JPH0278755A

JPH0278755A - シール装置

Info

Publication number: JPH0278755A
Application number: JP22913288A
Authority: JP
Inventors: Terumaru Harada; 照丸原田; Kenichi Inota; 猪田　憲一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1990-03-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、往復動する部分を有し、往復動する部分の一
方に存在する気体や液体が往復動部分より他方に洩れる
のを防ぐ為のシール装置、特に、スターリング機関のよ
うに往復動する部分を有し、内部に封入されている高圧
の作動ガスが往復動部分より外部に洩れるのを防ぐ為の
シール装置に間するものである。

従来の技術往復動する部分を有し、シール性の要求される代表的な
ものにヘリウム等を作動ガスとして高圧で封入している
スターリング機関がある。この機関は、加熱器、冷却器
によって作動ガスを加熱、冷却することでガスを膨張、
収縮させ、圧力変動を生じせしめ、パワーピストンで出
力を取り出す構成となっている。しかし、上記作動ガス
が外部に洩れるとき機関出力の低下をきたし、また、ク
ランク室などの潤滑油が加熱器側に運ばれると、熱の為
に劣化し、装置内に付着堆積し、ガスの通路を閉塞する
問題を生ずる。

上記の問題点を解決するために、従来のシール装置とし
ては材料にカーボンや四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）
またはそれらに他の材料を混入したものなどをロッドの
シール用リングとして用いる方法が取られている。又、
他の対策としては、第３図に示すローリングシールとい
うものがある（例えば、−色尚次　「スターリングエン
ジンの開発」、工業調査会　′８２、Ｐ５７、Ｐ１９４
−１９６）。これは、往復運動するロッド１と、ハウジ
ング２の隙間にロールソックと呼ばれるゴム製のローリ
ングダイアフラム３を取り付けており、作動空間内４の
作動ガスがクランク室５に流出するのを防いでいる。又
、作動ガスの圧力が、高いために調圧器６で調圧された
油空間７内の油でロールソック３を支持している。又、
調圧器６によりクランク室６に流出した油は、オイルボ
ンピングリング８により、ロッドｌの往復動に伴って油
空閏７に戻されるようになっている。

発明が解決しようとする課題しかし、上記従来例の内、シール用リングを用いたもの
については、ガスもれを防ぐには十分でない。又、シー
ル部分での抵抗損失が大きく、シール用リングの摩耗な
どの課題があった。他方、ゴムのロールソックを用いた
第２の従来例の構成にしたものでは、油空閏内に保持さ
れる油量は、不安定で油量を調節する装置も複雑になり
、更にロールソックの材質がゴムのためスターリング機
関の作動流体としてよく用いられるヘリウムや水素の洩
れは防ぎきれない。また温度の上昇とともにゴムの寿命
も短くなり冷却装置が必要となる。

本発明は、このような従来のシール装置の課題を解決す
ることを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、往復動する部材と、前記往復動する部材に接
すると共に前記往復動する部材の移動空間を形成する側
壁に接するシール部材と、前記シール部材の片側に位置
し前記側壁と前記往復動する部材との間で形成される液
体空間と、前記液体空間の一方を可撓的に封鎖する内ベ
ローズと外ベローズよりなる二重ベローズを具備し、液
体空間内の気体を除去するための通路と、液体を蓄える
タンクと、必要に応じて液体空間にベローズ或はダイア
フラムの様な可撓性の隔板で分割される副室を設け、隔
板によって分割される空間の一方をシール装置の二重ベ
ローズを介して液体空間と隣接する空間と連結し、前記
タンク内の液体を前記液体空間に送るためのポンプと、
二重ベローズ内、あるいは副室内の液体を検知するため
のセンサー及び制御装置を設けるものである。

作用本発明は、上記構成のもとに、内ベローズと外ベローズ
よりなる二重ベローズより構成されているため密封され
るべき気体や液体の洩れはほとんどない、更に、シール
部材は、常に液体中にあるため、液膜により保護され摩
耗も少なく、摺動抵抗も少ない。又シール部材は、液体
をシールすれば良いのでガスに比べて洩れが少なくシー
ルも容易である。

更にまた、本発明の上記構成に、ポンプなどの液移動手
段及び制御装置を備えているため、シール部材より若干
の液体の洩れは許され、多くのシール部材を必要とせず
、シール部材の摺動抵抗による損失を低減出来る。更に
、副室を設けることによりシール部分の液量を安定に保
ち、気体を除去するための通路により液体中に発生した
気体を取り除くことができる。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面にもとすいて説明す
る。

