特開 2023-98839 空気圧縮機システム

(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】P2023098839

(43)【公開日】2023-07-11

(54)【発明の名称】空気圧縮機システム

(51)【国際特許分類】

   F04B 41/06 20060101AFI20230704BHJP

【ＦＩ】

F04B41/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022197922

(22)【出願日】2022-12-12

(31)【優先権主張番号】17/646,447

(32)【優先日】2021-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519447732

【氏名又は名称】トランスポーテーション アイピー ホールディングス，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100137095

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 武史

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー ミラー

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー リューク

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー ハリツ

(72)【発明者】

【氏名】マシュー チャットハム

(72)【発明者】

【氏名】ウェズリー マルティンチック

【テーマコード（参考）】

3H076

【Ｆターム（参考）】

3H076AA03

3H076BB50

3H076CC24

3H076CC43

(57)【要約】      （修正有）

【課題】空気圧縮機システムのためのシステムが提供される。
【解決手段】一例では、システムは、ハウジングと、ハウジング内に配置されたピストンと、ハウジング内に配置されたクランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、ピストンの連結棒に結合され、クランクシャフトは、ピストンをハウジングの第１端部から第２端部まで往復させ、ピストンは、ハウジング内の空気を第１端部で第１圧力に、第２端部で第２圧力に加圧し、第２圧力は、第１圧力よりも大きい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された連結棒を有するピストンと、
ハウジング内に配置されたクランクシャフトであって、前記ピストンの前記連結棒に結合されたクランクシャフトとを備え、
前記クランクシャフトは、前記ピストンを前記ハウジングの第１端部から第２端部まで往復させるように構成され、前記ピストンは、前記ハウジング内の空気を、前記第１端部で第１圧力に、前記第２端部で第２圧力に加圧し、前記第２圧力は、前記第１圧力よりも大きい、空気圧縮機システム。

【請求項2】

前記ピストンは、第１部分と、第２部分と、それらの間の移行部とを含み、
前記第１部分は、第１直径を有する第１シリンダであり、前記第２部分は、前記第１直径とは異なる第２直径を有する第２シリンダである、請求項１に記載の空気圧縮機システム。

【請求項3】

前記第１部分は、前記第１端部で空気を圧縮し、前記第２部分は、前記第２端部で空気を圧縮する、請求項２に記載の空気圧縮機システム。

【請求項4】

前記ピストンは、中空であり、前記空気圧縮機システムに入る空気が流入する内部空間を備える、請求項２に記載の空気圧縮機システム。

【請求項5】

前記ピストンは、空気が前記第１端部または前記クランクシャフトの一方に流れる複数の開口部を有する、請求項４に記載の空気圧縮機システム。

【請求項6】

前記クランクシャフトは、フライホイールを有し、前記フライホイールは、第１フライホイール部および第２フライホイール部を有し、前記第２フライホイール部は、前記第１フライホイール部よりも大きい、請求項１に記載の空気圧縮機システム。

【請求項7】

前記第１フライホイール部は、クランクシャフト中間部の周りに延在する輪郭を有する、請求項６に記載の空気圧縮機システム。

【請求項8】

前記連結棒は、内部空間内に、前記ピストンの中央部に沿って配置される、請求項１に記載の空気圧縮機システム。

【請求項9】

圧縮機と乾燥機とを備え、前記圧縮機は、加圧空気を前記乾燥機に流すように構成され、前記圧縮機の第１段と第２段との間で往復するように構成されたピストンを有し、クランクシャフトは、前記ピストンの内部空間に配置された連結棒に物理的に結合され、前記内部空間は、複数の開口部を介して、前記圧縮機の内部容積から空気を受容するように構成される、空気圧縮機システム。

【請求項10】

前記クランクシャフトは、フライホイールを有し、前記フライホイールは、第１フライホイール部および第２フライホイール部を備え、前記第１フライホイール部は、半円の形状を有し、前記第２フライホイール部は、全円の形状を有する、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記クランクシャフトの中心軸は、前記ピストンが往復する軸に垂直であり、前記第２フライホイール部は、前記第１フライホイール部よりも前記ピストンに近い、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記ピストンは、対称であり、第１ピストン本体および第２ピストン本体を有し、前記第１ピストン本体は、前記第２ピストン本体の直径よりも大きい直径を備え、前記ピストンは、前記第１ピストン本体と前記第２ピストン本体との間に配置されたピストン移行体を有する、請求項９に記載のシステム。

【請求項13】

前記内部空間は、前記第１ピストン本体、前記ピストン移行体、および前記第２ピストン本体を通って延在し、前記内部空間内の空気が、前記第１ピストン本体内のピストンクラウン内に配置された逆止弁を介して前記内部空間を出る、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１ピストン本体は、前記複数の開口を有し、前記複数の開口は、複数の第１開口および複数の第２開口を備え、前記複数の第２開口は、前記複数の第１開口とは異なる形状である、請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

前記圧縮機は、圧縮機ハウジングに配置された複数のフィンを有し、前記複数のフィンは、前記第１段および前記第２段に隣接して配置される、請求項９に記載のシステム。

【請求項16】

流れる空気を加圧および乾燥するように構成された空気システムを備え、前記空気システムは、ピストンを有する圧縮機を有し、前記ピストンは、ピストンクラウン内に配置された逆止弁を介して、前記圧縮機の第１段に空気を排出し、前記圧縮機の第２段は、通路を介して前記第１段に流体的に結合され、前記圧縮機の前記第２段は、一体的に配置されたシャトル弁を備える空気乾燥機に圧縮空気を流すように構成される、システム。

【請求項17】

前記クランクシャフトは、前記ピストンの内部空間に配置された連結棒に結合するフランジ端部を有する、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記ピストンクラウンは、前記ピストンの第１端部に配置され、前記第１端部は、前記ピストンの第２端部の第２直径よりも大きい第１直径を有し、前記第２端部は、前記圧縮機の前記第２段から封止される、請求項１６に記載のシステム。

