(57)【要約】【課題】高圧領域で運転することができるとともに、低圧領域で使用されるものと同等の部品を使用することができ、かつ部品の寿命を長くすることができるようにした気体多段昇圧装置を提供する。【解決手段】複数の気体圧縮機２３、２４、２５を直列に接続し、前位の気体圧縮機２３における加圧気体を、後位の気体圧縮機２４、２５における密閉状態のクランクケースとシリンダ内に導入することにより、段階的に昇圧させるようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体圧縮機を直列に接続し、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機における密閉状態のクランクケースとシリンダ内に導入することにより、段階的に昇圧させるようにしたことを特徴とする気体多段昇圧装置。
【請求項２】
前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機における密閉状態のクランクケース内を経由してシリンダ内に導入するようにした請求項１記載の気体多段昇圧装置。
【請求項３】
前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機におけるシリンダ内に導入するとともに、前記加圧気体の一部を、後位の気体圧縮機における密封状態のクランクケース内に導入するようにした請求項１記載の気体多段昇圧装置。
【請求項４】
各気体圧縮機のシリンダ内から吐出される加圧気体を、各圧縮昇圧段階毎に取り出しうるようにした請求項１〜３のいずれかに記載の気体多段昇圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧気体を、複数の気体圧縮機により段階的に圧縮して、昇圧させるようにした気体多段昇圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無給油式気体圧縮機（以下、オイルフリー圧縮機という）は、導入口からシリンダ内に導入された加圧気体を、クランクケース内に設けたクランク軸の回転に伴い、コネクティングロッドを介して往復動させられるピストンにより圧縮し、所定の圧力に昇圧した後、導出口から導出させて、貯蔵タンク等に貯蔵しうるようになっている（特許文献１参照）。
【０００３】
最近、オイルフリー圧縮機においては、１ＭＰａを超える２ＭＰａ以上という高圧領域で使用できる吐出圧能力を有するものの要求が増えている。
【０００４】
このような高圧領域で使用されるオイルフリー圧縮機は、高価で、耐久性に劣るばかりでなく、オイルフリーとするための、グリース封入型ベアリングや、空気シールの寿命が短いため、メンテナンス部品が多く、また低圧領域で使用されるものと同等の部品は使えない。
【０００５】
また、加圧気体を圧縮機本体のシリンダ内に導入して圧縮し、この圧縮昇圧後の加圧気体を、一旦貯蔵タンク内に貯蔵し、この貯蔵タンク内の加圧気体を、バイパス流路を経て、再び圧縮機本体に導入しうるようにして、これらの圧縮昇圧工程を繰り返すことにより、貯蔵タンク内の加圧気体を、所定の吐出圧に段階的に圧縮して、昇圧させるようにしたブースタ圧縮機は公知である（特許文献２参照）。
【０００６】
このようなブースタ圧縮機では、貯蔵タンク内の圧縮昇圧した加圧気体を、圧縮機本体のシリンダ内に直接導入しているため、ピストンを作動させるためのクランクケース内は、常時大気圧となっている。
そのため、圧縮昇圧段階が高圧領域の運転に移行するほど、シリンダ内圧とクランクケース内圧との圧力差が大きくなって、特に復動時におけるピストンの戻りが急激となる。
これにより、クランクシャフトの軸受部材等の部品に与える負荷が大きく、それらの部品の耐力も弱いため、寿命が短くなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−９７４４６号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記の現状に鑑み、高圧領域で運転することができるとともに、低圧領域で使用されるものと同等の部品を使用することができ、かつ部品の寿命を長くすることができるようにした気体多段昇圧装置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】
【０００８】
上記課題は、「特許請求の範囲」の欄における各請求項に記載するように、次のような構成からなる発明によって解決される。
（１）複数の気体圧縮機を直列に接続し、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機における密閉状態のクランクケースとシリンダ内に導入することにより、段階的に昇圧させるようにする。
【０００９】
