KR101874679B1

KR101874679B1 - 압축기

Info

Publication number: KR101874679B1
Application number: KR1020150173688A
Authority: KR
Inventors: 다카시 오쿠노; 겐지 나구라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2018-07-04
Also published as: CN105697289B; EP3032101A1; US10087918B2; JP2016113907A; CN105697289A; US20160169216A1; KR20160071325A; EP3032101B1; JP6363488B2

Abstract

본 발명의 압축기는, 크랭크 샤프트와, 제1 압축부와, 제1 압축부로부터 토출된 가스를 더 압축하는 제2 압축부를 구비한다. 제1 압축부가, 제1 왕복 운동 변환부와, 제1 가압부와, 복수의 실린더 요소를 갖는 제1 실린더체를 구비하고, 제2 압축부가, 제2 왕복 운동 변환부와, 제2 가압부와, 복수의 실린더 요소를 갖는 제2 실린더체를 구비한다. 제2 실린더체의 실린더 요소의 수는, 제1 실린더체의 실린더 요소의 수보다도 적다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 가스를 압축하는 압축기에 관한 것이다.

종래, 왕복 운동식의 다단 압축기가 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2014-020284호 공보에는, 저단측의 압축부와, 저단측의 압축부에서 압축된 가스를 더 압축하는 고단측의 압축부를 구비하는 압축기가 개시되어 있다. 저단측의 압축부는, 제1 압축실을 갖는 제1 실린더와, 제1 압축실에서 가스를 압축하는 제1 피스톤을 갖고 있다. 고단측의 압축부는, 제2 압축실을 갖는 제2 실린더와, 제2 압축실에서 가스를 압축하는 제2 피스톤과, 제2 피스톤에 고정된 복수의 피스톤 링을 갖고 있다.

그런데, 실린더 내에 복수의 압축실이 형성되는 왕복 운동 압축기에서는, 하나의 부재로 실린더를 형성하려고 하면 가공이 곤란해진다. 따라서, 실린더를 복수의 분할체에 의해 형성하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 실린더를 복수의 분할체로 형성하려고 하면, 각 분할체의 내경 및 외경의 편차를 고려하여 실린더가 조립되기 때문에, 조립 후의 실린더의 선단측에 있어서 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이에 형성되는 미소한 간극(이하, 「미소 간극」이라고 함)의 폭을 작게 하는 것이 곤란해진다. 피스톤도 복수의 분할체로 형성되는 경우에는, 상기 미소 간극의 폭을 작게 하는 것이 더욱 곤란해진다.

한편, 고압의 가스가 도입되는 압축실(이하, 「고압 압축실」이라고 함)에서는, 저압의 가스가 도입되는 압축실에 비해 가스가 누출되기 쉬운 점에서, 고압 압축실에 있어서의 상기 미소 간극의 폭을 매우 작게 하는 것이 요구된다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 실린더 요소와 가압부 사이의 미소 간극의 폭을 작게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 본 발명은 압축기이며, 크랭크 샤프트와, 가스를 압축하는 제1 압축부와, 상기 제1 압축부로부터 토출된 가스를 더 압축하는 제2 압축부를 구비하고, 상기 제1 압축부가, 상기 크랭크 샤프트에 접속되어 있고 상기 크랭크 샤프트의 회전에 따라 직선상으로 왕복 운동하는 제1 왕복 운동 변환부와, 상기 제1 왕복 운동 변환부에 접속되어 있고 가스를 압축 가능한 제1 가압부와, 상기 제1 가압부를 수용하는 제1 실린더체를 구비하고, 상기 제1 실린더체가, 상기 제1 가압부의 이동 방향을 따라 배열된 상태에서 서로 끼워 맞추어지는 복수의 실린더 요소를 갖고, 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 상기 제1 가압부에 의한 가스의 압축이 행해지는 복수의 압축실이 형성되고, 상기 제2 압축부가, 상기 크랭크 샤프트에 접속되어 있고 상기 크랭크 샤프트의 회전에 따라 직선상으로 왕복 운동하는 제2 왕복 운동 변환부와, 상기 제2 왕복 운동 변환부에 접속되어 있고 가스를 압축 가능한 제2 가압부와, 상기 제2 가압부를 수용하는 제2 실린더체를 구비하고, 상기 제2 실린더체가, 상기 제2 가압부의 이동 방향을 따라 배열된 상태에서 서로 끼워 맞추어지는 복수의 실린더 요소를 갖고, 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 상기 제2 가압부에 의한 가스의 압축이 행해지는 복수의 압축실이 형성되고, 상기 제2 실린더체의 실린더 요소의 수가, 상기 제1 실린더체의 실린더 요소의 수보다도 적은, 압축기를 제공한다.

