CN104421135A - 压缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明的压缩装置包括：压缩机，具有对气体进行压缩的缸；气体冷却器，将在缸内压缩的气体冷却；流通路径，将在缸内压缩的气体引导至气体冷却器内。气体冷却器与缸扩散接合。为了实现压缩装置的小型化，所述流通路径贯通气体冷却器和缸互相对置的部位。所述部位的至少周围被扩散接合。

Description

压缩装置

技术领域

本发明涉及对气体进行压缩的压缩装置。

背景技术

近年来，提出了向燃料电池车供给氢气的加氢站。在加氢站中，为了向燃料电池车高效地填充氢气,使用在压缩了氢气的状态下进行供给的压缩装置。压缩装置包括：对氢气进行压缩的压缩机；对通过被压缩机压缩而升温的氢气进行冷却的气体冷却器。作为气体冷却器，例如提出了利用日本特开2000-283668号所示的板式热交换器。

板式热交换器由层叠有多个板的层叠体构成，在层叠的板间分别形成使流体流通的流路。而且，在热交换器内，在板的层叠方向在邻近的流路分别流过的流体彼此进行热交换。

发明内容

本发明欲解决的问题

然而，在上述的压缩装置中，需要将压缩机与气体冷却器连接的多个配管，需要确保大的设置空间。

本发明是为解决上述问题而完成的，其目的在于实现压缩装置的小型化。

用于解决问题的方案

为达到上述目的，本发明所涉及的压缩装置包括：压缩机，具有对气体进行压缩的缸；热交换器，将在所述缸内压缩的气体冷却；流通路径，将在所述缸内压缩的气体引导至所述热交换器内，所述热交换器与所述缸固相接合，所述流通路径贯通所述热交换器与所述缸互相对置的部位，所述部位被所述热交换器和所述缸固相接合的面包围。

在本发明中，热交换器与缸固相接合。而且，所述流通路径贯通所述热交换器与所述缸互相对置的部位，所述部位被所述热交换器与所述缸固相接合的面包围。因此，能够省略将缸与热交换器连接的配管的设置空间，能够实现压缩装置的小型化。另外，由于能够省略配管，因此也有助于削减器件数量。而且，由于热交换器与缸利用固相接合而紧贴，因此在从压缩机排放的高压气体流过流通路径时，能够降低气体泄漏的可能性。

此处，所述固相接合可以是扩散接合。在该形态中，能够更可靠地降低从压缩机排放的高压气体的泄漏。

所述流通路径可以贯通所述热交换器与所述缸固相接合的平坦面。在该形态中，与热交换器对置的缸的一面、与缸对置的热交换器的一面其整体互相接触。而且，这些互相对置的面固相接合。因此，能够在固相接合时对接合面均等施加压力。所以，能够更可靠地降低气体泄漏的可能性。

所述热交换器由多个板层叠而构成，使得对气体进行冷却的冷却流体流过的冷却流路、气体流过的气体流路交替形成。在该情况下，也可以是配置在所述多个板中最靠所述缸侧一端的板与所述缸固相接合。在该形态中，能够利用冷却流体获得气体的良好的冷却效率。另外，可以容易将热交换器安装在压缩机上。

在该形态中，也可以是邻近的板彼此固相接合。在该形态中，由于邻近的板彼此固相接合，因此，能够降低来自板间的气体或者冷却流体泄漏的可能性。

根据本发明，能够实现压缩装置的小型化。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的压缩装置(取下了回收头部的状态)的构成的概要图。

图2是在图1中的箭头II-II的位置将所述压缩装置切断的剖视图。

图3是在图1中的箭头III-III的位置将所述压缩装置切断的剖视图。

图4是构成设在所述压缩装置的气体冷却器的氢气用板的俯视图。

图5是构成所述气体冷却器的冷却水用板的俯视图。

图6是本发明的另一实施方式的图1相当图。

图7是本发明的另一实施方式的图2相当图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

本发明的实施方式所涉及的压缩装置是例如向燃料电池车供给氢的加氢站所使用的压缩装置。

本实施方式所涉及的压缩装置如图1-图3所示，包括：对氢气进行压缩的压缩机2；对由压缩机2压缩后的氢气进行冷却的气体冷却器4。气体冷却器4是微通道热交换器。

压缩机2是往复运动压缩机，具有：具有缸5和活塞7的压缩部16；用于驱动活塞7的驱动机构。驱动机构具有曲柄箱6、曲轴8、未图示的驱动部、十字头导槽10、十字头12、连结杆14。