【請求項19】

前記ピストンは、クランクシャフトを介して第１軸に沿って、第１段と第２段との間で往復し、前記クランクシャフトは、前記第１軸に垂直な第２軸を中心に回転し、前記クランクシャフトは、フライホイールを有し、前記フライホイールは、第２部分と面共有接触する第１部分を備え、前記第１部分は、半円の形状を有し、前記第２部分は、全円の形状を有する、請求項１６に記載のシステム。

【請求項20】

前記クランクシャフトは、前記ピストンに対して垂直に配置され、前記第１段および前記第２段のファンに隣接する方向に延在する、請求項１９に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される主題の実施形態は、空気圧縮機および空気乾燥機に関する。

【背景技術】

【0002】

空気圧縮機システムは、１つ以上の車両用途、例えば、空気ブレーキ用途、ＨＶＡＣ等のための圧縮空気を提供するために、車両に搭載されて使用されてもよい。いくつかの車両システムは、大きさ／寸法に制約があり、空気圧縮機および関連機器、例えば空気乾燥機のための車両上の限られたスペースが存在する。いくつかの空気圧縮機は、性能面、例えばより低い信頼性レベル、より低い圧縮空気容量等を犠牲にして、より小型の構成を可能にする特徴または構成要素を有することにより、そのような限られたスペースに適合するように提供され得る。

【0003】

小型パッケージで比較的高い圧縮空気容量および信頼性レベルを達成することを含め、既存の空気圧縮機とは異なる車両用の空気圧縮機を提供することが望まれる場合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一実施形態では、空気圧縮機システムは、ハウジングと、ハウジング内に配置されたピストンと、ハウジング内に配置されたクランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、ピストンの連結棒に結合され、クランクシャフトは、ピストンをハウジングの第１端部から第２端部まで往復させ、ピストンは、ハウジング内の空気を、第１端部で第１圧力に、第２端部で第２圧力に加圧し、第２圧力は、第１圧力よりも大きい。

【0005】

一実施形態では、空気圧縮機システムは、圧縮機と乾燥機とを含む。圧縮機は、加圧空気を乾燥機に流す。圧縮機は、圧縮機の第１段と第２段との間で往復するピストンを含む。空気圧縮機システムは、ピストンの内部空間に配置された連結棒に物理的に結合されたクランクシャフトを含む。内部空間は、複数の開口部を介して圧縮機の内部容積から空気を受容する。

【0006】

一実施形態では、システムは、そこを流れる空気を加圧し、乾燥させることができる空気システムを含む。空気システムは、ピストンを有する圧縮機を含む。ピストンは、ピストンクラウンに配置された逆止弁を介して、圧縮機の第１段に空気を排出する。圧縮機の第２段は、通路を介して第１段に流体的に結合され、圧縮機の第２段は、シャトル弁が一体的に配置された空気乾燥機に圧縮空気を流す。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、空気圧縮機の例示的な実施形態を示す。

【0008】

【図2】図２は、空気圧縮機の内部図を示す。

【図3】図３は、空気圧縮機の内部図を示す。

【0009】

【図4】図４は、空気圧縮機のピストンの詳細図を示す。

【0010】

【図5】図５は、空気圧縮機のシャフトの詳細図を示す。

【図6】図６は、空気圧縮機のシャフトの詳細図を示す。

【0011】

【図7】図７は、空気乾燥機の斜視図を示す。

【0012】

【図8】図８は、空気乾燥機の正面図を示す。

【0013】

【図9】図９は、空気乾燥機の第１側面図を示す。

【0014】

【図10】図１０は、空気乾燥機の第２側面図を示す。

【0015】

【図11】図１１は、空気乾燥機の上面図を示す。

【0016】

【図12】図１２は、空気乾燥機の底面図を示す。

【0017】

【図13】図１３は、空気乾燥機ヘッド部の詳細図を示す。

【0018】

【図14A】図１４Ａは、空気乾燥機ヘッド部の第１側面図を示す。

【図14B】図１４Ｂは、空気乾燥機ヘッド部の第２側面図を示す。

【0019】

【図15A】図１５Ａは、空気乾燥機のチャンバの内部図を示す。

【0020】

【図15B】図１５Ｂは、シャトル弁を含む空気乾燥機ヘッド部の内部図を示す。

【0021】

図１～１５Ｂは、ほぼ縮尺通りに示されているが、他の寸法が使用されてもよい。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下の説明は、空気圧縮機システムのためのシステムに関する。空気圧縮機システムは、ハウジングを含んでもよい。ピストンおよびクランクシャフトは、ハウジング内に配置されてもよい。クランクシャフトは、クランクシャフトの回転運動をピストンの直線運動に変換する連結棒に結合されたアダプタを含んでもよい。連結棒は、ピストンの内部空間内に配置されてもよい。内部空間は、ピストンの表面によって規定される。ピストンは、空気圧縮機システムの第１端部と空気圧縮機システムの第２端部との間で往復してもよい。空気は、ピストンによって第１端部で第１圧力に圧縮されてもよい。空気は、通路を介して第２端部に流れ、ピストンを介して第２圧力に圧縮されてもよい。

【0023】

第２圧力に加圧された空気は、空気乾燥機に流れてもよい。空気乾燥機は、そこから空気を排出する前に、空気の含水量を低減してもよい。空気乾燥機は、そこで乾燥された空気の一部が空気乾燥機の乾燥剤または他の乾燥材料を乾燥させるために使用されるように自己再生してもよい。

【0024】

圧縮機のピストンとシャトル弁とを乾燥機内に一体的に配置する構成により、圧縮機と空気乾燥機とのパッケージサイズが縮小されてもよい。ピストンは、空気を閾値圧力まで圧縮しながら、コンパクトな空間内に収まることを許容する形状を含む。ピストンは、その内部容積に空気を流す機能を含んでいてもよく、これは、圧縮機に機械加工される空気通路の数を減らすことにより、製造コストおよびパッケージサイズを減少してもよい。

