(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンロッドを介してシリンダ内にピストンを往復動させ、低温ガスの被圧縮性流体を圧縮するレシプロ圧縮機に於いて、前記ピストンロッドの中途部にフランジが形成され、該フランジより先端側にピストン嵌合部が形成され、該ピストン嵌合部に前記ピストンが嵌合され、前記ピストン嵌合部の突出端部にナットが螺着され、該ナットと前記フランジ間に前記ピストンが固定され、該ピストンと前記フランジ間に圧縮状態の皿バネが挾設され、前記ピストンの線膨張率が前記ピストン嵌合部より大きく、前記皿バネの初期撓みは前記ピストンと前記ピストン嵌合部との熱収縮差より大きいことを特徴とするレシプロ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸入温度の変化が大きい被圧縮性流体、例えば液化天然ガスのボイルオフガスを再圧縮、或は圧送する場合等に使用されるレシプロ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ圧縮機により被圧縮性流体を圧縮する場合に、レシプロ圧縮機により吸入する被圧縮性流体の温度の変化が大きいものがある。例えば、低温ガスであるＬＮＧタンクのボイルオフガスを再圧縮、或は圧送する場合に使用されるレシプロ圧縮機では、被圧縮性流体の吸入温度が常温から−１３０℃〜−１６１．５℃程度迄降下する。
【０００３】
斯かる被圧縮性流体を圧縮する為のレシプロ圧縮機として、従来、図３に示されるものがある。
【０００４】
図３は、往復圧縮型レシプロ圧縮機であり、図３中、１はシリンダを示し、該シリンダ１にはシリンダライナ２が内嵌され、又前記シリンダ１の先端にはシリンダヘッド３が設けられ、前記シリンダ１の内部には気密なシリンダ室４が形成され、該シリンダ室４にはピストン５が摺動自在に嵌装される。該ピストン５にはピストンロッド６が連結され、該ピストンロッド６はピストンロッドパッキング７を介して反シリンダヘッド３側に延出し、前記ピストンロッド６の反シリンダヘッド３側の突出端はクロスヘッド８を介してコネクティングロッド９に連結され、該コネクティングロッド９はクランクシャフト（図示せず）に連結され、該クランクシャフトは内燃機関、モータ等の駆動源に連結されている。前記シリンダヘッド３の中心部には、凹部１０が形成され、該凹部１０は前記ピストンロッド６の前記シリンダヘッド３側の突出端の逃げとなっていると共にクリアランスボリュームの調整に使用される。又、図中、１１はガス吸入口、１２はガス吐出口を示す。
【０００５】
駆動源により前記クランクシャフトを回転し、前記コネクティングロッド９、前記ピストンロッド６を介して前記ピストン５を往復動させ、該ピストン５によって仕切られた前記シリンダ室４のヘッドエンド側（図３中左側）、及びクランクエンド側（図３中右側）の容積を変化させ、前記ガス吸入口１１から吸入した被圧縮性ガスを圧縮して前記ガス吐出口１２より圧縮したガスを吐出する。
【０００６】
図４は前記ピストン５と前記ピストンロッド６との関係を示している。
【０００７】
該ピストンロッド６の先端部はネジ部となっており、該ネジ部の基端には応力集中を避ける為、Ｒ加工部１７が形成されている。前記ネジ部は前記ピストン５を貫通しており、前記ネジ部の突出端部にはナット１３が螺着され、該ナット１３と、前記ピストンロッド６の中途部に形成されたフランジ１４との間に前記ピストン５が固定されている。前記ナット１３の螺着により、所要の締付力を付与する為、前記ネジ部に引張力を作用させた状態で前記ナット１３を螺着する。尚、図４中、１５はライダリング、１６はピストンリングを示している。
【０００８】
被圧縮性流体が、例えば液化天然ガスのボイルオフガスであった場合、レシプロ圧縮機を駆動した当初は、配管内の常温の気体が吸引され、次に液化天然ガスタンク内のボイルオフガスが吸引される。従って、吸引されるガスの温度は常温から−１３０℃〜−１６１．５℃程度迄降下する。
【０００９】
一般に、前記ピストンロッド６は鋼製であり、前記ピストン５はアルミ製である。又、鋼の線膨張率は１３×１０−６（１／Ｋ）、アルミの線膨張率は２３．１×１０−６（１／Ｋ）であり、前記ピストンロッド６と前記ピストン５とでは線膨張率が該ピストン５の方が大きく、而も大きな差異がある。この為吸引されるガスの温度が低下することで、前記ピストン５は前記ピストンロッド６に対して大きく収縮し、前記ナット１３、前記フランジ１４と前記ピストン５間にギャップが生じる。又、該ピストン５と前記ピストンロッド６が同じ材質若しくは線膨張率の近い材質が用いられていた場合であっても、起動時は低温ガスに直接曝される部位（ピストン）は内部の曝されない部位（ロッド）に対して縮み易く、やはり前記フランジ１４と前記ピストン５間にギャップを生じる。ギャップを生じた場合、該ピストン５は前記ナット１３、前記フランジ１４間で移動し、前記ピストン５が前記シリンダ室４内を移動する度に前記ナット１３、前記フランジ１４で打撃され、前記ギャップは更に増大する。
【００１０】
