(57)【要約】  ２つの相対的に移動可能な第１および第２部品用であって、これら部品の１つに形成された溝に位置し、もう一方の部品と密閉接触するための密閉リングを含み、この密閉リングは、その第1の面を第２の面から分けるために設けられ、前記部品の１つの周囲に形成された溝として形成された密閉リングシートに位置している密閉構造体において、この密閉構造体が、密閉リングの第２の面に圧力によって液体を供給する液体供給手段と、密閉リングの領域において、供給された液体の圧力のバランスを取る手段とを含むことによって、密閉リングの第1の面にかかる圧力によって密閉リングに加わる力は、弱められ、且つ、バランスが取られ、それにより作動中、密閉リングは、溝の中で実質的に自由に浮くことを特徴とする密閉構造体。また本発明は、このような密閉構造体を含む往復ピストン装置に関する。
2007524052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの相対的に移動可能な第１および第２部品用であって、これら部品の１つに形成された溝に位置し、もう一方の部品と密閉接触するための密閉リングを含み、この密閉接触により密閉リングは、その第1の面と第２の面に分けられ、前記部品の１つの周囲に形成された溝として形成された密閉リングシートに位置している密閉構造体において、この密閉構造体が、
−密閉リングの第２の面に圧力によって液体を供給する液体供給手段と、
−密閉リングの領域において、供給された液体の圧力のバランスを取る手段とを含むことによって、
密閉リングの第1の面にかかる圧力によって密閉リングに加わる力は、弱められ、且つ、バランスが取られ、それにより作動中、密閉リングは、溝の中で実質的に自由に浮くことを特徴とする密閉構造体。
【請求項２】
前記密閉リングの領域で供給された液体の圧力のバランスを取るように設定されたバルブ装置を含む、請求項１記載の密閉構造体。
【請求項３】
前記バルブ装置が供給された液体の圧力を制限するように予め設定されている、請求項１または２記載の密閉構造体。
【請求項４】
前記バルブ装置が前記圧力を加圧チャンバー内の圧力の約８０乃至１００％に制限するように設定されている、請求項３記載の密閉構造体。
【請求項５】
前記バルブ装置は、前記密閉リングシートと協働する密閉リングの一部分から構成されていることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の密閉構造体。
【請求項６】
前記密閉リングの前記部分は、前記シートの面と協働するように構成された第1面から案内されたリング面であることを特徴とする請求項５記載の密閉構造体。
【請求項７】
前記密閉リングの前記部分は、それが密閉しようとする部材から半径方向に案内された縁部または別個の密閉部材であることを特徴とする請求項５記載の密閉構造体。
【請求項８】
前記バルブ装置が前記密閉リングとは別個の圧力制御されたバルブであることを特徴とする請求項３記載の密閉構造体。
【請求項９】
２つの稼動な部品の間を密閉するための密閉装置が液体を供給するための手段の位置から見て前記密閉リングの反対の位置に位置することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の密閉構造体。
【請求項１０】
前記密閉装置が第１の高圧力密閉部材（３２）と、第２の低圧力密閉部（３５）と、流体流出部（３３）を有する中間スペース（４４）とによって形成されていることを特徴とする請求項９記載の密閉構造体。
【請求項１１】
前記液体流出部は、中間スペース（４４）に溜まった圧力を取り除くための低圧力流出部であることを特徴とする請求項１０記載の密閉構造体。
【請求項１２】
前記第１部品および第２部品が相対的に往復することを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載の密閉構造体。
【請求項１３】
前記第１部品および第２部品が加圧チャンバーを形成するシリンダーおよびピストンであることを特徴とする請求項１２記載の密閉構造体。
【請求項１４】
前記第１部品および第２部品が相対的に回転可能であることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載の密閉構造体。
