JPH09158802A - 液化ガス圧送ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液体水素を圧送する際に、液化ガス圧送ポンプ
の吸気行程中の減圧によって液化ガスがガス化したり、
摩擦熱によって液化ガスがガス化することにより液体水
素の吐出量が不安定になることを防止する。 【解決手段】シリンダ４８の中間位置に設けられている
区画壁５６の開口５７に弁体５８を取付けるようにし、
この区画壁５６に対して一方の空間を本加圧室６９とす
るとともに、他方の空間を予備加圧室７０とし、これら
の空間６９、７０にそれぞれ本加圧用ピストン６１およ
び予備加圧用ピストン６２を組込み、これら一対のピス
トン６１、６２をシリンダ４８に対して相対的にかつ同
期して一緒に軸線方向に移動させるようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液化ガス圧送ポンプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】化石燃料に代えて液体水素を用いる水素
エンジンは、水素燃料の燃焼によって水または水蒸気を
発生させ、炭酸ガスを全く発生しない。従って地球温暖
化防止のための有用な技術である。燃焼によって生ずる
窒素酸化物も、化石燃料を燃焼させたときのそれよりも
はるかに少なく、クリーンなエンジンになる。

【０００３】水素エンジンの燃料として用いられる液体
水素には、高圧水素、液体水素、水素貯蔵合金の３種類
の貯蔵方法が知られている。これらの貯蔵方法の内、液
体水素の貯蔵方法は、他の２種類の貯蔵方法の約１／１
０の燃料貯蔵重量で燃料を貯蔵することができ、有用な
方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】水素エンジンに液体水
素を供給するために、液化ガス圧送ポンプを用いる。こ
のようなポンプにおいて、液化ガスの吸入行程時にポン
プ内が減圧になり、液化ガスがガス化し易くなるととも
に、摩擦熱によるガス化現象がある。このような理由に
よって、圧送ポンプのポンプ仕事が効率よく行なえなく
なり、吐出量が不安定になったり、吐出量の不足をきた
す可能性があった。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、吸入行程時の減圧や摩擦熱によるガス
化を確実に防止することができるようにし、これによっ
て液化ガスを確実に圧送できるとともに、ポンプ仕事が
効率よく行ない得るようにした液化ガス圧送ポンプを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、中間位置に区
画壁が設けられ、該区画壁の両側に本加圧室と予備加圧
室とが形成されているシリンダと、前記区画壁の開口に
取付けられ、予備加圧室から本加圧室への液化ガスの流
動を許容するとともに、本加圧室から予備加圧室への液
化ガスの流動を阻止する弁体と、前記本加圧室と前記予
備加圧室とにそれぞれ摺動可能に組込まれており、前記
シリンダに対して相対的に同期して一緒に移動する本加
圧用ピストンおよび予備加圧用ピストンと、をそれぞれ
具備する液化ガス圧送ポンプに関するものである。

【０００７】第２の発明は、前記本加圧用ピストンおよ
び前記予備加圧用ピストンが固定側に取付けられるとと
もに、前記シリンダが駆動手段によって軸線方向に往復
運動することを特徴とする液化ガス圧送ポンプに関する
ものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る液化ガス圧送ポンプによって液体水素の圧送が行なわ
れることにより燃料の供給がなされる水素エンジンの概
要を示すものであって、この水素エンジンは液体水素を
蓄えておく液体水素タンク１０を備えている。液体水素
タンク１０にはその中の圧力を検出する圧力計１１と液
体水素の液面を検出する液面計１２とがそれぞれ取付け
られている。またタンク１０の上方の側部には液体水素
を充填するための供給口１３が接続されている。

【０００９】液体水素タンク１０の底部側には液化ガス
圧送ポンプ１６が設けられている。この液化ガス圧送ポ
ンプ１６には吐出管１７が接続されるとともに、この吐
出管１７の先端側は蓄冷器１８内に延びている。

【００１０】上記液体水素の冷熱は蓄冷器１８によって
その内部に満たされている塩化カルシウム水溶液から成
る冷媒と熱交換されるようになっている。そしてこのよ
うな塩化カルシウム水溶液を圧送するための冷媒圧送ポ
ンプ２１は蓄冷器１８と保冷庫２２の熱交換器２３との
間に接続されるようになっている。

