特開 2024-70574 レシプロ式の圧縮機ユニット及び圧縮機ユニットの運転方法

(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】P2024070574

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】レシプロ式の圧縮機ユニット及び圧縮機ユニットの運転方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/00 20060101AFI20240516BHJP

   F04B 39/12 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

F04B39/00 104C

F04B39/12 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181160

(22)【出願日】2022-11-11

(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】名倉 見治

(72)【発明者】

【氏名】久保 賢司

(72)【発明者】

【氏名】前田 雄吾

(72)【発明者】

【氏名】近藤 光

【テーマコード（参考）】

3H003

【Ｆターム（参考）】

3H003AA02

3H003AB05

3H003AC04

3H003BC02

3H003CA01

3H003CB01

3H003CD01

(57)【要約】

【課題】ボイルオフガスを扱う圧縮機ユニットに好ましいシール構造を実現する。
【解決手段】圧縮機ユニットは、ピストンロッド３３とシリンダ部との間をシールするロッドパッキン部３６と、ロッドパッキン部３６にリークした水素ガスを外部へ排出するリークガス排出部６６と、を備える。ロッドパッキン部３６は、パッキンリング部４１と、パッキンリング部４１を通してリークした水素ガスをリークガス排出部６６に流入させる排出通路５２と、排出通路５２よりもクランク機構側において、水素ガスにより、ピストンロッド３３との間の隙間５０にガスシールを形成するガスシール部５４と、ガスシール部５４と排出通路５２との間に配置されるパッキンリング部４３と、を備える。ガスシール部５４内における水素ガスの圧力は、リークガス排出部６６内における水素ガスの圧力よりも高い。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットであって、
吸込流路の水素ガスを圧縮する圧縮ステージと、
前記圧縮ステージを駆動するクランク機構と、
を備え、
前記圧縮ステージは、
シリンダ部と、
ピストンと、
前記ピストンを前記クランク機構に接続するピストンロッドと、
前記ピストンロッドと前記シリンダ部との間をシールするロッドパッキン部と、
前記シリンダ部と前記クランク機構のケースとを繋ぐアダプタ部と、
前記アダプタ部内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
前記ロッドパッキン部にリークした水素ガスを外部へ排出するリークガス排出部と、
前記ロッドパッキン部に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
を備え、
前記ロッドパッキン部は、
前記ピストンロッドに接触してシールする少なくとも１つのパッキンリング部と、
前記リークガス排出部に接続されており、前記シリンダ部で圧縮するガスの一部であって前記パッキンリング部を通してリークした水素ガスを前記リークガス排出部に流入させる排出通路と、
前記排出通路よりも前記クランク機構側において、前記水素ガス供給部からの水素ガスの供給により、前記ピストンロッドとの間の隙間にガスシールを形成するガスシール部と、
前記ガスシール部と前記排出通路との間に配置される少なくとも１つの他のパッキンリング部と、
を備え、
前記ガスシール部内における水素ガスの圧力は、前記リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高い、圧縮機ユニット。

【請求項2】

前記ガスシール部内における水素ガスの圧力は、前記アダプタ部内における窒素ガスの圧力よりも高い、請求項１に記載の圧縮機ユニット。

【請求項3】

前記圧縮ステージは、水素ガスを供給可能な他の水素ガス供給部をさらに備え、
前記アダプタ部が、その内部を圧縮室側の空間と前記クランク機構側の空間とに仕切る仕切り部を備え、
前記他の水素ガス供給部は前記圧縮室側の空間に水素ガスを供給し、
前記窒素ガス供給部は前記クランク機構側の空間に窒素ガスを供給し、
前記圧縮室側の空間における水素ガスの温度は、前記クランク機構側の空間における窒素ガスの液化温度よりも高い、請求項１または２に記載の圧縮機ユニット。

【請求項4】

前記圧縮ステージは、
前記ガスシール部内における水素ガスの圧力Ｐ１と、前記アダプタ部の圧縮室側の空間における水素ガスの圧力Ｐ２と、前記クランク機構側の空間における窒素ガスの圧力Ｐ３との間において、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２＞圧力Ｐ３の関係が成立するように、前記水素ガス供給部、前記他の水素ガス供給部および前記窒素ガス供給部の少なくとも１つの圧力を調整する圧力調整手段をさらに備える、請求項３に記載の圧縮機ユニット。

【請求項5】

前記アダプタ部は、
前記クランク機構側の空間を形成する外周壁に窒素ガスの供給口と排出口が設けられ、
前記排出口の圧力が所定の圧力以上になると、窒素ガスを放出可能な放出側圧力調整手段をさらに備え、
前記圧縮ステージは、
前記ガスシール部における水素ガスの圧力Ｐ１と、前記アダプタ部の圧縮室側の空間における水素ガスの圧力Ｐ２と、前記クランク室側の空間内の圧力Ｐ３との間において、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ３＞圧力Ｐ２の関係が成立するように、前記水素ガス供給部、前記他の水素ガス供給部および前記窒素ガス供給部の少なくとも１つの圧力を調整する供給側圧力調整手段をさらに備える、請求項３に記載の圧縮機ユニット。

【請求項6】

前記リークガス排出部は、前記吸込流路と接続されて、リークした水素ガスを前記吸込流路に戻し、
前記圧縮ステージは、前記水素ガス供給部と吐出流路とを繋ぎ、前記圧縮ステージから吐出された水素ガスの一部を前記ガスシール部に送る、送りラインをさらに備える、請求項１に記載の圧縮機ユニット。

【請求項7】

液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットであって、
吸込流路の水素ガスを圧縮する圧縮ステージと、
前記圧縮ステージを駆動するクランク機構と、
を備え、
前記圧縮ステージは、
シリンダ部と、
ピストンと、
前記ピストンを前記クランク機構に接続するピストンロッドと、
前記ピストンロッドと前記シリンダ部との間をシールするロッドパッキン部と、
前記シリンダ部と前記クランク機構のケースとを繋ぐアダプタ部と、
前記アダプタ部内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
前記アダプタ部内部の他の部分に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記ロッドパッキン部にリークした水素ガスを外部へ排出するリークガス排出部と、
を備え、
前記ロッドパッキン部は、
前記ピストンロッドに接触してシールする少なくとも１つのパッキンリング部と、
前記リークガス排出部に接続されており、前記シリンダ部で圧縮するガスの一部であって前記パッキンリング部を通してリークした水素ガスを前記リークガス排出部に流入させる排出通路と、
前記排出通路よりも前記クランク機構側に配置される少なくとも１つの他のパッキンリング部と、
を備え、
前記アダプタ部が、内部を複数の空間に仕切る少なくとも１つの仕切り部を備え、
前記水素ガス供給部が、前記アダプタ部内部における最も圧縮室側に位置する空間に水素ガスを供給し、
前記窒素ガス供給部が、前記アダプタ部内部における、前記最も圧縮室側に位置する空間よりも前記クランク機構側に位置する少なくとも１つの空間に窒素ガスを供給し、
前記最も圧縮室側の空間における水素ガスの圧力は、前記リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高い、圧縮機ユニット。

【請求項8】

前記圧縮ステージは、
前記ロッドパッキン部に水素ガスを供給する別の水素ガス供給部をさらに備え、
前記ロッドパッキン部は、
前記排出通路よりも前記クランク機構側に前記別の水素ガス供給部からの水素ガスの供給により、前記ピストンロッドとの間の隙間にガスシールを形成するガスシール部をさらに備え、
前記少なくとも１つの他のパッキンリング部の一部が、前記ガスシール部と前記排出通路との間に存在し、
前記ガスシール部内における水素ガスの圧力は、前記リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高い、請求項７に記載の圧縮機ユニット。

