JP2008248798A

JP2008248798A - ガス昇圧装置

Info

Publication number: JP2008248798A
Application number: JP2007091497A
Authority: JP
Inventors: Tomoichirou Nakamura; 知一郎中村; Takeshi Katsumoto; 武勝本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】ガス圧縮機のベアリングの長寿命化を図ることにより、メンテナンス周期を延長可能となるガス昇圧装置の提供。
【解決手段】空気圧縮機２と、圧縮空気を貯留する空気タンク３と、圧縮空気のうちの一の気体を製品ガスとして分離する気体分離手段５と、製品ガスを昇圧するガス圧縮機７と、昇圧された製品ガスを貯留する貯留タンク８とを備え、ガス圧縮機７のシリンダ１１に連設されてクランク機構を保持するクランクケース２１は、その内側空間が空気タンク３からの圧縮空気でパージ可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを昇圧するガス昇圧装置に関する。

ガス昇圧装置として、例えば、空気を圧縮する空気圧縮機と、この空気圧縮機により生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、この空気タンクから吐出された圧縮空気のうちの一の気体（例えば窒素ガス）を製品ガスとして分離する気体分離手段と、この気体分離手段により分離された製品ガスを昇圧するガス圧縮機と、このガス圧縮機により昇圧された製品ガスを貯留する貯留タンクとを備えたものがある。

そして、上記のようなガス昇圧装置に用いることが可能なガス圧縮機として、シリンダと、このシリンダ内で往復動するピストンと、このピストンに連結された連接棒と、この連接棒に連結されたクランク軸と、シリンダに連設されてクランク軸を保持するクランクケースとを有し、クランク軸の回転によりピストンをシリンダ内で往復動させて製品ガスを昇圧する往復動式のものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−５１６１４号公報

このような往復動式のガス圧縮機では、製品ガスがシリンダとピストンとの隙間を介してクランクケース内に漏れ出ることがある。すると、この製品ガスによって、クランクケースにクランク軸を回転自在に保持するためのベアリングおよびクランク軸に連接棒を回転自在に保持するためのベアリングのグリスが早期に乾燥あるいは劣化してしまうことがあり、ベアリングの寿命が短くなり、メンテナンス周期を短くする一因となっている。

したがって、本発明は、ガス圧縮機のベアリングの長寿命化を図ることにより、メンテナンス周期を延長可能となるガス昇圧装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、空気を圧縮する空気圧縮機と、該空気圧縮機により生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、該空気タンクから吐出された圧縮空気のうちの一の気体を製品ガスとして分離する気体分離手段と、該気体分離手段により分離された製品ガスを昇圧するガス圧縮機と、該ガス圧縮機により昇圧された製品ガスを貯留する貯留タンクとを備えたガス昇圧装置において、前記ガス圧縮機は、シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、該ピストンに連結された連接棒と、該連接棒に連結されたクランク機構と、前記シリンダに連設されて前記クランク機構を保持するクランクケースとを有し、前記クランク機構の回転により前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させて前記製品ガスを昇圧する往復動式のものであり、該ガス圧縮機の前記クランクケースは、その内側空間が前記空気タンクからの圧縮空気でパージ可能とされていることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記クランクケースの内側空間への前記空気タンクからの圧縮空気のパージ処理を、前記ガス圧縮機の運転中、および前記ガス圧縮機の運転終了後の一定時間行うことを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、製品ガスがシリンダとピストンとの隙間を介してクランクケース内に漏れ出ることがあっても、クランクケースの内側空間を空気タンクからの圧縮空気でパージすることができる。したがって、ガス圧縮機のベアリングの長寿命化を図ることができ、メンテナンス周期を延長可能となる。

請求項２に係る発明によれば、クランクケースの内側空間への空気タンクからの圧縮空気のパージ処理を、ガス圧縮機の運転中、およびガス圧縮機の運転終了後の一定時間、つまり製品ガスがクランクケースの内側空間へ漏出する可能性が高い時に行うため、効率的にパージ処理を行うことができる。

本発明の一実施形態のガス昇圧装置を図面を参照して以下に説明する。
図１に示すように、本実施形態のガス昇圧装置１は、空気を圧縮する空気圧縮機２と、空気圧縮機２と一体に設けられてこの空気圧縮機２により生成された圧縮空気を貯留する空気タンク３と、空気タンク３に配管３Ａを介して接続されこの空気タンク３から吐出された圧縮空気を乾燥させる冷凍式のドライヤ４と、このドライヤ４に配管４Ａを介して接続されこのドライヤ４から吐出された乾燥した圧縮空気から窒素ガス（一の気体）を製品ガスとして分離するＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）式の窒素ガス生成機（気体分離手段）５とを有している。なお、膜分離式の窒素ガス生成機を用いても良い。

