JP2004204683A - オイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】公知の往復動形オイルフリー型コンプレッサは、クランクケース内にクランクピン、クランク、コンロッド、クロスヘッド等を設け、ピストンとクロスヘッドが往復動するので慣性力による振動が大きく、圧縮室の気密性保持のためロッドシールを設けるが、完全なシールが出来ず、シール抵抗があるので動力損失が増加し、複雑な構造となり、製造、メインテナンス費用が増加する。
【解決手段】この発明のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの圧縮方法は、低圧側と高圧側ピストンとが一体であり、且つ低圧側吐出圧力が高圧側の吸入圧力として加わる。そして高圧側吸入圧力による力と低圧側吐出圧力による力が反対方向に向くことで力が相殺され、省電力化となり、小型でも低出力で大容量の吐出量が得られる。又一体型ピストンであるからコンロッド小端軸受を低圧側に配置できるため軸受を熱による影響を少なくすることができ、従って空冷式でも大容量化、高圧化により低振動・低騒音駆動とを可能とする。
【選択図】 図5
【解決手段】この発明のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの圧縮方法は、低圧側と高圧側ピストンとが一体であり、且つ低圧側吐出圧力が高圧側の吸入圧力として加わる。そして高圧側吸入圧力による力と低圧側吐出圧力による力が反対方向に向くことで力が相殺され、省電力化となり、小型でも低出力で大容量の吐出量が得られる。又一体型ピストンであるからコンロッド小端軸受を低圧側に配置できるため軸受を熱による影響を少なくすることができ、従って空冷式でも大容量化、高圧化により低振動・低騒音駆動とを可能とする。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、オイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に関し、更に詳しくは、シリンダ内に設けられる1個のピストンに駆動軸を貫通して一体とし、シリンダ内を高圧側圧縮室及び低圧側圧縮室とに区画形成し、該ピストンを介して2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力が該高圧側圧縮室側の吸入圧力として加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わって省電力を図り、小型でも低出力で大容量の吐出量と高圧化とが得られ、低振動、低騒音駆動とを可能とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
低振動、低騒音、油分を含まないクリーンエアーを供給する空冷オイルフリーレシプロ型コンプレッサとしては、例えば電子式パッケージべビコン(株式会社日立製作所登録商標)、特開平2000−97186、特開平2000−276574等が提案されている。
【0003】
図9、10に示す通り、公知の中、大型往復動形オイルフリー型コンプレッサは、クランクケースcc内に設けられたクランクピンcpにクランクcrを連結し、クランクピンcpにコンロッドclの一端を連結し、コンロッドclの他端にクロスヘッドchを接続し、ロッドシールrsを介してピストンロッドprの一端を連結し、ピストンロッドprの他端に設けたピストンpをシリンダc内に往復動自在に設け、シリンダc内を圧縮室a1と圧縮室b1とに区画している。
【0004】
そしてピストンp、ピストンロッドpr、コンロッドcl及びクロスヘッドchが往復動するので、慣性力による振動が大きく、該圧縮室bの気密を保持するためにロッドシールrsを設けなければならない。
【0005】
しかしロッドシールrsでは完全なシールが出来ず、又シール抵抗があるので動力損失が増加する。
更に、ロッドシールrsを設けると、複雑な構造となり、コスト増大要因となり、メインテナンス費用が増加する。
【0006】
従来公知のオイルフリー型コンプレッサは、例えば、モータ出力が7.5kwの場合、吐出圧力0.7MPa時空気の吐出量が800リットル/min.或いは同じモータ出力で、空気の吐出量が850リットル/min.が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図10に示す通り、シリンダcの直径dに対するピストンpの軸受の長さlの割合l/dが小さいと、シリンダc内のピストンpの運動が不安定となり、性能低下の原因となるが、割合l/dを大きくするためには、軸受の長さlを大きくしなければならない。
従ってピストンpを大きくすると質量が増えるので振動も増加し、ピストンpがシリンダc内をふらつきながら往復動するので極めて不安定である。
【0008】
その結果シリンダc内壁とピストンpとの接触とシール性とが損なわれるのでコンプレッサの性能低下の要因となる。
【0009】
しかし公知のオイルフリー型コンプレッサは、その構成上その機械効率が50%にも達せず、モータ出力が小さいと所望の大きな空気の吐出量が得られなかった。
そして地球環境対策、省資源、低消費電力等の観点から小さいモータ出力でも高圧化した大容量の空気の吐出量が得られるオイルフリー型コンプレッサが要望されている。
【0010】
近年スクリュー型コンプレッサが提案されているが、そのメインテナンスやオーバホールが煩雑で、それらの費用の嵩みが避けられず、その機械効率も50%程度に過ぎなかった。
【0011】