【請求項9】

前記アダプタ部が、内部を３つの空間に仕切る２つの仕切り部を備え、
前記水素ガス供給部が、前記アダプタ部内部における最も圧縮室側に位置する空間に水素ガスを供給し、前記窒素ガス供給部が前記アダプタ部内部における最もクランク機構側に位置する空間に窒素ガスを供給し、
前記アダプタ部の中間室には、当該中間室の内部のガスを外部へ排出するベント排出部が設けられ、
前記最も圧縮室側の空間における水素ガスの圧力、および、前記最もクランク機構側に位置する空間における窒素ガスの圧力は、前記中間室の内部の圧力よりも高くなるように設定されている、請求項７に記載の圧縮機ユニット。

【請求項10】

前記リークガス排出部は、前記吸込流路と接続されて、リークした水素ガスを前記吸込流路に戻し、
前記圧縮ステージは、前記別の水素ガス供給部と吐出流路とを繋ぎ、前記圧縮ステージから吐出された水素ガスの一部を前記ガスシール部に送る、送りラインをさらに備える
請求項８に記載の圧縮機ユニット。

【請求項11】

前記窒素ガス供給部による前記アダプタ部内部への窒素ガスの供給は、前記圧縮ステージの運転中のみならず、前記圧縮ステージの停止中にも行う、請求項１または７に記載の圧縮機ユニットの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レシプロ式の圧縮機ユニット及び圧縮機ユニットの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境を考慮して、水素を発電や自動車等の燃料として用いることが考えられており、水素の需要が増大している。また、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体水素（ＬＨ２）などの低温のボイルオフガス（ＢＯＧ）を圧縮機によって回収してエンジン等の需要先に供給することが行われている。特にＬＨ２から発生したボイルオフガスは非常に低温である。このため、圧縮機がそのままボイルオフガスを吸入する構成を採用すると、極低温に適した材料を選択する必要があったり、熱変形量を考慮した設計条件を採用したり、厳重な断熱処理を実施したりする必要がある等の制約がかかる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７２８７０号公報

【特許文献2】特開平７－１１９６３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１では次のような問題が指摘されている。「近年、新たなエネルギー源として、水素が注目されている。エネルギー源として水素を利用する場合にも、天然ガスのように、貯蔵および輸送時には、液化した状態とすることが想定されている。しかし、水素は、液化温度が空気の液化温度よりも低いという特性を有する。そのため、天然ガス等を対象とした往復動圧縮機といった設備をそのまま水素に適用すると、極低温の液体水素に起因する不具合が生じる可能性がある。例えば、液体水素が供給される装置の周辺に液化空気を生じさせてしまう。」
このため特許文献１では、往復動圧縮機に対する種々の構造が提案されている。例えば、往復動圧縮機は、ピストン駆動部と容器部との間に配置されて、ピストンロッドを収容する中間筒部を備える。中間筒部には、ピストン駆動部側から順に第１中間室、第２中間室及びロッドパッキン室が形成されている。第１中間室の内部圧力は、第２中間室及びロッドパッキン室の内部圧力よりも高い。ロッドパッキン室には常温の水素ガスが充填される。第１中間室には窒素ガスが充填される。ベントは第２中間室に対応する位置に設けられる。

【0005】

このような構造により、圧縮部からピストン駆動部への水素ガスの漏れを抑制することが可能であることや、極低温のガスの漏れを抑制することによりピストン駆動部を確実に動作させることが開示されている。

【0006】

しかしながら、第１中間室の内部圧力を第２中間室及びロッドパッキン室の内部圧力よりも高くしたとしても、第１中間室の窒素ガスがロッドパッキン室に流入してしまう虞がある。そして、窒素ガスが極低温の水素ガス（圧縮機の吸込ガス）に接触してしまった場合には、窒素ガスが液化してしまう可能性がある。

【0007】

ところで、特許文献２に開示される往復動圧縮機では、次のような構成が開示されている。「吐出流路７より分岐した被圧縮ガスを、ガス冷却器２３にて冷却して、パッキンケース１０内の冷却流路２８の吐出流路側部分２８ａを介して冷却室２２に導き、これによりピストン棒１を直接的に冷却し、その後この被圧縮ガスをパッキンケース１０内の冷却流路２８の吸込流路側部分２８ｂを介して吸込流路５に戻すようなっている。」
特許文献２では、ピストン棒１を冷却することを目的としているいため、滞りなく冷却室２２を被圧縮ガスが流通している。このような構造は、窒素ガスと極低温の水素ガス（圧縮機の吸込ガス）との接触を回避するという目的においては、必ずしも適当とは言えない。

【0008】

そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液化水素のボイルオフガスを扱うレシプロ式の圧縮機ユニットに好ましいシール構造を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る圧縮機ユニットは、液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットであって、吸込流路の水素ガスを圧縮する圧縮ステージと、前記圧縮ステージを駆動するクランク機構と、を備える。前記圧縮ステージは、シリンダ部と、ピストンと、前記ピストンを前記クランク機構に接続するピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記シリンダ部との間をシールするロッドパッキン部と、前記シリンダ部と前記クランク機構のケースとを繋ぐアダプタ部と、前記アダプタ部内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、前記ロッドパッキン部にリークした水素ガスを外部へ排出するリークガス排出部と、前記ロッドパッキン部に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、を備える。前記ロッドパッキン部は、前記ピストンロッドに接触してシールする少なくとも１つのパッキンリング部と、前記リークガス排出部に接続されており、前記シリンダ部で圧縮するガスの一部であって前記パッキンリング部を通してリークした水素ガスを前記リークガス排出部に流入させる排出通路と、前記排出通路よりも前記クランク機構側において、前記水素ガス供給部からの水素ガスの供給により、前記ピストンロッドとの間の隙間にガスシールを形成するガスシール部と、前記ガスシール部と前記排出通路との間に配置される少なくとも１つの他のパッキンリング部と、を備える。前記ガスシール部内における水素ガスの圧力は、前記リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高い。

【0010】

本発明に係る圧縮機ユニットでは、ロッドパッキン部に排出通路が設けられ、この排出通路がリークガス排出部に接続されているので、パッキンリング部を通してリークした水素ガスを排出通路及びリークガス排出部を通過して外部へ排出する。また、ロッドパッキン部に、排出通路よりもクランクケース側に水素ガスによるガスシール部を設け、当該ガスシール部内における水素ガスの圧力をリークガス排出部内の圧力よりも高くする。これにより、シリンダ部で圧縮する低温ガスである液化水素のボイルオフガス（吸込ガス）が当該ガスシール部を超えて、アダプタ部側、クランクケース側へ侵入することを防止することができ、それにより、窒素ガスの液化を防止できる。

【0011】

また、ロッドパッキン部のガスシールでは、水素ガスを利用するため、シリンダ部内へシールガスが漏洩した場合でも、違う種類のガスをシールガスとして利用した場合に比べて、吸込ガス（水素ガス）により冷却された際に生じる液化などの不測の事態を防止できる。