該ギャップの増大は圧縮効率に影響し、又打撃により前記ピストン５に割れが発生する虞れもある。
【００１１】
又、ピストンとピストンロッドを固定する従来の技術としては特許文献１に示すものがある。特許文献１ではネジ部に皿バネを嵌合し、皿バネをナットの座金として用い、皿バネの反発力でナットの緩止めを行っている。尚、皿バネをナットの座金として用い、ピストンが熱膨張、熱収縮を生じた場合、皿バネがずれ、Ｒ加工部或はネジ山に引掛かる虞れがあり、皿バネがピストンの伸縮に追従しないことも考えられる。更に、ナットの締付力はネジ部に付与する張力によって管理されるが、ネジ部に張力を付与した状態で、更にナットの締付けで皿バネを撓ませないといけないので、ナットの締付力の管理が不確実となることが考えられる。
【００１２】
【特許文献１】実開昭６０−１２８９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、吸引されるガスの温度が変化し、ピストン、ピストンロッドが熱膨張、熱収縮しても、ピストンとピストンロッド間にギャップが生じない様にし、ピストンが受ける打撃、或は割れを防止しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ピストンロッドを介してシリンダ内にピストンを往復動させ、被圧縮性流体を圧縮するレシプロ圧縮機に於いて、前記ピストンロッドの中途部にフランジが形成され、該フランジより先端側にピストン嵌合部が形成され、該ピストン嵌合部に前記ピストンが嵌合され、前記ピストン嵌合部の突出端部にナットが螺着され、該ナットと前記フランジ間に前記ピストンが固定され、該ピストンと前記フランジ間に圧縮状態の皿バネが挾設されたレシプロ圧縮機に係るものである。
【００１５】
又本発明は、被圧縮性流体が低温ガスであり、前記ピストンの線膨張率が前記ピストン嵌合部より大きく、前記皿バネの初期撓みは前記ピストンと前記ピストン嵌合部との熱収縮差より大きいレシプロ圧縮機に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ピストンロッドを介してシリンダ内にピストンを往復動させ、被圧縮性流体を圧縮するレシプロ圧縮機に於いて、前記ピストンロッドの中途部にフランジが形成され、該フランジより先端側にピストン嵌合部が形成され、該ピストン嵌合部に前記ピストンが嵌合され、前記ピストン嵌合部の突出端部にナットが螺着され、該ナットと前記フランジ間に前記ピストンが固定され、該ピストンと前記フランジ間に圧縮状態の皿バネが挾設されたので、該皿バネの復元力により、前記ピストンロッドと前記ピストン間の軸心方向のガタツキが抑止される。
【００１７】
又本発明によれば、被圧縮性流体が低温ガスであり、前記ピストンの線膨張率が前記ピストン嵌合部より大きく、前記皿バネの初期撓みは前記ピストンと前記ピストン嵌合部との熱収縮差より大きいので、低温ガスを圧縮する場合に生じる熱収縮でピストンロッドとピストン間の軸心方向にギャップが生じても、前記ピストンロッドと前記ピストン間の軸心方向のガタツキが抑止され、ガタツキに起因する前記ピストンへの打撃が防止され、クリアランスボリュームの変化、前記ピストンの割れが防止できる等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１９】
図１、図２は本発明の要部を示しており、全体の概要については図３で示したものと同様であり、又図１中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２０】
アルミ材から成るピストン５の中心を貫通する様に、ロッド嵌合孔１８が穿設され、該ロッド嵌合孔１８のクランクエンド側（図１中右側）にはフランジ用座刳り部１９が形成され、前記ロッド嵌合孔１８のヘッドエンド側（図１中左側）にはナット用座刳り部２０が形成される。
【００２１】
鋼材から成るピストンロッド６の中途部にフランジ１４が形成され、該フランジ１４より先端側がピストン嵌合部２１となっており、該ピストン嵌合部２１の先端部にはネジ部２２が刻設される。
【００２２】
前記ピストン嵌合部２１の基部に平座金２３、所要枚数（図示では２枚）の皿バネ２４，２４、平座金２５が嵌装された状態で前記ピストン嵌合部２１が前記ロッド嵌合孔１８に嵌入される。前記平座金２３、前記皿バネ２４，２４、前記平座金２５及び前記フランジ１４は前記フランジ用座刳り部１９に収納される。
【００２３】
前記ネジ部２２は前記ピストン５よりヘッドエンド側に突出し、前記ピストン５を固定した状態で前記ピストン嵌合部２１に対して所定の引張り力が付与され、該ピストン嵌合部２１に所定の引張り力が付与された状態で前記ネジ部２２にナット１３が螺着される。前記ピストン嵌合部２１に引張り力が作用した状態とされることで、前記皿バネ２４，２４は前記ピストン５と前記フランジ１４に押圧され初期撓みが付与される。更に、前記ナット１３が螺着されることで、前記皿バネ２４，２４は初期撓みが付与された状態で、前記フランジ用座刳り部１９の底面と前記フランジ１４間に挾設される。
