DE112019002189T5

DE112019002189T5 - Kolbenring und Kompressor

Info

Publication number: DE112019002189T5
Application number: DE112019002189.3T
Authority: DE
Inventors: Naofumi Kanei; Tomohiro Otsuka; Hirotaka Ito; Hiroaki Nii
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2021-02-11
Also published as: CN111989511B; US20210156371A1; JP2019190628A; KR20210002624A; WO2019208182A1; CA3097100A1; JP7002401B2; CN111989511A; US11346332B2; KR102483899B1

Abstract

In einem Kompressor, der mit einem Zylinder und einem Kolben versehen ist, welcher in einer Axialrichtung innerhalb des Zylinders hin- und hergeht, dichtet ein Kolbenring einen Spalt zwischen einem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und einer Innenwandfläche des Zylinders ab. Der Kolbenring hat einen ersten Ringabschnitt, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist und in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten, und einen zweiten Ringabschnitt, welcher auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, in der Axialrichtung Seite an Seite mit dem ersten Ringabschnitt angeordnet ist und in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten. Der zweite Ringabschnitt ist derart auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt, dass er relativ zu dem ersten Ringabschnitt auf einer Seite gegenüber einer Kompressionskammer innerhalb des Zylinders positioniert ist, und eine größere Härte hat als sie der erste Ringabschnitt hat.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring und auf einen Kompressor, der mit dem Kolbenring ausgestattet ist.
Technischer Hintergrund
Üblicherweise wird, wie in den Patentdokumenten 1 bis 3 beschrieben ist, in einem hin- und hergehenden Kompressor und dergleichen, ein Kolbenring verwendet, um einen Spalt zwischen einem Außenumfangsabschnitt eines Kolbens und einer Innenwandfläche eines Zylinders abzudichten. Indem der Kolbenring auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt wird, kann Gas in einer Kompressionskammer des Zylinders daran gehindert werden, durch den Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders auszutreten.
Die Patentdokumente 1 und 2 zeigen einen Kolbenring, der mit einem Ringelement, das im Wesentlichen im Querschnitt gesehen L-förmig ist, und mit dem anderen Ringelement versehen ist, das in das erste Ringelement eingesetzt ist. Ferner zeigt Patentdokument 3 einen Kolbenring, der aus modifiziertem Polytetrafluorethylen gemacht ist. Die Kolbenringe, die in den Patentdokumenten 1 bis 3 gezeigt sind, empfangen den Druck von Gas, das von der Kompressionskammer in den Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders strömt, und werden manchmal durch diesen Druck deformiert, sodass sie zu einer Niederdruckseite vorstehen. Dies bedeutet, dass sich die herkömmlichen Kolbenringe deformieren können, ohne dem Druck des Gases widerstehen zu können, das von der Kompressionskammer einströmt, wodurch sie ein Problem hervorrufen, dass die Dichtungseigenschaft des Kolbenrings beeinträchtigt ist.
Zitierliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-49945
Patentdokument 2: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-83578
Patentdokument 3: japanisches Patent Nr. 6068016

Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolbenring bereitzustellen, der in der Lage ist, einen Spalt zwischen einem Außenumfangsabschnitt eines Kolbens und einer Innenwandfläche eines Zylinders zuverlässiger abzudichten, und einen Kompressor bereitzustellen, der mit dem Kolbenring versehen ist.
Ein Kolbenring gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dient zum Abdichten eines Spalts zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders in einem Kompressor, der mit dem Zylinder und dem Kolben versehen ist, der in einer Axialrichtung in dem Zylinder hin- und hergeht. Der Kolbenring hat einen ersten Ringabschnitt, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist und in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten und hat einen zweiten Ringabschnitt, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, in Axialrichtung neben dem ersten Ringabschnitt angeordnet ist und in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten. Der zweite Ringabschnitt ist auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens derart gefügt, dass er auf einer Seite gegenüber einer Kompressionskammer innerhalb des Zylinders relativ zu dem ersten Ringabschnitt positioniert ist und eine größere Härte hat als der erste Ringabschnitt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Kolbenring bereitgestellt werden, der in der Lage ist, einen Spalt zwischen einem Außenumfangsabschnitt eines Kolbens und einer Innenwandfläche eines Zylinders zuverlässiger abzudichten und ein Kompressor bereitgestellt werden, der mit dem Kolbenring versehen ist.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Konfiguration eines Kompressors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Konfiguration eines Kolbenrings gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Konfiguration eines Kolbenrings in einem Bezugsbeispiel zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration des Kolbenrings gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration des Kolbenrings gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration des Kolbenrings gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden der Kolbenring gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und der Kompressor, der mit dem Kolbenring versehen ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Kompressor
Zunächst wird die Konfiguration eines Kompressors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Konfiguration des Nahbereichs eines Kolbens 30 in dem Kompressor 1 zeigt. Es ist anzumerken, dass 1 lediglich einige Komponenten des Kompressors 1 zeigt und der Kompressor 1 kann mit anderen Komponenten versehen sein, die in 1 nicht gezeigt sind.
Der Kompressor 1 ist ein hin- und hergehender Kompressor, der Gas verdichtet, das in einen Zylinder 20 durch ein Ansaugventil 50 durch den Kolben 30 angesaugt wird, und das verdichtete Gas durch ein Auslassventil 60 abgibt. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Kompressor 1 hauptsächlich mit dem Zylinder 20, dem Kolben 30, einer Kolbenstange 40 und einem Kolbenring 10 versehen. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist der Kompressor 1 ferner mit einer Kurbelwelle, einer Verbindungsstange und einem Kreuzkopf versehen.
