JP2009293384A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】
圧縮機の運転中、停止中に係わらずクランクシャフト軸貫通部のシール性を高めてフレームからのガス漏洩を防止した圧縮機を提供する。
【解決手段】
圧縮シリンダと、前記圧縮シリンダを駆動するクランク機構部を内蔵したフレームを備えた圧縮機において、前記クランク機構部は、前記フレームを貫通するクランクシャフトと、前記フレームとクランクシャフトに介在して両者を気密に保つシール部材と、クランクシャフトを枢支するメインベアリングと、クランクシャフトの内部に形成され潤滑油を所定圧力で前記フレームとクランクシャフトの間、及び前記メインベアリングに供給する油路と、前記油路を通った潤滑油を前記メインベアリングに吹付けて給油するオリフィスからなり、前記オリフィスに所定の油圧で開放し油圧低下により閉じる逆止弁を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、可燃ガス等を扱う圧縮機に関し、特に３０ＭＰａを超えるような高圧で吐出する小容量高圧の圧縮機のシール構造に関する。

現在、水素燃料電池自動車はガソリン車並の航続距離を達成する為に、燃料タンクへの水素ガス充填圧力は７０ＭＰａが必要であるとされており、このために軽量ガスの昇圧に優れた往復圧縮機が選定されている。３０ＭＰａを超える高圧の往復圧縮機では、一般的に圧縮動作で高圧となるシリンダ部分からフレーム部分へ圧縮の漏れガスや潤滑油のフレームへの混入を防止するため、両者間に高いシール性を持たせるため、特許件文献１に示されるような筒状ケース等からなるディスタンスピースが設置されている。

ところが、ディスタンスピースが付いている圧縮機は寸法が大きくなり、水素ステーション用水素圧縮機としてコンパクト性が要求されるガソリンスタンド等での使用には不適である。このため、水素圧縮機はディスタンスピースを設置しない構造が望まれる。

特開２００５−３３０９２６号公報

しかし、小型化のためにディスタンスピースを取り去ると、シール性が失われるため、高圧状態のシリンダ部分から漏れた水素ガスがフレーム内部へ流れ込み易くなる。そして、水素ガスがフレーム内で高圧になると、フレーム内のクランクシャフトとモータとの接続のための軸貫通部から、外部へ漏れ出す恐れがあるため、安全性・経済性で問題となる可能性がある。

即ち、フレーム内は、クランクシャフト内の油路から供給された潤滑油を同シャフトと軸受間に均一に介在させて気密性を保持しており、更にクランクシャフトを受けるメインベアリングには、上記油路を通った潤滑油を同シャフトに設けたオリフィスから吹付けることにより潤滑を行っている。このため、圧縮機停止によりクランクシャフトが軸受内で停止し、しかも上記オリフスが下側に位置する角度に停止すると、重力の作用で上記オリフィスから潤滑油が滴下する恐れがある。この滴下により、クランクシャフトと軸受との間の潤滑油の油面が降下して両者間に潤滑油が均一に介在しなくなり、機密性が損なわれる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、圧縮機の運転中、停止中に係わらずクランクシャフト軸貫通部のシール性を高めてフレームからのガス漏洩を防止した圧縮機を提供するものである。

本発明は、圧縮シリンダと、前記圧縮シリンダを駆動するクランク機構部を内蔵したフレームを備えた圧縮機において、前記クランク機構部は、前記フレームを貫通するクランクシャフトと、前記フレームとクランクシャフトに介在して両者を気密に保つシール部材と、クランクシャフトを枢支するメインベアリングと、クランクシャフトの内部に形成され潤滑油を所定圧力で前記フレームとクランクシャフトの間、及び前記メインベアリングに供給する油路と、前記油路を通った潤滑油を前記メインベアリングに吹付けて給油するオリフィスからなり、前記オリフィスに所定の油圧で開放し油圧低下により閉じる逆止弁を設けたことを特徴とする。

