特表2023-501893ピストン圧縮機用のパッキンシールおよびピストン圧縮機の運転方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-20
(54)【発明の名称】ピストン圧縮機用のパッキンシールおよびピストン圧縮機の運転方法
(51)【国際特許分類】
F16J 15/18 20060101AFI20230113BHJP
F16J 15/24 20060101ALI20230113BHJP
F16C 32/04 20060101ALI20230113BHJP
F04B 35/01 20060101ALI20230113BHJP
【ＦＩ】
F16J15/18 A
F16J15/24 Z
F16C32/04 Z
F04B35/01 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2022523399
(86)(22)【出願日】2020-10-21
(85)【翻訳文提出日】2022-05-11
(86)【国際出願番号】 EP2020079673
(87)【国際公開番号】W WO2021078820
(87)【国際公開日】2021-04-29
(31)【優先権主張番号】19204408.9
(32)【優先日】2019-10-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592229502
【氏名又は名称】ブルクハルト コンプレッション アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100116322
【弁理士】
【氏名又は名称】桑垣 衛
(72)【発明者】
【氏名】フォーザー、アレクサンドル
【テーマコード（参考）】
3H076
3J043
3J102
【Ｆターム（参考）】
3H076AA02
3H076BB26
3H076CC24
3H076CC36
3J043AA11
3J043AA13
3J043BA02
3J043CA20
3J043FB12
3J102AA01
3J102BA05
3J102CA05
3J102CA14
3J102DA09
3J102DA18
3J102DA31
3J102DB05
3J102GA06
(57)【要約】
ピストン圧縮機用のパッキンシール（１２）は、長手軸線（Ｌ）だけでなく、長手軸線（Ｌ）の方向に互いに続いて、締結部（１２ｃ）と円筒部（１２ｐ）とを備えている。円筒部（１２ｐ）には、磁気軸受（１３）と少なくとも１つのチャンバーリング（１２ａ）とが、長手軸線（Ｌ）の方向に互いに続いて配置されている。チャンバーリング（１２ａ）は、チャンバーリング（１２ａ）の中に配置されたシールリング（１２ｂ）を有している。磁気軸受（１３）は、少なくとも１つの制御可能にした電磁石（１３ｆ）を備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピストン圧縮機（１）のためのパッキンシール（１２）であって、前記パッキンシール（１２）は長手軸線（Ｌ）を備えるとともに、前記長手軸線（Ｌ）の方向で互いに続く締結部（１２ｃ）と円筒部（１２ｐ）とを備えており、
前記円筒部（１２ｐ）において、磁気軸受（１３）と少なくとも１つのチャンバーリング（１２ａ）とは前記長手軸線（Ｌ）の方向で互いに続いて配置されており、前記チャンバーリング（１２ａ）は前記チャンバーリング（１２ａ）の中に配置されたシールリング（１２ｂ）を有しており、
前記磁気軸受（１３）は少なくとも１つの制御可能にした電磁石（１３ｆ）を備えている、
パッキンシール。
【請求項2】
前記磁気軸受（１３）は、前記円筒部（１２ｐ）において前記長手軸線（Ｌ）に対して互いに反対側に配置された少なくとも２つの制御可能にした電磁石（１３ｆ）を備えている、請求項１に記載のパッキンシール。
【請求項3】
前記パッキンシール（１２）はさらに、前記長手軸線（Ｌ）の方向に相互に間隔をおいて配置された少なくとも２つの緊急軸受（１２ｆ、１２ｇ）を備えている、請求項１または２に記載のパッキンシール。
【請求項4】
前記磁気軸受（１３）は、２つの前記緊急軸受（１２ｆ、１２ｇ）の間で前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されている、請求項３に記載のパッキンシール。
【請求項5】
前記パッキンシール（１２）はさらにセンサ（２６）を備えており、前記センサ（２６）は前記長手軸線（Ｌ）に対して、前記パッキンシール（１２）を通過するピストンロッド（１６）の径方向位置を測定するように設計されている、
請求項１～４のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項6】
前記センサ（２６）は、２つの緊急軸受（１２ｆ、１２ｇ）の間で前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されている、請求項５に記載のパッキンシール。
【請求項7】
前記センサ（２６）は、前記磁気軸受（１３）に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されている、請求項６に記載のパッキンシール。
【請求項8】
前記パッキンシール（１２）はさらに冷却チャンネル（１２ｌ）を備えており、前記冷却チャンネル（１２ｌ）は、フランジ状の前記締結部（１２ｃ）の前面に配置されたポート（１２ｍ）を有している、
請求項１～７のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項9】
前記冷却チャンネル（１２ｌ）は、前記磁気軸受（１３）の全長に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に延在する、請求項８に記載のパッキンシール。
【請求項10】
前記チャンバーリング（１２ａ）は、端部（Ｌ２）に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されており、前記端部（Ｌ２）は、前記締結部（１２ｃ）に対して前記パッキンシール（１２）の反対側の端に位置する、
請求項１～９のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項11】
前記パッキンシール（１２）は前記長手軸線（Ｌ）の方向に全長（Ｌ１）を有しており、前記端部（Ｌ２）は端部長（Ｌ３）を有しており、
前記端部長（Ｌ３）は前記全長（Ｌ１）の５０％未満、好ましくは２５％未満、より好ましくは１０％未満である、
請求項１０に記載のパッキンシール。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか１項に記載の前記パッキンシール（１２）を備えている、ピストン圧縮機。
【請求項13】
ピストン圧縮機（１）を運転する方法であって、前記ピストン圧縮機（１）はシリンダ（７）内で長手軸線（Ｌ）の方向に往復動するピストン（３）を備えており、
前記ピストン（３）はピストンロッド（１６）を介して駆動されており、
前記ピストン圧縮機（１）はパッキンシール（１２）を備えており、前記パッキンシール（１２）は制御可能にした磁気軸受（１３）と少なくとも１つのチャンバーリング（１２ａ）とを備えており、前記チャンバーリング（１２ａ）は前記チャンバーリング（１２ａ）の中に配置されたシールリング（１２ｂ）を有しており、
前記ピストンロッド（１６）は前記パッキンシール（１２）を通って延在しており、
少なくとも前記長手軸線（Ｌ）に対して垂直に作用する制御可能にした磁力（Ｆｍ）は、制御可能にした前記磁気軸受（１３）を介して前記ピストンロッド（１６）に作用している、
方法。
【請求項14】
前記ピストン圧縮機（１）の状態変数（Ｚ）は検出されており、前記磁力（Ｆｍ）は前記状態変数（Ｚ）の関数として制御されており、結果、力（Ｆｈ）は前記ピストンロッド（１６）を介して前記ピストン（３）に作用する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記状態変数（Ｚ）は前記パッキンシール（１２）内で測定されており、制御可能にした前記磁気軸受（１３）は前記ピストンロッド（１６）を介して前記シリンダ（７）内の前記ピストン（３）の位置に対してセンタリング方式で作用する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記ピストン圧縮機のシリンダ（７）内で前記長手軸線（Ｌ）の方向に往復動するピストン（３）をセンタリングするべく、請求項１～１１のいずれか１項に記載のパッキンシール（１２）を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ピストン圧縮機用のパッキンシールと、ピストン圧縮機の運転方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、パッキンシールを備えたピストン圧縮機を開示している。このピストン圧縮機は、比較的大きな摩耗を受ける。ピストン圧縮機は比較的低い回転速度でしか運転（作動）できないとともに、パッキンシールの交換は比較的複雑である。特許文献２には、水平方向に往復動可能にしたピストンが配置された水平方向に延在するシリンダを有するピストン圧縮機が開示されている。このピストン圧縮機は、ピストンに配置されたガイドリングおよび／またはシールリングが比較的大きな摩耗を受けるとともに、ピストン圧縮機は比較的低い回転速度でしか運転できないという欠点がある。特許文献３は、鉛直方向（上下方向）に延在するシリンダを備えたピストン圧縮機を開示している。ピストンは、ラビリンスピストンとして、または捕捉（キャプチャ）されたピストンリングを備えたピストンとして、設計することが可能にされている。このピストン圧縮機もまた、摩耗が起こり得るという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第１５２６９０９号明細書
