TWI472709B - Shaft seal heat exchange device - Google Patents

Description

軸封之熱交換裝置

本發明是有關於一種熱交換裝置，特別是指一種軸封之熱交換裝置。

軸封裝置是應用於轉動機械設備的軸封室內且安裝於設備壁面與轉動心軸之間隙處，用以避免反應槽內的流體或氣體壓力由樞接處滲出。特別是當轉動機械設備所輸送的製程流體為揮發性物質(VOC)，或具毒性或具腐蝕性或需做高溫冷卻等情形時，此時就需使用雙軸封裝置。

參閱圖1，中華民國公告第459938號「轉動機械用之卡夾式軸封裝置」新型專利的卡夾式軸封裝置1是設置在一機械設備100上並被該機械設備100的心軸101所穿置，該軸封裝置1包含一被機械設備100上之心軸101所穿置的軸套11、一設置於該機械設備100上且被該軸套11所穿置並形成有一流入口121與一流出口122的外蓋12、一形成於該外蓋12與該軸套11間且與該流入口121與該流出口122相連通的容置空間13、一設置於該軸套11上的內密封機構14，及一位於該容置空間13中的外密封機構15。

隔絕液102是由該流入口121流入該容置空間13中，之後再由該流出口122流出，不但可以阻絕機械設備100中可能的揮發性物質，也可以降低該內密封機構14與外密封機構15之構件間所產生的摩擦熱。

為了稀釋該軸封裝置1製程側溢散的流體與阻絕其外滲至大氣側，大多會外接如圖2所示的熱交換器16，該熱交換器16包含一殼體161、設置於該殼體161上的一熱交換入口162與一熱交換出口163，及一設置於該殼體161中且繞呈螺旋狀並流通有冷卻液體(一般是冷卻水)的冷凝管164。

參閱圖1、2，利用外密封機構15帶溝槽的輸送環151能隨設備軸心轉動，進而帶動隔絕液102於軸封裝置1與熱交換器16中產生自循環，達到熱交換目的。

降低了該內密封機構14與外密封機構15之摩擦熱而升溫的隔絕液102是由該流出口122與該熱交換入口162流入該殼體161內，利用冷凝管164中的冷卻液體與隔絕液102進行熱交換使隔絕液102降溫冷卻後，再由該熱交換出口163與該流入口121流入該容置空間13，以充分循環使用隔絕液102。

該熱交換器16雖然已能達成熱交換之功能，但是，單一冷凝管164的熱交換面積有限，導致熱交換能力不足，若是由該流出口122所流出的隔絕液102溫度過高(高於200℃)時，由於，該熱交換器16的熱交換能力不足，將無法使隔絕液102充分降溫，導致該軸封裝置1的構件需長時間於高溫環境下運作，不但會大幅縮減該軸封裝置1的使用壽命，更容易因橡膠構件老化、變形或材料熱膨冷縮過大，影響結構的穩定性而產生滲漏引發工安意外。

若是為了提升該熱交換器16整體的熱交換能力，而將該冷凝管164完全佈滿於該殼體161內，非常佔空間，不但會使該殼體161中所能容納之隔絕液102的量變少，也可能會與插入殼體161內的儀控裝置發生干涉，另外，由於冷卻面積有限，當製程側溫度高於200℃，冷卻液溫度隨之升高，而降低了整體的熱交換能力。

因此，本發明之目的，即在提供一種藉由增加熱交換面積與循環液體總流量以提升熱交換能力，進而增加軸封使用壽命避免工安意外發生的軸封之熱交換裝置。

於是，本發明軸封之熱交換裝置是用於一軸封上，該熱交換裝置包含一儲存單元，以及一設置於該儲存單元中的冷卻單元。該儲存單元包括一個儲存有循環液體之儲存桶，該儲存桶具有相間隔之一循環液出口與一循環液回流口，該儲存桶具有一兩端開放的桶體、分別封閉該桶體兩相反端的一下蓋與一上蓋，及一由該桶體與該上蓋及該下蓋相配合界定出用以容納循環液體的儲存空間，該循環液出口與該下蓋間的距離小於該循環液回流口與該下蓋間的距離。

