JP5356192B2 - 往復圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、油分、水分、スラッジ、及び粉体等の液状又は固体状の異物を含有するガスを圧縮する往復圧縮機に関する。

従来、間隔を置いて２箇所にバルブ部が形成された１本の可動軸、を移動させてバルブ部に形成された細孔から２つのバルブ部間にガスを押し出してガス流出口からガスを流出させる構造の往復圧縮機が知られている（特許文献１参照）。
以下、特許文献１の往復圧縮機の構造について説明する。この構造は、１回のピストン往復動により各バルブ部から１回ずつ圧縮ガスが吐出されるため、ダブルアクティング方式の往復圧縮機と言われている。
図５は圧縮機の軸方向に沿った断面を示している。図６はバルブアッセンブリを示している。図７は図５の圧縮機からバルブアッセンブリを取り外したときの圧縮機を軸方向から視た図である。これらの図に示すように、往復圧縮機のガス導入部はガスを圧縮機内に導入するバルブヘッド部１０３と、同バルブヘッド部１０３のチャンバ１０１に開口された開口部に嵌入され締結部材にてバルブヘッド部１０３に固定されるバルブアッセンブリ１００とで構成されている。ガスを圧縮機内に導入するためのフランジ付き導入管１０４Ａ，１０４Ｂの通気口は、チャンバ１０１と連通している。

バルブアッセンブリ１００は、図６に示すように、カバー１０２とバルブユニット１１０との間に柵状円筒ケース１０９を備えている。柵状円筒ケース１０９には、外周壁に多数の開口窓１０９ａが上下方向に沿って形成されている。カバー１０２には、該カバー１０２を図７記載のバルブヘッド部１０３に当接させて締結固定するために、フランジ部１０２ａが形成されている。バルブユニット１１０には一般的なバルブを用いることができ、例えば、プレート型バルブ又はポペットバルブを用いることができる。図では、プレート型バルブが用いられており、この構成は例えば、特許文献２又は特許文献３に開示されている。プレート型バルブを用いると、チャンバ１０１に加わった圧力によって図６の矢印方向にガスを流すことができる。このプレート型バルブは逆止弁の機能を有している。
図５中、右側のパッキンアッセンブリ１０５は シリンダ部材１０６のピストンロッド挿入口側に形成される空部に取り付けられる。このパッキンアッセンブリ１０５には往復動するピストンロッド１０７が内嵌される。軸封機能を有するパッキンアッセンブリ１０５の存在によりシリンダ部材１０６内の空部Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０のガスが外部に漏れないようにされている。

可動バルブ１０８Ａはピストンロッド１０７の太径部１０７ａの一端に取り付けられている。また、もう一方の可動バルブ１０８Ｂは、ピストンロッド１０７の太径部１０７ａの他端に設けられ、この可動バルブ１０８Ｂには細径部１０７ｂが連結されている。可動バルブ１０８Ａ，１０８Ｂは薄板が積層されて構成されている。この構成は、例えば、特許文献４に開示されている。この特許文献４には特許文献１と類似の圧縮機構造が開示されている。そして、ピストンロッド１０７が圧縮機に押し込まれると、可動バルブ１０８Ａ側の空部Ｓ１０のガスが圧縮され、このガスは可動バルブ１０８Ａを通過して、空部Ｓ２０に流れ込み、ガス流出口１０６ａから外部に流出する。このとき、空部Ｓ３０は体積が大きくなり減圧されるため、フランジ付き導入管１０４Ｂを介して空部Ｓ３０にガスが流入する。
一方、ピストンロッド１０７が圧縮機から引き抜かれる方向に移動すると（図５の状態）、空部Ｓ３０のガスが圧縮され、ガスは可動バルブ１０８Ｂを通過して空部Ｓ２０に流れ込む。そして、空部Ｓ２０に流れ込んだガスはガス流出口１０６ａから外部に流出する。このとき、空部Ｓ１０は体積が大きくなり減圧されるため、フランジ付き導入管１０４Ａを介して空部Ｓ１０にガスが流入する。