【0025】

空気乾燥機のシャトル弁は、空気乾燥機のヘッド内に一体的に配置されてもよい。シャトル弁は、第１位置から第２位置に、またはその逆に作動して、空気乾燥機の第２チャンバが圧縮機からの圧縮空気を乾燥させるときに、空気乾燥機の第１チャンバが再生するのを許容してもよい。乾燥され圧縮空気は、空気通路に供給され、この空気通路は、乾燥された圧縮空気を１つ以上の指定機能、例えばエアブレーキ、エアホーン等のために使用する１つ以上の装置（例えば車両等）に供給してもよい。

【0026】

ここで、図１を参照すると、それは、圧縮空気システムに含まれる圧縮機１０１の一実施形態１００が示す。一例では、圧縮機は、空気を２段式で圧縮してもよい。第１段は、空気を第１圧力に圧縮し、第２段は、空気を第１圧力よりも高い第２圧力に圧縮する。圧縮機は、本明細書においてより詳細に説明される。

【0027】

圧縮機は、中間部１１０に結合された入口１０２を含む。入口は、入口の本体内に曲げ部が配置されたＬ字形または他の形状を含んでいてもよい。一例では、入口は、圧縮機のパッケージサイズを縮小するために曲げられる。すなわち、入口を曲げることにより、圧縮機の外形を小さくしてもよい。追加的または代替的に、入口は、曲げ部がなくてもよい。入口は、周囲雰囲気から周囲空気を受容してもよい。一例では、周囲空気は、濾過されない。いくつかの例では、周囲空気は、第１通路に配置されたフィルタを通過して、空気中に浮遊する粒子および他の化合物を除去してもよい。

【0028】

中間部は、第１段１３０と第２段１５０との間に配置される。第１段は、圧縮機の第１端部に配置され、第２段は、圧縮機の第２端部に配置される。第２端部は、第１端部の反対側にある。一例では、圧縮空気は、第２端部に配置された出口１０４を通して排出される。第１中心軸１９２は、第２段、中間部および第１段のそれぞれの中心を通って延在する。

【0029】

第１ファン１３２は、第１段に隣接して配置されてもよい。第１ファンは、第１段に熱管理を提供してもよい。追加的又は代替的に、第１ファンは、比較的高い周囲温度の間、第１段を冷却してもよい。一例では、第１ファンは、第１中心軸に垂直な方向に空気流を導く。

【0030】

第１段は、第１エンドキャップ１３４を含んでもよい。第１エンドキャップは、円筒形状を含んでもよく、圧縮機の第１側部の最先端を規定してもよい。第１段の本体１４０は、第１エンドキャップを第１段の本体に物理的に結合し得る複数の留め具１３６を含んでもよい。第１エンドキャップは、第１段の本体嵌合面１４２と面共有接触する第１エンドキャップ嵌合面１３８を含んでもよい。複数の締結具は、嵌合面の貫通孔を通って延在して、嵌合面を互いに物理的に結合させてもよい。一例では、嵌合面同士の間の係合は、第１段を気密的に封止する。一例では、第１エンドキャップ嵌合面および第１段の本体嵌合面の貫通孔のうちの１つ以上は、ねじ切りされてもよい。第１エンドキャップ嵌合面および第１段の本体嵌合面は、嵌合面の角が丸みを帯びた同様の形状を含んでもよい。好適な形状は、四角形状、卵形状、および円形状を含み得る。

【0031】

第１段の本体は、複数のフィン１４４を含んでもよい。好適なフィンは、第１段の本体から延在してもよく、利用可能な全体的な表面積を増大させてもよい。圧縮機の操作中に生成される熱は、複数のフィンを介して放散されてもよい。一例では、複数のフィンのうちのフィンは、第１段の本体嵌合面と同様の形状を含む。いくつかの例では、厚さおよび直径を含むフィンの大きさは、第１段の本体嵌合面の大きさよりも小さくてもよい。他の実施形態では、フィンの大きさは、第１段の本体嵌合面の大きさとほぼ等しくてもよい。一実施形態では、複数のフィンの各々は、互いに均一に離間されてもよい。別の実施形態では、フィンは、それぞれに対して互い違いに配置されていてもよく、および／または不均一な幅または間隔の繰り返しパターンでオフセットまたは間隔を空けてもよい。フィンの表面仕上げは、その表面にわたる抗力（圧力損失）の量を制御するように選択されてもよく、滑らかな仕上げは、より速い流体の流れを許容し、粗いまたはテクスチャ加工された表面は、表面乱流およびより長い接触時間を許容する。フィンの角度は、表面仕上げと同様の原理で、流体の流れの方向に対して選択してもよい。動作中、複数のフィンは、第１段の本体から熱を伝導し、そこで発生する熱の放散を増加させるために、比較的増加した表面積を提供してもよい。

【0032】

通路１２０は、第１段から第２段まで延在する。通路は、第１段に流体的に結合された入口１２２を含み、ここを通って圧縮ガスが通路内に流れてもよい。次いで、圧縮ガスは、第２段に流体的に結合された出口１２４を介して通路を出てもよい。適切な圧縮ガスは、空気、冷媒、およびガス状炭化水素を含んでもよい。

【0033】

第２段は、第２エンドキャップ１５４および第２段の本体１６０に冷却流を導き得る第２ファン１５２を含む。第２ファンは、第１段および第２段の熱管理が個々の冷却要求に基づいて実行され得るように、第１ファンとは独立して動作してもよい。第２エンドキャップは、第１エンドキャップと同様の円筒形状を含んでもよい。第２エンドキャップは、第２エンドキャップを第２段の本体に嵌合する第２エンドキャップ嵌合面１５６を含む。複数の締結具１５８は、第２エンドキャップ嵌合面および第２段の本体の貫通孔を通って延在することにより、第２エンドキャップを第２段の本体に物理的に結合してもよい。

