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JP4435743B2 - Reciprocating compressor - Google Patents
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JP4435743B2 - Reciprocating compressor - Google Patents

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Description

本発明は高圧の往復圧縮機に係り、特に水素またはCNGスタンドに好適な往復圧縮機に関する。   The present invention relates to a high-pressure reciprocating compressor, and more particularly to a reciprocating compressor suitable for hydrogen or a CNG stand.

従来の高圧仕様の往復圧縮機の例が、特許文献1に記載されている。この公報に記載の往復圧縮機は、プランジャー式の小容積高圧圧縮機である。高圧圧縮機は、1段シリンダおよび2段シリンダを有する2段圧縮機で、シリンダ内を軸方向に移動する1段,2段プランジャーは同一軸心上に配置されている。各プランジャーは、1個のクランク機構を介して駆動機であるモータに連結されており、モータの回転運動が往復運動に変換されて、プランジャーが作動ガスを圧縮している。   An example of a conventional high-pressure reciprocating compressor is described in Patent Document 1. The reciprocating compressor described in this publication is a plunger-type small-volume high-pressure compressor. The high-pressure compressor is a two-stage compressor having a first-stage cylinder and a two-stage cylinder. The first-stage and second-stage plungers that move in the cylinder in the axial direction are arranged on the same axis. Each plunger is connected to a motor, which is a drive machine, via a single crank mechanism, and the rotational motion of the motor is converted into a reciprocating motion so that the plunger compresses the working gas.

このプランジャーを駆動するクランク機構は、モータに接続されたクランクシャフトと、このクランクシャフトを収納するクランクケースとを有している。クランクシャフトには、コネクティングロッドの一端が取り付けられており、コネクティングロッドの他端はクロスピンを介してクロスヘッドに連結されている。   The crank mechanism that drives the plunger has a crankshaft connected to a motor and a crankcase that houses the crankshaft. One end of a connecting rod is attached to the crankshaft, and the other end of the connecting rod is connected to a cross head via a cross pin.

クロスピンは、コネクティングロッドに対してもクロスヘッドに対しても回動可能である。クロスヘッドの下面には、摺動可能なシュー部が形成されている。クランクケースの受け面との間で摺動するクランクシャフトが回転運動すると、コネクティングロッドは揺動運動し、クロスヘッドはシュー部にガイドされて往復運動する。クロスヘッドは枠型に形成されており、クロスヘッドの両端にはロッドが取り付けられている。ロッドの先端にはプランジャーが接続されている。   The cross pin can rotate with respect to the connecting rod and the cross head. A slidable shoe portion is formed on the lower surface of the crosshead. When the crankshaft sliding with the receiving surface of the crankcase rotates, the connecting rod swings and the crosshead reciprocates while being guided by the shoe portion. The crosshead is formed in a frame shape, and rods are attached to both ends of the crosshead. A plunger is connected to the tip of the rod.

特開2004−116329号公報JP 2004-116329 A

燃料自動車やCNG(Compressed Natural Gas)自動車に供給する燃料を、従来のガソリンスタンドと同様の供給スタンドで供給するためには、燃料を圧縮する水素圧縮機や
CNG圧縮機をコンパクトにすることが必須である。圧縮機をコンパクト化するためには、圧縮機の相当の部分を占め、かつ圧縮機の主要構成となっている駆動機構部の小型化およびコンパクト化が重要である。
In order to supply fuel supplied to fuel vehicles and CNG (Compressed Natural Gas) vehicles at the same supply station as a conventional gas station, it is essential to make the hydrogen compressor and CNG compressor that compress the fuel compact. It is. In order to make the compressor compact, it is important to reduce the size and size of the drive mechanism that occupies a considerable portion of the compressor and is the main component of the compressor.

上記特許文献1に記載の高圧仕様の圧縮機では、一応の小型化が達成されている。しかしながら、燃料自動車やCNG自動車の運転距離を増大させるために、供給する燃料の高圧化が進んでいる現状では、さらに高圧化のための圧縮段が必要になり、更なるコンパクト化が求められている。   In the high-pressure compressor described in Patent Document 1, a reduction in size is achieved. However, in order to increase the driving distance of fuel vehicles and CNG vehicles, the pressure of the supplied fuel is increasing, and a compression stage for further increasing the pressure is required, and further downsizing is required. Yes.

本発明は上記従来の不具合に鑑みなされたものであり、その目的はコンパクトに高圧圧縮機を構成することにある。本発明の他の目的は、圧縮機の吐出圧が70MPaを超えるような多段の圧縮機を、小型化およびコンパクト化することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to configure a high-pressure compressor in a compact manner. Another object of the present invention is to reduce the size and size of a multistage compressor in which the discharge pressure of the compressor exceeds 70 MPa.

