(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を収容する高圧容器と、この高圧容器内に供給されて被処理物に対して等方圧加圧処理を行う圧媒ガスを供給する圧媒ガス供給源と、この圧媒ガス供給源から前記高圧容器内に圧媒ガスを供給する供給配管と、前記供給配管上に設けられて前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを圧縮する第１圧縮機及び第２圧縮機とを備えていて、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機で圧縮し、前記第１圧縮機で圧縮された圧媒ガスをさらに第２圧縮機で圧縮する高圧圧縮ラインを有する等方圧加圧装置であって、
前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機の上流側で分岐し、分岐された圧媒ガスの一部を第１圧縮機に送ると共に分岐された圧媒ガスの残りを第２圧縮機に送り、第１圧縮機と第２圧縮機とのそれぞれで圧縮された圧媒ガスを第２圧縮機の下流側で合流させて高圧容器内に送る低圧圧縮ラインも有し、
前記圧媒ガスの流路を、前記高圧圧縮ラインと低圧圧縮ラインとの間で切り替える切替弁が、前記第１圧縮機と第２圧縮機との間に設けられていることを特徴とする等方圧加圧装置。
【請求項２】
前記高圧圧縮ラインは、前記圧媒ガス供給源から第１圧縮機を経由し、この第１圧縮機の次に第２圧縮機を経由して前記高圧容器内に圧媒ガスを供給する主配管に沿って、圧媒ガスを流通させる構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の等方圧加圧装置。
【請求項３】
前記低圧圧縮ラインは、
前記第１圧縮機の上流側の主配管と、第２圧縮機の上流側の主配管との間を直接結ぶ第１バイパス配管と、
前記第１圧縮機と第２圧縮機との間であって、第１バイパス配管の合流位置（Ａ）よりも上流側の主配管と、第２圧縮機よりも下流側の主配管との間を直接結ぶ第２バイパス配管と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の等方圧加圧装置。
【請求項４】
前記切替弁が、主配管に第１バイパス配管が合流する合流位置（Ａ）より上流側であって、前記主配管から第２バイパス配管が分岐する分岐位置（Ｂ）より下流側に設けられて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の等方圧加圧装置。
【請求項５】
前記第１圧縮機及び第２圧縮機は、それぞれのシリンダ内に導入された圧媒ガスを１本のピストンを往復移動させることで圧縮する方式とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の等方圧加圧装置。
【請求項６】
被処理物を収容する高圧容器と、この高圧容器内に供給されて被処理物に対して等方圧加圧処理を行う圧媒ガスを供給する圧媒ガス供給源と、この圧媒ガス供給源から前記高圧容器内に圧媒ガスを送る供給配管と、前記供給配管上に設けられて前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを圧縮する第１圧縮機及び第２圧縮機とを備えた等方圧加圧装置の加圧方法であって、
高圧圧縮時には、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機で圧縮し、前記第１圧縮機で圧縮された圧媒ガスをさらに第２圧縮機で圧縮して前記高圧容器に供給し、
低圧圧縮時には、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機の上流側で分岐し、分岐された圧媒ガスの一部を第１圧縮機に送ると共に分岐された圧媒ガスの残りを第２圧縮機に送り、第１圧縮機と第２圧縮機とのそれぞれで圧媒ガスを圧縮し、それぞれで圧縮された圧媒ガスを第２圧縮機の下流側で合流させて前記高圧容器に供給することを特徴とする等方圧加圧装置の加圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等方圧加圧装置及び等方圧加圧装置の加圧方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＩＰ法（熱間等方圧加圧法)は、数１０〜数１００ＭＰａの高圧圧媒ガス雰囲気のもと被処理物を高温にして処理するものであり、今日では広く工業的に使用されるに至っている。このように高圧圧媒ガス雰囲気のもと被処理物に加圧処理を行う等方圧加圧法には、ＨＩＰ法以外にも、ＷＩＰ法（温間等方圧加圧法）やＣＩＰ法（冷間等方圧加圧法）がある。
