JP2013204609A - 高温流体用メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】高温流体をシールする場合において、静止密封環を二次シールするＯリングの熱劣化を可及的に防止することができ、Ｏリングが熱劣化により機能不良状態となった場合にもこれを的確に検知できるようにする。
【解決手段】シールケース３とこれに嵌合保持された静止密封環５との対向周面部３ａ，５ｂ間に、高温流体領域Ｈの流体と接触する高温側Ｏリング８ａとこれに隣り合うＯリング８ｂとを装填すると共に両Ｏリング８ａ，８ｂでシールされた環状の冷却空間１１を形成する。冷却空間１１に高温流体領域の流体圧力より高圧の冷却液１９を供給することにより高温側Ｏリング８ａを冷却すると共に、冷却空間１１から排出される冷却液１９ａの圧力及び温度を検出して、その検出圧力及び検出温度が設定圧力以下となり且つ設定温度以上になることにより高温側Ｏリング８ａの熱劣化による機能不良状態を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱水、熱油又は蒸気等の高温流体を扱う回転機器（プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン又は攪拌機等）の軸封手段として使用される高温流体用メカニカルシールに関するものである。

メカニカルシールとして、シールケースに二次シール部材を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された静止密封環とシールケースを洞貫する回転軸に固定された回転密封環との対向端面である密封端面の相対回転作用により高圧流体領域と低圧流体領域とを遮蔽シールするように構成されたものが周知であるが、かかるメカニカルシールにあっては、一般に、シールケースと静止密封環との間をシール（二次シール）する二次シール部材として１個のＯリングが使用されているのが普通である。すなわち、静止密封環を、これとシールケースとの対向周面部間に１個のＯリングを装填させた状態で、シールケースに二次シール状態で軸線方向移動可能に嵌合保持させている（例えば、特許文献１の図１及び特許文献２の図２を参照）。

特開２０１０−２７０８６５公報 特開２００２−０９８２３７公報

しかし、静止密封環を１個のＯリングを介してシールケースに嵌合保持させたメカニカルシールでは、これを熱水、熱油又は蒸気等の高温流体を扱う回転機器の軸封手段として使用した場合、つまり高圧流体領域及び／又は低圧流体領域が高温流体領域である条件下で使用した場合、次のような問題があった。

すなわち、シールケースと静止密封環との対向周面部間に装填された１個のＯリングは、高圧流体領域及び低圧流体領域の流体と常時接触するゴム部材であるから、高圧流体領域又は低圧領域が高温流体領域である場合には、高温流体の接触による熱劣化を生じ、当該Ｏリングが耐熱性ゴムで構成されている場合にも、長期使用のうちには当該Ｏリングのシール性や弾性ないし柔軟性が低下することになる。このようにＯリングが劣化すると、静止密封環の相手密封環への追従性が低下して両密封端面の相対回転によるシール機能（メカニカルシール機能）が不良となったり、シールケースと静止密封環との嵌合部分におけるＯリングによるシール機能（二次シール機能）が不良となり、高圧流体領域の流体が低圧流体領域へと漏洩することになる。

また、Ｏリングが熱劣化により機能不良状態となった場合には、メカニカルシールつまり回転機器を緊急停止する必要があるが、このようなＯリングの機能不良状態は外部から検知することが不可能であるから、往々にして回転機器の停止時期を誤り、大事故につながる危険があった。すなわち、熱劣化によるＯリング機能不良状態を放置すると、静止密封環の追従性が損なわれることにより、密封端面の相対回転作用によるメカニカルシール機能が損なわれて、密封端面から大量漏れを生じたり、或いはＯリングによる二次シール機能が損なわれることにより、シールケースと静止密封環との嵌合部分から大量漏れを生じるといった重大なトラブルを招くことになる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、高圧流体領域及び／又は低圧流体領域が高温流体領域である場合において、静止密封環とシールケースとの嵌合部分における二次シール部材として使用されるＯリングの熱劣化を可及的に防止することができ、Ｏリングが熱劣化により機能不良状態となった場合にもこれを的確に検知して、当該Ｏリングの機能不良に起因するトラブルの発生を未然に回避できるように工夫された高温流体用メカニカルシールを提供するものである。