본 발명에 의하면, 보다 고압의 가스가 도입되는 압축실에 있어서 실린더 요소와 가압부 사이의 미소 간극의 폭을 작게 하기 위해, 유리한 구성으로 할 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 제1 압축부는, 상기 복수의 실린더 요소의 내주면과 상기 제1 가압부 사이에 설치되는 복수의 제1 링 부재 군을 더 구비하고, 상기 제2 압축부는, 상기 복수의 실린더 요소의 내주면과 상기 제2 가압부 사이에 설치되는 복수의 제2 링 부재 군을 더 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 각 압축실로부터의 가스의 누출이 억제된다.

또한 이 경우에 있어서, 상기 제2 가압부의 스트로크가 상기 제1 가압부의 스트로크보다도 작게 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이 형태에서는, 제2 가압부의 스트로크를 제1 가압부보다도 작게 하여 제2 링 부재 군의 마모를 저감시킴으로써, 제1 링 부재 군보다도 고압의 가스에 노출되는 제2 링 부재 군으로부터의 가스의 누출을 더욱 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 복수의 제1 링 부재 군은, 상기 제1 가압부의 외주면에 형성된 복수의 환상의 홈부에 끼워 맞추어지고, 상기 복수의 제2 링 부재 군은, 상기 제2 가압부의 외주면에 형성된 복수의 환상의 홈부에 끼워 맞추어지는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 링 부재 군이 실린더 요소측에 설치되는 경우에 비해 당해 링 부재 군의 마모가 저감된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제2 압축부의 상기 복수의 압축실의 수가 2인 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 고압의 가스를 압축하는 제2 압축부에 있어서의 상기 미소 간극의 폭을 보다 확실하게 작게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소 및 상기 제2 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소는, 상기 크랭크 샤프트를 기준으로 하여 동일한 방향을 향하여 배열되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 제1 압축부의 복수의 압축실 중 가장 고압으로 되는 압축실과 제2 압축부의 복수의 압축실 중 가장 저압으로 되는 압축실을 접속하는 배관을 짧게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 가압부는, 상기 제1 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 설치되고, 서로 끼워 맞추어지는 복수의 피스톤을 갖고, 상기 제2 가압부는, 상기 제2 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 설치되고, 서로 끼워 맞추어지는 복수의 피스톤을 갖고, 상기 제2 가압부의 피스톤의 수가 상기 제1 가압부의 피스톤의 수보다도 적은 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 가압부가 복수의 피스톤에 의해 형성됨으로써, 가압부의 제조를 용이하게 행할 수 있다. 또한, 보다 고압의 가스가 도입되는 압축실에 있어서 실린더 요소와 피스톤 사이의 미소 간극의 폭을 작게 하기 위해, 유리한 구성으로 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 실린더 요소와 가압부 사이의 미소 간극의 폭을 작게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 압축기의 구성의 개략을 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시하는 II-II선에서의 단면도.
도 3은 제1 피스톤과 제1 실린더 요소 사이의 확대도.
도 4는 도 1에 도시하는 IV-IV선에서의 단면도.

본 발명의 일 실시 형태의 압축기(1)에 대해, 도 1부터 도 4를 참조하면서 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(1)는 크랭크 샤프트(10)와, 크랭크 케이스(20)와, 가스를 압축하는 제1 압축부(100)와, 제1 압축부(100)에서 압축된 가스를 더 압축하는 제2 압축부(200)를 구비하고 있다.

크랭크 케이스(20)는 크랭크 샤프트(10)가 특정한 회전 중심축 J0 주위로 회전 가능하게 되도록 당해 크랭크 샤프트(10)를 보유 지지하고 있다. 본 실시 형태에서는, 크랭크 케이스(20)는 크랭크 샤프트(10)를 보유 지지함과 함께, 도 1의 상향으로 개구되는 상자 형상의 본체(22)와, 본체(22)의 개구를 막는 형상의 덮개부(24)를 갖고 있다. 또한, 도 1의 상하 방향은 중력 방향에 대응한다.

크랭크 케이스(20)의 외측에 있어서의 크랭크 샤프트(10)의 단부에는, 풀리(30)가 접속되어 있다. 풀리(30)는 벨트 등의 전달 부재를 통해 구동원으로서의 모터(도시 생략)와 접속되어 있다.

제1 압축부(100)는 제1 왕복 운동 변환부(110)와, 제1 실린더체(120)와, 제1 가압부(130)(도 2를 참조)와, 복수의 제1 링 부재 군(140)(도 2를 참조)을 구비하고 있다.

제1 왕복 운동 변환부(110)는 제1 커넥팅 로드(112)와, 제1 크로스헤드(114)와, 제1 피스톤 로드(116)를 갖는다.

