JPH11270688A - 乾式運転ピストン式コンプレッサ―のシ―ル要素 - Google Patents

乾式運転ピストン式コンプレッサ―のシ―ル要素

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JPH11270688A
JPH11270688A JP11014176A JP1417699A JPH11270688A JP H11270688 A JPH11270688 A JP H11270688A JP 11014176 A JP11014176 A JP 11014176A JP 1417699 A JP1417699 A JP 1417699A JP H11270688 A JPH11270688 A JP H11270688A
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piston
dry
compressor
sealing element
valve
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JP11014176A
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Norbert Feistel
ファイステル ノーベルト
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Burckhardt Compression AG
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Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高差圧において効率的なコンプレッサー駆動
が可能であるとともに、安全性の高い乾式運転ピストン
式コンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレッサーの
シール要素を提供する。 【解決手段】 本発明の乾式運転ピストン式コンプレッ
サー、特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素
は、パーフルオロアルコキシ共重合体を含む。また、前
記シール要素は、炭素粉末、石墨、青銅、銅、二硫化モ
リブデンのような充填材、及び／または炭素繊維、アラ
ミド繊維、ガラス繊維のような繊維材料、及び／または
ガラスボールをさらに含むことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、乾式運転ピスト
ン式コンプレッサーのシール要素、特に乾式運転酸素コ
ンプレッサーのシール要素に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】乾式運転ピストン式コンプレッサーは、
圧縮部において、例えば潤滑油のような潤滑剤なしで駆
動されるコンプレッサーである。圧縮される媒体が流出
することは好ましくなく、かつ制御しにくい。この流出
を防止したり、流出を少なくとも最小にくいとめるため
に、圧縮室はその周辺部に対して可能な限り良好にシー
ルされなければならない。少なくとも、シールされ得る
状態にある必要がある。シールに関して重要な点は、特
に、駆動時においてピストンが移動するシリンダーの内
壁とピストンの外壁との間の領域、すなわちシリンダー
空間におけるピストンロッドの通路領域、圧縮される媒
体が圧縮室に進入する入口バルブ及び圧縮された媒体が
吐出される出口バルブ（吸入バルブ及び圧縮バルブ）の
シール部品である。
【０００３】「シール要素」という用語は、圧縮室に関
してシール機能を有する要素全てを含むものであり、特
に、ピストンをシールするためのガイドリング及びピス
トンリング、ピストンロッドをシールするためのシール
リング及び制限リング、及びバルブプレート、バルブリ
ングまたはポペットのようなシールバルブ部品である。
【０００４】乾式運転ピストン式コンプレッサーにおい
て、特にこの種のシール要素は巨大な機械的応力及び熱
的応力を受ける。例えばピストンやピストンロッドのシ
ールは互いに対応する相手部品間の乾式摩擦に基くもの
であり、圧縮室の温度は平均ピストン速度及びシールさ
れる圧力の差に従って急激に上昇する。この種のシール
要素は、良好な摩擦性に加えて、高温、高い差圧におい
てもシール性を保持しなければならない。乾式運転ピス
トン式コンプレッサーにおいて良好な効率を得るために
は、シールバルブ部品もまた、強力な圧力を交互に受け
たり、頻繁に高温状態になったりするが、良好に機能し
なければならない。
【０００５】乾式運転ピストン式コンプレッサーにおけ
