(57)【要約】【課題】  メンテナンスが容易に行えるようにした多段圧縮装置を提供することを目的とする。【解決手段】  複数の圧縮部を備えた圧縮手段と，該圧縮手段を駆動する駆動手段と，該駆動手段が内設されると共に上部が前記圧縮手段に密着されてなる密閉ケースとを有した多段圧縮装置において，  前記密閉ケース内の圧力が所定圧以上になったときに開弁するリリーフバルブが，当該密閉ケースの底に設けられてなる。  これにより,リリーフバルブを密閉ケースの底に設けたので，装置を分解掃除することなく可動部の摩耗粉等を当該リリーフバルブから装置外に吐出すことができ，メンテナンス性が向上する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧縮部を備えた圧縮手段と，該圧縮手段を駆動する駆動手段と，該駆動手段が内設されると共に上部が前記圧縮手段に密着されてなる密閉ケースとを有した多段圧縮装置において，
前記密閉ケース内の圧力が所定圧以上になったときに開弁するリリーフバルブが，当該密閉ケースの底に設けられてなることを特徴とする多段圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ラビリンスシールによりプランジャピストンをシールする際のシール特性を向上させると共にメンテナンスを容易にした多段圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，天然ガス等の作動流体を天然ガス自動車のガスボンベ等に充填する際には，当該作動流体を多段圧縮装置等により高圧圧縮して充填を行っている。
【０００３】
かかる多段圧縮装置については種々の構成が提案され，図５に示す構成もその一つである。（特許文献１参照）なお，図６はその上面図である。
【０００４】
当該多段圧縮装置は，上部に圧縮手段１０２が配設され，その下部に密閉ケース１０４に収納された駆動手段１０３が配設されている。
【０００５】
ケース１０４内の空間は，圧縮手段１０２における背圧室と連通して形成されている。そして吸入口１１０から吸気された作動流体は圧縮室で圧縮されて吐出口１１４から装置外に吐出される構成となっている。
【０００６】
圧縮手段１０２は，作動流体を圧縮する第１〜４圧縮部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから構成され，それぞれ十字位置に配設されている。なお，第１〜４圧縮部Ａ〜Ｄは，図示しない第１〜４ピストンをそれぞれ有している。
【０００７】
作動流体は，第１圧縮部Ａで圧縮されながら第２圧縮部Ｂに送られ，該第２圧縮部Ｂで圧縮されながら第３圧縮部Ｃに送られる。このようにして順次圧縮されながら第４圧縮部Ｄに送られ，当該第４圧縮部Ｄで最終圧縮されて吐出口１１４から吐出される。
【０００８】
このとき各圧縮室の作動流体が，ピストンと該ピストンを収納するピストンシリンダとの間の空間を介して背圧室側に流動すると，各圧縮部Ａ〜Ｄの圧縮効率が低下する。
【０００９】
なお，以下の説明では，ピストンとピストンシリンダとの間の空間をクリアランスと記載し，当該クリアランスを流動して背圧室側に流れる作動流体をピストンリークと記載する。従って，ピストンリークはピストンの側面（摺動面）に沿って流動する。
【００１０】
そこで第１〜３ピストンには，例えばＯリング等の接触型シールが設けられ，最終段の第４ピストン１２１には図７に示すような非接触型シールであるラビリンスシール１２３が設けられて当該ピストンリークを抑制している。
【００１１】
図７に示すラビリンスシール１２３は，第４ピストン１２１の摺動面に形成された溝の深さが約数百ミクロンの環状溝（ラビリンス溝と記載する）で，当該ラビリンス溝が等間隔で複数形成されてシール特性を向上させている。
【００１２】
一方，ケース１０４の側面にはリリーフバルブ１０５が設けられている。当該リリーフバルブ１０５は，予期せぬ理由で，ケース１０４内の圧力が異常に高くなることがあり，かかる状態を放置するとケース１０４が変形，ひび割れ等をする不測に事態を回避するために設けられている。
【００１３】
即ち，ケース１０４内の圧力が所定圧力に達すると当該リリーフバルブ１０５が開弁して上記不測の事態を未然に防止している。
【特許文献１】特開平８−４２４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら，かかる多段圧縮装置を長時間使用していると，第１〜３ピストンに設けられているＯリング等の接触型シールやピストンシャフト等の可動部が徐々に摩耗したり，作動流体に含まれる水分等が凝縮等して水滴化する場合がある。
【００１５】
かかる摩耗粉や水滴等は，ケース１０４の底に貯まってしまうので，これを除去するためには当該多段圧縮装置を分解掃除するしかなくメンテナンスの容易性にかける問題があった。
【００１６】
そこで，本発明は，メンテナンスが容易に行えるようにした多段圧縮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】