上記目的を達成する本発明の特徴は、燃料電池車の水素供給またはCNG自動車の燃料供給に用いる5段の往復圧縮機において、水平方向に移動可能な第1の一対のプランジャーと、上下方向に移動可能で第1段圧縮部を構成する第1のピストンと、これら第1の一対のプランジャーと第1のピストンとを駆動する第1の駆動部と、水平方向に移動可能な第2の一対のプランジャーと、上下方向に移動可能で第2段及び第3段圧縮部を構成する第2、第3のピストンと、これら第2の一対のプランジャーと第2、第3のピストンとを駆動する第2の駆動部と、前記第1の駆動部が連結される第1のクランクシャフトと第2の駆動部が連結される第2のクランクシャフトとを備え、前記第1の駆動部と第2の駆動部とは水平方向に並んで置かれており、前記第1の駆動部は、前記第1の一対のプランジャーを駆動するフォーク型の第1の水平コネクティングロッドと前記第1のピストンを駆動する第1の縦コネクティングロッドとを有し、前記第2の駆動部は、前記一対の第2のプランジャーを駆動するフォーク型の第2の水平コネクティングロッドと前記第2のピストンを駆動する第2の縦コネクティングロッドとを有し、前記第1、第2のクランクシャフトは、それぞれ駆動源からの駆動力を伝達する主軸に偏心して連結された軸であり、前記第1の一対のプランジャーは第4段圧縮部と第5段圧縮部を構成し、さらに前記第2の一対のプランジャーも第4段圧縮部と第5段圧縮部とを構成し、同一段圧縮部は前記主軸を基準に同一側に配置されており、一方の前記駆動部で駆動される第4段圧縮部のプランジャーが圧縮動作時には他方の駆動部で駆動される第5段圧縮部のプランジャーが圧縮動作し、同一段のプランジャーが互いにその移動方向を逆にして水平方向のアンバランス荷重をキャンセルするようにしたことにある。
A feature of the present invention that achieves the above object is that in a five-stage reciprocating compressor used for hydrogen supply of a fuel cell vehicle or fuel of a CNG vehicle, a first pair of plungers that can move in the horizontal direction, and a vertical direction A first piston that constitutes a first stage compression portion, a first drive portion that drives the first pair of plungers and the first piston, and a second movable in the horizontal direction. A pair of plungers, a second and a third piston that are movable in the vertical direction and constitute a second stage and a third stage compression section, and these second pair of plungers and the second and third pistons The first drive, the first crankshaft to which the first drive is connected, and the second crankshaft to which the second drive is connected. And the second drive unit are placed side by side in the horizontal direction. The first drive unit has a fork-type first horizontal connecting rod for driving the first pair of plungers and a first vertical connecting rod for driving the first piston; The second drive unit includes a fork-type second horizontal connecting rod that drives the pair of second plungers, and a second vertical connecting rod that drives the second piston. The first and second crankshafts are shafts that are eccentrically coupled to a main shaft that transmits a driving force from a driving source, and the first pair of plungers includes a fourth-stage compression section and a fifth-stage compression section. Further, the second pair of plungers also constitute a fourth stage compression part and a fifth stage compression part, and the same stage compression part is arranged on the same side with respect to the main shaft, Drive by the drive unit When the plunger of the fourth-stage compression section is compressed, the plunger of the fifth-stage compression section driven by the other drive section performs the compression operation, and the same-stage plungers move in the horizontal direction with their moving directions opposite to each other. This is because the unbalanced load is canceled .

そしてこの特徴において、各クランク軸の両端部にバランスウェイトを取り付け、これらのバランスウェイトを駆動部単位で逆相にするのがよく、また前記第1のプランジャーと前記第1の水平コネクティングロッド間に枠型クロスヘッドおよびコンプレッションバーを、前記第2のプランジャーと前記第2の水平コネクティングロッド間に枠型クロスヘッドおよびコンプレッションバーをそれぞれ介在させ、これらコンプレッションバーはプランジャーよりも剛性の低い材質であるのが望ましい。
In this feature, it is preferable to attach balance weights to both ends of each crankshaft so that these balance weights are in reverse phase for each drive unit, and between the first plunger and the first horizontal connecting rod. the frame type crosshead and compression bars, respectively is interposed a frame-type crosshead and compression bar between said second plunger and the second horizontal connecting rods, a lower rigidity than these compression bars each plunger The material is desirable.