本発明は、シールケースに二次シール部材を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された静止密封環とシールケースを洞貫する回転軸に固定された回転密封環との対向端面である密封端面の相対回転作用により高圧流体領域と低圧流体領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールであって、高圧流体領域及び／又は低圧流体領域が高温流体領域となる条件下で使用される高温流体用メカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、前記二次シール部材を、シールケースと静止密封環との対向周面部間に並列状に装填された複数のＯリングで構成して、当該対向周面部間に高温流体領域の流体と接触する高温側Ｏリングとこれに隣り合うＯリングとでシールされた環状の冷却空間を形成し、冷却空間に高温流体領域の流体圧力より高圧の冷却液を供給する冷却液供給装置を設けると共に、冷却空間内の冷却液又は冷却空間から排出される冷却液の圧力及び／又は温度を検出して、その検出圧力が設定圧力以下になること及び／又はその検出温度が設定温度以上になることにより高温側Ｏリングの熱劣化による機能不良状態を検知するように構成されたＯリング機能検知装置を設けておくことを提案するものである。

かかる高温流体用メカニカルシールにあっては、シールケースと静止密封環との対向周面部の少なくとも一方に高温側Ｏリングとこれに隣り合うＯリングとの間に位置する環状凹溝を形成することにより、冷却室を拡張するように構成しておくことが好ましい。また、冷却液供給装置は、シールケースに形成された給排液通路であって冷却液を冷却空間に供給する給液通路及び冷却液を冷却空間から排出する排液通路を具備するものに構成しておくことが好ましい。かかる給排液通路を設けておく場合においては、給液通路の下流端及び排液通路の上流端を、冷却空間の直径線上における上下対向位置に配して、冷却空間に開口させておくことが好ましい。また、冷却液供給装置を、シールケースに形成された給排液通路であって冷却液を冷却空間に供給する給液通路及び冷却液を冷却空間から排出する排液通路と、排液通路の下流端に接続された排液ラインとを具備するものに構成すると共に、Ｏリング機能検知装置を、排液ラインに配設された圧力検出器及び／又は温度検出器を具備して、圧力検出器による検出圧力が設定圧力以下になること及び／又は温度検出器による検出温度が設定温度以上になることにより高温側Ｏリングの熱劣化による機能不良状態を検知するように構成しておくことが好ましい。かかるＯリング機能検知装置にあっては、排液ラインに配設された圧力検出器及び／又は温度検出器と、圧力検出器による検出圧力が設定圧力以下になること及び／又は温度検出器による検出温度が設定温度以上になることにより視覚的及び／又は聴覚的な警報を発する警報器とを具備して、警報により高温側Ｏリングが熱劣化を生じていることが検知されるように構成しておくことが好ましい。

本発明の高温流体用メカニカルシールによれば、シールケースと静止密封環との対向周面部間に二次シール部材として複数のＯリングを並列状に装填させると共に高温側Ｏリングとこれに隣り合うＯリングとでシールされる冷却空間に冷却液を供給させるようにしたから、両流体領域の何れが高温流体領域である使用条件下においても、高温側Ｏリングの熱劣化が冷却液による直接的な冷却効果によって可及的に防止される。また、高温側Ｏリングが熱劣化して所定の機能（静止密封環の二次シール機能ないし追従機能）が不良となった場合にも、これを前記冷却空間内の冷却液又は冷却空間から排出される冷却液の圧力及び／又は温度を検出することによって的確に検知することができるから、高温側Ｏリングの熱劣化を看過、放置することにより前述したような大事故が発生する危険を未然に且つ確実に回避することができる。しかも、高温側Ｏリングが熱劣化による機能不良となった場合にも、二次シール機能が他のＯリングにより発揮、維持されることから、つまり上記した冷却液の圧力及び／温度による高温側Ｏリングの機能不良が検知された時点から或る程度の期間は高温側Ｏリング以外のＯリングによる静止密封環のシール機能及び追従機能が発揮される状態が維持されることになるから、メカニカルシールないし回転機器を安全に停止することができる。

したがって、本発明の高温流体用メカニカルシールは、両流体領域の一方が高温流体領域であるためにＯリングで構成される二次シール部材が熱劣化による機能不良になり易い高温条件下においても、冒頭で述べたような問題を生じることなく、回転機器の軸封を長期に亘って良好且つ安全に行うことができるものであり、その実用的価値極めて大なるものである。