【0012】

前記圧縮機ユニットにおいて、前記ガスシール部内における水素ガスの圧力は、前記アダプタ部内における窒素ガスの圧力よりも高くてもよい。

【0013】

この態様では、ロッドパッキン部に設けられたガスシール部内での水素ガスの圧力が、アダプタ部内での窒素ガスの圧力よりも高いため、アダプタ部へ供給している窒素ガスが、ロッドパッキン部に設けられたガスシール部を乗り越えてしまうことを防止できる。したがって、シリンダ部で圧縮する低温ガスである液化水素のボイルオフガス（吸込ガス）のリークしたガスと、窒素ガスとが直接的に接触してしまうことがより確実に防止される。

【0014】

前記圧縮ステージは、水素ガスを供給可能な他の水素ガス供給部をさらに備えてもよい。この場合において、前記アダプタ部が、その内部を圧縮室側の空間と前記クランク機構側の空間とに仕切る仕切り部を備えてもよく、また、前記他の水素ガス供給部は前記圧縮室側の空間に水素ガスを供給し、前記窒素ガス供給部は前記クランク機構側の空間に窒素ガスを供給し、前記圧縮室側の空間における水素ガスの温度は、前記クランク機構側の空間における窒素ガスの液化温度よりも高くてもよい。

【0015】

この態様では、アダプタ部が仕切り部を備えるため、低温ボイルオフガス（吸込ガス）と窒素ガスとの接触をより確実に防止することができる。他の水素ガス供給部によって供給される圧縮室側の空間における水素ガスの温度が、クランク機構側の空間における窒素ガスの液化温度よりも高いため、窒素ガスの液化を防止できる。

【0016】

前記圧縮ステージは、前記ガスシール部内における水素ガスの圧力Ｐ１と、前記アダプタ部の圧縮室側の空間における水素ガスの圧力Ｐ２と、前記クランク機構側の空間における窒素ガスの圧力Ｐ３との間において、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２＞圧力Ｐ３の関係が成立するように、前記水素ガス供給部、前記他の水素ガス供給部および前記窒素ガス供給部の少なくとも１つの圧力を調整する圧力調整手段をさらに備えてもよい。

【0017】

この態様では、窒素ガスがクランク機構側の空間から圧縮室側の空間に流入しないため、窒素ガスがロッドパッキン部内に流入することはない。したがって、窒素ガスの液化を防止できる。

【0018】

前記アダプタ部は、前記クランク機構側の空間を形成する外周壁に窒素ガスの供給口と排出口が設けられ、前記排出口の圧力が所定の圧力以上になると、窒素ガスを放出可能な放出側圧力調整手段をさらに備えてもよい。この場合、前記圧縮ステージは、前記ガスシール部における水素ガスの圧力Ｐ１と、前記アダプタ部の圧縮室側の空間における水素ガスの圧力Ｐ２と、前記クランク室側の空間内の圧力Ｐ３との間において、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ３＞圧力Ｐ２の関係が成立するように、前記水素ガス供給部、前記他の水素ガス供給部および前記窒素ガス供給部の少なくとも１つの圧力を調整する供給側圧力調整手段をさらに備えてもよい。

【0019】

この態様では、可燃性ガスである水素ガスがクランクケース側へ漏洩することをより積極的に防ぐことができる。

【0020】

前記リークガス排出部は、前記吸込流路と接続されて、リークした水素ガスを前記吸込流路に戻してもよい。この場合において、前記圧縮ステージは、前記水素ガス供給部と吐出流路とを繋ぎ、前記圧縮ステージから吐出された水素ガスの一部を前記ガスシール部に送る、送りラインをさらに備えてもよい。

【0021】

この態様では、リークした水素ガスを回収することができる。また、ガスシールのための水素ガスを別に用意しなくてもよい。

【0022】

本発明に係る圧縮機ユニットは、液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、その少なくとも一部をエンジン、発電設備又はボイラの少なくとも一つを含む需要先に供給するレシプロ式の圧縮機ユニットであって、吸込流路の水素ガスを圧縮する圧縮ステージと、前記圧縮ステージを駆動するクランク機構と、を備える。前記圧縮ステージは、シリンダ部と、ピストンと、前記ピストンを前記クランク機構に接続するピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記シリンダ部との間をシールするロッドパッキン部と、前記シリンダ部と前記クランク機構のケースとを繋ぐアダプタ部と、前記アダプタ部内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、前記アダプタ部内部の他の部分に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、前記ロッドパッキン部にリークした水素ガスを外部へ排出するリークガス排出部と、を備える。前記ロッドパッキン部は、前記ピストンロッドに接触してシールする少なくとも１つのパッキンリング部と、前記リークガス排出部に接続されており、前記シリンダ部で圧縮するガスの一部であって前記パッキンリング部を通してリークした水素ガスを前記リークガス排出部に流入させる排出通路と、前記排出通路よりも前記クランク機構側に配置される少なくとも１つの他のパッキンリング部と、を備える。前記アダプタ部は、内部を複数の空間に仕切る少なくとも１つの仕切り部を備え、前記水素ガス供給部は、前記アダプタ部内部における最も圧縮室側に位置する空間に水素ガスを供給し、前記窒素ガス供給部は、前記アダプタ部内部における、前記最も圧縮室側に位置する空間よりも前記クランク機構側に位置する少なくとも１つの空間に窒素ガスを供給し、前記最も圧縮室側の空間における水素ガスの圧力は、前記リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高い。

【0023】

本発明に係る圧縮機ユニットでは、水素ガス供給部によって供給される、アダプタ部内部における最も圧縮室側に位置する空間での水素ガスの圧力が、リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高い。このため、ロッドパッキン部にリークした水素ガスが、アダプタ部における最も圧縮室側の空間に侵入することを防止できる。これにより、低温ガスである液化水素のボイルオフガスが、窒素ガスに直接的に接触してしまうことが防止され、窒素ガスの液化を防止できる。

【0024】

前記圧縮ステージは、前記ロッドパッキン部に水素ガスを供給する別の水素ガス供給部をさらに備えてもよい。この場合、前記ロッドパッキン部は、前記排出通路よりも前記クランク機構側に前記別の水素ガス供給部からの水素ガスの供給により、前記ピストンロッドとの間の隙間にガスシールを形成するガスシール部をさらに備えてもよい。また、前記少なくとも１つの他のパッキンリング部の一部が、前記ガスシール部と前記排出通路との間に存在し、前記ガスシール部内における水素ガスの圧力は、前記リークガス排出部内における水素ガスの圧力よりも高くてもよい。

【0025】

この態様では、ガスシール部により、シリンダ部内からのリークガスを防止することができる。

【0026】

前記アダプタ部は、内部を３つの空間に仕切る２つの仕切り部を備えてもよい。この場合、前記水素ガス供給部は、前記アダプタ部内部における最も圧縮室側に位置する空間に水素ガスを供給し、前記窒素ガス供給部は、前記アダプタ部内部における最もクランク機構側に位置する空間に窒素ガスを供給し、前記アダプタ部の中間室には、当該中間室の内部のガスを外部へ排出するベント排出部が設けられてもよい。また、前記最も圧縮室側の空間における水素ガスの圧力、および、前記最もクランク機構側に位置する空間における窒素ガスの圧力は、前記中間室の内部の圧力よりも高くなるように設定されていてもよい。

【0027】

この態様では、窒素ガスが最もクランク機構側に位置する空間から中間室にリークしたとしても、この窒素ガスが最も圧縮室側の空間に伝わりにくくなるため、シリンダ部への窒素の混入をより確実に防ぐことができる。

