JP6863857B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を扱うポンプ、攪拌機、ブロワやタービン等の回転機器に使用される軸封装置に関するものである。

従来のこの種の軸封装置として、例えば、特許文献１に開示されるように、二つの端面接触形メカニカルシールを軸方向に縦列配置して、液体領域である機内領域と大気領域である機外領域とを両メカニカルシール間に形成された中間領域を介してシールするように構成されたタンデムダブルシール（以下「従来軸封装置」という）が周知である。

従来軸封装置にあって、各メカニカルシールは、回転軸に固定された軸側密封環とシールケースにＯリングを介して軸方向移動可能に保持され且つ軸側密封環へと押圧附勢されたケース側密封環とが接触状態で相対回転することによりシール機能を発揮するように構成されており、中間領域に中間液を供給することにより、各メカニカルシールにおける両密封環の接触部分を液体により潤滑すると共に、機内領域側メカニカルシールから機内領域の液体が大気領域に漏れるのを阻止するように工夫している。

特開平０８−０８２３７３号公報

しかし、従来軸封装置では、機内領域の液体に固形微粒子等の異物が混入していると、機内側メカニカルシールにおいて、両密封環の接触部分やケース側密封環とＯリングとの接触部分に固形微粒子等の異物が侵入して、メカニカルシール機能が低下、喪失する虞れがある。

本発明は、このような問題を生じることなく、液体をこれが固形微粒子等の異物を含むものである場合にも良好にシールすることができる軸封装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成すべく、液体領域である被密封流体領域を、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備するメカニカルシールで密封するように構成された軸封装置であって、被密封流体領域における当該メカニカルシールの両密封環の対向端面である両密封端面に臨む被密封流体端部領域に、被密封流体領域の液体を気化させる加熱手段を設けたことを特徴とする軸封装置を提案するものである。

かかる軸封装置の好ましい実施の形態にあっては、前記メカニカルシールとして、両密封端面の一方に動圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、その間に動圧を発生させることにより非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールを使用し、或いは当該メカニカルシールとして、両密封端面の一方に静圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、当該静圧発生溝に被密封流体領域より高圧のシールガスを供給することにより当該両密封端面間に静圧を発生させることによって、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールを使用する。

また、本発明の軸封装置は、前記メカニカルシールよりも大気領域側に第２のメカニカルシールを設けて、前記メカニカルシールと当該第２のメカニカルシールとで閉塞された中間領域にバッファガスを供給し、当該両メカニカルシールにより被密封流体領域と大気領域とを中間領域を介してシールするように構成しておくことができる。この場合、両メカニカルシールは、夫々、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備して、両密封環の対向端面である両密封端面の一方に形成した動圧発生溝により両密封端面間に動圧を発生させることによって、当該両密封端面間を非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることが好ましい。

また、本発明の軸封装置にあっては、前記加熱手段を、シールケースの内周部に中空の加熱ジャケットを設けて、この加熱ジャケット内に加熱流体を供給するように構成しておくことが好ましい。また、前記加熱手段の近傍であって当該加熱手段を挟んで前記メカニカルシールと反対側の被密封流体端部領域に、当該加熱手段による被密封流体領域の液体の気化を防止する冷却手段を設けておくことが好ましい。この場合、冷却手段は、シールケースの内周部に前記加熱ジャケットに近接する冷却ジャケットを設けて、この冷却ジャケット内に冷却流体を供給するように構成しておくことが好ましい。さらに、前記加熱ジャケットと冷却ジャケットとの間には断熱材を装填しておくことが好ましい。

本発明の軸封装置にあっては、被密封流体領域をシールするメカニカルシールに、当該被密封流体領域の液体が直接に接触せず、当該液体を加熱手段により気化させた気化ガスが接触するように構成されていることから、当該液体が固形微粒子等の異物が含む場合にも、当該異物がメカニカルシールの構成部材間に侵入して当該メカニカルシールのシール機能を低下、喪失させるようなことがなく、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。また、当該液体の気化ガスやバッファガス等のガスを密封するメカニカルシールとして、密封端面が接触しない非接触形メカニカルシールを使用することができるから、端面接触形メカニカルシールを使用する従来軸封装置に比して、回転軸に作用するトルクが小さく、回転軸の動力費を大幅に削減することができる。

