往復動圧縮機
【課題】製造コストを削減するとともに製造期間を短縮することができ、かつ比較的低温の気体を圧縮する場合においても吸気室の気密性を確保することができる往復動圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮室２ａ内でピストン３を往復動させて圧縮室２ａ内の気体を圧縮する往復動圧縮機２１であって、圧縮室２ａ、および圧縮室２ａに連通された吸気室５の間の連通部を開閉する開閉弁７と、吸気室５の外壁面に固定され、吸気室５の内外への熱の移動を抑制する断熱部材２０と、断熱部材２０および吸気室５の壁を貫通して設けられ、開閉弁７の開閉を行う作動軸１６と、を備える往復動圧縮機２１に係る。往復動圧縮機２１は、断熱部材２０の、作動軸１６が貫通している貫通穴内に設けられ、該貫通穴と作動軸１６との間の隙間を閉塞するシール部材１９をさらに備えている。
【解決手段】圧縮室２ａ内でピストン３を往復動させて圧縮室２ａ内の気体を圧縮する往復動圧縮機２１であって、圧縮室２ａ、および圧縮室２ａに連通された吸気室５の間の連通部を開閉する開閉弁７と、吸気室５の外壁面に固定され、吸気室５の内外への熱の移動を抑制する断熱部材２０と、断熱部材２０および吸気室５の壁を貫通して設けられ、開閉弁７の開閉を行う作動軸１６と、を備える往復動圧縮機２１に係る。往復動圧縮機２１は、断熱部材２０の、作動軸１６が貫通している貫通穴内に設けられ、該貫通穴と作動軸１６との間の隙間を閉塞するシール部材１９をさらに備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮シリンダ内でピストンを往復動させて該圧縮シリンダ内にある気体を圧縮する往復動圧縮機に関する。特に、比較的低温の気体を圧縮する往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮シリンダ内でピストンを往復動させて、該圧縮シリンダ内の気体を圧縮する往復動圧縮機が知られている。
【０００３】
図３は、往復動圧縮機の断面図である。図３に示すように、往復動圧縮機１は、圧縮シリンダ２と、圧縮シリンダ２内のピストン３を往復動させるピストン駆動部４と、を備えている。
【０００４】
圧縮シリンダ２内は、ピストン３が往復移動することによって容積が変化する圧縮室２ａと、圧縮室２ａへ気体を吸気する吸気室５と、圧縮室２ａから気体を吐出する吐出室６）と、に分けられている。吸気室５から圧縮室２ａへ送られた気体がピストン３によって圧縮され、圧縮された気体が圧縮室２ａから吐出室６へ送られる。
【０００５】
往復動圧縮機１の、圧縮室２ａと吸気室５との連通部、および圧縮室２ａと吐出室６との連通部には開閉弁（以下、吸気弁７、吐出弁８）が配設されている。
【０００６】
吸気弁７には、吸気室５と圧縮室２ａとの圧力差により作動する逆止弁が用いられている。吸気弁７の構造および動作について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、閉じた状態にある吸気弁７の断面図であり、図４（ｂ）は、開いた状態にある吸気弁７の断面図である。
【０００７】
図４に示すように、吸気弁７は、吸気室５と圧縮室２ａとの連通部を塞ぐように吸気室５の内壁面に固定された弁座９を備えている。弁座９には吸気室５と圧縮室２ａとの間を連通する複数の連通孔１０が形成されている。
【０００８】
また、吸気弁７は、弁座９の圧縮室２ａ側に、連通孔１０の全てを覆うことが可能な弁板１１を備えている。弁板１１は、弁座９を貫通する弁軸１２を備えている。弁軸１２が弁座９の貫通穴をスライド移動することによって、弁板１１は吸気室５から圧縮室２ａへ向かう方向の前後に移動する。図４（ａ）に示すように、弁板１１が弁座９に接触している状態では、全ての連通孔１０は弁座９によって閉塞される。弁板１１が弁座９から離れる方向に移動することによって、連通孔１０が開放される（図４（ｂ））。
【０００９】
また、吸気弁７は、弁板１１を弁座９へ向かって付勢するコイルバネ１３を有する弁板押さえ１４を備えている。弁板押さえ１４は弁座９に対して固定されている。したがって、弁板１１にコイルバネ１３以外の力が作用していないときは、弁板１１はコイルバネ１３によって弁座９に押し付けられ、連通孔１０は閉塞される。
【００１０】
ピストン３（図３）が、圧縮室２ａの容積を縮小させる方向に移動するときには、圧縮室２ａ内の圧力は、吸気室５内の圧力と同じかそれよりも大きくなる。その結果、弁板１１は、コイルバネ１３の付勢力および圧縮室２ａ内の圧力により弁座９に押し付けられる（図４（ａ））。したがって、連通孔１０が閉塞され、圧縮室２ａから吸気室５へ向かって気体が流れなくなり、ピストン３により圧縮室２ａ内の気体が圧縮される。
【００１１】
また、ピストン３（図３）が圧縮室２ａの容積を拡大させる方向に移動するときには、圧縮室２ａ内の圧力は、吸気室５内の圧力よりも小さくなる。その結果、吸気室５内の気体は、コイルバネ１３および圧縮室２ａの気体が弁板１１に加える力よりも大きい力を弁板１１に加え、弁板１１は弁座９から離れる方向に移動する（図４（ｂ））。したがって、連通孔１０が開放され、吸気室５内の気体が圧縮室２ａへ吸気される。
【００１２】
このように吸気弁７が動作することによって、吸気室５から圧縮室２ａへ気体が吸気され、また圧縮室２ａ内で気体が圧縮される。図３に示すように、圧縮室２ａ内で気体が圧縮された後に吐出弁８が開放されることによって、圧縮された気体が圧縮室２ａから吐出室６へ送られる。
【００１３】
特許文献１や特許文献２では、気体を圧縮する往復動圧縮機であって、吸気弁を強制的に開放する吸気弁開放機構をさらに備えた往復動圧縮機が開示されている。以下、図５を用いて特許文献１や特許文献２に開示されている往復動圧縮機の説明をするが、図３，４と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】
