JP2005315139A - Compression device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超高圧に作動ガスを圧縮して供給する圧縮装置に係わり、特に燃料電池車に用いる水素ガスを圧縮するのに好適な圧縮装置に関する。 The present invention relates to a compression device that compresses and supplies a working gas to an ultrahigh pressure, and more particularly to a compression device suitable for compressing hydrogen gas used in a fuel cell vehicle.
従来の圧縮装置としては、特開2004−116329号公報(特許文献1)に示されたものがある。この圧縮装置は、水素ガスを圧縮する低圧段圧縮部及び高圧段圧縮部を有した2段の往復圧縮機と、高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えて構成されている。 A conventional compression apparatus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-116329 (Patent Document 1). This compression apparatus includes a two-stage reciprocating compressor having a low-pressure stage compression part and a high-pressure stage compression part for compressing hydrogen gas, and a high-pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high-pressure stage compression part. It is configured.
この往復圧縮機は、低圧段シリンダ及び高圧段シリンダを有し、それぞれのプランジャーが一つのクランク機構の両側に位置して同一軸心上に有り、モータの回転エネルギーを一つのクランク機構を介して往復運動エネルギーに変え、水素ガスを圧縮するようになっている。そして、モータに接続されたクランクシャフトがクランクケース内に収納され、コネクティングロッドの一端がクランクシャフトに取付けられ、コネクティングロッドの他端がクロスピンを介して枠型クロスヘッドに連結されている。クロスピンはコネクティングロッドとも枠型クロスヘッドとも回動可能になっている。枠型クロスヘッドは下面に摺動可能なシュー部を持ち、クランクケースの受け面との間で摺動可能になっている。クランクシャフトが回転運動すると、コネクティングロッドは揺動運動し、クロスヘッドは上記シュー部のガイド効果によって往復運動を行う。さらに、枠型クロスヘッドの両端にはロッドがそれぞれ取付けられ、そのロッドの先端にはプランジャーが接続されている。これらのプランジャーがシリンダ内を往復動することにより水素ガスを圧縮する。 This reciprocating compressor has a low-pressure stage cylinder and a high-pressure stage cylinder, and each plunger is located on both sides of one crank mechanism on the same axis, and the rotational energy of the motor is transmitted through one crank mechanism. It converts to reciprocating kinetic energy and compresses hydrogen gas. A crankshaft connected to the motor is housed in the crankcase, one end of the connecting rod is attached to the crankshaft, and the other end of the connecting rod is connected to the frame-type crosshead via a cross pin. The cross pin is rotatable with both the connecting rod and the frame type cross head. The frame-type cross head has a slidable shoe portion on the lower surface, and is slidable between the receiving surface of the crankcase. When the crankshaft rotates, the connecting rod swings and the crosshead reciprocates due to the guide effect of the shoe portion. Furthermore, rods are attached to both ends of the frame-type cross head, and plungers are connected to the tips of the rods. These plungers reciprocate in the cylinder to compress the hydrogen gas.
圧縮装置の取扱いガスである水素ガスは、外部の供給源から圧縮装置に供給され、まず、低圧段圧縮部で圧縮された後、高圧段圧縮部で圧縮され、次いで、フィルタユニットで水素ガス中に含まれる油が除去されて外部に取り出される。 Hydrogen gas, which is a handling gas of the compression device, is supplied to the compression device from an external source, first compressed by the low pressure stage compression unit, then compressed by the high pressure stage compression unit, and then in the hydrogen gas by the filter unit. The oil contained in is removed and taken out to the outside.
プランジャーの外周部にはロッドパッキンシールが形成されており、このロッドパッキンシールは高圧側パッキン群と低圧側パッキン群とその間に設けられた中間リングとを備えている。そして、ロッドパッキンシールを構成する高圧側パッキン群及び低圧側パッキン群の両方に潤滑油が注入されると共に、圧縮された水素ガスの漏れガスを中間リング部から低圧段圧縮部の吸込ラインに戻して再循環するようになっている。 A rod packing seal is formed on the outer peripheral portion of the plunger. The rod packing seal includes a high pressure side packing group, a low pressure side packing group, and an intermediate ring provided therebetween. Then, lubricating oil is injected into both the high-pressure side packing group and the low-pressure side packing group constituting the rod packing seal, and the compressed hydrogen gas leakage gas is returned from the intermediate ring part to the suction line of the low-pressure stage compression part. And recirculate.
水素燃料電池車に充填される高圧水素ガスに対して、燃料電池性能の面から炭化水素や硫黄などの不純物はできるだけ少ないことが要求されている。 From the aspect of fuel cell performance, impurities such as hydrocarbons and sulfur are required to be as small as possible with respect to the high-pressure hydrogen gas filled in the hydrogen fuel cell vehicle.
特許文献1の圧縮装置では、ロッドパッキンシール全体に注油するため、ロッドパッキンシールから低圧段圧縮部の吸込ラインに戻す漏れガス中に多量の油が混入される。そして、この混入された油が高圧段圧縮部の後流側に設置されたフィルタユニットのみで除去されるものであるため、最後流に位置するフィルタユニットのみで十分に油を除去することが困難であり、不純物の少ない水素ガスを外部に供給することできなかった。 In the compression device of Patent Document 1, since the entire rod packing seal is lubricated, a large amount of oil is mixed in the leaked gas returning from the rod packing seal to the suction line of the low-pressure stage compression unit. And since this mixed oil is removed only by the filter unit installed on the downstream side of the high-pressure stage compression section, it is difficult to sufficiently remove the oil only by the filter unit located in the last stream. Therefore, hydrogen gas with few impurities could not be supplied to the outside.