米国特許６６５５９３５号公報 米国特許４５３２９５９号公報 米国特許５００１３８３号公報 米国特許６８１７８４６号公報

しかし、特許文献１に開示の往復圧縮機では、複数個のバルブアッセンブリ１００が斜めに配置されているため、ヘッドクリアランスの摺り合わせに限界があった。すなわち、バルブアッセンブリ１００を正確に位置決めし難いため、可動バルブ１０８Ａ、１０８Ｂの移動端の位置をバルブアッセンブリ１００に近接して設定することができず、ヘッドクリアランスをぎりぎりまで縮める摺り合わせに限界があった。
また、可動バルブ１０８Ａ又は１０８Ｂには、空部Ｓ２０のガスによる吐出圧力が加わるため、シリンダ部材１０６内を可動バルブ１０８Ａ，１０８Ｂが摺動する時に、摺動面上を微量のガスが流れ、ガス漏れが生じ易かった。
また、斜めに取り付けられたバルブアッセンブリ１００の存在により空部Ｓ１０の端部がテーパ状になり、ピストンロッド１０７が押し込まれると、摺動してきた可動バルブ１０８Ａはテーパ部で行き止まりになるため、デッドスペースが生じ、体積効率が低下する要因となっていた。また、ロッドパッキン１０５は圧縮膨張室Ｓ３０と連通しているため圧縮された高い圧力がかかり、パッキンからのガス漏れが生じ易かった。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、部品の組付精度が高く、吐出弁にガス漏れが生じず、ロッドパッキンからのガス漏れが少なく、かつ体積効率を低下させるデッドスペースが生じない往復圧縮機を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
本発明は、一側と他側とに流体が流入する流入口が形成され、中央部に流体が流出する流出口が形成されたシリンダ部材と、
該シリンダ部材内の前記流出口より一側に設けられた一側可動バルブと、前記シリンダ部材内の前記流出口より他側に設けられた他側可動バルブと、前記一側可動バルブと前記他側可動バルブとを連結するピストンロッドと、を有する吸入側可動バルブユニットと、
前記一側可動バルブの下流側で且つ、前記流出口の上流側に位置して前記一側可動バルブと対向して設けられ、前記一側可動バルブとの間に一側圧縮膨張室を形成する一側固定バルブと、前記他側可動バルブの下流側で且つ、前記流出口の上流側に位置して前記他側可動バルブと対向して設けられ、前記他側可動バルブとの間に他側圧縮膨張室を形成する他側固定バルブと、を有する吐出側固定バルブユニットと、を備え、
前記一側可動バルブ、前記他側可動バルブ、前記一側固定バルブ及び前記他側固定バルブは、流路下流側のみへ流体を通過させる逆止弁構造からなり、一側および他側の両可動バルブが連動して上記シリンダ部材内を往復摺動すると、前記一側圧縮膨張室と前記他側圧縮膨張室とが交互に圧縮および膨張を繰返して、圧縮時、前記流体は前記一側固定バルブ又は、前記他側固定バルブを通過して前記流出口から流出するように構成したことを特徴とする。

本発明では、シリンダ部材の左右の流体流入口にそれぞれ複数設けられていた従来のバルブアッセンブリがなくなり、シリンダ部材内の中央部に吐出側固定バルブユニットが設けられている点が特徴である。このため、バルブアッセンブリが不要となることから圧縮機の小型化、構造の簡素化及び部品の組付精度向上を図ることができる。なお、吸入弁となるバルブアッセンブリがなくなり、一側可動バルブ及び他側可動バルブが吸入弁の機能を有する。このことにより一側および他側の圧縮膨張室への流体の流入量の減少、すなわち体積効率の減少が懸念されるが、この問題は可動バルブの通気性を高めることで対応することができる。
また、可動バルブの上流側への流体の供給は、バルブアッセンブリがなくなることにより高まる。また、バルブアッセンブリがなくなることにより圧縮機の小型軽量化を図ることができる。
また、バルブアッセンブリを設置することによる圧縮部のデッドスペースをなくすことができ、体積効率を高める事ができる。
また、従来技術では、シリンダ部材内壁を摺動して往復動するバルブ部とシリンダ部材内壁との僅かな隙間からガス漏れが発生したが、本発明では、吐出側固定バルブユニットが固定して設けられているので、シリンダ部材内壁とのシール性を十分に確保することができ、ガス漏れが発生しない。シール性の確保は、シリンダ部材に吐出側固定バルブユニットを圧入して締まり嵌め構造にして行ってもよいし、シリコン配合のシール材を用いて耐熱性を向上させるようにしてもよい。
また、吐出側固定バルブユニットは摺動しないため、摩擦熱による吐出ガスの加熱がない。そのため、圧縮効率が高まる。