図５は、特許文献１や特許文献２に開示されている吸気弁開放機構１５の断面図である。図５に示すように、吸気弁開放機構１５は、作動軸１６と、作動軸１６の軸方向へ作動軸１６を押圧する作動軸押圧装置１７と、を備えている。
【００１５】
作動軸押圧装置１７は吸気室５の外壁面に設置されており、作動軸１６は吸気室５の壁を貫通して作動軸押圧装置１７から弁軸１２まで設けられている。作動軸押圧装置１７が作動軸１６を押圧することによって、作動軸１６は弁板１１を弁座９から離す方向に弁軸１２および弁板１１を押圧する。
【００１６】
吸気室５の壁の、作動軸１６が貫通している貫通穴には、作動軸１６の移動を案内するための孔を有するホルダ部材１８が、該貫通穴とホルダ部材１８との間の隙間を封止するように設けられている。また、ホルダ部材１８の孔には、Ｏリングといった、作動軸１６と当該孔との間の隙間を閉塞するシール部材１９が設けられており、吸気室５の密閉性が確保されている。
【００１７】
コイルバネ１３および圧縮室２ａ内の気体が弁板１１に加える力よりも大きい力を作動軸押圧装置１７が弁板１１に加えることによって、弁板１１が弁座９から離される。すなわち、連通孔１０は圧縮室２ａ内の圧力にかかわらず強制的に開放される。
【００１８】
吸気弁開放機構１５を用いて吸気弁７を強制的に開放することによって、ピストン３が圧縮室２ａの容積を縮小させる方向に移動する場合であっても、圧縮室２ａ内の気体が吸気室５へ流れ、圧縮室２ａ内で気体が圧縮されなくなる。その結果、圧縮室２ａから吐出室６へ送られる気体の吐出量を減らすことができる。
【００１９】
連通孔１０の強制的な開放を解除する場合には、作動軸押圧装置１７は作動軸１６の押圧を停止する。弁板１１に作動軸押圧装置の力が加えられなくなり、弁板１１は圧縮室２ａと吸気室５との圧力差に応じて移動し、連通孔１０を開閉する。
【００２０】
特許文献１や特許文献２で開示されている吸気弁開放機構１５は、低温（例えば零下５０℃以下）の気体を圧縮する往復動圧縮機にも採用されている。
【００２１】
しかしながら、低温の気体を吸気室５から圧縮室２ａへ送る場合、吸気室５の温度も低下し、作動軸押圧装置１７の温度が低下する。作動軸押圧装置１７を円滑に動作させるために作動軸押圧装置１７に潤滑油が用いられている場合、作動軸押圧装置１７の温度低下に伴って潤滑油の温度が低下する。その結果、作動軸押圧装置１７が円滑に動作しなくなってしまうことがあった。
【００２２】
そこで、低温の気体を圧縮する往復動圧縮機においては、作動軸押圧装置１７は、図６に示すように吸気室５の壁に取り付けられている。図６は、低温の気体が流される吸気室５の壁に取り付けられた吸気弁開放機構１５の断面図である。作動軸押圧装置１７は、断熱部材２０を介して吸気室５の壁に取り付けられている。断熱部材２０によって吸気室５と作動軸押圧装置１７との間の熱の移動が抑制され、作動軸押圧装置１７および作動軸押圧装置１７の潤滑油の温度の低下を抑制することができる。その結果、作動軸押圧装置１７を円滑に動作させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】実開平０１−１２４３９１号公報
【特許文献２】特開平０９−２４２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、図６に示す構造では、ホルダ部材１８の孔にシール部材１９が設けられているため、吸気室５内に流される低温の気体の影響や吸気室５の温度の低下にシール部材１９の温度が低下する。
【００２５】
ホルダ部材１８を形成する材質よりも大きい熱膨張率を有する材質からシール部材１９がなる場合には、シール部材１９およびホルダ部材１８の温度の低下に伴ってシール部材１９はホルダ部材１８よりも大きく収縮する。その結果、シール部材１９とホルダ部材１８との間に隙間が形成され、吸気室５の気密性が低下する。
【００２６】
そのため、低温の気体を圧縮する往復動圧縮機１では、シール部材１９をホルダ部材１８の材質と同じ熱膨張率を有する材質で形成したり、シール部材１９やホルダ部材１８を加熱する加熱機器を設ける必要があった。シール部材１９の材質の制限や、加熱機器といった部品の追加により、往復動圧縮機１の製造コストが増加し、往復動圧縮機１の製造期間が長くなっていた。
【００２７】
そこで、本発明は、製造コストの増加や製造期間の延長を招くことなく、比較的低温の気体が流されても吸気室の気密性を確保することができる往復動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、圧縮室内でピストンを往復動させて該圧縮室内の気体を圧縮する往復動圧縮機であって、圧縮室、および該圧縮室に連通された吸気室の間の連通部を開閉する開閉弁と、吸気室の外壁面に固定され、吸気室の内外への熱の移動を抑制する断熱部材と、断熱部材および吸気室の壁を貫通して設けられ、開閉弁の開閉を行う作動軸と、を備える往復動圧縮機に係る。この態様において、断熱部材の、作動軸が貫通している貫通穴内に設けられ、該貫通穴と作動軸との間の隙間を閉塞するシール部材をさらに備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の往復動圧縮機によれば、製造コストの増加や製造期間の延長を招くことなく、比較的低温の気体を圧縮する場合においても吸気室の気密性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る往復動圧縮機の断面図である。
【図２】図１に示す往復動圧縮機に設けられた吸気弁開放機構の拡大断面図である。
【図３】従来の往復動圧縮機の断面図である。
【図４】吸気弁の構造および動作を説明するための断面図である。
【図５】図３に示す往復動圧縮機に設けられた吸気弁開放機構の拡大断面図である。
