給管１９と接続されており、低圧液体燃料供給管１９を介して液体燃料を往復式ポンプ２０に供給する。

往復式ポンプ２０は、入口側が低圧液体燃料供給管１９と接続され、出口側が高圧液体燃料供給管２１と接続されている。往復式ポンプ２０は、液体燃料タンク１８から低圧液体燃料供給管１９を介して吸入された液体燃料を一定の圧力に昇圧し、高圧液体燃料供給管２１を介して気化装置２２に排出する。往復式ポンプ２０では、後述するように、ピストンが往復運動を行う。

油圧モータ１６は往復式ポンプ２０を駆動する動力源である。例えば、図示しないクランクを用いて、油圧モータ１６の回転運動を往復式ポンプ２０のピストンの往復運動に変換することができる。
油圧モータ１６は、作動油貯留タンク１２から吸入した作動油を油圧ポンプ１４で昇圧した後油圧管１５を通して供給した油圧により駆動される。本実施形態の作動油としては、油や水溶性作動油を用いることができる。水溶性作動油は、主成分として水を含む作動油であり、例えば、Ｏ／Ｗエマルション、Ｗ／Ｏエマルション、ポリグリコール溶液を含む。
本実施形態では、油圧により駆動される油圧モータ１６を用いるが、作動油貯留タンク１２、油圧ポンプ１４、及び油圧モータ１６に代えて電動機を用いることもできる。危険区域において電動機を用いる場合、防爆処理が施されることが好ましい。このように、往復式ポンプ２０の動力源は、公知のものであれば良く、特に制限されない。

気化装置２２は、入口側が高圧液体燃料供給管２１と接続され、出口側がガス燃料供給管２６と接続されている。気化装置２２は、高圧液体燃料供給管２１を介して供給される昇圧後の液体燃料を加熱し気化させて、液体燃料をガスとする。液体燃料を加熱する熱源として、例えば、液体燃料タンク１８で発生するボイルオフガスの燃焼熱を用いることができる。例えば、ボイルオフガスの燃焼熱で加熱した温水との熱交換により液体燃料を加熱してもよい。
燃料ガス供給管２６には、調圧弁２４が設けられており、一端が気化装置２２と、他端がガス燃焼エンジン２８の燃焼室と接続されている。液体燃料が気化した燃料ガスは、調圧弁２４により所定の範囲の圧力（例えば、１５０〜３００ｂａｒ）に調圧された後、燃料ガス供給管２６を介してガス燃焼エンジン２８の燃焼室に供給される。
図１には示されていないが、油圧や液体燃料やガスの供給量や圧力を調整するための油圧バルブ（リリーフ弁、チェック弁、流量制御弁等）が適宜用いられる。

（往復式ポンプ）
図２は、往復式ポンプ２０の外観斜視図である。往復式ポンプ２０は、シリンダ２０１の外周に設けられた液体燃料供給口２０２を通して低圧液体燃料供給管１９（図１参照）と接続され、液体燃料が往復式ポンプ２０のシリンダライナ空間内に吸入される。液体燃料は、ピストン２０６で押されて高圧となり、後述する吐出弁を通して往復式ポンプ２０の一端から吐出される。

図３は、往復式ポンプ２０の断面図である。
往復式ポンプ２０は、主な部材として、シリンダ２０１と、シリンダライナ２０４と、ピストン２０６と、吸入・吐出用弁体２０８と、トップカバー２１０と、フランジ２１２と、を含む。

ピストン２０６とシリンダライナ２０４は、本体部を形成する。この本体部は、ピストン２０６とシリンダライナ２０４により画されたシリンダライナ内空間を有する。
ピストン２０６は、油圧モータ１６の回転運動を往復運動に変換する図示されない機構、例えばカムシャフト機構に接続されている。
シリンダ２０１は、筒形状であり、凹部２０３を備え、シリンダライナ２０４と吸入・吐出用弁体２０８を当接させて、シリンダライナ２０４、吸入・吐出用弁体２０８、及びトップカバー２１０の順番に凹部２０３内に組み込むように構成されている。凹部２０３の壁、すなわちシリンダ２０１の筒形状の側壁には、液体燃料を供給するための供給用貫通孔２１４を備える。シリンダライナ２０４と吸入・吐出用弁体２０８とは、シリンダ内空間と、後述する流体供給部及び流体排出部とが面するように、当接される。