在曲柄箱6内，曲轴8绕水平轴自由旋转而设。未图示的驱动部与曲轴8连接，将动力传递至曲轴8并使曲轴8旋转。

十字头导槽10是与曲柄箱6连接的筒状部件。在十字头导槽10内，十字头12能沿十字头导槽10的轴向往复运动地容纳于其中。连结杆14将曲轴8与十字头12连结，将曲轴8的旋转运动转换为直线的往复运动并传递给十字头12。

压缩部16由多级式的压缩机构构成，具有：进行氢气的第一级压缩的第1压缩部61；进行氢气的第二级压缩的第2压缩部62。缸5包括：第1压缩部61所包含的第1缸部63；第2压缩部62所包含的第2缸部66。活塞7包括：第1压缩部61所包含的第1活塞64；第2压缩部62所包含的第2活塞67。

第1缸部63形成为筒状。第1缸部63的一端部与十字头导槽10的轴向端部结合。

第1缸部63的内部空间作为第1缸室63a发挥功能。在第1缸室63a，能往复运动地容纳有第1活塞64。第1活塞64利用活塞杆24与十字头12连结。所以，第1活塞64与十字头12一体运动。

第2缸部66与第1缸部63一体形成。在第2缸部66形成有与第1缸室63a连通、沿第2缸部66的轴向延伸的有底的孔部。孔部的轴向端部被第2缸部66的端部壁66c封闭。孔部作为第2缸室66a发挥功能。第2缸室66a容纳第2活塞67，使其能往复运动。

第1缸室63a和第2缸室66a都是截面圆形的空间，第2缸室66a比第1缸室63a直径小，与第1缸室63a同轴状地形成。第1缸室63a中，第1活塞64与活塞杆24侧的隔壁25之间的空间作为对氢气进行压缩的第1压缩室63b发挥功能。

第2活塞67与第1活塞64的连结有活塞杆24的端部的相反侧的端部相连，从第1活塞64向活塞杆24相反侧延伸。第1活塞64和第2活塞67都形成为圆柱状，第2活塞67比第1活塞64直径小。

在第2缸室66a，第2活塞67与第2缸部66的端部壁66c之间的空间作为第2压缩室66b发挥功能，该第2压缩室66b进一步压缩在第1压缩室63b被压缩的氢气。即，在压缩部16的压缩室16a包含第1压缩室63b和第2压缩室66b。

图2是在图1中的箭头II-II的位置将所述压缩装置切断的剖视图。第1缸部63包括第1吸入阀室69a、第1吸入侧连通路径70a、第1吸入路径71、第1排放阀室69b、第1排放侧连通路径70b、第1排放路径72。

第1吸入阀室69a和第1排放阀室69b位于第1压缩室63b的两侧。第1吸入阀室69a和第1排放阀室69b分别在水平面内沿与第1和第2活塞64、67的移动方向垂直的方向延伸。

在第1吸入阀室69a容纳有第1吸入阀74a，被第1吸入阀固定凸缘75a固定。第1吸入侧连通路径70a是使第1压缩室63b与第1吸入阀室69a连通的通路。在第1排放阀室69b容纳有第1排放阀74b，被第1排放阀固定凸缘75b固定。第1排放侧连通路径70b是使第1压缩室63b与第1排放阀室69b连通的通路。

第1吸入路径71配置在第1吸入阀室69a的上侧，从第1缸部63的上表面向下方延伸并与第1吸入阀室69a相连。在第1吸入路径71的上端连接有供给配管76，该供给配管76供给来自未图示的供给源的氢气。

第1排放路径72从第1排放阀室69b向第1缸部63的下表面延伸。第1排放路径72具有在第1缸部63的下表面开口的第1排放路径开口72a。

图3是在图1中的箭头III-III的位置将压缩装置切断的剖视图。第2缸部66的下表面和第1缸部63的下表面在同一面形成为平面状。即，在压缩机2中，与气体冷却器4对置的部位由平坦的面形成。

