JP5287085B2 - アンローダ機構、アンローダヨーク、及びレシプロ圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構、及びレシプロ圧縮機における吸入弁を開いた状態に保持するアンローダヨーク等に関する。

通常、圧縮空気を生成するレシプロ圧縮機あっては、運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構を装備しており、一般的なアンローダ機構の構成等は、次のようになる。

即ち、レシプロ圧縮機における弁押えには、作動桿が設けられており、この作動桿は、レシプロ圧縮機における吸入弁に対して接近する接近方向・離隔する離隔方向（換言すれば、吸入弁を開く開方向・閉じる閉方向）へ移動可能である。また、弁押えの頂面には、ダイヤフラムが作動桿の基端面を覆うように設けられており、このダイヤフラムは、操作圧力を受けると前記作動桿を前記接近方向へ押圧するように構成されている。更に、弁押えの内部には、作動桿を前記離反方向へ付勢するスプリングが設けられている。

作動桿の先端部には、吸入弁を開いた状態（開放した状態）に保持するアンローダヨークが設けられている。また、アンローダヨークは、吸入弁における大径の外輪弁板を開くように押圧する複数の第１押圧爪、及び吸入弁における中径の中間弁板を開くように押圧する複数の第２押圧爪を有している（後述の比較例に係るアンローダヨーク参照）。

従って、レシプロ圧縮機の運転中に、ダイヤフラムに操作圧力を適宜に供給して、ダイヤフラムによって作動桿を前記接近方向へ押圧することにより、作動桿をスプリングの付勢力に抗して前記接近方向へ移動させて、複数の第１押圧爪及び複数の第２押圧爪によって外輪弁板及び中間弁板をそれぞれ開くように押圧する。これにより、アンローダヨークによって吸入弁を開いた状態に保持して、レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えることができる。

レシプロ圧縮機の運転状態を無負荷運転状態に切り替えた後に、ダイヤフラムに対する操作圧力の供給を停止することにより、作動桿をスプリングの付勢力によって前記離隔方向へ移動させて、複数の第１押圧爪による押圧状態、及び複数の第２押圧爪による押圧状態をそれぞれ解除する。これにより、レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態に復帰させることができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
特開２００２−１１５６６３号公報 特開平１１−１１７８７０号公報

ところで、前述の一般的なアンローダ機構にあっては、アンローダヨークによって吸入弁における大径の外輪弁板及び中径の中間弁板を開くように押圧するものの、吸入弁における小径の内輪弁板を開くように押圧することなく、レシプロ圧縮機の運転状態を無負荷運転状態に切り替えており、吸入弁を十分に開いた状態に保持できなかった。そのため、無負荷運転状態における吸入弁の空気の流れ抵抗が大きくなり、レシプロ圧縮機の消費動力（消費電力）を十分に低減することが困難であった。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のアンローダ機構、アンローダヨーク、及びレシプロ圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、レシプロ圧縮機における吸入弁を開いた状態（開放した状態）に保持して、前記レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構において、前記レシプロ圧縮機における弁押えに設けられ、前記吸入弁に対して接近する接近方向・離隔する離隔方向（換言すれば、前記吸入弁を開く開方向・閉じる閉方向）へ移動可能な作動桿と、前記弁押えの頂面に前記作動桿の基端面を覆うように設けられ、操作圧力を受けると前記作動桿を前記接近方向へ押圧するように構成されたダイヤフラムと、前記作動桿を前記離反方向へ付勢する付勢部材と、前記作動桿の先端部に設けられ、前記吸入弁における大径（大内径及び大外径）の外輪弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されかつ前記外輪弁板を開くように押圧する複数の第１押圧爪、前記吸入弁における中径（中内径及び中外径）の中間弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されかつ前記中間弁板を開くように押圧する複数の第２押圧爪、及び前記吸入弁における小径（小内径及び小外径）の内輪弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されかつ前記内輪弁板を開くように押圧する複数の第３押圧爪を有し、前記吸入弁を開いた状態に保持するアンローダヨークと、を備え、前記アンローダヨークが一枚板からなることを要旨とする。

なお、本願の特許請求の範囲及び明細書において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、介在部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。