図１は本発明に係る高温流体用メカニカルシールの一例を示す縦断側面図である。 図２は図１のII−II線に沿う縦断正面図である。 図３は本発明に係る高温流体用メカニカルシールの変形例を示す縦断側面図である。 図４は本発明に係る高温流体用メカニカルシールの他の変形例を示す縦断側面図である。 図５は本発明に係る高温流体用メカニカルシールの更に他の変形例を示す縦断側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明に係る高温流体用メカニカルシールの一例を示す縦断側面図であり、図２は図１のII−II線に沿う縦断正面図であるが、図１に示す高温流体用メカニカルシール（以下「本発明第一シール」という）は、熱水、熱油、蒸気等の高温流体を扱う回転機器（プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン、攪拌機等）の軸封手段として使用されるもので、当該回転機器の水平な回転軸１が同心状に洞貫する状態で当該回転軸のハウジング（機器ハウジング）２に取り付けられた金属製（ステンレス鋼等）の円筒状部材であるシールケース３と、回転軸１に固定された回転密封環４と、回転密封環４に直対向してシールケース３に軸線方向移動可能に嵌合保持された静止密封環５と、シールケース３と静止密封環５との間に介装されて、静止密封環５を回転密封環４へと押圧附勢するスプリング部材６とを具備して、両密封環４，５の対向端面である密封端面４ａ，５ａの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分４ａ，５ａの内周側領域である高圧流体領域Ｈと外周側領域である低圧流体領域Ｌとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。この例では、高圧流体領域Ｈは、機器ハウジング２内の機内領域であって、高圧の熱水、熱油、蒸気等の高温流体が充満する高温流体領域であり、低圧流体領域Ｌは機器ハウジング２外の機外領域であって大気領域である。

回転密封環４は、図１に示す如く、先端面を軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面４ａに構成したもので、回転軸１に挿通固定されたスリーブ７に嵌合固定されている。

静止密封環５は、図１に示す如く、先端面を軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面５ａに構成した密封環本体５Ａと、先端部に密封環本体５Ａを固着した円筒状の保持体５Ｂとからなり、保持体５Ｂをシールケース３に二次シール部材８を介して内嵌させることにより、シールケース３にこれとの間を二次シール部材８によりシール（二次シール）された状態で且つドライブピン９により相対回転を阻止された状態で軸線方向移動可能に保持されている。なお、保持体５Ｂの外径つまり後述するＯリング８ａ，８ｂが接触する外周面部５ｂの径（バランス径）は、両密封端面４ａ，５ａの相対回転摺接部分の外径（シール面の外径）より小径となるように設定されている。また、回転密封環４及び密封環本体５Ａは周知の密封環構成材（カーボン、セラミックス、超硬合金等）で構成されており、保持体５Ｂはステンレス鋼等の金属材で構成されている。

二次シール部材８は、図１に示す如く、シールケース３と静止密封環５との対向周面部間つまりシールケース３の内周面部３ａと保持体５Ｂの外周面部５ｂとの間に、軸線方向に所定間隔を隔てて並列状に装填された２個の耐熱性ゴム製（フッ素ゴム等）のＯリング８ａ，８ｂで構成されている。一方のＯリング８ａは高圧流体領域である高温流体領域Ｈの流体つまり高温流体と接触する高温側Ｏリングであり、他方のＯリング８ｂは低圧流体領域である大気領域の流体つまり大気と接触する低温側Ｏリングである。この例では、両Ｏリング８ａ，８ｂは材質及び形状を同一とするものであり、図１に示す如く、シールケース３の内周面部３ａに形成した環状凹溝であるＯリング溝１０ａ，１０ｂに係合保持されている。

シールケース３と静止密封環５との対向周面部３ａ，５ｂ間には、図１に示す如く、両Ｏリング８ａ，８ｂでシールされた冷却空間１１が形成されている。この例では、図１及び図２に示す如く、シールケース３の内周面部３ａに両Ｏリング８ａ，８ｂ間（より正確には両Ｏリング溝１０ａ，１０ｂ間）に位置する環状凹溝１１ａを形成して、冷却空間１１の容積が拡張されるように工夫してある。環状凹溝１１ａの溝深さ（径方向幅）は、後述する高温側Ｏリング８ａの冷却効果を高めるために、シールケース３の強度等に支障を来さない範囲において可及的に大きく設定しておくことが好ましく、少なくともＯリング溝１０ａ，１０ｂの溝深さより大きく設定しておくことが好ましい。

而して、本発明第一シールにあっては、上記構成に加え、高温側Ｏリング８ａの熱劣化を可及的に防止するための冷却液供給装置１２及び高温側Ｏリング８ａの熱劣化による機能不良状態を検知するためのＯリング機能検知装置１３を設けてある。

冷却液供給装置１２は、図１に示す如く、シールケース３に形成した給排液通路１４，１５と、両通路１４，１５と冷却液循環器１６とを接続する給排液ライン１７，１８とを具備してなる。

