(57)【要約】【課題】多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法を提供すること。【解決手段】ガスを圧縮する第１圧縮部（１０）と、第１圧縮部（１０）で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部（２０）と、を含む多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法であって、第２圧縮部（２０）の吐出圧力の、第１圧縮部（１０）の吐出圧力又は第２圧縮部（２０）の吸込圧力に対する割合を算出する工程と、前記割合が設定値以下となったときに第２圧縮部（２０）にガス漏れが生じたと判定する工程と、を含むこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧縮する第１圧縮部と、前記第１圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部と、を含む多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法であって、
前記第２圧縮部の吐出圧力の、前記第１圧縮部の吐出圧力又は前記第２圧縮部の吸込圧力に対する割合を算出する工程と、
前記割合が設定値以下となったときに前記第２圧縮部にガス漏れが生じたと判定する工程と、を含む、ガス漏れ判定方法。
【請求項２】
多段圧縮機であって、
ガスを圧縮する第１圧縮部と、
前記第１圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部と、
判定部と、を備え、
前記判定部は、前記第２圧縮部の吐出圧力の、前記第１圧縮部の吐出圧力又は前記第２圧縮部の吸込圧力に対する割合が設定値以下となったときに前記第２圧縮部にガス漏れが生じたと判定する、多段圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、往復動式の多段圧縮機が知られている。例えば、特許文献１には、５つの圧縮部を有する多段圧縮機が開示されている。各圧縮部は、圧縮室を有するシリンダと、ピストンと、ピストンに設けられたピストンリングと、を有している。第１圧縮部の第１圧縮室に吸い込まれたガスは、第１圧縮部から順に圧縮され、第５圧縮部から吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるような多段圧縮機では、各圧縮部においてガス漏れ（圧縮室から当該圧縮室よりも低圧の空間へのガスの漏れ）が生じる場合があり、このガス漏れを検知したいというニーズがある。
【０００５】
本発明の目的は、ガス漏れを検知可能な多段圧縮機及び多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ガスを圧縮する第１圧縮部と、前記第１圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部と、を含む多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法であって、前記第２圧縮部の吐出圧力の、前記第１圧縮部の吐出圧力又は前記第２圧縮部の吸込圧力に対する割合を算出する工程と、前記割合が設定値以下となったときに前記第２圧縮部にガス漏れが生じたと判定する工程と、を含む、ガス漏れ判定方法を提供する。
【０００７】
本ガス漏れ判定方法では、第１圧縮部よりも高圧となる第２圧縮部でガス漏れが生じていることが有効に検知される。具体的に、第２圧縮部からのガス漏れが生じていても無視できる程度（設計上許容される漏れ量）であれば、前記割合は、ほぼ一定の値となる。しかしながら、第２圧縮部における吸込バルブや吐出バルブのシールの悪化やピストンリングの摩耗等に起因して第２圧縮部からガスが漏れると、第１圧縮部の吐出圧力（第２圧縮部の吸込圧力）が上昇するので、前記割合が小さくなる。このため、前記割合が閾値以下となったときに第２圧縮部でガス漏れが生じていると判定することが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、多段圧縮機であって、ガスを圧縮する第１圧縮部と、前記第１圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部と、判定部と、を備え、前記判定部は、前記第２圧縮部の吐出圧力の、前記第１圧縮部の吐出圧力又は前記第２圧縮部の吸込圧力に対する割合が設定値以下となったときに前記第２圧縮部にガス漏れが生じたと判定する、多段圧縮機を提供する。