更に公知の往復動形オイルフリーコンプレッサも提案されているが、その運転、オーバーホール費用等も増加せざるを得なかった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明は、公知のオイルフリー型コンプレッサの欠陥を除去するもので、その要旨は、シリンダ内に設けられる1個のピストンに駆動軸を貫通して一体とし、シリンダ内を高圧側圧縮室及び低圧側圧縮室とに区画形成した複数のコンプレッサに於いて、該ピストンを介して2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力が該高圧側圧縮室側の吸入圧力として加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わって省電力を図り、小型でも低出力で大容量の吐出量と高圧化とが得られ、低振動と低騒音駆動とを可能とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法である。
【0013】
特にピストンの貫通孔に駆動軸を貫通させたことにより、シリンダ内を高圧側圧縮室と低圧側圧縮室とに区画し、一端を該ピストンに、他端を該駆動軸に連結した偏心ホィール又はクランクに接続したコンロッドの小端軸受とピストンピンとを該低圧側圧縮室側に配置して該小端軸受を高温から保護し、コンプレッサの大容量化と高圧化とを可能とする。
【0014】
【実施例】
請求項1記載の発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法を図1〜5に示す実施例について説明する。
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサは、所要の容積を有し、内面仕上げをし、周囲に冷却用フィン10aを設けたシリンダ10の壁面所要箇所に吸入孔10bと吐出孔10cとを形成し、該シリンダ10の両側板中心の外側に夫々フランジ10f、10fを突設して後述の駆動軸14の貫通孔10e、10eを夫々穿設する。
【0015】
該フランジ10f、10f内に夫々ベアリング12、12を嵌合した該シリンダ10内に、所要容積を有し、両側板中心で該貫通孔10e、10eの対応箇所に夫々該駆動軸14の貫通孔20a、20aを穿設する。両側板の外面に形成された凹部20b、20b内に低圧側に対し高圧側の直径を小さくした中空ピストン20をスライドベアリング21、21を嵌合して該圧縮室10d内に摺動自在に嵌合し、該貫通孔10e、10e内に夫々スリーブ10g、10gを嵌合し、該シリンダ10と該中空ピストン20の該貫通孔10e、10eと該貫通孔20a、20aとに該駆動軸14を貫通する。
【0016】
該圧縮室10d内で該駆動軸14に偏心ホイール16を一体に設けて高圧側圧縮室10d’と低圧側圧縮室10d”とに区画し、該偏心ホイール16にベアリング12a、12aを介してコンロッド18の一端を連結し、該コンロッド18の他端に小端軸受12bを介してピストンピン23を連結し、該ピストンピン23を該低圧側圧縮室10d”内に配置して第1コンプレッサA(a)とする。
【0017】
図4で、オイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例に於いては、駆動軸14に設ける偏心ホイールの代わりにクランクcrを設けたオイルフリーレシプロ型コンプレッサとする。
【0018】
図1の第1実施例に於いて、該第1コンプレッサA(a)と同じ構造を有する第2コンプレッサB(b)を前者と180°位相関係で該駆動軸14に両者を隣接して一体に設ける。
【0019】
該第2コンプレッサBから突出する該駆動軸14の一端にプーリ22を一体に設け、ベルト(図示せず)を介して所要の駆動モータ(図示せず)に連結し、他端にバランスウエイト24を一体に設ける。
【0020】
図2〜6に於いて、オイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例を説明する。
該第1コンプレッサA(a)、該第2コンプレッサB(b)及びこれらコンプレッサと同一の構成を有する第3コンプレッサC(c)とを該駆動軸に120゜の位相関係で一体に設け、該第2コンプレッサB(b)内に付加ウエイト15を設ける。
【0021】
図2、5、6に於いて、オイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例を更に詳しく説明する。
第1コンプレッサA(a)、第3コンプレッサC(c)とを駆動軸14に同位相で設け、該第1コンプレッサA(a)と該第3コンプレッサC(c)との間に第2コンプレッサB(b)を180゜の位相関係で設け、該ピストン20の作用により発生する該第1コンプレッサA(a)と該第3コンプレッサC(c)との慣性力Fの合力2Fとのバランスをとるため、該第2コンプレッサB(b)により発生する慣性力Fに加えて該第2コンプレッサB(b)の該ピストン20に慣性力Fを発生する付加ウエイト15を設けることを特徴とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサとする。
【0022】
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの第3実施例は、第1コンプレッサA(a)、第2コンプレッサB(b)、第3コンプレッサC(c)並びに第4コンプレッサD(d)とを駆動軸14に90゜の位相関係で一体に設ける。
【0023】
図7で、この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの第4実施例について説明する。
