(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動作するピストンにより気体を圧縮して高圧気体を得る昇圧供給装置において、ピストン表面に環状に刻設したピストンリング溝に、底側からＯリング、バックアップリング、ピストンリングを装着し、前記Ｏリングは弾性体からなり、前記ピストンリングはフッ素樹脂からなり、前記バックアップリングは前記ピストンリングより硬質の素材からなり、前記バックアップリングとピストンリングは共に割りを備えて形成され、且つこれ等の割りが位置をずらして前記ピストンリングに装着され、前記Ｏリングの弾性力によって前記バックアップリングの外周面は前記ピストンリングの内周面に、当該ピストンリングの外周面は前記シリンダの内周面にそれぞれ押し付けられて密着シールし、前記ピストンリング溝の底面と前記バックアップリングの内周面との間は前記Ｏリングによってシールされることを特徴とする昇圧供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内を往復動作するピストンによって天然ガスなどの気体を高い圧力に圧縮する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置としては、圧縮段数の増加に従って往復圧縮部、すなわち、シリンダとピストンとによる圧縮部を高圧側になるほどシリンダとピストンの直径を細くするとともに、Ｌ型・Ｖ型・Ｗ型・半星型・星型・対向釣り合い型などに配置して、各圧縮部を所要の位相にずらせた行程で動作するように、クランク軸に連結して連動することにより多段階の圧縮動作を行う機構を電動機などの駆動源により運転する構成が日本機械学会昭和４５年９月１５日「機械工学便覧」第１０編第３０図〜第３２図などにより開示されている。
【０００３】
また、図４のように４つの往復圧縮部１０１・１０２・１０３・１０４を直交する軸１０５・１０６上で往復運動するように配置し、往復圧縮部１０１から順次に高圧化して往復圧縮部１０４を最終段の高圧圧縮部とした多段圧縮装置１００が、例えば米国特許５０３３９４０などで周知である。
【０００４】
上記多段圧縮装置１００においては、往復圧縮部１０１から往復圧縮部１０３までに使用するピストン２は、図５に示すように表面に環状に形成したピストンリング溝３に、潤滑性に優れた素材、例えばポリ四フッ化エチレン樹脂などのフッ素樹脂から形成されたピストンリング６を、その外周面がピストンリング溝３から突出するように環装して、シリンダ１０の内面との間隙をシールする構成となっている。
【０００５】
しかし、図５に示したシール構造では、シリンダ１０の内面とピストンリング６との間、およびピストンリング溝３の底面とピストンリング６との間を通って漏れるガスが実際には少なからずあり、十分に高い圧力を得ることができないと云った問題点があったので、これを解決するものとして、ピストンリング６の下側に弾性体からなるＯリング４を設け、このＯリング４の弾性力によってピストンリング６をシリンダ１０の内面に押し付けてシール性を高めるようにした図６に示す構造の圧縮装置を、本出願人は既に特願平８−７６６０５において提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特願平８−７６６０５において提案した圧縮装置では、長期間の使用により、図７に示したようにピストンリング６の内周面がＯリング４の形状に沿って変形し、やがてピストンリング６とＯリング４との間に隙間が形成され、この隙間からガスが漏れるようになると云った問題点があり、この点の解決が課題となっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の課題を解決するため、シリンダ内を往復動作するピストンにより気体を圧縮して高圧気体を得る昇圧供給装置において、ピストン表面に環状に刻設したピストンリング溝に、底側からＯリング、バックアップリング、ピストンリングを装着し、前記Ｏリングは弾性体からなり、前記ピストンリングはフッ素樹脂からなり、前記バックアップリングは前記ピストンリングより硬質の素材からなり、前記バックアップリングとピストンリングは共に割りを備えて形成され、且つこれ等の割りが位置をずらして前記ピストンリングに装着され、前記Ｏリングの弾性力によって前記バックアップリングの外周面は前記ピストンリングの内周面に、当該ピストンリングの外周面は前記シリンダの内周面にそれぞれ押し付けられて密着シールし、前記ピストンリング溝の底面と前記バックアップリングの内周面との間は前記Ｏリングによってシールされることを特徴とする昇圧供給装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、図１〜図３において前記図４〜図７における符号と同一符号で示した部分は、図４〜図７で説明した同一符号の部分と同じ機能を持つ部分である。
【００１２】
図１に例示したピストン構造１は、ピストン２の表面に環状に形成したピストンリング溝３に、弾性体、例えば硬質の合成ゴムなどからなるＯリング４を内装し、さらにこのＯリング４の上にバックアップリング５、さらにこのバックアップリング５の上に、潤滑性（低摩擦係数）・耐熱性・耐薬品性・強度などに優れたフッ素樹脂、例えばポリ四フッ化エチレン樹脂からなるピストンリング６を被着して形成したものである。
【００１３】
バックアップリング５は、ピストンリング６より硬質の素材、例えばガラス繊維入りナイロン、ステンレス鋼板などから形成する。
【００１４】
Ｏリング４は、その内径をピストンリング溝３の直径、すなわち底面３ａの直径と同じか、僅かに小さく形成して、ピストンリング溝３の内部に蛇行しないように装着する。
【００１５】
ピストンリング６は、例えば図２に示したように、その幅方向中央部に円周方向に設ける切断面６ａと、切断面６ａの一端から一方の端面６ｂの側に垂直に延設する切断面６ｃと、切断面６ａの他端から他方の端面６ｄの側に垂直に延設する切断面６ｅと、からなる割り６Ｚを備えて、切断面６ｃ・６ｅそれぞれによって形成される端面同士を密着させたときの外径が、例えばシリンダ１０の内径より僅かに小さくなるように形成する。
