JP6889652B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを圧縮する圧縮機に関する。

従来、往復動式の多段圧縮機が知られている。例えば、特許文献１には、クランクシャフトと、ガスを圧縮する第１圧縮部と、第１圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する第２圧縮部とを備える圧縮機が開示されている。第１圧縮部は第１ないし第３圧縮室を有する。第２圧縮部は第４および第５圧縮室を有する。この圧縮機では、クランクシャフトの回転に伴って第１往復動変換部を介して第１加圧部が直線状に往復運動するとともに、第２往復動変換部を介して第２加圧部が直線状に往復運動する。これにより、５つの圧縮室内でガスが圧縮される。

特開２０１６−１１３９０７号公報

特許文献１に記載される圧縮機では、例えば、第１圧縮室及び第２圧縮室においてガスの吸込み及び吐出が同じタイミングで行われるため、第１圧縮室と第２圧縮室とを接続する流路には、第１圧縮室から吐出されたガスが第２圧縮室に吸い込まれるまでの間、一時的に第１圧縮室から吐出されたガスを貯留するための部位（ボリューム）が必要となる。第２圧縮室と第３圧縮室とを接続する流路及び第４圧縮室と第５圧縮室とを接続する流路についても同様である。

このように、従来、低圧側の圧縮室から吐出されたガスが高圧側の圧縮室に吸い込まれるまでの間、圧縮室を繋ぐ接続部内に一時的にガスが留まる。滞留したガスの圧力は高段側の圧縮室の吸込圧力よりも高くなり動力ロスが発生する。また、接続部内の圧力上昇を吸収するため接続部上にボリュームを設けようとすると、接続部上における部品点数の増大によりガスの漏洩の可能性を高めてしまうことになる。スペース上の制約によりボリュームを設けることができない場合もある。

本発明の目的は、上記課題に鑑みなされたものであり、各圧縮室同士を接続する接続部にボリュームを設けることを回避可能な圧縮機を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、圧縮機であって、クランクシャフトと、直線状に並ぶ少なくとも２つの圧縮室を有する第１シリンダ体と、前記クランクシャフトの回転に応じて前記第１シリンダ体内で往復動することにより、前記少なくとも２つの圧縮室においてガスを圧縮可能な第１加圧部と、少なくとも１つの圧縮室を有する第２シリンダ体と、前記少なくとも１つの圧縮室において前記第１加圧部に対して所定の位相のずれを有した状態で前記クランクシャフトの回転に応じて前記第２シリンダ体内で往復動することにより、ガスを圧縮可能な第２加圧部と、各圧縮室同士を接続する接続部と、を備えた圧縮機を提供する。前記第１シリンダ体は、前記少なくとも２つの圧縮室のうち最も低段側の圧縮室である第１圧縮室と、前記第１圧縮室よりも２つ高段側の圧縮室である第３圧縮室と、を有している。前記第１加圧部は、前記第１圧縮室及び前記第３圧縮室において同時にガスを圧縮可能である。前記第２シリンダ体は、前記少なくとも１つの圧縮室として前記第１圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第２圧縮室と、前記第２圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第３圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第４圧縮室と、を含んでいる。前記第２加圧部は、前記第２圧縮室及び前記第４圧縮室において同時にガスを圧縮可能である。前記接続部は、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とを接続する第１接続流路と、前記第２圧縮室と前記第３圧縮室とを接続する第２接続流路と、前記第３圧縮室と前記第４圧縮室とを接続する第３接続流路と、を含む。前記第１〜第４圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように、各圧縮室が配置されている。

本圧縮機では、圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように各圧縮室が配置されているので、接続部へのボリュームの設置を回避することが可能となる。この態様では、第１圧縮室から第１接続流路にガスが吐出されるタイミングが第１接続流路から第２圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになり、かつ、第２圧縮室から第２接続流路にガスが吐出されるタイミングが第２接続流路から第３圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。よって、第１接続流路及び第２接続流路へのボリュームの設置を回避することが可能となる。また、第３圧縮室から第３接続流路にガスが吐出されるタイミングが第３接続流路から第４圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。よって、第３接続流路へのボリュームの設置を回避しつつ第４圧縮室においてさらにガスを圧縮することが可能となる。