また、前記一側固定バルブと前記他側固定バルブとを連結し、内部を前記ピストンロッドが軸線方向に摺動するパイプ部材が設けられ、パイプ部材の内周壁面とピストンロッドの外周壁面との間には両圧縮膨張室のガス漏れを防ぐ軸封部材が取り付けられるとよい。
すなわち、一側固定バルブと他側固定バルブとを連結するパイプ部材の内周壁面とピストンロッドの外周壁面との間には両圧縮膨張室のガスが漏れることを防止するため、ラビリンスと呼ばれる小さい隙間と複数の溝を有する軸封機能が付与されるか、またはロッドパッキンが取り付けられる。
また、シリンダ部材の外周壁には、可動バルブユニットの摺動熱による温度上昇を防ぐ冷却装置を設けることが好ましい。これにより、シリンダ部材外壁の温度上昇を防ぐことができ、ガスの温度が意図せずに上昇することを防ぐことができ、冷凍サイクルシステムなどのシステム管理精度を向上できる。また、シリンダ部材の熱膨張を抑止することで、可動バルブおよび固定バルブとシリンダ部材内壁とのシール性の悪化やシリンダ部材の熱変形と劣化を防止できる。
更に、冷却装置は冷却流体部が形成されていることが好ましく、冷却流体部としては、冷却液が収容された冷却液収容部とすることができるし、冷却流体が流通する冷却流路とすることにより冷却効果を増大できる。

本発明の往復圧縮機では、部品の組付精度が高く、吐出弁にガス漏れが生じず、かつガスの体積効率を低下させるデッドスペースが生じない。

本発明の往復圧縮機の第１実施形態を示す説明図である。 吸入側可動バルブの内部構造を示す分解斜視図である。 図１の往復圧縮機を作動させた場合のガスの流れを示す説明図である。（ａ）は、一対の吸入バルブ部が吐出側固定バルブユニットを挟んで左右対称に位置している状態を示している。（ｂ）は、（ａ）の状態からピストンロッドが押し込まれた状態を示している。（ｃ）は、（ｂ）の状態からピストンロッドが引き出された状態を示している。 本発明の往復圧縮機の第２実施形態を示す説明図である。 従来の往復圧縮機を示す説明図である。 図５のバルブアッセンブリを示す説明図である。 図５の往復圧縮機を軸方向に沿って視た場合の説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の往復圧縮機の第１実施形態を示している。この往復圧縮機は、オイルフリー圧縮機であり、無潤滑でピストンが往復動する。このため、低速運転に適している。また、この往復圧縮機には、２箇所に圧縮部が形成されており、ピストンが１往復する度に２回圧縮ガスが吐出される。また、図５の圧縮機をシリンダ流路両側圧縮型と称呼すると、本実施形態の圧縮機はシリンダ流路中央側圧縮型と称呼できる。本実施形態の圧縮機を複数段設けると、ガスの圧縮力を所望の大きさまで増加させることができる。この場合、例えば、所望とするガス温度を決めてから圧縮機の圧縮比を決め、何段の圧縮構成にするかを決定する。

本実施形態の往復圧縮機１は、鋳造品であるシリンダ部材２を有し、このシリンダ部材２には、一側と他側とにガスが流入するガス流入口２ａＬ，２ａＲが形成され、中央部にガスが流出するガス流出口２ｂが形成されている。また、往復圧縮機１は、吸入側可動バルブユニット３を有し、吸入側可動バルブユニット３は、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒと、ピストンロッド３２とを有している。この吸入側可動バルブユニット３は、シリンダ部材２内に挿入されシリンダ部材２内のガスを圧縮および膨張する。吸入側可動バルブユニット３の往復動は、例えば、油圧制御、タービン、エンジン又は、電気モータの回転を往復運動に変換して行う。ここで、流通させるガスは、例えば、水素ガス、炭化水素ガス、アンモニアガス、炭酸ガス、亜硫酸ガス、クロルメチルガスまたはフレオンガス等が用いられる。

