KR101066295B1 - 기계적 밀봉 장치 - Google Patents

Abstract

고정 밀봉 링의 균형율(balance ratio)은 회전 밀봉 링이 고정되어 있으며, 밀봉 유체 영역이 배기 상태 또는 배출 상태에서 기 지정된 압력의 증기가 내부 유체 영역으로 주입되는 때에 밀봉면이 개방되도록 설계된다. 한편, 제 2 밀봉부를 구성하는 하나의 O링은 밀봉 케이스의 플랜지 부에 구성된 홈에 수용되어 지지됨에 의해, 내부 유체 영역으로 공급되는 증기의 압력에 의해 O링에 작용하는 힘이 고정 밀봉 링에 영향을 미치는 것을 방지한다.

기계적 밀봉 장치, 교반기, 살균, 균형율, 회전 밀봉 링, 고정 밀봉 링

Description

기계적 밀봉 장치{Mechanical seal}

도 1은, 본원발명의 일 실시 예에 따르는 기계적 밀봉 장치의 단면도;

도 2는, 상기 도 1의 우측 부의 확대도;

도 3은 도 2의 플랜지 부(flange portion)의 일부를 나타내는 부분 확대도;

도 4는, 도 3의 화살표 IV 방향에서 바라본 플랜지 부의 부분 평면도;

도 5는, 정상적인 동작 상태에서 기계적 밀봉 장치의 회전 밀봉 링과 고정 밀봉 링의 주변부를 나타내는 확대도;

도 6은, 살균이 수행되는 동안의 기계적 밀봉 장치의 회전 밀봉 링과 고정 밀봉 링의 주변부를 나타내는 확대도; 및,

도 7은, 도 1의 배출 구멍과 다른 형태의 배출 구멍을 가지는 기계적 밀봉 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

*도면 부호에 대한 설명*

1 : 기계적 밀봉 장치 2 : 밀봉 케이스

3 : 회전 밀봉 링 4 : 제 1 고정 밀봉 링

5 : 제 2 고정 밀봉 링 6 : 제 1 슬리브

8 : 제 2 슬리브 21 : 케이스 바디

22a, 23a : U형 홈

51 : 하우징 52 : 회전 샤프트(rotary shaft)

H : 내부 유체 영역(endo-fluid region)

S : 밀봉 유체 영역(sealing fluid region)(또는 외부 유체 영역:exo-fluid region)

L : 대기 영역(atmosphere region)

본 발명은 회전 샤프트(rotary shaft)를 밀봉하기 위한 기계적 밀봉 수단에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주기적으로 살균(멸균 또는 소독)이 필요한 장치에 사용되기 위한 기계적 밀봉 장치에 관한 것이다.

식품, 약품 또는 그와 같은 제품 생산을 위해 사용되는 장치들은 위생상의 이유로 주기적인 살균이 수행되어져야 한다. 이러한 경우, 장치들의 회전 샤프트를 밀봉하기 위해 사용되는 기계적 밀봉 수단 또한 살균되어질 것을 요구한다. 상술한 기계적 밀봉 수단은 밀봉 부를 포함하는 구조를 가지기 때문에, 살균 유체(sterilizing fluid)가 밀봉부를 통과하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 상술한 제조 장치들은 살균을 위해서 먼저 분해되어야 만 했다. 한편으로, 제조 장치의 분 해 과정 없이 살균이 수행될 수 있도록 하는 소위 설치식 살균(sterilization-In-Place)에 적합한 기계적 밀봉 수단이 제시되었다(일 예로는 일본 무심사 특허공보 2001-21045 참조). 상세히 설명하면, 고정 밀봉 링(stationary seal ring)을 지지하는 지지 부재(support member)가 실린더(cylinder)형 피스톤 부재에 의해서 후퇴되어 고정 밀봉 링과 회전 밀봉 링(rotary seal ring) 사이에 틈(gap)이 형성되며, 뜨거운 증기가 그 틈을 통해 주입됨으로써 기계적 밀봉 수단의 내부가 살균 처리된다. 이 장치는 지지 부재와 케이스 사이에 실드(shield)를 가지며, 이러한 실드는 피스톤의 측부로부터 유체가 유입되는 것을 차단한다.