Der Kompressor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird in einer Wasserstofftankstelle verwendet, die eine Einrichtung ist, die ein Brennstoffzellenfahrzeug mit Wasserstoffgas als Brennstoff befüllt. Dies bedeutet, dass Wasserstoffgas, das zu einem Hochdruckzustand (gleich oder größer als 35 MPa oder gleich oder größer 40 MPa) durch den Kompressor 1 komprimiert ist, einer Zapfsäule zugeführt werden kann, und das Wasserstoffgas an der Zapfsäule in das Brennstoffzellenfahrzeug eingefüllt werden kann. Jedoch ist der Zweck des Kompressors der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Nachfolgend wird jede Komponente des Kompressors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Der Zylinder 20 hat beispielsweise eine zylindrische Form und hat eine Kompressionskammer 22 zum Komprimieren von Gas. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Zylinder 20 eine Innenwandfläche 21 und die Kompressionskammer 22 ist von der Innenwandfläche 21 umgeben. Indem das Volumen der Kompressionskammer 22 durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 30 verändert wird, wird das Gas in die Kompressionskammer eingesaugt und verdichtet.
Der Zylinder 20 ist aus einem Stahlmaterial, das Chrom enthält, gemacht, wie beispielsweise SUH660 des JIS Standards, SUS316 (einschließlich eines passiven Films) gemäß JIS Standard und SA-638M (GRADE 660) des ASME Standards. Ein natürlicher Oxidfilm von Chrom ist auf der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 ausgebildet. Es ist anzumerken, dass in dem Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung das Komponentenmaterial des Zylinders nicht besonders beschränkt ist.
Die arithmetische durchschnittliche Rauigkeit (Ra) der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 ist gleich oder kleiner als 0,8. Dies ermöglicht es dem Kolbenring 10, bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 30 sanft relativ zu der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 zu gleiten. Es ist anzumerken, dass der Kompressor der vorliegenden Erfindung nicht auf den einen beschränkt ist, bei dem Ra der Innenwandfläche des Zylinders in den oben genannten Bereich fällt.
Der Kolben 30 hat eine Säulenform mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders 20 und hat einen Außenumfangsabschnitt 31, der radial (linke und rechte Richtung in 1) der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 gegenüberliegt. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Spalt mit einer vorbestimmten radialen Breite zwischen dem Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 und der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 ausgebildet.
Der Kolben 30 ist konfiguriert, in Axialrichtung (aufwärtige und abwärtige Richtung und 1) in dem Zylinder 20 hin- und herzugehen. Insbesondere wird die Drehbewegung eines Motors (nicht gezeigt) in eine axial hin- und hergehende Bewegung der Kolbenstange 40 über die Kurbelwelle und die Verbindungsstange umgewandelt, wodurch der Kolben 30, der an der Spitze der Kolbenstange 40 befestigt ist, in der Axialrichtung hin- und hergehen kann. Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 30 verändert das Volumen der Kompressionskammer 22 und es ist möglich, das Ansaugen von Gas in die Kompressionskammer 22 und das Verdichten des angesaugten Gases zu wiederholen.
Der Kolbenring 10 ist eine Komponente zum Abdichten des Spalts zwischen dem Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 und der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20. Der Kolbenring 10 ist auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 gefügt und gleitet relativ zu der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 30.
Der Austritt eines Gases G1 von der Kompressionskammer 22 kann verhindert werden, indem der Spalt durch den Kolbenring 10 abgedichtet wird. Der Kompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist durch die Konfiguration des Kolbenrings 10 gekennzeichnet, die nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
Kolbenring
2 zeigt im Einzelnen die Konfiguration eines Gleitabschnitts zwischen dem Kolbenring 10 und der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20. Der Querschnitt des Kolbenrings 10 in 2 entspricht dem Querschnitt längs eines Liniensegments II-II in 4. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Nut 32 die in einer Orientierung radial weg von der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 ausgespart ist, ist an dem Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 ausgebildet. Die Nut 32 umfasst eine sich axial erstreckende Nutbodenfläche 32A und ein Paar von sich radial erstreckenden Nutwandflächen 32B, die mit der Nutbodenfläche 32A verbunden sind und ist ringförmig um den gesamten Umfang des Kolbens 30 ausgebildet.
In der nachfolgenden Beschreibung ist die Nutwandfläche 32B der Oberseite in 2 manchmal als eine „oberseitige Nutwandfläche“ bezeichnet und die Nutwandfläche 32B der Unterseite in 2 wird manchmal als „bodenseitige Nutwandfläche“ bezeichnet. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine sich axial erstreckende Außenumfangsfläche 33, die radial näher an der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 angeordnet ist, als die Nutbodenfläche 32A mit der Nutwandfläche 32B verbunden.
Der Kolbenring 10 ist eine ringförmige Komponente, die in der Nut 32 des Kolbens 30 aufgenommen ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine axiale Dicke T1 des Kolbenrings 10 kleiner als eine axiale Länge der Nutbodenfläche 32A und ist beispielsweise gleich oder größer als 1 mm. Eine radiale Dicke T2 des Kolbenrings 10 ist größer als ein Spalt zwischen der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 und der Außenumfangsfläche 33 des Kolbens 30 und kleiner als ein Spalt zwischen der Innenwandfläche 21 und der Nutbodenfläche 32A.
Folglich wird der Kolbenring 10 durch den Druck des Gases G1, das in die Kompressionskammer 22 fließt (1), in der Axialrichtung gedrückt und ein Innenumfangsabschnitt wird in einen Zustand gebracht, indem er gegen die bodenseitige Nutwandfläche 32B gepresst wird. In dem Kolbenring 10 wird die Innenumfangsfläche durch das Gas G1 (Gas G1, das entlang der oberseitigen Nutwandfläche 32B fließt), das in die Nut 32 fließt, radial auswärts gedrückt und die Außenumfangsfläche wird gegen die Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 gedrückt und in engen Kontakt mit der Innenwandfläche 21 gebracht. Dies stellt die Dichtwirkung durch den Kolbenring 10 sicher.