吸入側可動バルブユニット３は、一側のガス流入口２ａＬからのガスが流通する一側可動バルブ３１Ｌと、他側のガス流入口２ａＲからのガスが流通する他側可動バルブ３１Ｒとを有している。この一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒは、ガス流出口２ｂを挟んで設けられている。また、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒは、流路下流側のみへガスを通過させる逆止弁構造にされている。また、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒに嵌め込まれ、シリンダ部材２の内壁と接触する部材であるピストンリング６には、摺動に耐えられるように、例えばテフロン（登録商標）樹脂が用いられる。テフロン樹脂を用いると、表面が滑らかになり、摺動抵抗が小さくなり、摺動熱の発生を抑止することができるからである。
また、シリンダ部材２内には、シリンダ部材２の軸方向においてガス流出口２ｂが形成された位置に、ピストンロッド３２が挿通される吐出側固定バルブユニット４が設けられている。

吐出側固定バルブユニット４は、シリンダ部材２の軸方向においてガス流出口２ｂの一側に設けられ一定以上の圧力で流路下流側のみへガスを通過させる一側固定バルブ４１Ｌと、シリンダ部材２の軸方向においてガス流出口２ｂの他側に位置し、一定以上の圧力で流路下流側のみへガスを通過させる他側固定バルブ４１Ｒとを有している。すなわち、一側固定バルブ４１Ｌ及び他側固定バルブ４１Ｒは、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒと同様に逆止弁構造にされている。すなわち、ある一定未満の圧力がガス流路の下流側から上流側へ加わっても、一側固定バルブ４１Ｌ及び他側固定バルブ４１Ｒの流路の閉蓋抵抗が大きく、ガスが流通しない。可動バルブ３１Ｒ，３１Ｌ及び固定バルブ４１Ｒ，４１Ｌの構造については、後述する。また、吐出側固定バルブユニット４は、一側固定バルブ４１Ｌと他側固定バルブ４１Ｒとを連結するパイプ部材４２を有している。パイプ部材４２の内周壁面は、ピストンロッド３２の外周壁面とパイプ部材４２の内周壁面との隙間を最小限に保ち、対向するガス圧縮部間のガスの流通を阻止する軸封部材４３を有している。軸封部材４３として、シール機能を作用させるためパイプ部材４２の内周壁面にはラビリンスと呼ばれる小さい隙間と複数の溝を有する軸封機能が付与されるか、またはロッドパッキンが取り付けられる。

ピストンロッド３２は、一側可動バルブ３１Ｌと他側可動バルブ３１Ｒとを連結する第１ロッド部３２１と、他側可動バルブ３１Ｒと連結された第２ロッド部３２２とを有している。この第１ロッド部３２１と第２ロッド部３２２とは、同径であってもよいし、異径であってもよい。又は、１本のロッド部材を他側可動バルブ３１Ｒに貫通させて一側可動バルブ３１Ｌに連結してもよい。 図１では、第１ロッド部３２１は吐出側固定バルブユニット４に挿通されている。具体的には、他側固定バルブ４１Ｒの中央部に形成された貫通穴と、パイプ部材４２の貫通穴と、一側固定バルブ４１Ｌの中央部に形成された貫通穴とに順次挿通されている。一方、第２ロッド部３２２は、シリンダ部材２の他側に設けられたロッドパッキン５に挿通され他側可動バルブ３１Ｒに連結されている。このロッドパッキン５はシリンダ部材２内のガスが外部へ漏れないようにするシール機能を有する。ピストンロッド３２が往復直線運動をするため、ロッドパッキン５の存在はシール性の観点から重要である。第２ロッド部３２２の材質には、炭素鋼やステンレス鋼を用いることができ、往復直線運動による摺動摩擦に耐えられるように、表面に焼入れを施すことが好ましい。勿論、モリブデン又は、クロム等の金属メッキを施してもよい。

吸入側可動バルブユニット３のシリンダ部材２への挿入にあたっては、例えば、シリンダ部材２の外壁の一部を取り外せるようにし、そこから、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒを挿入し、１本のピストンロッド３２をロッドパッキン５側から挿入してもよい。この場合、ピストンロッド３２の先端及び中間に雄螺子を形成し、この雄螺子に一側可動バルブ３１Ｌと他側可動バルブ３１Ｒを螺合するようにしてもよい。このような構成にすると、他側可動バルブ３１Ｒの位置を微調整することができる。また、シリンダ部材２の外壁の一部を別部材とする場合には、シリンダ部材２に断面長方形状の座繰り穴を形成して、そこに、段差の付いた外壁ブロックを嵌め込むとよい。このとき、ガス漏れが発生しないように、シリンダ部材内のガス圧に対して耐圧性を有するシール剤を塗布するなどの対策が必要となる。勿論、吸入側可動バルブユニット３のシリンダ部材２への挿入方法は特に限定されない。

