DE102021132961A1

DE102021132961A1 - Kolbenringeinheit und kompressor

Info

Publication number: DE102021132961A1
Application number: DE102021132961.2A
Authority: DE
Inventors: Toru Okada; Tomohiro Otsuka
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US20220196151A1; JP2022099360A

Abstract

Eine Kolbenringeinheit (113) weist eine Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) und einen inneren Kontaktring (116) auf. Die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) ist in einer Axialrichtung eines Kolbens (11) derart nebeneinander angeordnet, dass sich Fugen (114a, 115a) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in der Axialrichtung nicht überlappen. Der innere Kontaktring (116) liegt zwischen einer Außenumfangsfläche (11a) des Kolbens (11) und einer Innenumfangsfläche (114b, 115b) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in einem Zustand, in dem sich der innere Kontaktring (116) in der Axialrichtung über alle von der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) erstreckt, und er ist derart angeordnet, dass sich eine Öffnung (116a) des inneren Kontaktrings (116) in einer Radialrichtung des Kolbens (11) gesehen nicht mit der Fuge (114a, 115a) von mindestens einem der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) überlappt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenringeinheit und einen Kompressor.
Stand der Technik
Ein Kompressor wie ein Hubkolbenkompressor wird verwendet, um ein Gas zu komprimieren. Ein Hubkolbenkompressor, der eine Art an Kompressor ist, weist Folgendes auf: einen Zylinder; und einen Kolben, der in dem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders eine Hin- und Herbewegung ausführt. Um in dem Hubkolbenkompressor für eine Gasabdichtung zwischen einer Innenumfangsfläche des Zylinders und einer Außenumfangsfläche des Kolbens zu sorgen, sind auf der Außenumfangsfläche des Kolbens Kolbenringe angebracht.
Die JP 2015 - 40 519 A offenbart einen Doppelkolbenring, der auf einer Außenumfangsfläche eines Kolbens angebracht ist. Der in der JP 2015 - 40 519 A offenbarte Doppelkolbenring umfasst zwei Kolbenringe, die in einer Axialrichtung des Kolbens nebeneinander angeordnet sind.
Die JP 2011 - 149 310 A offenbart Folgendes: einen Einzelkolbenring, der auf einer Außenumfangsfläche eines Kolbens angebracht ist; und einen Spannring, der zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbens und einer Innenumfangsfläche des Kolbenrings liegt, um die Außenumfangsfläche des Kolbenrings gegen die Innenumfangsfläche eines Zylinders vorzuspannen.
Der Kolbenring hat in einem Abschnitt des Kolbenrings in einer Umfangsrichtung einen Einschnitt (eine Fuge). Mit einer Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder einhergehend wird die Außenumfangsfläche des Kolbenrings abgenutzt. Allerdings wird der Kolbenring durch den Spannring von einer Innenumfangsfläche aus in einer Radialrichtung elastisch nach außen vorgespannt, sodass ein Durchmesser des Kolbenrings vergrößert wird.
Dementsprechend wird die Abdichtung zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbenrings und der Innenumfangsfläche des Zylinders aufrechterhalten.
Der Spannring ist so angeordnet, dass er von einer Innenumfangsflächenseite aus eine Fuge des Kolbenrings verschließt. Auch mit solch einer Konfiguration wird die Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder aufrechterhalten.
Kurzdarstellung der Erfindung
In dem Doppelkolbenring, der in der JP 2015 - 40 519 A offenbart ist, gibt es einen Fall, in dem die Abnutzung, die auf der Außenumfangsfläche des Kolbenrings auf einer Niederdruckseite (in der Axialrichtung des Kolbens auf einer Seite gegenüber einer Hochdruckseite) erzeugt wird, schneller als die Abnutzung voranschreitet, die auf der Außenumfangsfläche des Kolbenrings erzeugt wird, der auf einer Hochdruckseite (in der Axialrichtung des Kolbens auf einer Seite, auf der eine Druckverstärkungskammer angeordnet ist) angebracht ist. Um die Abdichtung zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbenrings und der Innenumfangsfläche des Zylinders auch dann aufrechtzuerhalten, wenn der Kolbenring auf der Niederdruckseite abgenutzt ist, ist es auch denkbar, auf einer Innenumfangsseite des auf der Niederdruckseite angebrachten Kolbenrings den Spannring anzubringen, der in der JP 2011 - 149 310 A offenbart ist.
Allerdings fällt es auch dann, wenn auf der Innenumfangsseite des Kolbenrings auf der Niederdruckseite wie oben beschrieben der Spannring angebracht wird, schwer, einen Gasaustritt von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite zu verhindern. Angenommen, dass auf der Innenumfangsseite des Kolbenrings auf der Niederdruckseite der Spannring angebracht wird, dann bewegt sich, wenn der Kolben eine Hin- und Herbewegung ausführt, auch der Spannring in der Axialrichtung des Kolbens (die Position des Spannrings wird versetzt). Dadurch wird auf der Innenumfangsflächenseite ein Abschnitt der Fuge des Kolbenrings auf der Niederdruckseite, der durch den Spannring geschlossen wird, geöffnet. Auch dann, wenn der Spannring, der in der JP 2011 - 149 310 A offenbart ist, mit dem Kolbenring auf der Niederdruckseite, der in der JP 2015 - 40 519 A offenbart ist, kombiniert wird, wird es daher als schwierig erachtet, ein hohes Abdichtungsvermögen zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung erfolgte, um die Nachteile zu überwinden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenringeinheit und einen Kompressor zur Verfügung zu stellen, die dazu imstande sind, den Austritt eines unter Druck stehenden Fluides von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite zu verhindern.
Eine Kolbenringeinheit gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist auf einer Außenumfangsfläche eines Kolbens angebracht, der in einem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders eine Hin- und Herbewegung ausführt. Die Kolbenringeinheit gemäß der vorliegenden Ausgestaltung umfasst eine Vielzahl von Kolbenringen und einen inneren Kontaktring. Die Vielzahl von Kolbenringen hat jeweils eine C-Form mit einer Fuge an einem Abschnitt von jedem der Vielzahl von Kolbenringen in einer Umfangsrichtung, und die Vielzahl von Kolbenringen ist auf der Außenumfangsfläche des Kolbens in einem Zustand angebracht, in dem die Vielzahl von Kolbenringen in einer Axialrichtung des Kolbens nebeneinander angeordnet ist und auf einer Innenumfangsfläche des Zylinders anliegt.
Der innere Kontaktring hat in der Axialrichtung gesehen eine C-Form mit einer Öffnung in einem Abschnitt des inneren Kontaktrings in der Umfangsrichtung, er liegt zwischen einer Außenumfangsfläche des Kolbens und Innenumfangsflächen der Vielzahl von Kolbenringen und er ist mit einer Innenumfangsfläche von mindestens einem der Vielzahl von Kolbenringen in Kontakt.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Vielzahl von Kolbenringen in Axialrichtung derart nebeneinander angeordnet, dass sich die Fugen der Vielzahl von Kolbenringen in der Axialrichtung nicht überlappen. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der innere Kontaktring in der Axialrichtung über allen von der Vielzahl von Kolbenringen angeordnet. Der innere Kontaktring ist derart angeordnet, dass sich die Öffnung in einer Radialrichtung des Kolbens gesehen nicht mit der Fuge des mindestens einen Kolbenrings überlappt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Kolbenringeinheit auf einem Kolben angebracht, der in dem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders eine Hin- und Herbewegung ausführt. Der Kolben hat eine Ringnut, die in einer Radialrichtung nach innen vertieft ist und in einer Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet ist. Die Kolbenringeinheit gemäß der vorliegenden Ausgestaltung weist eine Vielzahl von Kolbenringen und einen inneren Kontaktring auf.
Die Vielzahl von Kolbenringen hat jeweils eine C-Form mit einer Fuge an einem Abschnitt von jedem der Vielzahl von Kolbenringen in einer Umfangsrichtung. Zudem ist die Vielzahl von Kolbenringen auf einer Nutbodenfläche der Ringnut des Kolbens in einem Zustand angebracht, in dem die Vielzahl von Kolbenringen in einer Axialrichtung nebeneinander angeordnet ist und auf einer Innenumfangsfläche des Zylinders anliegt.
Der innere Kontaktring hat in der Axialrichtung gesehen eine C-Form mit einer Öffnung in einem Abschnitt des inneren Kontaktrings in der Umfangsrichtung und er liegt zwischen der Nutbodenfläche des Kolbens und einer Innenumfangsfläche von mindestens einem Kolbenring der Vielzahl von Kolbenringen. Der innere Kontaktring ist mit der Innenumfangsfläche des mindestens einen Kolbenrings in Kontakt.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Vielzahl von Kolbenringen in der Axialrichtung gesehen derart angeordnet, dass sich die Fugen der Vielzahl von Kolbenringen, die in der Axialrichtung nebeneinander angeordnet sind, in einer Draufsicht nicht überlappen. Der innere Kontaktring ist in der Axialrichtung über dem mindestens einen Kolbenring angeordnet. Zudem ist der innere Kontaktring derart angeordnet, dass sich die Öffnung in einer Radialrichtung gesehen, die senkrecht zur Axialrichtung ist, mit keiner Fuge des mindestens einen Kolbenrings überlappt.
In der Axialrichtung wird eine Seite, auf der in dem Zylinder eine Druckverstärkungskammer ausgebildet ist, als eine Hochdruckseite festgelegt, während eine Seite gegenüber der Hochdruckseite als eine Niederdruckseite festgelegt wird. Der mindestens eine Kolbenring ist näher als die übrigen Kolbenringe der Vielzahl von Kolbenringen an der Niederdruckseite angeordnet und ein Innendurchmesser des mindestens einen Kolbenrings ist größer als ein Innendurchmesser des Kolbenrings, der auf der Hochdruckseite neben dem mindestens einen Kolbenring liegt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der innere Kontaktring derart konfiguriert, dass eine Endfläche des inneren Kontaktrings auf der Hochdruckseite in Kontakt mit oder nahe an dem Kolbenring ist, der neben ihm auf der Hochdruckseite angeordnet ist, während eine Endfläche des inneren Kontaktrings auf der Niederdruckseite in Kontakt mit oder nahe an einer Nutseitenfläche der Ringnut ist.
Ein Kompressor gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Zylinder; einen Kolben, der so konfiguriert ist, dass er sich in dem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders hin und her bewegt; und eine Kolbenringeinheit gemäß einer der Ausgestaltungen, die auf einer Außenumfangsfläche des Kolbens angebracht ist.
In dem Kompressor gemäß der Ausgestaltung ist auf der Außenumfangsfläche des Kolbens die Kolbenringeinheit gemäß einer der Ausgestaltungen angebracht. Daher können die Kompressoren gemäß den Ausgestaltungen im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie jede der oben beschriebenen Kolbenringeinheiten erreichen.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Hubkolbenkompressors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist eine Frontansicht, die eine Konfiguration eines Kolbens zeigt, den der Hubkolbenkompressor enthält;
3A ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Kolbenringeinheit zeigt;
3B ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Konfiguration der Kolbenringeinheit zeigt;
4 ist eine Draufsicht, die einen Lagezusammenhang zwischen jeweiligen Fugen eines ersten Kolbenrings und eines zweiten Kolbenrings sowie einer Öffnung eines ersten inneren Kontaktrings in der Kolbenringeinheit darstellt;
5A ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration der Kolbenringeinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5B ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Kolbenringeinheit gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
5C ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Kolbenringeinheit gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
6 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Kolbenringeinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
7A ist eine Draufsicht, die einen Anordnungsmodus eines ersten Kolbenrings und eines zweiten inneren Kontaktrings in einer Umfangsrichtung zeigt;
7B ist eine Draufsicht, die einen Anordnungsmodus eines zweiten Kolbenrings und des ersten inneren Kontaktrings in einer Umfangsrichtung zeigt;
8A ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Kolbenringeinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
8B ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines Hilfsrings zeigt;
9A ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer zwischen einem Hochdruckende und einem Niederdruckende angeordneten Kolbenringeinheit in der Konfiguration der Kolbenringeinheit zeigt, die auf einem Kolben eines Hubkolbenkompressors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel angebracht ist;
9B ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer am Hochdruckende angeordneten Kolbenringeinheit und einer am Niederdruckende angeordneten Kolbenringeinheit in der Konfiguration der Kolbenringeinheit zeigt, die auf dem Kolben des Hubkolbenkompressors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel angebracht ist;
10 ist eine Schnittansicht, die eine Kolbenringeinheit zeigt, die auf einem Kolben eines Hubkolbenkompressors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel angebracht ist;
11 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Abschnitts einer Kolbenringeinheit gemäß einer Abwandlung 1 zeigt;
12A ist eine Perspektivansicht, die einen Aufbau eines ersten Kolbenrings gemäß einer Abwandlung 2 zeigt;
12B ist eine Perspektivansicht, die einen Aufbau eines zweiten Kolbenrings gemäß einer Abwandlung 3 zeigt;
13A ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines ersten Kolbenrings gemäß einer Abwandlung 4 zeigt;
13B ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines zweiten Kolbenrings gemäß einer Abwandlung 5 zeigt;
14A ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines ersten Kolbenrings in einem Aufbau eines Kolbenrings gemäß einer Abwandlung 6 zeigt;
14B ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines zweiten Kolbenrings in dem Aufbau des Kolbenrings gemäß der Abwandlung 6 zeigt; und
15 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Hilfsrings in einer Kolbenringeinheit gemäß einer Abwandlung 7 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele zur Durchführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind Ausführungsbeispiele, um die vorliegende Erfindung auf exemplarische Weise zu beschreiben, wobei die vorliegende Erfindung ausgenommen ihrer wesentlichen Konfiguration nicht auf die folgenden Auswirkungsbeispiele beschränkt ist.
In der folgenden Beschreibung geben eine „Axialrichtung“ eine Richtung entlang einer Achse eines Kolbens, eine „Umfangsrichtung“ eine Richtung um die Achse des Kolbens in einer Ebene senkrecht zur Achse des Kolbens und eine „Radialrichtung“ eine Richtung senkrecht zur Achse des Kolbens an.
