JP2022067457A - 圧縮機及び水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】水素ガス用の圧縮機において、２つピストンリング群が設けられているピストンにおけるピストンリングの摩耗を抑制する。
【解決手段】圧縮ステージ１５は、シリンダ２５と、ピストン３５と、第１ピストンリング群４１と、第２ピストンリング群４２とを備える。シリンダ２５は、第１ピストンリング群４１との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる第１冷却流路７１と、第２ピストンリング群４２との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる第２冷却流路７２と、第１冷却流路７１と第２冷却流路７２との間に配置された中間部６３とを備える。連絡流路８１は、中間部６３と、接続管９ｅとに接続され、圧縮室２５Ｓから第１ピストンリング群４１を通って中間部６３へと漏出する水素ガスをシリンダ２５の外部に導出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、水素ガスを圧縮する圧縮機及び水素ステーションに関する。

従来、シリンダ内でピストンを往復動させてシリンダ内に形成された圧縮室に導入されたガスを圧縮するように構成された往復動式の圧縮機が知られている。この圧縮機では、圧縮室内で得られた圧縮ガスがピストン外周部とシリンダ内周面との間の空隙を通じて漏出することを防止するために、ピストン外周面には複数のピストンリングがシリンダの軸方向に整列するように装着されている。

例えば、特許文献１に開示された往復動式の圧縮機では、多数のピストンリングが２つのピストンリング群に分かれてピストン外周面に装着されている。特許文献１の圧縮機には、２つのピストンリング群の間に接続されてガスを導入するガス導入手段が設けられている。このガス導入手段により、ピストン外周部とシリンダの内周面との間の空隙に、所定圧のガスを導入するようにしている。

特許第５４３５２４５号公報

ところで、特許文献１では、２つのピストンリング群の間に対応するシリンダ内面とピストンとの隙間に所定圧の圧縮ガスを導入することにより、ピストンリングの長寿命を図っている。ピストンリングの損傷は、１つ目のピストンリングを通過したガスが、下段に流れるに従い圧力が低下することで、体積が膨張し、流速が上がることでピストンリングに与える負荷が増加することが原因であると考えられる。そこで、２つのピストンリング群の間に所定圧のガスを導入することで、ピストン基端側のピストンリング群へ流れ出るガスの流速を落とし、ピストン基端側のピストンリング群のピストンリングを保護している。

しかしながら、特許文献１の圧縮機では、圧縮室で生じた漏出ガスが高温の状態でピストンリング群を通過することになるため、ピストンリングの摩耗が促進される虞がある。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、２つピストンリング群が設けられているピストンにおいて、ピストンリングの摩耗を抑制することにある。

本発明に係る圧縮機は、水素ガスを圧縮する圧縮機であって、複数の圧縮ステージと、前記複数の圧縮ステージを駆動する駆動機構と、を備える。前記複数の圧縮ステージの少なくとも１つの圧縮ステージは、シリンダと、前記シリンダに挿入されるピストンと、前記ピストンに設けられる第１ピストンリング群と、前記第１ピストンリング群よりも前記駆動機構側に設けられる第２ピストンリング群と、を備える。前記シリンダは、前記シリンダと前記第１ピストンリング群との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる第１冷却流路と、前記シリンダと前記第２ピストンリング群との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる第２冷却流路と、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路との間の中間部に設けられ、前記シリンダの内側面と外側面とを貫通する貫通孔と、を備える。前記圧縮機は、前記貫通孔に接続されるとともに前記少なくとも１つの圧縮ステージに接続された吸入流路、または、前記吸入流路よりも低圧の流路に連絡し、前記ピストンの先端部から前記第１ピストンリング群を通って前記中間部へと漏れた水素ガスを前記シリンダの外部に導く連絡流路を、さらに備える。

本発明では、第１冷却流路により、第１ピストンリング群において体積の膨張と流速の増加を伴って漏出する漏出ガスを冷却する。これにより、漏出ガスを冷却しなかった場合と比べて、漏出ガスの体積の膨張と流速の増加は抑制され、第１ピストンリング群の各ピストンリングの摩耗を抑制される。