【特許文献2】国際公開第２０１４／１３９５６５号
【特許文献3】西独国特許出願公開第３８０５６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、より有利なピストン圧縮機用パッキンシールと、このパッキンシールを備えているピストン圧縮機のより有利な運転方法とを提供することにある。好ましくは、ピストン圧縮機は、水平方向または鉛直方向に移動可能に配置されたピストンおよびピストンロッドを備えている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この問題は、請求項１の特徴を有するピストン圧縮機用のパッキンシールによって解決される。装置の従属請求項は、さらなる有利な実施形態に関する。この問題は、請求項１３の特徴を有する方法によってさらに解決される。方法の従属請求項は、さらなる有利な方法ステップに関する。
【0006】
この問題は、特にピストン圧縮機用のパッキンシールによって解決されている。パッキンシールは、長手軸線と、長手軸線方向で互いに後続するフランジ状の締結部と円筒部とを有する。円筒部には磁気軸受と少なくとも１つのチャンバーリングとが、長手軸線方向で互いに後続して配置されている。チャンバーリングは、チャンバーリングの中に配置されたシールリングを有する。磁気軸受は、少なくとも１つの制御可能にした電磁石を備えている。
【0007】
この問題はさらに、ピストン圧縮機の運転方法によって解決することができる。ピストン圧縮機は、シリンダ内で長手軸線方向に往復動（前後動）するピストンを備えている。ピストンは、ピストンロッドを介して駆動される。ピストン圧縮機は、制御可能にした磁気軸受を有するパッキンシールと、少なくとも１つのチャンバーリングとを備えている。チャンバーリングは、チャンバーリングに配置されたシールリングを有する。ピストンロッドは、パッキンシールを通って（介して）延在している。長手軸線に対して少なくとも垂直に作用するように制御可能にした磁力は、制御可能にした磁気軸受を介してピストンロッドに及ぼされる。
【0008】
好ましくは、パッキンシールは、ガス（気体）を圧縮するピストン圧縮機に配置されている。ピストン圧縮機はシリンダと、ピストンと、ピストンロッドと、パッキンシールと、クロスヘッドと、磁気軸受と、駆動シャフトとを備えている。ピストンは、シリンダ内で長手方向に移動可能に配置されている。ピストンは、ピストンロッドを介してクロスヘッドに接続されている。ピストンとクロスヘッドとの間には、ピストンロッドが通過するパッキンシールが配置されている。クロスヘッドは、駆動シャフトによって駆動されている。磁気軸受は、前記ピストンと前記クロスヘッドとの間に配置されている。前記磁気軸受は、前記ピストンロッドに少なくとも長手方向に対して垂直な磁力を及ぼすことができる。センサは、前記ピストン圧縮機の状態変数を検出するべく配置されている。前記磁気軸受は、制御可能にした磁気軸受として設計されている。制御装置は、前記状態変数に依存して前記磁気軸受によって前記ピストンロッドに及ぼされる磁力を制御する。特に好ましいのは、シリンダが実質的に水平方向に延在することである。
【0009】
好ましくは、パッキンシールは、ガスを圧縮するためのピストン圧縮機に配置されている。ピストン圧縮機は、実質的に水平方向に延在するシリンダを備えているとともに、ピストン、ピストンロッド、パッキンシール、クロスヘッド、および駆動シャフトを備えている。ピストンは、シリンダ内で長手方向に移動可能に配置されている。ピストンは、ピストンロッドを介してクロスヘッドに接続されている。ピストンとクロスヘッドとの間にパッキンシールが配置されている。そのパッキンシールを通って（介して）ピストンロッドが延在している。クロスヘッドは駆動シャフトによって駆動されている。制御可能にした磁気軸受もピストンとクロスヘッドとの間に配置されている。磁気軸受は、少なくとも長手方向に対して垂直にピストンロッドに磁力（磁気力。マグネティックフォース）を及ぼすことができる。制御装置は、磁気軸受によってピストンロッドに及ぼされる磁力を制御する。
【0010】
好ましくは、パッキンシールは、ピストン圧縮機の運転方法に用いられる。ピストン圧縮機は、シリンダ内で長手方向に往復動するピストンを備えている。ピストンは、ピストンロッドを介して駆動されている。ピストンロッドには、少なくとも長手方向に対して垂直に働く磁力が作用する。ピストン圧縮機の状態変数が検出されている。状態変数に依存して磁力が制御されている。結果、ピストンロッドを通じてピストンに対して磁力、好ましくはリリーフ力（救済力。緩和力）が作用する。特に好ましくは、長手方向は、実質的に水平方向に延在する。
【0011】
好ましくは、パッキンシールは、ピストン圧縮機を運転（操作）するための方法において使用されている。ピストン圧縮機は、シリンダ内で長手方向に往復動するピストンを備えている。長手方向は、実質的に水平方向に延在している。ピストンは、ピストンロッドを介して駆動されている。少なくとも長手方向に対して垂直に働く制御可能にした磁力が、ピストンロッドに及ぼされる。結果、ピストンロッドを通じてピストンにリリーフ力が及ぼされる。磁力は、状態変数に依存して制御されることを特徴としている。
【0012】
ピストン圧縮機のための本発明によるパッキンシールは、ピストン圧縮機のピストンとクロスヘッドとの間に配置される制御可能にした磁気軸受を備えている。ピストンロッドは、ピストンをクロスヘッドに接続している。ピストンロッドは、磁気軸受を通って延在している。磁気軸受は、少なくともピストンロッドの延在方向に対して垂直に制御可能にした磁気引力を、ピストンロッドに対して発揮する。本発明によるパッキンシールはまた、好ましくは、制御装置に接続可能にした少なくとも１つのセンサを備えている。制御装置は、制御可能にした磁気軸受に配置された電磁石に電流または電力を供給するようになっている。制御装置は、ピストンが少なくとも一時的にシリンダ内で有利な位置を有するように、シリンダに対するピストンの位置に影響を与えるべく、センサによって測定された値に依存して供給電流または供給電力を調節または変更するようになっている。制御可能にした磁気軸受は、複数の電磁石を備えているラジアル軸受として設計されていることが好ましく、ラジアル軸受の複数の電磁石は、周方向に分散して配置されているとともに、制御装置によって制御可能にされている。しかしながら、磁気軸受は、例えば、２つの制御可能にした電磁石をピストンロッドに対して互いに対向して（互いに反対側に）または対称的に配置することによって、これらの電磁石によってピストンロッドに及ぼされる磁力が１つの方向にのみ作用するように、磁力が１つの方向にのみまたは１つの次元においてのみ作用するように設計することも可能にされている。
【0013】
ピストン圧縮機は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内で前後に移動可能に配置されたピストンとを備えている。好ましい実施形態では、シリンダ内部、したがってピストンの動きも、水平方向または実質的に水平方向に延在している。このようなピストン圧縮機は、水平ピストン圧縮機（横型ピストン圧縮機）とも呼ばれる。本明細書で使用される場合、ピストン圧縮機は、好ましくは、往復動圧縮機を意味する。磁気軸受は、少なくともピストンロッドの延在方向に対して垂直な方向で、制御可能にした磁気引力をピストンロッドに及ぼすとともに、したがって、好ましくは重力とは反対の方向で、ピストンロッドに鉛直上方に向かう力を作用させる。
【0014】
好ましい実施形態では、水平方向に移動可能にしたピストンは、シリンダ内面（内周面。内壁面）に載る（レストする）、いわゆるガイドリングを備えている。磁気軸受がピストンロッドに少なくとも鉛直方向（上下方向）に及ぼす引力および／またはピストンロッドに及ぼす反発力（斥力）は、シリンダ内面によって支持されたピストンの接触力が減少する、またはピストンまたはガイドリングがシリンダ内面に接触しなくなるという効果を有する。よって、ピストンは、またはピストンのガイドリングは、シリンダ内面に接触力を減少させてのみ載るので、特に好ましくはシリンダ内面に接触せずにシリンダ内で往復動を行う。ピストンがガイドリングを有する場合、磁気軸受の使用は、シリンダ内面へのガイドリングの接触力がひいてはガイドリングの摩耗が低減されるので、ガイドリングが交換されなければならないまでの耐用年数またはライフサイクルが長くなるという利点をもたらす。さらに、ピストン圧縮機は、所望によって、より高い回転速度で運転（作動）することができるので、好ましくは、摩耗または加熱の増加が生じないという利点もある。