また、前記第１シリンダ体は、前記第３圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第４圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第５圧縮室を有する第１高段シリンダをさらに含み、前記第１加圧部は、前記第１圧縮室、前記第３圧縮室及び前記第５圧縮室において同時に前記ガスを圧縮可能であり、前記接続部は、前記第４圧縮室と前記第５圧縮室とを接続する第４接続流路をさらに含むことが好ましい。

この態様では、第４圧縮室から第４接続流路にガスが吐出されるタイミングが第４接続流路から第５圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。よって、第４接続流路へのボリュームの設置を回避しつつ第５圧縮室においてさらにガスを圧縮することが可能となる。

本発明の他の局面に係る圧縮機は、直線状に並ぶ少なくとも２つの圧縮室を有する第１シリンダ体と、前記少なくとも２つの圧縮室においてガスを圧縮可能な第１加圧部と、少なくとも１つの圧縮室を有する第２シリンダ体と、前記少なくとも１つの圧縮室において前記第１加圧部に対して所定の位相のずれを有した状態でガスを圧縮可能な第２加圧部と、各圧縮室同士を接続する接続部と、を備えている。前記第１シリンダ体は、前記少なくとも２つの圧縮室のうち最も低段側の圧縮室である第１圧縮室と、前記第１圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第２圧縮室と、前記第２圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第２圧縮室よりも２つ高段側の圧縮室である第４圧縮室と、を有し、前記第１加圧部は、前記第１加圧部の摺動方向における一方側に変位したときに前記第１圧縮室内でガスを圧縮するとともに、前記摺動方向における他方側に変位したときに前記第２圧縮室及び前記第４圧縮室内で同時にガスを圧縮し、前記第２シリンダ体は、前記少なくとも１つの圧縮室として前記第２圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第３圧縮室を有し、前記第２加圧部は、前記第１加圧部が前記第１圧縮室においてガスを圧縮するのと同時に前記第３圧縮室内でガスを圧縮し、前記接続部は、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とを接続する第１接続流路と、前記第２圧縮室と前記第３圧縮室とを接続する第２接続流路と、前記第３圧縮室と前記第４圧縮室とを接続する第３接続流路と、を含む。前記第１〜第４圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように、各圧縮室が配置されている。

この態様では、第１圧縮室から第１接続流路にガスが吐出されるタイミングが第１接続流路から第２圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになり、かつ、第２圧縮室から第２接続流路にガスが吐出されるタイミングが第２接続流路から第３圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。よって、第１接続流路及び第２接続流路へのボリュームの設置を回避することが可能となる。しかも、単一の第１低段シリンダ内に２つの圧縮室が形成されるので、各圧縮室に応じた２つのシリンダが設けられる場合に比べて第１シリンダ体が小型化される。また、第３圧縮室から第３接続流路にガスが吐出されるタイミングが第３接続流路から第４圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。よって、第３接続流路へのボリュームの設置を回避しつつ第４圧縮室においてさらにガスを圧縮することが可能となる。

また、前記第２シリンダ体は、前記第３圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第４圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第５圧縮室を有する第２高段シリンダをさらに含み、前記第２加圧部は、前記第３圧縮室及び前記第５圧縮室において同時に前記ガスを圧縮可能であり、前記接続部は、前記第４圧縮室と前記第５圧縮室とを接続する第４接続流路をさらに含むことが好ましい。

この態様では、第４圧縮室から第４接続流路にガスが吐出されるタイミングが第４接続流路から第５圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。よって、第４接続流路へのボリュームの設置を回避しつつ第５圧縮室においてさらにガスを圧縮することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、各圧縮室同士を接続する接続部にボリュームを設けることを回避可能な圧縮機を提供することができる。