前記少なくとも１つの圧縮ステージと前段の圧縮ステージとがタンデム構造となっていてもよい。この場合において、前記前段の圧縮ステージは、前記シリンダの前記駆動機構側に接続される低圧側シリンダと、前記低圧側シリンダに挿入されるととともに前記ピストンに接続され、前記ピストンよりも径が大きい低圧側ピストンと、前記低圧側ピストンに設けられる第３ピストンリング群と、を備えてもよい。

この態様では、少なくとも１つの圧縮ステージでの漏出ガスを、連絡流路へ逃がすことができるため、前段の圧縮ステージに漏出する漏出ガスの漏れ量を低減できる。

前記少なくとも１つの圧縮ステージは、前記シリンダに接続され、前記第１ピストンリング群および前記第２ピストンリング群を通過した水素ガスを回収するディスタンスピース、を備えていよもよい。

この態様では、少なくとも１つの圧縮ステージでの漏出ガスを、連絡流路へ逃がすことができるため、ディスタンスピースに漏出する漏出ガスの漏れ量を低減できる。

前記吸入流路は、前記吸入流路を流れる水素ガスを冷却するためのガス冷却部を備えてもよい。この場合、前記連絡流路は、前記吸入流路上の前記ガス冷却部よりも上流側の部位に接続されてもよい。

この態様では、連絡流路を冷却部よりも上流の部位に接続することで、冷却部で冷却されたガスが、高温の漏出ガスによって昇温してしまうことを防止できる。

前記連絡流路が、前記吸入側の流路に接続されてもよく、この場合、前記連絡流路は、前記連絡流路上に逆止弁を備えてもよい。

連絡流路が接続された吸入流路の水素ガスの圧力は、中間部における水素ガスの圧力よりも大きくなる場合がある。しかし、この態様では、逆止弁が設けられているので、連絡流路から中間部への水素ガスの逆流を防止できる。

前記複数の圧縮ステージには、前記少なくとも１つの圧縮ステージよりも前段の他の圧縮ステージが含まれてもよい。この場合、前記低圧の流路は、前記他の圧縮ステージに吸い込まれる水素ガスが流れる流路であってもよい。また、前記連絡流路は前記低圧の流路に接続され、前記連絡流路上に減圧弁を備えていてもよい。

この態様では、減圧弁を備えることにより、連絡流路から低圧の流路への水素ガスの過度の流出を防止できる。

前記中間部は、前記貫通孔とは周方向における異なる位置において、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路とを連通する連通路を備えてもよい。

この態様では、第１冷却流路と第２冷却流路とが互いに連通するので、シリンダにおける冷却構造を簡素化することができる。

前記連絡流路の内径は前記シリンダの内径の１０％以上であってもよく、かつ、前記連絡流路の容積は、前記ピストンと前記シリンダとの間に形成された微小隙間の体積のうちの前記第１ピストンリング群に対応する区間での微小隙間の容積よりも大きくてもよい。

シリンダの内径の大きさに比例して連絡流路の内径を大きくさせる必要がある。具体的には、連絡流路の内径は、シリンダの内径の１０％以上の大きさとすることが好ましい。また、上記微小隙間には漏出ガスが流れ込んでおり、連絡流路の容積を上記微小隙間の容積よりも大きくする必要がある。この態様では、連絡流路に所定の容積をもたせることにより、連絡流路は漏出ガスが流入可能な収容空間として機能する。

前記圧縮機は、水素ガスを貯留する蓄圧器と、前記蓄圧器から水素の供給を受けるディスペンサと、を備える水素ステーションに設けられていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、２つピストンリング群が設けられているピストンにおいて、ピストンリングの摩耗を抑制できる。

第１実施形態の圧縮機が適用された水素ステーションの構成を模式的に示す図である。 第１実施形態の圧縮機を模式的に示す図である。 図２に示す圧縮機の一部の構成を概略的に示す断面図である。 図２に示す圧縮機の一部の構成を概略的に示す断面図である。 第２実施形態の圧縮機の一部を概略的に示す図である。 第３実施形態の圧縮機の一部を概略的に示す図である。 第４実施形態の圧縮機の一部を概略的に示す図である。 第５実施形態の圧縮機の一部を概略的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。文中で「上」や「下」といった方向指標が用いられるが、これらの方向指標は説明の明瞭化のみを目的としており、限定的に解釈されるべきでない。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、圧縮機１は水素ステーション１００に設けられている。水素ステーション１００は、水素ガスを圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された高圧の水素ガスを貯溜る蓄圧器２と、高圧の水素ガスを蓄圧器２から燃料電池車４等に供給するディスペンサ３と、を備えている。

