JPS63162974A - 流圧増圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は油液のような−の流体を用いて空気のような他
の流体圧を増大するピストン式の流圧増圧装置に関する
。

（従来の技術） 流圧増圧装置は各種の構成のものが提案されておシ、各
種の工業用装置に採用されている。例えば蒸気から圧縮
水を供給する装置の処理部に用いられる周知のウォータ
ラムでは、第１のポンプ流体を第２の動力流体と同一に
し、または一部を占めるようにして、ポンプ作用により
増圧する構成がとられる。

一方油圧駆動による燃料輸送ポンプのように、第１のポ
ンプ流体と第１のポンプ流体と同一の第２の動力流体と
を混合することがないように構成してポンプ作用により
増圧する構成も採用される。

更に第１および第２の流体を異種のものに、例えば気圧
作動によるオイルポンプ若しくは流圧作動による空気コ
ンプレッサの如く一方をガスに、他方を液流体にしてポ
ンプ作用により増圧する構成も採用されている。

また圧縮空気の利用は広範の産業分野において図られて
おシ、特に空調機構あるいは気圧制御機構を採用する航
空分野で好適に圧縮空気を利用することが望まれている
。圧縮空気をこれらの機構に供給し、所望部分に給送す
る場合、ガスタービンによる推進エンジンのコンプレッ
サ段あるいは予備動力装置からの小量の空気と混合され
て用いられ得る。現在多くのガスタービンにおいては、
個別のポンプを駆動するに充分な動力を得ることができ
るが、上記の用途に利用するときは増圧して好適な圧縮
空気を得るように構成されている。

一方ポンプ作用による流圧増圧には、例えば空気コンプ
レッサのような気圧増圧装置が用いられ、これは多段、
容量形であシ、寸法が次第に変化する複数のピストンが
クランクシャフトあるいはスコッチョーク（５ｃｏｔｃ
ｈ　ｙｏｋｅ　）機構を介し機械的に駆動されるように
構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の気圧増圧装置にあっては耐久性あるいは信頼性の
点で各種の問題点があった。先ず最初の段のピストンお
よびその逆止め弁の寸法が和尚に大になシ、高速度での
運転時に慣性力が大になって、特に逆止め弁が早期に故
障し易かった。

且つ最終段のピストンの寸法は小さいが、圧縮空気の圧
力により大きな荷重を受け、この荷重がクランクシャフ
トあるいはスコッチョーク機構から伝達される力と合成
されると、ピストンの側面に加わる接触応力が過大にな
シ、密封部材の摩耗が早くなる問題があった。通常市販
の増圧装置の故障は平均的には約５００〜１５００時間
の間隔で生じている。またクランクシャフトにより駆動
される構成の増圧装置には、スコッチ顎−グ機構により
駆動される構成を採用することＫより一部低減されるも
のの、不必要な空間が依然として多かつた。

このような従来の流圧増圧装置としては、米国特許第２
，２９３，０９７号、第２，２９６，６４７号、第２゜
５０８．２９８号、第２，８６４，３１３号、第３，０
５９，４３３号、第３，２００，５９６号、第３，８０
９，５０２号、第４゜２１２．５９７号および第４，５
２３，８９５号が挙げられ、いずれも上述の問題点を克
服するに至っておらず、更に改良が望まれていた。

しかして本発明の目的は構成が比較的簡潔で低製造コス
トである上、可動部品数および密封部品数を最小限にし
て、保守あるいは調整を大巾に軽減し得、且つまた必要
な占有空間を小さくシ、且つクランクシャフトにより駆
動される構成に比べ荷重を低下させ得、加えて高速且つ
高圧で作動でき、各構成部品に不都合表慣性力が加わら
ない流圧増圧装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、上記目的は往復動する２つのピストン
装置を内蔵したブロック状のハウジングと、高圧油液流
を高圧空気流に変換する互いに連結された多くの流路と
を備えることを特徴とすることによって達成され得る。

