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(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】2024-01-11
(54)【発明の名称】圧縮機、ディスク体およびシール
(51)【国際特許分類】
F04B 39/00 20060101AFI20231228BHJP
F16J 9/08 20060101ALI20231228BHJP
F16J 15/48 20060101ALI20231228BHJP
F16J 15/26 20060101ALI20231228BHJP
F16J 15/16 20060101ALI20231228BHJP
F16J 9/00 20060101ALI20231228BHJP
【ＦＩ】
F04B39/00 104C
F16J9/08
F16J15/48
F16J15/26
F16J15/16 A
F16J9/00 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023561427
(86)(22)【出願日】2021-12-14
(85)【翻訳文提出日】2023-07-26
(86)【国際出願番号】 EP2021085597
(87)【国際公開番号】W WO2022136014
(87)【国際公開日】2022-06-30
(31)【優先権主張番号】102020134381.7
(32)【優先日】2020-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523235611
【氏名又は名称】シュタスコール ゲー・エム・ベー・ハー
(71)【出願人】
【識別番号】523235622
【氏名又は名称】ノイマン ウント エッサー ゲー・エム・ベー・ハー ウント コー． カー・ゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】クラウス フーベアト ホフ
(72)【発明者】
【氏名】ウーヴェ モラワ
(72)【発明者】
【氏名】マーク ランゲラ
【テーマコード（参考）】
3H003
3J043
3J044
【Ｆターム（参考）】
3H003AA02
3H003AC04
3H003BC02
3H003CA01
3J043AA12
3J043BA09
3J043CA03
3J043CA04
3J043CB13
3J043CB20
3J043DA03
3J044AA14
3J044BA01
3J044BA06
3J044CA11
3J044CB37
3J044DA10
(57)【要約】
圧縮機（１０）であって、静止部分（２０）と、主軸線（Ｘ）に沿って往復動する部分（３０）と、静止部分（２０）と往復動部分（３０）との間で軸線方向に延びる漏れ経路（Ｌ）とを備えており、静止部分（２０）と往復動部分（３０）との間には、軸線方向に相前後して配置された、主軸線（Ｘ）の周りに環状に延在する複数のチャンバ（５０）が画定されており、チャンバ（５０）のうちの少なくとも１つの内部に、漏れ経路（Ｌ）を閉じるまたは縮小するシール（６０）が配置されている。この圧縮機（１０）は、２つのチャンバ（５０）を互いに流体接続する少なくとも１つのバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）を有している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮機（１０）であって、静止部分（２０）と、主軸線（Ｘ）に沿って往復動する部分（３０）と、前記静止部分（２０）と前記往復動部分（３０）との間で軸線方向に延びる漏れ経路（Ｌ）とを備えており、前記静止部分（２０）と前記往復動部分（３０）との間には、軸線方向に相前後して配置された、前記主軸線（Ｘ）の周りに環状に延在する複数のチャンバ（５０）が画定されており、
前記チャンバ（５０）のうちの少なくとも１つの内部に、前記漏れ経路（Ｌ）を閉じるまたは縮小するシール（６０）が配置されている、圧縮機（１０）において、
２つの前記チャンバ（５０）を互いに流体接続する少なくとも１つのバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）が設けられていることを特徴とする、圧縮機（１０）。
【請求項2】
前記静止部分（２０）はスリーブ（１２０）であり、前記往復動部分（３０）はピストン（１３０）である、または前記静止部分（２０）はパッキンケーシング（２２０）であり、前記往復動部分（３０）はピストンロッド（２３０）である、請求項１記載の圧縮機（１０）。
【請求項3】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、すぐ隣り合う２つの前記チャンバ（５０）を互いに流体接続している、請求項１または２記載の圧縮機（１０）。
【請求項4】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、２ｍｍ２未満の最小横断面Ｍを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項5】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、前記静止部分（２０）または前記往復動部分（３０）または前記シール（６０）に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項6】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、前記漏れ経路（Ｌ）に追加して設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項7】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、少なくとも１つの孔（７２）により形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項8】