図２に示すように、圧縮機１は、複数の圧縮ステージ（第１～第５圧縮ステージ１１～１５）と、これらの複数の圧縮ステージ１１～１５を駆動する駆動機構５と、を備えている。５つの圧縮ステージ１１～１５はそれぞれ、水素ガスを順次圧縮して送り出す。５つの圧縮ステージ１１～１５のうち、第１圧縮ステージ１１と、第３圧縮ステージ１３と、第５圧縮ステージ１５とは互いに結合されて第１ブロック部６を構成している。第２圧縮ステージ１２と第４圧縮ステージ１４とは互いに結合されて、第１ブロック部６とは別個に設けられた第２ブロック部７を構成している。

第１ブロック部６では、第１圧縮ステージ１１の上に第３圧縮ステージ１３が配置され、第３圧縮ステージ１３の上に第５圧縮ステージ１５が載置されている。一方、第２ブロック部７では、第２圧縮ステージ１２の上に第４圧縮ステージ１４が載置されている。第１ブロック部６及び第２ブロック部７は、駆動機構５の上に載置され、駆動機構５のクランク軸（図示省略）の回転に伴い、各圧縮ステージにおいて水素ガスの圧縮が行われる。第１ブロック部６及び第２ブロック部７ではそれぞれ、１つのピストンロッドに対して複数のピストンが直列に接続されている、いわゆるタンデム構造の圧縮機が構成されている。

圧縮機１は、ガス導入管９ａと、第１接続管９ｂと、第２接続管９ｃと、第３接続管９ｄと、第４接続管９ｅと、ガス排出管９ｆと、を備えている。ガス導入管９ａは第１圧縮ステージ１１の吸入口に接続されている。第１接続管９ｂは、第１圧縮ステージ１１と第２圧縮ステージ１２とを接続する。第２接続管９ｃは、第２圧縮ステージ１２と第３圧縮ステージ１３とを接続する。第３接続管９ｄは、第３圧縮ステージ１３と第４圧縮ステージ１４とを接続する。第４接続管９ｅは、第４圧縮ステージ１４と第５圧縮ステージ１５とを接続する。ガス排出管９ｆは、第５圧縮ステージ１５の吐出口に接続されている。ガス導入管９ａと、第１接続管９ｂ～第４接続管９ｅと、ガス排出管９ｆとは、水素ガスを流通させる流路を形成する。

図３は、第３圧縮ステージ１３及び第５圧縮ステージ１５を簡略化して示す断面図である。図３に示すように、第３圧縮ステージ１３は、第３シリンダ２３と、第３シリンダ２３内に挿入された第３ピストン３３と、を備える。第５圧縮ステージ１５は、第３シリンダ２３上に載置された第５シリンダ２５と、第５シリンダ２５内に挿入された第５ピストン３５と、を備える。第３圧縮ステージ１３は第５圧縮ステージ１５に対する前段の圧縮ステージであり、第３シリンダ２３は第５シリンダ２５に対する低圧側のシリンダであり、第３ピストン３３は第５ピストン３５に対する低圧側のピストンである。

第３シリンダ２３の内部には、第３シリンダ２３と第３ピストン３３とにより、第３圧縮室２３Ｓが形成されている。第５シリンダ２５内には、第５シリンダ２５と第５ピストン３５とにより、第５圧縮室２５Ｓが形成されている。第３ピストン３３の径は第５ピストン３５の径よりも大きい。第３ピストン３３と第５ピストン３５とは接続ロッド３７よって接続されている。

第５ピストン３５の外周面には複数のピストンリングが装着されており、当該複数のピストンリングは第１ピストンリング群４１と第２ピストンリング群４２とを構成している。すなわち、第１ピストンリング群４１と第２ピストンリング群４２とは、隣り合うピストンリング間の間隔よりも大きな間隔をあけて配置されている。第３ピストン３３の外周面には複数のピストンリングが装着されており、当該複数のピストンリングは第３ピストンリング群４３を構成している。