図１は本発明に係る軸封装置の一例を示す断面図である。 図２は本発明に係る軸封装置の変形例を示す断面図である。 図３は本発明に係る軸封装置の他の変形例を示す要部の断面図である。

図１は本発明に係る軸封装置の一例を示す断面図であり、図１に示す軸封装置（以下「第１軸封装置」という）Ｍ１は、低沸点液（液体アンモニア、ＬＰＧ等の液化ガス等）を扱うポンプ等の回転機器に装備されるもので、軸方向に縦列するメカニカルシール（以下「第１メカニカルシール」という）１と第２のガスシール（以下「第２メカニカルシール」という）２とで構成されており、低沸点液領域である被密封流体領域（機内領域）Ａと大気領域（機外領域）Ｂとを両メカニカルシール１，２間に形成された中間領域Ｃを介してシールする（隔離する）ものである。被密封流体領域Ａは第１メカニカルシール１によって密封され、中間領域Ｃは両メカニカルシール１，２によって密封される。

低沸点液領域Ａ側の第１メカニカルシール（一次シール）１は、図１に示す如く、当該回転機器のハウジング３に取り付けられた円筒状のシールケース４と、シールケース４を同心状に貫通する当該回転機器の回転軸５に固定された軸側密封環６と、シールケース４に軸方向に移動可能に保持されたケース側密封環７と、ケース側密封環７を軸側密封環６方向に附勢するスプリング部材８とを具備する、両密封環６，７の対向端面である両密封端面６ａ，７ａ間に液体潤滑膜を形成しないメカニカルシールである。また、大気領域Ｂ側の第２メカニカルシール（二次シール）２は、前記シールケース４と、前記回転軸５に固定された軸側密封環９と、シールケース４に軸方向に移動可能に保持されたケース側密封環１０と、ケース側密封環１０を軸側密封環９方向に附勢するスプリング部材１１とを具備する、両密封環９，１０の対向端面である両密封端面９ａ，１０ａ間に液体潤滑膜を形成しないメカニカルシールである。

両メカニカルシール１，２で閉塞された中間領域Ｃは、被密封流体領域Ａ及び大気領域Ｂより高圧のバッファガスＧ１が供給されたガス領域である。なお、バッファガスＧ１としては、被密封流体領域Ａの低沸点液（液化アンモニア等）に対して不活性であり且つ大気領域Ｂに漏洩しても支障のない無害なガス、例えば窒素ガスが使用される。

両メカニカルシール１，２で構成される第１軸封装置Ｍ１は、両ケース側密封環７，１０が両軸側密封環６，９の軸方向両側に位置するダブルシール構造をなしており、各メカニカルシール１，２は動圧型の非接触形メカニカルシールに構成されている。

すなわち、両軸側密封環６，９は、密封端面６ａ，９ａを逆方向に向けた状態で回転軸５に取り付けた固定環１２に固定されている。各軸側密封環６，９の密封端面６ａ，９ａには、中間領域Ｃに開口するスパイラル形状又はヘリカル形状等の動圧発生溝６ｂ，９ｂが形成されている。各ケース側密封環７，１０にＯリング１３，１４及びドライブピン１５，１６を介して保持環１７，１８を連結し、この保持環１７，１８をシールケース４にＯリング１９，２０を介して軸方向に移動可能に保持すると共に、シールケース４と保持環１７，１８との間に前記スプリング部材８，１１を装填することにより、当該ケース側密封環７，１０を、各々、軸側密封環６，９へと附勢された状態でシールケース４に軸方向に移動可能に保持させている。したがって、各メカニカルシール１，２によれば、各々、両密封端面６ａ，７ａ又は９ａ，１０ａ間に動圧発生溝６ｂ，９ｂの作用により中間領域ＣのバッファガスＧ１による動圧が発生し、この動圧により両密封端面６ａ，７ａ又は９ａ，１０ａが微小なクリアランスを有する非接触状態で相対回転して、中間領域Ｃと被密封流体領域Ａ又は大気領域Ｂとの間がシールされる（隔離される）。

而して、第１軸封装置Ｍ１にあっては、図１に示す如く、被密封流体領域Ａにおける第１メカニカルシール１の密封端面６ａ，７ａに臨む被密封流体端部領域Ａ１に、被密封流体領域Ａの液体（液体アンモニア等の低沸点液）を気化させる加熱手段２１を設けてある。