【０００３】
ところで、前述したようにＨＩＰ法に代表される等方圧加圧法では処理に高圧の圧媒ガスを用いる関係から、ガス圧縮機により圧媒ガスを圧縮、加圧して圧力容器内に強制的に送り込むことで昇圧作業を行う必要がある。
例えば、特許文献１には、低圧用と高圧用との２つの圧縮機を別個に設けておいて、低圧用の圧縮機で一旦中間圧力まで昇圧したガスを冷却器に通して冷却した後、高圧用の圧縮機で再び高圧まで昇圧することで、温度上昇を抑えつつ昇圧を行うＨＩＰ装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、油圧機構で往復動するプランジャを有し、このプランジャの一方端で低圧用のガス圧縮を行うと共に、他方端で高圧用のガス圧縮を行うことにより、圧媒ガスを２段階に分けて圧縮する昇圧機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８８１５８号公報
【特許文献２】特公昭６３−４５９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１のＨＩＰ装置の場合、ヒータの加熱によるガスの熱膨張によっても圧媒ガスは昇圧され、圧力容器内の圧力はガス量の増大とガスの熱膨張との双方の影響を受けて上昇する。このときガス圧縮機のガス吐出量が一定で且つ昇温速度が一定であっても、ガス物性の影響によりその昇圧速度は一定とはならない。つまり、圧力容器内が高圧のときには、圧媒ガスのガス圧縮性も小さくなるので、昇圧速度は速くなる。しかし、圧力容器内が低圧のときにはガス圧縮性が大きいので、ガス吐出量の一部がガス圧縮に使われて昇圧速度はどうしても遅くなってしまう。
【０００７】
つまり、低圧域と高圧域とに分けて２段階で圧媒ガスを圧縮する方式（２段階圧縮方式）を採用する特許文献１のＨＩＰ装置では、２段のうちでも低圧までの昇圧に長い時間が必要となり、低圧域の昇圧に時間がかかる分だけ作業性が良くないという問題がある。
一方、特許文献２の往復動方式の昇圧機構は、左右のプランジャのそれぞれを低圧用の圧縮機と高圧用の圧縮機とに用いて圧媒ガスを短時間に加圧するものである。しかし、特許文献２の昇圧機構は、１００ＭＰａを超えるような高圧まで圧媒ガスを昇圧する用途に用いられるものではないし、特に時間のかかる低圧時の圧縮を効率的に行える構造にもなっていない。それゆえ、特許文献１と同様に昇圧の作業性は良くない。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高圧容器内の圧媒ガスを低圧域と高圧域とに分けて２段階で圧縮する際に、低圧域でのガス吐出量を増大することによって低圧域の昇圧速度を増大し、目標圧力に到達する時間を短縮することができる等方圧加圧装置及び等方圧加圧装置の加圧方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の等方圧加圧装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の等方圧加圧装置は、被処理物を収容する高圧容器と、この高圧容器内に供給されて被処理物に対して等方圧加圧処理を行う圧媒ガスを供給する圧媒ガス供給源と、この圧媒ガス供給源から前記高圧容器内に圧媒ガスを供給する供給配管と、前記供給配管上に設けられて前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを圧縮する第１圧縮機及び第２圧縮機とを備えていて、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機で圧縮し、前記第１圧縮機で圧縮された圧媒ガスをさらに第２圧縮機で圧縮する高圧圧縮ラインを有する等方圧加圧装置であって、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機の上流側で分岐し、分岐された圧媒ガスの一部を第１圧縮機に送ると共に分岐された圧媒ガスの残りを第２圧縮機に送り、第１圧縮機と第２圧縮機とのそれぞれで圧縮された圧媒ガスを第２圧縮機の下流側で合流させて高圧容器内に送る低圧圧縮ラインも有することを特徴とする。
【００１０】
なお、好ましくは、前記高圧圧縮ラインは、前記圧媒ガス供給源から第１圧縮機を経由し、この第１圧縮機の次に第２圧縮機を経由して前記高圧容器内に圧媒ガスを供給する主配管に沿って、圧媒ガスを流通させる構成とされているとよい。
