特開 2023-116177 往復動式圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116177

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】往復動式圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/10 20060101AFI20230815BHJP

【ＦＩ】

F04B49/10 331C

F04B49/10 331G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022018826

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】和田 大祐

(72)【発明者】

【氏名】兼井 直史

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA03

3H145AA13

3H145AA25

3H145BA41

3H145CA05

3H145CA09

3H145CA19

3H145DA07

3H145EA13

3H145EA17

(57)【要約】

【課題】圧縮部から低圧側の圧縮部に水素ガスが漏出した場合でも、低圧側の圧縮部の吸込圧力が過度に増大してしまうことを抑制する。
【解決手段】往復動式圧縮機１０は、第３段圧縮部１３と第５段圧縮部１５と駆動部２０と排出機構４５と圧力センサ４７と排出制御部４９ａとを備えている。排出機構４５は、第３段圧縮部１３に吸入される水素ガスが流れる第２接続管３２から水素ガスを排出可能である。排出制御部４９ａは、圧力センサによって検出された水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に第２接続管３２から水素ガスを排出するように排出機構４５を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素ガスを圧縮する往復動式圧縮機であって、
低圧段ピストンと、前記低圧段ピストンを収容する低圧段シリンダ部と、前記低圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、水素ガスを圧縮する低圧段圧縮部と、
前記低圧段ピストンに接続された高圧段ピストンと、前記高圧段ピストンを収容し前記低圧段シリンダ部に接続された高圧段シリンダ部と、前記高圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、前記低圧段圧縮部で圧縮された後の水素ガスを圧縮する高圧段圧縮部と、
前記高圧段圧縮部及び前記低圧段圧縮部を駆動する駆動部と、
前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスが流れる吸込側流路から水素ガスを排出可能な排出機構と、
前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力または前記低圧段圧縮部から吐出された水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された前記水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に前記吸込側流路から水素ガスを排出するように前記排出機構を制御する排出制御部と、を備えている、往復動式圧縮機。

【請求項2】

前記駆動部は、回転可能なモータを有し、
前記往復動式圧縮機が、
前記駆動部における前記モータの回転数を調整可能なインバータと、
前記吸込側流路から水素ガスを排出する場合に、排出された水素ガスの量を補うために、前記モータの回転数が上がるように前記インバータを制御する回転数制御部と、をさらに備えている、請求項１に記載の往復動式圧縮機。

【請求項3】

前記圧力センサが、前記吸込側流路に位置し、
前記排出機構が、前記吸込側流路に接続されたガス排出路と、前記ガス排出路に位置し弁開度を調整可能な排出弁と、を有し、
前記往復動式圧縮機が、前記ガス排出路において前記排出弁よりも下流側に位置する補助圧力センサをさらに備え、
前記回転数制御部は、前記圧力センサによる圧力検出値、前記補助圧力センサによる圧力検出値及び前記排出弁の流量特性に基づいて導出される前記水素ガスの排出流量に相当する量を補うように前記モータの回転数を上げるように構成されている、請求項２に記載の往復動式圧縮機。

【請求項4】

前記排出機構が、前記吸込側流路に接続されたガス排出路と、前記ガス排出路に位置する開閉弁と、前記ガス排出路において前記開閉弁よりも下流側に位置するオリフィスと、を有し、
前記往復動式圧縮機が、前記ガス排出路において前記オリフィスよりも下流側に位置する補助圧力センサをさらに備え、
前記回転数制御部は、前記圧力センサによる圧力検出値、前記補助圧力センサによる圧力検出値及び前記オリフィスによる前記ガス排出路の絞り比に基づいて導出される前記水素ガスの排出流量を補うように前記モータの回転数を上げるように構成されている、請求項２に記載の往復動式圧縮機。

【請求項5】

前記往復動式圧縮機から吐出される水素ガスの需要先が、タンクからなる蓄圧器であり、
前記蓄圧器に位置するか、または前記往復動式圧縮機及び前記蓄圧器を互いに繋ぐ需要先接続流路に位置する需要側圧力センサと、
前記蓄圧器または前記需要先接続流路に位置する需要側温度センサと、
前記需要側圧力センサによる圧力検出値と前記需要側温度センサによる温度検出値と前記蓄圧器のタンク容量とに基づいて、前記蓄圧器に蓄積されている水素ガスの単位時間当たりの密度変化量を推定する推定部と、
をさらに備え、
前記回転数制御部は、前記高圧段圧縮部から前記低圧段圧縮部への水素ガスの漏れがないとした場合に前記蓄圧器に蓄積される単位時間当たりの水素ガスの密度変化量と、前記推定部によって推定された単位時間当たりの水素ガスの密度変化量との差分に相当する量を補うように前記モータの回転数を上げるように構成されている、請求項２に記載の往復動式圧縮機。