【図６】低温の気体を圧縮する往復動圧縮機に設けられた、従来の吸気弁開放機構の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明に係る往復動圧縮機について説明する。なお、図３ないし図６に示されるものと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態に係る往復動圧縮機の断面図である。図１に示すように、往復動圧縮機２１は、圧縮室２ａ、吸気室５および吐出室６を有する圧縮シリンダ２、ピストン３、ピストン駆動部４、吸気弁７並びに吐出弁８を備えている。
【００３３】
また、往復動圧縮機２１は、吸気弁７を強制的に開放し、圧縮室２ａから吐出室６へ送られる気体の吐出量を減らす吸気弁開放機構１５を備えている。図２は、吸気弁開放機構１５付近の拡大断面図である。
【００３４】
図２に示すように、吸気弁開放機構１５は、作動軸１６と、作動軸１６の軸方向へ作動軸１６を押圧する作動軸押圧装置１７と、を備えている。
【００３５】
作動軸押圧装置１７は、断熱部材２０を介して吸気室５の外壁面に取り付けられている。作動軸１６は、断熱部材２０および吸気室５の壁を貫通して作動軸押圧装置１７から吸気弁７まで設けられている。
【００３６】
作動軸押圧装置１７が作動軸１６を押圧することによって、作動軸１６は吸気弁７を強制的に開放する。吸気弁７を閉じる場合には、吸気弁開放機構１５は、作動軸１６の押圧を停止する。
【００３７】
本実施形態で採用されている作動軸押圧装置１７の構造および動作について説明する。作動軸押圧装置１７は、作動流体を内部に取り込むことによって作動軸１６を押圧する力を変化させるものである。
【００３８】
このような作動軸押圧装置１７の駆動方法には、Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式とＧａｓ ｔｏ ｕｎｌｏａｄ方式の大きく２種類に分けられる。
【００３９】
Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式は、作動軸押圧装置１７内に作動流体を送っている場合には作動軸１６への押圧力が小さくなり、作動流体を作動軸押圧装置１７内から抜いた場合に作動軸１６への押圧力が大きくなる方式である。すなわち、作動流体を作動軸押圧装置１７内へ送っている状態では吸気弁開放機構１５が吸気弁７を強制的に開放せず、往復動圧縮機２１（図１）は圧縮室２ａ内で気体を圧縮する（ｌｏａｄ）。
【００４０】
Ｇａｓ ｔｏ ｕｎｌｏａｄ方式は、吸気弁７を強制的に開放する場合に作動流体を作動軸押圧装置１７へ送る方式である。すなわち、作動流体を作動軸押圧装置１７内へ送っている状態では吸気弁開放機構１５が吸気弁７を強制的に開放し、往復動圧縮機２１（図１）は圧縮室２ａ内で気体を圧縮しなくなる（ｕｎｌｏａｄ）。
【００４１】
この二つの方式の中でも、一般的に機械の安全性を考慮し、Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式を用いる場合が多い。本実施形態の作動軸押圧装置１７にはＧａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式が用いられている。
【００４２】
Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式の作動軸押圧装置１７のケーシング２２内にはコイルバネ２３が設けられている。コイルバネ２３は作動軸１６の軸方向の延長上に配置されている。また、コイルバネ２３の伸縮方向は作動軸１６の軸方向と一致しており、コイルバネ２３の、作動軸１６側とは反対側の端部はケーシング２２に固定されている。
【００４３】
さらに、作動軸押圧装置１７は、コイルバネ２３の復元力を作動軸１６へ伝える押圧棒２４を備えている。押圧棒２４はケーシング２２を貫通してコイルバネ２３と作動軸１６との間に配置されている。
【００４４】
ケーシング２２の、押圧棒２４が貫通している貫通穴には、Ｏリングといったシール部材２５が設けられている。シール部材２５により、作動流体がケーシング２２内から外部へ漏出しないようになっている。
【００４５】
コイルバネ２３と押圧棒２４との間にはバネ押さえ２６が配置されており、コイルバネ２３は自然長よりも縮められている。したがって、コイルバネ２３の復元力によりバネ押さえ１２および押圧棒２４が押圧されて作動軸１６が押圧される。
【００４６】
作動軸押圧装置１７は、作動流体が作動軸押圧装置１７の内部に送られることによってコイルバネ２３が縮められる構造を有している。具体的には、作動軸１６とバネ押さえ２６との間に作動流体が送られ、バネ押さえ２６は作動流体の圧力によってバネ押さえ２６からコイルバネ２３へ向かう方向へ力を受ける。すなわち、コイルバネ２３の復元力が作動流体の圧力により相殺されて、コイルバネ２３の作動軸１６への押圧力が弱められる。その結果、作動軸１６が吸気弁７を押圧しなくなり、吸気弁７が閉塞される。
【００４７】
吸気弁７を開く場合には、作動軸押圧装置１７への作動流体の供給が停止され、また作動軸押圧装置１７内の作動流体が抜かれる。その結果、コイルバネ２３を縮める方向の力がコイルバネ２３へ加えられなくなり、コイルバネ２３の復元力により作動軸１６が押圧される。作動軸１６により吸気弁７が押圧されて吸気弁７が開放される。
【００４８】
次に、吸気室５の密閉性を確保する構造について説明する。
【００４９】
吸気室５の外壁面には、吸気室５の内外への熱の移動を抑制する断熱部材２０が、例えばボルトを用いて断熱部材２０と吸気室５との間の隙間を封止するように強固に固定されている。断熱部材２０と吸気室５との間に、ガスケットやパテといった封止部材（不図示）を用いて断熱部材２０と吸気室５との間の密閉性を高めてもよい。
【００５０】
また、断熱部材２０の、作動軸１６が貫通している貫通穴には、Ｏリングといった、作動軸１６と当該貫通穴との間の隙間を閉塞するシール部材１９が設けられている。
【００５１】
断熱部材２０と吸気室５との間が封止され、かつ断熱部材２０の貫通穴と作動軸１６との間が閉塞されることによって、吸気室５の密閉性が確保されている。
