JP6276120B2 - ガス圧縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス圧縮装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されているように、水素ガス等のガスを圧縮するガス圧縮装置が知られている。特許文献１に開示されたガス圧縮装置では、騒音低減のための防音カバーが設けられている。この防音カバーは、ガス圧縮装置から漏れ出た水素ガスが防音カバー内部に滞留しない構造となっていて、水素ガスの爆発等の危険を未然に防止できるようになっている。

特開２０１１−１３２８７６号公報

特許文献１に開示されたガス圧縮装置では、ガスが漏れることを前提とした発明であるため、漏れ出たガスが無駄になるという問題がある。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスを無駄なく利用できるガス圧縮装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、ガス供給源から吸入路を通して供給されたガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から漏出したリークガスを回収する回収部と、を備え、前記回収部が、前記圧縮機から漏出するリークガスを圧縮する補助圧縮機と、前記補助圧縮機にて昇圧されたリークガスを回収する回収タンクと、を備え、前記回収タンクから前記吸入路へとリークガスを戻し、前記吸入路上において、前記回収タンクとの接続位置、および、前記ガス供給源の間に設けられる吸入路開閉弁をさらに備え、リークガスを前記吸入路へ戻す際に、前記吸入路開閉弁を閉塞するガス圧縮装置である。

本発明では、リーク回収部が、圧縮機から漏れ出たリークガスを圧縮機の吸入側に戻すため、ガスを無駄なく利用することができる。

しかも、ガス供給源からのガスの供給を一時的に遮断することにより、回収タンク内のリークガスを確実に吸入路へと戻すことができ、回収タンク内の圧力が過度に上昇してしまうことが防止される。

前記補助圧縮機と前記圧縮機との間のリークガスの圧力が閾値以上となった場合に、前記補助圧縮機がリークガスの圧縮を行ってもよい。この態様では、補助圧縮機の消費動力を低減することができる。

本発明は、ガス供給源から吸入路を通して供給されたガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から漏出したリークガスを回収する回収部と、を備え、前記回収部が、前記圧縮機から漏出するリークガスを圧縮する補助圧縮機と、前記補助圧縮機にて昇圧されたリークガスを回収する回収タンクと、を備え、前記回収タンクから前記吸入路へとリークガスを戻し、前記吸入路が、前記補助圧縮機の吸入側に接続される分岐路を備えてもよい。この場合、前記ガス供給源のガスの圧力が閾値未満となった場合に、前記補助圧縮機が前記分岐路から供給されるガスを圧縮し、前記吸入路へ戻すガス圧縮装置である。

本発明では、リーク回収部が、圧縮機から漏れ出たリークガスを圧縮機の吸入側に戻すため、ガスを無駄なく利用することができる。しかも、補助圧縮機をガス供給源から供給されるガスの昇圧に利用することができ、ガス供給源からのガスの圧力が低下した場合であっても、圧縮機への過度の負荷を防止することができる。また、圧縮機の消費動力も低減することができる。

前記圧縮機と、前記補助圧縮機の吸入部との間に、リークガスを一時的に貯留するバッファタンクをさらに備えてもよい。この態様では、圧縮機からガスリークが生じても圧縮機と補助圧縮機との間の急峻な圧力上昇を防止することができる。

前記補助圧縮機が、ハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた往復動圧縮機、レシプロモータ又はリニアモータを駆動源とする往復動圧縮機の何れかの圧縮機であってもよい。

この態様では、これらの圧縮機で構成される場合には、補助圧縮機を小型化することができる。特に、ハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた圧縮機の場合には、駆動音を小さくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ガス供給源から供給されたガスを無駄なく利用することができる。

本発明の第１実施形態に係るガス圧縮装置の構成を概略的に示す図である。 前記ガス圧縮装置によるリークガスの回収動作を説明するためのフロー図である。 他の例に係るガス圧縮装置の構成を概略的に示す図である。 第２実施形態に係るガス圧縮装置の構成を概略的に示す図である。 ガス供給源からの供給ガスの昇圧動作を説明するためのフロー図である。