また本発明においては油溜め部および斜板ポンプが付加
され、斜板ポンプが回転シャフトと機械的に連結される
ことによＦ）　ハルス状の高圧油液が給送されるように
設けられ、且つ当該パルス状の油液により往復動するピ
ストン装置が直接且つ順次駆動可能に設けられて、構造
の簡単化が図られるよう構成される。流圧源または機械
的動力源のいずれからも高圧の圧縮空気を得ることがで
きる。更に本発明においては、空気シリンダが三段階の
寸法をとり次第に変化されるように設けられ、各空気シ
リンダ内には流圧により直線的に移動される空気ピスト
ンが内蔵され、これによりフランクシャフト移動の構成
に比べて占有空間を小さくでき、空気ピストンへの荷重
を除去し得るよう構成され、且つ単一段の大きな空気ピ
ストンは２個の小さな空気ピストンからなシ、全部で４
個のピストンからなる三段式気圧増圧装置として設けら
れていて、第１段で小さなピストンおよび弁を採用する
から高速時での慣性力による荷重を減少し得るように構
成される。

加えて本発明の望ましい実施態様にあっては２対の、全
部で４個のピストンが包有され、６対のピストンは、こ
の一対のピストンの一方を引くことにより吸入行程にし
且つ他方のピストンを圧縮行程にするよう機能するリン
クを介し相連結され、当該リンクは高パツクラツシエ機
構を有していてスプール弁を作動可能に設けられ、対を
なすピストン間のタイミングをとるよう動作し、リンク
およびピストンが移勤行程の終端部にあるときのみスプ
ール弁の位置が変化されるように設けられ、且つピスト
ンが中間位置にあるとき、摩擦力によ）弁の移動が阻止
されるように構成される。このとき弁の動作が流圧増圧
装置内の流路の連結状態により定まると共に６対のピス
トンが装置の一動作サイクルに準じて円滑に移動される
ように構成される。

（作用） 上述のように構成された本発明の流圧増圧装置において
は完全に一動作サイクルを行なうとき、４個の流圧作動
のピストンが所定の順序で自動的に往復動することにな
シ、空気が三段階で圧縮される。例えば、第１段階の圧
縮動作において一対のピストンが移動工程の終端部に近
づくと、スプール弁の位置が変化されて油液が第２段お
よび第３Ｒ階の圧縮動作用として機能するピストンへ送
られる。同様に第２段および第３段階の圧縮動作用の各
ピストンの移勤行程の終端部においてスプール弁の位置
が変化され、油液が再び第１段階の圧縮動作用のピスト
ンへと戻される。コンプレッサ作動中このサイクルが連
続的に反復されて、高圧油液流が高圧空気流に変換され
ることになる。

この場合、油液流は反復サイクル中途中で阻止されても
油圧が回復されると共に再送され得１．また出力空気流
の圧力レベルが各ピストン装置の寸法に合わせ導入油液
流の圧力に応するように設定可能となる。

これは油圧作動による気圧増圧装置のみならず、気圧作
動による油圧増圧装置に構成しても同様の作用を得られ
ることが理解されよう。

（実施例） 第１図〜第４図を参照するに、本発明による流圧増圧装
置が示されておシ、流圧増圧装置のブロック状のハウジ
ング＜１０内にはその上側において往復動する一対のピ
ストンαυ、α荀と下側において往復動する一対のピス
トン（至）、Ｑ８１とが収容され、ピストンαυ、α尋
により空気が上側の２チヤンバα値。

（至）からパイプ（２）を介し図において左側下部のチ
ャンバ■へ流動される。このとき逆止め弁翰によりチャ
ンバα９内の空気は空気入口部から逆流することが防止
され得、また逆止め弁（至）を経て空気が図において上
側左部のチャンバ（至）内に導入され得る。

第１図に示す状態は空気圧縮サイクルの第１段階になる
。

第２図には本流圧増圧装置の空気圧縮サイクルの第２の
段階状態が示されている。この場合、チャンバ（イ）内
の空気がピストン（イ）により圧縮され、逆止め弁翰を
経てパイプ翰へ給送される。一方パイブＱυの入口部に
配設された逆止め弁師、＠を介し、空気が上部のチャン
バＱＩＪ　、（至）内へ逆流するととが防止される。