また、好ましくは、前記低圧圧縮ラインは、前記第１圧縮機の上流側の主配管と、第２圧縮機の上流側の主配管との間を直接結ぶ第１バイパス配管と、前記第１圧縮機と第２圧縮機との間であって、第１バイパス配管の合流位置（Ａ）よりも上流側の主配管と、第２圧縮機よりも下流側の主配管との間を直接結ぶ第２バイパス配管と、を備えているとよい。
【００１１】
また、好ましくは、前記圧媒ガスの流路を、前記高圧圧縮ラインと低圧圧縮ラインとの間で切り替える切替弁が、前記第１圧縮機と第２圧縮機との間に設けられているとよい。
また、好ましくは、前記切替弁が、主配管に第１バイパス配管が合流する合流位置（Ａ）より上流側であって、前記主配管から第２バイパス配管が分岐する分岐位置（Ｂ）より下流側に設けられているとよい。
【００１２】
また、好ましくは、前記第１圧縮機及び第２圧縮機は、それぞれのシリンダ内に導入された圧媒ガスを１本のピストンを往復移動させることで圧縮する方式とされているとよい。
また、本発明に係る等方圧加圧装置の最も好ましい形態は、被処理物を収容する高圧容器と、この高圧容器内に供給されて被処理物に対して等方圧加圧処理を行う圧媒ガスを供給する圧媒ガス供給源と、この圧媒ガス供給源から前記高圧容器内に圧媒ガスを供給する供給配管と、前記供給配管上に設けられて前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを圧縮する第１圧縮機及び第２圧縮機とを備えていて、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機で圧縮し、前記第１圧縮機で圧縮された圧媒ガスをさらに第２圧縮機で圧縮する高圧圧縮ラインを有する等方圧加圧装置であって、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機の上流側で分岐し、分岐された圧媒ガスの一部を第１圧縮機に送ると共に分岐された圧媒ガスの残りを第２圧縮機に送り、第１圧縮機と第２圧縮機とのそれぞれで圧縮された圧媒ガスを第２圧縮機の下流側で合流させて高圧容器内に送る低圧圧縮ラインも有し、前記圧媒ガスの流路を、前記高圧圧縮ラインと低圧圧縮ラインとの間で切り替える切替弁が、前記第１圧縮機と第２圧縮機との間に設けられていることを特徴とする。
一方、本発明の等方圧加圧装置の加圧方法は、被処理物を収容する高圧容器と、この高圧容器内に供給されて被処理物に対して等方圧加圧処理を行う圧媒ガスを供給する圧媒ガス供給源と、この圧媒ガス供給源から前記高圧容器内に圧媒ガスを送る供給配管と、前記供給配管上に設けられて前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを圧縮する第１圧縮機及び第２圧縮機とを備えた等方圧加圧装置の加圧方法であって、高圧圧縮時には、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機で圧縮し、前記第１圧縮機で圧縮された圧媒ガスをさらに第２圧縮機で圧縮して前記高圧容器に供給し、低圧圧縮時には、前記圧媒ガス供給源から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機の上流側で分岐し、分岐さ
れた圧媒ガスの一部を第１圧縮機に送ると共に分岐された圧媒ガスの残りを第２圧縮機に送り、第１圧縮機と第２圧縮機とのそれぞれで圧媒ガスを圧縮し、それぞれで圧縮された圧媒ガスを第２圧縮機の下流側で合流させて前記高圧容器に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の等方圧加圧装置及び等方圧加圧装置の加圧方法によれば、高圧容器内の圧媒ガスを低圧域と高圧域とに分けて２段階で圧縮する際に、低圧域でのガス吐出量を増大することによって低圧域の昇圧速度を増大し、目標圧力に到達する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の等方圧加圧装置の配管全体を示す配管図である。
【図２】図１内の破線で囲まれた部分を拡大した図であり、（ａ）は本発明の配管図であり、（ｂ）は（ａ）に対応する従来の配管図である。
【図３】本発明の等方圧加圧装置における昇圧方法を示した図であり、（ａ）は低圧域〜中圧域まで昇圧を行う際の昇圧方法を示し、（ｂ）は中圧域〜高圧域まで昇圧を行う際の昇圧方法を示している。