給液通路１４は、下流端１４ａを冷却空間１１に開口させると共に上流端を給液ライン１７を介して冷却液循環器１６に接続させたものである。排液通路１５は、上流端１５ａを冷却空間１１に開口させると共に下流端を排液ライン１８を介して冷却液循環器１６に接続させたものである。この例では、給液通路１４の下流端１４ａ及び排液通路１５の上流端１５ａを、図２に示す如く、冷却空間１１の直径線上における上下対向位置に配して、冷却空間１１に開口させている。すなわち、給液通路１４の下流端１４ａが冷却室１１の最上位部分（環状凹溝１１ａの最上位部分）に開口されており、排液通路１５の上流端１５ａが冷却室１１の最下位部分（環状凹溝１１ａの最下位部分）に開口されている。

冷却液循環器１６は循環ポンプ及びクーラを具備するものであり、所定圧力Ｐ且つ所定温度Ｔの冷却液１９を給液ライン１７から給液通路１４を経て冷却空間１１に供給し、冷却空間１１から排液通路１５に排出された冷却液１９（以下「冷却済液１９ａ」という）を上記温度Ｔに冷却した上で給液ライン１７へと循環させるものである。冷却液１９としては、両流体領域Ｈ，Ｌの流体に混入しても支障を生じない性状の清水等が使用される。また、冷却空間１１に供給させる冷却液１９の圧力Ｐ（上記循環ポンプによる吐出圧力）は高温流体領域である高圧流体領域Ｈの流体圧力より高圧となるように設定されており、当該冷却液１９の温度Ｔ（上記クーラによる冷却温度）は高温流体より低温で高温側Ｏリング８ａを冷却しうるに充分な温度（例えば常温又はこれより低温）に設定されている。なお、循環ポンプ及びクーラとしては周知のものが使用される。

冷却液供給装置１２によれば、冷却液１９が冷却空間１１に循環供給されることから、常時、高温側Ｏリング８ａが冷却液１９と接触して直接的な熱交換が行われることになる。したがって、高温側Ｏリング８ａの熱劣化が可及的に防止され、所定のＯリング機能（静止密封環５の二次シール機能及び追従機能）が損なわれることによるトラブルの発生はこれが可及的に回避される。また、冷却空間１１の容積を上記した環状凹溝１１ａにより拡張させておくと、この拡張部分１１ａがシールケース３の冷却ジャケットとして機能し、つまり高温側Ｏリング８ａと接触しているシールケース部分をも効果的に冷却することから、高温側Ｏリング８ａが更に冷却されて、熱劣化の発生をより効果的に防止することができる。また、給液通路１４の下流端１４ａと排液通路１５の上流端１５ａとを、冷却空間１１の直径線上における上下対向位置に配して冷却空間１１に開口させているから、給液通路１４から冷却空間１１に流入された冷却液１９が冷却空間１１内をその全周に亘って均等に通過して排液通路１５へと流出することになり、これによって冷却液１９による高温側Ｏリング８ａがその全周に亘って均等に冷却され、高温側Ｏリング８ａの冷却による熱劣化防止効果がより良好に発揮される。

Ｏリング機能検知装置１３は、図１に示す如く、排液ライン１８に配設された圧力検出器２０及び温度検出器２１とＯリング機能検知器２２とを具備してなる。

圧力検知器２０は冷却空間１１から排液ライン１８に排出された冷却液たる冷却済液１９ａの圧力Ｐａを検出するものであり、温度検出器２１は当該冷却済液１９ａの温度Ｔａを検出するものである。Ｏリング機能検知器２２は、圧力検知器２０により検出された冷却済液１９ａの圧力（検出圧力）Ｐａ及び温度検出器２１による当該冷却済液１９ａの温度（検出温度）Ｔａを常時モニタリングして、検出圧力Ｐａが設定圧力Ｐｏ以下になること及び／又は検出温度Ｔａが設定温度Ｔｏ以上になることにより高温側Ｏリング８ａが熱劣化による機能不良状態にあることを視覚的及び／又は聴覚的に検知するものである。この例では、Ｏリング機能検知器２２が、検出圧力Ｐａ及び検出温度Ｔａを常時表示（モニタリング）すると共にＰａ≦Ｐｏ及び／又はＴａ≧Ｔｏとなった場合に視覚的な警報を発する画像機器とＰａ≦Ｐｏ及び／又はＴａ≧Ｔｏとなった場合に聴覚的な警報（警音）を発する警音機器とを具備するものに構成されている。なお、各検出器２０，２１、画像機器及び警音機器としては周知のものが使用される。

