JP2006037908A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 往復動圧縮機のシリンダの構造を簡略化し、不必要な圧力損失による消費動力の損失を低減することができる往復動圧縮機を提供する。
【解決手段】 内部にピストン２が収容され、圧縮室３が形成されるシリンダ１０を備え、シリンダ１０内におけるピストン２の往復動作によって圧縮室３の吸込口から吸込まれたガスを圧縮してその圧縮室３の吐出口より吐出する往復動圧縮機において、吸込口および吐出口が、シリンダ１０に設けられ圧縮室３の内外を連通させる連通口１０ａと、連通口１０ａの両端の間の一方の流れのみを許容する構造を有し，連通口１０ａに嵌装されて係合する吸込弁４および吐出弁６と、これら吸込弁４および吐出弁６のそれぞれをシリンダ１０の軸に向かって押圧して連通口１０ａに嵌装される弁抑え部材２０から構成する。
【選択図】 図 １

Description

本発明は、空気、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。

空気、水素、ヘリウム等のガスを圧縮する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ものが公知である。先ず、従来例１に係る往復動圧縮機の構成を、その主要部を模式的に示す断面構成説明図の図６を参照しながら説明する。この往復動圧縮機は、ピストン棒３１に取付けたピストン３２をシリンダ内の圧縮室３３内で往復動させるタイプのもので、前記圧縮室３３は、吸込弁３４を介して吸込流路３５に連通すると共に、吐出弁３６を介して吐出流路３７に連通している。また、この往復動圧縮機はピストン３２をピストン棒３１により駆動する構造になっているため、圧縮室３３内の気密性を保つために、ピストン棒３１の周囲に軸封装置３８が設けられている。

次に、従来例２に係る往復動圧縮機の構成を、その主要部を模式的に示す断面構成説明図の図７を参照しながら、上記従来例１に係る往復動圧縮機と同一のものに同一符号を付して説明する。この従来例２に係る往復動圧縮機は、大径部４５Ｌと小径部４５Ｓとからなる段付きのピストン棒４５を有し、大径部４５Ｌにピストン３２が取付けられている。
また、ピストン棒４５の大径部４５Ｌの摺動空間が小径部４５Ｓ用の冷却室４６になっており、小径部４５Ｓの部分に軸封装置３８が設けられている。そして、図７において破線で示すように、冷却室４６を通過してから吸込弁３４に至る吸込流路４７を形成して、低温の被圧縮ガスによりピストン棒４５を冷却するように構成されている。なお、この被圧縮ガスは、上記従来例１に係る往復動圧縮機の場合と同様に、圧縮室３３にて圧縮された後、吐出弁３６を介して吐出流路３７に吐出されるように構成されている。

前記従来例１，２に係る往復動圧縮機は、ともに、ピストン３２の両側に圧縮室３３が形成されている。そして、その圧縮室３３に吸込弁３４を介して連通する吸込流路３５または吸込流路４７がシリンダ内に形成されており、その吸込流路３５または吸込流路４７の吸込口はシリンダに各々１つ設けられている。また、同様に、圧縮室３３に吐出弁３６を介して連通する吐出流路３７もシリンダ内に形成されており、その吐出流路３７の吐出口はシリンダに１つ設けられている。即ち、往復動圧縮機をこのような構成にすることにより、吸込口または吐出口に連なる配管を簡略なものとすることができる。（例えば、特許文献１参照。）。

そして、ここで上記従来例１，２に係る往復動圧縮機に準じた構成を有する、従来例３に係る往復動圧縮機の構成を、その構成の主要部を示す断面構成説明図の図８を参照しながら、より詳細に説明する。この図８に示す従来例３に係る往復動圧縮機は、図６に示した往復動圧縮機の構成をより詳細に示したものである。従って、図６に示した各構成品については、図８でも同一の符号を付して示している。