また、前記逆止弁は、逆止弁ボールとこのボールを前記オリフィスを閉じる方向に付勢する逆止弁バネを備え、所定の油圧により前記逆止弁バネが収縮して前記オリフィスを開き、油圧低下により前記逆止弁バネの付勢で前記オリフィスを閉じるように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、クランクシャフト軸貫通部に効果的な軸封構造を設置することにより、圧縮機の運転中・停止中に関らず、圧縮部からフレーム内に漏れ込む水素ガスの外部への漏洩を防止できる。しかも圧縮機の小型化を維持したまま、安全性を高め、経済性を高めることができる。

以下、実施例について説明する。図１は水素圧縮機の外観図であり、往復圧縮機１０は、低圧段圧縮シリンダ１、高圧段圧縮シリンダ２、３、クランク機構部（後述）を内蔵する筒状のフレーム４、及びモータ（図示せず）の取付け枠５を備えている。

図２は図１のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、２個の低圧段圧縮シリンダ１を駆動するフレーム４内のクランク機構部を示す。１０３はモータによって回転されるクランクシャフトで、主軸部１０３ａと、偏心軸部１０３ｂからなっている。丸枠Ｂはクランクシャフトの主軸部１０３ａとフレーム４との軸貫通部を示している。この貫通部Ｂは機密性を保つ軸封構造を有する。

図３は、図２の丸枠Ｂで示す軸貫通部の詳細図である。１０１はフレーム４側と大気側に跨って、フレーム４に固定されたベアリングサポートで、フレーム４側に傾斜ローラ１０２ａを備えたメインベアリング１０２が内蔵されており、クランクシャフト１０３が貫通する構造となっている。クランクシャフト１０３は、主軸部１０３ａと偏心軸部１０３ｂの間に連結軸部１０３ｃが介在して一体的に形成されている。

ベアリングサポート１０１の内側（主軸部側）には、シールボックス１０４が配置され、更に内部に主軸部１０３ａとの間で気密性を保つ軸封装置が配置されている。軸封装置はシールケース１０５、スペーサ１０６及びシールカバー１０７で構成され、外側カバー１０８でフレーム４側に押圧状態に固定されている。シールケース１０５、シールカバー１０７及び外側カバー１０８と主軸部１０３ａとの間には、特殊な構造のオイルシール２０１をそれぞれ設置している。

３０１はベアリングサポート１０１に設けた潤滑油入口で、図示しない油ポンプから給油される。潤滑油入口３０１からは油路が伸びており、ベアリングサポート１０１内の油路３０１ａからスペーサ１０６内の油路３０１ｂと油路３０１ｃとに分岐し、油路３０１ｃは主軸部１０３ａ内の油路３０１ｄに連通する。油路３０１ｄは、連結軸部１０３ｃ内の傾斜した油路３０１ｅに連通し、更に油路３０１ｆと３０１ｇに分岐している。３０２は、クランクシャフトの連結軸部１０３ｃに内臓させたオリフィスで、油路３０１ｆに連通して潤滑油をメインベアリング１０２に向けて吹出す。上記各油路は連通している。

潤滑油入口３０１には、フレーム４内部のガス圧力にポンプの吐出圧力を加えた圧力で潤滑油が給油され、給油された潤滑油は、油路３０１ａ、３０１ｂを経由して、クランクシャフトの主軸部１０３ａの外径とスペーサ１０６の内径の隙間に流れ込み、オイルシール２０１でシールされる構造となっている。他方、油路３０１ａから３０１ｃに分流した潤滑油は、油路３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｇを経由して大メタル、小メタルへ給油される。そして油路３０１ｆに分流した潤滑油はオリフィス３０２に流れ、ここからクランクシャフトの内部に設けたメインベアリング１０２に吹出すことにより、傾斜ローラ１０２ａに給油される。

