特表 2024-500711 ピストン圧縮機のスロットル配置

(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】2024-01-10

(54)【発明の名称】ピストン圧縮機のスロットル配置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3268 20160101AFI20231227BHJP

   F16J 15/3248 20160101ALI20231227BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20231227BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20231227BHJP

【ＦＩ】

F16J15/3268

F16J15/3248

F16J15/18 A

F04B39/00 104D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023536398

(86)(22)【出願日】2021-12-21

(85)【翻訳文提出日】2023-06-15

(86)【国際出願番号】 EP2021087092

(87)【国際公開番号】W WO2022136433

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】20217155.9

(32)【優先日】2020-12-23

(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】ファイステル、ノルベルト

【テーマコード（参考）】

3H003

3J043

【Ｆターム（参考）】

3H003AA02

3H003AC01

3H003BC03

3H003CB01

3H003CB08

3H003CE04

3J043AA13

3J043BA01

3J043CA05

3J043CA08

3J043CB04

3J043CB06

3J043CB14

3J043CB20

3J043DA20

(57)【要約】

軸方向（Ａ）に移動可能なピストン圧縮機（２０）におけるボディの摺動面（９）がシールされる。シールディスクホルダ（３）は、軸方向（Ａ）に延びる第１脚部（４）と、軸方向（Ａ）に対して横方向に延びる第２脚部（５）と、を有するＬ字形の径方向断面を有する。第１脚部（４）の軸方向高さ（Ｈ_４）は、軸受面（６）に積層された複数のシールディスク（２）が使用時に軸方向の遊びを有するように選択される。境界面（８）とシールディスク（２）との間に形成される第１環状間隙（ＲＳ１）は、ガス通路開口部（７）によって高圧側（１ａ）に流体接続される。シールされるボディの摺動面（９）とシールディスク（２）との間に第２環状間隙（ＲＳ２）は形成される。第２環状間隙（ＲＳ２）の摩耗関連の拡大は、第１環状間隙（ＲＳ１）の径方向幅によって制限される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向（Ａ）に移動可能なボディの摺動面（９）をシールするための、特にピストン圧縮機（２０）のピストンロッド（２１）またはピストン（２８）の摺動面（９）をシールするための、スロットル配置（１）であって、
前記スロットル配置（１）は、使用時に圧縮室側の高圧側（１ａ）と、クランク駆動側の低圧側（１ｂ）と、を備えており、
前記スロットル配置（１）は複数の環状のシールディスク（２）と、シールディスクホルダ（３）と、を備えており、
前記シールディスクホルダ（３）は、前記軸方向（Ａ）に延びている第１脚部（４）と、前記軸方向（Ａ）に対して横方向に延びている第２脚部（５）と、を有しているＬ字形の径方向断面を有しており、
前記第１脚部（４）および前記第２脚部（５）は、共に前記Ｌ字形の径方向断面を形成しており、
前記第２脚部（５）は環状設計であり、前記第２脚部（５）は前記高圧側（１ａ）の方向を向く軸受面（６）を有しており、前記軸受面（６）上には前記シールディスク（２）同士が前記軸方向（Ａ）において互いに重なって配置されており、
前記第１脚部（４）は円筒状であり、前記第１脚部（４）は前記第２脚部（５）の外周または内周に沿って前記軸受面（６）から前記高圧側（１ａ）の方向に延びており、
前記第１脚部（４）の軸方向高さ（Ｈ_４）は、前記軸受面（６）に積層された前記シールディスク（２）同士が使用時に前記軸方向（Ａ）の遊びを有しているように選択されており、
前記第１脚部（４）は、複数のガス通路開口部（７）を有しており、
前記第１脚部（４）は、前記シールディスク（２）の方向に向く境界面（８）を有しており、
前記シールディスク（２）が前記第１脚部（４）およびシールされる前記ボディとで同軸に整列されるとき、前記境界面（８）と前記シールディスク（２）同士との間には第１環状間隙（ＲＳ１）が各々の場合に形成されており、前記第１環状間隙（ＲＳ１）は複数の前記ガス通路開口部（７）によって前記高圧側（１ａ）に流体的に接続されており、
第２環状間隙（ＲＳ２）は、各場合において、シールされる前記ボディの前記摺動面（９）と、前記シールディスク（２）同士と、の間に形成されており、摩耗に関連する前記第２環状間隙（ＲＳ２）の拡大は、前記第１環状間隙（ＲＳ１）の径方向幅によって本質的に制限されている、
スロットル配置（１）。

【請求項2】

前記第１環状間隙（ＲＳ１）の径方向幅は、各場合において１ｍｍを超えない、
請求項１に記載のスロットル配置（１）。

【請求項3】

前記ガス通路開口部（７）同士は、前記第１脚部（４）の軸方向高さ（Ｈ_４）の全体にわたって延びている、
請求項１または２に記載のスロットル配置（１）。

【請求項4】

前記ガス通路開口部（７）同士は、前記第１脚部（４）の周方向（Ｕ）に均一に分散して配置されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項5】

前記ガス通路開口部（７）同士の面積の合計と、前記ガス通路開口部（７）同士の面積を備えている境界領域（８）と、の比は１：２～１：４の間であり、好ましくは１：２．８～１：３の間である、
請求項１～４のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項6】

前記第１脚部（４）は、８つの前記ガス通路開口部（７）を備えている、
請求項１～５のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項7】