第１の特徴によると、前記レシプロ圧縮機の運転中に、前記ダイヤフラムに操作圧力を適宜に供給して、前記ダイヤフラムによって前記作動桿を前記接近方向へ押圧することにより、前記作動桿を前記付勢部材の付勢力に抗して前記接近方向へ移動させて、複数の前記第１押圧爪、複数の前記第２押圧爪、及び複数の前記第３押圧爪によって、前記外輪弁板、前記中間弁板、及び前記内輪弁板をそれぞれ開くように押圧する。これにより、前記アンローダヨークによって前記吸入弁を開いた状態に保持して、前記レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えることができる。

ここで、前記アンローダヨークによって大径の前記外輪弁板及び中径の前記中間弁板だけでなく、小径の前記内輪弁板を開くように押圧しているため、前記吸入弁を十分に解放した状態に保持することができる。また、複数の前記第１押圧爪、複数の前記第２押圧爪、及び複数の前記第３押圧爪がそれぞれ前記外輪弁板上、前記中間弁板上、及び前記内輪弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されているため、複数の前記第１押圧爪、複数の前記第２押圧爪、及び複数の前記第３押圧爪によってそれぞれ前記外輪弁板、前記中間弁板、及び前記内輪弁板を円周方向に沿って均等に押圧することができ、前記吸入弁を安定的に開いた状態に保持することができる。

前記レシプロ圧縮機の運転状態を無負荷運転状態に切り替えた後に、前記ダイヤフラムに対する操作圧力の供給を停止することにより、前記作動桿を前記付勢部材の付勢力によって前記離隔方向へ移動させて、複数の前記第１押圧爪による押圧状態、複数の前記第２押圧爪による押圧状態、及び複数の前記第３押圧爪による押圧状態をそれぞれ解除する。これにより、前記レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態に復帰させることができる。

本発明の第２の特徴は、レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構に用いられ、前記レシプロ圧縮機における吸入弁を開いた状態（開放した状態）に保持するアンローダヨークにおいて、前記吸入弁における大径の外輪弁板と同径の仮想リング上に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記外輪弁板を開くように押圧する複数の第１押圧爪と、前記吸入弁における中径の中間弁板と同径の仮想リング上に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記中間弁板を開くように押圧する複数の第２押圧爪と、前記吸入弁における小径の内輪弁板と同径の仮想リング上に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記内輪弁板を開くように押圧する複数の第３押圧爪と、を備え、一枚板からなることを要旨とする。

なお、第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。

第３の特徴は、圧縮ガス（圧縮空気を含む）を生成するレシプロ圧縮機において、第１の特徴からなるアンローダ機構を備えたことを要旨とする。

なお、第３の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、前記吸入弁を十分かつ安定的に解放した状態に保持することができるため、無負荷運転状態における前記吸入弁のガスの流れ抵抗を小さくして、前記レシプロ圧縮機の消費動力（消費電力）を十分に低減することができる。

本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係るアンローダ機構を示す断面図、図２は、本発明の実施形態に係るアンローダヨークと吸入弁の関係を示す断面図、図３は、本発明の実施形態に係るアンローダヨークと吸入弁の関係を示す平面図、図４は、本発明の実施形態に係るアンローダヨークと弁押えの関係を示す斜視図、図５は、本発明の実施形態に係るレシプロ圧縮機の模式図である。

図５に示すように、本発明の実施形態に係るレシプロ圧縮機１は、空気（ガスの一例）を２段階に分けて圧縮して、圧縮空気（圧縮ガスの一例）を生成するものであって、レシプロ圧縮機１の構成について概略的に説明すると、次のようになる。

即ち、レシプロ圧縮機１における支持フレーム（図示省略）には、水平方向へ延びたクランク軸３が回転可能に設けられており、このクランク軸３は、軸心に対して偏心した２つの偏心部５を有している。また、支持フレームには、クランク軸３を回転させるモータ７が設けられており、このモータ７の出力軸９は、クランク軸３の基端部にカップリング等によって連結されている。

