JP6363488B2

JP6363488B2 - 圧縮機

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Publication number: JP6363488B2
Application number: JP2014250856A
Authority: JP
Inventors: 孝史大久野; 見治名倉
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: EP3032101A1; US10087918B2; KR101874679B1; KR20160071325A; EP3032101B1; CN105697289A; US20160169216A1; CN105697289B; JP2016113907A

Description

本発明は、ガスを圧縮する圧縮機に関する。

従来、往復動式の多段圧縮機が知られている。例えば、特許文献１には、低段側の圧縮部と、低段側の圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する高段側の圧縮部と、を備える圧縮機が開示されている。低段側の圧縮部は、第１の圧縮室を有する第１のシリンダと、第１の圧縮室でガスを圧縮する第１のピストンと、を有している。高段側の圧縮部は、第２の圧縮室を有する第２のシリンダと、第２の圧縮室でガスを圧縮する第２のピストンと、第２のピストンに固定された複数のピストンリングと、を有している。

特開２０１４−０２０２８４号公報

ところで、シリンダ内に複数の圧縮室が形成される往復動圧縮機では、一の部材からシリンダを形成しようとすると加工が困難となる。そこで、シリンダを複数の分割体により形成することが考えられる。

しかし、シリンダを複数の分割体にて形成しようとすると、各分割体の内径及び外径のばらつきを考慮してシリンダが組み立てられるため、組立後のシリンダの先端側においてピストンの外周面とシリンダの内周面との間に形成される微小な隙間（以下、「微小隙間」という。）の幅を小さくすることが困難となる。ピストンも複数の分割体にて形成される場合には、上記微小隙間の幅を小さくすることがより困難となる。

一方で、高圧のガスが導入される圧縮室（以下、「高圧圧縮室」という。）では、低圧のガスが導入される圧縮室に比べてガスが漏出しやすいことから、高圧圧縮室における上記微小隙間の幅を非常に小さくすることが求められる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、シリンダ要素と加圧部との間の微小隙間の幅を小さくすることを目的としている。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、圧縮機であって、クランクシャフトと、ガスを圧縮する第１圧縮部と、前記第１圧縮部から吐出されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部と、を備え、前記第１圧縮部が、前記クランクシャフトに接続されており当該クランクシャフトの回転に伴って直線状に往復運動する第１往復動変換部と、前記第１往復動変換部に接続されておりガスを圧縮可能な第１加圧部と、前記第１加圧部を収容する第１シリンダ体と、を備え、前記第１シリンダ体が、前記第１加圧部の移動方向に沿って並んだ状態で互いに嵌合される複数のシリンダ要素を有し、前記複数のシリンダ要素に前記第１加圧部によるガスの圧縮が行われる複数の圧縮室が設けられ、前記第２圧縮部が、前記クランクシャフトに接続されており当該クランクシャフトの回転に伴って直線状に往復運動する第２往復動変換部と、前記第２往復動変換部に接続されておりガスを圧縮可能な第２加圧部と、前記第２加圧部を収容する第２シリンダ体と、を備え、前記第２シリンダ体が、前記第２加圧部の移動方向に沿って並んだ状態で互いに嵌合される複数のシリンダ要素を有し、前記複数のシリンダ要素に前記第２加圧部によるガスの圧縮が行われる複数の圧縮室が設けられ、前記第２シリンダ体のシリンダ要素の数が、前記第１シリンダ体のシリンダ要素の数よりも少ない、圧縮機を提供する。

本発明では、高圧のガスが導入される第２圧縮部のシリンダ要素の数を低圧のガスが導入される第１圧縮部のシリンダ要素の数よりも少なくすることにより、第２圧縮部において、先端側のシリンダ要素と加圧部との間の微小隙間の幅を小さくすることができる。

この場合において、前記第１圧縮部は、前記複数のシリンダ要素の内周面と前記第１加圧部との間に設けられる複数の第１リング部材群をさらに備え、前記第２圧縮部は、前記複数のシリンダ要素の内周面と前記第２加圧部との間に設けられる複数の第２リング部材群をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、各圧縮室からのガスの漏出が抑制される。