상술한 바와 같이 살균시 마다 분해되어야 하는 종래의 기계적 밀봉 수단은 살균 과정이 매우 비효율적으로 된다. 또한, 상술한 일본 무심사 특허공보에 개시된 기계적 밀봉 수단의 경우에는 실린더형 피스톤과 피스톤과 연동되는 연동부재가 필요하게 되어, 기계적 밀봉 수단의 전체 크기가 커지며 복잡한 구조를 가지는 문제가 있다.

따라서, 본원발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분해되지 않은 상태에서 살균을 수행할 수 있도록 하고, 외형을 단순하게 하며, 간단하고, 소형화된 구조를 가지는 기계적 밀봉 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본원발명의 기계적 밀봉 장치는, 회전 샤프트를 가지는 하우징과 회전 샤프트 사이에 개재되어 외부 유체 영역(exo-fluid region)으로 부터 내부 유체 영역(endo-fluid region)을 밀봉하기 위해 회전 샤프트에 장착되는 회전 밀봉 링(rotary seal ring);과, 상기 회전 밀봉 링과의 사이에서 밀봉 면(seal face)을 형성하도록 상기 회전 밀봉 링의 축상의 반대되는 양측면상에 각각 접촉되어 상기 유체 영역과 외부 유체 영역 사이에서 유체가 밀봉되도록 하는 제 1 밀봉 부를 구성하며, 상기 회전 밀봉 링이 고정되어 있을 때에 내부 유체 영역으로 기 지정된 압력의 증기(steam)를 공급하면, 외부 유체 영역이 배출상태로 이동됨에 의해 밀봉면이 열려질 수 있도록 하는 균형율(balance ratio)을 가지도록 설계된 고정 밀봉 링;과, 상기 고정 밀봉 링이 축상에서 이동될 수 있도록 지지하며, 상기 고정 밀봉 링과 밀착되는 위치에서 원주방향으로 연장되도록 형성된 홈을 가지고 상기 고정 밀봉 링과 대향하도록 하우징에 장착되는 밀봉 케이스;와, 상기 밀봉 케이스에 의해 유지되고, 상기 고정 밀봉 링을 상기 회전 밀봉 링을 향해 이동 되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재; 및, 상기 내부 유체 영역과 상기 외부 유체 영역 사이에 제 2 밀봉 부를 형성하도록 상기 고정 밀봉 링과 상기 밀봉 케이스 사이에 삽입되어 상기 홈에 장착되는 밀봉 부재;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 배열을 가지는 기계적 밀봉 장치에 있어서, 상기 균형율은 공급되는 증기에 의해서 밀봉 면이 열려지도록 설계된다. 이 때에, 밀봉 부재는 증기에 의해 압력이 가해져도, 밀봉 케이스에 형성된 홈에 수용되어 홈의 축 단면에 의해서 지 지된다. 따라서, 밀봉 부재는 상기 고정 밀봉 링을 위한 균형율에 의해서 영향을 받지 않는다. 이러한 구조는 살균을 위한 증기가 기계적 밀봉 장치를 통과 할 수 있도록 밀봉 면이 열려지도록 한다. 그러므로, 상술한 기계적 밀봉 장치는 분해되지 않은 상태에서 살균을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 상술한 기계적 밀봉 장치는 밀봉 면을 열기 위한 실린더형 피스톤 등을 필요로 하지 않으므로, 단순한 형상 및 간단하고 소형화된 기계적 밀봉 장치를 제공할 수 있도록 한다.

상술한 기계적 밀봉 장치는 또한, 밀봉 케이스를 관통하여 연장되며 외부 유체 영역에서 노출되는 고정 밀봉 링의 표면에서 응축되는 물방울이 떨어지는 위치에 형성되는 개구부를 가지는 배출 구멍을 더 포함하여 구성될 수 있다.