一側可動バルブ３１Ｌと他側可動バルブ３１Ｒとは同様の構造にされている。一側可動バルブ３１Ｌと他側可動バルブ３１Ｒとは、例えば、上述した特許文献４（米国特許６８１７８４６号公報）に開示されるように、薄い輪環状の金属プレートを並べてガス圧がバネによる付勢力を超えたら、流路が開通し、金属プレートに形成されたスリットを通ってガスが流れるようにするとよい。この文献では２枚の金属プレートが重ねられており、バネが設けられている側のプレートがダンパの機能を発揮する。

以下、この特許文献４の構造について図２を用いて説明する。図に示す輪環状のバルブシート３１１の一側表面には多数の細孔が形成され、この細孔は他側表面に同心円状に多数形成された環状溝３１１ａに連通している。また、バルブシート３１１の他側表面には、バルブシート３１１の内周壁が延長してなる環状突起部３１１ｂが形成されている。この環状突起部３１１ｂの外周よりも僅かに半径方向外周側には、バルブシート３１１を貫通する円形貫通穴３１１ｃが周方向に一定間隔で形成されている。また、バルブシート３１１の外周面には、環状溝３１１ｄが隣接して２箇所に形成されている。この環状溝３１１ｄのそれぞれにピストンリング３１２が嵌め込まれる。各ピストンリング３１２は一側可動バルブ３１Ｌ、他側可動バルブ３１Ｒがシリンダ部材２内を摺動するときの摺動部となる。環状突起部３１１ｂの内周穴３１１ｅは、バルブシート３１１を厚さ方向に貫通しており、この内周穴３１１ｅにはピストンロッド３２（図１記載）が挿通される。

環状のバルブプレート３１３には、バルブシート３１１の円形貫通穴３１１ｃに対応させて、内周側に多数の円形貫通穴３１３ａが形成されている。この円形貫通穴３１３ａは、ピストンロッド３２（図１記載）が挿通される内周穴３１３ｂと連通している。また、円形貫通穴３１３ａより外周側には円弧状のスリット３１３ｃが同心円状に複数形成されている。周方向において同径のスリット３１３ｃが６箇所に形成されている。この環状バルブプレート３１３はバルブシート３１１に着座する。環状バルブプレート３１３がバルブシート３１１に着座すると、環状溝３１１ａはバルブプレート３１３により閉塞される。

また、バルブプレート３１３の慣性力による衝撃を吸収するために、バルブプレート３１３に隣接して環状のダンパプレート３１４が設けられている。このダンパプレート３１４はバルブプレート３１３より重いため、バルブプレート３１３の動きを緩衝する。円弧状のスリット３１４ａは、スリット３１３ｃと同様に一定間隔で同心円状に複数形成されている。ダンパプレート３１４には、周方向においてスリット３１４ａ間に貫通穴３１４ｂが１箇所ずつ形成されている。また、円形貫通穴３１１ｃ，３１３ａに対応させて、多数の円形貫通穴３１４ｃが形成されている。また、ダンパプレート３１４には、ピストンロッド３２（図１記載）が挿通される内周穴３１４ｄが形成されている。

また、ダンパプレート３１４に隣接して保護プレート３１５が設けられている。この保護プレート３１５は、ダンパプレート３１４の動きを規制する機能を有する。また、保護プレート３１５には、円形貫通穴３１１ｃ，３１３ａ，３１４ｃに対応させて円形貫通穴３１５ａが形成されている。また、保護プレート３１５には、内周穴３１１ｅ，３１３ｂ，３１４ｄに対応させてピストンロッド３２（図１記載）が挿通される内周穴３１５ｂが形成されている。また、保護プレート３１５には、多数の細孔３１５ｃが形成されている。