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。

図１に示すように、本実施形態に係るガス圧縮装置１０は、ガス供給源１２を接続可能な流入側端部１４ａを有する吸入路１４と、吸入路１４の端部に接続された圧縮機１６（以下、「メイン圧縮機１６」という。）と、メイン圧縮機１６の吐出部に接続された吐出路１８と、回収部２０と、コントローラ４５とを備えている。吸入路１４は吸入路開閉弁Ｖ３と第１センサ部４１とを備える。吐出路１８の流出側端部１８ａには、図外の蓄圧器やディスペンサ等を接続可能となっている。ガス供給源１２は、例えば水素ガスを供給するものである。このガス圧縮装置１０は、例えば燃料電池車に搭載されたタンクに水素ガスを充填するための水素ステーションで使用することができる。

メイン圧縮機１６は、シリンダ内をピストンが往復動する往復動圧縮機によって構成されている。ピストンはシリンダ内を摺動するため、シリンダ内においてピストンによって区画された圧縮室からガスが漏れ出ることがある（以下、当該ガスを「リークガス」という。）。回収部２０はメイン圧縮機１６からのリークガスを回収するシステムである。

回収部２０は、回収路２２と、回収路２２に設けられた補助圧縮機２４と、回収路２２に設けられた回収タンク２６と、弁部材Ｖ１と、弁部材２８と、第２センサ部４２と、第３センサ部４３とを備えている。回収路２２の一方の端部（リークガスの流れ方向における上流側の端部）は、メイン圧縮機１６のリークガスを排出する排出部に接続される。回収路２２の他方の端部（下流側の端部）は、吸入路１４に接続される。

補助圧縮機２４はリークガスを圧縮する。本実施形態では、補助圧縮機２４はメイン圧縮機１６よりも小型の圧縮機、具体的には、ハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた往復動圧縮機によって構成されている。ハイポサイクロイド機構は、外輪歯車（図示省略）と、クランク軸が挿通されるとともに外歯歯車内を公転可能に設けられた遊星歯車（図示省略）と、遊星歯車に接続されるとともにシリンダ内に配設されたピストン（図示省略）とを備えている。そして、遊星歯車が外輪歯車と噛み合いながら当該外輪歯車内を回転することにより、クランク軸の回転がピストンの往復運動に変換される。

回収タンク２６は、回収路２２における補助圧縮機２４の吐出側（すなわち、下流側）に配置され、補助圧縮機２４にて昇圧されたリークガスを回収する。

弁部材Ｖ１は逆止弁であり、補助圧縮機２４よりも上流側に設けられる。弁部材Ｖ１が設けられることにより、メイン圧縮機１６から補助圧縮機２４へのリークガスの流れのみが許容され、メイン圧縮機１６へのリークガスの逆流が防止される。弁部材２８は回収タンク２６よりも下流側に設けられている。弁部材２８により、回収タンク２６から吸入路１４へのリークガスの流れのみが許容され、吸入路１４内のガスの回収タンク２６への流入が防止される。

吸入路開閉弁Ｖ３は、吸入路１４上において、回収タンク２６との接続位置（すなわち、回収路２２の下流端と吸入路１４との接続位置）およびガス供給源１２の間に位置する。吸入路開閉弁Ｖ３は、ノーマルオープンの開閉弁である。

第１センサ部４１は圧力センサであり、吸入路１４における回収タンク２６との接続位置よりも上流側に設けられ、ガス供給源１２から供給されるガス（以下、「供給ガス」という。）の圧力を検出する。第２センサ部４２は圧力センサであり、補助圧縮機２４の吸入部とメイン圧縮機１６の排出部との間の回収路２２上の部位に設けられ、メイン圧縮機１６からのリークガスの圧力を検出する。第３センサ部４３は圧力センサであり、回収タンク２６に接続され、回収タンク２６内のガスの圧力を検出する。なお、第３センサ部４３は回収タンク２６内の圧力を検出することができるのであれば、回収タンク２６に直接的に接続される必要はない。

第１センサ部４１、第２センサ部４２及び第３センサ部４３は、コントローラ４５と信号を授受可能に接続されている。コントローラ４５は、記憶部、演算装置等を有し、記憶部に記憶されたプログラムを実行することによって所定の機能を発揮するように構成されている。

ガス圧縮装置１０の駆動時には、コントローラ４５によりメイン圧縮機１６が駆動され、メイン圧縮機１６はガス供給源１２から吸入路１４を通して供給された供給ガスを圧縮する。昇圧された供給ガスは吐出路１８へと吐出される。