前記ピストン（１３０）または前記パッキンケーシング（２２０）は、軸線方向に相前後して配置された複数のディスク体（４０）を有しており、該ディスク体（４０）は、第１の軸線方向面（１８２，２８２）と、前記ディスク体（４０）に関して反対側に配置された第２の軸線方向面（１８４，２８４）と、半径方向面（１８６，２８６）とを有しており、前記第１の軸線方向面（１８２，２８２）と前記半径方向面（１８６，２８６）との間および／または前記第１の軸線方向面（１８２，２８２）と前記第２の軸線方向面（１８４，２８４）との間に前記孔（７２）が延びている、請求項２から７までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項9】
前記孔（７２）は、少なくとも部分的に前記主軸線（Ｘ）に対して平行に延びている、請求項７または８記載の圧縮機（１０）。
【請求項10】
前記ピストン（１３０）は、円筒形のコア（１５２）と、周方向において前記コア（１５２）を包囲して延在する複数の環状の突出部（１５４）とを有しており、前記孔（７２）は、少なくとも部分的に前記コア（１５２）を貫通して延びている、請求項７から９までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項11】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、前記漏れ経路（Ｌ）の領域に設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項12】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、溝（７８）である、請求項１１記載の圧縮機（１０）。
【請求項13】
前記ピストン（１３０）または前記パッキンケーシング（２２０）は、軸線方向に相前後して配置された複数のディスク体（４０）を有しており、該ディスク体（４０）は、シール面（２８８）を有しており、該シール面（２８８）内に前記溝（７８）が延びている、請求項１２記載の圧縮機（１０）。
【請求項14】
前記孔（７２）内または前記溝（７８）内に、前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の最小横断面Ｍを規定する絞り（７４）が配置されている、請求項７から１３までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項15】
前記絞り（７４）は、前記孔（７２）に螺入された、孔あき板（７６）を備えた螺入部材であるか、または前記溝（７８）に挿入された、孔あき板（７６）を備えた挿入部材である、請求項１４記載の圧縮機（１０）。
【請求項16】
前記絞り（７４）は、多孔質材料を含んでいる、請求項１４または１５記載の圧縮機（１０）。
【請求項17】
前記バイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）が複数設けられており、隣り合う各２つのバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）のうち、当該圧縮機（１０）の高圧側（Ｈ）により近く配置されたバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は、当該圧縮機（１０）の低圧側（Ｎ）により近く配置されたバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の最小横断面Ｍに比べて小さいかまたは等しい最小横断面Ｍを有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載の圧縮機（１０）。
【請求項18】
圧縮機（１０）で使用するために形成されたディスク体（４０）であって、第１の軸線方向面（１８２，２８２）と、当該ディスク体（４０）に関して反対側に配置された第２の軸線方向面（１８４，２８４）と、半径方向面（１８６，２８６）とを備えた、ディスク体（４０）において、前記第１の軸線方向面（１８２，２８２）と前記半径方向面（１８６，２８６）との間および／または前記第１の軸線方向面（１８２，２８２）と前記第２の軸線方向面（１８４，２８４）との間に延びるバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）を特徴とする、ディスク体（４０）。
【請求項19】
前記半径方向面（１８６，２８６）は、内側の半径方向面（２８６）または外側の半径方向面（１８６）である、請求項１８記載のディスク体（４０）。
【請求項20】
圧縮機（１０）で使用するために形成されたディスク体（４０）であって、内側の半径方向面（２８６）と外側の半径方向面（１８６）とを備えたディスク体（４０）において、前記内側の半径方向面（２８６）と前記外側の半径方向面（１８６）との間に延びるバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）を特徴とする、ディスク体（４０）。