第1コンプレッサAと第4コンプレッサDとを同位相とし、第2コンプレッサBと第3コンプレッサCとを該第1コンプレッサA及び該第4コンプレッサDとに対して駆動軸14に180゜の位相関係で一体に設ける。
【0024】
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの第5実施例を図8について説明する。
第1コンプレッサAと第3コンプレッサCとを同位相とし、該第1コンプレッサAと該第3コンプレッサCに対して第2コンプレッサBと該第4コンプレッサDとを180゜の位相関係で一体に設けてオイルフリーレシプロ型コンプレッサとする。
【0025】
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの実施例に於いては、コンプレッサが奇数個の場合、付加ウエイトを設けるが、偶数個の場合は、付加ウエイトを設ける必要がない。
【0026】
更にこの発明のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第6の実施例に於いては、該シリンダ10の直径dに対する該ピストンpの軸受の長さlの割合l/dを大きくするために、該軸受の長さlを大きくすることを特徴としたオイルフリーレシプロ型コンプレッサである。
【0027】
該圧縮室10dを低圧側圧縮室10d’と高圧側圧縮室10d”とに区画した場合、該低圧側圧縮室10d’と該高圧側圧縮室10d”との容積が同じではその効果が生じなく、高効率の圧縮率を達成するためには、図5に示す通り、該高圧側圧縮室10d”の高圧側の該シリンダ10の両側板に対する幅をd1とし、低圧側のそれをd2とした場合、
d2 > d1
とする必要がある。
【0028】
該駆動軸14と該中空ピストン20とを一体としたので、該高圧側圧縮室10d”の吸入圧力による力F1が高圧側ピストンに加わり、該低圧側圧縮室10d’の吐出圧力による力F2が低圧側ピストンに加わって相殺する。
【0029】
一般的に、1段目と2段目の圧縮比率を径を変える事により最適の圧縮比率Pmが得られる。
【0030】
【発明の動作】
この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの圧縮方法に於いては、該シリンダ10内に摺動自在に嵌合された該ピストン20の貫通孔20aに該駆動軸14を貫通して高圧・低圧共に軸受を設け、該シリンダ10の直径dに対する該ピストン20の軸受長さlの割合l/dを大きく出来る。
【0031】
図11に示す通り、該シリンダ10の低圧側吐出圧力(pa)は、高圧側吸入圧力(pb)と同じである。該低圧側圧縮室10d”が吐出行程の時、高圧側は、吸入行程にあり、該ピストン20の高圧側には吸入圧力(pb)が働き、図示の通りの状態となり、低圧側の吐出圧力による力の方向と、高圧側の吸入圧力による力の方向とは、互いに反対方向である。
従って、該低圧側圧縮室10d”が吐出行程の時、該ピストン20には、左方向にπ/4x102(d1)xpaの力F1が、右方向には、π/4x162(d2)xpaの力F2が働くので、該ピストン20に加わる力Fの合計は、π/4x(162―102)xpaとなる。
【0032】
図11の通り、公知のコンプレッサに於いては、該ピストン20の低圧側に加わる力F2は、π/4x162xpaである。具体的には、低圧側吐出圧力(pa)を1.5kgf/cm2とすると、圧力による力をF3とすれば、公知のものではF3=π/4x162x1.5=301kgf/cm2となる。即ち、公知のコンプレッサと比較し、この発明の圧縮方法では、F/F3 x100=184/301x100=61%の力で良いことになる。
【0033】
公知のコンプレッサに於いては、低圧側及び高圧側ピストンは、夫々別の構成であるから、低圧側の吐出圧力が高圧側の吸入圧力として加わる。しかし、低圧側と高圧側ピストンとが一体でないから、力の方向が相殺する方向に作用しないので省電力に寄与しない。
他方、この発明のピストンは、低圧側と高圧側ピストンとが一体であり、且つ低圧側吐出圧力による力と、高圧側吸入圧力による力の方向が反対であるから、ピストンに加わる力の合計が低圧側と高圧側の差の面積に低圧側吐出圧力を掛けた値となる。
この差は、機械効率の差となって現れる。即ち、公知のものでは機械効率が50%程度であったが、この発明では70%を上回る結果が得られる。
この省電力化は、この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの高低圧ピストンを一体化して初めて可能となったものであり、公知のコンプレッサでは全く不可能である。
【0034】
このオイルフリー型コンプレッサの高低圧ピストンを一体化して得られた省電力量を具体的に計算した結果を次の表1に示す。
この結果が示す様に省電力量は、1.4kwである。この値は、シリンダ1個当たりであるからシリンダ数が2個(モータ容量7.5kw)では2倍の2.8kwとなる。2段圧縮による効率向上と合わせると省電力量は、
3.3/7.5x100=44%となる。
【0035】
【発明の効果】
(1)この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法では、オイルフリー型コンプレッサのピストンの貫通孔に駆動軸を貫通したので、シリンダの直径dに対するピストン軸受の長さlの割合l/dを大きくし、ピストンの運動が安定化するので、性能(効率)が向上し、小型化し、該シリンダ内を高圧側と低圧側とに区画したので、2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力paが該高圧側圧縮室側に加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わって省電力を図り、小型でも低出力で大容量の吐出量と高圧化とが得られ、低振動と低騒音駆動とを可能とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法となる。