この例では、加熱手段２１が、図１に示す如く、シールケース４の内周部であって第１メカニカルシール１の密封端面６ａ，７ａの近傍部分に中空の加熱ジャケット２２を取り付けると共に、シールケース４に加熱ジャケット２２内に連通する供給路２３及び排出路２４を形成して、加熱流体Ｆ１を供給路２３及び排出路２４により加熱ジャケット２１内に循環供給させるように構成されている。

加熱ジャケット２２は、回転軸５をこれに近接した同心状態で囲繞する中空円筒体形状をなす金属製のもので、軸方向に適宜間隔を隔てて対向する円環状の第１及び第２側壁２２ａ，２２ｂと、両側壁２２ａ，２２ｂの内周端部間を連結する円筒状の周壁２２ｃとからなり、両側壁２２ａ，２２ｂの外周端部をシールケース４の内周部に取り付けてある。周壁２２ｃの内径は回転軸５の外径より若干大きく設定されていて、周壁２２ｃと回転軸５との対向周面間には、径方向寸法が小さな環状隙間２５が形成されている。なお、加熱ジャケット２２を挟んで第１メカニカルシール１と反対側（機内側）の被密封流体端部領域Ａ１には、加熱ジャケット２２の近傍に配してシールケース４の内周部に取り付けられたラビリンスシール２６が設けられている。このラビリンスシール２６の内周部は回転軸５の外周面に近接していて、ラビリンスシール２６を挟んでそれよりも機内側の被密封流体領域Ａとそれよりも機外側の被密封流体端部領域Ａ１との間で低沸点液の流動を抑制して熱移動を抑制するとともに、低沸点液に含まれる固形微粒子等の異物が加熱ジャケット２２による加熱領域に侵入するのを可及的に防止する。

而して、上記した加熱手段２１によれば、加熱ジャケット２２内に加熱流体Ｆ１を循環供給することにより、加熱ジャケット２２の両側壁２２ａ，２２ｂ及び周壁２２ｃが加熱されることになる。したがって、加熱ジャケット２２に接触している低沸点液が気化して、第１メカニカルシール１の密封端面６ａ，７ａと加熱ジャケット２２との間の被密封流体端部領域Ａ１は、低沸点液の気化ガス（例えば、低沸点液が液体アンモニアである場合にはアンモニアガス）が充満する気化ガス領域となる。

なお、加熱流体Ｆ１の温度、加熱ジャケット２２の側壁２２ａ，２２ｂ及び周壁２２ｃの厚み及び材質並びに被密封流体端部領域（気化ガス領域）Ａ１の容積は、被密封流体領域Ａの低沸点液の性状（気化温度等）に応じて、当該低沸点液が確実に気化されて被密封流体端部領域Ａ１が完全な気化ガス領域となることを条件として、適宜に選定、設定される。

ところで、第１軸封装置Ｍ１を使用する回転機器が設置されている工場や施設にあっては、一般に、洗浄、空調等のために適宜の高温流体（スチーム、温水、廃熱ガス等）の供給設備や排出設備が装備されていることから、加熱ジャケット２２に供給する加熱流体Ｆ１として、このように工場や施設で使用され或いは廃棄されるスチーム等の高温流体を利用することが好ましい。

以上のように構成された第１軸封装置Ｍ１にあって、第１メカニカルシール１の密封端面６ａ，７ａに接触する被密封流体端部領域Ａ１には、低沸点液が加熱ジャケット２２との接触により加熱されて気化された気化ガスが充満することになるから、気化ガス領域である当該被密封流体端部領域Ａ１とバッファガス領域である中間領域Ｃとの間は、動圧型の非接触形メカニカルシールである第１メカニカルシール１により良好にシールされる。また、ガス領域である中間領域Ｃと大気領域Ｂとの間も、動圧型の非接触形メカニカルシールである第２メカニカルシール２により良好にシールされる。したがって、被密封流体領域Ａが液体領域（低沸点液領域）であるにも拘わらず、ガスシールである動圧型の非接触形メカニカルシール１，２により、被密封流体領域Ａと大気領域Ｂとの間が中間領域Ｃを介して良好にシールされる。

