JP2008530445A - 制御された漏れ率を有する往復ガス圧縮装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧縮室（３）を規定する少なくとも１つのシリンダー（２）、操作ロッド（６）が延出する、シリンダーと協働するピストン（５）、ピストンロッドの直線的かつ往復的移動のための通路（８）を備えるシリンダー端部（７）、ピストンロッド（６）とシリンダー端部との間のスタッフィングボックスタイプの封止装置（９）を備える有用ガスを圧縮するための圧縮装置に関する。本発明は、対象でない加圧絶縁性ガスを提供する供給源（１６）を用い、封止装置のスタックが、２つのインサートリング（１１１、１１２）、すなわちシリンダーから離間した前部リング（１１１）と、シリンダーに最も近い後部リング（１１２）を含み、前記シリンダー端部または封止装置の本体が、前部ポート（１５１）と後部ポート（１５２）の２つのポートを有し、これら２つのポートは、一方の側で２つのインサートリングすなわち前部および後部リングの２つの外側周辺キャビティ（１４１、１４２）とそれぞれ連通し、他方の側で、少なくとも前部ポートの場合には、内側環状ギャップ（１３）から、特に封止装置（９）の一端から他端への、ピストンロッド（６）に沿った、絶縁性ガスのための絶縁性ガス経路を生じさせるように絶縁性ガスの供給源（１６）と連通して形成されていることを特徴とする。

Description

本発明は、一般に、往復型の圧縮機を用いた、以下に定義する有用ガスとして知られ、従って興味のあるものであるガスの圧縮に関する。

より具体的には、圧縮装置もしくは圧縮機における各シリンダーにおいて、本発明は、有用ガスが漏れる率を制御することに関する。ピストンロッドとシリンダーの間には、不可避的に、漏れが存在する。

事実、以下に記述する封止装置の存在にも拘わらず、往復並進運動において前後に移動するピストンロッドとシールとの間の隙間は、たとえ可能な限り小さなものであっても、外部への残留漏れ流を生じされ、これは、特に該流れがその状態で大気中に、または圧縮機の隣接する環境中に放出されることを防止するために、制御する必要がある。

先行技術は、すでに、興味のあるガスの往復圧縮のための装置もしくは機械を開示しており、それは、従来、
少なくとも１つの取り入れ口と、圧縮された有用ガスのための少なくとも１つの出口を備えた圧縮室を規定する少なくとも１つの基本シリンダー、操作ロッドが延出する、シリンダーと協働するピストン、
ピストンロッドが直線的かつ往復的に通り得る通路を備えるシリンダー端部、
有用ガスに対してピストンロッドとシリンダー端部との間を封止するスタッフィングボックスタイプの封止装置（従来、かかる装置は、ピストンの軸に沿った、一方では、環状パッキン、および他方では、ピストンロッドに対して封止機能を果たさず、ピストンロッドに隣接する内側環状ギャップから必要に応じて少なくとも１つの隣接する環状パッキンとともに形成もしくは規定された少なくとも１つの外側周辺キャビティへの通路を形成するように種々の様態で構成された少なくとも１つのインサートリングのスタックを備え、パッキンとインサートリングは、スタッフィングボックスのグランドによりシリンダーの方向に対外に密に詰められており、従来各中間のパッキンは、シールのためのハウジングを形成するカップを含み、該カップの内部エッジに対して押圧する適切な手段により詰められまたは圧縮されて、一方はピストンロッドに対する、他方は好く隣のパッキンまたはインサートプレートのカップの端部に対する２つのタイプのシールを提供している）、
シリンダー端部または封止装置本体内に形成され、封止された様態で、それぞれのインサートリングの外側周辺キャビティと連通する１つまたはそれ以上のポート
を備える。