- Erstes Ausführungsbeispiel -
1. Konfiguration Hubkolbenkompressor 1
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Konfiguration eines Hubkolbenkompressors 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In 1 wird ein Abschnitt der Konfiguration des Hubkolbenkompressors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf extrahierte Weise dargestellt.
Wie in 1 dargestellt ist, weist der Hubkolbenkompressor 1 einen Zylinder 10, einen Kolben 11, ein Einlassventil 12 und ein Auslassventil 13 auf. Der Zylinder 10 hat einen Innenraum, der eine mit Boden versehene zylindrische Form hat. Der Kolben 11 führt in dem Innenraum des Zylinders 10 in einer durch einem Pfeil A angegebenen Zylinderachsenrichtung eine Hin- und Herbewegung aus. Von einer Endfläche (Oberseite) des Kolbens 11 und einer Innenwandfläche des Zylinders 10 wird eine Druckverstärkungskammer 1a ausgebildet.
Mit dem Absenken des Kolbens 11 einhergehend wird ein unter Druck stehendes Fluid (beispielsweise ein Wasserstoffgas in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) in die Druckverstärkungskammer 1a gesaugt. Ein in die Druckverstärkungskammer 1a eingeleitetes Wasserstoffgas wird durch Anheben (Bewegen in der Aufwärtsrichtung in 1) des Kolbens 11 mit Druck beaufschlagt. Wenn der Kolben 11 einen oberen Totpunkt oder eine Position in der Nähe des oberen Totpunkts erreicht, sodass ein Wasserstoffgas mit Druck beaufschlagt wird, wird das unter Druck stehende Wasserstoffgas durch das Auslassventil 13 abgegeben.
2. Kolben 11 und periphere Elemente um den Kolben 11 herum
Unter Bezugnahme auf 2 werden der Kolben 11 und die peripheren Elemente um den Kolben 11 herum beschrieben.
Wie in 2 dargestellt ist, sind auf einer Außenumfangsfläche des Kolbens 11, der eine runde Säulenform hat, zwei Trageringe 111, 112 und eine Vielzahl von Kolbenringeinheiten 113 angebracht. Der Tragering 111 ist auf einem Abschnitt des Kolbens 11 auf einer Hochdruckseite HP angebracht, während der Tragering 112 auf einem Abschnitt des Kolbens 11 auf einer Niederdruckseite LP angebracht ist. Die Hochdruckseite HP ist in der Richtung entlang der Achse Ax11 des Kolbens 11 (Axialrichtung) eine Seite nahe an der Druckverstärkungskammer 1a (siehe 1). Die Niederdruckseite LP ist in der Richtung entlang der Achse Ax11 des Kolbens 11 (Axialrichtung) eine Seite gegenüber der Hochdruckseite HP.
Die Trageringe 111, 112 sind so vorgesehen, dass sie den Kolben 11 in der Radialrichtung zur Mitte des Zylinders 10 hin zentrieren, um zu verhindern, dass der Kolben 11, der in dem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, Planlaufabweichungen erzeugt.
Die Vielzahl von Kolbenringeinheiten 113 ist auf der Außenumfangsfläche des Kolbens 11 in einem Zustand angebracht, in dem die Vielzahl von Kolbenringeinheiten 113 in einer Richtung entlang der Achse Ax11 des Kolbens 11 (Axialrichtung) voneinander beabstandet ist. Die Konfiguration der Vielzahl von Kolbenringeinheiten 113 wird zwar später beschrieben, doch hat jede Kolbenringeinheit einen ersten Kolbenring 114 und einen zweiten Kolbenring 115. In jeder Kolbenringeinheit 113 sind der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 in der Axialrichtung in Kontakt miteinander angeordnet.
3. Konfiguration Kolbenringeinheit 113
Unter Bezugnahme auf 3A, 3B und 4 wird die Konfiguration der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 3A, 3B und 4 dargestellt ist, weist die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den ersten Kolbenring 114, den zweiten Kolbenring 115 und einen ersten inneren Kontaktring 116 auf. Wie in 3A dargestellt ist, sind der erste Kolbenring 114, der zweite Kolbenring 115 und der erste innere Kontaktring 116, die die Kolbenringeinheit 113 bilden, in einer Ringnut 11a eingepasst, die auf der Außenumfangsfläche des Kolbens 11 in der Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in einem Raum, der durch die Ringnut 11a definiert wird, der erste Kolbenring 114 auf der Niederdruckseite LP und der zweite Kolbenring 115 auf der Hochdruckseite HP angeordnet.
Ein Außenumfangsabschnitt des ersten Kolbenrings 114 und ein Außenumfangsabschnitt des zweiten Kolbenrings 115 ragen in der Radialrichtung aus der Ringnut 11a nach außen heraus. Die Außenumfangsfläche 114c des ersten Kolbenrings 114 und die Außenumfangsfläche 115c des zweiten Kolbenrings 115 liegen auf einer Innenumfangsfläche 10a des Zylinders 10 auf eine gasdichte Weise an.
Eine Nutbodenfläche (eine Innenumfangsfläche) der Ringnut 11a ist bei der vorliegenden Erfindung ein Beispiel für die „Außenumfangsfläche des Kolbens“.
Wie in 3A dargestellt ist, hat der innere Kontaktring 116 eine Plattenbreite W116 in der Richtung entlang der Achse Ax11 des Kolbens 11 (Axialrichtung). Die Plattenbreite W116 ist so eingestellt, dass sie im Wesentlichen gleich einer Größe ist, die die Summe einer Dicke W114 des ersten Kolbenrings 114 und einer Dicke W115 des zweiten Kolbenrings 115 in der Axialrichtung ist. Allerdings kann die Plattenbreite W116 größer als die Dicke W116 und kleiner als eine Größe sein, die durch Addieren der Dicke W114 und der Dicke W115 erlangt wird. Wie in 3A dargestellt ist, ist die Plattenbreite W116 des ersten inneren Kontaktrings 116 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so eingestellt, dass sie etwas schmaler als eine Nutbreite (eine Größe in der Axialrichtung) der Ringnut 11a in der Axialrichtung ist. Zudem ist der erste innere Kontaktring 116 derart vorgesehen, dass zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut 11a und dem ersten inneren Kontaktring 116 ein Spalt ausgebildet ist.
Wie in 3B dargestellt ist, hat der erste Kolbenring 114 in einem Abschnitt des ersten Kolbenrings 114 in der Umfangsrichtung eine Fuge 114a, sodass der erste Kolbenring 114 in einer Draufsicht in der Axialrichtung gesehen eine C-Form hat. Auf die gleiche Weise hat auch der zweite Kolbenring 115 eine Fuge 115a in einem Abschnitt des zweiten Kolbenrings 115 in der Umfangsrichtung, sodass der zweite Kolbenring 115 in einer Draufsicht in der Axialrichtung gesehen eine C-Form hat. Der erste innere Kontaktring 116 hat außerdem eine Öffnung 116a in einem Abschnitt des ersten inneren Kontaktrings 116 in der Umfangsrichtung, sodass der erste innere Kontaktring 116 in einer Draufsicht in der Axialrichtung gesehen eine C-Form hat.
Wie in 4 dargestellt ist, sind der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 derart angeordnet, dass die Fuge 114a und die Fuge 115a voneinander um eine halbe Drehung in der Umfangsrichtung versetzt sind. Das heißt, dass der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 derart angeordnet sind, dass sich die Fuge 114a und die Fuge 115a in einer Draufsicht in der Axialrichtung gesehen nicht überlappen. Der erste innere Kontaktring 116 ist derart angeordnet, dass die Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 in der Radialrichtung nicht mit den Fugen 114a und 115a überlappt. Genauer gesagt sind beide Umfangsenden 116d und 116e des ersten inneren Kontaktrings 116, die die Öffnung 116 von beiden Seiten umgeben, in der Umfangsrichtung so angeordnet, dass sie unter den Umfängen, die die Fugen 114a und 115a von beiden Seiten umgeben, bezüglich der Umfangsenden 114f und 115h nahe an den Umfangsenden 116d und 116e um ungefähr 1/8 Drehung versetzt (um θ1, θ2 versetzt) sind.
Wenn der erste Kolbenring 114, der zweite Kolbenring 115 und der erste innere Kontaktring 116 wie oben angeordnet sind, werden, wie in 3A dargestellt ist, die Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und die Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 durch den ersten Kontaktring 116 auf der Innenseite in der Radialrichtung geschlossen. Daher ist es möglich, die Ausbildung eines Austrittswegs eines Wasserstoffgases aus Spalten zu verhindern, die zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut 11a und der Innenumfangsfläche des ersten Kontaktrings 116 und den jeweiligen Fugen 114a, 115a ausgebildet sind.
In der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der erste innere Kontaktring 116 Federeigenschaften, die einen Durchmesser des inneren Kontaktrings 116 in der Radialrichtung zur Außenseite ausdehnen. Selbst wenn die Außenumfangsflächen 114c, 115c der Kolbenringe 114, 115 aufgrund von Gleiten zwischen den Außenumfangsflächen 114c, 115c und der Innenumfangsfläche 10a des Zylinders 10 abgenutzt werden, kann der erste innere Kontaktring 116 daher einen Kontaktzustand aufrechterhalten, sodass er den Innenumfangsflächen 114b, 115b der Kolbenringe 114, 115 folgt. Genauer gesagt ist der erste innere Kontaktring 116 so ausgebildet, dass er sich in der Radialrichtung auf einen Durchmesser ausdehnen kann, der in der Abnutzungsendphase (einem geschätzten Zeitpunkt, zu dem konstruktiv maximale Abnutzung auftritt) in einem natürlichen Zustand, in dem in der Radialrichtung auf den ersten inneren Kontaktring 116 keine äußere Kraft aufgebracht wird, größer oder gleich den Innendurchmessern der Innenumfangsflächen 114b und 115b des ersten Kolbenrings 114 und des zweiten Kolbenrings 115 ist.
Der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 bestehen aus beispielsweise einem Harzwerkstoff, während der erste innere Kontaktring 116 aus beispielsweise einem Metallwerkstoff besteht. Wie in 3B dargestellt ist, ist eine Dicke des ersten Kolbenrings 114 in der Radialrichtung mit T114 angegeben, während eine Dicke des zweiten Kolbenrings 115 in der Radialrichtung mit T115 angegeben ist. Der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 sind so ausgebildet, dass sie die gleiche Dicke haben, das heißt, dass die Dicke T114 und die Dicke T115 in einem Zustand, in dem weder der erste Kolbenring 114 noch der zweite Kolbenring 115 abgenutzt ist, die gleichen sind.
Der erste innere Kontaktring 116 hat in der Radialrichtung dagegen eine Dicke T116. Die Dicke T116 des ersten inneren Kontaktrings 116 ist kleiner als die Dicke T114 des ersten Kolbenrings 114 und die Dicke T115 des zweiten Kolbenrings 115 eingestellt. Wenn die Dicke T116 des ersten inneren Kontaktrings 116 klein eingestellt ist, dehnt sich der Durchmesser des ersten inneren Kontaktrings 116 auch dann aus, wenn die Abnutzung des ersten Kolbenrings 114 oder die Abnutzung des zweiten Kolbenrings 115 voranschreitet, sodass er den Innenflächen der ersten und zweiten Kolbenringe 114, 115 mit hohem Folgevermögen folgt. Die Kolbenringe 114, 115 nehmen vom ersten inneren Kontaktring 116 eine Druckkraft auf, die in der Radialrichtung nach außen gerichtet ist, und sie werden bis zur Abnutzungsendphase der Kolbenringe 114, 115 mit der Innenumfangsfläche 10a des Zylinders 10 in Kontakt gehalten.
4. Gasabdichtungsvermögen Kolbenringeinheit 113
Unter Bezugnahme auf 5A, 5B und 5C wird das Gasabdichtungsvermögen der Kolbenringeinheit 113 beschrieben. 5A ist eine Schnittansicht, die eine Teilkonfiguration der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt, 5B ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration eines Abschnitts einer Kolbenringeinheit 913 gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 darstellt, und 5C ist eine Schnittansicht, die eine Teilkonfiguration einer Kolbenringeinheit 923 gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 darstellt.
Wie in 5A, 5B und 5C dargestellt ist, ist zwischen einer Außenumfangsfläche 11c eines Kolbens 11 mit Ausnahme eines Abschnitts, in dem die Ringnut 11a ausgebildet ist, und der inneren Umfangsfläche 10a des Zylinders 10 auf der Hochdruckseite HP ein Spalt SP1 und auf der Niederdruckseite LP ein Spalt SP2 ausgebildet. Die Spalte SP1 und SP2 können verkleinert werden, indem die Genauigkeit bei der Fertigung des Zylinders 10 und des Kolbens 11 erhöht wird. Allerdings sind die Spalte SP1 und SP2 immer offen, um dem Kolben 11 zu ermöglichen, in dem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung auszuführen.
Zwischen einer Nutseitenfläche 11b der Ringnut 11a des Kolbens 11 und einer Endfläche 115d des zweiten Kolbenrings 115 auf der Hochdruckseite HP ist ebenfalls ein Spalt SP3 ausgebildet. Zudem ist zwischen einer Nutbodenfläche der Ringnut 11a des Kolbens 11 und einer Innenumfangsfläche 116c des ersten inneren Kontaktrings 116 in 5A und zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut 11a des Kolbens 11 und einer Innenumfangsfläche 115b des zweiten Kolbenrings 115 in 5B und 5C ein Spalt SP4 ausgebildet.
Wie in 5A dargestellt ist, erstreckt sich die Plattenbreite W116 des ersten inneren Kontaktrings 116 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Axialrichtung vom ersten Kolbenring 114 zum zweiten Kolbenring 115. Selbst wenn der Kolben 11 in dem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt oder die Abweichung des ersten inneren Kontaktrings 116 in der Axialrichtung groß ist, wird daher die Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 durch einen Abstand verhindert, der dem Spalt SP3 entspricht. Daher ist es in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Ausbildung eines Austrittswegs eines Wasserstoffgases zu verhindern, die durch die Verbindung zwischen der Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und dem Spalt SP4 hervorgerufen wird. Daher wird in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Gasaustritt vom Spalt SP1 auf der Hochdruckseite HP zum Spalt SP2 auf der Niederdruckseite LP verhindert.
