低温液化气体的吸入和排出用阀体、往复式泵、以及燃料气体供给装置.pdf

一种吸入和排出用阀体，在将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出时使用，其包括：阀座主体部，该阀座主体部包括以供给流体的方式构成的流体供给部、和以排出流体的方式构成的流体排出部；吸入阀，朝向阀座主体部的流体供给部被挤压；排出阀，朝向阀座主体部的流体排出部被挤压。流体供给部包括：供给通路，与供给管连接；隔离壁，设置在供给通路的一端，在隔离壁上形成有与吸入阀面对的多个吸入孔；扩孔，该扩孔是按照包围多个吸入口的周围的方式设置在隔离壁上的凹部，在吸入阀相对于流体供给部挤压时，吸入阀抵接凹部的边缘。排出阀从排出孔一侧承受流体压力的部分具有设置于比排出孔的外周更宽区域的受压凹部。

权利要求书
1.  一种吸入和排出用阀体，在将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出时使用，其特征在于，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述流体供给部包括：供给通路，与供给管连接；隔离壁，设置在所述供给通路的一端，在所述隔离壁上形成有与所述吸入阀面对的多个吸入孔；扩孔，所述扩孔是按照包围所述多个吸入口的周围的方式设置在所述隔离壁上的凹部，在所述吸入阀相对于流体供给部挤压时，所述吸入阀抵接所述凹部的边缘。

2.  根据权利要求1所述的吸入和排出用阀体，其特征在于，所述扩孔按照包围所有设置在所述隔离壁上的吸入孔的方式设有一个。

3.  根据权利要求1或2所述的吸入和排出用阀体，其特征在于，在所述阀座主体部上设有：吸入用弹簧，使所述吸入阀朝向所述流体供给部挤压；吸入用弹簧保持部件，保持所述吸入用弹簧，所述吸入用弹簧保持部件被固定于所述阀座主体部上。

4.  根据权利要求1至3任一项所述的吸入和排出用阀体，其特征在于，在所述阀座主体部上设有：排出用弹簧，使所述排出阀朝向所述流体排出部挤压；排出用弹簧保持部件，保持所述排出用弹簧，所述排出用弹簧保持部件被固定于所述阀座主体部上。

5.  根据权利要求1至4任一项所述的吸入和排出用阀体，其特征在于，
所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域。

6.  根据权利要求1至5任一项所述的吸入和排出用阀体，其特征在于，
所述排出阀为堵塞排出孔的、一端封闭的筒状，所述排出孔与由所述活塞和所述气缸套来划分、其内被填充所述流体的气缸套内空间连接，在所述排出阀上设置有排出阀贯通孔，所述排出阀贯通孔连接所述筒状的外侧和内侧空间，在开放所述排出孔时，所述排出阀贯通孔使所排出的流体从所述筒状外侧引导至筒状内侧、进而在设置于用于保持使所述排出阀朝向所述流体排出部挤压的排出用弹簧的筒状的排出用弹簧保持部件上的排出孔中流动，
在所述排出用弹簧保持部件的筒状侧壁上设置有连接所述筒状内部的所述排出孔和外部空间的保持部件贯通孔，所述保持部件贯通孔在所述排出阀将所述排出孔开放时使位于所述排出用弹簧保持部件的筒状外侧的排出流体的一部分引导至所述排出孔内。

7.  根据权利要求6所述的吸入和排出用阀体，其特征在于，
所述排出阀在堵塞所述排出孔时与所述排出孔的周缘部的壁抵接，
所述排出孔的所述周缘部的壁相比于所述阀座主体部的位于所述周缘部的壁外侧的部分以维氏硬度高的高硬度部件构成。

8.  一种吸入和排出用阀体，在将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出时使用，其特征在于，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域。

9.  一种往复式泵，将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出，其特征在于，所述往复式泵包括：
主体部，具有所述活塞和所述气缸套，并具有由所述活塞和所述气缸套来划分的气缸套内空间；
吸入和排出用阀体，与所述主体部抵接，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述流体供给部包括：供给通路，与供给管连接；隔离壁，设置在所述供给通路的一端，在所述隔离壁上形成有与所述吸入阀面对的多个吸入孔；扩孔，所述扩孔是按照包围所述多个吸入口的周围的方式设置在所述隔离壁上的凹部，在所述吸入阀相对于流体供给部挤压时，所述吸入阀抵接所述凹部的边缘；
气缸，具有凹部，在所述凹部中按照所述气缸套内空间与所述流体供给部的隔离壁面对、且与所述流体排出部面对的方式使所述气缸套和所述吸入和排出用阀体抵接而依次组装所述气缸套和所述吸入和排出用阀体，在所述凹部的壁上具有用于供给所述流体的供给用贯通孔；
气缸盖，向所述凹部内方向挤压所述吸入和排出用阀体而固定于所述气缸的所述凹部的开口部，并具有用于排出被排出的流体的排出用贯通孔。