第１図は、本発明によるシール装置の一実施例をスター
リング機関に適用した例である。

第１図に於て、ディスプレーサ１１が往復動することに
よって、スターリング機関内部に封入されているヘリウ
ム等の作動ガスが、加熱器１２、再生器１３、冷却器１
４を通って高温空間１５及び低温空間１６の問を往復す
る。この際、作動ガスは、前記加熱器１２、冷却器１４
によって加熱、冷却されることにより膨張、収縮を繰り
返す。これによって生じた圧力変動で、勤カビストン１
７を往復動させ外部に出力を取り出す。この例では、ス
ターリング機関をヒートポンプに応用した例を示し、動
力ビストン１７はロッド１日によって圧縮ピストン１９
に連結されており、空間２０でフロン等の冷媒を吸入、
圧縮する。又、シール装置は、動力ビストン１７と圧縮
ピストン１９の間に設置されており、ロッド１８とハウ
ジング２１の側壁との間に二重ベローズ２２を設置し、
二重ベローズ２２及びハウジング２１の側壁で形成され
る空間２３内に、作動油などの液体を封入する（以下こ
の例では油とする）。又、上記油を封入した空間２３と
圧縮ピストン１９の間には、ロッド１８とハウジング２
１の側壁に接する耐圧ロッドシール２４を設ける。

この結果、空間２５内の作動ガスは、二重へローズ２２
によって、二重ベローズ２２を支える油を収容する空間
２３と分離される。

又、空間２５内の作動ガスと空間２６内の冷媒の圧力が
異なる場合は、二重ベローズ２２を支持する空間２３内
の油の圧力と、冷媒空間２６の圧力にも圧力差を生じる
。耐圧ロッドシール２４は、この圧力差によって空間２
３内の油が冷媒空間２６に流出するのを防ぐために設け
ている。又、耐圧ロッドシール２４を設けることにより
、空間２３内の油と冷媒空間２６内は圧力的に分離され
ており、空間２５内の作動ガスの圧力と空間２３内の油
の圧力は、はぼ同じにすることができ、二重ベローズ２
２に無理な力がかかることはない。この結果、空間２５
内の作動ガスと空間２６内の冷媒に圧力差があっても気
体の洩れなくシール出来る。

また、圧力差のため空間２３内の油が冷媒空間２６側に
洩れるが、あまり洩れると二重ベローズ２２の可動範囲
がピストン１７のストロークに見合うだけのものがなく
なるため、センサ２７及び制御装置２８で二重ベローズ
２２の位置が許容範囲にあるかチエツクし、油が不足し
ている場合は油タンク２９の油をポンプ３０で二重ベロ
ーズ２２内の空間２３に送る。さらにこの例の場合、油
の中に冷媒が溶は込むことが多い（特に停止した寝込み
状態の時）が、運転中に冷媒ガスが空間２３に発生する
とキャビテーションの問題や、圧力変動にうまく追従し
ないなどの弊害が起こる。このため、空間２３内にはガ
スはできるだけ無いことが望ましい。そこで、発生した
ガスは通路３１、逆止弁３２、電磁弁３３を通り、冷暖
房サイクル側に連結している油タンク２９の上部に排出
する。

電磁弁３３はポンプ３０で油を送るときは閉にしておき
、空間２３内のガスを排出するときは開にする。また逆
止弁３２は、空間２３内のガスが運転中に圧力変動を起
こしている場合でも排出し易いように設けているが、エ
ンジンの作動ガス空間２５と油タンク２９の圧力差が大
きい場合は省略することは可能である。

この例では、通路３１は油を供給する通路と、ガスを排
出する通路を共通にしているが別にしてもよいし、ガス
を排出する通路はフレキシブルな通路にしてもよいこと
は勿論である。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第２図は、本発明に於てシール装置に副室４１、さらに
、副室４１内には副室内を二分割するように副ベローズ
４２を設けた場合の一実施例である。

副室内の一方の空間４３には液体を満たし、通路４４を
介して二重ベローズ４５内の液体空間４６と連通し、他
方の空間４７は二重ベローズ４５で液体空間４６と分割
される空間４８と通路４９を介して連通している。