さらにこの場合において、前記第２加圧部のストロークが前記第１加圧部のストロークよりも小さく設定されていることが好ましい。

この態様では、第２加圧部のストロークを第１加圧部よりも小さくして第２リング部材群の磨耗を低減することにより、第１リング部材群よりも高圧のガスに曝される第２リング部材群からのガスの漏出をより低減することができる。

また、本発明において、前記複数の第１リング部材群は、前記第１加圧部の外周面に形成された複数の環状の溝部に嵌め合わされ、前記複数の第２リング部材群は、前記第２加圧部の外周面に形成された複数の環状の溝部に嵌め合わされることが好ましい。

このようにすれば、リング部材群がシリンダ要素側に取り付けられる場合に比べて当該リング部材群の摩耗が低減される。

また、本発明において、前記第２圧縮部の前記複数の圧縮室の数が２であることが好ましい。

このようにすれば、高圧のガスを圧縮する第２圧縮部における上記微小隙間の幅をより確実に小さくすることができる。

また、本発明において、ガスは水素であることが好ましい。

本発明では、分子量が小さく圧縮室から漏出しやすい水素を効率よく圧縮することができる。

また、本発明において、前記第１シリンダ体の前記複数のシリンダ要素及び前記第２シリンダ体の前記複数のシリンダ要素は、前記クランクシャフトを基準として同じ方向に向かって並ぶように配置されていることが好ましい。

このようにすれば、第１圧縮部の複数の圧縮室のうち最も高圧となる圧縮室と第２圧縮部の複数の圧縮室のうち最も低圧となる圧縮室とを接続する配管を短くすることができる。

また、本発明において、前記第１加圧部は、前記第１シリンダ体の前記複数のシリンダ要素に対応して設けられ、互いに嵌合される複数のピストンを有し、前記第２加圧部は、前記第２シリンダ体の前記複数のシリンダ要素に対応して設けられ、互いに嵌合される複数のピストンを有し、前記第２加圧部のピストンの数が前記第１加圧部のピストンの数よりも少ないことが好ましい。

このようにすれば、加圧部が複数のピストンにより形成されることにより、加圧部の製造を容易に行うことができる。また、第２加圧部のピストンの数を第１加圧部のピストンの数よりも少なくすることにより、第２圧縮部において、先端側のシリンダ要素とピストンとの間の微小隙間の幅を小さくすることができる。

以上のように、本発明によれば、シリンダ要素と加圧部との間の微小隙間の幅を小さくすることができる。

本発明の一実施形態の圧縮機の構成の概略を示す図である。図１に示すＩＩ−ＩＩ線での断面図である。第１ピストンと第１シリンダ要素との間の拡大図である。図１に示すＩＶ−ＩＶ線での断面図である。

本発明の一実施形態の圧縮機１について、図１から図４を参照しながら説明する。

図１に示すように、圧縮機１は、クランクシャフト１０と、クランクケース２０と、ガスを圧縮する第１圧縮部１００と、第１圧縮部１００で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部２００と、を備えている。本実施形態では、圧縮対象のガスは水素である。

クランクケース２０は、クランクシャフト１０が特定の回転中心軸Ｊ０回りに回転可能となるように当該クランクシャフト１０を保持している。本実施形態では、クランクケース２０は、クランクシャフト１０を保持するとともに図１の上向きに開口する箱状の本体２２と、本体２２の開口を塞ぐ形状の蓋部２４と、を有している。なお、図１の上下方向は重力方向に対応する。

クランクケース２０の外側におけるクランクシャフト１０の端部には、プーリ３０が接続されている。プーリ３０は、ベルト等の伝達部材を介して駆動源としてのモータ（図示略）と接続されている。

第１圧縮部１００は、第１往復動変換部１１０と、第１シリンダ体１２０と、第１加圧部１３０（図２を参照）と、複数の第１リング部材群１４０（図２を参照）と、を備えている。

第１往復動変換部１１０は、第１コネクティングロッド１１２と、第１クロスヘッド１１４と、第１ピストンロッド１１６と、を有する。

第１コネクティングロッド１１２は、クランクシャフト１０に対して相対回転可能に接続される第１円環部１１３を有している。第１コネクティングロッド１１２は、第１円環部１１３の中心がクランクシャフト１０の回転中心軸Ｊ０から偏倚した状態でクランクシャフト１０に接続されている。