なお、油の混入を防ぐために、ロッドパッキンシールを完全オイルフリーにすることが考えられる。しかし、高圧で吐出温度も高くなる高圧段圧縮部のロッドパッキンシールを完全オイルフリーにすると、水素ガスの漏れ量が増加して効率が低下すると共に、パッキン群の寿命が短くなることが懸念される。 In order to prevent oil from entering, it is conceivable to make the rod packing seal completely oil-free. However, if the rod packing seal of the high-pressure stage compression section, which has a high discharge pressure and a high pressure, is made completely oil-free, there is a concern that the amount of hydrogen gas leakage will increase and efficiency will be reduced, and the life of the packing group will be shortened. The
一方、水素供給ステーション用の水素圧縮装置の吸込圧力及び吐出圧力の仕様は、市場ニーズや水素供給源側の供給圧力によって決まる。改質プラント等で製造される水素ガスの圧力は数Mpaからその10分の1程度の低い圧力の場合がある。一方で、燃料電池車への水素燃料の充填量増加のために、圧縮機吐出圧力は70Mpa以上の超高圧が要求される市場ニーズがある。このような低吸込圧力で高吐出圧力の仕様に対しては、2段を越える多段の圧縮部が必要である。この場合において、特許文献1の圧縮装置に示すようにロッドパッキンシールの中間部から低圧段圧縮部の吸込ラインに漏れガスを戻すと、中間部と吸込みラインとの圧力差が大きく、漏れ量が大きくなって効率が低下することが懸念される。 On the other hand, the specifications of the suction pressure and discharge pressure of the hydrogen compressor for the hydrogen supply station are determined by market needs and supply pressure on the hydrogen supply source side. The pressure of hydrogen gas produced in a reforming plant or the like may be as low as several Mpa to about 1/10 of the pressure. On the other hand, in order to increase the amount of hydrogen fuel charged into the fuel cell vehicle, there is a market need for a compressor discharge pressure of 70 Mpa or higher. For such low suction pressure and high discharge pressure specifications, a multistage compression section exceeding two stages is required. In this case, as shown in the compression device of Patent Document 1, when the leakage gas is returned from the intermediate part of the rod packing seal to the suction line of the low-pressure stage compression part, the pressure difference between the intermediate part and the suction line is large, and the leakage amount is large. There is a concern that the efficiency will be reduced by increasing the size.
本発明の目的は、高効率で、信頼性に優れ、しかも不純物の少ない作動ガスを吐出することができる圧縮装置を得ることにある。 An object of the present invention is to obtain a compression device that can discharge a working gas with high efficiency, excellent reliability, and few impurities.
本発明の他の目的は、高圧力比で市場ニーズに容易に対応できると共に、高効率で、信頼性に優れ、しかも不純物の少ない作動ガスを吐出することができる圧縮装置を得ることにある。 Another object of the present invention is to obtain a compression device that can easily meet market needs at a high pressure ratio, and that can discharge a working gas with high efficiency, excellent reliability, and few impurities.
上記目的を達成するために、本発明の往復圧縮機は、高圧段圧縮部の摺動部分をシールする高圧段ロッドパッキンシールを設け、高圧段ロッドパッキンシールを高圧側パッキンと低圧側パッキンとその間に設けた高圧段中間室とを有して形成し、高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた高圧段吸込側フィルタを設けると共に、高圧段中間室を前記高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通したことを特徴とする構成としたものである。 In order to achieve the above object, the reciprocating compressor of the present invention is provided with a high-pressure stage rod packing seal that seals the sliding portion of the high-pressure stage compression part, and the high-pressure stage rod packing seal is interposed between the high-pressure side packing and the low-pressure side packing. And a high-pressure stage suction side filter provided in the suction line of the high-pressure stage compression section, and the high-pressure stage intermediate chamber on the suction side of the high-pressure stage suction side filter. It is the structure characterized by having communicated.
本発明の第1の態様は、作動ガスを圧縮する低圧段圧縮部及び高圧段圧縮部を有する複数段の往復圧縮機と、前記高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えた圧縮装置において、前記高圧段圧縮部の摺動部分をシールする高圧段ロッドパッキンシールを設け、前記高圧段ロッドパッキンシールを高圧側パッキンと低圧側パッキンとその間に設けた高圧段中間室とを有して形成し、前記高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記高圧段中間室を前記高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通した構成である。 According to a first aspect of the present invention, there are provided a plurality of reciprocating compressors having a low pressure stage compression section and a high pressure stage compression section for compressing a working gas, and a high pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high pressure stage compression section. A high-pressure stage rod packing seal that seals the sliding portion of the high-pressure stage compression part, and the high-pressure stage packing seal is provided between the high-pressure side packing and the low-pressure side packing. A high-pressure stage suction side filter provided in the suction line of the high-pressure stage compression unit, and the high-pressure stage intermediate chamber communicated with the suction side of the high-pressure stage suction side filter. is there.
係る本発明の第1の態様におけるより好ましい具体的構成は、前記高圧段圧縮部を第1高圧段圧縮部と第2高圧段圧縮部の2段で構成し、最終段である前記第2高圧段圧縮部の摺動部分をシールする第2高圧段ロッドパッキンシールを設け、前記第2高圧段ロッドパッキンシールを第2高圧側パッキンと第2低圧側パッキンとその間に設けた第2高圧段中間室とを有して形成し、前記第2高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた第2高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記第2高圧段中間室を前記第2高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通したことである。 In a more preferred specific configuration according to the first aspect of the present invention, the high-pressure stage compression section is composed of two stages of a first high-pressure stage compression section and a second high-pressure stage compression section, and the second high-pressure stage is the final stage. A second high-pressure stage rod packing seal for sealing a sliding portion of the stage compression section is provided, and the second high-pressure stage rod packing seal is provided between the second high-pressure side packing and the second low-pressure side packing, and the middle of the second high-pressure stage And a second high pressure stage suction side filter provided in the suction line of the second high pressure stage compression section, and the second high pressure stage intermediate chamber is provided with the second high pressure stage suction side filter. It communicates with the suction side.
