JP2012167708A - プレッシャーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 加圧筒と別の方法でメカニカルシール内からの漏れ出た少量のシール液を加圧状態を保持したまま補充することができるプレッシャーユニットを提供する。
【解決手段】 メカニカルシール３内にシール液を加圧封入するプレッシャーユニット１は、シール液槽４と、エア供給源６と、エア駆動型ポンプ５とを備えている。シール液槽４は、シール液を貯留しており、エア供給源６は、駆動圧力を供給するようになっている。また、エア駆動型ポンプ５は、液室４１と、駆動圧力室３４と、ピストン本体３３とを有している。液室４１は、シール液槽４のシール液が導かれ、メカニカルシール３内に繋がっている。駆動圧力室３４は、エア供給源６からの駆動圧力が導かれている。ピストン本体３３は、駆動圧力室３４の駆動圧力を受圧し、受圧した駆動圧力を増圧させて前記液室のシール液を加圧し、加圧されたシール液をメカニカルシール３内に送るようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メカニカルシール内にシール液を加圧封入するプレッシャーユニットに関する。

撹拌装置や液体ポンプ等のような回転軸を有する産業機器において、回転軸の周りをシールするためにメカニカルシールが用いられていることが知られている。メカニカルシールは、例えば、ハウジング等に固定されるメイティングリングと回転軸と共に回転するシールリングとを有し、ばね部材によってシールリングがメイティングリングに押し付けられている。メカニカルシールでは、シールリングとメイティングリングとが押し付け合う押し付け面がシール面となっており、それより内側であるメカニカルシール内にはメカニカルシール外である軸側及び大気側の内圧より高い圧力を有する油又は水等のシール液を加圧封入している。これにより、軸側と大気側との間が遮断（シール）されている。

このように構成されるメカニカルシールには、ハウジング内にシール液を加圧封入するためのプレッシャーユニットが設けられており、その一例として特許文献１に記載の非循環式の封液装置がある。特許文献１に記載の非循環式の封液装置は、シール液が溜められた加圧筒なるタンクを備えている。このタンクは、メカニカルシール内と連結されており、メカニカルシールの押し付け面（シール面）から軸側や大気側にシール液が漏れ出た分のシール液をそこからメカニカルシール内へと供給するようになっている。

また、加圧筒であるタンクには、加圧ガスが封入されており、この加圧ガスによってその中のシール液が加圧されている。また、タンクは、接続された供給管及びメカニカルシールと共にそれらの中で密閉空間を形成している。それ故、タンク内のシール液が加圧されることでメカニカルシール内も常に加圧された状態となっている。

特開２００３−１７６８７３号公報（図１及び図９参照）

しかしながら、特許文献１の封液装置のようにシール液を所望の液圧にするために加圧ガスを加圧筒内に封入しておく必要があり、加圧ガスの圧力が高圧になると、加圧筒に対して高圧ガス保安法の適用を受けるための申請をする必要が生じる場合がある。この申請には、多大な時間とコストが必要である。それ故、プレッシャーユニットでは加圧筒をできるだけ使用しないことが望まれている。

また、タンク内に加圧ガスを封入しているので、加圧筒内のシール液を補充する際にはタンク内の圧力を一度抜かなければシール液を補充することができず、補充後再びタンク内及びメカニカルシール内が高圧環境になるように加圧ガスを充填して昇圧しなければならない。その間、メカニカルシールを設けた装置（例えば、撹拌装置）も停止させる必要がある。そのため、前記装置を停止することなくシール液タンクにシール液を補充することが求められる。

そこで本発明は、メカニカルシールが設けられた装置を停止することなく、シール液槽（タンク）にシール液を補充することができ、加圧筒内を加圧するための高圧ガスが不要なプレッシャーユニットを提供することを目的としている。

本発明は、メカニカルシール内にシール液を加圧封入するプレッシャーユニットであって、前記シール液を貯留するシール液槽と、ポンプ駆動圧力を供給する駆動圧供給源と、前記シール液槽のシール液が導かれ、且つ前記メカニカルシール内に繋がっている液室と、前記駆動圧供給源からのポンプ駆動圧力が導かれている駆動圧力室と、前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力を受圧し、受圧したポンプ前記駆動圧力を増圧させて前記液室のシール液に与え、前記シール液を前記メカニカルシール内の方へと加圧して送り出すピストンとを有する流体駆動型ポンプと、を備えるものである。