【0015】
特に好ましくは、本発明によるパッキンシールは、ラビリンスピストンとして設計されているピストンと組み合わせて使用されている。そのようなラビリンスピストンは、それ自体知られているように、ピストン表面に、ピストンとシリンダ内面との間をシールするべく役立つラビリンス構造を有している。磁気軸受によってピストンロッドに及ぼされる引力は、好ましくは、前後に動くピストンが全ストローク経路に沿ってシリンダ内面に接触しないように制御されている。磁気軸受は、好ましくは、シリンダ内部に対して中心位置にピストンを保持するように努力する。しかしながら、本発明によるパッキンシールは、ピストンを備えているピストン圧縮機にも好適であり、ピストンはピストンリングを有するとともに、必要であればさらにガイドリングを備えている。本明細書に記載されたピストン圧縮機は、例えば、ピストンロッドおよびシリンダを有する単一のピストンのみを備えていてもよく、または好ましくは複数のピストン、ピストンロッド、およびシリンダを備えていてもよく、この場合、好ましくは各ピストンロッドは、本発明によるそれぞれのパッキンシールを通過している。
【0016】
さらなる好ましい実施形態において、シリンダ内部は、したがってまたピストンの動きは、鉛直方向または実質的に鉛直方向に延在する。磁気軸受は、少なくともピストンロッドの延在方向に対して垂直な方向で、制御可能にした磁気引力をピストンロッドに及ぼすので、したがって、ピストンロッドに対して径方向にまたは実質的に径方向に延在する力をピストンおよびピストンロッドに及ぼす。磁気軸受が少なくとも径方向でピストンロッドに及ぼす引力および／またはピストンロッドに及ぼす斥力は、シリンダ内面に対するピストンリング軸受の接触力を、特に片側接触力を低減する効果を有する。ピストンまたはそのピストンリングは、特にラビリンスピストンとして設計されたピストンは、もはやシリンダ内面に接触しないので、ピストンまたはピストンのピストンリングは、シリンダ内面に減少した接触力でのみ載る（レストする）ので、特に好ましくはラビリンスピストンはシリンダ内面に接触することなくシリンダ内で往復動する。磁気軸受の使用によってピストンリングの摩耗が減少するので、ピストン圧縮機の耐用年数が長くなる、またはピストン圧縮機のメンテナンスが必要になるまでのライフサイクルが長くなるという利点がある。また、ピストン圧縮機をより高い回転速度（回転数）で運転するオプションもある。ピストン圧縮機がラビリンスピストンを備えている場合、磁気軸受の使用は、ラビリンスピストンとシリンダ内面との間の接触をさらに良好に回避することができるという利点を有する。なぜなら、シリンダ内部に対するラビリンスピストンの任意の偏心配置は、磁気軸受の助けによって少なくとも部分的に補正されることができるので、ピストンは好ましくはピストン長手軸線に対してシリンダ内部でセンタリングされる結果、相互接触が生じないようにされるからである。磁気軸受の使用は、ラビリンスピストン外面とシリンダ内面との間のギャップ幅が減少しても、相互接触が発生することなくピストン圧縮機が安全に運転され得るという付加的な利点をもたらす。このギャップ幅の減少によって、ピストン圧縮機の効率が向上したり、圧縮時の損失が減少したりする。
【0017】
さらに好ましい実施形態では、ピストン圧縮機は、少なくとも１つのピストンと１つのシリンダを、好ましくは複数のピストンとシリンダを備えている。これらは、好ましくは共通のフレーム上に配置されているとともに、好ましくは共通のクランクシャフトによって駆動される。好ましい実施形態では、このようなピストン圧縮機は、船舶に配置されている。穏やかな海況下では、シリンダは、シリンダ内部は、したがってまたピストンの動きは、鉛直方向または実質的に鉛直方向である。大荒れまたは嵐の海では、波の高さが増加するにつれて船は増加するローリング運動またはピッチ運動を行うので、結果、ピストン圧縮機全体、したがって特にピストンロッドの長手方向も、波の動き（波の作用）に依存して時間の関数として可変であるとともに、角度βだけ鉛直方向から逸脱する延在方向を持つ。好ましい実施形態では、角度βは、好ましくは時間の関数としての角度βは、追加状態変数（付加的状態変数）として測定される。
【0018】
船舶において、多段ピストン圧縮機は、例えば、液化ガス容器に蓄積された排気ガスを２００バール～５００バール（２０ＭＰａ～５０ＭＰａ）の圧力へと圧縮することによって、圧縮されたガスを使用することで船舶のガスエンジンまたはディーゼルエンジンに燃料を供給するべく使用される。船舶に配置されたピストン圧縮機は、好ましくは、ピストンロッドに少なくとも径方向で磁気軸受によって及ぼされる力が、シリンダ内面に対するピストンリング軸受の接触力が、特に片側接触力が減少するように、状態変数および追加状態変数の関数として制御されている。またはピストンもしくはピストンのピストンリングは、および特にラビリンスピストンとして設計されたピストンは、もはやシリンダ内面に接触しない。よって船上では、波浪下でも、ピストン圧縮機のピストンまたはピストンリングはシリンダ内面に対して減少した接触力でのみ載る（レストする）か、もしくは特に好ましくはラビリンスピストンまたはピストンはシリンダ内面に接触することなくシリンダ内で往復動することが、確保されている。磁気軸受の使用は、波の動き下でもピストンリングの摩耗が低減される、またはラビリンスピストンのラビリンス構造のシリンダ内面への接触が回避されるという利点をもたらす。特にピストン外径とシリンダ内面との間のギャップ幅が小さい場合にも、船舶に配置されたピストン圧縮機は、ピストン圧縮機のメンテナンスを要するまでのより長い耐用期間またはより長いライフサイクルを有する。磁気軸受は、長手軸線に対して径方向のピストンロッドおよびピストンの動きを減衰させるべく、例えば波の動きによって生じるピストンの共振振動または他の横振動の発生最大振幅を低減するように、磁気軸受がピストンロッド長手軸線に対して径方向にピストンロッドの減衰効果を及ぼすように制御されていることが好ましい。
【0019】
波の動きは、あるいは測定されているとともに結果的に導かれた追加状態変数は、ピストン圧縮機の回転速度に比べて比較的遅いプロセスである。水の波の動きの周期は、ピストン圧縮機の回転周期に比べて１０倍～１０００倍遅いので、追加状態変数の短期間の変化を予め計算することが可能にされている。そして、この値を磁気軸受の制御に流入させるべく、波の動きに基づき予想されるピストン圧縮機の動きを、例えば１秒～５０秒の範囲のある時点について予測するとともに、それに依存して磁気軸受を制御する予測制御で磁気軸受を制御する。このようにピストンロッドまたはピストンの位置に影響を与えたり制御したりするときに、波の動きによるピストン圧縮機の予測される動きが考慮されるように、磁気軸受は制御される。
【0020】
ピストン圧縮機と組み合わせた本発明によるパッキンシールは、ピストンまたはガイドリングがもはやシリンダ内壁に全く接触しないか、または減少した接触力でシリンダ内壁に載るだけなので、より高い回転速度またはより高い平均ピストン速度で運転できるという利点も有する。このような高い回転速度（回転数）での運転は、いわゆるドライランニングピストンすなわちラビリンスピストンを備えているピストン圧縮機において、または自己潤滑性シールリングを備えたピストンすなわち油潤滑されていないピストンリングまたはシールリングを備えているピストンであってすなわち無潤滑ピストンとも呼ばれるピストンを備えているピストン圧縮機において、特に有利である。制御可能にした磁気軸受は、ピストンをシリンダ内面に接触させずに保持する支持軸受として使用されることも、もしくはピストンが内壁に接触する場合においてピストンがシリンダ内面に及ぼす力を減少させることでリリーフ軸受（緩和軸受）として使用されることも、可能にされている。制御可能にした磁気軸受は、実質的に鉛直に延在するピストンに対してセンタリング機能（センタリング方式）を果たすこともできる。結果、ピストンはセンタリングされるので、好ましくはシリンダ内面に接触することなく保持される。
【0021】
一実施形態では、磁気軸受は水平ピストン圧縮機の所定位置に配置される。しかし、ピストンの重心位置は往復動によって運転中に絶えず変化するので、磁気軸受とピストン重心との間でピストンロッドによって形成されるレバーアームの長さは、運転中に絶えず変化する。したがって、磁気軸受に電力を供給するべく設けられた制御装置は、磁気軸受によってピストンロッドに及ぼされる磁力が、ピストンの位置に依存して、または前記レバーアームの長さに依存して、制御可能に変更されるように設計されていることが好ましい。好ましくは、鉛直方向に作用する少なくとも１つの力が、ピストンロッドに作用される。特に好ましいのは、磁気軸受は、ピストンロッドの長手方向に対して垂直に二次元的に制御可能にした力を、好ましくは鉛直方向の力と水平方向の力とを、ピストンロッドに作用させることができるラジアル軸受として設計されていることである。有利には、このようなラジアル軸受は、ピストンがその可能にした位置のいずれにおいても運転中にシリンダ内面に接触しないように、シリンダ下部内面にもシリンダ上部内面にもシリンダ側部内面にも接触しないように制御される。