ところで、高温側Ｏリング８ａが熱劣化しておらず所定のＯリング機能（特に、静止密封環５の二次シール機能）が発揮されている状態では、冷却済液１９ａの圧力Ｐａは冷却空間１１に供給される冷却液１９の圧力（以下「供給液圧」という）Ｐと同一ないし略同一に維持されるが、高温側Ｏリング８ａの弾性ないし柔軟性が熱劣化により低下すると、これによるシール機能が低下して冷却液１９が冷却空間１１から高温流体領域Ｈに漏れ出して、冷却済液１９ａの圧力Ｐａは供給液圧Ｐより顕著に低下することになる。したがって、冷却済液１９ａの圧力Ｐａが供給液圧Ｐより一定圧ΔＰ以上低下していることを検出することにより、高温側Ｏリング８ａが熱劣化していることを間接的に検知することができる。すなわち、設定圧力ＰｏをＰｏ＝Ｐ−ΔＰとして、圧力検出器２０により冷却済液１９ａの圧力（検出圧力）Ｐａが設定圧力Ｐｏ以下（Ｐａ≦Ｐｏ）であることが検出されることにより、高温側Ｏリング８ａが熱劣化していることを検知することができる。

また、高温側Ｏリング８ａの熱劣化により上記した漏洩（冷却液１９の冷却空間１１から高温流体領域Ｈへの漏洩）が生じると、冷却空間１１内の圧力が低下して、高温流体領域Ｈの流体（高温流体）が冷却空間１１に侵入し、その結果、冷却空間１１内における冷却液１９の温度ないし冷却済液１９ａの温度が、給液通路１４から冷却空間１１に供給される冷却液１９の温度（以下「供給温度」という）Ｔより大幅に上昇することになる。したがって、冷却済液１９ａの温度Ｔａが供給温度Ｔより一定温度ΔＴ以上上昇していることを検出することにより、高温側Ｏリング８ａが熱劣化していることを間接的に検知することができる。すなわち、設定温度ＴｏをＴｏ＝Ｔ＋ΔＴとして、温度検出器２１により冷却済液１９ａの温度（検出温度）Ｔａが設定温度Ｔｏ以上（Ｔａ≧Ｔｏ）であることが検出されることにより、高温側Ｏリング８ａが熱劣化していることを検知することができる。なお、高温側Ｏリング８ａが熱劣化しておらず適正なＯリング機能を発揮している状態においても、冷却空間１１内における冷却液１９の温度ないし冷却済液１９ａの温度は被冷却部材（高温側Ｏリング８ａ及びシールケース３）との熱交換により供給温度Ｔより上昇するが、その温度上昇量ΔＴａは熱劣化状態における上記温度上昇量ΔＴに比して極めて小さい（ΔＴａ≪ΔＴ）から、両者は明瞭に区別され、適正なＯリング機能が発揮されている場合における検出温度Ｔａが設定温度Ｔｏ以上となるような錯誤は生じない。

したがって、Ｏリング機能検知装置１３によれば、検出圧力Ｐａ及び／又は検出温度Ｔａをモニタリングすることにより、高温側Ｏリング８ａによる機能（シール機能及び追従機能）が適正に発揮されているかどうかを検知することができ、検出圧力Ｐａが設定圧力Ｐｏ以下となること及び／又は検出温度Ｔａが設定温度Ｔｏ以上となることにより高温側Ｏリング８ａが熱劣化により機能不良状態となっていることを的確に検知することができる。かかる機能不良状態の検知は、作業者が上記画像機器により検出圧力Ｐａ及び検出温度Ｔａをモニタリングすることにより行うことができるが、上記した如く、Ｏリング機能検知器２２をＰａ≦Ｐｏ及び／又はＴａ≧Ｔｏとなった場合に視覚的な警報を発する画像機器及び／又は聴覚的な警報を発する警音機器を具備するものに構成しておくことにより、作業者が熟練者である場合は勿論、未熟練者である場合にも高温側Ｏリング８ａの機能不良を看過することなく的確に検知することができる。

このように高温側Ｏリング８ａの機能不良を検知できることから、Ｏリング機能不良が発生した時点でメカニカルシールないし回転機器を緊急停止することができ、冒頭で述べた如きＯリング機能不良状態を看過、放置することによる重大なトラブルの発生を未然に回避することができる。