【００２４】
前記皿バネ２４，２４の総合した初期撓み量は、前記ピストン５、前記ピストンロッド６が被圧縮性流体により冷却されて生じる収縮差より大きく、又前記皿バネ２４，２４が収縮差分復元した状態で、該皿バネ２４，２４には前記ピストン５に作用する圧縮時の荷重より尚大きい反発力が残置するものとする。
【００２５】
尚、必要な初期撓みが得られたかどうかの判断については、前記皿バネ２４のバネ定数を測定等により既知のものとし、前記ピストン嵌合部２１に付与する引張り力で判断する。或は、適正な初期撓みが得られた状態で、前記フランジ１４のクランクエンド側の面と前記ピストン５のクランクエンド側の面とが面一になる様に寸法設定をしておく等が考えられる。
【００２６】
図１で示される前記ピストン５及び前記ピストンロッド６の連結構造を有するレシプロ圧縮機により、液化天然ガスのボイルオフガスの圧縮が実施された場合、圧縮当初は常温のガスが吸入されるが、液化天然ガスタンク内のボイルオフガスが吸引される様になると、吸引温度は例えば−１６１．５℃程度迄降下する。
【００２７】
この為、前記ピストン嵌合部２１と前記ピストン５の線膨張率の違いにより、前記ピストン嵌合部２１に対して前記ピストン５の嵌合長Ｌ（図１参照）が熱膨張差分だけ短くなる。一方、前記皿バネ２４，２４には初期撓みが与えられているので、該皿バネ２４，２４は熱膨張差分だけ復元し、前記フランジ１４と前記ピストン５間、前記ナット１３と前記ピストン５間にはギャップは生じない。
【００２８】
従って、被圧縮性流体の吸入初期、吸入定常時との間で吸引温度に大きな温度差があっても、前記ピストン５は前記フランジ１４、或は前記ナット１３から打撃を受けることがないので、最大圧縮時のクリアランスボリュームに変化が生じることなく、又前記ピストン５に割れが生じることが防止される。
【００２９】
尚、前記皿バネ２４，２４を前記フランジ１４側に設けた場合、前記ピストン５は前記皿バネ２４，２４により前記ナット１３に押付けられるので、前記ピストン５の軸心方向の位置は前記ナット１３で決定される。従って、前記ピストン５が熱収縮した場合でも、圧縮状態での該ピストン５とシリンダヘッド３（図３参照）間のクリアランスは変化がなく、圧縮効率に影響を及ぼすことがない。
【００３０】
又、クリアランスボリューム調整用の凹部１０（図３参照）の調整効果を確保する為、前記ピストン５の前記凹部１０に対峙する面の位置が変らない様に、前記皿バネ２４，２４を前記フランジ１４側に設けても良い。
【００３１】
尚、前記ピストン５の熱収縮によるクリアランスの変化が圧縮効率に大きな影響を及ぼさない場合は、前記皿バネ２４，２４は前記ナット１３側に設けても良い。或は、前記ピストン５の往復でそれぞれ圧縮を行っている場合は、前記皿バネ２４，２４は圧縮効率の及ぼす影響が少ない方に設けても良く、或は該皿バネ２４，２４を前記フランジ１４側、前記ナット１３側に分散して設け、前記ピストン５の熱収縮をヘッドエンド側、クランクエンド側に分散させる様にしても良い。
【００３２】
尚、本発明はピストン５の材質がアルミ、ピストン嵌合部２１の材質が鋼材について述べたが、材質がアルミ、鋼材に拘らず、ピストン５とピストン嵌合部２１（ピストンロッド６）間で大きく線膨張係数が異なる場合に実施可能である。
【００３３】
又、上記実施の形態では低温ガスの圧縮について説明したが、吸入ガスに温度変化がある場合には同様に実施可能であることは言う迄もない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図２】該実施の形態に於ける皿バネ嵌装部の拡大図である。
【図３】レシプロ圧縮機の概要を示す断面図である。
【図４】従来のピストンとピストンロッドとの関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１              シリンダ
２              シリンダライナ
３              シリンダヘッド
４              シリンダ室
５              ピストン
６              ピストンロッド
１０            凹部
１１            ガス吸入口
１２            ガス吐出口
１３            ナット
１４            フランジ
１５            ライダリング
１６            ピストンリング
１８            ロッド嵌合孔
１９            フランジ用座刳り部
２０            ナット用座刳り部
２１            ピストン嵌合部
２２            ネジ部
２３            平座金
２４            皿バネ
２５            平座金
【図１】
0004816072.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004816072.tif 000004
【図４】
0004816072.tif 000005