第１クロスヘッド１１４は、第１コネクティングロッド１１２のうち第１円環部１１３とは反対側の端部に接続されている。第１クロスヘッド１１４は、クランクシャフト１０の回転時に当該クランクシャフト１０の回転中心軸Ｊ０と直交する方向（図１における上下方向）に直線運動するようにクランクケース２０にガイドされる形状に形成されている。つまり、第１コネクティングロッド１１２及び第１クロスヘッド１１４は、クランクシャフト１０の回転運動を直線状の往復運動に変換する。第１コネクティングロッド１１２及び第１クロスヘッド１１４は、クランクケース２０の本体２２に収容されている。

第１ピストンロッド１１６は、円柱状の部材であり、第１クロスヘッド１１４に接続されている。このため、第１ピストンロッド１１６も、クランクシャフト１０の回転に伴って直線状に往復運動する。第１ピストンロッド１１６はクランクケース２０の蓋部２４を貫通しており、当該第１ピストンロッド１１６の上端部はクランクケース２０の上方に位置している。

図２に示すように、第１シリンダ体１２０は第１シリンダ要素１２１と、第２シリンダ要素１２２と、第３シリンダ要素１２３とを備える。第１シリンダ要素１２１、第２シリンダ要素１２２及び第３シリンダ要素１２３は互いに嵌合され、重力方向（すなわち、第１加圧部１２０の移動方向）に沿って順に並ぶ。第１シリンダ要素１２１の内側には第１圧縮室１２１Ｓが形成される。第２シリンダ要素１２２の内側には第２圧縮室１２２Ｓが形成される。第３シリンダ要素１２３の内側には第３圧縮室１２３Ｓが形成される。第１圧縮部１００では、第１圧縮室１２１Ｓ、第２圧縮室１２２Ｓ及び第３圧縮室１２３Ｓの順にガスの吸込時における容積が小さくされる。

第１シリンダ要素１２１は筒状の部材であり、第１圧縮部１００の中心軸Ｊ１と直交する方向の断面が円形となる内周面１２１ａを有している。図１に示すように、第１シリンダ要素１２１の下端部がクランクケース２０の蓋部２４に設けられた孔部に挿入され、ボルト等の締結具１２４により蓋部２４に固定される。

図２に示すように、第２シリンダ要素１２２は筒状の部材であり、中心軸Ｊ１と直交する方向の断面が円形となる内周面１２２ａを有している。第２シリンダ要素１２２には下方に突出する円筒状の突出部１２２ｂが設けられる。突出部１２２ｂは第１シリンダ要素１２１の上部に挿入される。中心軸Ｊ１に垂直な方向において突出部１２２ｂと第１シリンダ要素１２１の内周面１２１ａとが当接する。第２シリンダ要素１２２はボルト等の締結具１２５により第１シリンダ要素１２１に固定される。

第３シリンダ要素１２３は筒状の部材であり、中心軸Ｊ１と直交する方向の断面が円形となる内周面１２３ａを有している。第３シリンダ要素１２３には、下方に突出する円筒状の突出部１２３ｂが設けられる。突出部１２３ｂは第２シリンダ要素１２２の上部に挿入される。中心軸Ｊ１に垂直な方向において突出部１２３ｂと第２シリンダ要素１２２の内周面１２２ａとが当接する。第３シリンダ要素１２３はボルト等の締結具１２６により第２シリンダ要素１２２に固定される。

以上のように、第１圧縮部１００は、上側のシリンダ要素が下側のシリンダ要素に挿入される構造であるため、第１シリンダ要素１２１の内径よりも第２シリンダ要素１２２の内径の方が小さく、第２シリンダ要素１２２の内径よりも第３シリンダ要素１２３の内径の方が小さい。