10.  根据权利要求9所述的往复式泵，其特征在于，
所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域。

11.  根据权利要求9或10所述的往复式泵，其特征在于，
所述吸入和排出用阀体为能够一体更换的一体化结构物。

12.  一种往复式泵，将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出，其特征在于，所述往复式泵包括：
主体部，具有所述活塞和所述气缸套，并具有由所述活塞和所述气缸套来划分的气缸套内空间；
吸入和排出用阀体，与所述主体部抵接，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域，
气缸，具有凹部，在所述凹部中按照所述气缸套内空间与所述流体供给部的隔离壁面对、且与所述流体排出部面对的方式使所述气缸套和所述吸入和排出用阀体抵接而依次组装所述气缸套和所述吸入和排出用阀体，在所述凹部的壁上具有用于供给所述流体的供给用贯通孔；
气缸盖，向所述凹部内方向挤压所述吸入和排出用阀体而固定于所述气缸的所述凹部的开口部，并具有用于排出被排出的流体的排出用贯通孔。

13.  根据权利要求12所述的往复式泵，其特征在于，
所述吸入和排出用阀体为能够一体更换的一体化结构物。

14.  一种燃料气体供给装置，包括：
箱，用于贮存作为低温液化气体的液体燃料；
往复式泵，从所述箱吸入所述液体燃料并以规定的压力排出所述液体燃料；
气化装置，使所排出的所述液体燃料气化而变成气体；
气体供给管，将所述气体供给到气体燃烧发动机上，其中，
所述往复式泵将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出，其特征在于，所述往复式泵包括：
主体部，具有所述活塞和所述气缸套，并具有由所述活塞和所述气缸套来划分的气缸套内空间；
吸入和排出用阀体，与所述主体部抵接，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述流体供给部包括：供给通路，与供给管连接；隔离壁，设置在所述供给通路的一端，在所述隔离壁上形成有与所述吸入阀面对的多个吸入孔；扩孔，所述扩孔是按照包围所述多个吸入口的周围的方式设置在所述隔离壁上的凹部，在所述吸入阀相对于流体供给部挤压时，所述吸入阀抵接所述凹部的边缘；
气缸，具有凹部，在所述凹部中按照所述气缸套内空间与所述流体供给部的隔离壁面对、且与所述流体排出部面对的方式使所述气缸套和 所述吸入和排出用阀体抵接而依次组装所述气缸套和所述吸入和排出用阀体，在所述凹部的壁上具有用于供给所述流体的供给用贯通孔；
气缸盖，向所述凹部内方向挤压所述吸入和排出用阀体而固定于所述气缸的所述凹部的开口部，并具有用于排出被排出的流体的排出用贯通孔。

15.  一种燃料气体供给装置，包括：
箱，用于贮存作为低温液化气体的液体燃料；
往复式泵，从所述箱吸入所述液体燃料并以规定的压力排出所述液体燃料；
气化装置，使所排出的所述液体燃料气化而变成气体；
气体供给管，将所述气体供给到气体燃烧发动机上，其中，
所述往复式泵将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出，其特征在于，所述往复式泵包括：
主体部，具有所述活塞和所述气缸套，并具有由所述活塞和所述气缸套来划分的气缸套内空间；
吸入和排出用阀体，与所述主体部抵接，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域，
气缸，具有凹部，在所述凹部中按照所述气缸套内空间与所述流体供给部的隔离壁面对、且与所述流体排出部面对的方式使所述气缸套和所述吸入和排出用阀体抵接而依次组装所述气缸套和所述吸入和排出用 阀体，在所述凹部的壁上具有用于供给所述流体的供给用贯通孔；
气缸盖，向所述凹部内方向挤压所述吸入和排出用阀体而固定于所述气缸的所述凹部的开口部，并具有用于排出被排出的流体的排出用贯通孔。