第３図に示す空気圧縮サイクルの第３の段階では、空気
はパイプ翰から図において右側下部のチャンバ（１）へ
導入され、空気はピストン（至）により圧縮されたとき
逆止め弁（２）を経て高圧供給用の供給パイプ（至）へ
導入される。、ノ櫻イブ６！ηおよび翰には圧縮により
生じる熱の一部を発散させる中間冷却装ｆｔ０１　、　
＠が夫々付設されることが好ましい。

第４図に示す状態では空気を圧縮するピストンαυ、α
尋、（至）、Ｑ８が高圧油の油圧により移動されておシ
、高圧油自体は摺動可能なスプール押船、（財）により
制御可能に設けられている。この場合上側のスプール押
船により下側のピストン（至）、Ｑ８が制御され、また
下側のスプール弁（２）により上側のピストンａ１）、
α４が制御される。且つ前記のスプール弁（至）、（ロ
）に対しては周知の金属製のリング、エラストマ材製の
０リングおよび高圧用の密封部材等が付設されていて、
摺動性並びに液密性が保たれる。

次に本発明の流圧増圧装置の動作を、空気圧縮サイクル
の第１の段階から開始し一動作サイクルにおける油の流
れに沿って詳述する。

先ず第１図に示す如く、好適な油供給源（図示せず）か
らの高圧油が主供給路輪を経てハウジングαＱの内部へ
供給される。主供給路員は分岐路（財）を介し図におい
てスプール弁■の右側のチャンバυに連通されている。

とのときチャンバりは第３の空気圧縮段階において動作
するピストン（至）の背部の油室−に接続された流路（
財）とも連通されておシ、前段階で油室閃内に高圧油が
供給されピストン（至）が押進されていて、当該ピスト
ン（至）が移動行程の終端部の位置で停止せしめられて
いる。

同時に高圧油は主供給路句から下部のスプール弁Ｏυの
中空内部を経、図においてスプール弁θ刀の左側のチャ
ンバーへ導入される。当該チャンバ（財）は第１図の状
態では図において上部右側の゛ピストンａυの背部の油
室−に接続された流路ＭＫ連通されている。従って高圧
油は油室−に導入され、ピストンαυに作用してピスト
ンを図において右方へ移動する。

一部上述の如く、ピストンαυによりチャンパα呻から
空気が逆止め弁（ハ）を経てパイプ（ハ）へ送出される
。このとき、ピストンα尋はリンクαのを介しピストン
ａυと連結されているから、ピストンα４も図において
右方へ移動され、空気が図において左側の空気入口部（
イ）から逆止め弁翰を介しチャンバ（至）内に導入され
る。このときピストンα尋の背部の油室−内の油液は流
路−を介し油戻し部−へ送られる。

第２図の段階でピストンａυは図において右方へ完全に
移動され停止された状態にある。ピストンαυが図にお
いて右端部に当接する際、リンク（Ｉ２のタンク部（至
）によりスプール押船が図において右方へ移動されて、
高圧油供給源と連通されていた流路（財）の、油室に）
との連通が阻止される。この時油液は主供給路匈から分
岐路（財）およびスプール押船の中空内部を経、図にお
いてスプール弁（至）の左側のチャンバ（至）内へ送入
される。とのときチャンバ（至）はピストン（至）の背
部のチャンバ動内に油液を供給する流路＠に連通されて
おシ、ピストン（至）が図において左方移動され、左側
下部のチャンバ翰内の空気が圧縮される。

第３図の段階ではピストン（至）が図において左方に完
全に移動される。このときピストン（至）、（至）を連
結するリンクａＧのタング部Ｑηによりスプール弁（２
）が図において左方へ移動される。ことで高圧油が主供
給路−から図においてスプール弁θ■の右側のチャンバ
軸内に導入され、更に流路−を介し図において上部左側
のピストンα４の背部の油室−へ流動され、ピストンα
４およびピストンα尋と連結されたピストンαυが共に
図において左方へ移動される。これＫよりチャンバ（至
）内の空気が圧縮され逆止め弁＠を介しパイプ（２）内
へ圧送され、同時に新゛たな空気が逆止め弁器を介しチ
ャンバＯＩ内へ導入される。