第１加圧部１３０は第１ピストン１３１と、第２ピストン１３２と、第３ピストン１３３とを備える。第１ないし第３ピストン１３１〜１３３は重力方向における上側に向かって順に並んだ状態で互いに嵌合される。第１ないし第３ピストン１３１〜１３３は第１ないし第３シリンダ要素１３１〜１３３に対応して設けられており、第１ピストン１３１は第１シリンダ要素１２１内に配置される。第２ピストン１３２は第２シリンダ要素１２２内に配置される。第３ピストン１３３は第３シリンダ要素１２３内に配置される。

第１ピストン１３１は円筒面である外周面１３１ａを有する。第１ピストン１３１は第１ピストンロッド１１６の上端部に接続される。第１ピストン１３１の上端部、すなわち、第１ピストン１３１の先端部には、凹部１３１ｂが形成される。

図３に示すように、第１ピストン１３１の外周面１３１ａと第１シリンダ要素１２１の内周面１２１ａとの間には微小な隙間（以下、「微小隙間Ｃ１」という。）が形成される。微小隙間Ｃ１には複数のリング部材により構成された第１リング部材群１４０が設けられる。第１リング部材群１４０は第１ピストン１３１の外周面１３１ａに形成された複数の環状の溝部５に嵌め合わされる。図２に示すように、第１リング部材群１４０が設けられることにより、第１圧縮室１２１Ｓに導入されたガスが微小隙間Ｃ１から漏出してしまうことが防止される。

第２ピストン１３２は円筒面である外周面１３２ａを有する。外周面１３２ａの径は第１ピストン１３１の円筒面１３１ａの径よりも小さい。第２ピストン１３２の下端部は第１ピストン１３１の凹部１３１ｂに挿入される。第２ピストン１３２の上端部には、凹部１３２ｂが形成されている。

第２ピストン１３２の外周面１３２ａと第２シリンダ要素１２２の内周面１２２ａとの間に微小隙間Ｃ２が形成される。微小隙間Ｃ２には、微小隙間Ｃ１と同様に、複数のリング部材により構成された第１リング部材群１４０が設けられる。当該第１リング部材群１４０は第２ピストン１３２の外周面１３２ａに形成された複数の環状の溝部５に嵌め合わされる。これにより、第２圧縮室１２２Ｓに導入されたガスが微小隙間Ｃ２から漏出してしまうことが防止される。

第３ピストン１３３は円筒面である外周面１３３ａを有する。外周面１３３ａの径は第２ピストン１３２の外周面１３２ａの径よりも小さい。第３ピストン１３３の下部には突出部１３３ｂが形成される。突出部１３３ｂは第２ピストン１３２の凹部１３２ｂに挿入される。第３ピストン１３３の外周面１３３ａと第３シリンダ要素１２３の内周面１２３ａとの間に微小隙間Ｃ３が形成される。微小隙間Ｃ３には、微小隙間Ｃ１，Ｃ２と同様に第１リング部材群１４０が設けられる。第１リング部材群１４０は第３ピストン１３３の外周面１３３ａに形成された複数の環状の溝部５に嵌め合わされる。第１リング部材群１４０により第３圧縮室１２３Ｓに導入されたガスが微小隙間Ｃ３から漏出してしまうことが防止される。第３シリンダ要素１２３の上部には、連結部材１２７が取り付けられる。

第１圧縮部１００では、第１シリンダ体１２０が３つのシリンダ要素１２１〜１２３により形成されるため、一の部材にてシリンダ体が形成される圧縮部に比べて、第１シリンダ体１２０を精度よく、かつ、容易に製作することができる。同様に、第１加圧部１３０が３つのピストン１３１〜１３３により形成されるため、一の部材にて加圧部が形成される圧縮部に比べて、第１加圧部１３０を精度よく、かつ、容易に製作することができる。

図１に示すように、第２圧縮部２００は、第２往復動変換部２１０と、第２シリンダ体２２０と、第２加圧部２３０（図４を参照）と、複数の第２リング部材群２４０（図４を参照）と、を備えている。

第２往復動変換部２１０の構造は、基本的に第１往復動変換部１１０のそれと同じである。すなわち、第２往復動変換部２１０は、クランクシャフト１０に接続される第２円環部２１３を有する第２コネクティングロッド２１２と、第２コネクティングロッド２１２に接続される第２クロスヘッド２１４と、第２クロスヘッド２１４に接続される第２ピストンロッド２１６と、を有している。