【0036】
(2)従って、出力が1サイズ下のモータでも高圧化した大きな空気の吐出量が容易に得られ、トルク変動を減らし、脈動を平均化するので低振動且つ低騒音で運転可能となり、軸受を高温から保護するために低圧側圧縮室に導き、コンプレッサの大容量化、高圧化、長寿命化とを可能とする。
【0037】
(3)公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に比較し、圧縮室の気密を保持するためのロッドシールが全く必要としなくなるから、構造が簡単、且つ小型になるので製造が容易且つ安価となり、製造コストやメインテナンス費用も大幅に減少する。
【0038】
(4)そのため、公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法は、0.7MPa時、800 l/m、または、850 l/mの吐出量しか得られないが、この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法では、1200 l/mの吐出量が得られるから、モータ出力が小さくても、スクリュウ型オイルフリー型コンプレッサに比較して、その機械効率が75%にも達し、画期的な効果が得られる。
【0039】
(5)そして、シリンダの直径dに対するピストンpの軸受の長さlの割合l/dを大きくするために、lを大きくしたのでシリンダ内のピストンの往復運動が安定となり、ピストンを大きくしても性能低下が避けられる。
【0040】
(6)前述の通り、この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に使用するオイルフリーレシプロ型コンプレッサは、製作、運転及び小さいモータ出力でも高圧化した大容量の空気の吐出量が得られるので、二酸化炭素排出の抑制等の地球環境対策、省資源、消費電力の低減等にも寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に使用するオイルフリーレシプロ型コンプレッサの実施例の平面略図である。
【図2】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の平面略図である。
【図3】図1の実施例の111−111線断面略図である。
【図4】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の111−111線断面略図V1−V1線断面略図である。
【図5】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の拡大断面略図である。
【図6】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例に於いて、第1と第3コンプレッサとを同位相とし、第2コンプレッサを
180°の位置関係で設けた状態を模式的に表した図である。
【図7】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例に於いて、第1と第4コンプレッサとを同位相とし、第2と第3コンプレッサを180°の位置関係で設けた状態を模式的に表した図である。
【図8】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の模式的拡大断面略図である。
【図9】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの実施例の模式的拡大断面略図である。
【図10】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの他の実施例の模式的拡大断面略図である。
【図11】この発明に係るピストンに加わる圧力により得られる力を模式的に示す略図である。
【図12】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに加わる圧力により得られる力を示す高圧側を示す略図である。
【図13】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに加わる圧力により得られる力を示す低圧側を示す略図である。
【符号の説明】
A・・・第1コンプレッサ;
B・・・第2コンプレッサ;
C・・・第3コンプレッサ;
D・・・第4コンプレッサ;
10・・・シリンダ;
10a・・・冷却用フィン;
10b・・・吸入孔;
10c・・・吐出孔;
10d・・・圧縮室;
10d’・・・低圧側;
10d”・・・高圧側;
10e・・・貫通孔;
10f・・・フランジ;
10g・・・付加ウエイト;
12・・・ベアリング;
12b・・・小端軸受;
14・・・駆動軸;
15・・・付加ウエイト:
16・・・偏心ホイール;
18・・・コンロッド;
20・・・中空ピストン;
20a・・・貫通孔;
20b・・・凹部;
21・・・スライドベアリング;
22・・・プーリ;
23・・・ピストンピン;
24・・・バランスウエイト。
【産業上の利用分野】
