(57)【要約】【課題】  吸込み圧力がシリンダ・ピストン式圧縮機に適した吸込み圧力のような低い圧力であっても、吐出し圧力がダイヤフラム圧縮機で得られるような高い圧力のガスを得ることができる往復動圧縮機を提供すること。【解決手段】  クランク軸３ａを有するクランクケース３と、ピストン１ａが収容され圧縮室１ｃが形成されるシリンダ１と、クロスガイド機構２を介してクランク軸３ａに接続されて往復動するピストンロッド５と、シリンダ１とクロスガイド機構２とを隔てる隔壁４に設けられた油切り部材６と、ダイヤフラム圧縮室１４の容積を縮めてガス圧縮を行うダイヤフラム１２と、別のクロスガイド機構１１を介してクランク軸３ａに接続されてダイヤフラム１２を往復動させるダイヤフラム用ロッド１３とを備え、圧縮室１ｃから吐出されたガスがダイヤフラム圧縮室１４を通じて外部に吐出されるように構成されている。【選択図】  図１
2005155487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されるクランク軸を有するクランクケースと、内部にピストンが収容され圧縮室が形成されるシリンダと、前記クランクケースと前記シリンダとの間に設けられたクロスガイド機構を介して前記クランク軸と前記ピストンとを接続して往復動するピストンロッドと、前記シリンダと前記クロスガイド機構とを隔てる隔壁に設けられ、該隔壁を貫通する前記ピストンロッドが摺動可能に嵌挿される油切り部材と、ダイヤフラム圧縮室の容積を縮めてガス圧縮を行うダイヤフラムと、前記クロスガイド機構とは別のクロスガイド機構を介して前記クランクケースの前記クランク軸に接続され、前記ダイヤフラムを往復動させるダイヤフラム用ロッドとを備え、前記シリンダの前記圧縮室から吐出されたガスが前記ダイヤフラム圧縮室を通じて外部に吐出されるように構成され、前記シリンダの吸込ラインと該シリンダの前記隔壁側の空間とが連通されていることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の往復動圧縮機において、前記ピストンが前記ピストンロッドに間隔を隔てて複数設けられることによって前記圧縮室が前記シリンダ内に複数形成されてなり、その複数の圧縮室が連通されて、且つ、ガスが前記クランクケースからより離れる位置にある圧縮室に通じるに従ってより高圧となるように構成され、前記複数の圧縮室における前記クランクケースから最も離れた位置にある圧縮室から吐出されたガスが前記ダイヤフラム圧縮室を通じて外部に吐出されるように構成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素、ヘリウム等のガスを圧縮して供給先に供給する往復動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
往復動圧縮機としては、例えば後述するような構成になる２例のものが知られている。まず、従来例１に係る往復動圧縮機を、その全体構成図の図３を参照しながら説明する。すなわち、シリンダ５１とクランクケース５２との間に、シリンダ５１側から相隣合う第１室５３、第２室５４、第３室５５が設けられており、これら各室はピストン棒５６が貫通する接続筒５７に形成されている。また、シリンダ５１、第１室５３、第２室５４、第３室５５、クランクケース５２のそれぞれの間の隔壁には第１、第２、第３、第４軸封装置５８，５９，６０，６１が設けられている。また、第１軸封装置５８の内部から吸込流路６５に連通する連通路６６が設けられている。そして、第１室５３には不活性ガスが封入されるが、この不活性ガスが第１軸封装置５８内に入り込んできたときには、前記連通路６６を通じて吸込流路６５に戻されるように構成されている。また、第２室５４内に、第１室５３に封入した不活性ガスの圧力よりも僅かに高い圧力で、ピストン棒５６を浸漬させるように油を封入したオイルバス６８と、その周囲を取巻く油冷却用の冷却水用ジャケット６９とを設けることにより、第２軸封装置５９、第３軸封装置６０を油浴式にしている。
