JP2022067458A - 圧縮機及び水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】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のシリンダ５には、シリンダ２５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第１冷却流路７１と、シリンダ２５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との間の中間部６３において、シリンダ２５の側壁を貫通する貫通孔６３ａと、が設けられる。リークライン８１には、圧縮室２５Ｓからシリンダ２５と第１ピストンリング群４１との間を通って中間部６３へ漏れた後にシリンダ２５の外部に導かれた水素ガスが流れる。リークライン８１は、配管部８２と、所定距離の範囲に存する体積が同じ距離での配管部の体積よりも大きい体積拡大部８３と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、圧縮機及びこれを備えた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の中間部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、ピストンリングの寿命を延長するため、シリンダの中間部よりガスを逃がす構造を有する。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、上段のピストンリング群を通過したガスをシリンダ中間部に設けたリークラインから逃がすことで、下段のピストンリング群の流速を落とし、下段リングを保護している。

特許文献１の圧縮機では、漏出ガスの流速は、ピストンの往復摺動に伴って変動する。この変動に伴ってピストンリング群への負荷が増加し、ピストンリングの摩耗が促進される虞がある。

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つの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。

本発明の一局面に係る圧縮機は、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うち少なくとも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、前記ピストンに装着される第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おいて前記ピストンに装着される第２ピストンリング群と、を含む。前記シリンダには、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おいて、前記シリンダの内側面から外側面まで前記シリンダの側壁を貫通する貫通孔と、が設けられている。前記圧縮機は、前記貫通孔に接続され、前記シリンダの圧縮室から前記シリンダと前記第１ピストンリング群との間を通って前記中間部へ漏れた後に前記貫通孔を通って前記シリンダの外部に導かれた水素ガスが流れるリークラインをさらに備える。前記リークラインは、配管部と、所定距離の範囲に存する体積が同じ距離での前記配管部の体積よりも大きい体積拡大部と、を有する。

この構成によれば、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。そして、シリンダと第１ピストンリング群との間を通って中間部へ漏れたガスが、シリンダの貫通孔を通過してリークラインへ導かれる。このリークラインは、配管部と、所定距離の範囲に存する体積が同じ距離での配管部の体積よりも大きい体積拡大部とを有するため、ピストンの往復摺動中において中間部での漏出ガスの流速の変動が抑制される。したがって、漏出ガスによる第２ピストンリング群への負荷が軽減され、第２ピストンリング群の摩耗を抑制することができる。

上記圧縮機において、前記リークラインは、前記少なくとも１つの圧縮ステージの吸込側の流路、または、前記吸込側の流路よりも低圧の流路に接続されていてもよい。

この構成によれば、リークラインに流入した漏出ガスを回収できる。

上記圧縮機において、前記体積拡大部は、前記配管部に接続された中空筒状のフィルタであってもよい。前記フィルタにおける水素ガスの流路部分の内径は、前記配管部の内径よりも大きくてもよい。

この構成によれば、内径が大きいフィルタを体積拡大部として利用することにより、体積拡大部をフィルタ以外に別途設ける場合に比べてコスト低減を図ることができる。

上記圧縮機において、前記体積拡大部は、蛇行形状、渦巻き形状又はらせん形状に形成された配管からなるものでもよい。

この構成によれば、配管長さを長くすることによってリークラインの容積を確保できる。

本発明の他の局面に係る水素ステーションは、上記圧縮機と、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ガスの供給を受けるディスペンサと、を備える。

以上の説明したように、本発明によれば、２つの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ができる。

第１実施形態に係る水素ステーションの構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る圧縮機の外観を模式的に示す図である。 上記圧縮機における第１ブロック部の構成を模式的に示す図である。 上記圧縮機における第５圧縮ステージの構成を模式的に示す図である。 第２実施形態における体積拡大部の構成を模式的に示す図である。 第３実施形態における体積拡大部の構成を模式的に示す図である。 第４実施形態における体積拡大部の構成を模式的に示す図である。 第５実施形態の圧縮機の一部を模式的に示す図である。 第６実施形態の圧縮機の一部を模式的に示す図である。 第７実施形態の圧縮機の一部を模式的に示す図である。 第８実施形態の圧縮機の一部を模式的に示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る圧縮機及び水素ステーションを詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る水素ステーション１００の構成を、図１に基づいて説明する。水素ステーション１００は、燃料電池車（ＦＣＶ）に燃料の水素ガスを補給するための施設である。図１に示すように、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で圧縮された後、当該圧縮機１から吐出された高圧の水素ガスを貯留する蓄圧器２と、蓄圧器２から高圧の水素ガスの供給を受けて当該高圧の水素ガスを蓄圧器２から燃料電池車等に供給するディスペンサ３とを備える。

