WO2014122923A1

WO2014122923A1 - 圧縮装置

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Publication number: WO2014122923A1
Application number: PCT/JP2014/000589
Authority: WO
Inventors: 見治名倉; 高木　一; 拓郎姥; 俊男平井
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2014-08-14
Also published as: EP2955375A1; US20150354553A1; KR20150103274A; CN104956081A; KR20170098971A; US10677235B2; EP2955375A4; CN104956081B; JP2014152703A; EP2955375B1; JP6111083B2; KR101797903B1

Abstract

　圧縮装置は、ガスを圧縮する往復動型の圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮されたガスを冷却する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、ガスを冷却する冷却部と、前記圧縮機の外側面に当接し、前記圧縮機の圧縮室から吐出されたガスを前記冷却部へと流入させるガス流入路を有する連絡部と、を備える。

Description

圧縮装置

　本発明は、ガスを圧縮する圧縮装置に関する。

　近年、燃料電池車に水素ガスを供給する水素ステーションが提案されている。水素ステーションでは、燃料電池車に効率良く水素ガスを充填するために水素ガスを圧縮した状態で供給する圧縮装置が用いられる。圧縮装置は、水素ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮されることによって昇温した水素ガスを冷却するガスクーラとを備える。ガスクーラとしては、例えば、下記特許文献１に示されているようなプレート式熱交換器の利用が提案されている。

　プレート式熱交換器は、多数のプレートが積層された積層体からなる。積層されたプレート間には、流体を流通させる流路がそれぞれ形成されている。そして、熱交換器内では、プレートの積層方向において隣り合う流路にそれぞれ流れる流体同士の熱交換が行われる。

　ところで、上記の圧縮装置では、圧縮機とガスクーラとを接続する多数の配管が必要となる。そのため、広い設置スペースを確保する必要がある。また、圧縮機から吐出される水素ガスが高圧となるため、高強度かつ高耐圧の配管が必要になる。それゆえ、圧縮装置の製造コストが増大する。また、上記の圧縮装置では、配管からの水素ガスの漏洩を防止する必要もある。

特開２０００－２８３６６８号公報

　本発明の目的は、圧縮装置の小型化を図ることである。

　本発明の一局面に従う圧縮装置は、ガスを圧縮する往復動型の圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮されたガスを冷却する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、ガスを冷却する冷却部と、前記圧縮機の外側面に当接し、前記圧縮機の圧縮室から吐出されたガスを前記冷却部へと流入させるガス流入路を有する連絡部と、を備える。

本発明の第１実施形態による圧縮装置の構成を示す概略図である。図１の圧縮装置を構成するガスクーラの本体部および流入部継手を側方から見た図である。第１実施形態のガスクーラを構成する端部プレートの平面図である。第１実施形態のガスクーラを構成する水素ガス用プレートの平面図である。第１実施形態のガスクーラを構成する冷却水用プレートの平面図である。本発明の第２実施形態による圧縮装置の回収ヘッダを取り外した状態を示す概略図である。第２実施形態による圧縮装置を図６中の矢印ＶＩＩ－ＶＩＩの位置にて切断した断面図である。第２実施形態による圧縮装置を図６中の矢印ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置にて切断した断面図である。第２実施形態のガスクーラを構成する端部プレートの平面図である。第２実施形態のガスクーラを構成する水素ガス用プレートの平面図である。第２実施形態のガスクーラを構成する冷却水用プレートの平面図である。本発明の第３実施形態による圧縮装置の構成を部分的に示す概略図である。第３実施形態による圧縮機を図１２中の矢印ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩの位置にて切断した断面図であり、ガスクーラの外観も示す図である。第３実施形態による圧縮機を図１２中の矢印ＸＩＶ－ＸＩＶの位置にて切断した断面図であり、ガスクーラの外観も示す図である。第３実施形態による圧縮装置のガスクーラ内部の構造を示す斜視図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

　（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態による圧縮装置は、例えば燃料電池車に水素を供給する水素ステーションで用いられる装置である。

　第１実施形態による圧縮装置は、図１に示すように、水素ガスを圧縮する圧縮機２と、圧縮機２によって圧縮された水素ガスを冷却するガスクーラ４とを備える。ガスクーラ４は、マイクロチャネル熱交換器である。

　圧縮機２は、往復動圧縮機である。圧縮機２は、クランクケース６と、クランク軸８と、図略の駆動部と、クロスガイド１０と、クロスヘッド１２と、連結ロッド１４と、圧縮部１６と、給排部１８とを有する。

　クランクケース６内には、クランク軸８が水平軸回りに回転自在に設けられている。図略の駆動部は、クランク軸８に接続されている。駆動部は、動力をクランク軸８に伝達してクランク軸８を回転させる。

　クロスガイド１０は、クランクケース６に連設された筒状の部材である。クロスガイド１０内には、クロスヘッド１２がクロスガイド１０の軸方向に往復動可能に収容されている。連結ロッド１４は、クランク軸８とクロスヘッド１２とを連結している。連結ロッド１４は、クランク軸８の回転運動を直線的な往復運動に変換してクロスヘッド１２へ伝達する。