【0028】

前記リークガス排出部は、前記吸込流路と接続されて、リークした水素ガスを前記吸込流路に戻してもよい。この場合、前記圧縮ステージは、前記別の水素ガス供給部と吐出流路とを繋ぎ、前記圧縮ステージから吐出された水素ガスの一部を前記ガスシール部に送る、送りラインをさらに備えてもよい。

【0029】

この態様では、リークした水素ガスを回収することができる。また、ガスシールのための水素ガスを別に用意しなくても良い。

【0030】

前記窒素ガス供給部による前記アダプタ部内部への窒素ガスの供給は、前記圧縮ステージの運転中のみならず、前記圧縮ステージの停止中にも行ってもよい。

【0031】

この態様では、前記圧縮ステージの構成品である、シリンダ部、ピストン、ピストンロッドは、運転中に低温となり、圧縮機ユニットが停止しても、すぐに常温に戻るのではなく、長時間低温のままの状態がつづく。一方、窒素ガスの供給を停止した場合には、アダプタ部のクランク機構側の空間に大気が侵入することがある。ピストンロッドが低温の状態のままで、クランク機構側の空間に大気が侵入した場合には、ピストンロッドに結露が発生する虞がある。その場合、内部部品の発錆や、ピストンロッドの表面に結露が付着することによってパッキンリングがシール機能を損なう原因となる。しかし、圧縮ステージの運転中のみならず、停止中においても窒素ガスの供給が行われるため、内部部品の発錆やシール機能の低下を防ぐことできる。

【発明の効果】

【0032】

以上説明したように、本発明によれば、液化水素のボイルオフガスを扱うレシプロ式の圧縮機ユニットに好ましいシール構造を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】第１実施形態に係る圧縮機ユニットの全体構成を概略的に示す図である。

【図2】前記圧縮機ユニットに設けられた圧縮ステージを概略的に示す図である。

【図3】前記圧縮ステージに設けられたロッドパッキン部の構成を示す図である。

【図4】前記圧縮機ユニットの運転動作を説明するための図である。

【図5】第１実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの全体構成を概略的に示す図である。

【図6】第２実施形態に係る圧縮機ユニットの全体構成を概略的に示す図である。

【図7】第３実施形態に係る圧縮機ユニットの全体構成を概略的に示す図である。

【図8】第３実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの全体構成を概略的に示す図である。

【図9】第３実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの全体構成を概略的に示す図である。

【図10】第３実施形態の変形例に係る圧縮機ユニットの全体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】

【0034】

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。

【0035】

（第１実施形態）
本実施形態に係る圧縮機ユニットは、液体水素貯槽からボイルオフガスである水素ガスを回収し、回収した水素ガスを圧縮して需要先に供給するように構成されている。水素ガスであるボイルオフガスは約－２５３℃である。需要先としては、エンジン、発電設備又はボイラの少なくとも１つが含まれるが、それらに加えて、例えば、ガス燃焼設備、フレア設備、ベント等のガスをエネルギー源として活用する設備以外の設備が含まれていてもよい。また、圧縮機ユニットから吐出された水素ガスは必ずしも直接的に需要先に供給される必要はなく、例えばボンベ等に充填された後に、当該ボンベの運搬や当該ボンベに接続されたガス配管などの種々の手段で需要先に供給されてもよい。

【0036】

図１に示すように、圧縮機ユニット１０は、水素ガスを圧縮するための圧縮ステージ１２と、圧縮ステージ１２を駆動するクランク機構１４と、を備えている。圧縮機ユニット１０は、圧縮ステージ１２で圧縮された水素ガスをさらに圧縮する第２圧縮ステージ１６を備えている。すなわち、圧縮ステージ１２で圧縮された水素ガスは吐出流路１８に吐出され、第２圧縮ステージ１６は、この吐出流路１８に設けられている。第２圧縮ステージ１６で圧縮された水素ガスは需要先２０に供給される。

【0037】

圧縮ステージ１２は、吸込流路２１を介して液体水素貯槽２３に接続されている。したがって、液体水素貯槽２３内で発生した液化ガスのボイルオフガスは吸込流路２１を通して圧縮ステージ１２に吸入される。

【0038】

クランク機構１４は、これら圧縮ステージ１２及び第２圧縮ステージ１６を一括して駆動する。なおこの構成に限られるものではなく、例えば、第２圧縮ステージ１６が省略され、クランク機構１４が１つの圧縮ステージ１２のみを駆動する構成であってもよい。また、圧縮機ユニット１０は第２圧縮ステージ１６の後続に１又は２以上の圧縮ステージが設けられてもよい。

【0039】

圧縮機ユニット１０は、圧縮ステージ１２から吐出された水素ガスを吸込流路２１に戻すためのスピルバック部２５と、第２圧縮ステージ１６から吐出された水素ガスを吸込流路２１に戻すための第２スピルバック部２７と、を備えている。

【0040】

スピルバック部２５は、スピルバック流路２５ａと、スピルバック流路２５ａに配置された開度調整可能な弁からなるスピルバック弁２５ｂと、を有する。スピルバック流路２５ａの一端部は、吐出流路１８における第２圧縮ステージ１６よりも上流側の部分に接続され、他端部は、吸込流路２１に接続されている。スピルバック弁２５ｂが制御されることにより、第２圧縮ステージ１６に吸入される水素ガスの圧力及び流量が調整される。なお、スピルバック部２５を省略することが可能である。

【0041】

第２スピルバック部２７は、第２スピルバック流路２７ａと、第２スピルバック流路２７ａに配置された開度調整可能な弁からなる第２スピルバック弁２７ｂと、を有する。第２スピルバック流路２７ａの一端部は、吐出流路１８における第２圧縮ステージ１６よりも下流側の部分に接続され、他端部は、吸込流路２１に接続されている。第２スピルバック弁２７ｂが制御されることにより、需要先２０に供給される水素ガスの圧力及び流量が調整される。なお、圧縮機ユニット１０の停止時における吸込流路２１と吐出流路１８との間の均圧を主たる目的とする場合は、第２スピルバック弁２７ｂとして手動弁やＯＮ－ＯＦＦ弁が採用されてもよい。

【0042】

図２に示すように、圧縮ステージ１２は、レシプロ式の圧縮機構によって構成されている。すなわち、圧縮ステージ１２は、シリンダ部３１と、シリンダ部３１内に配置されたピストン３２と、ピストン３２に接続されたピストンロッド３３と、を備えている。ピストンロッド３３はクランク機構１４に接続される。シリンダ部３１内でピストン３２が往復移動することにより、圧縮室３４内で水素ガスが圧縮される。

【0043】

なお、図２では、ダブルアクティング構造の圧縮ステージ１２を示しているが、圧縮ステージ１２は、シングルアクティング構造が採用されてもよい。また、圧縮ステージ１２は必ずしも１つのシリンダで構成される必要はなく、並列の複数の圧縮段により構成されていてもよい。すなわち、圧縮ステージ１２は、並列に接続された複数のシリンダ部３１内においてそれぞれピストン３２により水素ガスが圧縮されて昇圧される構成とされてもよい。

【0044】

圧縮ステージ１２は、シリンダ部３１に設けられたロッドパッキン部３６と、シリンダ部３１に隣接するように配置されてシリンダ部３１に接続されたアダプタ部３７と、クランク機構１４の一部であるクランクシャフトを収容するクランクケース３８と、を備えている。