【請求項１５】
前記第１部品および第２部品の少なくとも１つが供給される液体のための少なくとも１つの流出チャネルを含むことを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項記載の密閉構造体。
【請求項１６】
シリンダーと、これに対して相対移動可能なピストンと、これらシリンダーおよびピストン間を密閉接触するために、溝として形成されたシートに位置する密閉リングとを含み、この密閉接触により前記密閉リングの第１の面と第２の面が分けられ、前記ピストンとシリンダーが加圧チャンバーを形成する、往復動ピストン装置において、このピストン装置が、
−密閉リングの第２の面に圧力によって液体を供給する液体供給手段と、
−密閉リングの領域において、供給された液体の圧力のバランスを取る手段とを含むことによって、
密閉リングの第1の面にかかる圧力によって密閉リングに加わる力は、弱められ、且つ、バランスが取られ、それにより作動中、密閉リングは、溝の中で実質的に自由に浮くことを特徴とするピストン装置。
【請求項１７】
前記液体供給手段が拡大されたシリンダー部分と協働するための拡大部分を含むことを特徴とする請求項１６記載のピストン装置。
【請求項１８】
前記ピストンおよびシリンダーによって形成された作動チャンバーがリング形状であることを特徴とする請求項１７記載のピストン装置。
【請求項１９】
前記液体供給手段がシリンダー壁、クランクケースおよびピストン壁のいずれかの部材に液体を流出させる供給チャネルを有する外部ポンプを含むことを特徴とする請求項１６記載のピストン装置。
【請求項２０】
前記液体供給手段がギアー型ポンプ、往復ピストンポンプ、インペラーポンプ、スクリューポンプまたはロータリーピストンポンプなどの液体ポンプを含むことを特徴とする請求項１９記載のピストン装置。
【請求項２１】
前記ピストンが前記密閉リングの領域で供給された液体の圧力のバランスを取るように設定されたバルブ装置を含む、ことを特徴とする請求項１６乃至２０いずれか１項記載のピストン装置。
【請求項２２】
前記バルブ装置が前記圧力を加圧チャンバー内の圧力の約８０乃至１００％に制限するように設定されていることを特徴とする請求項２１記載のピストン装置。
【請求項２３】
前記バルブ装置は、前記密閉リングシートと協働する密閉リングの一部分から構成されていることを特徴とする請求項２１または２２記載のピストン装置。
【請求項２４】
前記密閉リングの前記部分は、前記シートの面と協働するように構成された加圧チャンバーから案内されたリング面であることを特徴とする請求項２３記載のピストン装置。
【請求項２５】
前記密閉リングの前記部分は、それが密閉しようとする部材から半径方向に案内された縁部であることを特徴とする請求項２３記載のピストン装置。
【請求項２６】
前記ピストンが液体用の少なくとも１つの流出チャネルを含むことを特徴とする請求項１６乃至２５いずれか１項記載のピストン装置。
【請求項２７】
前記バルブ装置が前記密閉リングとは別の圧力制御されたバルブであることを特徴とする請求項１６乃至２２いずれか１項記載のピストン装置。
【請求項２８】
ピストンとシリンダーとの間を密閉するための密閉装置が液体を供給するための手段の位置から見て前記密閉リングの反対の位置に位置することを特徴とする請求項１６乃至２７いずれか１項記載のピストン装置。
【請求項２９】
前記密閉装置が第１の高圧力密閉部材（３２）と、第２の低圧力密閉部（３５）と、流体流出部（３３）を有する中間スペース（４４）とによって形成されていることを特徴とする請求項２８記載のピストン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉構造体に関する。また本発明は、当該密閉構造体を含み、相対移動可能な部品を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「相対移動可能な部品」は、相対的な線状運動、回転運動またはこれらを組み合わせた運動を行う部品を有する装置に関連する。「往復ピストン装置」には、コンプレッサーおよびその他の加圧装置だけでなく、どの部品が静止した状態であり、どの部品が可動であるかに関係なく相対移動可能なピストンおよびシリンダーを有するエンジンが含まれる。