Der Kolbenring 10 hat einen ersten Ringabschnitt 11 und einen zweiten Ringabschnitt 12, die auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 gefügt sind und hat eine Konfiguration, in welcher der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 einander axial überlappen. Der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 sind ringförmige Komponenten, die separat voneinander konfiguriert sind und haben beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt. Während in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 jeweils dieselbe Größe und Form haben, sind sie nicht darauf beschränkt.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der erste Ringabschnitt 11 eine erste Ringaußenumfangsfläche 11A, die relativ zu der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 gleitet, und eine erste Ringinnenumfangsfläche 11B, welche der Seite gegenüber der ersten Ringaußenumfangsfläche 11A in der Radialrichtung zugewandt ist, eine erste Ringoberfläche 11C, welche den Druck des Gases G1 empfängt, das von der Kompressionskammer 22 (1) einströmt, und eine erste Ringunterfläche 11D, welche der Seite zugewandt ist, die der ersten Ringoberfläche 11C in der Axialrichtung gegenüberliegt. Der zweite Ringabschnitt 12 umfasst eine zweite Ringaußenumfangsfläche 12A, welche relativ zu der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 gleitet, eine zweite Ringinnenumfangsfläche 12B, welche der Seite zugewandt ist, die der zweiten Ringaußenumfangsfläche 12A in der Radialrichtung gegenüberliegt, eine zweite Ringoberfläche 12C, welche der Seite der ersten Ringunterfläche 11D zugewandt ist, und eine zweite Ringunterfläche 12D, welche der Seite zugewandt ist, die der zweiten Ringoberfläche 12C in der Axialrichtung gegenüberliegt.
Die radiale Dicke der ersten Ringabschnitts 11 und des zweiten Ringabschnitts 12 entsprechen der Dicke T2, die oben beschrieben ist. Die axiale Dicke des ersten Ringabschnitts 11 und des zweiten Ringabschnitts 12 sind die Hälfte der Dicke T1 des gesamten Rings, die oben beschrieben ist. Wie in 2 gezeigt ist, sind der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 so angeordnet, dass sie in der Lage sind, in derselben Nut 32 gegeneinander anliegen zu können (sodass die erste Ringunterfläche 11D und die zweite Ringoberfläche 12C aneinander anliegen).
Der erste Ringabschnitt 11 hat einen ersten aufgenommenen Abschnitt, der in dem abgedichteten Zustand, der in 2 gezeigt ist, in der Nut 32 aufgenommen ist, und einen ersten Gleitkontaktabschnitt, der radial auswärts relativ zu der Außenumfangsfläche 33 in dem abgedichteten Zustand überhängt und in Gleitkontakt mit der Innenwandfläche 21 steht. Der erste aufgenommene Abschnitt ist ein Abschnitt mit einem rechteckigen Querschnitt einschließlich der ersten Innenumfangsfläche 11B, und der erste Gleitkontaktabschnitt ist ein Abschnitt mit einem rechteckigen Querschnitt einschließlich der ersten Außenumfangsfläche 11A.
Gleichermaßen hat der zweite Ringabschnitt 12 einen zweiten aufgenommenen Abschnitt, der in der Nut in dem abgedichteten Zustand, der in 2 gezeigt ist, aufgenommen ist, und einen zweiten Gleitkontaktabschnitt, der radial auswärts relativ zu der Außenumfangsfläche 33 in dem abgedichteten Zustand überhängt und in Gleitkontakt mit der Innenwandfläche 21 steht. Der zweite aufgenommene Abschnitt ist ein Abschnitt mit einem rechteckigen Querschnitt einschließlich der zweiten Innenumfangsfläche 12B, und der zweite Gleitkontaktabschnitt ist ein Abschnitt mit einem rechteckigen Querschnitt einschließlich der zweiten Außenumfangsfläche 12A.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der zweite Ringabschnitt 12 in den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 gefügt, um axial mit dem ersten Ringabschnitt 11 ausgerichtet zu sein und auf der Seite gegenüber der Kompressionskammer 22 (1) in dem Zylinder 20 in Bezug auf den ersten Ringabschnitt 11 positioniert zu sein. Mit anderen Worten, der zweite Ringabschnitt 12 ist an einer Position angeordnet, wo der erste Ringabschnitt 11 zwischen dem zweiten Ringabschnitt 12 und der Kompressionskammer 22 in der Axialrichtung zwischengeordnet ist.
Der zweite Ringabschnitt 12 hat eine Härte und Festigkeit größer als die des ersten Ringabschnitts 11. Insbesondere ist die Zugfestigkeit des zweiten Ringabschnitts 12 beispielsweise gleich oder größer als 30 MPa und die Zugfestigkeit des ersten Ringabschnitts 11 ist gleich oder größer als 10 MPa. Die Wärmebeständigkeitstemperatur des ersten Ringabschnitts 11 und des zweiten Ringabschnitts 12 ist vorzugsweise gleich oder höher als beispielsweise 200 °C. Die nachfolgenden Wirkungen können erhalten werden, indem der zweite Ringabschnitt 12 mit hoher Härte und Festigkeit bezüglich des ersten Ringabschnitts 11 auf der Seite gegenüber der Kompressionskammer 22 (1) angeordnet wird.
3 zeigt einen Zustand, in welchem ein Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt 310 des Kolbens 300 und der Innenwandfläche 210 des Zylinders 200 unter Verwendung des Kolbenrings 100 eines Vergleichsbeispiels abgedichtet wird, das keinen zweiten Ringabschnitt hat. In diesem Fall kann, wie in 3 gezeigt ist, der Gleitkontaktabschnitt (der Abschnitt, der radial auswärts relativ zu der Außenumfangsfläche 330 überhängt und im Gleitkontakt mit der Innenwandfläche 210 steht) des Kolbenrings 100 dem Druck des Gases G100, das von der Kompressionskammer einströmt, nicht widerstehen und deformiert sich, um in Richtung der Niederdruckseite vorzustehen. Insbesondere ist in einem Kompressor, der Hochdruckwasserstoffgas handhabt, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, der Druck, der auf den Kolbenring aufgebracht wird, so groß, dass diese Art von Problem gerne auftritt.
Andererseits kann, indem der zweite Ringabschnitt 12 mit hoher Härte und Festigkeit an der in 2 gezeigten Position (gegen die erste Ringunterfläche 11D anliegende Position) angeordnet wird, der Kolbenring 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den ersten Ringabschnitt 11 daran hindern, sich in Richtung der Niederdruckseite infolge des Drucks des Gases G1 zu deformieren. Genauer gesagt wird der erste Ringabschnitt 11 (der Abschnitt, der relativ zu der Außenumfangsfläche 33 radial überhängt), der in der Axialrichtung (abwärts in 2) durch den Druck des Gases G1 gepresst wird, durch die zweite Ringoberfläche 12C gestützt, wodurch die Deformation in Richtung der Niederdruckseite blockiert wird. Dies gestattet es, die Dichtungseigenschaft sicherzustellen, indem der erste Ringabschnitt 11 in engen Kontakt mit der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 gebracht wird und eine Beschädigung infolge Deformation des ersten Ringabschnitts 11 verhindert wird.
