JP6772373B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、往復動圧縮機に関し、往復動圧縮機は、内部にキャビティを有するシリンダと、ピストン及びピストンロッドを有する往復移動可能機構と、該機構を往復運動で動かすように構成された駆動手段とを備え、ピストンは、キャビティをそれぞれヘッド端チャンバ及びクランク端チャンバと呼ばれる第１及び第２のチャンバに分割し、第１及び第２のチャンバの各々は、それぞれの吸入バルブシステム及び吐出バルブシステムを介して吸入ダクト及び吐出ダクトに接続され、吸入バルブシステム及び吐出バルブシステムの各々は、バルブチャンバを定めるハウジングと、第１又は第２のチャンバがバルブチャンバから流体的に分離される第１の閉鎖位置と、第１又は第２のチャンバがそれぞれのバルブチャンバと流体連通する第２の開放位置との間で移動可能なバルブ本体とを備えている。

公知の形式の往復動圧縮機は、欧州特許第１．６５９．３０２（Ａ１）号に示されている。

往復動圧縮機の作動中、ピストンは、シリンダ内で前後に移動し、その結果、圧縮されるガスが吸入バルブシステムを介して交互に吸入され、同時に所定量のガスがピストンの反対側で圧縮され、圧縮ガスは吐出バルブシステムを通って吐出ダクトに押し込まれる。

実施上、往復動圧縮機の作動中、高い脈動レベルが吐出バルブシステム内に発生し、結果的に吐出バルブシステムの激しい損傷につながる可能性があることが分かっている。

この問題を解決しようとする公知の方法は、バルブチャンバの容積を大きくするか又は大きな外部容積部を追加することであるが、一般には、多くの場合に圧縮機の全体寸法が固定的なので利用できる組み込みスペースの観点から制約がある。

欧州特許公開第１．６５９．３０２号明細書

本発明は、このような高圧パルス振動を示さず、機械サイズの拡大を必要とせず、さらに上記の目標に到達するためのコスト効率の高い手法を提供する往復動圧縮機に関する。

この目的のために、本発明は、往復動圧縮機に関し、往復動圧縮機は、内部にキャビティを有するシリンダと、ピストン及びピストンロッドを有する往復移動可能機構と、該機構を往復運動で動かすように構成された駆動手段とを備え、ピストンは、キャビティをそれぞれヘッド端チャンバ及びクランク端チャンバと呼ばれる第１及び第２のチャンバに分割し、第１及び第２のチャンバの各々は、それぞれの吸入バルブシステム及び吐出バルブシステムを介して吸入ダクト及び吐出ダクトに接続され、吸入バルブシステム及び吐出バルブシステムの各々は、バルブチャンバを定めるハウジングと、第１又は第２のチャンバがバルブチャンバから流体的に分離される第１の閉鎖位置と、第１又は第２のチャンバがそれぞれのバルブチャンバと流体連通する第２の開放位置との間で移動可能なバルブ本体とを備え、それによって、圧縮機は容積部を定める容器をさらに備え、容積部は、導管によって、それぞれの吐出バルブシステムの少なくとも１つのバルブチャンバと流体接続している。

本発明の利点は、圧力脈動のバッファの機能を果たす追加の空間がもたらされ、導管内の小さい容積は、バルブチャンバ内の脈動に対して逆位相のばねのように作用し、その結果、この吐出バルブシステムのバルブチャンバ内の圧力ピークが低下して、吐出バルブシステムの損傷を避けることができ、機械の全体寸法を大きくする必要がないことである。

さらに、本発明による構成では、バルブチャンバと容器内の容積部との間の接続部は、ヘルムホルツ音響フィルタ又は低域通過フィルタとして動作し、所望の脈動低減及び吐出バルブシステムの長い耐用年数につながることが分かっている。