　圧縮部１６は、水素ガスの圧縮を行う部位である。圧縮部１６は、クロスガイド１０に結合された筒状のシリンダ部２０と、シリンダ部２０内のシリンダ室２０ａに軸方向に往復動可能に収容されたピストン２２と、ピストン２２とクロスヘッド１２とを連結するピストンロッド２４とを有する。シリンダ室２０ａとピストン２２との間には水素ガスが圧縮される圧縮室２０ｂが形成される。圧縮室２０ｂには開口２６が形成されている。シリンダ部２０とクロスガイド１０との間には隔壁２５が設けられている。

　給排部１８は、圧縮室２０ｂへの水素ガスの給気および圧縮室２０ｂからの排気を行う部位である。給排部１８は、給排部筐体２８と、吸込弁３０と、吸込側フランジ３２と、吐出弁３４とを有する。

　給排部筐体２８は、シリンダ部２０に結合されている。給排部筐体２８は、シリンダ部２０の開口２６に連通する連通路２８ａと、吸込路２８ｂと、吐出路２８ｃとを有する。吸込路２８ｂおよび吐出路２８ｃは、上下方向に延びる。連通路２８ａおよび開口２６は、圧縮室２０ｂを吸込路２８ｂおよび吐出路２８ｃに繋ぐ。

　吸込路２８ｂ内には、逆止弁である吸込弁３０が設置されている。吸込路２８ｂの開口部には、吸込側フランジ３２が挿嵌されて固定されている。吸込側フランジ３２には、水素ガスを供給する供給配管３６が接続される。吐出路２８ｃ内には、逆止弁である吐出弁３４が設置されている。なお、圧縮装置では、吸込弁および吐出弁として電磁弁等が用いられてもよい。

　ガスクーラ４は、本体部３８と、流入部継手４０と、供給ヘッダ４２と、回収ヘッダ４４とを有する。

　図２は、図１の本体部３８および流入部継手４０を側方から見た図である。本体部３８は、直方体状の外形を有する。本体部３８は、図３に示す端部プレート５０、図４に示す水素ガス用プレート４６、および、図５に示す冷却水用プレート４８が積層された積層体である。

　水素ガス用プレート４６は、ステンレス鋼によって形成された矩形状の平板である。水素ガス用プレート４６は、流入路用貫通穴４６ｄと、排出路用貫通穴４６ｅと、一方の面に形成された複数の水素ガス流路用溝部４６ａと、を備える。

　冷却水用プレート４８は、水素ガス用プレート４６と同様に、ステンレス鋼によって形成された矩形状の平板である。冷却水用プレート４８は、流入路用貫通穴４８ｂと、排出路用貫通穴４８ｃと、一方の板面に形成された複数の冷却水流路用溝部４８ａと、を備える。端部プレート５０には、貫通穴５０ｂが形成されている。

　本体部３８は、一対の端部プレート５０の間に複数の冷却水用プレート４８と複数の水素ガス用プレート４６とが交互に積層されることによって形成された積層体である。ただし、本体部３８の下部の端部プレート５０は、図３を左右に反転した状態にて配置される。本体部３８を構成するプレート４６，４８，５０は、拡散接合にて一体に形成される。図２に示すように、本体部３８には、複数の微小流路５４が形成される。複数の微小流路５４は、図４に示す複数の水素ガス流路用溝部４６ａにより形成される。図２に示すように、本体部３８には、複数の冷却水流路５７が形成される。複数の冷却水流路５７は、図５に示す複数の冷却水流路用溝部４８ａにより形成される。以下、本体部３８のうち、微小流路５４および冷却水流路５７が形成される部位を「冷却部８６１」と呼ぶ。

　本体部３８では、図３に示す上側の端部プレート５０の貫通穴５０ｂと、複数の冷却水用プレート４８の流入路用貫通穴４８ｂ（図５参照）と、複数の水素ガス用プレート４６の流入路用貫通穴４６ｄ（図４参照）とが繋がることによって、プレートの積層方向に延びるガス流入路５２（図２参照）が形成される。下側の端部プレート５０の貫通穴５０ｂと、複数の冷却水用プレート４８の排出路用貫通穴４８ｃと、複数の水素ガス用プレート４６の排出路用貫通穴４６ｅとが繋がることによって、プレートの積層方向に延びるガス排出路５３が形成される。

　図１において、冷却水流路５７が開口する本体部３８の左右の側面のうち、左側の側面には、供給ヘッダ４２が取り付けられている。供給ヘッダ４２には、冷却水供給配管５８が接続されている。冷却水流路５７が開口する本体部３８の右側の側面には、回収ヘッダ４４が取り付けられている。回収ヘッダ４４には、冷却水回収配管５９が接続されている。ガスクーラ４では、冷却水供給配管５８から供給ヘッダ４２、冷却水流路５７および回収ヘッダ４４を介して冷却水回収配管５９へと冷却水が流れる。