【図４】高圧容器の内圧の変化とガス吐出量の変化との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は加圧時間に対する容器内圧の変化を示す図であり、（ｂ）は容器内圧に対する加圧速度の変化を示す図である（（ａ），（ｂ）とも昇圧と加熱が同時の場合）。
【図６】（ａ）は加圧時間に対する容器内圧の変化を示す図であり、（ｂ）は容器内圧に対する加圧速度の変化を示す図である（（ａ），（ｂ）とも加熱せず昇圧した場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の等方圧加圧装置を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明の等方圧加圧装置１の装置全体を図示している。この等方圧加圧装置１は、被処理物Ｗを収容する高圧容器２（図１の右上側に配備された容器）と、この高圧容器２内に圧媒ガスを圧縮して圧力容器２内に強制的に送り込むガス供給機構３とを有している。
【００１６】
本発明の等方圧加圧装置１はこのガス供給機構３に特徴を備えているが、ガス供給機構３の説明に先立って、ガス供給機構３により圧媒ガスが供給される高圧容器２について説明する。
高圧容器２は、ガス不透過性の材料（ステンレス、ニッケル合金、またはモリブデン合金など）を用いて、被処理物Ｗを収容できるように内部が空洞な形状に形成されており、高圧容器２の内部は外部から気密的に隔離されている。また、本実施形態の高圧容器２の内部には断熱層４（図１において網掛けで示される部分）が設けられており、この断熱層４により高圧容器２の内部は外部から断熱的に隔離されている。そして、断熱層４の内側には、ガス供給機構３により供給された圧媒ガスを加熱する加熱手段（図示略）が設けられている。
【００１７】
つまり、等方圧加圧装置１では、ガス供給機構３を用いて高圧容器２の内部に昇圧された圧媒ガスを送り、この圧媒ガスを加熱手段でさらに加熱することで被処理物Ｗの周囲を高温高圧の雰囲気にして、被処理物Ｗに熱間等方圧加圧処理を行えるようになっている。
なお、上述した圧媒ガスは、等方圧加圧が可能なように１０ＭＰａ〜３００ＭＰａに昇圧可能なガスであって、被処理物Ｗとの間に反応を起こしにくいような不活性のガス、例えばアルゴンガスや窒素ガスなどが用いられる。
【００１８】
また、以降に示す本実施形態の等方圧加圧装置１は熱間等方圧加圧装置（ＨＩＰ）であるが、本発明の等方圧加圧装置１には熱間等方圧加圧装置以外にも、冷間等方圧加圧装置（ＣＩＰ）や温間等方圧加圧（ＷＩＰ）などを用いることができる。
ガス供給機構３は、被処理物Ｗに対して等方圧加圧処理を行う圧媒ガスを所定の圧力まで圧縮、加圧しつつ高圧容器２内に強制的に送り込むものである。ガス供給機構３は、圧媒ガスを貯蔵するガスボンベ５（ガス供給源）と、このガスボンベ５から高圧容器２内に圧媒ガスを供給する供給配管と、この供給配管の中途に設けられて圧媒ガスを圧縮する第１圧縮機７及び第２圧縮機８とを有している。
【００１９】
ガスボンベ５は、圧媒ガス（図例ではアルゴンガス）を貯留可能な容器であり、高圧容器２とは反対側に位置する供給配管の端部（図１の装置レイアウトでは左下側）に接続されている。ガスボンベ５の出側には、供給配管に対する圧媒ガスの供給と遮断とを制御する供給バルブ９が設けられている。この実施形態では、圧媒ガス供給源としてガスボンベ５を用いているが、工場内の配管から圧媒ガスを供給するようにしてもよい。
【００２０】
この供給バルブ９を介してガスボンベ５から供給配管６に供給された圧媒ガスは、圧力計１０と安全弁１１を経由して、ガスボンベ５の下流側に配備された第１圧縮機７に送られる。
供給配管は、高い耐圧性・耐熱性を有するチューブ（管材）から形成されており、空洞とされた内部に圧媒ガスを流通できるようになっている。供給配管は順次接合され、ガスボンベ５から最初に第１圧縮機７、次に第２圧縮機８を経由して高圧容器２内に圧媒ガスを供給する主配管１２を構成し、この主配管１２によってガスボンベ５と高圧容器２とは連結されている。また、主配管１２には、後述する第１バイパス配管１３や第２バイパス配管１４が設けられている。
【００２１】
この主配管１２に沿って圧媒ガスを供給する配管系統、言い換えればガスボンベ５から送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機７で圧縮し、この第１圧縮機７で圧縮された圧媒ガスをさらに第２圧縮機８で２段階に圧縮して高圧容器２に送る配管系統が高圧圧縮ライン１５である。