図示は省略するが、第１圧縮ステージ１１は、第１シリンダと、第１シリンダ内に挿入された第１ピストンとを備える。第３シリンダ２３は第１シリンダ上に載置されている。第１ピストンと第３ピストン３３とは接続ロッドによって接続されており、第１ピストンにはピストンロッドが接続されている。ピストンロッドは、クロスヘッドを介して駆動機構５のクランク軸の回転運動を第１ピストンの往復運動に変換する。さらに、第２圧縮ステージ１２及び第４圧縮ステージ１４は、シリンダの内部にピストンが配置された構成であり、第２シリンダの上に第４シリンダが載置されている。

図４は第５圧縮ステージ１５を示す断面図である。図４では、図３よりもより詳細に第５圧縮ステージを図示している。第５圧縮ステージ１５の第５シリンダ２５は、シリンダ本体５１と、シリンダヘッド５２と、吸入側ジョイント部材５３と、吐出側ジョイント部材５４と、上側ジャケット部材５５と、下側ジャケット部材５６とを備える。

シリンダ本体５１は、一方向（図例では上下方向）に長い形状であり、その中央には前記一方向に延びる柱状空間５１ａが形成されている。この柱状空間５１ａは、シリンダ本体５１を上下方向に貫通しており、シリンダ本体５１の上面には開口部５１ｂが形成されている。

シリンダ本体５１は、本体ヘッド部６１と、上側筒部６２と、中間部６３と、下側筒部６４とを有する。なお、これらの部材６１～６４は一体で形成されている。本体ヘッド部６１は、シリンダ本体５１における上端部に位置しており、上側筒部６２よりも側方（前記一方向に直交する方向）に突出している。本体ヘッド部６１の上面には、上面視で円形状であって前記開口部５１ｂと中心点を共有するとともに前記開口部５１ｂよりも外径が大きい上面凹部６１ａが、下方に凹むように形成されている。

本体ヘッド部６１には、吸入孔６１ｂ及び吐出孔６１ｃが形成されている。吸入孔６１ｂは、柱状空間５１ａに連通するとともに、前記一方向に直交する方向に延びる空間であり、本体ヘッド部６１の側面に開口している。吐出孔６１ｃは、柱状空間５１ａに連通するとともに、柱状空間５１ａから吸入孔６１ｂとは反対側に向けて延びる空間であり、本体ヘッド部６１の側面において吸入孔６１ｂの開口とは反対側に開口している。

上側筒部６２は、本体ヘッド部６１の下側に配置された外径が一定の部位であり、本体ヘッド部６１及び中間部６３よりも外径が小さい。そして、上側筒部６２の下側に中間部６３が配置されている。このため、本体ヘッド部６１の下面と、上側筒部６２の外周面と、中間部６３の上面とによって、シリンダ本体５１には上側凹部５１ｃが形成されている。すなわち、上側凹部５１ｃは上側筒部６２の外周面を取り囲むように環状に形成されている。上側凹部５１ｃには上側ジャケット部材５５が被せられている。

下側筒部６４は、中間部６３の下側に配置された外径が一定の部位であり、中間部６３よりも外径が小さい。なお、下側筒部６４の下側に位置するシリンダ本体５１の下端も中間部６３と同じ外径を有している。このため、中間部６３の下面と、下側筒部６４の外周面と、シリンダ本体５１下端における上面とによって、シリンダ本体５１には下側凹部５１ｄが形成されている。すなわち、下側凹部５１ｄは下側筒部６４の外周面を取り囲むように環状に形成されている。下側凹部５１ｄには下側ジャケット部材５６が被せられている。

シリンダヘッド５２は、シリンダヘッド本体５２ａと、シリンダヘッド本体５２ａの下面から下方向に突出した凸部５２ｂと、を有している。シリンダヘッド５２は、凸部５２ｂがシリンダ本体５１の上面凹部６１ａに嵌め合わされた状態で、本体ヘッド部６１の上面に配置されている。

吸入側ジョイント部材５３は、本体ヘッド部６１の吸入孔６１ｂに設けられる逆止弁（図示省略）を保持するために用いられる。吸入側ジョイント部材５３は吸入孔６１ｂの開口を塞ぐように本体ヘッド部６１に取り付けられている。

