JP2004300935A - 多段圧縮装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の往復圧縮部を備えて気体を多段階で圧縮する多段圧縮装置において、第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部101〜104における吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )がそれぞれ特定の範囲になるようにした多段圧縮装置100により課題を解決できる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は天然ガス、窒素ガスなどの不活性ガスの所要の気体を多段階で高圧に圧縮する多段圧縮装置に関するものであり、さらに詳しくは体積効率を向上できるようにした多段圧縮装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の多段圧縮装置としては、圧縮段数の増加に従って往復圧縮部、すなわち、シリンダとピストンとによる圧縮部を高圧側になるほどシリンダとピストンの直径を細くするとともに、L型・V型・W型・半星型・星型・対向釣り合い型などに配置して、各圧縮部を所要の位相にずらせた行程で動作するように、クランク軸に連結して連動することにより多段階の圧縮動作を行う機構を電動機などの駆動源により運転する構成が開示されている(非特許文献1)。
【0003】
また、従来、4つの往復圧縮部を直交する軸上で往復連動するように配置し、第1段目往復圧縮部から順次に高圧化して最終の第4段目往復圧縮部で最終の高圧に圧縮する多段圧縮装置が周知である(例えば、特許文献1など)。
【0004】
【非特許文献1】
日本機械学会昭和45年9月15日「機械工学便覧」第10編第30図〜第32図
【特許文献1】
米国特許第5,033,940号明細書
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記多段圧縮装置において、従来は駆動モータを一定回転数にて運転していたのでピストン押し退け量(Vs )が一定値を示していたが、省エネルギなどのためにインバータにて駆動モータの回転数を変化させることが行われるようになると、インバータにて駆動モータの回転数が変化し、それによりピストン押し退け量(Vs )が変化する。そのためピストン押し退け量(Vs )が変化しても、体積効率[但し体積効率=(実際の吸入量)/(理論吸入量)]を向上できる多段圧縮装置が求められるようになった。
【0006】
本発明の目的は、天然ガス、窒素ガスなどの不活性ガスの所要の気体を多段階で高圧に圧縮する多段圧縮装置であって、簡単な構成により、インバータにて駆動モータの回転数が変化し、それによりピストン押し退け量(Vs )が変化しても、容易に体積効率を向上できる多段圧縮装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の請求項1記載の多段圧縮装置は、複数の往復圧縮部を備えて気体を多段階で圧縮する多段圧縮装置において、第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部の各圧縮部における下記式で表される吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )がそれぞれ下記の範囲にあることを特徴とする。
λs (sec/cm):
【0008】
第1段目往復圧縮部;0.4〜7×10−3
第2段目往復圧縮部;1.2〜12×10−3
第3段目往復圧縮部;3〜14×10−3
第4段目往復圧縮部;2〜30×10−3
λd (sec/cm):
第1段目往復圧縮部;0.6〜4×10−3
第2段目往復圧縮部;0.3〜4×10−3
第3段目往復圧縮部;1〜19×10−3
第4段目往復圧縮部;2〜30×10−3
【0009】
式:
λs =Aps/Vs
λd =Apd/Vs
Vs =r2 ×π×L×R(cm3 /sec)
Aps:吸入バルブの総ポート面積(cm2 )
Apd:吐出バルブの総ポート面積(cm2 )
Vs :ピストン押し退け量(cm3 /sec)
r:シリンダ内径(cm)
L:ピストンストローク(cm)
R:駆動モータ回転数(r.p.m)
【0010】
第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部における吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )をそれぞれ上記の範囲になるようにするという、簡単な構成により、天然ガス、窒素ガスなどの不活性ガスの所要の気体を多段階で高圧に圧縮する際、インバータにて駆動モータの回転数が変化し、それによりピストン押し退け量(Vs )が変化しても、容易に体積効率を向上できる。
【0011】
本発明の請求項2記載の多段圧縮装置は、請求項1記載の多段圧縮装置において、駆動モータ回転数Rが600〜2400(r.p.m)の範囲にあることを特徴とする。
【0012】
駆動モータ回転数Rが前記の範囲にあると装置自体の振動が少なく、かつ信頼性が高い。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図2に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の多段圧縮装置の一実施形態の要部を示す説明図であり、図2は、図1に示した本発明の多段圧縮装置の第1段目往復圧縮部の断面構造を示す説明図である。
図1に示したように、本発明の多段圧縮装置100は、4つの往復圧縮部101・102・103・104を直交する軸105・106上で往復連動するように配置し、往復圧縮部101から順次に高圧化して往復圧縮部104を最終段の高圧圧縮部としている。
【0014】