【請求項21】
圧縮機（１０）で使用するために形成されたシール（６０）であって、第１の軸線方向の端面（２７２）と、第２の軸線方向の端面（２７４）と、半径方向の内面（２７６）と、半径方向の外面（２７８）とを備えた、シール（６０）において、前記面（２７２，２７４，２７６，２７８）のうちの少なくとも２つの間に延びるバイパス（７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）を特徴とする、シール（６０）。
【請求項22】
圧縮機（１０）における、請求項１８から２０までのいずれか１項記載のディスク体（４０）または請求項２１記載のシール（６０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮機、ディスク体、シールならびに圧縮機におけるディスク体、シールの使用に関する。
【0002】
ピストン圧縮機は、通常、ピストンに続くピストンロッドを備えたピストンを有している。ピストンは、スリーブ内で往復動し、通常、シールとして複数のピストンリングを有しており、これらのピストンリングは高圧側、つまり圧縮室を、低圧側、つまりピストンロッドが始まる所からシールしている。
【0003】
ピストンロッドにも、通常、ピストンロッドパッキンの形態のシールが配置されている。ピストンロッドパッキンは、複数のチャンバディスクを有しており、これらのチャンバディスクは、軸線方向において互いに接触していて、複数のチャンバを形成しており、これらのチャンバ内には、１つまたは複数のシールリングを備えたシールが配置されている。シールリングも同様に、ピストンが位置する高圧側を、圧縮機駆動装置が位置する低圧側からシールしている。
【0004】
ピストンロッド用のシールパッキンは、米国特許第３５４４１１８号明細書から公知である。独国実用新案第９１９００４０号明細書および独国特許出願公開第１０２０１００３４８７０号明細書には、内燃機関の分野のシールが開示されている。
【0005】
ピストン圧縮機は、水素を圧縮するために使用することができる。水素の圧縮は、例えば水素補給ステーションのために必要である。そこで必要とされる圧力は、例えばバス用には４００ｂａｒ、乗用車用には９００ｂａｒであり得る。
【0006】
補給においては、水素の純度が特に極めて重要である。潤滑剤の使用は水素を汚染する可能性があり、これは望ましくない。したがって好適には、非潤滑式のピストン圧縮機を使用することが望ましい（潤滑剤無しの乾式運転）。
【0007】
しかし、大きな圧力差および乾式運転は、極めて高い摩耗につながる。このことは、ピストンに配置されたピストンリングにも、ピストンロッドシール内のシールリングにも当てはまる。シールに使用される材料は、いわゆる限界ＰＶ値を有している。圧力差（ｐ）が大きい場合および／または速度（ｖ）が高い場合には限界値が存在し、この限界値から、摩耗は過度に増大する。したがって、この限界値に達することまたはこの限界値を超えることは望ましくない。
【0008】
水素補給分野では、圧力差が大きいと、これによりピストンの速度が制限され、このことは長時間の補給につながる。
【0009】
本発明の課題は、大きな圧力差および高い速度によるガスの圧縮を可能にする手段を提供することにあった。
【0010】
この課題は、請求項１記載の圧縮機により解決される。
【0011】
圧縮機は、静止部分と、主軸線に沿って往復動する部分と、静止部分と往復動部分との間で軸線方向に延びる漏れ経路とを有している。静止部分と往復動部分との間には、軸線方向に相前後して配置された、主軸線の周りに環状に延在する複数のチャンバが画定されている。少なくとも１つのチャンバ内には、漏れ経路を閉鎖または縮小する、つまり、漏れ経路に沿った漏れを減少させるかまたは防ぐシールが配置されている。この圧縮機は、２つのチャンバを互いに流体接続する少なくとも１つのバイパスが設けられていることを特徴とする。
【0012】
圧縮機は、特にピストン圧縮機である。
【0013】
漏れ経路は、基本的に存在する。それというのも、静止部分と往復動部分とは接触し合っていないからである。シールにより、漏れ経路に沿った漏れが減じられ、従来、開発の焦点は、漏れをより一層減じることに置かれていた。従来のピストンロッドシールの場合には、高圧側Ｈを起点として、動的な圧力成分の低下が主として最初のシールにおいて行われ、かつ静的な圧力成分の低下が主として最後のシールにおいて行われる。ピストンにおけるピストンリングでも同じようになる。つまり、最初のシールと最後のシールとが、最大の負荷に晒されている。
【0014】
発明者らは、特に圧力差が大きい場合には、シールユニット、つまり軸線方向に相前後して配置された複数のチャンバ内の複数のシールから成るユニットにわたり加えられる圧力差（高圧側と低圧側との間の差）を、個々のシールにわたり、より均一に分散することが進歩的である、ということに気付いた。これにより、最初のシールと最後のシールとにおけるシール毎の圧力差（シールの前後の圧力差）が低減される。その結果、規定通りに使用した場合には、どのシールにおいても限界ＰＶ値に達しないように圧縮機を設計することができる。つまり本発明では、漏れ経路自体は引き続き可能な限り良好に閉鎖されると同時に、設計の枠内で具体的に規定された、所定の漏れを可能にするバイパスが設けられる。
【0015】
