JPS6148625B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の要約〕 本発明は密封装置に関するものである。

本発明の目的とする所は、高圧ガスで充満さ
れ、直線往復動する出力棒４が貫通する閉室２を
確実に完全密封し得る装置を提供せんとするにあ
る。閉室２と、出力棒４との間には、２個の第１
及び第２運動用パツキング５，６と、１個のロー
ル膜７とを順次に装着する。前記両運動用パツキ
ング間で、出力軸に肩部８を形成し、２個の逆止
弁１２，１３と相俟つてポンプを構成し、該ポン
プにより、中間第２運動用パツキング６と、ロー
ル膜７との間に介在する室１１内にガスを吸入
し、閉室２内に吐出させ、運動用パツキング及び
弁の漏洩とは無関係に、ロール膜上に比較的弱い
圧力を維持し得る様にする。

本発明は、スターリング機関に好適に適用する
ことができる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、機械内の圧力を密封調節する装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

機械内の閉室を真空とするか又はその内に外気
室との圧力差が非常に大きな流体を充満させるこ
とが屡々ある。斯かる閉室は、組立部材で構成さ
れ、その開口は扉又は栓によつて閉塞する。実際
上、圧力差や流体の性質とは無関係に、閉室の組
立部材相互間を各種の運動用パツキングによつて
完全密封し得ることは既知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の閉室に機械的開口を設け、これに、閉室
に対し、回転運動や直線運動によつて駆動される
出力軸、ピストン又は伝動軸を通すことがある。
この場合、上述した運動用パツキングを利用でき
るが、圧力差が数十バール以上の場合又は軽ガス
の如く粘性が特に低い流体の場合には、運動用パ
ツキングの移動面に大きな緊締力が加わり、出力
軸を制動したり運動用パツキングを急速に損傷す
る惧れがある。

出力軸を回転する場合には、上述した欠点を除
去する為に機械的手段によつて移動面を回転軸線
に垂直な面で互いに接触させ、接触圧力を完全に
調節し、油の如き流体の100バールにも達する漏
洩圧力を極めて低くすることができる。しかし、
この手段では完全密封が達成されず、出力軸や出
力棒には適用できない。

或る状態の下で、密封を達成する為、種々の型
の水不浸透性可撓性膜を薄い金属材料か又は場合
によつては補強した弾性材料で構成して回転体表
面を有する様にし、その一方の縁を出力棒に封着
し、他縁を閉室の開口に封着することが提案され
た。この場合の伝動運動は、明らかに有限の往復
運動である。可撓膜の所要の回動及びその圧力制
御は、その底部を平坦円状（ダイアフラム）円錐
又は円筒状（蛇腹）に形成し、これを波形とする
ことによつて達成できる。

ロール膜を用い、出力棒又は隔壁の中ぐり孔に
交互に作動させることも既知である。この手段
は、小型パツキングを用いて出力棒を相当の距離
に亘り移動させる場合に有利である。

しかし、上述した種々の既知の密封手段は、圧
力差が数十バール以下の場合にしか実際に利用で
きない。加うるにロール膜が比較的少ない作動サ
イクル数の終りに疲労の為損傷する。これが為、
圧力差が大きくて頻度が高い往復動の場合には、
ロール膜の寿命が非常に短かくなる。

スターリング機関用密封装置に対する問題解決
は、既にオランダ国の研究所において実験され、
多数の特許明細書に記載されている。この実験で
は、上述したロール膜を液体の緩衝の下に用い、
50ないし200バールに達し得る可能性がある圧力
差を有する機関内の作動ガスと外気とを直接には
分離せず、ただ約５バールの圧力差の下で作動ガ
スを油から分離している。前記量の油自体は、上
述した様な既知の運動用パツキングによつて外気
から隔離されて大きな圧力差に保持する。この実
験によれば、上述した状態の下で、ロール膜は二
十億サイクルに耐えることができた。他に次の注
意が必要であつた。即ち、運動用パツキングの僅
かな漏洩、温度変化及び油のガス吸収に基因する
油容積の変化を補償する為に、補強されていない
弾性を有するロール膜を利用することを要し、調
節弁の如き圧力調節器や、圧送環として作動する
運動用パツキングより成る高圧小型油ポンプを設
ける必要がある。本発明は、液体緩衝閉ロール膜
を、油を用いることなく、油に基因する欠点を除
去して保存し得る構造簡単な密封装置を提供する
ものである。

