JP2004278576A - 高圧ガス密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ガスによってゴム製Ｏリングにブリスタが発生することを、簡易な構造をもって防止する。
【解決手段】高圧ガス密封用の主シールとしてゴム製Ｏリング１を用いる。このＯリング１に対してその高圧側Ｈに樹脂製シールリップ３付き副シール２を、その開口凹溝４がＯリング１を向くように、配設する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ガスを密封するための密封構造に係り、特に透過性の高い水素ガスやヘリウムガス等を密封する密封構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体として圧力変動が著しい高圧ガスを密封するために適切な、かつ、構造が簡易な密封用シールはほとんど知られていない。圧力変動のない（一定圧力の）高圧ガス用として、ゴム製Ｏリングが優れた密封性（シール性）を発揮するが、低圧と高圧の間で頻繁に圧力変動を生ずる使用条件下（環境下）では、このＯリングは使用に耐えられない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
圧力変動が著しい使用条件下で使用に耐えられない理由はゴム製Ｏリングにブリスタが発生するためである。
【０００４】
即ち、ゴム製Ｏリング内部に被密封流体としての（透過性の高い）水素ガスやヘリウムガス等のガスが浸透し、高圧ではＯリング内部に高圧ガスとして（圧縮状態で）Ｏリング内部に保持されている。高圧環境を開放する（急に低圧とする）と、Ｏリング内部に保持されていた高圧ガスは急激に膨張しつつ放出されようとするので、微小気泡がＯリングの内部に現われる現象───ブリスタ───を発生し、シール性（密封性）を喪失することとなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述のような低圧と高圧との間で圧力変動の著しく生ずる環境下でも、十分に適用できて、かつ、構造が簡素かつコンパクトな密封構造を提供する点にある。
特に、ブリスタの発生を簡易な構造によって防止して、耐久性に優れた（寿命の長い）密封構造を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高圧ガス密封用の主シールとしてのＯリングに対してその高圧側に樹脂製のシールリップ付き副シールを、配設し、かつ、該副シールの開口凹溝が上記Ｏリングを向くように配設した。また、高圧ガスが高圧水素ガスである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
【０００８】
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示し、第１部材１１と第２部材１２の間の間隙１３を密封する密封構造の要部断面図である。
【０００９】
第１部材１１・第２部材１２の内の一方は、例えば、バルブボディや継手本体やケーシング等であり、他方は、例えば、スプール（弁棒）や継手挿入筒体や配管端部等であり、第１部材１１の孔部内に第２部材１２が挿入された固定部密封構造、又は、第２部材１２の孔部内に第１部材１１が挿入された固定部密封構造である。あるいは、第１部材１１の孔部内に第２部材１２が挿入され、又は、第２部材１２の孔部内に第１部材１１が挿入され、相対的に軸心方向───図の上下方向───に往復動し、若しくは、軸心廻りに相対的に回転する、摺動部密封構造を示している。
【００１０】
以上いずれにせよ、間隙１３は全体的に円筒状となる。これに対し、第１部材１１と第２部材１２の内の一方を、ケーシング平坦部や継手フランジ平坦部等とし、他方を、蓋部材平坦部や継手フランジ平坦部等として、相対的に移動しない固定部密封構造とする場合もありえる。この場合は間隙１３は、平面状を呈することとなる。
【００１１】
図１は配置の概略説明を兼ねた要部断面図であり、図２は高圧力Ｐが作用した状態（高圧作用状態）を示し、図３は図２の後に急激に上記高圧力Ｐが低下（減圧）した状態───減圧状態───を示す。
【００１２】
１は、高圧ガス密封用の主シールとしてのゴム製Ｏリングを示す。図に於て、上方側が高圧側Ｈであり、Ｏリング１に対して、この高圧側Ｈに、樹脂製のシールリップ３，３付き副シール２を、配設（付設）する。
【００１３】
しかも、一対のシールリップ３，３によって形成された開口凹溝４が、低圧側ＬのＯリングを向くように副シール２が配設されている。
図例では、第２部材１２に、２個の凹溝６，７を形成し、各々に、Ｏリング１と副シール２を装着している。
【００１４】
副シール２は図１〜図３ではＵ字状断面形状を有し、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂やナイロン等を使用する。図１の状態から図２に示すように、高圧側Ｈから高圧ガスの高圧力Ｐが作用したとすれば、開口凹溝４が低圧側Ｌを向いている副シール２のシールリップ３は狭まる方向に変形し、瞬間的に（極端に図示すれば）図２中のギャップＧを生じて、Ｏリング（主シール）１へ高圧力Ｐを通過させて、Ｏリング（主シール）１によって、密封する。図２ではＯリング１が凹溝６内で低圧側へ押圧されて（弾性的に圧縮されて）密封作用をなしている状態を示す。