よって、圧縮機の個々のチャンバ間の１つもしくは複数のバイパスを介した適切な漏れにより、均一な圧力分散が達成される。バイパスは、シールユニットにわたり均一な圧力分散が生じるように設計される。
【0016】
本発明は、圧縮機のピストンに設けられたシールユニットにも、圧縮機のピストンロッドパッキンにも使用され得る。したがって静止部分はスリーブであってよく、往復動部分はピストンであってよい。択一的に、静止部分はパッキンケーシングであってよく、往復動部分はピストンロッドであってよい。
【0017】
均一な圧力分散のためには、バイパスが、すぐ隣り合う２つのチャンバを互いに流体接続していると有意である。これにより、隣り合うチャンバの間にそれぞれ漏れが生ぜしめられ、これにより、圧力差が全てのシールにわたり均一に分散されることになる。
【0018】
漏れは、本来は望ましくないため、バイパスを介して、所定の部分的な圧力補償のために必要な量の漏れのみが可能になる。バイパスを介した漏れは、特にバイパスの最小横断面、つまりバイパスの最も狭い箇所の横断面により規定される。特に圧力差が３００ｂａｒ超の使用領域では、２ｍｍ２未満の最小横断面Ｍ、特に１．５ｍｍ２未満のＭが進歩的であるということが判った。最小横断面Ｍは、好適には０．１ｍｍ２よりも大きい。
【0019】
バイパスは、静止部分、特にパッキンケーシング、または往復動部分、特にピストン内に、またはシール内に設けられてよい。シールにおいては特に、チャンバ間の適切な漏れを可能にする孔および／またはフライス加工部をシールリングまたは支持リングに形成することが考えられる。上述したように、好適には、孔／フライス加工部は、漏れ経路の領域には配置されていない。シールにバイパスが設けられる場合、適切な漏れを達成するために、シールは、好適には剛性の材料（例えば５０００ＭＰａ超の弾性率を有するプラスチックおよび／または金属）から形成される。
【0020】
バイパスは、特に漏れ経路に追加して設けられている。つまり、バイパスは、漏れ経路の部分が形成されない箇所に設けられている。シールリングのところでは、例えば半径方向のシール面に接して漏れ経路の一部が形成される。それというのも、そこには少量の漏れが生じてよいからである。このような場合には、バイパスを、例えば好適にはシールリングを横方向に貫通するように生ぜしめることができるが、ただしシール面の領域に生ぜしめることはできない。
【0021】
バイパスは、好適には少なくとも１つの孔により形成される。孔は、その大きさに関して正確に調整され得、これにより基本的に、孔の直径のみにより、最小横断面ひいては漏れを規定することが可能である。同時に、孔は比較的簡単に製造され得るため、圧縮機の製造コストが大幅に上昇することはない。単一の孔は、基本的に複数の穿孔過程において形成されてもよく、この場合、例えば屈曲部を有していてもよい。つまり、孔は、必ずしも真っ直ぐである必要はない。
【0022】
ピストンは、いわゆる組立式のピストンであるか、または一体のピストン体を備えたピストンであってよい。組立式のピストンは、ピストンディスクの形態の複数のディスク体を有しており、これらのディスク体は、軸線方向に相前後して配置されていて、共に、任意には別のディスク体により補足されて、ピストン本体を形成している。ピストン体は、一体の形態でも、組立式の形態でも、好適には円筒形のコアと、周方向においてコアを包囲して延在する複数の環状の突出部とを有しており、これらの突出部の間に、シール用の、半径方向外向きの溝が形成される。溝は、スリーブにより部分的に閉鎖され、この場合、残された隙間は、漏れ経路の部分を形成している。これにより、溝はスリーブと共に、シールのためのチャンバを形成することになる。
【0023】
ピストンロッドパッキンは、基本的に「組立式」であり、この場合、チャンバディスクの形態の複数のディスク体を有しており、これらのディスク体は、軸線方向に相前後して配置されていて、各１つの中心孔を有しており、ピストンロッドが貫通して延びるパッキンケーシングを形成している。チャンバディスクは、複数の半径方向内向きの溝を形成しており、これらの溝は、ピストンロッドにより部分的に閉鎖され、この場合もやはり、残された隙間は、漏れ経路の部分を形成している。溝は、ここではピストンロッドの周面と共に、シールのためのチャンバを形成している。
【0024】
ディスク体は、互いにねじ締結され得る。
【0025】
よって有利な改良では、ピストンまたはパッキンケーシングは、軸線方向に相前後して配置された複数のディスク体を有しており、この場合、ディスク体は、第１の軸線方向面と、ディスク体に関して反対側に配置された第２の軸線方向面と、半径方向面とを有しており、第１の軸線方向面と半径方向面との間および／または第１の軸線方向面と第２の軸線方向面との間には、孔が延びている。半径方向面は、パッキンケーシングの場合には内側の半径方向面であり、またはピストンの場合には外側の半径方向面である。半径方向面は、形成された溝の溝底部であってもよく、この場合、この溝底部は、形成されたチャンバのチャンバ底部と呼ばれてもよい。
【0026】
異なる構成部材内に位置する複数の孔が設けられていてもよい。
【0027】
孔は、特にシールおよびディスク体の場合、好適には少なくとも部分的に主軸線に対して平行に延びている。このことは、孔の製造を容易にする。
【0028】
ピストンが、円筒形のコアと、周方向においてコアを包囲して延在する複数の環状の突出部とを有している場合、孔は、好ましくは少なくとも部分的にコアを貫通して延びている。このようにして、コアを横方向に貫通して穿孔することにより、例えば隣り合うチャンバの２つの溝底部を互いに接続することができる。孔は、特に好適にはピストンの中心を通って延びている、つまり孔は、主軸線と交差している。