吐出側ジョイント部材５４は、本体ヘッド部６１の吐出孔６１ｃに設けられる逆止弁（図示省略）を保持するために用いられる。吐出側ジョイント部材５４は吐出孔６１ｃの開口を塞ぐように本体ヘッド部６１に取り付けられている。

吸入側ジョイント部材５３には、吸入孔６１ｂと外部とを連通する貫通孔が形成されており、貫通孔には第４接続管９ｅが挿入されている。第４接続管９ｅ及び吸入孔６１ｂは、第５シリンダ２５内の柱状空間５１ａへと通じ水素ガスが吸入される第５シリンダ２５の吸入流路として機能する。

吐出側ジョイント部材５４には、吐出孔６１ｃと外部とを連通する貫通孔が形成されており、貫通孔にはガス排出管９ｆが挿入されている。ガス排出管９ｆ及び吐出孔６１ｃは、第５シリンダ２５内の柱状空間５１ａへと通じ水素ガスが吸入される第５シリンダ２５の吐出流路として機能する。

上側ジャケット部材５５は、上側凹部５１ｃを覆うように配置されている。これにより、上側ジャケット部材５５と上側筒部６２の外周面との間には密閉された空間が形成され、この空間は第１ピストンリング群４１を冷却する第１冷却流路７１として機能する。第１冷却流路７１は、第５ピストン３５の往復動時における第１ピストンリング群４１の移動範囲をカバーする大きさである。第１冷却流路７１には、第５シリンダ２５（シリンダ本体５１の内面）と第１ピストンリング群４１との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる。

下側ジャケット部材５６は、下側凹部５１ｄを覆うように配置されている。これにより、下側ジャケット部材５６と下側筒部６４の外周面との間には密閉された空間が形成され、この空間は第２ピストンリング群４２を冷却する第２冷却流路７２として機能する。第２冷却流路７２は、第５ピストン３５の往復動時における第２ピストンリング群４２の移動範囲をカバーする大きさである。第２冷却流路７２には、第５シリンダ２５（シリンダ本体５１の内面）と第２ピストンリング群４２との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる。

上側ジャケット部材５５には、第１冷却流路７１内に冷却流体を導入する導入部５７が設けられている。下側ジャケット部材５６には、第２冷却流路７２から冷却流体を排出する排出部５８が設けられている。なお、上側ジャケット部材５５に排出部５８が設けられ、下側ジャケット部材５６ｂに導入部５７が設けられていてもよい。

第５ピストン３５は、一方向（図例では上下方向）に長い円柱形状であり、シリンダ本体５１の柱状空間５１ａを上下方向に摺動可能に配置されている。第５ピストン３５の先端面（上面）と、シリンダ本体５１の内周面と、シリンダヘッド５２の凸部５２ｂ下面とは第５圧縮室２５Ｓを区画形成している。また、第５シリンダ２５のシリンダ本体５１内周面と、第５ピストン３５の外周面との間には、微小隙間Ｃ１が形成されている。

中間部６３は、第５ピストン３５が往復動する方向において、第１冷却流路７１と第２冷却流路７２の間に位置している。中間部６３には、柱状空間５１ａ（微小隙間Ｃ１）と外部との間を連通させる貫通孔６３ａが形成されており、貫通孔６３ａの一方の端部は微小隙間Ｃ１に開口するとともに、他方の端部は中間部６３の外周面に開口している。貫通孔６３ａには連絡流路８１が接続されており、連絡流路８１は第４接続管９ｅに接続されている。つまり、微小隙間Ｃ１から流れ出す漏出ガスは、第４接続管９ｅに戻される。

連絡流路８１を製作する材料として、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を用いるのが好ましい。一例としては、日本産業規格の配管用オーステナイト系ステンレス鋼管（ＪＩＳ－Ｇ３４５９）ＳＵＳ３１６ＬＴＰまたは同規格３１６ＴＰ、米国機械学会のオーステナイト系ステンレス鋼規格（ＡＳＭＥ－Ｓｅｃｔｉｏｎ２ ＰＡＲＴ－Ａ １９９８ ＳＡ－４７９）ＸＭ－１９、または米国機械学会の配管用オーステナイト系ステンレス鋼規格（ＡＳＭＥ－Ｓｅｃｔｉｏｎ２ ＰＡＲＴ－Ａ １９９８ ＳＡ－３１２）ＴＰＸＭ－１９などが挙げられる。連絡流路８１に上記の材料を用いることにより、高圧の水素ガス環境下であっても十分な強度を有するとともに水素脆化が生じ難い。

