JP7407974B2 - 移送用コンプレッサおよびこれを用いた高圧ガスステーション - Google Patents

Description

この発明は入口圧力の変動幅が大きく出口圧力が超高圧になる高圧ガス移送用のコンプレッサおよびこれを用いた高圧ガスステーションに関する。

特許第６１６０８７６号「ハニカムコアがパネル表面と平行に配置されているハニカム構造体、およびその製造方法」はハニカム構造による高圧ガスタンクの製造方法を開示している。加えて、特許第６１６０８７６号は超高圧ガスステーションのアイデアも示している。輸送用および保管用の高圧ガスタンクは高圧ガスステーションの経営・管理において不可欠である。特許第６１６０８７６号は輸送用および保管用の高圧ガスタンクとしてハニカム構造のガスタンクを提示した。ハニカム構造のガスタンクの評価は水圧試験によって立証されている。さらに、高圧ガスステーションに不可欠なものは、輸送用ガスタンクから保管用ガスタンクまで高圧のガスを移送するコンプレッサである。高圧コンプレッサもまた特許第６１６０８７６号は提示しているが、高圧コンプレッサの機械的な構造は示されていない。

高圧ガスが充填されたタンクとガスが充填されていない空のタンクの二つのガスタンクを単純に接続しても、高圧ガスの全てのガスを空のタンクに移送することはできない。高圧のガスタンクと移送されたガスタンクの内部圧力が等しくなると、高圧ガスの移送は止まるからである。高圧のガスタンクから移送先のガスタンクまで高圧縮されたガスを移送するには、移送用コンプレッサが必要である。

従来技術では、高圧コンプレッサに多段階ピストン方式のコンプレッサが使用される。多段階ピストン方式とは２組のピストンの組み合わせである。初めのピストンと２番目のピストンは直列に接続される。初めのピストンの圧縮比はおよそ「２０：１」である。２番目のピストンの圧縮比はおよそ「２:１」である。結果として、多段階ピストンは合計でおよそ「４０：１」の圧縮比を得ることができる。２番目のピストンの圧縮比を拡大できない理由は以下の通りである。

（１）例えば、０．１MPaガスから、４．０MPaの高圧ガスが多段階コンプレッサによって作られると想定する。圧縮された高圧ガスは高圧ガスタンクに格納される。１番目のコンプレッサのシリンダ容積は１０００ccであると仮定し、圧縮比は２０:１とする。
（２）最初(１番目)のコンプレッサで圧縮されたガスは、２番目のコンプレッサのシリンダに入る。この場合、１番目のコンプレッサから排出される。圧縮されたガスの容量と圧力は、５０ccと２．０MPaである。２番目のコンプレッサのシリンダ容積を１００ccとすると、２番目のシリンダ内部の圧力は１．０MPaになる。従って、２番目のコンプレッサの容積が５０ccを超えることは意味がない。
（３）２番目のコンプレッサの圧縮比が２：１であるとき、２番目のコンプレッサによって作られた圧縮ガスの容量と圧力は、２５ccと４．０MPaである。このような小さいコンプレッサで圧縮比を拡大することは現実的ではない。

特許第６１６０８７６号

この発明が解決しようとしている問題は、特許第６１６０８７６号の不完全な高圧ガスステーションを完成させる新技術を開発することである。一言でこの問題を説明することは難しい。説明図を使用して説明する。図１２は特許第６１６０８７６号から想定される高圧ガスステーションの概念図である。

高圧ガスステーションは移動用の輸送用タンク２０、このタンク２０に脱着される接続バルブ２１、接続バルブ２１を末端に有する移送ライン２２、移送ライン２２の途中に設けられた３－ウェイバルブ２３、この３-ウェイバルブ２３により切り替えられるバイパスライン２４と移送用コンプレッサ３６を介して保管ガス高圧ライン２６とが設けられている。保管ガス高圧ライン２６は保管タンク２７に接続され、保管タンク２７の出口には加圧用コンプレッサ３７を介して加圧ライン２９が接続され、加圧ライン２９に給油用タンク３０が接続され、更に、給油用タンク３０の出口には給油用高圧ライン３１を介して給油バルブ３２が設けられている。これによってガス自動車３３への給油ができる。なお、管理棟３４、および敷地３５が設けられている。

図１２における高圧ガスステーションの概念は以下の通りである。
（１）輸送用タンク２０の初期圧力を６０MPaと仮定する。保管タンク２７の圧力を６０MPaと仮定する。給油用タンク３０の圧力を８０MPaと仮定する。移送用コンプレッサ３６の圧縮比を２０:１と仮定する。加圧用コンプレッサ３７の圧縮比を２０：１と仮定する。
（２）図１２の高圧ガスステーションにおいて、輸送用タンク２０から保管タンク２７まで６０MPaの高圧ガスを移送には２つの方法がある。輸送用タンク２０に充填された６０MPaの高圧ガスはガスの供給ベースから輸送される。
（ａ）ひとつは輸送用タンク２０、接続バルブ２１、移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、および保管ガス高圧ライン２６から保管タンク２７へ直送されるラインである。
（ｂ）別のひとつは輸送用タンク２０、接続バルブ２１、移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、移送用コンプレッサ３６、および保管ガス高圧ライン２６から保管タンク２７へのラインである。
（３）移送用コンプレッサ３６は輸送用タンク２０で輸送されてきた高圧ガスを保管タンク２７に加圧して移送する。保管タンク２７の圧力は６０MPaである。
（４）移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、移送用コンプレッサ３６、保管ガス高圧ライン２６、および保管タンク２７は地下に設置される。
（５）保管タンク２７に格納されている６０MPaの高圧ガスは、加圧ライン２９を通って加圧用コンプレッサ３７によって８０MPaの給油用タンク３０に加圧されて移送される。
（６）加圧用コンプレッサ３７、加圧ライン２９、および給油用タンク３０は地下に設置される。
（７）給油用タンク３０に収納された８０MPaの高圧ガスは、給油用高圧ライン３１を通して給油バルブ３２によってガス自動車３３に給油される。

輸送用タンク２０はガス供給ベースからガスステーションまでの輸送用ガスタンクである。輸送用タンク２０は特許第６１６０８７６号から想定されるハニカム構造高圧タンクで作られる。輸送用タンク２０の初期圧力は６０MPaと仮定される。

接続バルブ２１は移送ライン２２への開閉バルブである。移送ライン２２は３－ウェイバルブ２３に接続する。３－ウェイバルブ２３はバイパスライン２４と移送用コンプレッサ３６への切り替えバルブである。バイパスライン２４と移送用コンプレッサ３６は保管ガス高圧ライン２６に接続する。３－ウェイバルブ２３から出ているバイパスライン２４は保管ガス高圧ライン２６の途中に接続される。