高圧圧縮ライン１５は、図１に太線で示すように、「ガスボンベ５→第１圧縮機７→第２圧縮機８→高圧容器２」の順にそれぞれを結ぶ主配管１２に沿って圧媒ガスを流通させるものである。この高圧圧縮ライン１５を構成する主配管１２には、ガスボンベ５から高圧容器２に向かう経路上に第１逆止弁１６（ＣＨ１）と第２逆止弁１７（ＣＨ２）とが隣接して配備されている。そして、第１逆止弁１６と第２逆止弁１７との間の主配管１２には、第１圧縮機７（第１シリンダ１８）が連通状態で接続されており、このガスボンベ５から第１逆止弁１６までの配管系統が低圧ライン１５ａとされている（図３（ｂ）参照）。
【００２２】
また、第１圧縮機７（第２逆止弁１７）より下流側の主配管１２には、第３逆止弁１９（ＣＨ３）と第４逆止弁２０（ＣＨ４）とが主配管１２に沿って隣接して配備されている。そして、第３逆止弁１９と第４逆止弁２０との間には、第２圧縮機８（第２シリンダ２１）が連通状態で接続されており、図３（ｂに示す如く、第１逆止弁１６から第２逆止弁１９までの配管系統が中圧ライン１５ｂとされ、また第２逆止弁１９から高圧容器２までの配管系統が高圧ライン１５ｃとされている。これらの第１逆止弁１６〜第４逆止弁２０は、いずれも上流側から下流側に向かう圧媒ガスの流通は許容するが、下流側から上流側に逆流する圧媒ガスの流通は規制する構成となっている。それゆえ、この第１圧縮機７や第２圧縮機８で圧縮した圧媒ガスが上流側に向かって逆流することはない。
【００２３】
さらに、第１圧縮機７の下流側の主配管１２には、第１圧縮機７で発生した熱を除去する第１熱交換器２２が設けられており、第２圧縮機８の下流側の主配管１２には、第２圧縮機８で発生した熱を除去する第２熱交換器２３が設けられている。そして、主配管１２には、上述したもの以外にもフィルタ、安全弁、圧力計が適宜設けられており、圧媒ガスから異物を除去したり、過大な圧力が加わることを予防したりできるようになっている。
【００２４】
第１圧縮機７は、ガスボンベ５から供給された圧媒ガスを５ＭＰａ〜１２０ＭＰａの圧力（低圧域〜中圧域）まで圧縮するピストン式のガス圧縮機であり、後述する往復動式のガス圧縮機の一方側が当該第１圧縮機７とされている。また、往復動式のガス圧縮機の他方側が後述する第２圧縮機８とされている。なお、この往復動式のガス圧縮機の構成、動作については後ほど詳述する。
【００２５】
このようにして第１圧縮機７で圧縮された圧媒ガスは第１熱交換器２２で冷却された後、第２圧縮機８に送られる。
第２圧縮機８は、第１圧縮機７で圧縮された圧媒ガスをさらに１０ＭＰａ〜３００ＭＰａの圧力（中圧域〜高圧域）まで圧縮するピストン式のガス圧縮機であり、上述したように第１圧縮機７と組み合わせて往復動式のガス圧縮機２４を構成している。第２圧縮機８で圧縮された圧媒ガスは第２熱交換器２３で冷却された後、高圧容器２に送られる。
【００２６】
上述した第１圧縮機７及び第２圧縮機８は、単一の往復動式のガス圧縮機２４により実現されている。この往復動式のガス圧縮機２４は、左右方向に並んでそれぞれにシリンダを備えており、それぞれのシリンダ内に導入された圧媒ガスを１本のピストンロッドを往復移動させることで圧縮する方式（往復動式、ダブルアクション式）とされている。
具体的には、往復動式のガス圧縮機２４は、一方側（図１の装置レイアウトでは左側）が第１圧縮機７とされ、有蓋円筒状（有底円筒状）の第１シリンダ１８を水平方向に軸心を向けて備えている。また、往復動式のガス圧縮機２４は、他方側（図１の装置レイアウトでは右側）が第２圧縮機８とされ、第１シリンダ１８より小さな断面積を備えた有蓋円筒状の第２シリンダ２１を同じく水平方向に軸心を向けて備えている。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、これらの第１シリンダ１８と第２シリンダ２１とは、互いに開口した側を対面させるようにして配備されており、第１シリンダ１８の内部には第１ピストン２５が、また第２シリンダ２１の内部には第２ピストン２６が左右方向にスライド自在に挿入されている。そして、第１ピストン２５と第２ピストン２６とは左右方向に沿って往復動する１本のピストンロッド２７で互いに連結されており、第１ピストン２５が左右の一方向に移動すれば第１ピストン２５とピストンロッド２７で連結された第２ピストン２６もこれに連動して同じ方向に移動する構成とされている。
【００２８】