トップカバー２１０は、吸入・吐出用弁体２０８を凹部２０３内の方向に押圧しつつ、シリンダ２０１の前記凹部の開口部に自らを固定する。トップカバー２１０は、吐出した液体燃料を排出するための排出用貫通孔２１６を備える。具体的には、吸入・吐出用弁体２０８は、トップカバー２１０と接する側にボルトと螺合する螺子孔が設けられている。トップカバー２１０には、貫通孔が設けられ、この貫通孔をボルトが貫通し、吸入・吐出用弁体２０８に設けられた螺子孔と螺合することにより、トップカバー２１０は吸入・吐出用弁体２０８を凹部２０３内の方向に押圧して固定する。同時に、トップカバー２１０は、図示されないボルトがトップカバー２１０の端からトップカバー２１０の貫通孔を通ってシリンダ２０１の凹部２０３の開口部に設けられた螺子孔と螺合することにより、トップカバー２１０の凹部２０３の開口部に固定される。
このように、吸入・吐出用弁体２０８は、シリンダ２０１に１つのユニットとして組み込まれるので、往復式ポンプ２０の補修をするとき、吸入・吐出用弁体２０８は１つのユニットとして一体的に交換することが可能となっている。

（吸入・吐出用弁体）
吸入・吐出用弁体２０８（図３参照）は、回転体形状で、回転体形状の回転軸方向の中間部分において直径が細くなった部分を有する。この部分には、シリンダ２０１に設けられた供給用貫通孔２１４を通して供給された液体燃料をシリンダライナ２０４内のシリンダ内空間に導くための液体燃料供給口２１８が外周上に複数設けられている。

図４は、吸入・吐出用弁体２０８がシリンダ２０１に組み込まれたときの断面図であり、図３に示す領域Ａにおける拡大図である。図５，６は、吸入・吐出用弁体２０８の吸入孔と吸入弁を説明する図である。図７は、吸入・吐出用弁体２０８の吐出弁が開いて、吐出孔が開放した状態を示す図である。

図４に示されるように、吸入・吐出用弁体２０８は、弁座本体部２２０と、吸入弁２２２と、吸入用ばね２２４と、吸入用ばね保持部材２２６と、吐出弁２２８と、吐出用ばね２３０と、吐出用ばね保持部材２３２と、吐出部ライナ２３４と、を主に有する。

弁座本体部２２０は、流体を供給する流体供給部２４０（図４参照）と、流体を排出する流体排出部２４２（図４参照）と、を含む。
流体供給部２４０は、液体燃料供給口２１８から延びる、弁座本体部２２０内にあけられた供給経路２４４と、供給経路２４４の端に設けられ、吸入弁２２２に面する複数の吸入口２４６が形成された隔壁２４８と、複数の吸入口２４６の周りを囲むように隔壁２４８に設けられた座ぐり２５０（図５参照）と、を含む。吸入口２４６は、供給経路２４４の口である。座ぐり２５０は、凹部であって、吸入弁２２２が流体供給部２４０の隔壁２４８に対して押圧するとき、吸入弁２２２が隔壁２４８の前記凹部の縁と当接するように構成されたものである。座ぐり２５０（図５参照）は、吸入口２４６の周りに、隔壁２４８の表面に対して段差をもって凹んだ底部を有する、段状の凹部である。この凹部の縁が吸入弁２２２と当接するように座ぐり２５０は設けられている。図５に示す例では、複数の吸入口２４６が同心円状に設けられ、吐出孔２５２が、吸入口２４６の同心円状の配置の内側に設けられている。
流体排出部２４２は、隔壁２４８と隔壁２４８に設けられた吐出孔２５２を含む。
座ぐり２５０は、隔壁２４８に設けられた吸入口２４６すべてを囲むように１つ設けられていることが、後述するように、吸入弁２２２が吸入口２４６の側から圧力を受ける面積を広くする点で好ましい。

