JP4085082B2 - 往復圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池車に用いる水素ガスなどを高圧ないし超高圧に圧縮する往復圧縮機に関する。

一般に、ガスを高圧に圧縮する往復圧縮機は、複数段の圧縮部を有し、低段側の圧縮部で圧縮されたガスを高段側の圧縮部に順次送給して圧縮を繰り返し行うようになっている。また、他の圧縮機と組み合わせて使用し、低段側である他の圧縮機で圧縮されたガスを圧縮部に吸入して一段高圧に圧縮するようにすることもある。

そして、このような往復圧縮機の圧縮部の構造は、例えば特許文献１に開示されるように、低段側の圧縮部に連通された圧縮室を有するシリンダと、このシリンダ内に往復摺動可能に配置されたピストンと、このピストンの基端に連結されたクロスヘッドと、一端がクロスヘッドに、他端がクランク軸にそれぞれ連結された連接棒とを備え、クランク軸の回転運動をクロスヘッド及びピストンの往復運動に変換し、ピストンの往復運動によりシリンダの圧縮室内にガスを吸入して圧縮するようになっている。この場合、ピストンの外周面に複数の環状のピストンリング溝を設け、その各溝にそれぞれピストンリングを装着して、シリンダの圧縮室の気密性を確保するようになっている。

また、本出願人らは、先に、各ピストンリングのシリンダ内面に対する押圧力をできるだけ弱い均等の押圧力に調整することにより、ピストンリングの摩耗を少なくしてその寿命を延ばすとともに、ガスの漏洩を少なくすることができる発明を提案し（特許文献２参照）、実用化している。すなわち、この公知発明は、ピストンリング溝のうち、ピストンの先端部（つまり圧縮室）に近い複数のピストンリング溝からそれぞれピストンの先端側の圧縮室に連通する第１の連通孔を設けるとともに、ピストン先端のトップ側から遠いピストンリング溝に通ずる第１の連通孔ほどその連通孔のガス流通抵抗が大きくなるように形成し、またピストンリング溝のうち、ピストンの基端部に近い複数のピストンリング溝からそれぞれピストン基端のピストン背面に連通する第２の連通孔を設けるとともに、ピストン基端のボトム側から遠いピストンリング溝に通ずる第２の連通孔ほどその連通孔のガス流通抵抗が大きくなるように形成するものである。
特開平８−２７０５６３号公報（第３−４頁、図１、図２） 特開平８−２７０５５７号公報（全頁、全図）

ところが、燃料電池車に用いる水素ガスを１０００気圧（１００ＭＰａ）程度の超高圧に圧縮するために往復圧縮機を用いる場合には、ピストン径を小さくかつピストン長さを長くするとともに、ピストンの外周面に多数のピストンリングを装着する必要がある。このような往復圧縮機では、上記公知発明の如き連通孔の構造だけで各ピストンリングのシリンダ内面に対する押圧力を均等に調整することは十分にできないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、ピストンの外周面に多数のピストンリングを装着する場合でも各ピストンリングのシリンダ内面に対する押圧力を均等に調整し得るようにし、超高圧に圧縮するのに適した往復圧縮機を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、往復圧縮機として、低段側の圧縮部に連通された単一の圧縮室を有するシリンダと、このシリンダ内に往復摺動可能に配置されたピストンとを備え、低段側の圧縮部から吐出された圧縮ガスをピストンの往復摺動によりシリンダの圧縮室内に吸入して一段高圧に圧縮するものを前提とする。そして、上記ピストンの外周面に多数のピストンリングを２以上のピストンリング群に分散して装着し、同一のピストンリング群ではピストンリング同士をピストンの軸方向に近接して設け、異なるピストンリング群同士は所定距離離間して設ける。また、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上記圧縮室内に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧の圧縮ガスを導入するガス導入手段を備える構成とする。

この構成では、ピストンの外周面に多数のピストンリングを装着するに当たり、互いに所定距離離間する２以上のピストンリング群に分散して装着する一方、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ガス導入手段によりシリンダの圧縮室内に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧の圧縮ガスが導入され、所定圧に維持されるため、連通孔の構造との併用などにより各ピストンリングのシリンダ内面に対する押圧力を均等に調整することができる。