Wie in 5B dargestellt ist, gibt es in der Kolbenringeinheit 913 gemäß dem Vergleichsbeispiel 1, die nicht den inneren Kontaktring 116 aufweist, andererseits einen Zustand, in dem die Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und der Spalt SP4 stets miteinander verbunden sind. Das heißt, es gibt einen Zustand, in dem ein Austrittsweg eines Wasserstoffgases ausgebildet wird. In der Kolbenringeinheit 913 gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 ist es daher schwierig, den Austritt eines Wasserstoffgases, wie er durch einen Pfeil B angegeben ist, vom Spalt SP1 auf der Hochdruckseite HP zum Spalt SP2 auf der Niederdruckseite LP zu verhindern.
Wie in 5C dargestellt ist, bewegt sich in der Kolbenringeinheit 923 gemäß dem Vergleichsbeispiel 2, das einen ersten inneren Kontaktring 916 aufweist, der eine Plattenbreite W916, die schmaler als die Plattenbreite W116 des ersten inneren Kontaktrings 116 ist, und eine Dicke hat, die kleiner als eine Plattendicke des ersten Kolbenrings 114 ist, der erste innere Kontaktring 916, wie durch einen Pfeil C angegeben ist, wenn der Kolben 11 eine Hin- und Herbewegung ausführt. In der Kolbenringeinheit 923 gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 werden daher die Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und der Spalt SP4 mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 einhergehend miteinander verbunden. Dementsprechend wird ein Austrittsweg eines Wasserstoffgases ausgebildet. Daher ist es auch in der Kolbenringeinheit 923 gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 schwierig, den Austritt eines Wasserstoffgases, wie er durch einen Pfeil D angegeben ist, vom Spalt SP1 auf der Hochdruckseite HP zum Spalt SP2 auf der Niederdruckseite LP zu verhindern.
5. Vorteilhafte Wirkungen
Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, ist in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste innere Kontaktring 116 in der Radialrichtung gesehen derart angeordnet, dass sich die Öffnung 116a, die im inneren Kontaktring 116 ausgebildet ist, nicht mit den Fugen 114a und 115a des ersten Kolbenrings 114 und des zweiten Kolbenrings 115 überlappt. In der Kolbenringeinheit 113 ist es daher möglich, die Verbindung zwischen den Fugen 114a, 115a der Kolbenringe 114, 115 und der Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 zu verhindern, weswegen der Austritt eines Wasserstoffgases verhindert wird.
In der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut 11a in dem Kolben 11 und den jeweiligen Innenumfangsflächen 114b, 115b der Kolbenringe 114, 115 der erste innere Kontaktring 116, der in der Axialrichtung vom ersten Kolbenring 114 zum zweiten Kolbenring 115 angeordnet ist. Selbst wenn der Kolben 11 in dem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, wird daher in der Kolbenringeinheit 113 eine Verschiebung der Relativposition zwischen den Kolbenringen 114, 115 und dem ersten inneren Kontaktring 116 in der Axialrichtung verhindert. Dadurch wird in der Kolbenringeinheit 113 ein Zustand aufrechterhalten, in dem der erste innere Kontaktring 116 zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut 11a im Kolben 11 und den Fugen 114a, 115a der Kolbenringe 114, 115 liegt. Dementsprechend wird der Austritt eines Wasserstoffgases von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP verhindert.
Daher ist es in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, den Austritt eines Wasserstoffgases von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP zu verhindern.
Wie in 4 dargestellt ist, sind in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umfangsenden 116d, 116e des ersten inneren Kontaktrings 116 und die Umfangsenden 114f, 115h der Kolbenringe 114, 115 in der Umfangsrichtung um ungefähr 1/8 Drehung versetzt. Mit solch einer Gestaltung ist es möglich, in der Kolbenringeinheit 113 zu verhindern, dass die Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 und die jeweiligen Fugen 114a, 115a der Kolbenringe 114, 115 miteinander verbunden werden. Dementsprechend kann die Länge eines Wegs, durch den ein Wasserstoffgas austreten kann, erhöht werden. Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Austritt von Wasserstoffgas verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der erste innere Kontaktring 116 in der Radialrichtung Federeigenschaften, wobei der Außendurchmesser des ersten inneren Kontaktrings 116 in einem natürlichen Zustand so eingestellt ist, dass er größer oder gleich dem Innendurchmesser des Kolbenrings 114 und dem Innendurchmesser des Kolbenrings 115 ist, wenn sich diese Kolbenringe 114, 115 maximal ausdehnen. Der erste innere Kontaktring 116 folgt in der Kolbenringeinheit 113 daher den Innenumfangsflächen 114b, 115b der Kolbenringe 114, 115, bis sich die Kolbenringe 114, 115 maximal ausdehnen. Somit kann bis zur Abnutzungsendphase der Kolbenringe 114, 115 der Austritt eines Wasserstoffgases von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste Kolbenring 114, der zweite Kolbenring 115 und der erste innere Kontaktring 116 in der Ringnut 11a eingepasst, die auf dem Kolben 11 ausgebildet ist. Wenn wie oben beschrieben die Kolbenringe 114, 115 und der erste innere Kontaktring 116 in dem Bereich eingepasst sind, der durch die Ringnut 11a definiert wird, kann eine Länge des Gasaustrittswegs erhöht werden, der den Spalt SP1 auf der Hochdruckseite HP und den Spalt SP2 auf der Niederdruckseite LP verbindet. Dementsprechend kann der Austritt eines Gases (eines Wasserstoffgases) verhindert werden.
Darüber hinaus weist der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Kolbenringeinheiten 113 auf, die jeweils die oben beschriebenen Wirkungen erlangen. Indem der Austritt eines Gases (eines Wasserstoffgases) verhindert wird, kann dementsprechend eine hocheffiziente Gaskompression erfolgen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Wasserstoffgas als ein Beispiel für ein unter Druck stehendes Fluid eingesetzt. Ein Wasserstoffgas hat ein Molekulargewicht, das kleiner als das Molekulargewicht von Luft oder dergleichen ist, weswegen davon ausgegangen wird, dass das Wasserstoffgas aus einem kleinen Spalt austreten kann. Wenn jedoch die Konfiguration der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eingesetzt wird, kann der Gasaustritt wirksam verhindert werden.
- Zweites Ausführungsbeispiel -
Unter Bezugnahme auf 6, 7A und 7B wird eine Konfiguration eines Hubkolbenkompressors 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Konfiguration der Kolbenringeinheit 113. Daher stellen 6, 7A und 7B die Kolbenringeinheit 113 dar, durch die sich das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Wie in 6, 7A und 7B dargestellt ist, weist die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich zu einem ersten Kolbenring 114, einem zweiten Kolbenring 115 und einem ersten inneren Kontaktring 116 einen zweiten inneren Kontaktring 117 auf. In der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Innendurchmesser D114 des ersten Kolbenrings 114 so eingestellt, dass er größer als ein Innendurchmesser D115 des zweiten Kolbenrings 115 ist.
Der erste innere Kontaktring 116 ist derart angeordnet, dass eine Außenumfangsfläche 116b des ersten inneren Kontaktrings 116 mit einer Innenumfangsfläche 115b des zweiten Kolbenrings 115 in Kontakt (auf sie gepasst) ist. Der erste innere Kontaktring 116 ist auf die gleiche Weise wie das erste Ausführungsbeispiel mit einer Plattenbreite angeordnet, die in der Axialrichtung vom ersten Kolbenring 114 zum zweiten Kolbenring 115 reicht.
Der zweite innere Kontaktring 117 ist andererseits derart ausgebildet, dass eine Plattenbreite W117 des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Axialrichtung kleiner oder gleich einer Dicke W114 des ersten Kolbenrings 114 in der Axialrichtung ist. Mit solch einer Konfiguration ist der zweite innere Kontaktring 117 derart angeordnet, dass eine Außenumfangsfläche 117b mit einer Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbenrings 114 in Kontakt ist. Der zweite innere Kontaktring 117 hat eine Endfläche 117d auf einer Hochdruckseite HP, die mit einer Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 auf der Niederdruckseite LP in Kontakt ist oder nahe an ihr angeordnet ist. Das heißt, dass die Bewegung des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Axialrichtung durch die Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 und eine auf der Niederdruckseite LP ausgebildeten Nutseitenfläche 11d einer Ringnut 11a eingeschränkt wird.
Der zweite innere Kontaktring 117 ist mit einem leichten Spalt angeordnet, der zwischen einer Innenumfangsfläche 117c des zweiten inneren Kontaktrings 117 und einer Außenumfangsfläche 116b des ersten inneren Kontaktrings 116 ausgebildet ist. Dadurch lässt sich verhindern, dass der innere Kontaktring 117 vom ersten inneren Kontaktring 116 die Beeinflussung durch eine Kraft in der Radialrichtung erfährt. Auf die gleiche Weise lässt sich auch verhindern, dass der erste innere Kontaktring 116 vom zweiten inneren Kontaktring 117 die Beeinflussung durch eine Kraft in der Radialrichtung erfährt.
Wie in 7A dargestellt ist, sind der erste Kolbenring 114 und der zweite innere Kontaktring 117 derart angeordnet, dass sich eine Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und eine Öffnung 117a des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Radialrichtung nicht überlappen. Im Einzelnen sind eine gedachte Linie L114, die durch die Mitte der Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, und eine gedachte Linie L117 eingezeichnet, die durch die Mitte der Öffnung 117a des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt. Der erste Kolbenring 114 und der zweite innere Kontaktring 117 sind in diesem Fall derart angeordnet, dass ein Winkel θ3, der durch die gedachte Linie L114 und die gedachte Linie L117 gebildet wird, ungefähr 180° beträgt. Wenn θ3 auf diese Weise auf einen großen Winkel eingestellt wird, kann ein Umfangsabstand zwischen der Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und der im zweiten inneren Kontaktring 117 ausgebildeten Öffnung 117a erhöht werden. Solch eine Erhöhung des Umfangsabstands ist bei der Verhinderung eines Gasaustritts (Wasserstoffgasaustritts) vorteilhaft.
Wie in 7B dargestellt ist, sind der zweite Kolbenring 115 und der erste innere Kontaktring 116 derart angeordnet, dass sich eine Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 und die Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 in der Radialrichtung nicht überlappen. Im Einzelnen wird ein Fall betrachtet, in dem eine gedachte Linie L115, die durch die Mitte der Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, und eine gedachte Linie L116, die durch die Mitte der Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, eingezeichnet sind. Der zweite Kolbenring 115 und der erste innere Kontaktring 116 sind in diesem Fall derart angeordnet, dass ein Winkel θ4, der durch die gedachte Linie L115 und die gedachte Linie L116 gebildet wird, ungefähr 180° beträgt. Wenn θ4 auf diese Weise auf einen großen Winkel eingestellt wird, kann ein Umfangsabstand zwischen der Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 und der Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 erhöht werden. Solch eine Erhöhung des Umfangsabstands ist bei der Verhinderung des Austritts eines Gases (eines Wasserstoffgases) vorteilhaft.
Der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 sind derart angeordnet, dass der Winkel, der durch die gedachte Linie L114 und die gedachte Linie L115 gebildet wird, ungefähr 180° beträgt. Bei der Verhinderung des Austritts eines Gases (Wasserstoffgases) zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 ist solch eine Konfiguration ebenfalls vorteilhaft.
Wenn der erste Kolbenring 114, der zweite Kolbenring 115 und der zweite innere Kontaktring 117 wie oben beschrieben angeordnet werden, wird, wie 6 dargestellt ist, die Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 durch den zweiten inneren Kontaktring 117 geschlossen, während die Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 durch den ersten inneren Kontaktring 116 geschlossen wird. Die Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 und die Fuge 115a, die im zweiten Kolbenring 115 ausgebildet ist, sind derart angeordnet, dass sich die Fuge 114a und die Fuge 115a in einer Draufsicht in der Axialrichtung (einem in 7A und 7B dargestellten Zustand) nicht überlappen. Mit solch einer Konfiguration ist es in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, den Austritt eines Wasserstoffgases von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP zu verhindern.
Bei solch einer Konfiguration ist der zweite innere Kontaktring 117 mit Federeigenschaften ausgebildet, durch die sich der zweite innere Kontaktring 117 in der Radialrichtung auf einen Durchmesser ausdehnen kann, der in der Abnutzungsendphase (einem geschätzten Zeitpunkt, zu dem konstruktiv maximale Abnutzung auftritt) in einem natürlichem Zustand, in dem auf den zweiten inneren Kontaktring 117 in der Radialrichtung keine äußere Kraft aufgebracht wird, größer als der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbenrings 114 ist.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der Kolbenringeinheit 113 und des Hubkolbenkompressors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erlangen.
Die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist den zweiten inneren Kontaktring 117 auf, der auf der Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbenrings 114 anliegt, und der zweite innere Kontaktring 117 ist derart angeordnet, dass sich die Öffnung 117a des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Radialrichtung nicht mit der Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 überlappt. Mit solch einer Konfiguration ist es in der Kolbenringeinheit 113 möglich, die Ausbildung eines Gasaustrittswegs (Wasserstoffgasaustrittwegs) zwischen dem Spalt, der zwischen der Außenumfangsfläche 116b des ersten inneren Kontaktrings 116 und der Innenumfangsfläche 117c des zweiten inneren Kontaktrings 117 ausgebildet ist, und der im ersten Kolbenring 114 ausgebildeten Fuge 114a zu verhindern. Demensprechend kann die Kolbenringeinheit 113 wirksamer einen Gasaustritt von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP verhindern.