第2缸部66包括第2吸入阀室78a、第2吸入侧连通路径79a、第2吸入路径8O、第2排放阀室78b、第2排放侧连通路径79b、第2排放路径81。

第2吸入阀室78a和第2排放阀室78b位于第2压缩室66b的两侧。第2吸入阀室78a和第2排放阀室78b分别在水平面内沿与移动方向垂直的方向延伸。在第2吸入阀室78a容纳有第2吸入阀83a，被第2吸入阀固定凸缘84a固定。第2吸入侧连通路径79a是使第2压缩室66b与第2吸入阀室78a连通的通路。在第2排放阀室78b容纳有第2排放阀83b，被第2排放阀固定凸缘84b固定。第2排放侧连通路径79b是使第2压缩室66b与第2排放阀室78b连通的通路。

第2吸入路径80配置在第2吸入阀室78a的下侧，从第2缸部66的下表面向上方延伸并与第2吸入阀室78a相连。第2吸入路径80具有在第2缸部66的下表面开口的第2吸入路径开口80a。

第2排放路径81配置在第2排放阀室78b的上侧，从第2缸部66的上表面向下方延伸。在第2排放路径81的上端连接有连通配管85。

气体冷却器4是用于以作为冷却用流体的水，将被压缩机2压缩的氢气进行冷却的热交换器，具有主体部38、供给头部42(参照图3)、回收头部44(参照图3)。

主体部38是在一对端部板50、50间层叠有气体用板46和水用板48的层叠体。此外，在本实施方式中，在主体部38的中间位置装入隔板88，主体部38被该隔板88分为2个部位。

具体而言，主体部38具有：用于冷却第一级压缩后的氢气的热交换器即第1冷却部86；用于冷却第二级压缩后的氢气的热交换器即第2冷却部87。而且，在主体部38内，第1冷却部86与第2冷却部87被隔板88隔开。

第1冷却部86相对于隔板88配置在压缩机2侧，第2冷却部87相对于隔板88配置在压缩机2的相反侧。

第1冷却部86和第2冷却部87分别包括多个气体用板46、多个水用板48。而且，气体用板46与水用板48被交替配置。

如图4所示，气体用板46是由不锈钢形成的矩形的平板。气体用板46包括流入路径用贯通孔46d、排出路径用贯通孔46e。另外，在气体用板46的一个面形成有多个气路用槽部46a、分配部用槽部46b、回收部用槽部46c。分配部用槽部46b与流入路径用贯通孔46d相连，回收部用槽部46c与排出路径用贯通孔46e相连。若气体用板46与水用板48互相层叠，则由气路用槽部46a和水用板48形成气体流路54。

如图5所示，水用板48与气体用板46同样，是由不锈钢形成的矩形的平板。水用板48包括流入路径用贯通孔48b、排出路径用贯通孔48c。在水用板48的一个板面形成有多个水路用槽部48a。若水用板48与气体用板46互相层叠，则由水路用槽部48a和气体用板46形成冷却水流路57。

端部板50是由不锈钢形成的矩形的平板。第1冷却部86侧的端部板50与压缩机2的缸5(第1缸部63和第2缸部66)的下表面扩散接合，紧贴该下表面。即，在使缸5与端部板50互相紧贴的状态下，在这些母材的熔点以下的温度条件下，以尽可能不产生塑性变形的程度加压，利用在接合面间产生的原子的扩散来接合。端部板50的上表面为平坦的面，构成与压缩机2的缸5对置的部位。

在端部板50形成有流入路径用贯通孔50b和排出路径用贯通孔50d(参照图2、3)。从压缩机2排放并导入至气体冷却器4的氢气通过流入路径用贯通孔50b。从气体冷却器4排出的氢气通过排出路径用贯通孔50d。

在第1冷却部86与第2冷却部87中，配置为使得气体用板46的朝向相反，另外，对于端部板50a和水用板48，也配置为使得朝向相反。即，气体用板46的分配部用槽部46b与回收部用槽部46c的位置关系在第1冷却部86与第2冷却部87中互相为反向，另外，流入路径用贯通孔46d与排出路径用贯通孔46e的位置关系在第1冷却部86与第2冷却部87中也互相为反向。关于端部板50a和水用板48，流入路径用贯通孔48b、50b与排出路径用贯通孔48c、50d的位置关系在第1冷却部86与第2冷却部87中互相为反向。

