JP5203805B2 - Compressor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a compressor that handles combustible gas and the like, and more particularly, to a seal structure of a small-capacity high-pressure compressor that discharges at a high pressure exceeding 30 MPa.
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。
At present, hydrogen fuel cell vehicles are required to have a hydrogen gas filling pressure of 70 MPa in order to achieve a cruising range similar to that of a gasoline vehicle. The machine is selected. A high-pressure reciprocating compressor exceeding 30 MPa generally has a high sealing performance between the cylinder part, which becomes a high pressure during the compression operation, in order to prevent compression leakage gas and lubricating oil from entering the frame. Therefore, a distance piece made of a cylindrical case or the like as shown in
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。 However, a compressor with a distance piece has a large size, and is unsuitable for use in a gas station or the like that requires compactness as a hydrogen compressor for a hydrogen station. For this reason, the hydrogen compressor is desired to have a structure in which no distance piece is installed.
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。 However, if the distance piece is removed for miniaturization, the sealing performance is lost, so that hydrogen gas leaking from the cylinder portion in the high pressure state easily flows into the frame. And if hydrogen gas becomes high pressure in the frame, there is a risk of leakage from the shaft penetration part for connecting the crankshaft and motor in the frame to the outside, which may cause a problem in safety and economy. There is.
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。 That is, in the frame, the lubricating oil supplied from the oil passage in the crankshaft is uniformly interposed between the shaft and the bearing to maintain airtightness. Further, the main bearing that receives the crankshaft has the above oil in the frame. Lubricating is performed by spraying lubricating oil that has passed through the passage from an orifice provided on the shaft. For this reason, when the crankshaft stops in the bearing due to the stop of the compressor, and the orifice stops at an angle at which it is positioned on the lower side, there is a risk that the lubricating oil may drip from the orifice due to the action of gravity. Due to this dripping, the oil level of the lubricating oil between the crankshaft and the bearing drops, and the lubricating oil does not intervene uniformly between them, and confidentiality is impaired.
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。 The present invention provides a compressor that prevents gas leakage from the frame by enhancing the sealability of the crankshaft shaft through portion regardless of whether the compressor is in operation or stopped, in view of such conventional problems. It is.
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、前記フレーム内部空間と外部空間との間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。 The present invention relates to a compressor including a compression cylinder and a frame having a built-in crank mechanism that drives the compression cylinder. A seal member that keeps the space between the frame inner space and the outer space airtight, a main bearing that pivotally supports the crankshaft, and a lubricant formed inside the crankshaft at a predetermined pressure between the frame and the crankshaft. , And an oil passage for supplying the main bearing, and an orifice for supplying the main bearing with lubricating oil that has passed through the oil passage. The check valve is opened to a predetermined hydraulic pressure and closed when the hydraulic pressure decreases. Is provided.
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。 The check valve includes a check valve ball and a check valve spring that urges the ball in a direction to close the orifice, and the check valve spring contracts by a predetermined hydraulic pressure to open the orifice. The orifice is configured to be closed by urging the check valve spring when the hydraulic pressure is lowered.
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。 According to the present invention, by installing an effective shaft seal structure in the crankshaft shaft penetration portion, the hydrogen gas leaking from the compression portion to the outside of the frame regardless of whether the compressor is operating or stopped. Leakage can be prevented. In addition, safety can be improved and economy can be improved while maintaining the downsizing of the compressor.
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。
Examples will be described below. FIG. 1 is an external view of a hydrogen compressor. A reciprocating
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 and shows a crank mechanism portion in the
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。
3 is a detailed view of the shaft penetrating portion indicated by a round frame B in FIG.
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。
A
301はシールボックス104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、シールボックス104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。
A lubricating
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。
Lubricating oil is supplied to the lubricating
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。
When the oil pump is in operation, that is, during the operation of the compressor, the pressure of the lubricating oil to be supplied is always higher than the hydrogen gas pressure inside the
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。
However, when the connecting
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。
In this embodiment, a check valve structure is provided in the
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。
As a result, it is possible to prevent the oil from flowing out from the
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Compression cylinder, 4 ... Frame, 101 ... Bearing support, 102 ... Main bearing, 103 ... Crankshaft, 104 ... Seal box, 105 ... Seal case, 106 ... Spacer, 107 ... Seal cover, 201 ... Oil seal, 104-107, 201 ... sealing member, 301 ... lubricating oil inlet, 301a-301g ... oil passage, 302 ... main bearing oil supply orifice, 401 ... check valve receptacle, 402 ... check valve ball, 403 ... check valve spring 404: Check valve seat, 401-404: Check valve.
Claims (2)
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、前記フレーム内部空間と外部空間との間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。 In a compressor comprising a compression cylinder and a frame incorporating a crank mechanism for driving the compression cylinder,
The crank mechanism includes a crankshaft that passes through the frame, a seal member that is interposed between the frame and the crankshaft and that keeps the space between the frame inner space and the outer space airtight, and a main bearing that pivotally supports the crankshaft. And an oil passage formed inside the crankshaft at a predetermined pressure between the frame and the crankshaft and supplying the main bearing to the main bearing, and lubricating oil passing through the oil passage is sprayed onto the main bearing. A compressor comprising an orifice for supplying oil, and provided with a check valve that opens at a predetermined hydraulic pressure and closes when the hydraulic pressure decreases.
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。 The check valve includes a check valve ball and a check valve spring that urges the ball in a direction to close the orifice, and the check valve spring contracts by a predetermined hydraulic pressure to open the orifice, thereby reducing the hydraulic pressure. The compressor according to claim 1, wherein the orifice is closed by urging of the check valve spring.
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