実際には、この構成は、フィルタとしての機能を果たすので、フィルタのカットオフ周波数を超えるシステム内の周波数が抑制され、結果として脈動が低減される。

好ましくは、容器は、大気中への高圧ガスの漏出を制限するようにシールハウジングを備える。

本発明の別の選択的な特徴によれば、容器のシールハウジングは、それぞれのバルブハウジングに結合する。

吐出バルブチャンバを容器内の容積部に接続する導管は、好ましくは、一端が吐出バルブチャンバ内に延び、他端が容器内に延びる真っ直ぐな管体の形態で作られている。

本発明の特徴をより良く示すために、本発明による往復動圧縮機の一部の好適な実施形態が内容を制限することなく例示的に以下に説明される。

本発明による往復動圧縮機を概略的に示す。 図１のＦ２で示す部分を拡大して示す。 本発明による往復動圧縮機の別の実施形態を示す。 本発明による往復動圧縮機の別の実施形態を示す。

図１及び図２は、本発明による往復動圧縮機１を示す。この圧縮機１は、ピストン３を収容する内部シリンダキャビティを有するシリンダ２を備える。このキャビティの内部で移動可能なピストン３は、ピストンロッド４をさらに備える往復移動可能機構の一部をなす。

圧縮機１は、往復移動可能機構を往復運動で動かすように構成された駆動手段をさらに備え、この駆動手段は、クランク軸を備える場合がある。

ピストン３は、シリンダキャビティをそれぞれヘッド端チャンバ及びクランク端チャンバと呼ばれる、第１及び第２のチャンバに分割し、第１及び第２のチャンバの各々は、それぞれの吸入バルブシステム５又は６、及び吐出バルブシステム７又は８を介して、それぞれの吸入ダクト９及び吐出ダクト１０に接続される。

吸入バルブシステム５及び６並びに吐出バルブシステム７及び８の各々は、バルブチャンバ１１を定めるバルブハウジングを備え、バルブ本体１２が移動可能に配置されている。各バルブチャンバ１１内のバルブ本体１２は、第１又は第２のチャンバがバルブチャンバ１１から流体的に分離される第１の閉鎖位置と、第１又は第２のチャンバがそれぞれのバルブチャンバ１１と流体連通する第２の開放位置との間を移動するように構成されている。図２に示す実施形態では、吐出バルブシステム７及び８は、それぞれバルブカバー７Ａ及び８Ａをさらに備える。この場合、バルブカバー７Ａ及び８Ａの各々は、バルブチャンバ１１の縦壁に沿って延びる主管状セクションを備える。バルブカバー７Ａ及び８Ａは、吐出バルブシステム７又は８内でバルブ本体１２を正しい向きに維持するように構成されている。

本発明によれば、往復動圧縮機１は、容器１３、詳細には各々が容積部を定める２つの容器１３をさらに備え、容積部は、導管１４によってそれぞれの吐出バルブシステム７及び８の少なくとも一方のバルブチャンバ１１と流体接続する。

本発明の好ましい特徴によれば、容器１３はシールハウジング１５を備え、大気中への何らかの高圧ガスの漏出を制限するようになっている。この場合、必須ではないが、容器ハウジング１５の各々は、吐出バルブシステム７及び８のそれぞれのバルブハウジング上に取り付けられている。

容器ハウジング１５の各々は、一端が底壁部で閉鎖され、開放端がシリンダ外壁に対して直接又は間接的に取り付けられた主として円筒形の容器を備える。

図２に示す実施例において、それぞれのバルブカバー７Ａ及び８Ａは、外側端においてそれぞれの導管１４が貫通して延びる端壁で閉鎖され、容器ハウジング１５は、バルブカバー７Ａ又は８Ａの外側端上の外向きのフランジ上に結合する。しかしながら、代替的に、バルブチャンバ１１は、代わりにシリンダ２の壁部によって境界を定めることができ、導管１４は壁部を貫通して延び、同様に容器ハウジング１５は、例えばシリンダ壁部に結合する。