本発明の目的は、一方の機械部材が他方の機械
部材に対し毎秒数十サイクルの頻度で往復動し、
圧力差が数百バールに達する場合に、両機械部材
間を確実に運動用密封し得る装置を提供せんとす
るにある。

本発明装置は、水素の如き危険なガスや、ヘリ
ウムの如き高価なガスを完全密封する場合に特に
好適である。また、スターリング機関に適用し
て、機関の再生装置に有害な、作動ガスの外部に
向かう漏洩や油の上昇を完全に防止する場合に、
特に好適である。

本発明の他の目的は、一定又は周期的に変化す
る高圧ガスを充満した閉室から外気室に向け延在
して、縦方向に往復動する出力棒を具えるロール
膜型運動用密封装置を提供せんとするにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るロール膜型運動用密封装置は、
高圧ガスを充満した閉室用ロール膜型運動用密封
装置であつて、閉室２から縦に往復摺動する出力
棒４が外気室３に向け延在し、閉室２とロール膜
７との間には出力棒４が貫通する隔壁３５を介在
させ、隔壁３５とロール膜７との間に第１可変容
積室１１を形成し、該第１可変容積室１１を、出
力棒４の往復動によつて駆動され第１可変容積室
１１内のガス圧を閉室２のガス圧よりは遥かに低
いが外気室３内の圧力よりは常に高い値に維持す
るポンプを介して閉室２に連通し、更に閉室２か
ら出力棒４に沿い外気室３に向け順次に配設され
かつ出力棒４と隔壁３５を貫通する中ぐり孔１８
との間に介挿したＯ−リングの如き第１運動用パ
ツキング５を備え、ロール膜７は第２運動用パツ
キング６と相俟つて第１可変容積室１１を形成
し、外気室３に対し該第１可変容積室１１を完全
密封するものにおいて、閉室２内に延在する出力
棒４部分の横断面を小さくし、隔壁３５から外気
室３に出る出力棒４部分に肩部８を形成し、該層
部管８と隔壁３５の中ぐり孔１８とでポンプのピ
ストンとシリンダとを形成し、該ポンプのシリン
ダの内室を第２可変容積室１０として前記２個の
第１及び第２運動用パツキング間に形成し、該シ
リンダ内室の第２可変容積室１０を吸込管と少な
くとも１個の逆止弁とを介して前記第１可変容積
室１１に連通し、吐出管と第１逆止弁１３と補助
小室１５と第２逆止弁１７とを介して閉室２に連
通することを特徴とする。

〔作用〕

閉室とロール膜との間には、出力棒が貫通する
隔壁を介在させ、この隔壁とロール膜との間に可
変容積室を形成し、出力棒の往復動によつて駆動
するポンプを介して上記可変容積室を閉室に連結
し、このポンプによつて上記可変容積室内のガス
圧を閉室内のガス圧に比べ遥かに低く、外気圧よ
りは常に高い圧力値に維持する。斯かる配置によ
れば圧力差が小さく、閉室の温度が高くても、ロ
ール膜を良好状態の下で作動させることができ
る。これが為ロール膜の製造が容易となり、その
寿命を長くすることができる。

本発明装置では、他に閉室から外気室に向け出
力棒に沿い、Ｏ−リング、補強し又は補強しない
嵌環、割リング、パツキング等の如き２個の運動
用パツキングを出力棒と、隔壁を貫通する中ぐり
孔との間に順次に介挿し、次いでロール膜と、第
２運動用パツキングとで、その間に可変容積室を
形成し、この可変容積室を外気室に対し確実に完
全密封する。

本発明においては、出力棒の閉室内に入る部分
の横断面を小さくし、この出力棒部分を、隔壁か
ら出て外気室に向う出力棒部分に形成した肩部を
介して連結し、この肩部と、隔壁の中ぐり孔とで
前記ポンプのピストンと、シリンダとを形成し、
前記２個の固定運動用パツキング間に介在するシ
リンダ内室を、少なくとも１個の逆止弁を介挿し
た吸込管を介して補助小室に連結し、第１逆止弁
を介挿した吐出管と、他の補助小室と第２逆止弁
とを介して閉室に連結する。この配置によれば、
２個の運動用パツキング及び逆止弁を通る漏洩ガ
スを確実に回収することができる。加うるに補助
小室によつて吸込圧力と、吐出圧力との比を小さ
くしてポンプの圧送効率を改善することができ
る。その理由は補助小室内の圧力が閉室内の最低
圧力に等しい略々一定値となるためである。

