EP1907732A1 - Hermetisches dichtungssystem - Google Patents

Hermetisches dichtungssystem

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Publication number
EP1907732A1
EP1907732A1 EP06762400A EP06762400A EP1907732A1 EP 1907732 A1 EP1907732 A1 EP 1907732A1 EP 06762400 A EP06762400 A EP 06762400A EP 06762400 A EP06762400 A EP 06762400A EP 1907732 A1 EP1907732 A1 EP 1907732A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seals
sealing system
ionic liquid
piston rod
sealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06762400A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Adler
Georg Siebert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP1907732A1 publication Critical patent/EP1907732A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/002—Sealings comprising at least two sealings in succession
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid

Definitions

  • the invention relates to a sealing system for two relatively movable components, in particular for a piston movable in a cylinder chamber or a piston rod, comprising two or more moving seals.
  • the invention relates to a working machine of any kind.
  • Generic sealing systems are used for example in hydrogen compressors as hermetic sealing of the piston rod.
  • moving seal is to be understood below as meaning all seals known to the person skilled in the art, as are used, for example, in the case of pistons, piston rods, etc.
  • FIG. 1 shows in a schematized, lateral sectional view a piston rod leadthrough Z, as required, for example, in hydrogen compressors.
  • This piston rod feedthrough Z serves to guide a piston rod K.
  • the gas space of the compressor is located above the piston rod K and the compressor outside space below.
  • the first seal A By means of the first seal A is a seal to the gas space, which is located above the piston K, ensured. If this seal A leaking and passes gaseous medium in the space between the seals A and B, the gaseous medium is removed via line 1 from this space and fed to the suction side of the compressor. If the second seal B also leaks and the gaseous medium enters the space between the second and the third seal B or C, the gaseous medium can be withdrawn via line 2 from this intermediate space and fed to a chimney system.
  • a chimney system is always to be provided when a gas outlet in the compressor environment - for example, to prevent it comes to the formation of an explosive gas mixture - should be avoided or must.
  • a sealing system as shown in FIG. 1 is used, for example, in a hydrogen compressor, hitherto explosion-proof and thus more cost-intensive operating equipment and components must be used, since there is always the risk of hydrogen leakage around the compressor.
  • Object of the present invention is to provide a generic sealing system for two relatively movable components, in particular for a piston movable in a cylinder chamber or a piston rod, which denies the aforementioned disadvantages and creates a secure and hermetic sealing ability.
  • a sealing system which is characterized in that between at least two of the moving seals an ionic liquid is arranged.
  • the moving seals, between which the ionic liquid is arranged are preferably designed as oil seals, gas seals or combinations of oil and gas seals. If two or more moving seals are provided, an ionic liquid can be arranged a) exclusively between two adjacent seals, b) between all seals or c) - four or more seals provided - between several adjacent seals, but liquid-free sealing gaps remain.
  • Ionic liquids are low-melting, organic salts with melting points between 100 and -90 0 C, wherein most of the known ionic liquids are already in liquid form at room temperature. In contrast to conventional molecular liquids, ionic liquids are entirely ionic and therefore show new and unusual properties. Ionic liquids can be adapted comparatively well by varying the structure of anion and / or cation and by varying their combinations in terms of their properties to given technical problems. For this reason, they are often referred to as so-called "Designer Solvents". With conventional molecular liquids, however, only a variation of the structure is possible.
  • ionic liquids In contrast to conventional molecular liquids, ionic liquids also have the advantage that they have no measurable vapor pressure. This means that, as long as their decomposition temperature is not reached, they do not evaporate in the slightest traces, even in a high vacuum. This results in the properties of incombustibility and environmental friendliness, since ionic liquids can not escape into the atmosphere.
  • the melting points of known ionic liquids are by definition below 100 ° C.
  • the so-called liquidus range-this is the range between melting point and thermal decomposition-is generally 400 ° C. or more.
  • ionic liquids have a high thermal stability. Often their decomposition points are above 400 ° C. The density and the mixing behavior with other liquids can be influenced or adjusted in the case of ionic liquids by the choice of the ions. Ionic liquids Furthermore, they have the advantage that they are electrically conductive and thus can prevent electrical charging - which represent a potential hazard.
  • Ionic liquids have the advantage that their complete separation from the compressed medium with a comparatively small amount of equipment is possible.
  • the generic working machine is characterized in that it comprises a sealing system according to the invention.
  • FIG. 2 also shows a lateral, schematic sectional illustration through a piston rod leadthrough Z, as required, for example, in the case of hydrogen cryogenic compressors.
  • a sealing system consisting of three seals A, B and C, provided, as seals A, B and C, all known types of seals can be used in any combination.
  • an ionic liquid F is arranged in the space between the seals B and C as an (additional) sealing medium.
  • Gap between the seals B and C connected line 2 are dispensed with.
  • oil seals B and C are much lower maintenance and durable than conventional seals, as used for the sealing of a piston movable in a cylinder chamber.
  • an ionic liquid as a sealing medium also has the advantage of allowing easy detection of a leak since ionic liquids are visible. Tools, such as leak detectors, gas detectors, etc., are therefore no longer required.
  • the invention thus provides a sealing system for two relatively movable components, in particular for a piston movable in a cylinder chamber or a piston rod, comprising two or more moving seals, which compared to conventional sealing systems significantly less maintenance and durable.
  • the sealing system according to the invention can be used not only in piston rod bushings, as shown in Figures 1 and 2, but in principle, whenever it is necessary to create a sealing system for two relatively movable components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen. Erfindungsgemäß ist zwischen wenigstens zwei der bewegten Dichtungen (A, B, C) eine ionische Flüssigkeit (F) angeordnet.