本発明の第１実施形態の圧縮機の構成の概略を示す図である。 図１に示す圧縮機の各圧縮部を概略的に示す断面図である。 各圧縮部の変形例を概略的に示す断面図である。 各圧縮部の変形例を概略的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の圧縮機１について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１に示されるように、圧縮機１は、図略のクランクシャフトと、クランクケース２０と、ガスを圧縮する第１圧縮部１００と、ガスを圧縮する第２圧縮部２００と、接続部３００とを備えている。圧縮対象となるガスは例えば水素である。本実施形態では第１圧縮部１００および第２圧縮部２００は重力方向（図１の上下方向）に伸びている。ただし、第１圧縮部１００および第２圧縮部２００は水平方向などに伸びてもよい。第１圧縮部１００および第２圧縮部２００が水平方向に伸びるように配置される場合には、これらの水平面内における向きは互いに同じでもよく、互いに反対でもよい。後述する他の実施形態においても同様である。

クランクケース２０は、クランクシャフトを保持するとともに図１の上向きに開口する箱状の本体２２と、本体２２の開口を塞ぐ形状を有する蓋部２４とを有している。

第１圧縮部１００は、第１往復動変換部１１０と、第１シリンダ体１２０と、第１加圧部１３０（図２を参照）とを有している。

第１往復動変換部１１０は、図略のクランクシャフトに接続されており、クランクシャフトの回転に伴ってクランクシャフトの軸方向に対して直交する方向（図１の上下方向）に沿って直線状に往復運動する。

第１シリンダ体１２０は、第１低段シリンダ１２１と、第１中段シリンダ１２３と、第１高段シリンダ１２５とを有している。各シリンダ１２１，１２３，１２５の内部は、円筒状に加工されている。

第１低段シリンダ１２１は、蓋部２４の上部に接続されている。図２に示すように、第１低段シリンダ１２１は、最も低段の圧縮室である第１圧縮室１２１Ｓを有している。

第１中段シリンダ１２３は、第１低段シリンダ１２１の上部に接続されている。第１中段シリンダ１２３の内径は、第１低段シリンダ１２１の内径よりも小さく設定されている。第１中段シリンダ１２３は、第１圧縮室１２１Ｓよりも２つ高段側の圧縮室である第３圧縮室１２３Ｓを有している。第３圧縮室１２３Ｓの体積は、第１圧縮室１２１Ｓの体積よりも小さい。

第１高段シリンダ１２５は、第１中段シリンダ１２３の上部に接続されている。第１高段シリンダ１２５の内径は、第１中段シリンダ１２３の内径よりも小さく設定されている。第１高段シリンダ１２５は、第３圧縮室１２３Ｓよりも２つ高段側の圧縮室である第５圧縮室１２５Ｓを有している。第５圧縮室１２５Ｓの体積は、第３圧縮室１２３Ｓの体積よりも小さい。第１シリンダ体１２０では、３つの圧縮室１２１Ｓ，１２３Ｓ，１２５Ｓが直線状に並ぶ。

第１加圧部１３０は、第１低段ピストン１３１と、第１中段ピストン１３３と、第１高段ピストン１３５とを有する。第１加圧部１３０は、第１往復動変換部１１０に接続されている。

第１低段ピストン１３１は円柱状に形成され、第１往復動変換部１１０の第１ピストンロッド１１６の上端部に接続されている。第１低段ピストン１３１は、第１低段シリンダ１２１内に配置されており、第１ピストンロッド１１６が摺動方向（すなわち、図２の上下方向）における一方側（図２の上側）に変位したときに第１圧縮室１２１Ｓにおいてガスを圧縮する。

第１中段ピストン１３３は円柱状に形成され、第１低段ピストン１３１の上端部に接続されている。第１中段ピストン１３３の外径は、第１低段ピストン１３１の外径よりも小さく設定されている。第１中段ピストン１３３は、第１中段シリンダ１２３内に配置されており、第１中段ピストン１３３が摺動方向における一方側（図２の上側）に変位したときに第３圧縮室１２３Ｓにおいてガスを圧縮する。

第１高段ピストン１３５は円柱状に形成され、第１中段ピストン１３３の上端部に接続されている。第１高段ピストン１３５の外径は、第１中段ピストン１３３の外径よりも小さく設定されている。第１高段ピストン１３５は、第１高段シリンダ１２５内に配置されており、第１高段ピストン１３５が摺動方向における一方側（図２の上側）に変位したときに第５圧縮室１２５Ｓにおいてガスを圧縮する。