上記多段圧縮装置100においては、1対の対向するピストン51・53はヨーク1Aに連結し、ヨーク1A内で軸106を横切るように移動可能に設けるクロススライダー2Aはクランクピン4を介してクランクシャフト3に連結している。また、他の1対の対向するピストン52・54はヨーク1Aと向きを90度ずらして配設したヨーク1Bに連結し、ヨーク1B内で軸105を横切るように移動可能に設ける図示しないクロススライダーもクランクピン4を介してクランクシャフト3に連結している。
【0015】
そして、図示しない電動駆動モータによって、クランクシャフト3を回転させてクランクピン4をクランクシャフト3の回りに回転させると、ヨーク1Aにおいては軸105の方向のクランクピン4の変位にはクロススライダー2Aが移動して対応し、軸106の方向にはヨーク1Aが移動することで対応するので、一対のピストン51・53は軸106の方向にのみ往復運動する。
【0016】
一方、ヨーク1Bにおいては軸106の方向には図示しないクロススライダーが移動して対応し、軸105の方向にはヨーク1Bが移動することで対応するので、一対のピストン52・54は軸105の方向にのみ往復運動する。
【0017】
図2は、多段圧縮装置100の第1段目往復圧縮部101の断面構造を示す説明図である。第1段目往復圧縮部101のピストン51が後退し、吐出バルブc、dが閉じ、吸入バルブa、bが開いてシリンダ55内の圧縮室56に吸入バルブa、bを経て矢印で示した方向から吸入した気体は、ピストン51が前進すると吸入バルブa、bが閉じて圧縮室56内で圧縮され所定の圧力に達すると吐出バルブc、dが開いて、圧縮室56から吐出バルブc、dを経て図に矢印で示した方向へ吐出され、図示しない第2段目往復圧縮部102へ送られるようになっている。57はピストン51とヨーク1Aを連結するコンロッド(コネクテイングロッド)である。58はバルブスプリングである。
【0018】
Aps(cm2 )は、図2に示した吸入バルブa、b、・・・のポートa1、b1、・・・の断面積の総和(吸入バルブの総ポート面積)であり、Aps=(吸入バルブaのポートa1の断面積)(cm2 )+(吸入バルブbのポートb1の断面積)(cm2 )+・・・で表される。すなわち各吸入バルブのポート面積と吸入バルブの総数との積で表される。
【0019】
Apd(cm2 )は、図2に示した吐出バルブc、d、・・・のポートc2、d2、・・・の断面積の総和(吐出バルブの総ポート面積)であり、Apd=(吐出バルブcのポートc2の断面積)(cm2 )+(吐出バルブdのポートd2の断面積)(cm2 )+・・・で表される。すなわち各吐出バルブのポート面積と吐出バルブの総数との積で表される。
【0020】
Vs [ピストン押し退け量(cm3 /sec)]は、[r2 ×π×L×R]で計算されるものであり、rはシリンダ内径(cm)、Lはピストンストローク(cm)、Rは駆動モータ回転数(r.p.m)をそれぞれ示す。
【0021】
Aps、Apd、Vs を上記のように計算すると、次に、吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )を、式λs =Aps/Vs およびλd=Apd/Vs により算出できる。
【0022】
本発明においては、このようにして算出されるλs (sec/cm)およびλd (sec/cm)が第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部の各圧縮部においてそれぞれ上記の特定の範囲にあることが必要である。
この範囲の下限値より低い値であるとガス通路の抵抗が大きくなり圧力損失が増加するので好ましくない。
この範囲の上限値より高い値であるとトップクリアランス容積が大きくなり、再膨張損失が増加するので好ましくない。
【0023】
本発明において駆動モータ回転数Rは特に限定されるものではない。しかし、駆動モータ回転数Rが600〜2400(r.p.m)の範囲にあることが好ましく、さらに1500〜1800(r.p.m)の範囲にあることがより好ましい。駆動モータ回転数Rが600未満では装置自体の振動が多くなり、駆動モータ回転数Rが2400を超えると信頼性が低下する。
【0024】
本発明の多段圧縮装置は、潤滑油を用いない無潤滑式多段圧縮装置でも潤滑油を用いる潤滑式多段圧縮装置でもいずれでもよいが、オイルを含まない高純度気体を要求される例えばマイクロガスタービンへ燃料ガスを供給する用途などには潤滑油を用いない無潤滑式多段圧縮装置が前記作用効果がよく発揮されるので好ましい。
【0025】
上記例では、往復圧縮部101から順次に高圧化して往復圧縮部104を最終段の高圧圧縮部とした例を挙げて本発明を説明したが、本発明の多段圧縮装置100は順次に高圧化する例に限定されるものではなく、他の例として例えば、往復圧縮部101で圧縮した気体を往復圧縮部102へ送り、往復圧縮部102でさらに圧縮した気体を往復圧縮部104へ送り、一方、往復圧縮部103で圧縮した気体を往復圧縮部104へ送り、往復圧縮部104を最終段の高圧圧縮部とする例を挙げることができる。
このような例においてもλs (sec/cm)およびλd (sec/cm)が第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部においてそれぞれ上記の特定の範囲にあることが必要であり、それにより本発明の作用効果が得られる。
【0026】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
例えば、第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部のいずれか1つあるいは2つ以上に二重圧縮構造を設けた多段階圧縮装置であってもよい。
また、複数の往復圧縮部を上記のL型・V型・W型・半星型・星型・対向釣り合い型などに配置した構成、または、3つまたは5つ以上の往復圧縮部を星型に配置した構成の多段階圧縮装置であってもよい。
【0027】
【発明の効果】