吸入弁２２２は、吸入口２４６を塞ぐように寸法が定められた、真ん中に穴が開いた円盤形状の板材である。吸入弁２２２は、吸入用ばね２２４と接触している。図４に示すように、吸入用ばね２２４は、吸入用ばね保持部材２２６に保持されている。吸入用ばね保持部材２２６は弁座本体部２２０に固定されている。これにより、吸入用ばね２２４は吸入弁２２２を流体供給部２４０に向かって押し、吸入弁２２２は、吸入用ばね２２４により流体供給部２４０に向かって、具体的には流体供給部２４０の隔壁２４８を押圧する。
なお、吸入用ばね保持部材２２６は、弁座本体部２２０に固定されていることが、吸入弁２２２を弁座本体部２２０に組み込んで一体化できる点で好ましい。

上述したように複数の吸入口２４６が設けられた隔壁２４８には、図５に示すように、複数の吸入口２４６の周りを取り巻くように、１つの段状に凹んだ凹部が座ぐり２５０として、設けられている。吸入口２４６は、図５に示す例では同心円状に設けられているので、座ぐり２５０は、吸入口２４６の周りを取り巻くように同心円状に帯状に一周設けられている。
このように座ぐり２５０を設けることにより、往復式ポンプ２０のシリンダライナ側空間２２７（図７参照）と吸入側空間である供給経路２４４との間の、吸入弁２２２の作動開始時の圧力差を小さくすることができ、これにより液体燃料の吸入を効率よく行うことができる。

図８は、吸入弁２２２に作用する圧力及び力を説明する図である。吸入弁２２２を挟んで吸入側の圧力をＰ_１とし、圧力Ｐ_１を受ける吸入弁２２２の面積をＳ_１とし、ピストン側（シリンダライナ内空間）の圧力をＰ_２（シリンダライナ内空間２２７（図７参照）の残留圧力も含む）とし、圧力Ｐ_２を受ける吸入弁２２２の面積をＳ_２とし、吸入用ばね２２４が吸入弁２２２を押圧する力をＦ_２としたとき、吸入弁２２２が開こうとするときの力の釣り合う状態は、Ｐ_１・Ｓ_１＝Ｐ_２・Ｓ_２＋Ｆ_２となる。したがって、このときの作動圧力Ｐ_２は、（Ｓ_１／Ｓ_２）・Ｐ_１−Ｆ_２／Ｓ_２となる。また、圧力差Ｐ_１−Ｐ_２は、（Ｓ_２−Ｓ_１）／Ｓ_２・Ｐ_１＋Ｆ_２／Ｓ_２となる。
したがって、吸入弁２２２の面積Ｓ_１を面積Ｓ_２に近づけることにより、圧力差を小さくすることができる。すなわち、ピストン２０６が後退してシリンダライナ内空間２２７の圧力を低くするとき、面積Ｓ_１を面積Ｓ_２に近づけることにより、上記差圧が小さい状態で吸入弁２２２が開いて、液体燃料がシリンダ内空間２２７に流入する。したがって、往復式ポンプ２０の液体燃料の吸入効率を向上させることができる。さらに、液体燃料は、低温液化ガスであるので、差圧を小さくすることは、ピストン側空間内の減圧下、液体燃料の一部が気化することを抑制できる点で好ましい。