第１冷却流路７１と第２冷却流路７２とは、中間部６３を貫通するように形成された連通路６３ｂにより連通している。すなわち、導入部５７と、第１冷却流路７１と、連通路６３ｂと、第２冷却流路７２と、排出部５８とによって、冷却流体を流通させる流路が形成される。第１冷却流路７１と第２冷却流路７２とを連通させることで、第５シリンダ２５における冷却構造を簡素化できる。

本実施形態では、連通路６３ｂは、中間部６３の周方向において貫通孔６３ａと反対側の位置に配置されているが、中間部６３の周方向において貫通孔６３ａと異なる位置であれば、これ以外の位置でもよい。

なお、第１冷却流路７１と第２冷却流路７２とは、連通路６３ｂによって連通していなくてもよい。その場合、第１冷却流路７１と第２冷却流路７２とはそれぞれ、冷却流体を導入する導入部５７と、冷却流体を排出する排出部５８とが設けられることになる。

圧縮機１の駆動時には、各圧縮ステージでは、ピストンがシリンダ内部で上下方向に摺動し、これにより、圧縮室は膨張と圧縮を繰り返す。圧縮室が膨張すると圧縮室に水素ガスが導入され、圧縮室内の圧力が所定圧力に達すると、圧縮室から水素ガスが吐出される。この結果、圧縮機１に導入された水素ガスは、５つの圧縮ステージ１１～１５において順次圧縮されて、高圧の水素ガスとなって圧縮機１から排出される。

図４に示すように、第５圧縮室２５Ｓで圧縮された水素ガスの一部は、漏出ガスとして、高温・高圧の状態で、第１ピストンリング群４１に対応する微小隙間Ｃ１へ流れ出る。このとき、第１冷却流路７１に低温の冷却流体が循環しているため、漏出ガスは、微小隙間Ｃ１を流れる際に冷却され、且つ、ピストンリングを通過する毎に圧力が低下する。その結果、冷却流体によって漏出ガスが冷却されなかった場合と比べて、水素ガスの体積の膨張と流速の増加は抑制され、第１ピストンリング群４１の各ピストンリングの摩耗を抑制できる。

第１ピストンリング群４１に対応する微小隙間Ｃ１から流れ出る漏出ガスの一部は、連絡流路８１を通じて第４接続管９ｅに戻される。残りの水素ガスは第２ピストンリング群４２に対応する微小隙間Ｃ１を流れる。連絡流路８１を設けることにより、第２ピストンリング群４２側へ流れ出る漏出ガスの漏出量は抑制される。これにより、第２ピストンリング群４２の各ピストンリングの摩耗を抑制できるとともに、第２ピストンリング群４２に対応する微小隙間Ｃ１を通過して、第３圧縮ステージ１３側に漏れ出る漏出ガスの漏出量を低減できる。

第２冷却流路７２には低温の冷却流体が循環しているため、漏出ガスは第２ピストンリング群４２に対応する微小隙間Ｃ１を流れる際に冷却される。したがって、第２ピストンリング群４２の各ピストンリングの摩耗をさらに抑制できる。

連絡流路８１の内径は、第５シリンダ２５の内径の１０％の大きさ以上にすることが好ましい。また、連絡流路８１の容積の大きさは、第５ピストン３５の静止時における第１ピストンリング群４１に対応する区間での微小隙間Ｃ１の体積よりも大きくすることが好ましい。連絡流路８１に所定の容積を持たせることにより、連絡流路８１は漏出ガスが流入可能な収容空間として機能する。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態の圧縮機１について、図５を参照しながら説明する。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、第５圧縮ステージ１５は、ディスタンスピース８を備えている点において第１実施形態とは異なっている。ディスタンスピース８は、第５シリンダ２５の下に隣接配置されており、第５ピストン３５に接続されている接続ロッド３７を貫通させるための貫通部８ａが形成されている。また、ディスタンスピース８内には、第１ピストンリング群４１と第２ピストンリング群４２とに対応する微小隙間Ｃ１を通過して漏れ出た漏出ガスを収容する空間８ｂが形成されている。ディスタンスピース８は第３シリンダ２３に結合されてもよく、あるいは駆動機構５に結合されてもよい。