In der Kolbenringeinheit 113 ist ein Innendurchmesser D114 des ersten Kolbenrings 114 so eingestellt, dass er größer als ein Innendurchmesser D115 des zweiten Kolbenrings 115 ist, und die Außenumfangsfläche 117b des zweiten inneren Kontaktrings 117 ist mit der Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbrings 114 in Kontakt. Mit solch einer Gestaltung wird durch die Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 auf der Niederdruckseite LP und der auf der Niederdruckseite LP ausgebildeten Nutseitenfläche 11d der Ringnut 11a verhindert, dass der zweite innere Kontaktring 117 in der Axialrichtung versetzt wird. Dadurch wird in der Kolbenringeinheit 113 bis zur Abnutzungsendphase des ersten Kolbenrings 114 ein Zustand aufrechterhalten, in dem der zweite innere Kontaktring 117 mit der Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbenrings 114 in Kontakt ist. Zudem hat der zweite innere Kontaktring 117 Federeigenschaften, durch die sich der zweite innere Kontaktring 117 in der Radialrichtung nach außen ausdehnt. Dementsprechend ist es möglich, den ersten Kolbenring 114 beständig vorzuspannen, sodass die Außenumfangsfläche 114c gegen die Innenumfangsfläche 10a des Zylinders 10 gedrückt wird.
In der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Kolbenring 114 auf der Niederdruckseite LP angeordnet. Dementsprechend kann die Abnutzung des ersten Kolbenrings 114 schneller als die Abnutzung des zweiten Kolbenrings 115 voranschreiten, der auf der Hochdruckseite HP angeordnet ist. Selbst wenn die Abnutzung des ersten Kolbenrings 114 relativ rasch voranschreitet, ist daher der zweite innere Kontaktring 117 derart angeordnet, dass er mit der Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbenrings 114 in Kontakt ist. Dementsprechend kann die Abdichtung durch den ersten Kolbenring 114 bis zur Abnutzungsendphase des ersten Kolbenrings 14 sichergestellt werden. Und zwar wird der erste Kolbenring 114 durch den zweiten inneren Kontraktring 117 elastisch in der Radialrichtung nach außen vorgespannt. Dementsprechend wird der Berührungszustand, in dem der erste Kolbenring 114 auf der Innenumfangsfläche 10a des Zylinders 10 aufliegt, bis zur Abnutzungsendphase aufrechterhalten, weswegen die Abdichtung durch den ersten Kolbenring 114 gewährleistet werden kann.
- Drittes Ausführungsbeispiel -
Unter Bezugnahme auf 8A und 8B wird ein Hubkolbenkompressor 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Konfiguration einer Kolbenringeinheit 113. Daher ist in 8A die Kolbenringeinheit 113, die ein Abschnitt ist, durch den sich das dritte Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet, auf eine extrahierte Weise dargestellt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel basiert auf der oben beschriebenen Kolbenringeinheit 113 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt. Abwandlungen des dritten Ausführungsbeispiels werden später beschrieben.
Wie in 8A dargestellt ist, weist die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich zu einem ersten Kolbenring 114, einem zweiten Kolbenring 115, einem ersten inneren Kontaktring 116 und einem zweiten inneren Kontaktring 117 einen Hilfsring 118 auf. Wie in 8B dargestellt ist, ist der Hilfsring 118 aus einer ringförmigen flachen Platte (zum Beispiel einer Metallplatte) ausgebildet. Das heißt, dass der Hilfsring 118, wie in 8A dargestellt ist, einen Querschnitt hat, in dem eine Größe des Hilfsrings 118 in der Axialrichtung kleiner als eine Größe des Hilfsrings 118 in der Radialrichtung ist. Wie in einem vergrößerten Abschnitt in 8A dargestellt ist, ist der Hilfsring 118 mit einem leichten Spalt G1 angeordnet, der zwischen dem Hilfsring 118 und einer Innenumfangsfläche 10a des Zylinders 10 ausgebildet ist.
Wie in 8A dargestellt ist, ist der Hilfsring 118 auf einer Endfläche 115d des zweiten Kolbenrings 115 auf der Hochdruckseite HP angeordnet. In einem Zustand, in dem der Kolben 11 ruht, ist eine Hauptfläche 118a des Hilfsrings 118 mit einer Endfläche 115d des zweiten Kolbenrings 115 und einer Endfläche des ersten inneren Kontaktrings 116 auf der Hochdruckseite HP in Kontakt, während eine andere Hauptfläche 118c mit einem Spalt angeordnet ist, der zwischen der Hauptfläche 118c und einer Nutseitenfläche 11b des Kolbens 11 ausgebildet ist.
Der Hilfsring 118 ist mit der Nutbodenfläche der Ringnut 11a in Kontakt oder nahe an ihr angeordnet und er ist so angeordnet, dass er die Hochdruckseite HP des Spalts zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut 11a und dem ersten inneren Kontaktring 116 bedeckt.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der Kolbenringeinheiten 113 und der Hubkolbenkompressoren 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel erlangen.
Des Weiteren weisen die Kolbenringeinheit 113 und der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zudem einen Hilfsring 118 auf, der eine Flachplattenringform hat, in dem aber keine Fuge ausgebildet ist. Dementsprechend ist es möglich, die Ausbildung eines Austrittswegs eines Wasserstoffgases von der Hochdruckseite HP in die Ringnut 11a zu verhindern. Daher sind die Kolbenringeinheit 113 und der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei der Verhinderung eines Gasaustritts wirksamer.
- Viertes Ausführungsbeispiel -
Unter Bezugnahme auf 2, 9A und 9B wird eine Konfiguration eines Hubkolbenkompressors 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Punkts, dass sich die Konfiguration der auf dem Kolben angebrachten Kolbenringeinheit 113 abhängig von einem Abschnitt eines Kolbens 11, an dem die Kolbenringeinheit 113 in einer Axialrichtung angebracht ist, unterscheidet. Daher werden nur die Abschnitte beschrieben, durch die sich das vierte Ausführungsbeispiel vom zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Wie in 2 dargestellt ist, wird ein Fall betrachtet, in dem der Kolben 11 in der Axialrichtung in einen Hochdruckendabschnitt 11h, einen Niederdruckendabschnitt III und einen Zwischenabschnitt 11m unterteilt ist. In diesem Fall haben die auf dem Hochdruckendabschnitt 11h angebrachte Kolbenringeinheit 113 und die auf dem Niederdruckendabschnitt 11l angebrachte Kolbenringeinheit 113 bezüglich der Kolbenringeinheiten 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Konfiguration, die sich von der Konfiguration der Kolbenringeinheit 113 unterscheidet, die auf dem Zwischenabschnitt 11m zwischen dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt 11l angebracht ist.
Wie in der 9A und 9B dargestellt ist, weist die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zunächst auf die gleiche Weise wie die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen ersten Kolbenring 114, einen zweiten Kolbenring 115, einen ersten inneren Kontaktring 116 und einen zweiten inneren Kontaktring 117 auf. Ein grundsätzlicher Anordnungsmodus des ersten Kolbenrings 114, des zweiten Kolbenrings 115, des ersten inneren Kontaktrings 116 und des zweiten inneren Kontaktrings 117 ist ebenfalls im Wesentlichen gleich dem grundsätzlichen Anordnungsmodus der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Wie als Nächstes in einem vergrößerten Abschnitt von 9A dargestellt ist, ist in der Kolbenringeinheit 113, die auf dem Zwischenabschnitt 11m des Kolbens 11 angebracht ist, zwischen einer Endfläche 117d des zweiten inneren Kontaktrings 117 auf der Hochdruckseite HP und einer Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 auf der Niederdruckseite LP ein Spalt G2 ausgebildet. Wie in einem vergrößerten Abschnitt von 9B dargestellt ist, ist andererseits in der Kolbenringeinheit 113, die jeweils auf dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt 11l des Kolbens 11 angebracht ist, zwischen der Endfläche 117d des zweiten inneren Kontaktrings 117 auf der Hochdruckseite HP und der Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 auf der Niederdruckseite LP ein Spalt G3 ausgebildet, der breiter als der Spalt G2 ist. Mit anderen Worten ist eine Breitengröße des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Axialrichtung in Bezug auf die Kolbenringeinheit 113, die auf dem Zwischenabschnitt 11m des Kolbens 11 angebracht ist, breit eingestellt, während sie in der Kolbenringeinheit 113, die auf dem Hockdruckendabschnitt 11h angebracht ist, und der Kolbenringeinheit 113, die auf dem Niederdruckendabschnitt III angebracht ist, schmal eingestellt ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Spalt G3, der in der Kolbenringeinheit 113 ausgebildet ist, die auf dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt 11l des Kolbens angebracht ist, breiter als der Spalt G2 eingestellt, der in der Kolbenringeinheit 113 ausgebildet ist, die auf dem Zwischenabschnitt 11m angebracht ist. Mit solch einer Konfiguration wird eine Menge des Gasaustritts von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP eingestellt. Genauer gesagt wird in der auf dem Zwischenabschnitt 11m angebrachten Kolbenringeinheit 113, die den Spalt G3 hat, der breiter als der Spalt G2 ist, der in der in 9A dargestellten Kolbenringeinheit 113 ausgebildet ist, eine Menge des Gases erhöht, das durch den Spalt G3 geht und zur Fuge 114a des ersten Kolbenrings austritt. Andererseits wird in der auf dem Hockdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt 11l angebrachten Kolbenringeinheit 113, die den Spalt G2 hat, der enger als der Spalt G3 ist, der in der in 9B dargestellten Kolbenringeinheit 113 ausgebildet ist, eine Menge des Gases verringert, das durch den Spalt G2 geht und zur Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 austritt.
In dem Hubkolbenkompressor 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Menge des Gasaustritts eingestellt, indem eine Breitengröße (eine Größe in einer Axialrichtung) des zweiten inneren Kontaktrings 117 abhängig von dem Abschnitt des Kolbens 11 in der Axialrichtung, an der die Kolbenringeinheit 113 angebracht ist, geändert wird.
Dabei wird auch in einem Fall, in dem auf dem Kolben 11 eine Vielzahl von Kolbenringeinheiten 113 angebracht ist, angenommen, dass alle Kolbenringeinheiten 113 eine Abdichtung gewährleisten müssen, die so hoch wie möglich ist.
Falls jedoch alle auf dem Kolben 11 angebrachten Kolbenringe 113 so konfiguriert sind, dass sie eine Abdichtung gewährleisten, die so hoch wie möglich ist, wird jedoch ein Differenzdruck, der zwischen der Kolbenringeinheit und der auf der Hochdruckseite HP angeordneten Kolbenringeinheit und der auf der Niederdruckseite LP angeordneten Kolbenringeinheit erzeugt wird, übermäßig groß. Wenn solch eine Konfiguration eingesetzt wird, nimmt daher eine Last zu und steigt daher die Abnutzung der Kolbenringe 113, 114.
In dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist andererseits eine Breitengröße des zweiten inneren Kontaktrings 117 der Kolbenringeinheit 113, die auf dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt 11l des Kolbens 11 angebracht ist, schmal eingestellt, weswegen eine Menge des Gasaustritts größer als eine Menge des Gasaustritts in der Kolbenringeinheit 113 ist, die auf dem Zwischenabschnitt 11m angebracht ist. Wie oben beschrieben wurde, kann die Abnutzung der Kolbenringe 114, 115 im Kompressor insgesamt verhindert werden, wenn eine Menge des Gasaustritts je nach dem Abschnitt des Kolbens 11, an dem die Kolbenringeinheit 113 der Axialrichtung angebracht ist, unterschiedlich gemacht wird.
Angesichts der Tendenz, dass ein Differenzialdruck an dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt 11l des Kolbens 11 groß wird, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Menge des Gasaustritts an der Kolbenringeinheit 113, die auf dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt III angebracht ist, erhöht.
- Fünftes Ausführungsbeispiel -
Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Konfiguration eines Hubkolbenkompressors 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von denen des oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiels hinsichtlich der Konfiguration der Kolbenringeinheit 113.
Daher ist in 10 die Kolbenringeinheit 113, die ein Abschnitt ist, durch den sich das fünfte Ausführungsbeispiel vom ersten bis zum dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet, auf eine extrahierte Weise dargestellt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel basiert auf der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Daher wird unten hauptsächlich der Unterschied zwischen einer Kolbenringeinheit 113 des vorliegenden Ausführungsbeispiels und der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 10 dargestellt ist, weist die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Kolbenring 114, einen zweiten Kolbenring 115 und einen zweiten inneren Kontaktring 117 auf. Das heißt, dass sich die Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Punkts unterscheidet, dass der erste innere Kontaktring 116 weggelassen ist.
Auch in der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Innendurchmesser D114 des ersten Kolbenrings 114 größer als ein Innendurchmesser D115 des zweiten Kolbenrings 115 eingestellt. Ein Innendurchmesser D117 des zweiten inneren Kontaktrings 117 ist so eingestellt, dass er größer oder gleich dem Innendurchmesser D115 ist.
Die Plattenbreite W117 des zweiten inneren Kontaktrings 117 in der Axialrichtung ist im Wesentlichen gleich der Plattenbreite W117 des zweiten inneren Kontaktrings 117 im zweiten Ausführungsbeispiel. Der zweite innere Kontaktring 117 ist auch hinsichtlich des Punkts, dass eine Außenumfangsfläche 117b des zweiten inneren Kontaktrings 117 derart angeordnet ist, dass die Außenumfangsfläche 117 mit einer Innenumfangsfläche 114b des ersten Kolbenrings 114 in Kontakt ist, im Wesentlichen gleich dem zweiten inneren Kontaktring 117 im zweiten Ausführungsbeispiel.
Bezüglich des zweiten inneren Kontaktrings 117 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Endfläche 117d des zweiten inneren Kontaktrings 117 auf der Hochdruckseite HP mit einer Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 auf der Niederdruckseite LP in Kontakt oder nahe an ihr angeordnet, während eine Endfläche 117f des zweiten inneren Kontaktrings 117 auf der Niederdruckseite LP mit einer Nutseitenfläche 11d der Ringnut 11a auf der Niederdruckseite LP in Kontakt ist oder nahe an ihr angeordnet ist. Mit solch einer Anordnung wird der zweite innere Kontaktring 117 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls durch die Endfläche 115e des zweiten Kolbenrings 115 und die Nutseitenfläche 11d der Ringnut 11a auf der Niederdruckseite LP an einer Bewegung in der Axialrichtung eingeschränkt.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der Kolbenringeinheit 113 und der Hubkolbenkompressoren 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel erlangen.
Zudem kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anzahl an Komponenten verglichen mit der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel um eine Menge reduziert werden, die der Weglassung des ersten inneren Kontaktrings 116 entspricht. Dementsprechend können die Fertigungskosten der Kolbenringeinheit 113 und des Hubkolbenkompressors 1 reduziert werden.