【0029】
いくつかの実施形態では、バイパスは、特に溝の形態で、漏れ経路の領域に直接に設けられる。このようなバイパスは、特にディスク体に、特に好適にはシール面の領域に設けることができる。この場合、シール面は好適には平らであり、バイパスは溝である。これに対応するシールのシール面も、好適には同様に平らである。１つまたは複数のシール面は、好適には主軸線に対して垂直に延びている。溝は、好適には主軸線に対して垂直に延びている。上述のように、シールにフライス加工部が設けられる場合には、シールの摩耗の進行により、バイパスが次第に小さくなる。摩耗しにくいシールパートナ（ディスク体）に設けられた溝は、時間が経過しても全くまたは極僅かにしか小さくならない。よって、漏れ経路の領域内でディスク体に、特にシール面に設けられたバイパスは、長期間にわたり、予め規定されたその横断面を保つ。つまりこの溝は、バイパスの１つの好適な実施形態を成している。
【0030】
目標とするバイパスの最小横断面は、極めて小さい。このような横断面を有する孔を製造することは、特にその長さとその直径との比に基づき、技術的に難しい。したがって好適な改良では、孔内または溝内に、バイパスの最小横断面Ｍを規定する絞りが配置されている。この場合、孔自体は特に狭幅である必要はなく、比較的容易に製造され得る。絞りは、好適には孔の全長にわたり延びてはいない。これにより、絞り内に存在する絞り孔の長さ対直径のより好適な比が得られ、この場合は絞り孔を、精密機械により容易に製造することができる。特に好適には、絞りは、孔に螺入された、孔あき板を備えた螺入部材であるか、または溝に挿入された、孔あき板を備えた挿入部材である。孔あき板には、極めて小さな横断面を有する孔を特に簡単に製作することができる。
【0031】
絞りは、多孔質材料を含んでいてもよい。この場合、多孔質材料と孔の直径または溝の横断面とは、共に所望の最小横断面を生ぜしめるように形成される。
【0032】
隣り合う２つのチャンバの圧力差が大きくなるほど、バイパスは小さくなることが望ましい。それというのも、圧力補償のためには、より大きな圧力差の場合、既により小さなバイパスで十分だからである。したがって有利な改良では、複数のバイパスが設けられており、この場合、隣り合う各２つのバイパスのうち、圧縮機の高圧側により近く配置されたバイパスは、圧縮機の低圧側により近く配置されたバイパスの最小横断面Ｍに比べて小さいかまたは等しい最小横断面Ｍを有している。換言すると、バイパスは、高圧側から低圧側へ向かって大きくなるか、または少なくとも変化しない。特に好適には、バイパスの孔は同形式であり、特に同一であり、バイパスの差異は、それぞれ挿入される絞りにより得られる。つまり、特に絞りは種々様々に構成されており、特にそれぞれ異なる最小横断面を有している。
【0033】
本発明の課題は、圧縮機で使用するために形成されたディスク体であって、第１の軸線方向面と、ディスク体に関して反対側に配置された第２の軸線方向面と、半径方向面とを有しており、第１の軸線方向面と半径方向面との間および／または第１の軸線方向面と第２の軸線方向面との間に延びるバイパスを特徴とする、ディスク体によっても解決される。半径方向面は、内側の半径方向面または外側の半径方向面である。このディスク体のバイパスは、好適には孔である。
【0034】
本発明の課題は、圧縮機で使用するために形成されたディスク体であって、内側の半径方向面と、外側の半径方向面とを有しており、内側の半径方向面と半径方向面と外側の半径方向面との間にバイパスが延びている、ディスク体によっても解決される。このディスク体のバイパスは、好適には溝である。
【0035】
ディスク体はさらに、圧縮機に関して上述したように改良されていてよい。
【0036】
本発明の課題は、圧縮機で使用するために形成されたシールであって、第１の軸線方向の端面と、第２の軸線方向の端面と、半径方向の内面と、半径方向の外面とを備えており、これらの面、つまり第１の軸線方向の端面、第２の軸線方向の端面、半径方向の内面および半径方向の外面のうちの少なくとも２つの間に延びるバイパスを特徴とする、シールによっても解決される。
【0037】
シールはさらに、圧縮機に関して上述したように改良されていてよい。
【0038】
本発明の課題は、圧縮機、好適にはピストン圧縮機、特に上記説明に基づく圧縮機における、上記説明に基づくディスク体またはシールの使用によっても解決される。
【0039】
以下に本発明を、図面に基づき例示して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】圧縮機の第１の実施形態の一部を示す断面図である。
【図2】圧縮機の第２の実施形態の一部を示す断面図である。
【図3】圧縮機の第３の実施形態の一部を示す断面図である。
【図4】圧縮機用の支持リングを示す斜視図である。
【図5】圧縮機の第１の実施形態の一部を示す断面図である。
【図6】ディスク体を部分的に示す斜視図である。
【0041】
図１に部分的に示す圧縮機１０は、静止部分２０としてのスリーブ１２０と、往復動部分３０としてのピストン１３０とを有している。ピストン１３０は、規定通りに使用した場合、主軸線Ｘに沿ってスリーブ１２０に対して相対的に、高圧側Ｈと低圧側Ｎとの間で往復動する。
【0042】