本発明によれば、1本のクランクピンに3個のシリンダを接続する構造としたので、圧縮機の駆動部がコンパクトになり、圧縮機全体が小型化およびコンパクト化された。また、この3個のシリンダを1本のクランクピンに接続したブロックを2個直列に接続し、ブロック毎にシリンダの位相が反対になるようにしたので、圧縮機の吐出圧が70Mpaを越える圧縮機でも駆動機構が小型化およびコンパクト化される。さらに、シリンダの位相を変えると共にバランスウェイトを取り付けているので、圧縮機の水平運動と垂直運動に関するモーメントを容易にバランスさせることができ、外部に伝播する振動を低減できる。   According to the present invention, since three cylinders are connected to one crankpin, the drive unit of the compressor becomes compact, and the entire compressor is reduced in size and size. In addition, two blocks in which these three cylinders are connected to one crank pin are connected in series so that the cylinder phase is reversed for each block, so that the compressor discharge pressure exceeds 70 Mpa. Even in this machine, the drive mechanism is reduced in size and size. Furthermore, since the balance phase is attached while changing the phase of the cylinder, the moment relating to the horizontal motion and the vertical motion of the compressor can be easily balanced, and the vibration propagating to the outside can be reduced.

以下、本発明に係る水素圧縮機またはCNG圧縮機の一実施例を、図面を用いて説明する。図1は、水素圧縮機またはCNG圧縮機の駆動部の3面図であり、同図(a)は上面断面図、同図(b)は正面断面図、同図(c)は側面断面図である。図2はこの駆動部を含む水素圧縮機またはCNG圧縮機の主要部の斜視図である。   Hereinafter, an embodiment of a hydrogen compressor or a CNG compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a three-side view of a drive unit of a hydrogen compressor or a CNG compressor. FIG. 1 (a) is a top sectional view, FIG. 1 (b) is a front sectional view, and FIG. 1 (c) is a side sectional view. It is. FIG. 2 is a perspective view of the main part of the hydrogen compressor or CNG compressor including the drive unit.

初めに図2を用いて、本発明に係る5段圧縮機100を説明する。この図2では、5段圧縮機100の駆動部を含む主要部を示している。本圧縮機100では、2個のブロックを直列に接続している。図2で手前側に位置する第1のブロックでは、前後に延びる一対のプランジャー17a,17bが、コンプレッションバー18a,18bを介して枠型に形成された枠型クロスヘッド13aに接続されている。   First, a five-stage compressor 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the main part including the drive part of the five-stage compressor 100 is shown. In the compressor 100, two blocks are connected in series. In the first block located on the front side in FIG. 2, a pair of plungers 17a and 17b extending in the front-rear direction are connected to a frame-type cross head 13a formed in a frame shape via compression bars 18a and 18b. .

枠型クロスヘッド13aの下部には、逆T字状のシュー部13cが形成されている。このシュー部13cの左右両側であって上部を覆って、クロスガイド14aが摺動可能に配置されている。クロスヘッド13aは後端部側に突出部を有し、この突出部にクロスピン12aが貫挿されている。クロスピン12aが枠型クロスヘッド13aから延在した両側の部分には、横コネクティングロッド11aが取り付けられている。横コネクティングロッド11aの左右両側には、細長いクランクプレート21a,21bが配置されている。クランクプレート21a,21bの長手方向一方端側には、バランスウェイト16aが取り付けられている。   An inverted T-shaped shoe portion 13c is formed at the lower portion of the frame-type cross head 13a. A cross guide 14a is slidably disposed on both the left and right sides of the shoe portion 13c and covering the upper portion. The cross head 13a has a protrusion on the rear end side, and a cross pin 12a is inserted through the protrusion. Lateral connecting rods 11a are attached to portions on both sides where the cross pin 12a extends from the frame-type cross head 13a. Elongated crank plates 21a and 21b are arranged on both the left and right sides of the horizontal connecting rod 11a. A balance weight 16a is attached to one end in the longitudinal direction of the crank plates 21a and 21b.

枠型クロスヘッド13aは、上部に開口部を有し、この開口部を、両側から押え板24aが押えている。押え板24a間に形成される開口部には、一端部がクランクシャフト10xに回動可能に取り付けられた縦コネクティングロッド15aが挿入されている。縦コネクティングロッド15の他端部は、縦クロスヘッド20aに回転可能に取り付けられている。縦クロスヘッド20aの上面には、一端部にピストン25aを備えたピストンシャフト19aが取り付けられている。   The frame-type cross head 13a has an opening at the top, and the pressing plate 24a presses the opening from both sides. A vertical connecting rod 15a having one end rotatably attached to the crankshaft 10x is inserted into the opening formed between the presser plates 24a. The other end of the vertical connecting rod 15 is rotatably attached to the vertical cross head 20a. A piston shaft 19a having a piston 25a at one end is attached to the upper surface of the vertical cross head 20a.