【請求項6】

水素ガスを圧縮する往復動式圧縮機であって、
低圧段ピストンと、前記低圧段ピストンを収容する低圧段シリンダ部と、前記低圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、水素ガスを圧縮する低圧段圧縮部と、
前記低圧段圧縮部から吐出された水素ガスを圧縮する中間段圧縮部と、
前記低圧段ピストンに接続された高圧段ピストンと、前記高圧段ピストンを収容し前記低圧段シリンダ部に接続された高圧段シリンダ部と、前記高圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、前記中間段圧縮部から吐出された水素ガスを圧縮する高圧段圧縮部と、
前記低圧段圧縮部、前記中間段圧縮部及び前記高圧段圧縮部を駆動する駆動部と、
前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスが流れる吸込側流路から水素ガスを排出可能な排出機構と、
前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力、前記低圧段圧縮部から吐出され且つ前記中間段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力、または、前記中間段圧縮部から吐出され且つ前記高圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された前記水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に前記吸込側流路から水素ガスを排出するように前記排出機構を制御する排出制御部と、を備えている、往復動式圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、往復動式圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１に開示されているように、水素ガスを圧縮する圧縮機であって、複数段の圧縮部を備えた往復動式の圧縮機が知られている。特許文献１に開示された圧縮機は、５段の圧縮部を備えており、各圧縮部がそれぞれ、ピストンリングが装着されたピストンと、ピストンを収容するシリンダとを有している。そして、第１段目～第３段目の圧縮部が互いに接続されて、いわゆるタンデム型となっており、第４段目及び第５段目の圧縮部も互いに接続されて、タンデム型となっている。第１段目～第５段目の圧縮部のピストンは、共通の駆動源によって駆動される。

【0003】

この構成において、例えば第２段目の圧縮部におけるピストンリングの摩耗等に起因して第２段目の圧縮室からガスが漏れると、第１段目の圧縮部の吐出圧力（第２圧部の吸込圧力）が上昇することがある。これは、第２段目の圧縮部内の圧縮室から漏出したガスが第１段目の圧縮部内の圧縮室に流入することに起因する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１７１４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧縮室からの水素ガスの漏出量が多くなると吐出量が不足し、またその漏出先の圧縮部の吸込圧力（又は漏出先の１つ前の段の吐出圧力）が高くなると運転が困難になり、駆動源を停止しなければならない等、運転の継続が困難な場合もある。

【0006】

本発明は、圧縮部から低圧側の圧縮部に水素ガスが漏出した場合でも、低圧側の圧縮部の吸込圧力（低圧側の圧縮部の前段の圧縮部の吐出圧力）が過度に増大してしまうことを抑制することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る往復動式圧縮機は、水素ガスを圧縮する往復動式圧縮機であって、低圧段ピストンと、前記低圧段ピストンを収容する低圧段シリンダ部と、前記低圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、水素ガスを圧縮する低圧段圧縮部と、前記低圧段ピストンに接続された高圧段ピストンと、前記高圧段ピストンを収容し前記低圧段シリンダ部に接続された高圧段シリンダ部と、前記高圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、前記低圧段圧縮部で圧縮された後の水素ガスを圧縮する高圧段圧縮部と、前記高圧段圧縮部及び前記低圧段圧縮部を駆動する駆動部と、前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスが流れる吸込側流路から水素ガスを排出可能な排出機構と、前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力または前記低圧段圧縮部から吐出された水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサによって検出された前記水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に前記吸込側流路から水素ガスを排出するように前記排出機構を制御する排出制御部と、を備えている。

【0008】

本発明による往復動式圧縮機においては、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部に水素ガスが漏出した場合には、低圧段圧縮部に吸入される水素ガス又は前記低圧段圧縮部から吐出された水素ガスの圧力が設定値よりも高くなってしまう場合がある。この場合に排出機構は吸込側流路から水素ガスを排出する。このため、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部への水素ガスの漏出がある場合でも、低圧段圧縮部の吸込圧力又は低圧段圧縮部の吐出圧力が過度に高くなることを抑制することができる。

【0009】

前記駆動部は、回転可能なモータを有してもよい。この場合、前記往復動式圧縮機は、前記駆動部における前記モータの回転数を調整可能なインバータと、前記吸込側流路から水素ガスを排出する場合に、排出された水素ガスの量を補うために、前記モータの回転数が上がるように前記インバータを制御する回転数制御部と、をさらに備えてもよい。

【0010】

この態様では、モータの回転数が上げられることにより、排出機構によって排出される水素ガスを補うように低圧段圧縮部による水素ガスの吐出量が増大する。これにより、往復動式圧縮機による水素ガスの処理量の低下を抑制することができる。なお、モータの回転数を上げるときには、低圧段圧縮部及び高圧段圧縮部の双方を駆動する駆動部のモータの回転数が上がる。このため、低圧段圧縮部及び高圧段圧縮部の双方において、水素ガス吐出量が増大する。したがって、低圧段圧縮部による水素ガスの吐出量が増大するときでも、低圧段圧縮部の吐出圧力はほとんど増大しない。

