(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに対してモータの回転にてピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を４段の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した多段高圧圧縮機において、第２段圧縮部と第３段圧縮部との間に第１フィルタを設け、第３段圧縮部と第４段圧縮部との間に前記第１フィルタのメッシュと同等かそれよりも細かいメッシュの第２フィルタを設け、前記第１、第２フィルタによって圧縮空気中に浮遊する埃を除去することを特徴とする多段高圧圧縮機。
【請求項２】
シリンダに対してモータの回転にてピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した多段高圧圧縮機において、空気吸入路に、吸入空気中に浮遊する浮遊水分を吸着する吸着剤が封入されたもの、あるいはこの吸着剤を加熱する加熱要素を有するフィルタを設けたことを特徴とする多段高圧圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸入した作動流体を圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した高圧圧縮機のフィルタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダに対してモータの回転にてピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した高圧圧縮機に関しては、本出願人に係る発明として、本出願の出願日以前に発明された高圧ガス圧縮機の一つである多段圧縮装置（以下、先行技術という）があり、それは、例えば、特願平１１−８１７８１号及び特願平１１−４６７４８号に示されている。
【０００３】
上記先行技術の多段高圧圧縮機に吸入されて圧縮される作動流体は、その用途によって、窒素、天然ガス、６フッ化硫黄（ＳＦ6）、空気等、所謂、ガス（気体）であるが、スキューバダイビング用や消防活動時に消防士が使用する空気ボンベ等への空気充填用に適用される高圧圧縮機においては、高圧圧縮機への空気吸入時に液滴の水分が吸入されないように、吸入管に液滴水分の除去目的でバキューム機用の綿状繊維構成のフィルタを取り付けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、液滴水分が高圧圧縮機内に吸入されて液圧縮による損傷は防止できるが、吸入空気に浮遊する浮遊水分は除去できず、圧縮工程の進行によってこの浮遊水分の凝縮が生じて液圧縮による破損事故になる危険がある。また、高圧圧縮機内に吸入される空気中には浮遊する埃が多く含まれている場合があり、人が吸う空気としてボンベに充填する場合には、その埃を少なくすることが重要である。特に、病院などで使用する空気には、それに含まれる埃の量に基準を設けられて、患者の健康管理を行っており、上記のフィルタではそれが達成されない。これを達成しようとして、高圧圧縮機の吸入管にメッシュの小さいフィルタを使用すると、吸入抵抗が大きくなって、高圧圧縮機の圧縮効率が低下し、所期のガス流量を有する高圧ガスが得られなくなる等の問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、高圧圧縮機の水分圧縮による損傷を防止すること、また、圧縮効率の低下が少ない方式できれいな高圧空気を充填できる多段高圧圧縮機の提供を目的とする。このため、多段高圧圧縮機の第１段圧縮部から第２段圧縮部への通路に、第１段圧縮部にて圧縮された圧縮空気中に浮遊する浮遊水分を除去するフィルタを設ける技術手段を採用した。また、多段高圧圧縮機の第２段圧縮部以降に、圧縮空気中に浮遊する埃を除去するフィルタを設ける技術手段を採用した。また、４段圧縮機において、第２段圧縮部と第３段圧縮部との間に第１フィルタを設け、第３段圧縮部と第４段圧縮部との間に第１フィルタのメッシュよりも細かいメッシュの第２フィルタを設けて前記第１、第２フィルタによって圧縮空気中に浮遊する埃を除去する技術手段を採用した。また、空気吸入路に、吸入空気中に浮遊する浮遊水分を吸着する吸着剤が封入されこれを加熱する加熱要素を有するフィルタを設けて吸入空気中に浮遊する浮遊水分を除去する技術手段を採用した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る高圧圧縮機の一つである多段圧縮装置を、図に基づいて説明する。図１乃至図３において、図示した高圧圧縮機１００は、４つの圧縮部（圧縮段部）１０１、１０２、１０３、１０４を有した４段圧縮機を構成している。