제1 커넥팅 로드(112)는 크랭크 샤프트(10)에 대해 상대 회전 가능하게 접속되는 제1 원환부(113)를 갖고 있다. 제1 커넥팅 로드(112)는 제1 원환부(113)의 중심이 크랭크 샤프트(10)의 회전 중심축 J0으로부터 치우친 상태에서 크랭크 샤프트(10)에 접속되어 있다.

제1 크로스헤드(114)는 제1 커넥팅 로드(112) 중 제1 원환부(113)와는 반대측의 단부에 접속되어 있다. 제1 크로스헤드(114)는 크랭크 샤프트(10)의 회전 시에 당해 크랭크 샤프트(10)의 회전 중심축 J0과 직교하는 방향(도 1에 있어서의 상하 방향)으로 직선 운동하도록 크랭크 케이스(20)에 가이드되는 형상으로 형성되어 있다. 즉, 제1 커넥팅 로드(112) 및 제1 크로스헤드(114)는 크랭크 샤프트(10)의 회전 운동을 직선상의 왕복 운동으로 변환한다. 제1 커넥팅 로드(112) 및 제1 크로스헤드(114)는 크랭크 케이스(20)의 본체(22)에 수용되어 있다.

제1 피스톤 로드(116)는 원기둥 형상의 부재이며, 제1 크로스헤드(114)에 접속되어 있다. 이로 인해, 제1 피스톤 로드(116)도, 크랭크 샤프트(10)의 회전에 따라 직선상으로 왕복 운동한다. 제1 피스톤 로드(116)는 크랭크 케이스(20)의 덮개부(24)를 관통하고 있고, 당해 제1 피스톤 로드(116)의 상단부는 크랭크 케이스(20)의 상방에 위치하고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제1 실린더체(120)는 제1 실린더 요소(121)와, 제2 실린더 요소(122)와, 제3 실린더 요소(123)를 구비한다. 제1 실린더 요소(121), 제2 실린더 요소(122) 및 제3 실린더 요소(123)는 서로 끼워 맞추어지고, 중력 방향[즉, 제1 가압부(130)의 이동 방향]을 따라 순서대로 배열된다. 제1 실린더 요소(121)의 내측에는 제1 압축실(121S)이 형성된다. 제2 실린더 요소(122)의 내측에는 제2 압축실(122S)이 형성된다. 제3 실린더 요소(123)의 내측에는 제3 압축실(123S)이 형성된다. 제1 압축부(100)에서는, 제1 압축실(121S), 제2 압축실(122S) 및 제3 압축실(123S)의 순서대로 가스의 흡입 시에 있어서의 용적이 작게 이루어진다.

제1 실린더 요소(121)는 통 형상의 부재이며, 제1 압축부(100)의 중심축 J1과 직교하는 방향의 단면이 원형으로 되는 내주면(121a)을 갖고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실린더 요소(121)의 하단부가 크랭크 케이스(20)의 덮개부(24)에 형성된 구멍부에 삽입되고, 볼트 등의 체결구(124)에 의해 덮개부(24)에 고정된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제2 실린더 요소(122)는 통 형상의 부재이며, 중심축 J1과 직교하는 방향의 단면이 원형으로 되는 내주면(122a)을 갖고 있다. 제2 실린더 요소(122)에는 하방으로 돌출되는 원통 형상의 돌출부(122b)가 형성된다. 돌출부(122b)는 제1 실린더 요소(121)의 상부에 삽입된다. 중심축 J1에 수직한 방향에 있어서 돌출부(122b)와 제1 실린더 요소(121)의 내주면(121a)이 접촉한다. 제2 실린더 요소(122)는 볼트 등의 체결구(125)에 의해 제1 실린더 요소(121)에 고정된다.

제3 실린더 요소(123)는 통 형상의 부재이며, 중심축 J1과 직교하는 방향의 단면이 원형으로 되는 내주면(123a)을 갖고 있다. 제3 실린더 요소(123)에는, 하방으로 돌출되는 원통 형상의 돌출부(123b)가 형성된다. 돌출부(123b)는 제2 실린더 요소(122)의 상부에 삽입된다. 중심축 J1에 수직한 방향에 있어서 돌출부(123b)와 제2 실린더 요소(122)의 내주면(122a)이 접촉한다. 제3 실린더 요소(123)는 볼트 등의 체결구(126)에 의해 제2 실린더 요소(122)에 고정된다.

이상과 같이, 제1 압축부(100)는 상측의 실린더 요소가 하측의 실린더 요소에 삽입되는 구조이기 때문에, 제1 실린더 요소(121)의 내경보다도 제2 실린더 요소(122)의 내경 쪽이 작고, 제2 실린더 요소(122)의 내경보다도 제3 실린더 요소(123)의 내경 쪽이 작다.