本発明に従えば、流体駆動型ポンプは、エア供給装置から供給される調圧されたポンプ駆動圧力をピストンにより増圧させてシール液を加圧状態で送り出すよう構成されており、メカニカルシール内での漏れ量（例えば、シール面における漏れ量）に応じた量のシール液を加圧状態で送り出すことができる。これにより、シール液槽内を低圧（例えば大気圧）にすることができ、加圧筒のようにシール液補充の前及びその後において圧力抜き及び圧力充填を行う必要がない。それ故、装置を停止することなくシール液槽にシール液を補充することができる。

上記発明において、前記ピストンは、前記駆動圧力に抗して付勢され、前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力が排出されると初期位置の方に戻るように構成され、前記流体駆動型ポンプは、前記ピストンが前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力を受圧してストロークすることで前記液室のシール液を加圧し、前記ピストンがストロークエンドまで移動すると、前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力を排出して前記ピストンを初期位置に戻すことで前記シール液槽から液室にシール液を吸い込み、その後再びポンプ駆動圧力を受圧してストロークするように構成されていることが好ましい。

上記構成に従えば、ピストンがストロークエンドまで達すると自動的に初期位置に戻るので、シール液を断続的に吐出させることができ、シール液を自動的に補充することができる。

上記発明において、圧力を溜めるためのアキュムレータを備え、前記アキュムレータは、前記流体駆動ポンプと前記メカニカルシールとの間に接続されていることが好ましい。

上記構成に従えば、流体駆動型ポンプの吐出圧の変動、特にストロークエンドに達した後シール液を吸い込むときの吐出圧の変動を吸収し、メカニカルシール内のシール液圧の変動を抑えることができる。これにより、シール液圧の変動に伴うシール性の低下及びメカニカルシールの破損を抑えることができる。

上記発明において、前記シール液槽は、シール液が貯められている部分が大気に開放されていることが好ましい。

上記構成に従えば、シール液槽にシール液を入れる際に、従来技術の加圧筒のようにその中の加圧ガスを一度抜いて再度入れなおす作業を行う必要がない。それ故、工場内で使用される極低圧の計装エアを必要とするだけで加圧筒を加圧するための加圧ガスを準備する必要がなく、補充作業の労力、ランニングコスト等の費用を低減することができる。

本発明によれば、メカニカルシールが設けられた装置を停止することなく、シール液槽にシール液を補充することができ、加圧筒内を加圧するための高圧ガスを不要にすることができる。

本発明の第１実施形態に係るプレッシャーユニットの構成を示す回路である。 図１に示すプレッシャーユニットが取付けられたメカニカルシールを示す部分断面図である。 図１に示すプレッシャーユニットが備える流体駆動型ポンプの断面図である。 図３に示す流体駆動型ポンプのピストンが下降してシール液を加圧している状態を示す状態図である。 図４に示す流体駆動ポンプのピストンが更に降下してストロークエンドに達した時の状態を示す状態図である。 図５に示す流体駆動ポンプのピストンが初期位置の方へと戻されてシール液を吸い込む時の状態を示す状態図である。 本発明の第２実施形態に係るプレッシャーユニットの構成を示す回路である。

以下では、前述の図１乃至７を参照しながら、本件発明の第１及び第２実施形態に係るプレッシャーユニット１，１Ａについて説明する。なお、実施形態における方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、プレッシャーユニット１，１Ａの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明するプレッシャーユニット１，１Ａは、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［第１実施形態］
撹拌装置や液体ポンプ等のような回転軸２を有する産業機器では、回転軸２の周りから気体や液体等の流体が漏れ出ること防ぐために回転軸２にメカニカルシール３が設けられている。このメカニカルシール３は、その中にシール液を加圧封入することによってシールを達成するようになっており、メカニカルシール３には、その中にシール液を加圧封入するためのプレッシャーユニット１が設けられている。

プレッシャーユニット１は、例えば非循環式のものであり、図１に示すようにシール液槽４と、エア駆動型ポンプ５（流体駆動型ポンプ）と、エア供給源（例えば、設備内計装エア源）６と、アキュムレータ７とを備えている。シール液槽４内には、油や水等のシール液が貯留されている。また、シール液槽４には、シール液を補充するための補充口４ａが取付けられており、この補充口４ａによってその中が大気に開放されている。そのため、補充口４ａからシール液槽４内にシール液を常時補充することができるようになっている。なお、シール液槽４内は、必ずしも補充口４ａによって大気に開放されているものに限定されず、シール液槽４にエアベントが設けられた構造でこのエアベントによって大気に開放されてもよい。また、シール液槽４を、落し蓋が設けられた構造にしてシール液槽４内を大気に開放してもよい。このシール液槽４には、エア駆動型ポンプ５が接続されている。