本発明の第2の態様は、作動ガスを圧縮する低圧段圧縮部及び高圧段圧縮部を有する多段の往復圧縮機と、前記高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えた圧縮装置において、前記高圧段圧縮部を第1高圧段圧縮部と第2高圧段圧縮部の2段で構成し、前記第1高圧段圧縮部の摺動部分をシールする第1高圧段ロッドパッキンシールを設け、前記第1高圧段ロッドパッキンシールを第1高圧側パッキンと第1低圧側パッキンとその間に設けた第1高圧段中間室とを有して形成し、前記低圧段圧縮部の吸込ラインに設けられたフィルタを設けると共に、前記第1高圧段中間室を前記低圧段吸込側フィルタの吸込側に連通し、前記第2高圧段圧縮部の摺動部分をシールする第2高圧段ロッドパッキンシールを設け、前記第2高圧段ロッドパッキンシールを第2高圧側パッキンと第2低圧側パッキンとその間に設けた第2高圧段中間室とを有して形成し、前記第2高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた第2高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記第2高圧段中間室を前記第2高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通した構成である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a multistage reciprocating compressor having a low pressure stage compression section and a high pressure stage compression section for compressing the working gas, a high pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high pressure stage compression section, The first high-pressure stage compressing section is composed of two stages, a first high-pressure stage compressing section and a second high-pressure stage compressing section, and a sliding portion of the first high-pressure stage compressing section is sealed. A step rod packing seal is provided, and the first high pressure stage rod packing seal is formed having a first high pressure side packing, a first low pressure side packing, and a first high pressure stage intermediate chamber provided therebetween, and the low pressure stage compression A filter provided in the suction line of the first portion, and the second high pressure stage compression chamber is connected to the suction side of the low pressure stage suction side filter to seal the sliding portion of the second high pressure stage compression portion. High pressure stage rod packing seal is provided A second high-pressure stage rod packing seal is formed having a second high-pressure side packing, a second low-pressure side packing, and a second high-pressure stage intermediate chamber provided therebetween, and is provided in the suction line of the second high-pressure stage compression section. The second high-pressure stage suction side filter is provided, and the second high-pressure stage intermediate chamber communicates with the suction side of the second high-pressure stage suction side filter.
係る本発明の第2の態様におけるより好ましい具体的構成は、前記低圧段圧縮部の摺動部分をシールする低圧段ロッドパッキンシールを設け、前記低圧段ロッドパッキンシールを低圧段高圧側パッキンと低圧段低圧側パッキンとその間に設けた低圧段中間室とを有して形成し、前記低圧段中間室を前記低圧段吸込側フィルタの吸込側に連通したことである。 A more preferable specific configuration in the second aspect of the present invention is that a low-pressure stage rod packing seal that seals a sliding portion of the low-pressure stage compression section is provided, and the low-pressure stage rod packing seal is connected to the low-pressure stage high-pressure side packing and the low-pressure stage packing. A low-pressure stage packing and a low-pressure stage intermediate chamber provided therebetween, and the low-pressure stage intermediate chamber communicates with the suction side of the low-pressure stage suction side filter.
本発明の第3の態様は、作動ガスを圧縮する低圧段圧縮部及び高圧段圧縮部を有する往復圧縮機と、前記高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えた圧縮装置において、前記高圧段圧縮部の摺動部分をシールする高圧段ロッドパッキンシールを設け、前記高圧段ロッドパッキンシールを高圧側パッキンと低圧側パッキンとその間に設けた高圧段中間室とを有して形成し、前記高圧側パッキンをオイルフリーとすると共に、前記低圧側パッキンに注油する手段を設け、前記高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記高圧段中間室を前記高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通した構成である。 A third aspect of the present invention includes a reciprocating compressor having a low-pressure stage compression unit and a high-pressure stage compression unit for compressing a working gas, and a high-pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high-pressure stage compression unit. The high pressure stage rod packing seal for sealing the sliding portion of the high pressure stage compression part is provided, and the high pressure stage rod packing seal includes a high pressure side packing, a low pressure side packing, and a high pressure stage intermediate chamber provided therebetween. The high-pressure side packing is oil-free, provided with means for lubricating the low-pressure side packing, provided with a high-pressure stage suction side filter provided in the suction line of the high-pressure stage compression unit, and The high pressure stage intermediate chamber communicates with the suction side of the high pressure stage suction side filter.
係る本発明の第3の態様におけるより好ましい具体的構成は、前記低圧段圧縮部の摺動部分をシールするオイルフリーの低圧段ロッドパッキンシールを設け、前記低圧段ロッドパッキンシールを低圧段高圧側パッキンと低圧段低圧側パッキンとその間に設けた低圧段中間室とを有して形成し、前記低圧段中間室を前記低圧段吸込側フィルタの吸込側に連通したことである。 In a more preferred specific configuration of the third aspect of the present invention, an oil-free low-pressure stage rod packing seal that seals a sliding portion of the low-pressure stage compression section is provided, and the low-pressure stage rod packing seal is connected to the low-pressure stage high-pressure side. A low pressure stage low pressure side packing and a low pressure stage intermediate chamber provided therebetween are formed, and the low pressure stage intermediate chamber is communicated with the suction side of the low pressure stage suction side filter.