るピストン及びピストンロッドをシールするためには特
に、シール要素は例えば添加ポリマー、または高温ポリ
マーのようなプラスチックにより度々製造される。例え
ば、ポリテトラフルオロオエチレン（以下、ＰＴＦＥと
略す）、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫ
と略す）、ポリイミド（以下、ＰＩと略す）またはポリ
アミドイミド（以下、ＰＡＩと略す）がポリマー材とし
て使用される。これらのポリマーは通常、炭素、石墨、
ガラス繊維、金属、セラミックのような充填材、または
固体潤滑剤と混合され、この混合された形態で添加ポリ
マーとして指定される。
【０００６】特に乾式運転コンプレッサーによる酸素圧
縮においては、酸素の高反応性のためにシール要素の材
料に関して特別な問題が生じ、とりわけ、酸素が圧縮さ
れた状態のとき及びさらに高温状態であるときにはなお
さら問題が大きい。すなわち、コンプレッサー出火の危
険が大きく、これは他の気体に比較して非常に破壊的結
果を招くものである。圧縮された純酸素の存在は、鎮火
しにくい火災につながり、一般にコンプレッサーの完全
な破壊につながる。さらに、従事している職員にもかな
りの危険が伴う。
【０００７】上記の理由のため、酸素コンプレッサーの
使用には、安全性に非常に厳しい基準が必要である。公
知のポリマーや高温ポリマーの殆どのものは他の気体の
圧縮において問題なく使用できるが、乾式運転酸素コン
プレッサーのシール要素の製造には安全性の必要条件を
満たさないため不適切である。乾式運転コンプレッサー
のシール材として通常使用されるポリマーのうち、ＰＴ
ＦＥのみがこれまでに「酸素適性あり」と証明されてい
る。ＰＥＥＫのような他の高温ポリマーは不適切であ
り、安全性を鑑みて酸素コンプレッサーには使用されな
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＴＦ
Ｅまたは添加ＰＴＦＥのシール要素は他の欠点を有して
いる。前記のＰＴＦＥは著しいクリープ性（高冷却流）
を有しているため、得られる圧力の差はここで非常に制
限される。高差圧はシール要素、例えばピストンリング
の流動につながり、これによりシール機能が低下して、
酸素の漏出率が非常に高くなる。それゆえ、乾式運転酸
素コンプレッサーは現在では、他の気体コンプレッサー
と比較して比較的低い圧力の差においてのみ使用され
る。このことはしかしながら、効率の点、及び効率の高
い経済的稼動という点では満足のいくものではない。
【０００９】本発明の目的は、高差圧において効率的な
コンプレッサー駆動が可能である乾式運転ピストン式コ
ンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレッサーのシー
ル要素を提供することである。このシール要素は、乾式
運転時の酸素のシールとして非常に厳しい安全条件を満
たすものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めのシール要素は以下の通りである。本発明の乾式運転
ピストン式コンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレ
ッサーのシール要素は、パーフルオロアルコキシ共重合
体（以下、ＰＦＡと略す）を含むものである。
【００１１】前記乾式運転ピストン式コンプレッサー、
特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素は、炭素
粉末、石墨、青銅、銅、二硫化モリブデンのような充填
材、及び／または炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維
のような繊維材料、及び／またはガラスボールをさらに
含むことが好ましい。
【００１２】前記乾式運転ピストン式コンプレッサー、
特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素は、ピス
トン式コンプレッサーのピストンのピストンリング、ま
たはガイドリングとして形成されている。
【００１３】前記乾式運転ピストン式コンプレッサー、
特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素は、ピス
トン式コンプレッサーのピストンロッドをシールするた
めのシールリング、または制限リングとして形成されて
いる。
【００１４】前記乾式運転ピストン式コンプレッサー、
特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素は、ピス
トン式コンプレッサーのバルブのシールバルブ部品とし
て形成されている。
【００１５】前記乾式運転ピストン式コンプレッサー、