一方、吐出弁２２８は、一端が閉塞した筒形状である。吐出弁２２８には、図４に示すように、筒形状の外側と内側の空間を接続する吐出弁貫通孔２２９が複数設けられている。吐出弁２２８は、液体燃料を吐出する吐出孔２５２の周縁部と当接することにより吐出孔２５２を塞ぐように配されている（吐出孔２５２の閉塞時）。吐出弁貫通孔２２９は、吐出孔２５２の開放時、吐出弁２２８は後退し、吐出した液体燃料を、吐出弁２２８の筒形状の外側から内側の空間に導き、さらに、吐出用ばね保持部材２３２に設けられた排出孔２３３に流すよう機能する。
吐出用ばね保持部材２３２は、筒形状を成し、筒形状の外周に吐出用ばね２３０を配し、筒形状の一端がフラジ形状を成している。吐出用ばね保持部材２３２は、筒形状の中心軸に沿って排出経路となる排出孔２３３（図７参照）を筒形状の内部に備える。上記フランジ形状の部分が吐出用ばね２３０を支持することにより、吐出用ばね２３０は、吐出用ばね保持部材２３２に保持される。吐出用ばね２３０の一方の端は、吐出弁２２８と接触している。吐出用ばね保持部材２３２は、弁座本体部２２０に図示されないボルト等により固定されている。これにより、吐出用ばね２３０は、吐出弁２２８を流体排出部２４２に向かって押し、吐出弁２２８は、流体排出部２４２に向かって、具体的には、流体排出部２４２の隔壁２４８（吐出孔２５２の周縁部）に対して押圧する。
吐出部ライナ２３４は、弁座本体部２２０の凹部の壁面に沿って設けられている。吐出弁２２８は吐出部ライナ２３４の内壁に沿って移動するように、吐出部ライナ２３４は構成されている。

吐出弁２２８は、ピストン２０６とシリンダライナ２０４により画されて液体燃料が満たされるシリンダライナ内空間２２７（図７参照）と接続する吐出孔２５２を塞ぐ、一端が閉塞した筒形状である。この閉塞した一端が、吐出弁２２８の押圧により塞ぐ。シリンダライナ内空間２２７内の圧力から吐出弁２２８が受ける力が、吐出用ばね２３０の付勢に打ち勝つと、吐出弁２２８が吐出孔２５２を開放する。吐出孔２５２の開放時、図７に示すように、吐出した液体燃料は、貫通孔２２９を通して筒形状の外側から内側の空間に導かれ、さらに、吐出用ばね保持部材２３２の吐出経路である排出孔２３３に流れる。
吐出用ばね保持部材２３２の筒形状の側壁には、図７に示すように、この筒形状の内部の吐出経路である排出孔２３３と外部の空間とを接続する保持部材貫通孔２３８が設けられていることが好ましい。保持部材貫通孔２３８は、吐出弁２２８が吐出孔２５２を開放したとき、吐出用ばね保持部材２３２の筒形状の外側にある吐出した液体燃料の一部を、保持部材貫通孔２３８を通して排出孔２３３内に導く。このとき、吐出弁２２８の隔壁２４８の側と反対側の端は、吐出用ばね保持部材２３２の端と当接する。しかし、この当接時、上記液体燃料の移動により、吐出弁２２８の急激な移動に対するダンパー効果が発揮するので、吐出弁２２８の急激な移動を抑制することができ、吐出弁２２８と吐出用ばね保持部材２３２の当接時の衝撃を和らげることができる。図７に示す例では、排出孔２３３の壁面の周上に４箇所、保持部材貫通孔２３８が設けられているが、保持部材貫通孔２３８の数は制限されない。

このような吐出弁２２８は、図４に示すように、液体燃料を吐出する吐出孔２５２の周縁部と当接することにより吐出孔２５２を塞ぐように配されている。そして、吐出弁２２８が吐出孔２５２の側から液体燃料の圧力を受ける部分は、図７に示すように、吐出孔２５２の周縁部に当接する部分に対して段差をもって凹んだ受圧凹部２２８ａを有する。この受圧凹部２２８ａは、吐出孔２５２の外周より広い領域に設けられている。すなわち、受圧凹部２２８ａが吐出孔２５２の側から液体燃料の圧力を受ける部分の面積は、吐出孔２５２の面積より広がっている。このため、往復式ポンプ２０における液体燃料の吐出効率を向上させることができる。