次に、圧縮機１の構成を図２～図４に基づいて説明する。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、当該複数の圧縮ステージを駆動する駆動機構５とを備える。５つの圧縮ステージはそれぞれ、水素ガスを順次圧縮して送り出す。５つの圧縮ステージのうち第１圧縮ステージ１１、第３圧縮ステージ１３及び第５圧縮ステージ１５は、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は互いに結合されていると共に、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が載置され、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の吸込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および第５圧縮ステージ１５を簡略化して示す断面図である。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内に挿入される第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の内部には、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に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。第２ピストンリング群４２は、第１ピストンリング群４１よりも駆動機構５側において第５ピストン３５の外周面に装着される。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シリンダの内部に挿入された第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について説明する。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伸びる柱状空間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の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の吸込側の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へと通じ水素ガスを吐出する第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１ピストンリング群４１が往復動する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２ピストンリング群４２が往復動する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、導入部５７及び排出部５８は、図４に示す位置に設けられる場合に限定されず、導入部５７が下側ジャケット部材５６に設けられると共に、排出部５８が上側ジャケット部材５５に設けられてもよい。

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の下面とは、第５圧縮室２５Ｓを区画形成している。また第５ピストン３５の外周面とシリンダ本体５１（第５シリンダ２５）の内周面との間には、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が往復する上下方向において、第１冷却流路７１と第２冷却流路７２と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に開口し、他方の端部は中間部６３の外周面に開口している。すなわち、貫通孔６３ａは、第５シリンダ２５の内側面から外側面まで第５シリンダ２５の側壁を貫通している。

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により互いに連通している。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により、第５シリンダ２５における冷却構造を簡素化できる。

連通路６３ｂは、中間部６３において貫通孔６３ａと周方向に異なる位置に設けられている。具体的に、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と反対側に設けられている。

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及び第２冷却流路７２には、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とがそれぞれ設けられることになる。

シリンダ本体５１の中間部６３に設けられた貫通孔６３ａには、リークライン８１が接続されている。リークライン８１は、第５圧縮室２５Ｓからシリンダ本体５１と第１ピストンリング群４１との間を通って中間部６３へ漏れた後に第５シリンダ２５の外部に水素ガスを導く部分である。図４に示すように、本実施形態では、リークライン８１は、一方の端部が中間部６３の貫通孔６３ａに接続され、他方の端部が第４接続管９ｅ（第５圧縮ステージ１５の吸込側の流路）に接続されている。このため、微小隙間Ｃ１から第５シリンダ２５の外部へ流出した水素ガスを、第４接続管９ｅへ戻すことができる。なお、リークライン８１の他方の端部は、第４接続管９ｅに接続されるのではない、第３接続管９ｄ又は第２接続管９ｃに接続されていてもよい。また、リークライン８１は、第５圧縮ステージ１５に導入される水素ガスが流れる流路に接続されるのではなく、低圧のタンクに接続されていてもよい。

リークライン８１は、配管部８２と、所定距離の範囲に存する体積が同じ距離での配管部８２の体積よりも大きい体積拡大部８３と、を有する。本実施形態では、体積拡大部８３における水素ガスが流れる部位の断面積は、配管部８２における水素ガスが流れる部位の断面積よりも大きいことにより、所定距離の範囲に存する体積拡大部８３の体積は、同じ距離の範囲での直線状の配管部８２の体積よりも大きくなっている。本実施形態の体積拡大部８３は、配管部８２に接続された中空状のフィルタとして構成されており、シリンダ由来の金属粉やピストンリング由来の樹脂粉等を水素ガスから除去するように構成されている。なお、体積拡大部８３は、中空状にフィルタとして形成されているのではなく、中空状のタンクとして形成されていてもよい。

配管部８２は、第１配管部８２ａと第２配管部８２ｂとを有しており、体積拡大部８３は第１配管部８２と第２配管部８２ｂとの間に配置されている。第１配管部８２ａの一端部は貫通孔６３ａに接続され、第２配管部８２ｂの一端部は第４接続管９ｅに接続されている。体積拡大部８３（フィルタ）には、２つの流通口が設けられており、第１配管部８２ａの他端部及び第２配管部８２ｂの他端部が各流通口に接続されている。なお、第５シリンダ２５と体積拡大部８３とを接続する第１配管部８２の長さは、第４接続管９ｅと体積拡大部８３とを接続する第２配管部８２ｂの長さよりも短い。