したがって、被密封流体領域Ａの低沸点液に固形微粒子等の異物が混入している場合にも、第１メカニカルシール１の密封端面６ａ，７ａには、当該低沸点液が接触せず、これが加熱手段２１により気化されて固形微粒子等の異物を含まない気化ガスが接触することから、低沸点液に含まれている固形微粒子等の異物が密封端面６ａ，７ａ間や保持環１７とケース側密封環７及びシールケース４との間に装填されたＯリング１３，１９の接触部分に侵入してメカニカルシール機能を低下、喪失させるようなことがなく、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。

そして、両メカニカルシール１，２が、軸側密封環６，９の密封端面６ａ，９ａとケース側密封環７，１０の密封端面７ａ，１０ａとが非接触状態に保持される非接触形メカニカルシールであるから、両密封端面が接触状態で相対回転する端面接触形メカニカルシールを使用する従来軸封装置に比して、回転軸５に作用するトルクが大幅に減少し、回転軸の動力費を含むランニングコストが大幅に削減される。

さらに、低沸点液を気化させるための加熱源である加熱流体Ｆ１を、上記した如く、第１軸封装置Ｍ１が使用される回転機器が設置されている工場や施設において装備されている高温流体（スチームや廃熱ガス等）の供給設備や排出設備を利用して調達することができる場合には、当該高温流体を加熱流体Ｆ１として使用することにより、加熱手段２１のイニシャルコスト、ランニングコストを含めた第１軸封装置Ｍ１の設備費、維持管理費を大幅に節減することができる。

また、図２は本発明に係る軸封装置の変形例を示す断面図であり、図２に示す軸封装置（以下「第２軸封装置」という）Ｍ２は、低沸点液（液体アンモニア、ＬＰＧ等の液化ガス等）を扱うポンプ等の回転機器に装備されるもので、一つのメカニカルシール３１で構成されたシングルシールであり、低沸点液領域である被密封流体領域（機内領域）Ｄと非密封流体領域である大気領域（機外領域）Ｅとを遮蔽シールするものである。

当該メカニカルシール３１は、図２に示す如く、回転機器のハウジング３２に取り付けられた円筒状のシールケース３３と、シールケース３３を同心状に貫通する当該回転機器の回転軸３４に固定された軸側密封環３５と、シールケース３３にＯリング３６を介して軸方向に移動可能に保持されたケース側密封環３７と、ケース側密封環３７を軸側密封環３５方向に附勢するスプリング部材３８とを具備する、両密封環３５，３７の対向端面である両密封端面３５ａ，３７ａ間に液体潤滑膜を形成しないメカニカルシールであって、シールガス通路３９から両密封端面３５ａ，３７ａ間にシールガスＧ２を供給することにより当該両密封端面３５ａ，３７ａが非接触状態で相対回転する静圧型の非接触形メカニカルシール（以下「静圧型メカニカルシール」という）である。

すなわち、シールガス通路３９は、図２に示す如く、ケース側密封環３７の密封端面３７ａに形成された静圧発生溝３９ａと、シールケース３３とケース側密封環３７との対向周面間に形成された環状空間であってＯリング４０ａ，４０ｂによってシールされた連通空間３９ｂと、シールケース３３に形成されて連通空間３９ｂに連通するケース側通路３９ｃと、ケース側密封環３７に形成されて連通空間３９ｂと静圧発生溝３９ａとを連通する密封環側通路３９ｄとからなり、ケース側通路３９ｃから静圧発生溝３９ａへとシールガスＧ２を供給するものである。静圧発生溝３９ａは、ケース側密封環３７の密封端面３７ａと同心状の円環状をなして断続又は連続する浅い凹溝であり、密封環側通路３９ｄにはオリフィス４１が配設されている。シールガスＧ２としては、被密封流体領域Ｄ及び大気領域Ｅより高圧のガスであって、両領域Ｄ，Ｅに流出しても無害であり且つ被密封流体領域Ｄの低沸点液に悪影響を及ぼさない不活性なもの（例えば、窒素ガス）が使用される。

上記のように構成された静圧型メカニカルシール３１によれば、静圧発生溝３９ａに供給されたシールガスＧ２により両密封端面３５ａ，３７ａ間に静圧が発生することにより、両密封端面３５ａ，３７ａが微小なクリアランスを有する非接触状態に保持されて相対回転し、両領域Ｄ，Ｅ間をシールする（隔離する）。

