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公開番号2025110334
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-28
出願番号2024004213
出願日2024-01-15
発明の名称ガス圧縮装置
出願人三浦工業株式会社
代理人弁理士法人北大阪特許事務所
主分類F04B 35/02 20060101AFI20250718BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】空気等の圧縮性ガスに対する等温圧縮プロセスを実現し、圧縮ガス製造時の比エネルギーを高めることのできるガス圧縮装置を提供する。
【解決手段】シリンダタンク1内に取り込まれたガスを液体ピストンにより圧縮するガス圧縮装置10であって、シリンダタンク1内に液体を注入する液体注入手段6と、シリンダタンク1内に注入される液体を液滴および/または液膜からなる液体分散流に変化させつつ、シリンダタンク1内で生成される圧縮ガスと液体分散流との直接熱交換により、圧縮熱を液体に吸収させる吸熱手段13と、圧縮熱を吸収した液体と、系外から供給される冷却媒体との間接熱交換により、液体を冷却する冷却手段71と、吸熱手段13および冷却手段71の動作を制御する制御手段7と、を備え、制御手段7は、吸熱手段13の作動期間中に冷却手段71を作動させることにより、圧縮熱を冷却媒体を介して系外に排出する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
シリンダタンク内に取り込まれたガスを液体ピストンにより圧縮するガス圧縮装置であって、
前記シリンダタンク内に液体を注入する液体注入手段と、
前記シリンダタンク内に注入される前記液体を液滴および／または液膜からなる液体分散流に変化させつつ、前記シリンダタンク内で生成される圧縮ガスと前記液体分散流との直接熱交換により、圧縮熱を前記液体に吸収させる吸熱手段と、
前記圧縮熱を吸収した前記液体と、系外から供給される冷却媒体との間接熱交換により、前記液体を冷却する冷却手段と、
前記吸熱手段および前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記吸熱手段の作動期間中に前記冷却手段を作動させることにより、前記圧縮熱を冷却媒体を介して系外に排出するガス圧縮装置。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記液体注入手段は、液体ポンプを含み、
前記冷却手段は、前記液体ポンプから吐出された液体を冷却する間接熱交換器を含む請求項１に記載のガス圧縮装置。
【請求項３】
前記間接熱交換器は、液体が流通する配管中に配置されたプレート式熱交換器である請求項２に記載のガス圧縮装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、前記シリンダタンク内に充填された液体を冷却する間接熱交換器を含む請求項１に記載のガス圧縮装置。
【請求項５】
前記間接熱交換器は、前記シリンダタンク内の液体充填領域に配置された１本ないし複数本の伝熱管を含んで構成される請求項４に記載のガス圧縮装置。
【請求項６】
前記間接熱交換器に対する冷却媒体としての冷却水を循環させる水循環回路と、
前記水循環回路を循環する冷却水を冷却空気との熱交換により冷却する冷却塔と、を備える請求項２～５のいずれか１項に記載のガス圧縮装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを圧縮するガス圧縮装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、スクリュ式、スクロール式、ロータリーベーン式、往復ピストン式等の電動エアコンプレッサが汎用されている。これらのエアコンプレッサは、吸入した空気を機械的な圧縮機構により断熱圧縮し、所要圧力の圧縮空気を製造する装置である。機械的な圧縮機構においては、一定の運転時間が経過すると、ガスシール部（具体的には、ロータ歯溝部、チップシール、スライドベーン、ピストンリング等）の摩耗によって圧縮空気の漏れ返りが発生するようになり、体積効率の低下が起こりやすい。
【０００３】
また、断熱圧縮プロセスでは、気相部が分子の運動エネルギー増大により生じた圧縮熱を保有して高温になり、圧縮過程の空気は圧縮に抗して膨張しようとする。そのため、この種のエアコンプレッサでは、比エネルギーの大小がランニングコストに直結することになる。
【０００４】
このような機械的な圧縮機構の特性を鑑み、かねてより例えば特許文献１，２に開示される液体ポンプ式のガス圧縮装置が検討されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開昭５６－９２３８１号公報
特開平３－１６０１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体ポンプ式のガス圧縮装置は、大気圧力の空気が取り込まれたシリンダタンクの下部から液体（典型的には水）を液体ポンプで送り込むことにより、シリンダタンクの内部で空気の圧縮を行う仕組みとなっている。すなわち、シリンダタンクの内部に充填された液体がピストンとなり、液面の上昇に伴って空気の圧縮が進行する。特許文献１，２に開示された装置は、２基のシリンダタンク間で交互に液体ピストンを移動させて周期的に圧縮空気を製造する構成を有している。そして、圧縮空気の製造中は、液体ポンプを連続的に駆動する運転制御が採用されている。
【０００７】
空気の圧縮過程では、シリンダに相当するシリンダタンクと液体ピストンとの接触面が完全にシールされるため、圧縮空気の漏れ返りは発生せず、高い体積効率が維持される。しかしながら、液体ポンプを連続的に駆動させると消費電力が増えてしまい、期待した比エネルギーが得られにくいという課題があった。
【０００８】
また、圧縮過程で生じる圧縮熱の一部は、液体ピストンの液面を介して液体に吸収されることから、断熱圧縮と等温圧縮の中間的な圧縮プロセス（準等温圧縮プロセス）が実現される。しかしながら、完全な等温圧縮プロセスには程遠く、比エネルギーに関して更なる改善の余地があった。本発明は上記課題に鑑み、空気等の圧縮性ガスに対する等温圧縮プロセスを実現し、圧縮ガス製造時の比エネルギーを高めることのできるガス圧縮装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るガス圧縮装置は、シリンダタンク内に取り込まれたガスを液体ピストンにより圧縮するガス圧縮装置であって、前記シリンダタンク内に液体を注入する液体注入手段と、前記シリンダタンク内に注入される前記液体を液滴および／または液膜からなる液体分散流に変化させつつ、前記シリンダタンク内で生成される圧縮ガスと前記液体分散流との直接熱交換により、圧縮熱を前記液体に吸収させる吸熱手段と、前記圧縮熱を吸収した前記液体と、系外から供給される冷却媒体との間接熱交換により、前記液体を冷却する冷却手段と、前記吸熱手段および前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記吸熱手段の作動期間中に前記冷却手段を作動させることにより、前記圧縮熱を冷却媒体を介して系外に排出する構成とする。本構成によれば、空気等の圧縮性ガスに対する等温圧縮プロセスを実現し、圧縮ガス製造時の比エネルギーを高めることが可能となる。
【００１０】
上記構成としてより具体的には、前記液体注入手段は、液体ポンプを含み、前記冷却手段は、前記液体ポンプから吐出された液体を冷却する間接熱交換器を含む構成としても良い。また上記構成としてより具体的には、前記間接熱交換器は、液体が流通する配管中に配置されたプレート式熱交換器である構成としても良い。
（【００１１】以降は省略されています）

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