該冷卻單元包括一容置於該儲存桶中的第一冷卻盤管、一容置於該儲存桶中並環繞該第一冷卻盤管的第二冷卻盤管、一連接於該儲存桶上以輸入冷卻流體的冷卻流體入口、一連接於該儲存桶上以排出冷卻流體的冷卻流體出口、一連通該冷卻流體入口的第一匯集空間，及一連通該冷卻流體出口的第二匯集空間，該第一冷卻盤管與該第二冷卻盤管的兩端是分別連接該第一匯集空間與該第二匯集空 間。

循環液體是經由該循環液出口流入該軸封內並吸熱升溫，再由該循環液回流口回流入該儲存桶中，並與流通於該第一冷卻盤管與該第二冷卻盤管中的冷卻流體進行熱交換而放熱降溫。

另一方面，本發明軸封之熱交換裝置，其中該儲存桶也可以是具有一兩端開放的桶體、分別封閉該桶體兩相反端的一法蘭與一上蓋，以及一由該桶體與該上蓋及該法蘭相配合界定出以容納循環液體的儲有空間，該循環液出口與該法蘭間的距離小於該循環液回流口與該法蘭間的距離，而該第一匯集空間與該第二匯集空間是形成於該法蘭。且該第一冷卻盤管至該法蘭之總高度大於該第二冷卻盤管至該法蘭之總高度。

本發明的有益效果在於：利用該第二冷卻盤管環繞該第一冷卻盤管的結構設計，增加冷卻流體與循環液體的熱交換面積，提升冷卻液總流量，使循環液體於再次流入該軸封前能充分降溫，提升循環液體對該軸封的冷卻效果，避免高溫使橡膠構件老化、變形或材料發生熱漲冷縮過大，進而增加該軸封的使用壽命，降低軸封維修的頻率。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3，本發明軸封之熱交換裝置2之第一較佳實施 例包含一儲存有循環液體200的儲存單元3、一設置於該儲存單元3中的冷卻單元4、一用以偵測循環液體200液位高低的液位偵測單元5，及一用以偵測與調整該儲存單元3之壓力的壓力控制單元6。

該儲存單元3包括一個儲存有循環液體200的儲存桶31，該儲存桶31具有一兩端開放的桶體311、分別封閉該桶體311兩相反端的一下蓋312及一上蓋313、一由該桶體311與下蓋312及上蓋313相配合界定出以容納循環液體200的儲存空間314、相間隔地連設於該桶體311上且與該儲存空間314相連通之一循環液出口315與一循環液回流口316，及一設置於該下蓋312且連通該儲存空間314用以洩除循環液體200的排出口317。

於本較佳實施例中，該循環液出口315與該下蓋312間的距離小於該循環液回流口316與該下蓋312間的距離。

該冷卻單元4包括一容置於該儲存桶31中的第一冷卻盤管41、一容置於該儲存桶31中並環繞該第一冷卻盤管41的第二冷卻盤管42、一連接於下蓋312上以輸入冷卻流體的冷卻流體入口43、一連接於下蓋312上以排出冷卻流體的冷卻流體出口44、一連通該冷卻流體入口43與下蓋312的第一匯集空間45，及一連通該冷卻流體出口44的第二匯集空間46，且該第一冷卻盤管41至下蓋312之總高度大於第二冷卻盤管42至下蓋312之總高度。

該第一冷卻盤管41與第二冷卻盤管42的兩端是分別 連通該第一匯集空間45與該第二匯集空間46，藉由該第一匯集空間45與該第二匯集空間46，冷卻流體能如圖3中箭頭21所示，由該冷卻流體入口43經該第一匯集空間45同時輸入該第一冷卻盤管41與該第二冷卻盤管42中，之後再如箭頭22所示，同時經該第二匯集空間46而由該冷卻流體出口44排出。

該液位偵測單元5包括一連設於該上蓋313上且連通該儲存空間314以輸入循環液體200的注入口51、一形成於該桶體311上的液視窗52、間隔連設於該桶體311上且連通該儲存空間314的一第一感測孔53與一第二感測孔54、一設置於該第一感測孔53的第一液位開關55，及一設置於該第二感測孔54的第二液位開關56。其中，該第一液位開關55與第二液位開關56能夠感測循環液體200在桶體311中的高低液位。