而して、第２軸封装置Ｍ２にあっても、図２に示す如く、第１軸封装置Ｍ１と同様に、被密封流体領域Ｄにおける密封端面３５ａ，３７ａに臨む被密封流体端部領域Ｄ１に、被密封流体領域Ｄの低沸点液（液体アンモニア等）を気化させる加熱手段４２を設けてある。

この加熱手段４２は、第１軸封装置Ｍ１の加熱手段２１と同一構造をなすものであるから、図１に示す加熱手段２１と同一構成をなす加熱手段４２の各構成部材については、図２において図１と同一の符号を付すことによって、その詳細は省略する。なお、第２軸封装置Ｍ２においても、加熱ジャケット２２を挟んで静圧型メカニカルシール３１と反対側（機内側）の被密封流体端部領域Ｄ１に、第１軸封装置Ｍ１と同様のラビリンスシール２６が設けられている。

而して、以上のように構成された第２軸封装置Ｍ２にあっては、第１軸封装置Ｍ１と同様に、被密封流体領域Ｄの低沸点液が加熱ジャケット２２に接触することにより気化され、密封端面３５ａ，３７ａと加熱ジャケット２２との間の被密封流体端部領域Ｄ１は低沸点液の気化ガスが充満する気化ガス領域となる。

したがって、第２軸封装置Ｍ２にあっても、静圧型メカニカルシール３１により気化ガス領域である被密封流体端部領域Ｄ１と大気領域Ｅとが良好に遮蔽シールされ、被密封流体領域Ｄの低沸点液に固形微粒子等の異物が混入している場合にも、当該異物が密封端面３５ａ，３７ａ間やケース側密封環３７とシールケース３３との間に装填されたＯリング３６，４０ａ，４０ｂの接触部分に侵入してメカニカルシール機能を低下、喪失させるようなことがなく、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。

また、静圧型メカニカルシール３１が、両密封端面３５ａ，３７ａが非接触状態で相対回転する非接触形メカニカルシールであるから、端面接触形メカニカルシールを使用する従来軸封装置に比して、回転軸３４に作用するトルクが大幅に減少し、回転軸の動力費を含むランニングコストが大幅に削減される。さらに、低沸点液を気化させるための加熱源である加熱流体Ｆ１を、第２軸封装置Ｍ２が使用される回転機器が設置されている工場や施設において装備されている高温流体（スチームや廃熱ガス等）の供給設備や排出設備を利用して調達することができる場合には、当該高温流体を加熱流体Ｆ１として使用することにより、加熱手段４２のイニシャルコスト、ランニングコストを含めた第２軸封装置Ｍ２の設備費、維持管理費を大幅に節減することができる。

ところで、上記軸封装置Ｍ１，Ｍ２において、加熱手段２１，４２による気化作用がラビリンスシール２６側（機内側）へも及ぶことにより回転機器の性能（ポンプ性能等）への影響があらわれることが懸念される場合には、図３に示す如く、加熱手段２１，４２よりラビリングシール２６側に冷却手段４３を設けて、低沸点液の加熱手段２１，４２による気化作用が被密封流体端部領域Ａ１，Ｄ１からそれよりも機内側の被密封流体領域Ａ，Ｄへ大きく広がるのを防止するようにしておくことが好ましい。

冷却手段４３は、上記軸封装置Ｍ１，Ｍ２において、加熱手段２１，４２を挟んでメカニカルシール１，３１と反対側（機内側）の被密封流体端部領域Ａ１，Ｄ１における加熱手段２１，４２の近傍に配しておくとよい。例えば、冷却手段４３は、図３に示す如く、加熱ジャケット２２とラビリンスシール２６との間に配して、シールケース４，３３の内周部に中空の冷却ジャケット４４を取り付けると共に、シールケース４，３３に冷却ジャケット４４内に連通する供給路４５及び排出路４６を形成して、冷却流体Ｆ２を供給路４５及び排出路４６により冷却ジャケット４４内に循環供給させるように構成される。