【０００３】
前記構成になる往復動ガス圧縮機によれば、次のような効果を得ることができる。（１）軸封装置を全てピストン棒の芯振れに追従可能にした結果、芯振れ防止装置が不要となり、そして圧縮機の長時間使用が可能になる。（２）第１室に吸込圧力より僅かに高い圧力の不活性ガスを封入しているだけなので、第２室の油浴式軸封装置のシール性の向上が可能になるとともに、連通路により第１室に漏洩ガスが侵入するのを防ぎ、接続筒、油、クランクケースが取扱いガスに触れることなくクリーンに保持することができる。（３）油浴式軸封装置の油に圧力がかけられているので、第１室に封入する不活性ガスが油中に漏れ込むのを防ぎ、また万が一第１室の封入ガスの圧力が下がり、漏洩ガスが第１室に侵入することがあったとしても、この油浴式軸封装置の油の圧力で漏洩ガスを完全にシールすることが可能になる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来例２に係る往復動圧縮機の構成を、その全体構成図の図４を参照しながら説明する。この従来例２には、従来例１とは違って、第１、第２、第３、第４軸封装置といった複数の軸封装置が設けられておらず、これらの軸封装置の代わりにロッドパッキン、油切り部材が設けられている。より詳しくは、シリンダ７１とクランクケース７３との間にクロスガイド機構７２が設けられ、前記シリンダ７１とクロスガイド機構７２との間にディスタンスピース７４が設けられている。クロスガイド機構７２は、クランクケース７３のクランク軸に連結された連接棒とピストンロッド７５とを連結し、かつクランク軸の回転駆動により往復動するクロスヘッド７２ａと、このクロスヘッド７２ａが往復動するように案内する円筒状のクロスヘッドガイド７２ｂとから構成されている。また、ディスタンピース７４のシリンダ７１側に、このディスタンスピース７４を貫通するピストンロッド７５が摺動可能に嵌挿されるロッドパッキン７６が設けられている。さらに、このディスタンスピース７４のクロスガイド機構７２側に、前記ディスタンスピース７４を貫通するピストンロッド７５が摺動可能に嵌挿される油切り部材７７が設けられている。
【０００５】
前記ロッドパッキン７６は、シリンダ７１のピストン７１ａで仕切られた、図における右側のクランク側室７１ｃと、ディスタンスピース７４との間を仕切るものであり、両者の間のガスの流通を遮断するものである。また、前記油切り部材７７はクランクケース７３側からシリンダ７１側への油の移動を阻止し、圧縮ガスへの油の混入を防ぐ働きをするものである。ところが、前記油切り部材７７は、ガスの流れを遮断するものではないので、ディスタンスピース７４、クロスガイド機構７２（さらにはクランクケース７３）はほぼ同圧となる。クランクケース７３は大気開放孔７３ａを介して大気空間に開放されており、ディスタンスピース７４、クロスガイド機構７２はクランクケース７３と同様、大気圧となる（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−８８８１４号公報（第１図）
【非特許文献１】Ｈｅｉｎｚ  Ｐ．Ｂｌｏｃｈ  ＡＮＤ  Ｊｏｈｎ  Ｊ．Ｈｏｅｆｎｅｒ，「Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ」，Ｇｕｌｆ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘｅｓ）．１９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし前述した従来例１、あるいは従来例２の往復動圧縮機では、ピストン式の圧縮機機構を備え、一般にこの圧縮機機構に適した吸込み圧力が１ＭＰａ以下程度の低い圧力であることから、吐出圧力としてダイヤフラム圧縮機で得られるような例えば１００ＭＰａ程度の高い圧力のガスを得るには、例えば、往復動圧縮機を複数台準備し、それらの圧縮室を連結する構成とすることが必要となる。ところが、このような構成の場合、圧縮機全体の大型化は避けられず、設置スペースの制約等に対して十分に対応できないことになる。
