JP6919874B2

JP6919874B2 - 空気圧縮装置

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Publication number: JP6919874B2
Application number: JP2016245075A
Authority: JP
Inventors: タングエンレー
Original assignee: Nguyen Chi Co Ltd
Current assignee: Nguyen Chi Co Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: US20190383268A1; EP3557049A2; EP3557049A4; WO2018117072A3; WO2018117072A2; JP2018100593A; US10883476B2; CN110199115A

Description

本発明は、レシプロ型の空気圧縮装置に関する。

レシプロ型の空気圧装置は、動力源から出力される駆動力によって往復駆動されるピストンと、ピストンの往復動に伴って容積が変化するシリンダとを備えている（例えば特許文献１参照）。動力源には、回転駆動力を出力する電動モータが用いられることがある。この場合、電動モータから出力される回転駆動力は、変換機構によって往復駆動力に変換されてピストンに伝達される。

ピストンが上死点から下死点に移動すると、シリンダの容積が拡大してシリンダ内が負圧になり、シリンダ内に空気が導入される。シリンダ内に導入された空気は、下死点から上死点に移動するピストンによって圧縮され、圧力が高められる。圧縮された空気（高圧
空気）は、例えば所定の経路を経てタンクに送られ、当該タンクに貯留される。

特開２０１６−５０５２６号公報

ところで、前記従来の空気圧縮装置は、ピストンを往復動させる駆動源として電動モータが使用されているため、電源設備を必要とするとともに、電源設備がない場所では使用できないという問題があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、電源設備を要することなく使用することができる空気圧縮装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る空気圧縮装置は、
筒状体と、
この筒状体の内部に設けられ、当該筒状体の内部に流入した風によって回転可能な羽根車と、
この羽根車と同軸に設けられ、軸回りに回転可能な回転軸と、
この回転軸の少なくとも一部を収容する筒状のケーシングと、
前記羽根車の回転をその回転速度を増速して前記回転軸に伝達する回転伝達機構と、
前記ケーシングに収容された前記回転軸にクランク部を介して連結されたピストンと、
前記ケーシングの外周壁に設けられて、前記ピストンが往復動可能に収容されたシリンダと、
このシリンダに設けられて、当該シリンダの内部に空気を導入するための導入部と、
前記シリンダに接続されて、当該シリンダの内部で前記ピストンによって圧縮された圧縮空気を排出するための排出パイプとを備えていることを特徴とする。

本発明においては、羽根車の回転をその回転速度を増速して回転軸に伝達する回転伝達機構を備えているので、筒状体の内部に流入した風（空気）によって回転する羽根車の回転速度が、回転伝達機構によって増速されて回転軸に伝達される。
そして、この回転軸の回転によって、シリンダの内部をピストンがクランク部を介して往復動する。ピストンが上死点から下死点に移動すると、シリンダの容積が拡大してシリンダの内部が負圧になり、シリンダの内部に空気が導入され、シリンダの内部に導入された空気は、下死点から上死点に移動するピストンによって圧縮され、圧力が高められて高圧の圧縮空気となる。そして、この高圧の圧縮空気がシリンダの内部から排出パイプによって排出される。
このように、本発明に係る空気圧縮装置は、自然の風を利用して空気を圧縮することができるので、電源設備を要することなく使用することができる。

また、本発明の前記構成において、前記ピストンおよび前記シリンダを複数備え、
複数の前記シリンダに接続されている複数の前記排出パイプから排出される前記圧縮空気を集中させたうえで、排出する集中排出部を備えることが好ましい。

このような構成によれば、複数のシリンダからそれぞれ高圧の圧縮空気が排出パイプを通して集中排出部に集められたうえで、当該集中排出部から排出されるので、高圧の圧縮空気を大量に得ることができる。

また、本発明の前記構成において、前記導入部は前記シリンダの内部に導入される空気から塵等の不純物を除去するフィルタを備えていることが好ましい。

このような構成によれば、シリンダの内部に導入される空気はフィルタによって塵等の不純物が除去されるので、シリンダやピストンが不純物によって傷付くことがなく、また、得られる圧縮空気に不純物が混入するのを防止できる。

また、本発明の前記構成において、前記筒状体には、当該筒状体の内部に風を集風して導入する集風部が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、自然の風を集風部によって効率的に集風して筒状体の内部に導入することができるので、羽根車を効率的に回転させて、圧縮空気を得ることができる。