【0034】

第２段の本体は、機能的には第１段の複数のフィンと同様であり得る複数のフィン１６２を含む。しかしながら、一例では、第２段の複数のフィンの各フィンの大きさは、第１段の複数のフィンの各フィンの大きさよりも小さくてもよい。追加的または代替的に、第２段の複数のフィンのフィンの数は、第１段の複数のフィンのフィンの数と異なってもよい。一例では、第１段の本体の長さは、第２段の本体の長さ未満であり、ここで長さは、ｘ軸に沿って測定される。さらに、第１段の本体の幅は、第２段の本体の幅より大きくてもよく、ここで幅は、ｚ軸に沿って測定される。

【0035】

一実施形態では、第１段は、第２段よりも広く、短くてもよい。よって、第２段は、第１段よりも長く、狭い。第１段は、第１圧縮圧力に対応し、第２段は、第１圧縮圧力よりも大きい第２圧縮圧力に対応する。このため、第２段の熱管理要求は、第１段よりも大きくてもよく、第１段よりも第２段に多くのフィンが含まれることになる。第１段のフィンの数を少なくすることにより、空気圧縮機システムの製造コスト、複雑さ、および大きさが制御され得る。フィンの選択パラメータは、目詰まりの可能性、洗浄の容易さ、侵食および腐食耐性等の追加の動作態様を考慮してもよい。

【0036】

図５および図６に示すピストンは、シャフトハウジング１７０内に配置されたクランクシャフトのようなシャフトを介して回転させてもよい。シャフトハウジングは、第１中心軸に対して垂直に配向された第２の中心軸１９４を含む。シャフトハウジングは、中央部から中心軸に平行な方向に延びてもよい。シャフトハウジングは、第１ファンと第２ファンとの間に配置されてもよく、これは、シャフトハウジングの他の配向に比較して、空気圧縮機システムのパッケージサイズをさらに縮小し得る。ｘ軸に沿って測定されるシャフトハウジングの長さは、第１段、中間部、および第２段の組み合わせの長さよりも短くてもよい。一例では、シャフトハウジング、中間部、第１段、および第２段は、一体として製造される。追加的または代替的に、シャフトハウジングは、中間部、第１段、および第２段とは個別に製造されてもよく、シャフトハウジングは、溶接、ネジ、締結具等を介して中間部に物理的に結合される。

【0037】

シャフトハウジングは、圧縮機をハウジングまたは他の構造体に取り付け得るボルト１７２を含んでもよい。追加的または代替的に、ボルトは、シャフトハウジングを圧縮機マウントに取り付けてもよく、これは、図７～図１５Ｂに示すように乾燥機を取り付けてもよい。

【0038】

ここで、図２および図３を参照すると、それらは、それぞれ第１ビュー２００および第２ビュー３００を示す。より具体的には、第１ビューは、圧縮機のｘ－ｚ平面に沿った断面図を示す。第２ビューは、圧縮機の内部の斜視図を示す。本明細書では、図２および図３について順次説明する。

【0039】

ピストン２１０は、圧縮機の内部容積２４０内で往復するように位置決めされてもよい。内部容積は、中間部、第１段および第２段のそれぞれに及んでもよい。ピストンは、ピストンクラウン２２６と第２本体２３０との間に配置された第１本体２２０を含んでもよい。ピストンは、クランクシャフト２０２に物理的に結合された第１本体内の連結棒２１２を含む。クランクシャフトは、クランクシャフトの効率を高め得るフライホイール２０４を含む。すなわち、フライホイールは、所定の回転速度が満たされると、クランクシャフトを回転させるのに必要なエネルギー量を低減し得る。クランクシャフトおよびフライホイールは、一体として製造されてもよい。追加的または代替的に、クランクシャフトおよびフライホイールは、個別の部品として製造され、互いに結合されてもよい。クランクシャフトは、第２中心軸を中心に回転してもよい。この回転は、連結棒を介して第１中心軸に沿ってピストンの直線運動を駆動することができる。クランクシャフトは、ｚ軸を中心に回転することができ、ピストンは、ｘ軸に沿って往復することができる。

【0040】

第１本体は、連結棒が配置される内部空間２２２を含んでもよい。連結棒は、ピストンの内面２１３に物理的に結合されてもよい。内面は、ピストンの中間部分の他の表面に結合されながら、開口部を規定してもよい。開口部は、内部空間が連結棒に加えられた運動をピストンに変換することを許容しつつ、空気が中断することなく内部空間を通って流れることを許容してもよい。一例では、ピストンは、中空であり、空気は、内部空間の全体を通って流れ得る。

【0041】

内部空間は、複数の第１開口部２２４を介して、空気等の流体を受容してもよい。複数の第１開口部は、第２中心軸に沿って互いに交差して配置される。一例では、入口は、圧縮機の内部容積内に空気を入れてもよく、空気は、複数の第１開口部のうちの１つを通って流れ、内部空間を少なくとも部分的に満たす。内部空間内の空気は、内部空間を出て、シャフトハウジング内に配置されたクランクシャフトに流れてもよい。これは、冷却効果を提供して、クランクシャフトの冷却剤需要を減少させ得る。内部空間内の空気は、ピストンクラウンに配置されたピストン逆止弁２２８を介して内部空間から出てもよい。一例では、内部空間に流れる空気は、圧縮されない。

【0042】

図２及び図３に示すピストンの位置では、ピストンと第１段との間に空間が配置される。このように、空気は、ピストン逆止弁を出て、ピストンと第１段との間の内部容積の一部分を少なくとも部分的に満たし得る。一例では、ピストンの内部空間を内部容積に流体的に結合するピストン逆止弁以外の他の経路が存在しなくてもよい。ピストンが往復して第１段に向かって移動すると、空気は、圧縮されて第１段チャンババルブ２５２を通って第１段チャンバ２５０に入り得る。一例では、第１段階チャンババルブが内部容積内の空気がより低い閾値圧力を超えることに応答して、開位置に移動してもよい。一例では、これは、圧縮機の第１圧縮段であり、空気は、下側閾値圧力よりも大きく、上側閾値圧力よりも小さい第１圧力に圧縮される。第１圧力空気は、通路等の通路を介して、第２段の第２段チャンバ２６０に導かれる。第２段の空気は、第２圧力に圧縮されてもよく、これは、上限閾値圧力よりも大きくてもよい。一例では、図示の位置は、圧縮機のピストンの第１位置であり、ピストンが第２段に対して押圧され、第１段に向かって往復する位置を含む。