Als nächstes wird das Komponentenmaterial des Kolbenrings 10 im Einzelnen besch rieben.
Der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 enthalten eine Hauptkomponente, die aus mindestens einem Material gemacht ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus modifiziertem Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyaryletherketon (PAEK), Polyimid (PI) und Polybenzimidazol (PBI) besteht und einem Additiv, das einen Kohlenstofffüllstoff (CF) enthält. Der Ausdruck „Hauptkomponente“ bedeutet, dass dieser Anteil größer ist als der Anteil des Additivs. In einem Fall, in welchem zwei oder mehr der Materialien aus der Gruppe gewählt sind, die aus modifiziertem PTFE, PAEK, PI sowie PBI besteht, als die Hauptkomponente gewählt sind, bedeutet dies, dass der Gesamtanteil der gewählten Materialien größer ist als der Anteil des Additivs.
„PAEK“ ist ein Gattungsbegriff für lineare Polymere, in denen Benzolringe durch Ether und Ketone gebunden sind, und umfasst Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK) und Polyetherketonketon (PEKK). „PI“ umfasst Duroplaste und Thermoplaste. Dies bedeutet, dass, zusätzlich zu dem Duroplast Polyimid, thermoplastische Polyimide (TPI), wie Polyetherimid (PEI) eingeschlossen ist. „Modifiziertes PTFE“ wird erhalten, indem Fluor des PTFE mit einer vorbestimmten funktionalen Gruppe ersetzt wird und im Vergleich mit PTFE in der Festigkeit verbessert ist. Beispiele von „CF“ umfassen Grafit und Kohlefaser. Beispiele von Grafit umfassen allgemein Grafit und Nanografit. Kohlefasern umfassen solche des Polyacrylonitrid (PAN) Systems und des Pitch (PITCH) Systems.
Obwohl die Menge von CF, die hinzugefügt wird, nicht besonders beschränkt ist, ist sie vorzugsweise gleich oder größer als 5 Masse% bis gleich oder weniger als 40 Masse%. Die Schmierfähigkeit des Kolbenrings 10 kann verbessert werden, indem CF mit gleich oder größer als 5 Masse% hinzugefügt wird. Wenn andererseits CF um mehr als 40 Masse% hinzugefügt wird, wird die Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 30 abgeschabt. Folglich ist die Menge von hinzugefügtem CF vorzugsweise im Bereich von gleich oder größer als 5 Masse% bis gleich oder weniger als 40 Masse%.
Als ein anderes Additiv als CF kann beispielsweise Polyamidimid (PAI) zusätzlich hinzugefügt werden. Dies gestattet eine verbesserte Bearbeitbarkeit des Kolbenrings 10. Es ist anzumerken, dass „der Anteil des Additivs“, der oben beschrieben ist, den Anteil von CF in einem Fall bedeutet, wo das Additiv lediglich CF enthält, und bedeutet die Summe der Anteile von CF und PAI in einem Fall, wo das Additiv CF und PAI enthält. Es ist anzumerken, dass der Kolbenring 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kein PTFE als Additiv enthält.
Wenn der Kolben 30 hin- und herbewegt wird, wird die Außenumfangsfläche des Kolbenrings 10 durch Gleiten relativ zu der Innenwandfläche 21 des Zylinders 20 abgeschabt und das CF des Additivs haftet an der Innenwandfläche 21. Demzufolge wird eine aus CF bestehende Schicht niedriger Reibung an der Innenwandfläche 21 ausgebildet. Entsprechend enthalten beide Gleitflächen (die Außenumfangsfläche des Kolbenrings 10 und die Innenwandfläche 21 des Zylinders 20) dasselbe Material (CF) und die Verschleißfestigkeit des Kolbenrings 10 kann verbessert werden.
Wie oben beschrieben ist, wird der Kompressor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Verdichten von Wasserstoffgas in einer Wasserstofftankstelle verwendet. Wenn dabei ein schwefelhaltiges Material wie Polyphenylensulfid (PPS) und Molybdändisulfid (MoS₂) als ein Material für den Kolbenring verwendet wird, kann die Beimischung von Schwefel in das Wasserstoffgas, das dem Brennstoffzellenfahrzeug zugeführt wird, ein Problem hervorrufen. Indem andererseits, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 aus einem schwefelfreien Material gebildet sind, kann das Beimischen von Schwefel in das Brennstoffzellenfahrzeug verhindert werden. Zudem ist es mit diesen Materialien möglich, die Festigkeit und Gleiteigenschaft des Kolbenrings 10 auf den gleichen Pegel zu halten, wie im Fall der Verwendung von Materialien wie PPS und MoS₂.
Der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 können eine Hauptkomponente enthalten, die aus mindestens einem ausgewählten aus der Gruppe, die aus PAEK (z.B. PEEK), PI und PBI besteht, gemacht ist.
Mit diesen Materialien kann verhindert werden, dass nicht nur Schwefel, sondern auch Halogene in das Wasserstoffgas gemischt werden.
Materialkombinationen, die die Hauptkomponenten des ersten Ringabschnitts 11 und des zweiten Ringabschnitts 12 bilden, umfasst modifiziertes PTFE allein, PAEK allein, PI allein, PBI allein, Kombination von modifiziertem PTFE und PAEK, Kombination von modifiziertem PTFE und PI, Kombination von modifiziertem PTFE und PBI, Kombination von PAEK und PI, Kombination von PAEK und PBI, Kombination von PI und PBI, Kombination von modifiziertem PTFE, PAEK und PI, Kombination von modifiziertem PTFE, PAEK und PBI, Kombination von modifiziertem PTFE, PI und PBI, Kombination von PAEK, PI und PBI oder eine Kombination von modifiziertem PTFE, PAEK, PI und PBI. Ferner kann „PEAK“ in den obigen Kombinationen PEEK allein, PEK allein, PEKK allein, Kombination von PEEK und PEK, Kombination von PEEK und PEKK, Kombination von PEK und PEKK oder eine Kombination von PEEK, PEK und PEKK sein. Diese Materialien sind zudem vorteilhaft bei der Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Kolbenrings 10.