前記シールディスクホルダ（３）同士は一体的に形成されており、前記シールディスクホルダ（３）は前記スロットル配置（１）の乾式走行運転において良好な緊急走行特性を有している材料で好ましくは作られており、
特に前記シールディスクホルダ（３）は、本質的に純または充填高温ポリマーで、純または充填繊維複合材料で、または金属で、作られている、
請求項１～６のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項8】

前記シールディスク（２）同士の数は少なくとも３つであり、好ましくは丁度５つである、
請求項１～７のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項9】

前記シールディスク（２）同士は、一体的かつエンドレスに形成されている、
請求項１～８のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項10】

前記シールディスク（２）同士の軸方向高さ（Ｈ_２）は、１ｍｍ～５ｍｍの間であり、好ましくは２．４ｍｍ～２．６ｍｍの間である、
請求項１～９のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項11】

前記シールディスク（２）同士は、互いに異なる材料で作られており、
前記シールディスク（２）同士に使用される材料の弾性率は、前記低圧側（１ｂ）の方向に優先的に増加する、
請求項１～１０のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項12】

前記シールディスクホルダ（３）内の前記シールディスク（２）同士のうちの少なくとも１つは、好ましくは全ての前記シールディスク（２）は、他のシールディスク（２）とは異なる軸方向高さ（Ｈ_２）を有している、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）。

【請求項13】

前記シールディスク（２）同士の軸方向高さ（Ｈ_２）は、前記低圧側（１ｂ）の方向に増加する、
請求項１２に記載のスロットル配置（１）。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１項に記載の少なくとも１つのスロットル配置（１）を有している、
ピストン圧縮機（２０）、特に乾式走行ピストン圧縮機（２０）。

【請求項15】

請求項１４に記載のピストン圧縮機（２０）において、特に動圧差に関して、前記ピストンロッド（２１）または前記ピストン（２８）をシールするための、
請求項１～１３のいずれか１項に記載のスロットル配置（１）の使用。

【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スロットル配置（アレンジメント、配列、構成）に関する。本発明はさらに、このようなスロットル配置を備えているピストン圧縮機と、ピストン圧縮機におけるこのようなスロットル配置の使用と、に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機、特にピストン圧縮機、は液体または気体の圧縮のために標準的に使用されている。圧縮される媒体の不所望なあるいは無秩序な流出を防ぐべく、あるいは少なくともそれを最小限に抑えるべく、圧縮室はその周囲からできるかぎりよく密閉されなければならない。ピストンロッドがシリンダ内部を通過する領域は、通常、いわゆるピストンロッドパッキンで密閉（シール、封止）される。このピストンロッドパッキンは、ピストンロッドの軸方向で互いに後ろに配置された複数のシール要素を備えて構成されている。

【0003】

スロットルリングは、ピストンロッドパッキンの圧縮室に面した端部に配置されていることで、動圧ピークの低減を図るピストンロッドシール要素である。動圧成分、すなわち、クランクシャフトが１回転する間にゼロから最大値までの間で変化する圧縮圧力と吸引圧力との間の差、は実際のシール要素を破壊から保護するべくそれら実際のシール要素から遠ざけられなければならない。

【0004】

先行技術から知られているスロットルリングは、通常、最初から摩擦のないシール要素として設計されているか、あるいは、摩擦のない（フリクションレス）シール要素として、低い慣らし運転（ランイン）摩耗を有しているように設計されている。そのようなスロットルリングは、例えば、特許文献１から知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】スイス国特許発明第４３９８９７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、一般的な摩擦のないスロットルリングは、動圧成分のシールにはほとんど寄与しないという欠点がある。よって、下流に配置された実際のシール要素は、急速に摩耗することになる。さらに、運転中にスロットルリングとその相手方との間で接触があると、スロットルリングと相手方との間の最小間隙は、摩耗に関連して増加する。その結果、スロットルリングのシール機能がさらに低下するとともに、最終的には失われる。

【0007】

本発明は、前述の先行技術に基づき、先行技術のこのようなおよびさらなる欠点を少なくとも低減することを目的とする。特に、公知のスロットルリング設計とで比較して改善されたシール機能を有しているとともに、より長い耐用年数を可能にする、冒頭に述べたタイプのスロットル配置を規定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的は、独立請求項の特徴を有している、スロットル配置と、そのようなスロットル配置を備えているピストン圧縮機と、および、ピストン圧縮機におけるそのようなスロットル配置の使用と、によって特に動圧成分の封止のために解決される。有利な設計およびさらなる開発は、従属請求項の主題である。

【0009】

この目的は、特に、軸方向に移動可能なピストン圧縮機のボディ（体）の摺動面をシールするためのスロットル配置（絞りアレンジメント）によって解決される。スロットル配置は、使用時に、圧縮室側の高圧側と、クランク駆動側の低圧側と、を有している。本発明によるスロットル配置は、複数の環状のシールディスクと、シールディスクホルダと、を備えて構成されている。シールディスクホルダは、軸方向に延びている第１脚部と、軸方向に対して横方向に延びている第２脚部と、によって形成されるＬ字状の径方向断面を有している。第２脚部は円環状である。第２脚部は、高圧側方向を向く軸受面を有している。その軸受面上には、シールディスク同士が軸方向に重ねて配置される。第１脚部は円筒形である。第１脚部は、第２脚部の外周または内周に沿って、軸受面から高圧側の方向に延びている。第１脚部の軸方向高さは、軸受面に積層されるシールディスク同士が使用時に一定の軸方向のクリアランスを有しているように、選択される。その結果、シールディスク同士は軸方向にクランプされないので、したがって軸方向に対して横方向に移動可能にされている。また、第１脚部は、複数のガス通路開口部と、シールディスク同士の方向に面する境界面と、を有している。シールディスク同士が第１脚部および被封止体（密封されるべきボディ）とで同軸に整列されるとき、各場合において境界面とシールディスク同士との間には、第１環状間隙（アニュラギャップ、円環隙間）が形成されている。この第１環状間隙は、ガス通路開口部を介して、高圧側に流体的に接続されている。第２環状間隙は、各場合において、被封止体の摺動面と、シールディスク同士と、の間に形成されている。摩耗に関連する第２環状間隙のサイズの増加は、本質的に第１環状間隙の径方向幅（径方向寸法）によって制限される。