（２）上記（１）項において、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機における密閉状態のクランクケース内を経由してシリンダ内に導入するようにする。
【００１０】
（３）上記（１）項において、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機におけるシリンダ内に導入するとともに、前記加圧気体の一部を、後位の気体圧縮機における密封状態のクランクケース内に導入するようにする。
【００１１】
（４）上記（１）〜（３）項のいずれかにおいて、各気体圧縮機のシリンダ内から吐出される加圧気体を、各圧縮昇圧段階毎に取り出しうるようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、次のような効果を奏することができる。
請求項１記載の発明によると、複数の気体圧縮機を直列に接続し、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機におけるクランクケーとシリンダ内に導入することにより、段階的に昇圧させるようにしてあるため、各気体圧縮機におけるピストンを作動させるためのクランクケース内と、シリンダ内の圧力差を効果的に小さくすることができる。
これにより、加圧気体を、１基の気体圧縮機により昇圧するものと比較して、各圧縮昇圧段階における加圧気体の吐出圧に対する耐力を高めることができるため、高圧領域で運転することができる。
また、各圧縮昇圧段階におけるクランクシャフトの軸受部材等の部品に与える負荷を小さくすることができるため、それらの寿命を長くすることができるとともに、低圧領域で使用されるものと同等の部品を使用することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によると、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機におけるクランクケース内を経由してシリンダ内に導入するようにしてあるため、前項と同様な効果を奏することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によると、前位の気体圧縮機より吐出される加圧気体を、後位の気体圧縮機におけるシリンダ内に導入するとともに、加圧気体の一部を、後位の気体圧縮機における密封状態のクランクケース内に導入するようにしてあるため、前項と同様な効果を奏することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によると、各気体圧縮機のシリンダ内から吐出される加圧気体を、各圧縮昇圧段階毎に取り出しうるようにしているため、吐出圧の異なる加圧気体を、容易に取り出して供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態における気体多段昇圧装置に用いられるブースタ圧縮機を示す縦断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明に用いられるブースタ圧縮機１は、密閉状態のクランクケース２の上方に連設されているシリンダ３の頂壁上に、導入口４を有する吸気室５と、導出口６を有する吐気室７とが、隔壁８を介して、区画形成されている。
【００１８】
吸気室５と吐気室７とは、吸気ポート９と排気ポート１０をもってシリンダ３内にそれぞれ連通されており、これら吸気ポート９と排気ポート１０には、逆止弁１１、１２がそれぞれ設けられている。
【００１９】
クランクケース２内には、適宜の動力をもって駆動されるクランク軸１３と一体をなす駆動軸１４が、ベアリング１５、１５およびシール１６を介して枢支されている。
【００２０】
クランク軸１３には、ベアリング１７を介して、コネクティングロッド１８の一端１８ａが枢支されている。
コネクティングロッド１８の他端１８ｂには、シリンダ３内に往復動自在に嵌挿したピストン１９が枢支されている。
【００２１】
クランクケース２には、加圧気体Ａの導入管２０と導出管２１とが接続されている。
導入管２０は、加圧気体Ａをクランクケース２内に導入しうるようになっており、導出管２１は、クランクケース２内に導入された加圧気体Ａを、吸気室５に導入しうるように、導入口４に接続されている。
【００２２】
すなわち、前記ブースタ圧縮機１には、工場圧力配管系や他のオイルフリー圧縮機から吐出される加圧気体Ａが、導入管２０を通って、クランクケース２内に導入され、クランクケース２内を経由し、導出管２１を通って、吸気室５に導入されるようになっている。
このとき、クランクケース２内に導入された加圧気体は、クランクケース２に連設したシリンダ３内を往復運動するピストン１９をもって、さらに昇圧されて吸気室５に導入されるようになっている。
【００２３】
