JPH07139460A - 多段型往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中間配管内等で空気中の水分が結露するのを
防止して、発錆による寿命の低下を防止する。 【構成】 低圧側の圧縮室９の吐出容積に対する高圧側
の圧縮室１８の吐出容積の割合を４０〜７５％に設定す
ることによって、中間配管２２内の圧力を２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²以下に抑える構成としている。従って、中間配管２
２内の圧力に比例して該中間配管２２内での露点温度を
低めることができ、運転停止中に中間配管２２等の温度
が露点温度まで低下するのを防止して圧縮空気中の水分
が結露するのを防止し、再起動時のドレンの発生を防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば圧縮空気を吐出
する往復動圧縮機に関し、特に、高圧の圧縮空気を吐出
できるようになった多段型往復動圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、多段型往復動圧縮機としては、
クランクケースと、該クランクケースに回転自在に設け
られたクランク軸と、前記クランクケース上に搭載され
た低圧側のシリンダと、前記クランクケース上に搭載さ
れた高圧側のシリンダと、該各シリンダ上に搭載され、
それぞれ内部が吸込室と吐出室とに画成されたシリンダ
ヘッドと、前記各シリンダ内に往復動可能に設けられ、
該シリンダヘッドの吸込室から吸込んだ空気を圧縮して
前記吐出室側に吐出させるピストンと、基端側が前記ク
ランク軸にそれぞれ接続され、先端側が該ピストンに接
続された連接棒と、低圧側となるシリンダヘッドの吐出
室と高圧側となるシリンダヘッドの吸込室とを接続する
中間配管とから構成された２段型往復動空気圧縮機が広
く知られている。

【０００３】そして、この２段型往復動空気圧縮機は、
前記クランク軸が電動モータ等の駆動源によって回転駆
動されると、該クランク軸に接続された連接棒を介して
低圧側および高圧側のシリンダ内でそれぞれピストンを
往復動させる。これにより、低圧側となるシリンダヘッ
ドの吸込室を介してシリンダ内に吸込んだ空気を該シリ
ンダ内で圧縮しつつ吐出室から中間配管内に吐出し、こ
の圧縮空気を該中間配管を介して高圧側のシリンダ内に
流入させ、該シリンダ内で再圧縮して高圧の圧縮空気と
して吐出するようになっている。そして、高圧側となる
シリンダヘッドから吐出された圧縮空気は吐出配管を介
して空気タンク内に貯えられる。

【０００４】また、前記各ピストンの外周側には、シリ
ンダとの間を気密にシールするためのピストンリングが
装着され、該ピストンリングは、内周面でシリンダ内の
圧力を背圧として受承することにより、外周面を該シリ
ンダ内壁に密着させてシール性を得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による２段型往復動空気圧縮機には、例えば１〜
２分間運転、１時間停止を繰返すような間欠運転状態で
使用される場合がある。このような間欠運転における運
転停止時には、高圧側の吸込室，中間配管等が冷却され
て露点温度以下となる。そして、しかる後に圧縮運転を
再開したときには、低圧側のシリンダ内で圧縮されて高
温となった圧縮空気中の水分が露点温度以下に冷えた中
間配管，吸込室に接触して結露し、該中間配管，吸込室
内等にドレンとして残留してしまう。

【０００６】そして、このようにしてドレンが発生する
と、高圧側のシリンダヘッド内に設けられた弁体等がこ
のドレンによって錆を生じてしまう。この結果、弁体が
開，閉弁不良等を生じて圧縮効率が低下したり、圧縮機
自体の寿命が大幅に低下してしまうという問題がある。

【０００７】また、従来技術による往復動圧縮機では、
低圧側のシリンダヘッドから吐出される圧縮空気の圧力
を高めに設定しているから、中間配管を介して高圧側の
シリンダ内に常時高い圧力が作用してしまう。これによ
り、ピストンリングに背圧として常時高い圧力が作用す
るようになるから、該ピストンリングが必要以上の強い
力でシリンダ内壁に押付けられて早期のうちに摩耗を生
じてしまう。この結果、ピストンリングの寿命が短くな
るばかりか、ピストンリングの摩耗粉によってシリンダ
内壁等が損傷してしまうという問題がある。