支持フレームには、２つの復動式のシリンダ（第１段シリンダ１１、第２段シリンダ１３）がクランク軸３の軸心を中心として放射状に設けられており、第１段シリンダ１１は、最初に空気を圧縮するものであって、第２段シリンダ１３は、第１段シリンダ１１によって圧縮された空気（圧縮空気）をより高圧に圧縮するものである。そして、各シリンダ１１（１３）は、支持フレームに固定されたシリンダブロック１５と、このシリンダブロック１５内に往復動可能に設けられたピストン１７と、基端部がピストン１７に連結されかつ先端部が対応する偏心部５にコネクティングロッド１９を介して回転自在に連結されたピストンロッド２１と、シリンダブロック１５の上端側及び下端側における複数の吸入ポート２３（図１参照）に弁押え２５（図１参照）を介してそれぞれ設けられた吸入弁２７と、シリンダブロック１５の上端側及び下端側における複数の吐出ポート（図示省略）に弁押え（図示省略）を介してそれぞれ設けられた吐出弁２９とを備えている。

第１段シリンダ１１における複数の吸入弁２７側には、空気を濾過するフィルタ３１が接続されてあり、第１段シリンダ１１における複数の吐出弁２９側と第２段シリンダ１３における複数の吸入弁２７側の間には、第１段シリンダ１１によって圧縮された空気を冷却するインタークーラ３３が設けられている。また、第２段シリンダ１３における複数の吐出弁２９側には、圧縮空気を吐出する吐出配管３５が設けられており、この吐出配管３５は、エアレザーバ（図示省略）に接続可能である。

各シリンダ１１（１３）における吸入弁２７の具体的な構成は、次のようになる。

即ち、図１から図３に示すように、シリンダブロック１５の吸入ポート２３には、円形の弁座３７が設けられており、この弁座３７には、大径（大外径）の仮想円の円周方向に沿って間隔を置いて並んだ複数（本発明の実施形態にあっては、８つ）の第１長穴３９、中径（中外径）の仮想円の円周方向に沿って間隔を置いて並んだ複数（本発明の実施形態にあっては、４つ）の第２長穴４１、及び小径（小外径）の仮想円の円周方向に沿って間隔を置いて並んだ複数（本発明の実施形態にあっては、２つ）の第３長穴４３が同心上に形成されている。また、弁座３７には、円形の弁ガイド４５がボルトを介して設けられており、この弁ガイド４５には、大径（大内径及び大外径）の第１リング溝４７、中径（中内径及び中外径）の第２リング溝４９、及び小径（小内径及び小外径）の第３リング溝５１が同心上に形成されている。

弁ガイド４５の第１リング溝４７と弁座３７の間には、複数の第１長穴３９の開口部を開閉可能な大径（大内径及び大外径）の外輪弁板５３が大径（大内径及び大外径）の外輪バネ板５５及び外輪バッキング板５７を介して設けられている。また、弁ガイド４５の第２リング溝４９と弁座３７の間には、複数の第２長穴４１の開口部を開閉可能な中径（中内径及び中外径）の中間弁板５９が中径（中内径及び中外径）の中間バネ板６１及び中間バッキング板６３を介して設けられている。更に、弁ガイド４５の第３リング溝５１と弁座３７の間には、複数の第３長穴４３の開口部を開閉可能な小径（小内径及び小外径）の内輪弁板６５が小径（小内径及び小外径）の内輪バネ板６７及び内輪バッキング板６９を介して設けられている。なお、外輪弁板５３、中間弁板５９、及び内輪弁板６５は、それぞれ合成樹脂から構成されている。

本発明の実施形態に係るレシプロ圧縮機１は、運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構７１を装備しており、このアンローダ機構７１の構成は、次のようになる。

即ち、図１及び図４に示すように、弁押え２５には、作動桿７３が設けられており、この作動桿７３は、スリーブと、このスリーブに貫通して固定されたボルトとからなるものであって、吸入弁２７に対して接近する接近方向・離隔する離隔方向（換言すれば、吸入弁２７を開く開方向・閉じる閉方向）へ移動可能である。また、弁押え２５の頂面には、ダイヤフラム７５が作動桿７３の基端面を覆うようにダイヤフラムキャップ７７を介して設けられており、このダイヤフラム７５は、表面側から操作圧力を受けると作動桿７３を前記接近方向へ押圧するように構成されている。更に、弁押え２５の内部には、スプリング７９が設けられており、このスプリング７９は、作動桿７３の基端面がダイヤフラム７５の裏面に圧接するように作動桿７３を前記離反方向へ付勢するものである。