【0010】

本発明によるスロットル配置のシールディスクホルダは、したがって、シールディスク同士が一種の直列接続で互いの座面を上にして横たわることで、シールディスクパックを形成するシールディスクマガジンである。典型的には、スロットル配置の非運転状態における第２環状間隙の径方向幅は、第１環状間隙の径方向幅よりも小さい。したがって、慣らし運転（ランイン）処理の間、運転中にシールディスク同士と、被封止体と、の間の接触によって生じるいくらかの摩耗は、シールディスク同士が境界面によってさらなる摩耗から防止される前に、摺動面に面したシールディスク同士の表面で許容される。言い換えれば、シールディスクホルダは、個々のシールディスク同士が、第１環状間隙によって規定される径方向の距離よりも大きくは、慣らし運転状態において互いに相対的に移動できないことを保証している。したがって、第２環状間隙のさらなる拡大を防止するか、少なくとも大幅に抑制する。本発明によるスロットル配置は、乾式運転ピストン圧縮機のピストンロッドまたはピストンをシールするのに特に適している。また、長期間にわたって一定の良好なシール効果を有しているシール要素が要求される、水素などの非常に軽いガスを圧縮する場合にも、本発明によるスロットル配置は使用することが可能にされている。

【0011】

シール効果は、シールディスク同士の互いに異なる位置に起因する。よって、先行技術から知られているスロットルリングとは対照的に、シール効果の劣化に直接つながることなく、個々のディスクの摩耗を制限することができる。しかしながら、個々のシールディスク同士の過度の摩耗は、十分な流動抵抗を示さない直線的な流路を有しているより多くの配置の形成につながり得る。よって、径方向の摩耗を制限することは絶対的に必要である。

【0012】

このため、本発明に係るスロットル配置の好ましい実施形態では、第１環状間隙の径方向幅は、したがって、シールディスクホルダにおけるシールディスク同士の実質的に最大許容径方向クリアランスは、各々の場合において、１ｍｍ以下である。

【0013】

シールディスクホルダのガス通路開口部の数、位置、および形状、は各々の要求に応じて変化させることができる。
本発明によるスロットル配置の好ましい実施形態では、ガス通路開口部は、シールディスクホルダの第１脚部の軸方向高さ全体にわたって延びている。よってこのことは、高圧側のガス圧が、シールディスクパックの軸方向高さ全体に沿って、すなわちシールディスクホルダ内の各シールディスク同士で、有効であることを保証する。

【0014】

代替的にまたは追加的に、本発明によるスロットル配置では、ガス通路開口部同士は、シールディスクホルダの第１脚部の周方向に均等に配置されている。これによって、高圧側のガス圧はシールディスク同士の外周方向全体に沿って有効であるので、シールディスク同士に偏った負荷がかからないようにすることができる。

【0015】

本発明によるスロットル配置のさらに好ましい実施形態では、ガス通路開口部同士の面積の合計と、境界面積と、すなわちガス通路開口部の面積を備えている面積と、の比は１：２～１：４である。好ましくは、ガス通路開口部同士の面積の合計と、境界部と、の比は１：２．８～１：３の間である。指定された値範囲は、シールリングホルダの機械的安定性と、特にシールディスクホルダにおけるシールディスク同士の径方向クリアランスの制限と、および、シールディスク同士に対する高圧側からのガス圧力の有効性と、の間の特に好ましい妥協点を表す。シールディスク同士の径方向クリアランスの最適な制限は、使用中のシールディスク同士と移動ピストンロッドとの間の接触を減らしているので、シールディスク同士の摩擦関連の摩耗を最小化する。

【0016】

本発明によるスロットル配置のさらに好ましい実施形態では、シールディスクホルダの第１脚部は、８つのガス通路開口部を有している。好ましくは、８つのガス通路開口部は、第１脚部の軸方向高さ全体にわたって延びているとともに、第１脚部の周方向に均等に分布している。結果として生じる対称性は、圧力が特に均一にスロットル配置に作用することによって、スロットル配置の耐用年数を増加させることを意味する。

【0017】

スロットル配置が使用されるピストン圧縮機の設計に応じて、本発明によるスロットル配置は、乾式運転（ドライランニング）または油潤滑式にすることができる。乾式運転のスロットル配置の場合、少なくともシールディスク同士は乾式運転特性を有していなければならない。作動中（運転中）にシールディスクホルダが、被封止体（封止されるべきボディ）の摺動面にも接触する場合、シールディスクホルダの少なくとも第２脚部が、乾式走行性（乾走性）を有していると好ましい。

【0018】

本発明によるスロットル配置のさらに好ましい実施形態では、シールディスクホルダは、一体に形成されている、すなわち１つの部品を備えて構成されている。好ましくは、シールディスクホルダは、スロットル配置のドライランニングオペレーション（乾式走行運転）において良好な緊急走行特性（エマージェンシーランニングプロパティ）を有している材料で作られている。このようなシールディスクホルダは、特に高い安定性を有しているとともに、本発明によるスロットル配置の極めて長い耐用年数を可能にする。