ところで、高温側Ｏリング８ａの機能不良を検知した時点（Ｏリング機能不良が発生した時点）で直ちにメカニカルシールないし回転機器を停止したとしても、その停止操作時点からメカニカルシールないし回転機器が完全に停止する完全停止時点まで或る程度の時間を要することから、この間（停止操作時点から完全停止時点に至る間）において、高温側Ｏリング８ａの熱劣化ないしＯリング機能不良状態が進行して、重大なトラブルを招く虞れがある。

しかし、本発明第一シールでは、二次シール部材８を並列する２個のＯリング８ａ，８ｂで構成してあるから、高温側Ｏリング８ａが機能不良状態となった場合にも、低温側Ｏリング８ｂにより静止密封環５のシール機能及び追従機能が維持されている。したがって、上記した停止操作時点から完全停止時点に至る間において、高温側Ｏリング８ａの機能不良状態が進行しても、これが低温側Ｏリング８ｂにより充分に補われることになり、上記したトラブルが発生する虞れはない。

このように、本発明第一シールにあっては、高温側Ｏリング８ａの熱劣化を冷却液１９による冷却作用によって可及的に防止して、その寿命を大幅に向上させることができ、長期に亘って良好なメカニカルシール機能を発揮させることができる。しかも、高温側Ｏリング８ａが熱劣化して機能不良状態となった場合にも、これを冷却済液１９ａの圧力及び温度を検出することにより的確に検知することができ、重大なトラブルの発生を未然に回避することができる。これらの点から、本発明第一シールによれば、高温流体を扱う回転機器の軸封を長期に亘って良好且つ安全に行うことができる。

なお、本発明の構成は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良、変更することができる。

例えば、本発明第一シールでは、排液ライン１６に圧力検出器２０及び温度検出器２１を配設して、冷却済液１９ａの圧力Ｐａ及び温度Ｔａを検出することにより高温側Ｏリング８ａの機能不良を検知するようにしたが、Ｏリング機能不良を検知する上で、検出圧力Ｐａが設定圧力Ｐｏ以上となることと検出温度Ｔａが設定圧力Ｔｏ以上となることとは上記した如く密接に関連するものであるから、排液ライン１６には圧力検出器２０及び温度検出器２１の何れか一方のみを配設して、検出圧力Ｐａ又は検出温度ＴａによりＯリング機能不良を検知するようにすることもできる。また、高温側Ｏリング８ａの機能不良による冷却液１９の圧力変化及び温度変化は、上記した如く、冷却空間１１から排出される冷却液（冷却済液）１９ａと冷却空間１１内の冷却液１９とで大差なく略同一であるから、圧力検出器２０及び／又は温度検出器２１は冷却空間１１内における冷却液１９の圧力及び／又は温度を検出するものであってもよい。

本発明第一シールでは、Ｏリング機能検知装置１３を、高温側Ｏリング８ａの熱劣化を検知した場合に視覚的及び聴覚的に警報を発するように構成したが、何れか一方の警報を発するように構成してもよく、或いはこれらの警報を発することなく検出圧力Ｐａ及び／又は検出温度Ｔａをモニタリングすることで熱劣化を検知するように構成してもよい。さらに、Ｏリング機能検知装置１３は、高温側Ｏリング８ａに熱劣化による機能不良が生じた場合に、検出圧力Ｐａ及び／又は検出温度Ｔａに基づいてメカニカルシールないし回転機器を自動的に緊急停止する制御器を具備するものに構成することも可能である。

また、本発明第一シールでは、シールケース３の内周面部３ａに環状凹溝１１ａを形成することよって冷却空間１１を拡張し、この拡張部分１１ａを冷却ジャケットとして機能させることにより、高温側Ｏリング８ａをシールケース３側からも冷却するようにしたが、かかる拡張部分１１ａはシールケース３と静止密封環５との対向周面部３ａ，５ｂの一方又は両方に形成しておくことが可能であり、シールシールケース３の形状や高温流体領域の温度条件等によっては必ずしも設けておく必要がないものである。例えば、図３に示す高温流体用メカニカルシール（以下「本発明第二シール」という）では、上記した拡張部分１１ａは設けず、高温側Ｏリング８ａが主として冷却液１９に接触することによって冷却される構成としている。また、本発明第二シールでは、図３に示す如く、高温側Ｏリング８ａを本発明第一シールのようなＯリング溝１０ａに係合保持させず、シールケース３の内周面部３ａに形成した係止段部３ｂと静止密封環５の保持体５Ｂの外周面部５ｂに形成した係止段部５ｃとの間に保持させるようにして、冷却空間１１に供給された冷却液１９の圧力（高圧流体領域Ｈより高圧）によって静止密封環５にこれを回転密封環４へと押圧させる方向への推力が作用するように構成してあり、このように構成しておくことにより高圧流体領域Ｈが負圧となる逆圧条件下においても良好なメカニカルシール機能が発揮される。なお、本発明第二シールの構成は、上記した点を除いて本発明第一シールと同一であるから、本発明第一シールの構成部材と同一の構成部材については図３に同一の符号を付することによって、その詳細は省略する。