　図２に示すように、本体部３８の上部には流入部継手４０が接合される。流入部継手４０内には、水素ガスを流入させる流入路４０１が形成される。図１に示すように、圧縮装置では、流入部継手４０が給排部筐体２８の吐出路２８ｃに挿嵌された状態にて本体部３８が給排部筐体２８の外側面に上下方向において当接する。これにより、流入路４０１と吐出路２８ｃとが連通する。流入部継手４０の周囲には、水素ガスの漏出を防止するためのシール４０ａが設けられている。ガスクーラ４では、挿嵌部である流入部継手４０、および、ガス流入路５２を形成する部位が、圧縮機２の圧縮室２０ｂと冷却部８６１とを連絡する連絡部としての役割を果たす。以下、流入路４０１をガス流入路５２の一部として説明する。以上の構成により、配管を介することなく圧縮機２からガスクーラ４へと水素ガスを流入させることができる。

　圧縮装置の駆動時には、吸込弁３０を介して供給配管３６から圧縮室２０ｂへと水素ガスが供給され、ピストン２２が圧縮室２０ｂを収縮させることにより、水素ガスが圧縮される。水素ガスの圧力は約８２ＭＰａとなり、温度は約１５０℃となる。圧縮された水素ガスは、吐出弁３４からガスクーラ４のガス流入路５２を介して冷却部８６１に流入する。

　冷却部８６１では、水素ガスが、微小流路５４を流れる途上にて冷却水流路５７を流れる冷却水と熱交換し、それによって冷却される。冷却された水素ガスは、排出配管５１から排出される。

　以上、第１実施形態に係る圧縮装置について説明したが、第１実施形態に係る圧縮装置では、ガスクーラ４が圧縮機２に直接的に固定されることから、圧縮機２とガスクーラ４との間の配管を省略することができる。その結果、配管の設置スペースが不要となり、圧縮装置を小型化することができる。また、配管の数を減らすことができるため、圧縮装置の製造コストを低減することができる。さらに、水素ガスの漏洩を確認する必要のある配管継手箇所を削減することができる。

　圧縮装置では、ガスクーラ４としてマイクロチャネル熱交換器が利用されることにより、強度を確保しつつ効率よく水素ガスを冷却することができる。流入部継手４０が圧縮機２の吐出路２８ｃに挿嵌されて固定されるため、ガスクーラ４をより強固に圧縮機２に固定することができる。ガスクーラ４では、流入部継手４０を本体部３８とは別部材にて形成することができる。このため、ガスクーラ４を他の圧縮機と組み合わせる場合であっても、流入部継手４０を当該他の圧縮機の吐出路の形状に合わせて作成することにより、ガスクーラ４を他の圧縮機２に容易に取り付けることができる。このように、圧縮装置の設計の自由度を向上することができる。なお、圧縮装置では、本体部３８と給排部筐体２８とが実質的に当接するのであれば、本体部３８と給排部筐体２８との間に封止に用いられる樹脂材料が介在してもよい。このことは、以下の他の実施形態においても同様である。

　（第２実施形態）
　図６は、本発明の第２実施形態に係る圧縮装置を示す図である。圧縮装置は、二段圧縮式の圧縮機２と、圧縮機２による一段目の圧縮後の水素ガスと二段目の圧縮後の水素ガスをそれぞれ冷却するガスクーラ４とを備える。また、圧縮装置は、上記第１実施形態と同様のクランクケース６、クランク軸８、図略の駆動部、クロスガイド１０、クロスヘッド１２及び連結ロッド１４を備える。以下、第２実施形態による圧縮装置の構成について、図６～図１１を参照して具体的に説明する。

　図６に示すように、圧縮機２は、水素ガスの一段目の圧縮を行う第１圧縮部６１と、水素ガスの二段目の圧縮を行う第２圧縮部６２とを有する。

　第１圧縮部６１は、第１シリンダ部６３と、第１ピストン６４とを有する。第２圧縮部６２は、第１シリンダ部６３と一体的に形成された第２シリンダ部６６と、第１ピストン６４と一体的に形成された第２ピストン６７とを有する。

　第１シリンダ部６３は、クロスガイド１０と結合される。第１シリンダ部６３には、第１ピストン６４を往復動可能に収容する第１シリンダ室６３ａが形成されている。第２シリンダ部６６には、第２ピストン６７を往復動可能に収容する第２シリンダ室６６ａが形成されている。第１シリンダ室６３ａ及び第２シリンダ室６６ａは、共に断面円形の空間である。第２シリンダ室６６ａは、第１シリンダ室６３ａよりも小径である。第１ピストン６４のクロスガイド１０側の端部には、クロスヘッド１２と繋がるピストンロッド２４が取り付けられている。第２ピストン６７は、第１ピストン６４からピストンロッド２４と反対側へ延びている。第１ピストン６４及び第２ピストン６７は、共に円柱状に形成されている。第２ピストン６７は、第１ピストン６４よりも小径である。