제1 가압부(130)는 제1 피스톤(131)과, 제2 피스톤(132)과, 제3 피스톤(133)을 구비한다. 제1 내지 제3 피스톤(131∼133)은 중력 방향에 있어서의 상측을 향하여 순서대로 배열된 상태에서 서로 끼워 맞추어진다. 제1 내지 제3 피스톤(131∼133)은 제1 내지 제3 실린더 요소(121∼123)에 대응하여 설치되어 있고, 제1 피스톤(131)은 제1 실린더 요소(121) 내에 배치된다. 제2 피스톤(132)은 제2 실린더 요소(122) 내에 배치된다. 제3 피스톤(133)은 제3 실린더 요소(123) 내에 배치된다.

제1 피스톤(131)은 원통면인 외주면(131a)을 갖는다. 제1 피스톤(131)은 제1 피스톤 로드(116)의 상단부에 접속된다. 제1 피스톤(131)의 상단부, 즉, 제1 피스톤(131)의 선단부에는, 오목부(131b)가 형성된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 피스톤(131)의 외주면(131a)과 제1 실린더 요소(121)의 내주면(121a) 사이에는 미소한 간극(이하, 「미소 간극 C1」이라고 함)이 형성된다. 미소 간극 C1에는 복수의 링 부재에 의해 구성된 제1 링 부재 군(140)이 설치된다. 제1 링 부재 군(140)은 제1 피스톤(131)의 외주면(131a)에 형성된 복수의 환상의 홈부(5)에 끼워 맞추어진다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 링 부재 군(140)이 설치됨으로써, 제1 압축실(121S)에 도입된 가스가 미소 간극 C1로부터 누출되어 버리는 것이 방지된다.

제2 피스톤(132)은 원통면인 외주면(132a)을 갖는다. 외주면(132a)의 직경은 제1 피스톤(131)의 원통면(131a)의 직경보다도 작다. 제2 피스톤(132)의 하단부는 제1 피스톤(131)의 오목부(131b)에 삽입된다. 제2 피스톤(132)의 상단부에는, 오목부(132b)가 형성되어 있다.

제2 피스톤(132)의 외주면(132a)과 제2 실린더 요소(122)의 내주면(122a) 사이에 미소 간극 C2가 형성된다. 미소 간극 C2에는, 미소 간극 C1과 마찬가지로, 복수의 링 부재에 의해 구성된 제1 링 부재 군(140)이 설치된다. 당해 제1 링 부재 군(140)은 제2 피스톤(132)의 외주면(132a)에 형성된 복수의 환상의 홈부(5)에 끼워 맞추어진다. 이에 의해, 제2 압축실(122S)에 도입된 가스가 미소 간극 C2로부터 누출되어 버리는 것이 방지된다.

제3 피스톤(133)은 원통면인 외주면(133a)을 갖는다. 외주면(133a)의 직경은 제2 피스톤(132)의 외주면(132a)의 직경보다도 작다. 제3 피스톤(133)의 하부에는 돌출부(133b)가 형성된다. 돌출부(133b)는 제2 피스톤(132)의 오목부(132b)에 삽입된다. 제3 피스톤(133)의 외주면(133a)과 제3 실린더 요소(123)의 내주면(123a) 사이에 미소 간극 C3이 형성된다. 미소 간극 C3에는, 미소 간극 C1, C2와 마찬가지로 제1 링 부재 군(140)이 설치된다. 제1 링 부재 군(140)은 제3 피스톤(133)의 외주면(133a)에 형성된 복수의 환상의 홈부(5)에 끼워 맞추어진다. 제1 링 부재 군(140)에 의해 제3 압축실(123S)에 도입된 가스가 미소 간극 C3으로부터 누출되어 버리는 것이 방지된다. 제3 실린더 요소(123)의 상부에는, 연결 부재(127)가 설치된다.

제1 압축부(100)에서는, 제1 실린더체(120)가 3개의 실린더 요소(121∼123)에 의해 형성되기 때문에, 하나의 부재로 실린더체가 형성되는 압축부에 비해, 제1 실린더체(120)를 고정밀도로, 또한 용이하게 제작할 수 있다. 마찬가지로, 제1 가압부(130)가 3개의 피스톤(131∼133)에 의해 형성되기 때문에, 하나의 부재로 가압부가 형성되는 압축부에 비해, 제1 가압부(130)를 고정밀도로, 또한 용이하게 제작할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 제2 압축부(200)는 제2 왕복 운동 변환부(210)와, 제2 실린더체(220)와, 제2 가압부(230)(도 4를 참조)와, 복수의 제2 링 부재 군(240)(도 4를 참조)을 구비하고 있다.