【0022】
磁気軸受は、特にピストンが運転中（作動中）にシリンダ内面に接触しないようにする場合、測定された状態変数に依存して制御されることが好ましい。状態変数は、シリンダ内のピストンの変位経路、ピストンロッドの延在方向におけるピストンロッドの変位経路、ピストンロッドの延在方向に対して垂直な方向のピストンロッドの変位経路、または駆動シャフトの回転角、のうちの少なくとも１つを変数として備えている。さらに好ましい実施形態では、状態変数として、磁気軸受に対するピストンロッドの少なくとも鉛直方向の距離や、特にピストンロッドと磁気軸受との間の磁気軸受におけるギャップ幅が、好適である。
【0023】
状態変数を検出するセンサは、鉛直方向に対する長手方向の傾斜角β、時間の関数としての傾斜角β、シリンダ内面とピストン側面との間のギャップ幅、ピストンとシリンダとの相互の接触点の位置、のうちの少なくとも１つを検出するように設計されていることが好ましい。
【0024】
パッキンシールは、好ましくは、ピストン圧縮機と組み合わせて用いられる。ピストンロッドは、シリンダ内部を外部からシールするべく、このパッキンシールをまたはピストンロッドのシールリングを通って延在している。パッキンシールはまた、シールリングに加えて磁気軸受を有する。本発明によるパッキンシールは、パッキンシール全体としてすなわちユニットとして、ピストン圧縮機から取り外したり、再装着したり、または新しいパッキンシールと交換したりできるように、交換部品として設計されていることが特に好ましい。特に好ましいのは、本発明によるパッキンシールは、磁気軸受を有しない従来公知のパッキンシールと同じまたは実質的に同じ外形寸法を有するので、磁気軸受を備えている本発明によるパッキンシールは、既存のピストン圧縮機に後付けするとともに既存のピストン圧縮機の品質を向上させるべく設置に使用できる。
【0025】
さらなる、好ましい実施形態において、本発明によるパッキンシールはまた、冷却チャンネル（冷却流路）を備えている。ピストン圧縮機に取り付けられた本発明によるパッキンシールにおいて、これらの冷却チャンネルは、磁気軸受をおよび／またはパッキンシールを冷却するための冷却回路に接続されている。
【0026】
実施形態の説明に用いる図面には、以下のものが示されている。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】ピストン圧縮機を通る概略的に簡略化された縦断面図。
【図2】制御装置の概略図。
【図3】状態変数の関数としての、すなわち駆動シャフトの回転角の関数としての、磁力の例示的な経過を示す図。
【図4】既知のパッキンシールを通る縦断面。
【図5】本発明によるパッキンシールを通る縦断面。
【図6】ラジアル磁気軸受の図。
【図7】例えば波の動きを伴う船舶に搭載された、傾斜ピストン圧縮機の図。
【図8】磁気軸受を有するパッキンシールの簡略図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
なお、図面において、原則として同一の部品には同一の参照符号を付している。
図１は、ガスを圧縮するためのピストン圧縮機１を示している。ピストン圧縮機１は、それぞれ長手方向Ｌで、水平方向に延在するシリンダ２を備えているとともに、シリンダ２内でシリンダ２の延在方向に移動可能にしたピストン３を備えている。またピストン圧縮機１は、ピストンロッド１６、パッキンシール１２、磁気軸受１３、クロスヘッド１７、押棒（プッシュロッド）１９、および駆動部を備えている。クロスヘッド１７は直線ガイド１８を有している。駆動部は、例えば駆動シャフト２１付きのクランク２０を備えている。図示の例示的な実施形態では、ピストン３は複動式であるとともに、シールリングまたはピストンリング４ならびにガイドリング５を備えている。ピストン３は、シリンダ２の内部を第１内部空間６および第２内部空間７に分けている。これら２つの内部空間６、７にはそれぞれ入口弁８、９および出口弁１０、１１が設けられている。シリンダ２は、中間ピース１４を介してハウジング１５に接続されている。中間ピース１４には、パッキンシール１２および磁気軸受１３も配設されている。磁気軸受１３は、少なくとも鉛直方向（上下方向）においてピストンロッド１６に磁力Ｆｍを作用させる。制御装置２２は、信号ライン（信号線）２４および図示しないセンサを介して、ピストン圧縮機１の状態変数Ｚを検知する。ピストン圧縮機１の状態変数Ｚは、例えば、時間の関数としてのシリンダ７内のピストンの変位経路ｓ（ｔ）、時間の関数としてのピストンロッド１６の変位経路ｓ（ｔ）、および／または駆動シャフト２１の回転角α（ｔ）である。制御装置２２は、信号ライン（信号線）２５を介して磁気軸受１３の電磁石の電流を制御することで、磁石によってピストンロッド１６に及ぼされる磁力を制御する。
図１は、ガスを圧縮するためのピストン圧縮機１を示している。ピストン圧縮機１は、それぞれ長手方向Ｌで、水平方向に延在するシリンダ２を備えているとともに、シリンダ２内でシリンダ２の延在方向に移動可能にしたピストン３を備えている。またピストン圧縮機１は、ピストンロッド１６、パッキンシール１２、磁気軸受１３、クロスヘッド１７、押棒（プッシュロッド）１９、および駆動部を備えている。クロスヘッド１７は直線ガイド１８を有している。駆動部は、例えば駆動シャフト２１付きのクランク２０を備えている。図示の例示的な実施形態では、ピストン３は複動式であるとともに、シールリングまたはピストンリング４ならびにガイドリング５を備えている。ピストン３は、シリンダ２の内部を第１内部空間６および第２内部空間７に分けている。これら２つの内部空間６、７にはそれぞれ入口弁８、９および出口弁１０、１１が設けられている。シリンダ２は、中間ピース１４を介してハウジング１５に接続されている。中間ピース１４には、パッキンシール１２および磁気軸受１３も配設されている。磁気軸受１３は、少なくとも鉛直方向（上下方向）においてピストンロッド１６に磁力Ｆｍを作用させる。制御装置２２は、信号ライン（信号線）２４および図示しないセンサを介して、ピストン圧縮機１の状態変数Ｚを検知する。ピストン圧縮機１の状態変数Ｚは、例えば、時間の関数としてのシリンダ７内のピストンの変位経路ｓ（ｔ）、時間の関数としてのピストンロッド１６の変位経路ｓ（ｔ）、および／または駆動シャフト２１の回転角α（ｔ）である。制御装置２２は、信号ライン（信号線）２５を介して磁気軸受１３の電磁石の電流を制御することで、磁石によってピストンロッド１６に及ぼされる磁力を制御する。
【0029】
簡単な実施形態では、制御装置（駆動装置）２２は、状態変数Ｚが測定されているとともに、磁力Ｆｍが状態変数Ｚの関数として変更されている制御モード（駆動モード）で運転（作動）することができる。この場合、フィードバックは省かれることができる。図３は、このような制御モードの一例を示すものであり、曲線Ｋ１の進行が規定されている。曲線Ｋ１は、状態変数Ｚここでは駆動シャフト２１の回転角αと、回転角αの関数として生成されるべく磁力Ｆｍとの関係を規定する。図示された例示的な実施形態では、角度α＝０°は、第２内部空間７に対するピストン３の下死点に対応しており、α＝１８０°は上死点に対応する。磁力Ｆｍは、下死点で最も小さくなる。というのは下死点では、ピストン３の重心Ｓと磁気軸受１３との間でピストンロッド１６が形成するレバーアームが最も短いからである。一方、上死点では、ピストン３の重心Ｓと磁気軸受１３との間でピストンロッド１６が形成するレバーアームが最も長くなるので、磁力Ｆｍが最も大きくなる。なお、回転角αは、図示しないセンサで測定されているとともに、信号ライン２４を介して制御装置２２に供給される。曲線進行度Ｋ１は、例えば、経験値に基づき予め設定することができる。本実施形態では特に好ましくは、図１に示すように、ガイドリング５を有するピストン３が使用されている。ガイドリング５がシリンダ２の内面に対して軸受するので、磁力Ｆｍがシリンダ２の内面に対するガイドリング５の軸受力を低減するのに役立つ。結果、特にガイドリング５の摩耗を低減する。図３に示す曲線Ｋ１は、０°～１８０°のクランクシャフトの回転角（クランクシャフト角度）αの関数としての磁力Ｆｍの進行を示すのみである。図示されていないその後の１８０°～３６０°の区間では、磁力Ｆｍは、１８０°での値から始まるとともに、角度０°での磁力Ｆｍの値まで逆方向に進行しており、角度０°での磁力Ｆｍの値は角度３６０°での値と同じである。
【0030】
さらなる好ましい実施形態では、測定装置としての例えばセンサ２６は、少なくとも鉛直方向におけるピストンロッド１６および／またはピストン３の位置を測定するべく、設けられている。図２は、ピストンロッド１６の位置を鉛直方向で測定する実施形態を示す。好ましい実施形態では、センサ２６は、磁気軸受１３に近接して、あるいは磁気軸受１３の内部にまで配置されている。センサ２６は、好ましくは、磁気軸受１３の上部コイルコア１３ａと、ピストンロッド１６の表面との間の距離Ｄを測定する。好ましくは、磁気軸受１３は、少なくとも、コイル１３ｂを有する上部コイルコア１３ａと、コイル１３ｄを有する下部コイルコア１３ｃとを備えている。図６に示すように、磁気軸受１３は、周方向に分布する複数の電磁石１３ｆを備えたラジアル磁気軸受として設計することもできる。その場合、好ましくは、ピストンロッド１６に及ぼされる磁力Ｆｍの方向が、コイル１３ｂ、１３ｄの対応する制御によって決定できるように、それらのコイル１３ｂ、１３ｄは個別に制御することが可能にされている。