第1のブロックのプランジャー17a,17cの先端部およびピストン25aは、それぞれ図示しないシリンダ内に収容されている。そして、プランジャー17a,17bとシリンダおよびピストン25aとシリンダが形成する容積を変化させることにより、各シリンダに導かれたガスを圧縮する。プランジャー17aは5段圧縮段を形成し、プランジャー17cは4段圧縮段を形成する。ピストン25aは、初段圧縮段を形成する。   The distal end portions of the plungers 17a and 17c of the first block and the piston 25a are housed in cylinders (not shown). And the gas guide | induced to each cylinder is compressed by changing the volume which plunger 17a, 17b and a cylinder and piston 25a and a cylinder form. The plunger 17a forms a five-stage compression stage, and the plunger 17c forms a four-stage compression stage. The piston 25a forms the first stage compression stage.

図2で右側に配置した第2のブロックも第1のブロック同様に、枠型クロスヘッド13bに、前後方向に延びる一対のプランジャー17b,17dがコンプレッションバー18b,18dを介して取り付けられている。枠型クロスヘッド13bの上部に形成された開口部には、縦コネクティングロッド15bが貫挿されており、その一端部は縦クロスヘッド20bのピンに回動自由に取り付けられている。縦クロスヘッド20bの上面には、ピストンシャフト19bの一端部が接続されている。ピストンシャフト19bの上端部には、2個のピストン25b,25cが取り付けられている。   Similarly to the first block, the second block arranged on the right side in FIG. 2 has a pair of plungers 17b and 17d extending in the front-rear direction attached to the frame-type cross head 13b through compression bars 18b and 18d. . A vertical connecting rod 15b is inserted through an opening formed in the upper part of the frame-type cross head 13b, and one end thereof is rotatably attached to a pin of the vertical cross head 20b. One end of a piston shaft 19b is connected to the upper surface of the vertical cross head 20b. Two pistons 25b and 25c are attached to the upper end of the piston shaft 19b.

枠型クロスヘッド13bは枠型クロスヘッド13aと異なり、手前側の端部に突出部を有している。そしてこの突出部をクロスピン12bが貫通している。枠型クロスヘッドから延在したクロスピン12bの両側の部分には、横コネクティングロッド11bが取り付けられている。横コネクティングロッド11bの左右両側には、細長いクランクプレート21c(図示せず),21dが配置されている。クランクプレート21c,21dの長手方向一方端側には、バランスウェイト16bが取り付けられている。バランスウェイト
16aとバランスウェイト16bとは位相が逆、すなわち、主軸10の中心に対して
180°反対の位置に配置されている。
Unlike the frame-type cross head 13a, the frame-type cross head 13b has a protruding portion at the end on the near side. And the cross pin 12b has penetrated this protrusion part. Lateral connecting rods 11b are attached to portions on both sides of the cross pin 12b extending from the frame type cross head. Elongated crank plates 21c (not shown) and 21d are arranged on the left and right sides of the lateral connecting rod 11b. A balance weight 16b is attached to one end side in the longitudinal direction of the crank plates 21c and 21d. The balance weight 16a and the balance weight 16b are arranged in opposite phases, that is, at positions opposite to each other by 180 ° with respect to the center of the main shaft 10.

第2のブロックのプランジャー17b,17dの先端部およびピストン25b,25cも、それぞれ図示しないシリンダ内に収容されている。そして、プランジャー17b,
17dとシリンダおよびピストン25b,25cとシリンダが形成する容積を変化させることにより、各シリンダに導かれたガスを圧縮する。プランジャー17bは5段圧縮段を形成し、プランジャー17dは4段圧縮段を形成する。ピストン25bは、2段圧縮段を形成し、ピストン25cは3段圧縮段を形成する。各圧縮段で圧縮されたガスは、図示しない中間冷却器およびアフタークーラで冷却されて、需要元に供給される。
The distal ends of the plungers 17b and 17d of the second block and the pistons 25b and 25c are also housed in cylinders (not shown). And the plunger 17b,
The gas led to each cylinder is compressed by changing the volume formed by the cylinders 17d and the cylinders and the pistons 25b and 25c. The plunger 17b forms a five-stage compression stage, and the plunger 17d forms a four-stage compression stage. The piston 25b forms a two-stage compression stage, and the piston 25c forms a three-stage compression stage. The gas compressed in each compression stage is cooled by an intermediate cooler and an aftercooler (not shown) and supplied to a demand source.