실시예

도 1은 본원발명의 일 실시 예에 따르는 기계적 밀봉 장치의 단면도이다. 기계적 밀봉 장치(1)는 밀봉되는 유체를 내부에 저장하는 장치의 하우징(51)과 회전 샤프트(52)의 사이에 끼워진다. 상술한 기계적 밀봉 장치(1)는 밀봉 케이스(2) 내에 회전 밀봉 링(3)과 제 1 고정 밀봉 링(4) 및 제 2 고정 밀봉 링(5)의 조합에 의해서 형성되는 두 개의 회전 밀봉 구조를 포함하여 구성된다. 제 1 회전 밀봉 구조는 회전 밀봉 링(3)과 제 1 회전 밀봉 링(4)에 의해서 형성된다. 제 1 회전 밀봉 구조는 하우징(51) 내의 내부 유체 영역(H)과 밀봉 가스와 같은 밀봉 유체가 존재하는 밀봉 유체 영역(sealing fluid region)(S)(외부 유체 영역: exo-fluid region) 사이에서 유체의 밀봉을 제공한다. 다른 한편으로, 제 2 회전 밀봉 구조는 회전 밀봉 링(3)과 제 2 고정 밀봉 링(5)에 의해서 형성된다. 제 2 회전 밀봉 구조는 밀봉 유체 영역(S)과 대기(atmosphere) 중으로 개방된 대기 영역(L) 사이의 유체의 밀봉을 제공한다. 상술한 장치는 예를 들면 식품, 약품 또는 그와 같은 제품을 생산하기 위한 교반기(agitator)일 수 있다. 상술한 기계적 밀봉 장치(1)는 도 1에 도시된 것과 같은 위치에 실질적으로 장착된다.

도 2는 도 1의 우측 반부의 확대도이다. 도 2(및 도1)를 참조하면, 밀봉 케이스(2)는 원통형 케이스 바디(body)(21)와 볼트(24,25)들에 의해 케이스 바디(21)의 축방향으로 서로 대향하는 단부에 부착되는 플랜지 부(리테이너(retainer): 22, 23)들을 포함하여 구성된다. 다른 한편으로, 제 1 슬리브(sleev)(6)는 교반기와 같은 장치의 회전 샤프트(52)의 외주면 상에 끼워지고, 환상의 회전 밀봉 링(3)은 제 1 슬리브(6)의 외주면(6a) 상에 끼워진다. 회전 밀봉 링(3)의 상부 및 하부 밀봉면(3s)은 회전 샤프트(52)의 축과 직교하는 평탄면으로 정의된다. 밀봉면(3s)에는 외주면의 방향의 위치에 다수의 얕은(수 마이크로미터의 깊이를 가지는) 홈(3g)들이 형성되어 있다. 상기 홈(3g)들은 방사상으로 연장되고, 방사상으로 배열될 수 있다.

제 2 슬리브(8)는 제 1 슬리브의 외주면(6a) 상에 회전 밀봉 링(3)이 끼워진 후에 상부의 위치에서 회전 샤프트(52)에 끼워진다. 그리고, 제 2 슬리브(8)의 저부가 제 1 슬리브(6)의 외주면에 끼워진 후 볼트(9) 등에 의해 고정된다. 상술한 회전 밀봉 링(3)은 O링(O-ring)(10, 11)들에 의해 조여지게 되어 제 1 슬리브(6) 및 제 2 슬리브(8)의 지지부(6b, 8b) 사이에서 고정된다. 지지부(6b, 8b)들은 제 1 및 제2 슬리브(6,8)들의 외주면으로 부터 바깥 방향으로 돌출된다. 다른 하나의 O링(12)은 제 1 슬리브(6)의 외주면(6a)에 형성된 홈(6a1)에 끼워지며, 회전 밀봉 링(3)과 접촉된다. 제 2 슬리브(8)는 다수의 나사(screw)(13)(도 1에서 하나만 도시 함) 등의 고정수단에 의해서 회전 샤프트(52)에 고정된다.

다른 한편으로, 환상 부재로서의 제 1 고정 밀봉 링(4)과 제 2 고정 밀봉(5)은 회전 샤프트(52)의 축과 직교하는 밀봉면(4s, 5s)을 각각 가진다. 제 1 및 제2 고정 밀봉 링(4,5)은 회전 밀봉 링(3)의 축상의 반대 면에서 서로 대향한다. 회전 밀봉 링(3)과 각각의 제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4,5)에 의해서 정의되는 밀봉면들은 각각 내부 유체 영역(H)과 밀봉 유체 영역(S) 사이 및 밀봉 유체 영역(S)과 대기 영역(L) 사이의 밀봉 부를 구성한다.