請求項１に係る発明は、上述した構成に加えて、上記ガス導入手段を、シリンダ内面とピストンとの間の隙間に連通する分岐通路と、この分岐通路に介在された減圧弁と、上記隙間内の圧縮ガスを排出する排出通路と、この排出通路に介在された背圧弁とによって構成する。この構成では、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導入される圧縮ガスの圧力が減圧弁と背圧弁とにより所定圧に確実に維持されるため、作動の信頼性が高められることになる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の往復圧縮機において、異なるピストンリング群同士の離間距離を限定するものである。すなわち、上記所定距離を、ピストンの往復摺動距離以上に設定する。この場合、所定圧の圧縮ガスが導入される隙間にいずれのピストンリング群も臨まないようにすることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の往復圧縮機において、特に、ピストンの外周面に多数のピストンリングを２つのピストンリング群に分散して装着する場合の好ましい形態を提供するものである。すなわち、上記ピストンを、先端面が圧縮室に臨む第１ピストンと、この第１ピストンの基端に連接された第２ピストンとで構成し、かつ第１ピストンの外周面及び第２ピストンの基端側外周面にそれぞれピストンリング群を設ける構成とする。この構成では、細長くかつ外周面に多数のピストンリングを装着するためのピストンリング溝が形成されるピストンを、２つのピストンリング群に対応して第１ピストンと第２ピストンの２つに分割しているため、その分ピストンの加工精度を高めることができる。また、一方のピストンが軸線に対し水平移動又は傾く場合でも、他方のピストンは軸線方向運動を保持されるため、作動の信頼性がより高められる。

請求項４及び５に係る発明は、いずれも請求項３記載の往復圧縮機において、上記第１ピストンと第２ピストンの連接構造の好ましい形態を提供するものである。すなわち、請求項４に係る発明は、第１ピストン及び第２ピストンのいずれか一方に突起部を、他方にこの突起部が嵌合する嵌合穴部をそれぞれ形成し、この突起部と嵌合穴部との嵌合により第１ピストン及び第２ピストンを軸方向に抜け止め状態に連接する構成とする。この構成では、別の部材を用いることなく２つのピストン同士を簡単に連接することができる。

また、請求項５に係る発明は、第１ピストン及び第２ピストンのいずれか一方にフランジ部を形成し、このフランジ部に係合する鍔部を有する連結管を他方にねじ止めすることにより第１ピストン及び第２ピストンを連接する構成とする。この構成では、２つのピストン同士が連結管を介して確実に連結されているため、作動の信頼性を高めることができる。

以上のように、本発明の往復圧縮機によれば、ピストンの外周面に多数のピストンリングが２以上のピストンリング群に分散して装着され、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シリンダの圧縮室内に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧の圧縮ガスが導入されて所定圧に維持されるため、超高圧に圧縮しピストンの圧縮室側とボトム側との差圧が大きくなる場合でも連通孔の構造との併用などにより各ピストンリングのシリンダ内面に対する押圧力を均等に調整することができるので、ピストンリングの摩耗の低減化ないし寿命の延長化、ガス漏洩の防止化に寄与することができ、特に超高圧用の往復圧縮機として有効なものである。

その上、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導入される圧縮ガスの圧力が減圧弁と背圧弁とにより所定圧に確実に維持されるため、作動の信頼性を高めることができ、実施化を図る上で有効なものである。

特に、請求項３に係る発明では、細長くかつ外周面に多数のピストンリングを装着するためのピストンリング溝が形成されるピストンを、２つのピストンリング群に対応して第１ピストンと第２ピストンの２つに分割しているため、その分ピストンの加工精度を高めることができるとともに、ピストンの軸線方向運動を保持して作動の信頼性をより高めることができるという効果を併有する。

請求項４に係る発明では、別の部材を用いることなく２つのピストン同士を簡単に連接することができるので、構造の簡略化及びコストの低廉化などに寄与することができる。

さらに、請求項５に係る発明では、２つのピストン同士を連結管を介して確実に連結することができるので、作動の信頼性を一層高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態である実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る４段式往復圧縮機Ａの全体構成を示し、この往復圧縮機Ａは、４つの圧縮部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがクランクケース２に放射状に設けられてなる。