Die Kombination der Materialien, die zuvor beschrieben ist, ist so ausgewählt, dass sie die Beziehung erfüllen, dass die Härte des zweiten Ringabschnitts 12 größer ist als die Härte des ersten Ringabschnitts 11 und die Festigkeit des zweiten Ringabschnitts 12 größer ist als die Festigkeit des ersten Ringabschnitts 11. Als ein Beispiel kann der erste Ringabschnitt 11 eine Hauptkomponente enthalten, die aus modifiziertem PTFE gemacht ist und der zweite Ringabschnitt 12 kann eine Hauptkomponente enthalten, die aus mindestens einem von PI und PEEK gemacht ist.
4 zeigt schematisch die Konfiguration des Kolbenrings 10 in der Draufsicht aus der Axialrichtung. In 4 ist der erste Ringabschnitt 11 durch eine durchgezogene Linie dargestellt und der zweite Ringabschnitt 12 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Es ist anzumerken, dass in 4, bequemlichkeitshalber, der erste Ringabschnitt 11 und der zweite Ringabschnitt 12 so dargestellt sind, als wenn sie verschiedene Innendurchmesser und verschiedene Außendurchmesser hätten, jedoch haben beide Ringabschnitte die gleichen Innendurchmesser und die gleichen Außendurchmesser. In 4 ist der Kolben 30 nicht gezeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der erste Ringabschnitt 11 mit einem ersten Anlageabschnitt 11A ausgebildet, der durch Nuten eines Teils der Umfangsrichtung geschaffen ist. Insbesondere hat der erste Ringabschnitt 11 einen ersten Basisendabschnitt 11B, der auf der Seite radial gegenüber dem ersten Anlageabschnitt 11A positioniert ist, und ein Paar von ersten Armabschnitten 11C, die sich bogenförmig von dem ersten Basisendabschnitt 11B in Richtung des ersten Anlageabschnitts 11A erstrecken. Das Paar von ersten Armabschnitten 11C hat eine Bogenlänge, die geringfügig kürzer ist als die Hälfte des Umfangs des ersten Ringabschnitts 11, und erstrecken sich in einander entgegengesetzten Richtungen von dem ersten Basisendabschnitt 11B.
Wie in 4 gezeigt ist, entspricht der erste Anlageabschnitt 11A einem Spalt zwischen ersten Spitzenflächen 11CC des Paars von ersten Armabschnitten 11C.
Der zweite Ringabschnitt 12 hat grundsätzlich die gleiche Form wie die des ersten Ringabschnitts 11. Dies bedeutet, dass der zweite Ringabschnitt 12 mit einem zweiten Anlageabschnitt 12A ausgebildet ist, der durch Nuten eines Teils in der Umfangsrichtung geschaffen ist. Insbesondere hat der zweite Ringabschnitt 12 einen zweiten Basisendabschnitt 12B, der auf einer Seite radial gegenüber dem zweiten Anlageabschnitt 12A positioniert ist, und ein Paar von zweiten Armabschnitten 12C, die sich bogenförmig von dem zweiten Basisendabschnitt 12B in Richtung des zweiten Anlageabschnitts 12A erstrecken. Das Paar von zweiten Armabschnitten 12C hat eine Bogenlänge, die geringfügig kürzer ist als die Hälfte des Umfangs des zweiten Ringabschnitts 12, und erstrecken sich in einander entgegengesetzten Richtungen von dem zweiten Basisendabschnitt 12B. Wie in 4 gezeigt ist, entspricht der zweite Anlageabschnitt 12A einem Spalt zwischen zweiten Spitzenflächen 12CC des Paars von zweiten Armabschnitten 12C.
Indem der erste Anlageabschnitt 11A in dem ersten Ringabschnitt 11 ausgebildet wird, ist es somit möglich, den ersten Armabschnitt 11C um den ersten Basisendabschnitt 11B auszudehnen und auf einfache Weise den Durchmesser des ersten Ringabschnitts 11 zu vergrößern. Dies ermöglicht es, dass der erste Ringabschnitt 11 leicht auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 gefügt werden kann.
Der zweite Ringabschnitt 12 hat einen Abschnitt (zweiter Basisendabschnitt 12B), der den ersten Anlageabschnitt 11A in der Axialrichtung überlappt. Insbesondere überlappt der zweite Basisendabschnitt 12B axial den ersten Anlageabschnitt 11A, um den ersten Anlageabschnitt 11A in der Axialrichtung gesehen vollständig zu schließen. Demzufolge stößt das Gas, das aus der Kompressionskammer 22 (1) in den ersten Anlageabschnitt 11A strömt, gegen die zweite Ringoberfläche 12C (2) an dem zweiten Basisendabschnitt 12B, wodurch eine Gasleckage zur Niederdruckseite unterdrückt wird. Somit muss der zweite Ringabschnitt 12 lediglich eine Form haben, die in der Lage ist, den ersten Anlageabschnitt 11A zu verschließen, und muss nicht über den gesamten Umfang des Kolbenrings 10 vorliegen.
Es ist anzumerken, dass, während die Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Betrachtung des Falls gemacht wurde, wo der erste Anlageabschnitt 11A und der zweite Anlageabschnitt 12A an den einander radial gegenüberliegenden Seiten (Abweichung um 180° in der Umfangsrichtung) positioniert sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Dies bedeutet, dass, zum Zwecke des Erhaltens der Gasleckageverhinderungsfunktion, die oben beschrieben ist, es ausreicht, dass der zweite Anlageabschnitt 12A an einer Position vorliegt, die in Umfangsrichtung von dem ersten Anlageabschnitt 11A verschoben ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als nächstes wird ein Kolbenring 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Während der Kolbenring 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel grundsätzlich eine Konfiguration gleich der des Kolbenrings 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat und dazu ähnliche Effekte erreicht, besteht ein Unterschied darin, dass der zweite Ringabschnitt 12 in eine Vielzahl von Ringelementen unterteilt ist. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zum Kolbenring 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
5 zeigt schematisch die Konfiguration des Kolbenrings 10A in der Draufsicht aus der Axialrichtung. Wie in 5 gezeigt ist, hat der zweite Ringabschnitt 12 eine Vielzahl von (zwei im vorliegenden Ausführungsbeispiel) in Umfangsrichtung aufgeteilten zweiten Ringelementen 71. Jedes der zweiten Ringelemente 71 ist eine Komponente mit einer Bogenform, die sich entlang der Umfangsrichtung des zweiten Ringabschnitts 12 erstreckt und eine Bogenlänge hat, die geringfügig kürzer ist als die Hälfte des Umfangs des zweiten Ringabschnitts 12.