図９は、吸出弁２２８に作用する圧力及び力を説明する図である。吐出孔２５２の側の液体燃料の圧力をＰ_３とし、圧力Ｐ_３を受ける吐出弁２２８の面積をＳ_３とし、吐出弁２２８側の圧力をＰ_４とし、圧力Ｐ_４を受ける吐出弁２２２の受圧面積をＳ_４とし、吐出用ばね２３０が吐出弁２２８を押圧する力をＦ_４としたとき、吐出弁２２８が開こうとするときの力の釣り合う状態は、Ｐ_３・Ｓ_３＝Ｐ_４・Ｓ_４＋Ｆ_４となる。したがって、このときの作動圧力Ｐ_３は、（Ｓ_４／Ｓ_３）・Ｐ_４＋Ｆ_４／Ｓ_３となる。また、吐出弁２２８の動作開始時の圧力差Ｐ_３−Ｐ_４は、（Ｓ_４−Ｓ_３）／Ｓ_３・Ｐ_４＋Ｆ_４／Ｓ_３となる。
したがって、吐出弁２２８の面積Ｓ_３を面積Ｓ_４に近づけることにより、圧力差を小さくすることができる。すなわち、ピストン２０６が前進してシリンダライナ内空間２２７の圧力を昇圧するとき、面積Ｓ_３を面積Ｓ_４に近づけることにより、上記差圧が小さい状態で吐出弁２２８が開いて、液体燃料が吐出弁２８の側に流入する。したがって、往復式ポンプ２０の液体燃料の吐出効率を向上させることができる。

吐出弁２２８は、吐出孔２５２を塞ぐとき、上述したように吐出孔２５２の周縁部と当接する。吐出孔２５２の吐出弁２２８と当接する周縁部は、図７及び図９に示すように、周縁部の外側に位置する弁座本体部２２０の部分に比べてビッカース硬度が高い高硬度部材２５６で構成されている。この高硬度部材２５６により、弁座本体部２２０の寿命は長くなる。高硬度部材２５６は、例えば、ステライト粉末をレーザ照射（レーザクラッディング）により熔解して得られたステライト材が用いられる。

以上説明したように、本実施形態では、往復式ポンプ２０の吸入・吐出用弁体２０８において、隔壁２４８に設けられる複数の吸入口２４６の周りを囲むように座ぐり２５０を設け、吸入弁２２２が、吸入口２４６の開口縁ではなく、座ぐり２５０の縁と当接するように構成したので、吸入弁２２２の動作を開始させるシリンダライナ内空間２２７と吐出側空間との間の、吸入弁２２２の動作開始時の圧力差を小さくできる。この結果、液体燃料の吸入効率を高めることができる。
また、吐出弁２２８は、流体排出部２４２に設けられた液体燃料を吐出する吐出孔２５２の周縁部と当接することにより吐出孔２５２を塞ぐように配され、吐出弁２２８が吐出孔２５２の側から液体燃料の圧力を受ける部分は、吐出孔２５２の周縁部に当接する部分に対して段差をもって凹んだ受圧凹部２２８ａを有する。この受圧凹部２２８ａは、吐出孔２５２の外周より広い領域に設けられている。このため、吐出弁２２８の動作開始時の圧力差を小さくできる。この結果、液体燃料の吐出効率を高めることができる。

また、吸入・吐出用弁体２０８は、吸入弁２２２及び吐出弁２２８を一体的に含んでおり、シリンダ２０１に１つのユニットとして組み込まれるので、往復式ポンプ２０の補修をするとき、吸入・吐出用弁体２０８は１つのユニットとして一体的に交換することが可能となっている。このため、往復式ポンプ２０の補修を早急に行うことができる。

また、図７に示すように、吐出用ばね保持部材２３２の筒形状の側壁には、筒形状の内部の吐出経路である排出孔２３３と外部の空間とを接続する保持部材貫通孔２３８が設けられているので、保持部材貫通孔２３８を通して、吐出用ばね保持部材２３２の筒形状の外側にある液体燃料の一部を、保持部材貫通孔２３８を通して吐出経路内に導くことができる。この液体燃料の移動により、吐出弁２２８の急激な移動に対するダンパー効果が発揮して、吐出弁２２８と吐出用ばね保持部材２３２とが当接する時の衝撃を和らげることができる。