Description

Beschreibung
Hermetisches Dichtunqssystem
Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen.
Ferner betrifft die Erfindung eine Arbeitsmaschine beliebiger Art.
Gattungsgemäße Dichtungssysteme werden beispielsweise bei Wasserstoff- Verdichtern als hermetische Abdichtung der Kolbenstange verwendet.
Unter dem Begriff "Bewegte Dichtung" seien nachfolgend alle dem Fachmann bekannten Dichtungen zu verstehen, wie sie beispielsweise bei Kolben, Kolbenstangen, etc. zur Anwendung kommen.
Alle bisher bekannten Dichtungen unterliegen einem mehr oder weniger großen Verschleiß. Dies hat zur Folge, dass die Dichtungen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden müssen. Oftmals erfordert der Austausch einer Dichtung eine zeitintensive, komplizierte und damit auch teure Wartungsarbeiten. Verbrauchte Dichtungen können bisher nur entsorgt, nicht jedoch aufbereitet werden.
Die Figur 1 zeigt in einer schematisierten, seitlichen Schnittdarstellung eine Kolbenstangendurchführung Z, wie sie beispielsweise bei Wasserstoff-Verdichtern erforderlich ist. Diese Kolbenstangendurchführung Z dient der Führung einer Kolbenstange K. Hierbei befinde sich der Gasraum des Verdichters oberhalb der Kolbenstange K und der Verdichter-Außenraum unterhalb. Dargestellt ist femer ein zum Stand der Technik zählendes Dichtungssystem, bestehend aus drei, in der Kolbenstangendurchführung Z angeordneten Dichtungen A, B und C, wobei als Dichtungen A, B und C alle bekannten Dichtungstypen in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen können.
Mittels der ersten Dichtung A wird eine Abdichtung zu dem Gasraum, der sich oberhalb des Kolbens K befindet, sichergestellt. Wird diese Dichtung A undicht und gelangt gasförmiges Medium in den Raum zwischen den Dichtungen A und B, wird das gasförmige Medium über die Leitung 1 aus diesem Raum entfernt und der Saugseite des Verdichters zugeführt. Wird auch die zweite Dichtung B undicht und tritt das gasförmige Medium in den Zwischenraum zwischen der zweiten und der dritten Dichtung B bzw. C ein, so kann das gasförmige Medium über die Leitung 2 aus diesem Zwischenraum abgezogen und einem Kaminsystem zugeführt werden. Ein derartiges Kaminsystem ist immer dann vorzusehen, wenn ein Gasaustritt in die Verdichterumgebung - beispielsweise um zu verhindern, dass es zur Bildung eines explosiven Gasgemisches kommt - vermieden werden soll bzw. muss.
Mittels der dritten Sicherung C wird verhindert, dass das zu verdichtende Medium aus dem Verdichtungsraum ausströmen kann. Da keine der drei vorgenannten Dichtungen auf Dauer vollkommen (gas)dicht ist, kann ein Ausströmen und damit Verlust von verdichtetem Medium nicht verhindert werden. •
Kommt ein wie in der Figur 1 dargestelltes Dichtungssystem beispielsweise bei einem Wasserstoff-Verdichter zur Anwendung, müssen bisher explosionsgeschützte und dadurch kostenintensivere Betriebsmittel und Bauteile verwendet werden, da um den Verdichter herum jederzeit die Gefahr des Austritts von Wasserstoff besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, anzugeben, das die vorgenannten Nachteile verweigert und eine sichere und hermetische Dichtungsmöglichkeit schafft.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Dichtungssystem vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen wenigstens zwei der bewegten Dichtungen eine ionische Flüssigkeit angeordnet ist.