上側のピストンａυ、α◆が図において左側へ完全に移
動されると第４図に示す状態となる。即ちピストンαυ
、α４を連結するリンクａ２のタング部（２）によりス
プール押船が図において左方へと移動され、ここで高圧
油は主供給路鱒から分岐路（２）を介し図においてスプ
ール押船の右側のチャンバ（２）へ送入される。このと
きチャンバ拗は流路（ロ）と連通されていて、高圧油は
更に流路（財）を介しピストン叫の背部の油室（財）へ
と導入され、ピストン（至）が図において右方へと移動
される。これＫよりチャンバ（至）内の空気が圧縮され
逆止め弁ｃＩ］）を介し高圧空気が供給パイプ（至）内
へ圧送されることｋなる。

またピストン（至）、（至）が図において右方へ完全に
移動されると、リンク（イ）のタング部幹によりスプー
ル弁（ロ）が図において右方へ移動される。

しかして本装置は再び第１図に示す状態になシ、−動作
サイクルが完了する。

次いで第５図を参照するに、上述した本発明の基本構成
に更に独特の油圧式のポンプ勾金付設した流圧増圧装置
が示される。ポンプ１７０は一連に作動する複数個のポ
ンプシリンダの夫々を介し回転シャフトからの機械的エ
ネルギを流圧流に変換する既存の、いわゆる斜板ポンプ
を採用することが好ましい。当該斜板ポンプの細かな構
成はここには詳記しないが必要ならば米国特許第４，６
２０，４７５号明細書に開示されている。

一方本実施例にあっては独特の配管構成が取られている
。即ちポンプ勾の各シリンダ（ハ）〜ケ・からパルス状
に油液が送出され、この油液を用いて上述した空気圧縮
用のピストンの−が駆動されるように構成される。この
場合油液をパルス状に順次送出するので、スプール弁■
、（６）が不要になシ、且つ流路構成も簡素化できる。

当該ポンプ（７）の７個のポンプシリンダ（ハ）〜（ハ
）は回転シャフト（図示せず）に対し付設されたある角
度を持つ斜板により作動される。

各ポンプシリンダ（２）〜（ハ）は夫々これらと対応す
る導管−〜−に連結され、導管−〜−の他端部は空気圧
縮用の各ピストンに連係される。例えば、ポンプシリン
ダ（ハ）は導管−と連結され、導管−の他端部はピスト
ンａ４の背部のチャンバ鴫に連通されている。これによ
り斜板の回転に伴い、ポンプシリンダｎ−ｒｅの−、例
えばポンプシリンダ（ハ）の内部の油液が導管−を介し
−のピストンα４の背部のチャンバ軸内に送られてピス
トンα４が移動され空気が圧縮される。同時に直径方向
に対峙するポンプシリンダ（ハ）〜ケ・の−、例えばポ
ンプシリンダ（１４内に、導管−を経てピストンαυの
背部のチャンバ句から油液が導入されピストンαυが移
動せしめられ吸入行程が遂行される。

次に斜板が連続的に回転するに応じ、隣接するポンプシ
リンダ、例えばポンプシリンダ＠内の油液が導管−を介
しピストン（財）の背部の油室輪内に圧送され、−１直
径方向に対峙するポンプシリンダ、例えばポンプシリン
ダ（７′Ｊ内にピストン（至）の背部のチャンバ旬から
導管−を介し油液が導入される。

しかして空気圧縮用の各ピストンは各ポンプシリンダか
らの油液により順次駆動され得ることになる。

尚早−の例えばポンプシリンダ（２）により与えられる
油液の流体量ではピストン（至）を充分に移動できず、
−行程を完全に実行できない場合には、ポンプシリンダ
（ハ）から上記の導管−を介し油室−に対して必要に応
じ流体量を増大し得る。

−１各流体チャンバの容積をポンプシリンダ（ハ）〜り
Ｑの−又は二と正確に合致させることは実際上困難であ
〕実用的ではなく、本発明においては流体回路内に油溜
め部間と行程補正用の安全弁６υ〜−とが付設される。