【０００３】
相対移動可能な部品を有する公知の装置、特にピストンコンプレッサーなどの往復ピストン装置には、通常、密閉構造体が設けられており、少なくとも1つの密閉リングがピストンの外面またはシリンダーに形成された環状の溝に位置し、可動ピストンとシリンダー壁の間を密閉している。特に中程度または高圧で作動するピストンコンプレッサーについて言えば、交換または修理するまでの密閉構造体の作業寿命は、密閉リングの磨耗およびシリンダー壁またはロッドの当接面の磨耗に非常に左右される。このことは、特にオイルを使用しないコンプレッサーに顕著である。
【０００４】
密閉リングの過度の磨耗およびそれに伴う密閉構造体の故障により、部品の交換および／または修理が必要となる。このように交換または修理をすることにより、その間、コンプレッサーなどの密閉構造体を含む装置およびこれに関連する装置を停止しなければならなくなる。したがって、コストが増し、製造または作業が中断される。
【０００５】
従来技術の一例として、FR-1 543 403号を挙げる。この先行技術では、複数のピストンリングの内側に作用する圧力がバルブ構造体によって制限される。
【０００６】
例えば回転シャフト用の密閉構造体などの相対回転部品のための密閉構造体においても同様の問題が発生し、特に密閉構造体を境にしての両側間の圧力差が大きい場合にこれらの問題は、重要になる。
【０００７】
また本発明は、作業寿命の長い密閉構造体を含む往復動ピストン装置を提供することを目的としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記公知の密閉構造体を改良した密閉構造体を提供することである。特に上記の欠点を解消するために密閉リングの作業寿命を長くすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的は、本発明の独立請求項の特徴部に記載の特徴によって達成される。
【００１０】
このようにして密閉リングの一方の側に加わる圧力によって密閉リングに作用する力は、密閉リングの他方の側にバランスを取るための力を供する液体を供給することによって弱まる、これにより軸方向および半径方向の力ならびに密閉リングのねじれおよび絞りは、避けられるか、または少なくとも減少する。移動する対向面に対する密閉リングによって供される圧力は、実質的に密閉部内で予め設定された圧力まで減少させることができる。
【００１１】
ピストンコンプレッサーなどの相対移動部材を有する公知の装置において、これらの力は、密閉リング、通常ピストンリングを当接面、通常シリンダー壁に押圧しやすく、これによってピストリングおよびシリンダー壁面が磨耗する。一方、本発明ではこのような磨耗は、大幅に減少する。
【００１２】
上記バランスを取る手段は、密閉リング自身であってもよく、または密閉リングとは別個の例えばバルブ装置であってもよい。特にバランス手段は、それが設けられた装置のストローク中または作動中、密閉リングの液体が供給される側と反対側の圧力に連続的に一致するように供給された液体の圧力を動的にバランスする動的バランス手段である。また特に密閉リングは、固定されず、密閉リング溝の内側で遊びをもって位置し、その中でリングは実質的に浮いた状態になり、ある特定の動きをすることが可能になる。
【００１３】
バルブ装置が液体の圧力のバランスを取るように予め設定されている場合、その両側に亘る圧力間の所望の関係を得られるようにすることができる。特にバルブ装置は、圧力チャンバーの内側の圧力の約８０〜１００％に圧力を制限するように設定されると有効である。
【００１４】
その他の圧力範囲、例えば５０％から１１０％などの特定の過圧力であっても問題はないが、それによって得られる利点は、特にない。
【００１５】