【0019】

好ましくは、シールディスクホルダは、純粋または充填された高温ポリマー、純粋または充填された繊維複合材料、または非常に高い圧力差の場合には青銅（ブロンズ）などの金属、で作られる。

【0020】

好適な高温ポリマーは、純粋または充填されたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、純粋または充填されたポリイミド（ＰＩ）、純粋または充填されたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または純粋または充填されたエポキシ、を備えている。

【0021】

好適な繊維複合材料は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。炭素繊維強化プラスチックＣＦＲＰは、炭素繊維がプラスチックマトリックスに、例えばポリエーテルエーテルケトンＰＥＥＫまたはエポキシに、埋め込まれた複合材料である。マトリックス材料は、繊維同士を結合させるだけでなく、間隙を埋めるためにも使用される。他の熱硬化性プラスチックや熱可塑性プラスチックも、マトリックス材料として適している。

【0022】

使用するプラスチックには、カーボン、グラファイト、ガラス繊維、ＭｏＳ_２、および／またはガラス繊維、などの無機充填材を添加することで、物理的、機械的、および／またはトライボロジー特性、を改善している。よって、特に乾式走行（ドライランニング）特性を付与することができる。

【0023】

好適な金属としては、アルミニウム、鉛、または錫ブロンズのようなブロンズ材料、および真鍮、のような材料が挙げられる。
個々のシールディスク同士の径方向のクリアランスの枠組みの中で、これらシールディスク同士は、受入空間内の境界面に対する全てのシールディスク同士の同軸の整列に対してズレることがある。この変位は、各シールディスク同士で互いに異なって発生している。シールディスク同士に作用する動圧成分によって、ピストンロッドとの間隙の幅が変化する。すべてのシールディスク同士の組み合わせによって、一種の動的ラビリンスシールが形成されている。この動的ラビリンスシールによって流れ抵抗が増加する。特に動圧成分に関して、スロットル配置のシール効果が改善される。

【0024】

流れ抵抗は、同軸方向とは異なる、シールディスク同士の互いに対するランダムな配向から生じる。よって、本発明によるスロットル配置におけるシールディスク同士の数は、少なくとも３つであるべきである。好ましくは、本発明によるスロットル配置におけるシールディスク同士の数は、丁度５つである。この数のシールディスク同士は、特に効率的な流れの転換（ダイバージョン、迂回）を保証している。同時に、スロットル配置の軸方向の高さをコンパクトに保つことができる。

【0025】

本発明によるスロットル配置におけるシールディスク同士の直列接続によれば、個々のシールディスク同士は、必ずしも可能な限り最高の封止効果を有する必要はない。なぜなら、先に述べたように、スロットル配置の封止効果は、複数のシールディスク同士の組み合わせと、スロットル配置におけるシールディスク同士の連続した後列配置による流れ抵抗の増大と、に基づくからである。

【0026】

しかしながら、本発明によるスロットル配置のシールディスク同士が単一ピース（ワンピース）として形成されているとともに、エンドレスであると有利である。これによって、シールディスク同士は、動圧差を有している負荷に関して、特に堅牢な方法で製造することができる。

【0027】

本発明によるスロットル配置の好ましい実施形態では、シールディスク同士は、１ｍｍ～５ｍｍの間の軸方向高さを有している。好ましくは、シールディスク同士の軸方向高さは２．４ｍｍ～２．６ｍｍの間である。これによって、スロットル配置を軸方向において特にコンパクトにすることができる。

【0028】

スロットル配置内では、高圧側から低圧側に向かって、すなわち、シールディスクホルダにおいて最上位に配置されたシールディスクから、受圧室の底面上に支持されたシールディスクに向かって、圧力が低下する。シール間隙内の圧力、すなわち第２環状間隙内の圧力は、低圧側の方向に減少する。一方で、シールディスク同士の外周面に作用する圧力は、すなわち第１環状間隙内の圧力は、一定である。よって、スロットル配置における上部に配置されたシールディスクの外周面と内周面には、同じ圧力がかかる。一方、スロットル配置における下部に配置されたシールディスクの外周面と内周面には、最大の圧力差が存在する。圧力差に起因する径方向のシールディスクの弾性塑性変形によって、シール間隙が小さくなる。さらに、他のシールディスクとで比較して、最も低いシールディスクの摩耗可能性が高くなり得る。

【0029】

シールディスク同士にかかるこの異なる負荷を考慮するべく、本発明によるスロットル配置の好ましい実施形態におけるシールディスク同士は、互いに異なる材料で作られている。弾性率（またはヤング率）は、材料工学の材料パラメータである。弾性率（またはヤング率）は、線形弾性挙動の場合、固体物の変形中の応力と歪みとの間の比例関係を記述する。弾性係数は、材料の弾性変形に対する抵抗が大きくなるにつれて大きくなる。弾性係数は、通常、プラスチックの材料サンプルの引張試験で決定される。この場合、初期断面が既知であるサンプルを、引張試験機にクランプしてから引張力Ｆを負荷する。引張力を、一定時間かけて増加させる。引張力が増加するにつれて、発生する長さの変化ΔＬに対してプロットされる。引張試験の試験方法は、例えば、ＥＮ＿ＩＳＯ＿５２７－１／－２に規定されている。