３－ウェイバルブ２３がバイパスライン２４に開かれているとき、輸送用タンク２０のガスは直接保管ガス高圧ライン２６に流れる。移送用コンプレッサ３６は保管ガス高圧ライン２６に接続する。保管ガス高圧ライン２６は保管タンク２７に接続する。移送用コンプレッサ３６は輸送用タンク２０の高圧ガスを保管タンク２７に移送する。

保管タンク２７は、輸送用タンク２０によってガス供給ベースから輸送された高圧のガスを保管するするガスタンクである。この保管タンク２７は、輸送用タンク２０と同様、特許第６１６０８７６号から想定されるハニカム構造高圧タンクで作られる。加圧用コンプレッサ３７は高圧のパイプラインによって保管タンク２７に接続される。加圧用コンプレッサ３７は保管タンク２７の高圧ガスを８０MPaに加圧する。８０MPaに加圧された高圧ガスは加圧ライン２９を通して給油用タンク３０に送られる。加圧ライン２９は８０MPaかそれ以上の高圧に耐える高圧のパイプラインである。

給油用タンク３０は８０MPaと仮定される超高圧のガスタンクである。給油用タンク３０は、ガス自動車３３に給油するための高圧ガスを収納する。この給油用タンク３０は特許第６１６０８７６号から想定されるハニカム構造高圧タンクで作られる。給油用高圧ライン３１は給油用タンク３０に接続される。給油用高圧ライン３１は給油用タンク３０に収納されている高圧ガスを給油バルブ３２に移送する超高圧ガスのパイプラインである。給油バルブ３２は高圧ガスをガス自動車３３に給油する圧力調整バルブである。ガス自動車３３は天然ガスや水素ガスなどの車載用ガスタンクを保有する乗り物である。ガス自動車３３のガスタンクは６０MPaであると仮定される。管理棟３４と敷地３５はガスステーションの管理棟と敷地である。

図１２で示される高圧ガスステーションのシステムは良く機能するように見える。しかし、それは従来の技術では機能を十分に実現させない。理由は以下の通りである。
（１）ガス自動車３３の車載ガスタンクに６０MPaの高圧ガスを給油するため、給油用タンク３０の内部圧力は８０MPaを維持することが望ましい。
（２）給油用タンク３０の超高圧ガスは加圧用コンプレッサ３７によって保管タンク２７から供給される。加圧用コンプレッサ３７は従来技術における圧縮比２０：１のピストン式コンプレッサであると仮定する。
（３）保管タンク２７の内部の圧力が６０MPaであるとき、加圧用コンプレッサ３７は６０MPaの高圧ガスから８０MPaの超高圧ガスを容易に作ることができるので、８０MPaのガスを給油用タンク３０に供給するのは容易である。
（４）例えば、６０MPa、１０００ccの高圧ガスは８０MPa、７５０ccの超高圧ガスになる。圧縮比は１．３３：１．０である。加圧用コンプレッサ３７の圧縮比はこの値より大きい。
（５）しかし、保管タンク２７から高圧のガスを給油用タンク３０に供給し続けるとき、保管タンク２７の内部圧力は徐々に減少する。保管タンク２７の圧力が４．０MPaかそれ以下になると、加圧用コンプレッサ３７は８０MPaの超高圧ガスを給油用タンク３０に供給することができなくなる。つまり、保管タンク２７に残っている４．０MPa以下の高圧ガスは完全にデッドストックとなる。４．０MPaはおよそ４０気圧である。
（６）もしコンプレッサに圧縮比４０：１の多段階ピストンを使用するならば、保管タンク２７の圧力が２．０MPaに減少するまで使用することが可能である。しかし、多段階ピストンは１番目のピストンと２番目のピストンの組み合わせである。保管タンク２７の圧力が４．０MPa以上あるとき、多段階ピストンの２番目のピストンは役に立たない障害物となる。

また、輸送用タンク２０と保管タンク２７との関係も同様である。計算を単純にするため、輸送用タンク２０の内部圧力を６０MPaであると仮定し、保管タンク２７の内部圧力をゼロであると仮定する。そして、輸送用タンク２０の容積を３０００リットルと仮定し、保管タンク２７の容積を同じく３０００リットルであると仮定する。簡単にいえば、３０００リットル、６０MPaの高圧ガスが輸送タンクから空の地下タンクまで移される場合を想定する。この移送が従来技術で行われる場合、それは以下になる。
（１）輸送用タンク２０はガスの供給ベースからガスステーションまで運ばれる。
（２）輸送用タンク２０は接続バルブ２１によって移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、移送用コンプレッサ３６、保管ガス高圧ライン２６、および保管タンク２７に接続される。
（３）接続バルブ２１が開かれるとき、６０MPaの高圧ガスは移送ライン２２を通って３－ウェイバルブ２３まで移動する。
（４）３－ウェイバルブ２３がバイパスライン２４に開かれるとき、６０MPaの高圧ガスはバイパスライン２４と保管ガス高圧ライン２６を通して保管タンク２７に流入する。
（５）輸送用タンク２０と保管タンク２７の容積は同じなので、輸送用タンク２０の高圧ガスは保管タンク２７の内部圧力が３０MPaになると流れるのを止める。
（６）輸送用タンク２０に残った３０MPaの高圧ガスはデッドストックとして輸送用タンク２０に残される。保管タンク２７の内部の圧力は、３０MPaに止まって、６０MPaに達しない。つまり、単にバイパス弁を開くことによって輸送タンクの高圧ガスを地下タンクに輸送することは不可能である。

次に、従来技術のピストン式コンプレッサがこの課題に挑戦する。入口圧力が大きく変動しても、ピストン式コンプレッサは有効である。
（１）移送用コンプレッサ３６は圧縮比２０：１の従来技術のピストン式コンプレッサであると仮定する。
（２）移送用コンプレッサ３６は３０MPaの高圧ガスから６０MPaの高圧ガスを容易に作ることができるので、輸送用タンク２０の内部圧力が３０MPaであるとき、３０MPaの高圧ガスを保管タンク２７に移送することは簡単である。３０MPa、１０００ccの高圧ガスは６０MPa、５００ccの高圧ガスになる。圧縮比は２：１である。移送用コンプレッサ３６の圧縮比はこの値より大きい。
（３）しかし、輸送用タンク２０から高圧ガスを保管タンク２７に供給し続けるとき、輸送用タンク２０の内部圧力は徐々に減少する。輸送用タンク２０の圧力が３．０MPaかそれ以下になると、移送用コンプレッサ３６は６０MPaの高圧ガスを保管タンク２７に供給することができなくなる。
（４）つまり、輸送用タンク２０に残っている３．０MPa以下の高圧のガスは完全デッドストックとなる。３．０MPaはおよそ３０気圧である。
（５）もしコンプレッサに圧縮比４０：１の多段階ピストンを使用するならば、輸送用タンク２０の圧力が１．５０MPaに減少するまで使用することは可能である。しかしながら、多段階ピストンは２個のピストンの組み合わせである。輸送用タンク２０の圧力が３．０MPa以上あるとき、多段階ピストンの２番目のピストンは役に立たない障害物となる。