【００１７】
上記課題を解決するために，請求項１にかかる発明は，複数の圧縮部を備えた圧縮手段と，該圧縮手段を駆動する駆動手段と，該駆動手段が内設されると共に上部が圧縮手段に密着されてなる密閉ケースとを有した多段圧縮装置において，密閉ケース内の圧力が所定圧以上になったときに開弁するリリーフバルブが，当該密閉ケースの底に設けられて，装置を分解掃除することなく可動部の摩耗粉等をリリーフバルブから装置外に吐出すことができるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように，請求項１にかかる発明によれば，リリーフバルブを密閉ケースの底に設けたので，装置を分解掃除することなく可動部の摩耗粉等を当該リリーフバルブから装置外に吐出すことができ，メンテナンス性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は，本発明にかかる多段圧縮装置の部分破断側面図を示し，図２は圧縮手段の水平断面図であり，図３は第４ピストンの側面図を示している。
【００２０】
多段圧縮装置は，上部に圧縮手段２が配設され，その下部に密閉ケース４に収納された駆動手段３が配設されている。
【００２１】
吸込口１０から供給される天然ガス等の作動流体は，ケース４内の空間に供給され，当該ケース４内の空間は，圧縮手段２における作動流体の供給室を兼ねた背圧室１１と連通して形成されている。
【００２２】
そして，背圧室１１から圧縮室に供給された作動流体は，当該圧縮室で圧縮されて吐出口１４から装置外に吐出される構成となっている。
【００２３】
なお，お釜状のケース４の底６には，鉛直下方方向にリリーフバルブ５が設けられている。
【００２４】
圧縮手段２は，作動流体を圧縮する第１〜４圧縮部Ａ〜Ｄが十字位置にそれぞれ配設された構成で，第１〜４圧縮部Ａ〜Ｄは，第１〜４ピストン２１Ａ〜２１をそれぞれ有している。
【００２５】
第１ピストン２１Ａと第３ピストン２１Ｃはピストンシャフト１２により連結され，第２ピストン２１Ｂと第４ピストン２１Ｄはピストンシャフト１３に連結されて，それぞれが連動して同一方向に往復運動するようになっている。
【００２６】
ピストンシャフト１２，１３は，各ピストン２１Ａ〜２１Ｄの背圧室１１側に設けられている。
【００２７】
第１ピストン２１Ａには背圧室１１と第１圧縮室２２Ａとを連通する図示しない吸気口が設けられ，当該吸気口の途中には図示しない吸気側逆止弁が設けられている。
【００２８】
また，各圧縮室２２Ａ〜２２Ｄは，連結管３０により接続され，当該連結管３０には図示しない吸気側逆止弁及び吐出側逆止弁がそれぞれ設けられている。
【００２９】
各ピストン２１Ａ〜２１Ｄの位相は，第１圧縮部Ａ→第２圧縮部Ｂ→第３圧縮部Ｃ→第４圧縮部Ｄと後段の圧縮部に進むに従い４５度ずつ遅れ，また各ピストン２１Ａ〜２１Ｄの径は後段に進むに従い小さくなっている。従って，各圧縮室２２Ａ〜２２Ｄも小さくなっている。
【００３０】
そして，第１ピストン２１Ａが背圧室１１側に移動した際には吸気側逆止弁は開き，当該背圧室１１側の作動流体が第１圧縮室２２Ａに吸込まれて圧縮される。無論，圧縮時には吸気側逆止弁は閉じている。
【００３１】
これにより作動流体は，第１圧縮部Ａで圧縮されながら第２圧縮部Ｂに送られ，該第２圧縮部Ｂで圧縮されながら第３圧縮部Ｃに送られる。このようにして順次圧縮されながら第４圧縮部Ｄに作動流体が送られ，当該第４圧縮部Ｄで最終圧縮されて吐出口１４から吐出される。
【００３２】
このとき各圧縮室２２Ａ〜２２Ｄの作動流体が，クリアランスを流動することによるピストンリークを抑えるために第１，２ピストン２１Ａ，２１Ｂには，例えば，Ｏリング等の接触型シール２３Ａ，２３Ｂが設けられ，第３，４ピストン２１Ｃ，２１Ｄには図４に示すようなラビリンスシール２３Ｃ，２３Ｄが設けられたプランジャピストンで構成されている。
【００３３】
図４に示す第４ピストン２１Ｄのラビリンスシール２３Ｄは，第４ピストン２１Ｄの摺動面に形成された溝の深さは約数百ミクロンの環状溝からなるラビリンス溝で，当該ラビリンス溝の密度は第４圧縮室２２Ｄ側から背圧室１１側に向って小さくなるように形成されている。
【００３４】
なお，本明細書では，ラビリンス溝の密度が一様な場合を「等ピッチ」，密度変化がある場合を「変則ピッチ」という。
【００３５】
図４は，ラビリンス溝の数を同じにしたときの等ピッチ（実線）と変則ピッチ（点線）とのシール特性を比較した図で，縦軸に作動流体の流速，横軸に第４圧縮室２２Ｄのピストン作用面からの距離を示している。本実施の形態では，ピッチ間隔は第４圧縮室２２Ｄ側から背圧室１１側に向い等差級数的に粗密度となっている。
【００３６】
最も背圧室１１側寄りのラビリンス溝は，約０．２４２ｍｍの当りで，図４における領域Ｐは，当該ラビリンス溝と背圧室１１との間のクリアランス領域での流速を示している。
【００３７】