Jedes der zweiten Ringelemente 71 ist auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 in einem Zustand gefügt, in dem er in der Nut 32 (2) aufgenommen ist. In diesem gefügten Zustand wird der zweite Anlageabschnitt 12A zwischen den Endflächen der zweiten Ringelemente 71 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt ist, sind zwei zweite Anlageabschnitte 12A einander in der Radialrichtung gegenüberliegend (mit einer Umfangsabweichung um 180° positioniert) ausgebildet.
Die zwei zweiten Anlageabschnitte 12A sind jeweils an Positionen vorhanden, die bezüglich des ersten Anlageabschnitts 11A in Umfangsrichtung verschoben sind (Position um beispielsweise 90° verschoben). Folglich hat, gleich dem ersten Ausführungsbeispiel, der zweite Ringabschnitt 12 einen Abschnitt, der den ersten Anlageabschnitt 11A in der Axialrichtung überlappt (Zwischenabschnitt des zweiten Ringelements 71 in dem oberen Teil von 5). Folglich kann die Gasleckageverhinderungsfunktion gleich der des ersten Ausführungsbeispiels erhalten werden.
Der Kolbenring 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine Konfiguration, in welcher der zweite Ringabschnitt 12 in die Vielzahl von zweiten Ringelementen 71 aufgeteilt ist, wodurch der zweite Ringabschnitt 12 auf leichte Weise auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 gefügt werden kann. Dies bedeutet, dass es mit der Ringform des ersten Ausführungsbeispiels erforderlich ist, die zweiten Armabschnitte 12C um den zweiten Endabschnitt 12B stark aufzuweiten, während es in dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich ist, den zweiten Ringabschnitt 12 leicht auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 zu fügen, indem einfach jedes der zweiten Ringelemente 71 in die Nut 32 des Kolbens 30 eingebracht wird. Wie oben beschrieben ist, hat der zweite Ringabschnitt 12 eine hohe Härte und Festigkeit und es ist schwierig, seinen Durchmesser beim Fügen aufzuweiten. Jedoch kann die Leichtigkeit des Fügens sichergestellt werden, indem der zweite Ringabschnitt 12 in die Vielzahl von zweiten Ringelementen 71 unterteilt wird, wie im zweiten Ausführungsbeispiel.
Es ist anzumerken, dass, während die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung des Falls gemacht ist, in dem der zweite Ringabschnitt 12 in die zwei zweiten Ringelemente 71 unterteilt ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und der zweite Ringabschnitt 12 kann in drei oder mehr zweite Ringelemente 71 unterteilt werden. Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Größe von jedem der zweiten Ringelemente 71 die gleiche ist, und die Größe von jedem der zweiten Ringelemente 71 kann voneinander verschieden sein.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Als nächstes wird ein Kolbenring 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Während der Kolbenring 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel grundsätzlich die Konfiguration gleich der des Kolbenrings 10A (5) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat und dazu gleiche Effekte erzielt, besteht ein Unterschied darin, dass der erste Ringabschnitt 11 in eine Vielzahl von Ringelementen unterteilt ist. Nachfolgend wird lediglich der Unterschied zu dem Kolbenring 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
6 zeigt schematisch die Konfiguration des Kolbenrings 10B in der Draufsicht aus der Axialrichtung. Wie in 6 gezeigt ist, hat der erste Ringabschnitt 11 eine Vielzahl von (zwei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) in Umfangsrichtung aufgeteilten ersten Ringelementen 72. Jedes der ersten Ringelemente 72 ist eine Komponente mit einer Bogenform, die sich entlang der Umfangsrichtung des ersten Ringabschnitts 11 erstrecken, und hat eine Bogenlänge, die geringfügig kürzer ist als die Hälfte des Umfangs des ersten Ringabschnitts 11.
Jedes der ersten Ringelemente 72 ist auf den Außenumfangsabschnitt 31 des Kolbens 30 in einem in der Nut 32 (2) aufgenommenen Zustand gefügt. In diesem gefügten Zustand ist der erste Anlageabschnitt 11A zwischen den Endflächen der ersten Ringelemente 72 ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind, wie in 6 gezeigt ist, zwei erste Anlageabschnitte 11A einander in der Radialrichtung gegenüberliegend (mit einer Umfangsabweichung um 180° positioniert) ausgebildet.
Wie in 6 gezeigt ist, liegt der erste Anlageabschnitt 11A an einer Position vor, die in Umfangsrichtung bezüglich des zweiten Anlageabschnitts 12A (Position um beispielsweise 90° verschoben) verschoben ist. Folglich hat, wie im zweiten Ausführungsbeispiel der zweite Ringabschnitt 12 einen Abschnitt, der den ersten Anlageabschnitt 11A in der Axialrichtung überlappt (Zwischenabschnitt von jedem der zweiten Ringelemente 71). Folglich kann die gleiche Gasleckageverhinderungsfunktion wie im zweiten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
Bei dem Kolbenring 10B gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Einfachheit des Fügens des ersten Ringabschnitts 11 ebenfalls sichergestellt werden, indem der erste Ringabschnitt 11 in die Vielzahl von ersten Ringelementen 72 unterteilt wird. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Fall beschränkt ist, wo der erste Ringabschnitt 11 in die zwei ersten Ringelemente 72 unterteilt ist, und der erste Ringabschnitt 11 kann in drei oder mehr erste Ringelemente 72 unterteilt werden. Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, wo die Größe von jedem der ersten Ringelemente 72 gleich ist, und die Größe von jedem von den ersten Ringelementen 72 kann voneinander verschieden sein.