【００５２】
シール部材１９は断熱部材２０の貫通穴に設けられているため、吸気室５の壁とシール部材１９との間で熱の移動が抑制される。すなわち、吸気室５に比較的低温の気体が送られて吸気室５の壁の温度が低下しても、シール部材１９の温度は低下しない。
【００５３】
そのため、断熱部材２０を形成する材質と異なる熱膨張率を有する材質でシール部材１９が形成され、かつシール部材１９を加熱する加熱機器が往復動圧縮機２１（図１）に設けられていなくても、吸気室５の気密性を確保することができる。したがって、シール部材１９の材質の制限がなく、加熱機器といった部品が増加しないため、往復動圧縮機１の製造コストを削減し、往復動圧縮機１の製造期間を短縮することができる。
【００５４】
特に、気体の温度が零下５０℃以下である場合には、図６に示す従来の構造では、シール部材１９およびホルダ部材１８の温度が低下してシール部材１９とホルダ部材２８との間の隙間が拡大し、吸気室５内の気体が該隙間から漏出することが知られている。本実施形態では、シール部材１９が断熱部材２０に設けられているため、気体の温度が零下５０℃以下であってもシール部材１９の温度が低下することがなく、吸気室５の気密性を確保することができる。
【００５５】
また、断熱部材２０のうちの、作動軸押圧装置１７が設けられている側にシール部材１９を設けることによって、吸気室５の温度の影響をより抑制することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態では、断熱部材２０の、貫通穴軸方向と垂直に交わる面で切断された断面であって貫通穴軸方向の中心付近の位置における断面（Ａ−Ａ断面）の面積は、断熱部材２０の、吸気室５の壁に接触している吸気室側面２０ａの面積よりも小さくなっている。これは、断熱部材２０の、吸気室５から作動軸押圧装置１７への熱伝達面積をより小さくし、吸気室５と作動軸押圧装置１７との間の熱移動を抑制するためである。吸気室５の壁に接触している面の面積をより大きくすることによって、断熱部材２０を吸気室５の壁へより強固に固定することができる。
【００５７】
断熱部材２０の、作動軸押圧装置１７に接触している押圧装置側面２０ｂの面積を、Ａ−Ａ断面の面積よりも大きくしてもよい。この場合、作動軸押圧装置１７を断熱部材２０へより強固に固定することができる。本実施形態では、吸気室側面２０ａの面積と押圧装置側面２０ｂの面積は、ほぼ同じ大きさになっている。
【００５８】
なお、本実施形態ではＧａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式の作動軸押圧装置１７を用いた往復動圧縮機２１について説明したが、作動軸押圧装置１７はＧａｓ ｔｏ ｕｎｌｏａｄ方式のものでもよい。また、作動軸押圧装置１７として、作動流体を用いないもの、例えば電気モータによって作動軸１６を押圧させるものでもよい。
【００５９】
さらに、本実施形態では、作動軸１６により吸気弁７を押圧して吸気弁７を強制的に開放する機構が用いられているが、作動軸１６を吸気弁７に連結して作動軸１６を移動させることによって吸気弁７の開閉を行う機構を用いてもよい。作動軸１６が吸気弁７に連結されている機構では、作動軸押圧装置１７の代わりに作動軸１６を移動させる作動装置が用いられる。
【００６０】
本実施形態に係る往復動圧縮機２１の、作動軸押圧装置１７と断熱部材２０との間に、熱を吸収する吸熱部材２７を設け、作動軸１６が吸熱部材２７を貫通していてもよい。さらに、シール部材１９を、吸熱部材２７の、作動軸１６が貫通している貫通穴に設けてもよい。
【００６１】
吸熱部材２７は、熱伝導率が比較的高い材料で作られている。したがって、吸気室５の外側や作動軸押圧装置１７の外側から熱を吸入しやすいため、吸気室５の温度の低下による作動軸押圧装置１７の冷却が抑制される。また、吸熱部材２７の貫通穴にシール部材１９を設けることによって、シール部材１９の冷却をより抑制することができる。
【００６２】
吸熱部材２７はケーシング２２の周囲の外気に接触する複数の吸熱孔２８が形成された吸熱板２９を有している。吸熱孔２８が形成されていることによって吸熱板２９の表面積がより広くなり、吸熱部材２７の吸熱作用をより高めることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、低温の気体が流される吸気室５の気密性を確保する構造について説明したが、本発明は、吐出室６の気密性を確保する構造や、比較的高温の気体が流される往復動圧縮機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
２ 圧縮シリンダ
２ａ 圧縮室
３ ピストン
５ 吸気室
６ 吐出室
７ 吸気弁
８ 吐出弁
１５ 吸気弁開放機構
１６ 作動軸
１７ 作動軸押圧装置
１９ シール部材
２０ 断熱部材
２１ 往復動圧縮機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮シリンダ内でピストンを往復動させて該圧縮シリンダ内にある気体を圧縮する往復動圧縮機に関する。特に、比較的低温の気体を圧縮する往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮シリンダ内でピストンを往復動させて、該圧縮シリンダ内の気体を圧縮する往復動圧縮機が知られている。
【０００３】
図３は、往復動圧縮機の断面図である。図３に示すように、往復動圧縮機１は、圧縮シリンダ２と、圧縮シリンダ２内のピストン３を往復動させるピストン駆動部４と、を備えている。
【０００４】
圧縮シリンダ２内は、ピストン３が往復移動することによって容積が変化する圧縮室２ａと、圧縮室２ａへ気体を吸気する吸気室５と、圧縮室２ａから気体を吐出する吐出室６）と、に分けられている。吸気室５から圧縮室２ａへ送られた気体がピストン３によって圧縮され、圧縮された気体が圧縮室２ａから吐出室６へ送られる。
【０００５】