圧縮部１０１と１０３は水平軸１０６上に配置され、圧縮部１０２と１０４は水平軸１０５上に配置され、それぞれこれらの軸１０６、１０５上で固定体であるシリンダ７１、７２、７３、７４内を往復動作する可動体であるピストン５１、５２、５３、５４を有する往復動圧縮機構を構成する。これによって、吸入管１１８から吸入された作動流体は、第１段圧縮部１０１で圧縮され、次に第１段圧縮部１０１で圧縮した作動流体が管路５を経て第２段圧縮部１０２へ入って圧縮され、第２段圧縮部１０２で圧縮した作動流体が管路６を経て第３段圧縮部１０３へ入って圧縮され、第３段圧縮部１０３で圧縮した作動流体が管路７を経て第４段圧縮部１０４へ入って圧縮され、このようにして所定の圧力及び流量を有する高圧作動流体が出口管８から出力される。
【０００７】
このような多段圧縮装置１００における前記作動流体は、窒素、天然ガス、６フッ化イオウ（ＳＦ6）、空気等、所謂、ガス（気体）であり、多段圧縮装置１００は、合成樹脂のインジェクション成形時に高圧窒素ガスを使用するガスインジェクション成形機への高圧窒素ガス供給、天然ガス使用の自動車のボンベへの天然ガス充填機、空気ボンベへの高圧空気の充填機等、に適用される。以下に記載する本発明の実施形態では、空気を作動流体として採り上げて説明する。
【０００８】
多段圧縮装置１００において、第１段圧縮部１０１のピストン５１と第３段圧縮部１０３のピストン５３は軸１０６上においてヨーク１Ａに連結され、ヨーク１Ａ内で軸１０６を横切るように移動可能に設けたクロススライダー２Ａは、クランクピン３を介してクランクシャフト４に連結している。軸１０５と軸１０６とは垂直視で９０度の角度を有する。また、第２段圧縮部１０２のピストン５２と第４段圧縮部１０４のピストン５４は、軸１０５上においてヨーク１Ｂに連結され、ヨーク１Ｂ内で軸１０５を横切るように移動可能に設けたクロススライダー２Ｂは、クランクピン３を介してクランクシャフト４に連結している。
【０００９】
クランクシャフト４は圧縮部１０１乃至１０４の下方に設けた電動機（図示せず）によって回転され、クランクシャフト４に偏心して設けたクランクピン３をクランクシャフト４の周りに回転させ、ヨーク１Ａに関しては、軸１０５の方向のクランクピン３の変位にはクロススライダー２Ａが移動して対応し、軸１０６の方向の変位にはヨーク１Ａが移動して対応することによって、ピストン５１、５３は軸１０６の方向にのみ往復運動をする。
【００１０】
一方、ヨーク１Ｂに関しては、軸１０６の方向クランクピン３の変位にはクロススライダー２Ｂが移動して対応し、軸１０５の方向の変位にはヨーク１Ｂが移動して対応することによって、ピストン５２、５４は軸１０５の方向にのみ往復運動をする。
【００１１】
図４は、多段圧縮装置１００の第１段圧縮部１０１の構造を示す断面図ある。
第１段圧縮部１０１には、ピストン５１の前後に第１圧縮室５８と第２圧縮室５９が設けてある。ピストン５１が前進すると弁ａ、ｂが閉の状態で、開いた弁ｅ、ｆを経て矢印で示した方向から作動流体が第１圧縮室５８へ吸入されると共に第２圧縮室５９の作動流体は圧縮されて所定の圧力に達すると、開いた弁ｃ、ｄを経て外部に吐出され、矢印で示したように、管路５を経て次の第２段圧縮部１０２へ送られる。
【００１２】
そして、ピストン５１が後退すると、弁ｅ、ｆが閉じて、第１圧縮室５８内の作動流体は圧縮され所定の圧力に達すると弁ａ、ｂが開いて、作動流体は第２圧縮室５９へ吐出されるようになっている。６０は、コンロッド５７が振動等しないように決められた位置にスムーズにガイドするためのロッドガイドである。
【００１３】
上記のように、多段圧縮装置１００の第１段圧縮部１０１は、一つのシリンダ５５内において、２段階で作動流体を吸入、圧縮して吐出する構造の二重圧縮機構（ダブルアクション機構）である。第２段圧縮部１０２、第３段圧縮部１０３及び第４段圧縮部１０４は、第１段圧縮部１０１のような二重圧縮機構ではなく、それぞれシリンダに対するピストンの往復運動にてシリンダ内に吸引したガスを１段圧縮する通常動作の構成、所謂、シングルアクション機構である。
【００１４】
上記の構成において、吸入管１１８から吸入される作動流体である空気の圧力は約大気圧であり、これが第１段圧縮部１０１で約０．５ＭＰａ（Ｇ）にまで圧縮され、この圧縮された空気は管路５を通って第２段圧縮部１０２に供給される。第２段圧縮部１０２では、空気は約２ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮され、この圧縮された空気は管路６を通って第３段圧縮部１０３に供給される。第３段圧縮部１０３では、空気は約７〜１０ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮され、この圧縮された空気は管路７を通って第４段圧縮部１０４に供給される。第４段圧縮部１０４では、約２０〜３０ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮された高圧空気（高圧作動流体）が、吐出管８から蓄圧器へ供給されて、蓄圧器を通って必要な空気ボンベへ充填される。