上記クランクケース２内にはクランク軸３が回転自在に配置され、クランク軸３の一端部はクランクケース２外にまで延出されている。このクランク軸３の一端部にはプーリ４が装着されており、モータ５の回転力がベルト６及びプーリ４を介してクランク軸３に伝達され、クランク軸３が回転するようになっている。

上記各圧縮部１ａ〜１ｄは、いずれもクランクケース２にガイドシリンダ１１（図２参照）を介在して固定されたシリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、このシリンダ１２ａ〜１２ｄ内に往復摺動可能に配置されたピストン１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとを備えている。ピストン１３ａ〜１３ｄは、それぞれガイドシリンダ１１内を往復摺動するクロスヘッド１４（図２参照）及び連接棒などを介してクランク軸３に連結され、このクランク軸３の回転に伴って各ピストン１３ａ〜１３ｄがシリンダ１２ａ〜１２ｄ内を往復摺動することにより、シリンダ１２ａ〜１２ｄ先端側の圧縮室１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ内に水素ガスなどを吸入し、圧縮し、吐出するようになっている。

上記４つの圧縮部１ａ〜１ｄは、圧縮順序に従いそれぞれ１段目、２段目、３段目及び４段目（最終段）の圧縮部として称されるものであって、１段目の圧縮部１ａと２段目の圧縮部１ｂとは第１の連絡通路２１を介して接続され、２段目の圧縮部１ｂと３段目の圧縮部１ｃとは第２の連絡通路２２を介して接続され、３段目の圧縮部１ｃと４段目の圧縮部１ｄとは第３の連絡通路２３を介して接続されている。そして、低段側の圧縮部１ａ〜１ｃで圧縮された圧縮ガスは連絡通路２１〜２３を通して高段側の圧縮部１ｂ〜１ｄに送出され、高段側の圧縮部１ｂ〜１ｄで順次一段高圧に圧縮するようになっており、４段目の圧縮部１ｄは、３段目の圧縮部１ｃで圧縮された４００気圧（４０ＭＰａ）程度の圧縮ガスを１１００気圧（１１０ＭＰａ）程度にまで昇圧する。第１〜第３の連絡通路２１〜２３及び４段目の圧縮部１ｄに接続された送出通路２４にはそれぞれクーラ２５が設けられ、各圧縮部１ａ〜１ｄで圧縮された圧縮ガスをクーラ２５で冷却するようになっている。ここで、４つの圧縮部１ａ〜１ｄは、高段側のもの程ピストン径が小さくかつピストン長さが長く設定されている。

そして、上記４つの圧縮部１ａ〜１ｄのうち、最も高段側である４段目の圧縮部１ｄにおいては、ピストン長さが長いことに対応して、シリンダ１２ｄは、図２に示すように、ガイドシリンダ１１に固定された下段シリンダ３１と、この下段シリンダ３１に基端が固定され、先端にシリンダヘッド１６が固定される上段シリンダ３２とからなる。下段シリンダ３１の内面には円筒状のシリンダライナ３３が嵌め込んで固着され、このシリンダライナ３３内をピストン１３ｄの後述する第２ピストン４２が往復摺動するようになっている。また、上段シリンダ３２は基端側と先端側とで内径が異なっており、基端側の内径は下段シリンダ３１の内径（つまりシリンダライナ３３の外径）と略同一に設定され、先端側の内径は基端側のそれよりも小さく設定されている。この上段シリンダ３２の先端側の内面には円筒状のシリンダライナ３４が嵌め込んで固着され、このシリンダライナ３４内をピストン１３ｄの後述する第１ピストン４１が往復摺動するようになっている。

上記ピストン１３ｄの外周面には多数のピストンリング３５，３５，…及び３６，３６，…が２つのピストンリング群３７，３８に分散して装着され、同一のピストンリング群３７又は３８ではピストンリング３５，３５又は３６，３６同士がピストン１３ｄの軸方向に近接して設けられ、異なるピストンリング群３７，３８同士はピストン１３ｄの往復摺動距離以上に離間して設けられている。