제2 왕복 운동 변환부(210)의 구조는, 기본적으로 제1 왕복 운동 변환부(110)의 그것과 동일하다. 즉, 제2 왕복 운동 변환부(210)는 크랭크 샤프트(10)에 접속되는 제2 원환부(213)를 갖는 제2 커넥팅 로드(212)와, 제2 커넥팅 로드(212)에 접속되는 제2 크로스헤드(214)와, 제2 크로스헤드(214)에 접속되는 제2 피스톤 로드(216)를 갖고 있다.

제2 커넥팅 로드(212)는 크랭크 샤프트(10)의 축방향에 대해 제1 커넥팅 로드(112)로부터 이격된 위치에서 크랭크 샤프트(10)에 접속되어 있다. 제2 원환부(213)의 중심과 크랭크 샤프트(10)의 회전 중심축 J0의 거리 D2는, 제1 원환부(113)의 중심과 크랭크 샤프트(10)의 회전 중심축 J0의 거리 D1보다도 작게 설정되어 있다. 즉, 제2 왕복 운동 변환부(210)의 스트로크는, 제1 왕복 운동 변환부(110)의 그것보다도 작게 설정되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제2 실린더체(220)는 제4 실린더 요소(224)와, 제5 실린더 요소(225)를 구비한다. 제5 실린더 요소(225) 및 제4 실린더 요소(224)는 서로 끼워 맞추어지고, 중력 방향[즉, 제2 가압부(230)의 이동 방향]을 따라 순서대로 배열된다. 제4 실린더 요소(224)의 내측에는 제4 압축실(224S)이 형성된다. 제5 실린더 요소(225)의 내측에는 제5 압축실(225S)이 형성된다. 제2 압축부(200)에서는, 제2 실린더체(220)의 실린더 요소의 수는, 제1 실린더체(120)의 실린더 요소의 수보다도 적다. 즉, 제2 압축부(200)의 압축실(224S, 225S)의 수가 제1 압축부(100)의 압축실(121S∼123S)의 수보다도 적다. 제2 압축부(200)에서는, 제4 압축실(224S) 및 제5 압축실(225S)의 순서대로 가스의 흡입 시에 있어서의 용적이 작게 이루어진다.

제4 실린더 요소(224)는 통 형상의 부재이며, 제2 압축부(200)의 중심축 J2와 직교하는 방향의 단면이 원형으로 되는 내주면(224a)을 갖고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제4 실린더 요소(224)의 하단부가 볼트 등의 체결구(226)에 의해 크랭크 케이스(20)의 덮개부(24)에 고정된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제5 실린더 요소(225)는 통 형상의 부재이며, 중심축 J2와 직교하는 방향의 단면이 원형으로 되는 내주면(225a)을 갖고 있다. 제5 실린더 요소(225)에는, 하방으로 돌출되는 원통 형상의 돌출부(225b)가 형성된다. 돌출부(225b)는 제4 실린더 요소(224)의 상부에 삽입된다. 중심축 J2에 수직한 방향에 있어서 돌출부(225b)와 제4 실린더 요소(224)의 내주면(224a)이 접촉한다. 제5 실린더 요소(225)는 볼트 등의 체결구(227)에 의해 제4 실린더 요소(224)에 고정된다.

제2 압축부(200)는 제1 압축부(100)와 마찬가지로 상측의 실린더 요소가 하측의 실린더 요소에 삽입되는 구조이기 때문에, 제4 실린더 요소(224)의 내경보다도 제5 실린더 요소(225)의 내경 쪽이 작다.

제2 가압부(230)는 제4 피스톤(234)과 제5 피스톤(235)을 구비한다. 제4 피스톤(234) 및 제5 피스톤(235)은 중력 방향에 있어서의 상측을 향하여 순서대로 배열된 상태에서 서로 끼워 맞추어진다. 제4 및 제5 피스톤(234, 235)은 제4 및 제5 실린더 요소(224, 225)에 대응하여 설치되어 있고, 제4 피스톤(234)은 제4 실린더 요소(224) 내에 배치된다. 제5 피스톤(235)은 제5 실린더 요소(225) 내에 배치된다.

제4 피스톤(234)은 원통면인 외주면(234a)을 갖는다. 제4 피스톤(234)의 하단부는 제2 피스톤 로드(216)의 상단부에 접속된다. 제4 피스톤(234)의 상단부, 즉, 제4 피스톤(234)의 선단부에는, 볼록부(234b)가 형성되어 있다.