係る本発明の第1〜第3の態様におけるより好ましい具体例は、前記往復圧縮機に用いられる作動ガスとして水素ガスを用いることである。 A more preferable specific example in the first to third aspects of the present invention is to use hydrogen gas as the working gas used in the reciprocating compressor.
本発明によれば、高効率で、信頼性に優れ、しかも不純物の少ない作動ガスを吐出することができる圧縮装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compression apparatus which can discharge the working gas with high efficiency, excellent reliability, and few impurities can be obtained.
また、本発明によれば、高圧力比で市場ニーズに容易に対応できると共に、高効率で、信頼性に優れ、しかも不純物の少ない作動ガスを供給することができる圧縮装置を得ることができる。 Further, according to the present invention, it is possible to obtain a compression device that can easily meet market needs at a high pressure ratio, and that can supply a working gas with high efficiency, excellent reliability, and few impurities.
以下、本発明の一実施例の圧縮装置について図1〜図3を用いて説明する。 Hereinafter, a compression apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例の圧縮装置に用いられる往復圧縮機の外観構成に関して図1を参照しながら説明する。図1は本実施例の圧縮装置に用いられる往復圧縮機を示す外観図である。 An external configuration of a reciprocating compressor used in the compression apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an external view showing a reciprocating compressor used in the compression apparatus of this embodiment.
往復圧縮機10は、低圧段圧縮部1、高圧段圧縮部2、3、クランク機構部4、及びモータ5を備えて構成されている。なお、作動ガスとして水素ガスが用いられている。
The reciprocating
低圧段圧縮部1は、供給源から供給された低圧の作動ガスを圧縮するものであり、第1段圧縮部1a(図2参照)と第2段圧縮部1b(図2参照)とを有している。高圧段圧縮部2は、低圧段圧縮部1により圧縮された作動流体をさらに圧縮するものであり、第3段圧縮部を構成する。高圧段圧縮部3は、高圧段圧縮部2により圧縮された作動流体をさらに圧縮するものであり、第4段圧縮部を構成する。
The low-pressure stage compression unit 1 compresses the low-pressure working gas supplied from the supply source, and includes a first stage compression unit 1a (see FIG. 2) and a second stage compression unit 1b (see FIG. 2). doing. The high-pressure
クランク機構部4は、低圧段圧縮部1、高圧段圧縮部2、及び高圧段圧縮部3を駆動するためのものであり、その外面を形成するクランクケース4a及び筒状ケース4b〜4dを有している。クランクケース4aの基本的な形状は、前後に薄い略矩形状である。筒状ケース4bはクランクケース4aと低圧段圧縮部1とを接続するものであり、筒状ケース4cはクランクケース4aと中圧段圧縮部2とを接続するものであり、筒状ケース4dはクランクケース4aと高圧段圧縮部3とを接続するものである。モータ5は、クランク機構部4を介して、低圧段圧縮部1、高圧段圧縮部2、及び高圧段圧縮部3を駆動するものである。
The crank mechanism section 4 is for driving the low pressure stage compression section 1, the high pressure
さらには、クランク機構部4は、低圧段圧縮部1、高圧段圧縮部2、高圧段圧縮部3、及びモータ5などの構成要素の中央に配置されている。換言すれば、高圧段圧縮部2、低圧段圧縮部1、高圧段圧縮部3はクランクケース4aの周方向に連続する3面(本実施例では、底面を除く上面及び両側面)からそれぞれ突出して設けられ、モータ5はクランクケース4aの前後面を構成する1面(本実施例では、後面)から突出して設けられている。かかる構成によって、往復圧縮機10の小型化を図ることができる。
Furthermore, the crank mechanism unit 4 is disposed at the center of components such as the low pressure stage compression unit 1, the high pressure
また、低圧段圧縮部1、高圧段圧縮部2、及び高圧段圧縮部3は、筒状に細長く形成されており、クランクケース4aの3面から放射状に延びている。低圧段圧縮部1はクランクケース4aの上面に垂直に突出するように配置されている。そして、高圧段圧縮部2と高圧段圧縮部3とは、両側面に水平方向に対向して同一軸心となるように突出して配置されている。換言すれば、クランク機構部4を挟んで互いに反対側に同一軸心となるように配置されている。かかる構成によって、クランクシャフト11の荷重を低減し、その軸受損失を低減することができる。そして、低圧段圧縮部1と高圧段圧縮部2と高圧段圧縮部3とが前後方向(クランクシャフト11の軸方向)に単列となり、軸方向の寸法を小さくすることができると共に、クランクシャフト11の主軸受31、32に対する偶力を低減でき、損失を低減できると共に主軸受31、32などの構成部品の信頼性を向上させることができる。