本発明によれば、容器ハウジング１５をバルブハウジングに相互結合する多くの方法が可能であることが明らかであり、本発明は、図２に示すような厳密な構成に限定されない。

容器１３とバルブハウジングとの間の結合を達成する結合手段は、ボルト結合、溶接結合、又は何らかの他の形式の機械的結合などの様々な種類とすることができる。この場合、容器ハウジング１５及びバルブハウジングの両方は、シール面を備える。この場合、容器１３のシール面は、結合フランジ１６の端面によって形成される。

好ましくは、フランジ１６とバルブハウジング１５との間には、この場合はＯリングの形態のシールが設けられるが、あらゆる種類のシールを使用できることが明らかである。

吐出バルブチャンバ１１の各々を容器１３内でそれぞれの容積部に接続する導管１４は、好ましくは、一端が吐出バルブチャンバ１１内に延び、他端が容器１３内に延びる真っ直ぐな管体の形態で作られている。

本実施例では、ピストン３及びピストンロッド４の往復運動は、連接棒１８を介してクランク軸１７によって制御され、連接棒１８は、好ましくは、摺動面と摺動接触するスライドシューを備えたクロスヘッド１９にヒンジ連結されている。クランク軸１７の回転運動は、クロスヘッド１９の往復直線運動に変換され、この運動は、ピストン３に伝達される。代替的に、本発明による往復動圧縮機１は、クランク軸１７が典型的には中間連接棒又はスライドシュー無しでピストンロッド４を直接駆動する、いわゆる傾斜板式ピストン（ｗｏｂｂｌｅ ｐｉｓｔｏｎ）の形で作ることができる。

図１及び図２に示されているような本発明による往復動圧縮機１の作動原理は、公知の複動式の往復動圧縮機の作動原理と同じであり、ガスをシリンダ２内のピストン３の直線運動で吸入バルブシステム５又は６の一方から吸入することになる。ピストン３がヘッド端チャンバの容積が減少するように移動する場合、圧縮されるガスは、吸入ダクト９及び吸入バルブシステム５を通ってクランク端チャンバに吸入される。その行程の終了近くで、ピストン３は、圧縮ガスを吐出バルブシステム８を通ってヘッド端チャンバから押し出す。同様に、反対方向の移動を行う間に、ガスは吸入ダクト９を通ってヘッド端チャンバに吸入され、吐出バルブシステム７を通ってクランク端チャンバから押し出されることになる。

本発明の主たる利点は、容器１３を追加することでもたらされる追加の空間が、圧力脈動のバッファとしての機能を果たし、その結果、それぞれの吐出バルブシステム７及び８のバルブチャンバ１１内の圧力ピークが低下して、吐出バルブシステム７及び８の損傷を避けることができ、機械の全体的寸法を大きくする必要がないことである。

実際には、バルブチャンバ１１、関連する導管１４、及び容器１３の容積部で構成される全体は、ヘルムホルツ音響フィルタ又は低域通過フィルタとして動作し、フィルタのカットオフ周波数を超えるシステム内の周波数が抑制され、結果として脈動が低減されるので、脈動の低減、最終的には吐出バルブシステムの長い耐用年数につながる。

吐出バルブチャンバ１１を出る圧縮ガスの主流は容器１３を通って流れないので、脈動を制限しようとするために、圧縮ガスを複数の連続したチャンバを通過させるシステムとは対照的に、結果的に圧力降下が制限される。実際には、吐出バルブチャンバ１１は、圧縮ガスの主流を排出するために吐出ダクト１０に流体接続されるが、加えて、導管１４は、圧縮ガスの小さな２次的部分のみを関連する容器１３に移動できるように吐出バルブチャンバ１１内へ延びており、容器１３内の容積部は、吐出バルブチャンバ１１内で発生する脈動の減衰器の機能を果たすことになる。