吸込管内にも補助小室を介挿し、この補助小室
を吸込方向に開放する逆止弁を介して可変容積室
に連結する。この補助小室内の圧力は、可変容積
室内の最高圧力に略々等しい。

ロール膜が破損する場合に、装置の作動を一時
的に維持する為、ロール膜と、外気室との間に、
十分に潤滑した運動用パツキングと、その上方に
設けた油掻パツキングとより成る隔壁を介在さ
せ、この運動用パツキングの上方を溜る油を、吐
出管を介して針型浮子を収納したタンクより成る
油・ガス分離器に連結する。

本発明装置を多数関連させて複式装置を構成
し、互いに周期的に位相外れで往復動する出力棒
が貫通する互いに連結した多数の閉室を確実に密
封することができる。この場合、異なる装置の可
変容積室を大口径の短管を介して互いに連通し、
異なる装置のポンプを逆止弁と関連する装置数が
２個以上の場合には小緩衝室とを介して直列に装
着して１個の多段ポンプを構成し、この多段ポン
プによつて可変容積室内の吸込と、各閉室内の吐
出とを各逆止弁を介して各閉室に連結した吸込路
により確実に達成し、作動サイクル中の最低圧力
を閉室全部に対し同一とし、ロール膜上方の可変
容積室内の最低圧力の例えば20倍とする。互いに
連通する可変容積室を更にコツク（例えば、ばね
押コツク）を介して中間圧のガス容器に連結し、
この容器を他のコツクを介して吐出段に連結し、
この吐出段を逆止弁を介して各閉室に連通する。
両コツクの何れか一方によつてガス容器を可変容
積室に連通し、ガス容器内の圧力を低減し、可変
容積室内の圧力を増大し、ポンプによつて閉室内
の圧力を増大し、閉室内の１サイクル中の最低圧
力をロール膜上方の可変容積室内の圧力の例えば
20倍とするようにする。他方のコツクを開放し
て、閉室をガス容器に連通し、閉室内の１サイク
ル中の最高圧力値を小さくし、ガス容器内の圧力
を高める。吸込路と吐出路とを互いに連通するコ
ツクを設け、装置をスターリング機関に適用する
際、機関の出力トルクを変化せしめ得るようにす
る。

〔発明の実施例〕 本発明を図面に示す実施例について説明する。

第１図に示す例では、装置本体１内に１部を示
す閉室２を設け、その内に高圧ガスを充満し、こ
のガスが隔壁３５を貫通して閉室２内に達する出
力棒４が高頻度で往復摺動するにも拘わらず外気
室３に向けて漏洩するのを完全に防止し得るよう
にする。

斯かる目的を達成するため、本例では、装置本
体１に出力棒４に沿い閉室２から外気室３に向け
て順次にＯ−リング、補強し又は補強しない嵌
環、割リング、パツキング等の如き第１運動用パ
ツキング５と、同様の第２運動用パツキング６
と、ロール膜７とを設ける。出力棒４には２個の
運動用パツキング５，６間に肩部８を形成し、こ
れにより出力棒４を閉塞密室２内に入る部分４，
１と、大径部分４，２とに分割し、大径部分４，
２にはピストン９を一体的に形成して出力棒４を
中ぐり孔１８内に案内しかつ摺動し得るようにす
る。中ぐり孔１８の内壁とピストンとの間を、環
状ロール膜７で連結する。このようにして２個の
運動用パツキング５，６間に第２可変容積室１０
を形成し、中間第２運動用パツキング６と、ピス
トン９との間に第１可変容積室１１を構成する。

室１０の出力棒４の部分４，１と共働する第１
運動用パツキング５の側に２個の孔をあけ、これ
らの孔内に逆止弁１２，１３、例えば、球ばね弁
をそれぞれ配設する。これら両弁は、互いに反対
方向に作用し、出力棒４の大径部分４，２と、室
１０とで吸込ポンプ（弁１２による）及び吐出ポ
ンプ（弁１３による）のピストンと、シリンダと
を構成する。第２可変容積室１０内の圧力が第１
可変容積室１１内の圧力に比べ低くなると、弁１
２により室１０を弁１２と、補助小室１４と、弁
１２と同一方向に作用する逆止弁１６とを経て室
１１に連通する。第２可変容積室１０内の圧力が
閉室２内の圧力よりも高くなると、室１０を弁１
３と、補助小室１５と、弁１３と同一方向に作用
する逆止弁１７とを経て閉室２に連通する。