また、上記ピストン１３ｄは、先端面がシリンダ１２ｄの圧縮室１５ｄに臨む第１ピストン４１と、この第１ピストン４１の基端に連接された第２ピストン４２とからなる。第１ピストン４１は、図３に拡大詳示するように、先端部外周面に多数の環状のピストンリング溝４３，４３，…を有し、この各ピストンリング溝４３にそれぞれピストンリング３５を嵌め込んで装着することにより１つのピストンリング群３７（図２参照）が設けられている。この第１ピストン４１には、多数のピストンリング溝４３，４３，…のうち、第１ピストン４１の先端部に近い複数のピストンリング溝４３からそれぞれ第１ピストン４１の先端側の圧縮室１５ｄに連通する縦孔４４ａと横孔４４ｂとからなる第１の連通孔４４が設けられ、この連通孔４４の横孔４４ｂ（詳しくは横孔に設ける絞り）は、第１ピストン４１の先端から遠いピストンリング溝４３に通ずるものほどそのガス流通抵抗が大きくなるように形成されている。また、第１ピストン４１には、第１ピストン４１の基端部に近い複数のピストンリング溝４３，４３，…からそれぞれ第１ピストン４１の基端側に連通する縦孔４５ａと横孔４５ｂとからなる第２の連通孔４５が設けられ、この連通孔４５の横孔４５ｂは、第１ピストン４１の基端から遠いピストンリング溝４３に通ずるものほどそのガス流通抵抗が大きくなるように形成されている。

上記第２ピストン４２は、図４に拡大詳示するように、基端部外周面に多数の環状のピストンリング溝４６，４６，…を有し、この各ピストンリン溝４６にそれぞれピストンリング３６を嵌め込んで装着することにより１つのピストンリング群３８（図２参照）が設けられている。この第２ピストン４２には、多数のピストンリング溝４６，４６，…のうち、第２ピストン４２の基端部に近い複数のピストンリング溝４６，４６，…からそれぞれ第２ピストン４２の基端側に連通する縦孔４７ａと横孔４７ｂとからなる第３の連通孔４７が設けられ、この連通孔４７の横孔４７ｂは、第２ピストン４２の基端から遠いピストンリング溝４６に通ずるものほどそのガス流通抵抗が大きくなるように形成されている。

そして、上記第１ピストン４１と第２ピストン４２とを連接するために、図５にも示すように、第１ピストン４１の基端部に、直径が第１ピストン４１の他の部位の直径よりも大きくかつ第２ピストン４２の先端部の直径と略等しいフランジ部５１が形成されている。また、図６にも示すように、このフランジ部５１に係合する鍔部５２ａを一端に有しかつフランジ部５１及び第２ピストン４２の先端部に嵌合可能な連結管５２を用意し、この連結管５２を第１ピストン４１の方から第１ピストン４１と第２ピストン４２との間に跨って外側から嵌合し、連結管５２の鍔部５２ａを第１ピストン４１のフランジ部５１に係合させた状態で連結管５２を第２ピストン４２の先端部に四方からねじ５３で止めることにより両ピストン４１，４２が連接されている。この連接個所のねじ５３は、ピストン１３ｄの往復摺動時には上段シリンダ３２内の内径の大きい基端側を移動するようになっており、この上段シリンダ３２の基端側内面とピストン１３ｄとの隙間５４にはガス導入手段６０によりシリンダ１２ｄ（詳しくは上段シリンダ３２）の圧縮室１５ｄに吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧、例えば３００気圧（３０ＭＰａ）の圧縮ガスが導入されるようになっている。

上記ガス導入手段６０は、図１に示すように、第３の連絡通路２３から分岐して上記隙間５４に上段シリンダ３２に接続した接続管６１を通して連通する分岐通路６２と、この分岐通路６２に介在され下流側の圧力を設定圧（例えば２９０気圧（２９ＭＰａ））に減圧する減圧弁６３と、上記隙間５４内の圧縮ガスを上段シリンダ３２に接続した接続管６４を通して排出する排出通路６５と、この排出通路６５に介在され上流側の圧力を設定圧（例えば３００気圧（３０ＭＰａ））に調圧する背圧弁６６とからなる。