Moreover, the low pressure stage compression part 1, the high pressure
次に、上述した配置を実現する往復圧縮機10の具体的な構成に関して図2を参照しながら説明する。図2は本実施例の往復圧縮機の構成模式図である。
Next, a specific configuration of the
駆動源であるモータ5の回転軸5aにはクランクシャフト11が連結され、クランクシャフト11はモータ5によって回転される。このクランクシャフト11は、前後に延びるように配置され、主軸部11aと偏心軸部11bとを有している。主軸部11aの一側端部はモータ5の回転軸5aに結合されている。主軸部11aの他側部分には偏心軸部11bが設けられ、この偏心軸部11bは主軸部11aに対して偏心した軸心を有している。主軸受31、32は偏心軸部11bの両側に位置する主軸部11aを軸支している。これによって、偏心軸部11bに加わる力は偏心軸部11bから主軸部11aを通して主軸受31、32により受けることとなり、この主軸受31、32の間隔はできるだけ小さいことが好ましい。上述した本実施例の構成によれば、低圧段圧縮部1と高圧段圧縮部2と高圧段圧縮部3とがクランクシャフト11の軸方向に単列となり、主軸受31、32の間隔を小さくすることができるので、往復圧縮機10の信頼性を向上することができる。
A
コネクティングロッド13、15のそれぞれの一側端部は、同じ偏心軸部11bに、隣接して回転可能に結合されている。コネクティングロッド13の一側端部は二股に分かれて形成され、コネクティングロッド15の一側端部がその二股に分かれた部分の中央隙間に位置されている。そして、コネクティングロッド13の他側端部は横方向に延びて矩形状枠型のクロスヘッド12に連結ピンを介して回転可能に結合されている。コネクティングロッド15の他側は上方に延びてクロスヘッド14に連結ピンを介して回転可能に結合されている。かかる構成によって、往復圧縮機10の前後方向の寸法が小さくなっている。
One end portion of each of the connecting
また、偏心軸部11bとクロスヘッド12とはコネクティングロッド13を介して連結され、偏心軸部11bの偏心回転運動をクロスヘッド12の左右の往復運動に変換するようになっている。さらには、主軸部11aとクロスヘッド14とはコネクティングロッド15を介して連結され、偏心軸部11bの偏心回転運動をクロスヘッド14の上下の往復運動に変換するようになっている。
Further, the
偏心軸部11b、コネクティングロッド13、15、クロスヘッド12は、一つのクランクケース4a内に収納されている。クロスヘッド14はクランクケース4aの上面に設けられた筒状ケース4b内に収納されている。この筒状ケース4bはクランクケース4aと低圧段圧縮部1とを接続している。
The
クロスヘッド12は、圧縮部を有していないクランクケース4aの底面を利用して、その底面上に左右に摺動可能に載置されている。クロスヘッド12の下枠部12dとクランクケース4aとの間にシュウ(図示せず)を介在させることによって滑らかな摺動を得ることができる。また、クロスヘッド12の枠内に、偏心軸部11b、コネクティングロッド13、15を配置している。この点からも往復圧縮機10の小型化を図ることができる。
The
クロスヘッド12の上枠部12aの中央に開口12eが形成され、この開口12eを貫通してコネクティングロッド15が上下に延びている。開口12eは、コネクティングロッド13の二股に分かれた部分の間の空隙と前後方向でほぼ一致して形成されている。かかる構成によって、クロスヘッド12の枠体としての強度を確保しつつ、低圧段圧縮部1を高圧段圧縮部2及び高圧段圧縮部3と共に単列(同一平面)に配置することを可能としている。なお、クロスヘッド12の上枠部12の開口の形成については、別部材をボルト締付にて取付けることにより開口を形成するようにしても良い。
An
クロスヘッド14には低圧段ピストンロッド16の一側端部が連結され、そのピストンロッド16の他側端部には低圧段ピストン17が連結されている。ピストン17は低圧段シリンダ23内に摺動可能に収納されている。このピストン17とシリンダ23とにより、ピストン17の両側に第1段圧縮部23a及び第2段圧縮部23bが形成されている。
One end of the low-pressure
クロスヘッド12の一側(右側)の側枠部12bには第3段用プランジャーロッド18の一側端部が連結されている。そのプランジャーロッド18の他側端部には第3段用プランジャー19が連結されている。このプランジャー19は、第3段用シリンダ24と共に第3段圧縮部24aを形成している。
One side end portion of the third stage plunger rod 18 is connected to the
また、クロスヘッド12の他側(左側)の側枠部12cには第4段用プランジャーロッド20の一側端部が連結されている。そのピストンロッド20の他側端部には第4段用プランジャー20が連結されている。このプランジャー20は、第4段用シリンダ25と共に第4段圧縮部25aを形成している。
Further, one side end portion of the fourth
かかる構成によれば、一つの偏心軸部11bの回転運動にて、低圧段圧縮部1を形成するためのピストンロッド16と、高圧2段の圧縮部2、3を形成するためのプランジャーロッド16、17とを同一平面内で往復運動させることができる。
According to such a configuration, the
モータ33によってクランクシャフト11が回転すると、クランクシャフト11の回転運動はコネクティングロッド15の揺動運動からクロスヘッド14の往復運動に変換され、ピストン17が往復運動する。また、クランクシャフト11の回転運動はコネクティングロッド13の揺動運動からクロスヘッド12の往復運動に変換され、プランジャー19、21が往復運動する。
When the
ピストン17が往復運動すると、作動ガスはバルブ34aを通してシリンダ23の第1段圧縮部23aに吸込まれ圧縮されて吐出バルブ34bを通して吐出される。本実施例では、供給された数Mpaの低い圧力から9Mpa程度の圧力に圧縮されて吐出される。なお、図2において、点線で示す系統は作動ガスの流れる系統を示し、その矢印は流れる方向を示す。
When the