气体用板46、水用板48、端部板50和隔板88中互相邻近的板利用扩散接合而互相接合。

在第1冷却部86中，各板的流入路径用贯通孔46d、48b、50b连通，从而形成在板的层叠方向延伸的第1气体流入路径52a。第1气体流入路径52a的流入侧的开口52c与第1排放路径72的第1排放路径开口72a连通。因此，在第1气体流入路径52a流入被第1压缩部61压缩并流过第1排放侧连通路径70b和第1排放路径72的氢气，流过第1气体流入路径52a的氢气被导入第1冷却部86内的气体流路54。所以，能够不经由配管地使氢气从压缩机2向气体冷却器4流入。

另外，在第1冷却部86中，排出路径用贯通孔46e、48c、50d连通，从而形成在板的层叠方向延伸的第1气体排出路径53a。第1气体排出路径53a的排出侧的开口53c与第2吸入路径80的第2吸入路径开口80a连通。因此，在第1冷却部86内被冷却水冷却的氢气通过第1气体排出路径53a的开口53c，该氢气向第2压缩部62排出。

在第2冷却部87中，各板的流入路径用贯通孔46d、48b、50b连通，从而形成在板的层叠方向延伸的第2气体流入路径52b。第2气体流入路径52b将被第2压缩部62压缩并通过连通配管85而导入第2冷却部87内的氢气引导至第2冷却部87内的气体流路54。

另外，在第2冷却部87中，排出路径用贯通孔46e、48c、50d连通，形成在板的层叠方向延伸的第2气体排出路径53b。第2气体排出路径53b将在第2冷却部87内被冷却水冷却的氢气向排出配管89排出。

如图3所示，在主体部38的左右的侧面中的一个侧面，安装有连接有冷却水供给配管58的供给头部42，在另一个侧面安装有连接有冷却水回收配管59的回收头部44。在气体冷却器4中，冷却水从冷却水供给配管58经由供给头部42、冷却水流路57(参照图5)和回收头部44流向冷却水回收配管59。

在驱动压缩装置时，氢气经由第1吸入阀74a(参照图2)从第1吸入路径71向第1压缩室63b吸入。在第1压缩室63b中，氢气被第1活塞64压缩，通过第1排放侧连通路径70b和第1排放路径72从第1缸部63排放。该氢气通过第1排放路径开口72a流入气体冷却器4的第1冷却部86内。即，第1排放侧连通路径70b和第1排放路径72作为流通路径77发挥功能，该流通路径77将在缸5内被压缩的氢气引导至热交换器内。

在第1冷却部86中，氢气从第1气体流入路径52a流向气体流路54(图4)，通过与流过冷却水流路57(图5)的冷却水的热交换而被冷却。被冷却的氢气经由第1气体排出路径53a从第1冷却部86向第2压缩室66b排出。在第2压缩室66b中，利用第2活塞67进一步对氢气进行压缩。

在第2压缩室66b中被压缩的氢气通过第2排放路径81向连通配管85排放。向连通配管85排放的氢气流入第2冷却部87的第2气体流入路径52b。在氢气被第2冷却部87冷却后，流向第2气体排出路径53b，向排出配管89排出。

在本实施方式所涉及的压缩装置中，由于气体冷却器4直接固定在压缩机2，因此能够省略压缩机2与气体冷却器4之间的配管。其结果是，不需要配管的设置空间，能够将压缩装置小型化。另外，由于能够减少配管的数量，因此也有助于削减器件数量。而且，由于气体冷却器4与缸5利用扩散接合而紧贴，因此即使不设有氢气封闭用的密封部件，在从压缩机2排放的高压气体流过流通路径时，也能够降低气体泄漏的可能性。

另外，在本实施方式中，与气体冷却器4(或者第1冷却部86)对置的缸5的一面、与缸5对置的气体冷却器4(或者第1冷却部86)的一面其整体互相接触。而且，这些互相对置的面被扩散接合。因此，能够在扩散接合时在接合面均等施加压力。所以，能够更可靠地降低气体泄漏的可能性。