【０００７】
一方、ダイヤフラム圧縮機では、例えば１００ＭＰａ程度の高い圧力のガスを得ることができるものの、吸込み圧力として例えば１０ＭＰａ以上の吸込み圧力が必要であり、ピストン式圧縮機に適した吸込み圧力のような低い圧力の場合には適用できず、吸込み側に何らかの昇圧手段が必要であると考えられる。
【０００８】
そこで本発明は、圧縮機全体の大型化を回避するとともに、吸込み圧力がピストン式圧縮機に適した吸込み圧力のような低い圧力であっても、吐出圧力がダイヤフラム圧縮機で得られるような高い圧力のガスを得ることができる往復動圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する本発明は、次のように構成されている。
【００１０】
請求項１の発明は、回転駆動されるクランク軸を有するクランクケースと、内部にピストンが収容され圧縮室が形成されるシリンダと、前記クランクケースと前記シリンダとの間に設けられたクロスガイド機構を介して前記クランク軸と前記ピストンとを接続して往復動するピストンロッドと、前記シリンダと前記クロスガイド機構とを隔てる隔壁に設けられ、該隔壁を貫通する前記ピストンロッドが摺動可能に嵌挿される油切り部材と、ダイヤフラム圧縮室の容積を縮めてガス圧縮を行うダイヤフラムと、前記クロスガイド機構とは別のクロスガイド機構を介して前記クランクケースの前記クランク軸に接続され、前記ダイヤフラムを往復動させるダイヤフラム用ロッドとを備え、前記シリンダの前記圧縮室から吐出されたガスが前記ダイヤフラム圧縮室を通じて外部に吐出されるように構成され、前記シリンダの吸込ラインと該シリンダの前記隔壁側の空間とが連通されていることを特徴とする往復動圧縮機である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の往復動圧縮機において、前記ピストンが前記ピストンロッドに間隔を隔てて複数設けられることによって前記圧縮室が前記シリンダ内に複数形成されてなり、その複数の圧縮室が連通されて、且つ、ガスが前記クランクケースからより離れる位置にある圧縮室に通じるに従ってより高圧となるように構成され、前記複数の圧縮室における前記クランクケースから最も離れた位置にある圧縮室から吐出されたガスが前記ダイヤフラム圧縮室を通じて外部に吐出されるように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１又は２の往復動圧縮機によれば、ピストン式の圧縮機機構とダイヤフラム式の圧縮機機構とを連結し、吸込み側のシリンダの圧縮室から吐出されたガスがダイヤフラム圧縮室を通じて外部に吐出されるように構成したものであるから、吸込み圧力がピストン式圧縮機に適した吸込み圧力のような低い圧力であっても、シリンダの圧縮室からダイヤフラム圧縮室にダイヤフラムによる圧縮に適した吸込み圧力を持つガスを供給することができるので、吐出圧力がダイヤフラム圧縮機で得られるような高い圧力のガスを得ることができる。また、クランク軸を有するクランクケースでなる単一の駆動源により、シリンダ内を往復動するピストンと、ダイヤフラム圧縮室の容積を縮めてガス圧縮を行う往復動するダイヤフラムとを駆動するように構成したものであるから、圧縮機全体の大型化を回避することができ、ピストン式圧縮機とダイヤフラム圧縮機とを個別に準備する場合に比べて省スペース化を図ることができる。
【００１３】