【００１６】
また、バックアップリング５も、例えば図３に示したように、ピストンリング６と同様に割り５Ｚを備えて形成する。また、切断面５ｃ・５ｅそれぞれによって形成される端面同士を密着させたときの外径が、同様にセットしたピストンリング６の内径より僅かに小さくなるように形成する。
【００１７】
また、Ｏリング４の弾性力によって、バックアップリング５の外周面がピストンリング６の内周面に密着し、さらにピストンリング６の外周面がシリンダ１０の内面に密着して、それぞれの接触部分がシールできるように、バックアップリング５の内径をＯリング４の外径より小さくすると共に、シリンダ１０の内径、ピストンリング溝３の直径・深さ、バックアップリング５・ピストンリング６の厚み、Ｏリング４の直径・太さ・弾性係数などを適宜選定する。
【００１８】
このため、バックアップリング５は、割り５Ｚの切断面５ｃと５ｅとが離間するよう拡径すればＯリング４に容易に被せることができるし、ピストンリング６は、割り６Ｚの切断面６ｃと６ｅとが離間するよう拡径すればバックアップリング５に容易に被せることができる。
【００１９】
また、ピストンリング溝３には、Ｏリング４はその弾性を利用して拡径することで容易に装着できるし、バックアップリング５・ピストンリング６もそれぞれ切断面５ｃと５ｅ、切断面６ｃと６ｅとが離間するよう拡径することで、ピストンリング溝３に容易に装着できる。
【００２０】
なお、バックアップリング５の割り５Ｚと、ピストンリング６の割り６Ｚとは接近しないように、例えば割り５Ｚと６Ｚとがピストン２の直径方向の対向する部位に位置するようにセットする。
【００２１】
このようにして、ピストンリング溝３にＯリング４・バックアップリング５・ピストンリング６を装着したピストン２は、切断面５ｃと５ｅ、切断面６ｃと６ｅとが接近するように、バックアップリング５・ピストンリング６をそれぞれ縮径することで、シリンダ１０に容易に挿入することができる。
【００２２】
なお、７は、ピストン２をシリンダ１０内で摺動させる際に案内として機能するためのライダーリングであり、ピストン２の外周面に環装されている。
【００２３】
上記構成になるピストン構造１においては、ピストンリング溝３の底に装着され、底面３ａにより移動が規制されたＯリング４の弾性力によって、バックアップリング５の外周面はピストンリング６の内周面に、ピストンリング６の外周面はシリンダ１０の内面にそれぞれ押し付けられて密着シールし、ピストンリング溝３の底面３ａとバックアップリング５の内周面との間は、弾性体からなるＯリング４によってシールされる。
【００２４】
また、バックアップリング５の割り５Ｚと、ピストンリング６の割り６Ｚは、切断面５ｃと５ｅ、６ｃと６ｅの部分でそれぞれ僅かに開いているが、切断面５ａ・６ａはそれぞれに密着し、しかもＯリング４の弾性力によってバックアップリング５はピストンリング６に、ピストンリング６はシリンダ１０の内面に押し付けられて動き難くなっているので、ピストン２をシリンダ１０内で往復動作して天然ガスなどの気体を高圧に圧縮する際にもガス漏れを起こすことがない。
【００２５】
しかも、フッ素樹脂製のピストンリング６には、変形し難い硬質のバックアップリング５を介してＯリング４の力が作用する構成であるので、ピストンリング６が前記図７に示したように変形することはなく、長期間に渡ってガス漏れを起こすことがない。
【００２６】
上記構成のピストン構造１を、図３に示した多段圧縮装置１００における往復圧縮部１０１・１０２・１０３のピストン構造などとして組み込むと共に、最終段の往復圧縮部１０４をラビリンスシール機構を備えたピストン構造とすることによって、例えば図示しない都市ガス配管などから受け取る天然ガスを２５ＭＰａ程度まで圧縮する作業が、長期間に渡って安定して行えるようになる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【００２８】
例えば、バックアップリング５・ピストンリング６の割りは、単に斜めカットした割りであっても良い。
【００２９】
【発明の効果】
上記したように本発明は、ピストンリングを弾性体製のＯリングによってシリンダの内面に密着し、シールする際に、ピストンリングより硬いバックアップリングをピストンリングとＯリングとの間に介在させたので、ピストンリングがＯリングの形状に変形することが防止できるようになり、これにより長期間に渡って高圧を得ることが可能であり、装置の耐久性が向上した。又、ピストンリングをフッ素樹脂で形成することにより、接触部の摩耗が少なく、摩擦熱の発生も抑えられる。更に、バックアップリングとピストンリングが共に割りを備えるようにしたので、ピストンへのバックアップリング及びピストンリングの装着が容易であると共に、弾性体からなるＯリングによりピストンリングのシリンダ面への密着性が向上してシール性が上がり、高圧が一層得易くなるといった特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の要部の説明図である。
【図２】ピストンリングの形状を示す説明図である。
【図３】バックアップリングの形状を示す説明図である。
【図４】多段圧縮装置の説明図である。
【図５】従来技術の説明図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１  ピストン構造
２  ピストン
３  ピストンリング溝
３ａ  底面
４  Ｏリング
５  バックアップリング
５ａ  切断面
５ｂ  端面
５ｃ  切断面
５ｄ  端面
５ｅ  切断面
５Ｚ  割り
６  ピストンリング
６ａ  切断面
６ｂ  端面
６ｃ  切断面
６ｄ  端面
６ｅ  切断面
６Ｚ  割り
７  ライダーリング
１０  シリンダ
１００  多段圧縮装置
１０１・１０２・１０３・１０４  往復圧縮部
１０５・１０６  軸
【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７】
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