第２コネクティングロッド２１２は、クランクシャフト１０の軸方向について第１コネクティングロッド１１２から離間した位置でクランクシャフト１０に接続されている。第２円環部２１３の中心とクランクシャフト１０の回転中心軸Ｊ０との距離Ｄ２は、第１円環部１１３の中心とクランクシャフト１０の回転中心軸Ｊ０との距離Ｄ１よりも小さく設定されている。つまり、第２往復動変換部２１０のストロークは、第１往復動変換部１１０のそれよりも小さく設定されている。

図４に示すように、第２シリンダ体２２０は第４シリンダ要素２２４と、第５シリンダ要素２２５とを備える。第５シリンダ要素２２５及び第４シリンダ要素２２４は互いに嵌合され、重力方向（すなわち、第２加圧部２２０の移動方向）に沿って順に並ぶ。第４シリンダ要素２２４の内側には第４圧縮室２２４Ｓが形成される。第５シリンダ要素２２５の内側には第５圧縮室２２５Ｓが形成される。第２圧縮部２００では、第２シリンダ体２２０のシリンダ要素の数は、第１シリンダ体１２０のシリンダ要素の数よりも少ない。すなわち、第２圧縮部２００の圧縮室２２４Ｓ，２２５Ｓの数が第１圧縮部１００の圧縮室１２１Ｓ〜１２３Ｓの数よりも少ない。第２圧縮部２００では、第４圧縮室２２４Ｓ及び第５圧縮室２２５Ｓの順にガスの吸込時における容積が小さくされる。

第４シリンダ要素２２４は筒状の部材であり、第２圧縮部２００の中心軸Ｊ２と直交する方向の断面が円形となる内周面２２４ａを有している。図１に示すように、第４シリンダ要素２２４の下端部がボルト等の締結具２２６によりクランクケース２０の蓋部２４に固定される。

図４に示すように、第５シリンダ要素２２５は筒状の部材であり、中心軸Ｊ２と直交する方向の断面が円形となる内周面２２５ａを有している。第５シリンダ要素２２５には、下方に突出する円筒状の突出部２２５ｂが設けられる。突出部２２５ｂは第４シリンダ要素２２４の上部に挿入される。中心軸Ｊ２に垂直な方向において突出部２２５ｂと第４シリンダ要素２２４の内周面２２４ａとが当接する。第５シリンダ要素２２５はボルト等の締結具２２７により第４シリンダ要素２２４に固定される。

第２圧縮部２００は、第１圧縮部１００と同様に上側のシリンダ要素が下側のシリンダ要素に挿入される構造であるため、第４シリンダ要素２２４の内径よりも第５シリンダ要素２２５の内径の方が小さい。

第２加圧部２３０は第４ピストン２３４と第５ピストン２３５とを備える。第４ピストン２３４及び第５ピストン２３５は重力方向における上側に向かって順に並んだ状態で互いに嵌合される。第４及び第５ピストン２３４，２３５は第４及び第５シリンダ要素２２４，２２５に対応して設けられており、第４ピストン２３４は第４シリンダ要素２２４内に配置される。第５ピストン２３５は第５シリンダ要素２２５内に配置される。

第４ピストン２３４は円筒面である外周面２３４ａを有する。第４ピストン２３４の下端部は第２ピストンロッド２１６の上端部に接続される。第４ピストン２３４の上端部、すなわち、第４ピストン２３４の先端部には、凸部２３４ｂが形成されている。

第４ピストン２３４の外周面２３４ａと第４シリンダ要素２２４の内周面２２４ａとの間に微小隙間Ｃ４が形成される。微小隙間Ｃ４は第１圧縮部１００の微小隙間Ｃ３よりも小さい。微小隙間Ｃ４には、複数のリング部材により構成された第２リング部材群２４０が設けられる。第２リング部材群２４０は第４ピストン２３４の外周面２３４ａに形成された複数の環状の溝部５に嵌め合わされる。第２リング部材群２４０が設けられることにより、第４圧縮室２２４Ｓに導入されたガスが微小隙間Ｃ４から漏出してしまうことが防止される。