この発明は、オイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に関し、更に詳しくは、シリンダ内に設けられる1個のピストンに駆動軸を貫通して一体とし、シリンダ内を高圧側圧縮室及び低圧側圧縮室とに区画形成し、該ピストンを介して2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力が該高圧側圧縮室側の吸入圧力として加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わって省電力を図り、小型でも低出力で大容量の吐出量と高圧化とが得られ、低振動、低騒音駆動とを可能とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
低振動、低騒音、油分を含まないクリーンエアーを供給する空冷オイルフリーレシプロ型コンプレッサとしては、例えば電子式パッケージべビコン(株式会社日立製作所登録商標)、特開平2000−97186、特開平2000−276574等が提案されている。
【0003】
図9、10に示す通り、公知の中、大型往復動形オイルフリー型コンプレッサは、クランクケースcc内に設けられたクランクピンcpにクランクcrを連結し、クランクピンcpにコンロッドclの一端を連結し、コンロッドclの他端にクロスヘッドchを接続し、ロッドシールrsを介してピストンロッドprの一端を連結し、ピストンロッドprの他端に設けたピストンpをシリンダc内に往復動自在に設け、シリンダc内を圧縮室a1と圧縮室b1とに区画している。
【0004】
そしてピストンp、ピストンロッドpr、コンロッドcl及びクロスヘッドchが往復動するので、慣性力による振動が大きく、該圧縮室bの気密を保持するためにロッドシールrsを設けなければならない。
【0005】
しかしロッドシールrsでは完全なシールが出来ず、又シール抵抗があるので動力損失が増加する。
更に、ロッドシールrsを設けると、複雑な構造となり、コスト増大要因となり、メインテナンス費用が増加する。
【0006】
従来公知のオイルフリー型コンプレッサは、例えば、モータ出力が7.5kwの場合、吐出圧力0.7MPa時空気の吐出量が800リットル/min.或いは同じモータ出力で、空気の吐出量が850リットル/min.が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図10に示す通り、シリンダcの直径dに対するピストンpの軸受の長さlの割合l/dが小さいと、シリンダc内のピストンpの運動が不安定となり、性能低下の原因となるが、割合l/dを大きくするためには、軸受の長さlを大きくしなければならない。
従ってピストンpを大きくすると質量が増えるので振動も増加し、ピストンpがシリンダc内をふらつきながら往復動するので極めて不安定である。
【0008】
その結果シリンダc内壁とピストンpとの接触とシール性とが損なわれるのでコンプレッサの性能低下の要因となる。
【0009】
しかし公知のオイルフリー型コンプレッサは、その構成上その機械効率が50%にも達せず、モータ出力が小さいと所望の大きな空気の吐出量が得られなかった。
そして地球環境対策、省資源、低消費電力等の観点から小さいモータ出力でも高圧化した大容量の空気の吐出量が得られるオイルフリー型コンプレッサが要望されている。
【0010】
近年スクリュー型コンプレッサが提案されているが、そのメインテナンスやオーバホールが煩雑で、それらの費用の嵩みが避けられず、その機械効率も50%程度に過ぎなかった。
【0011】
更に公知の往復動形オイルフリーコンプレッサも提案されているが、その運転、オーバーホール費用等も増加せざるを得なかった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明は、公知のオイルフリー型コンプレッサの欠陥を除去するもので、その要旨は、シリンダ内に設けられる1個のピストンに駆動軸を貫通して一体とし、シリンダ内を高圧側圧縮室及び低圧側圧縮室とに区画形成した複数のコンプレッサに於いて、該ピストンを介して2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力が該高圧側圧縮室側の吸入圧力として加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わって省電力を図り、小型でも低出力で大容量の吐出量と高圧化とが得られ、低振動と低騒音駆動とを可能とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法である。
【0013】
特にピストンの貫通孔に駆動軸を貫通させたことにより、シリンダ内を高圧側圧縮室と低圧側圧縮室とに区画し、一端を該ピストンに、他端を該駆動軸に連結した偏心ホィール又はクランクに接続したコンロッドの小端軸受とピストンピンとを該低圧側圧縮室側に配置して該小端軸受を高温から保護し、コンプレッサの大容量化と高圧化とを可能とする。
【0014】
【実施例】
請求項1記載の発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法を図1〜5に示す実施例について説明する。
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサは、所要の容積を有し、内面仕上げをし、周囲に冷却用フィン10aを設けたシリンダ10の壁面所要箇所に吸入孔10bと吐出孔10cとを形成し、該シリンダ10の両側板中心の外側に夫々フランジ10f、10fを突設して後述の駆動軸14の貫通孔10e、10eを夫々穿設する。
【0015】