说明书低温液化气体的吸入和排出用阀体、往复式泵、以及燃料气体供给装置
技术领域
本发明涉及在将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将其排出时所使用的流体的吸入和排出用阀体、使用该阀体的往复式泵、以及使用该往复式泵的燃料气体供给装置。
背景技术
从过去就大量存在作为燃料运行对液化天然气(以下称之为“LNG”)进行气化的天然气的柴油机，近年来，为了改善现有的烧油低速柴油机的对环境的排气性能，提出有多种高压气体喷射型低速二冲程柴油机。高压气体喷射型低速二冲程柴油机是在柴油机中具有高热效率和大功率的柴油机，尤其要求适用于船舶等。
例如，作为适用于船舶的主发动机或发电机驱动机等的天然气等气体燃料供应装置，公知的有使用能够容易向气体危险区域配置的往复式泵使燃料的液化气体高压化的装置(专利文献1)。
该装置包括：往复式泵，通过油压马达被驱动，将导入的液化气体的压力提升至所需的压力而将其液化气体排出；油压泵单元，从通过电动机被驱动的可变容量型油压泵向所述油压马达供给驱动用油压；加热装置，对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热并使其气化；控制部，对所述油压马达的旋转速度进行调整，使所述加热装置的气体燃料排出口压力保持为规定值。即，在位于气体危险区域外的油压泵单元中，从通过电动机被驱动的可变容量型的油压泵向位于气体危险区域的油压马达供给驱动用油压，利用该油压对往复式泵进行驱动而使液化气体的压力提升至所需压力并将其液化气体排出。
另外，作为这样的往复式泵的例子，公知的有被设计为高运行压力用的用于低温液体的活塞泵(专利文献2)。在该活塞泵中，阀头具有空 洞，该空洞具有排出口开口部并对应于活塞前端部，排出阀与排出开口部相邻接，并按照进入气缸头的方式配置，活塞前端部在活塞泵行程最大时贯通空洞区域。另外，在活塞前端部按照与阀头的空洞紧紧吻合的方式制作，在最大活塞行程中，该活塞前端部通过完全进入到该空洞区域，由此，低温介质在各活塞泵行程中始终机械地从阀头完全被排除。并且，排出阀也按照与阀头的排出开口部直接相邻接、进入被封闭的压力管的方式被配置，所以不存在低温介质能够残留的泵运行室内的空洞，显著地减少因介质的残留导致的功能障碍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1特开2012-177333号公报
专利文献2特开2012-2224号公报
发明内容
发明要解决的课题
为了将液化气体的压力提升至所需压力而有效地将该液化气体排出，优选提高往复式泵的液化气体的吸入效率和排出效率(容积效率)。要提高往复式泵的吸入效率和排出效率(容积效率)，就要使由吸入阀、排出阀隔开的两个空间之间的阀的工作开始时的压力差(以下，将该压力差称之为差压)变小，要抑制液化燃料的气化。
但是，在上述气体燃料供给装置(专利文献1)中，所使用的往复式泵的结构并没有公开。另外，在上述活塞泵(专利文献2)中，由于活塞前端部按照与阀头的空洞紧紧吻合的方式制作，因此，低温介质在各活塞泵行程中始终机械地从阀头完全被排除。而且，排出阀也按照与阀头的排出开口部直接相邻接、进入被封闭的压力管的方式被配置，因此，不会有介质的残留，不会产生残留压力。这样，在上述的活塞泵中，虽然有意提高介质的排出，但是，并未公开在介质的吸入和排出时提高容积效率的方法。在吸入作为液体气体的介质时，由于活塞按照打开吸入阀的方式后退而活塞侧空间的压力会变小，因此从抑制作为活塞侧空间内液化气体的介质的气化角度考虑，优选使吸入阀的工作开始时的活塞 侧空间压力(工作压力)和吸入侧空间的压力差要小。
因此，为了提高往复式泵的活塞侧空间的液体燃料的吸入效率(容积效率)或者提高往复式泵的液体燃料的排出效率(容积效率)，本发明的目的在于提供一种能够使隔开往复式泵的吸入阀或者排出阀的两个空间之间的、吸入阀或排出阀工作开始时的压力差变小的低温液化气体的吸入和排出用阀体、往复式泵、以及燃料气体供给装置。
用于解决课题的技术手段
低温液化气体的吸入和排出用阀体包括如下方式。
(方式1)
一种吸入和排出用阀体，在将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出时使用，其特征在于，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述流体供给部包括：供给通路，与供给管连接；隔离壁，设置在所述供给通路的一端，在所述隔离壁上形成有与所述吸入阀面对的多个吸入孔；扩孔，所述扩孔是按照包围所述多个吸入口的周围的方式设置在所述隔离壁上的凹部，在所述吸入阀相对于流体供给部挤压时，所述吸入阀抵接所述凹部的边缘。