本発明による往復動圧縮機１の別の実施形態によれば、図３から分かるように、少なくとも１つの容器ハウジング１５は、シリンダ壁部に直接結合するのではなく、代わりにシリンダ２から離間して取り付けられている。

図１〜図３に示す実施形態では、シリンダ２は、２つの吐出バルブシステム７及び８を提示し、吐出バルブシステム７及び８の各々のバルブチャンバ１１には、容器１３が結合いているが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明による往復動圧縮機１は、ピストンが複動式ではなく単動式である場合には１つの吐出バルブシステム１３のみを収容することもできる。もしくは、本発明による往復動圧縮機１は、３以上の吐出バルブシステム１３を備えることもできる。

好ましくは、必須ではないが、両方の吐出バルブシステム１３は、シリンダ２の同じ側に配置される。

図４を参照すると、往復動圧縮機１の実施形態は、各々がそれぞれのピストン３及び駆動手段に連結される２つのピストンロッド４を備えるように示されている。

本発明は、上述の図面に示した形態の実施形態に限定されるものではなく、本発明による往復動圧縮機は、本発明の範囲から逸脱することなく、全ての形状及び大きさで作ることができる。

Claims (7)

1. 内部にキャビティを有するシリンダ（２）と、ピストン（３）及びピストンロッド（４）を有する往復移動可能機構と、前記機構を往復運動で動かすように構成された駆動手段とを備える往復動圧縮機であって、
   前記ピストン（３）は、前記キャビティをそれぞれヘッド端チャンバ及びクランク端チャンバと呼ばれる第１及び第２のチャンバに分割し、前記第１及び第２のチャンバの各々は、それぞれの吸入バルブシステム（５、６）及び吐出バルブシステム（７、８）を介して吸入ダクト（９）及び吐出ダクト（１０）に接続され、前記吸入バルブシステム及び吐出バルブシステム（５〜８）の各々は、バルブチャンバ（１１）を定めるハウジングと、前記第１又は第２のチャンバが前記バルブチャンバから流体的に分離される第１の閉鎖位置と、前記第１又は第２のチャンバがそれぞれのバルブチャンバと流体連通する第２の開放位置との間で移動可能なバルブ本体（１２）とを備え、
   前記圧縮機（１）は、容積部を定める容器（１３）をさらに備え、前記容積部は、導管（１４）によって、それぞれの吐出バルブシステム（７及び８）の少なくとも１つのバルブチャンバ（１１）と流体接続しており、
   前記吐出バルブチャンバ（１１）を前記容器（１３）内で前記容積部に接続する前記導管（１４）は、一端が前記吐出バルブチャンバ（１１）内に延び、他端が前記容器（１３）内に延びる真っ直ぐな管体の形態で作られている、
   ことを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記容器（１３）は、大気中へのすべての高圧ガスの全ての漏出を制限するようにシールハウジング（１５）を備えている、
   請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記容器（１３）は、ハウジング（１５）を備え、前記容器ハウジング（１５）は、それぞれのバルブハウジングに取り付けられている、
   請求項１に記載の往復動圧縮機。
4. 前記容器（１３）のシール面と、前記容器（１３）が取り付けられる前記バルブハウジングのシール面との間にシール手段を備えている、
   請求項３に記載の往復動圧縮機。
5. 前記シリンダ（２）は、２つの吐出バルブシステム（７、８）を提示し、前記吐出バルブシステム（７、８）の各々の前記バルブチャンバ（１１）は、前述容器（１３）に結合されている、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の往復動圧縮機。
6. 前記吐出バルブシステム（７、８）の両方は、前記シリンダ（２）の同じ側に配置される、
   請求項５に記載の往復動圧縮機。
7. 前記圧縮機（１）は、各々がそれぞれの前記ピストン（３）及び前記駆動手段に連結される２つのピストンロッド（４）を備えている、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の往復動圧縮機。

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