第１圧縮部１００では、各ピストン１３１、１３３、１３５が同時に同じ方向に摺動することにより、第１圧縮室１２１Ｓ、第３圧縮室１２３Ｓ及び第５圧縮室１２５Ｓにおいて同時にガスを圧縮可能である。

第２圧縮部２００は、第２往復動変換部２１０と、第２シリンダ体２２０と、第２加圧部２３０とを有している。

第２往復動変換部２１０は、第１往復動変換部１１０と１８０度位相がずれた状態でクランクシャフトに接続されており、クランクシャフトの回転に伴ってクランクシャフトの軸方向に対して直交する方向（図１の上下方向）に沿って直線状に往復運動する。なお、第２往復動変換部２１０の第１往復動変換部１１０に対する位相のずれは厳密に１８０度である必要はなく、数度ないし十数度ずれていてもよい（他の実施形態においても同様）。第２往復動変換部２１０の構造は、基本的に第１往復動変換部１１０の構造と同じである。

第２シリンダ体２２０は、第２低段シリンダ２２２と、第２高段シリンダ２２４とを有している。各シリンダ２２２，２２４の内部は、円筒状に加工されている。第２低段シリンダ２２２は、蓋部２４の上部に接続されている。第２低段シリンダ２２２は第２圧縮室２２２Ｓを有する。第２圧縮室２２２Ｓは第１圧縮室１２１Ｓよりも１つ高段側の圧縮室である。

第２高段シリンダ２２４は、第２低段シリンダ２２２の上部に接続されている。第２高段シリンダ２２４の内径は、第２低段シリンダ２２２の内径よりも小さく設定されている。第２高段シリンダ２２４は、第２圧縮室２２２Ｓの体積よりも小さい第４圧縮室２２４Ｓを有する。第４圧縮室２２４Ｓは第３圧縮室１２３Ｓよりも１つ高段側の圧縮室である。第２シリンダ体２２０内では、２つの圧縮室２２２Ｓ，２２４Ｓが直線状に並んでいる。

第２加圧部２３０は、第２往復動変換部２１０に接続されている。第２加圧部２３０は、第２低段ピストン２３２と、第２高段ピストン２３４とを有する。

第２低段ピストン２３２は、円柱状に形成され、第２往復動変換部２１０の第２ピストンロッド２１６の上端部に接続されている。第２低段ピストン２３２は、第２低段シリンダ２２２内に配置されており、第２低段ピストン２３２が摺動方向（図２の上下方向）における一方側（図２の上側）に変位したときに第２圧縮室２２２Ｓにおいてガスを圧縮する。

第２高段ピストン２３４は、円柱状に形成され、第２低段ピストン２３２の上端部に接続されている。第２高段ピストン２３４の外径は、第２低段ピストン２３２の外径よりも小さく設定されている。第２高段ピストン２３４は、第２高段シリンダ２２４内に配置されており、第２高段ピストン２３４が摺動方向における一方側（図２の上側）に変位したときに第４圧縮室２２４Ｓにおいてガスを圧縮する。

第２圧縮部２００では、各ピストン２３２、２３４が同時に同じ方向に摺動することにより、第２圧縮室２２２Ｓ及び第４圧縮室２２４Ｓにおいて同時にガスを圧縮可能である。

接続部３００は、各圧縮室同士を接続している。具体的に、接続部３００は、第１圧縮室１２１Ｓと第２圧縮室２２２Ｓとを接続する第１接続流路３０１及びその流路上に配置されてガスを冷却する図略の第１ガスクーラと、第２圧縮室２２２Ｓと第３圧縮室１２３Ｓとを接続する第２接続流路３０２及びその流路上に配置されてガスを冷却する図略の第２ガスクーラと、第３圧縮室１２３Ｓと第４圧縮室２２４Ｓとを接続する第３接続流路３０３及びその流路上に配置されてガスを冷却する図略の第３ガスクーラと、第４圧縮室２２４Ｓと第５圧縮室１２５Ｓとを接続する第４接続流路３０４及びその流路上に配置されてガスを冷却する図略の第４ガスクーラとを有する。これにより、第１圧縮室１２１Ｓから第２圧縮室２２２Ｓ、第３圧縮室１２３Ｓ、第４圧縮室２２４Ｓおよび第５圧縮室１２５Ｓへと続くガスの流路が形成される。