　第１シリンダ室６３ａと第１ピストン６４との間には、水素ガスが圧縮される第１圧縮室６３ｂが形成される。第２シリンダ室６６ａと第２ピストン６７との間には、第１圧縮室６３ｂにて圧縮された水素ガスがさらに圧縮される第２圧縮室６６ｂが形成される。

　図７は、圧縮装置を図６中の矢印ＶＩＩ－ＶＩＩの位置にて切断した断面図である。第１シリンダ部６３は、第１吸込弁収容室６９ａと、第１吸込側連通路７０ａと、第１吸込路７１と、第１吐出弁収容室６９ｂと、第１吐出側連通路７０ｂと、第１吐出路７２とを備える。第１吸込弁収容室６９ａおよび第１吐出弁収容室６９ｂは、第１圧縮室６３ｂの両側に位置する。第１吸込弁収容室６９ａおよび第１吐出弁収容室６９ｂは、それぞれ、水平面内において第１および第２ピストン６４，６７の移動方向に垂直な方向に延びる。以下、第１および第２ピストン６４，６７の移動方向を単に「移動方向」という。

　第１吸込弁収容室６９ａには、第１吸込弁７４ａが収容されている。第１吸込弁７４ａは、第１吸込弁固定フランジ７５ａによって固定されている。第１吸込側連通路７０ａは、第１圧縮室６３ｂと第１吸込弁収容室６９ａとを連通させる。第１吐出弁収容室６９ｂには、第１吐出弁７４ｂが収容されている。第１吐出弁７４ｂは、第１吐出弁固定フランジ７５ｂによって固定されている。第１吐出側連通路７０ｂは、第１圧縮室６３ｂと第１吐出弁収容室６９ｂとを連通させる。

　第１吸込路７１は、第１吸込弁収容室６９ａの上側に配置されている。第１吸込路７１は、第１シリンダ部６３の上面から下方へ延びて第１吸込弁収容室６９ａに繋がっている。第１吸込路７１の上端には、図略の供給源からの水素ガスを供給する供給配管７６が接続されている。第１吐出路７２は、第１吐出弁収容室６９ｂから第１シリンダ部６３の下面へと延びる。第１吐出路７２は、第１シリンダ部６３の下面において開口する第１吐出路開口７２ａを有する。第１シリンダ部６３の下面には、第１吐出路開口７２ａの周りを囲む円形の溝が形成されている。第１吐出路開口７２ａの周りの円形の溝には、シール７２ｂが嵌め込まれている。

　図８は、圧縮装置を図６中の矢印ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置にて切断した断面図である。第２シリンダ部６６は、第２吸込弁収容室７８ａと、第２吸込側連通路７９ａと、第２吸込路８０と、第２吐出弁収容室７８ｂと、第２吐出側連通路７９ｂと、第２吐出路８１とを備える。第２吸込弁収容室７８ａおよび第２吐出弁収容室７８ｂは、第２圧縮室６６ｂの両側に位置する。第２吸込弁収容室７８ａおよび第２吐出弁収容室７８ｂは、それぞれ、水平面内において前記移動方向に垂直な方向に延びる。第２吸込弁収容室７８ａには、第２吸込弁８３ａが収容されている。第２吸込弁８３ａは、第２吸込弁固定フランジ８４ａによって固定されている。第２吸込側連通路７９ａは、第２圧縮室６６ｂと第２吸込弁収容室７８ａとを連通させる。第２吐出弁収容室７８ｂには、第２吐出弁８３ｂが収容されている。第２吐出弁８３ｂは、第２吐出弁固定フランジ８４ｂによって固定されている。第２吐出側連通路７９ｂは、第２圧縮室６６ｂと第２吐出弁収容室７８ｂとを連通させる通路である。

　第２吸込路８０は、第２弁収容室７８の下側に配置されている。第２吸込路８０は、第２シリンダ部６６の下面から上方へ延びて第２弁収容室７８に繋がっている。第２吸込路８０は、第２シリンダ部６６の下面において開口する第２吸込路開口８０ａを有する。第２シリンダ部６６の下面と第１シリンダ部６３の下面は、面一で平面状に形成されている。第２シリンダ部６６の下面には、第２吸込路開口８０ａの周りを囲む円形の溝が形成されている。第２吸込路開口８０ａの周りの円形の溝には、シール８０ｂが嵌め込まれている。第２吐出路８１は、第２吐出弁収容室７８ｂの上側に配置されている。第２吐出路８１は、第２シリンダ部６６の上面から下方へ延びる。第２吐出路８１の上端には、連通配管８５が接続されている。

　図６ないし図８に示すように、ガスクーラ４の本体部３８は、一段目の圧縮後の水素ガスを冷却する第１冷却部８６と、二段目の圧縮後の水素ガスを冷却する第２冷却部８７とを有する。第１冷却部８６は、本体部３８のうちプレートの積層方向において一方側（上側）に配置され、第２冷却部８７は、本体部３８のうちプレートの積層方向において他方側（下側）に配置されている。