該液視窗52是能用以觀察循環液體200的液面高度，且當循環液體200的液面低於該第一液位開關55時，該第一液位開關55即會發信號給儀控裝置(圖未示)，以控制循環液體200由該注入口51注入該儲存空間314內，或警示現場人員前來補充循環液，使循環液體200至少佔液視窗52約2/3的液位高度，以維持循環冷卻的效果。

該壓力控制單元6包括一連設於該上蓋313上且連通該儲存空間314的連接口61、一連接於該連接口61上的連接管路62、一設置於該連接管路62之一端上的進排氣閥63，及一設置於該連接管路62上的壓力計64。

參閱圖3、4，該熱交換裝置2是以二管路201接設於一軸封7上，該軸封7包含被一轉軸71所穿置的軸套72、一被該軸套72所穿置並形成有一流入口731與一流出口732的格蘭蓋73、一形成於該格蘭蓋73與該軸套72間且與該流入口731與該流出口732相連通的容置空間74，及一位於該容置空間74中的輸送機構75。所述管路201是分別連接該流入口731與該循環液出口315，以及該流出口732與該循環液回流口316。

容納於該儲存空間314中的循環液體200是經由該循環液出口315、管路201與該流入口731而流入該軸封7的容置空間74中，以吸收該軸封7之內部構件摩擦熱或軸封7內側之流體(製程液體)所傳遞出的熱，還能阻擋該軸封7內側可能的揮發性物質外洩，而吸收了摩擦熱而升溫的高溫循環液體200則能經由該流出口732、管路201與該循環液回流口316回流至該儲存空間314中。

利用相互環繞的該第一、二冷卻盤管41、42，可以增加與高溫循環液體200的熱交換面積提升冷卻液的流量，使高溫循環液體200於再次流入該軸封7前，能與流通於該第一、二冷卻盤管41、42之冷卻流體充分進行熱交換而降溫，提升循環液體200對該軸封7的冷卻效果，以減緩該軸封7內彈性元件的老化與變形，同時對運轉中之軸封7相互對磨的構件進行潤滑，防止乾磨的現象，進而增加該軸封7的使用壽命，降低軸封損壞的機率。

而不同環繞內徑之第一、二冷卻盤管41、42的多層級 放置態樣，配合該第二冷卻盤管42的環繞內徑大於第一冷卻盤管41的環繞內徑的設計，可在桶體311內徑不變的條件下增加冷卻液體流量，不但能拉大循環液迴流口316與循環液出口315之溫差，確保由循環液出口315流出的循環液體200已充分冷卻以提升冷卻效率，還能使循環液體200的流動更順暢，進而維持冷卻流體與循環液體200良好的行熱交換效率。

在此要特別說明的是，當軸封7密封失效，使軸封7內側的流體洩漏至儲存空間314中，將造成循環液體200液位上升，當循環液體200的液面高於該第二液位計56時，該第二液位計56即會發信號給中控室，通知人員前來維修以提升現場的安全性，且能由該排出口317洩除過多的循環液體200。

而當軸封7內側的流體無毒性與腐蝕性，該儲存單元3則不需加壓，因此，進排氣閥63則保持排氣；若當軸封7內側的流體有毒性及腐蝕性，該儲存單元3則需加壓，因此，該進排氣閥63保持進氣，避免軸封7內側的流體洩漏至空氣中。

參閱圖5，本發明軸封之熱交換裝置2之第二較佳實施例大致是與該第一較佳實施例相似，包含一儲存單元3、一冷卻單元4、一液位偵測單元5，及一壓力控制單元6。不相同的地方在於：該儲存桶31具有一兩端開放的桶體311、分別封閉該桶體311兩相反端的一法蘭318與一上蓋313、一由該桶體313與該上蓋313及法蘭318相配合界定出 以容納循環液體200的儲存空間314、一與該法蘭相318配合而形成於該桶體311的凸緣32、多數螺合該法蘭318與該凸緣32的螺栓319，及一介於該法蘭318與該桶體311間的密封環310，該循環液出口315與該法蘭318間的距離小於該循環液回流口316與該法蘭318間的距離，而該第一匯集空間45與該第二匯集空間46是形成於該法蘭318。