本例装置によれば、ロール膜７によつて閉室２
と、外気室３との間を完全に密封することができ
る。

後述するように、本例装置の作動に当り、ロー
ル膜７より上方の圧力を閉室２内の圧力に比べ遥
かに低い値に維持する。

V₁₁min及びV₁₁maxを、第１可変容積室１１の
限界容積とする。出力棒４及びピストン９の往復
動中、室１１内の容積が高頻度で変化するも、装
置本体１との間で熱交換が行われず、室１１内に
収容したガスの圧縮及び膨脹は断熱的のものとす
る。

斯かる状態の下で、このガスの限界圧力
P₁₁min及びP₁₁maxは、下記の既知の関係式によ
つて示すことができる。

Ｐ_１１ｍａｘ／Ｐ_１１ｍｉｎ＝（Ｖ_１１ｍｉ
ｎ／Ｖ_１１ｍａｘ）〓 水素及び空気の場合 γ＝1.40 ヘリウムの場合 γ＝1.67 第２可変容積室１０内に収容したガスの場合も
同様で、下式で示すことができる。

Ｐ_１０ｍａｘ／Ｐ_１０ｍｉｎ＝（Ｖ_１０ｍｉｎ
／Ｖ_１０ｍａｘ）〓＝Ｋ ４個の逆止弁１２，１３，１６及び１７の作動
によつて、異なる室２，１０，１１，１４及び１
５内に収容されているガスの圧力相互間に下式で
示す関係を与えることができる。

P₂min〓P₁₅ P₁₅〓P₁₀max P₁₀min〓P₁₄ P₁₄〓P₁₁max 従つて、 室１０の両限界容積間の比を十分大きな値に調
節すれば、ロール膜７よりも上方の室１１内の圧
力を所望の低圧とすることができる。しかしロー
ル膜を常に緊張させておく為には、P₁₁minを外
気室３の圧力P₃に少なくとも等しくする必要があ
る。

第１運動用パツキング５及び第２運動用パツキ
ング６と、逆止弁１２，１３，１６及び１７とを
経て必然的に最少量のガスが漏洩すると、その結
果として閉室２内の最低圧力が減少し、室１１内
の最高圧力が増大せんとする傾向がある。この比
が値Ｋに達する時は、上述した矩形内の関係式か
ら明らかなように、最早変化しなくなる。

第２図に示す２段装置では、両閉室２ａ及び２
ｂ内の最低圧力が作動サイクル中互いに等しく、
２個の出力棒４ａ及び４ｂの往復動は互いに反対
方向であるものと仮定する。斯かる状態の下で、
２個の直列小型ポンプは第２図に示すように、１
個の２段ポンプを構成する。両室１１ａ及び１１
ｂの容積は互いに反対に変化するから、これら両
室を断面の大きな短管１９で連通して、ガスの装
填損失を回避すると全容積を一定とし、互いに循
環するガスの圧力を一定とすることができる。

これがため、第１図に示す中間室１４と、中間
弁１６とを省き、第１図に示す中間室１５に相当
する中間路２０を設けるだけでよくなる。

両ポンプの上下両限容積を同一とすれば、上述
したように次式が成立する。

Ｐ_１０ａｍａｘ／Ｐ_１０ａｍｉｎ＝Ｐ_１０ｂｍ
ａｘ／Ｐ_１０ｂｍｉｎ＝Ｋ 異なる逆止弁を第３図に示すように配設し、以
下の関係式が成立するようにする。

Ｐ_2amin〓P₂₀ Ｐ_2bmin〓P₂₀ P₂₀〓Ｐ_10bmax Ｐ_10bmin〓Ｐ_10amax Ｐ_10amin〓Ｐ_11a＝Ｐ_11b＝P₁₁ 従つて、 漏洩のため、Ｐ_2amin又はＰ_2bminを減少し、
P₁₁を増大せんとする傾向がある。