エア駆動型ポンプ５は、エア供給源６に接続されており、エア供給源６から供給されるエアによって駆動し、シール液槽４から吸い込んだ大気圧のシール液を加圧して吐出するポンプである。このエア駆動型ポンプ５の具体的な構成については、後述する。エア供給源６は、例えば設備（工場）内計装エアを発生させるための低圧のコンプレッサーである。エア供給源６は、設備内のエア作動機器（図示せず）に接続されており、設備内のエア作動機器は、このエア供給源６からの計装エアの供給を受けて動作するようになっている。このエア作動機器とエア供給源６とは、配管により接続されており、この配管を分岐させてエア駆動型ポンプ５に繋ぐことにより計装エアをエア駆動型ポンプ５に供給するようになっている。それ故、計装エアを容易にエア駆動型ポンプ５に供給することができるようになっている。

また、エア駆動型ポンプ５は、吐出通路８に接続されており、この吐出通路８にシール液を吐出するようになっている。更に、吐出通路８の途中には、アキュムレータ７が接続されている。アキュムレータ７は、吐出通路８の圧力変動を緩和するための蓄圧装置である。このアキュムレータ７により、吐出通路８における液圧の脈動を防いでいる。また、吐出通路８は、アキュムレータ７の先でメカニカルシール３と接続されており、エア駆動型ポンプ５とアキュムレータ７とメカニカルシール３と共に供給系９を構成している。

供給系９は、エア駆動型ポンプ５とメカニカルシール３との間で密閉された空間を形成しており、その中がエア駆動型ポンプ５で昇圧されたシール液によって満たされている。また、エア駆動型ポンプ５は、供給系９から漏れ出たシール液をその漏れた分だけ供給系９に加圧して供給するようになっている。以下では、この供給系９の一部分を構成するメカニカルシール３及びエア駆動型ポンプ５の構成について具体的に説明する。

＜メカニカルシール＞
メカニカルシール３は、例えばダブルメカニカルシールが用いられ、図２に示すようにハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、大略円筒状に形成されており、シールボックス１２と２つのメイティングリング受け座１３Ｒ，１３Ｌとを有している。シールボックス１２は、大略円筒状になっており、その内径が回転軸２の外径よりも大径に形成されている。シールボックス１２は、回転軸２に外装されており、シールボックス１２の内周部と回転軸２の外周部とが互いに半径方向に間隔を空けるように位置している。シールボックス１２の一方及び他方の開口端面（図２の左右両端面）には、メイティングリング受け座１３Ｒ，１３Ｌがシールを達成した状態で夫々設けられている。

２つのメイティングリング受け座１３Ｒ，１３Ｌは、大略円環状になっており、シールボックス１２の一方及び他方の開口を夫々塞ぐようにして各開口端面に設けられている。また、メイティングリング受け座１３Ｒ，１３Ｌの内孔には、メイティングリング１４Ｒ，１４Ｌが夫々設けられている。メイティングリング１４Ｒ，１４Ｌは、大略円筒状に形成されており、メイティングリング受け座１３の内周部にシールされた状態で嵌め込まれて固定されている。また、メイティングリング１４Ｒ，１４Ｌは、そのシールボックス１２側の面がシールボックス１２の内孔に臨むように位置しており、その内孔には、半径方向に間隔を空けて回転軸２が挿通されている。

回転軸２には、大略円環状の２つのカラー部材１６Ｒ，１６Ｌがシールされた状態で外装されている。これら２つのカラー部材１６Ｒ，１６Ｌは、シールボックス１２内に位置し、一方のメイティングリング１４Ｒ及び他方のメイティングリング１４Ｌ側に夫々離して設けられている。また、２つのカラー部材１６Ｒ，１６Ｌは、回転軸２に設けられているキー部材１５に固定されており、回転軸２と共に回転するようになっている。更に、２つのカラー部材１６Ｒ，１６Ｌは、その外周部に大径部分と小径部分とを有しており、大径部分同士を対向させるように背を向けて位置している。また、小径部分には、シールリング１８Ｒ，１８Ｌが夫々設けられている。