　図９は、端部プレート５０ａを示す図である。図１０は、水素ガス用プレート４６を示す図である。図１１は、冷却水用プレート４８を示す図である。本体部３８は、一対の端部プレート５０ａと、複数の水素ガス用プレート４６と、複数の冷却水用プレート４８と、図７および図８に示す仕切プレート８８と、を備える。図９に示すように、端部プレート５０ａは、流入路用貫通穴５０ｂと、排出路用貫通穴５０ｄと、を備える。図１０に示すように、水素ガス用プレート４６は、複数の水素ガス流路用溝部４６ａと、分配部用溝部４６ｂと、回収部用溝部４６ｃと、分配部用溝部４６ｂに繋がる流入路用貫通穴４６ｄと、回収部用溝部４６ｃに繋がる排出路用貫通穴４６ｅと、を備える。図１１に示すように、冷却水用プレート４８は、複数の冷却水流路用溝部４８ａと、流入路用貫通穴４８ｂと、排出路用貫通穴４８ｃと、を備える。

　ガスクーラ４では、上側に配置された端部プレート５０ａと仕切プレート８８との間に冷却水用プレート４８と水素ガス用プレート４６とが交互に繰り返し積層されることにより、図６ないし図８に示す第１冷却部８６が形成される。流入路用貫通穴４６ｄ，４８ｂ，５０ｂが連通することによって、第１ガス流入路５２ａが形成される。排出路用貫通穴４６ｅ，４８ｃ，５０ｄが連通することによって第１ガス排出路５３ａが形成される。

　また、下側に配置された端部プレート５０ａと仕切プレート８８との間に、冷却水用プレート４８と水素ガス用プレート４６とが交互に繰り返し積層されることにより、第２冷却部８７が形成される。ただし、第２冷却部８７では、水素ガス用プレート４６における分配部用溝部４６ｂと回収部用溝部４６ｃとの位置関係及び流入路用貫通穴４６ｄと排出路用貫通穴４６ｅとの位置関係がそれぞれ第１冷却部８６の水素ガス用プレート４６の場合と逆である。また、第２冷却部８７では、冷却水用プレート４８における流入路用貫通穴４８ｂと排出路用貫通穴４８ｃとの位置関係が第１冷却部８６の場合と逆である。また、端部プレート５０ａにおける流入路用貫通穴５０ｂと排出路用貫通穴５０ｄとの位置関係が第１冷却部８６の場合と逆である。

　流入路用貫通穴４６ｄ，４８ｂ，５０ｂが連通することによって、図６に示す第２ガス流入路５２ｂが形成される。排出路用貫通穴４６ｅ，４８ｃ，５０ｄが連通することによって、第２ガス排出路５３ｂが形成される。

　本体部３８の上面は、第１および第２シリンダ部６３，６６の外側面に上下方向において当接する。第１圧縮室６３ｂの下側に形成された第１吐出路開口７２ａとガスクーラ４の第１ガス流入路５２ａの開口５２ｃとは、上下方向に重なる。第２圧縮室６６ｂの下側に形成された第２吸込路開口８０ａとガスクーラ４の第１ガス排出路５３ａの開口５３ｃとは、上下方向に重なる。なお、第１吐出路開口７２ａの周囲には、水素ガスの漏れを防止するシール７２ｂが設けられる。第２吸込路開口８０ａの周囲には、水素ガスの漏れを防止するシール８０ｂが設けられる。

　圧縮装置の駆動時には、水素ガスが第１吸込弁７４ａ（図７参照）を介して第１圧縮室６３ｂへと吸い込まれ、第１ピストン６４により水素ガスが圧縮される。第１圧縮室６３ｂにて圧縮された水素ガスは、第１吐出弁７４ｂ（図７参照）および第１吐出路７２からガスクーラ４の第１ガス流入路５２ａを介して第１冷却部８６に流入する。

　水素ガスは、水素ガス流路用溝部４６ａ（図１０参照）によって形成された微小流路５４へ流れ、冷却水流路用溝部４８ａ（図１１参照）によって形成された冷却水流路５７を流れる冷却水との熱交換により冷却される。

　冷却された水素ガスは、第１ガス排出路５３ａを介して第１冷却部８６から第２圧縮室６６ｂへと排出される。第２圧縮室６６ｂでは、第２ピストン６７により水素ガスがさらに圧縮される。第２圧縮室６６ｂにて圧縮された水素ガスは、第２吐出路８１を通って連通配管８５へ吐出される。連通配管８５へ吐出された水素ガスは、第２冷却部８７の第２ガス流入路５２ｂに流入する。第２ガス流入路５２ｂに流入した水素ガスは、第２冷却部８７にて冷却された後、第２ガス排出路５３ｂへ流れ、排出配管８９へ排出される。