作動中、供給された液体が密閉リングを通過する密閉構造体において、密閉リングは、ある程度、液体の流れの中で浮遊し、これにより密閉リングと密閉リング溝間にほとんどまたは全く摩擦が生じなくなる。したがって、密閉リングは、特に摩擦を受けずに溝から独立して動くことができる。また通常、移動および傾く（tilting）ピストンによる密閉リングに加わる負荷を軽減することができる。もしこの負荷を軽減できないと、ピストンが移動または横方向に傾いた場合、圧力が低い側の密閉リング溝とその中の密閉リングとの摩擦によって、ピストンが傾く際に密閉リングを移動するシリンダーに対して押しつけることになる。
【００１６】
密閉リングの寿命を算出する場合、移動する面に対して密閉リングに作用する圧力は、その移動距離および多くの場合、温度と組み合わせて考慮される。
【００１７】
通常、上述の従来技術を構成する往復ピストンでは、高圧力側と低圧力側との圧力差は、密閉リングが移動する溝の半径方向の面に対してだけでなく、低圧力側の溝の底部に対して密閉リングを押圧する。移動面に対する密閉リングの半径方向の圧力は、圧力が増加すると共に増加し、よってピストンサイクルに亘って密閉リング上に脈動圧力負荷を生じさせる。この半径方向の圧力は、半径方向表面積によって乗じられる高圧力および低圧力バルブ間の差圧の平均である。
【００１８】
さらにピストンとシリンダー壁との間の必要な隙間によって、密閉リング全体は、低圧力側から軸方向に支持されず、これにより密閉リングは、脈動圧力によって捩れる。このことにより、密閉リングとその移動対向面との間の接触角度、密閉リングとその対向壁部との接触面が変化し、よって単位表面当たりの負荷が変化する。
【００１９】
磨耗は、摩擦の増加だけでなく、間接的に摩擦による温度の上昇そして場合によっては、ポンプ媒体中の温度の上昇によって増加する。温度の上昇は、密閉部の材料の磨耗特性を変えてしまい、特に合成材料からなる密閉部の場合、特に重要である。さらに密閉リングを通過して液体が流れる構成の本発明によれば、温度は、密閉構造体の領域を流れる液体によって制御される。
【００２０】
本発明は、密閉リングに亘る圧力差、密閉リングの捩れ、密閉リングと密閉リング溝との間の摩擦、密閉リングの加熱を除去または少なくとも減少させるという利点を有する。
【００２１】
この液体は、内部で、または外部供給源から供給することができる。
【００２２】
ポンプまたはコンプレッサーにおける例示的な態様において、液体供給装置は、往復ピストン装置と一体であり、このピストン装置は、ピストン密閉部の位置より圧力チャンバーからより離れた軸方向の位置にある拡大されたシリンダー部と協働する拡大されたピストン部を含む。この態様は、簡略化されたチャネル構造によりストローク中の密閉部の両側の圧力を同時に整合させることで装置を小型化することが可能になる。
【００２３】
モーターの用途において、リングの逃げ（relief）が、ダウンストロークの際に必要になる。シリンダーとピストンは、その場合、拡大された部分を有さない。
【００２４】
一方、液体を供給するための外部ポンプを設けることによって必要に応じて液体供給作業を向上させることが可能になる。脈動をなくす、または少なくとも減少させることができる。
【００２５】
液体の流れを制御する簡単な方法は、密閉リングそれ自体である。液体供給源が一体化され、液体が密閉リング溝を介して流出する場合、ポンプストローク中のピストンスピードの増加による液体の流れの増加によって密閉リングが溝内で押し上げられ、これによりより大きな流出領域が連続的に開放される。したがって、密閉リングは、その下で吸い上げられる液体の流れの上で浮遊し、同時に加圧チャンバーからの圧力と一致する。
【００２６】
供給される液体のために圧力制御バルブを設けることによって、液体圧力および／または液体の流れの微調整および制御が可能になる。圧力のバランスを取る別個のバルブによって密閉部を単純化することができ、低流速を可能にし、よって密閉部の真下の高流速によって生じ得るキャビテーションの問題を避けることが可能になる。
【００２７】
当該バルブは、ピストン内に位置させてもよいが、シリンダー壁から延びた流出チャネルに設けてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の具体的な態様の説明からより明らかになるはずである。
【００２９】
本発明を例示的な態様を基に添付図面を参照し、説明する。
【００３０】