【0045】

アダプタ部３７は、筒状に形成されており、アダプタ部３７内の空間にピストンロッド３３が配置されている。アダプタ部３７の長手方向の一端は、シリンダ部３１に接続されている。アダプタ部３７の長手方向の他端部は、クランクケース３８に接続されている。この他端部には、アダプタ部３７の内部空間とクランクケース３８内の空間とを隔てる隔壁４０が設けられている。

【0046】

ロッドパッキン部３６は、シリンダ部３１の一部であるリアヘッド３１ａに固定されており、圧縮室３４内の水素ガスが、リアヘッド３１ａとピストンロッド３３との間を通して、シリンダ部３１内から漏れ出すのを防止するために設けられている。リアヘッド３１ａには、ピストンロッド３３が貫通する図略の貫通孔が設けられており、ロッドパッキン部３６は、この貫通孔内に収容されている。

【0047】

図３に示すように、ロッドパッキン部３６は、少なくとも１つのパッキンリング部（第１パッキンリング部４１）と、第１パッキンリング部４１を収容するケース部（第１ケース部４２）と、少なくとも１つの他のパッキンリング部（第２パッキンリング部４３）と、第２パッキンリング部４３を収容する他のケース部（第２ケース部４４）と、少なくとも１つのさらに他のパッキンリング部（第３パッキンリング部４５）と、第３パッキンリング部４５を収容する更に他のケース部（第３ケース部４６）と、を有する。第２パッキンリング部４３及び第２ケース部４４は、第１パッキンリング部４１及び第１ケース部４２に対して圧縮室３４とは反対側（クランク機構１４側）に配置され、第３パッキンリング部４５及び第３ケース部４６は、第２パッキンリング部４３及び第２ケース部４４に対して圧縮室３４とは反対側（クランク機構１４側）に配置されている。

【0048】

なお、図３は、複数の第１ケース部４２のそれぞれに複数の第１パッキンリング部４１が設けられるとともに、１つの第２ケース部４４に複数の第２パッキンリング部４３が設けられ、１つの第３ケース部４６に複数の第３パッキンリング部４５が設けられた構成を示しているが、この構成に限られるものではない。例えば、各ケース部４２，４４，４６に１つのパッキンリング部４１，４３，４５が設けられる構成でもよい。各ケース部４２，４４，４６に複数のパッキンリング部４１，４３，４５が配置されることにより、シール性をより向上することができ、高圧の圧縮ステージにより好適なものとなる。

【0049】

第１ケース部４２、第２ケース部４４及び第３ケース部４６は、ピストンロッド３３の延びる方向に並べられており、リアヘッド３１ａの貫通孔内に配置されている。この状態で、第１ケース部４２、第２ケース部４４及び第３ケース部４６は、フランジ部４７によってクランク機構１４側からリアヘッド３１ａに取り付けられている。

【0050】

第１ケース部４２、第２ケース部４４及び第３ケース部４６のそれぞれには、ピストンロッド３３を貫通させる貫通孔が形成されており、この第１ケース部４２、第２ケース部４４及び第３ケース部４６において貫通孔を区画する周縁部とピストンロッド３３の外周面との間には、それぞれ隙間５０が形成されている。

【0051】

パッキンリング部４１，４３，４５は、ピストンロッド３３の延びる方向に並んでおり、ピストンロッド３３を囲むように配置されている。パッキンリング部４１，４３，４５は、高圧の水素ガスによってピストンロッド３３の外周面に密着するように変形する。なお、パッキンリング部４１，４３，４５は、高圧の水素ガスの圧力がかからない状態でも、ピストンロッド３３の外周面に密着する大きさに形成されていてもよく、あるいはスプリングによって押し付けられることによって外周面に密着するように構成されてもよい。

【0052】

ロッドパッキン部３６には、第１パッキンリング部４１と第２パッキンリング部４３との間を通過するように、排出通路５２が設けられている。排出通路５２は、第１パッキンリング部４１を通過して第２パッキンリング部４３側にリークした水素ガスを後述するリークガス排出部６６に流入させるための通路であり、第２ケース部４４とピストンロッド３３の外周面との間の隙間５０に開口している。排出通路５２は、後述のリークガス排出部６６に接続されており、第２ケース部４４とピストンロッド３３の外周面との間の隙間５０に漏れ出た水素ガスを後述のリークガス排出部６６に流入させる。

【0053】

またロッドパッキン部３６には、ガスシール部５４が設けられている。ガスシール部５４は、後述の第１水素ガス供給部５８（図２参照）からの水素ガスにより、ピストンロッド３３の外周面と第３ケース部４６との間の隙間５０にガスシール５４ａを形成するものである。ガスシール部５４は、第３ケース部４６に形成されるとともに後述の第１水素ガス供給部５８の水素流路５８ａに接続される導入路５４ｂを有している。第３パッキンリング部４５は、ガスシール５４ａに対して第２パッキンリング部４３及び第１パッキンリング部４１とは反対側に位置している。また、ガスシール５４ａは、排出通路５２よりもアダプタ部３７側（第１空間３７ａ側）に位置している。

【0054】

図２に示すように、アダプタ部３７は、内部の空間を圧縮室３４側の空間（第１空間３７ａ）と、クランク機構１４側の空間（第２空間３７ｂ）とに仕切る仕切り部５６を備えている。ピストンロッド３３はこの仕切り部５６も貫通している。仕切り部５６におけるピストンロッド３３を貫通させる貫通孔の周縁部には、シール部５６ａが設けられている。

【0055】

圧縮ステージ１２は、ロッドパッキン部３６に水素ガスを供給する水素ガス供給部（第１水素ガス供給部５８）と、アダプタ部３７内の第１空間３７ａに水素ガスを供給する他の水素ガス供給部（第２水素ガス供給部５９）と、アダプタ部３７内の第２空間３７ｂに窒素ガスを供給する窒素ガス供給部６０と、を備えている。

【0056】

第１水素ガス供給部５８は、水素ガス源６１に接続された水素流路５８ａを有しており、この水素流路５８ａを通してロッドパッキン部３６におけるガスシール部５４に、水素ガス源６１からの水素ガスを供給するよう構成されている。第１水素ガス供給部５８は、両側にパッキンリング部が存在する隙間５０（つまり、第１パッキンリング部４１と第２パッキンリング部４３との間の隙間５０）に水素ガスを供給する。水素ガス源６１は、常温の水素ガスを収容している。

【0057】

第２水素ガス供給部５９は、水素流路５８ａに接続された第２水素流路５９ａを有している。第２水素流路５９ａは、アダプタ部３７において第１空間３７ａを形成する外周壁に形成された供給口に接続されている。第２水素ガス供給部５９は、水素ガス源６１からの水素ガスを第２水素流路５９ａを通してアダプタ部３７内の第１空間３７ａに供給する。このため、第１空間３７ａにおける水素ガスの温度は、第２空間３７ｂにおける窒素ガスの液化温度よりも高いと言える。

【0058】

窒素ガス供給部６０は、窒素ガス源６２に接続された窒素流路６０ａを有している。窒素流路６０ａは、アダプタ部３７において第２空間３７ｂを形成する外周壁に形成された供給口に接続されている。窒素ガス供給部６０は、この窒素流路６０ａを通して窒素ガス源６２からの窒素ガスをアダプタ部３７内の第２空間３７ｂに供給する。窒素ガス源６２は、常温の窒素ガスを収容している。