吸気室５に導入された加圧気体Ａは、ピストン１９の復動による逆止弁１１の開弁によって、吸気ポート９からシリンダ３内に導入され、ピストン１９の往動による逆止弁１１の閉弁によって、所定の吐出圧に圧縮昇圧される。
圧縮昇圧された加圧気体Ａは、逆止弁１２の開弁によって、排気ポート１０から吐気室７を経て、導出口６から吐出され、アフタークーラ２２によって冷却された後、他のブースタ圧縮機におけるクランクケースの入口、または貯蔵タンク等の供給先に送られるようになっている。
【００２４】
なお、前記の実施形態においては、工場圧力配管系や他のオイルフリー圧縮機より吐出される加圧気体Ａを、ブースタ圧縮機１におけるクランクケース２内を経由して、吸気室５に導入されるようにしたが、少なくとも加圧気体Ａの一部を、ブースタ圧縮機１におけるクランクケース２内に導入しうるようにしてもよい。
【００２５】
図２は、本発明による多段式圧縮昇圧工程の一例を示すブロック図である。
この実施形態では、通常の低圧用オイルフリー圧縮機２３と、２基のブースタ圧縮機２４、２５とが組み合わされ、これら各圧縮機２３、２４、２５は、各圧縮昇圧段階における加圧気体の吐出圧に耐えうる構造となっている。
【００２６】
前位のオイルフリー圧縮機２３の導出口と、後位の第１ブースタ圧縮機２４におけるクランクケースの導入口とは、ドライヤ２６を介して接続配管され、前位の第１ブースタ圧縮機２４の導出口と、後位の第２ブースタ圧縮機２５におけるクランクケースの導入口とは、高圧対応のアフタークーラ２７を介して接続配管されて、直列に接続されている。
【００２７】
オイルフリー圧縮機２３は、加圧気体を１．４ＭＰａの吐出圧まで圧縮して昇圧させ、この圧縮昇圧された加圧気体を、ドライヤ２６を介して、後位の第１ブースタ圧縮機２４におけるクランクケース内に導入しうるようになっている。
この場合、ドライヤ２６による冷却後の加圧気体は、１．４ＭＰａまでの吐出圧を有する圧縮ガスとして取り出すことが可能となっている。
【００２８】
第１ブースタ圧縮機２４は、オイルフリー圧縮機２３によって圧縮昇圧された加圧気体を、１．５〜２．８ＭＰａの吐出圧まで圧縮して昇圧させ、この圧縮昇圧された加圧気体を、アフタークーラ２７を介して、後位の第２ブースタ圧縮機２５におけるクランクケース内に導入しうるようになっている。
この場合、アフタークーラ２７による冷却後の加圧気体は、１．５〜２．８ＭＰａまでの吐出圧を有する圧縮ガスとして取り出すことが可能となっている。
【００２９】
第２ブースタ圧縮機２５は、第１ブースタ圧縮機２４によって圧縮昇圧された加圧気体を、２．９〜３．８ＭＰａの吐出圧まで圧縮して昇圧させることにより、２．９〜３．８ＭＰａまでの吐出圧を有する圧縮ガスとして取り出すようになっている。
【００３０】
すなわち、オイルフリー圧縮機２３により１．４ＭＰａの吐出圧まで圧縮昇圧された加圧気体は、第１ブースタ圧縮機２４および第２ブースタ圧縮機２５におけるクランクケース内を経由して、シリンダ内に導入され、第１ブースタ圧縮機２４によって２．８ＭＰａの吐出圧まで、第２ブースタ圧縮機２５によって３．８ＭＰａの吐出圧まで、段階的に圧縮して、昇圧させるようになっている。
【００３１】
これにより、各ブースタ圧縮機２４、２５におけるピストンを作動させるためのクランクケース内と、シリンダ内の圧力差を小さくすることができ、従来のような１基の気体圧縮機による昇圧のものと比較して、各圧縮昇圧段階における加圧気体の吐出圧に対する耐力を高めることができるため、高圧領域で運転することができる。
また、各圧縮昇圧段階におけるクランクシャフトの軸受部材等の部品に与える負荷を小さくすることができるため、それらの寿命を長くすることができるとともに、低圧領域で使用されるものと同等の部品を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態における気体多段昇圧装置に用いられるブースタ圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】本発明による多段式圧縮昇圧工程の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ブースタ圧縮機
２    クランクケース
３    シリンダ
４    導入口
５    吸気室
６    導出口
７    吐気室
８    隔壁
９    吸気ポート
１０  排気ポート
１１  逆止弁
１２  逆止弁
１３  クランク軸
１４  駆動軸
１５  ベアリング
１６  シール
１７  ベアリング
１８  コネクティングロッド
１９  ピストン
２０  導入管
２１  導出管
２２  アフタークーラ
２３  オイルフリー圧縮機
２４  第１ブースタ圧縮機
２５  第２ブースタ圧縮機
２６  ドライヤ
２７  アフタークーラ
【図１】
2008286067.tif 000003
【図２】
2008286067.tif 000004