一方、ピストンロッド２７の左右方向中途側には作動油が充填されたシリンダ室２８が設けられており、このシリンダ室２８をピストンロッド２７が左右方向に貫通する構成となっている。そして、このシリンダ室２８を左側空間２９と右側空間３０との２室に仕切る仕切板３１がピストンロッド２７に取り付けられている。そして、シリンダ室２８の左側空間２９には作動油を供給したり排出したりする左油圧ライン３２が設けられており、シリンダ室２８の右側空間３０には同じく作動油を供給したり排出したりする右油圧ライン３３が設けられている。
【００２９】
上述した往復動式のガス圧縮機２４では、次のような手順で圧媒ガスが圧縮される。
例えば、右油圧ライン３３を介して、シリンダ室２８の右側空間３０へ高圧の作動油が供給されたとする。その場合、ピストンロッド２７が左方に移動してゆき、第１シリンダ１８内に第１ピストン２５が入り込んでゆき、第１シリンダ１８内の圧媒ガスが圧縮されるようになる。すなわち、第１圧縮機７がガスボンベ５から低圧ライン１５ａを介して供給された圧媒ガスを圧縮する。このとき、第２シリンダ２１内では第２ピストン２６が膨張方向に移動するのに合わせて、既に第１圧縮機７で低圧域〜中圧域へと昇圧された圧媒ガスが中圧ライン１５ｂを通じて第２シリンダ２１内に供給される。
【００３０】
その後、左油圧ライン３２を介してシリンダ室２８の左側空間２９へ高圧の作動油を供給すると共に、シリンダ室２８の右側空間３０の作動油を右油圧ライン３３を介して排出する。すると、ピストンロッド２７が右方に移動してゆき、第２シリンダ２１内に第２ピストン２６が入り込んでゆき、第２シリンダ２１内の圧媒ガスが圧縮されるようになる。すなわち、第２圧縮機８が、第１圧縮機７で低圧域〜中圧域へと昇圧された圧媒ガスをさらに圧縮し、中圧域〜高圧域へと昇圧する。そして、第２圧縮機８で昇圧された圧媒ガスが高圧ライン１５ｃを介して、高圧容器２内に送られる。このとき、第１シリンダ１８内では第１ピストン２５が膨張方向に移動するのに合わせて、圧媒ガスがガスボンベ５から第１シリンダ１８内に供給される。
【００３１】
つまり、上述した往復動式の圧縮機２４では、ピストンロッド２７が往動に合わせて第１シリンダ１８での圧媒ガスの圧縮（低圧域〜中圧域へと昇圧）と、複動に合わせて第２シリンダ２１での圧媒ガスの圧縮（中圧域〜高圧域へと昇圧）とが交互に行われることになる。
ところで、上述したような圧媒ガスは、ガス密度との関係から、高圧状態では圧縮性が小さいものの、低圧状態では高い圧縮性を備えている。つまり、ガス吐出量が一定で且つ昇温速度が一定であっても、ガス圧縮性が大きい低圧状態とガス圧縮性が小さい高圧状態とでは、圧縮機によって昇圧される速度にも大きな違いが生じてしまう。当然、ガス圧縮性が大きな低圧状態では、圧縮機から加わるエネルギの多くが圧媒ガス自体の圧縮に使われてしまうので、低圧な状態での昇圧の方が効率（昇圧速度）が悪くなるのである。
【００３２】
そこで、図２に示す如く、本発明の等方圧加圧装置１では、ガスボンベから送られてきた圧媒ガスを第１圧縮機７の上流側（低圧ライン１５ａの中途側）で分岐し、分岐された圧媒ガスの一部を第１圧縮機７に送ると共に分岐された圧媒ガスの残りを第２圧縮機８に送り、第１圧縮機７と第２圧縮機８とのそれぞれで圧縮された圧媒ガスを第２圧縮機８の下流側（高圧ライン１５ｃの中途側）で合流させて高圧容器２内に送る低圧圧縮ライン３４が、上述した高圧圧縮ライン１５とは別に設けられている。そして、これらの第１圧縮機７と第２圧縮機８との間（中圧ライン１５ｂの中途側）には、圧媒ガスの流路を高圧圧縮ライン１５と低圧圧縮ライン３４との間で切り替える切替弁３５が設けられている。
【００３３】
このような低圧圧縮ライン３４を設ければ、第１圧縮機７だけでは昇圧速度が十分でない低圧域に対しては、第２圧縮機８も用いることにより２つの圧縮機を利用してガス圧縮を効率的に行うことができる。そして、圧媒ガスの圧力がある程度上昇した後に、通常の高圧圧縮ライン１５を用いてガス圧縮を行えば、最も時間のかかる中低圧域でのガス圧縮を短時間で行うことができ、昇圧作業の効率を全体的に向上させることが可能となるのである。
【００３４】
次に、低圧圧縮ライン３４について、詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、低圧圧縮ライン３４は、第１圧縮機７を迂回する第１バイパス配管１３と、第２圧縮機８を迂回する第２バイパス配管１４と、を備えている。
第１バイパス配管１３は、ガスボンベ５から供給された圧媒ガスを、第１圧縮機７を迂回して直接第２圧縮機８に送る配管であり、第１圧縮機７の上流側と下流側との主配管１２間を結んでいる。具体的には、第１バイパス配管１３は、第１圧縮機７の上流側の分岐点（図２（ａ）の位置Ｃ）で主配管１２から分岐している。そして、第１バイパス配管１３は、第２圧縮機８の上流側（図２（ａ）の位置Ａ）で主配管１２に合流している。