P₁₁＝Ｐ_2amin／K²＝Ｐ_2bmin／K²となると同時
に、圧力が変化しなくなる。

第３図に示す４段装置の構成及び作動を説明す
る。作動サイクル中の最低圧力は、４個の閉室２
ａ，２ｂ，２ｃ及び２ｄ内で互いに等しいものと
する。４個の出力棒４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄはａ
−ｂ−ｄ−ｃの順に互いに90゜だけ位相外れで往
復動し、室１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄの
容積が同一順序で90゜だけ位相外れで変化する。
異なる室１１は、大口径短管１９を介して互いに
連通する。室１０と、その逆止弁とより成る４個
の小型ポンプを、ｂ−ｃ−ｄ−ａの順で直列に連
結し、反対位相では変化しないが、90゜位相外れ
にある室１０ｃ及び１０ｄ間に小室２１を介挿
し、これを第１図に示す中間室１４と同様に作用
せしめる。吸込路２０を設け、これを吸込段を経
て４室２ａ，２ｂ，２ｃ及び２ｄに連結する。

本例装置では、10個の弁の作動により第３図か
ら明らかなように、前例と同様に下式が成立す
る。

Ｐ_10bmin〓P₁₁ Ｐ_10cmin〓Ｐ_10bmax P₂₁〓Ｐ_10cmax Ｐ_10dmin〓P₂₁ Ｐ_10amin〓Ｐ_10dmax P₂₀〓Ｐ_10amax Ｐ_2amin〓P₂₀ Ｐ_2bmin〓P₂₀ Ｐ_2cmin〓P₂₀ Ｐ_2dmin〓P₂₀ ４室１０の限界容積が互いに等しい時は、前例
と同様に下式が成立する。

Ｐ_１０ｂｍａｘ／Ｐ_１０ｂｍｉｎ＝Ｐ_１０ｃｍａｘ／
Ｐ_１０ｃｍｉｎ＝Ｐ_１０ｄｍａｘ／Ｐ_１０ｄｍｉｎ ＝Ｐ_１０ａｍａｘ／Ｐ_１０ａｍｉｎ＝Ｋ これらの異なる関係の結果として次式が成立す
る。

P₁₁〓Ｐ_２ａｍｉｎ／Ｋ^４、P₁₁〓Ｐ_２ｂｍｉｎ／Ｋ
^４、 P₁₁〓Ｐ_２ｃｍｉｎ／Ｋ^４、P₁₁Ｐ_２ｄｍｉｎ／Ｋ^４ 本例装置の異なる運動用パツキング及び逆止弁
を経て不可避的に最少量のガスが漏洩すると、そ
の結果として圧力Ｐ_2amin、Ｐ_2bmin、Ｐ_2cmin及
びＰ_2dminは減少し、圧力P₁₁は増大せんとする傾
向がある。限界値で下式が成立する。

P₁₁＝Ｐ_２ａｍｉｎ／Ｋ^４＝Ｐ_2bminK⁴＝Ｐ_２ｃｍｉｎ
／Ｋ^４ ＝Ｐ_２ｄｍｉｎ／Ｋ^４ 異なる閉室２内の最低圧力が互いに等しく一定
となり、異なる室１１内の圧力が一定だと、上記
不等式は全部同一となる。

比Ｋを十分大きな値に選択し、圧力P₁₁を所望
の如く低くすることができる。ロール膜７の耐久
性を改善するため、この圧力P₁₁は外気室３内の
圧力よりも５ないし６バールだけ高くするのが好
適である。

本例運動用密封装置は、複動式シリンダを備え
るスターリング機関に対し特に好適である。閉室
２ａ，２ｂ，２ｃ，及び２ｄは、スターリング機
関の低温圧縮室に相当する。吸込路２０は、この
機関の吸込段となる。シリンダは線型、Ｖ字型、
Ｕ字型又は蜂巣型に配設することができる。シリ
ンダ数は任意で、３個以上とすることができる
が、対とし緩衝室２１の数を少なくすること、す
なわち４個のシリンダに対し緩衝室２１を１個と
し、６個のシリンダに対し緩衝室２１を２個とす
るのが好適である。