かかる構造では、装置が動作するとき、特にシールの徐々の磨耗があると、有用ガスの漏れ経路がピストンロッドに沿って、シリンダーの外部に向けて形成されることになり、有用ガスは、該経路に沿って、デリバリー圧力からシリンダー外部でシリンダー端部における圧力まで流れる。従来、封止装置から外部に漏出する有用ガスの量を制限するために、シリンダー端部または封止装置の本体内に形成された１つまたはそれ以上のポートと整合し、前部側、すなわちシリンダーから最も離れた側でピストンロッドの長さに沿って段階付けられた（staged）１つまたはそれ以上のインサートリングが、有用ガスからなる漏れガスを、これを圧縮室のデリバリー側にもしくは先のシリンダー中に再循環させるか、またはこれを設備の外部に除去するために、デリバリー圧力よりも低い圧力で回収する。

そのような状況であるので、シール（パッキン）が徐々に磨耗すると、ガスが漏れる率が高まり、上記ポートにより回収されるガス流が実質的に増加することがない。設備から漏れガスを再循環させまたは除去するための回路に固有の圧力降下故である。その結果、封止装置を通ってシリンダーから出る有用ガスの残存率は、決してゼロにならず、シールが磨耗するにつれ、徐々に増加する。

種々の理由により、特に安全性および環境の理由で、この残存ガス流を、大気に直接放出することは許容されない。

従って、シリンダー／シリンダー端部と外部の間に、ピストンロッドが通過する１つまたはそれ以上の隔壁により、それぞれ有用ガスの残存流を回収し、それを、特にその低圧（この圧力は大気圧よりも高いが）、その目的地およびそれが必要とする処理に関して制御することができる１つまたはそれ以上の封止された中間の室を形成するケーシングが存在するように、圧縮装置を組み立てる必要がある。唯一のまたは最後の室は、特に、ピストンロッドを潤滑するために必要なデバイスを収容するために用いることができる。

さらに、シリンダー端部または封止装置の本体内に存在する封止装置と同様に、各内部もしくは中間隔壁、および場合により各外側隔壁は、同様にスタッフィングボックスの構造または構成を有し、関係する中間室の内部に位置するもう１つの封止装置を有する。

これらの種々の封止装置は、シリンダーから外部へ向かう非常に多くの封止段階を形成する。

種々の理由、特に有用ガスの値段もしくはコストに関する理由で、ピストン／シリンダー端部の封止装置から漏れるガスの残存流を制限することが必須である。これを行うために、加圧されたバリヤーガス、例えば窒素ガスを、上記の種々の封止段階に、以下の方法で注入するようにして用いることがすでに記述され、提案されている。

バリヤーガスを、封止装置に、最後のまたは唯一の中間室において注入すること、
同じバリヤーガスをシリンダー端部の封止装置中に注入すること、
バリヤーガスは、必要により封止装置中を通り、２つの中間室を隔てている隔壁上を流れ、それにより、バリヤーガスは、シリンダー／シリンダー端部から漏出する有用ガスとの混合物として１つの中間室に回収され、場合によりシリンダー／シリンダー端部上で封止装置からバリヤーガスは、装置から例えば火炎に除去される。

実際、上記注入／放出は、先と同様に、シリンダー端部または封止装置の本体内のポートと連通するスタッフィングボックス中に挿入されたリングによる構成により得られる。

これには、対応する圧縮装置の複雑さが存在する。さらに、有用ガスの一部はなお、シリンダー／シリンダー端部の封止装置から漏出し、それはバリヤーガスと混合されるので、永遠に損害を受ける。

本発明の目的は、上記不利点を克服することにある。

本発明によると、協働して、
（ａ）対象ではないが、加圧されている絶縁性ガスの供給源が存在し、
（ｂ）シリンダー／シリンダー端部の封止装置の（スタッフィングボックスタイプの）スタックは、一方が前記シリンダーから幾分離れた、前部リングとして知られものであり、他方が前記シリンダーに最も近い後部リングとして知られているものであるところの２つのインサートリングを含み、
（ｃ）シリンダー端部または封止装置の本体は、一方が前部ポートと呼ばれ、他方が後部ポートと呼ばれる２つのポートを有し、これらポートは、一方の側で２つのインサートリングすなわち前部リングおよび後部リングの２つの外側周辺キャビティとそれぞれ連通し、他方の側で、少なくとも前部ポートの場合には、内側環状ギャップから、特に封止装置の一端から他端への、ピストンロッドに沿った、絶縁性ガスのための絶縁性ガス経路を生じさせるように絶縁性ガスの供給源と連通して形成されている。