リークライン８１における配管部８２の材料としては、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ことが好ましい。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。リークライン８１に上記の材料を用いることにより、高圧の水素ガスの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。

リークライン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。このように、リークライン８１に所定の容積を持たせることにより、リークライン８１は漏出ガスの圧力変動を抑制するバッファ空間として機能させ易くすることができる。

以上の通り、本実施形態に係る圧縮機１によれば、第１冷却流路７１により、第１ピストンリング群４１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４１の各ピストンリングの摩耗を抑制される。そして、第５圧縮室２５Ｓからシリンダ本体５１と第１ピストンリング群４１との間を通って中間部６３へ漏れたガスが、貫通孔６３ａを通過してリークライン８１へ導かれる。リークライン８１は、配管部８２と、所定距離の範囲に存する体積が配管部８２よりも大きい体積拡大部８３（フィルタ）とを有するため、第５ピストン３５の往復摺動中において中間部６３での漏出ガスの流速の変動が抑制される。したがって、漏出ガスによる第２ピストンリング群４２への負荷が軽減され、第２ピストンリング群４２の摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る圧縮機について説明する。第２実施形態に係る圧縮機は、基本的に第１実施形態に係る圧縮機１と同様であるが、体積拡大部の構成において異なっている。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図５は、第２実施形態におけるリークライン８１ａの構成を模式的に示している。図５に示すように、リークライン８１ａは、配管部８２に接続された体積拡大部８３ａを有し、当該体積拡大部８３ａは、蛇行形状に形成された配管からなる。この体積拡大部８３ａは、所定距離の範囲８４に存する長さが、同じ距離の範囲８４に存する直線状の配管部８２の長さよりも長いことにより、当該範囲８４に存する体積が同範囲８４での配管部８２の体積よりも大きくなっている。体積拡大部８３ａの一方の端部には第１配管部８２ａが接続されており、体積拡大部８３ａの他方の端部には第２配管部８２ｂが接続されている。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る圧縮機について説明する。第３実施形態に係る圧縮機は、基本的に第１実施形態に係る圧縮機１と同様であるが、体積拡大部の構成において異なっている。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図６は、第３実施形態におけるリークライン８１ｂの構成を模式的に示している。図６に示すように、リークライン８１ｂは、配管部８２に接続された体積拡大部８３ｂを有し、当該体積拡大部８３ｂは、渦巻き形状に形成された配管からなる。この体積拡大部８３ｂは、所定距離の範囲８４に存する長さが、同じ距離の範囲８４に存する直線状の配管部８２の長さよりも長いことにより、当該範囲８４に存する体積が同範囲８４での配管部８２の体積よりも大きくなっている。体積拡大部８３ｂの一方の端部には第１配管部８２ａが接続されており、体積拡大部８３ｂの他方の端部には第２配管部８２ｂが接続されている。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る圧縮機について説明する。第４実施形態に係る圧縮機は、基本的に実施形態１に係る圧縮機１と同様であるが、体積拡大部の構成において異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

図７は、第４実施形態におけるリークライン８１ｃの構成を模式的に示している。図７に示すように、リークライン８１ｃは、配管部８２に接続された体積拡大部８３ｃを有し、当該体積拡大部８３ｃは、らせん形状に形成された配管からなる。この体積拡大部８３ｃは、所定距離の範囲８４に存する長さが、同じ距離の範囲８４に存する直線状の配管部８２の長さよりも長いことにより、当該範囲８４に存する体積が同範囲８４での配管部８２の体積よりも大きくなっている。体積拡大部８３ｃの一方の端部には第１配管部８２ａが接続されており、体積拡大部８３ｃの他方の端部には第２配管部８２ｂが接続されている。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る圧縮機について説明する。図８に示すように、第５実施形態に係る圧縮機では、第５圧縮ステージ１５が、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。なお、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、リークライン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、第１～第４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。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る圧縮機について説明する。第６実施形態に係る圧縮機では、図９に示すように、第４接続管９ｅ上にガス冷却器８５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。