제4 피스톤(234)의 외주면(234a)과 제4 실린더 요소(224)의 내주면(224a) 사이에 미소 간극 C4가 형성된다. 미소 간극 C4는 제1 압축부(100)의 미소 간극 C3보다도 작다. 미소 간극 C4에는, 복수의 링 부재에 의해 구성된 제2 링 부재 군(240)이 설치된다. 제2 링 부재 군(240)은 제4 피스톤(234)의 외주면(234a)에 형성된 복수의 환상의 홈부(5)에 끼워 맞추어진다. 제2 링 부재 군(240)이 설치됨으로써, 제4 압축실(224S)에 도입된 가스가 미소 간극 C4로부터 누출되어 버리는 것이 방지된다.

제5 피스톤(235)은 원통면인 외주면(235a)을 갖는다. 외주면(235a)의 직경은 제4 피스톤(234)의 외주면(234a)의 직경보다도 작다. 제5 피스톤(235)의 하단부에는 오목부(235b)가 형성된다. 제4 피스톤(234)의 볼록부(234b)는 오목부(235b)에 삽입된다.

제5 피스톤(235)의 외주면(235a)과 제5 실린더 요소(225)의 내주면(225a) 사이에 미소 간극 C5가 형성된다. 미소 간극 C5에는, 복수의 링 부재에 의해 구성되는 제2 링 부재 군(240)이 설치된다. 제2 링 부재 군(240)은 제5 피스톤(235)의 외주면(235a)에 형성된 복수의 환상의 홈부(5)에 끼워 맞추어진다. 제2 링 부재 군(240)에 의해, 제5 압축실(225S)에 도입된 가스가 미소 간극 C5로부터 누출되어 버리는 것이 방지된다. 제5 실린더 요소(225)의 상부에는, 폐색 부재(228)가 설치된다.

제2 압축부(200)에서는, 제2 실린더체(220)가 2개의 실린더 요소(224, 225)에 의해 형성되기 때문에, 제2 실린더체(220)를 고정밀도로, 또한 용이하게 제작할 수 있다. 마찬가지로, 제2 가압부(230)가 2개의 피스톤(234, 235)에 의해 형성되기 때문에, 제2 가압부(230)를 고정밀도로, 또한 용이하게 제작할 수 있다.

압축기(1)에서는, 제1 실린더체(120)의 복수의 실린더 요소(121, 122, 123) 및 제2 실린더체(220)의 복수의 실린더 요소(224, 225)가, 크랭크 샤프트(10)를 기준으로 하여 동일한 방향을 향하여(중력 방향의 상향으로) 배열되도록 배치된다. 이에 의해, 제1 압축부(100)의 제3 압축실(123S)과 제2 압축부(200)의 제4 압축실(224S)을 접속하는 배관을 짧게 할 수 있다.

압축기(1)의 구동 시에는, 도 2에 도시하는 제1 압축실(121S)에서 제1 피스톤(131)에 의해 압축된 가스가, 제1 실린더체(120)의 외부에 설치된 도시 생략된 배관을 통하여 제2 압축실(122S)로 유입된다. 제2 압축실(122S)에서 제2 피스톤(132)에 의해 압축된 가스는, 제1 실린더체(120)의 외부에 설치된 도시 생략된 배관을 통하여 제3 압축실(123S)로 유입된다. 제3 압축실(123S)에서 제3 피스톤(133)에 의해 압축된 가스는, 연결 부재(127) 내에 형성된 유로 및 이 유로에 접속된 배관(128)을 통하여 제2 압축부(200)로 보내진다. 제1 압축부(100)에서는, 고압의 가스를 압축하려고 하면 압축실로부터 가스가 누출되기 쉬워지기 때문에, 제1 압축실(121S)의 미소 간극 C1, 제2 압축실(122S)의 미소 간극 C2 및 제3 압축실(123S)의 미소 간극 C3의 순서대로 중심축 J1에 수직한 방향에 있어서의 폭이 작게 이루어진다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제3 실린더 요소(123)의 제3 압축실(123S)에서 압축된 가스는, 제2 실린더체(220)의 외부에 설치된 도시 생략된 배관을 통하여 제4 압축실(224S)로 유입된다. 제4 압축실(224S)에서 제4 피스톤(234)에 의해 압축된 가스는, 제2 실린더체(220)의 외부에 설치된 도시 생략된 배관을 통하여 제5 실린더 요소(225)의 제5 압축실(225S)로 유입된다. 제5 압축실(225S)에서 제5 피스톤(235)에 의해 압축된 가스는, 도시 생략된 배관을 통하여 외부에 공급된다.