該フランジ10f、10f内に夫々ベアリング12、12を嵌合した該シリンダ10内に、所要容積を有し、両側板中心で該貫通孔10e、10eの対応箇所に夫々該駆動軸14の貫通孔20a、20aを穿設する。両側板の外面に形成された凹部20b、20b内に低圧側に対し高圧側の直径を小さくした中空ピストン20をスライドベアリング21、21を嵌合して該圧縮室10d内に摺動自在に嵌合し、該貫通孔10e、10e内に夫々スリーブ10g、10gを嵌合し、該シリンダ10と該中空ピストン20の該貫通孔10e、10eと該貫通孔20a、20aとに該駆動軸14を貫通する。
【0016】
該圧縮室10d内で該駆動軸14に偏心ホイール16を一体に設けて高圧側圧縮室10d’と低圧側圧縮室10d”とに区画し、該偏心ホイール16にベアリング12a、12aを介してコンロッド18の一端を連結し、該コンロッド18の他端に小端軸受12bを介してピストンピン23を連結し、該ピストンピン23を該低圧側圧縮室10d”内に配置して第1コンプレッサA(a)とする。
【0017】
図4で、オイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例に於いては、駆動軸14に設ける偏心ホイールの代わりにクランクcrを設けたオイルフリーレシプロ型コンプレッサとする。
【0018】
図1の第1実施例に於いて、該第1コンプレッサA(a)と同じ構造を有する第2コンプレッサB(b)を前者と180°位相関係で該駆動軸14に両者を隣接して一体に設ける。
【0019】
該第2コンプレッサBから突出する該駆動軸14の一端にプーリ22を一体に設け、ベルト(図示せず)を介して所要の駆動モータ(図示せず)に連結し、他端にバランスウエイト24を一体に設ける。
【0020】
図2〜6に於いて、オイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例を説明する。
該第1コンプレッサA(a)、該第2コンプレッサB(b)及びこれらコンプレッサと同一の構成を有する第3コンプレッサC(c)とを該駆動軸に120゜の位相関係で一体に設け、該第2コンプレッサB(b)内に付加ウエイト15を設ける。
【0021】
図2、5、6に於いて、オイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例を更に詳しく説明する。
第1コンプレッサA(a)、第3コンプレッサC(c)とを駆動軸14に同位相で設け、該第1コンプレッサA(a)と該第3コンプレッサC(c)との間に第2コンプレッサB(b)を180゜の位相関係で設け、該ピストン20の作用により発生する該第1コンプレッサA(a)と該第3コンプレッサC(c)との慣性力Fの合力2Fとのバランスをとるため、該第2コンプレッサB(b)により発生する慣性力Fに加えて該第2コンプレッサB(b)の該ピストン20に慣性力Fを発生する付加ウエイト15を設けることを特徴とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサとする。
【0022】
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの第3実施例は、第1コンプレッサA(a)、第2コンプレッサB(b)、第3コンプレッサC(c)並びに第4コンプレッサD(d)とを駆動軸14に90゜の位相関係で一体に設ける。
【0023】
図7で、この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの第4実施例について説明する。
第1コンプレッサAと第4コンプレッサDとを同位相とし、第2コンプレッサBと第3コンプレッサCとを該第1コンプレッサA及び該第4コンプレッサDとに対して駆動軸14に180゜の位相関係で一体に設ける。
【0024】
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの第5実施例を図8について説明する。
第1コンプレッサAと第3コンプレッサCとを同位相とし、該第1コンプレッサAと該第3コンプレッサCに対して第2コンプレッサBと該第4コンプレッサDとを180゜の位相関係で一体に設けてオイルフリーレシプロ型コンプレッサとする。
【0025】
この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの実施例に於いては、コンプレッサが奇数個の場合、付加ウエイトを設けるが、偶数個の場合は、付加ウエイトを設ける必要がない。
【0026】
更にこの発明のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第6の実施例に於いては、該シリンダ10の直径dに対する該ピストンpの軸受の長さlの割合l/dを大きくするために、該軸受の長さlを大きくすることを特徴としたオイルフリーレシプロ型コンプレッサである。
【0027】
該圧縮室10dを低圧側圧縮室10d’と高圧側圧縮室10d”とに区画した場合、該低圧側圧縮室10d’と該高圧側圧縮室10d”との容積が同じではその効果が生じなく、高効率の圧縮率を達成するためには、図5に示す通り、該高圧側圧縮室10d”の高圧側の該シリンダ10の両側板に対する幅をd1とし、低圧側のそれをd2とした場合、
d2 > d1
とする必要がある。
【0028】
該駆動軸14と該中空ピストン20とを一体としたので、該高圧側圧縮室10d”の吸入圧力による力F1が高圧側ピストンに加わり、該低圧側圧縮室10d’の吐出圧力による力F2が低圧側ピストンに加わって相殺する。
【0029】
一般的に、1段目と2段目の圧縮比率を径を変える事により最適の圧縮比率Pmが得られる。
【0030】
【発明の動作】
この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの圧縮方法に於いては、該シリンダ10内に摺動自在に嵌合された該ピストン20の貫通孔20aに該駆動軸14を貫通して高圧・低圧共に軸受を設け、該シリンダ10の直径dに対する該ピストン20の軸受長さlの割合l/dを大きく出来る。