圧縮機１の駆動時に、第５圧縮室２５Ｓから微小隙間Ｃ１を通じて漏れ出した漏出ガスは、連絡流路８１を通じて第４接続管９ｅに戻される。このため、第５シリンダ２５からディスタンスピース８に漏出する漏出ガスの漏出量を低減できる。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

＜第３実施形態＞
図６に示すように、第３実施形態では、第４接続管９ｅ上にガス冷却部としてのガス冷却器８３が設けられている点において、第１実施形態と異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第４圧縮ステージ１４から吐出された高温・高圧の水素ガスは、ガス冷却器８３によって冷却された上で第５圧縮ステージ１５に導入される。このとき、ガス冷却器８３は、第４接続管９ｅにおいて、連絡流路８１の接続部分より下流側に配置されている。つまり、連絡流路８１は、第４接続管９ｅにおいて、ガス冷却器８３よりも上流側の部位に接続されている。このため、連絡流路８１から第４接続管９ｅに戻される水素ガスは、ガス冷却器８３で冷却される前の水素ガスに合流する。したがって、連絡流路８１から第４接続管９ｅへ流れ込む高温の漏出ガスを、ガス冷却器８３によって冷却することができる。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第３実施形態に援用することができる。

＜第４実施形態＞
図７に示すように、第４実施形態では、連絡流路８１上に逆止弁８４が設けられている点において、第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

逆止弁８４は、中間部６３内から第４接続管９ｅへの水素ガスの流通を許容する一方で、第４接続管９ｅから中間部６３内への水素ガスの流通を阻止する。

圧縮機１の駆動時には、第４接続管９ｅの水素ガスの圧力が、中間部６３内の水素ガスの圧力より大きくなることがある。この場合でも、連絡流路８１上に逆止弁８４が設けられているため、第４接続管９ｅから中間部６３内への水素ガスの流入を防止できる。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第４実施形態に援用することができる。

＜第５実施形態＞
図８に示すように、第５実施形態では、連絡流路８１上に減圧弁８５が設けられており、連絡流路８１が第４接続管９ｅ（吸入流路）よりも低圧の流路に接続されている点において、第１実施形態と異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

例えば、連絡流路８１は、一方の端部が中間部６３に接続されているとともに、他方の端部がガス導入管９ａに接続されている。なお、連絡流路８１の他方の端部は、第２接続管９ｃや第１接続管９ｂに接続されていてもよい。

このとき、連絡流路８１上に設けられた減圧弁８５は、高圧側である中間部６３側の水素ガスの圧力を所定の圧力まで減圧して、低圧側であるガス導入管９ａへ流通させる。

圧縮機１の駆動時に、中間部６３の水素ガスの圧力が、ガス導入管９ａの水素ガスの圧力よりも著しく大きくなることがある。しかしながら、減圧弁８５が設けられているため、中間部６３からガス導入管９ａへの、過度の水素ガスの流れ込みを防止できる。

なお、連絡流路８１は第５圧縮ステージ１５に接続される構成に限らない。例えば、連絡流路８１の一方の端部が第４圧縮ステージ１４の中間部６３に接続されていてもよく、この場合には、他方の端部は第２接続管９ｃ、第１接続管９ｂまたはガス導入管９ａに接続されていてもよい。さらに、連絡流路８１の一方の端部が第３圧縮ステージ１３の中間部６３に接続されていてもよく、この場合には、他方の端部は第１接続管９ｂまたはガス導入管９ａに接続されていてもよい。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第５実施形態に援用することができる。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。したがって、以下の実施形態も本発明の範囲に含まれる。

例えば、連絡流路８１がシリンダ本体５１の中間部６３に形成された貫通孔６３ａに接続されている構成は、第２ないし第４圧縮ステージ１２～１４に適用されてもよい。

上記第１実施形態では、第５圧縮ステージ１５は、例えば、その前段の圧縮ステージである第４圧縮ステージとタンデム構造とされてもよい。

また、第１圧縮ステージ１１と第３圧縮ステージ１３と第５圧縮ステージ１５とは、タンデム構造によって構成されていなくてもよく、その場合には、第１圧縮ステージ１１と第３圧縮ステージ１３と第５圧縮ステージ１５とは、それぞれ別体の圧縮ステージとして構成される。同様に、第２圧縮ステージ１２と第４圧縮ステージ１４とは、タンデム構造によって構成されていなくてもよく、その場合には、第２圧縮ステージ１２と第４圧縮ステージ１４とは、それぞれ別体の圧縮ステージとして構成される。