シールリング１８Ｒ，１８Ｌは、大略円環状になっており、その一端部の内周部に半径方向内方に突出する内向きフランジ部１８ａを有している。シールリング１８Ｒ，１８Ｌは、この内向きフランジ部１８ａより他端側の部分をカラー部材１６Ｒ，１６Ｌの小径部分にシールされた状態で夫々外装されている。それ故、内向きフランジ部１８ａは、前記小径部分とメイティングリング１４Ｒ，１４Ｌとの間に位置しており、シールリング１８Ｒ，１８Ｌの一端面がメイティングリング１４Ｒ，１４Ｌに対向している。

また、メイティングリング１４Ｒ，１４Ｌは、シールリング１８Ｒ，１８Ｌに対向する端面に環状突起片１４ａを夫々有している。環状突起片１４ａは、円環状に形成され、且つシールリング１８Ｒ，１８Ｌの方に突出しており、メイティングリング１４Ｒ，１４Ｌの開口を囲むように位置している。この環状突起片１４ａにシールリング１８Ｒ，１８Ｌを押し付けるべく、カラー部材１６Ｒ、１６Ｌには、複数のばね部材１７が設けられている。

ばね部材１７は、いわゆる圧縮コイルばねであり、カラー部材１６Ｒ、１６Ｌの大径部分に周方向に等間隔をあけて夫々設けられている。ばね部材１７は、シールリング１８Ｒ、１８Ｌをメイティングリング１４Ｒ、１４Ｌの方へと付勢し、シールリング１８Ｒを環状突起片１４ａに押し付けている。これによりシーリング１８Ｒと環状突起片１４ａとが互いに当接している部分にシール面１９Ｒ，２０Ｒが夫々形成され、これらシール面１９Ｒ，２０Ｒの間にシール液による液膜を形成することでその間がシールされている。また、シーリング１８Ｌと環状突起片１４ａとが互いに当接している部分にシール面１９Ｌ，２０Ｌが夫々形成され、これらシール面１９Ｌ，２０Ｌの間にシール液による液膜を形成することでその間がシールされている。

他方、シールリング１８Ｒ，１８Ｌには、駆動ピン２４が夫々設けられている。駆動ピン２４は、シールリング１８Ｒ、１８Ｌの開口端面に位置しており、そこからカラー部材１６Ｒ，１６Ｌの方へと突出している。駆動ピン２４は、カラー部材１６Ｒ，１６Ｌに夫々設けられた複数のばね部材１７のうち少なくとも何れか１つのばね部材１７に挿通されている。これにより、カラー部材１６Ｒ，１６Ｌに対するシールリング１８Ｒ，１８Ｌの周方向の相対回転が規制され、シールリング１８Ｒ，１８Ｌが回転軸２と共に回転するようになっている。なお、シールリング１８Ｒ，１８Ｌは、カラー部材１６Ｒ，１６Ｌに対して回動軸２の軸線方向に相対移動できるようになっており、ばね部材１７により付勢されることで環状突起片１４ａに押し付けられている。

このように構成されているメカニカルシール３では、メイティングリング受け座１３Ｒと回転軸２との間及びその先にある図示しない液体や気体等の流体が溜められている空間が密封すべき流体室２１となっている。また、メイティングリング受け座１３Ｌと回転軸２との間が大気へと繋がり、メカニカルシール３のシールボックス１２の内周部と回転軸２の外周部との間がシール液が封入されるシール液室２２となっている。このシール液室２２は、シール面１９Ｒ、２０Ｒにより密封すべき流体室２１と分離され、シール面１９Ｌ、２０Ｌにより大気側と分離されている。これにより、シール液室２２が密閉され、シール液をその中に封入することができるようになっている。

また、シールボックス１２には、シール液供給口２３が形成されている。このシール液供給口２３は、吐出通路８とシール液室２２とに繋がっており、エア駆動型ポンプ５から供給されるシール液は、シール液供給口２３を通ってシール液室２２へと供給されるようになっている。このようにしてシール液室２２へと導かれるシール液は、プレッシャーユニット１のエア駆動型ポンプ５により密封すべき流体室２１の圧力以上に加圧された状態で送り出されている。以下では、シール液を加圧して供給するエア駆動型ポンプ５の構造について具体的に説明する。

＜エア駆動型ポンプ＞
流体駆動ポンプであるエア駆動型ポンプ５は、前述のような低圧のエアによって駆動し、吸い込んだ液体を加圧して吐出する（送り出す）ことができるポンプである。エア駆動型ポンプ５は、図３に示すようにハウジング３０を備えている。ハウジング３０は、その中にピストン収容空間３１を有しており、このピストン収容空間３１には、ピストン３２が収容されている。ピストン３２は、大略円板状のピストン本体３３を有している。