제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4, 5)은 각각의 밀봉면(4s, 5s)의 반대 방향으로 연장되는 원통형 베이스 부(base portion)(4a, 5a)를 가진다. 원통형 베이스 부(4a, 5a)들은 축상으로 이동 가능하게 각각의 플랜지 부(22,23)들 내로 삽입된다. 플랜지 부(22,23)들은 베이스 부(4a,5a)와 대향되는 면에 아주 근접되도록 각 플랜지부의 원주면을 따라 U형 홈(22a, 23a)들이 형성된다. U형 홈(22a,23a)들 각각에는 O링(14,15)들이 수용된다. 이러한 구조에 의하여 제 2 밀봉 부가 내부 유체 영역(H) 및 밀봉 유체 영역(외부 유체 영역)(S) 사이 그리고 밀봉 유체 영역(S) 및 대기 영역(L) 사이에 정의 된다.

제 1 및 제 2 밀봉 링(4,5)들은 다수의 노치(notch)(4c(도 1 참조), 5c)(본 실시 예에서는 4c, 5c 두 곳에 나타남)들이 제 1 및 제 2 밀봉 링(4,5) 각각의 외 주면 코너(coner)에 형성되며, 상술한 노치들은 기 지정된 간 격으로 상기 제 1 및 제 2 밀봉 링(4,5)들의 원주면 상에 배열된다. 각각의 노치(4c,5c)들의 위치에 일치 되도록 다수의 핀(16,17)들이 플랜지 부(22, 23)에 끼워진다. 이러한 핀(16,17)들은 제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4,5)들이 축상 또는 방사상으로 일정 거리만큼 이동이 가능하도록 노치들과 축상 또는 방사상으로 유격을 가지는 방식으로 플랜지 부(22,23)에 끼워지게 된다. 플랜지 부(22,23)들은 또한, 원주면 상에 다수의 스프링 고정 구멍(22b,23b)(도 1 참조)(본 실시 예에서는 6개가 형성됨)들을 가지도록 형성되며, 스프링 고정 구멍(22b,23b)들에는 핀(16,17)이 끼워지지 않는다. 제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4,5)들은 스프링 고정 구멍(22b,23b)들에 장착되는 스프링(18,19)(도 1 참조)들에 의하여 회전 밀봉 링(3)쪽으로 이동되도록 힘을 받게 된다.

케이스 바디(21)는 밸브(102)9도 1 참조)를 가지는 외부 파이프 라인(101)(도 1 참조)과 연결되는 관통 구멍(21p)을 가진다. 밀봉 가스는 밸브(102)의 열림에 의해 밀봉 유체 영역(S)으로 주입된다. 밀봉 가스의 압력은 내부 유체 영역(H)과 대기 영역(L)들의 압력 보다 밀봉 유체 영역(S)의 압력이 고압을 유지하도록 제어된다. 교반기의 작동 중에는 기 지정된 압력의 밀봉 가스가 밀봉 유체 영역(S)으로 일정하게 공급된다.

수직 구멍(22v)과 수평 구멍(22h)은 플랜지 부(22)를 통해서 서로 연통된다. 수직 구멍(22v)와 수평 구멍(22h)은 하기에 설명되는 것과 같은 증기(steam) 이동 구멍을 형성한다. 수직 구멍(22v)의 상부 단부는 밀봉 유체 영역(S)에 면하는 스프 링 안착면(22c)에서 개방된다. 수평 구멍(22h)은 외부 파이프 라인(103) 및 밸브(104)(도 1 참조)와 연결된다. 밸브(104)가 열리면, 외부 파이프 라인(103)은 대기 중으로 개방된다.

도 3은 플랜지 부(22)의 상부 단면의 확대 단면도이다(스프링 고정 구멍(22b)과 다른 위치의 원주면의 일부를 나타냄). 도 4는 도 3의 화살표IV의 방향에서 바라본 플랜지 부(22)의 상부면을 나타내는 도면이다. 도면들을 참조하면, 플랜지 부(22)는 상부측면(22d)으로부터 원주 방향으로 외주면 까지 하방향으로 절삭되어 형성된 슬릿(22e)들을 가지고 형성된다. 슬릿(22e)들의 저부는 외부 방향(도 3의 우측부)쪽으로 낮아지는 경사를 가진다. 슬릿(22e)들은 U형 홈(22a) 내에 고인 물을 수직 구멍(22v)(하기에 상세히 설명함)으로 배출한다. 각 슬릿(22e)들은 플랜지 부(22)의 상부면에서 스프링 고정 구멍(22b)과는 다른 원주 상의 위치에 형성된다.