【0030】

本発明によるスロットル装置の下部に配置されたシールディスクは、最も大きな圧力差を経験する。したがって、シールディスク同士に使用される材料の弾性係数は、低圧側の方向に好ましくは（優先的に）増加する。この対策によって、スロットル装置の流れ抵抗と耐用年数をさらに向上させることができる。例えば、本発明によれば、上部に配置された１つまたは複数のシールディスクには、比較的柔らかい材料、例えば充填ＰＴＦＥを使用している。次いで中間領域には、高温ポリマー、例えばＰＥＥＫ、ＰＰＳ、またはＰＩ、で作られた１つまたは複数のシールディスクを配置している。最後に下部領域には、高い強度を有している材料、例えば青銅またはセラミックでできた１つまたは複数のシールディスクを配置することが考えられ得る。もちろん、単一のシールディスクに互いに異なるポリマー同士を混合して使用すること、および／または、例えばドライランニング特性を改善するべく充填剤（フィラー）を使用すること、も本発明にしたがって考えられる。

【0031】

より高い弾性係数を特徴とする、より硬いディスクが、この組み合わせにおいて依然として十分な弾性塑性変形をしないことを保証する。そうするべく、シールディスクホルダ内の複数のシールディスクのうちの少なくとも１つ、好ましくは全てのシールディスク、が他のシールディスクとは異なる軸方向の高さを有している場合、本発明によれば好ましい。

【0032】

本発明によるスロットル配置の好ましい実施形態では、シールディスク同士の軸方向高さは、低圧側の方向で増加する。シールディスク同士の軸方向寸法の増加は、各々のシールディスクの外周面積の増加をもたらしている。したがってガス圧の効果が大きくなるので、それによって改善された封止効果が達成される。

【0033】

この目的は、本明細書に記載の少なくとも１つのスロットル配置を備えているピストン圧縮機、特に乾式走行（ドライランニング）式ピストン圧縮機、によってさらに解決される。

【0034】

この目的は、特に動的圧力差に関して、ピストンロッドまたはピストンをシールするための、本明細書に記載のスロットル配置の使用によってさらに解決される。
本発明の様々な実施形態を、図面を参照して以下に説明する。ここで、同一または対応する要素には、一般的に同一の参照符号が付されている。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1a】本発明に係るスロットル配置の、第１実施形態の上面図。

【図1b】図１ａの線Ｂ－Ｂに沿った、スロットルアセンブリを通る長手方向の断面図。

【図2a】図１ａのシールディスクホルダの上面図。

【図2b】図２ａの線Ｂ－Ｂに沿った、シールディスクホルダを通る縦断面図。

【図3a】図１ａのシールディスクの上面図。

【図3b】図３ａの線Ｃ－Ｃに沿った、シールディスクを通る縦断面図。

【図4】ピストンロッドを有している、図１ａからの本発明によるスロットル配置の半分を示す、ピストン圧縮機を通る長手方向の断面図。

【図5】本発明によるスロットル配置を備えているピストン圧縮機の、ピストンロッドパッキンを通る縦断面図。

【図6a】本発明によるスロットル配置の、第２実施形態の上面図。

【図6b】図６ａの線Ｃ－Ｃに沿った、スロットルアセンブリを通る長手方向の断面図。

【図7】シリンダトレッド（シリンダ溝）を有している、図６ａの本発明によるスロットル配置の半分を示す、ピストン圧縮機を通る長手方向の断面図。

【図8】本発明による複数のスロットル配置を有している、ピストンの側面図。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１ａは、シールディスクホルダ３と複数のシールディスク２と、を備えている本発明によるスロットル配置１の第１実施形態の上面図を示している。よって、示された上面図に従って、軸方向Ａで最も上に配置されたシールディスクのみが、この再表現で見える。シールディスクホルダ３は、図１ｂで以下に見ることができるように、径方向ＲにＬ字形の径方向断面を有している。シールディスクホルダ３は、軸方向Ａに延びている（走る）第１脚部４と、軸方向Ａに対して横方向に延びている第２脚部５と、を備えている。第２脚部５は環状設計である。第２脚部５は、複数のシールディスク２を軸方向Ａに互いに重ねて配置する軸受面６を有している。第１脚部４は円筒形状であり、第２脚部５は円環形状である。第１脚部４は円筒形であり、第２脚部５の外周に沿って周方向Ｕに、かつ軸受面６からシールディスク２の方向に、延びている。また、第１脚部４は、シールディスク２に面する側に境界面８を有している。この境界面８は、均一に分布した８個のガス通路開口部７によって、周方向Ｕに中断されている。

【0037】

図１ｂは、図１ａの交差点Ｂ－Ｂの線に沿って、図１ａに示すスロットル配置１を通る縦断面を示す。軸方向Ａに互いに重なっている合計５枚のシールディスク２ａ～２ｅが見られる。シールディスク２ａ～２ｅ同士は、高圧側１ａからシールディスクホルダ３に挿入することができる。シールディスクホルダ３に配列された最も下部のシールディスク２ｅは、当該シールディスク２ｅのフランクを低圧側１ｂの方向に向けた状態で、シールディスクホルダ３の軸受面６に載っている。第１脚部４に対して、第２脚部５は、この実施形態では径方向内方を向いている。その結果、円筒状の第１脚部４は、第２脚部５の外周に沿って、すなわち軸受面６から、高圧側１ａの方向に積層されたシールディスク２ａ～２ｅの軸方向の全高よりも若干高い範囲にわたって、延びている。この実施形態例では、第１脚部４と境界面８とは１３ｍｍである軸方向高さＨ_４を有している。シールディスク２ａ～２ｅの各々の軸方向高さは２．５ｍｍである。第１脚部４の軸方向高さＨ_４と、積層されたシールディスク２ａ～２ｅの軸方向高さ同士の和と、の間の差によって、図示の実施形態例では、シールディスクホルダ３におけるシールディスク２の軸方向クリアランスが０．５ｍｍとなる。したがって、以下に詳細に説明するように、使用時にシールディスク２が径方向に移動可能にされていることが保証されている。