- Abwandlung 1 -
Unter Bezugnahme auf 11 wird eine Kolbenringeinheit 113 gemäß der Abwandlung 1 beschrieben. Die Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung unterscheidet sich von der Kolbenringeinheit 113 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Punkts, dass der Hilfsring 118 vorhanden ist, der im dritten Ausführungsbeispiel eingesetzt wird. In 11 ist ein Abschnitt der Kolbenringeinheit 113 auf eine extrahierte Weise dargestellt.
Wie in 11 dargestellt ist, weist die Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen ersten Kolbenring 114, einen zweiten Kolbenring 115, einen ersten inneren Kontaktring 116 und einen Hilfsring 118 auf. Die Konfiguration der Elemente 114 bis 116 ist die gleiche wie die entsprechende Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels und die Konfiguration des Hilfsrings 118 ist die gleiche wie die entsprechende Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels.
In der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung ist der Hilfsring 118 derart angeordnet, dass der Hilfsring 118 auf die gleiche Weise wie im dritten Ausführungsbeispiel mit einer Endfläche des zweiten Kolbenrings 115 und einer Endfläche des ersten inneren Kontaktrings 116 auf der Hochdruckseite HP in Kontakt ist.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung können im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen erlangen, die durch das erste Ausführungsbeispiel erlangt werden. Bei der vorliegenden Abwandlung ist der Hilfsring 118 derart angeordnet, dass der Hilfsring 118 mit der Endfläche des zweiten Kolbenrings 115 auf der Hochdruckseite HP und der Endfläche des ersten inneren Kontaktrings 116 auf der Hochdruckseite HP in Kontakt ist. Dementsprechend ist es möglich, die Ausbildung eines Gasaustrittswegs von der Hochdruckseite HP zur Niederdruckseite LP zu verhindern.
- Abwandlung 2 -
Unter Bezugnahme auf 12A werden eine Kolbenringeinheit 113 und ein die Kolbenringeinheit 113 aufweisender Hubkolbenkompressor 1 gemäß der Abwandlung 2 beschrieben. Bei der vorliegenden Abwandlung unterscheidet sich der Aufbau eines ersten Kolbenrings 114 von dem Aufbau des ersten Kolbenrings 114 in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und die übrigen Konfigurationen sind im Wesentlichen gleich den entsprechenden Konfigurationen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung unter Fokussierung auf die Konfiguration der Abschnitte, die sich von den entsprechenden Abschnitten des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden.
Wie in 12A dargestellt ist, hat der erste Kolbenring 114 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen Vorsprung 114d, der in Richtung einer Hochdruckseite HP vorsteht. Der Vorsprung 114d ist mit einer Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 im Eingriff, wenn der zweite Kolbenring 115 dazu gebracht wird, sich mit dem ersten Kolbenring 114 zu überlappen. Bei der vorliegenden Abwandlung kann der Eingriff zwischen dem Vorsprung 114d und der Fuge 115a in einem Zustand erfolgen, in dem in der Umfangsrichtung zwischen dem Vorsprung 114d und der Fuge 115a in der Umfangsrichtung kein Spalt vorhanden ist, oder solch ein Eingriff kann in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Vorsprung 114d und der Fuge 115a in der Umfangsrichtung ein Spalt vorhanden ist.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der jeweiligen Kolbenringeinheiten 113 und der jeweiligen Hubkolbenkompressoren 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel erreichen.
Zudem hat der erste Kolbenring 114 in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung den Vorsprung 114d, der mit der Fuge 115a im Eingriff ist, die in dem zweiten Kolbenring 114 ausgebildet ist. Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 auch dann, wenn auf die Kolbenringeinheit 113 eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn ein Kolben 11 in einem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, die Relativdrehung zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 in der Umfangsrichtung verhindert werden.
Zudem wird der Vorsprung 114d des ersten Kolbenrings 114 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung dazu gebracht, mit der Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 im Eingriff zu sein, um so die Drehung zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 zu verhindern. Daher ist es bei der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung nicht notwendig, auf dem zweiten Kolbenring 115 zusätzlich einen Abschnitt für einen Eingriff zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 auszubilden. Dementsprechend kann die Konfiguration des zweiten Kolbenrings 115 vereinfacht werden.
- Abwandlung 3 -
Unter Bezugnahme auf 12B werden eine Kolbenringeinheit 113 und ein die Kolbenringeinheit 113 aufweisender Hubkolbenkompressor 1 gemäß der Abwandlung 3 beschrieben. Bei der vorliegenden Abwandlung unterscheidet sich der Aufbau eines ersten Kolbenrings 114 von dem Aufbau des ersten Kolbenrings 114 in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und die übrigen Konfigurationen sind im Wesentlichen gleich den entsprechenden Konfigurationen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung unter Fokussierung auf die Konfiguration der Abschnitte, die sich von den entsprechenden Abschnitten des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden.
Wie in 12B dargestellt ist, hat ein zweiter Kolbenring 115 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen Vorsprung 115f, der in Richtung einer Niederdruckseite LP vorsteht. Der Vorsprung 115f ist mit einer Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 im Eingriff, wenn der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 dazu gebracht werden, sich zu überlappen. Auch bei der vorliegenden Abwandlung kann der Eingriff zwischen dem Vorsprung 115f und der Fuge 114a in einem Zustand erfolgen, in dem in der Umfangsrichtung zwischen dem Vorsprung 115f und der Fuge 114a in der Umfangsrichtung kein Spalt vorhanden ist, oder solch ein Eingriff kann in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Vorsprung 115f und der Fuge 114a in der Umfangsrichtung ein Spalt vorhanden ist.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der jeweiligen Kolbenringeinheiten 113 und der jeweiligen Hubkolbenkompressoren 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel erlangen.
Außerdem hat der zweite Kolbenring 115 in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung den Vorsprung 115f, der mit der Fuge 114a im Eingriff ist, die in dem ersten Kolbenring 114 ausgebildet ist. Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 auch dann, wenn auf die Kolbenringeinheit 113 eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn der Kolben 11 in einem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, die Relativdrehung zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 in der Umfangsrichtung verhindert werden.
Zudem wird der Vorsprung 115f des zweiten Kolbenrings 115 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung dazu gebracht, mit der Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 im Eingriff zu sein, um so die Drehung zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 zu verhindern. Daher ist es in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung nicht notwendig, auf dem ersten Kolbenring 114 zusätzlich einen Abschnitt zum Eingriff zwischen dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 auszubilden. Dementsprechend kann die Konfiguration des ersten Kolbenrings 114 vereinfacht werden.
- Abwandlung 4 -
Unter Bezugnahme auf 13A werden eine Kolbenringeinheit 113 und ein die Kolbenringeinheit 113 aufweisender Hubkolbenkompressor 1 gemäß der Abwandlung 4 beschrieben. Bei der vorliegenden Abwandlung unterscheidet sich der Aufbau eines ersten Kolbenrings 114 von dem Aufbau des ersten Kolbenrings 114 in dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel und die übrigen Konfigurationen sind im Wesentlichen gleich den entsprechenden Konfigurationen des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung unter Fokussierung auf die Konfiguration der Abschnitte, die sich von den entsprechenden Abschnitten des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheiden.
Wie in 13A dargestellt ist, hat der erste Kolbenring 114 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen Eingriffsabschnitt 114e, der in einer Radialrichtung nach innen vorsteht. Wenn ein zweiter innerer Kontaktring 117 mit der Innenseite des ersten Kolbenrings 114 in Kontakt ist, ist der Eingriffsabschnitt 114e mit einer Öffnung 117a des zweiten inneren Kontaktrings 117 in Kontakt. Auch bei der vorliegenden Abwandlung kann der Eingriff zwischen dem Eingriffsabschnitt 114e und der Öffnung 117 in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 114e und der Öffnung 117a in der Umfangsrichtung kein Spalt vorhanden ist, oder solch ein Eingriff kann in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 114e und der Öffnung 117a in der Umfangsrichtung ein Spalt vorhanden ist.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der Kolbenringeinheit 113 und des Hubkolbenkompressors 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erlangen.
Zudem findet in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung die Konfiguration Anwendung, in der der erste Kolbenring 114 den Eingriffsabschnitt 114e hat und der Eingriffsabschnitt 114e mit der Öffnung 117a im Eingriff ist, die in dem zweiten inneren Kontaktring 117 ausgebildet ist. Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung auch dann, wenn auf die Kolbenringeinheit 113 eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn ein Kolben 11 in einem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, die Relativdrehung zwischen dem zweiten inneren Kontaktring 117 und dem ersten Kolbenring 114 in der Umfangsrichtung verhindert werden. Dementsprechend kann der Austritt eines Gases verhindert werden.
- Abwandlung 5 -
Unter Bezugnahme auf 13B werden eine Kolbenringeinheit 113 und ein die Kolbenringeinheit 113 aufweisender Hubkolbenkompressor 1 gemäß der Abwandlung 5 beschrieben. Bei der vorliegenden Abwandlung unterscheidet sich der Aufbau eines zweiten Kolbenrings 115 von dem Aufbau des zweiten Kolbenrings 115 in dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel und die übrigen Konfigurationen sind im Wesentlichen gleich den entsprechenden Konfigurationen des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung unter Fokussierung auf die Konfiguration der Abschnitte, die sich von den entsprechenden Abschnitten des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheiden.
Wie in 13B dargestellt ist, hat der zweite Kolbenring 115 in der Kolbenringeinheit 113 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen Eingriffsabschnitt 115g, der in einer Radialrichtung nach innen vorsteht. Wenn ein erster innerer Kontaktring 116 mit der Innenseite des zweiten Kolbenrings 115 in Kontakt ist, ist der Eingriffsabschnitt 115g mit einer Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 in Kontakt. Auch bei der vorliegenden Abwandlung kann der Eingriff zwischen dem Eingriffsabschnitt 115g und der Öffnung 116a in einem Zustand erfolgen, in dem in der Umfangsrichtung zwischen dem Eingriffsabschnitt 115g und der Öffnung 116a in der Umfangsrichtung kein Spalt vorhanden ist, oder solch ein Eingriff kann in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 115g und der Öffnung 116a in der Umfangsrichtung ein Spalt vorhanden ist.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der Kolbenringeinheit 113 und des Hubkolbenkompressors 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erlangen.
Zudem findet in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung die Konfiguration Anwendung, in der der zweite Kolbenring 115 den Eingriffsabschnitt 115g hat und der Eingriffsabschnitt 115g mit der Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 im Eingriff ist. Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung auch dann, wenn auf die Kolbenringeinheit 113 eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn ein Kolben 11 in einem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, die Relativdrehung zwischen dem ersten inneren Kontaktring 116 und dem zweiten Kolbenring 115 in der Umfangsrichtung verhindert werden. Dementsprechend kann der Austritt eines Gases verhindert werden.
- Abwandlung 6 -
Unter Bezugnahme auf 14A und 14B werden eine Kolbenringeinheit 113 und ein die Kolbenringeinheit 113 aufweisender Hubkolbenkompressor 1 gemäß der Abwandlung 6 beschrieben. Die vorliegende Abwandlung hat mit Ausnahme des Aufbaus eines ersten Kolbenrings 114 und des Aufbaus eines zweiten Kolbenrings 115 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie das erste Ausführungsbeispiel. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung unter Fokussierung auf die Konfiguration der Abschnitte, die sich von den entsprechenden Abschnitten des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 14A der Aufbau des ersten Kolbenrings 114 beschrieben. Wie in 14A dargestellt ist, hat der erste Kolbenring 114 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen Eingriffsabschnitt 114c, der in einer Radialrichtung nach innen vorsteht. Wenn ein erster innerer Kontaktring 116 mit der Innenseite des ersten Kolbenrings 114 in Kontakt ist, ist der Eingriffsabschnitt 114a mit einer Öffnung 116a im Eingriff, die in dem ersten inneren Kontaktring 116 ausgebildet ist. Auch bei der vorliegenden Abwandlung kann der Eingriff zwischen dem Eingriffsabschnitt 114e und der Öffnung 116a in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 114e und der Öffnung 116a in der Umfangsrichtung kein Spalt vorhanden ist, oder solch ein Eingriff kann in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 114e und der Öffnung 116a in der Umfangsrichtung ein Spalt vorhanden ist.
Dabei sind eine gedachte Linie L114, die durch die Mitte einer Fuge 114a des ersten Kolbenrings 114 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, und eine gedachte Linie L114e, die durch die Mitte des Eingriffsabschnitts 114e des ersten Kolbenrings 114 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, eingezeichnet. In diesem Fall ist ein Winkel θ5, der durch die gedachte Linie L114 und die gedachte Linie L114c gebildet wird, auf ungefähr 90° eingestellt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 14B der Aufbau des zweiten Kolbenrings 115 beschrieben. Wie in 14B gezeigt ist, hat der zweite Kolbenring 115 gemäß der vorliegenden Abwandlung einen Eingriffsabschnitt 115g, der in einer Radialrichtung nach innen vorsteht. Wenn ein erster innerer Kontaktring 116 mit der Innenseite des zweiten Kolbenrings 115 in Kontakt ist, ist der Eingriffsabschnitt 115g mit einer Öffnung 116a im Eingriff, die in dem ersten inneren Kontaktring 116 ausgebildet ist. Auch in diesem Fall kann der Eingriff zwischen dem Eingriffsabschnitt 115g und der Öffnung 116a in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 115g und der Öffnung 116a in der Umfangsrichtung kein Spalt vorhanden ist, oder solch ein Eingriff kann in einem Zustand erfolgen, in dem zwischen dem Eingriffsabschnitt 115g und der Öffnung 116a in der Umfangsrichtung ein Spalt vorhanden ist.
Dabei sind eine gedachte Linie L115, die durch die Mitte einer Fuge 115a des zweiten Kolbenrings 115 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, und eine gedachte Linie L115g, die durch die Mitte des Eingriffsabschnitts 115g des zweiten Kolbenrings 115 in der Umfangsrichtung geht und sich in der Radialrichtung erstreckt, eingezeichnet. In diesem Fall ist ein Winkel θ6, der durch die gedachte Linie L115 und die gedachte Linie L115g gebildet wird, auf ungefähr 90° eingestellt.