In dem Kolbenring 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann der zweite Ringabschnitt 12 nicht in die Vielzahl von zweiten Ringelementen 71 unterteilt sein. Dies bedeutet, dass der erste Ringabschnitt 11 des dritten Ausführungsbeispiels und der zweite Ringabschnitt 12 des ersten Ausführungsbeispiels miteinander kombiniert werden können. Auch in diesem Fall ist es vorzuziehen, die Position so einzustellen, dass der zweite Anlageabschnitt 12A den ersten Anlageabschnitt 11A in der Axialrichtung nicht überlappt.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist wie folgt kurz darzustellen.
Der Kolbenring gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel dient zum Abdichten eines Spalts zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders in einem Kompressor, der mit dem Zylinder und dem in der Axialrichtung in dem Zylinder hin- und hergehenden Kolben versehen ist. Der Kolbenring hat einen ersten Ringabschnitt, welcher auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist und in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten, und einen zweiten Ringabschnitt, welcher auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, in Axialrichtung neben dem ersten Ringabschnitt angeordnet ist und in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten. Der zweite Ringabschnitt ist auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens derart gefügt, dass er auf einer Seite gegenüber einer Kompressionskammer innerhalb des Zylinders relativ zu dem ersten Ringabschnitt gefügt ist und eine größere Härte hat als sie der erste Ringabschnitt hat.
Dieser Kolbenring ist auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens in einem Zustand gefügt, wo der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt miteinander axial ausgerichtet sind, und der zweite Ringabschnitt bezüglich des ersten Ringabschnitts auf der Seite gegenüber der Kompressionskammer positioniert ist. Ferner hat der zweite Ringabschnitt eine größere Härte als sie der erste Ringabschnitt hat. Folglich, auch wenn Gas von der Kompressionskammer in den Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders strömt, kann eine Deformation des ersten Ringabschnitts, der den Druck des Gases empfangen hat, zur Niederdruckseite durch den zweiten Ringabschnitt verhindert werden. Folglich kann der Kolbenring gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel eine Beschädigung infolge von Deformation des ersten Ringabschnitts verhindern und kann den Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders zuverlässiger abdichten.
Der Ausdruck „Härte“, der hierin verwendet ist, bedeutet beispielsweise Rockwell-Härte (Symbol HR) oder eine Härteprüferhärte (Symbole HDA, HDD und HDE). Die Rockwell-Härte wird durch ein Verfahren in Übereinstimmung mit JIS K7202-2 oder JIS Z2245 gemessen. Die Härteprüferhärte wird durch ein Verfahren in Übereinstimmung mit JIS K6253 oder JIS K7215 gemessen. Es ist anzumerken, dass sie Härte durch ein anderes Prüfverfahren gemessen werden kann, wie beispielsweise eine Vickers-Härte.
In dem Kolbenring können der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt angeordnet sein, sodass sie in der Lage sind, in der selben Nut gegeneinander anzuliegen, die ausgebildet ist, in einer Richtung weg von der Innenwandfläche des Zylinders an dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens ausgespart zu sein.
Gemäß dieser Konfiguration kann eine Deformation des ersten Ringabschnitts zuverlässiger verhindert werden, indem der zweite Ringabschnitt angeordnet wird, sodass er in der Lage ist, gegen den ersten Ringabschnitt anzuliegen.
In dem oben beschriebenen Kolbenring kann der zweite Ringabschnitt eine Vielzahl von in Umfangsrichtung aufgeteilten Ringelementen haben, die jeweils an den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt sind.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Kolbenring leichter auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt werden als im Fall, wo der zweite Ringabschnitt durch ein einzelnes Ringelement konfiguriert ist. Dies bedeutet, dass es, während die Härte des zweiten Ringabschnitts so groß ist, dass es schwierig ist, ein einzelnes Ringelement durch Ausdehnen seines Durchmessers anzupassen, möglich ist, die Leichtigkeit des Einpassens sicherzustellen, indem der zweite Ringabschnitt in eine Vielzahl von Ringelementen aufgeteilt wird, wie oben beschrieben ist.
In dem oben beschriebenen Kolbenring kann der erste Ringabschnitt mit einem Anlageabschnitt ausgebildet sein, der durch Nuten eines Teils der Umfangsrichtung bereitgestellt ist. Der zweite Ringabschnitt kann einen Abschnitt haben, der den Anlageabschnitt in der Axialrichtung überlappt.
Gemäß dieser Konfiguration ist es, durch Bilden des Anlageabschnitts in dem ersten Ringabschnitt möglich, den ersten Ringabschnitt leicht auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens zu fügen, indem der Durchmesser des ersten Ringabschnitts aufgeweitet wird. Weil ferner der zweite Ringabschnitt einen Abschnitt hat, der den Anlageabschnitt des ersten Ringabschnitts in der Axialrichtung überlappt, kann verhindert werden, dass das Gas, das von der Kompressionskammer in den Anlageabschnitt des ersten Ringabschnitts strömt, zur Niederdruckseite austritt.
Der Kolbenring, der oben beschrieben ist, kann zum Abdichten eines Spalts zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders in dem Kompressor für eine Wasserstofftankstelle da sein. Der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt können eine Hauptkomponente enthalten, die aus mindestens einem ausgewählten aus der Gruppe gemacht ist, die aus modifiziertem Polytretrafluorethylen, Polyaryletherketon, Polyimid und Polybenzimidazol sowie einem Additiv mit einem Kohlenstofffüllstoff besteht.
Materialien für den Kolbenring in dem Kompressor für eine Wasserstofftankstelle umfassen ein schwefelhaltiges Material wie Polyphenylensulfid und Molybdändisulfid. Jedoch, wenn ein Kolbenring aus diesen schwefelhaltigen Materialien verwendet wird, kann Schwefel in das Wasserstoffgas gemischt werden, das dem Brennstoffzellenfahrzeug zugeführt wird.