本発明により、シリンダー／シリンダー端部の封止装置において、先行技術によると対象の有用ガスからなる漏れガス流は、対象でない絶縁性ガスのための静止（stationary）チューブ状ガス経路により実質的に置き換えられる。

従って、漏れガス流の一部を、封止装置のある中間レベルで、それを除去し、または再循環させるために、回収する必要は一切ない。

さらに、封止装置から漏出する残存ガスは、実質的に、対象ではないものであり、特に、さらに、その環境に対する無害性、または圧縮装置またはその周囲に対して提起する危険の欠如を目的として選択することができる絶縁性ガスからなるのである。

さらに、いくつかの場合には、本発明により、シリンダーと、単一の封止中間室に対するケーシングとの間の隔離を制限することが可能となる。

用語「対象の」および「対象でない」は、一般的で相対的な用語において、有用ガスと称されるガスは、「プロセスガス」とも呼ばれるが、経済的価値を有し、例えば、酸素、メタン、水素等であり、他方絶縁性ガスと称されるガスは、それを供給するコスト以外には、実際的に経済的価値がなく、あるいはいずれの場合においても、いわゆる有用ガスよりも低い経済的価値を有し、例えば、窒素または空気であると解される。

有用ガスおよび絶縁性ガスは、互いに依存して選択され、絶縁性ガスは、また、
有用ガスに対し、および／または圧縮機の、オイルおよびグリースを含む、種々の部分に対して不活性であり、非反応性である必要があり、
環境および操作者に対して危険がなく、無害である必要があり、例えば、腐食性でなく、爆発性でなく、酸化剤でなくまたは可燃性でなくもしくは毒性でないガスでである
等の他の考慮すべき事項を満たさなければならない。

さて、本発明の添付の図面を参照して説明する。

図１および図２によると、有用ガスの往復型圧縮機または圧縮装置１は、
少なくとも１つの取り入れ口（図示せず）と、圧縮された有用ガスのための少なくとも１つの出口４を備える圧縮室を規定する少なくとも１つのシリンダー２、シリンダー２と協働し、操作ロッド６が延出しているピストン５、
ピストンロッド６が往復並進運動で通過し得る通路８を備えるシリンダー端部７、
有用ガスに対してピストンロッド６とシリンダー端部７の間を封止する、スタッフィングボックスタイプの封止装置９であって、ロッド６の軸に沿った、一方では複数の環状パッキン１０、および他方ではピストンロッド６に隣接する内側環状ギャップ１３から、シリンダー端部内または封止装置７の本体内の通路８の内面に隣接する少なくとも１つの外側周辺キャビティ１４１または１４２への径方向通路１２を形成するようにそれぞれ設計された２つのインサートリング１１１、１１２のスタックを含む封止装置、
シリンダー端部内または封止装置７の本体内に形成され、封止された様態で、封止装置９のそれぞれのインサートリング１１１および１１２の外側周辺キャビティと連通する２つのポート１５１および１５２
を備える。

図２に示すように、各環状パッキン１０は、単一のシールまたは重ね合わされたシール２２のためのハウジングを形成するカップ２１を含み、シールは、カップ２１の表面に押圧する適切な手段、この場合環状または軸バネ２３によって詰められまたは圧縮されている。これらシール２２は、実際、２つの封止機能、すなわち、ピストンロッド６に対する封止、および直ぐ隣のパッキン１０のカップの端部、または対応するインサートプレートに対する封止を果たす。

本発明によると、既に上に述べたように、協働して、
（ａ）対象ではないが、加圧された絶縁性ガスの供給源（１６）が存在し、
（ｂ）前封止装置９のスタックは、一方がシリンダー２から幾分離間した前部リング１１１と称されるものであり、他方がシリンダーに最も近い後部リング１１２と称されるものであるところの２つのインサートリング１１１、１１２を含み、
（ｃ）整合して（in register)、シリンダー端部または封止装置７の本体は、一方が前部ポート１５１と称され、他方が後部ポート１５２と称される２つのポートを有し、これらポートは、一方の側でそれぞれ前部リングおよび後部リングと称される２つのインサートリング１１１および１１２の２つの外側周辺キャビティ１４１、１４２とそれぞれ連通し、他方の側で、少なくとも前部ポート１５１の場合には、絶縁性ガスの供給源１６と連通して形成されている。