また、本発明の前記構成において、前記回転伝達機構は、遊星歯車機構によって構成され、
前記遊星歯車機構のリングギアが前記羽根車に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のサンギアが前記回転軸に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のプラネタリギアが前記リングギアおよび前記サンギアに噛合していてもよい。

このような構成によれば、リングギア、プラネタリギアおよびサンギアの歯数や径を調整することによって、回転軸の増速量を容易に調整できる。

また、本発明の前記構成において、前記羽根車の内側に固定部材が設けられ、
前記羽根車と前記固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていてもよい。

このような構成によれば、自然の風によって羽根車が回転することによって、圧縮空気を得ることができるとともに、永久磁石とコイルとの協働によって発電できる。

本発明によれば、自然の風を利用して空気を圧縮することができるので、電源設備を要することなく使用することができる。

本発明の実施の形態に係る空気圧縮装置を示すもので、斜め前側から見た斜視図である。同、斜め後側から見た斜視図である。同、正面図である。同、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。同、図３におけるＣ−Ｃ線断面図である。同、要部の平断面図である。同、要部を模式的に示す図である。同、遊星歯車機構を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態に係る空気圧縮装置を示すもので、斜め前側（正面側）から見た斜視図、図２は同、斜め後側（背面側）から見た斜視図である。また、図３は本実施の形態に係る空気圧縮装置の正面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ線断面図、図５は図３におけるＣ−Ｃ線断面図である。また、図６は要部の平断面図、図７は要部を模式的に示す図、図８は遊星歯車機構（回転伝達機構）を示す正面図である。

空気圧縮装置１は、直方体フレーム状の枠体２と、この枠体２の内部に設けられた筒状体３と、この筒状体３の内部に設けられた羽根車４と、この羽根車４と同軸に設けられた回転軸５と、この回転軸５の一部を収容する筒状のケーシング６と、羽根車４の回転をその回転速度を増速して回転軸５に伝達する回転伝達機構７と、複数のピストン１０およびシリンダ１１と、筒状体３の内部に風を集風して導入する集風部１２とを備えている。

枠体２は、８つの角部（接続部）にそれぞれ構造材用継手２１が配置されるとともに、これら構造材用継手２１によって複数の四角筒状の構造材２２が直方体状に接続されることによって組み立てられている。構造材用継手２１は、構造材２２の端部を挿入固定可能な３本の継手部材を備えている。各継手部材は正四角筒状に形成されており、それらの基端部は例えば溶接や接着等によって互いに結合されている。

筒状体３は円筒状に形成されており、その軸方向の長さは枠体２の前後に延びる辺とほぼ等しくなっている。また、筒状体の直径は枠体２の上下に延びる辺および左右に延びる辺とほぼ等しくなっている。したがって、筒状体３は枠体２の内部ほぼ一杯に設けられている。また、筒状体３の前後の開口は、枠体２の前後の面（正面と背面）とほぼ等しい位置に配置されている。
枠体２にはその内部に向けて斜め方向の延びる４本の固定棒４７が設けられており、これら固定棒４７の一端部は構造材２２に固定されている。固定棒４７は筒状体３に形成された貫通孔を貫通しており、その他端部は後述する固定部４６に固定されている。また、固定棒４７には、筒状体３の貫通孔およびその近傍が固定されており、これによって、筒状体３は固定棒４７によって支持されて枠体２の内部に設けられている。

筒状体３の前側（正面側）の開口部には集風部１２が設けられている。この集風部１２は、ラッパ状に形成されており、筒状体３側ほど小径となるようにその内径が小さくなっている。したがって、集風部１２は前側の開口１２ａから後側の開口１２ｂに向かうほど流路断面積が小さくなっている。後側の開口１２ｂの径は筒状体３の径とほぼ等しくなっており、開口１２ｂが筒状体３の前側の開口に接続されている。

羽根車４は、図６に示すように、円筒状の回転部材４１と、この回転部材４１の外周部に固定された円筒状の取付部４２と、この取付部４２の外周部に設けられた複数の羽根４３とを備えている。
回転部材４１の内側には円筒状のケーシング（固定部材）４５が設けられている。このケーシング４５の前側（図６において下側）の端部は、円盤状の固定部４６に固定されている。この固定部４６は前記枠体２に斜めに設けられた固定棒４７に固定されている。固定棒４７は、図１および図２に示すように、筒状体３に形成された貫通孔を貫通しており、当該固定棒４７の先端部（他端部）に固定部４６が固定されている。