【００１５】
上記において、高圧圧縮機１００の第１段圧縮部１０１へ空気を吸入しうる吸入管１１８には、空気吸入時に空気中に浮遊する水分は通過するが液滴の水分が吸入されないように、綿状繊維構成のフィルタ１２０を取り付けている。このフィルタ１２０は、上記先行技術と同様に、圧縮機１００の吸入抵抗が大きくなって圧縮効率が大きく低下しない程度のメッシュのフィルタである。
【００１６】
本発明では、シリンダに対してモータの回転にてピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した多段高圧圧縮機において、第１段圧縮部から第２段圧縮部への通路に、第１段圧縮部にて圧縮された圧縮空気中に浮遊する浮遊水分を除去するフィルタを設けるものである。
【００１７】
この実施例の一つとして、図１には、第１段圧縮部１０１で圧縮した空気を第２段圧縮部１０２へ導く空気通路である管路５に中空糸膜式フィルタ１２１を設けている。これによって、吸入管１１８から吸入された空気中に浮遊する水分は、この膜式フィルタ１２１にて除去される。この場合、第１段圧縮部１０１で圧縮した空気は、約０．５ＭＰａ（Ｇ）にまで圧縮されているので、吸入管１１８に膜式フィルタを設けた場合に比して、圧縮効率の低下への影響はかなり少なく、圧縮機１００の用途上問題はない。
【００１８】
膜式フィルタ１２１は、管路５において空気通路の断面積を一部において大きくするため、この部分において、圧縮空気の脈動低減効果があり、消音効果を奏することができる。
【００１９】
膜式フィルタ１２１を設ける場所は、第１段圧縮部１０１または第２段圧縮部１０２のシリンダヘッド部に設けることもできる。
【００２０】
上記膜式フィルタは、第２段圧縮部１０２以降の圧縮空気通路に設ける方法もあるが、圧縮された空気圧力があまり大きくなると、水分凝縮が多くなり、それによる圧縮機１００への悪影響が大きくなり好ましくない。また、上記膜式フィルタを吸入路１１８に設ける方法も考えられるが、これで捕獲した水分の除去などのメンテナンスが面倒になり好ましくない。
【００２１】
また、上記膜式フィルタ１２１の代わりにモレキュラシーブスなどの粒状の水分除去フィルタを設ける方法もある。
【００２２】
また、本発明では、シリンダに対してモータの回転にてピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した多段高圧圧縮機において、空気吸入路に、吸入空気中に浮遊する浮遊水分を吸着する吸着剤が封入されこれを加熱する加熱要素を有するフィルタを設けるものである。
【００２３】
この実施例の一つとして、図７には、吸入管１１８に、吸入空気中に浮遊する浮遊水分を吸着する吸着剤１２４が封入され、これを加熱する加熱要素１２５を有するフィルタ１２６を設けている。吸着剤１２４は、モレキュラシーブスやシリカゲル等であり、これは加熱要素１２５にて加熱されることによって、吸着した水分を放出して乾燥され、再び水分吸着効果が向上する、所謂、再生可能なフィルタである。
【００２４】
加熱要素１２５は電気的に発熱するヒータであり、その発熱は、１日に１時間等、乾燥に必要な時間の加熱が行われるように制御される。このため、高圧圧縮機１００の不使用時間帯において加熱する方法をとればよい。その制御方法は、プログラムされた２４時間タイマにてヒータ１２５の通電時間を制御すればよい。
【００２５】
通常、フィルタ１２６によって吸入空気中の浮遊水分が除去できる状況では、膜式フィルタ１２１を設ける必要はないが、フィルタ１２６による吸入空気中の浮遊水分除去が不十分であれば、膜式フィルタ１２１を設けて、その水分除去を行うことができる。
【００２６】
また、本発明では、シリンダに対してモータの回転にてピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を有した多段高圧圧縮機において、第２段圧縮部以降に、圧縮空気中に浮遊する埃を除去するフィルタを設けるものである。
【００２７】
この一つとして、図６には、４段高圧圧縮機において、第２段圧縮部１０２と第３段圧縮部１０３との間に第１フィルタ１２２を設け、第３段圧縮部１０３と第４段圧縮部１０４との間に第２フィルタ１２３を設ける技術手段である。具体的には、第２段圧縮部１０２で圧縮した空気を第３段圧縮部１０３へ導く空気通路である管路６にフィルタ１２２を設け、また、第３段圧縮部１０３で圧縮した空気を第４段圧縮部１０４へ導く空気通路である管路７にフィルタ１２３を設けている。