【０００９】
本多段圧縮機においても、第２圧縮部からのガス漏れが有効に検知される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、ガス漏れを検知可能な多段圧縮機及び多段圧縮機におけるガス漏れ判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の多段圧縮機の構成の概略を示す図である。
【図２】図１に示される多段圧縮機の各圧縮部における吸込圧力と吐出圧力との実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態の多段圧縮機について、図１を参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示すように、多段圧縮機は、クランクケース１と、複数の（本実施形態では５つの）圧縮部１０〜５０と、判定部６０と、を備えている。本実施形態では、各圧縮部１０〜５０は、水素ガスを圧縮する。
【００１４】
第１圧縮部１０は、第１圧縮室１１Ｓを有する第１シリンダ１１と、第１ピストン１２と、第１ピストン１２に設けられた第１ピストンリング１３と、第１圧縮室１１Ｓの吸込み側に設けられた第１吸込バルブＶｓ１と、第１圧縮室１１Ｓの吐出側に設けられた第１吐出バルブＶｄ１と、を有する。第１ピストン１２は、クランクケース１内に配置されたクランクシャフト（図示略）に接続された第１ロッド２に接続されている。第１ロッド２には、第１ディスタンスピース３が設けられている。
【００１５】
第２圧縮部２０〜第５圧縮部５０の構成は、基本的に第１圧縮部１０のそれと同様である。すなわち、第２圧縮部２０は、第２圧縮室２１Ｓを有する第２シリンダ２１と、第２ピストン２２と、第２ピストンリング２３と、第２吸込バルブＶｓ２と、第２吐出バルブＶｄ２と、を有している。第３圧縮部３０は、第３圧縮室３１Ｓを有する第３シリンダ３１と、第３ピストン３２と、第３ピストンリング３３と、第３吸込バルブＶｓ３と、第３吐出バルブＶｄ３と、を有している。第４圧縮部４０は、第４圧縮室４１Ｓを有する第４シリンダ４１と、第４ピストン４２と、第４ピストンリング４３と、第４吸込バルブＶｓ４と、第４吐出バルブＶｄ４と、を有している。第５圧縮部５０は、第５圧縮室５１Ｓを有する第５シリンダ５１と、第５ピストン５２と、第５ピストンリング５３と、第５吸込バルブＶｓ５と、第５吐出バルブＶｄ５と、を有している。第２ピストン２２は、第１ピストン１２に接続されている。第３ピストン３２は、第２ピストン２２に接続されている。第４ピストン４２は、前記クランクシャフトに接続された第２ロッド６に接続されている。第２ロッド６には、第２ディスタンスピース７が設けられている。第５ピストン５２は、第４ピストン４２に接続されている。なお、各シリンダ２１〜５２（各圧縮室２１Ｓ〜５１Ｓ）の大きさは、高圧側（第５圧縮部５０側）に向かうにしたがって次第に小さくなっている。このことは、各ピストン２２〜５２の大きさについても同様である。
【００１６】
本実施形態では、吸込ラインＬ０と、第１連結ラインＬ１と、第２連結ラインＬ２と、第３連結ラインＬ３と、第４連結ラインＬ４と、吐出ラインＬ５と、第１戻しラインＬ１１と、第２戻しラインＬ４１と、を有している。吸込ラインＬ０は、第１吸込バルブＶｓ１を介して第１圧縮室１１Ｓにガスを供給する。第１連結ラインＬ１は、第１圧縮室１１Ｓから第１吐出バルブＶｄ１を介して吐出されたガスを第２吸込バルブＶｓ２を介して第２圧縮室２１Ｓに導く。第２連結ラインＬ２は、第２圧縮室２１Ｓから第２吐出バルブＶｄ２を介して吐出されたガスを第３吸込バルブＶｓ３を介して第３圧縮室３１Ｓに導く。