(方式2)
根据方式1所述的吸入和排出用阀体，所述扩孔按照包围所有设置在所述隔离壁上的吸入孔的方式设有一个。
(方式3)
根据方式1或2所述的吸入和排出用阀体，在所述阀座主体部上设有：吸入用弹簧，使所述吸入阀朝向所述流体供给部挤压；吸入用弹簧保持部件，保持所述吸入用弹簧，所述吸入用弹簧保持部件被固定于所述阀座主体部上。
(方式4)
根据方式1至3任一项所述的吸入和排出用阀体，在所述阀座主体部上设有：排出用弹簧，使所述排出阀朝向所述流体排出部挤压；排出用弹簧保持部件，保持所述排出用弹簧，所述排出用弹簧保持部件被固定于所述阀座主体部上。
(方式5)
根据方式1至4任一项所述的吸入和排出用阀体，所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域。
(方式6)
根据方式1至5任一项所述的吸入和排出用阀体，所述排出阀为堵塞排出孔的、一端封闭的筒状，所述排出孔与由所述活塞和所述气缸套来划分、其内被填充所述流体的气缸套内空间连接，在所述排出阀上设置有排出阀贯通孔，所述排出阀贯通孔连接所述筒状的外侧和内侧空间，在开放所述排出孔时，所述排出阀贯通孔使所排出的流体从所述筒状外侧引导至筒状内侧、进而在设置于用于保持使所述排出阀朝向所述流体排出部挤压的排出用弹簧的筒状的排出用弹簧保持部件上的排出孔中流动，
在所述排出用弹簧保持部件的筒状侧壁上设置有连接所述筒状内部的所述排出孔和外部空间的保持部件贯通孔，所述保持部件贯通孔在所述排出阀将所述排出孔开放时使位于所述排出用弹簧保持部件的筒状外侧的排出流体的一部分引导至所述排出孔内。
(方式7)
根据方式6所述的吸入和排出用阀体，所述排出阀在堵塞所述排出孔时与所述排出孔的周缘部的壁抵接，
所述排出孔的所述周缘部的壁相比于所述阀座主体部的位于所述周缘部的壁外侧的部分以维氏硬度高的高硬度部件构成。
(方式8)
一种吸入和排出用阀体，在将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出时使用，其特征在于，所述吸入和排出用阀体包括：
阀座主体部，所述阀座主体部包括：流体供给部，以供给所述流体的方式构成；流体排出部，以排出所述流体的方式构成；
吸入阀，朝向所述阀座主体部的流体供给部被挤压；
排出阀，朝向所述阀座主体部的流体排出部被挤压，其中，
所述排出阀通过与设置在所述流体排出部的排出所述流体的排出孔的周缘部的壁抵接来堵塞所述排出孔，
所述排出阀从所述排出孔一侧承受所述流体的压力的部分具有相对于与所述排出孔的周缘部壁抵接的所述排出阀的部分具有段差而凹进去的受压凹部，所述受压凹部设置在比所述排出孔的外周更宽的区域。
(方式9)
一种往复式泵，将低温液化气体的流体吸入到气缸套内并利用活塞将流体排出，其特征在于，所述往复式泵包括：
主体部，具有所述活塞和所述气缸套，并具有由所述活塞和所述气缸套来划分的气缸套内空间；
根据方式1至8任一项所述的吸入和排出用阀体，与所述主体部抵接，
气缸，具有凹部，在所述凹部中按照所述气缸套内空间与所述流体供给部的隔离壁面对、且与所述流体排出部面对的方式使所述气缸套和所述吸入和排出用阀体抵接而依次组装所述气缸套和所述吸入和排出用阀体，在所述凹部的壁上具有用于供给所述流体的供给用贯通孔；
气缸盖，向所述凹部内方向挤压所述吸入和排出用阀体而固定于所述气缸的所述凹部的开口部，并具有用于排出被排出的流体的排出用贯通孔。
(方式10)
根据方式9所述的往复式泵，所述吸入和排出用阀体为能够一体更换的一体化结构物。
(方式11)
一种燃料气体供给装置，其特征在于，包括：
箱，用于贮存作为低温液化气体的液体燃料；
根据方式9或10所述的往复式泵，从所述箱吸入所述液体燃料并以规定的压力排出所述液体燃料；
气化装置，使所排出的所述液体燃料气化而变成气体；
气体供给管，将所述气体供给到气体燃烧发动机上。
发明效果
根据上述的低温液化气体的吸入和排出用阀体、往复式泵、以及燃料气体供给装置，能够使隔开往复式泵的吸入阀或者排出阀的两个空间之间的、吸入阀或排出阀工作开始时的压力差变小。由此，能够提高往复式泵的活塞侧空间的液体燃料的吸入效率或者排出效率(容积效率)。
附图说明
图1为使用本实施方式的低温液化气体的吸入和排出用阀体以及往复式泵的本实施方式的燃料气体供给装置的概略结构图；
图2为使用本实施方式的吸入和排出用阀体的往复式泵的外观立体图；
图3为图2所示的往复式泵的截面图；
图4为在气缸中组装有本实施方式的吸入和排出用阀体时的截面图；
图5为用于说明本实施方式的吸入和排出用阀体的吸入孔和吸入阀的图；