【0043】

圧縮機の第２本体２３０は、第１圧力空気を第２圧力空気に圧縮し得る。一例では、第２本体は、第１本体の第１直径よりも小さい第２直径を含む。移行部２１６は、第１本体と第２本体との間に配置され、移行部の直径は、第１直径から第２直径へと徐々に減少する。内部容積の直径は、第２本体および第２段の近傍でも減少する。換言すれば、内部容積の直径は、ピストンの直径に対応する。一実施形態では、ピストンは、第１円筒部と、第２円筒部と、第１円筒部と第２円筒部との間の移行部とを有するワインボトル形状を含んでもよい。第２円筒部の直径は、第１円筒部の直径よりも小さくてもよく、第２円筒部が空気を上限閾値圧力を上回る圧力まで圧縮することを許容する。

【0044】

第２本体が内部容積内の空気を圧縮すると、第２圧力空気は、第２段チャンバ逆止弁２６２を通って、出口を通って押し出される。一例では、出口は、第２圧力に基づく上限閾値圧力よりも高い圧力に応答して開き得る逆止弁を含む。一例では、第２圧力は、第２段で圧縮された空気が逆止弁に抗して、出口を通って流れるように、上限閾値圧力よりも大きい。圧縮機を出た圧縮空気は、乾燥機に入り得る。

【0045】

クランクシャフトは、モータからの動力によって、第２中心軸を中心に回転する。連結棒は、クランクシャフトからの回転エネルギーを線形エネルギーに変換し、これは、ピストンを第１位置と第２位置との間で第１中心軸に沿って移動させる。ピストンが第１位置から第２位置に移動すると、空気は、第１低圧に圧縮され、第１段チャンバ内に押し込まれる。第１圧力空気は、第２段チャンバに流れ、ピストンと第２段チャンバとの間の空間に入る。ピストンは、ピストンが第１段チャンバに隣接する第２位置から第１位置に向かって移動する。ピストンが移動すると、ピストンは、空気を第１圧力から第１圧力よりも高い第２圧力に圧縮し、第２段のチャンバに再び入った後、圧縮機から排出される。

【0046】

図４を参照すると、それは、ピストンの詳細図４００を示す。ピストンは、少なくとも複数の第１開口部２２４を介して、気体を受容し得る内部容積２２２を含む。複数の第１開口部は、ｚ軸に対して互いに反対側の第１本体上に配置される。一例では、第１中心軸４９２は、複数の第１開口部の各々の共通の中心軸である。

【0047】

第１の本体は、複数の第２開口部２２５を含んでもよい。複数の第２開口部は、ｙ軸に対して互いに反対側の第１本体上に配置される。一例では、第２中心軸４９４が複数の第２開口部２２５の共通の中心軸であり、第２中心軸は、第１中心軸に垂直である。

【0048】

複数の第１開口部の形状は、長方形であってもよい。複数の第１開口部の各第１開口部は、形状および大きさが同一であってもよい。複数の第２開口部の形状は、複数の第１開口部の形状と異なっていてもよい。一例では、複数の第２開口部の形状は、矩形であってもよい。複数の第２開口部の大きさは、第１開口部の大きさより大きくてもよい。いくつかの実施形態では、複数の第１開口部および複数の第２開口部の形状は、調整されてもよい。いくつかの例では、複数の第１開口部および複数の第２開口部の形状および／または大きさは、互いに同一であってもよい。他の例では、複数の第１開口部および複数の第２開口部は、異なってもよく、少なくとも部分的にアプリケーション特有のパラメータに基づいて選択されてもよい。

【0049】

第１本体は、ピストンの第１端部４０２に配置されたピストンクラウンから第２本体のピストンネック４１０までの第１直径を含んでもよい。すなわち、第１直径は、第１端部からピストンネックまでの第１本体の全長に沿って固定された直径であってもよい。移行部は、第１本体の第１直径からピストンネックの第２直径まで直径を徐々に変化させる。一例では、第２直径は、移行部から第２本体端部２３２まで延びるピストンネックの固定直径である。ピストンネックの第２直径は、ピストンクラウンの第１直径よりも小さい。

【0050】

第２本体端部は、第２直径よりも大きく、第１直径よりも小さい第３直径を含む。このように、ピストンネックと第２本体端部とを含む第２本体は、第１本体の最大直径よりも小さい最大直径を含む。このようにピストンを成形することによって、第１本体は、圧縮機の第１段と相互作用して、気体（例えば、空気）を第１圧力に圧縮してもよく、第２本体は、圧縮機の第２段と相互作用して、気体を第１圧力よりも大きい第２圧力に圧縮してもよい。

【0051】

ピストンネックは、ピストンネックの全体を通って延在する内部通路４１２を含むことにより、第１本体の内部空間を第２ピストン本体端部の内部容積に流体連結する。しかしながら、第２本体端部は、ピストン内の気体がピストン逆止弁、複数の第１開口部、および複数の第２開口部のみを介して出ることができるように密封される。このように、ピストンは、ピストン逆止弁、複数の第１開口部、および複数の第２開口部以外の入口または追加の出口を含まない。

【0052】

第２本体端部は、第２本体端部の外径に配置された複数のシールリング２３４をさらに含む。複数のシールリングは、Ｏリングまたは他の同様のタイプのシール要素であってもよい。追加的又は代替的に、第１本体は、ピストンクラウンに近接する第１本体の外径に配置された少なくとも１つのシールリング２３６を含む。シールリングは、ピストンが配置される圧縮機のチャンバからの潤滑剤の流出を阻止し得る。このように、摩擦損失を低減されてもよい。