運転中などに二重ベローズ４５の液体空間４６内の液体
が、耐圧シール５０を通って空間５１側に洩れ過ぎて（
今、ロッドの下方側が高圧とする）副室４１内の副ベロ
ーズ４２がある位置より上方にきた場合、副ベローズ４
２に連結されている軸５２の動きに連動して自動的にス
イッチ（センサでもよい）５３が入りポンプ５４が運転
を始めて油タンク５５から、副室４１の液体空間４３に
所定の量になるまで液体を送る。この様にすると、常に
必要とする液体を二重ベローズ４５内の液体空間４６に
保持することができ、ベローズ４５が密着することなど
による無理な力がかからず、圧力差のある空間を安定し
てシールすることが出来る。

また、第一の実施例と同様に液体空間４３．４６内には
ガスはできるだけ無いことが望ましい。

そこで、発生したガスは通路４４、逆止弁５６、電磁弁
５７を通り、油タンク５５の上部に排出する。又、二重
ベローズ４５の設置場所には制限があり、またできるだ
けコンパクトにまとめる必要があるが、副室４１の設置
場所は自由に選べ、容積の制限も少ない。このため、副
室４１を設けると液体量の洩れが直接二重ベローズ４５
に影響することが少ないため、細かく制御をすることが
不要など制御も容易であり、センサーの取り付けも制約
を受けることが少ない。

発明の効果本発明は、内ベローズと外ベローズよりなる二重ベロー
ズより構成されているため密封されるべき気体や液体の
洩れはほとんどない。更に、シール部材は、常に液体中
にあるため、液膜により保護され摩耗も少なく、摺動抵
抗も少ない。又シール部材は、液体をシールすれば良い
のでガスに比べて洩れが少なくシールも容易である。さ
らに液体空間中のガスを無くする構成にしているため、
キャビテーションなどを防ぐことができ、長寿命で、保
守が不要のシール機構を得ることが出来る。

更にまた、本発明は、ポンプなどの液移動手段及び制御
装置を備えているため、シール部材より若干の液体の洩
れは許され、多くのシール部材を必要とせず、シール部
材の摺動抵抗による損失を低減出来、る。

更に、副室を設けることによりシール部分の液量を安定
に保ち、シール装置の信頼性を上げることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシール装置を用いたスター
リング機関の概略縦断面図、第２図は本発明の他の実施
例のシール装置の要部縦断面図、第３図は代表的な従来
例のシール装置の要部縦断面図である。２３．４３，４６・・・液体空間、２４　、５０令・・
耐圧シール、２５・・・作動ガス空間、２６・・・冷媒
空間、２７・・・センサ、２８・・・制御装置、２９．
５５・・・油タンク、３０．５４拳・争ポンプ、３１，
４４，４９・φ・通路、３２．５６・・・逆止弁、３３
　、５７・・・電磁弁、４１・・・副室、４２拳・・副
ベローズ、５２・・尋軸、５３・・・スイッチ代理人の
氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名１１Ａ１　　図第３図＼

Claims

【特許請求の範囲】

（１）往復動する部材と、前記往復動する部材に接する
と共に前記往復動する部材の移動空間を形成する側壁に
接するシール部材と、前記シール部材の片側に位置し前
記側壁と前記往復動する部材との間で形成される液体空
間と、前記液体空間の一方を可撓的に封鎖する内ベロー
ズと外ベローズよりなる二重ベローズとを具備し、液体
空間内の気体を除去するための通路と、液体を蓄える液
溜め空間と、液溜め空間内の液体を前記液体空間に送る
ためのポンプと、前記二重ベローズの位置を検知するた
めのセンサー及びそのセンサーの出力信号に基づき前記
ポンプを制御する制御装置を備えたことを特徴とするシ
ール装置。（２）往復動する部材と、前記往復動する部
材に接すると共に前記往復動する部材の移動空間を形成
する側壁に接するシール部材と、前記シール部材の片側
に位置し前記側壁と前記往復動する部材との間で形成さ
れる液体空間と、前記液体空間の一方を可撓的に封鎖す
る内ベローズと外ベローズよりなる二重ベローズとを具
備し、液体空間内の気体を除去するための通路と、液体
を蓄える液溜め空間と、液体空間に可撓性の隔板で分割
された副室が設けられ、その隔板によって分割される空
間の一方をシール装置の二重ベローズを介して液体空間
と隣接する空間と連結し、前記液溜め空間内の液体を前
記液体空間に送るためのポンプと、前記二重ベローズ内
あるいは副室内の液体量を検知するためのセンサー及び
そのセンサーの出力信号に基づき前記ポンプを制御する
制御装置を備えたことを特徴とするシール装置。