【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、中間配管内等で空気中の水分が結露する
のを防止して、発錆による寿命の低下を防止できるよう
にした多段型往復動圧縮機を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する多段型往復動圧縮機の構成
は、クランクケースと、該クランクケース上に搭載され
た低圧側のシリンダと、前記クランクケース上に搭載さ
れた高圧側のシリンダと、該各シリンダ上に搭載され、
それぞれ内部が吸込室と吐出室とに画成されたシリンダ
ヘッドと、前記各シリンダ内に往復動可能に設けられ、
該シリンダヘッドの吸込室から吸込んだ空気を圧縮して
前記吐出室側に吐出させるピストンと、低圧側となるシ
リンダヘッドの吐出室と高圧側となるシリンダヘッドの
吸込室とを接続する中間配管とからなる。

【００１０】そして、本発明が採用する構成の特徴は、
前記高圧側のシリンダの吐出容積（シリンダ内径×ピス
トンストローク）を前記低圧側のシリンダの吐出容積の
４０〜７５％とし、前記中間配管内の圧力（中間圧力）
を２ｋｇｆ／ｃｍ²以下に設定したことにある。

【００１１】

【作用】上記構成により、低圧側となるシリンダヘッド
の吐出室から吐出された圧縮空気は中間配管内に低い圧
力をもって吐出され、該中間配管内の圧力が２ｋｇｆ／
ｃｍ²以下に抑えられる。これにより、圧力に比例する
露点温度が中間配管内の圧力の低下に比例して低めら
れ、再運転時における圧縮空気中の水分の結露が防止さ
れる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７に基
づき、多段型往復動圧縮機として無給油式の２段型往復
動空気圧縮機を例に挙げて説明する。

【００１３】図において、１は後述の空気タンク２５上
に搭載され、往復動空気圧縮機の本体を構成するクラン
クケース、２は一端側が該クランクケース１内に軸受
（図示せず）を介して回転自在に配設されたクランク軸
をそれぞれ示し、該クランク軸２の他端側は前記クラン
クケース１外に突出し、その突出端部には後述するプー
リ２４が取付けられている。また、前記クランクケース
１は、上部側が一対の斜辺部１Ａ，１Ａによって山形状
となる密閉箱として形成されている。

【００１４】３はクランクケース１の図中左側の斜辺部
１Ａに設けられた低圧側のシリンダを示し、該シリンダ
３内は、後述するピストン８が摺動する摺動面３Ａとな
っている。

【００１５】４はシリンダ３上に弁板５を介して取付け
られたシリンダヘッドを示し、該シリンダヘッド４内に
は、前記弁板５上に位置して吸込室４Ａと吐出室４Ｂと
が形成されている。また、該シリンダヘッド４には、該
吸込室４Ａ内に空気を吸込むための吸込ポート４Ｃと、
吐出室４Ｂ内の圧縮空気を外部に吐出させるための吐出
ポート４Ｄとが穿設されている。一方、前記弁板５に
は、前記吸込室４Ａをシリンダ３内と連通させる吸込穴
５Ａと、前記吐出室４Ｂをシリンダ３内と連通させる吐
出穴５Ｂとが穿設され、該吸込穴５Ａには吸込弁６が、
吐出穴５Ｂには吐出弁７が開，閉弁可能に設けられてい
る。

【００１６】８はシリンダ３内に往復動可能に挿嵌さ
れ、弁板５との間に圧縮室９を画成したピストンを示
し、該ピストン８の外周側には、該ピストン８とシリン
ダ３の摺動面３Ａとの間を気密にシールするピストンリ
ングと、摺動面３Ａに対してピストン８を円滑に摺動さ
せるライダリングと（いずれも図示せず）が装着され、
該ピストンリング，ライダリングは自己潤滑性を有する
材料によって形成されている。