また、本発明第一シール及び本発明第二シールは、高圧流体領域Ｈが高温流体領域である条件下で使用されるものであるが、低圧流体領域Ｌが高温流体領域である条件下においても好適に使用することができる。この場合、冷却空間１１に供給させる冷却液１９の圧力（供給圧力）Ｐは低圧流体領域Ｌの流体圧力より高圧とされるが、高圧流体領域Ｈの流体圧力より低圧であっても高圧であっても何れでもよい。しかし、供給圧力Ｐを高圧流体領域Ｈの圧力より高圧としておくと、冷却液１９による上記推力が逆圧条件下においても正圧条件下においても作用することになり、スプリング部材６の附勢力を軽減できるメリットがある。

また、本発明第一シール及び本発明第二シールでは、二次シール部材８を２個のＯリング８ａ，８ｂで構成したが、図４又は図５に示す如く、二次シール部材８を３個以上のＯリング８ａ，８ｂ，８ｃで構成することもできる。

例えば、図４に示す高温流体用メカニカルシール（以下「本発明第三シール」という）及び図５に示す高温流体用メカニカルシール（以下「本発明第四シール」という）では、二次シール部材８が軸線方向に並列する３個の第一、第二及び第三Ｏリング８ａ，８ｂ，８ｃで構成されている。各Ｏリング８ａ，８ｂ，８ｃは、図４又は図５に示す如く、シールケース８の内周面部３ａに形成したＯリング溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃに係合保持されている。

而して、本発明第三シールは、高圧流体領域Ｈが高温流体領域である条件下で使用されるもので、図４に示す如く、高温側Ｏリングである第一Ｏリング８ａとこれに隣り合う第二Ｏリング８ｂとでシールされた冷却空間１１に高圧流体領域Ｈの流体圧力より高圧の冷却液１９を供給するように構成されている。また、本発明第四シールは、低圧流体領域Ｌが高温流体領域である条件下で使用されるもので、図５に示す如く、高温側Ｏリングである第一Ｏリング８ａとこれに隣り合う第二Ｏリング８ｂとでシールされた冷却空間１１に低圧流体領域Ｌの流体圧力より高圧（或いは高圧流体領域Ｈの流体圧力より高圧）の冷却液１９を供給するように構成されている。本発明第三シール及び本発明第四シールにあって、高温側Ｏリング８ａの冷却及び熱劣化検知は本発明第一メカニカルシール（及び本発明第二シール）と同一であるが、高温側Ｏリング８ａが熱劣化した場合、静止密封環５の二次シール機能及び追従機能が第二Ｏリング８ｂ及び第三Ｏリング８ｃによって維持されることから、二次シール部材８を２個のＯリングで構成する場合に比して、高温側Ｏリング８ａの熱劣化時における安全性をより高めることができる。なお、本発明第三シール及び本発明第四シールの構成は、上記した点を除いて本発明第一シールと同一であるから、本発明第一シールの構成部材と同一の構成部材については図４及び図５に同一の符号を付することによって、その詳細は省略する。

また、本発明第三シール及び本発明第四シールにあって、両領域Ｈ，Ｌが高温流体領域となる場合には、第二Ｏリング８ｂと第三Ｏリング８ｃとの間にも冷却液１９を供給させる冷却空間１１を形成するように構成することも可能である。

また、本発明のメカニカルシールは、上記した本発明第一シール、本発明第二シール、本発明第三シール及び本発明第四シールのようなシングルシールとして使用される他、複数のメカニカルシールを並列配置してなるタンデムシールやトリプルシール等における一次シールや二次シール等としても好適に使用することができる。かかる場合における使用条件（各流体領域Ｈ，Ｌの流体の性状等）は必要に応じて任意に設定できるものであり、例えば、各流体領域Ｈ，Ｌの流体が気液何れの流体であっても、流体領域Ｈ，Ｌの何れが高温流体領域となってもよい。