例えば導管−には安全弁ｅや、特が設けられ、安全弁０
υ、弼の他端部は油補正路■を介し油溜め部間に連通さ
れる。この安全弁侶υは高圧用の安全弁であり、安全弁
（イ）は低圧用の安全弁である。ポンプシリンダ（ハ）
から充分な流体が油室−へ送られ、油室輪が完全に充填
されてピストンα４が行程の終端部まで完全に移動され
ると、斜板が更に回転されて導管員内の流圧が上昇し、
安全弁６ρが開放され、過剰の流体が油溜め部へ放出さ
れる。その後吸入工程で全ての流体が油室−からポンプ
シリンダ（ハ）へ戻されるとき、シリンダ（ハ）を充満
させるに必要な付加分の油液が油溜め部（至）から安全
弁（イ）を経て給送される。

また各導管内の流圧が負（すなわち大気圧以下）になら
ないように維持することが好ましく、このため本発明に
あっては油溜め部間は加圧せしめることが望ましい。油
溜め部を加圧する一方法として、空気を第１の段階、す
なわちパイプＱ１）からパイプ（至）を介し、油溜め部
関内を可動のピストン（至）の背部のチャンバ（至）へ
供給する方法を採用できる。

これにより作動中空気圧縮用の一ピストンが戻シ行程中
に停止しポンプへの流体供給が停止するようなとき、導
管内の圧力が油溜め部の圧力より低下し流体が低圧用の
安全弁（至）を介し回路に付加され動作サイクルが円滑
に反復されることになる。

（発明の効果） 上述のように構成された本発明の流圧増巾装置によれば
、耐久性を向上すると共に低廉化を図ることができ、且
つまた保守調整作業を顕著に簡単化し得る等々の効果を
達成する。

以下に上述の本発明による流圧増圧装置の実施態様の要
旨を簡潔に記載する。

（１）　　回転シャフトのエネルギから一連のパルス状
の圧縮流体を発生する斜板ポンプ装置と、流圧に応じて
移動しガスを交互に導入し圧送する複数のガス圧縮ピス
トン装置と、パルス状の各流体を複数の各ガス圧縮ピス
トン装置の夫々へ順次送る導管装置とを備えた、機械的
回転エネルギを圧縮ガス流に変換するガスタービンエン
ジン用の動力伝達装置。

（２）　ガス圧縮ピストン装置がリンクを介し連結され
る２対のピストンに配設された少なくとも４個のピスト
ンを包有し、６対のピストンは流圧に応じて共に移動し
て一対のピストンの一方にょシガスが導入され且つつ他
方によりガスが圧送され、一方の対のピストンは他方の
対のピストンに対し対向して移動するように設けられて
なる上記第１項記載の動力伝達装置。

（３）回転シヤフトにより作動可能な斜板ポンプ内に複
数の流圧ポンプシリンダを配設する工程と、各ポンプシ
リンダからハウジングへ流体導管を連結し導管を介し供
給される流圧によりガス圧縮ピストンを往復動させる連
結工程とを包有し、夫々ハウジング内において摺接しつ
つ往復動可能に配設される複数のガス圧縮ピストンを備
えたガスタービンエンジン用のガスコンプレッサの製造
法。

（４）　　連結工程に流体導管および流体溜め部と連通
する安全弁を設ける工程が包有され、安全弁は流体溜め
部に対し必要に応じ流体を流出入させて流体導管内に流
体を充満維持してなる上記第３項記載の製造法。

（５）　　油ポンプとタービンとを機械的に連結して油
ポンプを回転させることにより油流を供給する第１の工
程と、油流を第１の空気圧縮ピストンへ送シ、当該ピス
トンを移動させ第１の空気圧縮ピストンと隣接する第１
の空気チャンバから第２の空気圧縮ピストンと隣接する
第２の空気チャンバへ空気を圧送する第２の工程と、油
流を第２の空気圧縮ピストンへ送シ当該ピストンを移動
させ第２の空気チャンバから空気を圧送する第３の工程
と、第２および第３の工程を交互に反復させ第２の空気
チャンバから圧縮空気流を供給する工程とを包有してな
るガスタービンエンジンから圧縮空気を供給する圧縮空
気供給法。