图6为用于说明本实施方式的吸入和排出用阀体的吸入孔和吸入阀的图；
图7为表示本实施方式的吸入和排出用阀体的排出阀打开、开放排出孔状态的图；
图8为用于说明作用于吸入阀的压力和力的图；
图9为用于说明作用于排出阀的压力和力的图。
附图标号说明
10 燃料气体供给装置    12 工作油贮存箱
14 油压泵               15 油压管
16 油压马达             18 液体燃料箱
19 低压液体燃料供给管   20 往复式泵
21 高压液体燃料供给管   22 气化装置
24 调压阀               26 气体燃料供给管
28 气体燃烧发动机       201 气缸
202 液体燃料供给口      204 气缸套
206 活塞                208 吸入和排出用阀体
210 上盖                212 凸缘
214 供给用贯通孔        216 排出用贯通孔
218 液体燃料供给口      220阀座主体部
222 吸入阀              224 吸入用弹簧
226 吸入用弹簧保持部件  227 气缸套内空间
228 排出阀              228a 受压凹部
229 排出阀贯通孔        230 排出用弹簧
232 排出用弹簧保持部件  233 排出孔
234 排出部套            238 保持部件贯通孔
240 流体供给部          242 流体排出部
244 供给通路            246 吸入口
248 隔离壁              250 扩孔
252 排出孔              256 高硬度部件
具体实施方式
下面，对本实施方式的低温液化气体的吸入和排出用阀体、往复式泵、以及燃料气体供给装置进行详细说明。
(燃料气体供给装置)
图1为使用本实施方式的低温液化气体的吸入和排出用阀体以及往复式泵的本实施方式的燃料气体供给装置10的概略结构图。
燃料气体供给装置10是将对液体燃料(低温液化气体的流体)进行气化的燃料气体以高压向气体燃烧发动机的燃烧室内喷射而供给的装置。 本实施方式的气体燃烧发动机是装载于船舶的柴油发动机，例如可以使用二冲程低速柴油发动机。
如图1所示，燃料气体供给装置10主要包括工作油贮存箱12、油压泵14、油压马达16、液体燃料箱18、往复式泵20、气化装置22、调压阀24。除此之外，燃料气体供给装置10包括油压管15、低压液体燃料供给管19、高压液体燃料供给管21、气体燃料供给管26。
燃料气体供给装置10的这些构成要素均装载于船舶上。
工作油贮存箱12用于贮存为供给使油压马达16驱动的油压的工作油。
液体燃料箱18用于贮存供给到气体燃烧发动机的燃料气体气化前的液体燃料。作为液体燃料，可以使用液化天然气(LNG)、液化石油气体(LPG)。液体燃料箱18与低压液体燃料供给管19连接，通过低压液体燃料供给管19将液体燃料供给到往复式泵20中。
往复式泵20的入口侧与低压液体燃料供给管19连接，其出口侧与高压液体燃料供给管21连接。往复式泵20将从液体燃料箱18通过低压液体燃料供给管19被吸入的液体燃料的压力提升到规定的压力，通过高压液体燃料供给管21将其液体燃料排出到气化装置22。在往复式泵20中如后述那样活塞进行往复运动。
油压马达16是驱动往复式泵20的动力源。例如使用未图示的曲柄能够将油压马达16的旋转运动转换为往复式泵20的活塞的往复运动。
油压马达16通过对从工作油贮存箱12吸入的工作油以油压泵14进行升压后通过油压管15供给的油压被驱动。作为本实施方式的工作油，可以使用油或水溶性工作油。水溶性工作油是作为其主要成分含有水的工作油，例如含有O/W(水中油滴型)乳液或W/O(油中水滴型)乳液、聚乙二醇溶液。
在本实施方式中，虽然使用通过油压被驱动的油压马达16，但是也可以使用电动机代替工作油贮存箱12、油压泵14以及油压马达16。在危险区域使用电动机时，优选实施防爆处理。如此，驱动往复式泵20的动力源只要是公知的就可以，没有特别限制。
气化装置22的入口侧与高压液体燃料供给管21连接，其出口侧与 气体燃料供给管26连接。气化装置22对通过高压液体燃料供给管21供给的升压后液体燃料进行加热并使其气化，将液体燃料变成气体。作为对液体燃料进行加热的热源，例如，可以使用在液体燃料箱18中产生的蒸发气体的燃烧热。例如，也可以通过与用蒸发气体的燃烧热加热的温水之间的热交换来对液体燃料进行加热。