既述のように、第２往復動変換部２１０の位相は第１往復動変換部１１０の位相と１８０度ずれていることから、第２圧縮室２２２Ｓ及び第４圧縮室２２４Ｓにガスが吸い込まれるタイミングは、第１圧縮室１２１Ｓ、第３圧縮室１２３Ｓ及び第５圧縮室１２５Ｓからガスが吐出されるタイミングと同じになる。また、第２圧縮室２２２Ｓ及び第４圧縮室２２４Ｓからガスが吐出されるタイミングは、第１圧縮室１２１Ｓ、第３圧縮室１２３Ｓ及び第５圧縮室１２５Ｓにガスが吸い込まれるタイミングと同じになる。このため、圧縮機１の駆動時には、第１圧縮室１２１Ｓに吸い込まれたガスは圧縮された後、第１圧縮室１２１Ｓから吐出されるのと同じタイミングで第２圧縮室２２２Ｓに吸い込まれる。第２圧縮室２２２Ｓに吸い込まれたガスは圧縮された後、第２圧縮室２２２Ｓから吐出されるのと同じタイミングで第３圧縮室１２３Ｓに吸い込まれる。さらに、第３圧縮室１２３Ｓ内のガスは吐出されるのと同じタイミングで第４圧縮室２２４Ｓに吸い込まれる。第４圧縮室２２４Ｓ内のガスは吐出されるのと同じタイミングで第５圧縮室１２５Ｓに吸い込まれる。

以上、本実施形態の圧縮機１について説明したが、圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように各圧縮室が配置されている。なお、ここで言う「同じ」という用語は、必ずしも厳密に同時であるという意味に捉える必要はなく、ガスの吐出の動作と吸込の動作とが少なくとも一部の期間において並行して行われるという意味として捉えてよい（他の実施形態においても同様）。これにより、ガスを接続部３００内に一時的に蓄える必要がなくなり、接続部３００へのボリュームの設置を回避することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図３を参照しながら、本発明の第２実施形態の圧縮機１について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態では、第１圧縮部１００の第１シリンダ体１２０は、第１低段シリンダ１２２と、第１高段シリンダ１２４とを有する。第２圧縮部２００の第２シリンダ体２２０は、第２低段シリンダ２２３と、第２高段シリンダ２２５とを有する。

第１加圧部１３０は、第１低段ピストン１３２と、第１高段ピストン１３４とを有する。第１低段ピストン１３２は、第１低段シリンダ１２２内に配置されている。第１低段シリンダ１２２内において第１低段ピストン１３２よりも図３の下側の空間が第１圧縮室１２１Ｓとなっており、図３の上側の空間が第１圧縮室１２１Ｓよりも１つ高段側の圧縮室である第２圧縮室１２２Ｓとなっている。第１シリンダ体１２０では、第１低段ピストン１３２が摺動方向における一方側（図３の下側）に変位したときに第１圧縮室１２１Ｓ内でガスを圧縮する。第１低段ピストン１３２が摺動方向における他方側（図３の上側）に変位したときに第２圧縮室１２２Ｓ内でガスを圧縮する。

本実施形態では、第１低段シリンダ１２２のうち第２圧縮室１２２Ｓを構成する部位には、ピストン１３２の上死点の上部に追加クリアランス部１２２ａが設けられている。追加クリアランス部１２２ａの内径は、第１低段ピストン１３２の外径よりも小さくてもよい。第１低段シリンダ１２２では、第１低段ピストン１３２が上死点に位置したときに第２圧縮室１２２Ｓ内に追加クリアランス部１２２ａのクリアランスが形成される。クリアランスが設けられることにより、第２圧縮室１２２Ｓの吸込効率（体積効率）が小さくなり、第１圧縮室１２１Ｓからのガスの吐出量と第２圧縮室１２２Ｓへのガスの吸込量とを適切な圧力範囲で（例えば、第１圧縮室１２１Ｓでの圧縮比が１．５〜４程度で）バランスさせることが可能となる。吸込効率は、以下の式によって表される。