１ 圧縮機
５ 駆動機構
８ ディスタンスピース
９ｅ 第４接続管（吸入流路）
９ｆ ガス排出管（吐出流路）
１５ 第５圧縮ステージ
２５ 第５シリンダ
２５Ｓ 第５圧縮室
３５ 第５ピストン
４１ 第１ピストンリング群
４２ 第２ピストンリング群
６３ 中間部
７１ 第１冷却流路
７２ 第２冷却流路
８１ 連絡流路
８３ ガス冷却器
８４ 逆止弁
８５ 減圧弁
Ｃ１ 微小隙間

Claims (9)

1. 水素ガスを圧縮する圧縮機であって、
   複数の圧縮ステージと、
   前記複数の圧縮ステージを駆動する駆動機構と、を備え、
   前記複数の圧縮ステージの少なくとも１つの圧縮ステージは
   シリンダと、
   前記シリンダに挿入されるピストンと、
   前記ピストンに設けられる第１ピストンリング群と、
   前記第１ピストンリング群よりも前記駆動機構側に設けられる第２ピストンリング群と、を備え、
   前記シリンダは、
   前記シリンダと前記第１ピストンリング群との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる第１冷却流路と、
   前記シリンダと前記第２ピストンリング群との間で発生する熱を吸収するための冷却流体が流れる第２冷却流路と、
   前記第１冷却流路と前記第２冷却流路との間の中間部に設けられ、前記シリンダの内側面と外側面とを貫通する貫通孔と、を備え、
   前記貫通孔に接続されるとともに前記少なくとも１つの圧縮ステージに接続された吸入流路、または、前記吸入流路よりも低圧の流路に連絡し、前記ピストンの先端部から前記第１ピストンリング群を通って前記中間部へと漏れた水素ガスを前記シリンダの外部に導く連絡流路を、さらに備える、圧縮機。
2. 前記少なくとも１つの圧縮ステージと前段の圧縮ステージとがタンデム構造となっており、
   前記前段の圧縮ステージは、
   前記シリンダの前記駆動機構側に接続される低圧側シリンダと、
   前記低圧側シリンダに挿入されるととともに前記ピストンに接続され、前記ピストンよりも径が大きい低圧側ピストンと、
   前記低圧側ピストンに設けられる第３ピストンリング群と、
   を備える、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記少なくとも１つの圧縮ステージは、
   前記シリンダに接続され、前記第１ピストンリング群および前記第２ピストンリング群を通過した水素ガスを回収するディスタンスピース、を備える、請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記吸入流路は、前記吸入流路を流れる水素ガスを冷却するためのガス冷却部を備え、
   前記連絡流路は、前記吸入流路上の前記ガス冷却部よりも上流側の部位に接続される、請求項１～３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記連絡流路が、前記吸入側の流路に接続され、
   前記連絡流路は、前記連絡流路上に逆止弁を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記複数の圧縮ステージには、前記少なくとも１つの圧縮ステージよりも前段の他の圧縮ステージが含まれ、
   前記低圧の流路は、前記他の圧縮ステージに吸い込まれる水素ガスが流れる流路であり、
   前記連絡流路は前記低圧の流路に接続され、
   前記連絡流路上に減圧弁を備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の圧縮機。
7. 前記中間部は、前記貫通孔とは周方向における異なる位置において、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路とを連通する連通路を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の圧縮機。
8. 前記連絡流路の内径は前記シリンダの内径の１０％以上であり、かつ、前記連絡流路の容積は、前記ピストンと前記シリンダとの間に形成された微小隙間の体積のうちの前記第１ピストンリング群に対応する区間での微小隙間の容積よりも大きい、請求項１～７のいずれか１項に記載の圧縮機。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された水素ガスを貯留する蓄圧器と、
   前記蓄圧器から水素の供給を受けるディスペンサと、
   を備える、水素ステーション。

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