　以上に説明したように、ガスクーラ４では、第１ガス流入路５２ａを形成する部位が圧縮機２の第１圧縮室６３ｂと第１冷却部８６とを連絡する連絡部としての役割を果たすとともに、第１ガス排出路５３ａを形成する部位が圧縮機２の第２圧縮室６６ｂと第１冷却部８６とを連絡する連絡部としての役割を果たす。

　第２実施形態においても、ガスクーラ４が圧縮機２に直接的に固定されることにより、圧縮装置を小型化することができる。また、部品点数を削減して圧縮装置の製造コストを削減できる。水素ガスの漏洩を確認する必要のある配管の継手箇所も削減することができる。第２実施形態では、第１および第２圧縮室６３ｂ，６６ｂから吐出された水素ガスの冷却が１つのガスクーラ４にて行われるため、圧縮装置をより小型化することができる。

　（第３実施形態）
　次に、図１２～図１５を参照して、本発明の第３実施形態による圧縮装置について説明する。

　図１２に示すように、圧縮機２は、第１圧縮室６３ｂおよび第２圧縮室６６ｂを備える。ガスクーラ４は、圧縮機２の上側に配置される。ガスクーラ４は、第１圧縮室６３ｂにて圧縮された水素ガスを冷却する第１冷却部８６と、第２圧縮室６６ｂにて圧縮された水素ガスを冷却する第２冷却部８７と、を備える。第１冷却部８６および第２冷却部８７は、上下方向に並ぶように配列される。

　図１３は、図１２の矢印ＸＩＩＩの位置にて圧縮機２を切断した断面図である。図１３は、ガスクーラ４の外観も示している。第１圧縮室６３ｂとガスクーラ４との間に、第１弁収容室６９が形成される。第１弁収容室６９は、水平面内において前記移動方向に垂直な方向に延びる。第１弁収容室６９には、第１吸込弁７４ａと第１吐出弁７４ｂが円筒状の第１スペーサ９１を間に挟んだ状態で収容されている。第１吸込弁７４ａ、第１吐出弁７４ｂ及び第１スペーサ９１は、第１弁固定フランジ７５ａ，７５ｂによって固定されている。第１吸込弁７４ａとガスクーラ４との間に第１吸込路７１が形成される。第１吐出弁７４ｂとガスクーラ４との間に第１吐出路７２が形成される。なお、第１スペーサ９１の上側に形成された残孔９２ａは、プラグ９２ｂによって閉塞されている。

　図１４は、図１２の矢印ＸＩＶの位置にて圧縮機２を切断した断面図である。図１４は、ガスクーラ４の外観も示している。第２圧縮室６６ｂとガスクーラ４との間に、第２弁収容室７８が形成される。第２弁収容室７８は、第１弁収容室６９と同様の構造を有し、水平面内において前記移動方向に垂直な方向に延びる。第２弁収容室７８には、第２吸込弁８３ａと第２吐出弁８３ｂが円筒状の第２スペーサ９３を間に挟んだ状態で収容されている。第２吸込弁８３ａ、第２吐出弁８３ｂ及び第２スペーサ９３は、第２弁固定フランジ８４ａ，８４ｂによって固定されている。第２吸込弁８３ａとガスクーラ４との間に第２吸込路８０が形成される。第２吐出弁８３ｂとガスクーラ４との間に第２吐出路８１が形成される。なお、第２弁収容室７８に設けられた残孔９２ｃは、プラグ９２ｄによって閉塞されている。

　図１５は、ガスクーラ４の内部の構造を示す図である。ガスクーラ４は、第１冷却部８６と、第２冷却部８７と、導入口９４と、排出口９７と、ガス導入路９５ａと、第１ガス流入路５２ａと、第１ガス排出路５３ａと、第２ガス流入路５２ｂと、ガス導出路９６と、を備える。なお、図１５では、簡略化のために全流路のうちの一部の流路について図示している。しかし、実際には、上記第２実施形態と同様に、第１冷却部８６と第２冷却部８７において複数の微小流路５４が配列された層と複数の冷却水流路５７が配列された層とが図１５の上下方向、すなわち、プレートの積層方向において交互に並んで配置されている。

　ガスクーラ４の本体部３８の一つの側面に、水素ガスの導入口９４および排出口９７が形成される。ガス導入路９５ａは、導入口９４から本体部３８の下方へ延び、本体部３８の下面に開口する。以下、ガス導入路９５ａの開口を「導入路開口９５ｃ」という。第１ガス流入路５２ａは、本体部３８の下面から第１冷却部８６へと延びる。以下、本体部３８の下面における第１ガス流入路５２ａの開口を「第１流入路開口５２ｃ」という。第１ガス排出路５３ａは、第１冷却部８６の回収部５６から下方へと延び、本体部３８の下面に開口する。以下、第１ガス排出路５３ａの開口を「第１排出路開口５３ｃ」という。