発明が解決するための手段

ここに説明される発明は、高圧ガスを移送するための新しく発明されたコンプレッサであり、そのコンプレッサによって高圧ガソリンスタンドの機能を実現させる。新しく発明されたコンプレッサはひとつのピストンによって多段階ピストンの機能を実現させるコンプレッサである。

従来技術のピストン式コンプレッサは、「発明が解決しようとする課題」によって説明される高圧ガスステーションを実現させるには不十分である。新方式のコンプレッサが必要である。しかし、従来技術のピストン方式は完全に役に立たないというわけではない。それは入口圧力の変動幅が大きく、出口圧力が高圧になるところでかなり効果的である。本発明のコンプレッサが２番目のピストンなしで多段階ピストンの機能を得ることができるならば、上記の問題を解決することができる。つまり、ひとつのピストンで多段階ピストン方式の機能を持つコンプレッサを発明できれば、図１２で示される高圧ガスステーションを実現することが可能となる。

ひとつのピストンによって多段階コンプレッサの機能を得るには、ふたつの加圧室が必要である。不可能に見えるが、それは不可能ではない。実際、ツーサイクルエンジン（２工程期間）はエンジンピストンの後ろに加圧室を持っている。ピストン＆シリンダの場合、複動式シリンダと呼ばれる。

しかし、２行程機関のメカニズムを高圧のコンプレッサに適用することは危険である。この発明は、ピストンを動かすのにリニアアクチュエータ（リニアアクチュエータ）かリニアモータを使用する。クランク＆ピストンと比べて、リニアアクチュエータは急速加圧に劣る。しかしながら高圧ガスステーションによる給油は、ガスステーションの高圧ガスとガス自動車の車載タンク間の圧力差によって給油されるので、移送用コンプレッサが急速に高圧ガスを加圧する必要はない。従って、図１におけるコンプレッサに要求される能力は即効ではなく、継続パワーである。リニアアクチュエータやリニアモータは駆動装置の簡便さに優れている。駆動装置の簡便さは、構造的強度を強化することを容易にする。

この発明の原理は２行程機関と同じである。つまり、吸気と圧縮が同時に、ピストンのワンサイクルによって行われる。
具体的には、本発明に係るコンプレッサは、シリンダ内を圧縮チャンバーと吸気チャンバーに区分するピストンを有し、ピストンには吸気チャンバーから圧縮チャンバー方向にのみ開弁可能なチェックバルブを設け、前記圧縮チャンバーのアウトレットには出口方向へのみ開弁可能なチェックバルブと、前記吸気チャンバーのインレットにはチャンバー内へのみ開弁可能なチェックバルブとを設け、前記ピストンには両チャンバー内容積を可変とするアクチュエータを接続したことを特徴とする。

斯かる構成において、前記ピストンのワンサイクルで吸気と圧縮が同時に行われ、複数回連続して吸気を行うことによって、前記圧縮チャンバーの圧縮率を複数倍に高めることができることを特徴としている。また、このコンプレッサにおいて、前記吸気チャンバーに供給される供給タンクの気体圧力が低減しても連続して出力タンクに高圧の気体を充填できることを特徴としている。

本発明に係る高圧ガスステーションは、前記構成のコンプレッサを備えた高圧ガスステーションとしたものである。また、この場合において、輸送用タンクの気体圧力が低減しても、連続して保管タンクに高圧の気体を移送できるようにした。更に、前記保管タンクの気体圧力が低減しても、連続してガス自動車への給油タンクに高圧の気体を移送できることを特徴としている。一つ以上の高圧タンクを結ぶ経路にコンプレッサを配置し、このコンプレッサはシリンダ内を圧縮チャンバーと吸気チャンバーに区分するピストンを有し、ピストンには吸気チャンバーから圧縮チャンバー方向にのみ開弁可能なチェックバルブを設け、前記圧縮チャンバーのアウトレットには出口方向へのみ開弁可能なチェックバルブと、前記吸気チャンバーのインレットにはチャンバー内へのみ開弁可能なチェックバルブとを設け、前記ピストンには両チャンバー内容積を可変とするアクチュエータを接続してなり、このコンプレッサの前記インレットには一方の高圧タンクを接続し、前記アウトレットには他方の高圧タンクを接続したことを特徴としている。

コンプレッサの概念構成を示す断面図である。 同コンプレッサの吸気－１のプロセス図を示す。 同コンプレッサの吸気－２のプロセス図を示す。 同コンプレッサの移送－１のプロセス図を示す。 同コンプレッサの移送－２のプロセス図を示す。 同コンプレッサの圧縮－１のプロセス図を示す。 同コンプレッサの圧縮－２のプロセス図を示す。 同コンプレッサの移送－３のプロセス図を示す。 同コンプレッサの移送－４のプロセス図を示す。 同コンプレッサの圧縮－３のプロセス図を示す。 本発明に係る高圧ガスステーションの概念図を示す。 従来の高圧ガスステーションの概念図を示す。

本発明の具体化は上で説明された図面と関連して以下に説明される。以下に図面を参照して、発明に係る移送用コンプレッサとこれを用いた超高圧ガスステーションの具体的な実施例について説明する。このコンプレッサはただひとつのピストンによって多段階ピストンの機能を実現させる。

図１は複機能コンプレッサ１の概念図を示す。複機能コンプレッサ１はシリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、および出力タンク１４で構成される。

シリンダ２はシングルピストン形式コンプレッサのシリンダである。シリンダ２は高圧ガスを封入することができる。ピストン３はシングルピストン形式コンプレッサのピストンである。ピストン３は高圧のガスを加圧することができる。ピストンロッド４はピストン３を運転するピストンロッドである。ピストンロッド４は直線運動だけを行う。リニアアクチュエータ５は直線方向のみにピストンロッド４を運転する作動装置である。リニアアクチュエータ５は電気駆動ボール・ネジかリニアモータで動かされる装置である。

供給タンク１３は輸送用の高圧ガスタンクである。供給タンク１３の初期圧力を６０MPaであると仮定する。出力タンク１４は、ガス自動車に給油するための高圧ガスタンクである。出力タンク１４の内部圧力は８０MPaを保つと仮定する。ガス自動車は図１に示されていない。複機能コンプレッサ１の圧縮比を２０：１であると仮定する。