【0059】

水素流路５８ａには、水素流路５８ａを流れる水素ガスの圧力を調整するバルブである第１水素バルブ５８ｂが設けられ、第２水素ガス供給部５９の第２水素流路５９ａには、第２水素流路５９ａを流れる水素ガスの圧力を調整するバルブである第２水素バルブ５９ｂが設けられ、窒素流路６０ａには、窒素流路６０ａを流れる窒素ガスの圧力を調整するバルブである窒素バルブ６０ｂが設けられている。

【0060】

第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂは、第１水素ガス供給部５８によって供給する水素ガスの圧力、第２水素ガス供給部５９によって供給する水素ガスの圧力および窒素ガス供給部６０によって供給する窒素ガスの圧力の少なくとも１つを調整する圧力調整手段６３を構成する。例えば、ガスシール部５４内における水素ガスの圧力を圧力Ｐ１とし、アダプタ部３７内の第１空間３７ａにおける水素ガスの圧力を圧力Ｐ２とし、アダプタ部３７内の第２空間３７ｂにおける窒素ガスの圧力を圧力Ｐ３としたときに、第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂの少なくとも１つは、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２＞圧力Ｐ３の関係が成立するように調整される。すなわち、窒素ガスが導入される第２空間３７ｂ内の圧力よりも、常温の水素ガスが導入される第１空間３７ａ内の圧力の方が高くなるため、第２空間３７ｂ内の窒素ガスが第１空間３７ａに侵入することが防止される。また、第１空間３７ａ内の圧力よりもガスシール部５４内の圧力の方が高くなるため、窒素ガスが仮に第１空間３７ａ内に侵入することがあったとしても、この窒素ガスがロッドパッキン部３６内に侵入することが防止される。

【0061】

圧縮ステージ１２は、ロッドパッキン部３６からリークガス（水素ガス）を排出させるリークガス排出部６６と、第１空間３７ａ内の水素ガスを排出させる第１排出部６７と、第２空間３７ｂ内の窒素ガスを排出させる第２排出部６８と、を備えている。

【0062】

リークガス排出部６６は、ロッドパッキン部３６に設けられた排出通路５２（図３）に連通するようにロッドパッキン部３６に接続された管部材によって構成されている。リークガス排出部６６は、圧縮ステージ１２の圧縮室３４に水素ガスを流入させるための吸込流路２１に接続されている。排出通路５２がリークガス排出部６６に連通していることにより、圧縮室３４からリークして第１パッキンリング部４１を通過した水素ガスが、排出通路５２及びリークガス排出部６６を通して吸込流路２１に戻すことができる。リークガス排出部６６には、ロッドパッキン部３６に向けて水素ガスが流れることを防止する逆止弁６９が設けられている。なお、リークガス排出部６６は、圧縮ステージ１２の吸込流路２１に接続されるのではなく、ベント７０に接続されてもよい。また、第２圧縮ステージ１６においても、圧縮ステージ１２と同様に、ロッドパッキン部に設けられた排出通路に連通するようにリークガス排出部が設けられてもよい。当該リークガス排出部は吸込流路２１に接続される。

【0063】

第１排出部６７は、第１空間３７ａに開口するようにアダプタ部３７に接続されている。すなわち、第１排出部６７の一端は、アダプタ部３７において第１空間３７ａを形成する外周壁に形成された排出口に接続されている。また第１排出部６７の他端は、圧縮ステージ１２の吸込流路２１に接続されている。したがって、第１空間３７ａ内の水素ガスは、吸込流路２１を通して圧縮室３４に戻すことができる。なお、第１排出部６７は、圧縮ステージ１２の吸込流路２１に接続されるのではなく、ベント７０に接続されてもよい。

【0064】

第２排出部６８は、第２空間３７ｂに開口するようにアダプタ部３７に接続されている。すなわち、第２排出部６８の一端は、アダプタ部３７において第２空間３７ｂを形成する外周壁に形成された排出口に接続され、第２排出部６８の他端は、ベント７０に接続されている。なお、第２排出部６８は、第２空間３７ｂ内で生じたドレンを回収する役割を兼ねてもよく、この場合、第２排出部６８にはドレンポット等が設けられてもよい。

【0065】

第２排出部６８には、開閉バルブ６８ａが設けられている。開閉バルブ６８ａは、アダプタ部３７における窒素ガスの排出口における圧力が所定の圧力以上の圧力になると窒素ガスを放出する放出側圧力調整手段を構成する。したがって、アダプタ部３７内の第２空間３７ｂの圧力が所定圧力以上になると、開閉バルブ６８ａが開くことにより、第２空間３７ｂ内の窒素ガスは、ベント７０に放出される。すなわち、開閉バルブ６８ａは、リリーフ弁によって構成されていてもよい。

【0066】

ここで、圧縮機ユニット１０を停止させる際の動作について説明する。図４に示すように、圧縮機ユニット１０では、クランク機構１４が作動するとピストン３２が作動し、ボイルオフガスである水素ガスが吸込流路２１から圧縮室３４内に吸入され、水素ガスの圧縮が行われる（ステップＳＴ１１）。

【0067】

クランク機構１４が駆動されている間は、第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂが開けられている。このため、第１水素ガス供給部５８により水素ガスがガスシール部５４に供給され、また、第２水素ガス供給部５９により水素ガスがアダプタ部３７内の第１空間３７ａに供給され、また、窒素ガス供給部６０により窒素ガスがアダプタ部３７内の第１空間３７ａに供給されている（ステップＳＴ１２）。このとき、圧力Ｐ１（ガスシール部５４内における水素ガスの圧力）＞圧力Ｐ２（アダプタ部３７内の第１空間３７ａにおける水素ガスの圧力）＞圧力Ｐ３（アダプタ部３７内の第２空間３７ｂにおける窒素ガスの圧力）の関係が成立している。したがって、窒素ガスが第２空間３７ｂから第１空間３７ａに侵入することが防止される。また、仮に窒素ガスが第１空間３７ａ内に侵入することがあったとしても、窒素ガスがロッドパッキン部３６内に侵入することが防止される。

【0068】

圧縮機ユニット１０を停止させるための指令を受信すると、圧縮機ユニット１０は運転を停止する（ステップＳＴ１３）。このとき、窒素ガス供給部６０による窒素ガスの供給は継続する。すなわち、アダプタ部３７内部への窒素ガスの供給は、圧縮ステージ１２の運転中のみならず、圧縮ステージ１２の停止中にも行われる。すなわち、アダプタ部３７のクランク機構１４側の空間の排出口に接続された図外の排出配管は、大気に開放されている場合が多い。このため、窒素ガスの供給を停止した場合には、アダプタ部３７のクランク機構１４側の空間に大気が侵入することがある。このため、圧縮ステージ１２の停止中において大気が第２空間３７ｂに侵入することを防止すべく、窒素ガスの供給を継続する。

【0069】

圧縮ステージ１２の停止中において、窒素ガス供給部６０による窒素ガスの供給を停止するか否かの判定を行う（ステップＳＴ１４）。すなわち、圧縮ステージ１２が低温にある間は窒素ガスの供給を継続する一方で、常温に戻った場合には結露の問題が生じ無くなるため、圧縮ステージ１２の所定の場所の温度が、所定の温度（例えばピストンロッド３３において結露が生じないと推定される温度）に戻ったか否かの判定を行う。そして、ステップＳＴ１４の判定がＹＥＳになると、窒素ガス供給部６０による窒素ガスの供給を停止する（ステップＳＴ１５）。なお、窒素ガスを供給している間は水素ガスの供給を継続しても、停止させてもよい。また、圧縮機ユニット１０の停止中の窒素ガスの供給は常時行ってもよいが、その場合でもメンテナンス時等は止めてもよい。