第５ピストン２３５は円筒面である外周面２３５ａを有する。外周面２３５ａの径は第４ピストン２３４の外周面２３４ａの径よりも小さい。第５ピストン２３５の下端部には凹部２３５ｂが形成される。第４ピストン２３４の凸部２３４ｂは凹部２３５ｂに挿入される。

第５ピストン２３５の外周面２３５ａと第５シリンダ要素２２５の内周面２２５ａとの間に微小隙間Ｃ５が形成される。微小隙間Ｃ５には、複数のリング部材により構成される第２リング部材群２４０が設けられる。第２リング部材群２４０は第５ピストン２３５の外周面２３５ａに形成された複数の環状の溝部５に嵌め合わされる。第２リング部材群２４０により、第５圧縮室２２５Ｓに導入されたガスが微小隙間Ｃ５から漏出してしまうことが防止される。第５シリンダ要素２３５の上部には、閉塞部材２２８が取り付けられる。

第２圧縮部２００では、第２シリンダ体２２０が２つのシリンダ要素２２４，２２５により形成されるため、第２シリンダ体２２０を精度よく、かつ、容易に製作することができる。同様に、第２加圧部２３０が２つのピストン２３４，２３５により形成されるため、第２加圧部２３０を精度よく、かつ、容易に製作することができる。

圧縮機１では、第１シリンダ体１２０の複数のシリンダ要素１２１，１２２，１２３及び第２シリンダ体２２０の複数のシリンダ要素２２４，２２５が、クランクシャフト１０を基準として同じ方向に向かって（重力方向の上向きに）並ぶように配置される。これにより、第１圧縮部１００の第３圧縮室１２３Ｓと第２圧縮部２００の第４圧縮室２２４Ｓとを接続する配管を短くすることができる。

圧縮機１の駆動時には、図２に示す第１圧縮室１２１Ｓで第１ピストン１３１により圧縮されたガスが、第１シリンダ体１２０の外部に設けられた図示略の配管を通じて第２圧縮室１２２Ｓに流入する。第２圧縮室１２２Ｓで第２ピストン１３２により圧縮されたガスは、第１シリンダ体１２０の外部に設けられた図示略の配管を通じて第３圧縮室１２３Ｓに流入する。第３圧縮室１２３Ｓで第３ピストン１３３により圧縮されたガスは、連結部材１２７内に形成された流路及びこの流路に接続された配管１２８を通じて第２圧縮部２００に送られる。第１圧縮部１００では、高圧のガスを圧縮しようとすると圧縮室からガスが漏出しやすくなるため、第１圧縮室１２１Ｓの微小隙間Ｃ１、第２圧縮室１２２Ｓの微小隙間Ｃ２及び第３圧縮室１２３Ｓの微小隙間Ｃ３の順に中心軸Ｊ１に垂直な方向における幅が小さくされる。

図４に示すように、第３シリンダ要素１２３の第３圧縮室１２３Ｓで圧縮されたガスは、第２シリンダ体２２０の外部に設けられた図示略の配管を通じて第４圧縮室２２４Ｓに流入する。第４圧縮室２２４Ｓで第４ピストン２３４により圧縮されたガスは、第２シリンダ体２２０の外部に設けられた図示略の配管を通じて第５シリンダ要素２２５の第５圧縮室２２５Ｓに流入する。第５圧縮室２２５Ｓで第５ピストン２３５により圧縮されたガスは、図示略の配管を通じて外部に供給される。

第２圧縮部２００においても、高圧のガスを圧縮しようとすると圧縮室からガスが漏出しやすくなるため、第４圧縮室２２４Ｓの微小隙間Ｃ４及び第５圧縮室２２５Ｓの微小隙間Ｃ５の順に中心軸Ｊ２に垂直な方向における幅が小さくされる。また、第２圧縮部２００では、第１圧縮部１００よりも高圧のガスが圧縮されるため、第５圧縮室２２５Ｓ及び第４圧縮室２２４Ｓの微小隙間Ｃ４，Ｃ５の幅は、第１ないし第３圧縮室１２１Ｓ〜１２３Ｓの微小隙間Ｃ１〜Ｃ３の幅よりも小さくされる。