入口パイプ６は供給タンク１３と複機能コンプレッサ１を結ぶ高圧のパイプである。出口パイプ７は複機能コンプレッサ１と出力タンク１４を結ぶ高圧のパイプラインである。入口バルブ８はチェックバルブである。入口バルブ８は複機能コンプレッサ１の入口（インレット）に置かれる。入口バルブ８が片道チェックバルブなので、供給タンク１３の高圧のガスは供給タンク１３から複機能コンプレッサ１まで一方向に流れる。出口バルブ９はチェックバルブである。出口バルブ９は複機能コンプレッサ１の出口（アウトレット）に置かれる。出口バルブ９が片道チェックバルブなので、複機能コンプレッサ１の圧縮ガスは複機能コンプレッサ１から出力タンク１４まで一方向に流れる。

複機能コンプレッサ１のシリンダ２はピストン３によって２つのチャンバーに分割される。ひとつは吸気チャンバー１１であり、もう片方が圧縮チャンバー１２である。吸気チャンバー１１と圧縮チャンバー１２は中間バルブ１０を通して接続される。中間バルブ１０は片道チェックバルブである。中間バルブ１０はピストン３の耐力壁に置かれる。中間バルブ１０は複数個であることが望ましい。中間バルブ１０が片道チェックバルブであるので、吸気チャンバー１１の中の圧縮されたガスは吸気チャンバー１１から圧縮チャンバー１２まで一方向だけに流れる。

本発明の原理は二行程機関と同じである。つまり、吸気と圧縮が同時にピストンのワンサイクルで行われる。しかしながら、同時に吸気の過程と圧縮の過程について説明するとき、それは複雑になり過ぎる。このパラグラフは吸気過程について説明する。吸気過程は以下の通りである。

図２は吸気－１のプロセスチャートを示す。吸気－１のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、吸入ガス１５、およびピストン動作１６で構成される。

吸入ガス１５は供給タンク１３から供給されるガスである。供給タンク１３の初期圧力は６０MPaであると仮定される。ピストン動作１６はピストン３とピストンロッド４の動向である。ピストン動作１６の方向は矢印の向きで示される。

図２で示される吸気－１の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印の向きに動く。
（ａ）吸気チャンバー１１の容積は大きくなる。
（ｂ）圧縮チャンバー１２の容積は小さくなる。
（２） 吸気チャンバー１１の容積が大きくなると、以下の出来事が入口バルブ８、吸気チャンバー１１、および供給タンク１３に起こる。
（ａ）吸気チャンバー１１の内部圧力が供給タンク１３の内部圧力より小さくなる。
（ｂ）入口バルブ８は開かれる。
（ｃ）吸気チャンバー１１は供給タンク１３から入口パイプ６を通って吸気チャンバー１１に流れ込むガスで満たされる。
（３） 圧縮チャンバー１２の容積が小さくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、および圧縮チャンバー１２に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は吸気チャンバー１１の内部圧力より大きくなる。
（ｂ）中間バルブ１０は閉じられる。
（ｃ）圧縮チャンバー１２の中のガスはピストン３によって圧縮される。
（ｄ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は、より大きくなる。

図３は吸気－２のプロセスチャートを示す。吸気－２のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、吸入ガス１５、およびピストン動作１６で構成される。

吸入ガス１５は供給タンク１３から供給されるガスである。吸入ガス１５の量が増加するに従って、供給タンク１３の内部圧力は徐々に減少する。ピストン動作１６はピストン３とピストンロッド４の動向である。ピストン動作１６の方向は矢印の向きに示され、図３におけるピストン動作１６はリニアアクチュエータ５の左端に止まっている。

図３に示される吸気－２の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印の向きに動いて、リニアアクチュエータ５の左端に止まる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は最も小さくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は最も大きくなる。
（２） 圧縮チャンバー１２の容積が最も小さくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、および圧縮チャンバー１２に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部の圧力は吸気チャンバー１１の内部の圧力より大きくなる。
（ｂ）中間バルブ１０は閉じられた状態を保つ。
（ｃ）圧縮チャンバー１２の中のガスはピストン３によって最大限に圧縮される。
（ｄ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は最も大きくなる。
（３） 吸気チャンバー１１の容積が最も大きくなると、以下の出来事が入口バルブ８、吸気チャンバー１１、および供給タンク１３に起こる。
（ａ）入口バルブ８が開く。
（ｂ）吸気チャンバー１１は供給タンク１３から入口バルブ８を通って吸気チャンバー１１に流れ込むガスで最大限に満たされると、吸気チャンバー１１の内部圧力が供給タンク１３の内部圧力と同じになり、入口バルブ８は閉じられる。
（４） 吸入ガス１５は供給タンク１３から抽出されたガスである。吸入ガス１５の量が増加するのに従って、供給タンク１３の内部の圧力は徐々に減少する。

図４は移送－１のプロセスチャートを示す。移送－１のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、吸入ガス１５、移送ガス１７、およびピストン動作１６で構成される。

吸入ガス１５は図３に示される前過程で吸気チャンバー１１の中に残されているガスである。移送ガス１７はピストン３と中間バルブ１０の働きで吸気チャンバー１１から圧縮チャンバー１２に移送されるガスである。

図４で示される移送－１の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印の方向に動く。
（ａ）吸気チャンバー１１の容積は小さくなる。
（ｂ）圧縮チャンバー１２の容積は大きくなる。
（２） 吸気チャンバー１１の容積が小さくなると、以下の出来事が入口バルブ８、吸気チャンバー１２、および供給タンク１３に起こる。
（ａ）吸気チャンバー１１を満たしていたガスはピストン３によって圧縮される。
（ｂ）吸気チャンバー１１の内部圧力は供給タンク１３の内部圧力より大きくなる。
（ｃ）入口バルブ８は閉じる。
（３） 圧縮チャンバー１２の容積が大きくなり吸気チャンバー１１の容積が小さくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、および圧縮チャンバー１２に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は吸気チャンバー１１の内部圧力より小さくなる。
（ｂ）中間バルブ１０は開かれる。
（ｃ）吸気チャンバー１１の吸入ガス１５は中間バルブ１０を通って圧縮チャンバー１２に流れ込み、移送ガス１７となる。
（４） 圧縮チャンバー１２の容積が大きくなると、以下の出来事が出口バルブ９、圧縮チャンバー１２、および出力タンク１４に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は出力タンク１４の内部圧力より小さくなる。
（ｂ）出口バルブ９は閉じられる。

図５は移送－２のプロセスチャートを示す。移送－２のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、移送ガス１７、およびピストン動作１６で構成される。