ここで、メイン圧縮機１６からリークガスが発生した場合のガス圧縮装置１０によるリークガス回収動作について図２を参照して説明する。

まず、コントローラ４５において、第２センサ部４２にて検出されたリークガスの圧力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔ以上となったと判断されると、補助圧縮機２４が起動されてリークガスが圧縮される（ステップＳ１１）。補助圧縮機２４では、リークガス回収動作の開始前に駆動部が停止されていることにより、補助圧縮機２４の部品の消耗や消費動力が抑えられる。

次に、補助圧縮機２４にて昇圧されたリークガスが回収タンク２６に流入して貯留される。そして、回収タンク２６内のリークガスの圧力が吸入路１４内の圧力よりも大きい場合には、回収タンク２６から吸入路１４へとリークガスが戻されることとなる。メイン圧縮機１６における吸入直前のガスの圧力は、ガス供給源１２における供給ガスの圧力、または、回収タンク２６内のリークガスの圧力のうち大きいものと略同じになるため、メイン圧縮機１６の消費動力を低減することができる。

ところで、回収タンク２６内のリークガスの圧力が吸入路１４内の圧力よりも常に小さい場合には、回収タンク２６にリークガスが貯留され続け、圧力が増大してしまう。このため、ガス圧縮装置１０では、コントローラ４５において、第３センサ部４３にて検出された回収タンク２６内の圧力Ｐ３が閾値Ｐ３ｔ以上となったと判断されると（ステップＳ１２）、吸入路開閉弁Ｖ３が強制的に閉塞される（ステップＳ１３）。これにより、吸入路１４（より正確には吸入路開閉弁Ｖ３よりも下流側の部位）のガスの圧力が、回収タンク２６内のリークガスの圧力よりも小さくなり、回収タンク２６内のリークガスを吸入路１４へと容易に戻すことができる。

補助圧縮機２４によるリークガスの圧縮が開始されてから一定時間経過すると、コントローラ４５は、第２センサ部４２にて検知されたリークガスの圧力Ｐ２と閾値Ｐ２ｔとを比較する（ステップＳ１４）。圧力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔ未満である場合には補助圧縮機２４によるリークガスの圧縮作業が停止され（ステップＳ１５）、リークガス回収動作が終了する。補助圧縮機２４では、圧縮作業の停止に伴い、駆動部が停止される。これにより、部品の消耗や消費動力を抑えることができる。

圧力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔ以上である場合には、補助圧縮機２４による圧縮作業が継続され（ステップＳ１１）、回収タンク２６にて回収されたリークガスは吸入路１４へと戻される。上述のように、回収タンク２６内の圧力Ｐ３が閾値Ｐ３ｔ以上となった場合には吸入路開閉弁Ｖ３が強制的に閉塞される（ステップＳ１２、Ｓ１３）。そして、さらに一定時間経過した後、リークガスの圧力Ｐ２と閾値Ｐ２ｔとが比較され（ステップＳ１４）、圧力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔよりも小さい場合には補助圧縮機２４によるリークガスの圧縮作業が停止される（ステップＳ１５）。このように、ガス圧縮装置１０では、メイン圧縮機１６からのリークガスの量が減少するまでガス圧縮装置１０によるリークガス回収動作が行われる。

以上説明したように、第１実施形態では、回収部２０が、メイン圧縮機１６から漏出したリークガスをメイン圧縮機１６の吸入側に戻すため、ガスを無駄なく利用することができる。

ガス圧縮装置１０では、吸入路開閉弁Ｖ３を閉塞することによりガス供給源１２からメイン圧縮機１６への供給ガスが一時的に遮断されるため、回収タンク２６内のリークガスを確実に吸入路１４へと戻すことができる。その結果、回収タンク２６内のリークガスの圧力が過度に上昇してしまうことが防止される。補助圧縮機２４とメイン圧縮機１６との間のリークガスの圧力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔ以上となった場合にのみ補助圧縮機２４がリークガスを圧縮することから、リークガスが常時圧縮される場合に比べて消費動力を低減することができる。

補助圧縮機２４がハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた往復動圧縮機によって構成されているので、補助圧縮機２４を容易に小型化することができる。特に、ハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた圧縮機の場合には、駆動音を小さくすることができる。

第１実施形態では、補助圧縮機２４がリークガス回収動作の開始前に、予めスタンバイ状態、すなわち、圧縮部がリークガスを実質的に圧縮することなく駆動部が作動している状態とされていてもよい。これにより、補助圧縮機２４が圧縮動作に速やかに移ることができる。また、圧縮作業の停止時（ステップＳ１５）に、補助圧縮機２４は、駆動部が停止されることなく上述のスタンバイ状態に戻されてもよい。以下の第２実施形態においても同様である。