【0011】

前記圧力センサは、前記吸込側流路に位置してもよい。この場合、前記排出機構は、前記吸込側流路に接続されたガス排出路と、前記ガス排出路に位置し弁開度を調整可能な排出弁と、を有してもよい。また、前記往復動式圧縮機、前記ガス排出路において前記排出弁よりも下流側に位置する補助圧力センサをさらに備えてもよい。前記回転数制御部は、前記圧力センサによる圧力検出値、前記補助圧力センサによる圧力検出値及び前記排出弁の流量特性に基づいて導出される前記水素ガスの排出流量に相当する量を補うように前記モータの回転数を上げるように構成されていてもよい。

【0012】

この態様では、低圧段圧縮部の吸込側流路のガス圧力を検出するための圧力センサを利用しながら、排出機構による水素ガスの排出流量を導き出せる。

【0013】

前記排出機構は、前記吸込側流路に接続されたガス排出路と、前記ガス排出路に位置する開閉弁と、前記ガス排出路において前記開閉弁よりも下流側に位置するオリフィスと、を有してもよい。この場合、前記往復動式圧縮機は、前記ガス排出路において前記オリフィスよりも下流側に位置する補助圧力センサをさらに備えてもよい。前記回転数制御部は、前記圧力センサによる圧力検出値、前記補助圧力センサによる圧力検出値及び前記オリフィスによる前記ガス排出路の絞り比に基づいて導出される前記水素ガスの排出流量を補うように前記モータの回転数を上げるように構成されていてもよい。

【0014】

この態様では、低圧段圧縮部の吸込側流路のガス圧力を検出するための圧力センサを利用しながら、排出機構による水素ガスの排出流量を導出できる。

【0015】

前記往復動式圧縮機から吐出される水素ガスの需要先は、タンクからなる蓄圧器であってもよい。この場合、前記往復動式圧縮機は、前記蓄圧器に位置するか、または前記往復動式圧縮機及び前記蓄圧器を互いに繋ぐ需要先接続流路に位置する需要側圧力センサと、前記蓄圧器または前記需要先接続流路に位置する需要側温度センサと、前記需要側圧力センサによる圧力検出値と前記需要側温度センサによる温度検出値と前記蓄圧器のタンク容量とに基づいて、前記蓄圧器に蓄積されている水素ガスの単位時間当たりの密度変化量を推定する推定部と、をさらに備えてもよい。前記回転数制御部は、前記高圧段圧縮部から前記低圧段圧縮部への水素ガスの漏れがないとした場合に前記蓄圧器に蓄積される単位時間当たりの水素ガスの密度変化量と、前記推定部によって推定された単位時間当たりの水素ガスの密度変化量との差分に相当する量を補うように前記モータの回転数を上げるように構成されていてもよい。

【0016】

この態様では、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部への水素ガスの漏出があった場合でも、蓄圧器に水素ガスを蓄積するための時間が、想定される時間よりも長くなることを抑制できる。

【0017】

また本発明に係る往復動式圧縮機は、水素ガスを圧縮する往復動式圧縮機であって、低圧段ピストンと、前記低圧段ピストンを収容する低圧段シリンダ部と、前記低圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、水素ガスを圧縮する低圧段圧縮部と、前記低圧段圧縮部から吐出された水素ガスを圧縮する中間段圧縮部と、前記低圧段ピストンに接続された高圧段ピストンと、前記高圧段ピストンを収容し前記低圧段シリンダ部に接続された高圧段シリンダ部と、前記高圧段ピストンに取付けられるピストンリング群とを有し、前記中間段圧縮部から吐出された水素ガスを圧縮する高圧段圧縮部と、前記低圧段圧縮部、前記中間段圧縮部及び前記高圧段圧縮部を駆動する駆動部と、前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスが流れる吸込側流路から水素ガスを排出可能な排出機構と、前記低圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力、前記低圧段圧縮部から吐出され且つ前記中間段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力、または、前記中間段圧縮部から吐出され且つ前記高圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサによって検出された前記水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に前記吸込側流路から水素ガスを排出するように前記排出機構を制御する排出制御部と、を備えている。

【0018】

本発明に係る往復動式圧縮機においては、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部に水素ガスが漏出した場合には、低圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力、低圧段圧縮部から吐出された水素ガスの圧力（又は中間段圧縮部の吸込圧力）、または高圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力（又は中間段圧縮部の吐出圧力）が設定値よりも高くなってしまう場合がある。この場合に排出機構は吸込側流路から水素ガスを排出する。このため、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部への水素ガスの漏出がある場合でも、低圧段圧縮部の吸込圧力、低圧段圧縮部の吐出圧力（又は中間段圧縮部の吸込圧力）及び高圧段圧縮部の吸込圧力（又は中間段圧縮部の吐出圧力）が過度に高くなることを抑制することができる。

【発明の効果】

【0019】

以上説明したように、本発明によれば、圧縮部から低圧側の圧縮部に水素ガスが漏出した場合でも、低圧側の圧縮部の吸込圧力（低圧側の圧縮部の前段の圧縮部の吐出圧力）が過度に増大してしまうことを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態に係る往復動式圧縮機の構成を概略的に示す図である。