また、請求項１又は２の往復動圧縮機は、シリンダとクロスガイド機構とを隔てる隔壁に、該隔壁を貫通するピストンロッドが摺動可能に嵌挿される油切り部材を設けるとともに、シリンダの吸込ラインと該シリンダの前記隔壁側の空間とを連通するように構成されている。これにより、クランクケース内、クロスガイド機構内及びシリンダの前記隔壁側の空間を均圧に保つことができ、圧縮機として効率低下となる外部へのガスの放出を回避することができる。
【００１４】
請求項２の往復動圧縮機によれば、吸込み側の単一のシリンダ内に複数の圧縮室を有する多段圧縮構造としたものであるから、吸込み圧力が例えば大気圧のようなより低い圧力の場合であっても、シリンダの最終段の圧縮室からダイヤフラム圧縮室にダイヤフラムによる圧縮に適した吸込み圧力を持つガスを供給することができるので、吐出圧力がダイヤフラム圧縮機で得られるような高い圧力のガスを得ることができる。また、単段圧縮構造のものから、ピストンロッド及びクロスガイド機構といった摺動部分を有する部材を増やしていないので、それらの部材のメンテナンス負荷の増大を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態による往復動圧縮機の全体構成を示す図である。
【００１６】
第１実施形態の往復動圧縮機は、図１に示すように、回転駆動されるクランク軸３ａを有するクランクケース３と、シリンダ１と、クランクケース３とシリンダ１との間に設けられたクロスガイド機構２を介してクランク軸３ａに接続されて往復動するピストンロッド５とを備えている。クロスガイド機構２は、クランク軸３ａに連結された連接棒３ｂとピストンロッド５とを連結し、かつクランク軸３ａの回転駆動により往復動するクロスヘッド２ａと、このクロスヘッド２ａが往復動するように案内する円筒状のクロスヘッドガイド２ｂとにより構成されている。また、シリンダ１とクロスガイド機構２とを隔てる隔壁４には、この隔壁４を貫通するピストンロッド５が摺動可能に嵌挿される油切り部材６が設けられている。
【００１７】
シリンダ１では、ピストンロッド５に設けられた第１ピストン１ａが往復動するようになっている。そして、シリンダ１の第１ピストン１ａで仕切られた、図１における左側の空間である第１圧縮室１ｃに、この第１圧縮室１ｃ側へのガスの流入を許容する向きに入側逆止弁７ａが介装されてなる吸込ライン７が連通している。また、この吸込ライン７の入側逆止弁７ａとシリンダ１との間に、第１ピストン１ａで仕切られた、図１における右側の空間である隔壁側室１ｄから連通ライン８が連通している。
【００１８】
また、この第１実施形態の往復動圧縮機は、ダイヤフラム圧縮室１４の容積を縮めてガス圧縮を行うダイヤフラム１２を備え、さらに、前記のクロスガイド機構２とは別のクロスガイド機構１１を介してクランクケース３のクランク軸３ａに接続され、ダイヤフラム１２を往復動させるダイヤフラム用ロッド１３を備えている。クロスガイド機構１１は、クランク軸３ａに連結された連接棒３ｃとダイヤフラム用ロッド１３とを連結し、かつクランク軸３ａの回転駆動により往復動するクロスヘッド１１ａと、このクロスヘッド１１ａが往復動するように案内する円筒状のクロスヘッドガイド１１ｂとにより構成されている。ダイヤフラム１２はダイヤフラム用ロッド１３の往復動とともにその略中央部も往復動することにより、ダイヤフラム圧縮室１４の容積を縮めてガス圧縮を行うものである。
【００１９】
また、シリンダ１の第１圧縮室１ｃとダイヤフラム圧縮室１４とは中間逆止弁９ａが介装された中間ライン９によって連通している。中間逆止弁９ａは、第１圧縮室１ｃからダイヤフラム圧縮室１４への圧縮ガスの流れを許容する向きに設けられている。さらに、ダイヤフラム圧縮室１４から図示しない圧縮ガスの供給先側に、供給先側への圧縮ガスの流れを許容する向きに出側逆止弁１０ａの介装された吐出ライン１０が設けられている。
【００２０】