往復動圧縮機１の、圧縮室２ａと吸気室５との連通部、および圧縮室２ａと吐出室６との連通部には開閉弁（以下、吸気弁７、吐出弁８）が配設されている。
【０００６】
吸気弁７には、吸気室５と圧縮室２ａとの圧力差により作動する逆止弁が用いられている。吸気弁７の構造および動作について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、閉じた状態にある吸気弁７の断面図であり、図４（ｂ）は、開いた状態にある吸気弁７の断面図である。
【０００７】
図４に示すように、吸気弁７は、吸気室５と圧縮室２ａとの連通部を塞ぐように吸気室５の内壁面に固定された弁座９を備えている。弁座９には吸気室５と圧縮室２ａとの間を連通する複数の連通孔１０が形成されている。
【０００８】
また、吸気弁７は、弁座９の圧縮室２ａ側に、連通孔１０の全てを覆うことが可能な弁板１１を備えている。弁板１１は、弁座９を貫通する弁軸１２を備えている。弁軸１２が弁座９の貫通穴をスライド移動することによって、弁板１１は吸気室５から圧縮室２ａへ向かう方向の前後に移動する。図４（ａ）に示すように、弁板１１が弁座９に接触している状態では、全ての連通孔１０は弁座９によって閉塞される。弁板１１が弁座９から離れる方向に移動することによって、連通孔１０が開放される（図４（ｂ））。
【０００９】
また、吸気弁７は、弁板１１を弁座９へ向かって付勢するコイルバネ１３を有する弁板押さえ１４を備えている。弁板押さえ１４は弁座９に対して固定されている。したがって、弁板１１にコイルバネ１３以外の力が作用していないときは、弁板１１はコイルバネ１３によって弁座９に押し付けられ、連通孔１０は閉塞される。
【００１０】
ピストン３（図３）が、圧縮室２ａの容積を縮小させる方向に移動するときには、圧縮室２ａ内の圧力は、吸気室５内の圧力と同じかそれよりも大きくなる。その結果、弁板１１は、コイルバネ１３の付勢力および圧縮室２ａ内の圧力により弁座９に押し付けられる（図４（ａ））。したがって、連通孔１０が閉塞され、圧縮室２ａから吸気室５へ向かって気体が流れなくなり、ピストン３により圧縮室２ａ内の気体が圧縮される。
【００１１】
また、ピストン３（図３）が圧縮室２ａの容積を拡大させる方向に移動するときには、圧縮室２ａ内の圧力は、吸気室５内の圧力よりも小さくなる。その結果、吸気室５内の気体は、コイルバネ１３および圧縮室２ａの気体が弁板１１に加える力よりも大きい力を弁板１１に加え、弁板１１は弁座９から離れる方向に移動する（図４（ｂ））。したがって、連通孔１０が開放され、吸気室５内の気体が圧縮室２ａへ吸気される。
【００１２】
このように吸気弁７が動作することによって、吸気室５から圧縮室２ａへ気体が吸気され、また圧縮室２ａ内で気体が圧縮される。図３に示すように、圧縮室２ａ内で気体が圧縮された後に吐出弁８が開放されることによって、圧縮された気体が圧縮室２ａから吐出室６へ送られる。
【００１３】
特許文献１や特許文献２では、気体を圧縮する往復動圧縮機であって、吸気弁を強制的に開放する吸気弁開放機構をさらに備えた往復動圧縮機が開示されている。以下、図５を用いて特許文献１や特許文献２に開示されている往復動圧縮機の説明をするが、図３，４と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】
図５は、特許文献１や特許文献２に開示されている吸気弁開放機構１５の断面図である。図５に示すように、吸気弁開放機構１５は、作動軸１６と、作動軸１６の軸方向へ作動軸１６を押圧する作動軸押圧装置１７と、を備えている。
【００１５】
作動軸押圧装置１７は吸気室５の外壁面に設置されており、作動軸１６は吸気室５の壁を貫通して作動軸押圧装置１７から弁軸１２まで設けられている。作動軸押圧装置１７が作動軸１６を押圧することによって、作動軸１６は弁板１１を弁座９から離す方向に弁軸１２および弁板１１を押圧する。
【００１６】
吸気室５の壁の、作動軸１６が貫通している貫通穴には、作動軸１６の移動を案内するための孔を有するホルダ部材１８が、該貫通穴とホルダ部材１８との間の隙間を封止するように設けられている。また、ホルダ部材１８の孔には、Ｏリングといった、作動軸１６と当該孔との間の隙間を閉塞するシール部材１９が設けられており、吸気室５の密閉性が確保されている。
【００１７】
コイルバネ１３および圧縮室２ａ内の気体が弁板１１に加える力よりも大きい力を作動軸押圧装置１７が弁板１１に加えることによって、弁板１１が弁座９から離される。すなわち、連通孔１０は圧縮室２ａ内の圧力にかかわらず強制的に開放される。
【００１８】
吸気弁開放機構１５を用いて吸気弁７を強制的に開放することによって、ピストン３が圧縮室２ａの容積を縮小させる方向に移動する場合であっても、圧縮室２ａ内の気体が吸気室５へ流れ、圧縮室２ａ内で気体が圧縮されなくなる。その結果、圧縮室２ａから吐出室６へ送られる気体の吐出量を減らすことができる。
【００１９】
連通孔１０の強制的な開放を解除する場合には、作動軸押圧装置１７は作動軸１６の押圧を停止する。弁板１１に作動軸押圧装置の力が加えられなくなり、弁板１１は圧縮室２ａと吸気室５との圧力差に応じて移動し、連通孔１０を開閉する。
【００２０】
特許文献１や特許文献２で開示されている吸気弁開放機構１５は、低温（例えば零下５０℃以下）の気体を圧縮する往復動圧縮機にも採用されている。
【００２１】
しかしながら、低温の気体を吸気室５から圧縮室２ａへ送る場合、吸気室５の温度も低下し、作動軸押圧装置１７の温度が低下する。作動軸押圧装置１７を円滑に動作させるために作動軸押圧装置１７に潤滑油が用いられている場合、作動軸押圧装置１７の温度低下に伴って潤滑油の温度が低下する。その結果、作動軸押圧装置１７が円滑に動作しなくなってしまうことがあった。
【００２２】