スリーブ１２０は滑り面１２２を有しており、滑り面１２２は、内側に位置する円筒形の周面である。
【0043】
ピストン１３０は、いわゆる組立式のピストン１３０である。ピストン１３０は、複数のディスク体４０、つまり１つのベースプレート１３２と、軸線方向に相前後して配置された複数のピストンディスク１４０とを有している。ピストン１３０は、ピストンロッド２３０に結合されている。ピストンディスク１４０はベースプレート１３２と共に、ピストン体１５０を形成している。ピストン体１５０は、円筒形のコア１５２と、周方向においてコア１５２を包囲して延在する複数の環状の突出部１５４とを有している。突出部１５４の間には複数の溝１５６が形成され、各溝１５６は、２つのピストンディスク１４０により形成されるか、または１つのピストンディスク１４０とベースプレート１３２とにより形成される。溝１５６は、スリーブ１２０により部分的に閉鎖され、これにより、ピストン体１５０はスリーブ１２０と共に、軸線方向に相前後して配置された、主軸線の周りに環状に延在する複数のチャンバ５０を形成している。この場合、スリーブ１２０はピストン体１５０に接触していない。これにより、スリーブ１２０とピストン１３０との間には、軸線方向に延びる漏れ経路Ｌが残されている。
【0044】
漏れ経路Ｌに沿った漏れは、基本的に望ましくないが、通常、完全には回避することができない。しかし、漏れを最小にすることはできる。このためには各チャンバ５０内に、漏れ経路Ｌを閉じるまたは縮小するシール６０が配置されている。図示の実施形態では、シール６０はピストンリング１６０である（ここでは簡略的に図示）。ピストン１３０が所定の時点でどの方向に移動するかに応じて、ピストンリング１６０は、溝１５６の高圧側の側面かまたは低圧側の側面に当接し、そこで漏れ経路Ｌをシールする。
【0045】
ピストンリング１６０を備えた従来のシールユニットでは、高圧側Ｈを起点として、動的な圧力成分の低下が最初のシール６０において行われ、かつ静的な圧力成分の低下が最後のシール６０において行われる。このことを回避するためには、漏れ経路Ｌに加えて３つのバイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃが設けられている。各バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、すぐ隣り合う２つのチャンバ５０を互いに流体接続している。
【0046】
バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、主軸線Ｘに対して平行に延びる各１つの孔７２を有している。図示の実施形態では、バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃは突出部１５４を貫通して、つまりピストンディスク１４０の第１の軸線方向面１８２から、反対側に位置する、ピストンディスク１４０の第２の軸線方向面１８４へと延びている。これにより、各孔７２は、隣り合う２つのチャンバ５０を互いに接続している。孔７２は、実際にはより小さな直径を有しており、ここでは拡大されて図示されている。各ピストンディスク１４０はさらに、外側の半径方向面１８６を有している。
【0047】
バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、高圧側から到来するガスに、漏れ経路Ｌに加え、その都度次のチャンバ５０に流入する手段を提供する。このようにして、高圧側Ｈと低圧側Ｎとの間の圧力差が、段階的かつ全体的に均一に減少されるようになっている。
【0048】
図２に部分的に示す実施形態では、ピストン１３０は一体のピストン体１５０を有している。ピストン体１５０は、この場合も円筒形のコア１５２と、周方向においてコア１５２を包囲して延在する複数の環状の突出部１５４とを有している。スリーブ２０、ピストンロッド２３０およびシール６０の構成は、図１に示した実施形態と同一である。
【0049】
バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、図２に示す実施形態でも孔７２により形成される。ただし、孔７２は主軸線Ｘに対して平行には延びていない。むしろ孔７２は、溝１５６の溝底部から隣接する溝１５６の溝底部に向かう直線的な経路上に延びている。孔７２は、ピストン体１５０のコア１５２を完全に貫通して延びている。この場合、孔は主軸線Ｘと交差している。つまり、隣り合うチャンバ５０は、この実施形態の場合も孔７２により互いに接続されており、これにより、全てのシール６０にわたり均一な圧力分散が行われる。
【0050】
図３に部分的に示す圧縮機１０は、静止部分２０としてのパッキンケーシング２２０と、往復動部分３０としてのピストンロッド２３０とを有している。ピストンロッド２３０はパッキンケーシング２２０に対して相対的に、主軸線Ｘに沿って高圧側Ｈと低圧側Ｎとの間で往復動する。
【0051】
パッキンケーシング２２０には、ディスク体４０として複数のチャンバディスク２４０、つまり１つのベースプレート２２２と、複数の主チャンバディスク２２３と、１つのカバープレート２２４と、１つの終端プレート２２６とが含まれており、これらはこの順序で主軸線Ｘに沿って相接して配置されている。チャンバディスク２４０は、各１つの中心孔を有している。中心孔を通ってピストンロッド２３０が延びている。各２つの隣り合うチャンバディスク２４０は、共に１つの溝２２８を形成しており、溝２２８は、半径方向内側に向かって開いている。
【0052】