ロール膜を利用する上述した既知の装置に比
べ、本発明装置は逆止弁や運動用パツキングの如
き通例の部材のみを用いれば足り、スターリング
ピストン棒よりも遥かに直径が大きなピストンに
適用できるため、ロール膜を良好状態で利用で
き、機関の十分な冷領域で作動でき（測定による
とロール膜の寿命は100℃で作動する場合に比べ
20℃で作動する方が100倍だけ長い）、ロール膜は
緩衝液中で作動せず補強できるため、必ずしも弾
性である必要がなく、又緩衝液の油分で犯される
惧れがない利点がある。

複式ポンプの最終段の室１０ａ内で到達する高
圧のため、出力棒４ａに変動トルクが加わるが、
その効果の一部は室１０ｄ内の圧力に基因するト
ルクによつて補償され、又上記変動トルクは極め
て狭い表面にだけ作用するため、その効果は機関
の常規作動を起すトルクに比べ左程大きくない。

スターリング機関が停止する時は、運動用パツ
キングには引続き漏洩が起り、ロール膜７より上
方の圧力は増大し、長時間後に閉室２の圧力と等
しくなる。斯かる欠点は後述する装置によつて除
去することができる。

第４図に示す装置は、第３図に示す装置と同様
ではあるが、補助配置を設けて密封用の各小型ポ
ンプの気密性と統合性を利用し閉室２内の圧力を
調節可能とする。但し、装置をスターリング機関
に適用した場合には、その動力を変えさせること
ができる。

本例では異なる閉室２ａ，２ｂ，２ｃ及び２ｄ
に各々第２逆止弁を設け、共通吐出路２２に連通
せしめる。この第２逆止弁の作動は、吸込路２０
と連通する第１逆止弁の作動とは反対にする。吐
出路２２は、異なる閉室内の最高圧力が所定の調
節値を越えないようにするスターリング機関で既
知のものである。

他に既知の側路コツク２３を設け、これにより
調節自在の漏洩路を経て最高圧力吐出路２２と、
最低圧力吸込路２０とを連通せしめる。これがた
め一般のスターリング機関において、低効率の駆
動トルクの発生を阻止したり、場合によつては逆
転を阻止することができる。

本例では補助配置として容器２４を設け、その
内に装置の他の部と同じガスを収容し、手動又は
電動のばね押コツク２５を介して最高圧力吐出路
２２に連通し、同様のコツク２６を介して室１１
に連通する。

スターリング機関に適用した第４図に示す装置
が作動するか数値を用いて明確に説明する。

始動前には、機関内のガスは、例えば、１バー
ルの大気圧空気である。容器２４内には、例え
ば、35バールの圧力の水素又はヘリウムの作動ガ
スを収容する。

機関を始動させるため、押コツク２６を開く。
ガスは室１１からポンプ室１０ｂ，１０ｃ，１０
ｄおよび１０ａを経て閉室２ａ，２ｂ，２ｃ及び
２ｄ内に入る。押コツク２６を閉めると、室１１
内に或る圧力P₁₁が生ずる。

各小ポンプの容積比が、例えば1.54に等しい時
は、閉室２ａないし２ｄ内に導入されるガス量
は、上述したように機関の作動中最低圧力が、次
式で与えられるものとなる。

P₂min＝Ｐ_2amin＝Ｐ_2bmin＝Ｐ_2cmin ＝Ｐ_2dmin＝P₁₁×（1.54）⁴〓 ヘリウムの場合には γ＝1.67 よつて P₂min＝17.9P 最高圧力は、当該スターリング機関の特性に依
存し、例えば次式のようになる。

P₂max＝Ｐ_2amax＝Ｐ_2bmax＝Ｐ_2cmax ＝Ｐ_2dmax＝1.7P_2amin よつて P₂max＝30.4P₁₁ 押コツク２６を十分に長く開いておくと、容器
２４内の圧力と、室１１内の圧力とが等しくな
り、停止ガスの吐出量は、本例では例えば、次式
のようになる。

P₁₁＝P₂₄＝8.4バール この圧力はロール膜の耐久性を良好ならしめる
ために好適な最高圧力である。スターリング機関
の場合には、次式のようになる。P₂min＝150バ
ール P₂max＝255バール機関はその最高圧力値
及び最高動力値に達する。

押コツク２５を開くと、ガスが閉室２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄからその吐出路２２を経て容器２
４に流れる。閉室２中の最高及び最低圧力と、室
１１内の圧力とが低下し、常に次式が成立するよ
うになる。