Hierbei sind die bewegten Dichtungen, zwischen denen die ionische Flüssigkeit angeordnet ist, entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtungssystems vorzugsweise als Öldichtungen, Gasdichtungen oder Kombinationen von Öl- und Gasdichtungen ausgebildet. Sofern zwei oder mehr bewegte Dichtungen vorgesehen sind, kann eine ionische Flüssigkeit angeordnet sein a) ausschließlich zwischen zwei benachbarten Dichtungen, b) zwischen allen Dichtungen oder c) - vier oder mehr Dichtungen vorausgesetzt - zwischen mehreren benachbarten Dichtungen, wobei jedoch flüssigkeitsfreie Dichtungszwischenräume verbleiben.
Ionische Flüssigkeiten sind niederschmelzende, organische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 100 und -90 0C, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche Eigenschaften. Ionische Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als so genannte "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich.
Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie - solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird - selbst im Hochvakuum nicht in geringsten Spuren verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.
Wie bereits erwähnt, liegen die Schmelzpunkte bekannter ionischer Flüssigkeiten definitionsgemäß unterhalb von 100 0C. Der so genannte Liquidus-Bereich - dies ist der Bereich zwischen Schmelzpunkt und thermischer Zersetzung - beträgt im Regelfall 400 0C oder mehr.
Darüber hinaus weisen ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 400 0C. Die Dichte und das Mischungsverhalten mit anderen Flüssigkeiten können bei ionischen Flüssigkeiten durch die Wahl der Ionen beeinflusst bzw. eingestellt werden. Ionische Flüssigkeiten haben des Weiteren den Vorteil, dass sie elektrisch leitend sind und dadurch elektrische Aufladungen - die ein Gefahrenpotential darstellen - verhindern können.
Ionische Flüssigkeiten besitzen den Vorteil, dass ihre vollständige Abtrennung aus dem verdichteten Medium mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand möglich ist.
Eine Verschleppung der ionischen Flüssigkeit durch das verdichtete Medium ist nunmehr nicht mehr möglich, da ionische Flüssigkeiten - wie vorstehend erwähnt - keinen Dampfdruck aufweisen.
Des Weiteren ist bei der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Dichtungsmedium sichergestellt, dass sich das zu verdichtende bzw. verdichtete Medium in der ionischen Flüssigkeit nicht löst.
Die gattungsgemäße Arbeitsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erfindungsgemäßes Dichtungssystem aufweist.
Das erfindungsgemäße Dichtungssystem sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Ebenso wie die Figur 1 zeigt auch die Figur 2 eine seitliche, schematisierte Schnittdarstellung durch eine Kolbenstangendurchführung Z, wie sie beispielsweise bei Wasserstoff-Kryoverdichtern erforderlich ist. Wiederum ist ein Dichtungssystem, bestehend aus drei Dichtungen A, B und C, vorgesehen, wobei als Dichtungen A, B und C alle bekannten Dichtungstypen in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen können.