そして、ダンパプレート３１４と保護プレート３１５との間には、スプリング３１６が設けられ、ダンパプレート３１４はこのスプリング３１６と共にダンパ機能を発揮する。このスプリング３１６は６個用いられるが、他の５個については図示省略している。
スプリング３１６の近傍には、スプリング３１７が設けられる。このスプリング３１７は、ダンパプレート３１４の貫通穴３１４ｂを挿通するように、バルブプレート３１３と保護プレート３１５との間に設けられる。このスプリング３１７は６個用いられるが、他の５個については図示省略している。
また、バルブプレート３１３とダンパプレート３１４との周方向に角度を規制するためにピン３１９が設けられている。
上記部材の組付けは、２本のボルト３１８をバルブシート３１１側からピストンリング３１２，バルブプレート３１３、ダンパプレート３１４、及び保護プレート３１５に挿通し、保護プレート３１５より他側に設けられる不図示のスペーサに螺合することにより行うことができる。以上が、可動バルブ３１Ｒ，３１Ｌの構造例の説明である。

図１では、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒにそれぞれ３個のピストンリング６と、ピストンを中心に保持するための１個の摺動用ライダーリング７が設けられ、このピストンリング６は一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒは無潤滑で摺動するため、ピストンリング６およびライダーリング７にはテフロン（登録商標）樹脂が用いられ、ドライシールの効果を得ることがなされている。
また、吐出側固定バルブユニット４の一側固定バルブ４１Ｌと他側固定バルブ４１Ｒも一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒと同様の構成にされ、１方向のみにガスが流れる。

図３は、往復圧縮機１を作動させた場合のガスの流れを示す説明図である。図３（ａ）は、一対の可動バルブ３１Ｒ，３１Ｌが吐出側固定バルブユニット４を挟んで左右対称に位置している状態を示している。一側可動バルブ３１Ｌと一側固定バルブ４１Ｌとが対向して一側圧縮膨張室Ｓ１が形成されている。同様に、他側可動バルブ３１Ｒと他側固定バルブ４１Ｒとが対向して他側圧縮膨張室Ｓ２が形成されている。この状態から、図３（ｂ）に示すように吸入側可動バルブユニット３を機械的に押し込むと、一側圧縮膨張室Ｓ１は体積が増加して膨張する。このとき、一側圧縮膨張室Ｓ１は負圧となるため、ガス流入口２ａＬ側のガス圧と気圧差が生じ、その気圧差によりガス流入口２ａＬ側のガスは一側可動バルブ３１Ｌを流通し、一側圧縮膨張室Ｓ１に流入する。すなわち、一側可動バルブ３１Ｌはオープン状態にある。一方、他側圧縮膨張室Ｓ２は圧縮されるため、他側固定バルブ４１Ｒを通過してガス流出口２ｂから外部にガスが吐出する。また、空部Ｓ３には、他側可動バルブ３１Ｒの移動により、移動した体積分のガスがガス流入口２ａＲから流入する。しかし、ガス流入口２ａＲのガス圧はほとんど変化しないため、ガス流入口２ａＲからのガスは他側可動バルブ３１Ｒを通過しない。すなわち、他側可動バルブ３１Ｒはクローズ状態にある。

次いで、図３（ｂ）の状態から吸入側可動バルブユニット３が引き戻され、図３（ｃ）の状態になると、空部Ｓ１は圧縮され、圧縮されたガスは一側固定バルブ４１Ｌを通過してガス流出口２ｂから外部に吐出される。このとき、一側可動バルブ３１Ｌより右側のガス流入口２ａＬ内のガス圧はほとんど変化しないため、一側可動バルブ３１Ｌを通過しない。すなわち、一側可動バルブ３１Ｌはクローズ状態にある。一方、他側圧縮膨張室Ｓ２は他側可動バルブ３１Ｒが右側に移動することにより、膨張する。このとき、他側圧縮膨張室Ｓ２は負圧になるためガス流入口２ａＲ側のガス圧と気圧差を生じ、ガス流入口２ａＲ側のガスが他側可動バルブ３１Ｒを通過して他側圧縮膨張室Ｓ２に流入する。すなわち、他側可動バルブ３１Ｒはオープン状態にある。
そして、吸入側可動バルブユニット３が上記動作を繰り返すことにより、１回のピストンの往復動により一側固定バルブ４１Ｌと他側固定バルブ４１Ｒとから１回ずつガスが吐出され、ダブルアクティング機能が発揮される。