【００１１】蓄冷器１８において冷熱を放出した液体水
素はサージタンク２６に導かれるようになっている。そ
してこのサージタンク２６の吐出側と噴射ノズル２７と
が接続されている。噴射ノズル２７はエンジンのピスト
ン２８の頂部に形成されている凹部から成る燃焼室２９
に燃料を噴射するようにしている。なお噴射された燃料
は点火プラグ３０によって点火が行なわれるようになっ
ている。

【００１２】上記噴射ノズル２７の針弁の昇降動作を行
なわせるためにオイルポンプ３３が設けられている。オ
イルポンプ３３で吐出された高圧の作動油が上記噴射ノ
ズル２７に供給されるとともに、低圧の作動油がリザー
バ３４に戻されるようになっている。すなわちリザーバ
３４およびオイルポンプ３３によって作動油が循環され
るようになっている。

【００１３】次に図１に示す水素エンジンの動作の概要
を説明すると、液体水素タンク１０内の液体水素は液化
ガス圧送ポンプ１６によって圧送されるようになってお
り、吐出管１７を通して吐出される。そして蓄冷器１８
において冷熱をこの蓄冷器１８内の冷媒である塩化カル
シウム水溶液と熱交換して冷熱を放出した後に、サージ
タンク２６に導かれる。

【００１４】サージタンク２６は液体水素を約１０ＭＰ
_a の圧力で蓄圧している。オイルポンプ３３が作動油を
吐出すると、この作動油が燃料噴射ノズル２７の針弁に
印加され、これによって針弁がリフトし、噴口が開かれ
る。従ってサージタンク２６に蓄圧されていた液体水素
が噴射ノズル２７の噴口からピストン２８の燃焼室２９
に向けて噴射される。しかも噴射された燃料は点火プラ
グ３０によって火花点火され、燃焼が行なわれる。

【００１５】蓄冷器１８で液体水素から奪った冷熱は冷
媒圧送ポンプ２１によって圧送される冷媒によって保冷
庫２２の熱交換器２３に導かれ、ここで冷熱を放出す
る。従って液体水素がもっている冷熱によって保冷庫２
２内の保冷が行なわれることになる。従って保冷庫２２
を冷却するための専用の冷凍サイクルを必要としなくな
る。

【００１６】次に上記液体水素タンク１０内の液体水素
を圧送するための液化ガス圧送ポンプ１６について説明
する。図２に示すように液体水素タンク１０の上部には
モータ３７が固定配置されている。モータ３７の出力軸
はフレキシブルカップリング３８を介してクランクシャ
フト３９と連結されている。なおクランクシャフト３９
の反対側の端部にはフライホイール４０が固着されてい
る。

【００１７】クランクシャフト３９のクランク部にはコ
ンロッド４３が連結されるとともに、このコンロッド４
３の他端は摺動子４４に連結されるようになっている。
そして摺動子４４の下端が駆動ロッド４５に連結されて
いる。

【００１８】駆動ロッド４５の下端部はユニバーサルジ
ョイント４６を介して接続筒４７と接続されている。そ
してこの接続筒４７の下端側の部分が図２および図３に
示すようにシリンダ４８と連結されるようになってい
る。また上記ユニバーサルジョイント４６の外周側には
振れ止めスプリング４９が巻装されている。

【００１９】シリンダ４８の外周側には図２および図３
に示すケーシングを兼ねるピストンサポート５１が配さ
れている。このピストンサポート５１はユニバーサルジ
ョイント５２を介してアンカー５３に連結されており、
アンカー５３を介して液体水素タンク１０の底部に固定
されるようになっている。

【００２０】次に液化ガス圧送ポンプ１６の内部構造に
ついて説明すると、図３に示すようにシリンダ４８はそ
の高さ方向の中間位置において上下に内部を２分割する
ように区画壁５６が設けられている。区画壁５６には開
口５７が形成されており、この開口５７を開閉するよう
に吸込み弁から成る弁体５８が取付けられている。