この図８に示す往復動圧縮機の吸込流路３５は、シリンダ５０の外部に位置し、シリンダ５０に接続される吸込配管３５ａと、シリンダ５０の内部に形成されたガス通路３５ｂとからなっている。また、吐出流路３７は、シリンダ５０の外部に位置し、シリンダ５０に接続される吐出配管３７ａと、シリンダ５０の内部に形成されたガス通路３７ｂとからなっている。

また、ガス通路３５ｂ、３７ｂの両端のそれぞれには、後述する弁抑え５１が配設されている。これら弁抑え５１は筒状に形成されており、その筒部分には複数の開口５１ａが設けられている。そして、吸込弁３４、吐出弁３６には、後述するシリンダ弁が採用されている。このシリンダ弁は、逆止弁の機能を有するものであり、シリンダ５０の連通口の両端の間の一方の流れ、吸込弁３４が配される部位で言えば、図面上で上から下に向かう矢印方向の流れのみを許容する構造を有している。

上記弁抑え５１によって、上記吸込弁３４、吐出弁３６はそれぞれ、上記シリンダ５０に形成された連通口５０ａの鍔部５０ｂに係合してシリンダ５０の軸に向かって押圧されて、その連通口５０ａに嵌め込まれる。また、上記弁抑え５１は弁蓋５２によって、やはりシリンダ５０の軸に向かって押圧されている。弁蓋５２は、そのフランジ部を貫通するボルト等によってシリンダ５０に締結されて固定されている。また、シリンダ５０の図における左右方向(軸方向)の開口は、シリンダ蓋部材５３、仕切り部材５４によって閉塞されている。（非特許文献１、図２−９参照）。

特開平７−１１９６３４号公報（第５図、第８図） Ｈｅｉｎｚ Ｐ．Ｂｌｏｃｈ ＡＮＤ Ｊｏｈｎ Ｊ．Ｈｏｅｆｎｅｒ，「Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ」，Ｇｕｌｆ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘｅｓ）．１９９６

しかしながら、上述した従来例に係る往復動圧縮機では、吸込流路、吐出流路をシリンダ内に形成しているために、シリンダの形状が複雑となる。また、そのシリンダは、高圧のガスを内包する圧力容器の役割も担っており、圧力容器としての剛性を高めるためには構造は簡略なものが望ましい。また、シリンダの加工上の容易性を高めるためにもその構造は簡略なものが望ましい。

また、シリンダ内の吸込流路でガスの流れを屈曲させて圧縮室にガスを吸入する構成になっている。そのために、そのシリンダ内のガスの流れが屈曲される部位で、不必要な圧力損失が生じ、またその圧力損失によって消費動力の損失が生じるという問題があった。

従って、本発明の目的は、往復動圧縮機のシリンダの構造を簡略化し、不必要な圧力損失による消費動力の損失を低減することができる往復動圧縮機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る往復動圧縮機は、下記のように構成されている。

本発明の請求項１に係る発明は、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を備え、上記ピストンの上記シリンダ内の往復動作によって上記圧縮室の吸込口から吸込まれたガスを圧縮してこの圧縮室の吐出口より吐出する往復動圧縮機において、上記吸込口および上記吐出口が、上記シリンダに設けられ、上記圧縮室の内外を連通する連通口と、上記連通口の両端の間の一方の流れのみを許容する構造を有し、上記連通口に嵌装されて係合する逆止弁と、上記逆止弁を上記シリンダの内側に向かって押圧して上記連通口に嵌装される弁抑え部材から構成されてなるものである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の往復動圧縮機において 上記シリンダの上記連通口の内側に鍔部が設けられてなり、上記逆止弁が小径の略円柱部と大径の略円柱部が接続された断面凸状で構成され、上記弁抑え部材が上記逆止弁の大径の略円柱部と略同一径の略円筒とそれに接続するフランジ部からなり、上記鍔部と上記小径の略円柱部が合わさって上記逆止弁が上記連通口に嵌装されてなり、上記フランジ部が上記シリンダの外部に配されて上記弁抑え部材が上記連通口に嵌装されてなるものである。