上述した第１実施形態では、シリンダ部材２の左右の流体流入口にそれぞれ複数設けられていた従来のバルブアッセンブリがなくなり、シリンダ部材内の中央部に吐出側固定バルブユニット４が設けられている点が特徴である。このため、バルブアッセンブリが不要となることから圧縮機の小型化、構造の簡素化及び部品の組付精度向上を図ることができる。なお、吸入弁となるバルブアッセンブリがなくなり、一側可動バルブ３１Ｌ及び他側可動バルブ３１Ｒが吸入弁の機能を有する。このことにより一側及び他側の圧縮膨張室への流体の流入量の減少、すなわち体積効率の減少が懸念されるが、この問題は可動バルブの通気性を高めることで対応することができる。
また、可動バルブの上流側への流体の供給は、バルブアッセンブリがなくなることにより高まる。また、バルブアッセンブリがなくなることにより圧縮機の小型、軽量化を図ることができる。

また、従来技術が採用しているバルブアッセンブリ１００を設置することにより生ずる圧縮部のデッドスペースをなくすことができる。
また、従来技術では、シリンダ部材内壁を摺動して往復動するバルブ部とシリンダ部材内壁との僅かな隙間からガス漏れが発生したが、本実施形態では、吐出側固定バルブユニット４が固定して設けられているので、シリンダ部材内壁とのシール性を十分に確保することができ、ガス漏れが発生しない。シール性の確保は、シリンダ部材２に吐出側固定バルブユニット４を圧入して締まり嵌め構造にして行ってもよいし、シリコン配合のシール材を用いて耐熱性を向上させるようにしてもよい。
また、吐出側固定バルブユニット４は摺動しないため、摩擦熱を発生せず、吐出ガスを加熱することがない。そのため、圧縮効率が高まる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の往復圧縮機の第２実施形態を示している。この第２実施形態の往復圧縮機は、第１実施形態の往復圧縮機と比べて、シリンダ部材の外周壁に水冷ジャケットが設けられている点で異なる。そのため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この往復圧縮機１のシリンダ部材２の外周壁には、冷却流体部である水冷ジャケット２ｃが形成されている。この水冷ジャケット２ｃは、吸入側可動バルブユニット３の可動バルブ３１Ｒ，３１Ｌの摺動熱及び、ガス圧縮に伴う熱によるシリンダ部材２の外壁の温度上昇を防ぐために形成されている。そのため、第１実施形態と比べてシリンダ部材２の外径が大きい。シリンダ部材２を冷却して吸熱を行うと、摺動部の焼付きの問題がなくなるし、ガスの温度が低くなるから圧縮効率が高まる。本実施形態のように可動バルブ３１Ｒ，３１Ｌの摺動に潤滑剤を用いない場合は、特に有効である。

シリンダ部材２の外周壁の水冷ジャケット２ｃは、ガス流入口２ａＬとガス流入口２ａＲとの間に全体的に渡って形成されている。また、ガス流出口２ｂが形成されている部分では、水冷ジャケット２ｃはガス流出口２ｂの外周を取り巻くように配設されている。水冷ジャケット２ｃは、冷却水Ｗが収容された冷却液収容部とされ、密閉空間にされている。水冷ジャケット２ｃへの冷却水Ｗの充填は、例えば、水冷ジャケット２ｃの一部に冷却水注入口を形成して、そこに注ぎ込むことで行われる。また、冷却水Ｗの排出口を形成して、水冷ジャケット２ｃを冷却水Ｗが流通する冷却流路としてもよい。また、冷却水Ｗには、シリンダ部材２が錆びないように、添加物を混入してもよい。また、冷却水に限らず、広く冷却液を用いることができる。また、冷却流路を形成するのであれば、エアやガスを流通させて空冷する方式にしてもよい。
更に、シリンダ外周部に冷却フィンを設けて空冷効果を大きくすることも可能である。