従って、上記往復圧縮機Ａの４つの圧縮部１ａ〜１ｄのうち、最も高圧に昇圧する４段目の圧縮部１ｄにおいては、ピストン１３ｄの外周面に多数のピストンリング３５，３６を装着するに当たり、互いにピストン１３ｄの往復摺動距離以上に離間する２つのピストンリング群３７，３８に分散して装着する一方、この２つのピストンリング群３７，３８の間に対応するシリンダ１２ｄ内面とピストン１３ｄとの隙間５４にガス導入手段６０によりシリンダ１２ｄの圧縮室１５ｄ内に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧（換言すればピストン１３ｄの先端側の圧縮室１５ｄ内の圧力とピストン１３ｄのボトム側のガイドシリンダ１１内の圧力との中間圧）の圧縮ガスが導入され、所定圧に維持されるため、ピストン１３ｄの連通孔４４，４５，４７の構造との併用により各ピストンリング３５，３６のシリンダ１２ｄ内面に対する押圧力を均等に調整することができる。その結果、ピストンリング３５，３６の摩耗を低減することができ、その寿命の延長化を図ることができるとともに、ガス漏洩の防止化に寄与することができる。

その上、上記ガス導入手段６０は、隙間５４に導入する圧縮ガスの圧力を減圧弁６３と背圧弁６６とにより所定圧に確実に維持するようになっているため、作動の信頼性を高めることができる。

また、上記ピストン１３ｄは、２つのピストンリング群３７，３８に対応して第１ピストン４１と第２ピストン４２とに分割されてなるため、その分ピストン１３ｄの加工を容易に行うことができ、その加工精度を高めることができる。しかも、第１ピストン４１及び第２ピストン４２のうちの一方のピストンが軸線に対し水平移動又は傾く場合でも、他方のピストンは軸線方向運動を保持されるため、作動の信頼性をより高めることができる。

さらに、上記第１ピストン４１と第２ピストン４２とは、第１ピストン４１に設けたフランジ部５１に係合する鍔部５２ａを有する連結管５２を第２ピストン４２にねじ５３止めすることにより連接されているため、その連接強度を高めることができ、作動の信頼性をより一層高めることができる。

図７は本発明の第２の実施形態として４段式往復圧縮機Ａの４段目の圧縮部１ｄ（図１参照）における別の構造を示す。この第２の実施形態の場合、シリンダ１２ｄは、第１の実施形態の場合と同様に下段シリンダ７１と上段シリンダ７２とからなるが、上段シリンダ７２の軸方向長さは、第１の実施形態の場合のそれと比べて短く設定され、この上段シリンダ７２の内面にはその軸方向略全長に亘り円筒状のシリンダライナ７４が嵌め込んで固着されている。尚、下段シリンダ７１の軸方向長さは、第１の実施形態の場合のそれと略同一に設定され、この下段シリンダ７１の内面にはその軸方向略全長に亘り円筒状のシリンダライナ７３が嵌め込んで固着されている。

また、ピストン１３ｄは、上記上段シリンダ７２側のシリンダライナ７４内に往復摺動可能に配置され先端面が圧縮室１５ｄ（図１参照）に臨む第１ピストン７６と、この第１ピストン７６の基端に連接されかつ上記下段シリンダ７１側のシリンダライナ７３内に往復摺動可能に配置された第２ピストン７７とからなる。このピストン１３ｄの外周面には、第１の実施形態の場合と同様に多数のピストンリング７８，７８，…及び７９，７９，…が２つのピストンリング群８１，８２に分散して装着され、同一のピストンリング群８１又は８２ではピストンリング７８，７８又は７９，７９同士がピストン１３ｄの軸方向に近接して設けられ、異なるピストンリング群８１，８２同士はピストン１３ｄの往復摺動距離以上に離間して設けられている。

上記第１ピストン７６は、図８に詳示するように、外周面の略全体に多数の環状のピストンリング溝８３，８３，…を有し、この各ピストンリング溝８３にそれぞれピストンリング７８を嵌め込んで装着することにより１つのピストンリング群８１（図７参照）が設けられている。この第１ピストン７６には、多数のピストンリング溝８３，８３，…のうち、第１ピストン７６の先端部に近い複数のピストンリング溝８３からそれぞれ第１ピストン７６の先端側の圧縮室１５ｄに連通する縦孔８４ａと横孔８４ｂとからなる第１の連通孔８４が設けられ、この連通孔８４の横孔８４ｂは、第１ピストン７６の先端から遠いピストンリング溝８３に通ずるものほどそのガス流通抵抗が大きくなるように形成されている。また、第１ピストン７６には、第１ピストン７６の基端部に近い複数のピストンリング溝８３，８３，…からそれぞれ第１ピストン７６の基端面に連通する縦孔８５ａと横孔８５ｂとからなる第２の連通孔８５が設けられ、この連通孔８５の横孔８５ｂは、第１ピストン７６の基端から遠いピストンリング溝８３に通ずるものほどそのガス流通抵抗が大きくなるように形成されている。