作動桿７３の先端部には、吸入弁２７を開いた状態（開放した状態）に保持するアンローダヨーク８１が設けられており、このアンローダヨーク８１は、一枚板からなるものであって、回止めピン８３によって弁押え２５に対して回転不能になっている。また、アンローダヨーク８１は、大径の外輪弁板５３を開くように押圧する複数（本発明の実施形態にあっては、８つ）の第１押圧爪８５、中径の中間弁板５９を開くように押圧する複数（本発明の実施形態にあっては、４つ）の第２押圧爪８７、及び小径の内輪弁板６５を開くように押圧する複数（本発明の実施形態にあっては、２つ）の第３押圧爪８９を有している。

ここで、複数の第１押圧爪８５は、大径の外輪弁板５３上（換言すれば、大径の外輪弁板５３と同径の仮想リング上）に円周方向に沿って等間隔に配置されてあって、各第１押圧爪８５は、対応する第１長穴３９に挿通可能である。また、複数の第２押圧爪８７は、中径の中間弁板５９上（換言すれば、中径の中間弁板５９と同径の仮想リング上）に円周方向に沿って等間隔に配置されてあって、各第２押圧爪８７は、対応する第２長穴４１に挿通可能である。更に、複数の第３押圧爪８９は、小径の内輪弁板６５上（換言すれば、小径の内輪弁板６５と同径の仮想リング上）に円周方向に沿って等間隔に配置されてあって、各第３押圧爪８９は、対応する第３長穴４３に挿通可能である。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

モータ７の駆動によりクランク軸３を回転させることにより、第１段シリンダ１１におけるピストン１７及び第２段シリンダ１３におけるピストン１７をそれぞれ往復動させることができる。これにより、第１段シリンダ１１及び第２段シリンダ１３によって空気を２段階に分けて高圧に圧縮して、圧縮空気を生成することができる。

レシプロ圧縮機１の運転中に、ダイヤフラム７５に操作圧力を適宜に供給して、ダイヤフラム７５によって作動桿７３を前記接近方向へ押圧することにより、作動桿７３をスプリング７９の付勢力に抗して前記接近方向へ移動させて、複数の第１押圧爪８５、複数の第２押圧爪８７、及び複数の第３押圧爪８９によって、外輪弁板５３、中間弁板５９、及び内輪弁板６５をそれぞれ開くように押圧する。これにより、アンローダヨーク８１によって吸入弁２７を開いた状態に保持して、レシプロ圧縮機１の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えることができる。

ここで、アンローダヨーク８１によって大径の外輪弁板５３及び中径の中間弁板５９だけでなく、小径の内輪弁板６５を開くように押圧しているため、吸入弁２７を十分に解放した状態に保持することができる。また、複数の第１押圧爪８５、複数の第２押圧爪８７、及び複数の第３押圧爪８９がそれぞれ外輪弁板５３上、中間弁板５９上、及び内輪弁板６５上に円周方向に沿って等間隔に配置されているため、複数の第１押圧爪８５、複数の第２押圧爪８７、及び複数の第３押圧爪８９によってそれぞれ外輪弁板５３、中間弁板５９、及び内輪弁板６５を円周方向に沿って均等に押圧することができ、吸入弁２７を安定的に開いた状態に保持することができる。

レシプロ圧縮機１の運転状態を無負荷運転状態に切り替えた後に、ダイヤフラム７５に対する操作圧力の供給を停止することにより、作動桿７３をスプリング７９の付勢力によって前記離隔方向へ移動させて、複数の第１押圧爪８５による押圧状態、複数の第２押圧爪８７による押圧状態、及び複数の第３押圧爪８９による押圧状態をそれぞれ解除する。これにより、レシプロ圧縮機１の運転状態を負荷運転状態に復帰させることができる。

従って、本発明の実施形態によれば、吸入弁２７を十分かつ安定的に解放した状態に保持することができるため、無負荷運転状態における吸入弁２７の空気の流れ抵抗を小さくして、レシプロ圧縮機１の消費動力（消費電力）を十分に低減することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