また、ガス昇圧装置１は、窒素ガス生成機５に配管５Ａを介して接続されこの窒素ガス生成機５から吐出された窒素ガスから粉塵を除去するフィルタ６と、このフィルタ６に配管６Ａを介して接続されこのフィルタ６から吐出された窒素ガスをさらに昇圧するガス圧縮機７と、ガス圧縮機７と一体に設けられるとともにこのガス圧縮機７に配管７Ａを介して接続されこのガス圧縮機７により昇圧された窒素ガスを貯留する窒素ガスタンク（貯留タンク）８と、窒素ガスタンク８から吐出される窒素ガスを外部に供給するための窒素ガス取出口８Ａと、各部を制御する制御部９とを有している。

このガス昇圧装置１では、空気圧縮機２を駆動して圧縮空気を空気タンク３に貯留させることになり、この空気タンク３の圧縮空気からドライヤ４で水分を除去した後、窒素ガス生成機５で製品ガスとしての窒素ガスを分離することになる。このようにして分離された窒素ガスがフィルタ６で浄化された後、ガス圧縮機７で昇圧され、このように昇圧された窒素ガスが窒素ガスタンク８に貯留され、窒素ガス取出口８Ａを介して適宜供給先に送られる。

ここで、ガス圧縮機７は、図２に示す構成をなしている。
図２において、符号１１は略円筒状のシリンダで、このシリンダ１１の上端側にはシリンダヘッド１２が設けられ、このシリンダヘッド１２内には隔壁１３によって配管６Ａに連通する吸入室Ａと配管７Ａに連通する吐出室Ｂとが画成されている。シリンダ１１内は、ピストン１４およびこれに設けられたピストンリング１４ａでシリンダヘッド１２側に圧縮室Ｃが画成されている。

符号１５は、シリンダヘッド１２に設けられた吸入ポートで、この吸入ポート１５は吸入室Ａと圧縮室Ｃとを連通させている。符号１６はシリンダヘッド１２に設けられた吐出ポートで、この吐出ポート１６は、吐出室Ｂと圧縮室Ｃとを連通させるものである。

符号１７は、吸入室Ａと圧縮室Ｃとの間に位置してシリンダヘッド１２に設けられた吸入弁で、この吸入弁１７は、ピストン１４が上死点から下死点に移動するときに開弁し、下死点から上死点に移動するときに閉弁する。

符号１８は、吐出室Ｂと圧縮室Ｃとの間に位置してシリンダヘッド１２に設けられた吐出弁で、この吐出弁１８は、ピストン１４が下死点から上死点に移動するときに開弁し、上死点から下死点に移動するときに閉弁する。

符号２１は、シリンダ１１の下端側に連設されるクランクケースで、このクランクケース２１の内側空間Ｄにピストン１４に連結された連接棒２２が延びている。クランクケース２１には、対向する壁部の同軸上に一対のベアリング２３が取り付けられている。

符号２５は、一対のベアリング２３によってクランクケース２１に回転可能に支持されるクランク軸（クランク機構）で、このクランク軸２５の中間部に、上記した連接棒２２のピストン１４とは反対側がベアリング２６を介して回転自在に連結されている。

このような往復動式のガス圧縮機７は、図示しないモータの駆動によるクランク軸２５の偏心回転運動によって、連接棒２２を介してピストン１４およびピストンリング１４ａがシリンダ１１内でシリンダ軸方向に往復動することになり、吸入行程では、図２（ａ）に示すように、ピストン１４およびピストンリング１４ａのシリンダヘッド１２とは反対方向への移動で圧縮室Ｃが拡大し吐出弁１８は閉状態のまま吸入弁１７を開いて窒素ガスを吸入室Ａから圧縮室Ｃに導入する。続く圧縮行程では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、ピストン１４およびピストンリング１４ａのシリンダヘッド１２の方向への移動で圧縮室Ｃが縮小し吸入弁１７は閉状態のまま吐出弁１８を開いて圧縮室Ｃから窒素ガスを吐出室Ｂに吐出する。この圧縮行程による圧力上昇で、窒素ガスがピストンリング１４ａとシリンダ１１との隙間を介して圧縮室Ｃからクランクケース２１の内側空間Ｄに漏れ出ることになる。