第１実施形態の往復動圧縮機はこのように構成されており、そのピストン式の圧縮機機構は、油切り部材６が設けられているものの、前記従来例１の往復動圧縮機とは違って多数の軸封装置が設けられておらず、また、前記従来例２の往復動圧縮機とは違ってロッドパッキン、ディスタンスピース等が設けられておらず、極めて簡単な構成になっている。そしてこの往復動圧縮機では、シリンダ１の隔壁側室１ｄと、クロスガイド機構２と、クランクケース３との間でガスが自由に流通しうる構成になっている。前記油切り部材６の存在によって、この油切り部材６を挟む前記隔壁側室１ｄとクロスガイド機構２との間で、若干の差圧が生じるが、定常運転時、あるいは運転停止後の一定時間経過後には、シリンダ１の隔壁側室１ｄ、クロスガイド機構及びクランクケース３の圧力は一律となる。
【００２１】
次に、このように構成される第１実施形態の往復動圧縮機の動作を説明する。往復動圧縮機の運転により、例えば１ＭＰａの吸込み圧力を持つガスがシリンダ１の吸込ライン７から第１圧縮室１ｃに供給され、この第１圧縮室１ｃで圧縮された例えば１０ＭＰａの圧力を持つガスが、中間ライン９を介してダイヤフラム圧縮室１４に供給される。そして、このダイヤフラム圧縮室１４に供給されたガスがダイヤフラム１２による圧縮動作によって例えば１００ＭＰａという高圧の吐出圧力を持つガスに圧縮され、このダイヤフラム圧縮室１４で圧縮された高圧のガスが吐出ライン１０を介して供給先側に供給される。
【００２２】
このように、この第１実施形態の往復動圧縮機は、ピストン式の圧縮機機構とダイヤフラム式の圧縮機機構とを連結し、吸込み側のシリンダ１の第１圧縮室１ｃから吐出されたガスがダイヤフラム圧縮室１４を通じて外部に吐出されるように構成されている。これにより、吸込み圧力がピストン式圧縮機に適した吸込み圧力のような１ＭＰａ以下の低い圧力であっても、シリンダ１の第１圧縮室１ｃからダイヤフラム圧縮室１４にダイヤフラム１２による圧縮に適した例えば１０ＭＰａ以上の吸込み圧力を持つガスを供給することができるので、吐出圧力がダイヤフラム圧縮機で得られるような例えば１００ＭＰａの高い圧力のガスを得ることができる。
【００２３】
また、クランク軸３ａを有するクランクケース３でなる単一の駆動源により、シリンダ１内を往復動するピストン５と、ダイヤフラム圧縮室１４の容積を縮めてガス圧縮を行う往復動するダイヤフラム１２とを駆動するように構成したものであるから、圧縮機全体の大型化を回避することができ、ピストン式圧縮機とダイヤフラム圧縮機とを個別に準備する場合に比べて省スペース化を図ることができる。
【００２４】
また、シリンダ１とクロスガイド機構２とを隔てる隔壁４に、該隔壁４を貫通するピストンロッド５が摺動可能に嵌挿される油切り部材６を設けるとともに、シリンダ１の吸込ライン７とシリンダ１の隔壁側室１ｄとを連通する連通ライン８を設けている。これにより、定常運転時、クランクケース３内、クロスヘッドガイド２ｂ内及び隔壁側室１ｄを均圧に保つことができ、圧縮機として効率低下となる外部へのガスの放出を回避することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は本発明の第２実施形態による往復動圧縮機の全体構成を示す図である。ここで、本実施形態において、前記図１に示した第１実施形態の往復動圧縮機と同一部分には図１と同一の符号を付すことにより、主として第１実施形態と相違する点について説明する。
【００２６】
第２実施形態の往復動圧縮機は、図２に示すように、シリンダ１’が、大径部と小径部とをクランクケース３側からこの順に有しており、ピストンロッド５’に設けられた第１ピストン１ａが大径部内を往復動し、ピストンロッド５’に設けられた第２ピストン１ｂが小径部内を往復動するようになっている。このように、シリンダ１’内には、シリンダ１’の第１ピストン１ａで仕切られた、図２における左側の空間である第１圧縮室１ｃと、この第１圧縮室１ｃのさらに図２における左側の空間である第２圧縮室１ｅが形成されている。
【００２７】