【００２８】
高圧圧縮機１００へ吸入される空気中に浮遊する埃の量は、通常の空気中では、１キュービックフィート中に１１万個程度含まれており、これをこのフィルタ１２２及び１２３を通すことによって、高圧圧縮機１００から吐出される圧縮空気中では、３０００個程度の所定の量まで減少させることができる。
【００２９】
本発明の実施例の一つとして、フィルタ１２２のメッシュの大きさは、約７μｍ（ミクロンメータ）であり、フィルタ１２３のメッシュは、約５μｍ（ミクロンメータ）である。このフィルタの種類の一つとして、焼結金属製で構成することができる。
【００３０】
フィルタ１２２に対してフィルタ１２３のメッシュは細かくなっている。これは、第２段圧縮部１０２では、空気は約２ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮されるが、第３段圧縮部１０３では、空気は約７ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮されるためフィルタ１２３のメッシュは細かくても、圧縮機１００の効率低下への影響はかなり少なく、圧縮機１００の用途上問題はない。
【００３１】
高圧圧縮機１１０から吐出される圧縮空気の利用範囲によって、フィルタ１２２のみでもよく、またフィルタ１２３のみでもよい。この場合、フィルタのメッシュの大きさは、圧縮空気の利用範囲によって選定すればよい。
【００３２】
フィルタ１２２及び／又は１２３を設ける場所は、第２段圧縮部１０２、第３段圧縮部１０３または第４段圧縮部１０４のシリンダヘッド部に設けることもできる。いずれの場合も、第２段圧縮部以降の圧縮空気中に浮遊する埃を除去するフィルタを設けるものである。
【００３３】
フィルタ１２２及び／又は１２３によって、圧縮空気の脈動の低減や、急激な圧力上昇を抑制できる効果がある。
【００３４】
浮遊する水分の除去と埃の除去の両方に関して、圧縮空気の使用される状況によっては、前記各フィルタ１２１、１２２、１２３を設け、更に１２０又は１２６を設けることにて所期の目的を達成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、吸入空気中又は圧縮空気中の浮遊水分除去が良好に行えるため、高圧圧縮機における水分凝縮による損傷が防止できる。
【００３６】
また、第２段圧縮部以降の圧縮空気中から吸入した空気中に浮遊する埃の多くを除去する方式であるため、圧縮効率への悪影響の少ない状況で、所定のきれいな空気として吐出できる効果がある。
【００３７】
また、４段圧縮機において、圧縮空気の圧力の高さに応じて第１、第２フィルタを設けることによって、圧縮効率への悪影響の少ない状況で、所定のきれいな空気として吐出できる効果がある。
【００３８】
更に、フィルタの設置場所や構成によって、圧縮空気の脈動低減、急激な圧力上昇の抑制、消音等の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機の各圧縮機構部を断面で示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機のヨークとクロススライダー部の平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機の第１段圧縮機構部の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機の空気吸入路に設けたフィルタ部の一部断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機に第１、第２フィルタを設けた平面図である。
【図７】本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機の空気吸入路に設けた水分吸着フィルタの断面図である。
【符号の説明】
１００………多段高圧圧縮機
１０１………第１段圧縮機構部
１０２………第２段圧縮機構部
１０３………第３段圧縮機構部
１０４………第４段圧縮機構部
１２０………フィルタ
１２１………膜式フィルタ
１２２………フィルタ
１２３………フィルタ
１２４………水分吸着剤
１２５………加熱要素
１２６………水分吸着フィルタ
【図１】
0003869592.tif 000002
【図２】
0003869592.tif 000003
【図３】
0003869592.tif 000004
【図４】
0003869592.tif 000005
【図５】
0003869592.tif 000006
【図６】
0003869592.tif 000007
【図７】
0003869592.tif 000008