【0038】

図２ａは、図１ａに示すスロットル配置（絞りアレンジメント）１のシールディスクホルダ３の上面図である。シールディスクホルダ３は、軸受面６を有している円形の第２脚部５を備えている。この軸受面６は、ピストンロッド（図示せず）を受け入れるために軸方向Ａに延びているホルダ中央貫通開口部１３を有している。ホルダ中央貫通開口部１３は、第２脚部５の内周面１４によって画定されている。シールディスクホルダ３はさらに、第２脚部５の外周に沿って外延している第１脚部４を備えている。第１脚部４は、径方向Ｒの内方を向く境界面８を有している。この境界面８は、シールディスク（図示せず）のための受入空間を画定している。第１脚部４は、周方向Ｕに均一に分散して配置された８つのガス通路開口部７によって、中断されている。境界面８は、８つのガス通路開口部７によって、８つの境界面セグメント（８）に細分化されている。２つの互いに隣接する境界面セグメント（８）同士の中心同士間の中心角は、各々の場合で４５°である。

【0039】

図２ｂは、図２ａの交差点Ｂ－Ｂの線に沿って、図２ａに示すシールディスクホルダ３を通る縦断面を示す。図示の実施形態では、内周面１４によって規定される第２脚部５のホルダ中央貫通開口部１３の内径Ｄ_１３は、５０ｍｍである。境界面セグメント（セグメンテーション）（８）同士によって画定される受入空間Ｄ_８の明確な直径は、６９ｍｍである。第１脚部４は、１３ｍｍの軸方向高さＨ_４を有しているとともに、８つのガス通路開口部７によって周方向に中断されている。各ガス通路開口部７は、第１脚部４の軸方向高さＨ_４全体にわたって延びているとともに、約１９ｍｍの円弧長Ｂ_７を有している。このようにして得られた個々の境界面セグメント（８）の円弧長Ｂ_８は、約１０ｍｍである。指定された円弧長は、高圧側１ａに面する境界面８の側（サイド）に沿って測定される。

【0040】

図３ａは、図１ａに示すスロットル配置１からの、シールディスク２の上面図である。シールディスク２は、一体的（ワンピース）に形成されている。シールディスク２は、周方向Ｕにエンドレスである。シールディスク２は、ピストンロッド（図示せず）を受け入れるための軸方向Ａのシール中央貫通開口部１２を有している。しかしながら、本発明によるスロットル配置の第２実施形態について以下に詳述するように、環状のシールディスク２のシール中央貫通開口部１２は、代替的に、シールディスクホルダ３の円筒状の第１脚部４を受け入れる役割も果たし得る。シールディスク２は、径方向Ｒの外方を向く外周面１０と、径方向内方を向く内周面１１と、を有している。内周面１１は、軸方向Ａに対して横方向に、シールディスク２のシール中央貫通開口部１２を画定している。

【0041】

図３ｂは、図３ａの交差点Ｃ－Ｃの線に沿って、図３ａに示すシールディスク２を通る縦断面を示す図である。シールディスク２では、軸方向の高さＨ_２が２．５ｍｍであり、シールディスク２の外周面１０に対する外径Ｄ_２が６８ｍｍである。内周面１１によって囲まれたシール中央貫通開口部（中央通路開口部）１２の明確な直径Ｄ_１２は、５０ｍｍである。

【0042】

図４は、図１ａからの本発明によるスロットル配置１を通る縦断面を示している。この表現では、スロットル配置１の半分と、ピストンロッド２１の半分と、のみが見えている。個々のシールディスク２ａ～２ｅ、円筒状の第１脚部４、および、被封止体（シールされるべきボディ）すなわちこの実施形態ではピストンロッド２１、は図示の描写において互いに同軸に整列されている。その結果、境界面８と、シールディスク２ａ～２ｅの外周面１０ａ～１０ｅと、の間には、各場合において第１環状間隙ＲＳ１ａ～ＲＳ１ｅが形成されている。これら第１環状間隙ＲＳ１ａ～ＲＳ１ｅは、ガス通過開口部（図示せず）を介して、高圧側１ａに流体的に接続されている。また、ピストンロッド２１の摺動面９と、シールディスク２ａ～２ｅの内周面１１ａ～１１ｅと、の間には各々第２環状間隙ＲＳ２ａ～ＲＳ２ｅが形成されている。第２環状間隙ＲＳ２ａ～ＲＳ２ｅの径方向幅は、図示の実施形態例では第１環状隙ＲＳ１ａ～ＲＳ１ｅの径方向幅の約１／５としての０．１ｍｍである。新しい状態において、すなわち、シールディスク２ａ～２ｅが引っ込む前である一定期間において、シールディスク２ａ～２ｅは、図４に示すように、それらシールディスク２ａ～２ｅの内周面１１ａ～１１ｅが、第２脚部５の中央貫通開口の内周面１４を越えて径方向に突出するように、設計されている。図４に示す実施形態では、シールディスク２ａ～２ｅの内径は、ピストンロッド２１の直径よりも数百分の一ミリメートルまたは数十分の一ミリメートルだけ大きい。運転中にシールディスク２ａ～２ｅと、移動するピストンロッド２１と、が互いに接触することによって、慣らし運転中に内周面１１ａ～１１ｅが摺動面９に突き当たる。よって、突き当たっているシールディスク２ａ～２ｅの各々の内周面１１ａ～１１ｅから、材料が除去される。シールディスク２ａ～２ｅの内径は、したがって第２環状間隙ＲＳ２は、境界面８による径方向のクリアランスの制限によってシールディスク２ａ～２ｅのさらなる摩耗が防止される前に、実質的に第１環状間隙ＲＳ１に対応する径まで連続的に成長する。したがって、本発明によるスロットル配置１の使用においては、シールディスク２ａ～２ｅが第１環状間隙ＲＳ１ａ～ＲＳ１ｅによってさらなる摩耗から防止される前に、まずシールディスク２ａ～２ｅの内周面１１ａ～１１ｅにおけるわずかな摩耗が許容される。