図１にピストン２、ピストンロッド２３およびシリンダー４を有するピストンコンプレッサー１の形状の往復ピストン装置を示す。ピストン２は、シリンダーヘッド１２を有するシリンダー４によって形成されたシリンダー壁３の内側で往復運動し、ここでは通常のバルブ構造体が設けられている（図示していないが、符号１４で示している）。
【００３１】
一体型ピストンおよびピストンロッド並びにワッブル型シリンダーを有する往復ピストン装置などのその他の公知の装置も本発明の範囲内である。
【００３２】
ピストン２は、その頂部付近にピストンリング形状の密閉リングを支持している。さらにピストンには拡大部６が設けられており、この拡大部６は、加圧チャンバー、この場合、シリンダー３およびシリンダーヘッド１２によって形成されたコンプレッションチャンバー２４からピストンリング５より離れて位置している。
【００３３】
ピストンの拡大部６は、シリンダーの拡大部７と協働し、これらは共に作動チャンバー８を形成し、この作動チャンバーは、作動時、この作動チャンバー８およびピストンおよびシリンダーの間に形成されたスロット２５（図３に示す）、特にピストンリング５の下方にある媒体の圧力を増加させる液体ポンプとして作動する。本発明により密閉部領域は冷却されるので、外部循環ポンプを設ける必要はない。
【００３４】
シリンダーライニング４の外側で、且つ、シリンダーハウジングの内側に冷却のための液体供給チャンバー９が設けられており、この液体供給チャンバーは、少なくとも１つの液体オリフィス１０を介して作動チャンバー８と連通し、これによりシリンダーライニングの外側で流れようとする冷却媒体は、作動チャンバー８内の媒体にもなる。チャンバー９内の液体は、装置が作動している際、作動チャンバー８内に所望の圧力を維持しないように戻り止めバルブを介して流れる。オリフィス１０を介して作動チャンバーに入る液体には特定の過圧がかかるのが好ましい（このことは特定の圧力が流入口１０に亘ってかかる図９に示す態様でも同じである）。
【００３５】
図２は、ピストン２が最上部に到達し、コンプレッションチャンバー２４が最少でシリンダーとピストンの拡大部のための作動チャンバー８が最少になった状態を示している。
【００３６】
ここで注目すべきは、作動チャンバー８の大きさを明確に示すために図２では誇張してい示していることである。実際には作動チャンバーは、これよりもかなり小さくなければならない。一例として、二酸化炭素およびバランス媒体としての水を含むコンプレッサーでは、作動チャンバー８の容量は、コンプレッションチャンバーの容量の１乃至数パーセント（約１−４％）である必要がある。しかしながら、特定の用途において、作動チャンバー８がコンプレッションチャンバーに対してこれより大きくなければならない場合を排除するものではない。
【００３７】
図３には図１および２に示したピストンリングの領域をより具体的に示している。この位置は、シリンダーの内側で上方に移動した際の位置である。作動チャンバー８内に発生し、ピストンとシリンダーとの間のリング状のスロット２５に行き渡る液体の圧力によって、液体の流れがピストンリング５の下側とピストンリング溝１６の底部面との間の半径方向に延びたスロット２６内で形成される。これによってピストンリングは、これらの状況においてスロット２６上で浮くことになる。この位置において、スロット２５内の圧力は、コンプレッションチャンバー２４の圧力と等しくなる。スロット２５内の圧力がスロット２６に入るようにするためにリングとピストンリング溝の底面との当接面の１つに浅い半径方向に延びた溝を設けてもよい。
【００３８】
液体は、この態様では複数の半径方向に延びた孔１８と１つの軸方向に延びた孔１７とから構成された流出チャネル１７、１８を介してピストン２の内側に入り込む。液体は、その後ここでは図示していない手段を介してピストンから例えば閉回路（closed circuit）に送られる。
【００３９】
この図から理解されるように、密閉リング５の領域は、上述のように流れる液体によって冷却される。本発明のこの特徴は、部材の過熱が避けられるので、装置の寿命を延ばすことになる。
【００４０】
符号４０は、リング５から内方に延び、コンプレッションチャンバーが流出チャネル１７、１８を介して減圧されないように密閉する密閉リップである。この位置においてＯ型のリングも同じ目的を果たす。