【0031】
図11に示す通り、該シリンダ10の低圧側吐出圧力(pa)は、高圧側吸入圧力(pb)と同じである。該低圧側圧縮室10d”が吐出行程の時、高圧側は、吸入行程にあり、該ピストン20の高圧側には吸入圧力(pb)が働き、図示の通りの状態となり、低圧側の吐出圧力による力の方向と、高圧側の吸入圧力による力の方向とは、互いに反対方向である。
従って、該低圧側圧縮室10d”が吐出行程の時、該ピストン20には、左方向にπ/4x102(d1)xpaの力F1が、右方向には、π/4x162(d2)xpaの力F2が働くので、該ピストン20に加わる力Fの合計は、π/4x(162―102)xpaとなる。
【0032】
図11の通り、公知のコンプレッサに於いては、該ピストン20の低圧側に加わる力F2は、π/4x162xpaである。具体的には、低圧側吐出圧力(pa)を1.5kgf/cm2とすると、圧力による力をF3とすれば、公知のものではF3=π/4x162x1.5=301kgf/cm2となる。即ち、公知のコンプレッサと比較し、この発明の圧縮方法では、F/F3 x100=184/301x100=61%の力で良いことになる。
【0033】
公知のコンプレッサに於いては、低圧側及び高圧側ピストンは、夫々別の構成であるから、低圧側の吐出圧力が高圧側の吸入圧力として加わる。しかし、低圧側と高圧側ピストンとが一体でないから、力の方向が相殺する方向に作用しないので省電力に寄与しない。
他方、この発明のピストンは、低圧側と高圧側ピストンとが一体であり、且つ低圧側吐出圧力による力と、高圧側吸入圧力による力の方向が反対であるから、ピストンに加わる力の合計が低圧側と高圧側の差の面積に低圧側吐出圧力を掛けた値となる。
この差は、機械効率の差となって現れる。即ち、公知のものでは機械効率が50%程度であったが、この発明では70%を上回る結果が得られる。
この省電力化は、この発明に係るオイルフリー型コンプレッサの高低圧ピストンを一体化して初めて可能となったものであり、公知のコンプレッサでは全く不可能である。
【0034】
このオイルフリー型コンプレッサの高低圧ピストンを一体化して得られた省電力量を具体的に計算した結果を次の表1に示す。
この結果が示す様に省電力量は、1.4kwである。この値は、シリンダ1個当たりであるからシリンダ数が2個(モータ容量7.5kw)では2倍の2.8kwとなる。2段圧縮による効率向上と合わせると省電力量は、
3.3/7.5x100=44%となる。
【0035】
【発明の効果】
(1)この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法では、オイルフリー型コンプレッサのピストンの貫通孔に駆動軸を貫通したので、シリンダの直径dに対するピストン軸受の長さlの割合l/dを大きくし、ピストンの運動が安定化するので、性能(効率)が向上し、小型化し、該シリンダ内を高圧側と低圧側とに区画したので、2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力paが該高圧側圧縮室側に加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わって省電力を図り、小型でも低出力で大容量の吐出量と高圧化とが得られ、低振動と低騒音駆動とを可能とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法となる。
【0036】
(2)従って、出力が1サイズ下のモータでも高圧化した大きな空気の吐出量が容易に得られ、トルク変動を減らし、脈動を平均化するので低振動且つ低騒音で運転可能となり、軸受を高温から保護するために低圧側圧縮室に導き、コンプレッサの大容量化、高圧化、長寿命化とを可能とする。
【0037】
(3)公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に比較し、圧縮室の気密を保持するためのロッドシールが全く必要としなくなるから、構造が簡単、且つ小型になるので製造が容易且つ安価となり、製造コストやメインテナンス費用も大幅に減少する。
【0038】
(4)そのため、公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法は、0.7MPa時、800 l/m、または、850 l/mの吐出量しか得られないが、この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法では、1200 l/mの吐出量が得られるから、モータ出力が小さくても、スクリュウ型オイルフリー型コンプレッサに比較して、その機械効率が75%にも達し、画期的な効果が得られる。
【0039】
(5)そして、シリンダの直径dに対するピストンpの軸受の長さlの割合l/dを大きくするために、lを大きくしたのでシリンダ内のピストンの往復運動が安定となり、ピストンを大きくしても性能低下が避けられる。
【0040】
(6)前述の通り、この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に使用するオイルフリーレシプロ型コンプレッサは、製作、運転及び小さいモータ出力でも高圧化した大容量の空気の吐出量が得られるので、二酸化炭素排出の抑制等の地球環境対策、省資源、消費電力の低減等にも寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法に使用するオイルフリーレシプロ型コンプレッサの実施例の平面略図である。