次いで、その作動ガスは吸込みバルブ35aを通してシリンダ23の第2段圧縮部23bに吸込まれ圧縮されて吐出バルブ35bを通して吐出される。本実施例では、9Mpa程度の圧力から18Mpa程度に圧縮されて吐出される。
Next, the working gas is sucked into the second
次いで、その作動ガスは吸込みバルブ36aを通してシリンダ24の第3段圧縮部24aに吸込まれ圧縮されて吐出バルブ36bを通して吐出される。本実施例では、18Mpa程度の圧力から36Mpa程度に圧縮されて吐出される。
Then, the working gas is sucked into the third
次いで、その作動ガスは吸込みバルブ37aを通してシリンダ25の第4段圧縮部25aに吸込まれ圧縮されて吐出バルブ37bを通して吐出される。本実施例では、36Mpa程度の圧力から72Mpa程度に圧縮されて吐出される。なお、本実施例で示す圧力比は一例である。
Next, the working gas is sucked into the fourth
このようにして、クランクシャフト11のクランク部分が一つ(即ち、単列クランクケース4a)の構造で4段圧縮部が構成され、高圧力比の圧縮が可能である。さらに、本実施例では、低圧段軸心と高圧2段の軸心が同一平面に位置されているので、主軸受31、32に偶力が発生せず、主軸受31、32の信頼性も向上する。
In this way, the
また、高圧2段の圧縮部2、3をクロスヘッド12を介して同一軸心で対向させたので、クランクシャフト11、引いてはクランクシャフト11を支持する主軸受31、32の荷重を低減し、損失を低減できる。
In addition, since the high-pressure two-
垂直に配置した低圧段圧縮部は復動式にすることによって、ピストン17等の慣性力と作動ガス圧力によって生じる作動ガスのスラスト力を相殺させてクランクシャフト11に掛る荷重を低減し、ひいては主軸受31、32に掛る荷重を低減し、損失を低減できる。このように、クランクシャフト11、主軸受31、32等に掛る荷重を低減できるので、これらの部品の長寿命化が図れる。
The low-pressure stage compression section disposed vertically is made backward, thereby canceling the thrust force of the working gas generated by the inertial force of the
一方、低圧段ロッドパッキンシール38、高圧2段のロッドパッキンシール39、40は、それぞれ高圧側パッキン群を構成する高圧側パッキン38a,39a,40aと低圧側パッキン群を構成する低圧側パッキン38b、39b、40bとに分けている。そして、高圧側パッキン38a,39aと低圧側パッキン38b、39bとの中間に位置する部屋が第1圧縮段圧縮部23aの吸込みラインに連通されている。このようにすることにより、各ロッドパッキンシール38〜39の大気側とのシール差圧は第1圧縮段圧縮部23aの吸込み圧力との差圧となり、系内で最も小さくできる。即ち、大気側への漏れ量を最少にすることができ、外部への漏れ量の極少化が図れ、圧縮機設備の安全性を向上できる。さらには、高圧側パッキン40aと低圧側パッキン40bとの中間に位置する部屋が第4段圧縮部25aの吸込みラインに連通されている。このようにすることにより、ロッドパッキンシール40の大気側とのシール差圧は第4段圧縮部25aの吸込み圧力との差圧となり、小さくできる。即ち、大気側への漏れ量を低減することができ、圧縮装置100の安全性を向上できる。
On the other hand, the low-pressure stage
次に、上述した往復圧縮機10を用いた圧縮装置100の全体的な構成に関して図3を参照しながら説明する。図3は本実施例の圧縮装置の全体構成図である。
Next, the overall configuration of the
圧縮装置100への作動ガスが外部の供給源から低圧段圧縮部1の第1段圧縮部23aの吸込みラインに制御弁71及び開閉弁72を介して供給されるように構成されている。第1段圧縮部23aの吸込みラインには低圧段吸込側スナッバ51aが設置されている。この低圧段吸込側スナッバ51aの中には低圧段吸込側フィルタ51bが収納され、吸込みラインを通って第1段圧縮部23aに吸込まれる作動ガス中の不純物や油などが低圧段吸込側フィルタ51bによって除去される。
The working gas to the
第1段圧縮部23aの吐出ライン(第2段圧縮部23bの吸込みライン)には、ガスクーラー57が設置されている。第1段圧縮部23aで圧縮された作動ガスは、ガスクーラー57にて冷却された後に、第2段圧縮部23bに吸込まれ、この第2段圧縮部23bでさらに圧縮されて第2段圧縮部23bの吐出ライン(第3段圧縮部24aの吸込みライン)に吐出される。
A
第3段圧縮部24aの吸込みラインには、ガスクーラー58及び第1高圧段吸込側スナッバ52が設置されている。第2段圧縮部23bで圧縮された作動ガスは、ガスクーラー58にて冷却された後に、第1高圧段吸込側スナッバ52で圧力緩衝され、第3段圧縮部24aに吸込まれ、この第3段圧縮部24aでさらに圧縮されて第3段圧縮部24aの吐出ライン(第4段圧縮部25aの吸込みライン)に吐出される。なお、この第1高圧段吸込側スナッバ52の中にはフィルタが収納されていないが、必要に応じてフィルタを設置してもよい。
A
第4段圧縮部25aの吸込みラインには、ガスクーラー59及び第2高圧段吸込側フィルタ53bを内蔵した第2高圧段吸込側スナッバ53aが設置されている。第3段圧縮部24aで圧縮された作動ガスは、ガスクーラー59にて冷却された後に、第2高圧段吸込側スナッバ53aで圧力緩衝されると共に、第2高圧段吸込側フィルタ53bで不純物や油などが除去され、第4段圧縮部25aに吸込まれ、この第4段圧縮部25aでさらに圧縮されて第4段圧縮部25aの吐出ラインに吐出される。
A second high pressure stage
第4段圧縮部25aの吐出ラインには、ガスクーラー60、高圧段吐出側フィルタ54b〜56bを内蔵した複数の高圧段吐出側スナッバ54a〜56a、及び制御弁73が設置されている。高圧段吐出側フィルタ54b〜56bを内蔵した複数の高圧段吐出側スナッバ54a〜56aはフィルタユニット74を構成している。第4段圧縮部25aで圧縮された作動ガスは、ガスクーラー60にて冷却された後に、高圧段吐出側スナッバ54a〜56aで圧力緩衝されると共に、複数のフィルタ54b〜56bで不純物や油などが除去され、制御弁73の制御に基づいて外部に吐出される。