【図2】第１実施形態の変形例に係る往復動式圧縮機の構成を概略的に示す図である。

【図3】第２実施形態に係る往復動式圧縮機の構成を概略的に示す図である。

【図4】コントローラに記憶された排出弁の流量特性データを概略的に示す図である。

【図5】第２実施形態の変形例に係る往復動式圧縮機を部分的且つ概略的に示す図である。

【図6】コントローラに記憶されたオリフィスの流量特性データを概略的に示す図である。

【図7】第３実施形態に係る往復動式圧縮機を部分的且つ概略的に示す図である。

【図8】コントローラに記憶された時間及びガス密度の関係を概略的に示す図である。

【図9】第４実施形態に係る往復動式圧縮機の構成を概略的に示す図である。

【図10】その他の実施形態に係る往復動式圧縮機の構成を概略的に示す図である。

【図11】その他の実施形態に係る往復動式圧縮機の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る往復動式圧縮機１０は、水素ガスを圧縮するための圧縮機であり、複数段（図例では５段）の圧縮部１１～１５を備えた多段圧縮機として構成されている。この往復動式圧縮機１０は、例えば、高圧の水素ガスを利用する燃料電池車等のタンクに充填するための水素ステーションに設けられてもよい。

【0023】

往復動式圧縮機１０は、第１段圧縮部１１と、第２段圧縮部１２と、第３段圧縮部１３と、第４段圧縮部１４と、第５段圧縮部１５と、これら圧縮部１１～１５を駆動する駆動部２０と、を備えている。第１段圧縮部１１で圧縮された水素ガスは第２段圧縮部１２に導入されてさらに圧縮される。この水素ガスは、さらに第３段～第５段圧縮部１３～１５によって順次圧縮される。各圧縮部１１～１５は、ピストンリング群２２が装着されたピストン２３と、ピストン２３を収容するシリンダ部２４と、を有し、シリンダ部２４内においてピストン２３の先端側の空間が圧縮室２５として機能する往復動型の圧縮機構によって構成されている。

【0024】

各圧縮部１１～１５のシリンダ部２４にはそれぞれ、対応する圧縮室２５に臨む位置に吸込バルブ２７及び吐出バルブ２８が設けられている。第１段圧縮部１１においては、吸込バルブ２７に吸込管３０が接続され、吐出バルブ２８に第１接続管３１の一端が接続されている。したがって、吸込管３０を通して水素ガスが第１段圧縮部１１の圧縮室２５に吸入される。第１接続管３１の他端は第２段圧縮部１２の吸込バルブ２７に接続されている。したがって、第１段圧縮部１１で圧縮された水素ガスは第２段圧縮部１２の圧縮室２５に吸入される。第２段圧縮部１２の吐出バルブ２８には第２接続管３２の一端が接続され、第２接続管３２の他端は第３段圧縮部１３の吸込バルブ２７に接続されている。したがって、第２段圧縮部１２で圧縮された水素ガスは第３段圧縮部１３の圧縮室２５に吸入される。第３段圧縮部１３の吐出バルブ２８には第３接続管３３の一端が接続され、第３接続管３３の他端は第４段圧縮部１４の吸込バルブ２７に接続されている。したがって、第３段圧縮部１３で圧縮された水素ガスは第４段圧縮部１４の圧縮室２５に吸入される。第４段圧縮部１４の吐出バルブ２８には第４接続管３４の一端が接続され、第４接続管３４の他端は第５段圧縮部１５の吸込バルブ２７に接続されている。したがって、第４段圧縮部１４で圧縮された水素ガスは第５段圧縮部１５の圧縮室２５に吸入される。第５段圧縮部１５の吐出バルブ２８には供給管３５が接続されている。したがって、第５段圧縮部１５で圧縮された水素ガスは供給管３５を通して吐出される。

【0025】

第１段圧縮部１１と第２段圧縮部１２と第４段圧縮部１４とは互いに接続されて、いわゆるタンデム型となっている。すなわち、これら圧縮部１１，１２，１４のピストン２３は接続ロッド３７によって互いに接続されている。また、これら圧縮部１１，１２，１４のシリンダ部２４は互いに接続されて一体化している。このため、第４段圧縮部１４の圧縮室２５から水素ガスが漏れることがある場合には、この漏出ガスは第２段圧縮部１２の圧縮室２５に流入し得る。

【0026】

第３段圧縮部１３と第５段圧縮部１５とは互いに接続されて、いわゆるタンデム型となっている。すなわち、これら圧縮部１３，１５のピストン２３は接続ロッド３８によって互いに接続されている。また、これら圧縮部１３，１５のシリンダ部２４は互いに接続されて一体化している。このため、第５段圧縮部１５の圧縮室２５から水素ガスが漏れることがある場合には、この漏出ガスは第３段圧縮部１３の圧縮室２５に流入し得る。

【0027】

第１段圧縮部１１のピストン２３は駆動ロッド３９によって駆動部２０の第１クランク機構（図示省略）に接続されており、第３段圧縮部１３のピストン２３は他の駆動ロッド４０によって駆動部２０の第２クランク機構（図示省略）に接続されている。第１クランク機構及び第２クランク機構は、駆動部２０が有するモータ２０ａによって駆動される。したがって、駆動部２０は、第１段～第５段圧縮部１１～１５のピストン２３を一括して駆動する。このとき、各ピストン２３の周期は同じになる。