【0031】
好ましい運転方法では、距離Ｄの設定値（セットポイント）は、設定値仕様２８を介して制御装置２２に対して予め設定されている。制御装置２２は、ストロークｓ（ｔ）またはクランクシャフト角度α（ｔ）に関係なく、ピストンロッド１６が上部コイルコア１３ａに対して実質的に変化しない一定の距離Ｄを有するように、信号ライン２５を介してコイル１３ｂ、１３ｄを電流で駆動する。結果、ピストンロッド１６は、２つのコイルコア１３ａ、１３ｃの磁気アーマチャとして作用する。好ましくは、磁気軸受１３は、ピストンロッド１６に対して上向きの力および下向きの磁気引力の両方を及ぼすことができるので、磁気軸受１３に対するピストンロッド１６の位置を特に精密に制御することが可能にされている。
【0032】
したがって、制御可能にした磁力Ｆｍがピストンロッド１６に作用するように、少なくとも鉛直方向に作用する力（Ｆｍ）、すなわちリリーフ力（救援力。救済力）Ｆｈが、ピストンロッド１６を介してピストン３に作用するとともに重力Ｆに対抗するように、ピストン圧縮機１は運転されることが好ましい。磁力Ｆｍは、例えば距離Ｄ、ストロークｓ（ｔ）、または回転角α（ｔ）などの、状態変数Ｚの関数として制御または変動される。図１～図３に記載された構成および記載された方法は、鉛直方向に延在するシリンダと鉛直方向に移動するピストンとを有するピストン圧縮機を、運転または制御するためにも好適である。
【0033】
図７は、図１に示したピストン圧縮機１と比較して、実質的に鉛直方向に延在するシリンダ２またはシリンダの内部と、実質的に鉛直方向に延在するピストンロッド１６と、当該方向に移動可能にしたピストン３と、を備えているピストン圧縮機のさらなる実施例を示す。また、図７には、ラジアル軸受１３が組み込まれたパッキンシール１２が示されている。ラジアル軸受１３は、信号ライン２５を介して電力供給されているとともに、冷却ライン２７を介して冷却媒体回路に接続されている。図７において、ピストン圧縮機１は、ヒール角でヒールされた船舶に配置されている。そのため、シリンダ２およびピストンロッド１６は、鉛直方向Ｖに対して傾斜角βを有する。ピストン圧縮機１は、海が全く穏やかであるときにシリンダ２およびピストンロッド１６が正確に鉛直方向にまたは少なくともほぼ鉛直方向にあるように、船舶内に配置されることが好ましい。ピストン圧縮機１は、もちろん、陸上に配置されることも可能にされており、シリンダ２およびピストンロッド１６は、好ましくは、鉛直方向に正確にまたは少なくともほぼ鉛直方向に延在する。好ましくは、鉛直方向Ｖに対する傾斜角βは、図示しないセンサ２６によって測定されている。傾斜角βは、好ましくは時間ｔの関数として測定される。磁力Ｆｍがピストンロッド１６に作用するとともに、ピストンロッド１６がリリーフ力Ｆｈをピストン３に伝達することで、可能ならばシリンダ２内のピストン３の位置が、作用するリリーフ力Ｆｈによって影響を受けるように、磁気軸受１３は制御装置２２を介して制御される。
【0034】
磁気軸受１３を制御するための状態変数Ｚとしては、既に述べた状態変数Ｚに加えて、またはその代わりに、以下の変数のうちの少なくとも１つが好適である。鉛直方向Ｖに対するシリンダの傾斜角β、シリンダ内面とピストン側面との間のギャップ幅（隙間幅）、ピストンとシリンダとの相互の接触点の位置。
【0035】
好ましくは、長手方向Ｌに対して垂直な、ピストンロッド１６と磁気軸受１３との相互距離が、および／またはシリンダ内面とピストン側面との距離が、一定または実質的に一定に保たれるように、磁気軸受１３は制御される。好ましくは、ピストン３は、シリンダ７内で壁面接触することなく保持される。好ましくは、鉛直方向Ｖと長手方向Ｌとの間に想定される傾斜角β（ｔ）も、状態変数Ｚとして時間ｔの関数として測定される。特に好ましくは、船舶に配置されるピストン圧縮機の場合、磁力Ｆｍは予測制御によって制御される。好ましくは、状態変数Ｚが時間ｔに依存するように、状態変数Ｚは、時間ｔの関数としての傾斜角β（ｔ）を備えている。特に好ましくは状態変数Ｚは、時間ｔの関数としての傾斜角β（ｔ）に加えて、本明細書に記載の少なくとも１つの追加状態変数を備えている。その結果、状態変数は、本明細書に記載の少なくとも２つの状態変数の組み合わせを備えている。例えば、結果として生じる状態変数は、長手方向Ｌに対して垂直なピストンロッドの動きの状態変数Ｚを備えている。長手方向Ｌに対して垂直なピストンロッドの動きの状態変数Ｚは、時間ｔの関数としての傾斜角β（ｔ）の状態変数Ｚと組み合わされているので、予測制御の助けと、時間ｔの関数としての傾斜角β（ｔ）の状態変数Ｚの知識とによって、以下のようになることが可能にされている。すなわち、時刻ｔ＋Δｔにおける傾斜角β（ｔ）に起因する、長手方向Ｌに対して垂直なピストンロッドの予想移動量を予測することが可能にされている。この予測状態変数ＺＶ（ｔ＋Δｔ）を用いて、磁気軸受１３を制御することが可能にされている。
【0036】
好ましくは、予測状態変数ＺＶ（ｔ＋Δｔ）は、将来の時点ｔ＋Δｔの傾斜角β（ｔ）に依存して、状態変数Ｚ（ｔ）から算出される。磁力Ｆｍは、予測状態変数ＺＶ（ｔ＋Δｔ）に依存して、現在の時点ｔで制御される。
【0037】
特に好ましくは、制御可能にした磁気軸受を備えている本発明によるピストン圧縮機は、海上の輸送に用いられる輸送船と組み合わせて用いられる。
図４に示す縦断面は、複数のチャンバーリング１２ａを備えているそれ自体既知のパッキンシール１２を示す。チャンバーリング１２ａの内部には、シールリング１２ｂが配置されている。さらに、パッキンシール１２は、フランジとして設計された締結部１２ｃを備えている。この締結部１２ｃに、詳細には図示しない方法で全てのチャンバーリング１２ａが締結されている。パッキンシール１２は、締結部１２ｃを介してシリンダ２のシリンダハウジング２ａに接続されている。ピストンロッド１６は、パッキンシール１２を貫通して延在している。シリンダハウジング２ａは、パッキンシール１２の外部輪郭１２ｄに対応する凹部を有しているので、パッキンシール１２全体をこの凹部に挿入することができる。必要に応じて、締結部１２ｃがシリンダハウジング２ａから取り外された後に、パッキンシール１２全体を完全ユニットとして交換することができるようになっているのが望ましい。
図４に示す縦断面は、複数のチャンバーリング１２ａを備えているそれ自体既知のパッキンシール１２を示す。チャンバーリング１２ａの内部には、シールリング１２ｂが配置されている。さらに、パッキンシール１２は、フランジとして設計された締結部１２ｃを備えている。この締結部１２ｃに、詳細には図示しない方法で全てのチャンバーリング１２ａが締結されている。パッキンシール１２は、締結部１２ｃを介してシリンダ２のシリンダハウジング２ａに接続されている。ピストンロッド１６は、パッキンシール１２を貫通して延在している。シリンダハウジング２ａは、パッキンシール１２の外部輪郭１２ｄに対応する凹部を有しているので、パッキンシール１２全体をこの凹部に挿入することができる。必要に応じて、締結部１２ｃがシリンダハウジング２ａから取り外された後に、パッキンシール１２全体を完全ユニットとして交換することができるようになっているのが望ましい。
【0038】
図５は、磁気軸受１３を備えている本発明によるパッキンシール１２を通る縦断面を示す。図６は、磁気軸受１３の部分断面を示している。磁気軸受１３はラジアル軸受として設計されているとともに、例えば８つのコイルコア１３ａ、１３ｃを備えている。２つの対向するコイルコア１３ａ、１３ｃには、参照符号が付与されている。コイルコア１３ａ、１３ｃには、コイル１３ｂ、１３ｄが巻かれている。さらに、ピストンロッド１６に対向するコイルコア１３ａの端面１３ｅが示されている。図５によるパッキンシール１２は、好ましくは、チャンバーリング１２ａの内部にシールリング１２ｂが配置された２つのチャンバーリング１２ａを備えている。パッキンシール１２はまた、単一のチャンバーリング１２ａのみを有するか、または２つ以上のチャンバーリング１２ａを有し得ており、チャンバーリング１２ａの中にシールリング１２ｂが配置されている。また、パッキンシール１２は、各々が軸受面１２ｈ、１２ｉを有する２つの緊急軸受（非常用軸受。エマージェンシーベアリング）１２ｆ、１２ｇを備えている。磁気軸受１３の停電の場合、または例えばピストン圧縮機のスイッチが切られた場合、ピストンロッド１６は、緊急軸受１２ｆ、１２ｇ上に載る（レストする）ことができる。好ましくは、パッキンシール１２は、センサ２６用のホルダ１２ｋをさらに備えている。好ましくは、少なくとも１つのセンサ２６が上部に配置されている。好ましくは、複数のセンサ２６が、円周方向に相互に間隔をおいて配置されている。さらに、パッキンシール１２は、締結部１２ｃを備えている。この締結部１２ｃには、好ましくは図５に示す全ての構成要素が接続されているとともに、好ましくはネジ等の図示しない締結手段によって強固に保持される。パッキンシール１２は、外部輪郭１２ｄを有する。好ましい実施形態において、本発明によるパッキンシール１２の外部輪郭１２ｄは、図４に示される公知のパッキンシール１２と同様または同一寸法であるので、本発明によるパッキンシール１２は、公知のパッキンシール１２を有する既存のピストン圧縮機１において使用することが可能にされている。好ましくは、本発明によるパッキンシール１２でアップグレードされたピストン圧縮機１は、制御装置２２も備えているので、既存のピストン圧縮機１も本発明による装置を備えることが可能にされているとともに、または既存のピストン圧縮機１も本発明によるプロセスで運転することが可能にされている。