【００４１】
図４にピストンリング５の底部が溝１６の底面と当接し、液体が図３で示し、説明した経路を介して流れるのを制限する、または妨げる位置にあるピストンを示す。この位置では、コンプレッションチャンバー内の圧力は、スロット２５内の圧力を超える。
【００４２】
通常、下方へのピストンの吸引ストロークの際、スロット２５内の圧力は、コンプレッションチャンバー２４の圧力より低くなる。ピストンリング５は、図１の作動チャンバー８の液体ポンプ機能のためにチェックバルブとして作用する。モーターの用途ではこの逆になる。
【００４３】
図５では一体型液体供給装置を外部液体供給装置２０に置き換えた態様を示し、この外部液体供給装置２０は、チャネル２１を介してシリンダー３と連通し、液体は、図３および４に示したピストンリングと同じように作用するピストンリング５の下方に流出し、液体圧力のバランスを取っている。これにより脈動せずに液体が一定に流れる。この態様ではさらに二重密閉手段２２、２２’がピストンと一緒に動くようにピストンの底部に設けられており、これにより増加した圧力のための環状のスロット形状のスペース２５がピストン２の外面、シリンダー３、ピストンリング５および密閉手段２２、２２’の間に形成される。
【００４４】
密閉手段２２、２２’は、単純な密閉リング２２またはスロット状の密閉構造体２２’と組み合わせた複数の密閉リングから構成されてもよい。このようなスロット状の密閉構造体は、一例として、シリンダーの協働部分と共に例えば１５μｍの幅を有する狭いスロットを形成するピストンの密閉ブッシュ部で構成されてもよい。またこの密閉ブッシュは、コンプレッサーの作動時のピストンの案内部としても機能する。必要に応じて、図９に示すような液体流出部を密閉手段２２、２２’の間に設けることが可能である。多くの種類の液体ポンプ、例えばギアー型ポンプ、ピストンポンプ、インペラーポンプ、スクリューポンプなどを外部ポンプとして使用することができる。
【００４５】
図６は、本発明で使用するための浅い実質的にＶ字状の断面を有する別の標準的なピストン密閉部材を示している。このピストン密閉部は、他の密閉部と同様にバルブとして機能するが、リング５６の半径方向内方の縁部は、溝１６側の開口部２８と協働し、この開口部の面積は、溝１６の底部からの距離を短くすることによって増加するという点で異なる。
【００４６】
他の態様と同様にこの態様には、リング２６がピストンサイクル中に溝に対して軸方向に移動し、ピストンサイクルの異なる位相時に適当な量の液体を逃がすことができるという液体の流れおよび浮遊効果を微調整できるという利点がある。一般的に下方の位置において、液体を逃がす経路は、上述の態様に対応する方法で供給される液体に対して閉じる、または制限される。リングが溝１６内で上方に移動する際にチャネル２７は、徐々に開く。
【００４７】
確実に液体の圧力がＶ字ピストン密閉部の下方縁部４１の内側のスペース４２にも行き渡るように、縁部４１に液体を通過させるための半径方向溝（図示せず）を設けるのが好ましい。
【００４８】
図６ａおよびｂは、図６の態様の変形例を示し、この態様では密閉リングが流出チャネルの口と協働するその半径方向内方に向いた縁部（図中、破線で示し、符号４３を付した）によってバルブとして作用する。最下方の位置において、経路は、供給される液体に対して閉じられる。最上方の位置において、経路は完全に閉じる。
【００４９】
ピストンリングに作用する力は、バランスが取られるので、一例として、Ｏ字状の密閉リングを使用することも可能である。しかしながら、ガスおよび液体の２つのチャンバー間での漏れを防ぐためにリングの中央の下方の液体のための流出部の位置に注意を払わなければならない。
【００５０】
図７は、ピストン密閉部の下方の圧力がバルブ２９を介してコンプレッションチャンバーの内側の圧力と結合させ、ピストン密閉部の下方から逃がす圧力およびその特性の選択の自由度が増した態様を示している。しかしながら、漏れる液体の量は、バルブを調整することによって適切に制限される。例えば、液体の圧力の大きさは、最大圧縮圧力の僅かな部分にのみ等しくなるように減少させてもよい。
【００５１】