ここで、プランジャー17a〜17dを備える第4段圧縮段および第5段圧縮部は、それぞれ2個ずつ設けられているが、これは圧縮段を経るごとに容積を減少させるガスの脈動を低減するためである。そのため、プランジャー17aとプランジャー17b、およびプランジャー17cとプランジャー17dの移動方向が逆になるように、以下に詳細を述べる駆動機構を形成する。   Here, each of the fourth-stage compression stage and the fifth-stage compression section including the plungers 17a to 17d is provided in two, but this reduces the pulsation of the gas that decreases the volume as it passes through the compression stage. It is to do. Therefore, a drive mechanism described in detail below is formed so that the movement directions of the plungers 17a and 17b and the plungers 17c and 17d are reversed.

図1に、第1段ブロックの駆動機構を示す。詳細説明を省略するが、第2段ブロックの駆動機構もこの第1段ブロックの駆動機構とほぼ同じ構成になっている。主軸10に連結された第2段ブロックの連結軸10zの端部は、細長く形成されたクランクプレート21aに、長手方向の中心からずらして固定されている。クランクプレート21aの中心からずらした側の端部には、バランスウェイト16aが取り付けられている。クランクプレート21aの反対側端部には、クランクシャフト10xの一端が固定されている。クランクシャフト10xの他端もクランクプレート21bに固定されており、クランクプレート21bには接続軸10yが固定されている。   FIG. 1 shows the drive mechanism of the first stage block. Although a detailed description is omitted, the drive mechanism of the second stage block has substantially the same configuration as the drive mechanism of the first stage block. The end of the connecting shaft 10z of the second stage block connected to the main shaft 10 is fixed to an elongated crank plate 21a while being shifted from the center in the longitudinal direction. A balance weight 16a is attached to the end of the crank plate 21a that is shifted from the center. One end of the crankshaft 10x is fixed to the opposite end of the crank plate 21a. The other end of the crankshaft 10x is also fixed to the crank plate 21b, and the connecting shaft 10y is fixed to the crank plate 21b.

クランクシャフト10xの中間には、フォーク型に形成された水平コネクティングロッド22aの一対のフォーク部が取り付けられている。水平コネクティングロッド22aは、クランクシャフト10xに対して、回動自在である。クランクシャフト10xには、ハウジング23aも回動自在に取り付けられている。ハウジング23aは、水平コネクティングロッド22aの一対のフォーク部間に位置している。ハウジング23aの上部には、縦コネクティングロッド15aが接続されている。縦コネクティングロッド15aの端部は、縦クロスヘッド20aに接続されている。   A pair of fork portions of a horizontal connecting rod 22a formed in a fork shape is attached to the middle of the crankshaft 10x. The horizontal connecting rod 22a is rotatable with respect to the crankshaft 10x. A housing 23a is also rotatably attached to the crankshaft 10x. The housing 23a is located between a pair of forks of the horizontal connecting rod 22a. A vertical connecting rod 15a is connected to the upper portion of the housing 23a. The end of the vertical connecting rod 15a is connected to the vertical cross head 20a.

フォーク型の水平コネクティングロッド22aの背面側には、一対の横コネクティングロッド11aが取り付けられており、この横コネクティングロッド11aを、上述したようにクロスピン12aが貫通している。クロスピン12aには、枠型クロスヘッド13aの一端部が取り付けられており、枠型クロスヘッド13aは、一対の横コネクティングロッド11a,11a間に位置している。   A pair of horizontal connecting rods 11a is attached to the back side of the fork-type horizontal connecting rod 22a, and the cross pin 12a passes through the horizontal connecting rod 11a as described above. One end of a frame-type cross head 13a is attached to the cross pin 12a, and the frame-type cross head 13a is positioned between the pair of horizontal connecting rods 11a, 11a.

このように構成した駆動機構の動作を、以下に説明する。主軸10を図示しないモータで回転駆動すると、連結軸10zもその軸心周りに回転する。連結軸10zから距離Δだけ偏心して取り付けたクランクシャフト10xは、クランクプレート21a,21bを腕として、連結軸10zの中心周りに回転する。クランクシャフト10xには、フォーク型の水平コネクティングロッド22aが接続されているから、この水平コネクティングロッド22aに固定された横コネクティングロッド11aが、前後方向に移動する。   The operation of the drive mechanism configured as described above will be described below. When the main shaft 10 is rotationally driven by a motor (not shown), the connecting shaft 10z also rotates around its axis. The crankshaft 10x attached eccentrically from the connecting shaft 10z by a distance Δ rotates around the center of the connecting shaft 10z with the crank plates 21a and 21b as arms. Since the fork-type horizontal connecting rod 22a is connected to the crankshaft 10x, the horizontal connecting rod 11a fixed to the horizontal connecting rod 22a moves in the front-rear direction.