【0028】

第３段圧縮部１３に吸入される水素ガスが流れる第２接続管３２には、第２接続管３２内から水素ガスを排出可能な排出機構４５が設けられている。排出機構４５は、第２接続管３２に接続されたガス排出路４５ａと、ガス排出路４５ａに位置する排出弁４５ｂと、を含む。排出弁４５ｂは、ガス排出路４５ａの開閉を切り替える開閉弁（オンオフ弁）によって構成されている。

【0029】

なお、排出弁４５ｂは、第２接続管３２から分岐するように第２接続管３２に直接取り付けられてもよい。また排出機構４５は、第２接続管３２に設けられた三方弁によって構成されてもよい。この場合、三方弁は、水素ガスを第２接続管３２から排出可能な状態と、第２接続管３２から水素ガスが排出されない状態との間で状態切り替え可能に構成される。

【0030】

第２接続管３２には、第２接続管３２を流れる水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４７が設けられている。すなわち、第３段圧縮部１３を低圧段圧縮部と見なすと、第５段圧縮部１５は高圧段圧縮部となり、第４段圧縮部１４は中圧段圧縮部となる。このとき、第３段圧縮部１３のピストン２３及びシリンダ部２４はそれぞれ、低圧段ピストン及び低圧段シリンダ部として機能し、第４段圧縮部１４のピストン２３及びシリンダ部２４はそれぞれ、中圧段ピストン及び中圧段シリンダ部として機能し、第５段圧縮部１５のピストン２３及びシリンダ部はそれぞれ、高圧段ピストン及び高圧段シリンダ部として機能する。また、第２接続管３２は、低圧段圧縮部に吸入される水素ガスが流れる吸込側流路として機能する。また圧力センサ４７は、低圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力を検出することになる。

【0031】

圧力センサ４７は検出した圧力を示す信号を出力する。この信号はコントローラ４９に入力される。コントローラ４９は、演算処理を実行するＣＰＵ、処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭ、及び、データを一時的に記憶するＲＡＭを備えたマイクロコンピュータなどで構成されている。コントローラ４９は、処理プログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。この機能には、排出制御部４９ａが含まれる。

【0032】

排出制御部４９ａは、圧力センサ４７によって検出された水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に水素ガスを第２接続管３２から排出するように排出弁４５ｂを制御する。この設定値は、通常時に第３段圧縮部１３の吸込バルブ２７が開くときの第２接続管３２内の圧力値よりは高い値である。すなわち、第２接続管３２内の圧力と第３段圧縮部１３の圧縮室２５内の圧力との差圧が、設定された圧力値になれば吸込バルブ２７が開くため、第２接続管３２内の圧力がこの通常時の圧力値よりも高くなるということは、第３段圧縮部１３の圧縮室２５内の圧力が通常時に比べて高くなっていることになる。このような場合として、第５段圧縮部１５のピストンリング群２２の摩耗等によって第５段圧縮部１５からの漏出ガスが第３段圧縮部１３の圧縮室２５に流れ込み、第３段圧縮部１３の圧縮室２５内の圧力が通常時に比べて高くなっていることが想定される。したがって、圧力センサ４７によって、第２接続管３２内の圧力が設定値よりも高いことが検出された場合には、第３段圧縮部１３の吸込圧力が過度に高くならないよう、排出機構４５により第２接続管３２内の水素ガスを排出するようにしている。

【0033】

ここで、往復動式圧縮機１０の運転動作について説明する。第１実施形態による往復動式圧縮機１０では、コントローラ４９が外部からの指令を受けると、駆動部２０を駆動する。なお、駆動部２０の駆動時には通常、排出機構４５の排出弁４５ｂは閉じられている。駆動部２０の駆動により、各圧縮部１１～１５で水素ガスが圧縮される。水素ガスは吸込管３０を通して第１段圧縮部１１に吸入されて圧縮され、その後、第２段圧縮部１２～第５段圧縮部１５で順次圧縮され、供給管３５を通して吐出される。

【0034】

このとき、圧力センサ４７によって第２接続管３２内の水素ガスの圧力が検出されている。通常、圧力センサ４７の検出値は設定値よりも低い値になるはずである。したがって、排出弁４５ｂは閉じられている。しかし、第５段圧縮部１５からの漏出ガスが第３段圧縮部１３の圧縮室２５に流れ込むことによって、第２接続管３２内の圧力が設定値よりも高くなると、コントローラ４９は排出弁４５ｂを開く。これにより、第２接続管３２から水素ガスが排出されるため、第３段圧縮部１３に吸入される水素ガスの量が減り、それによって、第３段圧縮部１３の吸込圧力が過度に高くなることが抑制される。