由於本實施例大致是與該第一較佳實例相同，因此，除了可以達成與該第一較佳實施例相同的功效外，也提供另一種態樣供使用者選擇。

綜上所述，本發明軸封之熱交換裝置2，是利用該第二冷卻盤管42環繞該第一冷卻盤管41的結構設計，以增加熱交換面積與冷卻液體流量，使高溫循環液體200於再次流入該軸封7前，能與流通於該第一、二冷卻盤管41、42中之冷卻流體充分進行熱交換，提升循環液體200對該軸封7的冷卻效果，確保循環液出口315之循環液體200溫度已充分冷卻，以減緩該軸封7之彈性元件老化與變形速度，進而增加該軸封7的使用壽命，降低軸封維修的頻率。而在儲存空間314容積不變的情況下，第一、二冷卻盤管41、42的多層設置，不但可降低第一冷卻盤管41與第二冷卻盤管42的總高度，避免與液位偵測裝置5干涉，另可以增加該儲存空間314之循環液體200的儲存量，也能減少盤管對於循環液體200的流動所產生的阻力，進而使循環液體200的流動更順暢，而維持冷卻流體與循環液體200良好的熱交換效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧熱交換裝置

200‧‧‧循環液體

201‧‧‧管路

21、22‧‧‧箭頭

3‧‧‧儲存單元

31‧‧‧儲存桶

311‧‧‧桶體

312‧‧‧下蓋

313‧‧‧上蓋

314‧‧‧儲存空間

315‧‧‧循環液出口

316‧‧‧循環液回流口

317‧‧‧排出口

318‧‧‧法蘭

319‧‧‧螺栓

310‧‧‧密封環

32‧‧‧凸緣

4‧‧‧冷卻單元

41‧‧‧第一冷卻盤管

42‧‧‧第二冷卻盤管

43‧‧‧冷卻流體入口

44‧‧‧冷卻流體出口

45‧‧‧第一匯集空間

46‧‧‧第二匯集空間

5‧‧‧液位偵測裝置

51‧‧‧注入口

52‧‧‧液視窗

53‧‧‧第一感測孔

54‧‧‧第二感測孔

55‧‧‧第一液位開關

56‧‧‧第二液位開關

6‧‧‧壓力控制單元

61‧‧‧連接口

62‧‧‧連接管路

63‧‧‧進排氣閥

64‧‧‧壓力計

7‧‧‧軸封

71‧‧‧轉軸

72‧‧‧軸套

73‧‧‧格蘭蓋

731‧‧‧流入口

732‧‧‧流出口

74‧‧‧容置空間

75‧‧‧輸送機構

圖1是一剖視圖，說明中華民國公告第459938號「轉動機械用之卡夾式軸封裝置」新型專利；圖2是一側視圖，說明一現有的熱交換器；圖3是一局部剖視圖，說明本發明軸封之熱交換裝置的第一較佳實施例；圖4是一局部剖視圖，說明該較佳實施例的應用態樣；及圖5是一局部剖視圖，說明本發明軸封之熱交換裝置的第二較佳實施例。

2．．．熱交換裝置

21、22．．．箭頭

200．．．循環液體

3．．．儲存單元

31．．．儲存桶

311．．．桶體

312．．．下蓋

314．．．儲存空間

313．．．上蓋

315．．．循環液出口

316．．．循環液回流口

317．．．排出口

4．．．冷卻單元

41．．．第一冷卻盤管

42．．．第二冷卻盤管

43．．．冷卻流體入口

44．．．冷卻流體出口

45．．．第一匯集空間

46．．．第二匯集空間

5．．．液位偵測單元

51．．．注入口

52．．．液視窗

53．．．第一感測孔

54．．．第二感測孔

55．．．第一液位開關

56．．．第二液位開關

6．．．壓力控制單元

61．．．連接口

62．．．連接管路

63．．．進排氣閥

64．．．壓力計

Claims (9)