そして、本実施形態では、上記のような窒素ガスの漏れ出しに対応するため、空気タンク３とクランクケース２１とを直接バイパス接続させ、空気タンク３内の貯留空間とクランクケース２１の内側空間Ｄとを直接連通可能とする配管３０が設けられている。この配管３０には空気タンク３側の中間位置に電磁式の開閉弁３１が設けられており、クランクケース２１側の中間位置にオリフィス３２が設けられている。また、クランクケース２１には、内側空間Ｄを外気開放する呼吸栓３３が設けられている。

次に、制御部９による制御内容について図３および図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、制御部９は、図示しない運転スイッチが押されると（ステップＳＡ１）、空気タンク３が所定の起動圧力ＰＡ１以下であるか否かを判断し（ステップＳＡ２）、空気タンク３が起動圧力ＰＡ１以下でなければ、空気タンク３が起動圧力ＰＡ１以下となるまで待機する。

空気タンク３が起動圧力ＰＡ１以下となると、制御部９は、空気圧縮機２を運転する（ステップＳＡ３）。これにより、空気圧縮機２で生成された圧縮空気が空気タンク３に貯留される。

次に、制御部９は、図示しない停止スイッチが押されたか否かを判定し（ステップＳＡ４）、停止スイッチが押されていない場合は、空気タンク３が所定の停止圧力ＰＡ２（ＰＡ２＞ＰＡ１）以上であるか否かを判断する（ステップＳＡ５）。空気タンク３が所定の停止圧力ＰＡ２以上でなければ、ステップＳＡ４に戻る一方、空気タンク３が所定の停止圧力ＰＡ２以上であれば、空気圧縮機２を停止させて（ステップＳＡ６）、ステップＳＡ２に戻る。また、ステップＳＡ４で停止スイッチが押された場合、制御部９は、空気圧縮機７を停止させて（ステップＳＡ７）、制御を終了する。

上記した制御により、運転スイッチが押されてから停止スイッチが押されるまでの間、空気圧縮機１は、空気タンク３内を所定の起動圧力ＰＡ１〜所定の停止圧力ＰＡ２の圧力に維持するように駆動および駆動停止が制御される。

また、制御部９は、上記の運転スイッチが押されると（ステップＳＢ１）、窒素ガスタンク８が所定の起動圧力ＰＢ１以下であるか否かを判断し（ステップＳＢ２）、窒素ガスタンク８が起動圧力ＰＢ１以下でなければ、窒素ガスタンク８が起動圧力ＰＢ１以下となるまで待機する。

窒素ガスタンク８が起動圧力ＰＢ１以下となると、制御部９は、開閉弁３１を開き、空気タンク３の圧縮空気を配管３０を介してクランクケース２１の内側空間Ｄに向け吐出可能な状態とする（ステップＳＢ３）とともに、ガス圧縮機７を運転する（ステップＳＢ４）。これにより、上述したように、空気圧縮機２で生成された圧縮空気から窒素ガス生成機５で分離された窒素ガスが配管６Ａを介してガス圧縮機７の吸入室Ａに導入され、圧縮室Ｃで圧縮されることで昇圧されて、吐出室Ｂから配管７Ａを介して窒素ガスタンク８に貯留されるとともに、空気圧縮機２で生成された圧縮空気が空気タンク３から配管３０を介しオリフィス３２で流量が調整されてガス圧縮機７のクランクケース２１の内側空間Ｄに導入され、内側空間Ｄを空気でパージしつつ呼吸栓３３から排出されることになる。これにより、露点が−７０℃と低く乾燥した窒素ガスが、ガス圧縮機７のシリンダ１１とピストン１４およびピストンリング１４ａとの間からクランクケース２１の内側空間Ｄに漏出することがあっても、これを湿った圧縮空気でパージすることができる。

次に、制御部９は、上記した停止スイッチが押されたか否かを判定し（ステップＳＢ５）、停止スイッチが押されていない場合は、窒素ガスタンク８が所定の停止圧力ＰＢ２（ＰＢ２＞ＰＢ１）以上であるか否かを判断する（ステップＳＢ６）。窒素ガスタンク８が所定の停止圧力ＰＢ２以上でなければ、ステップＳＢ５に戻る一方、窒素ガスタンク８が所定の停止圧力ＰＢ２以上であれば、ガス圧縮機７を停止させる（ステップＳＢ７）。そして、この停止後、所定の一定時間Ｔ（例えば４秒）が経過するまで待つ（ステップＳＢ８）。この間は、圧縮空気が空気タンク３から配管３０を介してガス圧縮機７のクランクケース２１の内側空間Ｄに導入され続ける。そして、この一定時間Ｔが経過すると、制御部９は、開閉弁３１を閉じて（ステップＳＢ９）、ステップＳＢ２に戻る。これにより、配管３０を介しての圧縮空気のクランクケース２１の内側空間Ｄへの供給が停止する。ここで、この所定の一定時間は、ガス圧縮機７を停止後、圧縮室Ｃ側に残存する窒素ガスが内側空間Ｄに漏れ出ることに対して圧縮空気のパージを行うべき時間である。