　第２ガス流入路５２ｂは、本体部３８の下面から第２冷却部８７へと延びる。以下、本体部３８の下面における第２ガス流入路５２ｂの開口を「第２流入路開口５２ｄ」という。ガス導出路９６は、第２冷却部８７の回収部５６から排出口９７へと延びる。

　図１３に示すように、ガスクーラ４と圧縮機２とが上下方向において当接した状態において、導入路開口９５ｃは、圧縮機２の第１吸込路７１の開口７１ａと上下方向に重なる。第１流入路開口５２ｃは、第１吐出路７２の開口７２ａと上下方向に重なる。図１４に示すように、第１排出路開口５３ｃは、第２吸込路８０の開口８０ａと上下方向に重なる。第２流入路開口５２ｄは、第２吐出路８１の開口８１ａと上下方向に重なる。なお、導入路開口９５ｃ、第１流入路開口５２ｃ、第１排出路開口５３ｃおよび第２流入路開口５２ｄの周囲には、シール１００がそれぞれ設けられる。

　圧縮装置の駆動時には、図１５に示すガスクーラ４の導入口９４から導入された水素ガスが、ガス導入路９５ａを通じて図１３に示す第１圧縮室６３ｂへと流れる。水素ガスは、第１圧縮室６３ｂにて圧縮される。第１圧縮室６３ｂから吐出された水素ガスは、第１ガス流入路５２ａを介して第１冷却部８６へと流入し、第１冷却部８６にて冷却される。冷却された水素ガスは、第１ガス排出路５３ａを介して第１冷却部８６から図１４に示す第２圧縮室６６ｂへと排出される。水素ガスは、第２圧縮室６６ｂにてさらに圧縮された後、第２ガス流入路５２ｂを介して第２圧縮室６６ｂから第２冷却部８７へと流入する。第２冷却部８７にて冷却された水素ガスは、ガス導出路９６を通り、排出口９７から排出される。

　このように、ガスクーラ４では、第１ガス流入路５２ａを形成する部位、第１ガス排出路５３ａを形成する部位、および、第２ガス流入路５２ｂを形成する部位が、圧縮機２の圧縮室６３ｂ，６６ｂと冷却部８６，８７とを連絡する連絡部としての役割を果たす。

　第３実施形態においても、他の実施形態と同様に圧縮装置を小型化することができる。圧縮装置の製造コストも低減することができる。圧縮装置では、第１冷却部８６が第２冷却部８７の下側に配置されてもよい。また、第１冷却部８６が第１圧縮室６３ｂの上側に設けられてもよく、第２冷却部８７が第２圧縮室６６ｂの上側に設けられてもよい。圧縮装置は、上述した圧縮機２およびガスクーラ４の構造を上下に反転させた構造を有してもよい。

　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、また、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

　例えば、熱交換器として、マイクロチャネル熱交換器以外の熱交換器が用いられてもよい。例えば、熱交換器として、プレートフィン式熱交換器などの様々なプレート式熱交換器が用いられてもよい。プレートフィン熱交換器は、溝形状の加工の仕方及び積層された層同士の接合の仕方はマイクロチャネル熱交換器と異なるものの、機能上はマイクロチャネル熱交換器と同様の構造を有する。また、熱交換器としてチューブ式熱交換器が用いられてもよい。

　第２実施形態では、図７に示す第１吸込弁７４ａおよび第１吐出弁７４ｂに代えて合成弁が用いられてもよい。合成弁は、吸込弁と吐出弁の両方の機能を有する弁である。この場合、第１吸込路７１と第１吐出路７２とが一繋がりの流路とされ、当該流路と第１圧縮室６３ｂとを繋ぐ部位に合成弁が配置される。同様に、図８に示す第２吸込路８０と第１吐出路８１とが一繋がりの流路とされ、当該流路と第２圧縮室６６ｂとを繋ぐ部位に合成弁が配置されてもよい。

　上記第２実施形態及び第３実施形態では、圧縮機のシリンダ部の端面とガスクーラの熱交換器本体の端面とを密着させることによって圧縮機の流路と熱交換器本体の流路とを直接接続する構成とした。この構成を、一段圧縮式の圧縮機を用いた圧縮装置に適用してもよい。また、当該構成を、ピストンの移動方向が上下方向となるようにクロスガイドとシリンダ部とが上下方向において結合され、ガスクーラがシリンダ部の側面に取り付けられる圧縮装置に適用してもよい。

　水素ガス流路は、水素ガス用プレートの板面上で蛇行した形状に形成されていてもよく、冷却水流路は、冷却水用プレートの板面上で蛇行した形状に形成されていてもよい。この構成によれば、水素ガス流路および冷却水流路の表面積を増大させることができ、より有効に水素ガスを冷却することができる。上記実施形態の圧縮装置は、水素ガス以外にヘリウムガスや天然ガスなど空気よりも軽いガスの圧縮に利用されてもよく、二酸化炭素などのガスの圧縮に利用されてもよい。ガスクーラを圧縮機に直接接続する手法は、３段以上の圧縮部を有する圧縮装置に適用されてよい。