Auch bei der vorliegenden Abwandlung sind der erste Kolbenring 114 und der zweite Kolbenring 115 derart angeordnet, dass der Winkel, der durch die gedachte Linie L114 und die gedachte Linie L115 gebildet wird, ungefähr 180° beträgt.
Die Kolbenringeinheit 113 und der die Kolbenringeinheit 113 aufweisende Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorteilhaften Wirkungen der Kolbenringeinheit 113 und des Hubkolbenkompressors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erlangen.
In der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung hat der erste Kolbenring 114 den Eingriffsabschnitt 114e und der zweite Kolbenring 115 den Eingriffsabschnitt 115g. Die jeweiligen Eingriffsabschnitte 114e und 115g nehmen die Konfiguration an, in der die jeweiligen Eingriffsabschnitte 114e, 115g mit der Öffnung 116a des ersten inneren Kontaktrings 116 im Eingriff sind. Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung auch dann, wenn auf die Kolbenringeinheit 113 eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn ein Kolben 11 in einem Zylinder 10 eine Hin- und Herbewegung ausführt, die Relativdrehung zwischen dem ersten inneren Kontaktring 116 und dem ersten Kolbenring 114 und dem zweiten Kolbenring 115 in der Umfangsrichtung verhindert werden. Dementsprechend kann ein Gasaustritt verhindert werden.
- Abwandlung 7 -
In dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel und der Abwandlung 1 findet die Konfiguration Anwendung, dass die Kolbenringeinheit 113 den Hilfsring 118 aufweist. Die vorliegende Abwandlung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel und der oben beschriebenen Abwandlung 1 hinsichtlich des Aufbaus des Hilfsrings 118. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 15 ein Aufbau des Hilfsrings 118 gemäß der vorliegenden Abwandlung beschrieben.
Wie in 15 dargestellt ist, ist der Hilfsring 118 gemäß der vorliegenden Abwandlung ebenfalls aus einer ringförmigen flachen Platte (zum Beispiel einer Metallplatte) ausgebildet. Wie in der Draufsicht von 15 dargestellt ist, ist der Hilfsring 118 gemäß der vorliegenden Abwandlung derart ausgebildet, dass eine Außenumfangsendfläche 118b in einer Kreisform ausgebildet ist, während eine Innenumfangsendfläche in der Radialrichtung ungleichmäßig ist. Genauer gesagt weist die Innenumfangsendfläche des Hilfsrings 118 vertiefte Abschnitte 118d, die in der Radialrichtung nach außen vertieft sind, und vorstehende Abschnitte 218e auf, die in der Radialrichtung nach innen vorstehen.
Wenn der Hilfsring 118 gemäß der vorliegenden Abwandlung mit der Ringnut 11a des Kolbens 11 in Kontakt ist, sind die vorstehenden Abschnitte 118e mit der Nutbodenfläche 11n der Ringnut 11a in Kontakt oder nahe an ihr, während in den vertieften Abschnitten 118d Spalte SP5 zwischen dem vertieften Abschnitt 118d und den Nutbodenflächen 11n der Ringnuten 11a ausgebildet sind. Bei der vorliegenden Abwandlung ist es durch den Einsatz des Hilfsrings 118, der solch einen Aufbau hat, möglich, einem Gas (Wasserstoffgas) zu ermöglichen, durch die Spalte SP5 in Spalte SP4 zu strömen, die zwischen der Nutbodenfläche 11n der Ringnut 11a und dem ersten inneren Kontaktring 116 oder dem zweiten inneren Kontaktring 117 ausgebildet sind. Daher werden die Durchmesser der Kolbenringe 114, 115 auch dann, wenn die Außenumfangsflächen 114c, 115c der Kolbenringe 114, 115 aufgrund des Gleitens des Kolbens 11 abgenutzt sind, durch einen Druck eines Gases vergrößert, das in die Spalte SP4 strömt.
Daher kann in der Kolbenringeinheit 113 und dem Hubkolbenkompressor 1 gemäß der vorliegenden Abwandlung bis zur Abnutzungsendphase der Kolbenringe 114, 115 ein hohes Abdichtungsvermögen gewährleistet werden.
- Weitere Abwandlungen -
In den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen und in den Abwandlungen 1 bis 7 wird die Kolbenringeinheit 113 eingesetzt, die zwei Kolbenringe 114, 115 aufweist. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, eine Kolbenringeinheit einzusetzen, die drei oder mehr Kolbenringe aufweist.
Im vierten Ausführungsbeispiel wird die Konfiguration eingesetzt, in der die in 9A dargestellte Kolbenringeinheit 113 auf dem Hochdruckendabschnitt 11h und dem Niederdruckendabschnitt III angebracht ist, während die in 9B dargestellte Kolbenringeinheit 113 auf dem Zwischenabschnitt 11m angebracht ist. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt. Eine Menge an Gasaustritt kann passend entsprechend der Höhe eines Differenzdrucks zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Kolbenringeinheit eingestellt werden.
In den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen und den Abwandlungen 1 bis 7 wird ein Wasserstoffgas als ein Beispiel für ein unter Druck stehendes Fluid eingesetzt. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines Wasserstoffgases beschränkt. Zum Beispiel kann als ein unter Druck stehendes Fluid ein Brennstoffgas wie Erdgas, Luft oder dergleichen oder eine Flüssigkeit wie Wasser eingesetzt werden.
Wenn als unter Druck stehendes Fluids ein Wasserstoffgas eingesetzt wird, ist es aufgrund des geringen Molekulargewichts des Wasserstoffgases wahrscheinlich, dass ein Austritt des Wasserstoffgases auftritt. Allerdings kann der Austritt des Wasserstoffgases verhindert werden, wenn die Konfigurationen der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele und der Abwandlungen 1 bis 4 eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung können die Konfigurationen der ersten bis fünften Ausführungsbeispiele und die Konfigurationen der Abwandlungen 1 bis 7 geeignet miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel kann die Konfiguration gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 11 den Hilfsring 118 gemäß Abwandlung 1 einsetzen. Alternativ kann die Konfiguration gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 15 den Hilfsring 118 gemäß der Abwandlung 7 einsetzen. Selbst wenn das oben beschriebene fünfte Ausführungsbeispiel solche Konfigurationen einsetzt, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie oben beschrieben erlangt werden.
Außerdem ist es in Bezug auf die Konfiguration gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel auch möglich, eine Konfiguration, in der der unter Bezugnahme auf 12A beschriebene Vorsprung 114d gemäß der Abwandlung 2 vorgesehen wird, eine Konfiguration, in der der unter Bezugnahme auf 12B beschriebene Vorsprung 115f gemäß der Abwandlung 3 vorgesehen wird, oder eine Konfiguration einzusetzen, in der sowohl der Vorsprung 114d als auch der Vorsprung 115f vorgesehen werden. Selbst wenn das oben beschriebene fünfte Ausführungsbeispiel solche Konfigurationen einsetzt, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie oben beschrieben erlangt werden.
Außerdem kann die Konfiguration gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel auch die Konfiguration, in der der unter Bezugnahme auf 13A beschriebene Eingriffsabschnitt 114e vorgesehen wird, oder die Konfiguration einsetzen, in der der unter Bezugnahme auf 14A beschriebene Eingriffsabschnitt 114e vorgesehen wird. Selbst wenn das oben beschriebene fünfte Ausführungsbeispiel solche Konfigurationen annimmt, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie oben beschrieben erlangt werden.
- Zusammenfassung -
Eine Kolbenringeinheit gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist auf einer Außenumfangsfläche eines Kolbens angebracht, der in einem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders eine Hin- und Herbewegung ausführt. Die Kolbenringeinheit gemäß der vorliegenden Ausgestaltung weist eine Vielzahl von Kolbenringen und einen inneren Kontaktring auf. Die Vielzahl von Kolbenringen hat jeweils in einer Achsenrichtung des Kolbens gesehen eine C-Form mit einer Fuge an einem Abschnitt von jedem der Vielzahl von Kolbenringen in einer Umfangsrichtung, und die Vielzahl von Kolbenringen ist auf der Außenumfangsfläche des Kolbens in einem Zustand angebracht, in dem die Vielzahl von Kolbenringen in einer Axialrichtung des Kolbens nebeneinander angeordnet ist und auf einer Innenumfangsfläche des Zylinders anliegt.
Der innere Kontaktring hat in der Axialrichtung gesehen eine C-Form mit einer Öffnung in einen Abschnitt des inneren Kontaktrings in der Umfangsrichtung, er liegt zwischen einer Außenumfangsfläche des Kolbens und einer Innenumfangsfläche der Vielzahl von Kolbenringen und er ist mit einer Innenumfangsfläche von mindestens einem der Vielzahl von Kolbenringen in Kontakt.
In dieser Ausgestaltung ist die Vielzahl von Kolbenringen in Axialrichtung derart nebeneinander angeordnet, dass sich die Fugen der Vielzahl von Kolbenringen in der Axialrichtung nicht überlappen. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der innere Kontaktring in der Axialrichtung über allen von der Vielzahl von Kolbenringen angeordnet. Der innere Kontaktring ist derart angeordnet, dass sich die Öffnung in einer Radialrichtung des Kolbens gesehen nicht mit der Fuge des mindestens einen Kolbenrings überlappt.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist der innere Kontaktring in der Radialrichtung gesehen derart angeordnet, dass sich die Öffnung des inneren Kontaktrings nicht mit der Fuge des mindestens einen Kolbenrings überlappt. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann daher die Verbindung zwischen der Fuge des mindestens einen Kolbenrings und der Öffnung des inneren Kontaktrings verhindert werden, weswegen der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids verhindert wird.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung liegt in der Axialrichtung des Kolbens über der Vielzahl von Kolbenringen zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbens und den Innenumfangsflächen der Vielzahl von Kolbenringen ein innerer Kontaktring. Daher wird in der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung auch dann, wenn der Kolben in dem Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt, eine Verschiebung von Relativpositionen zwischen der Vielzahl von Kolbenringen und dem inneren Kontaktring in der Axialrichtung verhindert. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung wird dementsprechend der Zustand aufrechterhalten, in dem der innere Kontaktring zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbens und der Fuge des mindestens einen Kolbenrings liegt, und es wird der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verhindert.
Daher kann in der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann die Vielzahl von Kolbenringen einen ersten Kolbenring und einen zweiten Kolbenring umfassen und mindestens ein Kolbenring kann der zweite Kolbenring sein. Ein Innendurchmesser des ersten Kolbenrings kann größer als ein Innendurchmesser des zweiten Kolbenrings sein. Der innere Kontaktring wird als ein erster innerer Kontaktring festgelegt, ein zweiter innerer Kontaktring hat eine C-Form mit einer Öffnung in einem Abschnitt des zweiten inneren Kontaktrings in der Umfangsrichtung und er kann zwischen einer Außenumfangsfläche des ersten inneren Kontaktrings und einer Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings sein. Der zweite innere Kontaktring kann derart angeordnet sein, dass sich die Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings und die Fuge des ersten inneren Kontaktrings in der Radialrichtung nicht überlappen. Zudem kann der zweite innere Kontaktring dem ersten Kolbenring folgend in der Radialrichtung des zweiten inneren Kontaktrings ausdehnbar sein.
Die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung weist außerdem einen zweiten inneren Kontaktring auf, der mit der Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings in Kontakt ist. Der zweite innere Kontaktring ist derart angeordnet, dass sich die Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings in der Radialrichtung gesehen nicht mit der Fuge des ersten Kolbenrings überlappt. Daher wird in der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung der Austrittsweg eines unter Druck stehenden Fluids zwischen dem Abschnitt auf der Außenumfangsflächenseite des Kolbens bezüglich des zweiten inneren Kontaktrings und der Fuge des ersten Kolbenrings versperrt. Daher kann in der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite weiter verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist der Innendurchmesser des ersten Kolbenrings größer als der Innendurchmesser des zweiten Kolbenrings und der zweite innere Kontaktring liegt auf der Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings auf. Daher wird der zweite innere Kontaktring daran gehindert, auf einer axialen Endfläche des zweiten Kolbenrings in der Axialrichtung verschoben zu werden. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann somit durch den zweiten inneren Kontaktring dauerhaft bis zur Abnutzungsendphase des ersten Kolbenrings eine in der Radialrichtung nach außen gerichtete Vorspannkraft aufgebracht werden.
Die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist in einem Fall, in dem sich die Außenumfangsflächen des ersten Kolbenrings und des zweiten Kolbenrings abnutzen, wenn der Kolben in dem Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt, wirksam, wenn die Abnutzung des ersten Kolbenrings verhältnismäßig schnell verläuft. Und zwar können die Abnutzung des ersten Kolbenrings und die Abnutzung des zweiten Kolbenrings abhängig davon, ob der erste Kolbenring auf der Hochdruckseite oder der Niederdruckseite angeordnet ist, unterschiedlich sein. Wenn die Abnutzung des ersten Kolbenrings schneller als die Abnutzung des zweiten Kolbenrings verläuft, ist es möglich, die Ausgestaltung einzusetzen, bei der der zweite innere Kontaktring angeordnet wird, der auf der Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings anliegt und dessen Durchmesser dem ersten Kolbenring folgend ausdehnbar ist. Dadurch kann die Außenumfangsfläche des ersten Kolbenrings bis zur Abnutzungsendphase des ersten Kolbenrings gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders gedrückt werden und die Abdichtung kann bis zur Abnutzungsendphase gewährleistet werden.
Bezüglich der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann der zweite innere Kontaktring derart angeordnet werden, dass sich die Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings und die Öffnung des ersten inneren Kontaktrings in der Radialrichtung gesehen nicht überlappen.