上記したステップＳＢ５で停止スイッチが押された場合も、制御部９は、ガス圧縮機７を停止させる（ステップＳＢ１０）。そして、この停止後、所定の一定時間Ｔが経過するまで待つ（ステップＳＢ１１）。この間は、圧縮空気が空気タンク３から配管３０を介してガス圧縮機７のクランクケース２１の内側空間Ｄに導入され続ける。なお、停止スイッチの操作で空気圧縮機２も停止することになるが、この一定時間Ｔの間は、空気タンク３に貯留された圧縮空気がガス圧縮機７のクランクケース２１の内側空間Ｄに導入されることになる。そして、この一定時間Ｔが経過すると、制御部９は、開閉弁３１を閉じて（ステップＳＢ１２）、制御を終了する。これにより、配管３０を介しての圧縮空気のクランクケース２１の内側空間Ｄへの供給が停止する。

以上に述べた本実施形態のガス昇圧装置１によれば、乾燥した窒素ガスがガス圧縮機７のクランクケース２１の内側空間Ｄに漏れ出ることがあっても内側空間Ｄを空気タンク３からの湿った圧縮空気でパージすることで、クランクケース２１内に設けられたベアリング２３，２６の早期の乾燥および劣化を防止することができる。したがって、ガス圧縮機７のベアリング２３，２６の長寿命化を図ることができ、メンテナンス周期を延長可能となる。

また、クランクケース２１の内側空間Ｄへの空気タンク３からの圧縮空気のパージ処理を、ガス圧縮機７の運転中、およびガス圧縮機７の運転終了後の一定時間、つまり窒素ガスがクランクケース２１の内側空間Ｄへ漏出する可能性が高い時に行うため、効率的にパージ処理を行うことができる。

なお、以上の実施形態では、クランク機構としてクランク軸２５を例にとり説明したが、クランク軸の他、クランク部を持たない偏心ベアリングを用いたクランク機構等の他のクランク機構であっても良い。

本発明の一実施形態のガス昇圧装置の全体構成を示す図である。本発明の一実施形態のガス昇圧装置におけるガス圧縮機を示す断面図であって、（ａ）は吸入行程の終了段階を、（ｂ）は圧縮行程の途中段階を、（ｃ）は圧縮行程の終了段階をそれぞれ示している。本発明の一実施形態のガス昇圧装置における空気圧縮機の制御内容を示すフローチャートである。本発明の一実施形態のガス昇圧装置におけるガス圧縮機の制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ガス昇圧装置
２空気圧縮機
３空気タンク
５窒素ガス生成機（気体分離手段）
７ガス圧縮機
８窒素ガスタンク（貯留タンク）
１１シリンダ
１４ピストン
２１クランクケース
２２連接棒
２５クランク軸（クランク機構）
３０配管
３１開閉弁
Ｄ内側空間

Claims

空気を圧縮する空気圧縮機と、
該空気圧縮機により生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、
該空気タンクから吐出された圧縮空気のうちの一の気体を製品ガスとして分離する気体分離手段と、
該気体分離手段により分離された製品ガスを昇圧するガス圧縮機と、
該ガス圧縮機により昇圧された製品ガスを貯留する貯留タンクとを備えたガス昇圧装置において、
前記ガス圧縮機は、シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、該ピストンに連結された連接棒と、該連接棒に連結されたクランク機構と、前記シリンダに連設されて前記クランク機構を保持するクランクケースとを有し、前記クランク機構の回転により前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させて前記製品ガスを昇圧する往復動式のものであり、
該ガス圧縮機の前記クランクケースは、その内側空間が前記空気タンクからの圧縮空気でパージ可能とされていることを特徴とするガス昇圧装置。
請求項１記載のガス昇圧装置において、
前記クランクケースの内側空間への前記空気タンクからの圧縮空気のパージ処理を、前記ガス圧縮機の運転中、および前記ガス圧縮機の運転終了後の一定時間行うことを特徴とするガス昇圧装置。