本発明の請求項1記載の多段圧縮装置は、複数の往復圧縮部を備えて気体を多段階で圧縮する多段圧縮装置において、第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部の各圧縮部における下記式で表される吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )がそれぞれ下記の範囲にあることを特徴とするものであり、第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部の各圧縮部における吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )をそれぞれ上記の範囲になるようにするという簡単な構成により、天然ガス、窒素ガスなどの不活性ガスの所要の気体を多段階で高圧に圧縮する際、インバータにて駆動モータの回転数が変化し、それによりピストン押し退け量(Vs )が変化しても、容易に体積効率を向上できるという顕著な効果を奏する。
【0028】
本発明の請求項2記載の多段圧縮装置は、請求項1記載の多段圧縮装置において、駆動モータ回転数Rが600〜2400(r.p.m)の範囲にあることを特徴とするものであり、駆動モータ回転数Rが前記の範囲にあると装置自体の振動が少なく、かつ信頼性が高いというさらなる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多段圧縮装置の一実施形態の要部を示す説明図である。
【図2】図1に示した本発明の多段圧縮装置の第1段目往復圧縮部の断面構造を示す説明図である。
【符号の説明】
1A・1B ヨーク
3 クランクピン
4 クランクシャフト
51・52・53・54 ピストン
55 シリンダ
56 圧縮室
57 コンロッド
100 多段圧縮装置
101 第1段目往復圧縮部
102 第2段目往復圧縮部
103 第3段目往復圧縮部
104 第4段目往復圧縮部
a、b 吸入バルブ
c、d 吐出バルブ
a1、b1 吸入バルブのポート
c2、d2 吐出バルブのポート
Aps 吸入バルブの総ポート面積
Apd 吐出バルブの総ポート面積
Vs ピストン押し退け量
r シリンダ内径
L ピストンストローク
R 駆動モータ回転数
Claims (2)
- 複数の往復圧縮部を備えて気体を多段階で圧縮する多段圧縮装置において、第1段目往復圧縮部〜第4段目往復圧縮部の各圧縮部における下記式で表される吸入部のガス通過時間(λs )および吐出部のガス通過時間(λd )がそれぞれ下記の範囲にあることを特徴とする多段圧縮装置。
λs (sec/cm):
第1段目往復圧縮部;0.4〜7×10−3
第2段目往復圧縮部;1.2〜12×10−3
第3段目往復圧縮部;3〜14×10−3
第4段目往復圧縮部;2〜30×10−3
λd (sec/cm):
第1段目往復圧縮部;0.6〜4×10−3
第2段目往復圧縮部;0.3〜4×10−3
第3段目往復圧縮部;1〜19×10−3
第4段目往復圧縮部;2〜30×10−3
式:
λs =Aps/Vs
λd =Apd/Vs
Vs =r2 ×π×L×R(cm3 /sec)
Aps:吸入バルブの総ポート面積(cm2 )
Apd:吐出バルブの総ポート面積(cm2 )
Vs :ピストン押し退け量(cm3 /sec)
r:シリンダ内径(cm)
L:ピストンストローク(cm)
R:駆動モータ回転数(r.p.m) - 駆動モータ回転数Rが600〜2400(r.p.m)の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の多段圧縮装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003091502A JP2004300935A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 多段圧縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003091502A JP2004300935A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 多段圧縮装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004300935A true JP2004300935A (ja) | 2004-10-28 |
Family
ID=33404860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003091502A Pending JP2004300935A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 多段圧縮装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004300935A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0281965A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Hitachi Ltd | 冷媒圧縮機及びその製造方法 |
JP2000192877A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 多段圧縮装置 |
JP2001342963A (ja) * | 2000-03-27 | 2001-12-14 | Seiko Epson Corp | ポンプ、ポンプ用逆止弁及びポンプ制御方法 |
-
2003
- 2003-03-28 JP JP2003091502A patent/JP2004300935A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0281965A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Hitachi Ltd | 冷媒圧縮機及びその製造方法 |
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