そこで、低温の気体を圧縮する往復動圧縮機においては、作動軸押圧装置１７は、図６に示すように吸気室５の壁に取り付けられている。図６は、低温の気体が流される吸気室５の壁に取り付けられた吸気弁開放機構１５の断面図である。作動軸押圧装置１７は、断熱部材２０を介して吸気室５の壁に取り付けられている。断熱部材２０によって吸気室５と作動軸押圧装置１７との間の熱の移動が抑制され、作動軸押圧装置１７および作動軸押圧装置１７の潤滑油の温度の低下を抑制することができる。その結果、作動軸押圧装置１７を円滑に動作させることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】実開平０１−１２４３９１号公報
【特許文献２】特開平０９−２４２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、図６に示す構造では、ホルダ部材１８の孔にシール部材１９が設けられているため、吸気室５内に流される低温の気体の影響や吸気室５の温度の低下にシール部材１９の温度が低下する。
【００２５】
ホルダ部材１８を形成する材質よりも大きい熱膨張率を有する材質からシール部材１９がなる場合には、シール部材１９およびホルダ部材１８の温度の低下に伴ってシール部材１９はホルダ部材１８よりも大きく収縮する。その結果、シール部材１９とホルダ部材１８との間に隙間が形成され、吸気室５の気密性が低下する。
【００２６】
そのため、低温の気体を圧縮する往復動圧縮機１では、シール部材１９をホルダ部材１８の材質と同じ熱膨張率を有する材質で形成したり、シール部材１９やホルダ部材１８を加熱する加熱機器を設ける必要があった。シール部材１９の材質の制限や、加熱機器といった部品の追加により、往復動圧縮機１の製造コストが増加し、往復動圧縮機１の製造期間が長くなっていた。
【００２７】
そこで、本発明は、製造コストの増加や製造期間の延長を招くことなく、比較的低温の気体が流されても吸気室の気密性を確保することができる往復動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、圧縮室内でピストンを往復動させて該圧縮室内の気体を圧縮する往復動圧縮機であって、圧縮室、および該圧縮室に連通された吸気室の間の連通部を開閉する開閉弁と、吸気室の外壁面に固定され、吸気室の内外への熱の移動を抑制する断熱部材と、断熱部材および吸気室の壁を貫通して設けられ、開閉弁の開閉を行う作動軸と、を備える往復動圧縮機に係る。この態様において、断熱部材の、作動軸が貫通している貫通穴内に設けられ、該貫通穴と作動軸との間の隙間を閉塞するシール部材をさらに備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の往復動圧縮機によれば、製造コストの増加や製造期間の延長を招くことなく、比較的低温の気体を圧縮する場合においても吸気室の気密性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る往復動圧縮機の断面図である。
【図２】図１に示す往復動圧縮機に設けられた吸気弁開放機構の拡大断面図である。
【図３】従来の往復動圧縮機の断面図である。
【図４】吸気弁の構造および動作を説明するための断面図である。
【図５】図３に示す往復動圧縮機に設けられた吸気弁開放機構の拡大断面図である。
【図６】低温の気体を圧縮する往復動圧縮機に設けられた、従来の吸気弁開放機構の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明に係る往復動圧縮機について説明する。なお、図３ないし図６に示されるものと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態に係る往復動圧縮機の断面図である。図１に示すように、往復動圧縮機２１は、圧縮室２ａ、吸気室５および吐出室６を有する圧縮シリンダ２、ピストン３、ピストン駆動部４、吸気弁７並びに吐出弁８を備えている。
【００３３】
また、往復動圧縮機２１は、吸気弁７を強制的に開放し、圧縮室２ａから吐出室６へ送られる気体の吐出量を減らす吸気弁開放機構１５を備えている。図２は、吸気弁開放機構１５付近の拡大断面図である。
【００３４】
図２に示すように、吸気弁開放機構１５は、作動軸１６と、作動軸１６の軸方向へ作動軸１６を押圧する作動軸押圧装置１７と、を備えている。
【００３５】
作動軸押圧装置１７は、断熱部材２０を介して吸気室５の外壁面に取り付けられている。作動軸１６は、断熱部材２０および吸気室５の壁を貫通して作動軸押圧装置１７から吸気弁７まで設けられている。
【００３６】
作動軸押圧装置１７が作動軸１６を押圧することによって、作動軸１６は吸気弁７を強制的に開放する。吸気弁７を閉じる場合には、吸気弁開放機構１５は、作動軸１６の押圧を停止する。
【００３７】
本実施形態で採用されている作動軸押圧装置１７の構造および動作について説明する。作動軸押圧装置１７は、作動流体を内部に取り込むことによって作動軸１６を押圧する力を変化させるものである。
【００３８】
このような作動軸押圧装置１７の駆動方法には、Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式とＧａｓ ｔｏ ｕｎｌｏａｄ方式の大きく２種類に分けられる。
【００３９】
Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式は、作動軸押圧装置１７内に作動流体を送っている場合には作動軸１６への押圧力が小さくなり、作動流体を作動軸押圧装置１７内から抜いた場合に作動軸１６への押圧力が大きくなる方式である。すなわち、作動流体を作動軸押圧装置１７内へ送っている状態では吸気弁開放機構１５が吸気弁７を強制的に開放せず、往復動圧縮機２１（図１）は圧縮室２ａ内で気体を圧縮する（ｌｏａｄ）。
【００４０】
Ｇａｓ ｔｏ ｕｎｌｏａｄ方式は、吸気弁７を強制的に開放する場合に作動流体を作動軸押圧装置１７へ送る方式である。すなわち、作動流体を作動軸押圧装置１７内へ送っている状態では吸気弁開放機構１５が吸気弁７を強制的に開放し、往復動圧縮機２１（図１）は圧縮室２ａ内で気体を圧縮しなくなる（ｕｎｌｏａｄ）。