また、ケーシング４５と回転部材４１との間には軸受４８，４８が回転部材４１の軸方向に所定間隔をもって設けられており、当該軸受４８，４８によって、回転部材４１はケーシング４５に支持された状態で軸回りに回転可能となっている。
また、ケーシング４５の径方向中央部には、羽根車４と同軸に設けられた回転軸５が軸回りに回転可能に設けられている。回転軸５の前側（図６において下側）の端部は固定部４６を貫通して、前記ケーシング６の内部に収容されている。一方、回転軸５の後側の端部（図６において上側）の端部はケーシング４５から突出している。この回転軸５の端部に回転伝達機構７の後述するサンギア７２が取り付けられている。

また、ケーシング４５の後端面（図６において上端面）には、羽根車４の回転をその回転速度を増速して回転軸５に伝達する回転伝達機構７としての遊星歯車機構７が設けられている。
すなわち、遊星歯車機構７は、図６および図８に示すように、リングギア７１と、このリングギア７１の回転中心に設けられたサンギア７２と、複数（図８では５個）のプラネタリギア７３とを備えている。なお、リングギア７１およびサンギア７２の回転中心は回転軸５の回転中心と一致している。
リングギア７１の外周部にはフランジ部が形成されており、このフランジ部が回転部材４１の上端部に固定されている。したがって、羽根車４が回転すると、これに伴って回転部材４１が回転し、この回転部材４１が回転することにより、リングギア７１が回転するようになっている。

また、回転軸５の後側の端部（図６において上端部）はサンギア７２に挿入されて固定されており、サンギア７２が回転することによって回転軸５が回転するようになっている。
さらに、プラネタリギア７３は、リングギア７１およびサンギア７２に噛合しており、リングギア７１が回転することによって、自転しつつサンギア７２の周囲を公転するようになっている。したがって、リングギア７１が回転すると、プラネタリギア７３がリングギア７１の内側を自転しながら公転して回転移動し、これによってサンギア７２が軸回りに回転するようになっている。

そして、リングギア７１が羽根車４によって１回転すると、サンギア７２が１０回転するように、リングギア７１、プラネタリギア７３およびサンギア７２の歯数や径が設定されている。したがって、このような遊星歯車機構７では、羽根車４の回転速度を１０倍に増速してサンギア７２が回転し、この回転によって回転軸５が羽根車４より１０倍の回転速度で回転するようになっている。

また、羽根車４の内側にはケーシング（固定部材）４５が設けられており、このケーシング４５の外周面に円筒状のコイル８が固定され、一方、羽根車４の回転部材４１の内周面に永久磁石９がコイル８との間に所定の間隔をもって固定されている。
そして、コイル８と永久磁石９との協働によって発電され、発電された電気はバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
なお、ケーシング４５の外周面に永久磁石９を固定し、回転部材４１の内周面にコイル８を固定してもよい。
このように、羽根車４の内側にはコイル８と永久磁石とを備えた発電装置が組み込まれている。

前記回転軸５は、図６に示すように、ケーシング４５の前側（図６において下側）の端部を貫通し、図６および図７に示すように、さらに固定部４６を貫通したうえで円筒状のケーシング６の内部に延出して、当該ケーシング６の内部に一部（回転軸５の略前半分）が収容されている。ケーシング６の内部に収容される回転軸５には、図６に示すように、フランジ部５１が軸方向に所定間隔で設けられており、当該フランジ部５１はケーシング６の内部に軸方向に所定間隔で設けられた円環板状の隔壁６１に回転自在に支持されている。このようにして、ケーシング６の内部に収容されている回転軸５は回転可能に支持されている。
また、ケーシング６の内部に収容されている回転軸５には、クランク部５ａが回転軸５の軸方向に所定間隔で複数（例えば６個）設けられており、各クランク部５ａにピストン１０の基端部が連結されている。

一方、ケーシング６の外周壁には、複数のピストン１０がそれぞれ往復動可能に収容された複数（例えば６個）のシリンダ１１が設けられている。複数のシリンダ１１は回転軸５の軸方向に所定間隔で配置されるとともに、ケーシング６の周方向に沿って所定間隔で配置されている。
そして、回転軸５が回転することにより、各クランプ部５ａが回転軸５の軸回りに回転し、これによって各ピストン１０がケーシング６の径方向に往復動して、円板状のピストン本体１０ａがシリンダ１１の内部を上死点と下死点との間で往復動するようになっている。