一方、上記第２ピストン７７は、図９に詳示するように、基端部外周面に多数の環状のピストンリング溝８６，８６，…を有し、この各ピストンリング溝８６にそれぞれピストンリング７９を嵌め込んで装着することにより１つのピストンリング群８２（図７参照）が設けられている。この第２ピストン７７には、多数のピストンリング溝８６，８６，…のうち、第２ピストン７７の基端部に近い複数のピストンリング溝８６，８６，…からそれぞれ第２ピストン７７の基端側に連通する縦孔８７ａと横孔８７ｂとからなる第３の連通孔８７が設けられ、この連通孔８７の横孔８７ｂは、第２ピストン７７の基端から遠いピストンリング溝８６に通ずるものほどそのガス流通抵抗が大きくなるように形成されている。

そして、上記第１ピストン７６と第２ピストン７７とを連接するために、第２ピストン７７の先端面には小径部９１ａと大径部９１ｂとからなる突起部９１が軸方向に突出して設けられ、この突起部９１の大径部９１ｂは、小径部９１ａと偏心して一側方に突出している。また、第１ピストン７６の基端部には上記突起部９１が側方から嵌合する嵌合穴部９２が設けられており、この嵌合穴部９２に突起部９１を嵌合して第１ピストン７６と第２ピストン７７とを軸回りに若干相対回転させることにより両ピストン７６，７７が軸方向に抜け止め状態に連接されている。

上記第２ピストン７７の先端部には、その突起部９１を貫通して第１ピストン７６の第２の連通孔８５と連通する縦孔９３ａと横孔９３ｂとからなる第４の連通孔９３が設けられており、この連通孔９３の横孔９３ｂは、図７に示す如くピストン１３ｄがシリンダ１２ｄの吸入行程下限位置にあるときには上段シリンダ７２の基端側内面とピストン１３ｄとの隙間９４に開口する。この隙間９４には、第１の実施形態の場合と同じくガス導入手段６０（図１及び図２参照）によりシリンダ１２ｄの圧縮室１５ｄに吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧の圧縮ガスが導入されるようになっている。

そして、上記第２の実施形態においても、ピストン１３ｄの外周面に多数のピストンリング７８，７９を装着するに当たり、互いにピストン１３ｄの往復摺動距離以上に離間する２つのピストンリング群８１，８２に分散して装着する一方、この２つのピストンリング群８１，８２の間に対応するシリンダ１２ｄ内面とピストン１３ｄとの隙間９４にガス導入手段６０によりシリンダ１２ｄの圧縮室１５ｄ内に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧の圧縮ガスが導入され、所定圧に維持されるため、ピストン１３ｄの連通孔８４，８５，８７，９３の構造との併用により各ピストンリング７８，７９のシリンダ１２ｄ内面に対する押圧力を均等に調整することができるという効果を奏する。

また、上記ピストン１３ｄは、２つのピストンリング群８１，８２に対応して第１ピストン７６と第２ピストン７７とに分割されてなるため、その分ピストン１３ｄの加工を容易に行うことができ、その加工精度を高めることができる。しかも、第１ピストン７６及び第２ピストン７７のうちの一方のピストンが軸線に対し水平移動又は傾く場合でも、他方のピストンは軸線方向運動を保持されるため、作動の信頼性をより高めることができる。

さらに、上記第１ピストン７６と第２ピストン７７とは、第２ピストン７７先端の突起部９１を第１ピストン７６基端の嵌合穴部９２に嵌合して軸方向に抜け止め状態に連接されており、第１の実施形態における連結管５２の如き別の部材を必要としないため、構造を簡略化することができるだけでなく、ピストン１３ｄやシリンダ１２ｄひいては圧縮部１ｄの軸方向長さを短くすることができ、小型化及びコストの低廉化などにも寄与することができるという効果をも奏する。