冷却ジャケット４４は、前記加熱ジャケット２２と同様形状をなす金属製のもので、軸方向に適宜間隔を隔てて対向する円環状の第１及び第２側壁４４ａ，４４ｂと、両側壁４４ａ，４４ｂの内周端部間を連結し、回転軸５の外周面に近接する円筒状の周壁４４ｃとからなる。冷却ジャケット４４における加熱ジャケット２２側の第１側壁４４ａと加熱ジャケット２２における冷却ジャケット４４側の第２側壁２２ｂとの外周端部間は、両側壁２２ｂ，４４ａを軸方向に適宜間隔を隔てた状態で、連結されている。冷却ジャケット４４は、加熱ジャケット２２と一体をなして、シールケース４，３３の内周部に取り付けられている。

このように構成された冷却手段４３によれば、冷却ジャケット４４内に冷却流体Ｆ２を循環供給することにより、冷却ジャケット４４の側壁４４ａ，４４ｂ及び周壁４４ｃが冷却されて、冷却ジャケット４４に接触する低沸点液が加熱手段２１，４２により気化されることがなく、加熱手段２１，４２による低沸点液の気化作用が被密封流体端部領域Ａ１，Ｄ１からラビリンスシール２６側（機内側）へと広がることがない。

したがって、冷却手段４３を設けておくことにより、加熱手段２１，４２により被密封流体領域Ａ，Ｄの低沸点液を気化させることによって回転機器の性能（ポンプ性能等）が影響を受けるといった懸念は、これを確実に払拭することができる。なお、冷却流体Ｆ２の温度及び冷却ジャケット４４の構成壁４４ａ，４４ｂ，４４ｃの材質は、被密封流体領域Ａの低沸点液の性状に応じて、加熱手段２１，４２による低沸点液の気化を確実に防止できることを条件として、適宜に選定、設定される。また、当該回転機器が設置されている工場や施設で使用され或いは廃棄される低温流体（冷却水、排水等）を利用することができる場合、かかる低温流体を冷却流体Ｆ２として使用することが好ましい。

ところで、冷却ジャケット４４は加熱ジャケット２２に可及的に接近して設けておくことが好ましいが、このように両ジャケット２２，４４を接近させておくと、加熱手段２１，４２による加熱作用（気化作用）と冷却手段４３による冷却作用（気化阻止作用）とが相互に干渉して、加熱ジャケット２２による気化作用が冷却ジャケット４３による冷却作用により阻害されて被密封流体端部領域Ａ１，Ｄ１のガス化が良好に行われない虞れがある。このような虞れがある場合には、図３に示す如く、加熱ジャケット２２と冷却ジャケット４４との間、つまり加熱ジャケット２２の第２側壁２２ｂと冷却ジャケット４４の第１側壁４４ａとの間に適宜の断熱材４７を充填しておくことが好ましい。勿論、加熱手段２１，４２による加熱作用が冷却手段４２による冷却作用によって阻害される虞れがない場合等にあっては、このような断熱材４７を設けておくことは必ずしも必要ではない。

なお、本発明の構成は上記した各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で適宜に改良、変更することができる。

例えば、第１軸封装置Ｍ１は、特許文献１に開示された軸封装置と同様に、第１メカニカルシール１の密封環６，７と第２メカニカルシール２の密封環９，１０とをこれらの軸方向位置関係が同一となるタンデム配置とするタンデムダブルシールに構成することもできる。この場合、第１メカニカルシール１の両密封端面６ａ，７ａの一方に被密封流体端部領域（気化ガス領域）Ａ１に連通する動圧発生溝を形成すると共に、中間領域Ｃに被密封流体領域Ａより低圧で且つ大気領域Ｂより高圧又は大気領域Ｂと同圧のバッファガスＧ１を供給することにより、第１メカニカルシール１を、被密封流体端部領域Ａ１の気化ガスにより密封端面６，７間に動圧が発生されて両密封端面６ａ，７ａが非接触状態で相対回転する動圧型の非接触形メカニカルシールに構成する。

また、シングルシールである第２軸封装置Ｍ２にあっては、静圧型メカニカルシール３１に代えて、上記した第１メカニカルシール１と同様の動圧型の非接触形メカニカルシールを使用することができる。