【００３５】
第２バイパス配管１４は、第１圧縮機７で圧縮された中圧ライン１５ｂの圧媒ガスを、第２圧縮機８を迂回して直接、高圧容器２側（高圧ライン１５ｃ）に送る配管である。第２バイパス配管１４は、第１圧縮機７と第２圧縮機８との間であって、第１バイパス配管１３が主配管１２へ合流する位置Ａ（合流位置Ａ）よりも上流側の分岐点（図２（ａ）の位置Ｂ）で主配管１２から分岐している。そして、第２バイパス配管１４は、第２圧縮機８よりも下流側（図２（ａ）の位置Ｄ）で主配管１２に合流している。
【００３６】
切替弁３５は、第１圧縮機７と第２圧縮機８との間の主配管１２に設けられて、圧媒ガスが流通する流路を高圧圧縮ライン１５と低圧圧縮ライン３４との間で切り替えるものである。詳しくは、切替弁３５が、主配管１２に第１バイパス配管１３が合流する合流位置Ａより上流側であって、主配管１２から第２バイパス配管１４が分岐する分岐位置Ｂより下流側に設けられている。
【００３７】
本実施形態の切替弁３５には、所定の圧力までの圧媒ガスの流通を塞止する高圧塞止弁が設けられている。具体的には、切替弁３５は、図示しないシーケンサなどにより制御された外部動力を用いて開閉されることにより、圧媒ガスの流通を許容したり規制したりする弁であり、圧媒ガスの圧力が所定値（所定の中間段圧力）以下の場合には圧媒ガスの流通が規制（塞止）されるが、圧力が所定値を超えた際には流通が許容されるようになっている。
【００３８】
次に、本発明の等方圧加圧装置１を用いて高圧容器２内を昇圧する方法、言い換えれば本発明の昇圧方法について説明する。
図３（ａ）に示すように、圧媒ガスの圧力が低い場合は、切替弁３５を塞止状態としておく。そうすると、第１圧縮機７で圧縮された圧媒ガスは切替弁３５を通じて第２圧縮機８に流れることはない。それゆえ、第１圧縮機７で低圧域〜中圧域へと圧縮された圧媒ガスは、第２圧縮機８側に流れず第２バイパス配管１４を通じて直接、高圧容器２内に流れる。また、第１バイパス配管１３を通じてガスボンベ５から供給された圧媒ガスも、同じく切替弁３５が塞止状態とされているので、切替弁３５を通じて第１圧縮機７側に逆流することはない。それゆえ、第１バイパス配管１３を通じて第１圧縮機７を経由することなく位置Ａまで流れてきた圧媒ガスは、この第２圧縮機８で低圧域〜中圧域へと圧縮された後、直接、高圧容器２内に流れる。
【００３９】
つまり、圧媒ガスの圧力が低い場合は、図３（ａ）の黒塗りの矢印で示されるように「ガスボンベ５→第１圧縮機７→第２バイパス配管１４→高圧容器２」という流通経路と、同図に白塗りの矢印で示されるように「ガスボンベ５→第１バイパス配管１３→第２圧縮機８→高圧容器２」という流通経路との２系統に分かれて圧媒ガスが流れる。その結果、第１圧縮機７と第２圧縮機８との双方を中低圧域でのガス圧縮に利用して、圧縮ガス量を増やして、中低圧域でのガス圧縮を効率的に行うことができるのである。
【００４０】
やがて、図３（ｂ）に示すように、圧媒ガスの圧力が十分に高くなったら、圧媒ガスの流通を許容する方向に切替弁３５を切り替える。そうすると、図３（ｂ）のグレー塗りの矢印で示されるように「ガスボンベ５→第１圧縮機７→第２圧縮機８→高圧容器２」という直列的な配管系統（高圧圧縮ライン１５）を経由して圧媒ガスが流れる。その結果、第１圧縮機７を低中圧域のガス圧縮に用いると共に、第２圧縮機８を中高圧域でのガス圧縮に用いるというように、２つの圧縮機を分担して用いて、高圧域でのガス圧縮を行うことができるのである。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の等方圧加圧装置１の作用効果を、実施例を用いてさらに詳しく説明する。
実施例の等方圧加圧装置１は図１に示す等方圧加圧装置１のうち、点線で囲まれた部分を図２（ａ）に示す配管で構成したものである。この等方圧加圧装置１には高圧容器２（一例として容積約３ｍ３）が設けられており、この高圧容器２に対してはガスボンベ５からアルゴンガスが１６１Ｎｍ３／ｈｒで供給されている。また、比較例は、図１の点線で囲まれた部分を図２（ｂ）に示す配管で構成したものである。この比較例の高圧容器に対してはガスボンベからアルゴンガスが１１６Ｎｍ３／ｈｒで供給されている。
【００４２】
言い換えれば、実施例の等方圧加圧装置１は、低圧圧縮ライン３４と高圧圧縮ライン１５とを双方備えたものであり、比較例の等方圧加圧装置は、高圧圧縮ラインのみを備えたものである。