제2 압축부(200)에 있어서도, 고압의 가스를 압축하려고 하면 압축실로부터 가스가 누출되기 쉬워지기 때문에, 제4 압축실(224S)의 미소 간극 C4 및 제5 압축실(225S)의 미소 간극 C5의 순서대로 중심축 J2에 수직한 방향에 있어서의 폭이 작게 이루어진다. 또한, 제2 압축부(200)에서는, 제1 압축부(100)보다도 고압의 가스가 압축되기 때문에, 제4 압축실(224S) 및 제5 압축실(225S)의 미소 간극 C4, C5의 폭은, 제1 내지 제3 압축실(121S∼123S)의 미소 간극 C1∼C3의 폭보다도 작게 이루어진다.

이상, 압축기(1)에 대해 설명하였지만, 복수의 실린더 요소가 서로 끼워 맞추어지는 구조의 실린더체인 경우, 각 실린더 요소의 내경 및 외경의 편차를 고려하여 실린더체가 조립되기 때문에, 조립 후의 실린더체의 상부에 있어서 미소 간극의 폭을 작게 하는 것이 곤란해진다. 가압부가 복수의 피스톤에 의해 형성되는 경우에 있어서도 마찬가지이다.

이에 대해, 압축기(1)에서는, 고압의 가스가 도입되는 제2 압축부(200)의 실린더 요소(224, 225)의 수가 저압의 가스가 도입되는 제1 압축부(100)의 실린더 요소(121∼123)의 수보다도 적게 이루어진다. 그 결과, 제2 압축부(200)에 있어서, 제5 실린더 요소(225)보다도 하방에 배치되는 실린더 요소의 수가 억제되고, 제5 실린더 요소(225)와 제5 피스톤(235) 사이의 미소 간극 C5의 폭을 작게 하는 것이 용이해진다. 그리고, 미소 간극 C5의 폭이, 가스의 누출을 방지하거나, 또는, 제2 링 부재 군(240)에 작용하는 과도한 힘을 억제한다고 하는 관점에서 설정되는 허용 범위 내로 된다.

마찬가지로, 제2 가압부(230)의 피스톤(234, 235)의 수가 제1 가압부(130)의 피스톤(131∼133)의 수보다도 적게 이루어진다. 그 결과, 제2 압축부(200)에 있어서, 제5 피스톤(235)보다도 하방에 배치되는 피스톤의 수가 억제됨으로써, 미소 간극 C5의 폭을 작게 하는 것이 용이해진다. 미소 간극 C5의 폭이 작게 이루어짐으로써 제2 링 부재 군(240)의 마모가 억제된다.

그런데, 제5 압축실만을 갖는 압축부를 별도 설치하려고 하면, 압축기의 각종 기기가 대형화되어, 설치 면적의 확보가 곤란해진다. 이에 대해, 압축기(1)에서는, 설치 면적을 억제하면서 미소 간극을 적절하게 형성할 수 있다.

또한, 압축기(1)에서는, 제2 가압부(230)의 스트로크가 제1 가압부(130)의 그것보다도 작게 이루어지기 때문에, 제2 가압부(230)의 제2 링 부재 군(240)의 마모를 보다 억제할 수 있다.

제1 링 부재 군(140)이 제1 가압부(130)에 끼워 맞추어지고, 제2 링 부재 군(240)이 제2 가압부(230)에 끼워 맞추어지므로, 각 링 부재 군(140, 240)이 각 실린더 요소의 내면에 설치되는 경우에 비해 당해 링 부재 군(140, 240)의 마모가 저감된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 나타내어지고, 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 제1 압축부(100) 및 제2 압축부(200)가 수평 방향으로 배치되어도 된다. 이 경우에도, 제2 압축부(200)의 실린더 요소의 수가 제1 압축부(100)의 실린더 요소의 수보다도 적게 이루어짐으로써, 제2 압축부(200)의 선단측에 있어서, 실린더 요소와 가압부 사이의 미소 간극의 폭을 작게 할 수 있다. 또한, 제1 압축부(100) 및 제2 압축부(200)가 크랭크 샤프트(10)를 기준으로 하여 서로 상이한 방향에 배치되어도 된다.

상기 실시 형태의 제1 압축부(100)에서는, 선단의 압축실, 즉, 크랭크 샤프트(10)로부터 가장 먼 압축실로부터 크랭크 샤프트(10)에 가까운 압축실을 향하는 것에 따라서 가스가 점차 승압되는 구조로 이루어져도 된다. 제2 압축부(200)에 있어서도 마찬가지이다.

각 제1 링 부재 군(140)은 제1 실린더 요소(121)의 내주면(121a), 제2 실린더 요소(122)의 내주면(122a) 및 제3 실린더 요소(123)의 내주면(123a)에 각각 끼워 맞추어져도 된다. 각 가압부(130, 230)는, 피스톤이 아니라 플런저에 의해 구성되어도 된다.