また、シリンダ１１には、当該シリンダ１１の内部に空気を導入するための導入部１１ａが設けられている。この導入部１１ａは円筒状に形成されており、シリンダ１１の上端部の外周壁に固定されている。導入部１１ａとシリンダ１１の内部とは連通しており、この導入部１１ａを通して外部の空気をシリンダ１１の内部に導入するようになっている。なお、導入部１１ａにはシリンダ１１の内部の空気の抜け出を防止する逆止弁が設けられている。
また、導入部１１ａは、その先端部にフィルタ１１ｂを備えており、このフィルタ１１ｂによってシリンダ１１の内部に導入される空気から塵等の不純物を除去するようになっている。

また、各シリンダ１１の上端部の外壁にはそれぞれ排出パイプ１５の一端部が接続されている。この排出パイプ１５の接続位置は導入部１１ａと対向する位置となっている。また、排出パイプ１５はシリンダ１１の内部でピストン１０によって圧縮された圧縮空気を排出するためのものであり、当該排出パイプ１５の他端部は集中排出部１６に接続されている。
集中排出部１６は内部が空洞の円盤状のものであり、ケーシング６の前端部に当該ケーシング６と同軸に設けられている。そして、この集中排出部１６の外周壁に各排出パイプ１５の他端部が接続され、排出パイプ１５の内部と集中排出部１６の内部とが連通している。したがって、複数のシリンダ１１に接続されている複数の排出パイプ１５から排出される高圧の圧縮空気を集中排出部１６の内部に集中して流入するようになっている。
また、集中排出部１６は、その端面に接続された集中排出パイプ１６ａを有しており、この集中排出パイプ１６ａを通して集中排出部１６の内部の高圧の圧縮空気を排出するようになっている。

このような構成の空気圧縮装置１は、例えば建物の屋上等に設置されて使用される。この場合、空気圧縮装置１の集風部１２を風上側に向けて設置される。
風が集風部１２の前側の開口１２ａから流入すると、集風部１２は後側の開口１２ｂに向かうほど流路断面積が小さくなっているので、当該風が絞られて流速が速められたうえで、集風部１２から筒状体３に流入する。

筒状体３に風が流入すると、この風によって筒状体３の内部の羽根車４が回転する。そして、この羽根車４の回転速度が回転伝達機構（遊星歯車機構）７によって増速されて回転軸５に伝達される。
回転軸５が回転すると、この回転軸５に設けられているクランク部５ａを介して、ピストン１０のピストン本体１０ａがシリンダ１１の内部を上死点と下死点との間で往復動する。ピストン本体１０ａが上死点から下死点に移動すると、シリンダ１１の容積が拡大してシリンダ１１の内部が負圧になり、シリンダ１１の内部に外部の空気（集風部１２から筒状体３に流入した空気の一部）が導入され、シリンダ１１の内部に導入された空気は、下死点から上死点に移動するピストン本体１０ａによって圧縮され、圧力が高められて高圧の圧縮空気となる。そして、この高圧の圧縮空気がシリンダ１１の内部から排出パイプによって排出される。
そして、複数のシリンダ１１からそれぞれ排出パイプ１５によって排出された高圧の圧縮空気は、複数の排出パイプ１５を通して集中排出部１６に集められたうえで、当該集中排出部１６の集中排出パイプ１６ａから排出されるので、高圧の圧縮空気を大量に得ることができる。

このように、本実施の形態に係る空気圧縮装置１は、自然の風を利用して空気を圧縮することができるので、電源設備を要することなく使用することができる。そして、空気圧縮装置１によって得られた高圧の圧縮空気は、例えば、圧縮空気を利用した発電装置、ゼオライトフィルタを利用した酸素の製造やその他の新たなエネルギーとして利用することができる。新たなエネルギーとしては、例えば圧縮空気を高圧タンクに充填しておき、この高圧タンクから圧縮空気を自動車エンジンのシリンダに供給することで、自動車を走らせるようにしてもよい。