【0070】

以上説明したように、本実施形態では、ロッドパッキン部３６に排出通路５２が設けられ、この排出通路５２がリークガス排出部６６に接続されているので、第１パッキンリング部４１を通過してリークした水素ガスを排出通路５２及びリークガス排出部６６を通してロッドパッキン部３６及びアダプタ部３７の外部へ排出する。また、ロッドパッキン部３６に、排出通路５２よりもクランクケース３８側に水素ガスによるガスシール部５４を設け、当該ガスシール部５４内における水素ガスの圧力をリークガス排出部６６内の圧力よりも高くする。これにより、シリンダ部３１で圧縮する低温ガスである液化水素のボイルオフガス（吸込ガス）が当該ガスシール部５４を超えて、アダプタ部３７側、クランクケース３８側へ侵入することを防止することができ、それにより、窒素ガスの液化を防止できる。

【0071】

また、ロッドパッキン部３６のガスシール５４ａでは、水素ガスを利用するため、シリンダ部３１内へシールガスが漏洩した場合でも、違う種類のガスをシールガスとして利用した場合に比べて、吸込ガス（水素ガス）により冷却された際に生じる液化などの不測の事態を防止できる。

【0072】

また、本実施形態では、ロッドパッキン部３６に設けられたガスシール部５４内での水素ガスの圧力が、アダプタ部３７内での窒素ガスの圧力よりも高い。このため、アダプタ部３７へ供給している窒素ガスが、ロッドパッキン部３６に設けられたガスシール部５４を乗り越えてしまうことを防止できる。したがって、シリンダ部３１で圧縮する低温ガスである液化水素のボイルオフガス（吸込ガス）のリークしたガスと、窒素ガスとが直接的に接触してしまうことがより確実に防止される。

【0073】

また、本実施形態では、アダプタ部３７内の空間が仕切り部５６によって第１空間３７ａと第２空間３７ｂとに仕切られるだけでなく、第２水素ガス供給部５９によって供給される第１空間３７ａにおける水素ガスの温度が、第２空間３７ｂにおける窒素ガスの液化温度よりも高い。このため、窒素ガスの液化を防止できる。

【0074】

また、本実施形態では、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２＞圧力Ｐ３の関係が成立するように、第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂの少なくとも１つが調節される。このため、窒素ガスが第２空間３７ｂから第１空間３７ａに流入しないため、窒素ガスがロッドパッキン部３６内に流入することはない。したがって、窒素ガスの液化を防止できる。

【0075】

また、第２空間３７ｂ内の圧力が過剰にならない限り、第２排出部６８の開閉バルブ６８ａが閉じられており、アダプタ部３７の第２空間３７ｂ内に窒素ガスを保持するように構成されている。これにより、常時パージするものに比べ、窒素ガスの消費量を削減できる。

【0076】

また、圧縮ステージ１２の構成品である、シリンダ部３１、ピストン３２、ピストンロッド３３は、運転中に低温となり、圧縮機ユニット１０が停止しても、すぐに常温に戻るのではなく、長時間低温のままの状態がつづく。一方、窒素ガスの供給を停止した場合には、アダプタ部３７の第２空間３７ｂに大気が侵入することがある。ピストンロッド３３が低温の状態のままで、第２空間３７ｂに大気が侵入した場合には、ピストンロッド３３に結露が発生する虞がある。その場合、内部部品の発錆や、ピストンロッド３３の表面に結露が付着することによってパッキンリング部４１，４３，４５がシール機能を損なう原因となる。しかし、圧縮ステージ１２の運転中のみならず、停止中においても窒素ガスの供給が行われるため、内部部品の発錆やシール機能の低下を防ぐことできる。

【0077】

なお、本実施形態では、アダプタ部３７内が仕切り部５６によって第１空間３７ａと第２空間３７ｂとに仕切られ、第１空間３７ａに水素ガスを供給する第２水素ガス供給部５９が設けられているが、これに限られない。例えば、図５に示すように、仕切り部５６及び第２水素ガス供給部５９が省略され、窒素ガス供給部６０により、アダプタ部３７内の空間に窒素ガスが供給されるように構成されてもよい。

【0078】

また、前記実施形態では、ガスシール部５４内における水素ガスの圧力が、アダプタ部３７内における窒素ガスの圧力よりも高くなるように調整されているが、これに限られない。例えば、第１空間３７ａ内の水素ガスの圧力Ｐ２が第２空間３７ｂ内の窒素ガスの圧力Ｐ３よりも高いのであれば、ガスシール部５４内における水素ガスの圧力Ｐ１が、アダプタ部３７内における窒素ガスの圧力Ｐ３と同等または以下であってもよい。

【0079】

また、前記実施形態では、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２＞圧力Ｐ３の関係が成立するように、第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂの少なくとも１つが調節される。しかし、これに限られるものではなく、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ３＞圧力Ｐ２の関係が成立するように、第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂの少なくとも１つが調節されてもよい。すなわち、第１水素バルブ５８ｂ、第２水素バルブ５９ｂ及び窒素バルブ６０ｂは、圧力Ｐ１＞圧力Ｐ３＞圧力Ｐ２の関係が成立するように、第１水素ガス供給部５８、第２水素ガス供給部５９および窒素ガス供給部６０の少なくとも１つの圧力を調整する供給側圧力調整手段を構成してもよい。この場合、可燃性ガスである水素ガスがクランクケース３８側へ漏洩することをより積極的に防ぐことができる。すなわち、第１空間３７ａ内の圧力よりも第２空間３７ｂ内の圧力の方が高くなるため、第１空間３７ａ内の水素ガスがクランクケース３８側に漏れ出ることを防止できる。

【0080】

この場合でも、第２空間３７ｂ内の圧力が過剰にならない限り、第２排出部６８の開閉バルブ６８ａが閉じられている。このため、アダプタ部３７の第２空間３７ｂ内に窒素ガスを保持することができるため、常時パージするものに比べ、窒素ガスの消費量を削減できる。

【0081】

本実施形態では、第１空間３７ａ内の水素ガスを排出させる第１排出部６７と、第２空間３７ｂ内の窒素ガスを排出させる第２排出部６８と、が設けられているが、第１排出部６７及び第２排出部６８が省略されていてもよい。すなわち、第１空間３７ａが密閉構造となっていて、第１空間３７ａに流入した水素ガスが排出されない構成とされて、第１空間３７ａ内の圧力が所定圧力に保持される構造であってもよい。また、第２空間３７ｂが密閉構造となっていて、第２空間３７ｂ内の窒素ガスが排出されない構成とされて、第２空間３７ｂ内の圧力が所定圧力に保持される構造であってもよい。この場合でも、上述した圧力関係が保持されるように圧力調整手段６３が調整される。この構成は、後述する第２実施形態、第３実施形態及びその変形例にも適用することができる。