在燃料气体供给管26中设有调压阀24，调压阀24的一端与气化装置22连接，其另一端与气体燃烧发动机的燃烧室连接。液体燃料被气化的燃料气体通过调压阀24被调压到规定范围的压力(例如，150～300bar)，然后，通过气体燃料供给管26供给到气体燃烧发动机的燃烧室。
虽然在图1中未示，但是，适当可以使用用于调整油压、液体燃料或气体的供给量或压力的油压阀(减压阀、止回阀、流量控制阀等)。
(往复式泵)
图2为往复式泵20的外观立体图。往复式泵20通过设置在气缸201外周的液体燃料供给口202与低压液体燃料供给管19(参照图1)连接，液体燃料会被吸入到往复式泵20的气缸套空间内。液体燃料被活塞206挤压变成高压，通过后述的排出阀从往复式泵20一端被排出。
图3为往复式泵20的截面图。
往复式泵20的主要部件包括：气缸201、气缸套204、活塞206、吸入和排出用阀体208、上盖210、凸缘212。
活塞206和气缸套204形成主体部。该主体部包括由活塞206和气缸套204划分的气缸套内空间。
活塞206与将油压马达16的旋转运动转换为往复运动的图中未示的机构、例如凸轮轴机构连接。
气缸201为筒状，其具有凹部203，使气缸套204、吸入和排出用阀体208抵接，以气缸套204、吸入和排出用阀体208、上盖210的顺序组装在凹部203内。在凹部203的壁上、即气缸201的筒状侧壁上具有用于供给液体燃料的供给用贯通孔214。气缸套204与吸入和排出用阀体208按照后述的流体供给部和流体排出部与气缸内空间相面对的方式抵接。
上盖210向凹部203内方向挤压吸入和排出用阀体208，且直接固定 于气缸201的所述凹部的开口部。上盖210具有用于排出被排出的液体燃料的排出用贯通孔216。具体来说，吸入和排出用阀体208在与上盖210接触的一侧设有与螺栓螺纹结合的螺栓孔。在上盖210中设有贯通孔，在该贯通孔中贯通螺栓，与设置在吸入和排出用阀体208的螺栓孔螺纹结合，由此上盖210对吸入和排出用阀体208向凹部203内部方向挤压而进行固定。并且，通过图中未示出的螺栓从上盖210的一端通过上盖210的贯通孔与设置在气缸201的凹部203的开口部的螺栓孔螺纹结合，由此上盖210被固定在上盖210的凹部203的开口部。
如此，吸入和排出用阀体208是一体化结构物，在气缸201中作为一个组件被组装，因此在对往复式泵20进行维修时，吸入和排出用阀体208能够作为一个组件来一体地进行更换。
(吸入和排出用阀体)
吸入和排出用阀体208(参照图3)为旋转体形状，在旋转体形状的旋转轴方向的中间部分具有直径变细的部分。在该部分的外周上设有多个液体燃料供给口218，液体燃料供给口218用于将通过设置在气缸201的供给用贯通孔214被供给的液体燃料引导至气缸套204内的气缸内空间。
图4为吸入和排出用阀体208被组装在气缸201时的截面图，为图3所示区域A的放大图。图5和图6为用于说明吸入和排出用阀体208的吸入孔和吸入阀的图。图7为打开吸入和排出用阀体208的排出阀开放排出孔的状态的图。
如图4所示，吸入和排出用阀体208主要包括阀座主体部220、吸入阀222、吸入用弹簧224、吸入用弹簧保持部件226、排出阀228、排出用弹簧230、排出用弹簧保持部件232、排出部套234。
阀座主体部220包括用于供给流体的流体供给部240(参照图4)和用于排出流体的流体排出部242(参照图4)。
流体供给部240包括：供给通路244，其从液体燃料供给口218延伸，且开设在阀座主体部220内；隔离壁248，其设置在供给通路244的一端，其中形成有与吸入阀222相对的多个吸入口246；扩孔250(参照图5)，按照包围多个吸入口246的外周的方式设置在隔离壁248上。吸入口246 为供给通路244的口。扩孔250为凹部，扩孔250的结构构成为如下：在吸入阀222相对于流体供给部240的隔离壁248挤压时，吸入阀222与隔离壁248的所述凹部的边缘抵接。扩孔250(参照图5)为阶梯状凹部，扩孔50在吸入口246的外周上具有相对于隔离壁248的表面具有段差的凹进去的底部。扩孔250按照该凹部的边缘与吸入阀222相抵接的方式设置。凹部的边缘是指包围凹部的边缘。在图5所示的例子中，多个吸入口246以同心圆形状设置，排出孔252设置在吸入口246同心圆形状布局的内侧。
流体排出部242包括隔离壁248和设置在隔离壁248的排出孔252。
如后述那样从使吸入阀222从吸入口246一侧承受压力的面积扩大的角度考虑，扩孔250最好按照能够包围全部设置在隔离壁248的吸入口246的方式设置一个。
吸入阀222是以能够堵塞吸入口246方式大小被确定、在正中央开有孔的圆盘状板状材料。吸入阀222与吸入用弹簧224接触。如图4所示，吸入用弹簧224被保持在吸入用弹簧保持部件226。吸入用弹簧保持部件226被固定在阀座主体部220中。由此，吸入用弹簧224将吸入阀222向流体供给部240挤压，吸入阀222通过吸入用弹簧224向流体供给部240挤压，具体来说挤压流体供给部240的隔离壁。