油ポンプが稼動している時、つまりは圧縮機の運転中は給油される潤滑油の圧力がフレーム４内部の水素ガス圧力よりも常に高いため、軸封装置からはフレーム４内の水素ガスは外部へ漏洩しない。また、圧縮機の運転停止中でも、クランクシャフトの主軸部１０３ａの外径とスペーサ１０６の隙間に潤滑油が保持されている限りは、フレーム４内の水素ガス圧力と潤滑油の圧力が同圧となり密度差によってシールされるため、水素ガスは外部へ漏洩しない。

しかし、クランクシャフトの連結軸部１０３ｃが図３の如く、下を向いて停止（オリフィス３０２が下側に位置して停止）すると、オリフィス３０２に何の対策も施されていなければ、油路３０１ｅ内の潤滑油が重力により連結軸部１０３ｃに設けたオリフィス３０２の吐出口から滴下する。これに伴って、油路３０１ｄ、３０１ｃ内部の潤滑油がオリフィス３０２側に移動して、クランクシャフトの主軸部１０３ａの外径とスペーサ１０６の隙間の潤滑油が流出してしまうため、シール性が失われて水素ガスが外部へ漏洩することとなる。

本実施例では、オリフィス３０２内に逆止弁構造を設けている。図４にメインベアリング注油オリフィスの逆止弁構造図を示す。逆止弁は、逆止弁受け４０１、逆止弁ボール４０２、逆止弁バネ４０３、逆止弁座４０４で構成されている。油ポンプが稼動している時、つまりは圧縮機の運転中は、油圧によって逆止弁ボール４０２が図の左側に押されて（図４の状態）、逆止弁バネ４０３が収縮し、潤滑油が吐出口４０５からメインベアリングの傾斜ローラ１０２ａに吹付け給油する。他方、圧縮機の停止中は油圧がかからないため、逆止弁バネ４０３が伸びて逆止弁ボール４０２が図４の右側に押され、潤滑油を閉止する面圧を発生するため、油がオリフィスの吐出口４０５から流出しない。

これにより、停止中の給油用オリフィス３０２からの油の流出を防止し、軸封装置内部の潤滑油を保持できるため、フレーム４内の高圧の水素ガスの外部漏洩を防止することが可能となる。

本発明実施例の水素圧縮機の外観図である。 図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明実施例の軸貫通部の詳細図である。 本発明実施例の逆止弁の構造図である。

符号の説明

１〜３…圧縮シリンダ、４…フレーム、１０１…ベアリングサポート、１０２…メインベアリング、１０３…クランクシャフト、１０４…シールボックス、１０５…シールケース、１０６…スペーサ、１０７…シールカバー、２０１…オイルシール、１０４〜１０７、２０１…シール部材、３０１…潤滑油入口、３０１ａ〜３０１ｇ…油路、３０２…メインベアリング給油用オリフィス、４０１…逆止弁受け、４０２…逆止弁ボール、４０３…逆止弁バネ、４０４…逆止弁座、４０１〜４０４…逆止弁。

Claims (2)

1. 圧縮シリンダと、前記圧縮シリンダを駆動するクランク機構部を内蔵したフレームを備えた圧縮機において、
   前記クランク機構部は、前記フレームを貫通するクランクシャフトと、前記フレームとクランクシャフトに介在して両者を気密に保つシール部材と、クランクシャフトを枢支するメインベアリングと、クランクシャフトの内部に形成され潤滑油を所定圧力で前記フレームとクランクシャフトの間、及び前記メインベアリングに供給する油路と、前記油路を通った潤滑油を前記メインベアリングに吹付けて給油するオリフィスからなり、前記オリフィスに所定の油圧で開放し油圧低下により閉じる逆止弁を設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記逆止弁は、逆止弁ボールとこのボールを前記オリフィスを閉じる方向に付勢する逆止弁バネを備え、所定の油圧により前記逆止弁バネが収縮して前記オリフィスを開き、油圧低下により前記逆止弁バネの付勢で前記オリフィスを閉じるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。

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