以上、圧縮機１について説明したが、複数のシリンダ要素が互いに嵌合される構造のシリンダ体の場合、各シリンダ要素の内径及び外径のばらつきを考慮してシリンダ体が組み立てられるため、組立後のシリンダ体の上部において微小隙間の幅を小さくすることが困難となる。加圧部が複数のピストンにより形成される場合においても同様である。

これに対し、圧縮機１では、高圧のガスが導入される第２圧縮部２００のシリンダ要素２２４，２２５の数が低圧のガスが導入される第１圧縮部１００のシリンダ要素１２１〜１２３の数よりも少なくされる。その結果、第２圧縮部２００において、第５シリンダ要素２２５よりも下方に配置されるシリンダ要素の数が抑制され、第５シリンダ要素２２５と第５ピストン２３５との間の微小隙間Ｃ５の幅を小さくすることが可能となる。そして、微小隙間Ｃ５の幅が、ガスの漏出を防止する、あるいは、第２リング部材群２４０に作用する過度の力を抑制するという観点で設定される許容範囲内とされる。

同様に、第２加圧部２３０のピストン２３４，２３５の数が第１加圧部１３０のピストン１３１〜１３３の数よりも少なくされる。その結果、第２圧縮部２００において、第５ピストン２３５よりも下方に配置されるピストンの数が抑制されることにより、微小隙間Ｃ５の幅を小さくすることができる。微小隙間Ｃ５の幅が小さくされることにより第２リング部材群２４０の磨耗が抑制される。

ところで、第５圧縮室のみを有する圧縮部を別途設けようとすると、圧縮機の各種機器が大型化し、設置面積の確保が困難となる。これに対し、圧縮機１では、設置面積を抑えつつ微小隙間を適切に設けることができる。

また、圧縮機１では、第２加圧部２３０のストロークが第１加圧部１３０のそれよりも小さくされるため、第２加圧部２３０の第２リング部材群２４０の磨耗をより抑制することができる。

第１リング部材群１４０が第１加圧部１３０に嵌め合わされ、第２リング部材群２４０が第２加圧部２３０に嵌め合わされるので、各リング部材群１４０，２４０が各シリンダ要素の内面に取り付けられる場合に比べて当該リング部材群１４０，２４０の摩耗が低減される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、第１圧縮部１００及び第２圧縮部２００が水平方向に配置されてもよい。この場合であっても、第２圧縮部２００のシリンダ要素の数が第１圧縮部１００のシリンダ要素の数よりも少なくされることにより、第２圧縮部２００の先端側において、シリンダ要素と加圧部との間の微小隙間の幅を小さくすることができる。さらに、第１圧縮部１００及び第２圧縮部２００がクランクシャフト１０を基準として互いに異なる方向に配置されてもよい。

上記実施形態の第１圧縮部１００では、先端の圧縮室、すなわち、クランクシャフト１０から最も遠い圧縮室からクランクシャフト１０に近い圧縮室に向かうに従ってガスが漸次昇圧される構造とされてもよい。第２圧縮部２００においても同様である。

各第１リング部材群１４０は、第１シリンダ要素１２１の内周面１２１ａ、第２シリンダ要素１２２の内周面１２２ａ及び第３シリンダ要素１２３の内周面１２３ａにそれぞれ嵌め合わされてもよい。各加圧部１３０，２３０は、ピストンではなくプランジャにより構成されてもよい。

上記実施形態では、６以上の圧縮室が設けられる場合には３以上の圧縮部が設けられてもよい。この場合、２以上のシリンダ要素を有する１つの圧縮部と、２以上のシリンダ要素を有し、当該１つの圧縮部から吐出されたガスをさらに圧縮する次の圧縮部との間の関係が、上述の第１圧縮部１００と第２圧縮部２００との間の関係と同じとされることが好ましい。すなわち、当該次の圧縮部のシリンダ要素の数が、当該１つの圧縮部のシリンダ要素の数よりも少なくされることにより、当該次の圧縮部においてシリンダ要素とピストンとの間の微小隙間の幅を小さくすることができる。