特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素の製造に
おいて、ＰＦＡを使用することが好ましい。乾式運転ピ
ストン式コンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレッ
サーは、前記のシール要素から構成されることが好まし
い。
【００１６】ＰＦＡを含むシール要素により被圧縮媒体
が高差圧において効率的にシールされる。本発明のシー
ル要素は、乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素に
要求される厳しい安全性の条件も満足することが証明さ
れたことは、予想外で驚くべきことである。本発明のシ
ール要素の機械的、熱的、摩擦的、及び化学的な性質
は、公知のシール要素を使用した乾式運転酸素コンプレ
ッサーに比較して、要求される運転上の安全性を失うこ
となく、特に高差圧における性能が著しく向上した。
【００１７】本発明のシール要素は、さらに、射出成形
工程により製造することができるという利点も有する。
本発明のシール要素は、さらに、炭素末、石墨、青銅、
銅、二硫化モリブデンのような充填材、及び／または炭
素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維のような繊維材料、
及び／またはガラスボールを含むことが好ましい。前記
の充填材などの添加により、摩擦性能が改善され、熱抵
抗が増加し、冷却流が実際的にゼロに減少する。
【００１８】本発明のシール要素は、ピストン用のピス
トンリングまたはガイドリングとして、ピストンロッド
シール用のシールリングまたは制限リングとして、また
は、ピストン式コンプレッサーのバルブのシールバルブ
部品、特にバルブ本体として作製されるのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、一実施例
を図面に従って詳述する。図面は概略図であり、正確な
縮尺図面ではない。
【００２０】乾式運転ピストン式コンプレッサーのシー
ル要素は、ＰＦＡを含むことを特徴とする。この「シー
ル要素」という用語は、圧縮室のシールに寄与する要素
を意味する。例えばピストンリング、ガイドリング、ピ
ストンロッドをシールするためのシールリング、または
制限リング、及び、吸入バルブ及び圧縮バルブのシール
バルブ部品が挙げられる。
【００２１】図１は乾式運転ピストン式コンプレッサ
ー、特に乾式運転酸素コンプレッサーの主要部を示して
おり、コンプレッサー全体は符号１で示されている。ピ
ストン式コンプレッサー１はシリンダー２を有し、シリ
ンダー２の内部空間はシリンダーキャップ９により軸方
向端部において閉塞されている。ピストン３はシリンダ
ー２の内部において往復動可能に配置されている。図１
において、ピストン３の下端部は、ピストンロッド４と
一体的に連絡されている。このピストンロッド４は図示
されていない駆動手段、例えばクロスヘッドを介して駆
動される。圧縮室１０は、ピストン３の上端部とシリン
ダーキャップ９との間に位置している。公知の方法で、
ピストン３が下方に移動する間（図１に関して）には、
圧縮される酸素が入口、すなわち吸入バルブ１１を通し
て圧縮室１０に吸込まれ、続いてピストン３が上方に移
動する間には、出口、すなわち圧縮バルブ１２を通して
圧縮室１０から圧縮酸素が排出される。図１に示すよう
に、吸入バルブ１１及び圧縮バルブ１２は分離バルブと
して形成される。すなわち、両バルブは互いに物理的に
分離しているか、または吸入／圧縮バルブとしてユニッ
トとして構成されている。
【００２２】ピストン式コンプレッサー１が二重作動コ
ンプレッサーとして形成されている場合には、図１のピ
ストン３の下側のシリンダー２の内部に別の圧縮室がさ
らに形成される。この別の圧縮室にも、吸入バルブ１１
及び圧縮バルブ１２が具備されている。
【００２３】シリンダー２内部におけるピストンロッド
４の通路はピストンロッドシール１３、いわゆるパッキ
ングでシールされている。ピストンロッドシール１３に
ついては後に詳しく説明する。
【００２４】ピストン３には、公知の方法でピストンリ
ング６と少なくとも１つのガイドリング７とが設けられ
ている。前記ピストンリング６とガイドリング７はコン
プレッサー駆動中にシリンダー２の内壁８に沿って擦過
し、ピストン３に沿う圧縮室１０の高圧側面を低圧側面
に抗してシールするとともに、ピストン３の案内を確実
に行なう。この種のシールは、対応相手部材間における
乾式摩擦に基く。ピストンリング６は、ピストン３にお
いて、いわゆる捕捉ピストンリング（gefangene Kolbe
nringe）としてチャンバーリング同士の間に自然に配置