【0043】

図５は、本発明によるスロットル配置１を有している、乾式運転のピストン圧縮機２０のピストンロッドパッキン２２を通る縦断面を示す。ピストン圧縮機２０は、軸方向Ａで長手方向に移動可能なように取り付けられたピストンロッド２１を有している。スロットル配置１が取り付けられるかまたは使用されるときに、シリンダは高圧側１ａに位置しているとともに、ピストンロッド駆動部（クランク駆動側）は低圧側１ｂに位置している。ピストンロッドパッキン２２は、チャンバリング２６の中にシールリング２３を配置した複数のチャンバリング２６を備えている。これらチャンバリング２６同士は、互いに背中合わせに配置されている。図５に示す実施形態では、シールリング２３は各々、カバーリング２４と支持リング２５との間に配置されている。２つの互いに隣接するチャンバリング２６同士の間には、したがって、各々の場合に、ピストンロッド２１の方向において、カバーリング２４、シールリング２３、および支持リング２５、を備えているいわゆるサンドイッチリングが存在する。しかしながら、ピストンロッドパッキン２２の底部に配置されたシール要素で示されるように、支持リングとカバーリングの存在は絶対に必要というわけではない。スロットル配置１は、ピストンロッドパッキン２２の高圧側入口に配置されている。スロットル配置１は、図示の実施形態例では、シールディスクホルダ３において軸方向Ａに互いに重ねて配置された３枚のシールディスク２ａ～２ｃを備えている。スロットル配置１の軸方向Ａの高さは、それによって、スロットル配置１を収容する２つの互いに隣接するチャンバリング２６によって形成される溝の幅（寸法）よりも、幾分小さくなる。従って、スロットル配置１は、これらのチャンバリング２６同士の間に、軸方向Ａの遊びを持って挿入されている。シールディスクホルダ３の第１脚部４が、シールディスクホルダ３内の最上部に配置されたシールディスク２ａの上方にわずかに延びているという事実によるように、シールディスク２ａ～２ｃは、軸受面６と、高圧側のスロットル配置に隣接するチャンバリング２６と、の間ではクランプされていない。したがって、シールディスク２ａ～２ｃは使用時に軸方向Ａのクリアランスを有しているので、使用時にシールディスク２ａ～２ｃの径方向の動きが可能にされている。

【0044】

図６ａは、シールディスクホルダ３と複数のシールディスク２と、を備えている、本発明によるスロットル配置１の第２実施形態の上面図を示している。それによって、示された上面図に従って、軸方向Ａにおいて最も上に配置されたシールディスク２のみが、この再表明で見える。シールディスクホルダ３は、図６ｂで以下に見ることができるように、径方向ＲにおいてＬ字形の径方向断面を有している。シールディスクホルダ３は、軸方向Ａに延びている（走る）第１脚部４と、軸方向Ａに対して横方向に延びている第２脚部５と、を備えている。第２脚部５は環状設計である。第２脚部５は、軸方向Ａにシールディスク２同士を互いに重ねて配置する軸受面６を有している。第１脚部４は円筒形状であり、第２脚部５は円環形状である。第１脚部４は円筒形状であり、第１脚部４は、第２脚部５の内周に沿って周方向Ｕに、軸受面６からシールディスク２の方向に延びている。また、第１脚部４は、シールディスク（シールリングディスク）２に面する側において、周方向Ｕにおけるシリンダジャケットの形をした境界面８を有している。この境界面８は、周方向Ｕにおいて、均一に分布した８個のガス通路開口部７によって中断されている。

【0045】

図６ｂは、図６ａの交差点Ｄ－Ｄの線に沿って、図６ａに示すスロットル配置１を通る縦断面を示す。合計５枚のシールディスク２ａ～２ｅが見られる。これらシールディスク２ａ～２ｅは、軸方向Ａにおいて互いに重ねられている。シールディスク２ａ～２ｅは、高圧側１ａからシールディスクホルダ３に挿入することができる。それによってシールディスクホルダ３の底部に配置されたシールディスク２ｅは、当該シールディスク２ｅのフランクが第２脚部５の軸受面６上において低圧側１ｂの方向に向くように、載る。図示の実施形態では、第２脚部５は、第１脚部４に対して径方向外方を向いている。その結果、円筒状の第１脚部４は、第２脚部５の内周に沿って、すなわち軸受面６から、高圧側１ａの方向に積層されたシールディスク２ａ～２ｅの軸方向高さの全体よりもわずかに大きい範囲にわたって、延びている。第１脚部４の軸方向高さＨ_４は１３ｍｍであり、シールディスク２ａ～２ｅの軸方向高さ（不図示）は各々２．５ｍｍである。第１脚部４の軸方向高さＨ_４と、積層されたシールディスク２ａ～２ｅの軸方向高さ同士の和と、の間の差によって、図示の実施形態ではシールディスクホルダ３におけるシールディスク２ａ～２ｅの軸方向クリアランスが０．５ｍｍとなる。よって、使用時にシールディスク２ａ～２ｅを径方向に確実に移動させることができる。