【００４１】
この二つの方式の中でも、一般的に機械の安全性を考慮し、Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式を用いる場合が多い。本実施形態の作動軸押圧装置１７にはＧａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式が用いられている。
【００４２】
Ｇａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式の作動軸押圧装置１７のケーシング２２内にはコイルバネ２３が設けられている。コイルバネ２３は作動軸１６の軸方向の延長上に配置されている。また、コイルバネ２３の伸縮方向は作動軸１６の軸方向と一致しており、コイルバネ２３の、作動軸１６側とは反対側の端部はケーシング２２に固定されている。
【００４３】
さらに、作動軸押圧装置１７は、コイルバネ２３の復元力を作動軸１６へ伝える押圧棒２４を備えている。押圧棒２４はケーシング２２を貫通してコイルバネ２３と作動軸１６との間に配置されている。
【００４４】
ケーシング２２の、押圧棒２４が貫通している貫通穴には、Ｏリングといったシール部材２５が設けられている。シール部材２５により、作動流体がケーシング２２内から外部へ漏出しないようになっている。
【００４５】
コイルバネ２３と押圧棒２４との間にはバネ押さえ２６が配置されており、コイルバネ２３は自然長よりも縮められている。したがって、コイルバネ２３の復元力によりバネ押さえ１２および押圧棒２４が押圧されて作動軸１６が押圧される。
【００４６】
作動軸押圧装置１７は、作動流体が作動軸押圧装置１７の内部に送られることによってコイルバネ２３が縮められる構造を有している。具体的には、作動軸１６とバネ押さえ２６との間に作動流体が送られ、バネ押さえ２６は作動流体の圧力によってバネ押さえ２６からコイルバネ２３へ向かう方向へ力を受ける。すなわち、コイルバネ２３の復元力が作動流体の圧力により相殺されて、コイルバネ２３の作動軸１６への押圧力が弱められる。その結果、作動軸１６が吸気弁７を押圧しなくなり、吸気弁７が閉塞される。
【００４７】
吸気弁７を開く場合には、作動軸押圧装置１７への作動流体の供給が停止され、また作動軸押圧装置１７内の作動流体が抜かれる。その結果、コイルバネ２３を縮める方向の力がコイルバネ２３へ加えられなくなり、コイルバネ２３の復元力により作動軸１６が押圧される。作動軸１６により吸気弁７が押圧されて吸気弁７が開放される。
【００４８】
次に、吸気室５の密閉性を確保する構造について説明する。
【００４９】
吸気室５の外壁面には、吸気室５の内外への熱の移動を抑制する断熱部材２０が、例えばボルトを用いて断熱部材２０と吸気室５との間の隙間を封止するように強固に固定されている。断熱部材２０と吸気室５との間に、ガスケットやパテといった封止部材（不図示）を用いて断熱部材２０と吸気室５との間の密閉性を高めてもよい。
【００５０】
また、断熱部材２０の、作動軸１６が貫通している貫通穴には、Ｏリングといった、作動軸１６と当該貫通穴との間の隙間を閉塞するシール部材１９が設けられている。
【００５１】
断熱部材２０と吸気室５との間が封止され、かつ断熱部材２０の貫通穴と作動軸１６との間が閉塞されることによって、吸気室５の密閉性が確保されている。
【００５２】
シール部材１９は断熱部材２０の貫通穴に設けられているため、吸気室５の壁とシール部材１９との間で熱の移動が抑制される。すなわち、吸気室５に比較的低温の気体が送られて吸気室５の壁の温度が低下しても、シール部材１９の温度は低下しない。
【００５３】
そのため、断熱部材２０を形成する材質と異なる熱膨張率を有する材質でシール部材１９が形成され、かつシール部材１９を加熱する加熱機器が往復動圧縮機２１（図１）に設けられていなくても、吸気室５の気密性を確保することができる。したがって、シール部材１９の材質の制限がなく、加熱機器といった部品が増加しないため、往復動圧縮機１の製造コストを削減し、往復動圧縮機１の製造期間を短縮することができる。
【００５４】
特に、気体の温度が零下５０℃以下である場合には、図６に示す従来の構造では、シール部材１９およびホルダ部材１８の温度が低下してシール部材１９とホルダ部材２８との間の隙間が拡大し、吸気室５内の気体が該隙間から漏出することが知られている。本実施形態では、シール部材１９が断熱部材２０に設けられているため、気体の温度が零下５０℃以下であってもシール部材１９の温度が低下することがなく、吸気室５の気密性を確保することができる。
【００５５】
また、断熱部材２０のうちの、作動軸押圧装置１７が設けられている側にシール部材１９を設けることによって、吸気室５の温度の影響をより抑制することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態では、断熱部材２０の、貫通穴軸方向と垂直に交わる面で切断された断面であって貫通穴軸方向の中心付近の位置における断面（Ａ−Ａ断面）の面積は、断熱部材２０の、吸気室５の壁に接触している吸気室側面２０ａの面積よりも小さくなっている。これは、断熱部材２０の、吸気室５から作動軸押圧装置１７への熱伝達面積をより小さくし、吸気室５と作動軸押圧装置１７との間の熱移動を抑制するためである。吸気室５の壁に接触している面の面積をより大きくすることによって、断熱部材２０を吸気室５の壁へより強固に固定することができる。
【００５７】
断熱部材２０の、作動軸押圧装置１７に接触している押圧装置側面２０ｂの面積を、Ａ−Ａ断面の面積よりも大きくしてもよい。この場合、作動軸押圧装置１７を断熱部材２０へより強固に固定することができる。本実施形態では、吸気室側面２０ａの面積と押圧装置側面２０ｂの面積は、ほぼ同じ大きさになっている。
【００５８】
なお、本実施形態ではＧａｓ ｔｏ ｌｏａｄ方式の作動軸押圧装置１７を用いた往復動圧縮機２１について説明したが、作動軸押圧装置１７はＧａｓ ｔｏ ｕｎｌｏａｄ方式のものでもよい。また、作動軸押圧装置１７として、作動流体を用いないもの、例えば電気モータによって作動軸１６を押圧させるものでもよい。