P₂min＝17.9P₁₁ P₂max／P₂min を一定とすると、 P₂max＝30.4P 押コツク２５を十分な時間に亘り開いておく
と、容器２４内の圧力と、吐出路２２内の圧力と
が等しくなり、停止ガスの吐出量は本例では、次
式のようになる。

P₂max＝P₂₄＝33.5バール P₂min＝19.7バール P₁₁＝1.1バール スターリング機関は、最低圧力及び最低動力値
に達する。ロール膜の上方の圧力は、大気圧より
も幾分高くなる。

押コツク２６を新たに開くと、容器内の圧力
P₂₄は再び8.4バールに下降し、P₁₁、P₂min及び
P₂maxはそれぞれの最高値となる。

一般に、コツク２６は開いて上述した範囲内で
機関内の圧力を高め、コツク２５を開いて機関内
の圧力を下降させる。所定の回転速度で、スター
リング機関の動力は、圧力に略々比例し、１ない
し７：６の比で調節することができる。動力が前
進速度又は機関の回転速度の三乗で変化する必要
ある海中の推進の場合には、動力を１ないし20の
比で変化させ、速度を１ないし２：７の比で変化
させることができる。コツク２５を作動して得ら
れる最低動力よりも低い動力を得る場合又は機関
を停止する場合には、上述したように側路コツク
２３を作動させる。

機関を長期間に亘り停止する場合には、先ず最
初に押コツク２５を作動し、容器２４内の圧力を
24ないし33.5バールとするのが好適である。次い
で、機関の燃焼を中断する。斯かる状態の下で、
機関の異なる内部漏洩によつて、室１１内の回動
膜より上方の圧力を約８バールに増大し、すなわ
ちロール膜に対する吸込圧力は増大する。

第５図に示す本発明による追加装置は、ロール
膜７の１個が破損する場合に作動する安全装置を
構成する。この場合には、ガスが非潤滑運動用パ
ツキングを経て漏洩することを回避すると共に、
装置の逆止弁によつて、機関の動力を余り急速に
低下することを回避する必要がある。

これがため、各ロール膜の下側に、スターリン
グ機関に既に適用されている既知の密封案内装置
の１部を装着する。この装置には運動用パツキン
グ２７を設け、これを出力棒４上の油によつて十
分に潤滑し、第５図に示すようにばね２８と、円
錐面２９，３０とによつて出力棒４に緊締する。
この運動用パツキング２７によつて出力棒４を十
分に心立てし且つ案内することができる。運動用
パツキング２７はその潤滑作用によつてヘリウム
及び水素に対し良好な密封作用を奏する。

潤滑油が、運動用パツキング２７の上方に上昇
して蓄積せんとする傾向がある。本例では、油掻
パツキング３１を設け、これにより油が出力棒４
に沿い上昇するのを防止する。本例では、油がロ
ール膜７の破損個所を通り、異なる回路に沿い機
関の再生器に達して再生器を閉塞するのを防止す
る。これがため、余分の油をオリフイスを経て管
３２に導入する。管３２は機関の異なるシリンダ
毎に設け、これを針型浮子３４を収納するタンク
３３より成る油・ガス分離器に連通する。油が分
離器内を上昇して或る高さ以上に達すると、浮子
３４の浮力がガス圧によつて浮子３４の針端に加
える圧力以上となり、針端がタンク底孔から離
れ、油だけが孔を経て油溜内に入り、この際ガス
を漏洩しないですむ。