移送ガス１７は吸気チャンバー１１から圧縮チャンバー１２に移送されるガスである。

図５で示される移送－２の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印の向きに動いて、リニアアクチュエータ５の右端に止まる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は最も大きくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は最も小さくなる。
（２） 圧縮チャンバー１２の容積が最も大きくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、および圧縮チャンバー１２に起こる。
（ａ）ピストン３とピストンロッド４がリニアアクチュエータ５の右端で止まるまで、中間バルブ１０は開いている。
（ｂ）ピストン３とピストンロッド４がリニアアクチュエータ５の右端で止まるまで、移送ガス１７は吸気チャンバー１１から圧縮チャンバー１２に移される。
（３） 吸気チャンバー１１の容積が最も小さくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、および圧縮チャンバー１２に起こる。
（ａ）吸気チャンバー１１の容積は最も小さくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１と圧縮チャンバー１２の内部圧力が同じになるので、中間バルブ１０は閉じられる。
（４） 吸気チャンバー１１から移送される移送ガス１７は図３において供給タンク１３から抽出されたガスである。

この発明の原理は二行程機関と同じである。つまり、吸気と圧縮が同時に、ピストンのワンサイクルで行われる。しかしながら、本発明の目的はただひとつのピストンによって多段階ピストンの機能を得ることである。このパラグラフは圧縮の過程について説明する。圧縮の過程は以下の２つのケースが存在する。
（１） ケース（その１）は圧縮チャンバーの内部圧力が出力タンクの内部圧力より大きくなる場合である。
（２） ケース（その２）は圧縮チャンバーの内部圧力が出力タンクの内部圧力ほど大きくならない場合である。

始めに、ケース（その１）について説明する。図６は圧縮－１のプロセスチャートを示す。
圧縮－１のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、圧縮ガス１８、ピストン動作１６、および吸入ガス１５で構成される。

圧縮ガス１８は吸気チャンバー１１から圧縮チャンバー１２に移送されて圧縮チャンバー１２の中に残っているガスである。圧縮チャンバー１２の内部圧力は吸気チャンバー１１の内部圧力より大きくなるので、中間バルブ１０は閉じられる。圧縮ガス１８はピストン３によって徐々に圧縮される。吸入ガス１５は供給タンク１３から抽出されるガスである。吸入ガス１５の量が増加するに従って、供給タンク１３の内部圧力は徐々に減少する。

図６に示される圧縮－１の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印方向に動く。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は小さくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は大きくなる。
（２） 圧縮チャンバー１２の容積が小さくなり、吸気チャンバー１１の容積が大きくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、圧縮ガス１８および出力タンク１４に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は吸気チャンバー１１の内部の圧力より大きくなる。
（ｂ）中間バルブ１０は閉じられる。
（ｃ）圧縮チャンバー１２の中のガスはピストン３によって圧縮される。
（ｄ）圧縮チャンバー１２の内部圧力はどんどん大きくなる。
（ｅ）圧縮チャンバー１２の内部圧力が出力タンク１４の内部圧力より小さいときには、出口バルブ９は開いていない。
（ｆ）圧縮チャンバー１２の内部圧力が出力タンク１４の内部圧力より大きくなると、出口バルブ９は徐々に開き、圧縮ガス１８が出力タンク１４に排出される。
（３） 吸気チャンバー１１の容積が大きくなると、以下の出来事が入口バルブ８、吸気チャンバー１１、吸入ガス１５および供給タンク１３に起こる。
（ａ）吸気チャンバー１１の内部圧力が供給タンク１３の内部圧力より小さくなる。
（ｂ）入口バルブ８は開いていく。
（ｃ）吸気チャンバー１１は供給タンク１３から入口バルブ８を通って吸気チャンバー１１に流入する吸入ガス１５で満たされる。
（ｄ）供給タンク１３の圧力は徐々に減少する。
ケース（その１）の場合、複機能コンプレッサは吸気－１、吸気－２、移送－１、移送－２および圧縮－１を繰り返すことによって、供給タンクから出力タンクまで吸入ガスを移送することができる。つまり、新しく発明された複機能コンプレッサは圧縮チャンバーの内部圧力が出力タンクの内部圧力より小さくなるまで、途中になんの障害物もなしに、供給タンクから出力タンクまで吸入ガスを移送することができる。

次に、ケース（その２）について説明する。図７は圧縮－２のプロセスチャートを示す。圧縮－２のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、圧縮ガス１８、ピストン動作１６、および吸入ガス１５で構成される。

圧縮ガス１８は吸気チャンバー１１から圧縮チャンバー１２に移送されて圧縮チャンバー１２の中に残っているガスである。圧縮チャンバー１２の内部圧力は吸気チャンバー１１の内部圧力より大きいので、中間バルブ１０は閉じられる。ピストン動作１６がリニアアクチュエータ５の左端で停止するとき、圧縮ガス１８はピストン３によって最大限に圧縮される。

ケース（その２）はケース（その１）より複雑である。わかり易くするため、具体的な数値を使用することによって説明する。まず、複機能コンプレッサの圧縮比を２０：１、出力タンクの内部圧力を８０MPa、そして供給タンクの内部圧力を４．０MPaであると仮定する。図７で示される圧縮－２の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印方向に動いて、リニアアクチュエータ５の左端に停止する。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は最も小さくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は最も大きくなる。
（２） 圧縮チャンバー１２の容積が最も小さく、吸気チャンバー１１の容積が最も大きくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、出口バルブ９、および出力タンク１４に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部圧力は吸気チャンバー１１の内部圧力より大きい。
（ｂ）中間バルブ１０は閉じられた状態を保つ。
（ｃ）圧縮チャンバー１２の圧縮ガス１８はピストン３によって最大限に圧縮される。
（ｄ）複機能コンプレッサ１の圧縮比は２０：１であると仮定されている。
（ｅ）圧縮ガス１８はほとんど８０MPaとなる。しかしながら、それは８０MPaの出力タンク１４の圧力ほど大きくはない。
（ｆ）出口バルブ９は開かれない。
（３） 吸気チャンバー１１の容積が最も大きくなると、以下の出来事が入口バルブ８、吸気チャンバー１１、および供給タンク１３に起こる。
（ａ）吸気チャンバー１１の容積が大きくなると吸気チャンバー１１の内部圧力が低下して入口バルブ８が開く。
（ｂ）吸気チャンバー１１は供給タンク１３からの吸入ガス１５で最大限に満たされる。
（ｃ）吸気チャンバー１１の内部圧力は供給タンク１３とほとんど同じになるので、吸気チャンバー１１内部の吸入ガス１５圧力はほとんど４．０MPaである。
（ｄ）吸入ガス１５は供給タンク１３から抽出されたガスである。吸入ガス１５の量が増加するのに従って、供給タンク１３の内部圧力は徐々に減少する。
（４） 結果として、圧縮ガス１８は圧縮チャンバー１２に残っている、そして、吸気チャンバー１１の内部は吸入ガス１５で満たされる。
（ａ）圧縮ガス１８はほとんど８０MPaであるが、出力タンク１４に排出されるほど圧力は高くない。
（ｂ）吸入ガス１５はほとんど４．０MPaである。