【0053】

図５および図６は、それぞれクランクシャフトの側面図５００および斜視図６００を示す。本明細書では、図５および図６について順次説明する。クランクシャフトは、クランクノーズ端部６０２と、クランクシャフトの反対側に配置されたフランジ端部６２０とを有してもよい。クランクノーズ端部は、プーリ、振動減衰器、または他の同様の要素に結合してもよい。

【0054】

クランクシャフトは、クランクシャフト中間部６０６を含む。クランクシャフト中間部は、フランジ端部とクランクノーズ端部との間に傾斜面６０４を含んでもよい。傾斜面は、クランクノーズ端部からクランクシャフト中間部まで、クランクシャフトの直径を徐々に変化させてもよい。

【0055】

フライホイールは、クランクシャフト中間部に沿って配置されてもよい。フライホイールは、第１フライホイール部６１２と、第２フライホイール部６１４とを含む。第１フライホイール部は、半円の形状を含む。一例では、第１フライホイール部は、クランクシャフト中間部上の領域で互いに交差する湾面を含む。曲面の高さは、クランクシャフト中間部に向かうにつれて内側に向かって大きくなってもよい。より具体的には、フライホイール軸６９０は、第２中心軸に垂直であり、第１フライホイール部の外周の領域を表し、そこから曲面が延び、クランクシャフト中間部に向かって湾曲してもよい。曲面は、ｙ軸に対してクランクシャフト中間部の最も高い領域に沿って曲面が交差するように、ｙ軸に沿って湾曲する。このように、曲面は、フライホイールの半円形状から外れる。

【0056】

第２フライホイール部は、円形の断面外形を有してもよい。第２フライホイール部は、第１フライホイール部とフランジ端部との間に配置されてもよい。第２フライホイール部は、ｙ－ｚ平面に沿った円形の断面形状を含む。一例では、第１フライホイール部および第２フライホイール部は、単一の一体的で継ぎ目のない部品である。

【0057】

一例では、クランクシャフトは、単一の一体的で継ぎ目のない部品である。フライホイールは、カウンタウェイトとして機能し、クランクノーズ端部および／またはクランクシャフト中間部は、モータシャフトに圧入してもよい。一例では、クランクノーズ端部のみがモータシャフトに圧入される。このように、モータは、クランクシャフトの回転を駆動し得る。フランジ端部は、軸に沿って連結棒または他の同様の装置を介して、ピストンに結合してもよい。クランクシャフトの回転は、圧縮機内のピストンの直線運動に変換される。

【0058】

ここで、図７～図１５Ｂを参照すると、それらは、本発明の実施形態を示す空気乾燥機７０１を示す。空気乾燥機７０１は、空気の流れから水分を除去してもよい。例えば、空気乾燥機は、図１～図４の圧縮機から出る空気を除湿してもよい。空気乾燥機は、入口７０２および出口７０４を含む。入口は、空気を受容し、空気乾燥機の内部容積に空気を導き得る。一例では入口は、図１～図４の圧縮機から空気を受容し、入口を通って流れる空気は、第１含水量を含む。空気乾燥機の内部容積の様々な部分を通って流れた後、第１含水量よりも低い第２含水量を有する空気は、出口を介して空気乾燥から出てもよい。一例では、第２含水量は、空気乾燥機から出る空気が周囲条件から空気バリアを生成するのに使用し得る値に設定してもよい。

【0059】

空気乾燥機は、主チャンバ７１０を含む。チャンバは、入口に流体的に結合される。空気乾燥機ヘッド部７０６は、空気乾燥機本体７０８に物理的に結合されてもよい。空気乾燥機ヘッド部は、ボルト、ねじ等を含み得る複数の締結具７０７を介して空気乾燥機本体に物理的に結合されてもよい。入口は、チャンバに流体的に結合されてもよく、チャンバは、複数のチャンバを含む。

【0060】

主チャンバは、第１チャンバ７１２、第２チャンバ７１４、および第３チャンバ７１６を含む。第１チャンバおよび第２チャンバは、空気から水を分離し得る乾燥剤または他の同様の材料を含む乾燥チャンバであってもよい。第３チャンバは、第１チャンバと第２チャンバとの間に配置される。第３チャンバは、第１チャンバおよび第２チャンバの直径よりも小さい直径を含んでもよい。一例では、第１チャンバおよび第２チャンバは、大きさおよび形状が実質的に同一である。

【0061】

入口からの空気は、第３チャンバに流れてもよく、第３チャンバ内の乾燥剤は、圧縮空気から水を分離する。水は、第１チャンバまたは第２チャンバのいずれかに導かれる水の量を軽減するために、水出口弁７１８に導かれてもよい。乾燥された圧縮空気は、第１チャンバまたは第２チャンバのうちの少なくとも一方に導かれる。一例では、乾燥された圧縮空気は、第１チャンバまたは第２チャンバの一方のみに導かれる。第１チャンバまたは第２チャンバの一方のみを流れた後、乾燥された空気は、空気乾燥機ヘッド部に配置されたシャトル弁７２２に向かって導かれ、乾燥された空気の大部分は、空気乾燥システムを出るために出口に導かれてもよい。乾燥された空気の一部は、第１チャンバまたは第２チャンバの一方に導かれ、チャンバを再生してもよい。