【0039】
さらなる、好ましい実施形態では、図５に示すように、本発明によるパッキンシール１２は、例えば、外部ケーシング１２ｅの内部および／またはコイルコア１３ａ、１３ｃの内部を通過する冷却チャンネル１２ｌも備えている。冷却チャンネル１２ｌは、磁気軸受１３をおよび／またはパッキンシール１２を冷却するべく冷却回路の一部を形成している。冷却回路は概略的にのみ示されている。冷却回路の供給ラインおよび排出ラインが好ましくは締結部１２ｃを貫通していることで、締結部（取付部）１２ｃは、外部から好ましくは締結部１２ｃの端面にアクセス可能にした冷却回路用の接続部１２ｍを有する。パッキンシール１２内部の冷却回路が予め規定されているとともにかつ完全に構成されているので、パッキンシール１２設置後に外部から冷却媒体（冷却剤）を供給することでパッキンシール１２内部の冷却回路に冷却媒体を供給するには、冷却回路の供給ラインおよび排出ラインは、締結部１２ｃに接続するだけで済むようになっている。なお、図５においては、特に、緊急軸受１２ｇの内部に配置される接続チャンネル（連通流路）であって、冷却チャンネル１２ｌ同士を相互に流体導通させる接続チャンネルは、図示されていない。
【0040】
図８は、磁気軸受１３を内蔵したパッキンシール１２を簡略化して示しているとともに、部分的に断面で示している。パッキンシール１２は、フランジ状の締結部１２ｃと、円筒部（円筒状の本体部）１２ｐとを備えている。これらは保持手段１２ｏによって互いにしっかりと接続されている。締結部１２ｃは、好ましくは、締結手段１２ｎによってシリンダハウジング２ａに締結され得る。パッキンシール１２は、好ましくは、少なくとも１つのシールリング１２ｂを備えている。パッキンシール１２は、好ましくは、図８に詳細に示されていない、図５に示されるすべての構成要素を備えている。図７に示すピストン圧縮機１では、パッキンシール１２は、図８に示すように配置されている。パッキンシール１２は、様々な異なるピストン圧縮機１に配置され得、例えば、図１に示すピストン圧縮機１にも配置され得る。
【0041】
図５および図８に示すピストン圧縮機１のためのパッキンシール１２は、長手軸線Ｌと、長手軸線Ｌ方向に連続して、フランジ状の締結部（取付部）１２ｃおよび円筒部１２ｐを備えている。円筒部１２ｐには、磁気軸受１３および少なくとも１つのチャンバーリング１２ａが、長手軸線Ｌ方向に連続して配置されている。チャンバーリング１２ａは、チャンバーリング１２ａの中にシールリング１２ｂを有している。磁気軸受１３は、少なくとも１つの単一の制御可能にした電磁石１３ｆを備えている。
【0042】
好ましくは、磁気軸受１３は、図６に示すように、円筒部１２ｐにおいて長手軸線Ｌに対して互いに反対側に配置された少なくとも２つの制御可能にした電磁石１３ｆを備えている。
【0043】
好ましくは、パッキンシールは、長手軸線Ｌ方向に相互に間隔を空けて配置された少なくとも２つの緊急軸受１２ｆ、１２ｇを備えている。
好ましくは、磁気軸受１３は、２つの緊急軸受１２ｆ、１２ｇの間で長手軸線Ｌ方向に配置される。
好ましくは、磁気軸受１３は、２つの緊急軸受１２ｆ、１２ｇの間で長手軸線Ｌ方向に配置される。
【0044】
好ましくは、パッキンシールはさらにセンサ２６を備えている。センサ２６は、長手軸線Ｌに関してパッキンシールを通って延在するピストンロッド１６の、径方向位置を測定するように構成されている。
【0045】
好ましくは、センサ２６は、２つの緊急軸受１２ｆ、１２ｇの間で長手軸線Ｌ方向に配置されている。好ましくはセンサ２６は、磁気軸受１３に沿って長手軸線Ｌ方向に配置される。
【0046】
パッキンシールは、好ましくは、フランジ状の締結部（取付部）１２ｃの端面（前面）に配置された接続部１２ｍを有する冷却チャンネル１２ｌを備えている。好ましくは、冷却チャンネル１２ｌは、磁気軸受１３の全長に沿って長手軸線Ｌ方向に延在している（通っている）。
【0047】
好ましくは、チャンバーリング１２ａは、パッキンシール１２の端部Ｌ２に沿って長手軸線Ｌ方向に配置されている。端部Ｌ２は、締結部１２ｃに対してパッキンシールの反対側の端に配置されている。
【0048】
好ましくは、パッキンシール１２は、長手軸線Ｌ方向に全長Ｌ１を有している。端部Ｌ２は端部長Ｌ３を有している。端部長Ｌ３は、全長Ｌ１の５０％未満、好ましくは２５％未満、特に好ましくは１０％未満である。この実施形態は、全長Ｌ１のかなりの部分が、磁気軸受１３のために利用できるという利点を有する。パッキンシール１２を通過して延在するピストンロッド１６は、好ましくはシールリング１２ｂにコンタクトする（接続し続ける）ので、したがってシールリング１２ｂにタッチする（触れる）。しかし、残りの全長Ｌ１に沿ったピストンロッド１６は、好ましくはパッキンシール１２にタッチしない。この実施形態は、残りの全長Ｌ１内で、長手軸線Ｌに対して径方向にピストンロッド１６の偏向または移動が可能にされており、ここで、最大可能移動経路は、当然、ピストンロッド１６のために設けられたパッキンシール１２の通路の内部断面によって制限されるという利点を有している。図４による例示的な実施形態とは対照的に、ピストンロッド１６は、したがって、残りの全長Ｌ１内でパッキンシール１２に対して径方向にわずかに移動可能にされているので、径方向におけるピストンロッド１６の位置は、磁気軸受１３の助けによって特に良好に訂正（修正）されることができる。特に好ましいのは、これによって、ピストンロッド１６に連結されているピストン３の位置を、シリンダ２の内部に対して、少なくとも径方向において訂正することもできることである。好ましい実施形態では、シールリング１２ｂは、チャンバーリング１２ａ内で長手方向Ｌに対して径方向に変位可能にされている。さらなる実施形態では、方向性リング（ダイレクショナルリング）１２ｂは、チャンバーリング１２ａ内において、径方向に変位可能にされていないか、またはわずかに変位可能にされているにすぎない。この実施形態では、ピストンロッド１６が残りの全長Ｌ１の領域で磁気軸受１３によって径方向に変位するときに、ピストンロッド１６がわずかに回転可能にされる一種のピボットポイントを１つまたは複数のチャンバーリング１２ａが形成するので、ピストンロッド１６に接続されたピストン３が、シリンダ２内で反対方向に好ましく変位するという利点を有している。このピストン３のわずかな変位、または少なくともピストン３への径方向に作用する力の印加は、好ましくは比較的高い周波数、例えば１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、または１０００Ｈｚで行われるので、ピストン３は、シリンダ２の内部に対して好ましくは中心位置に、好ましくは連続的に保持される。
【0049】
ピストン圧縮機は、シリンダ内で長手軸線方向に往復動するピストンを備えている。ピストンは、ピストンロッドを介してクロスヘッドによって駆動されている。ピストン圧縮機は、パッキンシールと少なくとも１つのチャンバーリング１２ａとを備えている。パッキンシールは、制御可能にした磁気軸受を有している。チャンバーリング１２ａは、チャンバーリング１２ａの中に配置されたシールリング１２ｂを有している。ピストンロッド１６は、パッキンシール１２を通って延在している。少なくとも長手軸線Ｌに対して垂直に働くように制御可能にされた磁力Ｆｍは、制御可能にされた磁気軸受１３を介してピストンロッド１６上に作用していることを特徴としている。
【0050】
好ましくは、ピストン圧縮機１の状態変数Ｚが検出されている。磁力Ｆｍは、状態変数Ｚの関数として制御されている。結果、力Ｆｈは、ピストンロッド１６を介してピストン３上に及ぼされる。
【0051】
好ましくは、状態変数Ｚは、パッキンシール１２内で測定されている。制御可能にした磁気軸受１３は、ピストンロッド１６を介してシリンダ７内でピストン３の位置に対してセンタリング効果を有する。
【0052】
図１に示す実施形態では、ピストン３を備えているピストン圧縮機１が示されており、ピストン３はピストンリングまたはシールリング４ならびにガイドリング５を有している。ガイドリング５は、省くことも可能にされている。図示されていない別の実施形態では、ピストン３は、ラビリンスピストンとして設計することもできる。このラビリンスピストンは、好ましくは、シリンダ２の内壁に接触しない。
【0053】
ピストン圧縮機および運転方法の実施形態は、以下に説明される。