Wenn der zweite innere Kontaktring und der erste Kolbenring in der Radialrichtung betrachtet werden, überlappt in der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung die Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings nicht die Fuge des ersten Kolbenrings. Daher ist es möglich, die Ausbildung eines Austrittswegs eines unter Druck stehenden Fluids durch die im zweiten inneren Kontaktring ausgebildete Öffnung und die Fuge des ersten Kolbenrings zu verhindern.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann eine Größe des zweiten inneren Kontaktrings in der Axialrichtung kleiner als eine Größe des ersten Kolbenrings in der Axialrichtung eingestellt sein.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist die Größe des zweiten inneren Kontaktrings in der Axialrichtung kleiner als der Größe des ersten Kolbenrings in der Axialrichtung eingestellt, weswegen ein Teil eines unter Druck stehenden Fluids dazu gebracht werden kann, aus dem Spalt, der zwischen dem zweiten inneren Kontaktring und dem zweiten Kolbenring ausgebildet ist, zur Fuge des ersten Kolbenrings auszutreten. Indem die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung als ein Teil der Vielzahl von Kolbenringeinheiten eingesetzt wird, die auf der Außenumfangsfläche des Kolbens angebracht sind, kann daher eine Menge des Austritts eines unter Druck stehenden Fluids eingestellt werden.
Wenn jedoch bei der Anbringung einer Vielzahl von Kolbenringeinheiten auf dem Kolben in dem Hubkolbenkompressor alle auf dem Kolben angebrachten Kolbenringeinheiten so konfiguriert sind, dass sie ein Abdichtungsvermögen gewährleisten, das so hoch wie möglich ist, wird ein Differenzdruck, der zwischen der Kolbenringeinheit und der auf der Hochdruckseite angeordneten Kolbenringeinheit und der auf der Niederdruckseite angeordneten Kolbenringeinheit erzeugt wird, übermäßig groß. In diesem Fall nimmt eine Belastung zu und somit steigt die Abnutzung des Kolbenrings.
Wenn beruhend auf dieser Feststellung die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung als mindestens eine der Vielzahl von Kolbenringeinheiten eingesetzt wird, die auf der Außenumfangsfläche des Kolbens angebracht sind, kann eine Menge des Austritts eines unter Druck stehenden Fluids im gesamten Verdichter eingestellt werden, weswegen die Abnutzung des Kolbenrings verhindert werden kann.
Bezüglich des Hochdruckendes und des Niederdruckendes des Kolbens besteht die Tendenz, dass ein Differenzdruck zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Kolbenringeinheit groß wird. Unter Berücksichtigung solch einer Tendenz kann durch eine Anbringung der Kolbenringeinheiten gemäß der Ausgestaltung als die auf dem Hochdruckende und dem Niederdruckende des Kolbens angebrachten Kolbenringeinheiten eine Abnutzungsmenge des Kolbenrings an dem Hochdruckende und dem Niederdruckende in der Kolbenringeinheit insgesamt reduziert werden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann der erste Kolbenring einen Eingriffsabschnitt haben, der in der Umfangsrichtung mit der Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings im Eingriff ist.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung hat der erste Kolbenring den Eingriffsabschnitt. Selbst wenn auf die Kolbenringeinheit eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn der Kolben in dem Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt, kann dementsprechend die Relativdrehung zwischen dem zweiten inneren Kontaktring und dem ersten Kolbenring in der Umfangsrichtung verhindert werden. Wenn der erste Kolbenring und der zweite innere Kontaktring in der Radialrichtung betrachtet werden, ist es daher möglich, zu verhindern, dass sich die Fuge des ersten Kolbenrings und die Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings überlappen. Dementsprechend kann der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids geeigneter verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung wird außerdem der Eingriffsabschnitt des ersten Kolbenrings dazu gebracht, mit der Öffnung des zweiten inneren Kontaktrings im Eingriff zu sein. Dementsprechend ist es nicht notwendig, auf dem zweiten inneren Kontaktring zusätzlich einen Abschnitt zum Eingriff mit dem ersten Kolbenring auszubilden, weswegen die Konfiguration des zweiten inneren Kontaktrings vereinfacht werden kann.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann der erste innere Kontaktring Federeigenschaften haben, die dem ersten inneren Kontaktring ermöglichen, seinen Durchmesser in der Radialrichtung des ersten inneren Kontaktrings auszudehnen. Zudem kann ein Außendurchmesser des ersten inneren Kontaktrings zum Zeitpunkt maximaler Ausdehnung, wenn der zweite Kolbenring maximal abgenutzt ist, in einem natürlichen Zustand, in dem der erste innere Kontaktring in der Radialrichtung keine äußere Kraft aufnimmt, größer oder gleich einem Innendurchmesser des zweiten Kolbenrings sein.
Zudem kann der zweite innere Kontaktring Federeigenschaften haben, die dem zweiten inneren Kontaktring ermöglichen, seinen Durchmesser in der Radialrichtung des zweiten inneren Kontaktrings auszudehnen. Zudem kann ein Außendurchmesser des zweiten inneren Kontaktrings zum Zeitpunkt maximaler Ausdehnung, wenn der erste Kolbenring maximal abgenutzt ist, in einem natürlichen Zustand, in dem der zweite innere Kontaktring in der Radialrichtung keine äußere Kraft aufnimmt, größer oder gleich einem Innendurchmesser des ersten Kolbenrings sein.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist der Außendurchmesser des ersten inneren Kontaktrings zum Zeitpunkt maximaler Ausdehnung im natürlichen Zustand größer oder gleich dem inneren Durchmesser des zweiten Kolbenrings. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann daher die Abdichtung zwischen der Innenumfangsfläche des Zylinders und der Außenumfangsfläche des zweiten Kolbenrings gewährleistet werden, bis der zweite Kolbenring konstruktiv maximal ausgedehnt ist.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist der Außendurchmesser des zweiten inneren Kontaktrings zum Zeitpunkt maximaler Ausdehnung im natürlichen Zustand größer oder gleich dem inneren Durchmesser des ersten Kolbenrings. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann daher die Abdichtung zwischen der Innenumfangsfläche des Zylinders und der Außenumfangsfläche des ersten Kolbenrings gewährleistet werden, bis der erste Kolbenring konstruktiv maximal ausgedehnt ist.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann der Kolben eine Ringnut haben, die in der Radialrichtung nach innen vertieft ist und in der Umfangsrichtung ringförmig vorgesehen ist. Die Vielzahl von Kolbenringen und die inneren Kontaktringe können in der Ringnut eingepasst sein. Die Außenumfangsfläche des Kolbens kann die Nutbodenfläche der Ringnut ausbilden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung sind in der Ringnut, die auf dem Kolben ausgebildet ist, eine Vielzahl von Kolbenringen und ein innerer Kontaktring eingepasst. Die Vielzahl von Kolbenringen und der innere Kontaktring sind auf diese Weise in der Ringnut eingepasst, weswegen eine Länge eines Austrittswegs eines unter Druck stehenden Fluids in der Axialrichtung (von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite) erhöht werden kann. Dementsprechend kann der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids geeigneter verhindert werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Kolbenringeinheit auf einem Kolben angebracht, der in dem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders eine Hin- und Herbewegung ausführt. Der Kolben hat eine ringförmige Nut, die in einer Radialrichtung nach innen vertieft ist und in einer Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet ist. Die Kolbenringeinheit gemäß der vorliegenden Ausgestaltung weist eine Vielzahl von Kolbenringen und einen inneren Kontaktring auf.
Die Vielzahl von Kolbenringen hat jeweils in einer Achsenrichtung des Kolbens gesehen eine C-Form mit einer Fuge an einem Abschnitt von jedem der Vielzahl von Kolbenringen in einer Umfangsrichtung. Zudem ist die Vielzahl von Kolbenringen auf einer Nutbodenfläche der Ringnut des Kolbens in einem Zustand angebracht, in dem die Vielzahl von Kolbenringen in der Axialrichtung nebeneinander angeordnet ist und auf einer Innenumfangsfläche des Zylinders anliegt.
Der innere Kontaktring hat in der Axialrichtung gesehen eine C-Form mit einer Öffnung in einem Abschnitt des inneren Kontaktrings in der Umfangsrichtung und er liegt zwischen der Nutbodenfläche des Kolbens und einer Innenumfangsfläche von mindestens einem Kolbenring der Vielzahl von Kolbenringen. Der innere Kontaktring ist mit der Innenumfangsfläche des mindestens einen Kolbenrings in Kontakt.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Vielzahl von Kolbenringen derart angeordnet, dass sich die Fugen der Vielzahl von Kolbenringen, die in einer Draufsicht bei Betrachtung in der Axialrichtung in der Axialrichtung nebeneinander angeordnet sind, nicht überlappen. Der innere Kontaktring ist in der Axialrichtung über dem mindestens einen Kolbenring angeordnet. Zudem ist der innere Kontaktring derart angeordnet, dass sich die Öffnung in einer Radialrichtung gesehen, die senkrecht zur Axialrichtung ist, mit keiner Fuge des mindestens einen Kolbenrings überlappt.
In der Axialrichtung wird eine Seite, auf der in dem Zylinder eine Druckverstärkungskammer ausgebildet ist, als eine Hochdruckseite festgelegt, während eine Seite gegenüber der Hochdruckseite als eine Niederdruckseite festgelegt wird. Der mindestens eine Kolbenring ist näher an der Niederdruckseite als die übrigen Kolbenringe der Vielzahl von Kolbenringen angeordnet und ein Innendurchmesser des mindestens einen Kolbenrings ist größer als ein Innendurchmesser des Kolbenrings, der auf der Hochdruckseite neben dem mindestens einen Kolbenring liegt. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der innere Kontaktring derart konfiguriert, dass eine Endfläche des inneren Kontaktrings auf der Hochdruckseite mit dem neben der Hochdruckseite angeordneten Kolbenring in Kontakt oder nahe an ihm ist, während eine Endfläche des inneren Kontaktrings auf der Niederdruckseite mit einer Nutseitenfläche der Ringnut in Kontakt oder nahe an ihr ist.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist der innere Kontaktring derart angeordnet, dass sich die Öffnung des inneren Kontaktrings in der Radialrichtung gesehen nicht mit der Fuge des mindestens einen Kolbenrings überlappt. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann daher die Verbindung zwischen den jeweiligen Fugen des mindestens einen Kolbenrings, der auf der Hochdruckseite angeordnet ist, und der Öffnung des inneren Kontaktrings verhindert werden, weswegen der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids verhindert wird.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist die Vielzahl von Kolbenringen zudem derart angeordnet, dass sich die Fugen zwischen den benachbarten Kolbenringen nicht überlappen. Es ist daher möglich, den Austritt eines unter Druck stehenden Fluids zwischen den nebeneinander angeordneten Fugen zu verhindern.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist eine Endfläche des inneren Kontaktrings auf der Hochdruckseite mit dem neben dem inneren Kontaktring angeordneten Kolbenring in Kontakt oder nahe an ihm angeordnet, während eine Endfläche des inneren Kontaktrings auf der Niederdruckseite mit einer Nutseitenfläche der Ringnut in Kontakt ist oder nahe an ihr angeordnet ist. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung wird daher auch dann, wenn der Kolben in dem Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt, die Verschiebung der Relativposition zwischen mindestens einem Kolbenring und dem inneren Kontaktring in der Axialrichtung verhindert. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung wird dementsprechend der Zustand aufrechterhalten, in dem der innere Kontaktring zwischen der Nutbodenfläche der Ringnut und der Fuge des mindestens einen Kolbenrings liegt, und es wird der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verhindert.
Daher kann in der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann mindestens ein Kolbenring einen Eingriffsabschnitt haben, der in der Umfangsrichtung mit der Öffnung im Eingriff ist, die in dem inneren Kontaktring ausgebildet ist.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung hat der mindestens eine Kolbenring den Eingriffsabschnitt. Auch wenn auf die Kolbenringeinheit eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn der Kolben im Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt, kann dementsprechend die Relativdrehung zwischen dem inneren Kontaktring und dem mindestens einen Kolbenring in der Umfangsrichtung verhindert werden. In der Radialrichtung gesehen lässt sich daher verhindern, dass sich die Fuge des mindestens einen Kolbenrings und die Öffnung des inneren Kontaktrings überlappen. Dementsprechend eignet sich die Kolbenringeinheit besser zur Verhinderung des Austritts eines unter Druck stehenden Fluids.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung wird der Eingriffsabschnitt des mindestens einen Kolbenrings dazu gebracht, mit der Öffnung des inneren Kontaktrings im Eingriff zu sein. Dementsprechend ist es nicht notwendig, auf dem inneren Kontaktring zusätzlich einen Abschnitt zum Eingriff mit dem mindestens einen Kolbenring auszubilden, weswegen die Konfiguration des inneren Kontaktrings vereinfacht werden kann.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann mindestens einer der Vielzahl von Kolbenringen einen Vorsprung haben, der mit der Fuge eines Kolbenrings im Eingriff ist, der in der Axialrichtung neben dem Kolbenring liegt.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung hat der mindestens eine Kolbenring einen Vorsprung, der mit einer Fuge eines Kolbenrings im Eingriff ist, der in der Axialrichtung neben dem Kolbenring liegt. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist es daher auch dann, wenn auf die Kolbenringeinheit eine Schwingung oder dergleichen aufgebracht wird, wenn der Kolben in dem Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt, möglich, die Relativdrehung in der Umfangsrichtung zwischen dem mindestens einen Kolbenring und dem Kolbenring, der in der Axialrichtung neben dem Kolbenring liegt, zu verhindern. Dadurch lässt sich verhindern, dass sich die Fuge zumindest einiger Kolbenringe und die Fuge des oben beschriebenen benachbarten Kolbenrings in der Axialrichtung gesehen in einer Draufsicht überlappen.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Konfiguration wird der Vorsprung des mindestens einen Kolbenrings dazu gebracht, mit der Fuge des benachbarten Kolbenrings im Eingriff zu sein, um die Relativdrehung des mindestens einen Kolbenrings und des benachbarten Kolbenrings zu verhindern. In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist es daher nicht notwendig, auf dem benachbarten Kolbenring zusätzlich einen Abschnitt zum Eingriff zwischen dem mindestens einen Kolbenring und dem benachbarten Kolbenring auszubilden. Dementsprechend kann die Konfiguration der benachbarten Kolbenringe vereinfacht werden.