このとき、横コネクティングロッド11aとクロスピン12aで一体化された枠型クロスヘッド13aも、シュー部13cをガイドとして、前後方向に移動する。枠型クロスヘッド13aが前後方向に移動すると、枠型クロスヘッド13aにコンプレッションバー
18a,18cを介して接続されたプランジャー17a,17cが水平方向であって前後方向に移動し、図示しないシリンダとの間の容積を変化させ、作動ガスを圧縮する。
At this time, the frame-type cross head 13a integrated with the horizontal connecting rod 11a and the cross pin 12a also moves in the front-rear direction using the shoe portion 13c as a guide. When the frame-type crosshead 13a moves in the front-rear direction, the plungers 17a, 17c connected to the frame-type crosshead 13a via the compression bars 18a, 18c move in the horizontal direction and in the front-rear direction. The volume between the two is changed to compress the working gas.

ここで本発明の特徴として、クランクシャフト10xの中間部に縦コネクティングロッド15aを有するハウジング23aを取り付けているので、クランクシャフト10xの偏心回転運動により、縦クロスヘッド20aに接続されたピストンシャフト19aが上下方向に移動する。ピストンシャフト19aの先端にはピストン25aが取り付けられているから、ピストン25aは図示しないシリンダとの間の容積を変化させて、作動ガスを圧縮する。   Here, as a feature of the present invention, since the housing 23a having the vertical connecting rod 15a is attached to the intermediate portion of the crankshaft 10x, the piston shaft 19a connected to the vertical crosshead 20a by the eccentric rotational movement of the crankshaft 10x is provided. Move up and down. Since the piston 25a is attached to the tip of the piston shaft 19a, the piston 25a changes the volume with a cylinder (not shown) and compresses the working gas.

このように本実施例では、1本のクランクシャフト10xに上下方向に移動する縦クロスヘッド20aと前後方向に移動するフォーク型の水平コネクティングロッド22aとを取り付けているので、一対の水平プランジャー17a,17cと垂直ピストン25aにより3段の圧縮を1本のクランクシャフト10xの運動で可能になる。その結果、各圧縮段ごとにクランク部を設ける必要が無く、往復圧縮機の駆動部の軸方向寸法を低減できる。駆動部をコンパクト化できる。   Thus, in this embodiment, the vertical crosshead 20a that moves in the vertical direction and the fork-type horizontal connecting rod 22a that moves in the front-rear direction are attached to one crankshaft 10x, so a pair of horizontal plungers 17a. , 17c and the vertical piston 25a enable three-stage compression by movement of one crankshaft 10x. As a result, there is no need to provide a crank portion for each compression stage, and the axial dimension of the drive portion of the reciprocating compressor can be reduced. The drive unit can be made compact.

ところで、クランクシャフト10xは連結軸10zの周りを偏心回転運動するので、このクランクシャフト10xに接続されたフォーク型の水平コネクティングロッド22aやそれに接続された枠型クロスヘッド13a,ハウジング23aやそれに接続された縦コネクティングロッド15a,クランクプレート21a,21b等の各部材が偏重量として作用し、連結軸10zにアンバランス荷重が発生する。   By the way, the crankshaft 10x rotates eccentrically around the connecting shaft 10z. Therefore, the fork-type horizontal connecting rod 22a connected to the crankshaft 10x, the frame-type cross head 13a connected thereto, the housing 23a and the like are connected thereto. Each member such as the vertical connecting rod 15a and the crank plates 21a and 21b acts as an offset weight, and an unbalanced load is generated on the connecting shaft 10z.