される。
【００２５】図２はピストンロッドシール１３の詳細を
示しており、このピストンロッドシール１３はパッキン
グとして形成されている。ピストンロッドシール１３は
少なくとも１つの制限リング２０と、チャンバーリング
２２の間に配置された複数のシールリング２１とから構
成されている。図２の実施例においては、シールリング
２１はチャンバーリング２２の間にそれぞれのケースに
対をなすように配置されている。すなわち、２つの隣接
するチャンバーリング２２の間において、各ケースの２
つのシールリング２１が互いに接して配置されている。
【００２６】ガイドリング７、ピストンリング６、制限
リング２０、シールリング２１、及びバルブ部品である
吸入バルブ１１、圧縮バルブ１２については後にさらに
詳しく説明されるが、これらは本発明のシール要素の各
実施例である。これらのシール要素６，７，１１，１２
はＰＦＡを含んでいる。特に、ＰＦＡが炭素粉末、石
墨、青銅、銅、二硫化モリブデンのような充填材、及び
／または炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維のような
繊維材料、及び／またはガラスボールと混合されている
ことが特に好ましい。この場合の充填材の添加量は、例
えば約３０％〜３５％である。この種の添加ＰＦＡのシ
ール要素６，７，２０，２１は、乾式運転酸素コンプレ
ッサーのシール要素に要求される厳しい安全性基準を満
たすということが偶然に証明された。添加ＰＦＡの高い
抗化学性、冷却流が生じないこと、高い強度、特に熱抵
抗性、及び良好な摩擦性の結果として、本発明のシール
要素６，７，２０，２１を具備して製造された酸素圧縮
用の乾式運転ピストン式コンプレッサーは、公知の乾式
運転ピストン式コンプレッサーのシール要素で可能であ
るところの圧力の差よりも高差圧、例えば２５０バール
までの差圧において、駆動可能である。これは、酸素圧
縮において必要とされる駆動安全性を犠牲にすることな
く、性能及び効率において相当の改良が達成できる利点
である。
【００２７】さらに、本発明のシール要素６，７，２
０，２１の利点は、特に製造技術上の観点からいえば、
これらのシール要素が射出成形工程において製造できる
ということである。当然にこの製造工程は、半完成品の
製品から通常の機械加工による製造も可能である。
【００２８】図３、図４、図５は、吸入バルブ１１及び
圧縮バルブ１２を示し、バルブ部品またはバルブ本体を
含む本発明のシール要素の好適な実施例である。特に図
３、図４の実施例においては、単一のバルブが吸入バル
ブ１１及び圧縮バルブ１２の両者の機能を果たすこと、
すなわち、吸入バルブ１１及び圧縮バルブ１２が構成ユ
ニットを形成することは公知の方法で可能である。図
３、図４、図５では、吸入バルブ１１及び圧縮バルブ１
２として両バルブに使用できることを示すために、各ケ
ースのバルブが符号１１，１２で示されている。
【００２９】図３は、プレートバルブ１１，１２の破断
図であり、バルブシート３０、バルブプレート３１、ダ
ンパープレート３２及びキャッチャー３３を具備してい
る。これらは中心軸３４により保持されている。ダンパ
ープレート３２には、キャッチャー３３とバルブプレー
ト３１との間において作用するために配置されているス
プリング３４の通孔用の開口部３２１が形成されてい
る。バルブプレート３１及びダンパープレート３２は本
発明の実施例であるが、駆動中、交互に最高圧力を受け
る部分である。
【００３０】図４はリングバルブ１１，１２の断面図を
示す。リングバルブ１１，１２は通孔開口部４５を有す
るバルブシート４０と、リングバルブ１１、１２の軸Ａ
に対して同心状に配置された複数のリング４１、及びキ
ャッチャー４２を具備し、このリング４１はシールバル
ブ部品である。キャッチャー４２には切込み４３が形成
されており、切込み４３にはスプリング４４が配置さ
れ、このスプリング４４は通孔開口部４５に対してリン
グ４１を押圧する。リング４１は本発明のシール要素の
実施例である。
【００３１】なおその上に、本発明のシール要素は通孔
バルブのシール本体として形成することも可能である。
通孔バルブはリングバルブに近似したものである。しか
し、通孔バルブには、バルブシートにおける通孔開口部
が同心リング状、または分割されたリング状の開口部と
して形成されているのではなく、直通孔として形成され
ている。従って、通孔バルブにはシールバルブ部品とし
てリングが具備されておらず、複数の小片様のシール本
体が具備されている。このシール本体は、通孔開口部と
して機能する通孔に対して、弾性要素、例えばリーフス
プリングによる偏向力で機密的に押圧される。
【００３２】図５は、所謂ポペットバルブの一部切欠き