【0046】

図７は、図６ａおよび図６ｂで上述したように、シリンダ２７と、ピストン２８と、ピストン２８に配置された少なくとも１つのスロットル配置１と、を備えているピストン圧縮機を通る縦断面を示す。ピストン２８は、ビルドピストンとして構成されている。よってピストン２８は、軸方向Ａに連続して配置された複数のピストン体２９を備えている。各ピストン体２９は、内部空間２９ｂを形成するチャンバディスク２９ａを有している。内部空間２９ｂには、スロットル配置１が配置されている。図７において、ピストン圧縮機２０の圧縮室（１ａ）は上部に配置されており、クランクケースすなわち低圧側（低圧部）１ｂは、下部に配置されている。スロットル配置１は、シールディスクホルダ３と、４つの環状のシールディスク２ａ～２ｄと、を備えている。これらのシールディスク２ａ～２ｄは各々、径方向内方に向いた周面１１ａ～１１ｄと、シールディスクホルダ３の境界面８と、の間に第１環状間隙ＲＳ１を形成する。シールディスクホルダ３は、チャンバディスク２９ａに関して軸方向Ａに対して横方向に間隔をあけて配置されているので、内部間隙２９ｃを形成している。図示の実施形態例では、第１脚部４の軸方向高さＨ_４は、内部空間２９ｂの軸方向高さよりもわずかに小さい。それによって内部間隙２９ｃは、図示の図ではさらに上に存在することで見えない高圧側空間（１ａ）に、流体伝達的に連通している。その結果、第１環状間隙ＲＳ１も、第１脚部４のガス通路開口部７（図示の図７では見えない）を介して、高圧側空間（１ａ）に流体的に接続される。ピストン圧縮機２０の運転中に、シールディスク２ａ～２ｄとシリンダ２７の摺動面９とが接触する結果、シールディスク２ａ～２ｄの外周面１０ａ～１０ｄから材料が除去される。したがって、シールディスク２ａ～２ｄの外径が、そしてしたがって、外周面１０ａ～１０ｄと摺動面９との間に存在する第２環状間隙ＲＳ２が、連続して増加することになる。第２環状間隙ＲＳ２が実質的に第１環状間隙ＲＳ１に対応する直径まで成長するとすぐに、境界面８による径方向のクリアランスの制限によって、シールディスク２ａ～２ｄのさらなる摩耗が防止される。したがって、図７に示す本発明によるスロットル配置１の実施形態では、シールディスク２ａ～２ｄが第１環状間隙ＲＳ１ａ～ＲＳ１ｄによってさらなる摩耗から防止される前に、まずシールディスク２ａ～２ｄの外周面１０ａ～１０ｄにわずかな摩耗が許される。

【0047】

図８は、高圧側１ａから出発して、ピストン２８の第１領域Ａ_１において軸方向Ａに互いに間隔をおいて配置された、本発明による４つのスロットル配置１を有しているピストン２８の一例の側面図である。軸方向Ａにおいて、ピストン２８は、その後、第２領域Ａ_２において５つの追加シール要素３０を備えて構成されている。さらに、低圧側１ｂには、ガイドリング３１が配置されている。

【符号の説明】

【0048】

１…スロットル配置。
１ａ…高圧側。
１ｂ…低圧側。

【0049】

２…シールディスク。
３…シールディスクホルダ。
４…第１脚部。

【0050】

５…第２脚部。
６…軸受面。
７…ガス通路開口部。

【0051】

８…境界面。
９…被密封体（被封止体、被シール体）の摺動面。
１０…シールディスクの外周面。

【0052】

１１…シールディスクの内周面。
１２…シールディスクの中央貫通孔。
１３…軸受面６の中央貫通孔。

【0053】

１４…中央貫通孔１３の内周面。
２０…ピストン圧縮機。
２１…ピストンロッド。

【0054】

２２…ピストンロッドパッキン。
２３…シールリング。
２４…カバーリング。

【0055】

２５…支持リング。
２６…チャンバリング。
２７…シリンダ。

【0056】

２８…ピストン。
２９…ピストン体。
２９ａ…チャンバディスク。

【0057】

２９ｂ…内部。
２９ｃ…内部の間隙。
３０…シール要素。

【0058】

３１…ガイドリング。
Ａ…軸方向。
Ｂ_７…ガス通路開口部の円弧長さ。

【0059】

Ｂ_８…境界面セグメントの円弧長さ。
Ｄ_２…シールディスクの外径。
Ｄ_１２…シールディスクの内径。

【0060】

Ｄ_８…受入室の内径。
Ｄ_１３…中央貫通孔１３の内径。
Ｈ_２…シールディスクの軸方向高さ。

【0061】

Ｈ_４…第１脚部の軸方向高さ。
Ｒ…径方向。
ＲＳ１…第１環状間隙。

【0062】

ＲＳ２…第２環状間隙。
Ｕ…周方向。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】