Erfindungsgemäß ist in dem Zwischenraum zwischen den Dichtungen B und C eine ionische Flüssigkeit F als (zusätzliches) Dichtungsmedium angeordnet.
Mittels dieser ionischen Flüssigkeit wird nunmehr eine absolut zuverlässige und langlebige Dichtungsbarriere geschaffen, die keinem bzw. nahezu keinem Verschleiß unterliegt. Selbst dann, wenn die bewegten Dichtungen B und C bereits so undicht geworden sind, dass sie gasförmige Medien passieren lassen, sind sie für die ionische Flüssigkeit F noch ausreichend dicht.
Die Gefahr des Gasaustrittes bzw. die damit verbundenen Probleme werden mittels des erfindungsgemäßen Dichtungssystemes wesentlich reduziert.
Während - wie auch bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführung - weiterhin gasförmiges Medium über die Leitung 1 aus dem Zwischenraum zwischen den Dichtungen A und B entfernt und der Saugseite des Verdichters zugeführt wird, kann auf das in der Figur 1 beschriebene Kaminsystem und damit auf die mit dem
Zwischenraum zwischen den Dichtungen B und C verbundene Leitung 2 verzichtet werden.
Wie bereits erwähnt, ist es ausreichend, wenn die ionische Flüssigkeit F zwischen zwei sog. Öldichtungen B und C angeordnet ist. Öldichtungen sind wesentlich wartungsärmer und langlebiger als herkömmliche Dichtungen, wie sie für die Abdichtung eines in einem Zylinderraum bewegbaren Kolbens verwendet werden.
Die Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Dichtungsmedium hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein einfaches Detektieren eines Lecks ermöglicht wird, da ionische Flüssigkeiten sichtbar sind. Hilfsmittel, wie Lecksuchsprays, Gasdetektoren, etc., sind daher nicht mehr erforderlich.
Die Erfindung schafft somit ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen, das verglichen mit herkömmlichen Dichtungssystemen wesentlich wartungsärmer und langlebiger ist.
Von Vorteil ist insbesondere, dass selbst dann, wenn die verwendeten Dichtungen bereits gasundicht werden sollten, ein Austritt der ionischen Flüssigkeit zunächst nicht erfolgt. Selbst dann, wenn ein Austritt der ionischen Flüssigkeit erfolgt, ist dies unkritisch, da das erfindungsgemäße Dichtungssystem erst bei einem vollständigen Verlust der ionischen Flüssigkeit undicht wird. Es sei nochmals betont, dass das erfindungsgemäße Dichtungssystem nicht nur bei Kolbenstangendurchführungen, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, zur Anwendung kommen kann, sondern grundsätzlich immer dann, wenn es gilt, ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile zu schaffen.

Claims

Patentansprüche
1. Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei der bewegten Dichtungen (A, B, C) eine ionische
Flüssigkeit (F) angeordnet ist.
2. Dichtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bewegten Dichtungen (A, B, C), zwischen denen die ionische Flüssigkeit (F) angeordnet ist, als Öldichtungen, Gasdichtungen oder Kombinationen von Öl- und Gasdichtungen ausgebildet sind.
3. Arbeitsmaschine beliebiger Art, insbesondere Verdichter, aufweisend wenigstens ein Dichtungssystem gemäß der Ansprüche 1 oder 2.
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