JPH0587056A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮洩れがなく、オイルミストが圧縮された
気体に流入するおそれがない気体圧縮機を提供する。 【構成】 剛体１の、広い断面側に設けられたダイアフ
ラム２は剛体１内を作動室３と圧縮室４とに気密に仕切
っている。作動室３内には作動流体７が満たされ、圧縮
室４の、ダイアフラム２と対向する壁部には気体の流
入、流出のための流入弁５、流出弁６が設けられてい
る。電磁石１０と磁性流体１１は液体ポンプを構成し、
磁極８の間隙８ａと連なるテーパー状部８ｂで囲まれた
空間に磁性流体１１が配置されており、コイル９に通電
すると、磁性流体１１は、間隙８ａの強い磁場により、
間隙８ａに吸引されて移動し、間隙８ａに存在する作動
流体７は作動室３側に押し出され、ダイアフラム２を押
して変形させる。その結果、圧縮室４の体積が減少して
圧縮された気体は流出弁６を押し開けて圧縮室４外へ導
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧気体を発生する気体
圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧の気体を発生させるために、
片側が閉じた円筒のシリンダの中に設置されたピストン
を移動させ、閉じた空間の体積を狭めることによって得
られる高圧気体を弁の操作によって取り出す、いわゆる
往復ピストンコンプレッサが一般的に用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この往復ピストンコン
プレッサは、ピストンがシリンダに対して摺動している
だけであるため、両者の間に隙間が生じ易く、圧縮洩れ
が問題になっていた。特に、少量の気体だけを圧縮しよ
うとしてピストンの移動を低速にすると、圧縮洩れのた
めに損失が大きくなる欠点があった。少量の気体に対応
してピストン全体を小さくすると相対的に圧縮洩れが大
きくなり、結果として高圧が得られなかった。また、ピ
ストンの摺動抵抗を下げるために用いられる潤滑油がオ
イルミストとして圧縮気体に混入するので、これを除去
するために特別なオイルフィルタなどを別途必要とする
欠点があった。

【０００４】本発明の目的は、圧縮洩れがなく、オイル
ミストが圧縮気体に流入するおそれがない気体圧縮機を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の気体圧縮機は、
互いに直交する２つの断面のうち、一方の断面の方が他
方の断面よりも面積が小さい密閉された剛体と、該剛体
内に、他方の断面と概ね平行に張られ該剛体内を作動室
と圧縮室とに気密に仕切る可とう性の膜とを有し、前記
作動室には作動流体が密封され、かつ該作動流体が出入
りする流体口が形成され、前記圧縮室の、前記膜と対向
する壁部には、前記圧縮室内に気体が流入するための流
入弁と、前記圧縮室内の気体が流出するための流出弁が
設けられ、前記作動流体を前記作動室内に出入りさせる
液体ポンプであって、前記作動流体と混合しない溶媒に
分散した磁気流体と電磁石よりなり、該電磁石は磁極に
設けられた間隙を持つ環状磁路を形成するように構成さ
れ、前記間隙は前記作動室の流体口と連通し、磁極の、
前記間隙と連なる部分はテーパー状になって該部分によ
って囲まれる空間に前記磁性流体が配置されている液体
ポンプを有する。

【０００６】

【作用】本発明の気体圧縮機ではピストンリングがない
ので、圧縮される気体がピストンリングを摺動させるた
めの潤滑油や作動流体に触れることがなく、オイルミス
トが圧縮された気体に混入するおそれがない清浄な圧縮
を行うことができる。また、圧縮された気体が洩れるこ
ともなく、少量でも効率の高い、圧縮気体の供給が可能
である。さらに、液体ポンプが磁性体と電磁石で構成さ
れているので、気体圧縮機の体積、重量が減り、信頼性
も向上する。

【０００７】本発明で使用される作動流体には例えば低
粘度のシロコーンオイルなどがよく、可とう性の膜には
例えばポリエチレンテレフタレートを等方延伸したプラ
スチックフィルムを用いればよく、上記フィルムの場
合、もちろん膜に与える張力の大きさによって異なって
はくるが、通常の使用状態では数億回の作動でも弾性変
形範囲であることがわかっている。これは毎秒数百回の
高速圧縮動作を行っても１０年以上連続運転できる耐久
力であり、実用上は十分である。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００９】図１は本発明の一実施例の気体圧縮機の断
面図である。