［実施の形態の概要］
　前記実施形態をまとめると、以下の通りである。

　前記実施形態に係る圧縮装置は、ガスを圧縮する往復動型の圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮されたガスを冷却する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、ガスを冷却する冷却部と、前記圧縮機の外側面に当接し、前記圧縮機の圧縮室から吐出されたガスを前記冷却部へと流入させるガス流入路を有する連絡部と、を備える。

　この圧縮装置では、圧縮機と熱交換器とが配管を介することなく接続されているため、製造コストを低減することができる。配管の設置スペースが不要になり、圧縮装置の小型化を図ることができる。また、圧縮機と熱交換器との間でのガスの漏洩の虞を低減することができる。

　上記圧縮装置において、前記圧縮機は、前記圧縮室にて圧縮されたガスがさらに圧縮される他の圧縮室を備えてもよい。前記連絡部は、前記冷却部から前記他の圧縮室へとガスを排出するガス排出路をさらに有してもよい。

　この場合において、前記熱交換器は、前記他の圧縮室から吐出されたガスを冷却する他の冷却部をさらに備えてもよい。前記連絡部は、前記他の圧縮室から前記他の冷却部へとガスを流入させる他のガス流入路をさらに有してもよい。

　さらにこの場合において、前記圧縮機は、前記圧縮室と前記熱交換器との間に配置された第１弁収容室と、前記他の圧縮室と前記熱交換器との間に配置された第２弁収容室と、を備えてもよい。前記第１弁収容室は、ガスを前記圧縮室へ導く第１吸込弁、および、前記圧縮室から前記ガス流入路を介して前記冷却部へとガスを吐出させる第１吐出弁を収容してもよい。前記第２弁収容室は、前記冷却部から排出されたガスを前記ガス排出路を介して前記他の圧縮室へ導く第２吸込弁、および、前記他の圧縮室から前記他のガス流入路を介して前記他の冷却部へとガスを吐出させる第２吐出弁を収容してもよい。

　上記圧縮装置において、前記熱交換器は、前記圧縮機から流入したガスを流通させる複数の微小流路が配列された層と、前記ガスを冷却する冷却流体を流通させる複数の冷却流体流路が配列された層とが交互に積層された積層体であってもよい。

　この構成によれば、ガスの良好な冷却効率を得ることができる。熱交換器を圧縮機に容易に取り付けることができる。

　上記圧縮装置において、前記連絡部は、前記圧縮機内のガスの流路に挿入される挿嵌部を備えてもよい。

　この構成によれば、圧縮機と熱交換器とを相互に強固に固定することができる。

　以上説明したように、前記実施形態によれば、圧縮装置の小型化を図ることができる。

Claims

　ガスを圧縮する往復動型の圧縮機と、
　前記圧縮機によって圧縮されたガスを冷却する熱交換器と、
を備え、
　前記熱交換器は、
　ガスを冷却する冷却部と、
　前記圧縮機の外側面に当接し、前記圧縮機の圧縮室から吐出されたガスを前記冷却部へと流入させるガス流入路を有する連絡部と、
を備える、圧縮装置。
　請求項１に記載の圧縮装置において、
　前記圧縮機は、前記圧縮室にて圧縮されたガスがさらに圧縮される他の圧縮室を備え、
　前記連絡部は、前記冷却部から前記他の圧縮室へとガスを排出するガス排出路をさらに有する、圧縮装置。
　請求項２に記載の圧縮装置において、
　前記熱交換器は、前記他の圧縮室から吐出されたガスを冷却する他の冷却部をさらに備え、
　前記連絡部は、前記他の圧縮室から前記他の冷却部へとガスを流入させる他のガス流入路をさらに有する、圧縮装置。
　請求項３に記載の圧縮装置において、
　前記圧縮機は、
　前記圧縮室と前記熱交換器との間に配置された第１弁収容室と、
　前記他の圧縮室と前記熱交換器との間に配置された第２弁収容室と、を備え、
　前記第１弁収容室は、ガスを前記圧縮室へ導く第１吸込弁、および、前記圧縮室から前記ガス流入路を介して前記冷却部へとガスを吐出させる第１吐出弁を収容し、
　前記第２弁収容室は、前記冷却部から排出されたガスを前記ガス排出路を介して前記他の圧縮室へ導く第２吸込弁、および、前記他の圧縮室から前記他のガス流入路を介して前記他の冷却部へとガスを吐出させる第２吐出弁を収容する、圧縮装置。
　請求項１に記載の圧縮装置において、
　前記熱交換器は、前記圧縮機から流入したガスを流通させる複数の微小流路が配列された層と、前記ガスを冷却する冷却流体を流通させる複数の冷却流体流路が配列された層とが交互に積層された積層体である、圧縮装置。
　請求項１に記載の圧縮装置において、
　前記連絡部は、前記圧縮機内のガスの流路に挿入される挿嵌部を備える、圧縮装置。