本発明の請求項１または２に係る往復動圧縮機によれば、シリンダの軸方向に吸込流路、吐出流路が形成されていないから、圧縮室の吸込口、吐出口を形成する連通口を除けば、シリンダを特段難しい加工を要しない簡略な構造のものとすることができる。従って、シリンダの圧力容器としての剛性を高めることができ、またシリンダの加工上の容易性も高めることができる。また、シリンダの外径を小さくすることができ、ひいては、往復動圧縮機全体のコンパクト化が可能となる。さらに、シリンダ内でガスの流れが屈曲することがないから、不必要な圧力損失による消費動力の損失を低減することができる。

また、請求項２に係る往復動圧縮機によれば、吸込弁、吐出弁等をシリンダの連通口に嵌装し易くなるから、この往復動圧縮機の組み立ての作業性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の形態１に係る往復動圧縮機を説明する。図１は本発明の形態１に係る往復動圧縮機の主要部を示す断面構成説明図である。なお、図１は本発明の形態１に係る往復動圧縮機の構成のうち、シリンダ１０の先端部分に近い部分のみの断面構成を示したものである。また、図２は本発明の形態に係る往復動圧縮機の構成のうち、後述する吸込弁４と弁抑え部材２０のみを示す断面構成説明図である。

この図１に示す本発明の形態１に係る往復動圧縮機は、先端がシリンダ蓋部材２２で閉蓋されてなるシリンダ１０を備えており、その内部にピストン棒１を有するピストン２が収容されると共に、このピストン２と上記シリンダ蓋部材２２との間に圧縮室３が形成されている。そして、この往復動圧縮機は、シリンダ１０内におけるピストン２の往復動作によって上記圧縮室３の吸込口から吸込まれたガスを圧縮して、この圧縮室３の吐出口から吐出させるように構成されている。

上記吸込口および上記吐出口は、上記シリンダ１０に設けられ、上記圧縮室３の内外を連通する連通口１０ａからなっている。図１においては、同図に示されている上下２つの連通口１０ａのうち、上方のものが吸込口を構成し、下方のものが吐出口を構成するようになっている。上記吸込口には吸込弁４が嵌装され、上記吐出口には吐出弁６が嵌装されている。そして、上記吸込弁４、上記吐出弁６は何れも、上記連通口１０ａの両端の間の一方の流れのみを許容する構造を有する逆止弁である。ここでいう「上記連通口１０ａの両端の間の一方の流れ」とは、図面上、吸込弁４の上から下に通じる流れ、吐出弁６の上から下に通じる流れとなる。

上記シリンダ１０の連通口１０ａの内側には吸込弁４、吐出弁６と係合する鍔部１０ｂが設けられている。つまり、吸込弁４は、図２に示すように、小径の略円柱部４ａと大径の略円柱部４ｂとが一体的になっており、断面形状が凸状になるように形成されている。
そして、吸込弁４は、鍔部１０ｂと小径の略円柱部４ａとが合わさった形態にて、上記連通口１０ａに嵌装されている。また、吐出弁６も吸込弁４と同様の形状になっており、吸込弁４と同様の形態にて上記連通口１０ａに嵌装されている。なお、吸込弁４は、上述のとおり、逆止弁であり、小径の略円柱部４ａから大径の略円柱部４ｂにかけて、その内部には複数の小流路やシリンダ等が形成されているが、ここではそれらの図示を省略している。