本実施形態の吸入・吐出用弁体２０８では、弁座本体部２２０に、吸入弁２２２及び吐出弁２２８の機構が一体化されているので、弁は高精度に動作することができ、高精度な弁の構成を実現することができる。また、弁座本体部２２０に、吸入弁２２２及び吐出弁２２８の機構が一体化されているので、往復式ポンプ２０の吸入動作あるいは吐出動作が不調なとき、シリンダ２０１から吸入・吐出用弁体２０８を取り出して、吸入弁２２２及び吐出弁２２８の機構のどの部分に不具合があるのかを容易に特定することができる。従来の往復式ポンプでは、弁座本体部周りの部品に吸入弁、吐出弁、及び弁座本体部が取り付けられるので、往復式ポンプを組み立てたときに吸入弁、吐出弁、及び弁座本体部の位置等が定まるので、弁座本体部を取り出しただけでは、どの部分に不具合があるのかを特定することは難しかった。この点で、本実施形態の弁座本体部２２０に、吸入弁２２２及び吐出弁２２８の機構が一体化された吸入・吐出用弁体２０８は優れている。

以上、本発明の低温液化ガスの吸入・吐出用弁体、往復式ポンプ、及び燃料ガス供給装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０燃料ガス供給装置１２作動油貯留タンク
１４油圧ポンプ１５油圧管
１６油圧モータ１８液体燃料タンク
１９低圧液体燃料供給管２０往復式ポンプ
２１高圧液体燃料供給管２２気化装置
２４調圧弁２６ガス燃料供給管
２８ガス燃焼エンジン２０１シリンダ
２０２液体燃料供給口２０４シリンダライナ
２０６ピストン２０８吸入・吐出用弁体
２１０トップカバー２１２フランジ
２１４供給用貫通孔２１６排出用貫通孔
２１８液体燃料供給口２２０弁座本体部
２２２吸入弁２２４吸入用ばね
２２６吸入用ばね保持部材２２７シリンダライナ内空間
２２８吐出弁２２８ａ受圧凹部
２２９吐出弁貫通孔２３０吐出用ばね
２３２吐出用ばね保持部材２３３排出孔
２３４吐出部ライナ２３８保持部材貫通孔
２４０流体供給部２４２流体排出部
２４４供給経路２４６吸入口
２４８隔壁２５０座ぐり
２５２吐出孔２５６高硬度部材