다음으로, 상술한 구조를 가지는 기계적 밀봉 장치의 정상적인 동작 과정이 어떻게 수행되는 지가 설명되어 질 것이다. 첫 째, 회전 샤프트(52)가 고정되어 있을 때, 제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4,5)들은 회전 밀봉 링(3)에 접촉되어 있다. 하부 밸브(104)는 잠겨진 상태이고, 상부 밸브(102)는 열려진 상태에서 기 지정된 압력의 밀봉 가스가 밀봉 유체 영역(S)으로 일정하게 공급되는 상태에서 회전 샤프트(52)와 회전 밀봉 링(3)이 회전 되는 경우, 밀봉 가스는 회전 밀봉 링(3)의 홈(3g)내에서 동적인 압력을 가하게 된다. 상기 동적인 압력은 제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4,5)들을 고정 밀봉 링(3)으로 부터 축방향으로 멀어지게 이동시켜(수 마이크로미터 정도의 크기로), 회전 밀봉 링(3)과 제 1 및 제 2 고정 밀봉 링(4,5)은 밀봉 가스에 의하여 비 접촉 상태를 유지하게 된다. 이로 인해, 회전 밀봉 링(3)들의 하부에 위치되는 밀봉면(3s)과 제 1 고정 밀봉 링(4)의 밀봉면(4s)의 사이, 그리고, 고정 밀봉 링(3)의 상부에 위치되는 밀봉면(3s)과 제 2 고정 밀봉 링(5)의 밀봉면(5s) 사이에 밀봉 가스의 유체 층들이 형성된다. 따라서, 내부 유체 영역(H)과 밀봉 유체 영역(S) 사이, 및, 밀봉 유체 영역(S)과 대기 영역(L) 사이에 유체에 의한 밀봉이 제공된다. 이 때, 밀봉 가스의 소량이 내부 유체 영역(H)과 대기 영역(L)으로 유출된다. 동작 과정에서 이러한 밀봉 가스의 누출에 의해 밀봉 가스가 소모된다.

도 5는 상기의 정상적인 동작(normal operation) 과정에서 회전 밀봉 링(3)과 제 1 고정 밀봉 링(4) 주변부를 나타내는 확대도이다. 이 때, O링(14)은 밀봉 가스의 압력에 의하여 U형 홈(22a)의 하부 면에 위치된다. 제 1 고정 밀봉 링(4)에 대한 제 1의 균형율은 K1=S2/S1으로 표시되며, 여기서 S1은 제 1 고정 밀봉 링(4)에 의해 정의되는 밀봉면의 면적(환상의 영역을 나타내며, 하기의 S2, S3 또한 환상의 영역을 의미함)를 나타내며, S2는, 밀봉면이 닫히는 방향으로 제 1 고정 밀봉 링(4)이 압력을 받는 압력 수용 면적을 나타낸다. 균형율의 값은 스프링(18)의 탄성력, 제 1 고정 밀봉 링(4)의 하중을 고려하여 상술한 바와 같이 회전 밀봉 링(3)으로부터 제 1 고정 밀봉 링(4)을 분리시킬 수 있도록 설계된다. 일반 적으로, 균형율의 값은 0.6에서 1.6인 것이 바람직하다. 상기 값과 같은 균형율 값의 선택은 밀봉면이 개방되는 것을 방지하는 것과, 고정 밀봉 링을 이동 시킴으로서 비접촉 상태로 하여 밀봉 면이 미세하게 열리도록 하는 것을 허용하는 밀봉 본래의 성질을 기본적으로 유지하도록 하는 밀봉 배열을 제공한다.

제 2 고정 밀봉 링(5) 또한 제 1 고정 밀봉 링(4)과 동일한 방식으로 설계된다.