吸込効率＝１００−クリアランス％×Ａ
クリアランス％＝クリアランス体積／行程体積×１００
行程体積＝ピストン面積×ピストンのストローク・・・（Ｉ）
ただし、Ａは、ガスの圧力、温度等の状態によって変化する値である。このため、クリアランスが大きくなるほど、吸込効率は小さくなる。

第１高段ピストン１３４は、第１低段ピストン１３２の上部に接続されており、第１高段シリンダ１２４内に配置されている。第１高段シリンダ１２４は、後述の第３圧縮室２２３Ｓよりも１つ高段側の圧縮室である第４圧縮室１２４Ｓを有する。第１高段ピストン１３４は摺動方向における他方側（図３の上側）に変位したときに第４圧縮室１２４Ｓ内でガスを圧縮する。

各ピストン１３２、１３４は同時に同じ方向に摺動するため第２圧縮室１２２Ｓ及び第４圧縮室１２４Ｓではガスが同時に圧縮される。また、第１圧縮室１２１Ｓおよび第２圧縮室１２２Ｓは第１低段ピストン１３２の両側に形成されることから、第１圧縮室１２１Ｓの吸込及び吐出のタイミングはそれぞれ、第２圧縮室１２２Ｓにおける吐出及び吸込のタイミングと同じとなる。

第２圧縮部２００では、第２低段シリンダ２２３が第２圧縮室１２２Ｓよりも１つ高段側の圧縮室である第３圧縮室２２３Ｓを有している。第２高段シリンダ２２５は、第２低段シリンダ２２３の上部に接続され、第４圧縮室１２４Ｓよりも１つ高段側の圧縮室である第５圧縮室２２５Ｓを有している。

第２加圧部２３０は、第２低段ピストン２３３と、第２高段ピストン２３５とを有する。第２低段ピストン２３３は、摺動方向における他方側（図３の上側）に変位したときに第３圧縮室２２３Ｓ内でガスを圧縮する。第２高段ピストン２３５も摺動方向における他方側に変位したときに第５圧縮室２２５Ｓ内でガスを圧縮する。第３圧縮室２２３Ｓ及び第５圧縮室２２５Ｓではガスが同時に圧縮される。また、第２往復動変換部２１０の位相は第１往復動変換部１１０の位相と１８０度ずれており、第２加圧部２３０が第３圧縮室２２３Ｓ及び第５圧縮室２２５Ｓにおいてガスを圧縮するのと同時に、第１加圧部１３０が第１圧縮室１２１Ｓにおいてガスを圧縮する。

第１圧縮室１２１Ｓと第２圧縮室１２２Ｓとの間、第２圧縮室１２２Ｓと第３圧縮室２２３Ｓとの間、第３圧縮室１２３Ｓと第４圧縮室１２４Ｓとの間、および、第４圧縮室１２４Ｓと第５圧縮室２２５Ｓとの間はそれぞれ、第１ないし第４接続流路３０１〜３０４により接続される。これにより、第１圧縮室１２１Ｓから第２圧縮室１２２Ｓ、第３圧縮室２２３Ｓ、第４圧縮室１２４Ｓおよび第５圧縮室２２５Ｓへと続くガスの流路が形成される。

圧縮機１の駆動時には、第１圧縮室１２１Ｓに吸い込まれたガスは圧縮された後、第１圧縮室１２１Ｓから吐出されるのと同じタイミングで第２圧縮室１２２Ｓに吸い込まれる。第２圧縮室１２２Ｓに吸い込まれたガスは圧縮された後、第２圧縮室１２２Ｓから吐出されるのと同じタイミングで第３圧縮室２２３Ｓに吸い込まれる。さらに、第３圧縮室２２３Ｓ内のガスは吐出されるのと同じタイミングで第４圧縮室１２４Ｓに吸い込まれる。第４圧縮室１２４Ｓ内のガスは吐出されるのと同じタイミングで第５圧縮室２２５Ｓに吸い込まれる。