従って、操作中、上記手段により、絶縁性ガスから実質的になるチューブ状絶縁性ガス経路が、ピストンロッド６とインサートリング１１１の間の内側環状ギャップ（１３）から、実際的には封止装置９の一端から他端への、ピストンロッド６に沿って生じる。

図１に示すように、本装置は、さらに、絶縁性ガスの供給源１６から、前記前部ポート１５１と連通する供給回路１７、および前記絶縁性ガス経路内の圧力を、前記後部ポート１５２の出口で得られる圧力に依存して制御するための制御弁１８を備える。

好ましくは、絶縁性ガス経路におけるガス圧力は、ガスが圧縮室３に入るときの取り込み圧力よりも低い値に設定され、その目的は、絶縁性ガスがシリンダー２に向けて流れるその程度を制限することである。

本発明による封止装置を組み込んだ往復型の圧縮機もしくは圧縮装置を概略的に示す。 図１に示す装置のシリンダー／シリンダー端部上に設けられた本発明による封止装置の一例を示す。

Claims (3)

1. 有用ガスを圧縮するための圧縮装置であって、
   少なくとも１つの取り入れ口と、圧縮された有用ガスのための少なくとも１つの出口（４）を備える圧縮室（３）を規定する少なくとも１つのシリンダー（２）、操作ロッド（６）が延出する、シリンダーと協働するピストン（５）、
   前記ピストンロッドが直線的かつ往復的に通過し得る通路（８）を備えるシリンダー端部（７）、
   前記有用ガスに対し前記ピストンロッド（６）と前記シリンダー端部との間を封止するスタッフィングボックスタイプの封止装置（９）であって、一方で、複数の環状パッキン（１０）、および他方で、前記ピストンロッド（６）に隣接する内側環状ギャップ（１３）から前記シリンダー端部内または封止装置（７）の本体内の前記通路（８）の内面に隣接する少なくとも１つの外側周辺キャビティ（１４１、１４２）への放射状通路（１２）を形成するように構成された少なくとも１つのインサートリング（１１１、１１２）の、前記ロッド（６）の軸に沿ったスタッフィングボックスタイプのスタック、
   前記シリンダー端部内または封止装置（７）の本体内に形成され、封止状態で封止装置の前記キャビティと連通する少なくとも１つのポート（１５１、１５２）
   を備え、協働して、
   （ａ）対象ではないが、加圧された絶縁性ガスの供給源（１６）が存在し、
   （ｂ）前記封止装置の前記スタックは、一方が前記シリンダーから離間した前部リング（１１１）であり、他方が前記シリンダーに最も近い後部リング（１１２）であるところの２つのインサートリング（１１１、１１２）を含み、
   （ｃ）前記シリンダー端部または封止装置の本体は、前部ポート（１５１）と後部ポート（１５２）の２つのポートを有し、これらポートは、一方の側で２つのインサートリングすなわち前部および後部リングの２つの外側周辺キャビティ（１４１、１４２）とそれぞれ連通し、他方の側で、少なくとも前部ポートの場合には、内側環状ギャップ（１３）から、特に封止装置（９）の一端から他端への、前記ピストンロッド（６）に沿った、絶縁性ガスのための絶縁性ガス経路を生じさせるように絶縁性ガスの供給源（１６）と連通して形成されている
   ことを特徴とする圧縮装置。
2. 前記絶縁性ガスの供給源（１６）から、前記前部ポート（１５１）と連通する供給回路（１７）、および前記後部ポート（１５２）の出口で得られる圧力に依存して前記絶縁性ガス流の圧力を制御するための制御弁（１８）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記絶縁性ガス流のガス圧が、ガスが前記圧縮室に取り込まれるその取り込み圧よりも低い値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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