【００１７】１０は基端側がクランク軸２に連結され、
先端側が小端側軸受１０Ａを介してピストン８に連結さ
れた連接棒を示し、該連接棒１０は、基端側が前記クラ
ンク軸２によって回転されることにより、先端側に連結
されたピストン８をシリンダ３内で往復動させるもので
ある。

【００１８】１１はシリンダヘッド４の吸込ポート４Ｃ
に取付けられた吸込サイレンサを示している。

【００１９】一方、１２はクランクケース１の図中右側
の斜辺部１Ａに設けられた高圧側のシリンダを示し、該
シリンダ１２内は、後述のピストン１７が摺動する摺動
面１２Ａとなっている。ここで、該シリンダ１２の内径
は後述する理由により、低圧側のシリンダ３の内径の４
０〜７５％に設定されている。

【００２０】１３はシリンダ１２上に弁板１４を介して
取付けられたシリンダヘッドを示し、該シリンダヘッド
１３内には、前記弁板１４上に位置して吸込室１３Ａと
吐出室１３Ｂとが形成されている。また、該シリンダヘ
ッド１３には、該吸込室１３Ａ内に空気を吸込むための
吸込ポート１３Ｃと、吐出室１３Ｂ内の圧縮空気を外部
に吐出させるための吐出ポート１３Ｄとが穿設されてい
る。一方、前記弁板１４には、前記吸込室１３Ａをシリ
ンダ１２内と連通させる吸込穴１４Ａと、前記吐出室１
３Ｂをシリンダ１２内と連通させる吐出穴１４Ｂとが穿
設され、該吸込穴１４Ａには吸込弁１５が、吐出穴１４
Ｂには吐出弁１６が開，閉弁可能に設けられている。

【００２１】１７はシリンダ１２内に往復動可能に挿嵌
され、弁板１４との間に圧縮室１８を画成したピストン
を示し、該ピストン１７の外周側には、図２に示す如
く、上端側に位置して嵌合溝１７Ａ，１７Ａが全周に亘
って形成され、該各嵌合溝１７Ａには自己潤滑性を有す
る材料によって円環状に形成されたピストンリング１
９，１９が挿嵌されている。

【００２２】ここで、前記各ピストンリング１９は、図
３に示すように、圧縮室１８内の圧縮空気による圧力を
内周面で背圧として受承し、これによって外周面をシリ
ンダ１２の摺動面１２Ａに密着させてシール性を得るよ
うになっている。

【００２３】２０，２０はピストン１７の外周側に位置
して各ピストンリング１９の下側に取付けられたライダ
リングを示し、該各ライダリング２０も各ピストンリン
グ１９と同様に、自己潤滑性を有する材料によって円筒
状に形成されている。そして、該各ライダリング２０
は、シリンダ１２の摺動面１２Ａに対してピストン１７
を円滑に摺動させるものである。

【００２４】２１は基端側が前述した低圧側の連接棒１
０基端側と同軸となるようにクランク軸２に連結され、
先端側が小端側軸受２１Ａを介してピストン１７に連結
された連接棒を示し、該連接棒２１は、基端側が前記ク
ランク軸２によって回転されることにより、先端側に連
結されたピストン１７をシリンダ１２内で往復動させる
ものである。

【００２５】２２は低圧側のシリンダヘッド４と高圧側
のシリンダヘッド１３との間に設けられた中間配管を示
し、該中間配管２２は、一端側が低圧側のシリンダヘッ
ド４の吐出ポート４Ｄに接続され、他端側が高圧側のシ
リンダヘッド１３の吸込ポート１３Ｃに接続されてい
る。そして、該中間配管２２は、低圧側のシリンダヘッ
ド４の吐出室４Ｂから吐出された圧縮空気を管内に一時
的に貯えることにより、脈動を吸収した状態で圧縮空気
を高圧側のシリンダヘッド１３の吸込室１３Ａに供給す
るものである。