上述した第２実施形態では、水冷ジャケット２ｃが形成されているので、シリンダ部材２の外壁の温度上昇を防ぐことができ、ガスの温度が意図せずに上昇することを防ぐことができ、冷凍サイクルシステムなどのシステム管理精度を向上できる。また、シリンダ部材の熱膨張を抑止することで、可動バルブおよび固定バルブとシリンダ部材内壁とのシール性の悪化やシリンダ部材の熱変形を防止できる。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることは言うまでもない。
上述した実施形態では、流体としてガスを用いた例について説明したが、本発明は、ガスでなくエアや液体を用いることもできる。液体としては、塩化カルシウム溶液、食塩水、塩化マグネシウム溶液及び食塩水などの無機質ブラインや、エチレングリコール及びプロピレングリコールなどの有機質ブラインが挙げられる。
また、上述した実施形態では、シリンダ部材２の流路中央部にガス流出口２ｂを形成した例について説明したが、流路中央部とは、一側固定バルブ４１Ｌと他側固定バルブ４１Ｒとの間にあれば、流路中央部に含まれる。

本発明の往復圧縮機では、部品の組付精度が高く、吐出弁にガス漏れが生じず、かつガスの体積効率を低下させるデッドスペースが生じないため小型、軽量化できるので、産業用ガス圧縮機、冷凍機、自動車のエアブレーキやエアサスペンションなどを構成する往復圧縮機として用いることに適している。

１ 往復圧縮機
２ シリンダ部材
２ａＲ，２ａＬ ガス流入口（流入口）
２ｂ ガス流出口（流出口）
２ｃ 水冷ジャケット（冷却液収容部、冷却流路）
３ 可動バルブユニット（吸入側可動バルブユニット）
３１Ｒ 他側可動バルブ
３１Ｌ 一側可動バルブ
３１１ バルブシート
３１２ ピストンリング
３１３ バルブプレート
３１４ ダンパプレート
３１５ 保護プレート
３２ ピストンロッド
３２１ 第１ロッド部
３２２ 第２ロッド部
４ 固定バルブユニット（吐出側固定バルブユニット）
４１Ｒ 他側固定バルブ
４１Ｌ 一側固定バルブ
４２ パイプ部材
４３ 軸封部材
５ ロッドパッキン
６ ピストンリング
７ ライダーリング
Ｓ１ 一側圧縮膨張室
Ｓ２ 他側圧縮膨張室
Ｓ３ 空部

Claims (6)

1. 一側と他側とに流体が流入する流入口が形成され、中央部に流体が流出する流出口が形成されたシリンダ部材と、
   該シリンダ部材内の前記流出口より一側に設けられた一側可動バルブと、前記シリンダ部材内の前記流出口より他側に設けられた他側可動バルブと、前記一側可動バルブと前記他側可動バルブとを連結するピストンロッドと、を有する吸入側可動バルブユニットと、
   前記一側可動バルブの下流側で且つ、前記流出口の上流側に位置して前記一側可動バルブと対向して設けられ、前記一側可動バルブとの間に一側圧縮膨張室を形成する一側固定バルブと、前記他側可動バルブの下流側で且つ、前記流出口の上流側に位置して前記他側可動バルブと対向して設けられ、前記他側可動バルブとの間に他側圧縮膨張室を形成する他側固定バルブと、を有する吐出側固定バルブユニットと、を備え、
   前記一側可動バルブ、前記他側可動バルブ、前記一側固定バルブ及び前記他側固定バルブは、流路下流側のみへ流体を通過させる逆止弁構造からなり、一側および他側の両可動バルブが連動して上記シリンダ部材内を往復摺動すると、前記一側圧縮膨張室と前記他側圧縮膨張室とが交互に圧縮および膨張を繰返して、圧縮時、前記流体は前記一側固定バルブ又は、前記他側固定バルブを通過して前記流出口から流出するように構成したことを特徴とする往復圧縮機。
2. 前記一側固定バルブと前記他側固定バルブとを連結し、内部を前記ピストンロッドが軸線方向に摺動するパイプ部材が設けられ、パイプ部材の内周壁面とピストンロッドの外周壁面との間には両圧縮膨張室のガス漏れを防ぐ軸封部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
3. 前記シリンダ部材の外周壁には、可動バルブユニットの摺動熱による温度上昇を防ぐ冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の往復圧縮機。
4. 前記冷却装置は、前記シリンダ部材の外周壁に冷却流体部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の往復圧縮機。
5. 前記冷却流体部は、冷却液が収容された冷却液収容部であることを特徴とする請求項４に記載の往復圧縮機。
6. 前記冷却流体部は、冷却流体が流通する冷却流路であることを特徴とする請求項４に記載の往復圧縮機。

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