ピストン本体３３は、大略円板状に形成されており、その上面がピストン収容空間３１の天井面３１ａに当たる初期位置と、下面がピストン収容空間３１の底面に設けられたストッパ３１ｂに当たるストロークエンドとの間で移動可能に構成されている。ピストン本体３３は、その外周部とハウジング３０の内周部との間がシールされており、ピストン収容空間３１は、ピストン本体３３によって天井面３１ａ側の駆動圧力室３４（図４〜６を参照）と、ストッパ３１ｂ側のばね収容空間３５とに分離されている。

ばね収容空間３５には、圧縮コイルばね３６が収容されており、この圧縮コイルばね３６によってピストン本体３３が天井面３１ａ側、即ち上方に付勢されている。他方、駆動圧力室３４は、ハウジング３０に形成された給排気通路３７に繋がっている。この給排気通路３７は、更にハウジング３０に形成された供給通路３８及び排出通路３９に繋がっている。供給通路３８は、エア供給源６に接続されており、この供給通路３８及び給排気通路３７を介してエア供給源６から供給された駆動圧力（ポンプ駆動圧力）を駆動圧力室３４に導くことができるようになっている。ピストン本体３３は、駆動圧力室３４に導かれた駆動圧力を圧縮コイルばね３６の付勢力に抗する方向、即ち下方に受圧しており、受圧することで下方に移動するようになっている。また、排出通路３９は、大気開放されており、駆動圧力室３４に導かれたエアをこの排出通路３９と給排気通路３７を介して大気に排出できるようになっている。

また、ピストン３２は、ピストン本体３３を貫通するように上下方向に延在するピストンロッド４０を有しており、ピストンロッド４０は、ピストン本体３３に一体的に形成されている。ピストンロッド４０は、シールを達成している状態でピストン収容空間３１から下方に抜け出ており、下端面がピストン収容空間３１の下方に位置する液室４１に達している。液室４１は、大略Ｌ字状になっており、ハウジング３０内に形成されている。液室４１は、ピストンロッド４０の延長線上の下方に吸込み口４１ａを有し、その吸込み口４１ａからＬ字状に曲がった先に吐出口４１ｂを有している。これら吸込み口４１ａ及び吐出口４１ｂは、シール液槽４及びメカニカルシール３内に夫々繋がっている。

また、液室４１内には、吸込み口４１ａを塞ぐべく吸込み側逆止弁４２が設けられている。吸込み側逆止弁４２は、吸込み口４１ａに向かって付勢されており、吸込み口４１ａ周辺に着座してそこを塞ぐようになっている。このように構成された吸込み側逆止弁４２は、シール液槽４から液室４１への流れを許容し、その逆方向の流れを阻止するようになっている。他方、吐出口４１ｂの下流側には、吐出側逆止弁４３が設けられている。吐出側逆止弁４３は、吐出口４１ｂに向かって付勢されており、吐出口４１ｂ周辺に着座してそこを塞ぐようになっている。このように構成された、吐出側逆止弁４３は、液室４１からメカニカルシール３への流れを許容し、その逆方向の流れを阻止するようになっている。

このように液室４１は、２つの逆止弁４２，４３によって両端が塞がれており、この液室４１の中をピストンロッド４０が進退可能に構成されている。ピストン３２は、駆動圧力室３４に駆動圧力が導かれてピストン本体３３がストッパ３１ｂ側に下降することでピストンロッド４０の下端部を液室４１内へと進行させ、他方、駆動圧力室３４の駆動圧力を排出させてピストン本体３３が天井面３１ａ側に上昇することで前記下端部を液室４１内から縮退するようになっている。ピストンロッド４０の下端部が液室４１内へと進行することで、液室４１内のシール液が吐出側逆止弁４３より押し出される。他方、ピストンロッド４０が縮退することで、逆に液室４１内が負圧になり、吸込み側逆止弁４２が上方に引っ張られ、そこからシール液が吸込まれるようになっている。