本実施例では、左右方向にほぼ同質量の2ブロックの駆動部を連結しているので、水平方向のアンバランス荷重は、ブロックを逆相に構成することでキャンセルできる。つまり、主軸10を回転させたときに左側のブロックのプランジャー17a,17cが、図1に示すように後ろ方向に移動するときには、右側のブロックのプランジャー17b,17dが前方向に移動するように、クランクシャフト10xの位置をブロックごとに180°位相を変えて配置する。このとき、左側のブロックのピストン25aが上方向に移動するのであれば、右側のブロックのピストン25b,25cは下方向に移動する。   In this embodiment, since the drive units of two blocks having substantially the same mass are connected in the left-right direction, the unbalance load in the horizontal direction can be canceled by configuring the blocks in opposite phases. That is, when the main shaft 10 is rotated, when the plungers 17a and 17c of the left block move backward as shown in FIG. 1, the plungers 17b and 17d of the right block move forward. In addition, the position of the crankshaft 10x is arranged by changing the phase by 180 ° for each block. At this time, if the piston 25a of the left block moves upward, the pistons 25b and 25c of the right block move downward.

ピストン25a〜25cの運動を逆相にするだけでは、上下方向のアンバランス荷重をキャンセルできないおそれがある。そこで、クランクプレート21a〜21dの反クランクシャフト側に、バランスウェイト16a,16bを設けている。このバランスウェイト16a,16bは、ブロック毎に180°逆相になっている。バランスウェイト16a,16bを採用したので、連結軸回りのモーメントのバランスが取れ、アンバランスによる振動を低減できる。   There is a possibility that the unbalanced load in the vertical direction cannot be canceled only by making the movements of the pistons 25a to 25c out of phase. Therefore, balance weights 16a and 16b are provided on the opposite side of the crank plates 21a to 21d from the crankshaft. The balance weights 16a and 16b are 180 ° out of phase for each block. Since the balance weights 16a and 16b are employed, the moments around the connecting shaft can be balanced, and vibration due to unbalance can be reduced.

なお、高圧段である第4,第5圧縮段に使用するプランジャー17a〜17dは、硬くて脆いタングステンカーバイト製であるから、往復圧縮機を設置する基礎の起伏に起因して発生した曲げ応力により破損するおそれがある。そこで、プランジャー17a〜17dに比べて剛性の低い材料を使用したコンプレッションバー18a〜18dを枠型クロスヘッド13a,13bとプランジャー17a〜17d間に介在させている。このコンプレッションバー18a〜18dのバネ効果により、往復圧縮機を設置した基礎が起伏していても起伏による変動を吸収できる。したがって、往復圧縮機の損傷を防止できる。   Since the plungers 17a to 17d used for the fourth and fifth compression stages, which are high pressure stages, are made of hard and brittle tungsten carbide, bending occurred due to the undulations of the foundation on which the reciprocating compressor is installed. There is a risk of damage due to stress. Therefore, compression bars 18a to 18d using a material having lower rigidity than the plungers 17a to 17d are interposed between the frame-type cross heads 13a and 13b and the plungers 17a to 17d. Due to the spring effect of the compression bars 18a to 18d, fluctuations due to undulations can be absorbed even when the foundation on which the reciprocating compressor is installed is undulated. Therefore, damage to the reciprocating compressor can be prevented.

本発明に係る5段水素圧縮機の一実施例の駆動部の3面図。The 3rd page figure of the drive part of one Example of the 5-stage hydrogen compressor based on this invention. 本発明に係る5段水素圧縮機の一実施例の主要部の斜視図。The perspective view of the principal part of one Example of the 5-stage hydrogen compressor based on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…主軸、10x…クランクシャフト、10y…接続軸、11a,11b…横コネクティングロッド、12a,12b…クロスピン、13a,13b…枠型クロスヘッド、
14a,14b…クロスガイド、15a,15b…縦コネクティングロッド、16a,
16b…バランスウェイト、17a〜17d…プランジャー、18a〜18d…コンプレッションバー、19a,19b…ピストンシャフト、20a,20b…縦クロスヘッド、21a,21b…クランクプレート、22a…フォーク型の水平コネクティングロッド、23a…ハウジング、24a…押え板、25a〜25c…ピストン、100…往復圧縮機。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Main axis | shaft, 10x ... Crankshaft, 10y ... Connection axis | shaft, 11a, 11b ... Lateral connecting rod, 12a, 12b ... Cross pin, 13a, 13b ... Frame type cross head,
14a, 14b ... cross guide, 15a, 15b ... vertical connecting rod, 16a,
16b ... balance weight, 17a-17d ... plunger, 18a-18d ... compression bar, 19a, 19b ... piston shaft, 20a, 20b ... vertical crosshead, 21a, 21b ... crank plate, 22a ... fork type horizontal connecting rod, 23a ... housing, 24a ... presser plate, 25a-25c ... piston, 100 ... reciprocating compressor.