第３連結ラインＬ３は、第３圧縮室３１Ｓから第３吐出バルブＶｄ３を介して吐出されたガスを第４吸込バルブＶｓ４を介して第４圧縮室４１Ｓに導く。第４連結ラインＬ４は、第４圧縮室４１Ｓから第４吐出バルブＶｄ４を介して吐出されたガスを第５吸込バルブＶｓ５を介して第５圧縮室５１Ｓに導く。吐出ラインＬ５は、第５圧縮室５１Ｓで圧縮されたガスを第５吐出バルブＶｄ５を介して外部に取り出す。第１戻しラインＬ１１は、第１圧縮室１１Ｓから第１シリンダ１１と第１ピストンリング１３との隙間を介してクランクケース１側に漏れたガスを吸込ラインＬ０に戻す。第２戻しラインＬ４１は、第４圧縮室４１Ｓから第４シリンダ４１と第４ピストンリング４３との隙間を介してクランクケース１側に漏れたガスを吸込ラインＬ０に戻す。
【００１７】
判定部６０は、各圧縮部１０〜５０においてガス漏れが生じているか否かを判定する。以下、各吸込バルブＶｓ１〜Ｖｓ５又は各吐出バルブＶｄ１〜Ｖｄ５のシール性の悪化に起因したガス漏れの検知、そして、各ピストンリング１３〜１５に摩耗に起因したガス漏れの検知の順に説明する。
【００１８】
例えば、第５吐出バルブＶｄ５又は第５吸込バルブＶｓ５のシール性が悪化すると、第５圧縮部５０の吸込圧力、つまり、第４圧縮部４０の吐出圧力が上昇する。このため、第５圧縮部５０の吐出圧力の、第５圧縮部５０の吸込圧力又は第４圧縮部４０の吐出圧力に対する割合（以下、「第５割合」という。）を監視することにより、第５吐出バルブＶｄ５又は第５吸込バルブＶｓ５のシール性の悪化、すなわち、第５圧縮部５０でのガス漏れを検知することが可能となる。具体的に、第５吐出バルブＶｄ５又は第５吸込バルブＶｓ５のシール性が悪化すると、第５割合は小さくなる。このため、判定部６０は、第５割合を定期的に算出するとともに、その算出された第５割合が第５設定値以下になったときに、第５圧縮部５０でガス漏れが生じていることを示す第５信号を出力する。
【００１９】
以上のことは、他のバルブのシール性が悪化した場合についても同様である。すなわち、判定部６０は、第４割合（第４圧縮部４０の吐出圧力の、第４圧縮部４０の吸込圧力又は第３圧縮部４０の吐出圧力に対する割合）が第４設定値以下になったときに、第４圧縮部４０でガス漏れが生じていることを示す第４信号を出力する。以下、同様に、判定部６０は、第３割合が第３設定値以下になったときに、第３圧縮部３０でガス漏れが生じていることを示す第３信号を出力し、第２割合が第２設定値以下になったときに、第２圧縮部２０でガス漏れが生じていることを示す第２信号を出力し、第１割合が第１設定値以下になったときに、第１圧縮部１０でガス漏れが生じていることを示す第１信号を出力する。
【００２０】
なお、第１圧縮部１０の吸込み圧力は、吸込ラインＬ０に設けられた温度センサ７０により検出される。第１圧縮部１０の吐出圧力（第２圧縮部２０の吸込圧力）は、第１連結ラインＬ１に設けられた圧力センサ７１により検出される。第２圧縮部２０の吐出圧力（第３圧縮部３０の吸込圧力）は、第２連結ラインＬ２に設けられた圧力センサ７２により検出される。第３圧縮部３０の吐出圧力（第４圧縮部３０の吸込圧力）は、第３連結ラインＬ３に設けられた圧力センサ７３により検出される。第４圧縮部４０の吐出圧力（第５圧縮部５０の吸込圧力）は、第４連結ラインＬ４に設けられた圧力センサ７４により検出される。第５圧縮部５０の吐出圧力は、吐出ラインＬ５に設けられた圧力センサ７５により検出される。
【００２１】
次に、各ピストンリング１３〜５３に摩耗が生じた場合の検知について説明する。
【００２２】
例えば、第５ピストンリング５３に摩耗が生じた場合、第５圧縮室５１Ｓのガスの一部が第５シリンダ５１と第５ピストンリング５３との隙間を通じて第４圧縮室４１Ｓに流入するので、第５圧縮部５０の吸込圧力、つまり、第４圧縮部４０の吐出圧力が上昇する。よって、第５吐出バルブＶｄ５又は第５吸込バルブＶｓ５のシール性が悪化した場合と同様に、判定部６０は、前記第５割合が第５設定値以下になったときに、前記第５信号を出力する。すなわち、本実施形態では、判定部６０が第５信号を出力することにより、第５吐出バルブＶｄ５又は第５吸込バルブＶｓ５のシール性の悪化、及び、第５ピストンリング５３の摩耗の少なくとも一方が生じていることが分かる。