チャンバディスク２４０の溝２２８は、部分的にピストンロッド２３０により閉鎖される。このようにして、チャンバディスク２４０とピストンロッド２３０とは、軸線方向に相前後して配置された、主軸線の周りに環状に延在する複数のチャンバ５０を形成しており、この場合、チャンバディスク２４０とピストンロッド２３０との間には、漏れ経路Ｌが残されている。
【0053】
チャンバディスク２４０は、それぞれ第１の軸線方向面２８２と、チャンバディスク２４０に関して反対の側に配置された第２の軸線方向面２８４と、内側の半径方向面２８６とを有している（図３Ａ参照）。
【0054】
チャンバ５０のうちの４つには、各１つのシール６０が配置されている。シール６０は、それぞれ支持リング２６２と、シールリング２６４と、カバーリング２６６とを有している（図３Ａ参照）。シールリング２６４およびカバーリング２６６は、ガーターばね２７０によりピストンロッド２３０に保持される。別の実施形態では、シール６０は異なって構成されていて、多少なりともリングを有していてよい。支持リング２６２は、規定通りに使用した場合にはピストンロッド２３０に接触せず、ピストンロッド２３０に対して半径方向に間隔をあけて配置されている。高圧側Ｈから到来する圧力により、シール６０は、低圧側Ｎのより近くに位置するチャンバディスク２４０に押し付けられる。支持リング２６２は、シール６０を軸線方向においてチャンバディスク２４０に支持している。
【0055】
シールリング２６４は、ピストンロッド２３０に接触しひいては漏れ経路Ｌをシールしている、つまりシールリング２６４は、漏れ経路Ｌを完全にまたは部分的に閉じている。
【0056】
漏れ経路Ｌに加えて、４つのバイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄが設けられており、これらのバイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄは、それぞれ隣り合う２つのチャンバ５０を互いに流体接続している（図３参照）。バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄは、孔７２により形成される（図３Ａ参照）。孔７２は、第１の軸線方向面２８２と内側の半径方向面２８６との間に延びており、これにより、隣り合うチャンバ５０を接続している。
【0057】
孔７２内には、孔あき板７６を備えた螺入部材の形態の各１つの絞り７４が配置されており、絞り７４は、孔７２内に螺入されている。孔あき板７６は、各バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの最小横断面を規定する孔を有している。バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの孔あき板７６の孔は、高圧側Ｈから、それぞれ０．４ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍおよび０．６ｍｍの直径を有している。つまり、バイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄに対するバイパス７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの最小横断面は、高圧側Ｈに向かって常に小さくなるか、または変わらない。
【0058】
図４に示す支持リング２６２は、例えば図３に示したパッキンケーシング２２０において使用され得る。支持リング２６２は、第１の軸線方向の端面２７２と、反対側に位置する第２の軸線方向の端面２７４と、半径方向の内面２７６と、半径方向の外面２７８とを有している。
【0059】
支持リング２６２はさらに、孔７２の形態のバイパス７０を有している。孔７２は、半径方向において半径方向の内面２７６から半径方向の外面２７８まで延びている。規定通りに使用した場合、支持リング２６２は、上述したようにその半径方向の内面２７６でもってピストンロッド２３０に接触はしていない。支持リング２６２は、半径方向の外面２７８でもってパッキンケーシング２２０にも接触していない。このようにして、支持リング２６２のバイパス７０も、２つの隣り合うチャンバ５０を接続している（図３Ａ参照）。
【0060】
図５には、図３に示した圧縮機１０と部分的に同じ圧縮機１０が部分的に示されている。この圧縮機１０は、静止部分２０としてのパッキンケーシング２２０と、往復動部分３０としてのピストンロッド２３０とを有している。ピストンロッド２３０はパッキンケーシング２２０に対して相対的に、主軸線Ｘに沿って高圧側Ｈと低圧側Ｎとの間で往復動する。
【0061】
パッキンケーシング２２０には、ディスク体４０として複数のチャンバディスク２４０、つまり１つのベースプレート２２２と、複数の主チャンバディスク２２３と、１つのカバープレート２２４と、１つの終端プレート２２６とが含まれており、これらはこの順序で主軸線Ｘに沿って相接して配置されている。チャンバディスク２４０は、各１つの中心孔を有している。中心孔を通ってピストンロッド２３０が延びている。各２つの隣り合うチャンバディスク２４０は、共に１つの溝２２８を形成しており、溝２２８は、半径方向内側に向かって開いている。
【0062】
チャンバディスク２４０の溝２２８は、部分的にピストンロッド２３０により閉鎖される。このようにして、チャンバディスク２４０とピストンロッド２３０とは、軸線方向に相前後して配置された、主軸線の周りに環状に延在する複数のチャンバ５０を形成しており、この場合、チャンバディスク２４０とピストンロッド２３０との間には、漏れ経路Ｌが残されている。