ガス圧縮装置１０では、図３に示すように、メイン圧縮機１６の排出部と補助圧縮機２４の吸入部との間における回収路２２上の部位にバッファタンク２９が設けられてもよい。第２センサ部４２はバッファタンク２９に取り付けられる。バッファタンク２９には、メイン圧縮機１６からのリークガスが一時的に貯留される。バッファタンク２９が設けられることにより、メイン圧縮機１６と補助圧縮機２４との間の回収路２２上の部位におけるリークガスの急峻な圧力上昇を防止することができる。以下の第２実施形態においても図３と同様にバッファタンク２９が設けられてもよい。

図４は第２実施形態に係るガス圧縮装置１０ａを示す図である。吸入路１４は分岐路３０を備える。分岐路３０は、補助圧縮機２４の吸入部とメイン圧縮機１６の排出部との間の回収路２２上の部位に接続される。分岐路３０には開閉弁（分岐路開閉弁Ｖ２）が設けられる。分岐路開閉弁Ｖ２はノーマルクローズである。ガス圧縮装置１０ａの他の構造は第１実施形態のガス供給装置１０と同様である。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成には同符号を付している。また、メイン圧縮機１６の動作は第１実施形態と同様であり、分岐路開閉弁Ｖ２が閉塞された状態でのガス供給装置１０ａのリークガス回収動作も第１実施形態と同様である。

ガス圧縮装置１０ａでは、ガス供給源１２から供給される供給ガスの圧力が低下してしまう場合がある。以下、ガス圧縮装置１０ａによる供給ガスの昇圧動作について図５を参照しつつ説明する。まず、コントローラ４５において、第１センサ部４１にて検出された供給ガスの圧力が閾値Ｐ１ｔ未満となったと判断されると、供給路開閉弁Ｖ３が閉塞され、分岐路開閉弁Ｖ２が開放される（ステップＳ２１）。次に、補助圧縮機２４が起動され、供給ガスは分岐路３０を介して補助圧縮機２４に吸入されて圧縮される（ステップＳ２２）。補助圧縮機２４は予めスタンバイ状態とされた状態で圧縮作業に移行してもよい。昇圧された供給ガスは回収タンク２６を介して吸入路１４に戻され、メイン圧縮機１６に送出される。補助圧縮機２４による圧縮作業の開始から一定時間経過した後、第１センサ部４１にて供給ガスの圧力Ｐ１と閾値Ｐ１ｔとが比較され（ステップＳ２３）、圧力Ｐ１が閾値Ｐ１ｔ未満である場合には、供給路開閉弁Ｖ３が閉塞され、かつ、分岐路開閉弁Ｖ２が開放された状態が維持され、補助圧縮機２４による圧縮作業が継続される（ステップＳ２１、Ｓ２２）。

そして、さらに一定時間経過した後、供給ガスの圧力Ｐ１と閾値Ｐ１ｔとが再度比較され（ステップＳ２３）、圧力Ｐ１が閾値Ｐ１ｔ以上となった場合には、分岐路開閉弁Ｖ２が閉塞され、供給路開閉弁Ｖ３が開放される（ステップＳ２４）。これにより、吸込路１４のみを介してガス供給源１２からメイン圧縮機１６に供給ガスが供給される。また、補助圧縮機による圧縮作業が停止され（ステップＳ２５）、ガス圧縮装置１０ａによる供給ガスの昇圧動作が終了する。

ガス圧縮装置１０ａでは、供給ガスの昇圧動作の途上にて、リークガスが発生した場合には、供給ガスと共にリークガスが補助圧縮機２４に吸入されて昇圧され、回収タンク２６を介してメイン圧縮機１６へと送出される。このように、ガス供給装置１０ａでは、分岐路開閉弁Ｖ２が開放された状態であっても、リークガスを回収することができる。

第２実施形態では、ガス供給源１２の供給ガスの圧力Ｐ１が閾値Ｐ１ｔを下回った場合に、補助圧縮機２４を供給ガスの昇圧に利用することができる、すなわち、補助圧縮機２４をメイン圧縮機１６の一部として利用することができる。その結果、メイン圧縮機１６の昇圧幅が抑えられ、メイン圧縮機１６への過度の負荷が防止される。また、メイン圧縮機１６の消費動力も低減することができる。メイン圧縮機１６の圧縮比の上限を抑えることができ、メイン圧縮機１６の小型化を図ることができる。