項目１．ガスを圧縮するためのピストン圧縮機１であって、前記ピストン圧縮機はシリンダ２と、ピストン３と、ピストンロッド１６と、パッキンシール１２と、クロスヘッド１７と、磁気軸受１３と、駆動シャフト（駆動部）２１とを備えている。前記ピストン３は、前記シリンダ２内で長手方向Ｌに移動可能に配置されている。前記ピストン３は、前記ピストンロッド１６を介して前記クロスヘッド１７に接続されている。前記パッキンシール１２は、前記ピストン３と前記クロスヘッド１７との間に配置されている。前記ピストンロッド１６は、前記パッキンシール１２の中を延在する。前記クロスヘッド１７は、前記駆動シャフト２１によって駆動されている。前記磁気軸受１３は、前記ピストン３と前記クロスヘッド１７との間に配置されている。前記磁気軸受１３は、少なくとも前記長手方向Ｌに対して垂直に前記ピストンロッド１６に磁力Ｆｍを及ぼすことができる。センサ２６は、前記ピストン圧縮機１の状態変数Ｚを検出するべく配置されている。前記磁気軸受１３は、制御可能にした磁気軸受１３として設計されている。制御装置２２は、前記状態変数Ｚの関数として、前記磁気軸受１３によって前記ピストンロッド１６に及ぼされる前記磁力Ｆｍを制御する、ピストン圧縮機。
項目１．ガスを圧縮するためのピストン圧縮機１であって、前記ピストン圧縮機はシリンダ２と、ピストン３と、ピストンロッド１６と、パッキンシール１２と、クロスヘッド１７と、磁気軸受１３と、駆動シャフト（駆動部）２１とを備えている。前記ピストン３は、前記シリンダ２内で長手方向Ｌに移動可能に配置されている。前記ピストン３は、前記ピストンロッド１６を介して前記クロスヘッド１７に接続されている。前記パッキンシール１２は、前記ピストン３と前記クロスヘッド１７との間に配置されている。前記ピストンロッド１６は、前記パッキンシール１２の中を延在する。前記クロスヘッド１７は、前記駆動シャフト２１によって駆動されている。前記磁気軸受１３は、前記ピストン３と前記クロスヘッド１７との間に配置されている。前記磁気軸受１３は、少なくとも前記長手方向Ｌに対して垂直に前記ピストンロッド１６に磁力Ｆｍを及ぼすことができる。センサ２６は、前記ピストン圧縮機１の状態変数Ｚを検出するべく配置されている。前記磁気軸受１３は、制御可能にした磁気軸受１３として設計されている。制御装置２２は、前記状態変数Ｚの関数として、前記磁気軸受１３によって前記ピストンロッド１６に及ぼされる前記磁力Ｆｍを制御する、ピストン圧縮機。
【0054】
項目２：項目１に記載のピストン圧縮機であって、前記シリンダ２は、実質的に水平方向に延在している、ピストン圧縮機。
項目３：項目１に記載のピストン圧縮機であって、前記シリンダ２は、実質的に鉛直方向に延在している、ピストン圧縮機。
項目３：項目１に記載のピストン圧縮機であって、前記シリンダ２は、実質的に鉛直方向に延在している、ピストン圧縮機。
【0055】
項目４：項目１～３のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記センサ２６は、前記状態変数Ｚとして、前記シリンダ内の前記ピストンの変位経路、前記ピストンロッドの延在方向での前記ピストンロッドの変位経路、前記ピストンロッドの走行方向に対して垂直な前記ピストンロッドの変位経路、前記ピストンロッドの走行方向に対して垂直な前記ピストンの移動、前記駆動シャフトの回転角、前記ピストンロッド１６と前記磁気軸受１３の磁石との前記磁気軸受１３内のギャップ幅、のうちの少なくとも１つを検出するようになっている、ピストン圧縮機。
【0056】
項目５：項目１～４のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記センサ２６は、以下の変数のうちの少なくとも１つを検出するように構成されている、ピストン圧縮機。鉛直方向Ｖに対する前記長手方向Ｌの傾斜角β、シリンダ内面とピストン側面との間のギャップ幅、前記ピストンと前記シリンダとの相互の接触点の位置。
【0057】
項目６：項目１～５のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記パッキンシール１２は、交換部品として構成されている。前記パッキンシール１２は、少なくとも１つのシールリング１２ｂと前記磁気軸受１３との両方を備えている、ピストン圧縮機。
【0058】
項目７：項目１～６のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記ピストン３は、ラビリンスピストンとして設計されている、ピストン圧縮機。
項目８：項目１～６のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記ピストン３は、複数のシールリング４と、好ましくはガイドリング５も備えている、ピストン圧縮機。
項目８：項目１～６のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記ピストン３は、複数のシールリング４と、好ましくはガイドリング５も備えている、ピストン圧縮機。
【0059】
項目９：項目１～８のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記パッキンシール１２および前記磁気軸受１３は、冷却媒体（冷却剤）のための冷却チャンネル１２ｌを備えている、ピストン圧縮機。
【0060】
項目１０：項目１～９のいずれか１項に記載のピストン圧縮機であって、前記パッキンシール１２は、前記長手方向Ｌに順次配置された、少なくとも１つの締結部１２ｃと、前記磁気軸受１３と、少なくとも１つのチャンバーリング１２ａとを備えている。前記チャンバーリング１２ａは、前記チャンバーリング１２ａの中に配置されたシールリング１２ｂを有する、ピストン圧縮機。
【0061】
項目１１：項目１０に記載のピストン圧縮機であって、前記パッキンシール１２は、長手方向Ｌに相互に間隔をあけて配置された少なくとも２つの緊急軸受１２ｆ、１２ｇを備えている、ピストン圧縮機。
【0062】
項目１２：ピストン圧縮機１の運転方法であって、前記ピストン圧縮機１は、シリンダ７内で長手方向Ｌに往復動させられるピストン３を備えている。ピストン３は、ピストンロッド１６を介して駆動されている。少なくとも前記長手方向Ｌに対して垂直に作用する磁力Ｆｍは、前記ピストンロッド１６に及ぼされる。前記ピストン圧縮機１の状態変数Ｚは、検出される。前記磁力Ｆｍは、前記状態変数Ｚの関数として制御される。結果、力Ｆｈは、前記ピストンロッド１６を介して前記ピストン３に及ぼされる、ピストン圧縮機１の運転方法。
【0063】
項目１３：項目１２に記載の方法であって、前記長手方向Ｌは、実質的に水平方向である、方法。
項目１４：項目１２に記載の方法であって、前記長手方向Ｌは、実質的に鉛直方向である、方法。
項目１４：項目１２に記載の方法であって、前記長手方向Ｌは、実質的に鉛直方向である、方法。
【0064】
項目１５：項目１２に記載の方法であって、前記長手方向Ｌは、鉛直方向Ｖに対して±１０°の範囲の傾斜角βを有する、方法。
項目１６：項目１２～１５のいずれか１項に記載の方法であって、前記状態変数Ｚは、前記シリンダ７内の前記ピストン３の変位経路、前記長手方向Ｌにおける前記ピストンロッド１６の変位経路、前記長手方向Ｌに対して垂直な前記ピストンロッド１６の移動、前記長手方向Ｌに対して垂直な前記ピストン３の移動、前記ピストンロッド１６を駆動する前記駆動シャフト２１の回転角、前記ピストンロッド１６と前記磁気軸受１３の磁石との間の前記磁気軸受１３内のギャップ幅、のうちの少なくとも１つの変数を備えている、方法。
項目１６：項目１２～１５のいずれか１項に記載の方法であって、前記状態変数Ｚは、前記シリンダ７内の前記ピストン３の変位経路、前記長手方向Ｌにおける前記ピストンロッド１６の変位経路、前記長手方向Ｌに対して垂直な前記ピストンロッド１６の移動、前記長手方向Ｌに対して垂直な前記ピストン３の移動、前記ピストンロッド１６を駆動する前記駆動シャフト２１の回転角、前記ピストンロッド１６と前記磁気軸受１３の磁石との間の前記磁気軸受１３内のギャップ幅、のうちの少なくとも１つの変数を備えている、方法。
【0065】
項目１７：項目１２～１５のいずれか１項に記載の方法であって、前記ピストンロッド１６の前記長手方向Ｌに対して垂直な、前記ピストンロッド１６と前記磁気軸受１３との間の相互位置は、前記状態変数Ｚとして測定される、方法。
【0066】
項目１８：項目１２～１５のいずれか１項に記載の方法であって、前記状態変数Ｚとして、以下の変数のうちの少なくとも１つが測定される、方法。鉛直方向Ｖに対する前記シリンダの傾斜角β、シリンダ内面とピストン側面との間のギャップ幅、前記ピストンと前記シリンダとの相互の接触点の位置。
【0067】
項目１９：項目１２～１８のいずれか１項に記載の方法であって、前記長手方向Ｌに対して垂直な、前記ピストンロッド１６と前記磁気軸受１３との間の相互距離と、および／またはシリンダ内面とピストン側面との間の距離と、は一定に保たれる、方法。
【0068】
項目２０：項目１２～１９のいずれか１項に記載の方法であって、前記ピストン３は、壁面接触なしに前記シリンダ７内に保持される、方法。
項目２１：項目１２～２０のいずれか１項に記載の方法であって、前記状態変数Ｚとしてさらに、鉛直方向Ｖと長手方向Ｌとの間に想定される傾斜角β（ｔ）は、時間ｔの関数として測定される、方法。
項目２１：項目１２～２０のいずれか１項に記載の方法であって、前記状態変数Ｚとしてさらに、鉛直方向Ｖと長手方向Ｌとの間に想定される傾斜角β（ｔ）は、時間ｔの関数として測定される、方法。