（比較例）
実施例の具体的な内容について説明する前に、図６及び図７を参照して比較例に係るアンローダヨークについて簡単に説明する。ここで、図６は、比較例に係るアンローダヨークと吸入弁の関係を示す平面図、図７は、比較例に係るアンローダヨークと弁押えの関係を示す斜視図である。

図６及び図７に示すように、比較例に係るアンローダヨーク９１は、従来タイプのアンローダヨークであって、大径の外輪弁板５３を開くように押圧する複数（比較例にあっては、４つ）の第１押圧爪９３、及び中径の中間弁板５９を開くように押圧する複数（比較例にあっては、２つ）の第２押圧爪９５を有している。

（実施例の具体的な内容）
アンローダ機構に代えて比較例に係るアンローダヨーク９１を用いた場合には、無負荷運転状態におけるレシプロ圧縮機の動力（電力）が１５ｋＷであるのに対して、アンローダ機構に本発明の実施形態に係るアンローダヨーク８１を用いた場合には、無負荷運転状態におけるレシプロ圧縮機の動力が１０．５ｋＷになったことが確認できた。つまり、アンローダ機構に本発明の実施形態に係るアンローダヨーク８１を用いることにより、無負荷運転状態におけるレシプロ圧縮機の動力を３０％低減することができた。

本発明の実施形態に係るアンローダ機構を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るアンローダヨークと吸入弁の関係を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るアンローダヨークと吸入弁の関係を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るアンローダヨークと弁押えの関係を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るレシプロ圧縮機の模式図である。 比較例に係るアンローダヨークと吸入弁の関係を示す平面図である。 比較例に係るアンローダヨークと弁押えの関係を示す斜視図である。

符号の説明

１ レシプロ圧縮機
１１ 第１段シリンダ
１３ 第２段シリンダ
１５ シリンダブロック
１７ ピストン
１９ コネクティングロッド
２１ ピストンロッド
２５ 弁押え
２７ 吸入弁
２９ 吐出弁
５３ 外輪弁板
５９ 中間弁板
６５ 内輪弁板
７１ アンローダ機構
７３ 作動桿
７５ ダイヤフラム
７７ ダイヤフラムキャップ
７９ スプリング
８１ アンローダヨーク
８３ 回止めピン
８５ 第１押圧爪
８７ 第２押圧爪
８９ 第３押圧爪

Claims (3)

1. レシプロ圧縮機における吸入弁を開いた状態に保持して、前記レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構において、
   前記レシプロ圧縮機における弁押えに設けられ、前記吸入弁に対して接近する接近方向・離隔する離隔方向へ移動可能な作動桿と、
   前記弁押えの頂面に前記作動桿の基端面を覆うように設けられ、操作圧力を受けると前記作動桿を前記接近方向へ押圧するように構成されたダイヤフラムと、
   前記作動桿を前記離反方向へ付勢する付勢部材と、
   前記作動桿の先端部に設けられ、前記吸入弁における大径の外輪弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されかつ前記外輪弁板を開くように押圧する複数の第１押圧爪、前記吸入弁における中径の中間弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されかつ前記中間弁板を開くように押圧する複数の第２押圧爪、及び前記吸入弁における小径の内輪弁板上に円周方向に沿って等間隔に配置されかつ前記内輪弁板を開くように押圧する複数の第３押圧爪を有し、前記吸入弁を開いた状態に保持するアンローダヨークと、を備え、
   前記アンローダヨークが一枚板からなることを特徴とするアンローダ機構。
2. レシプロ圧縮機の運転状態を負荷運転状態から無負荷運転状態に切り替えるアンローダ機構に用いられ、前記レシプロ圧縮機における吸入弁を開いた状態に保持するアンローダヨークにおいて、
   前記吸入弁における大径の外輪弁板と同径の仮想リング上に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記外輪弁板を開くように押圧する複数の第１押圧爪と、
   前記吸入弁における中径の中間弁板と同径の仮想リング上に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記中間弁板を開くように押圧する複数の第２押圧爪と、
   前記吸入弁における小径の内輪弁板と同径の仮想リング上に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記内輪弁板を開くように押圧する複数の第３押圧爪と、を備え、
   一枚板からなることを特徴とするアンローダヨーク。
3. 圧縮ガスを生成するレシプロ圧縮機において、
   請求項１に記載のアンローダ機構を備えたことを特徴とするレシプロ圧縮機。

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