第２実施形態では、供給ガスの昇圧動作の途上にて多量のリークガスが発生してリークガスの圧力Ｐ２が閾値Ｐ２ｔ以上となった場合、分岐路開閉弁Ｖ２を閉塞し、リークガスを優先的に補助圧縮機２４に吸入させてもよい。補助圧縮機２４にて昇圧されたリークガスは回収タンク２６を介して吸入路１４へと戻される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では、補助圧縮機２４が、ハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた往復動圧縮機によって構成されているが、これに限られない。例えば、補助圧縮機２４は、レシプロモータ又はリニアモータを駆動源とする往復動圧縮機によって構成されていてもよい。

上記実施形態では、弁部材２８として、逆止弁に代えて開閉弁が用いられてもよい。この場合、コントローラ４５は、第３センサ部４３の検出値、第１センサ部４１の検出値に基づいて開閉弁の開閉制御を行うことになる。また、逆止弁及び開閉弁により弁部材２８が構成されてもよい。同様に、弁部材Ｖ１として逆止弁に代えて開閉弁が用いられてもよく、逆止弁及び開閉弁により弁部材Ｖ１が構成されてもよい。第１センサ部４１は供給ガスの流量を検出する流量センサとされてもよい。第２センサ部４２はリークガスの流量を検出する流量センサとされてもよい。

補助圧縮機２４は必ずしもメイン圧縮機１６と別体である必要はなく、メイン圧縮機１６の一部が補助圧縮機２４の機能を兼ねてもよい。

上記第１実施形態では、リークガスの圧力Ｐ２と閾値Ｐ２ｔとの比較が連続的に行われてもよい。上記第２実施形態では、供給ガスの圧力Ｐ１と閾値Ｐ１ｔとの比較が連続的に行われてもよい。

Ｖ１ 弁部材
Ｖ２ 分岐路開閉弁
Ｖ３ 吸入路開閉弁
１０ ガス圧縮装置
１２ ガス供給源
１４ 吸入路
１６ メイン圧縮機
２０ リーク回収部
２２ 回収路
２４ 補助圧縮機
２６ 回収タンク
２８ 弁部材
３０ 分岐路
４１ 第１センサ部
４２ 第２センサ部
４３ 第３センサ部

Claims (5)

1. ガス供給源から吸入路を通して供給されたガスを圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から漏出したリークガスを回収する回収部と、
   を備え、
   前記回収部が、
   前記圧縮機から漏出するリークガスを圧縮する補助圧縮機と、
   前記補助圧縮機にて昇圧されたリークガスを回収する回収タンクと、
   を備え、
   前記回収タンクから前記吸入路へとリークガスを戻し、
   前記吸入路上において、前記回収タンクとの接続位置、および、前記ガス供給源の間に設けられる吸入路開閉弁をさらに備え、
   リークガスを前記吸入路へ戻す際に、前記吸入路開閉弁を閉塞するガス圧縮装置。
2. 前記補助圧縮機と前記圧縮機との間のリークガスの圧力が閾値以上となった場合に、前記補助圧縮機がリークガスの圧縮を行う請求項１に記載のガス圧縮装置。
3. ガス供給源から吸入路を通して供給されたガスを圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から漏出したリークガスを回収する回収部と、
   を備え、
   前記回収部が、
   前記圧縮機から漏出するリークガスを圧縮する補助圧縮機と、
   前記補助圧縮機にて昇圧されたリークガスを回収する回収タンクと、
   を備え、
   前記回収タンクから前記吸入路へとリークガスを戻し、
   前記吸入路が、前記補助圧縮機の吸入側に接続される分岐路を備え、
   前記ガス供給源のガスの圧力が閾値未満となった場合に、前記補助圧縮機が前記分岐路から供給されるガスを圧縮し、前記吸入路へ戻すガス圧縮装置。
4. 前記圧縮機と、前記補助圧縮機の吸入部との間に、リークガスを一時的に貯留するバッファタンクをさらに備える請求項１ないし３のいずれかに記載のガス圧縮装置。
5. 前記補助圧縮機が、ハイポサイクロイド機構を動作機構として用いた往復動圧縮機、レシプロモータ又はリニアモータを駆動源とする往復動圧縮機の何れかの圧縮機である請求項１ないし４のいずれかに記載のガス圧縮装置。

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