【0062】

一例では、第３チャンバからの乾燥された空気は、第１乾燥サイクル中に第１チャンバに直接流れる。第３チャンバからの乾燥された空気は、第１方向でシャトル弁に流れる前に、第１チャンバ内でさらに乾燥される。シャトル弁内の空気は、空気カーテン内で使用される出口に導かれてもよい。また、シャトル弁内の空気は、チャンバの乾燥剤を再生するために使用されてもよい。一例では、第１乾燥サイクル中、シャトル弁内の乾燥された空気は、第２チャンバに導かれ、乾燥された空気は、第１方向とは反対の第２方向に流れ、その中の乾燥剤を乾燥させる。このように、水が除去され、乾燥剤は、より多くの水を吸収し得る状態に再生される。第１乾燥サイクルに続く第２乾燥サイクル中、第３チャンバからの乾燥された空気は、第２チャンバに導かれる。このようにして、空気乾燥機は、圧縮空気の乾燥を促進するために、第１チャンバと第２チャンバとを交互に使用してもよい。第２チャンバからの乾燥された空気は、シャトル弁に流れ、シャトル弁は、空気流を２つの流れに分割してもよい。第１流れは、第１チャンバに向かって流れ、第２流れは、出口に向かって流れる。一例では、第１流れの体積は、第２流れの体積よりも小さい。一例では、第１流れは、比較的少量の乾燥された空気が第１チャンバに流れるのを許容するリークであり、第２流れは、空気乾燥機を出てバルクヘッドに流れる。第１流れは、第１チャンバがより湿潤でない状態に戻され、後の乾燥サイクル（例えば、第２乾燥サイクルの後の第３乾燥サイクル）中に、空気を乾燥させることができるように、第１チャンバを再生してもよい。

【0063】

図１５Ｂは、シャトル弁のより詳細な図を示す。シャトル弁は、第１チャンバに流体的に結合された第１部分７３２と、第２チャンバに流体的に結合された第２部分７４２とを含む。第１部分は、第１部分接続通路７３４および第１部分出口７３６を含む。第２部分７４２は、第２部分接続通路７４４および第２部分出口７４６を含む。

【0064】

シャトル弁は、シャトル弁の内部容積７６０を通して移動可能なシャトル７５０をさらに含む。シャトルは、図１５Ｂの実施形態では、第１位置に配置される。第１位置にあるとき、シャトルは、第２チャンバ７１４に少量の空気を流して、その中に配置された乾燥剤を再生してもよい。第２チャンバへの空気流は、乾燥された圧縮空気が第１チャンバから、第１部分接続通路を通って、第１部分出口を通って、内部容積内に流れる結果であってもよい。シャトルは、乾燥された圧縮空気の一部を第１チャンバから第２チャンバに流し得るブリードライン７５２を含む。方向矢印７９２および７９４は、乾燥プロセス中の第１および第２チャンバを通る空気の流れの方向を示す。矢印７９２は、第１チャンバから第１部分への乾燥された空気の流れが第１方向に流れることを示す。矢印７９４は、第２部分から第２チャンバへの乾燥された空気の流れが第２方向に流れることを示し、ここで、第２方向は、第１方向と反対である。第２チャンバを再生するために使用される乾燥された空気は、車両機能を実行するために、第１チャンバからの乾燥された空気と混合されない。このように、第１チャンバからの内部容積内の乾燥された圧縮空気は、シャトル弁出口７６２を介して内部容積を出る。シャトル弁出口は、乾燥された空気を、シャトル弁と出口との間の間隙を橋絡する接続チャネルに流す。

【0065】

圧縮機及び空気乾燥機は、コンパクトな空気圧縮システムの技術的効果を達成し得る。システムは、周囲に対して低い湿度と組み合わせて高い圧力を達成し得る。圧縮機は、ピストンおよびクランクシャフトの熱管理の双方のために、および空気圧縮機システムの内部容積に空気を流すために、ピストンの内部を利用してもよい。ピストンは、空気圧縮機システムの第１側で第１圧力まで空気を圧縮するように構成された異なる直径を有する円筒部を含んでもよい。第１圧力に加圧された空気は、第２側に流れてもよく、ピストンのより狭い部分は、第１圧力よりも大きい第２圧力に空気を圧縮することができる。第２圧力に加圧された空気は、空気乾燥機に流れてもよく、ここで、空気の含水量は、低減させられ得る。

【0066】

本開示は、ハウジングと、ハウジング内に配置された連結棒を有するピストンと、ハウジング内に配置されたクランクシャフトとを含む空気圧縮機システムのための支持体を提供する。クランクシャフトは、ピストンの連結棒に結合され、ハウジングの第１端部から第２端部まで往復させるように構成される。ピストンは、ハウジング内の空気を第１端部で第１圧力に、第２端部で第１圧力よりも大きい第２圧力に加圧する。システムの第１例は、ピストンが第１部分と、第２部分と、それらの間の移行部とを備え、第１部分が第１直径を有する第１シリンダであり、第２部分が第１直径とは異なる第２直径を有する第２シリンダである場合をさらに含む。システムの第２例は、任意に第１例を含み、第１部分が第１端部で空気を圧縮し、第２部分が第２端部で空気を圧縮する場合をさらに含む。システムの第３例は、任意に前例の１つ以上を含み、ピストンが中空であり、空気圧縮機システムに入る空気が流入する内部空間を備える場合をさらに含む。システムの第４例は、任意に前例の１つ以上を含み、ピストンが第１端部またはクランクシャフトのうちの一方に空気が流れる複数の開口部を備える場合をさらに含む。システムの第５例は、任意に前例の１つ以上を含み、クランクシャフトがフライホイールを備え、フライホイールが第１フライホイール部および第２フライホイール部を含み、第２フライホイール部が第１フライホイール部よりも大きい場合をさらに含む。システムの第６例は、任意に前例の１つ以上を含み、第１フライホイール部がクランクシャフト中間部の周りに延在する輪郭を備える場合をさらに含む。システムの第７例は、任意に前例の１つ以上を含み、連結棒が内部空間内に、ピストンの中間部に沿って配置される場合を含む。