另外，在本实施方式中，由于气体冷却器4的构成是层叠有多个板46、48，能够利用冷却获得氢气的良好的冷却效率。另外，能够容易将气体冷却器4安装在压缩机2。

另外，在本实施方式中，由于在气体冷却器4中邻近的板46、48彼此被扩散接合，因此，能够降低来自板46、48间的氢气或者冷却水泄漏的可能性。

另外，本次公开的实施方式应被认为所有的点都只是例举，而非限制。本发明的范围不由上述的实施方式的说明、而由权利要求书所示，进一步包含在与权利要求书均等的意义及范围内的所有的变更。

例如，作为气体冷却器4，也可以使用板翅式热交换器等其他各种板式热交换器。板翅热交换器的槽形的加工方法和层叠的层彼此的接合方法与微通道热交换器不同，但功能上与微通道热交换器具有同样的构造。另外，作为热交换器也可以使用管式热交换器。

在上述实施方式中，构成是压缩机2包括由多个压缩部61、62构成的压缩部16，但不限于此。例如如图6所示，构成可以是压缩机2具有一级压缩式的压缩部16、或者也可以具有3级以上的压缩部(未图示)。在具有1个压缩部16的压缩装置中，如图6所示，缸5内被活塞7隔开为2个空间，活塞杆24的相反侧的空间作为压缩室16a发挥功能。在缸5设有与压缩室16a连通的排放路径18，该排放路径18的开口18a在缸5的下表面形成。排放路径18与气体冷却器4的气体流路54连通。由于气体冷却器4不是被第1冷却部86和第2冷却部87分割的构成，因此不设有隔板88。因此，从排放路径18导入气体流路54的氢气在气体流路54中被冷却水冷却，之后从气体冷却器4的排出配管89排出。

另外，也可以适用于在活塞7的移动方向为上下方向地十字头导槽10与缸5在上下方向结合，将气体冷却器4安装在缸5的侧面的压缩装置。

气体流路54可以在气体用板46的板面上形成为蜿蜒的形状，冷却水流路57也可以在水用板48的板面上形成为蜿蜒的形状。根据该构成，能够使气体流路54和冷却水流路57的表面积增大，能够更有效冷却氢气。上述实施方式的压缩装置除了氢气以外可以利用于氦气、天然气等比空气轻的气体，也可以利用于二氧化碳等气体的压缩。

另外，在上述实施方式中，构成是气体冷却器4的上表面和压缩机2的缸5的下表面分别形成为平坦面，遍及该整个面固相接合。然而不限于此。例如，如图7所示，构成也可以是在缸5的下表面的一部分存在不平坦的部位，在该凹陷部位5a，缸5的下表面不与气体冷却器4的上表面紧贴。即，构成也可以是在缸5中排放路径72开口的部位、与在气体冷却器4中气体流入路径52a开口的部位不被扩散接合。但是，在该情况下，在缸5的下表面也需要第1排放路径72的开口72a的周围与气体冷却器4扩散接合。

在上述实施方式中，构成是气体冷却器4与缸5被扩散接合，但不限于此。气体冷却器4与缸5的接合也可以利用爆发压接等其他固相接合。

Claims (5)

1.一种压缩装置，其特征在于，包括：

压缩机，具有对气体进行压缩的缸；

热交换器，将在所述缸内压缩的气体冷却；

流通路径，将在所述缸内压缩的气体引导至所述热交换器内，

其中，所述热交换器与所述缸固相接合，

所述流通路径贯通所述热交换器与所述缸互相对置的部位，

所述部位被所述热交换器和所述缸固相接合的面所包围。

2.如权利要求1所述的压缩装置，其特征在于，所述固相接合是扩散接合。

3.如权利要求1所述的压缩装置，其特征在于，所述流通路径贯通所述热交换器与所述缸固相接合的平坦面。

4.如权利要求1所述的压缩装置，其特征在于，所述热交换器由多个板层叠而构成，使得冷却气体的冷却流体流过的冷却流路、气体流过的气体流路交替形成，

配置在所述多个板中最靠所述缸侧一端的板与所述缸固相接合。

5.如权利要求4所述的压缩装置，其特征在于，邻近的板彼此固相接合。