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８５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８５は、第４接続管９ｅにおいて、リークライン８１の接続部分より下流側に配置されている。つまり、リークライン８１は、第４接続管９ｅにおいて、ガス冷却器８５よりも上流側の部位に接続されている。このため、リークライン８１から第４接続管９ｅに戻される水素ガスは、ガス冷却器８５で冷却される前の水素ガスに合流する。したがって、リークライン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８５によって冷却することができる。よって、ガス冷却器８３で冷却された後の水素ガスが漏出ガスにより温められてしまうことを防止できる。

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、第１～第５実施形態の説明を第６実施形態に援用することができる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る圧縮機について説明する。第７実施形態に係る圧縮機では、図１０に示すように、リークライン８１上に逆止弁８６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。

逆止弁８６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。逆止弁８６は、リークライン８１において、体積拡大部８３よりも下流（すなわち、第５シリンダ２５から遠い側）に配置されている。

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、リークライン８１上に逆止弁８６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。しかも、体積拡大部８３が逆止弁８６よりも上流側に配置されているので、第５シリンダ２５内における微小隙間Ｃ１内の圧力よりも第４接続管９ｅ内の圧力の方が高い場合でも、体積拡大部８３には、第４接続管９ｅ内の圧力が影響し難い。したがって、体積拡大部８３は、第４接続管９ｅにおける圧力変動の影響を受け難い。

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、第１～第６実施形態の説明を第７実施形態に援用することができる。

（第８実施形態）
次に、第８実施形態に係る圧縮機について説明する。第８実施形態に係る圧縮機では、図１１に示すように、リークライン８１上に減圧弁８７が設けられており、リークライン８１が第４接続管９ｅ（吸込側の流路）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。

例えば、リークライン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、リークライン８１の他方の端部は、第３接続管９ｄ、第２接続管９ｃ又は第１接続管９ｂに接続されていてもよい。

リークライン８１上に設けられた減圧弁８７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側へ流通させる。減圧弁８７は、リークライン８１において、体積拡大部８３よりも下流側（すなわち、第５シリンダ２５から遠い側）に配置されている。

圧縮機１の駆動時には、中間部６３の水素ガスの圧力が、ガス導入管９ａの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８７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。しかも、体積拡大部８３が、リークライン８１において減圧弁８７よりも上流側に配置されているため、体積拡大部８３における圧力変化を抑制できる。

なお、リークライン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、リークライン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または第１接続管９ｂに接続されていてもよい。さらに、リークライン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に接続されていてもよい。

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、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とがそれぞれ別体として構成されてもよい。

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、第１～第７実施形態の説明を第８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、シリンダ本体５１の中間部６３に貫通孔６３ａに連絡流路８１を接続する構成は、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
２ ：蓄圧器
３ ：ディスペンサ
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
６３ａ ：貫通孔
７１ ：第１冷却流路
７２ ：第２冷却流路
８１ ：リークライン
８１ａ ：リークライン
８１ｂ ：リークライン
８１ｃ ：リークライン
８２ ：配管部
８３ ：体積拡大部
８３ａ ：体積拡大部
８３ｂ ：体積拡大部
８３ｃ ：体積拡大部
８４ ：範囲
１００ ：水素ステーション

Claims (5)

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うち少なくとも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、
   前記ピストンに装着される第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おいて前記ピストンに装着される第２ピストンリング群と、
   を含み、
   前記シリンダには、
   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おいて、前記シリンダの内側面から外側面まで前記シリンダの側壁を貫通する貫通孔と、が設けられ、
   前記貫通孔に接続され、前記シリンダの圧縮室から前記シリンダと前記第１ピストンリング群との間を通って前記中間部へ漏れた後に前記貫通孔を通って前記シリンダの外部に導かれた水素ガスが流れるリークラインをさらに備え、
   前記リークラインは、配管部と、所定距離の範囲に存する体積が同じ距離での前記配管部の体積よりも大きい体積拡大部と、を有する、圧縮機。
2. 前記リークラインは、前記少なくとも１つの圧縮ステージの吸込側の流路、または、前記吸込側の流路よりも低圧の流路に接続されている、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記体積拡大部は、前記配管部に接続された中空筒状のフィルタであり、
   前記フィルタにおける水素ガスの流路部分の内径は、前記配管部の内径よりも大きい、請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記体積拡大部は、蛇行形状、渦巻き形状又はらせん形状に形成された配管からなる、請求項１または２に記載の圧縮機。
5. 請求項１ないし４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ガス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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