続けてケース（その２）について説明する。図８は移送－３のプロセスチャートを示す。移送－３のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、圧縮ガス１８、ピストン動作１６、および吸入ガス１５で構成される。

圧縮ガス１８は圧縮チャンバー１２の内部に残っているガスである。圧縮ガス１８の初期圧力は８０MPaであるが、圧縮チャンバー１２が広がるにつれて４．０MPa程度に減少する。吸入ガス１５は吸気チャンバー１１の内部に残されたガスである。吸入ガス１５の初期圧力は４．０MPaであるが、吸気チャンバー１１が縮まるにつれて８０MPa程度にまで増大する。ピストン動作１６はピストン３とピストンロッド４の動向である。ピストン動作１６が右方向に動いていくとき、圧縮チャンバー１２は大きくなり、そして、吸気チャンバー１１は小さくなる。

図８で示される移送－３の過程は以下の通りである。図８は吸入ガス１５の圧力が圧縮ガス１８の圧力より大きくなる瞬間を示す。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印方向に動いている。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は大きくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は小さくなる。
（２） 圧縮チャンバー１２の容積が吸気チャンバー１１の容量より大きくなると、以下の出来事が中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、および圧縮チャンバー１２に起こる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の内部圧力が吸気チャンバー１１の内部圧力より小さくなる。
（ｂ）中間バルブ１０が開かれる。
（ｃ）吸気チャンバー１１の吸入ガス１５は圧縮チャンバー１２に流入し、圧縮ガス１８と混合する。

更にケース（その２）について説明する。図９は移送－４のプロセスチャートを示す。移送－４のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、混合ガス１９、吸入ガス１５およびピストン動作１６で構成される。

図９はピストンロッド４がピストン動作１６の矢印方向に動いて、リニアアクチュエータ５の右端に止まる瞬間を示す。混合ガス１９は圧縮チャンバー１２の内部に残されたガスと、吸気チャンバー１１からの吸入ガス１５が混合されたガスである。

図９に示される移送－４の過程は以下の通り。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印方向に動いて、リニアアクチュエータ５の右端で止まる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は最も大きくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は最も小さくなる。
（２） 吸気チャンバー１１の容積が最も小さくなると次の現象が起こる。
（ａ）吸気チャンバー１１の内部圧力は圧縮チャンバー１２の内部圧力より大きくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の吸入ガス１５は圧縮チャンバー１２に流入し、混合ガス１９となる。
（ｃ）吸入ガス１５の圧力と混合ガス１９の圧力が等しくなると中間バルブ１０は閉じられる。
（３） 正確に混合ガス１９の圧力を計算することは簡単ではない。しかし、概略の計算は可能である。
（ａ）混合ガス１９の初期圧力は４．０MPaである。
（ｂ）供給タンク１３の内部圧力は４．０MPaであると仮定しているので、吸入ガス１５の初期圧力はほとんど４．０MPaである。
（ｃ）ゆえに、図９における混合ガス１９の圧力はほとんど８．０MPaであると推定される。

図１０は圧縮－３のプロセスチャートを示す。圧縮－３のプロセスチャートは複機能コンプレッサ１、シリンダ２、ピストン３、ピストンロッド４、リニアアクチュエータ５、入口パイプ６、出口パイプ７、入口バルブ８、出口バルブ９、中間バルブ１０、吸気チャンバー１１、圧縮チャンバー１２、供給タンク１３、出力タンク１４、圧縮ガス１８、ピストン動作１６、および吸入ガス１５で構成される。

図１０はピストンロッド４がピストン動作１６の矢印方向に動いて、リニアアクチュエータ５の左端に止まる瞬間を示す。圧縮ガス１８は図９に示された混合ガス１９をピストン３で圧縮したガスである。吸入ガス１５は供給タンク１３から新たに供給されるガスである。

圧縮－３の過程は以下の通りである。
（１） ピストンロッド４はピストン動作１６の矢印方向に動いて、リニアアクチュエータ５の左端に止まる。
（ａ）圧縮チャンバー１２の容積は最も小さくなる。
（ｂ）吸気チャンバー１１の容積は最も大きくなる。
（２） 圧縮チャンバー１２の容積が最も小さくなると、以下の出来事が圧縮チャンバー１２、出口バルブ９、および出力タンク１４に起こる。
（ａ）初期の圧縮ガス１８は８．０MPaであると推定されている。
（ｂ）圧縮チャンバー１２の圧縮ガス１８はピストン３によって最大限に圧縮される。
（ｃ）複機能コンプレッサ１の圧縮比は２０：１であると仮定されている。従って、圧縮ガス１８は１６０MPaにまで圧縮される。
（ｄ）圧縮ガス１８の圧力が出力タンク１４の圧力である８０MPaより大きくなるとき、出口バルブ９を通って出力タンク１４に流入する。
（３） 新発明のコンプレッサは２度吸気をすることによって排気の圧力を２倍にすることができる。吸気の回数に制限はない。

図１１は実施形態に係る高圧ガスステーションの概念図を示す。高圧ガスステーションは輸送用タンク２０、接続バルブ２１、移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、移送用コンプレッサ２５、保管ガス高圧ライン２６、保管タンク２７、加圧用コンプレッサ２８、加圧ライン２９、給油用タンク３０、給油用高圧ライン３１、給油バルブ３２、ガス自動車３３、管理棟３４、および敷地３５で構成される。

移送用コンプレッサ２５と加圧用コンプレッサ２８は図１で示される複機能コンプレッサ１と同じである。

図１１における高圧ガスステーションの概念は以下の通りである。
（１） 輸送用タンク２０の初期内部圧力を６０MPaと仮定する。保管タンク２７の内部圧力を６０MPaと仮定する。給油用タンク３０の内部圧力を８０MPaと仮定する。移送用コンプレッサ２５の圧縮比を２０：１と仮定する。加圧用コンプレッサ２８の圧縮比を２０：１と仮定する。
（２） 図１１における高圧ガスステーションにおいて、輸送用タンク２０から保管タンク２７まで６０MPaの高圧ガスを移送するには２つのラインがある。６０MPaの高圧ガスはガス供給ベースから運ばれるとする。
（ａ）ひとつは輸送用タンク２０、接続バルブ２１、移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、および保管ガス高圧ライン２６から保管タンク２７へのラインである。
（ｂ）別のひとつは輸送用タンク２０、接続バルブ２１、移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、移送用コンプレッサ２５、および保管ガス高圧ライン２６から保管タンク２７へのラインである。
（３） 移送用コンプレッサ２５は輸送用タンク２０のガスを保管タンク２７に加圧して移送する。保管タンク２７の圧力は６０MPaである。
（４） 移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、移送用コンプレッサ２５、保管ガス高圧ライン２６、および保管タンク２７は地下に設置される。
（５） 保管タンク２７に格納された６０MPaのガスは、加圧ライン２９を通って８０MPaの給油用タンク３０に加圧用コンプレッサ２８によって加圧され移送される。
（６） 加圧用コンプレッサ２８、加圧ライン２９、および給油用タンク３０は地下に設置される。
（７） 給油用タンク３０に格納された８０MPaの高圧ガスは給油用高圧ライン３１を通して給油バルブ３２からガス自動車３３に給油される。