【００１０】本実施例の気体圧縮機は、互いに直交する
２つの断面のうち、一方の断面の方が他方の断面よりも
面積が小さい密閉された剛体１と、該剛体１内に、他方
の断面と概ね平行に張られ剛体１内を作動室３と圧縮室
４とに気密に仕切るダイアフラム２とを有し、作動室３
には作動流体７が密封され、該作動流体が出入りする流
体口３ａが形成され、圧縮室４の、ダイアフラム２と対
向する壁部には、圧縮室４内に気体が流入するための流
入弁５と、圧縮室４内の気体が流出するための流出弁６
が設けられ、さらに作動流体７を作動室３内に出入りさ
せる液体ポンプを構成する電磁石１０と、作動流体７と
混合しない溶媒に分散された磁性流体１１を有してい
る。

【００１１】電磁石１０は磁極８に設けられた間隙８ａ
を持つ環状磁路を形成するように構成され、間隙８ａは
作動室３の流体口３ａと連通し、磁極８の、間隙８ａと
連なる部分８ｂはテーパー状になって磁性流体１１が配
置されている。ダイアフラム２は、柔軟で伸び縮みでき
る材料、例えばポリエチレンナフタレートなどの薄い膜
で構成され圧縮室４と作動室３を気密に隔離し、かつ両
側の圧力差が等しくなるように変位する。ダイアフラム
２のわずかな変位で圧縮室４の体積が大幅に変わるよう
に、圧縮室４はダイアフラム２で仕切られた開口部に比
べて浅いシリンダ構造で、ダイアフラム２が最大変位し
ても圧縮室４内に気体が残留する部位に流入弁５と流出
弁６が設けられている。なお、図１中の破線はダイヤフ
ラム２の変位を示している。

【００１２】次に、本実施例の気体圧縮機の動作を説明
する。電磁石１０は磁極８に設けられた間隙８ａを持つ
環状磁路を形成するよう構成してあるので、電磁石１０
のコイル９に通電すると、間隙８ａに強い磁場が発生す
る。間隙８ａで磁束の流れを狭めるように磁性流体１１
を流入させる側８ｂがテーパー状になっているので、該
テーパー部８ｂでは弱く、平行な間隙８ａで強い磁場分
布となるから、テーパー部８ｂで囲まれた空間に配置さ
れた磁性流体１１は磁極８の間隙８ａに吸引されて移動
する。磁場を印加する以前には作動室３と間隙８ａを作
動流体７で満たしておくと、結果的に作動流体７は作動
室３側に押し出され、ダイアフラム２を押してこれを変
形させる。その結果、圧縮室４の体積が減少して圧縮さ
れた気体は流出弁６を押し開けて圧縮室４外へ導出され
る。コイル９への通電を止めるとダイアフラム２の弾性
でダイアフラム２は元の状態に戻るが、このとき、拡大
する圧縮室４の体積に比例して気体が流入弁５を押し開
けて入ってくるのは、従来のピストンコンプレッサと同
様である。

【００１３】電磁石９の構造は磁性流体１１に吸引力を
働かせるために有効に磁場勾配を作ればよいのであるか
ら、他にも種々の形式が考えられ、例えば図２に示すよ
うに環状磁路の２カ所に間隙８ａ，８ｃを設けた磁極１
２でもよく、電磁石の起磁力を有効に間隙に導ける構造
ならば何でもよい。この場合２カ所の間隙８ａ，８ｃに
設置される磁性流体１１間を磁化を持たない作動流体７
で分離する必要があることは言うまでもない。

【００１４】以上の説明では圧縮時に電磁力を用いてい
るが、より高速動作とするため、ダイアフラム２の弾性
を用いるだけでなく、強制的に吸引動作を行うことも極
めて容易である。すなわち、図３に示すように、２個の
磁極１２を用い、磁性流体１１の動作と逆の動作をする
ように配置して交互に動作させればよく、互いの磁極１
２の間は間隙８ａ，８ｃの数倍程度としてそれぞれに対
応する磁性流体１１の間を作動流体７で満たしておけば
よい。