A
ロッドパッキンシールとして最も過酷な条件になる最終段ロッドパッキンシール40において、高圧側パッキン40aと低圧側パッキン40bとの中間に位置する部屋(中間室)が第4段圧縮部25aの吸込みラインに設置された第2高圧段吸込側スナッバ53a及びガスクーラー53bの吸込側に連通されている。また、注油器41とロッドパッキンシール40の低圧側パッキン40bとが連通され、注油器41から低圧側パッキン40bへ給油されるように構成されている。なお、注油器41とロッドパッキンシール40の高圧側パッキン40aとは連通されていないので、高圧側パッキン39aは基本的にはオイルフリーである。
In the final stage
かかる構成によって、高圧側パッキン40aのシール差圧を最も低減でき、負荷を軽減できる。しかも、低圧側パッキン40bに注油された潤滑油はプランジャー21と低圧側パッキン40bの往復摺動によって高圧側パッキン40aにも若干到達し、摺動部に油幕が形成されるので、高圧側パッキン40aへの注油を行わなくてもそのパッキン寿命を比較的長くできる。一方、低圧側パッキン40bの大気との差圧は中間室圧力が高くなることにより大きくなるが、注油することによって例えば銅合金等の強度の高いパッキンを使用することができ、高負荷使用に耐えることができる。
With this configuration, the seal differential pressure of the high-pressure side packing 40a can be reduced most, and the load can be reduced. Moreover, the lubricating oil injected into the low-
また、最終段より前の高圧段のロッドパッキンシール39において、高圧側パッキン39aと低圧側パッキン39bとの中間に位置する部屋(中間室)が第1圧縮段圧縮部23aの吸込みラインに設置された低圧段吸込側スナッバ51a及び低圧段吸込側フィルタ51bの吸込側に連通されている。また、注油器41とロッドパッキンシール39の低圧側パッキン39bとが連通され、注油器41から低圧側パッキン39bへ給油されるように構成されている。なお、注油器41とロッドパッキンシール39の高圧側パッキン39aとは連通されていないので、高圧側パッキン39aは基本的にはオイルフリーである。
In the high-pressure stage
かかる構成によって、ロッドパッキンシール39についても、高圧側パッキン39aと、低圧側パッキン39bとに分かれ、高圧側パッキン39aはオイルフリー、低圧側パッキン39bには注油することにより、圧縮機シリンダ24内への潤滑油の混入を極少化すると共に、ロッドパッキンシール39の長寿命化にも配慮し、且つ大気側へのガスの漏れ量も低減できる。
With this configuration, the
なお、本実施例では、この段の中間室は、水素ガスの大気側への漏れ量低減を優先して、初段吸込みラインのスナッバ51aの上流に繋いだが、吸込みスナッバ52内にもフィルタを取付け、その上流側へ繋ぐことも可能である。この場合は、3段高圧側パッキンのシール差圧を低減できるので長寿命化に繋がる。
In this embodiment, the intermediate chamber of this stage is connected upstream of the
さらには、低圧段ロックパッキンシール38における高圧側パッキン38aと低圧側パッキン38bとの中間に位置する部屋(中間室)が第1圧縮段圧縮部23aの吸込みラインに設置された低圧段吸込側スナッバ51a及び低圧段吸込側フィルタ51bの吸込側に連通されている。なお、注油器41とロッドパッキンシール39の高圧側パッキン39aとは連通されていないので、高圧側パッキン39aは基本的にはオイルフリーである。
Further, the low pressure stage
低圧段のパッキンは比較的シール差圧が小さくなるので本実施例では、オイルフリーとしたが、低圧側パッキン38bにのみ注油し、パッキン寿命の長寿命化を優先することもできる。その場合には、上述したようにシリンダ内への油分混入は極少化でき、パッキン中間室は初段スナッバ51aの上流側に繋いであるので、油分を除去できる。
Since the seal differential pressure of the low-pressure stage packing is relatively small, oil free is used in this embodiment. However, it is also possible to give priority to extending the life of the packing by lubricating only the low-pressure side packing 38b. In that case, as described above, mixing of oil into the cylinder can be minimized, and the packing intermediate chamber is connected to the upstream side of the
そして、圧縮機最終段出口後流にはフィルタユニット74を設け、ガス中混入油分の除去を行うようになっているので、ガスライン中に混入する油分をこの点からも低減することができ、高圧圧縮水素ガスの純度を維持することが可能である。
And, since the
本実施例は4段機を用いたが、3段機であっても良い。また、吸込み圧力が高く2段機で高圧の吐出圧力が得られるような場合であっても、本実施例にて示した低圧段を除いた形で適用可能である。 In this embodiment, a four-stage machine is used, but a three-stage machine may be used. Further, even when the suction pressure is high and a high discharge pressure can be obtained with a two-stage machine, the present invention can be applied in a form excluding the low-pressure stage shown in this embodiment.
