JP3894201B2

JP3894201B2 - 圧縮装置

Info

Publication number: JP3894201B2
Application number: JP2004132865A
Authority: JP
Inventors: 治雄三浦; 茂新井; 陽一郎深井; 康雄福島
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP2005315139A

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００４−１１６３２９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一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。本実施例の往復圧縮機の構成模式図である。本実施例の圧縮装置の全体構成図である。

符号の説明

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。

Claims

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
ことを特徴とする圧縮装置。
請求項１に記載の圧縮装置において、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、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を特徴とする圧縮装置。
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。
請求項３に記載の圧縮装置において、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を特徴とする圧縮装置。
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
ことを特徴とする圧縮装置。
請求項５に記載の圧縮装置において、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を特徴とする圧縮装置。
請求項１から６の何れかに記載の圧縮装置において、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を特徴とする圧縮装置。