상기 실시 형태에서는, 6 이상의 압축실이 형성되는 경우에는 3 이상의 압축부가 설치되어도 된다. 이 경우, 2 이상의 실린더 요소를 갖는 1개의 압축부와, 2 이상의 실린더 요소를 갖고, 당해 1개의 압축부로부터 토출된 가스를 더 압축하는 다음의 압축부 사이의 관계가, 상술한 제1 압축부(100)와 제2 압축부(200) 사이의 관계와 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 당해 다음의 압축부의 실린더 요소의 수가, 당해 1개의 압축부의 실린더 요소의 수보다도 적게 이루어짐으로써, 당해 다음의 압축부에 있어서 실린더 요소와 피스톤 사이의 미소 간극의 폭을 작게 할 수 있다.

압축기(1)는 분자량이 작아 압축실로부터 누출되기 쉬운 수소를 효율적으로 압축할 수 있다. 압축기(1)를 수소 이외의 가스의 압축에 이용할 수도 있다.

Claims

압축기이며,
크랭크 샤프트와,
가스를 압축하는 제1 압축부와,
상기 제1 압축부로부터 토출된 가스를 더 압축하는 제2 압축부를 구비하고,
상기 제1 압축부가,
상기 크랭크 샤프트에 접속되어 있고 상기 크랭크 샤프트의 회전에 따라 직선상으로 왕복 운동하는 제1 왕복 운동 변환부와,
상기 제1 왕복 운동 변환부에 접속되어 있고 가스를 압축 가능한 제1 가압부와,
상기 제1 가압부를 수용하는 제1 실린더체를 구비하고,
상기 제1 실린더체가, 상기 제1 가압부의 이동 방향을 따라 배열된 상태에서 상기 크랭크 샤프트로부터 먼 실린더 요소가 상기 크랭크 샤프트에 가까운 실린더 요소에 삽입되도록 서로 끼워 맞추어지는 복수의 실린더 요소를 갖고, 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 상기 제1 가압부에 의한 가스의 압축이 행해지는 복수의 압축실이 형성되고,
상기 제2 압축부가,
상기 크랭크 샤프트에 접속되어 있고 상기 크랭크 샤프트의 회전에 따라 직선상으로 왕복 운동하는 제2 왕복 운동 변환부와,
상기 제2 왕복 운동 변환부에 접속되어 있고 가스를 압축 가능한 제2 가압부와,
상기 제2 가압부를 수용하는 제2 실린더체를 구비하고,
상기 제2 실린더체가, 상기 제2 가압부의 이동 방향을 따라 배열된 상태에서 상기 크랭크 샤프트로부터 먼 실린더 요소가 상기 크랭크 샤프트에 가까운 실린더 요소에 삽입되도록 서로 끼워 맞추어지는 복수의 실린더 요소를 갖고, 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 상기 제2 가압부에 의한 가스의 압축이 행해지는 복수의 압축실이 형성되고,
상기 제2 실린더체의 실린더 요소의 수가, 상기 제1 실린더체의 실린더 요소의 수보다도 적은, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 압축부는, 상기 복수의 실린더 요소의 내주면과 상기 제1 가압부 사이에 설치되는 복수의 제1 링 부재 군을 더 구비하고,
상기 제2 압축부는, 상기 복수의 실린더 요소의 내주면과 상기 제2 가압부 사이에 설치되는 복수의 제2 링 부재 군을 더 구비하는, 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제2 가압부의 스트로크가 상기 제1 가압부의 스트로크보다도 작게 설정되어 있는, 압축기.
제2항에 있어서,
상기 복수의 제1 링 부재 군은, 상기 제1 가압부의 외주면에 형성된 복수의 환상의 홈부에 끼워 맞추어지고,
상기 복수의 제2 링 부재 군은, 상기 제2 가압부의 외주면에 형성된 복수의 환상의 홈부에 끼워 맞추어지는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제2 압축부의 상기 복수의 압축실의 수가 2인, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소 및 상기 제2 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소는, 상기 크랭크 샤프트를 기준으로 하여 동일한 방향을 향하여 배열되도록 배치되어 있는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 가압부는, 상기 제1 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 설치되고, 서로 끼워 맞추어지는 복수의 피스톤을 갖고,
상기 제2 가압부는, 상기 제2 실린더체의 상기 복수의 실린더 요소의 각각에 대응하여 설치되고, 서로 끼워 맞추어지는 복수의 피스톤을 갖고,
상기 제2 가압부의 피스톤의 수가 상기 제1 가압부의 피스톤의 수보다도 적은, 압축기.