以上に説明したように、この実施形態においても、圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように各圧縮室が配置されているので、接続部３００へのボリュームの設置を回避することが可能となる。

さらに、単一の第１低段シリンダ１２２内に２つの圧縮室１２１Ｓ，１２２Ｓが形成されるので、各圧縮室１２１Ｓ，１２２Ｓに応じた２つのシリンダが設けられる場合に比べて第１シリンダ体１２０が小型化される。

図４は図３に示す圧縮機１の他の例を示す図である。圧縮機１では追加クリアランス部１２２ａが省略される。第１高段ピストン１３４の外径は第１往復動変換部１１０の第１ピストンロッド１１６の外径よりも大きく設定される。第１低段シリンダ１２２内では、引き側（図４における下側）の行程体積＞押し側（図４における上側）の行程体積となっている。

ここで、上記引き側の行程体積に関して、上述した式（Ｉ）中のピストン面積は（第１低段ピストン１３２の面積−第１ピストンロッド１１６の断面積）として与えられる。また、押し側の行程体積に関して、上記式（Ｉ）に対応するピストン面積は（第１低段ピストン１３２の面積−第１高段ピストン１３４の面積）として与えられ、引き側の行程体積に関する上記ピストン面積よりも小さい。

このように、圧縮機１では、第１低段ピストン１３２の両側にて行程体積が異なることから、１つの第１低段シリンダ１２２内において、図３の下側の空間を第１圧縮室１２１Ｓとし、図３の上側の空間を第２圧縮室１２２Ｓとして使うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、図３及び図４に示す実施形態において、第４圧縮室１２４Ｓおよび第５圧縮室２２５Ｓが省略されてもよい。すなわち、第１シリンダ体１２０が少なくとも２つの圧縮室を有し、第２シリンダ体２２０が少なくとも１つの圧縮室を有する構造であれば、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように各圧縮室を配置することが可能である。同様に、図２に示す実施形態においても、第４圧縮室２２４Ｓおよび第５圧縮室１２５Ｓが省略されてもよい。

第２加圧部２３０の第１加圧部１３０に対する位相のずれは必ずしも１８０度である必要はなく、９０度〜２７０度の間で適宜設定されてよい。

１ 圧縮機
１００ 第１圧縮部
１１０ 第１往復動変換部
１２０ 第１シリンダ体
１２１ 第１低段シリンダ
１２２ 第１低段シリンダ
１２１Ｓ 第１圧縮室
１２２Ｓ 第２圧縮室
１２３ 第１中段シリンダ
１２３Ｓ 第３圧縮室
１２４ 第１高段シリンダ
１２４Ｓ 第４圧縮室
１２５ 第１高段シリンダ
１２５Ｓ 第５圧縮室
１３０ 第１加圧部
１３１ 第１低段ピストン
１３２ 第１低段ピストン
１３３ 第１中段ピストン
１３４ 第１高段ピストン
１３５ 第１高段ピストン
２００ 第２圧縮部
２１０ 第２往復動変換部
２２０ 第２シリンダ体
２２２ 第２低段シリンダ
２２２Ｓ 第２圧縮室
２２３ 第２低段シリンダ
２２３Ｓ 第３圧縮室
２２４ 第２高段シリンダ
２２４Ｓ 第４圧縮室
２２５ 第２高段シリンダ
２２５Ｓ 第５圧縮室
２３０ 第２加圧部
２３２ 第２低段ピストン
２３３ 第２低段ピストン
２３４ 第２高段ピストン
２３５ 第２高段ピストン
３００ 接続部
３０１ 第１接続流路
３０２ 第２接続流路
３０３ 第３接続流路
３０４ 第４接続流路

Claims (4)