【0082】

（第２実施形態）
図６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。

【0083】

第２実施形態では、第１水素ガス供給部５８の水素流路５８ａと吐出流路１８とを繋ぐ送りライン７２が設けられている。すなわち、第１実施形態では、水素流路５８ａが水素ガス源６１に接続されているが、第２実施形態では、水素流路５８ａが、送りライン７２を介して吐出流路１８に接続されている。送りライン７２により、圧縮ステージ１２から吐出流路１８に吐出された水素ガスの一部をガスシール部５４に送ることができる。また、ロッドパッキン部３６からリークガスを回収するリークガス排出部６６は、圧縮ステージ１２の吸込流路２１に接続されている。ただし、リークガス排出部６６は、ベント７０に接続されてもよい。

【0084】

したがって、リークした水素ガスを回収することができる。また、ガスシール５４ａのための水素ガスを別に用意しなくてもよい。

【0085】

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、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。

【0086】

（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。

【0087】

第３実施形態では、ロッドパッキン部３６に水素ガスを供給する第１水素ガス供給部５８が省略されており、ロッドパッキン部３６においてガスシール部５４が省略されている。すなわち、第３実施形態では、アダプタ部３７内部に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部６０と、アダプタ部３７内部の他の部分に水素ガスを供給する水素ガス供給部７４と、ロッドパッキン部３６にリークした水素ガスを外部へ排出するリークガス排出部６６と、を備えている。水素ガス供給部７４は、アダプタ部３７内部における最も圧縮室側に位置する空間（第１空間３７ａ）に水素ガスを供給する。窒素ガス供給部６０は、アダプタ部３７内部における、第１空間３７ａよりもクランク機構側に位置する少なくとも１つの空間（第２空間３７ｂ）に窒素ガスを供給する。なお、図７では、１つの仕切り部５６が設けられた構成を示しているので１つの第２空間３７ｂが形成されているが、例えば２つの仕切り部５６が設けられて２つの第２空間３７ｂが形成されてもよい。この場合、２つの第２空間３７ｂにそれぞれ窒素ガスが供給される。

【0088】

水素ガス供給部７４の水素流路７４ａには、水素流路７４ａを流れる水素ガスの圧力を調整するバルブである水素バルブ７４ｂが設けられている。水素バルブ７４ｂは、第１空間３７ａ内における水素ガスの圧力が、リークガス排出部６６内における水素ガスの圧力よりも高くなるように調整される。これにより、圧縮室３４内の水素ガスがロッドパッキン部３６にリークしたとしても、この水素ガスがアダプタ内に侵入することを防止できる。

【0089】

したがって、本実施形態では、水素ガス供給部７４によって供給される、アダプタ部３７内の第１空間３７ａでの水素ガスの圧力が、リークガス排出部６６内における水素ガスの圧力よりも高い。このため、ロッドパッキン部３６にリークした水素ガスが、アダプタ部３７における最も圧縮室側の空間（第１空間３７ａ）に侵入することを防止できる。これにより、低温ガスである液化水素のボイルオフガスが、窒素ガスに直接的に接触してしまうことが防止され、窒素ガスの液化を防止できる。

【0090】

なお、第３実施形態において、図８に示すように、圧縮ステージ１２は、ロッドパッキン部３６に水素ガスを供給する別の水素ガス供給部７６を備えていてもよい。この別の水素ガス供給部７６は、ロッドパッキン部３６に繋がる別流路７６ａを有しており、この別流路７６ａを通して供給される水素ガスにより、排出通路５２よりもクランク機構１４側において、ピストンロッド３３の外周面と第３ケース部４６との間の隙間５０にガスシール５４ａが形成される。

【0091】

別流路７６ａには、開度調整可能なバルブからなる別バルブ７６ｂが設けられている。別バルブ７６ｂは、ガスシール部５４内における水素ガスの圧力が、リークガス排出部６６内における水素ガスの圧力よりも高くなるように調整される。すなわち、ガスシール部５４によって形成されるガスシール５４ａの圧力が、ガスシール５４ａよりも圧縮室３４側に位置する排出通路５２内の圧力よりも高くなる。したがって、水素ガスが圧縮室３４内からリークした後、第１パッキンリング部４１を通過することがあったとしても、ガスシール５４ａを通過することを防止できる。

【0092】

第３実施形態において、図９に示すように、水素ガス供給部７４の水素流路７４ａと吐出流路１８とを繋ぐ送りライン７２が設けられていてもよい。送りライン７２により、圧縮ステージ１２から吐出流路１８に吐出された水素ガスの一部をガスシール部５４に送ることができる。

【0093】

図１０に示すように、アダプタ部３７内の空間が２つの仕切り部５６によって３つの空間に仕切られていてもよい。水素ガス供給部７４は、アダプタ部３７内における最も圧縮室３４側に位置する空間（第１空間３７ａ）に水素ガスを供給する。水素ガス供給部７４には、開度調整可能なバルブからなる水素バルブ７４ｂが設けられている。

【0094】

また、図１０の形態では、ロッドパッキン部３６に水素ガスを供給する別の水素ガス供給部７６が設けられている。別の水素ガス供給部７６には、開度調整可能なバルブからなる別バルブ７６ｂが設けられている。

【0095】

窒素ガス供給部６０は、アダプタ部３７内における最もクランク機構１４側に位置する空間（第２空間３７ｂ）に窒素ガスを供給する。窒素ガス供給部６０には、開度調整可能なバルブからなる窒素バルブ６０ｂが設けられている。第１空間３７ａと第２空間３７ｂとの間の中間室３７ｃには、当該中間室３７ｃの内部のガスを外部へ排出するベント排出部７７が設けられている。ベント排出部７７には、中間室３７ｃ内の圧力が所定圧力を超えると開くバルブ７７ａが設けられている。

【0096】

また、水素バルブ７４ｂ及び窒素バルブ６０ｂの少なくとも一方は、第１空間３７ａ内の水素ガスの圧力及び第２空間３７ｂ内における窒素ガスの圧力が、中間室３７ｃ内部の圧力よりも高くなるように調整される。したがって、窒素ガスが中間室３７ｃに流入することがあったとしても、当該窒素ガスが第１空間３７ａ内に侵入することを防止できる。

【0097】

本実施形態では、窒素ガスが最もクランク機構側に位置する空間から中間室３７ｃにリークしたとしても、この窒素ガスが最も圧縮室側の空間に伝わりにくくなるため、シリンダ部３１への窒素の混入をより確実に防ぐことができる。

【0098】

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。

【0099】

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。

【符号の説明】

【0100】

１０ ：圧縮機ユニット
１２ ：圧縮ステージ
１４ ：クランク機構
１８ ：吐出流路
２０ ：需要先
２１ ：吸込流路
２３ ：液体水素貯槽
３１ ：シリンダ部
３２ ：ピストン
３３ ：ピストンロッド
３４ ：圧縮室
３６ ：ロッドパッキン部
３７ ：アダプタ部
３７ａ ：第１空間
３７ｂ ：第２空間
３７ｃ ：中間室
３８ ：クランクケース
４１ ：第１パッキンリング部
４３ ：第２パッキンリング部
４５ ：第３パッキンリング部
５０ ：隙間
５２ ：排出通路
５４ ：ガスシール部
５４ａ ：ガスシール
５６ ：仕切り部
５８ ：第１水素ガス供給部
５９ ：第２水素ガス供給部
６０ ：窒素ガス供給部
６３ ：圧力調整手段
６６ ：リークガス排出部
７０ ：ベント
７２ ：送りライン
７４ ：水素ガス供給部
７６ ：水素ガス供給部
７７ ：ベント排出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】