そして、この第１圧縮室１ｃと第２圧縮室１ｅとは中間逆止弁９ａ’が介装された中間ライン９’によって連通している。中間逆止弁９ａ’は、第１圧縮室１ｃから第２圧縮室１ｅ側への圧縮ガスの流れを許容する向きに設けられている。また、ダイヤフラム圧縮室１４とクランクケース３から最も離れた位置にある最終段の前記第２圧縮室１ｅとは、第２中間逆止弁１５ａの介装された第２中間ライン１５によって連通されている。
【００２８】
次に、このように構成される第２実施形態の往復動圧縮機の動作を説明する。往復動圧縮機の運転により、例えば大気圧程度の０．１ＭＰａの吸込み圧力を持つガスがシリンダ１’の吸込ライン７から第１圧縮室１ｃに供給され、この第１圧縮室１ｃで圧縮された例えば１ＭＰａの圧力を持つガスが、中間ライン９’を介して第２圧縮室１ｅに供給される。この第２圧縮室１ｅに供給されたガスが第２ピストン１ｂによる圧縮動作によって例えば１０ＭＰａの圧力を持つガスに圧縮され、この１０ＭＰａの圧力を持つガスが第２中間ライン１５を介してダイヤフラム圧縮室１４に供給される。そして、このダイヤフラム圧縮室１４に供給されたガスがダイヤフラム１２による圧縮動作によって例えば１００ＭＰａという高圧の吐出圧力を持つガスに圧縮され、このダイヤフラム圧縮室１４で圧縮された高圧のガスが吐出ライン１０を介して供給先側に供給される。
【００２９】
このように、この第２実施形態の往復動圧縮機によれば、吸込み側の単一のシリンダ１’内に複数の圧縮室１ｃ，１ｅを有する多段圧縮構造としたものであるから、吸込み圧力がピストン式圧縮機に適した吸込み圧力であって例えば大気圧程度のより低い圧力の場合であっても、シリンダ１’の最終段の圧縮室１ｅからダイヤフラム圧縮室１４にダイヤフラム１２による圧縮に適した例えば１０ＭＰａ以上の吸込み圧力を持つガスを供給することができるので、吐出圧力がダイヤフラム圧縮機で得られるような例えば１００ＭＰａの高い圧力のガスを得ることができる。また、第１実施形態の往復動圧縮機のような単段圧縮構造のものから、ピストンロッド及びクロスガイド機構といった摺動部分を有する部材を増やしていないので、それらの部材に伴うメンテナンス負荷の増大を回避することができる。
【００３０】
なお、本発明の第１、２実施形態ではピストン式の圧縮機機構とダイヤフラム式の圧縮機機構とを水平に配置したものを示したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、ピストン式の圧縮機機構が、クランクケースの上部に配置されてなるようなものでも良い。設置スペースに応じて、ピストン式の圧縮機機構とダイヤフラム式の圧縮機機構とは互いに自由な位置に配置されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態による往復動圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態による往復動圧縮機の全体構成を示す図である。
【図３】従来例１の往復動圧縮機の全体構成を示す図である。
【図４】従来例２の往復動圧縮機の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１’…シリンダ
１ａ…第１ピストン
１ｂ…第２ピストン
１ｃ…第１圧縮室
１ｄ…隔壁側室
１ｅ…第２圧縮室
２…クロスガイド機構
３…クランクケース
３ａ…クランク軸
３ｂ，３ｃ…連接棒
４…隔壁
５，５’…ピストンロッド
６…油切り部材
７…吸込ライン
８…連通ライン
９，９’…中間ライン
１０…吐出ライン
１１…クロスガイド機構
１２…ダイヤフラム
１３…ダイヤフラム用ロッド
１４…ダイヤフラム圧縮室
１５…第２中間ライン
【図１】
2005155487.tif 000003
【図２】
2005155487.tif 000004
【図３】
2005155487.tif 000005
【図４】
2005155487.tif 000006