1. 圧縮機であって、
   クランクシャフトと、
   直線状に並ぶ少なくとも２つの圧縮室を有する第１シリンダ体と、
   前記クランクシャフトの回転に応じて前記第１シリンダ体内で往復動することにより、前記少なくとも２つの圧縮室においてガスを圧縮可能な第１加圧部と、
   少なくとも１つの圧縮室を有する第２シリンダ体と、
   前記少なくとも１つの圧縮室において前記第１加圧部に対して所定の位相のずれを有した状態で前記クランクシャフトの回転に応じて前記第２シリンダ体内で往復動することにより、ガスを圧縮可能な第２加圧部と、
   各圧縮室同士を接続する接続部と、を備え、
   前記第１シリンダ体は、前記少なくとも２つの圧縮室のうち最も低段側の圧縮室である第１圧縮室と、前記第１圧縮室よりも２つ高段側の圧縮室である第３圧縮室と、を有し、
   前記第１加圧部は、前記第１圧縮室及び前記第３圧縮室において同時にガスを圧縮可能であり、
   前記第２シリンダ体は、前記少なくとも１つの圧縮室として前記第１圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第２圧縮室と、前記第２圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第３圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第４圧縮室と、を有し、
   前記第２加圧部は、前記第２圧縮室及び前記第４圧縮室において同時にガスを圧縮可能であり、
   前記接続部は、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とを接続する第１接続流路と、前記第２圧縮室と前記第３圧縮室とを接続する第２接続流路と、前記第３圧縮室と前記第４圧縮室とを接続する第３接続流路と、を含み、
   前記第１〜第４圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように、各圧縮室が配置されている、圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、
   前記第１シリンダ体は、前記第３圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第４圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第５圧縮室を有する第１高段シリンダをさらに含み、
   前記第１加圧部は、前記第１圧縮室、前記第３圧縮室及び前記第５圧縮室において同時にガスを圧縮可能であり、
   前記接続部は、前記第４圧縮室と前記第５圧縮室とを接続する第４接続流路をさらに含む、圧縮機。
3. 圧縮機であって、
   直線状に並ぶ少なくとも２つの圧縮室を有する第１シリンダ体と、
   前記少なくとも２つの圧縮室においてガスを圧縮可能な第１加圧部と、
   少なくとも１つの圧縮室を有する第２シリンダ体と、
   前記少なくとも１つの圧縮室において前記第１加圧部に対して所定の位相のずれを有した状態でガスを圧縮可能な第２加圧部と、
   各圧縮室同士を接続する接続部と、を備え、
   前記第１シリンダ体は、前記少なくとも２つの圧縮室のうち最も低段側の圧縮室である第１圧縮室と、前記第１圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第２圧縮室と、前記第２圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第２圧縮室よりも２つ高段側の圧縮室である第４圧縮室と、を有し、
   前記第１加圧部は、前記第１加圧部の摺動方向における一方側に変位したときに前記第１圧縮室内でガスを圧縮するとともに、前記摺動方向における他方側に変位したときに前記第２圧縮室及び前記第４圧縮室内で同時にガスを圧縮し、
   前記第２シリンダ体は、前記少なくとも１つの圧縮室として前記第２圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第３圧縮室を有し、
   前記第２加圧部は、前記第１加圧部が前記第１圧縮室においてガスを圧縮するのと同時に前記第３圧縮室内でガスを圧縮し、
   前記接続部は、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とを接続する第１接続流路と、前記第２圧縮室と前記第３圧縮室とを接続する第２接続流路と、前記第３圧縮室と前記第４圧縮室とを接続する第３接続流路と、を含み、
   前記第１〜第４圧縮室のそれぞれに関して、各圧縮室からガスが吐出されるタイミングが、その一つ高段側の圧縮室にガスが吸い込まれるタイミングと同じになるように、各圧縮室が配置されている、圧縮機。
4. 請求項３に記載の圧縮機において、
   前記第２シリンダ体は、前記第３圧縮室と直線状に並ぶように配置されかつ前記第４圧縮室よりも１つ高段側の圧縮室である第５圧縮室を有する第２高段シリンダをさらに含み、
   前記第２加圧部は、前記第３圧縮室及び前記第５圧縮室において同時にガスを圧縮可能であり、
   前記接続部は、前記第４圧縮室と前記第５圧縮室とを接続する第４接続流路をさらに含む、圧縮機。

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