从将吸入阀222组装在阀座主体部220而可实现一体化的角度考虑，优选吸入用弹簧保持部件226被固定在阀座主体部220。
如上所述，在设有多个吸入口246的隔离壁248上如图5所示那样按照围绕多个吸入口246的外周的方式作为扩孔设置有一个以阶段形状凹进去的凹部。吸入口246在图5所示的例子中设置成同心圆形状，所以扩孔250按照围绕吸入口246的外周的方式以同心圆形状在一周上设置成带状。
如此设置扩孔250，由此能够使往复式泵20的气缸套侧空间227(参照图7)和作为吸入侧空间的供给通路244之间的、吸入阀222的工作开始时的压力差变小，由此能够有效地进行液体燃料的吸入。
在图8中，用于说明作用于吸入阀222的压力和力的图。夹着吸入阀222，将吸入侧压力作为P1，受压力P1的吸入阀222的面积作为S1， 将活塞侧(气缸套内空间)压力作为P2(也包括气缸套内空间227(参照图7)的残留压力)，受压力P2的吸入阀222的面积作为S2，吸入用弹簧224挤压吸入阀222的力作为F2时，要打开吸入阀222时的力的平衡状态为P1·S1＝P2·S2+F2。因此，此时的工作压力P2＝(S1/S2)·P1-F2/S2，另外，压力差P1-P2＝(S1-S2)/S2·P1+F2/S2。
因此，通过使吸入阀222的面积S1接近于S2的方式能够使压力差变小。即，在活塞206后退而使气缸套内空间227的压力变小时，通过使面积S1接近于面积S2，在上述压力差小的状态下打开吸入阀222，将液体燃料流入到气缸内空间227。因此，能够提高往复式泵20的液体燃料的吸入效率。并且，由于液体燃料为低温液化气体，因此，将差压变小是在活塞侧空间内的减压下能够抑制部分液体燃料气化的角度考虑是优选的。
另一方面，排出阀228是其一端封闭的筒状，如图4所示，排出阀228中设有多个连接筒状外侧和内侧空间的排出阀贯通孔229。排出阀228通过与排出液体燃料的排出孔252的周缘部的壁抵接来堵塞排出孔252(封闭排出孔252时)。在开放排出孔252时，排出阀228按照从排出孔252离开的方式后退，此时，排出阀贯通孔229起到将排出的液体燃料从排出阀228的筒状外侧引导至筒状内侧空间、进而将该液体燃料流动至设置在排出用弹簧保持部件232上的排出孔233的作用。
排出用弹簧保持部件232形成为筒状，筒状的外周上设置排出用弹簧230，筒状的一端形成为凸缘形状。排出用弹簧保持部件232的筒状的内部具有沿着筒状中心轴形成排出通路的排出孔233(参照图7)。通过所述凸缘形状的部分支撑排出用弹簧230，由此排出用弹簧230被保持在排出用弹簧保持部件232上。排出用弹簧230的一端与排出阀228接触。排出用弹簧保持部件232通过图中未示出的螺栓等被固定在阀座主体部220上。由此，排出用弹簧230向流体排出部242挤压排出阀228，排出阀228朝向流体排出部242、具体来说对流体排出部242的隔离壁248(排出孔252的周缘部的壁)挤压。
排出部套234沿着阀座主体部220的凹部的壁面设置。排出部套234按照排出阀228沿着排出部套234的内壁移动的方式构成。
排出阀228是堵塞排出孔252的、一端封闭的筒状，其中排出孔252与由活塞206和气缸套204来划分、其内被填充液体燃料的气缸套内空间227(参照)连接。该封闭的一端通过排出阀228的挤压来封闭。排出阀228从气缸套内空间227压力承受的力大于排出用弹簧230的弹力，排出阀228将开放排出孔252。开放排出孔252时，如图7所示，排出的液体燃料通过贯通孔229从筒状外侧引导至筒状内侧，进而在作为排出用弹簧保持部件232的排出通路的排出孔233中流动。
如图7所示，排出用弹簧保持部件232的筒状侧壁上优选设置有连接作为该筒状内部的排出通路的排出孔233和外部空间的保持部件贯通孔238。保持部件贯通孔238在排出阀228将排出孔252开放时将位于排出用弹簧保持部件232的筒状外侧的排出的液体燃料的一部分通过保持部件贯通孔238引导至排出孔233内。此时，排出阀228的与隔离壁248侧相反一侧的端部与排出用弹簧保持部件232的端部抵接。但是，在该抵接时，能够发挥对于因所述液体燃料的移动产生的排出阀228急剧移动的阻尼器效果，因此能够抑制排出阀228的急剧移动，能够缓和排出阀228和排出用弹簧保持部件232的抵接时的冲击。在图7所示的例子中，排出孔233的壁面的外周上设有4处的保持部件贯通孔238。但是保持部件贯通孔238的数量并不受限制。