1…低圧段圧縮部、2…高圧段圧縮部、3…高圧段圧縮部、4…クランク機構部、4a…クランクケース、4b〜4d…筒状ケース、5…モータ、10…往復圧縮機、11…クランクシャフト、12…クロスヘッド、12a〜12d…枠部、12e…開口、13…コネクティングロッド、14…クロスヘッド、15…コネクティングロッド、16…ピストンロッド、17…ピストン、18…プランジャーロッド、19…プランジャー、20…プランジャーロッド、21…プランジャー、23〜25…シリンダ、23a…第1段圧縮部、23b…第2段圧縮部、24a…第3段圧縮部、25a…第4段圧縮部、31…主軸受、32…主軸受、33…モータ、34a…吸込みバルブ、34b…吐出バルブ、35a…吸込みバルブ、35b…吐出バルブ、36a…吸込みバルブ、36b…吐出バルブ、37a…吸込みバルブ、37b…吐出バルブ、38…低圧段ロッドパッキンシール、39〜40…高圧段ロッドパッキンシール、38a…高圧側パッキン、38b…低圧側パッキン、39a…高圧側パッキン、39b…低圧側パッキン、40a…高圧側パッキン、40b…低圧側パッキン、51a…低圧段吸込側スナッバ、51b…低圧段吸込側フィルタ、52…第1高圧段吸込側スナッバ、53a…第2高圧段吸込側スナッバ、53b…第2高圧段吸込側フィルタ、54a〜56a…高圧段吐出側スナッバ、54b〜56b…高圧段吐出側フィルタ、57〜60…ガスクーラー、74…フィルタユニット。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Low pressure stage compression part, 2 ... High pressure stage compression part, 3 ... High pressure stage compression part, 4 ... Crank mechanism part, 4a ... Crank case, 4b-4d ... Cylindrical case, 5 ... Motor, 10 ... Reciprocating compressor, DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えた圧縮装置において、
前記高圧段圧縮部の摺動部分をシールする高圧段ロッドパッキンシールを設け、
前記高圧段ロッドパッキンシールを高圧側パッキンと低圧側パッキンとその間に設けた高圧段中間室とを有して形成し、
前記高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記高圧段中間室を前記高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通した
ことを特徴とする圧縮装置。 A multi-stage reciprocating compressor having a low pressure stage compression section and a high pressure stage compression section for compressing the working gas;
In a compression apparatus including a high-pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high-pressure stage compression unit,
A high-pressure stage rod packing seal that seals the sliding part of the high-pressure stage compression part is provided,
The high-pressure stage rod packing seal is formed having a high-pressure side packing, a low-pressure side packing, and a high-pressure stage intermediate chamber provided therebetween,
A compression apparatus comprising: a high pressure stage suction side filter provided in a suction line of the high pressure stage compression unit; and the high pressure stage intermediate chamber communicated with a suction side of the high pressure stage suction side filter.
前記高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えた圧縮装置において、
前記高圧段圧縮部を第1高圧段圧縮部と第2高圧段圧縮部の2段で構成し、
前記第1高圧段圧縮部の摺動部分をシールする第1高圧段ロッドパッキンシールを設け、
前記第1高圧段ロッドパッキンシールを第1高圧側パッキンと第1低圧側パッキンとその間に設けた第1高圧段中間室とを有して形成し、
前記低圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた低圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記第1高圧段中間室を前記低圧段吸込側フィルタの吸込側に連通し、
前記第2高圧段圧縮部の摺動部分をシールする第2高圧段ロッドパッキンシールを設け、
前記第2高圧段ロッドパッキンシールを第2高圧側パッキンと第2低圧側パッキンとその間に設けた第2高圧段中間室とを有して形成し、
前記第2高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた第2高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記第2高圧段中間室を前記第2高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通した
ことを特徴とする圧縮装置。 A multi-stage reciprocating compressor having a low pressure stage compression section and a high pressure stage compression section for compressing the working gas;
In a compression apparatus including a high-pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high-pressure stage compression unit,
The high-pressure stage compression part is composed of two stages, a first high-pressure stage compression part and a second high-pressure stage compression part,
Providing a first high pressure stage rod packing seal for sealing a sliding portion of the first high pressure stage compression part;
Forming the first high-pressure stage rod packing seal with a first high-pressure side packing, a first low-pressure side packing, and a first high-pressure stage intermediate chamber provided therebetween,
Providing a low pressure stage suction side filter provided in the suction line of the low pressure stage compression section, and communicating the first high pressure stage intermediate chamber to the suction side of the low pressure stage suction side filter;
Providing a second high-pressure stage rod packing seal for sealing the sliding portion of the second high-pressure stage compression part;
Forming the second high-pressure stage rod packing seal with a second high-pressure side packing, a second low-pressure side packing, and a second high-pressure stage intermediate chamber provided therebetween,
The second high pressure stage suction side filter provided in the suction line of the second high pressure stage compression section is provided, and the second high pressure stage intermediate chamber is communicated with the suction side of the second high pressure stage suction side filter. A compression device.
前記高圧段圧縮部の吐出ラインに設けられた高圧段吐出側フィルタとを備えた圧縮装置において、
前記高圧段圧縮部の摺動部分をシールする高圧段ロッドパッキンシールを設け、
前記高圧段ロッドパッキンシールを高圧側パッキンと低圧側パッキンとその間に設けた高圧段中間室とを有して形成し、
前記高圧側パッキンをオイルフリーとすると共に、前記低圧側パッキンに注油する手段を設け、
前記高圧段圧縮部の吸込ラインに設けられた高圧段吸込側フィルタを設けると共に、前記高圧段中間室を前記高圧段吸込側フィルタの吸込側に連通した
ことを特徴とする圧縮装置。 A reciprocating compressor having a low pressure stage compression section and a high pressure stage compression section for compressing the working gas;
In a compression apparatus including a high-pressure stage discharge side filter provided in a discharge line of the high-pressure stage compression unit,
A high-pressure stage rod packing seal that seals the sliding part of the high-pressure stage compression part is provided,
The high-pressure stage rod packing seal is formed having a high-pressure side packing, a low-pressure side packing, and a high-pressure stage intermediate chamber provided therebetween,
The high-pressure side packing is oil-free and provided with means for lubricating the low-pressure side packing,
A compression apparatus comprising: a high-pressure stage suction side filter provided in a suction line of the high-pressure stage compression unit; and the high-pressure stage intermediate chamber communicated with a suction side of the high-pressure stage suction side filter.
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