【００２６】２３は一端側が高圧側のシリンダヘッド１
３の吐出ポート１３Ｄに接続された吐出配管を示し、該
吐出配管２３の他端側は空気タンク２５に接続され、こ
れにより、前記吐出室１３Ｂから吐出された圧縮空気を
該空気タンク２５内に吐出させるようになっている。

【００２７】２４はクランク軸２の突出端側に取付けら
れたプーリを示し、該プーリ２４は、ベルトを介して回
転源としての電動モータ（いずれも図示せず）に連結さ
れ、これにより、該電動モータの回転駆動時にはクラン
ク軸２を回転させるものである。

【００２８】２５はクランクケース１の下側に位置して
往復動圧縮機の架台を兼ねた空気タンクを示し、該空気
タンク２５は、高圧側のシリンダヘッド１３の吐出ポー
ト１３Ｄから吐出された圧縮空気を貯えるものである。

【００２９】次に、低圧側のシリンダ３と高圧側のシリ
ンダ１２との関係について説明すると、低圧側の圧縮室
９の吐出容積に対する高圧側の圧縮室１８の吐出容積の
割合は、シリンダ３，１２の内径とピストン８，１７の
ストロークによって決定されるものの、各連接棒１０，
２１の基端側がクランク軸２に同軸に連結されてピスト
ン８，１７のストロークが同一であるから、シリンダ
３，１２の内径の割合で決定される。

【００３０】そこで、図４に示す如く、中間配管２２内
の圧力（以下、中間圧力という）の上限を２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²以下とした場合、図中に一点鎖線で示すように低圧
側のシリンダ３の内径に対する高圧側のシリンダ１２の
内径の割合が４０％と決定される。この中間圧力２ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以下という数値は、図５に示す如く、露点温
度を５０℃以下に抑えるには中間圧力を約２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²以下とする必要があるからである。

【００３１】一方、低圧側のシリンダ３内径に対する高
圧側のシリンダ１２内径の割合の下限は、図４中に二点
鎖線で示すように、中間圧力の低下に伴なって高圧側の
仕事量が増加した場合でも、高圧側の連接棒２１の小端
側軸受２１Ａの温度上昇を５０℃以下に留めることを考
慮して７５％以下と決定される。なお、この連接棒２１
の小端側軸受２１Ａの温度上昇を５０℃以下に抑えたの
は、内部に封入されたグリースの寿命を確保するためで
ある。

【００３２】以上のように、低圧側のシリンダ３の内径
（圧縮室９の吐出容積）に対する高圧側のシリンダ１２
の内径（圧縮室１８の吐出容積）の割合は４０〜７５％
に決定される。

【００３３】本実施例による２段型往復動空気圧縮機は
上述の如き構成を有するもので、電動モータによってク
ランク軸２を回転駆動すると、各連接棒１０，２１の基
端側が回転される。これにより、低圧側のシリンダ３内
ではピストン８の往復動によって圧縮室９内に吸込まれ
た空気が中間配管２２吐出され、該中間配管２２を介し
て高圧側の圧縮室１８内に中間圧力をもって供給され
る。そして、該圧縮室１８内に吸込まれた圧縮空気は、
ピストン１７によって再圧縮されて吐出配管２３を介し
て空気タンク２５内に吐出され、該空気タンク２５内に
貯えられるようになっている。

【００３４】また、この圧縮運転時には、中間配管２２
内に吐出された圧縮空気による中間圧力が２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²以下に抑えられているから、図６に示すように、中
間圧力の低下に伴なって露点温度もＨ1 からＨ2 へと下
げられる。この結果、１〜２分間運転、１時間停止を繰
返すような間欠運転状態で使用された場合でも、露点温
度をＨ2 としたことにより、図６中に斜線で示した分だ
け圧縮空気中の水分の結露を防止できるようになってい
る。

【００３５】さらに、中間圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ²以下
に抑えることにより、図７に示す如く、高圧側の圧縮室
１８内の平均圧力Ｊを低減し、各ピストンリング１９に
作用する背圧が過大となるのを抑制することができる。