図４に実線で示すように、実施例の等方圧加圧装置１（昇圧機構３）では０〜７５ＭＰａまで低圧圧縮ライン３４を用いて昇圧を行い、高圧容器２内が７５ＭＰａになった時点でガスの流路を低圧圧縮ライン３４から高圧圧縮ライン１５に切り替え、７５ＭＰａ〜２００ＭＰａまでは高圧圧縮ライン１５を用いて昇圧を行った。また、同じく図４に点線で示す比較例では、０〜２００ＭＰａまで高圧圧縮ラインだけを用いて昇圧している。図４から明らかなように、高圧圧縮ライン１５に加えて低圧圧縮ライン３４を併用した実施例では低圧域での昇圧時にガス吐出量が１６１Ｎｍ３／ｈｒと、比較例の１１６Ｎｍ３／ｈｒより大きくなっており、昇圧速度が向上していることが分かる。
【００４３】
また、図５（ａ）は、高圧容器２内の圧媒ガスが２００ＭＰａまで昇圧するのに必要な時間を、実施例の装置１を用いた場合と、比較例の装置を用いた場合とで比較して示したものである。なお、図の横軸は、比較例の装置を用いた場合に２００ＭＰａまで昇圧する時間を基準とする相対時間となっている。
図５（ａ）から明らかなように、最終圧力である２００ＭＰａまで到達するのに必要な時間（図中に実線で示す実施例の昇圧時間）は、比較例（図中に点線で示すもの）に比べて８３％と短くなっている。このことから実施例のように高圧圧縮ライン１５に加えて低圧圧縮ライン３４を用いれば、昇圧に必要な時間を１７％程度短縮できるものと判断される。また、この低圧圧縮ライン３４を用いた場合の昇圧時間の短縮効果は、加熱を行わない図６（ａ）を合わせて考えれば１０〜１７％となると判断される。
【００４４】
一方、図５（ｂ）は、高圧容器内２の圧媒ガスの圧力がどのように変化するか（高圧容器２内の加圧速度）を、高圧容器２内の圧力を横軸にとって示したものである。
図５（ｂ）から明らかなように、圧媒ガスの圧力が７５〜２００ＭＰａの高圧域においては、実施例の装置１であっても高圧圧縮ライン１５のみを用いており、この場合の加圧速度は比較例と殆ど同一である。しかし、０〜７５ＭＰａの低圧域においては、低圧圧縮ライン３４を用いている実施例の装置は比較例より４０％程度加圧速度が大きくなっている。このことから、実施例のように低圧圧縮ライン３４を用いれば、昇圧に必要な時間を高圧圧縮ライン１５を用いた場合に比べて４０％程度短縮できるものと判断される。
【００４５】
なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、圧媒ガスの昇圧と同時に加熱を行う場合における高圧容器２内の圧力の変化及び加圧速度（昇圧速度）を示したものである。しかし、加熱を行わない場合、図６（ａ）及び図６（ｂ）の場合にも同様な効果が発揮されることを出願人は確認している。
以上の実施例から明らかなように、本実施形態の等方圧加圧装置１（昇圧機構）を用いることで、高圧容器２内の圧媒ガスを低圧と高圧とに分けて２段階で圧縮する際に、低圧時のガス吐出量を増大することによって低圧域の昇圧速度を増大し、目標圧力に到達する時間を短縮することが可能となる。
【００４６】
なお、今回開示された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。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００４７】
１  等方圧加圧装置
２  高圧容器
３  ガス供給機構
４  断熱層
５  ガスボンベ（圧媒ガス供給源）
７  第１圧縮機
８  第２圧縮機
９  供給バルブ
１０  圧力計
１１  ガス圧調整弁
１２  主配管
１３  第１バイパス配管
１４  第２バイパス配管
１５  高圧圧縮ライン
１５ａ  低圧ライン
１５ｂ  中圧ライン
１５ｃ  高圧ライン
１６  第１逆止弁
１７  第２逆止弁
１８  第１シリンダ
１９  第３逆止弁
２０  第４逆止弁
２１  第２シリンダ
２２  第１熱交換器
２３  第２熱交換器
２４  往復動式のガス圧縮機
２５  第１ピストン
２６  第２ピストン
２７  ピストンロッド
２８  シリンダ室
２９  左側空間
３０  右側空間
３１  仕切板
３２  左油圧ライン
３３  右油圧ライン
３４  低圧圧縮ライン
３５  切替弁
Ｗ  被処理物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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