【0035】

以上説明したように、本実施形態によれば、第５段圧縮部１５から第３段圧縮部１３に水素ガスが漏出した場合には、第３段圧縮部１３に吸入される水素ガス又は第３段圧縮部１３から吐出された水素ガスの圧力が設定値よりも高くなってしまう場合がある。この場合に排出機構４５は第２接続管３２から水素ガスを排出する。このため、第５段圧縮部１５から第３段圧縮部１３への水素ガスの漏出がある場合でも、第３段圧縮部１３の吸込圧力又は第３段圧縮部１３の吐出圧力が過度に高くなることを抑制することができる。したがって、圧縮機１０の運転が困難になることを抑制できる。

【0036】

なお、第１実施形態では、圧力センサ４７が第２接続管３２に設けられているが、これに代え、図２に示すように、圧力センサ４７は第３接続管３３に設けられてもよい。すなわち、圧力センサ４７は、低圧段圧縮部から吐出される水素ガス又は中間段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力を検出するように構成されていてもよい。言い換えると、漏出ガスが流入する圧縮部よりも後段の圧縮部に吸入される水素ガスの圧力を検出してガス排出制御を行ってもよい。

【0037】

第５段圧縮部１５のピストンリング群２２の摩耗等によって第５段圧縮部１５からの漏出ガスが第３段圧縮部１３の圧縮室２５に流れ込むと、第３段圧縮部１３からの吐出ガスが流れる第３接続管３３内のガス圧力が増大する。したがって、圧力センサ４７が第３接続管３３に設けられる場合においても、第５段圧縮部１５から第３段圧縮部１３へのガス漏出を検知することができる。

【0038】

第１実施形態では、圧力センサ４７が第２接続管３２に設けられて、第５段圧縮部１５から第３段圧縮部１３へのガス漏出に対処できるようにした。これに代え／これとともに、第４段圧縮部１４（高圧段圧縮部）から第２段圧縮部１２（低圧段圧縮部）へのガス漏出に対処できるように、圧力センサ４７が第１接続管３１に設けられ、排出機構４５は第１接続管３１から水素ガスを排出させてもよい。

【0039】

（第２実施形態）
図３は第２実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0040】

第２実施形態では、排出機構４５によって水素ガスを排出する際にモータ２０ａの回転数を上げて、排出される分に相当する量のガスを補うようにしている。以下、具体的に説明する。

【0041】

往復動式圧縮機１０には、駆動部２０のモータ２０ａの回転数を調整可能なインバータ５１が設けられており、モータ２０ａの回転数はインバータ５１によって調整される。

【0042】

排出弁４５ｂは、弁開度を調整可能な弁によって構成されている。したがって、排出弁４５ｂの開度が調整されることにより、排出機構４５によるガス排出量が変化する。

【0043】

ガス排出路４５ａには、排出弁４５ｂの下流側に位置し、排出弁４５ｂの下流側におけるガス圧力を検出する補助圧力センサ５３が設けられている。

【0044】

コントローラ４９には、排出弁４５ｂの流量特性データが記憶されている。この流量特性データは、排出弁４５ｂの一次側及び二次側間の差圧（圧力センサ４７の検出値Ｐ１と補助圧力センサ５３の検出値Ｐ２の差圧）ｄＰと、排出弁４５ｂの弁開度Ｏｖと、排出流量Ｑと、の間の関係を規定する特性データである。例えば図４に示すように、排出弁４５ｂの流量特性は、検出値Ｐ１，Ｐ２間の差圧ｄＰが大きくなるほど、排出流量Ｑが大きくなるが、排出流量Ｑの増大の程度は排出弁４５ｂの弁開度Ｏｖが大きいほど大きくなることを示す。

【0045】

また、コントローラ４９には、モータ２０ａの回転数と第２段圧縮部１２からの水素ガス吐出量との関係を示すデータである回転特性データが記憶されている。したがって、ガス処理量を増大させる場合に、その増大量に応じたモータ回転数の増大分を導出することができる。なお、モータ２０ａの回転数と第１段～第５段圧縮部１１～１５の少なくとも何れかからの水素ガス吐出量との関係を示すデータである回転特性データが記憶されても良い。

【0046】

コントローラ４９の機能には、インバータ５１を制御する回転数制御部４９ｂが含まれている。排出制御部４９ａの指令により排出機構４５の排出弁４５ｂが開かれたときには、第２接続管３２から水素ガスが排出されるため、回転数制御部４９ｂは、排出される量に相当する量のガス圧縮量を通常の圧縮量に上乗せするように、モータ２０ａの回転数を上げる制御を行う。より具体的には、回転数制御部４９ｂは、排出弁４５ｂの検出値Ｐ１、補助圧力センサ５３の検出値Ｐ２、コントローラ４９に記憶された排出弁４５ｂの流量特性を用いて、排出流量Ｑを導出する。そして、回転数制御部４９ｂは、回転特性データを用いて、回転数をどれだけ上げる必要があるかを導出し、この導出された回転数だけモータ２０ａの回転数が上がるように、インバータ５１を制御する。なお、回転数制御部４９ｂは、排出される量と同じ量の水素ガスを補うのではなく、排出される量よりも少ないガス量を補うように回転数を上げてもよい。この場合、例えば、排出されるガス量の半分以上の量の水素ガスを補ってもよい。