【００３６】かくして、本実施例では、低圧側の圧縮室
９の吐出容積に対する高圧側の圧縮室１８の吐出容積の
割合を４０〜７５％に設定することによって、中間配管
２２内の圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ²以下に抑え、中間配管
２２内の露点温度を図６に示すようにＨ1 からＨ2 に低
めるようにしているから、運転停止中に中間配管２２等
の温度が露点温度まで低下するのを防止して圧縮空気中
の水分が結露するのを防止でき、再起動時のドレンの発
生を防止して、吸込弁１５等に錆による開，閉弁不良が
生じるのを防止でき、往復動圧縮機の応答性や寿命を大
幅に向上することができる。

【００３７】また、各ピストンリング１９に作用する背
圧が過大となるのを防止できるから、該各ピストンリン
グ１９が異常摩耗を生じるのを防止でき、該各ピストン
リング１９の寿命を向上できる上に、摩耗粉によるシリ
ンダ１２の摺動面１２Ａの損傷を防止でき、当該往復動
圧縮機の寿命を向上することができる。

【００３８】さらに、高圧側の連接棒２１の小端側軸受
２１Ａの温度を５０℃以下に抑えるようにしているか
ら、該軸受２１Ａ内に封入されたグリース等の潤滑剤が
放散するのを防止でき、軸受２１Ａの寿命を向上するこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、高
圧側のシリンダの吐出容積（シリンダ内径×ピストンス
トローク）を低圧側のシリンダの吐出容積の４０〜７５
％とし、中間配管内の圧力（中間圧力）を２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²以下に設定するようにしているから、低圧側となる
シリンダヘッドの吐出室から吐出された圧縮空気を中間
配管内に低い圧力をもって吐出させて、該中間配管内の
圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ²以下に抑えることができ、これ
により、圧力に比例する露点温度を中間配管内の圧力の
低下に比例して低めることができ、再運転時における圧
縮空気中の水分が結露するのを防止してドレンの発生を
防止することができ、発錆による作動不良等を防止して
当該往復動圧縮機の寿命を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による無給油式の２段型往復動
空気圧縮機を示す縦断面図である。

【図２】図１中の高圧側のシリンダ，ピストン等を示す
要部拡大縦断面図である。

【図３】圧縮室内の圧力によってピストンリングがシリ
ンダの摺動面に密着している状態を示す図２中のＡ部拡
大縦断面図である。

【図４】低圧側の圧縮室と高圧側の圧縮室の吐出容積比
と中間配管内圧力および高圧側の連接棒小端側軸受温度
との関係を示す特性線図である。

【図５】中間配管内圧力と露点温度との関係を示す特性
線図である。

【図６】昇圧，降圧時間と中間配管内温度および空気タ
ンク内圧力との関係を示す特性線図である。

【図７】クランク軸の回転角度と高圧側の圧縮室内の圧
力との関係を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ クランクケース ３ 低圧側のシリンダ ４，１３ シリンダヘッド ４Ａ，１３Ａ 吸込室 ４Ｂ，１３Ｂ 吐出室 ８，１７ ピストン １２ 高圧側のシリンダ ２２ 中間配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクケースと、該クランクケース上
   に搭載された低圧側のシリンダと、前記クランクケース
   上に搭載された高圧側のシリンダと、該各シリンダ上に
   搭載され、それぞれ内部が吸込室と吐出室とに画成され
   たシリンダヘッドと、前記各シリンダ内に往復動可能に
   設けられ、該シリンダヘッドの吸込室から吸込んだ空気
   を圧縮して前記吐出室側に吐出させるピストンと、低圧
   側となるシリンダヘッドの吐出室と高圧側となるシリン
   ダヘッドの吸込室とを接続する中間配管とからなる多段
   型往復動圧縮機において、前記高圧側のシリンダの吐出
   容積（シリンダ内径×ピストンストローク）を前記低圧
   側のシリンダの吐出容積の４０〜７５％とし、前記中間
   配管内の圧力（中間圧力）を２ｋｇｆ／ｃｍ²以下に設
   定したことを特徴とする多段型往復動圧縮機。