本発明は、シリンダー壁の溝に配され、往復移動するピストンによって形成される当接壁に対して作用する密閉リングを有する往復ピストン装置にも適用できる。この装置を図８に略式に示し、ここでは図１に示したものと類似の一体型作動チャンバー８と密閉リングを示している。
【００５２】
本発明の重要な部分は、バランスを取る媒体の不必要な漏れを生じさせないで密閉リングの下方の圧力を維持するための構造である。
【００５３】
図９に示す装置では、ピストンリング５の領域からの液体がチャネル１８’、１７’および３４を介して図５に示した密閉／案内ブッシュ２２’として機能する案内／密閉ブッシュ３２の下方に位置し、下方の低圧力密閉部３５によって形成されたスペース４４に送られる。スペース４４には密閉ブッシュ３２を介してチャンバー８から漏れる液体が入り込む。符号３３は、スペース４４からタンクまたはチャンバー８への流入部に接続されるループへの液体流出部を示す。流出部３３の吸引面積を溝の内側のピストンリング５によって形成されるバルブ面積とブッシュ３２を介したスロット−密閉構造によって形成された漏れ面積との合計より大きくすることによってスペース４４に望ましくない圧力が溜まるのを防ぐことができる。
【００５４】
したがってスペース４４は、圧力チャンバー３内の圧力よりかなり低い圧力に晒される。スペース４４内の圧力は、通常、大気圧乃至５バールである。高圧の用途では、スペース４４内で低い圧力を維持するためにポンプを設けてもよい。このようにして低圧力密閉部３５は、低い差圧のみに晒されるので、構造を簡単にすることができる。したがって、装置からの液体の漏れを最小限にすることができる。
【００５５】
これまで本発明をシリンダー壁に対する密閉部、特にピストンリングについて説明してきたが、本発明は、相対移動可能な部品、特に相対回転部品の密閉構造体、例えば軸密閉構造体として利用することができる。回転および往復移動する部品も本発明による密閉構造体で密閉することができる。図１０にハウジング６２の開口部を通る回転シャフト６１である第1部分と第２部分であるハウジング６２との間を密閉するための密閉構造体６０を示す。この位置に別途、ベアリングを設けてもよい。浮遊し、圧力バランスが取られた密閉リング６３が第1の面６５と第２の面７０との間を密閉する。液体は、チャネル６４を介してこの第２の面に供給される。ブッシュ６６がスロットを密閉するために設けられており、これにより図の右方向への漏れが制限される。液体は、再利用のために大気圧に晒されている中間スペース６８からチャネル６７を介してタンクへと逃げるようになっている。Ｏ字型リング６９などの密閉エレメントが開口部の最も外側に設けられている。第２の面７０のスペースの圧力は、図３および４で示したように浮遊する密閉リング（６３）を介して、または図７にて示したものと同等のバルブによって調節することができる。
【００５６】
これ以外に本発明は、特に１００バール以上の高圧コンプレッサーとして耐用年数の長い潤滑油を使用しないコンプレッサーを供することも可能である。従来知られているコンプレッサーのピストン密閉部の耐用年数は、圧縮圧および移動距離に影響される。本発明は、密閉リングを当接壁に対して作用させる力および捩れおよび脈動力が減少するように圧力のバランスを取ることができ、これにより密閉リングの耐用年数が長くなり、メインテナンスおよび交換時期が長くなる。
【００５７】
この効果は、本発明によって供されるピストンおよび密閉リングの連続的な冷却によって高められる。これによりシリンダー、ピストンおよび密閉リングの温度は、一定に保たれる。少なくとも特定の用途において、外部の冷却手段を必要としない。
【００５８】
さらに確実に密閉リングのバランスを取るために回転シャフトまたは往復ピストンの内側を介して液体を供給することも可能である。
【００５９】
また液体をピストンを介してピストンピンベアリングの領域に案内して、ピストンピン、ベアリングおよびピストンを囲む部分を確実に冷却することも可能である。
【００６０】
密閉構造体は、通常、それが密閉する面に対して予め負荷がかけられている。コンプレッサーなどの加圧装置において、この負荷は、摩擦および磨耗を増加させる圧力の増加によって増加する。本発明では、シリンダー面に対する負荷は、制限され、予め設定されたレベルで一定に保持されるので、磨耗およぶ摩擦を減少させることできる。