Es ist unnötig zu erwähnen, dass die Konfiguration eingesetzt wird, in der auf beiden von dem mindestens einen Kolbenring und dem benachbarten Kolbenring ein Vorsprung ausgebildet ist und die Vorsprünge dazu gebracht werden, mit den Fugen der zueinander benachbarten Kolbenringe im Eingriff zu sein.
Die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann außerdem einen Hilfsring aufweisen. Wird eine Seite, auf der in dem Zylinder in der Axialrichtung die Druckverstärkungskammer ausgebildet ist, als eine Hochdruckseite und eine Seite gegenüber der Hochdruckseite in der Axialrichtung als eine Niederdruckseite angenommen, ist der Hilfsring bezüglich des Kolbenrings der Vielzahl von Kolbenringen, der in der Axialrichtung an einem Ende auf der Hochdruckseite angeordnet ist, in Kontakt mit der Hochdruckseite angeordnet und er hat eine ringförmige Form und ist derart angeordnet, dass zwischen einer Außenumfangsfläche des Hilfsrings und einer Innenumfangsfläche des Zylinders ein Spalt ausgebildet ist.
Die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung weist außerdem den Hilfsring auf. Mit dem Vorsehen des Hilfsrings wird die Ausbildung eines Austrittswegs eines unter Druck stehenden Fluids in der Axialrichtung verhindert. Dementsprechend kann der Austritt des unter Druck stehenden Fluids wirksamer verhindert werden.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kommt eine Außenumfangsfläche des Hilfsrings nicht mit der Innenumfangsfläche des Zylinders in Kontakt. Dementsprechend erzeugt der Hilfsring keinen Widerstand, wenn der Kolben in dem Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt.
Der Hilfsring ist in Kontakt mit einer auf der Hochdruckseite liegenden Oberfläche des Kolbenrings der Vielzahl von Kolbenringen angeordnet, der in der Axialrichtung an einem Ende auf der Hochdruckseite angeordnet ist. Dementsprechend arbeitet der Hilfsring wirksam so, dass er den Austritt eines unter Druck stehenden Fluids verhindert.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung kann die Innenumfangsfläche des Hilfsrings einen vertieften Abschnitt haben, der in einem Abschnitt der Innenumfangsfläche in der Umfangsrichtung in der Radialrichtung nach außen vertieft ist.
In der Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung ist in einem Abschnitt der Innenumfangsfläche des Hilfsrings in der Umfangsrichtung der vertiefte Abschnitt ausgebildet. Daher kann das unter Druck stehende Fluid durch den vertieften Abschnitt zwischen den Innenumfangsflächen der Vielzahl von Kolbenringen und der Außenumfangsfläche des Kolbens strömen. Auch wenn die Außenumfangsfläche des Kolbenrings aufgrund der Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder abgenutzt ist, nimmt der Kolbenring daher einen Druck eines unter Druck stehenden Fluids auf, das in den Kolbenring strömt, sodass sich der Durchmesser des Kolbens ausdehnt. Daher kann die Kolbenringeinheit gemäß der Ausgestaltung bis zur Abnutzungsendphase des Kolbenrings ein hohes Abdichtungsvermögen gewährleisten.
Ein Kompressor gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Zylinder; einen Kolben, der so konfiguriert ist, dass er sich in dem Zylinder in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders hin und her bewegt; und eine Kolbenringeinheit gemäß einer der Ausgestaltungen, die auf einer Außenumfangsfläche des Kolbens angebracht ist.
In dem Kompressor gemäß der Ausgestaltung ist auf der Außenumfangsfläche des Kolbens die Kolbenringeinheit gemäß einer der Ausgestaltungen angebracht. Daher können die Kompressoren gemäß den Ausgestaltungen im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie jede der oben beschriebenen Kolbenringeinheiten erreichen.
Wie oben beschrieben worden ist, kann in den Kolbenringeinheiten und den Kompressoren gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen der Austritt eines unter Druck stehenden Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Kolbenringeinheit verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist zwar vollständig exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden, doch versteht sich, dass Fachleuten verschiedene Änderungen und Abwandlungen ersichtlich sein werden. Sofern sie nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der im Folgenden definiert wird, abweichen, sollten daher solche Änderungen und Abwandlungen als davon mitumfasst angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015 [0003, 0008, 0009]
JP 40519 A [0003, 0008, 0009]
JP 2011 [0004, 0008, 0009]
JP 149310 A [0004, 0008, 0009]

Claims

Kolbenringeinheit (113), die auf einer Außenumfangsfläche eines Kolbens (11) angebracht ist, der in einem Zylinder (10) in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders (10) eine Hin- und Herbewegung ausführt, wobei die Kolbenringeinheit (113) Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Kolbenringen (114, 115), die jeweils eine C-Form mit einer Fuge (114a, 115a) an einem Abschnitt von jedem der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in einer Umfangsrichtung haben, wobei die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) auf der Außenumfangsfläche des Kolbens (11) in einem Zustand angebracht ist, in dem die die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in einer Axialrichtung des Kolbens (11) nebeneinander angeordnet ist und auf einer Innenumfangsfläche des Zylinders (10) anliegt; und einen inneren Kontaktring (116), der in der Axialrichtung gesehen eine C-Form mit einer Öffnung (116a) in einem Abschnitt des inneren Kontaktrings (116) in der Umfangsrichtung hat, wobei der innere Kontaktring (116) zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbens (11) und der Innenumfangsfläche der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) liegt und mit einer Innenumfangsfläche von mindestens einem der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in Kontakt ist, wobei die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in der Axialrichtung derart nebeneinander angeordnet ist, dass sich die Fugen (114a, 115a) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in der Axialrichtung nicht überlappen, und der innere Kontaktring (116) in der Axialrichtung über allen von der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) angeordnet ist und derart angeordnet ist, dass sich die Öffnung in einer Radialrichtung des Kolbens (11) gesehen nicht mit der Fuge (114a, 115a) des mindestens einen Kolbenrings (114, 115) überlappt.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) einen ersten Kolbenring (114) und einen zweiten Kolbenring (115) umfasst, der mindestens eine Kolbenring (115) der zweite Kolbenring (115) ist, ein Innendurchmesser des ersten Kolbenrings (114) größer als ein Innendurchmesser des zweiten Kolbenrings (115) ist, der innere Kontaktring (116) als ein erster innerer Kontaktring (116) festgelegt ist, ein zweiter innerer Kontaktring (117), der eine C-Form mit einer Öffnung (117a) in einem Abschnitt des zweiten inneren Kontaktrings (117) in der Umfangsrichtung hat und zwischen einer Außenumfangsfläche des ersten inneren Kontaktrings (116) und einer Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings (114) liegt, mit der Innenumfangsfläche des ersten Kolbenrings (114) in Kontakt ist und der zweite innere Kontaktring (117) derart angeordnet ist, dass sich die Öffnung (117a) des zweiten inneren Kontaktrings (117) und die Fuge (114a) des ersten Kolbenrings (114) in der Radialrichtung gesehen nicht überlappen, und dem ersten Kolbenring (114) folgend in der Radialrichtung des zweiten inneren Kontaktrings (117) ausdehnbar ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 2, wobei der zweite innere Kontaktring (117) derart angeordnet ist, dass sich die Öffnung (117a) des zweiten inneren Kontaktrings (117) in der Radialrichtung gesehen nicht mit der Öffnung des ersten inneren Kontaktrings (116) überlappt.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei eine Größe des zweiten inneren Kontaktrings (117) in der Axialrichtung des zweiten inneren Kontaktrings (117) kleiner als eine Größe des ersten Kolbenrings (114) in der Axialrichtung ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der erste Kolbenring (114) einen Eingriffsabschnitt hat, der in der Umfangsrichtung mit der Öffnung (117a) des zweiten inneren Kontaktrings (117) im Eingriff ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der erste innere Kontaktring (116) Federeigenschaften hat, die dazu in der Lage sind, den Durchmesser des ersten inneren Kontaktrings (116) in einer Radialrichtung des ersten inneren Kontaktrings (116) auszudehnen, und ein Außendurchmesser des ersten inneren Kontaktrings (116) zu einem Zeitpunkt maximaler Ausdehnung, wenn der zweite Kolbenring (115) maximal abgenutzt ist, in einem natürlichen Zustand, in dem der erste innere Kontaktring (116) in der Radialrichtung keine äußere Kraft aufnimmt, größer oder gleich einem Innendurchmesser des zweiten Kolbenrings (115) ist, und der zweite innere Kontaktring (117) Federeigenschaften hat, die dazu der Lage sind, den Durchmesser des zweiten inneren Kontaktrings (117) in der Radialrichtung des zweiten inneren Kontaktrings (117) auszudehnen, und ein Außendurchmesser des zweiten inneren Kontaktrings (117) zu einem Zeitpunkt maximaler Ausdehnung, wenn der erste Kolbenring (114) maximal abgenutzt ist, in einem natürlichen Zustand, in dem der zweite innere Kontaktring (117) in der Radialrichtung keine äußere Kraft aufnimmt, größer oder gleich einem Innendurchmesser des ersten Kolbenrings (114) ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Kolben (11) eine Ringnut (11a) hat, die in der Radialrichtung nach innen vertieft ist und in einer Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet ist, die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) und der innere Kontaktring (116) in der Ringnut (11a) eingepasst sind und die Außenumfangsfläche des Kolbens (11) eine Nutbodenfläche der Ringnut (11a) ausbildet.
Kolbenringeinheit (113), die auf einem Kolben (11) angebracht ist, der in einem Zylinder (10) in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders (10) eine Hin- und Herbewegung ausführt, wobei der Kolben (11) eine Ringnut (11a) hat, die in einer Radialrichtung nach innen vertieft ist und in einer Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet ist, die Kolbenringeinheit (113) Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Kolbenringen (114, 115), die jeweils eine C-Form mit einer Fuge (114a, 115a) an einem Abschnitt von jedem der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in einer Umfangsrichtung haben, wobei die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) auf einer Nutbodenfläche der Ringnut (11a) des Kolbens (11) in einem Zustand angebracht ist, in dem die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in einer Axialrichtung des Kolbens (11) nebeneinander angeordnet ist und mit einer Innenumfangsfläche des Zylinders (10) in Kontakt ist; und einen inneren Kontaktring (117), der in der Axialrichtung gesehen eine C-Form mit einer Öffnung in einem Abschnitt des inneren Kontaktrings (117) in der Umfangsrichtung hat, wobei der innere Kontaktring (117) zwischen der Nutbodenfläche des Kolbens (11) und einer Innenumfangsfläche von mindestens einem Kolbenring (114) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) liegt und mit der Innenumfangsfläche des mindestens einen Kolbenrings (114) in Kontakt ist, wobei die Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in der Axialrichtung derart nebeneinander angeordnet ist, dass sich die Fugen (114a, 115a) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) in der Axialrichtung nicht überlappen, der innere Kontaktring (117) in der Axialrichtung über dem mindestens einen Kolbenring (114) angeordnet ist und derart angeordnet ist, dass sich die Öffnung (117a) in einer Radialrichtung des Kolbens (11) gesehen mit keiner Fuge (114a) des mindestens einen Kolbenrings (114) überlappt, der mindestens eine Kolbenring (114) in einem Zustand, in dem in der Axialrichtung eine Seite, auf der in dem Zylinder (10) eine Druckverstärkungskammer (1a) ausgebildet ist, als eine Hochdruckseite festgelegt ist und eine Seite gegenüber der Hochdruckseite als eine Niederdruckseite festgelegt ist, näher als die übrigen Kolbenringe (115) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) an der Niederdruckseite angeordnet ist und ein Innendurchmesser des mindestens einen Kolbenrings (114) größer als ein Innendurchmesser des Kolbenrings (115) eingestellt ist, der neben dem mindestens einen Kolbenring auf der Hochdruckseite liegt, und der innere Kontaktring (117) derart konfiguriert ist, dass eine Endfläche des inneren Kontaktrings (117) auf der Hochdruckseite in Kontakt mit oder nahe an dem Kolbenring (115) ist, der neben ihm auf der Hochdruckseite angeordnet ist, während eine Endfläche des inneren Kontaktrings (117) auf der Niederdruckseite in Kontakt mit oder nahe an einer Nutseitenfläche der Ringnut ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei der mindestens eine Kolbenring (114, 115) einen Eingriffsabschnitt (114e, 115g) hat, der in der Umfangsrichtung mit der Öffnung (116a, 117a) des inneren Kontaktrings (116, 117) im Eingriff ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei mindestens ein Kolbenring (114, 115) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) einen Vorsprung (114d, 115f) hat, der mit den Fugen (114a, 115a) eines Kolbenrings (114, 115) im Eingriff ist, der in der Axialrichtung neben dem Kolbenring (114, 115) angeordnet ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, die außerdem einen Hilfsring (118) umfasst, wobei in einem Zustand, in dem in der Axialrichtung eine Seite, auf der in dem Zylinder (10) eine Druckverstärkungskammer (1a) ausgebildet ist, als eine Hochdruckseite festgelegt ist und eine Seite gegenüber der Hochdruckseite als eine Niederdruckseite festgelegt ist, und der Hilfsring (118) in Kontakt mit einer auf der Hochdruckseite liegenden Oberfläche des Kolbenrings (115) der Vielzahl von Kolbenringen (114, 115) angeordnet ist, der in der Axialrichtung an einem Ende auf der Hochdruckseite angeordnet ist, und eine ringförmige Form hat und derart angeordnet ist, dass zwischen einer Außenumfangsfläche des Hilfsrings und einer Innenumfangsfläche des Zylinders (10) ein Spalt ausgebildet ist.
Kolbenringeinheit (113) nach Anspruch 11, wobei eine Innenumfangsfläche des Hilfsrings (118) einen vertieften Abschnitt (118d) hat, der in einem Abschnitt des Hilfsrings (118) in einer Umfangsrichtung in einer Radialrichtung nach außen vertieft ist.
Kompressor (1) mit: einem Zylinder (10); einem Kolben (11), der so konfiguriert ist, dass er sich in dem Zylinder (10) in einer Zylinderachsenrichtung des Zylinders (10) hin und her bewegt; und der Kolbenringeinheit (113) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 8, die auf einer Außenumfangsfläche des Kolbens (11) angebracht ist.