また、ピストンロッド４０の上端部は、ピストン収容空間３１から上方に抜け出し、更にハウジング３０内にある切換弁収容空間４４も更に突き抜けており、その上端面が排気弁収容空間４５まで達している。切換弁収容空間４４は、ピストン収容空間３１の上方に位置し、そこには切換弁体４６が収容されている。切換弁体４６は、大略円筒状になっており、切換弁収容空間４４を上下方向に移動するように構成されている。このように構成される切換弁体４６は、給排気通路３７の接続先を供給通路３８、排出通路３９及びその両方の通路３８，３９の何れかに切換えるようになっている。

具体的に説明すると、切換弁体４６は、最上位位置である給気位置に向かって付勢されている。この給気位置では、給排気通路３７と供給通路３８とが接続され、給排気通路３７と排出通路３９との間が遮断される。他方、切換弁体４６が下方に移動して最下位位置である排気位置に位置すると、給排気通路３７と排出通路３９とが接続され、給排気通路３７と供給通路３８との間が遮断される。そして、切換弁体４６が最下位位置である排気位置から最上位位置である給気位置に戻る際には、供給通路３８,給排気通路３７,排出通路３９がそれぞれ切り替えられ、最終的には供給通路３８が完全に遮断され、給排気通路３７と排出通路３９が繋がるようになっている。

このように動く切換弁体４６の内孔には、ピストンロッド４０の上端部がシールを達成した状態で摺動可能に挿通されている。ピストンロッド４０の上端部は、ピストン本体３３がストロークエンドまで達すると切換弁体４６の内孔から抜けるようになっており、切換弁体４６から抜けることで供給通路３８に流れるエアが切換弁体４６内の上側に導かれるようになっている。そして、切換弁体４６は、導かれたエアを付勢力に抗して受圧して下方に動くようになっている。このように構成される切換弁体４６を収容する切換弁収容空間４４の上方には、排気弁収容空間４５が形成されている。

排気弁収容空間４５は、切換弁収容空間４４及び切換弁体４６内と排気口４５ａを介して繋がり、この排気口４５ａと反対側にて大気に開放されている。排気弁収容空間４５には、排気弁４７が上下方向に移動可能に収容されている。排気弁４７は、大略有底筒状になっており、その底部が排気口４５ａに向けられている。また、排気弁４７の底部には、ピストンロッド４０の上端面が当接しており、ピストン３３が初期位置に位置している際、この上端面によって押し上げられて排気口４５ａから離れている。排気弁４７は、排気口４５ａに向かって付勢されており、ピストンロッド４０の縮退動作に連動して排気口４５ａに向かって移動し、ピストンロッド４０の上端面が排気弁収容空間４５から抜けることで排気口４５ａに着座してそこを塞ぐようになっている。

このように構成されているエア駆動型ポンプ５では、図３に示すような初期状態において、切換弁体４６が供給位置に位置している。エア供給源６から供給通路３８にエアが供給されると、そのエアが給排気通路３７を介して駆動圧力室３４に導かれ、図４に示すようにピストン本体３３が下方に押下げられてピストンロッド４０が液室４１へと進行する。このとき、吸込み側逆止弁４２が吸込み口４１ａ周辺に着座したままであるため吸込み口４１ａは塞がれている。それ故、ピストンロッド４０が進行することで液室４１のシール液が吐出口４１ｂから吐出される。

吐出されるシール液の液圧は、ピストンロッド４０の押付圧力に依存しており、またピストンロッド４０の押付圧力は、ピストン本体３３の駆動圧力に対応している。ピストンロッド４０は、その下端面の面積がピストン本体３３の受圧面の面積に対して小さく、駆動圧力に対して大きな圧力でシール液を加圧する増圧機能を有している。それ故、エア駆動型ポンプ５は、低い駆動圧力でピストン本体３３を駆動することができ、前記増圧機能により高圧のシール液を吐出することができる。

また、エア駆動型ポンプ５では、ピストン本体３３とピストンロッド４０とが一体的に形成されているため、ピストン本体３３が受圧する駆動圧はピストンロッド４０に直接伝達される。それ故、エア供給源６から供給される駆動圧力を一定に保持することで、液室４１のシール液の圧力を一定に保持することができる。更に、エア駆動型ポンプ５が吐出通路８を介してメカニカルシール３のシール液室２２に接続されているため、吐出流路８、シール液室２２のシール液圧力も一定に保持される。

また、供給系９の一部分を構成するシール液室２２は、基本的に密閉されているため、そこからシール液が外側へと漏れることが殆どないが、シール面１９から密封すべき流体室２１にシール液が僅かに流出することがある。エア駆動型ポンプ５は、このようなメカニカルシールの微量な漏れによる供給系９の圧力降下をさせることなくシール液を補充できる。