輸送用タンク２０はガスの供給ベースから高圧ガスステーションまでの輸送用ガスタンクである。輸送用タンク２０は特許第６１６０８７６号から想定されるハニカム構造高圧ガスタンクで作られる。

接続バルブ２１は移送ライン２２への開閉バルブである。移送ライン２２は３－ウェイバルブ２３に接続する。３－ウェイバルブ２３はバイパスライン２４と移送用コンプレッサ２５への切り替えバルブである。バイパスライン２４と移送用コンプレッサ２５は保管ガス高圧ライン２６に接続する。３－ウェイバルブ２３からのバイパスライン２４は保管ガス高圧ライン２６の途中に接続される。３－ウェイバルブ２３が保管ガス高圧ライン２６に開かれているとき、輸送用タンク２０のガスは直接保管ガス高圧ライン２６に流れる。移送用コンプレッサ２５は保管ガス高圧ライン２６に接続する。保管ガス高圧ライン２６は保管タンク２７に接続する。移送用コンプレッサ２５は輸送用タンク２０のガスを保管タンク２７に移送する。

保管タンク２７は、輸送用タンク２０によってガス供給ベースから輸送されてくる高圧ガスを格納するための高圧ガスタンクである。保管タンク２７は特許第６１６０８７６号から想定されるハニカム構造高圧ガスタンクで作られる。加圧用コンプレッサ２８はパイプラインで保管タンク２７に接続される。加圧用コンプレッサ２８は保管タンク２７のガスを８０MPaに加圧する。８０MPaに加圧されたガスは加圧ライン２９を通して給油用タンク３０に送られる。加圧ライン２９は８０MPa以上の高圧に耐えるパイプラインである。

給油用タンク３０は運用圧力８０MPaと仮定される超高圧ガスタンクである。給油用タンク３０は、ガス自動車３３に給油するガスを格納する。給油用タンク３０は特許第６１６０８７６号から想定されるハニカム構造高圧ガスタンクで作られる。給油用高圧ライン３１は給油用タンク３０に接続される。給油用高圧ライン３１は給油用タンク３０に蓄積されている高圧ガスを給油バルブ３２に分配する超高圧ガスのパイプラインである。給油バルブ３２はガス自動車３３に高圧ガスを給油するバルブである。ガス自動車３３は車載タンクに天然ガスや水素ガスを格納する乗り物である。ガス自動車３３の車載ガスタンクは６０MPaであると仮定される。管理棟３４と敷地３５はガスステーションの管理棟とガスステーションの境界線である。

図１１で示される高圧ガスステーションのシステムは、ガス自動車に高圧ガスを給油する機能を実現する具体例である。本発明によるコンプレッサは保管タンクから供給されるコンプレッサへの吸気圧力が徐々に低下する条件でも圧縮された気体の排出圧力を一定に保つ能力を持つ。ガス自動車に高圧のガスを給油し続ける過程は以下の通りである。
（１） ガス自動車３３の車載ガスタンクに６０MPaの高圧ガスに給油するためには、給油用タンク３０の内部圧力が８０MPaを維持することが望ましい。
（２） 給油用タンク３０のガスは加圧用コンプレッサ２８によって保管タンク２７から供給される。加圧用コンプレッサ２８は図１の複機能コンプレッサ１である。本発明による複機能コンプレッサ１はピストン式コンプレッサである。その圧縮比を２０：１と仮定する。
（３） 保管タンク２７の内部圧力が６０MPaであるとき、加圧用コンプレッサ２８は６０MPaの高圧ガスから８０MPaの超高圧ガスを容易に作ることができるので、８０MPaのガスを給油用タンク３０に供給することは簡単である。
（４） １０００ccと６０MPaの高圧のガスは７５０ccと８０MPaの超高圧ガスになる。その場合の圧縮比はわずか「１．３３：１」である。
（５） 保管タンク２７からのガスを給油用タンク３０に供給し続けるとき、保管タンク２７の内部圧力は徐々に減少する。
（６） 従来技術では、保管タンク２７の圧力が４．０MPa以下になった場合、単一のピストン式コンプレッサでは８０MPaの超高圧ガスを給油用タンク３０に供給することは不可能である。つまり、保管タンク２７に残っている４．０MPa以下の高圧ガスは完全にデッドストックとなる。
（７） 従来技術には、圧縮比が４０：１である多段階ピストン方式のコンプレッサが存在する。ガス給油システムに多段階ピストンコンプレッサを使用するとき、保管タンク２７の圧力が２．０MPaに減少するまで、コンプレッサは保管タンク２７のガスを８０MPaに圧縮することが可能である。しかしながら、多段階ピストンは２個のピストンの組み合わせである。保管タンク２７の圧力が２．０MPa以上であるとき、多段階ピストンの２番目のピストンは全く役に立たない障害物となる。
（８） 本発明では、移送用コンプレッサ２５と加圧用コンプレッサ２８は図１で示された複機能コンプレッサ１である。複機能コンプレッサ１は、２度吸気をすることによって排気の圧力を２倍にすることが可能である。吸気の回数に制限はない。従って、保管タンク２７の圧力が４．０MPa以下になっても、加圧用コンプレッサ２８は８０MPaのガスを給油用タンク３０に供給しつづけることが可能である。複機能コンプレッサ１は、ピストン３を２回動かすことで、２．０MPaの圧力を８０MPaに圧縮することが可能である。さらに、複機能コンプレッサ１は、ピストン３を３回動かすことによって、１．３MPaの圧力を８０MPaに加圧することが可能である。複機能コンプレッサ１は２個のピストンの組み合わせではないので、ガス給油システムに全く障害はない。