【００２１】シリンダ４８の区画壁５６の上側の部分に
は本加圧用ピストン６１が摺動可能に組込まれており、
これに対して区画壁５６の下側には予備加圧用ピストン
６２が摺動可能に配されている。これらのピストン６
１、６２はピストンサポート５１を介して互いに連結さ
れるとともに、固定側に連結されている。またピストン
６１には吐出ポート６３が形成されるとともに、この吐
出ポート６３には吐出弁６４が取付けられている。これ
に対して予備加圧用ピストン６２には吸入ポート６５が
形成されるとともに、この吸入ポート６５を開閉するよ
うに吸入弁６６が設けられている。

【００２２】以上のような構成において、モータ３７を
回転駆動すると、クランクシャフト３９が回転駆動さ
れ、これによってコンロッド４３を介して駆動ロッド４
５が上下方向の往復運動を行なう。このような往復運動
が接続筒４７を介して液化ガス圧送ポンプ１６のシリン
ダ４８に伝達され、このためにシリンダ４８がケーシン
グを兼ねるピストンサポート５１に対して昇降動作する
ことになる。

【００２３】駆動ロッド４５によってシリンダ４８が図
３Ａに示すように下降すると、区画壁５６の下側の予備
加圧室７０内の圧力が高くなり、このために予備加圧室
７０内の液化水素が弁体５８を押上げて本加圧室６９側
へ流動する。すなわち予備加圧室７０で予備加圧された
液体水素が本加圧室６９に流動するようになる。

【００２４】この後にクランクシャフト３９によって駆
動ロッド４５が上昇されると、図３Ｂに示すように互い
にピストンサポート５１を介して連結されている上下の
ピストン６１、６２に対してシリンダ４８が上昇し、こ
のために本加圧室６９内の容積が小さくなり、本加圧室
６９内の液体水素は圧縮されて加圧され、吐出ポート６
３を通り、吐出弁６４を開いて吐出管１７から上方に吐
出される。なおこのときに予備加圧室７０はその容積が
大きくなるとともに、圧力が低下するために、吸入弁６
６が開かれ、吸入ポート６５を通して予備加圧室７０内
に新たな液体水素が導入される。

【００２５】予備加圧室７０に導入された液体水素は次
のサイクルにおいて図３Ａに示すようにシリンダ４８が
下降することによって予備加圧される。そして予備加圧
された液体水素が弁体５８を開いて本加圧室６９に圧送
されることになり、上記の動作が繰返される。

【００２６】このように本実施例に係る液化ガス圧送ポ
ンプ１６は、駆動ロッド４５によってシリンダ４８が上
下方向に往復運動されるようにし、ピストンサポート５
１によって固定された本加圧用ピストン６１および予備
加圧用ピストン６２をシリンダ４８内に上下に組込むよ
うにし、予備加圧用ピストン６２に予備加圧室吸入弁６
６を有するようにしたものである。

【００２７】図３Ａに示す吸込み行程においては、予備
加圧室７０に吸込まれた極低温の液化ガスがシリンダ４
８の下方への移動に伴って、予備加圧室７０内で加圧さ
れ、本加圧室６９の吸込み弁５８を押上げ、本加圧室６
９に流動する。そして圧縮行程においては図３Ｂに示す
ように、シリンダ４８が上方に移動され、本加圧室６９
の極低温液化ガスが加圧され、本加圧室６９の吸入弁５
８が閉じ、吐出弁６４が開いて液化ガスが吐出される。
このときに予備加圧室７０の吸入弁６６が開き、外部か
ら予備加圧室７０に新しい液化ガスが吸入される。

【００２８】すなわちこの液化ガス圧送ポンプ１６は、
本加圧室６９側が吸入行程のときに予備加圧室７０が圧
縮行程になり、本加圧室６９が圧縮行程のときに予備加
圧室７０が吸入行程となるようにしている。