このように動作するエア駆動型ポンプ５であるが、メカニカルシール３内から再びシール液が漏れ出すと、再びピストン３２が下降していく。更に下降し続けて、図５に示すようにピストン本体３３がストッパ３１ｂに当たるストロークエンドに達すると、それ以上に液室４１のシール液を加圧することができなくなり、シール液の吐出が一旦止まる。

他方、ピストン本体３３がストロークエンドまで達すると、ピストンロッド４０の上端部が切換弁体４６の内孔から抜け出す。このように抜け出すことで、供給通路３８に流れるエアが切換弁体４６内に導かれ、このエアにより給気位置に位置していた切換弁体４６が下方に押されて給排気通路３７が排出通路３９に接続される。やがて、切換弁体４６が排気位置まで達すると、給排気通路３７と供給通路３８との間が遮断され、駆動圧力室３４に導かれていたエアが排出通路３９を通って大気に排出される。

排出されることで、図６に示すようにピストン本体３３が初期位置に向かって上昇し、ピストンロッド４０が液室４１から縮退する。これにより液室４１が負圧になり、吐出側逆止弁４３が吐出口４１ｂに着座してそこを閉じる。逆に吸込み側逆止弁４２が上方に引っ張られて吸込み口４１ａから離れてそこが開く。液室４１が負圧になるため、大気開放されたシール液槽４のシール液を吸込み口４１ａから液室４１に吸込むことができ、これにより液室４１にシール液が補充される。

液室４１にシール液を補充すべくピストン本体３３が天井面３１ａに向かって移動すると、ピストンロッド４０の上端部が切換弁体４６の内孔に再び挿入され、切換弁体４６内へのエアの流入が止まる。更に、ピストンロッド４０が上昇することで排気口４５ａを押し上げる。これにより、排気口４５ａが開いて切換弁体４６内のエアが排出され、排気位置に位置していた切換弁体４６が給気位置に移動し、エア供給装置６からのエアが給排気通路３７を介して駆動圧力室３４に導かれる。これにより、再びシール液の吐出が始まる。このように、エア駆動型ポンプ５は、ピストン本体３３のストロークエンドまで達しても初期位置又はその付近まで復帰することでシール液を断続的に吐出する。

このように加圧されて吐出されたシール液は、前述の通りメカニカルシール３のシール液室２２と共にアキュムレータ７内にも導かれており、アキュムレータ７内には圧縮気体も蓄圧されている。エア駆動型ポンプ５がシール液を吸込んで再び吐出するまでの間、そこからの加圧が止まるため通常であればシール液室２２のシール液圧が下降し脈動を生じるが、アキュムレータ７内に蓄圧された圧縮気体によりシール液圧の下降を抑えることができる。これにより、エア駆動型ポンプ５がシール液を吸込む際のシール液室２２のシール液圧の脈動を抑えることができ、脈動に伴うメカニカルシール３のシール性の低下及び破損を防ぐことができる。

このように構成されるプレッシャーユニット１では、エア供給源６からの駆動圧力を増圧することでシール液を一定の加圧状態で吐出している。これにより、シール液槽４内を大気圧にすることができ、加圧筒のようにシール液槽４にシール液を補充する前後において圧力抜き及び圧力充填を行う必要がない。それ故、メカニカルシールが取付けられた装置を停止することなくシール液を補充することができる。従って、シール液槽４に加圧筒を用いる必要がなく、加圧筒とは別の方法でシール液室２２にシール液を補充することができる。

また、エア駆動型ポンプ５は、前述通り駆動圧力を増圧して直接吐出圧に変換しているため、エア供給源６からの駆動圧力を一定圧に調整することでメカニカルシール３内のシール液圧を一定の設定圧力に調整することができる。他方、ベーン、カスケード、プランジャー、トロコイドポンプのような従来プレッシャーユニットに多用されている回転型ポンプを使用することも考えられるが、密閉された供給系９に油を供給するような締切運転状態で一定の設定圧力に調整されたシール液を供給することは困難である。このような締切運転状態でも、エア駆動型ポンプ５はメカニカルシール３内に一定の設定圧力に調整されたシール液を供給することを可能にするものである。