Claims (3)

燃料電池車の水素供給またはCNG自動車の燃料供給に用いる5段の往復圧縮機において、
水平方向に移動可能な第1の一対のプランジャーと、
上下方向に移動可能で第1段圧縮部を構成する第1のピストンと、
これら第1の一対のプランジャーと第1のピストンとを駆動する第1の駆動部と、
水平方向に移動可能な第2の一対のプランジャーと、
上下方向に移動可能で第2段及び第3段圧縮部を構成する第2、第3のピストンと、
これら第2の一対のプランジャーと第2、第3のピストンとを駆動する第2の駆動部と、
前記第1の駆動部が連結される第1のクランクシャフトと第2の駆動部が連結される第2のクランクシャフトとを備え、
前記第1の駆動部と第2の駆動部とは水平方向に並んで置かれており、
前記第1の駆動部は、前記第1の一対のプランジャーを駆動するフォーク型の第1の水平コネクティングロッドと前記第1のピストンを駆動する第1の縦コネクティングロッドとを有し、前記第2の駆動部は、前記一対の第2のプランジャーを駆動するフォーク型の第2の水平コネクティングロッドと前記第2のピストンを駆動する第2の縦コネクティングロッドとを有し、
前記第1、第2のクランクシャフトは、それぞれ駆動源からの駆動力を伝達する主軸に偏心して連結された軸であり、
前記第1の一対のプランジャーは第4段圧縮部と第5段圧縮部を構成し、さらに前記第2の一対のプランジャーも第4段圧縮部と第5段圧縮部とを構成し、同一段圧縮部は前記主軸を基準に同一側に配置されており、一方の前記駆動部で駆動される第4段圧縮部のプランジャーが圧縮動作時には他方の駆動部で駆動される第5段圧縮部のプランジャーが圧縮動作し、同一段のプランジャーが互いにその移動方向を逆にして水平方向のアンバランス荷重をキャンセルするようにした往復圧縮機。
In a five-stage reciprocating compressor used for hydrogen supply of a fuel cell vehicle or fuel supply of a CNG vehicle,
A first pair of plungers movable in a horizontal direction;
A first piston which is movable in the vertical direction and constitutes a first stage compression section;
A first drive unit that drives the first pair of plungers and the first piston;
A second pair of plungers movable in a horizontal direction;
Second and third pistons which are movable in the vertical direction and constitute the second stage and the third stage compression section;
A second drive unit that drives the second pair of plungers and the second and third pistons;
A first crankshaft to which the first drive unit is connected and a second crankshaft to which the second drive unit is connected;
The first driving unit and the second driving unit are placed side by side in the horizontal direction,
The first drive unit includes a fork-type first horizontal connecting rod that drives the first pair of plungers, and a first vertical connecting rod that drives the first piston. The drive unit has a fork-type second horizontal connecting rod that drives the pair of second plungers and a second vertical connecting rod that drives the second piston;
The first and second crankshafts are shafts eccentrically connected to a main shaft that transmits a driving force from a driving source,
The first pair of plungers constitutes a fourth stage compression part and a fifth stage compression part, and the second pair of plungers also constitutes a fourth stage compression part and a fifth stage compression part, The same stage compression unit is arranged on the same side with respect to the main shaft, and the fifth stage driven by the other drive unit during the compression operation of the plunger of the fourth stage compression unit driven by one of the drive units. A reciprocating compressor in which the plunger of the compression section performs a compression operation, and the plungers at the same stage reverse their movement directions to cancel the unbalanced load in the horizontal direction .
前記第1、第2のクランクシャフトのそれぞれの両端部にバランスウェイトを取り付け、このバランスウェイトを前記駆動部単位で逆相にしたことを特徴とする請求項に記載の往復圧縮機。 2. The reciprocating compressor according to claim 1 , wherein a balance weight is attached to each end of each of the first and second crankshafts, and the balance weight is reversed in phase for each drive unit. 前記第1のプランジャーと前記第1の水平コネクティングロッド間に第1の枠型クロスヘッドおよび第1のコンプレッションバーを、前記第2のプランジャーと前記第2の水平コネクティングロッド間に第2の枠型クロスヘッドおよび第2のコンプレッションバーをそれぞれ介在させ、これら第1、第2のコンプレッションバーはプランジャーよりも剛性の低い材質であることを特徴とする請求項1に記載の往復圧縮機。 A first frame-type crosshead and a first compression bar between the first plunger and the first horizontal connecting rod; a second frame between the second plunger and the second horizontal connecting rod; 2. A reciprocating compressor according to claim 1, wherein a frame-type cross head and a second compression bar are interposed, and the first and second compression bars are made of a material having rigidity lower than that of each plunger. .
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