尚、本発明は上記第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、その他種々の形態を包含するものである。例えば上記各実施形態では、本発明を４段式往復圧縮機Ａの最も高段側である４段目の圧縮部１ｄに適用した場合について述べたが、本発明は、これに限らず、４段式以外の多段式往復圧縮機の高段側の圧縮部、あるいは別の圧縮機で圧縮された圧縮ガスを往復圧縮機で一段高圧に圧縮する場合などにも同様に適用することができる。

また、上記各実施形態では、ピストン１３ｄの外周面に多数のピストンリング３５，３６又は７８，７９を装着するに当たり、２つのピストンリング群３７，３８又は８１，８２に分散して装着したが、本発明は、必要に応じて、３つ以上のピストンリング群に分散して装着するようにしてもよい。この場合、隣接する２つのピストンリング群同士をそれぞれ互いに所定距離、好ましくはピストンの往復摺動距離以上に離間して設ける一方、この２つ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それぞれ圧縮室に吸入される圧縮ガスよりも低くかつピストンの先端から離れた位置にある隙間ほど低い所定圧の圧縮ガスを導入するように構成すればよい。

本発明の第１の実施形態に係る４段式往復圧縮機の全体構成を示す配管系統図である。 上記往復圧縮機の４段目圧縮部の構造を示す縦断側面図である。 第１ピストンの拡大縦断面図である。 第２ピストンの拡大縦断面図である。 図２の第１ピストンと第２ピストンの連接付近の拡大図である。 （ａ）は連結管の平面図、（ｂ）は同断面図である。 第２の実施形態を示す図５相当図である。 同じく図３相当図である。 同じく図４相当図である。

符号の説明

Ａ ４段式往復圧縮機
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 圧縮部
１２ｄ シリンダ
１３ｄ ピストン
１５ｄ 圧縮室
２３ 第３の連絡通路
３５，３６，７８，７９ ピストンリング
３７，３８，８１，８２ ピストンリング群
４１，７６ 第１ピストン
４２，７７ 第２ピストン
５１ フランジ部
５２ 連結管
５２ａ 鍔部
５３ ねじ
５４，９４ 隙間
６０ ガス導入手段
６２ 分岐通路
６３ 減圧弁
６５ 排出通路
６６ 背圧弁
９１ 突起部
９２ 嵌合穴部

Claims (5)

1. 低段側の圧縮部に連通された単一の圧縮室を有するシリンダと、このシリンダ内に往復摺動可能に配置されたピストンとを備え、低段側の圧縮部から吐出された圧縮ガスをピストンの往復摺動によりシリンダの圧縮室内に吸入して一段高圧に圧縮する往復圧縮機において、
   上記ピストンの外周面には多数のピストンリングが２以上のピストンリング群に分散して装着され、同一のピストンリング群ではピストンリング同士がピストンの軸方向に近接して設けられ、異なるピストンリング群同士は所定距離離間して設けられており、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上記圧縮室内に吸入される圧縮ガスよりも低い所定圧の圧縮ガスを導入するガス導入手段を備えており、
   上記ガス導入手段は、シリンダ内面とピストンとの間の隙間に連通する分岐通路と、この分岐通路に介在された減圧弁と、上記隙間内の圧縮ガスを排出する排出通路と、この排出通路に介在された背圧弁とからなることを特徴とする往復圧縮機。
2. 上記所定距離は、ピストンの往復摺動距離以上である請求項１記載の往復圧縮機。
3. 上記ピストンは、先端面が圧縮室に臨む第１ピストンと、この第１ピストンの基端に連接された第２ピストンとからなり、第１ピストンの外周面及び第２ピストンの基端側外周面にそれぞれピストンリング群が設けられている請求項１又は２記載の往復圧縮機。
4. 上記第１ピストン及び第２ピストンは、いずれか一方に突起部が、他方にこの突起部が嵌合する嵌合穴部がそれぞれ形成され、この突起部と嵌合穴部との嵌合により軸方向に抜け止め状態に連接されている請求項３記載の往復圧縮機。
5. 上記第１ピストン及び第２ピストンは、いずれか一方にフランジ部が形成され、このフランジ部に係合する鍔部を有する連結管を他方にねじ止めすることにより連接されている請求項３記載の往復圧縮機。

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