【００６１】
本発明は、非常に多くの用途に利用可能である。特に次のような市場では潤滑油を必要としないコンプレッサーは、注目されている。
−ドライバー、消防隊員、病院のための空気吸入器
−微量の油でも爆発の危険のある酸素並びに油および潤滑油の使用が認められていないその他の気体の製造、
−オイルによる僅かな汚染でも製品を台無しにしてしまうペットボトルおよびその他の製品の製造用コンプレッサー、
−完全に純粋な空気を必要とする工業プロセス、例えばエレクトロニクス産業、
−洗剤として液体炭酸ガスを使用する新世代の工業用洗浄器のための炭酸ガスの製造、
−飲料ディスペンサー用の混合装置、
−バー、レストラン、醸造所などでの炭酸ガスおよび食品の保護および保存用ガスの供給のような食品業界用のガス充填装置、
−食品および医療業界に関する種々の用途。
【００６２】
本発明ではオイルを使わないコンプレッサーを供することが可能である。潤滑油を使用するコンプレッサーの場合、従来の装置では非常に多かった密閉リングの数をたった１つに減らすことができる。上述のいくつかの用途の場合、きれいな水を液体として使用することができ、これは圧縮された気体の許容範囲である。液体／水の量が少ないガスを得るためにコンプレッサーの後、乾燥工程を実施するのが既に一般的になっている。例えば、空気は、圧縮後に冷却されると濃縮される水を含み、その後、分離される。
【００６３】
その他の用途において、特定の分野で要求される他の好適な液体も使用することが可能である。本発明による利点は、液体が密閉部に加わる圧力のバランスをとるためのエネルギー伝達源としての役割りを果たし、したがってハイグレードの潤滑油の必要性を最小限に抑えることである。
【００６４】
このようにして化学的に干渉しない、またはポンプ媒体によって吸着しない液体を使用することができる。
【００６５】
さらに密閉リングの第２面に供給される支持媒体として液状の圧縮された媒体を使用することができる。これは炭酸ガス、水−蒸気、ブタン、プロパン、「天然液体ガス」などの種々の媒体に関し、利用可能である。これらの場合、汚染は、全く生じない。
【００６６】
従来公知の装置の場合において加圧チャンバー圧力とそれよりもっと低い密閉リングの外面の軸方向の延長部に沿った圧力との間に圧力勾配が発生するのとは対照的に本発明による当接壁に対して作用する軸方向に延びた外面を有する密閉リングに関し、実質的に同じ圧力が当接壁から案内された密閉リングの前面に亘って行き渡る。これにより確実に密閉リングに作用する半径方向の力の間で良好な圧力バランスが得られる。
【００６７】
本発明を特にコンプレッサーを例に説明したが、本発明は、回転などの相対移動可能な部品を有する全ての装置にも利用可能である。往復ピストン装置の場合、他のピストン加圧器、スチームエンジンなどのピストンエンジン、その他の種類のピストン−シリンダーモータースクロールポンプなども本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の位置にあるピストンを有する本発明による往復ピストン装置としてのコンプレッサーの例示的態様を軸方向の断面にて示している。
【図２】図１においてピストンが第２の位置にある態様を示す。
【図３】上方位置にある図１および２のピストン密閉部の領域の拡大部分断面図を示す。
【図４】図３において密閉部が下方位置にある状態を示す。
【図５】本発明による往復ピストン装置の第２の例示的態様を略式に示す。
【図６】ピストンリングの形状の第２の例を示す。
【図６ａ】図６の態様の変形例を示す。
【図６ｂ】図６の態様の変形例を示す。
【図７】本発明のさらなる例示的態様を示す。
【図８】本発明のさらなる例示的態様を示す。
【図９】本発明のさらなる例示的態様を示す。
【図１０】２つの相対的に回転可能な部品の間に設けられた本発明の態様を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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