【0047】

したがって、本実施形態では、水素ガスを排出するときにモータ２０ａの回転数が上げられることにより、排出機構４５によって排出される水素ガスを補うように第３段圧縮部１３～第５段圧縮部１５による水素ガスの吐出量が増大する。これにより、往復動式圧縮機１０による水素ガスの処理量の低下を抑制することができる。なお、第５段圧縮部１５からの漏れ量は一定であるため、モータ２０ａの回転数を上げることにより第３段圧縮部１３による水素ガスの吐出量が増大するが、第３段圧縮部１３の吐出圧力の増大を抑制できる。

【0048】

また本実施形態では、水素ガスの補填量を導出するときに圧力センサ４７の検出値Ｐ１を用いる。したがって、第２接続管３２（第３段圧縮部１３の吸込側流路）のガス圧力を検出するための圧力センサ４７を利用しながら、排出機構４５による水素ガスの排出量を導き出せる。

【0049】

なお、第２実施形態では、排出弁４５ｂが開度調整可能な弁によって構成されているがこれに限られるものではない。例えば、図５に示すように、排出機構４５は、ガス排出路４５ａに位置し開閉弁（オンオフ弁）からなる排出弁４５ｂと、ガス排出路４５ａにおいて排出弁４５ｂよりも下流側に位置するオリフィス４５ｃと、を有してもよい。この場合、コントローラ４９には、オリフィス４５ｃの流量特性データが記憶される。この流量特性データは、図６に示すように、オリフィス４５ｃにおける差圧（一次側及び二次側間の差圧）ＯｄＰと、排出流量Ｑと、の間の関係を規定する特性データである。この特性データに示されたオリフィス４５ｃの流量特性は、オリフィス４５ｃでの差圧ＯｄＰが大きくなるほど、排出流量Ｑが大きくなることを表している。

【0050】

そして、回転数制御部４９ｂは、圧力センサ４７の検出値Ｐ１、補助圧力センサ５３の検出値Ｐ２、及びコントローラ４９に記憶されたオリフィス４５ｃの流量特性を用いて、排出流量Ｑを導出する。そして、回転数制御部４９ｂは、回転特性データを用いて、回転数をどれだけ上げる必要があるかを導出し、この導出された回転数だけモータ２０ａの回転数が上がるように、インバータ５１を制御する。

【0051】

その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

【0052】

（第３実施形態）
図７は第３実施形態を示す。尚、ここでは第１及び第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0053】

第３実施形態による往復動式圧縮機１０では、当該圧縮機１０から吐出される水素ガスの需要先が、タンクからなる蓄圧器５５となっている。この場合において、往復動式圧縮機１０は、蓄圧器５５に予め定められた量の水素ガスを所定時間内に溜められるように、水素ガスの吐出量を調整するよう構成されている。

【0054】

図７に示すように、供給管３５は、蓄圧器５５に接続されている。供給管３５には、供給管３５内の水素ガスの圧力を検出する需要側圧力センサ５７と、供給管３５内の水素ガスの温度を検出する需要側温度センサ５８と、が位置している。供給管３５は往復動式圧縮機１０及び蓄圧器５５を互いに繋ぐ需要先接続流路である。なお、需要側圧力センサ５７は蓄圧器５５に位置してもよい。また、需要側温度センサ５８は蓄圧器５５に位置してもよい。

【0055】

本実施形態では、所定量の水素ガスを蓄圧器５５に所定時間内に溜める必要があるため、コントローラ４９の機能には、蓄圧器５５での水素ガスの単位時間当たりの密度変化量を推定する推定部４９ｃが含まれている。すなわち、需要側圧力センサ５７による圧力検出値を水素ガスの圧力とし、需要側温度センサ５８による温度検出値を水素ガスの温度とし、蓄圧器５５のタンク容量を水素ガスの体積として、推定部４９ｃは、これらを気体の状態方程式に当てはめて、蓄圧器５５に溜められている水素ガスの密度を導出する。そして、推定部４９ｃは、需要側圧力センサ５７及び需要側温度センサ５８によって繰り返し検出される検出値から、繰り返し密度の導出を実行し、蓄圧器５５に蓄積されている水素ガスの単位時間当たりの密度変化量を推定する。

【0056】

蓄圧器５５には、所定時間内に予め定められた圧力の水素ガスを溜める必要があるため、排出機構４５によって一部の水素ガスが排出される場合には、排出された量の水素ガスを補う必要がある。したがって、回転数制御部４９ｂは、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部への水素ガスの漏れがないとした場合に蓄圧器５５に蓄積される単位時間当たりの水素ガスの密度変化量と、推定部４９ｃによって推定された単位時間当たりの水素ガスの密度変化量と、の差分に相当する量を補うようにモータ２０ａの回転数を上げるように構成されている。