図である。このポペットバルブは第一ハウジング部５０
及び第二ハウジング部５１から構成されるハウジング
と、ほぼマッシュルーム形のバルブ本体５２、所謂ポペ
ットとを具備している。このバルブ本体５２は、ハウジ
ング部５０，５１を通って延びるバルブ本体５２に対応
して形成された孔内に配置されている。スプリング５３
は、第一ハウジング５０とバルブ本体５２との間におい
て作用する。複数のバルブ本体５２がハウジング内に配
置されている。このバルブ本体５２は本発明のシール要
素の実施例である。
【００３３】本発明のシール要素がピストンリング６
（図１）、ガイドリング７、制限リング２０（図２）ま
たはシールリング２１として形成されているならば、単
一体及び複数体の実施例（分割リング）の両方ともシー
ル要素として適切である。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のシール要
素は、高差圧において効率的なコンプレッサー駆動が可
能であり、酸素の乾式運転シールに要求される厳しい安
全性を満足する。
【図面の簡単な説明】
【図１】乾式運転ピストン式コンプレッサーの主要部の
断面図。
【図２】乾式運転ピストン式コンプレッサーのピストン
ロッドシールの断面図。
【図３】本発明に関するシール要素を具備するプレート
バルブの一部破断斜視図。
【図４】リングバルブの概略断面図。
【図５】ポペットバルブの一部破断側面図。
【符号の説明】
１ ピストン式コンプレッサー ２ シリンダー ３ ピストン ４ ピストンロッド ６ ピストンリング ７ ガイドリング １１ 吸入バルブ １２ 圧縮バルブ １３ ピストンロッドシール ２０ 制限リング ２１ シールリング ３１ バルブプレート ３２ ダンパープレート ４１ リング ５２ バルブ本体

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】パーフルオロアルコキシ共重合体を含むこ
    とを特徴とする乾式運転ピストン式コンプレッサー、特
    に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素。
  2. 【請求項２】請求項１において、炭素粉末、石墨、青
    銅、銅、二硫化モリブデンのような充填材、及び／また
    は炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維のような繊維材
    料、及び／またはガラスボールをさらに含むことを特徴
    とする乾式運転ピストン式コンプレッサー、特に乾式運
    転酸素コンプレッサーのシール要素。
  3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、シール
    要素がピストン式コンプレッサー（１）のピストン
    （３）のピストンリング（６）、またはガイドリング
    （７）として形成されていることを特徴とする乾式運転
    ピストン式コンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレ
    ッサーのシール要素。
  4. 【請求項４】請求項１または請求項２において、シール
    要素がピストン式コンプレッサー（１）のピストンロッ
    ド（４）をシールするためのシールリング（２１）、ま
    たは制限リング（２０）として形成されていることを特
    徴とする乾式運転ピストン式コンプレッサー、特に乾式
    運転酸素コンプレッサーのシール要素。
  5. 【請求項５】請求項１または請求項２において、シール
    要素がピストン式コンプレッサー（１）のバルブ（１
    １，１２）のシールバルブ部品（３１，３２，４１，５
    ２）として形成されていることを特徴とする乾式運転ピ
    ストン式コンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレッ
    サーのシール要素。
  6. 【請求項６】乾式運転ピストン式コンプレッサー
    （１）、特に乾式運転酸素コンプレッサーのシール要素
    （６，７，２０，２１，３１，３２，４１，５２）の製
    造において、パーフルオロアルコキシ共重合体を使用す
    ることを特徴とするシール要素の製造方法。
  7. 【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項の
    シール要素から構成されることを特徴とする乾式運転ピ
    ストン式コンプレッサー、特に乾式運転酸素コンプレッ
    サー。
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