圧縮機１は、分子量が小さく圧縮室から漏出しやすい水素を効率よく圧縮することができるが、水素以外のガスの圧縮に利用することもできる。

１圧縮機
１０クランクシャフト
１００第１圧縮部
１１０第１往復動変換部
１２０第１シリンダ体
１２１第１シリンダ要素
１２１Ｓ第１圧縮室
１２２第２シリンダ要素
１２２Ｓ第２圧縮室
１２３第３シリンダ要素
１２３Ｓ第３圧縮室
１３０第１加圧部
１３１第１ピストン
１３２第２ピストン
１３３第３ピストン
１４０第１リング部材群
２００第２圧縮部
２１０第２往復動変換部
２２０第２シリンダ体
２２４第４シリンダ要素
２２４Ｓ第４圧縮室
２２５第５シリンダ要素
２２５Ｓ第５圧縮室
２３０第２加圧部
２３４第４ピストン
２３５第５ピストン
２４０第２リング部材群
Ｃ１〜Ｃ５微小隙間

Claims

圧縮機であって、
クランクシャフトと、
ガスを圧縮する第１圧縮部と、
前記第１圧縮部から吐出されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部と、
を備え、
前記第１圧縮部が、
前記クランクシャフトに接続されており当該クランクシャフトの回転に伴って直線状に往復運動する第１往復動変換部と、
複数のピストンを備え、前記第１往復動変換部に接続されておりガスを圧縮可能な第１加圧部と、
前記第１加圧部を収容する第１シリンダ体と、
を備え、
前記第１シリンダ体が、それぞれが前記第１加圧部の各ピストンの外周面を囲む筒状の部材からなるとともに前記第１加圧部の移動方向に沿って並んだ状態で互いに嵌合される複数のシリンダ要素を有し、前記第１シリンダ体の各シリンダ要素に前記第１加圧部の各ピストンによるガスの圧縮が行われる圧縮室が設けられ、
前記第２圧縮部が、
前記クランクシャフトに接続されており当該クランクシャフトの回転に伴って直線状に往復運動する第２往復動変換部と、
複数のピストンを備え、前記第２往復動変換部に接続されておりガスを圧縮可能な第２加圧部と、
前記第２加圧部を収容する第２シリンダ体と、
を備え、
前記第２シリンダ体が、それぞれが前記第２加圧部の各ピストンの外周面を囲む筒状の部材からなるとともに前記第２加圧部の移動方向に沿って並んだ状態で互いに嵌合される複数のシリンダ要素を有し、前記第２シリンダ体の各シリンダ要素に前記第２加圧部の各ピストンによるガスの圧縮が行われる圧縮室が設けられ、
前記第２シリンダ体のシリンダ要素の数が、前記第１シリンダ体のシリンダ要素の数よりも少ない、圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
前記第１圧縮部は、前記複数のシリンダ要素の内周面と前記第１加圧部との間に設けられる複数の第１リング部材群をさらに備え、
前記第２圧縮部は、前記複数のシリンダ要素の内周面と前記第２加圧部との間に設けられる複数の第２リング部材群をさらに備える、圧縮機。
請求項２に記載の圧縮機において、
前記第２加圧部のストロークが前記第１加圧部のストロークよりも小さく設定されている、圧縮機。
請求項２又は３に記載の圧縮機において、
前記複数の第１リング部材群は、前記第１加圧部の外周面に形成された複数の環状の溝部に嵌め合わされ、
前記複数の第２リング部材群は、前記第２加圧部の外周面に形成された複数の環状の溝部に嵌め合わされる、圧縮機。
請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮機において、
前記第２圧縮部の前記複数の圧縮室の数が２である、圧縮機。
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧縮機において、
ガスは水素である、圧縮機。
請求項１ないし６のいずれかに記載の圧縮機において、
前記第１シリンダ体の前記複数のシリンダ要素及び前記第２シリンダ体の前記複数のシリンダ要素は、前記クランクシャフトを基準として同じ方向に向かって並ぶように配置されている、圧縮機。
請求項１ないし７のいずれかに記載の圧縮機において、
前記第１加圧部の各ピストンは、互いに嵌合されており、
前記第２加圧部の各ピストンは、互いに嵌合されており、
前記第２加圧部のピストンの数が前記第１加圧部のピストンの数よりも少ない、圧縮機。