Andererseits kann, wie oben beschrieben ist, durch Verwenden eines schwefelfreien Materials die Hauptkomponente oder das Additiv des ersten Ringabschnitts und des zweiten Ringabschnitts das Mischen von Schwefel in das Brennstoffzellenfahrzeug verhindert werden. Zudem ist es mit diesen Materialien möglich, die Festigkeit und die Gleiteigenschaften des Kolbenrings auf dem gleichen Niveau zu halten, wie im Fall der Verwendung eines schwefelhaltigen Materials wie Polyphenylensulfid und Molybdändisulfid.
In dem oben beschriebenen Kolbenring können der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt eine Hauptkomponente enthalten, die aus mindestens einem ausgewählten aus der Gruppe gemacht ist, die aus Polyaryletherketon, Polyamid und Polybenzimidazol besteht.
Indem die Hauptkomponenten des ersten Ringabschnitts und des zweiten Ringabschnitts aus den oben beschriebenen Materialien gemacht sind, kann verhindert werden, dass Halogene in das Brennstoffzellenfahrzeug gemischt werden.
In dem oben beschriebenen Kolbenring kann der erste Ringabschnitt eine Hauptkomponente enthalten, die aus modifiziertem Polytetrafluorethylen gemacht ist. Der zweite Ringabschnitt kann eine Hauptkomponente enthalten, die aus mindestens einem von Polyimid und Polyetheretherketon gemacht ist.
Indem die oben beschriebenen Materialien als Hauptbestandteil verwendet werden, ist es möglich, die Festigkeit und die Gleiteigenschaften des Kolbenrings weiter zu verbessern. Der Kompressor gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hat den Zylinder mit der Kompressionskammer zum Verdichten von Gas, den Kolben, der in der Axialrichtung in dem Zylinder hin- und hergeht, um das Volumen der Kompressionskammer zu verändern, und den Kolbenring, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, um einen Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders abzudichten.
Gemäß diesem Kompressor ist es, durch Verwendung des Kolbenrings gemäß dem oberen Ausführungsbeispiel möglich, den Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders zuverlässiger abzudichten.
In dem Kompressor kann der Zylinder aus einem Stahlmaterial gemacht werden, das Cr enthält.
Der Kompressor, der mit dem Zylinder versehen ist, der aus dem oben beschriebenen Stahlmaterial gemacht ist, ist für den Zweck der Handhabung von Wasserstoffgas besonders bevorzugt.
In dem oben beschriebenen Kompressor kann die arithmetische Mittelrauigkeit der Innenwandfläche des Zylinders gleich oder kleiner als 0,8 sein.
Dies ermöglicht es, dass der Kolbenring bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens sanft relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders gleitet.
Es ist anzumerken, dass die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht erläuternd und nicht beschränkend sind. Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die oben erläuterte Beschreibung angegeben, sondern durch den Bereich der Ansprüche, und es sollen alle Bedeutungen äquivalent zu dem Bereich der Ansprüche sein und alle Modifikationen innerhalb des Bereichs liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6068016 [0003]

Claims

Ein Kolbenring zum Abdichten eines Spalts zwischen einem Außenumfangsabschnitt eines Kolbens und einer Innenwandfläche eines Zylinders in einem Kompressor, der mit dem Zylinder und dem Kolben versehen ist, der in einer Axialrichtung in dem Zylinder hin- und hergeht, wobei der Kolbenring aufweist: einen ersten Ringabschnitt, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist und der in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten; und einen zweiten Ringabschnitt, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, in der Axialrichtung Seite an Seite mit dem ersten Ringabschnitt angeordnet ist, und der in der Lage ist, relativ zu der Innenwandfläche des Zylinders zu gleiten, wobei der zweite Ringabschnitt derart auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, dass er relativ zu dem ersten Ringabschnitt auf einer Seite gegenüber einer Kompressionskammer innerhalb des Zylinders positioniert ist und eine größere Härte hat als sie der erste Ringabschnitt hat.
Kolbenring nach Anspruch 1, wobei der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt so angeordnet sind, dass sie in der Lage sind, gegeneinander in einer gleichen Nut anzuliegen, die in einer Richtung weg von der Innenwandfläche des Zylinders in dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens aussparend ausgebildet ist.
Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Ringabschnitt eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufgeteilten Ringelementen hat, die jeweils auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt sind.
Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Ringabschnitt mit einem Anlageabschnitt ausgebildet ist, der durch Nuten eines Teils einer Umfangsrichtung gebildet ist, und der zweite Ringabschnitt einen Abschnitt hat, der den Anlageabschnitt in der Axialrichtung überlappt.
Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kolbenring zum Dichten eines Spalts zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders in dem Kompressor für eine Wasserstofftankstelle ist, wobei der erste Ringabschnitt und zweite Ringabschnitt einen Hauptbestandteil, der aus mindestens einem aus einer Gruppe gemacht ist, die aus modifiziertem Polytetrafluorethylen, Polyaryletherketon, Polyimid und Polybenzimidazol besteht, und ein Additiv mit einem Kohlenstofffüllstoff enthält.
Kolbenring nach Anspruch 5, wobei der erste Ringabschnitt und der zweite Ringabschnitt eine Hauptkomponente enthalten, die aus mindestens einem aus einer Gruppe gemacht ist, die aus Polyaryletherketon, Polyimid und Polybenzimidazol besteht.
Kolbenring nach Anspruch 5, wobei der erste Ringabschnitt eine Hauptkomponente enthält, die aus modifiziertem Polytetrafluorethylen gemacht ist, und der zweite Ringabschnitt eine Hauptkomponente enthält, die mindestens aus einem von Polyemid und Polyetheretherketon gemacht ist.
Kompressor, mit: einem Zylinder mit einer Kompressionskammer zum Verdichten von Gas; einem Kolben, der in einer Axialrichtung hin- und hergeht, um ein Volumen der Kompressionskammer zu ändern; und dem Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, der auf den Außenumfangsabschnitt des Kolbens gefügt ist, um einen Spalt zwischen dem Außenumfangsabschnitt des Kolbens und der Innenwandfläche des Zylinders abzudichten.
Kompressor nach Anspruch 8, wobei eine arithmetische Durchschnittsrauigkeit der inneren Wandfläche des Zylinders gleich oder kleiner als 0,8 ist.