【0057】

コントローラ４９には、例えば図８に示すように、予め定められた時間ｔｓ内に予め定められた密度ρｓの水素ガスを溜められるように、（高圧段圧縮部から低圧段圧縮部への水素ガスの漏れがないとした場合の）密度ρの時間推移を示すデータＤｓが記憶されている。一方、推定部４９ｃによって推定された水素ガスの単位時間当たりの密度変化量から、ある時間ｔ１におけるガス密度ρ１が導出されるため、コントローラ４９は、時間ｔ１におけるデータＤｓと導出されたガス密度ρ１との差分Δρを導出し、回転数制御部４９ｂは、この差分Δρを補うように、モータ２０ａの回転数を上げる制御を行う。これにより、排出機構４５によって水素ガスを排出する場合であっても、所定時間内に予め定められた圧力の水素ガスを蓄圧器５５に溜めることができる。

【0058】

したがって、本実施形態によれば、高圧段圧縮部から低圧段圧縮部への水素ガスの漏出があった場合でも、蓄圧器５５に水素ガスを蓄積するための時間が、想定される時間よりも長くなることを抑制できる。

【0059】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１及び第２実施形態の説明を第３実施形態に援用することができる。

【0060】

（第４実施形態）
図９は第４実施形態を示す。尚、ここでは第１～第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0061】

第４実施形態では、圧力センサ４７が第４接続管３４に位置する点において、第１実施形態と異なっている。第３段圧縮部１３を低圧段圧縮部と見なすと、第５段圧縮部１５は高圧段圧縮部となる。そして、第４段圧縮部１４は、低圧段圧縮部から吐出された水素ガスを圧縮する中間段圧縮部として機能する。したがって、圧力センサ４７は、第４接続管３４に設けられて、中間段圧縮部から吐出され且つ高圧段圧縮部に吸入される水素ガスの圧力を検出するように構成される。すなわち、第５段圧縮部１５から第３段圧縮部１３への水素ガスの漏出がある場合には、第３段圧縮部１３から吐出されるガス圧力も想定値より高くなる。この場合、第４段圧縮部１４に吸入されるガス圧力及び第４段圧縮部１４から吐出されるガス圧力も想定値より高くなる。したがって、圧力センサ４７が第４接続管３４に位置しているとしても、第５段圧縮部１５から第３段圧縮部１３へのガス漏出を検知することができる。そして、排出機構４５は、圧力センサ４７によって検出された水素ガスの圧力が予め設定された設定値よりも高い場合に、第２接続管３２から水素ガスを排出する。

【0062】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、第１～第３実施形態の説明を第４実施形態に援用することができる。

【0063】

（その他の実施形態）
なお、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。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、第１段圧縮部１１と第２段圧縮部１２と第４段圧縮部１４とがタンデム型となり、第３段圧縮部１３と第５段圧縮部１５とがタンデム型となっているが、これに限られるものではない。例えば、図１０に示すように、第１段圧縮部１１と第２段圧縮部１２と第３段圧縮部１３とがタンデム型となり、第４段圧縮部１４と第５段圧縮部１５とがタンデム型となってもよい。この場合、第５段圧縮部１５（高圧段圧縮部）の漏出ガスは第４段圧縮部１４（低圧段圧縮部）に流れ込むため、圧力センサ４７は例えば第３接続管３３に設けられてもよい。この場合、排出機構４５は、第３接続管３３から水素ガスを抜くように構成されていてもよい。また、第３段圧縮部１３（高圧段圧縮部）の漏出ガスは第２段圧縮部１２（低圧段圧縮部）に流れ込むため、圧力センサ４７は例えば第１接続管３１に設けられてもよい。この場合、排出機構４５は、第１接続管３１から水素ガスを抜くように構成されていてもよい。

【0064】

前記実施形態では、往復動式圧縮機１０が５段の圧縮部１１～１５を備えた多段圧縮機として構成されているが、これに限られない。圧縮部の段数は２段以上であればよく、段数が２段の場合、例えば図１１に示すよう、第１段圧縮部１１と第２段圧縮部１２とがタンデム型に構成される。そして、第２段圧縮部１２（高圧段圧縮部）からの漏出ガスが第１段圧縮部１１（低圧段圧縮部）に流れ込むため、圧力センサ４７は吸込管３０に設けられ、排出機構４５は吸込管３０から水素ガスを排出させる。

【符号の説明】

【0065】

１０ ：往復動式圧縮機
１３ ：第３段圧縮部
１４ ：第４段圧縮部
１５ ：第５段圧縮部
２０ ：駆動部
２０ａ ：モータ
２２ ：ピストンリング群
２３ ：ピストン
２４ ：シリンダ部
３０ ：吸込管
３１ ：第１接続管
３２ ：第２接続管
３３ ：第３接続管
３４ ：第４接続管
４５ ：排出機構
４５ａ ：ガス排出路
４５ｂ ：排出弁
４５ｃ ：オリフィス
４７ ：圧力センサ
４９ａ ：排出制御部
４９ｂ ：回転数制御部
４９ｃ ：推定部
５１ ：インバータ
５３ ：補助圧力センサ
５５ ：蓄圧器
５７ ：需要側圧力センサ
５８ ：需要側温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】