【図2】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の平面略図である。
【図3】図1の実施例の111−111線断面略図である。
【図4】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の111−111線断面略図V1−V1線断面略図である。
【図5】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の拡大断面略図である。
【図6】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例に於いて、第1と第3コンプレッサとを同位相とし、第2コンプレッサを
180°の位置関係で設けた状態を模式的に表した図である。
【図7】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例に於いて、第1と第4コンプレッサとを同位相とし、第2と第3コンプレッサを180°の位置関係で設けた状態を模式的に表した図である。
【図8】この発明に係るオイルフリーレシプロ型コンプレッサの第2実施例の模式的拡大断面略図である。
【図9】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの実施例の模式的拡大断面略図である。
【図10】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサの他の実施例の模式的拡大断面略図である。
【図11】この発明に係るピストンに加わる圧力により得られる力を模式的に示す略図である。
【図12】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに加わる圧力により得られる力を示す高圧側を示す略図である。
【図13】公知のオイルフリーレシプロ型コンプレッサに加わる圧力により得られる力を示す低圧側を示す略図である。
【符号の説明】
A・・・第1コンプレッサ;
B・・・第2コンプレッサ;
C・・・第3コンプレッサ;
D・・・第4コンプレッサ;
10・・・シリンダ;
10a・・・冷却用フィン;
10b・・・吸入孔;
10c・・・吐出孔;
10d・・・圧縮室;
10d’・・・低圧側;
10d”・・・高圧側;
10e・・・貫通孔;
10f・・・フランジ;
10g・・・付加ウエイト;
12・・・ベアリング;
12b・・・小端軸受;
14・・・駆動軸;
15・・・付加ウエイト:
16・・・偏心ホイール;
18・・・コンロッド;
20・・・中空ピストン;
20a・・・貫通孔;
20b・・・凹部;
21・・・スライドベアリング;
22・・・プーリ;
23・・・ピストンピン;
24・・・バランスウエイト。
Claims (1)
- 所要の容積を有し、周囲に冷却用フィンを設け、内面仕上げをし、壁面所要箇所に形成された吸入孔及び吐出孔とを有するシリンダと、該シリンダ内に摺動自在に嵌合され、低圧側に対し高圧側の直径を小さくした段付きピストンと、該シリンダと該ピストンとに穿設された貫通孔に貫通された駆動軸と、該駆動軸に一体に設けられた偏心ホイ−ルにより該シリンダ内に区画された高圧側圧縮室及び低圧側圧縮室と、該偏心ホイ−ルにより一端を連結されたコンロッドと、該コンロッドの他端に設けられた小端軸受を該低圧側圧縮室側に配置した第1コンプレッサと、該第1コンプレッサと同じ構造を有し、該駆動軸で該第1コンプレッサと180゜の位相関係でそれと隣接して設けられた第2コンプレッサと、該駆動軸の一端に一体に設けられたプーリと、該プーリに懸架され、且つ所要駆動モータに連結されたベルトと、該第2コンプレッサから突出する該駆動軸の他端に一体に設けられたバランスウエイトとから成るオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於いて;
該駆動軸に一体に設けられた該偏心ホイールに連結された1個の該ピストンにより該シリンダ内を該高圧側圧縮室及び該低圧側圧縮室とに区画形成し、該ピストンを介して2段の圧縮方法により該低圧側圧縮室の吐出圧力が該高圧側圧縮室側の吸入圧力として加わり、該低圧側圧縮室の吐出圧力が該ピストンに加わる事を特徴とするオイルフリーレシプロ型コンプレッサに於ける圧縮方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009162092A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Goku:Kk | 揺動型オイルフリー・コンプレッサ |
JP2012013265A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Fujisaki Denki Kk | 循環式の噴霧乾燥装置 |
CN106917733A (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-04 | 罗凤玲 | 一种动力装置 |
US9856866B2 (en) | 2011-01-28 | 2018-01-02 | Wabtec Holding Corp. | Oil-free air compressor for rail vehicles |
-
2002
- 2002-12-20 JP JP2002371123A patent/JP2004204683A/ja not_active Withdrawn
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