輸送用タンク２０と保管タンク２７との関係もまた同様である。計算を簡単にするため、輸送用タンク２０の内部圧力は６０MPaであると仮定する。保管タンク２７の内部圧力をゼロであると仮定する。そして、輸送用タンク２０の容積を３０００リットルであると仮定する。また保管タンク２７の容積を同じく３０００リットルとする。簡単に言えば、６０MPa、３０００リットルの高圧ガスを輸送タンクから空の地下タンクに移送する場合を考える。この仕事が新発明のコンプレッサで行われると、それは以下になる。
（１） 輸送用タンク２０はガス供給ベースからガスステーションに輸送される。
（２） 輸送用タンク２０は接続バルブ２１によって移送ライン２２、３－ウェイバルブ２３、バイパスライン２４、移送用コンプレッサ２５、保管ガス高圧ライン２６、および保管タンク２７に接続される。
（３） 接続バルブ２１が開かれると、６０MPaの高圧のガスは移送ライン２２を通って３－ウェイバルブ２３にまで動いていく。
（４） ３－ウェイバルブ２３がバイパスライン２４に向かって開かれるとき、６０MPaの高圧のガスはバイパスライン２４と保管ガス高圧ライン２６を通して保管タンク２７に流入する。
（５） 輸送用タンク２０と保管タンク２７の容積が同じと仮定してあるので、輸送用タンク２０の高圧ガスは、保管タンク２７の内部圧力が３０MPaになると流入を停止する。
（６） ３０MPaの高圧のガスはデッドストックとして輸送用タンク２０に残される。保管タンク２７の内部圧力は、３０MPaで停止して、６０MPaに達しない。つまり単にバイパス弁を開くことによってのみでは、輸送用タンクの全ての高圧ガスを地下タンクに移送することは不可能である。

バイパス弁だけで輸送用タンクの高圧ガスを地下タンクに移送することは不可能であることは前節で証明された。本発明のコンプレッサはこの課題に挑戦する。
（１） 移送用コンプレッサ２５を図１における複機能コンプレッサ１であると仮定する。また、圧縮比を２０：１と仮定する。
（２） 輸送用タンク２０の内部圧力が３０MPaである場合、移送用コンプレッサ２５が３０MPaの高圧ガスから６０MPaの高圧ガスを容易に作ることが可能であるので、３０MPaのガスを保管タンク２７に移送することは簡単である。１０００cc、３０MPaの高圧ガスは５００cc、６０MPaの高圧ガスになる。圧縮比は２：１である。
（３） 輸送用タンク２０から保管タンク２７にガスを移送し続けると、輸送用タンク２０の圧力は徐々に減少していく。しかし輸送用タンク２０の圧力が３．０MPa以下になっても、移送用コンプレッサ２５は３．０MPa以下のガスを保管タンク２７に輸送することができる。
（４） 図１における複機能コンプレッサ１は、ピストン３を２回動かすことによって、１．５MPaのガスを６０MPaに圧縮することが可能である。また、ピストン３を３回動かすことによって１．０MPaのガスを６０MPaに圧縮することが可能である。
（５） 複機能コンプレッサ１は２個のピストンの組み合わせではないので、ガス給油システムに障害物にもならない。また、コンプレッサの入口圧力が大きく変化しても本発明のコンプレッサは有効である。

本発明のコンプレッサの形状や目的は様々に変更されることが考えられる。本発明の精神は、ただひとつのピストン＆シリンダによって多段階ピストン方式の機能を実現させるコンプレッサである。加えて、本発明のコンプレッサは入口圧力の変動幅が大きく、出口圧力に高圧の圧縮気体が必要になる場合に応用できる。本発明はその具体化に関して添付図面を添えて完全に説明されたが、様々な変化と変更が当業者よって明らかになるのに注意されたい。そのような変化と変更は追加された請求によって定義され、本発明の範囲に含まれる。

１……複機能圧縮機（コンプレッサ）、２……シリンダ、３……ピストン、４……ピストンロッド、５……リニアアクチュエータ、６……入口パイプ、７……出口パイプ、８……入口バルブ（チェックバルブ）、９……出口バルブ（チェックバルブ）、１０……中間バルブ（チェックバルブ）、１１……吸気チャンバー、１２……圧縮チャンバー、１３……供給タンク（高圧タンク）、１４……出力タンク（高圧タンク）、１５……吸入ガス、１６……ピストン動作、１７……移送ガス、１８……圧縮ガス、１９……混合ガス、２０……輸送用タンク、２１……接続バルブ、２２……移送ライン、２３……３-ウェイバルブ、２４……バイパスライン、２５……移送用コンプレッサ、２６……保管ガス高圧ライン、２７……保管タンク、２８……加圧用コンプレッサ、２９……加圧ライン、３０……給油用タンク、３１……給油用高圧ライン、３２……給油バルブ、３３……ガス自動車、３４……管理棟、３５……敷地。

Claims (7)

1. 高圧タンクを結ぶ経路に置かれ、シリンダ内を圧縮チャンバーと吸気チャンバーに区分するピストンを有し、ピストンには吸気チャンバーから圧縮チャンバー方向にのみ開弁可能なチェックバルブを設け、前記圧縮チャンバーのアウトレットには出口方向へのみ開弁可能なチェックバルブと、前記吸気チャンバーのインレットにはチャンバー内へのみ開弁可能なチェックバルブとを設け、前記ピストンには両チャンバー内容積を可変とするアクチュエータを接続したことを特徴とする高圧ガス用コンプレッサ。
2. 前記ピストンのワンサイクルで吸気と圧縮が同時に行われ、複数回連続して吸気を行うことによって、前記圧縮チャンバーの圧縮率を複数倍に高めることができることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス用コンプレッサ。
3. 前記吸気チャンバーに供給される供給タンクの気体圧力が低減しても連続して出力タンクに高圧の気体を充填できることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス用コンプレッサ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のコンプレッサを備えた高圧ガスステーション。
5. 輸送用タンクの気体圧力が低減しても、連続して保管タンクに高圧の気体を移送できることを特徴とする請求項４に記載の高圧ガスステーション。
6. 保管タンクの気体圧力が低減しても、連続してガス自動車への給油タンクに高圧の気体を移送できることを特徴とする請求項４に記載のコンプレッサを備えた高圧ガスステーション。
7. 一つ以上の高圧タンクを結ぶ経路にコンプレッサを配置し、前記コンプレッサはシリンダ内を圧縮チャンバーと吸気チャンバーに区分するピストンを有し、ピストンには吸気チャンバーから圧縮チャンバー方向にのみ開弁可能なチェックバルブを設け、前記圧縮チャンバーのアウトレットには出口方向へのみ開弁可能なチェックバルブと、前記吸気チャンバーのインレットにはチャンバー内へのみ開弁可能なチェックバルブとを設け、前記ピストンには両チャンバー内容積を可変とするアクチュエータを接続してなり、前記コンプレッサの前記インレットには一方の高圧タンクを接続し、前記アウトレットには他方の高圧タンクを接続してなる高圧ガスステーション。

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