また、シリンダ１１に設けられている導入部１１ａはフィルタ１１ｂを備えており、シリンダ１１の内部に導入される空気はフィルタ１１ｂによって塵等の不純物が除去されるので、シリンダ１１やピストン１０が不純物によって傷付くことがなく、また、得られる圧縮空気に不純物が混入するのを防止できる。
さらに、筒状体３に、当該筒状体３の内部に風を集風して導入する集風部１２が設けられており、自然の風を集風部１２によって効率的に集風して筒状体３の内部に導入することができるので、羽根車４を効率的に回転させて、圧縮空気を得ることができる。

また、回転伝達機構７は、遊星歯車機構７によって構成され、遊星歯車機構７のリングギア７１が羽根車４に取り付けられ、サンギア７２が回転軸５に取り付けられ、プラネタリギア７３がリングギア７１およびサンギア７２に噛合しているので、リングギア７１、プラネタリギア７３およびサンギア７２の歯数や径を調整することによって、回転軸５の増速量を容易に調整できる。
加えて、羽根車４の内側にケーシング４５が設けられ、羽根車４とケーシングとのうちのいずれか一方に永久磁石９が設けられ、他方にコイル８が永久磁石９と所定の隙間をもって設けられているので、自然の風によって羽根車４が回転することによって、圧縮空気を得ることができるとともに、永久磁石９とコイル８との協働によって発電できる。

なお、本実施の形態では、羽根車４の回転をその回転速度を増速して回転軸５に伝達する回転伝達機構として遊星歯車機構７を採用したが、この遊星歯車機構７以外でも、羽根車４の回転をその回転速度を増速して回転軸５に伝達できれば、他の回転伝達機構を採用できる。

１空気圧縮装置
３筒状体
４羽根車
５回転軸
５ａクランク部
６ケーシング
７遊星歯車機構（回転伝達機構）
８コイル
９永久磁石
１０ピストン
１１シリンダ
１１ａ導入部
１１ｂフィルタ
１５排出パイプ
１６集中排出部
４５ケーシング（固定部材）
７１リングギア
７２サンギア
７３プラネタリギア

Claims

複数の構造材が直方体状に接続されて組み立てられた直方体フレーム状の枠体と、
この枠体の内部に設けられた筒状体と、
この筒状体の内部に設けられ、当該筒状体の内部に流入した風によって回転可能な羽根車と、
この羽根車と同軸に設けられ、軸回りに回転可能な回転軸と、
この回転軸の少なくとも一部を収容する筒状のケーシングと、
前記羽根車の回転をその回転速度を増速して前記回転軸に伝達する回転伝達機構と、
前記ケーシングに収容された前記回転軸にクランク部を介して連結されたピストンと、
前記ケーシングの外周壁に設けられて、前記ピストンが往復動可能に収容されたシリンダと、
このシリンダに設けられて、当該シリンダの内部に空気を導入するための導入部と、
前記シリンダに接続されて、当該シリンダの内部で前記ピストンによって圧縮された圧縮空気を排出するための排出パイプとを備え、
前記羽根車は、前記筒状体の内部の風下側の端部に設けられ、
前記ケーシングは、前記筒状体の内部において前記羽根車より風上側に設けられ、
前記枠体にはその内部に向けて斜め方向に延びる固定棒が設けられ、この固定棒の一端部は前記構造材に固定され、
前記固定棒は前記筒状体に形成された貫通孔を貫通しており、この貫通孔およびその近傍が前記固定棒に固定され、
前記羽根車の内側に、当該羽根車を回転可能に支持する円筒状の固定部材が設けられ、
この固定部材の端部は、前記筒状体の内部に設けられた円盤状の固定部に固定され、
前記固定棒の他端部に前記固定部が固定されていることを特徴とする空気圧縮装置。
前記ピストンおよび前記シリンダを複数備え、
複数の前記シリンダに接続されている複数の前記排出パイプから排出される前記圧縮空気を集中させたうえで、排出する集中排出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置。
前記導入部は前記シリンダの内部に導入される空気から塵等の不純物を除去するフィルタを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気圧縮装置。
前記筒状体には、当該筒状体の内部に風を集風して導入する集風部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。
前記回転伝達機構は、遊星歯車機構によって構成され、
前記遊星歯車機構のリングギアが前記羽根車に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のサンギアが前記回転軸に取り付けられ、
前記遊星歯車機構のプラネタリギアが前記リングギアおよび前記サンギアに噛合していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。
前記羽根車の内側に固定部材が設けられ、
前記羽根車と前記固定部材とのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。