다음으로, 회전 샤프트(52)가 고정되도록 교반기의 작동이 멈추어 진 상태에서 교반기의 살균 과정을 설명한다. 이러한 살균 과정에서, 도 1의 상부 밸브(102)는 닫혀지는 반면, 하부 밸브(104)는 열려진다. 이러한 상태는 밀봉 유체 영역(S)을 빈 상태로 만들게 된다. 다른 한편으로, 기 지정된 압력의 뜨거운 증기(약 130℃)가 교반기 또는 내부 유체 영역(H) 내로 주입된다. 주입된 증기는 교반기의 내부를 살균시킴과 동시에 회전 밀봉 링(3)과 제 1 고정 밀봉 링(4) 사이로 유입된다. 이리하여, 제 1 고정 밀봉 링(4)은 회전 밀봉 링(3)과 분리되도록 이동되고, 도 6에 도시된 것과 같이, 틈(G)(수십 마이크로미터의 크기)이 회전 밀봉 링(3)과 제 1 고정 밀봉 링(4) 사이에 형성된다. 뜨거운 증기는 틈(G)을 통해서 수직 구멍(22v)와 수평 구멍(22h)을 통해 배출된다. 이러한 방식으로, 교반기는 물론 기계적 밀봉 장치 또한 살균되는 것이 달성된다. 어떤 경우에는, 살균 과정 동안 기계적 밀봉 부의 온도 상승을 촉진하기 위한 증기를 배출하는 파이프가 외부 파이프라인(101)(도 1 참조)에 추가 구성될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이,상술한 살균 과정에서 증기의 압력은 O링(14)이 U형 홈(22a)의 축방향의 상부 내면에 부착되도록 O링(14)을 이동시킨다. 이 때, O링(14)에 작용되는 압력에 의한 힘은 플랜지 부(22)에 의해 차단되어 제 1 고정 밀봉 링(4)에는 가해지지 않는다. 따라서, 제 1 고정 밀봉 링(4)을 위한 제 2의 균형율 K2는 K2=S3/S1으로 표시되며, 여기서 S1은 제 1 고정 밀봉 링(4)에 의해 한정되는 밀봉 면의 면적이고, S3(=S1-S2)은 밀봉면이 닫히는 방향으로 제 1 고정 밀봉 링이 압력을 받는 압력 수용 면적임이다(도 6 참조). 제 2 균형율 K2는 K2=1-K1으로 표시될 수도 있다. 이러한 동작 상태에서 기계적 밀봉 장치는 정상적인 동작 상태와는 반대로 밀봉면을 개방하려는 경향을 가지게 된다. 따라서, 밀봉 면이 주입되는 증기에 의해서 정상적인 동작 상태보다 더 크게 개방됨에 따라 기계적 밀봉 장치에 대한 배기(환기 또는 배출)(ventilation)가 수행될 수 있다.

이 때 만일, O링(14)에 작용하는 힘이 또한 제 1 고정 밀봉 링(4)에 작용하게 되면, 밀봉면을 닫으려고 하는 힘이 증가되어 균형률이 상기 K2 값을 초과하게 된다. 따라서, 제 1 고정 밀봉 링(4)은 회전 밀봉 링(3)으로 부터 멀리 이동되려는 경향이 적다. 그러나, 상술한 바와 같이 O링(14)은 플랜지 부(22)에 의해 지지되므로, 압력에 의해 균형율이 영향 받는 것을 방지하기 위해서 압력 수용 면적 S3을 증가 시키는 것은 회피된다. 반대로, 제 1 고정 밀봉 링(4)은 배기(환기)를 위해 필요한 거리만큼 이동되는 것은 보장된다.

증기의 경로의 때문에, 제 1 고정 밀봉 링(4)의 외측에 물방울이 맺히게 된다. 그러나, 맺힌 물방울은 떨어져서 수직 구멍(22v)과 수평 구멍(22h)을 통해 배출된다. 이에 더하여, O링(14)에서 발생되는 물방울 또한 슬릿(22e)을 통해 배출된다. 그 후에, 기계적 밀봉 장치내의 습기를 빠르게 제거하기 위하여 증기 대신에 건조한 공기를 이용한 환기(배기 또는 배출)가 수행된다.

상술한 본원발명의 실시예는 증기가 수직 구멍(22v)과 수평 구멍(22h)를 통해 배출되도록 배열된다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이 수평으로 위치되는 회전 샤프트(52)를 가지는 장치에 기계적 밀봉 장치가 장착되는 경우, 플랜지 부(22)에는 하부의 밸브(104)가 외부 파이프라인(101)과 연통되어 있는 동안 가스 또는 물을 배출하기 위해 형성되었던 구멍을 가지지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 정상적인 동작은 상부 밸부(102)을 열고 하부 밸브(104)를 닫음에 의해 수행된다. 증기 또는 건조한 공기가 순화되는 때에, 하부 밸브(104)가 열려져 있는 동안에는 상부 밸브(102)는 잠겨진 상태일 수도 있다.

상술한 본원발명의 실시예가 비 접촉형(non-contact type) 기계적 밀봉 장치를 설명한 것이나. 살균은 접촉형(contact type) 기계적 밀봉 장치를 사용하여 동일한 배열에 의해 수행될 수 있다.