如图4所示，这样的排出阀228通过与排出液体燃料的排出孔252的周缘部壁抵接来堵塞排出孔252。另外，如图7所示，排出阀228从排出孔252一侧承受液体燃料的压力的部分具有相对于与排出孔252的周缘部壁抵接的排出阀228的部分具有段差而凹进去的受压凹部228a。该受压凹部228a设置在比排出孔252的外周更宽的区域。即，受压凹部228a从排出孔252一侧承受液体燃料压力的部分的面积大于排出孔252的孔面积。因此，能够提高往复式泵20的液体燃料的排出效率。
图9为用于说明作用于吸出阀228的压力和力的图。将排出孔252侧的液体燃料压力作为P3，受压力P3的排出阀228的面积作为S3，将排出阀228侧的压力作为P4，受压力P4的排出阀222的面积作为S4，排出用弹簧230挤压排出阀228的力作为F4时，打开排出阀228时的力的平衡状态为P3·S3＝P4·S4+F4。因此，此时的工作压力P3＝(S4/S3)·P4+F4/S3， 另外，排出阀228的工作开始时的压力差P3-P4＝(S4-S3)/S3·P4+F4/S3。
因此，通过使排出阀228的面积S3接近于S4的方式能够使压力差变小。即，在活塞206前进而使气缸套内空间227的压力变大时，通过使面积S3接近于面积S4，在上述压力差小的状态下打开排出阀228，将液体燃料流入到排出阀28。因此，能够提高往复式泵20的液体燃料的排出效率。
排出阀228在堵塞排出孔252时与上述的排出孔252的周缘部的壁抵接。如图7和图9所示，排出孔252的与排出阀228抵接的周缘部的壁相比于位于周缘部的壁外侧的阀座主体部220部分以维氏硬度高的高硬度部件256构成。通过该高硬度部件256，阀座主体部220的使用寿命会变长。高硬度部件256例如可以使用对钨铬钴合金粉末进行激光照射(激光熔覆)进行熔解而获得的钨铬钴合金材料。
如上所述，在本实施方式中，在往复式泵20的吸入和排出用阀体208中，由于按照包围设置在隔离壁248的多个吸入口246外周的方式设置有扩孔250，且吸入阀222并不与吸入口246的开口边缘抵接，而是与扩孔250的边缘抵接，所以能够使开始吸入阀222工作的气缸套内空间227和排出侧空间之间的、吸入阀222的工作开始时的压力差。结果，能够提高液体燃料的吸入效果。
另外，排出阀228通过与设置在流体排出部242的排出液体燃料的排出孔252的周缘部的壁(周缘部是包围排出孔252的排出阀228的部分)抵接，由此堵塞排出孔252，排出阀228从排出孔252侧受液体燃料压力的部分具有相对于与排出孔252的周缘部壁抵接的排出阀228的部分具有段差而凹进去的受压凹部228a。该受压凹部228a设置在比排出孔252的外周更宽的区域。因此，能够使排出阀228的工作开始时的压力差变小，其结果，能够提高液体燃料的排出效率。
吸入和排出用阀体208是将吸入阀222和排出阀228一体地包括的一体化结构，作为一个组件组装在气缸201中，因此，在维修往复式泵20时，能够作为一个组件一体地更换吸入和排出用阀体208。因此，能够迅速进行往复式泵20的维修。
另外，如图7所示，在排出用保持部件232的筒状侧壁上设置有连 接作为筒状内部排出通路的排出孔233和外部空间的保持部件贯通孔238，因此通过保持部件贯通孔238能够将位于排出用弹簧保持部件232的筒状外侧的液体燃料的一部分通过保持部件贯通孔238引导至排出通路内。能够发挥对于因该液体燃料的移动导致的排出阀228的急剧移动的阻尼器效果，能够缓和排出阀228和排出用弹簧保持部件232抵接时的冲击。
在本实施方式的吸入和排出用阀体208中，在阀座主体部220中一体地形成有吸入阀222和排出阀228，因此这些阀能够高精度的进行工作，能够实现高精度的阀的结构。另外，在阀座主体部220中由于一体地形成有吸入阀222和排出阀228，因此在往复式泵20的吸入或者排出动作出现异常时，能够从气缸201中取出吸入和排出用阀体208，容易确定吸入阀222和排出阀228中的哪个部分出现异常。在现有的往复式泵中，由于在阀座主体部周围部件上安装有吸入阀、排出阀和阀座主体部，因此在组装往复式泵时才初次地确定吸入阀、排出阀和阀座主体部的位置等，所以在仅取出阀座主体部的情况下，很难确定哪个部分出现异常。在这一点上，本实施方式的阀座主体部220上一体地形成有吸入阀222和排出阀228的吸入和排出用阀体208是优良的。
如上所述，对本发明的低温液化气体的吸入和排出用阀体、往复式泵、以及燃料气体供给装置进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不离开本发明的主要内容的范围内，毋庸置疑也可进行各种改进或变更。