１ 回転軸
２ 機器ハウジング
３ シールケース
３ａ シールケースの内周面部
３ｂ 係止段部
４ 回転密封環
４ａ 回転密封環の密封端面
５ 静止密封環
５Ａ 密封環本体
５Ｂ 保持体
５ａ 静止密封環の密封端面
５ｂ 静止密封環の外周面部
５ｃ 係止段部
６ スプリング部材
７ スリーブ
８ 二次シール部材
８ａ Ｏリング（高温側Ｏリング）
８ｂ Ｏリング
８ｃ Ｏリング
９ ドライブピン
１０ａ Ｏリング溝
１０ｂ Ｏリング溝
１０ｃ Ｏリング溝
１１ 冷却空間
１１ａ 環状凹溝
１２ 冷却液供給装置
１３ Ｏリング機能検知装置
１４ 給液通路
１４ａ 給液通路の下流端
１５ 排液通路
１５ａ 排液通路の上流端
１６ 冷却液循環器
１７ 給液ライン
１８ 排液ライン
１９ 冷却液
１９ａ 冷却済液（冷却空間から排出された冷却液）
２０ 圧力検出器
２１ 温度検出器
２２ Ｏリング機能検知器
Ｈ 高圧流体領域
Ｌ 低圧流体領域

Claims (6)

1. シールケースに二次シール部材を介して軸線方向移動可能に嵌合保持された静止密封環とシールケースを洞貫する回転軸に固定された回転密封環との対向端面である密封端面の相対回転作用により高圧流体領域と低圧流体領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールであって、高圧流体領域及び／又は低圧流体領域が高温流体領域となる条件下で使用される高温流体用メカニカルシールにおいて、
   前記二次シール部材を、シールケースと静止密封環との対向周面部間に並列状に装填された複数のＯリングで構成して、当該対向周面部間に高温流体領域の流体と接触する高温側Ｏリングとこれに隣り合うＯリングとでシールされた環状の冷却空間を形成し、
   冷却空間に高温流体領域の流体圧力より高圧の冷却液を供給する冷却液供給装置を設けると共に、
   冷却空間内の冷却液又は冷却空間から排出される冷却液の圧力及び／又は温度を検出して、その検出圧力が設定圧力以下になること及び／又はその検出温度が設定温度以上になることにより高温側Ｏリングの熱劣化による機能不良状態を検知するように構成されたＯリング機能検知装置を設けてあることを特徴とする、高温流体用メカニカルシール。
2. シールケースと静止密封環との対向周面部の少なくとも一方に高温側Ｏリングとこれに隣り合うＯリングとの間に位置する環状凹溝を形成することにより、冷却室を拡張するように構成したことを特徴とする、請求項１に記載する高温流体用メカニカルシール。
3. 冷却液供給装置が、シールケースに形成された給排液通路であって冷却液を冷却空間に供給する給液通路及び冷却液を冷却空間から排出する排液通路を具備するものであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する高温流体用メカニカルシール。
4. 冷却液供給装置が、シールケースに形成された給排液通路であって冷却液を冷却空間に供給する給液通路及び冷却液を冷却空間から排出する排液通路を具備するものであり、給液通路の下流端及び排液通路の上流端を、冷却空間の直径線上における上下対向位置に配して、冷却空間に開口させてあることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する高温流体用メカニカルシール。
5. 冷却液供給装置が、シールケースに形成された給排液通路であって冷却液を冷却空間に供給する給液通路及び冷却液を冷却空間から排出する排液通路と、排液通路の下流端に接続された排液ラインとを具備するものであり、
   Ｏリング機能検知装置が、排液ラインに配設された圧力検出器及び／又は温度検出器を具備して、圧力検出器による検出圧力が設定圧力以下になること及び／又は温度検出器による検出温度が設定温度以上になることにより高温側Ｏリングの熱劣化による機能不良状態を検知するように構成されたものであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する高温流体用メカニカルシール。
6. 冷却液供給装置が、シールケースに形成された給排液通路であって冷却液を冷却空間に供給する給液通路及び冷却液を冷却空間から排出する排液通路と、排液通路の下流端に接続された排液ラインとを具備するものであり、
   Ｏリング機能検知装置が、排液ラインに配設された圧力検出器及び／又は温度検出器と、圧力検出器による検出圧力が設定圧力以下になること及び／又は温度検出器による検出温度が設定温度以上になることにより視覚的及び／又は聴覚的な警報を発する警報器とを具備して、警報により高温側Ｏリングが熱劣化を生じていることが検知されるように構成したことを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載する高温流体用メカニカルシール。
   

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