上記吸込弁４と上記吐出弁６はともに、弁抑え部材２０によって上記シリンダ１０の内側、より具体的には、上記シリンダ１０の軸に向かって押圧されている。この弁抑え部材２０は、図２に示すように、上記吸込弁４の大径の略円柱部４ｂと略同一の外径を有する略円筒２０ａと、それに一体的に連なるフランジ部２０ｂとからなっている。また、この弁抑え部材２０は、上記フランジ部２０ｂが上記シリンダ１０の外部に配された状態にて上記連通口１０ａに嵌装される。そして、この弁抑え部材２０は、フランジ部２０ｂに設けられた貫通穴２０ｃに貫通されたボルト等によって、シリンダ１０と締結されるように構成されている。さらに、略円筒２０ａの外周には、Ｏリング等のシール用の部材が嵌め込まれた、シール部２０ｄが設けられている。

上記連通口１０ａの内面の形状と、吸込弁４、吐出弁６の外側の形状、弁抑え部材２０の外側の形状とを略同一とし、また連通口１０ａの鍔部１０ｂで吸込弁４、吐出弁６を支持し易くし、さらに弁抑え部材２０のフランジ部２０ｂで弁抑え部材２０自体をシリンダ１０に支持し易くすることによって、上記吸込弁４、吐出弁６、上記弁抑え部材２０が上記連通口１０ａに嵌装し易くなるため、この往復動圧縮機の組立て作業性が向上する。

上記吸込口の弁抑え部材２０には、吸込配管５ａが接続され、吐出口の弁抑え部材２０には、吐出配管７ａが接続される。シリンダ１０では、ピストン２が往復動することによって、シリンダ１０のピストン２で仕切られた、図１における左側の空間である圧縮室３に、吸込配管５ａ、弁抑え部材２０、吸込弁４を介して、ガスが流入する。そして、この圧縮室３から圧縮されたガスが、吐出弁６、弁抑え部材２０、吐出配管７ａを介して吐出されるように構成されている。

以下、本発明の形態１に係る往復動圧縮機の作用態様を説明する。即ち、上記シリンダ１０の軸方向には、従来例のように吸込流路、吐出流路が形成されていない。つまり、このシリンダ１０の圧縮室３の吸込口、吐出口を形成する連通口１０ａを除けば、シリンダ１０を特段難しい加工を要しない簡略な構造のものとすることができる。従って、シリンダ１０の圧力容器としての剛性を高めることができ、またシリンダ１０の加工上の容易性も高めることができる。また、シリンダ１０の外径を小さくすることができ、ひいては、往復動圧縮機全体のコンパクト化が可能となる。さらに、シリンダ１０内でガスの流れを屈曲させることがないので、シリンダ１０での不必要な圧力損失による消費動力の損失を低減することができる。

図３は、本発明の形態２に係る往復動圧縮機の弁抑え部材２０の断面構成説明図である。
このように、図２に示した弁抑え部材２０を、図３に示すような２つの部材に分割可能な構成にしてもよい。より詳しくは、この図３に示す弁抑え部材２１は、部材２１ａと部材２１ｂとに分割可能に構成されている。上記図２に示す弁抑え部材２０の場合、部品点数の削減による組立て作業性の向上という利点があった。他方、図３に示すこの弁抑え部材２１の場合には、個々の部材の軽量化を図ることができ、部材毎の取扱いが容易になるという利点がある。

図４は、本発明の形態３に係る往復動圧縮機の吸込口または吐出口の断面構成説明図である。上述のとおり、弁抑え部材２０は、この弁抑え部材２０のフランジ部２０ｂに設けられた貫通穴２０ｃに貫通されたボルト等によりシリンダ１０に締結されるが、図４に示すように、吸込配管５ａ、吐出配管７ａそれぞれの端部にフランジを形成し、上記フランジ部２０ｂとこのフランジとをともにボルト等によって、この弁抑え部材２０をシリンダ１０に締結する構成にしてもよい。