【0063】
チャンバディスク２４０は、それぞれ第１の軸線方向面２８２と、チャンバディスク２４０に関して反対の側に配置された第２の軸線方向面２８４と、内側の半径方向面２８６とを有している。
【0064】
チャンバ５０のうちの４つには、各１つのシール６０が配置されている。シール６０は、それぞれ支持リング２６２と、シールリング２６４と、カバーリング２６６とを有している（図３Ａ参照）。シールリング２６４およびカバーリング２６６は、ガーターばね２７０によりピストンロッド２３０に保持される。別の実施形態では、シール６０は異なって構成されていて、多少なりともリングを有していてよい。支持リング２６２は、規定通りに使用した場合にはピストンロッド２３０に接触せず、ピストンロッド２３０に対して半径方向に間隔をあけて配置されている。高圧側Ｈから到来する圧力により、シール６０は、チャンバディスク２４０の第１の軸線方向面２８２に押し付けられる。これにより、第１の軸線方向面２８２はシール面２８８を形成することになる。支持リング２６２は、シール６０を軸線方向においてチャンバディスク２４０に支持している。
【0065】
シールリング２６４は、ピストンロッド２３０に接触しひいては漏れ経路Ｌをシールしている、つまりシールリング２６４は、漏れ経路Ｌを完全にまたは部分的に閉じている。
【0066】
漏れ経路Ｌの領域には、溝７８の形態のバイパス７０が設けられており、溝７８は、２つの隣り合うチャンバ５０を互いに流体接続している。溝７８は、同時にシール面２８８でもある第１の軸線方向面２８２に延びている。この場合、溝７８は、半径方向においてシール面２８８を完全に貫通して延びている。シール６０がシール面２８８に全面的に当接している場合でさえも、溝７８は、このようにして開放され続け、バイパス７０を形成している。
【0067】
【0068】
チャンバディスク２４０は、内側の半径方向面２８６により取り囲まれた中心孔を有している。チャンバディスク２４０はさらに、第１の軸線方向面２８２を有しており、第１の軸線方向面２８２は同時にシール（図示せず）のためのシール面２８８でもある。規定通りに使用した場合、シールはシール面２８８に当接する。
【0069】
シール面２８８は、チャンバディスク２４０の軸線方向の突出部に配置されている。軸方向の突出部は、外側の半径方向面１８６を有している。
【0070】
チャンバディスク２４０は、溝７８の形態のバイパス７０を有している。溝７８は、外側の半径方向面１８６から内側の半径方向面２８６まで延びている。シールがシール面２８８に当接した場合、ガスはバイパス７０を通ってシールの傍らを引き続き流れることができるようになっている。バイパス７０の大きさは予め規定されており、これにより、適切な漏れが達成される。
【0071】
溝７８は半径方向に、つまりチャンバディスク２４０の主軸線に対して垂直に延びている。
【符号の説明】
【0072】
１０ 圧縮機
２０ 静止部分
３０ 往復動部分
４０ ディスク体
５０ チャンバ
６０ シール
７０ バイパス
７０ａ バイパス
７０ｂ バイパス
７０ｃ バイパス
７０ｄ バイパス
７２ 孔
７４ 絞り
７６ 孔あき板
７８ 溝
１２０ スリーブ
１２２ 滑り面
１３０ ピストン
１３２ ベースプレート
１４０ ピストンディスク
１５０ ピストン体
１５２ コア
１５４ 突出部
１５６ 溝
１６０ ピストンリング
１８２ 第１の軸線方向面
１８４ 第２の軸線方向面
１８６ 外側の半径方向面
２２０ パッキンケーシング
２２２ ベースプレート
２２３ 主チャンバディスク
２２４ カバープレート
２２６ 終端プレート
２２８ 溝
２３０ ピストンロッド
２４０ チャンバディスク
２６２ 支持リング
２６４ シールリング
２６６ カバーリング
２７０ ガーターばね
２７２ 第１の軸線方向の端面
２７４ 第２の軸線方向の端面
２７６ 半径方向の内面
２７８ 半径方向の外面
２８２ 第１の軸線方向面
２８４ 第２の軸線方向面
２８６ 内側の半径方向面
２８８ シール面
Ｈ 高圧側
Ｎ 低圧側
Ｌ 漏れ経路
Ｘ 主軸線
２０ 静止部分
３０ 往復動部分
４０ ディスク体
５０ チャンバ
６０ シール
７０ バイパス
７０ａ バイパス
７０ｂ バイパス
７０ｃ バイパス
７０ｄ バイパス
７２ 孔
７４ 絞り
７６ 孔あき板
７８ 溝
１２０ スリーブ
１２２ 滑り面
１３０ ピストン
１３２ ベースプレート
１４０ ピストンディスク
１５０ ピストン体
１５２ コア
１５４ 突出部
１５６ 溝
１６０ ピストンリング
１８２ 第１の軸線方向面
１８４ 第２の軸線方向面
１８６ 外側の半径方向面
２２０ パッキンケーシング
２２２ ベースプレート
２２３ 主チャンバディスク
２２４ カバープレート
２２６ 終端プレート
２２８ 溝
２３０ ピストンロッド
２４０ チャンバディスク
２６２ 支持リング
２６４ シールリング
２６６ カバーリング
２７０ ガーターばね
２７２ 第１の軸線方向の端面
２７４ 第２の軸線方向の端面
２７６ 半径方向の内面
２７８ 半径方向の外面
２８２ 第１の軸線方向面
２８４ 第２の軸線方向面
２８６ 内側の半径方向面
２８８ シール面
Ｈ 高圧側
Ｎ 低圧側
Ｌ 漏れ経路
Ｘ 主軸線
【図1】
【図2】
【図3】
【図3A】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】