Claims

低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させるときに用いる流体の吸入・吐出用弁体であって、
前記流体を供給する流体供給部と、流体を排出する流体排出部を含む弁座本体部と、
前記弁座本体部の流体供給部に向かって押圧された吸入弁と、
前記弁座本体部の流体排出部に向かって押圧された吐出弁と、を有し、
前記流体供給部は、前記供給管と接続された供給経路と、前記供給経路の端に設けられ、前記吸入弁に面する複数の吸入孔が形成された隔壁と、前記複数の吸入孔の周りを囲むように前記隔壁に設けられた凹部であって、前記吸入弁が流体供給部に対して押圧するとき、前記吸入弁が前記凹部の縁と当接するように構成された座ぐりと、を備えることを特徴とする吸入・吐出用弁体。
前記座ぐりは、前記隔壁に設けられた吸入孔すべてを囲むように１つ設けられている、請求項１に記載の吸入・吐出用弁体。
前記弁座本体部には、前記吸入弁を前記流体供給部に向かって押す吸入用ばねと、前記吸入用ばねを保持する吸入用ばね保持部材と、が設けられ、前記吸入用ばね保持部材は、前記弁座本体部に固定されている、請求項１または２に記載の吸入・吐出用弁体。
前記弁座本体部には、前記吐出弁を前記流体排出部に向かって押す吐出用ばねと、前記吐出用ばねを保持する吐出用ばね保持部材と、が設けられ、前記吐出用ばね保持部材は、前記弁座本体部に固定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸入・吐出用弁体。
前記吐出弁は、前記流体排出部に設けられた前記流体を吐出する吐出孔の周縁部と当接することにより前記吐出孔を塞ぐように配され、
前記吐出弁が前記吐出孔の側から前記流体の圧力を受ける部分は、前記吐出孔の周縁部に当接する部分に対して段差をもって凹んだ受圧凹部を有し、前記受圧凹部は、前記吐出孔の外周より広い領域に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸入・吐出用弁体。
前記吐出弁は、前記ピストンと前記シリンダライナにより画されて前記流体が満たされるシリンダライナ内空間と接続する吐出孔を塞ぐ、一端が閉塞した筒形状であり、前記吐出弁には、前記筒形状の外側と内側の空間を接続し、前記吐出孔の開放時、吐出した流体を前記筒形状の外側から内側の空間に導き、さらに、前記吐出用ばね保持部材に設けられた排出孔に流すための吐出弁貫通孔が設けられ、
前記吐出用ばね保持部材の筒形状の側壁には、当該筒形状の内部の前記排出孔と外部の空間とを接続し、前記吐出弁が前記吐出孔を開放したとき、前記吐出用ばね保持部材の筒形状の外側にある吐出した流体の一部を前記排出孔内に導く保持部材貫通孔が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸入・吐出用弁体。
前記吐出弁は、前記吐出孔を塞ぐとき、前記吐出孔の周縁部と当接し、
前記吐出孔の前記周縁部は、前記周縁部の外側に位置する、前記弁座本体部の部分に比べてビッカース硬度が高い高硬度部材で構成されている、請求項６に記載の吸入・吐出用弁体。
低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させるときに用いる流体の吸入・吐出用弁体であって、
前記流体を供給する流体供給部と、流体を排出する流体排出部を含む弁座本体部と、
前記弁座本体部の流体供給部に向かって押圧された吸入弁と、
前記弁座本体部の流体排出部に向かって押圧された吐出弁と、を有し、
前記吐出弁は、前記流体排出部に設けられた前記流体を吐出する吐出孔の周縁部と当接することにより前記吐出孔を塞ぐように配され、
前記吐出弁が前記吐出孔の側から前記流体の圧力を受ける部分は、前記吐出孔の周縁部に当接する部分に対して段差をもって凹んだ受圧凹部を有し、前記受圧凹部は、前記吐出孔の外周より広い領域に設けられている、ことを特徴とする吸入・吐出用弁体。
低温液化ガスの流体をシリンダライナ内に吸入してピストンを用いて吐出させる往復式ポンプであって、
前記ピストンと前記シリンダライナを備え、前記ピストンと前記シリンダライナにより画されたシリンダライナ内空間を有する本体部と、
前記本体部に当接した請求項１〜８のいずれか１項に記載の吸入・吐出用弁体と、
前記シリンダライナ内空間と前記流体供給部の隔壁が面し、かつ、前記流体排出部が面するように、前記シリンダライナと前記吸入・吐出用弁体を当接させて、前記シリンダライナ及び前記吸入・吐出用弁体の順番に組み込む凹部を備え、当該凹部の壁に前記流体を供給するための供給用貫通孔を備えるシリンダと、
前記シリンダの前記凹部の開口部に、前記吸入・吐出用弁体を前記凹部内の方向に押圧して固定するとともに、吐出した流体を排出するための排出用貫通孔を備えるシリンダカバーと、を有することを特徴とする往復式ポンプ。
前記吸入・吐出用弁体は、一体的に交換可能な部材である、請求項９に記載の往復式ポンプ。
低温液化ガスである液体燃料を貯留するタンクと、
前記タンクから前記液体燃料を吸入して一定の圧力で排出する請求項９または１０に記載の往復式ポンプと、
排出した前記液体燃料を気化させてガスとする気化装置と、
前記ガスをガス燃焼エンジンに供給するガス供給管と、を備えたことを特徴とするガス供給装置。