【００２９】このように予備加圧室７０を設け、本加圧
室６９に導入される液化ガスを予め加圧して本加圧室６
９に押込むことによって、本加圧室６９内の減圧が緩和
されるので、減圧するガス化の影響を低減し、しかも本
加圧室６９内のガスをピストン６１とシリンダ４８との
隙間からより圧力が低い外部に逃がすことが可能にな
り、これによって液化ガス圧送ポンプ１６のポンプ仕事
が効率よく行なわれることになる。従って液化ガス圧送
ポンプ１６によって液化水素を吐出させる際に、吸入行
程中の減圧により液化水素がガス化したり、本加圧室６
９に滞留したガスにより吐出が難しくなったりする不具
合を確実に防止することが可能になり、液化ガスを安定
的にサージタンク２６に供給して蓄圧を行なうことが可
能になる。これによって水素エンジンが安定に作動する
ことになる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明は、中間位置に区画
壁が設けられ、該区画壁の両側に本加圧室と予備加圧室
とが形成されているシリンダと、区画壁の開口に取付け
られ、予備加圧室から本加圧室への液化ガスの流動を許
容するとともに、本加圧室から予備加圧室への液化ガス
の流動を阻止する弁体と、本加圧室と予備加圧室とにそ
れぞれ摺動可能に組込まれており、シリンダに対して相
対的に同期して一緒に移動する本加圧用ピストンおよび
予備加圧用ピストンとをそれぞれ具備する液化ガス圧送
ポンプに関するものである。

【００３１】従って本発明によれば、同期するように本
加圧用ピストンと予備加圧用ピストンとを一緒にシリン
ダに対して相対的に移動させることによって、予備加圧
室で予備加圧された液化ガスを区画壁の開口を通して本
加圧室側へ圧送することが可能になり、本加圧室内へ圧
送される液化ガスの予圧が可能になる。従って本加圧室
の吸気行程中の減圧が緩和されることによって液化ガス
がガス化する量が少なくなり、摩擦熱でガスが発生して
も圧送された液体ガスにより、本加圧室に滞留したガス
を外部に押出すことができ、安定に液化ガスを圧送でき
るようになる。

【００３２】本加圧用ピストンおよび予備加圧用ピスト
ンを固定側に取付けるとともに、シリンダを駆動手段に
よって軸線方向に往復運動させることによって、予備加
圧室内で液化ガスの予備加圧を行ない、この後に本加圧
室内で本加圧を行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液化ガス圧送ポンプを用いた水素エンジンの燃
料供給系を示す配管図である。

【図２】液化ガス圧送ポンプの駆動系を示す正面図であ
る。

【図３】液化ガス圧送ポンプの内部構造を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１０ 液体水素タンク １１ 圧力計 １２ 液面計 １３ 供給口 １６ 液化ガス圧送ポンプ １７ 吐出管 １８ 蓄冷器 ２１ 冷媒圧送ポンプ ２２ 保冷庫 ２３ 熱交換器 ２６ サージタンク ２７ 噴射ノズル ２８ ピストン ２９ 燃焼室 ３０ 点火プラグ ３３ オイルポンプ ３４ リザーバ ３７ モータ ３８ フレキシブルカップリング ３９ クランクシャフト ４０ フライホイール ４３ コンロッド ４４ 摺動子 ４５ 駆動ロッド ４６ ユニバーサルジョイント ４７ 接続筒 ４８ シリンダ ４９ 振れ止めスプリング ５１ ピストンサポート（ケーシング） ５２ ユニバーサルジョイント ５３ アンカー ５６ 区画壁 ５７ 開口 ５８ 弁体（吸込み弁） ６１ ピストン（本加圧用） ６２ ピストン（予備加圧用） ６３ 吐出ポート ６４ 吐出弁 ６５ 吸入ポート ６６ 吸入弁 ６９ 本加圧室 ７０ 予備加圧室

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０４Ｂ 37/18 Ｆ０４Ｂ 37/18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中間位置に区画壁が設けられ、該区画壁の
   両側に本加圧室と予備加圧室とが形成されているシリン
   ダと、 前記区画壁の開口に取付けられ、予備加圧室から本加圧
   室への液化ガスの流動を許容するとともに、本加圧室か
   ら予備加圧室への液化ガスの流動を阻止する弁体と、 前記本加圧室と前記予備加圧室とにそれぞれ摺動可能に
   組込まれており、前記シリンダに対して相対的に同期し
   て一緒に移動する本加圧用ピストンおよび予備加圧用ピ
   ストンと、 をそれぞれ具備する液化ガス圧送ポンプ。
2. 【請求項２】前記本加圧用ピストンおよび前記予備加圧
   用ピストンが固定側に取付けられるとともに、前記シリ
   ンダが駆動手段によって軸線方向に往復運動することを
   特徴とする請求項１に記載の液化ガス圧送ポンプ。