図４から変則ピッチにすることにより，少なくとも領域Ｐでの流速を小さくすることができることがわかる。なお，クリアランスは等ピッチ又は変則ピッチいずれの場合も同じであるので，流速が小さくなることは，ピストンリークが抑えられていることを意味している。
【００３８】
このように，変則ピッチとすることによりピストンリークが抑えられたのは以下の理由によるものと推察される。
【００３９】
一般にリークは，高圧側から低圧側に作動流体が流動することにより生じ，そのリーク量は圧力差とコンダクタンスにより概ね規定される。即ち，同じリーク路であっても圧力差が大きければ，リーク量は大きくなり，また同じ圧力差であってもコンダクタンスが小さければリーク量は大きくなる。
【００４０】
本発明の場合，圧力差は第４圧縮室２２Ｄと背圧室１１との差圧である。また，コンダクタンスは第４圧縮室２２Ｄから背圧室１１に作動流体が流動する際の流動抵抗の逆数と解釈でき，当該コンダクタンスを小さくするにはラビリンス溝の数を増やすか密度を大きくすればよい。
【００４１】
そして，ラビリンスシール２３Ｄは，クリアランスを流動してきた作動流体がラビリンス溝で膨張することにより，隣接する低圧側のラビリンス溝との圧力差を小さくし，これにより作動流体の流動量を抑えることにより生じる。
【００４２】
従って，第４圧縮室２２Ｄ側のラビリンス溝の密度を背圧室１１側より大きくすることにより，当該高密度領域で効率的（急激）に圧力降下が生じてピストンリークが抑制されたと解釈する。
【００４３】
このことは，第４圧縮室２２Ｄと背圧室１１とのコンダクタンスが実質的に小さくなったことと等価であり，ラビリンス溝の数や形成密度を増やしたと同様の効果が，上述した変則ピッチにより得られることがわかる。
【００４４】
また，第３圧縮室にプランジャピストンを用いた場合にも，上述と同様の変則ピッチのラビリンスシールを用いることにより同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に，上記構成の多段圧縮装置のメンテナンスについて説明する。上述したように多段圧縮装置には複数の可動部が設けられて，運転に伴い当該可動部は摩耗して摩耗粉がケース４の底６に貯まり，また作動流体には水分が含まれている場合があり，かかる水分がケース４内で凝縮し水滴となってケース４の底に貯まる場合がある。そして，従来は分解掃除してこれらを除去していた。
【００４６】
しかし，本発明では，リリーフバルブ５をケース４の底６に設け，かつ，下向きに設けている。これにより，摩耗粉等が貯まったときには，ケース４内の圧力を人為的に高めてリリーフバルブ５を開弁させて，作動流体と共に当該摩耗粉等を装置外に吐出すようになっている。
【００４７】
無論，不測の理由でケース４内の圧力が異常に高くなったときにもリリーフバルブ５が開弁するので，このときにも当該摩耗粉等が装置外に吐出されることは言うまでもない。
【００４８】
従って，分解掃除しなくてもケース４内を清掃することができ非常にメンテナンス性が向上する。
【００４９】
なお，上記説明では，多段圧縮装置はオイルレス機構で構成されていることを前提としているが，本発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
この場合，リリーフバルブ５を底６に設けたことにより，当該リリーフバルブ５が開弁するとオイルが装置外に吐出されて，装置外が汚れたりオイルが無駄になるといった懸念が生じる。
【００５１】
装置外が汚れる問題に対しては，リリーフバルブ５から吐出されたオイルを貯留する貯留槽（図示せず）を別途設けておけばよい。
【００５２】
また，オイルが無駄になるとの問題は，後述するように本質的にナンセンスである。即ち，摩耗粉等が含まれたオイルを潤滑剤として継続して用いると，当該摩耗粉が可動部等に付着して，例えばピストンをロックさせてしまう等の重大な障害が生じる。従って，分解掃除する場合でもオイルは交換しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される多段圧縮装置の部分破断側面図である。
【図２】圧縮手段の水平断面図である。
【図３】第４ピストンの側面図である。
【図４】ラビリンス溝を等ピッチで形成した場合と変則ピッチで形成した場合のリーク特性を示す図である。
【図５】従来の技術の説明に適用される多段圧縮装置の部分破断側面図である。
【図６】図５の上面図である。
【図７】第４ピストンの側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
２  圧縮手段
３  駆動手段
４  密閉ケース
５  リリーフバルブ
６  ケースの底
１１  背圧室
２１Ａ〜２１Ｄ  ピストン
２２Ａ〜２２Ｄ  圧縮室
２３Ｄ  ラビリンスシール
【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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【図７】
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