【００１５】本実施例の気体圧縮機の圧縮限界は磁性流
体１１に与える電磁力で決定されるが、通常の磁性流体
１１で電磁力を上げるために磁性流体１１内の磁性微粒
子含有率を高めると、磁性流体１１の粘度が高くなって
粘性損失が大きくなる。そこで、数百気圧の高圧が要求
される場合には本実施例の気体圧縮機を直列に接続し、
加圧すればよい。このとき、前段で加圧された気体を流
入弁５とともに、磁性流体１１の背後にも導入し、圧縮
前の圧力差を少なくする必要がある。後段の圧縮能力が
高いと途中で圧縮するべき気体の総量が不足し、後段の
圧縮機は吸引機として動作するため実質的に圧縮効率が
落ちる。本実施例では気体の洩れは一切なく、圧力に比
例して圧縮量を正確に計算できるので、例えば同一の圧
縮機をタンデムに接続して圧縮比に反比例して圧縮速度
を遅くしてやれば最も効率のよい圧縮が可能となる。こ
の場合、前段で圧縮された気体が磁性流体１１に触れな
いよう、磁性流体１１側をダイアフラム２と同様のフィ
ルムでシールすれば磁性流体１１による気体の汚染を防
ぐことができるのは勿論である。もっとも磁性流体１１
は磁場に拘束されるから、本実施例のような使い方では
潤滑油などに比べて気体を汚染する度合いは少ない。

【００１６】本実施例では磁性流体１１がいわば従来の
ピストンに相当するが、実際の体積変化を起こすダイア
フラム２との間を圧力を伝達する低粘度の作動流体７で
満たしていることから、磁性流体１１、磁極８の配置が
自由になり、非常に偏平な圧縮機を構成できる。また、
電磁力で発生する力を直接伝達するから、従来のピスト
ンコンプレッサのようにモータの回転力をピストン運動
に変換するためのリンク機構が不用となるため、体積・
重量も減り、信頼性も向上する利点がある。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、可とう
性の膜を用いて剛体内を圧縮室と作動室とに気密に仕切
っているので、オイルミストが圧縮された気体に流入す
るおそれがなく、また圧縮された気体が洩れることもな
く、そして、液体ポンプを磁性流体と電磁石で構成して
いるので、体積・重量が減り、信頼性も向上する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の気体圧縮機の構成図であ
る。

【図２】磁極の他の構造例を示す図である。

【図３】図２に示す磁極１２を２個直列に接続した例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 剛体 ２ ダイアフラム ３ 作動室 ４ 圧縮室 ５ 流入弁 ６ 流出弁 ７ 作動流体 ８，１２ 磁極 ８ａ，８ｃ 間隙 ８ｂ テーパー状部 ９ コイル １０ 電磁石 １１ 磁性流体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに直交する２つの断面のうち、一方
   の断面の方が他方の断面よりも面積が小さい密閉された
   剛体と、 該剛体内に、他方の断面と概ね平行に張られ該剛体内を
   作動室と圧縮室とに気密に仕切る可とう性の膜とを有
   し、 前記作動室には作動流体が密封され、かつ該作動流体が
   出入りする流体口が形成され、前記圧縮室の、前記膜と
   対向する壁部には、前記圧縮室内に気体が流入するため
   の流入弁と、前記圧縮室内の気体が流出するための流出
   弁が設けられ、 前記作動流体を前記作動室内に出入りさせる液体ポンプ
   であって、前記作動流体と混合しない溶媒に分散した磁
   性流体と電磁石よりなり、該電磁石は磁極に設けられた
   間隙を持つ環状磁路を形成するように構成され、前記間
   隙は前記作動室の流体口と連通し、磁極の、前記間隙と
   連なる部分はテーパー状になって該部分によって囲まれ
   る空間に前記磁性流体が配置されている液体ポンプを有
   する気体圧縮機。