【0069】
項目２２：項目１２～２１のいずれか１項に記載の方法であって、前記磁力Ｆｍは、予測制御システムによって制御される、方法。
項目２３：項目２２に記載の方法であって、前記状態変数Ｚが時間ｔに依存するように、前記状態変数Ｚは、時間ｔの関数としての傾斜角β（ｔ）を備えている、方法。
項目２３：項目２２に記載の方法であって、前記状態変数Ｚが時間ｔに依存するように、前記状態変数Ｚは、時間ｔの関数としての傾斜角β（ｔ）を備えている、方法。
【0070】
項目２４：項目２３に記載の方法であって、予測状態変数ＺＶ（ｔ＋Δｔ）は、将来の時点ｔ＋Δｔについての前記傾斜角β（ｔ）の関数として前記状態変数Ｚ（ｔ）から計算されている。前記磁力Ｆｍは、前記予測状態変数ＺＶ（ｔ＋Δｔ）の関数として現在の時点ｔにおいて制御される、方法。
【0071】
項目２５：項目１２～２０のいずれか１項に記載の方法であって、前記磁力Ｆｍは、前記状態変数Ｚの関数として固定的に予め決定される、方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2021-08-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ピストン圧縮機（１）のためのパッキンシール（１２）であって、前記パッキンシール（１２）は長手軸線（Ｌ）を備えるとともに、前記長手軸線（Ｌ）の方向で互いに続く締結部（１２ｃ）と円筒部（１２ｐ）とを備えており、
前記円筒部（１２ｐ）において、磁気軸受（１３）とシールとは配置されており、前記磁気軸受（１３）は少なくとも１つの制御可能にした電磁石（１３ｆ）を備えており、前記シールはチャンバーリング（１２ａ）として設計されており、前記チャンバーリング（１２ａ）は前記チャンバーリング（１２ａ）の中に配置されたシールリング（１２ｂ）を有しており、
前記シールリング（１２ｂ）は前記チャンバーリング（１２ａ）において前記長手軸線（Ｌ）に対して径方向に変位可能であり、
前記円筒部（１２ｐ）において前記締結部（１２ｃ）の後に、前記長手軸線（Ｌ）の方向に互いに続いて、前記磁気軸受（１３）と前記チャンバーリング（１２ａ）とは配置されている、
パッキンシール。
【請求項2】
前記磁気軸受（１３）は、前記円筒部（１２ｐ）において前記長手軸線（Ｌ）に対して互いに反対側に配置された少なくとも２つの制御可能にした電磁石（１３ｆ）を備えている、請求項１に記載のパッキンシール。
【請求項3】
前記パッキンシール（１２）はさらに、前記長手軸線（Ｌ）の方向に相互に間隔をおいて配置された少なくとも２つの緊急軸受（１２ｆ、１２ｇ）を備えている、請求項１または２に記載のパッキンシール。
【請求項4】
前記磁気軸受（１３）は、２つの前記緊急軸受（１２ｆ、１２ｇ）の間で前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されている、請求項３に記載のパッキンシール。
【請求項5】
前記パッキンシール（１２）はさらにセンサ（２６）を備えており、前記センサ（２６）は前記長手軸線（Ｌ）に対して、前記パッキンシール（１２）を通過するピストンロッド（１６）の径方向位置を測定するように設計されている、
請求項１～４のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項6】
前記センサ（２６）は、２つの緊急軸受（１２ｆ、１２ｇ）の間で前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されている、請求項５に記載のパッキンシール。
【請求項7】
前記センサ（２６）は、前記磁気軸受（１３）に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されている、請求項６に記載のパッキンシール。
【請求項8】
前記パッキンシール（１２）はさらに冷却チャンネル（１２ｌ）を備えており、前記冷却チャンネル（１２ｌ）は、フランジ状の前記締結部（１２ｃ）の前面に配置されたポート（１２ｍ）を有している、
請求項１～７のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項9】
前記冷却チャンネル（１２ｌ）は、前記磁気軸受（１３）の全長に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に延在する、請求項８に記載のパッキンシール。
【請求項10】
前記チャンバーリング（１２ａ）は、端部（Ｌ２）に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されており、前記端部（Ｌ２）は、前記締結部（１２ｃ）に対して前記パッキンシール（１２）の反対側の端に位置する、
請求項１～９のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項11】
前記パッキンシール（１２）は前記長手軸線（Ｌ）の方向に全長（Ｌ１）を有しており、前記端部（Ｌ２）は端部長（Ｌ３）を有しており、
前記端部長（Ｌ３）は前記全長（Ｌ１）の５０％未満、好ましくは２５％未満、より好ましくは１０％未満である、
請求項１０に記載のパッキンシール。
【請求項12】
複数のチャンバーリング（１２ａ）は、前記パッキンシール（１２）の端部（Ｌ
２
）に沿って前記長手軸線（Ｌ）の方向に配置されており、
前記端部（Ｌ ２ ）は、前記締結部（１２ｃ）に対して前記パッキンシール（１２）の反対側の端に位置する、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項13】
前記パッキンシール（１２）は、前記パッキンシール（１２）の外部ケーシング（１２ｅ）の内部と、前記磁気軸受（１３）のコイルコア（１３ａ、１３ｃ）の内部と、のうちの少なくとも一方に延在する冷却チャンネル（１２ｌ）を備えている、
請求項１～１２のいずれか１項に記載のパッキンシール。
【請求項14】
請求項１～１３のいずれか１項に記載の前記パッキンシール（１２）を備えている、ピストン圧縮機。
【請求項15】
ピストン圧縮機（１）を運転する方法であって、前記ピストン圧縮機（１）はシリンダ（７）内で長手軸線（Ｌ）の方向に往復動するピストン（３）を備えており、
前記ピストン（３）はピストンロッド（１６）を介して駆動されており、
前記ピストン圧縮機（１）はパッキンシール（１２）を備えており、前記パッキンシール（１２）は制御可能にした磁気軸受（１３）とシールとを備えており、
前記ピストンロッド（１６）は前記パッキンシール（１２）を通って延在しており、
少なくとも前記長手軸線（Ｌ）に対して垂直に作用する制御可能にした磁力（Ｆｍ）は、制御可能にした前記磁気軸受（１３）を介して前記ピストンロッド（１６）に作用しており、
前記ピストンロッド（１６）は前記シールにおいてチャンバーリング（１２ａ）によってシールされており、前記チャンバーリング（１２ａ）は前記チャンバーリング（１２ａ）の中に配置されたシールリング（１２ｂ）を有しており、
前記ピストンロッド（１６）は前記ピストン（３）と前記磁気軸受（１３）との間でシールされており、
前記ピストンロッド（１６）が前記磁気軸受（１３）によって前記長手軸線（Ｌ）に対して径方向に移動する結果、シリンダ内面上に支持された前記ピストンの接触力は減少し、
前記ピストンロッド（１６）は前記シールリング（１２ｂ）に対して軸受けされ、
前記シールリング（１２ｂ）は前記チャンバーリング（１２ａ）に対して前記長手軸線（Ｌ）に対して径方向に変位する、
方法。
【請求項16】
前記ピストン圧縮機（１）の状態変数（Ｚ）は検出されており、前記磁力（Ｆｍ）は前記状態変数（Ｚ）の関数として制御されており、結果、力（Ｆｈ）は前記ピストンロッド（１６）を介して前記ピストン（３）に作用する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記状態変数（Ｚ）は前記パッキンシール（１２）内で測定されており、制御可能にした前記磁気軸受（１３）は前記ピストンロッド（１６）を介して前記シリンダ（７）内の前記ピストン（３）の位置に対してセンタリング方式で作用する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記ピストン圧縮機のシリンダ（７）内で前記長手軸線（Ｌ）の方向に往復動するピストン（３）をセンタリングするべく、請求項１～１３のいずれか１項に記載のパッキンシール（１２）を使用する方法。
【請求項19】
前記ピストン圧縮機のシリンダ（７）内で前記長手軸線（Ｌ）の方向に往復動するピストン（３）がシリンダ内面に及ぼす接触力を低減するべく、
請求項１～１３のいずれか１項に記載のパッキンシール（１２）を使用する方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
この問題は、請求項１の特徴を有するピストン圧縮機用のパッキンシールによって解決される。装置の従属請求項は、さらなる有利な実施形態に関する。この問題は、請求項１５の特徴を有する方法によってさらに解決される。方法の従属請求項は、さらなる有利な方法ステップに関する。
【国際調査報告】