また、回転軸が低速である等のシール条件によっては、本発明の軸封装置を構成するメカニカルシールとして、両密封環の密封端面が接触した状態で相対回転する端面接触形メカニカルシールであって、両密封環の一方又は両方を自己潤滑性に優れた材料（カーボンやグラスファイバー入りのポリテトラフルオロエチレン等）で構成した一般的なドライコンタクトシールや特願２０１６−１６６６３０号に開示される如く密封端面にダイヤモンドコーティングを施した特殊なドライコンタクトシールを使用することも可能である。

また、加熱手段２１，４２及び冷却手段４３の構成は任意であり、例えば、加熱ジャケット２２及び冷却ジャケット４４は、夫々、シールケース４，３３に一体形成することもできる。また、加熱手段２１，４２及び冷却手段４３は、夫々、流体Ｆ１，Ｆ２によりジャケット２２，４４を加熱、冷却させるものではなく、電気的に加熱、冷却するものに構成することもできる。しかし、上記したように流体Ｆ１，Ｆ２によりジャケット２２，４４を加熱、冷却させる場合であって、軸封装置Ｍ１，Ｍ２が設置される工場、施設において使用され或いは廃棄される高温流体や低温流体を加熱流体Ｆ１や冷却流体Ｆ２として使用することができる場合には、コスト的に有利である。

なお、上述の通り、本発明の軸封装置は、低沸点液を扱う回転機器に使用する場合に運転コストの面で好適なものであるが、もちろん、低沸点液を扱う回転機器に限定されず、沸点の温度が水よりも高い液体等を扱う回転機器に使用してもよい。

１ 第１メカニカルシール（メカニカルシール）
２ 第２メカニカルシール（第２のメカニカルシール）
４ シールケース
５ 回転軸
６ 軸側密封環
７ ケース側密封環
９ 軸側密封環
１０ ケース側密封環
２１ 加熱手段
２２ 加熱ジャケット
３１ 静圧型メカニカルシール（メカニカルシール）
４２ 加熱手段
４３ 冷却手段
４４ 冷却ジャケット
４７ 断熱材
Ａ 被密封流体領域
Ａ１ 被密封流体端部領域
Ｂ 大気領域
Ｃ 中間領域
Ｄ 被密封流体領域
Ｄ１ 被密封流体端部領域
Ｅ 大気領域
Ｆ１ 加熱流体
Ｆ２ 冷却流体

Claims (8)

1. 液体領域である被密封流体領域を、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備するメカニカルシールで密封するように構成された軸封装置であって、
   被密封流体領域における当該メカニカルシールの両密封環の対向端面である両密封端面に臨む被密封流体端部領域に、被密封流体領域の液体を気化させる加熱手段を設け、
   前記加熱手段の近傍であって当該加熱手段を挟んで前記メカニカルシールと反対側の被密封流体端部領域に、当該加熱手段による被密封流体領域の液体の気化を防止する冷却手段を設けたことを特徴とする軸封装置。
2. 前記メカニカルシールが、両密封端面の一方に動圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、その間に動圧を発生させることにより非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項１に記載する軸封装置。
3. 前記メカニカルシールが、両密封端面の一方に静圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、当該静圧発生溝に被密封流体領域より高圧のシールガスを供給することにより当該両密封端面間に静圧を発生させることによって、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項１に記載する軸封装置。
4. 前記メカニカルシールよりも大気領域側に第２のメカニカルシールを設けて、前記メカニカルシールと当該第２のメカニカルシールとで閉塞された中間領域にバッファガスを供給し、当該両メカニカルシールにより被密封流体領域と大気領域とを中間領域を介してシールするように構成したことを特徴とする、請求項１に記載する軸封装置。
5. 前記両メカニカルシールが、夫々、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備して、両密封環の対向端面である両密封端面の一方に形成した動圧発生溝により両密封端面間に動圧を発生させることによって、当該両密封端面間を非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項４に記載する軸封装置。
6. 前記加熱手段が、シールケースの内周部に中空の加熱ジャケットを設けて、この加熱ジャケット内に加熱流体を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載する軸封装置。
7. 前記冷却手段が、シールケースの内周部に前記加熱ジャケットに近接する冷却ジャケットを設けて、この冷却ジャケット内に冷却流体を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項６に記載する軸封装置。
8. 前記加熱ジャケットと冷却ジャケットとの間に断熱材を装填してあることを特徴とする、請求項７に記載する軸封装置。
   

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