O링(14,15)들은 다른 밀봉부재로 대체될 수 있다.

스프링(18)은 상술한 본원발명의 실시예에서 사용되었던 헬리컬(helical) 스프링에 의해 한정되지 않고, 다양한 탄성부재가 사용될 수 있다. 예를 들어, 판스프링(leaf spring) 또는 메탈 벨로우(metal bellow) 등이 사용될 수도 있다. 특별한 경우에는 하나의 O링이 사용될 수도 있다.

상술한 배열을 가지는 본원발명에 따르는 기계적 밀봉 장치는 분해되지 않은 상태에서 살균을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 상술한 기계적 밀봉 장치는 밀봉 면을 열기 위한 실린더형 피스톤 등을 필요로 하지 않으므로, 단순한 형상 및 간단하고 소형화된 기계적 밀봉 장치를 제공할 수 있도록 한다.

Claims (2)

1. 회전 샤프트와 상기 회전 샤프트를 가지는 장치의 하우징의 사이에 개재되어 밀봉 유체 영역 및 대기 영역에 대하여 내부 유체 영역을 밀봉하는 기계적 밀봉 장치로서,

   상기 회전 샤프트에 장착되는 회전 밀봉 링;

   상기 회전 밀봉 링에 대하여 축방향으로 대향하도록 배치되며, 상기 회전 밀봉 링과의 사이에 형성된 밀봉면이 상기 내부 유체 영역과 상기 밀봉 유체 영역 사이를 밀봉하는 제 1 밀봉 부를 구성하는 제 1 고정 밀봉 링;과,

   상기 제 1 고정 밀봉 링이 축상에서 이동될 수 있도록 지지하며, 상기 제 1 고정 밀봉 링과 밀착되는 위치에서 원주방향으로 연장되도록 형성된 홈을 가지고 상기 제 1 고정 밀봉 링과 대향하도록 하우징에 장착되는 밀봉 케이스;와,

   상기 밀봉 케이스에 의해 유지되고, 상기 제 1 고정 밀봉 링을 상기 회전 밀봉 링을 향해 이동 되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재;

   상기 내부 유체 영역과 상기 밀봉 유체 영역 사이에 제 2 밀봉 부를 형성하도록 상기 제 1 고정 밀봉 링과 상기 밀봉 케이스 사이에 삽입되어 상기 홈에 장착되는 밀봉 부재; 및

   상기 회전 밀봉 링에 대하여 축방향으로 대향하도록 배치되며, 상기 회전 밀봉 링과의 사이에 형성된 밀봉면이 상기 밀봉 유체 영역과 상기 대기 영역 사이를 밀봉하는 제 1 밀봉 부를 구성하는 제 2 고정 밀봉 링을 포함하고,

   상기 제 1 고정 밀봉 링은 K1=S2/S1(S1은 상기 제 1 고정 밀봉 링의 밀봉면의 면적이고, S2는, 내부 유체 영역보다 높은 압력으로 밀봉 유체 영역에 공급된 밀봉 유체의 압력에 의해 밀봉면이 닫히는 방향으로 제 1 고정 밀봉 링을 누르는 압력 수용 면적임)으로 정의되는 미리 정해진 균형율 K1을 가짐으로써, 밀봉면이 열리는 것을 방지하는 고유의 성질(intrinsic nature)을 가지면서, 상기 회전 밀봉 링의 회전에 의해 동압이 생성될 때 밀봉면이 미세하게 열리는 것을 허용하도록 구성되며,

   상기 제 1 고정 밀봉 링은 K2=S3/S1(S3은 내부 유체 영역의 압력에 의해 밀봉면이 닫히는 방향으로 제 1 고정 밀봉 링을 누르는 압력 수용 면적임)으로 정의되는 미리 정해진 균형율 K2를 가짐으로써, 상기 회전 밀봉 링이 정지할 때, 내부 유체 영역에 미리 정해진 압력의 증기를 공급하고 밀봉 유체 영역이 배출 상태가 되게 함으로써 밀봉면이 열리는 것을 허용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기계적 밀봉 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 밀봉 케이스를 관통하여 연장되며, 상기 밀봉 유체 영역에서 노출된 상기 고정 밀봉 링의 표면에서 응축되는 물방울이 떨어지는 위치에서 개구부를 가지는 배출 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 기계적 밀봉 장치.

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