また、プレッシャーユニット１では、エア駆動型ポンプ５でシール液を加圧して送るようになっているので、シール液槽４に貯留されているシール液を大気圧にすることができる。つまり、シール液槽４内のシール液が貯められている部分を大気に開放することができる。そのため、シール液槽４にシール液を入れる際に、従来技術の加圧筒のようにその中の加圧ガスを一度抜いて再度入れなおす作業を行う必要がない。それ故、工場内で使用される極低圧の計装エアを必要とするのみで加圧筒を加圧するための加圧ガスを準備する必要がなく、補充作業の労力、ランニングコスト等の費用を低減することができる。

［第２実施形態］
本実施形態では、非循環式のプレッシャーユニット１について説明したが、例えば図７に記載するような循環式のプレッシャーユニット１Ａにも適用することができる。循環式のプレッシャーユニット１Ａは、非循環式のプレッシャーユニット１の構成に加えてシール液槽５１と循環用ポンプ５２（例えば、実公平６−２９５６３の強制循環手段）を更に有している。シール液槽５１と循環用ポンプ５２は、エア駆動型ポンプ５とメカニカルシール３との間にその順序で設けられている。また、メカニカルシール３には、シール液室２２のシール液をシール液槽５１に戻すための排液通路が形成されており、この排液通路には熱交換器５４が介在している。

このように構成されているプレッシャーユニット１Ａでは、シール液槽５１、循環用ポンプ５２、及びメカニカルシール３によって循環系５３が構成されており、この循環系５３には、メカニカルシール３内から漏れ出たシール液をこの循環系５３に補給すべくエア駆動型ポンプ５がシール液槽５１に繋がっている。即ち、エア駆動型ポンプ５がシール液槽５１及び循環ポンプ５２を介してメカニカルシール３内に繋がることで、エア駆動型ポンプ５からメカニカルシール３内へのシール液の供給を達成している。このようにエア駆動型ポンプ５を繋ぐことで、循環系５３の圧力を一定に保持したままシール液の漏れを補充できる。また、シール液の循環を止めることなくシール液を補充することもできる。

［その他の実施形態］
第１及び第２実施形態では、エアで駆動するエア駆動型ポンプ５を採用したが、駆動流体はエアに限定されず、不活性ガスや液体などであってもよい。また、プレッシャーユニット１にはアキュムレータ７が採用されているが、脈動が少なければ必ずしもアキュムレータ７が必要ではなく、またシールボックス１２にエアだまり部を設けることで省略することができる。

また、第１及び第２実施形態では、プレッシャーユニット１，１Ａをダブル形のメカニカルシールに適用した場合ついて説明したが、シングル形やタンデム型のメカニカルシールに適用してもよい。

また、駆動圧供給源として工場内の計装エア源を使用したが、これに限定されず、別途、コンプレッサーやボンベを設置しても良い。

１，１Ａ プレッシャーユニット
３ メカニカルシール
４ シール液槽
５ エア駆動型ポンプ
６ エア供給装置
７ アキュムレータ

Claims (4)

1. メカニカルシール内にシール液を加圧封入するプレッシャーユニットであって、
   前記シール液を低圧で貯留するシール液槽と、
   ポンプ駆動圧力を供給する駆動圧供給源と、
   前記シール液槽のシール液が導かれ、且つ前記メカニカルシール内に繋がっている液室と、前記駆動圧供給源からのポンプ駆動圧力が導かれている駆動圧力室と、前記液室のポンプ駆動圧力を受圧し、受圧した前記駆動圧力を増圧させて前記液室のシール液に与え、前記シール液を前記メカニカルシール内の方へと加圧して送り出すピストンとを有する流体駆動型ポンプと、を備えるプレッシャーユニット。
2. 前記ピストンは、前記駆動圧力に抗して付勢され、前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力が排出されると初期位置の方に戻るように構成され、
   前記流体駆動型ポンプは、前記ピストンが前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力を受圧してストロークすることで前記液室のシール液を加圧し、前記ピストンがストロークエンドまで移動すると、前記駆動圧力室のポンプ駆動圧力を排出して前記ピストンを初期位置に戻すことで前記シール液槽から液室にシール液を吸い込み、その後再びポンプ駆動圧力を受圧してストロークするように構成されている、請求項１に記載のプレッシャーユニット。
3. 圧力を溜めるためのアキュムレータを備え、
   前記アキュムレータは、前記流体駆動ポンプと前記メカニカルシールとの間に接続されている、請求項２に記載のプレッシャーユニット。
4. 前記シール液槽は、シール液が貯められている部分が大気に開放されている、請求項１乃至３の何れか１つに記載のプレッシャーユニット。