【００５９】
さらに、本実施形態では、作動軸１６により吸気弁７を押圧して吸気弁７を強制的に開放する機構が用いられているが、作動軸１６を吸気弁７に連結して作動軸１６を移動させることによって吸気弁７の開閉を行う機構を用いてもよい。作動軸１６が吸気弁７に連結されている機構では、作動軸押圧装置１７の代わりに作動軸１６を移動させる作動装置が用いられる。
【００６０】
本実施形態に係る往復動圧縮機２１の、作動軸押圧装置１７と断熱部材２０との間に、熱を吸収する吸熱部材２７を設け、作動軸１６が吸熱部材２７を貫通していてもよい。さらに、シール部材１９を、吸熱部材２７の、作動軸１６が貫通している貫通穴に設けてもよい。
【００６１】
吸熱部材２７は、熱伝導率が比較的高い材料で作られている。したがって、吸気室５の外側や作動軸押圧装置１７の外側から熱を吸入しやすいため、吸気室５の温度の低下による作動軸押圧装置１７の冷却が抑制される。また、吸熱部材２７の貫通穴にシール部材１９を設けることによって、シール部材１９の冷却をより抑制することができる。
【００６２】
吸熱部材２７はケーシング２２の周囲の外気に接触する複数の吸熱孔２８が形成された吸熱板２９を有している。吸熱孔２８が形成されていることによって吸熱板２９の表面積がより広くなり、吸熱部材２７の吸熱作用をより高めることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、低温の気体が流される吸気室５の気密性を確保する構造について説明したが、本発明は、吐出室６の気密性を確保する構造や、比較的高温の気体が流される往復動圧縮機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
２ 圧縮シリンダ
２ａ 圧縮室
３ ピストン
５ 吸気室
６ 吐出室
７ 吸気弁
８ 吐出弁
１５ 吸気弁開放機構
１６ 作動軸
１７ 作動軸押圧装置
１９ シール部材
２０ 断熱部材
２１ 往復動圧縮機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮室内でピストンを往復動させて該圧縮室内の気体を圧縮する往復動圧縮機であって、
前記圧縮室、および該圧縮室に連通された吸気室の間の連通部を開閉する開閉弁と、
前記吸気室の外壁面に固定され、前記吸気室の内外への熱の移動を抑制する断熱部材と、
前記断熱部材および前記吸気室の壁を貫通して設けられ、前記開閉弁の開閉を行う作動軸と、を備える往復動圧縮機において、
前記断熱部材の、前記作動軸が貫通している貫通穴内に設けられ、該貫通穴と前記作動軸との間の隙間を閉塞するシール部材をさらに備えていることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
前記シール部材は、前記貫通穴の、前記吸気室側の端部とは反対側の端部に設けられている、請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記断熱部材の、前記吸気室が設けられている側とは反対の側に、前記作動軸を駆動させる作動装置をさらに備え、
前記断熱部材の、前記貫通穴の軸方向と交わる面で切断された断面であって該軸方向の中心付近の位置における断面の面積が、断熱部材の、前記吸気室の壁と接触している吸気室側面の面積よりも小さくなっている、請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
【請求項４】
前記吸気室には零下５０℃以下の気体が流される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の往復動圧縮機。
【請求項１】
圧縮室内でピストンを往復動させて該圧縮室内の気体を圧縮する往復動圧縮機であって、
前記圧縮室、および該圧縮室に連通された吸気室の間の連通部を開閉する開閉弁と、
前記吸気室の外壁面に固定され、前記吸気室の内外への熱の移動を抑制する断熱部材と、
前記断熱部材および前記吸気室の壁を貫通して設けられ、前記開閉弁の開閉を行う作動軸と、を備える往復動圧縮機において、
前記断熱部材の、前記作動軸が貫通している貫通穴内に設けられ、該貫通穴と前記作動軸との間の隙間を閉塞するシール部材をさらに備えていることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
前記シール部材は、前記貫通穴の、前記吸気室側の端部とは反対側の端部に設けられている、請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記断熱部材の、前記吸気室が設けられている側とは反対の側に、前記作動軸を駆動させる作動装置をさらに備え、
前記断熱部材の、前記貫通穴の軸方向と交わる面で切断された断面であって該軸方向の中心付近の位置における断面の面積が、断熱部材の、前記吸気室の壁と接触している吸気室側面の面積よりも小さくなっている、請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
【請求項４】
前記吸気室には零下５０℃以下の気体が流される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の往復動圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６８１１４（Ｐ２０１３−６８１１４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５８７８（Ｐ２０１１−２０５８７８）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
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