【0067】

本開示は、圧縮機および乾燥機を含む空気圧縮機システムのための支持体をさらに提供する。圧縮機は、加圧空気を乾燥機に流すように構成され、圧縮機は、圧縮機の第１段と第２段との間で往復するように構成されたピストンを備える。クランクシャフトは、ピストンの内部空間内に配置された連結棒に物理的に結合され、内部空間は、複数の開口部を介して圧縮機の内部容積から空気を受容するように構成される。システムの第１例は、クランクシャフトがフライホイールを備え、フライホイールが第１フライホイール部および第２フライホイール部を含み、第１フライホイール部が半円の形状を備え、第２フライホイール部が全円の形状を備える場合をさらに含む。システムの第２例は、任意に第１例を含み、クランクシャフトの中心軸がピストンが往復する軸に対して垂直であり、第２フライホイール部が第１フライホイール部よりもピストンに近い場合をさらに含む。システムの第３例は、任意に前例の１つ以上を含み、ピストンが対称であり、第１ピストン本体と第２ピストン本体とを備え、第１ピストン本体が第２ピストン本体の直径よりも大きい直径を有し、ピストンが第１ピストン本体と第２ピストン本体との間に配置されたピストン移行体を備える場合をさらに含む。システムの第４例は、任意に前例の１つ以上を含み、内部空間が第１ピストン本体、ピストン移行体、および第２ピストン本体を通って延在し、内部空間内の空気が第１ピストン本体内のピストンクラウン内に配置された逆止弁を介して内部空間を出る場合をさらに含む。システムの第５例は、任意に前例の１つ以上を含み、第１ピストン本体が複数の開口部を備え、複数の開口部が複数の第１開口部および複数の第２開口部を含み、複数の第２開口部が複数の第１開口部とは異なる形状である場合をさらに含む。システムの第６例は、任意に前例の１つ以上を含み、圧縮機が圧縮機ハウジング上に配置された複数のフィンを備え、複数のフィンが第１段および第２段に隣接して配置される場合をさらに含む。

【0068】

本開示は、流れる空気を加圧および乾燥するように構成された空気システムを含むシステムのための支持体をさらに提供する。空気システムは、ピストンを備えた圧縮機を備える。ピストンは、ピストンクラウン内に配置された逆止弁を通して圧縮機の第１段に空気を排出し、圧縮機の第２段は、通路を介して第１段に流体的に結合され、圧縮機の第２段は、そこに一体的に配置されたシャトル弁を備える空気乾燥機に圧縮空気を流すように構成される。システムの第１の例は、クランクシャフトがピストンの内部空間に配置された連結棒に結合するフランジ端部を備える場合をさらに含む。システムの第２例は、任意に第１例を含み、ピストンクラウンがピストンの第１端部に配置され、第１端部がピストンの第２端部の第２直径よりも大きい第１直径を有し、第２端部が圧縮機の第２段から封止される場合をさらに含む。システムの第３例は、任意に前例の１つ以上を含み、ピストンがクランクシャフトを介して第１軸に沿って第１段と第２段との間で往復し、クランクシャフトが第１軸に垂直な第２軸の中心に回転し、クランクシャフトがフライホイールを備え、フライホイールが第２部分と面共有接触する第１部分を備え、第１部分が半円の形状を有し、第２部分が全円の形状を有する場合をさらに含む。システムの第４例は、任意に前例の１つ以上を含み、クランクシャフトがピストンに対して垂直に配置され、第１段および第２段のファンに隣接する方向に延在する場合をさらに含む。

【0069】

図中の描写は、種々の構成要素の相対的な位置決めを伴う例示的な構成を示す。互いの直接接触または直接結合が示される場合、そのような要素は、少なくとも一例では、それぞれ直接接触または直接結合されると称され得る。同様に、少なくとも１つの例では、互いの連続または隣接して示される要素は、それぞれ互いに連続または隣接していてもよい。一例として、互いに対して面共有接触にある構成要素は、面共有接触状態と呼ばれ得る。他の例として、少なくとも１つの例では、互いから離れて配置され、その間に空間のみが存在し、他の構成要素が存在しない要素は、そのように呼ばれ得る。さらに別の例として、互いに上／下に、互いに反対側に、または互いに左／右に示される要素は、互いに相対的にそのように呼ばれ得る。また、図に示すように、少なくとも１つの例では、最上部の要素または要素の点は、構成要素の「上部」と呼ばれ、最下部の要素または要素の点は、構成要素の「下部」と呼ばれ得る。本明細書で使用されるように、上部／下部、上側／下側、上方／下方は、図の垂直軸に対して相対的であり、図の要素の互いに対する位置を説明するために使用され得る。このように、他の要素の上に示される要素は、一例では、他の要素の上に垂直に配置される。さらに別の例では、図内に示される要素の形状は、それらの形状（例えば、円形、直線、平面、曲線、丸み、面取り、角度が付いた等）を有すると呼ばれ得る。さらに、互いに交差するように示された要素は、少なくとも１つの例では、交差する要素または互いに交差する要素と呼ばれ得る。さらに、別の要素内に示されるか、または別の要素の外側に示される要素は、一例では、そのように呼ばれ得る。「実質的に同じおよび／または同一」であると称される１つ以上の構成要素は、製造公差（例えば、１～５％の偏差の範囲内）に従って互いに異なる。単数形で記載され、単語「ａ」または「ａｎ」で始まる要素または工程は、そのような除外が明示的に述べられていない限り、当該要素または工程の複数形を除外しない。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、言及された特徴をも組み込んだ追加の実施形態の存在を排除するものではない。さらに、反対のことを明示的に述べない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む」、「含む」、または「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含み得る。用語「含む」および「ここで」は、それぞれの用語「含む」および「ここで」の平易な等価物として使用される。さらに、用語「第１」、「第２」および「第３」等は、単にラベルとして使用されるだけであり、それらの対象に数値要件または特定の位置順序を課すことを意図していない。

【0070】

本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示し、当業者が任意のデバイスまたはシステムを製造し、使用し、組み込まれた任意の方法を実行することを含む、本発明を実施することを可能にするための例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に想起される他の例を含んでもよい。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。

【誤訳訂正書】

【提出日】2023-01-24

【誤訳訂正1】

【訂正対象書類名】図面

【訂正対象項目名】全図

【訂正方法】変更

【訂正の内容】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【外国語明細書】