【００２３】
以上のことは、第３ピストンリング３３及び第２ピストンリング２３に摩耗が生じた場合についても同様である。すなわち、判定部６０が第３信号を出力することにより、第３吐出バルブＶｄ３又は第３吸込バルブＶｓ３のシール性の悪化、及び、第３ピストンリング３３の摩耗の少なくとも一方が生じていることが分かり、判定部６０が第２信号を出力することにより、第２吐出バルブＶｄ２又は第２吸込バルブＶｓ２のシール性の悪化、及び、第２ピストンリング２３の摩耗の少なくとも一方が生じていることが分かる。
【００２４】
一方、本実施形態では、第４ピストンリング４３に摩耗が生じた場合、第４圧縮室４１Ｓのガスの一部が第４シリンダ４１と第４ピストンリング４３との隙間及び第２戻しラインＬ４１を通じて吸込ラインＬ０に流入する。このとき、第２戻しラインＬ４１の第２温度Ｔ２が上昇する。このため、判定部６０は、前記第２温度Ｔ２が第２基準温度Ｔβ以上になったときに、第４ピストンリング４３に摩耗が生じたことを示す信号を出力する。このことは、第１ピストンリング１３に摩耗が生じた場合についても同様である。すなわち、判定部６０は、第１戻しラインＬ１１の第１温度Ｔ１が第１基準温度Ｔα以上になったとき、第１ピストンリング１３に摩耗が生じたことを示す信号を出力する。
【００２５】
なお、前記第１温度Ｔ１は、第１戻しラインＬ１１に設けられた温度センサ８１により検出され、前記第２温度Ｔ２は、第２戻しラインＬ４１に設けられた温度センサ８４により検出される。
【００２６】
以上のように、本実施形態の多段圧縮機では、各圧縮部１０〜５０でガス漏れが生じていることが有効に検知される。
【００２７】
なお、今回開示された上記実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、判定部６０は、前記第３割合が第３設定値以下になったときに、第３圧縮部３０でガス漏れが生じていることを示す第３信号を出力する例が示されたが、判定部６０は、前記第２割合が所定値よりも大きくなったときに、第３信号を出力してもよい。
【実施例】
【００２９】
図２は、上記実施形態の多段圧縮機の各圧縮部１０〜５０における吸込圧力と吐出圧力とを示す表である。なお、この表の数値は、各圧縮部１０〜５０でガス漏れが生じていない場合の値である。この実施例では、前記第５割合は、８２／４５である。
【００３０】
ここで、第５圧縮部５０においてガス漏れが生じると、第５圧縮部５０の吸込圧力（第４圧縮部４０の吐出圧力）は、例えば４７ＭＰａになる。したがって、前記第５割合は、８２／４７に変化する。このため、前記第５設定値が例えば８２／４６に設定されることにより、第５圧縮部５０でのガス漏れの検知が可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１０    第１圧縮部
１１    第１シリンダ
１１Ｓ  第１圧縮室
１２    第１ピストン
１３    第１ピストンリング
２０    第２圧縮部
２１    第２シリンダ
２１Ｓ  第２圧縮室
２２    第２ピストン
２３    第２ピストンリング
３０    第３圧縮部
３１    第３シリンダ
３１Ｓ  第３圧縮室
３２    第３ピストン
３３    第３ピストンリング
４０    第４圧縮部
４１    第４シリンダ
４１Ｓ  第４圧縮室
４２    第４ピストン
４３    第４ピストンリング
５０    第５圧縮部
５１    第５シリンダ
５１Ｓ  第５圧縮室
５２    第５ピストン
５３    第５ピストンリング
６０    判定部
Ｖｄ１  第１吐出バルブ
Ｖｄ２  第２吐出バルブ
Ｖｄ３  第３吐出バルブ
Ｖｄ４  第４吐出バルブ
Ｖｄ５  第５吐出バルブ
Ｖｓ１  第１吸込バルブ
Ｖｓ２  第２吸込バルブ
Ｖｓ３  第３吸込バルブ
Ｖｓ４  第４吸込バルブ
Ｖｓ５  第５吸込バルブ
【図１】
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【図２】
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