本発明の第５図の追加装置は、これを完全密封
でない装置に対しスエーデン国でロール膜が損傷
した際の安全装置としてのみに実施したところ、
本装置使用前の100バール程度ではなく約８バー
ルの圧力差だけで作動し、ガス漏洩は無視し得る
ものであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る運動用密封装置の１個の
閉室と、１個の往復動出力棒とを具える簡単な１
実施例を示す線図的断面図、第２図は同じくその
２段装置で、互いに反対方向に往復動する２個の
出力棒を具える好適実施例を示す線図的断面図、
第３図は同じくその複式装置で、４個の出力棒が
互いに90゜だけ位相をずらし往復動するスターリ
ング機関に適用した他の実施例を示す線図的断面
図、第４図は第３図に示す装置に、そのスターリ
ング機関の動力を変化させるための甚だ簡単な手
段を追加した他の実施例を示す線図的断面図、第
５図はロール膜が破損した場合の密封状態を維持
するための補助装置を示す線図的断面図である。 １……装置本体、２……閉室、２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄ……閉室、３……外気室、４……出力
棒、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ……出力棒、５……
第１運動用パツキング、６……第２運動用パツキ
ング、７……ロール膜、８……肩部、９……ピス
トン、１０，１１……第２、第１可変容積室、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１１ａ，１１ｂ
……可変容積室、１２，１３……逆止弁、１４，
１５……補助小室（中間室）、１６，１７……逆
止弁（中間弁）、１８……中ぐり孔、１９……短
管、２０……中間路（吸込路）、２１……緩衝
室、２２……共通吐出路、２３……側路コツク、
２４……容器、２５，２６……コツク、２７……
運動用パツキング、２８……ばね、２９，３０…
…円錐面、３１……油掻パツキング、３２……
管、３３……タンク、３４……浮子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧ガスを充満した閉室用ロール膜型運動用
   密封装置であつて、閉室２から縦に往復摺動する
   出力棒４が外気室３に向け延在し、閉室２とロー
   ル膜７との間には出力棒４が貫通する隔壁３５を
   介在させ、隔壁３５とロール膜７との間に第１可
   変容積室１１を形成し、該第１可変容積室１１
   を、出力棒４の往復動によつて駆動され第１可変
   容積室１１内のガス圧を閉室２のガス圧よりは遥
   かに低いが外気室３内の圧力よりは常に高い値に
   維持するポンプを介して閉室２に連通し、更に閉
   室２から出力棒４に沿い外気室３に向け順次に配
   設されかつ出力棒４と隔壁３５を貫通する中ぐり
   孔１８との間に介挿したＯ−リングの如き第１運
   動用パツキング５を備え、ロール膜７は第２運動
   用パツキング６と相俟つて第１可変容積室１１を
   形成し、外気室３に対し該第１可変容積室１１を
   完全密封するものにおいて、閉室２内に延在する
   出力棒４部分の横断面を小さくし、隔壁３５から
   外気室３に出る出力棒４部分に肩部８を形成し、
   該肩部８と隔壁３５の中ぐり孔１８とでポンプの
   ピストンとシリンダとを形成し、該ポンプのシリ
   ンダの内室を第２可変容積室１０として前記２個
   の第１及び第２運動用パツキング間に形成し、該
   シリンダ内室の第２可変容積室１０を吸込管と少
   なくとも１個の逆止弁とを介して前記第１可変容
   積室１１に連通し、吐出管と第１逆止弁１３と補
   助小室１５と第２逆止弁１７とを介して閉室２に
   連通することを特徴とするロール膜型運動用密封
   装置。 ２ 前記吸込管には、補助小室１４を介挿し、該
   補助小室１４を逆止弁１６を介して前記第１可変
   容積室１１に連通することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のロール膜型運動用密封装置。 ３ ロール膜７と外気室３との間を、十分に潤滑
   した運動用パツキング２７とその前段に設けた油
   掻パツキング３１とを備える隔壁によつて分離
   し、前記運動用パツキング２７より上方に蓄積す
   る油を、吐出管３２を経て針型浮子３４を収納し
   たタンク３３より成る油・ガス分離器に流して前
   記運動用パツキング２７より上方に油が蓄積する
   のを阻止する様に構成することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載のロール膜型運
   動用密封装置。 ４ 出力棒が互いに位相外れで往復動する様に連
   結された多数の閉室を確実に密封する為、それぞ
   れの装置の第１可変容積室１１全部を大口径短管
   １９を介して互いに連通し、ポンプを逆止弁と関
   連する装置数が２個よりも多い場合には少なくと
   も１個の緩衝小室２１とを介して互いに直列に装
   着し、各閉室内への吸込と、各閉室内よりの吐出
   とを逆止弁を介して各閉室に連結した吸込路２０
   に依り達成する様に構成することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載のロール膜型運動用密封装置。 ５ 互いに連通する第１可変容積室１１を、コツ
   ク２６を介して中間圧ガス容器２４に連結し、該
   容器２４を他のコツク２５を介して吐出路２２に
   連結し、該吐出路２２を逆止弁を介して各閉室２
   ａ……２ｄに連通することを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載のロール膜型運動用密封装置。 ６ スターリング機関に適用した特許請求の範囲
   第１項ないし第５項のいずれかに記載のロール膜
   型運動用密封装置。