（６）第２の空気チャンバと連通ずる第３の空気チャン
バ内に第３の空気圧縮ピストンを配設する工程と、第３
の空気圧縮ピストンへ油を送シ当該ピストンを移動させ
圧縮空気流の圧力を更に増大ζせる工程とを包有してな
る上記第５項記載の圧縮空気供給法。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は夫々本発明による流圧増圧装置の一実
施例の異なった動作状態を示す断面図、第５図は本発明
による流圧増圧装置の他の実施例の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ブロツク状のハウジングと、第１の長手軸に沿
   い且つハウジング内に配設された２個の第１段圧縮用の
   第１の空気チヤンバと、第１の各空気チヤンバおよび空
   気供給源間に配設され空気を第１の空気チヤンバ内に導
   入する逆止め弁と、第１の空気チヤンバ内に夫々１つ配
   設される第１段圧縮用の一対の第１の空気ピストンと、
   第１の空気ピストンに連結され、第１の長手軸に沿い第
   １の空気チヤンバ内において往復動可能な第１のリンク
   と、第２の長手軸に沿いハウジング内に配設される第２
   段圧縮用の第２の空気チヤンバおよび第３段圧縮用の第
   ３の空気チヤンバと、第２の空気チヤンバ内において往
   復動可能に配設された第２段圧縮用の第２の空気ピスト
   ンと、第３の空気チヤンバ内において往復動可能に配設
   された第３段圧縮用の空気ピストンと、第２および第３
   の空気ピストンを対として往復動可能に連結する第２の
   リンクと、第２および第３の空気ピストンに対し第１の
   ピストンを交互に移動して各空気チヤンバの空気を当初
   の圧力より高くなるよう圧縮する流圧装置とを備え、第
   １の空気チヤンバは夫々圧縮する空気の供給源および第
   １段圧縮用の第１の空気移送パイプと連通され、第２の
   空気チヤンバは第１の圧縮用の第１の空気移送パイプお
   よび第２段圧縮用の第２の空気移送パイプと連通され、
   第３の空気チヤンバが第２の空気移送パイプおよび第３
   の圧縮用の第３の空気移送パイプと連通されてなる流圧
   増圧装置。 ２）　流圧装置には、第１〜第３の各対のピストンに対
   し配設される制御弁と、各対のピストンと他方の対のピ
   ストンの制御弁との間に配設される連通装置と、制御弁
   および油供給源と協働し、他方の対のピストンの移動工
   程が終端部に達するとき、一方の対のピストンを移動さ
   せる流路とが包有されてなる特許請求の範囲第１項記載
   の流圧増圧装置。 （３）　制御弁が各対のピストンに隣接して配設される
   スプール弁であり、連結装置は第１および第２の各リン
   ク上に設けられたタング部であり、タング部は一対のピ
   ストンがその移動行程の終端部に近づくときスプール弁
   を移動可能に設けられてなる特許請求の範囲第２項記載
   の流圧増圧装置。 （４）　第１および第２の長手軸が並行をなすように設
   けられ、全ピストンが一平面上に配置されてなる特許請
   求の範囲第３項記載の流圧増圧装置。 （５）　一対の第１の空気ピストンの寸法が実質的に同
   一に設けられ、且つ第３の空気ピストンより大の第２の
   空気ピストンより更に大に設けられてなる特許請求の範
   囲第４項記載の流圧増圧装置。 （６）　流圧装置には、少なくとも４個のポンプシリン
   ダを有し、回転シヤフトにより駆動される斜板流圧ポン
   プと、各ポンプシリンダから直接各空気ピストンへ圧縮
   油液を供給し流圧により各ピストンを移動せしめる導管
   装置とが包有されてなる特許請求の範囲第１項記載の流
   圧増圧装置。 （７）　導管装置および油溜め部と連通され、油溜め部
   に対し油液を流出入して所定高圧レベルと所定低圧レベ
   ルとの間のレベルに導管装置内の油圧を維持する弁装置
   を備えてなる特許請求の範囲第６項記載の流圧増圧装置
   。