【００１５】
その後、図３のように、高圧側Ｈの圧力が急激に低下した場合、副シール２の開口凹溝４はＯリング１側を向いていて、Ｏリング１側から高圧側Ｈへ逃げようとする高圧ガスを、そのシールリップ３，３が直ちに封止（密封）して、図３中に矢印Ｐにて示す如く、Ｏリング１の接触部８と、副シール２のシールリップ３の接触部３ａまでの範囲Ｚを、高圧のままに保持する。つまり、急激に高圧側Ｈが減圧したとしても、この範囲Ｚでは、しばらくは高圧のままに保たれ、この範囲Ｚの圧力は（ゆっくりと）徐々に減圧されてゆく。これによって、Ｏリング１の内部に高圧下で浸透していた高圧ガスが急に膨張・放出してブリスタを生ずることを、有効に防止できる。このように、副シール２の自封性を利用するものであり、この副シール２は、高圧力Ｐから急激に減圧した際に、Ｏリング１に高圧状態で作用していた圧力を徐々に（ゆっくりと）減圧してゆくための減圧速度緩和シールとしての機能を有するといえる。そして、上記高圧ガスとしては、高圧水素ガスに適用すると、本発明に係る密封構造の密封効果は著しい。即ち、水素ガスは、最近高圧での用途が増加し、かつ、分子粒径が小さいので透過しやすい性質を備えているが、本発明に係る密封構造はそのような高圧の水素ガスに対して著しいシール性能を発揮できる。
【００１６】
次に、図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図４に於て、主シールとしてのＯリング１に、高圧時のはみ出し防止用バックアップリング１４を付加しても良いことを示す。さらに、前述の副シール２よりも高圧側Ｈに、別の樹脂製シール１５を付設するも好ましい。この樹脂製シール１５は、そのシールリップ１６，１６が高圧側Ｈを向くように配設し、高圧力Ｐが作用したとき、自封シールとして密封作用をなし、そしてＯリング１へ直接に圧力の急激な増加変動が加わらない緩衝の役目をなしている。それ以外、図１と同一符号は同様の構成であり詳細を省略する。
【００１７】
次に、図５は上記副シール２の変形例を示す横断面図であって、図５（Ａ）のように環状のコイルバネ１７を付設しても良い。特に、第１部材１１に接触するシールリップ３側にこのコイルバネ１７を付加するのが良い。また、図５（Ｂ）のように副シール２としてシールリップ３の先端部から底面１８までの長さ寸法が大きい細長形状のＵ字状としたり、図５（Ｃ）のように角張ったＣ字状───コの字状───や、図５（Ｄ）の丸味のあるＣ字状とするも、自由である。さらに、図５（Ｅ）のようなＶ字状としたり、図５（Ｆ）のように、開口凹溝４内に、横断面Ｕ字状の金属（板）バネを装着するも、好ましい。
【００１８】
本発明に係る高圧ガス密封構造は、上述のような構成であり、固定（静止）用に限らず、軸心方向摺動や回転用にも適用可能であり、また、円筒面の密封に限らず、平面密封にも適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
【００２０】
即ち、開口凹溝４が主シールとしてのＯリング１を向くようにしたので、一旦Ｏリング１へ作用した高圧力Ｐは、高圧側Ｈの圧力が急激に減少しても、所定時間、密封状に保持され、徐々に圧力が減少し、Ｏリング１にブリスタが発生することを、防止できる。従って、主シールとしてのＯリング１の寿命が長く、シール性（密封性）が長い期間にわたって維持できる。
【００２１】
しかも、副シール２とその凹溝７（シール溝）の追加によって、本密封構造は、簡易に作製でき、コンパクトであって、コスト的にも有利である。
【００２２】
そして、（請求項２によれば、）透過しやすい性質の（分子粒径が小さな）水素ガスが有効に密封される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す要部断面図である。
【図２】高圧力が作用した圧力状態を示す要部断面説明図である。
【図３】高圧力がその後急激になくなった状態を示す要部断面説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図５】副シールについて種々の他の実施の形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ Ｏリング
２ 副シール
３ シールリップ
４ 開口凹溝
Ｈ 高圧側
Ｐ 高圧力

Claims (2)

1. 高圧ガス密封用の主シールとしてのＯリング（１）に対してその高圧側（Ｈ）に樹脂製のシールリップ（３）付き副シール（２）を、配設し、かつ、該副シール（２）の開口凹溝（４）が上記Ｏリング（１）を向くように配設したことを特徴とする高圧ガス密封構造。
2. 高圧ガスが高圧水素ガスである請求項１記載の高圧ガス密封構造。

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