図５は、本発明の形態４に係る往復動圧縮機の吸込口または吐出口の断面構成説明図である。本発明の弁抑え部材２０、吸込配管５ａ、吐出配管７ａは、それら全てが単一のボルトでシリンダ１０に締結されるものに限らない。例えば、図５に示すように、弁抑え部材２０はシリンダ１０と締結され、吸込配管５ａ、または吐出配管７ａの端部のフランジは、弁抑え部材２０と締結されるように構成されていても良い。

以上、往復動圧縮機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。設置スペースに応じて、自由な位置に配置されてよく、垂直に配置されていても構わない。また、本発明の技術的思想を、従来例のように、シリンダ内のピストンの往復動方向の前後に圧縮室が設けられてなる往復動圧縮機に対しても適用することができ、さらにシリンダ内のピストンのピストン棒側に圧縮室が設けられてなる往復動圧縮機に対しても適用することができる。

また、シリンダはその断面が略円形であることが望ましいが、本発明はそれに限定されるものではない。さらに、上述した本発明の形態１では、弁抑え部材２０は吸込弁４、吐出弁６をシリンダ１０の軸に向かって押圧するものとしたが、弁抑え部材は吸込弁、吐出弁をシリンダの内側に向かって押圧するものであればよく、必ずしもシリンダの軸に向かって押圧するものである必要はない。例えば、シリンダの断面が略矩形である場合において、弁抑え部材が逆止弁（吸込弁、吐出弁）をシリンダの内側であるが、その軸とは異なる部位に向かって押圧するものである形態もあり得る。

本発明の形態１に係る往復動圧縮機の主要部を示す断面構成説明図である。 本発明の形態１に係る往復動圧縮機の吸込弁と弁抑え部材のみを示す断面構成説明図である。 本発明の形態２に係る往復動圧縮機の弁抑え部材の断面構成説明図である。 本発明の形態３に係る往復動圧縮機の吸込口または吐出口の断面構成説明図である。 本発明の形態４に係る往復動圧縮機の吸込口または吐出口の断面構成説明図である。 従来例１に係る往復動圧縮機の構成の主要部を模式的に示す断面構成説明図である。 従来例２に係る往復動圧縮機の構成の主要部を模式的に示す断面構成説明図である。 従来例３に係る往復動圧縮機の構成の主要部を示す断面構成説明図である。

符号の説明

１…ピストン棒
２…ピストン
３…圧縮室
４…吸込弁，４ａ…小径の略円柱部，４ｂ…大径の略円柱部
５ａ…吸込配管
６…吐出弁
７ａ…吐出流路
１０…シリンダ，１０ａ…連通口，１０ｂ…鍔部
２０…弁抑え部材，２０ａ…略円筒，２０ｂ…フランジ部，２０ｃ…貫通穴，２０ｄ…シール部
２１…弁抑え部材，２１ａ…部材，２１ｂ…部材
２２…シリンダ蓋部材

Claims (2)

1. 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を備え、上記ピストンの上記シリンダ内の往復動作によって上記圧縮室の吸込口から吸込まれたガスを圧縮してこの圧縮室の吐出口より吐出する往復動圧縮機において、上記吸込口および上記吐出口が、上記シリンダに設けられ、上記圧縮室の内外を連通する連通口と、上記連通口の両端の間の一方の流れのみを許容する構造を有し、上記連通口に嵌装されて係合する逆止弁と、上記逆止弁を上記シリンダの内側に向かって押圧して上記連通口に嵌装される弁抑え部材から構成されてなることを特徴とする往復動圧縮機。
2. 上記シリンダの上記連通口の内側に鍔部が設けられてなり、上記逆止弁が小径の略円柱部と大径の略円柱部が接続された断面凸状で構成され、上記弁抑え部材が上記逆止弁の大径の略円柱部と略同一径の略円筒とそれに接続するフランジ部からなり、上記鍔部と上記小径の略円柱部が合わさって上記逆止弁が上記連通口に嵌装されてなり、上記フランジ部が上記シリンダの外部に配されて上記弁抑え部材が上記連通口に嵌装されてなることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
   
   

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