1. 一種軸封之熱交換裝置，是用於一軸封上，該熱交換裝置包含：一儲存單元，包括一個儲存有循環液體的儲存桶，該儲存桶具有相間隔之一循環液出口與一循環液回流口，該儲存桶具有一兩端開放的桶體、分別封閉該桶體兩相反端的一下蓋與一上蓋，及一由該桶體與該上蓋及該下蓋相配合界定出以容納循環液體的儲存空間，該循環液出口與該下蓋間的距離小於該循環液回流口與該下蓋間的距離；及一冷卻單元，包括一容置於該儲存桶中的第一冷卻盤管、一容置於該儲存桶中並環繞該第一冷卻盤管的第二冷卻盤管、一連接於該儲存桶上以輸入冷卻流體的冷卻流體入口、一連接於該儲存桶上以排出冷卻流體的冷卻流體出口、一連通該冷卻流體入口的第一匯集空間，及一連通該冷卻流體出口的第二匯集空間，該第一冷卻盤管與該第二冷卻盤管的兩端是分別連接該第一匯集空間與該第二匯集空間，該第一冷卻盤管至該下蓋之總高度大於該第二冷卻盤管至該下蓋之總高度；該循環液體是經由該循環液出口流入該軸封內並吸熱升溫，再由該循環液回流口回流入該儲存桶中，而與流通於該第一冷卻盤管與該第二冷卻盤管中的冷卻流體進行熱交換而放熱降溫。
2. 根據申請專利範圍第1項所述軸封之熱交換裝置，其中 ，該儲存桶還具有一設置於該下蓋且連通該儲存空間以洩除循環液體的排出口。
3. 根據申請專利範圍第1或2項所述軸封之熱交換裝置，更包含一液位偵測單元，該液位偵測單元包括一連設於該儲存桶上且連通該儲存空間以輸入循環液體的注入口、一連設於該桶體上且連接儲存空間的一第一感測孔、一與該一第一感測孔間隔連設於該桶體上且連接儲存空間的第二感測孔、一設置於該第一感測孔中以感測循環液液位的第一液位開關、一設置於該第二感測孔中以感測循環液液位的第二液位開關，及一形成與該桶體上的液視窗。
4. 根據申請專利範圍第3項所述軸封之熱交換裝置，其中，該第一匯集空間與該第二匯集空間是形成於該下蓋。
5. 一種軸封之熱交換裝置，是用於一軸封上，該熱交換裝置包含：一儲存單元，包括一個儲存有循環液體的儲存桶，該儲存桶具有相間隔之一循環液出口與一循環液回流口，該儲存桶具有一兩端開放的桶體、分別封閉該桶體兩相反端的一法蘭與一上蓋，以及一由該桶體與該上蓋及該法蘭相配合界定出以容納循環液體的儲存空間，該循環液出口與該法蘭間的距離小於該循環液回流口與該法蘭間的距離，而該第一匯集空間與該第二匯集空間是形成於該法蘭；及一冷卻單元，包括一容置於該儲存桶中的第一冷卻 盤管、一容置於該儲存桶中並環繞該第一冷卻盤管的第二冷卻盤管、一連接於該儲存桶上以輸入冷卻流體的冷卻流體入口、一連接於該儲存桶上以排出冷卻流體的冷卻流體出口、一連通該冷卻流體入口的第一匯集空間，及一連通該冷卻流體出口的第二匯集空間，該第一冷卻盤管與該第二冷卻盤管的兩端是分別連接該第一匯集空間與該第二匯集空間，該第一冷卻盤管至該法蘭之總高度大於該第二冷卻盤管至該法蘭之總高度；該循環液體是經由該循環液出口流入該軸封內並吸熱升溫，再由該循環液回流口回流入該儲存桶中，而與流通於該第一冷卻盤管與該第二冷卻盤管中的冷卻流體進行熱交換而放熱降溫。
6. 根據申請專利範圍第5項所述軸封之熱交換裝置，其中，該儲存桶還具有一與該法蘭相配合而形成於該桶體的凸緣、多數螺合該法蘭與該凸緣的螺栓，及一介於該法蘭與該桶體間的密封環。
7. 根據申請專利範圍第6項所述軸封之熱交換裝置，其中，該儲存桶還具有一設置於該法蘭且連通該儲存空間以洩除循環液體的排出口。
8. 根據申請專利範圍第6或7項所述軸封之熱交換裝置，更包含一液位偵測單元，該液位偵測單元包括一連設於該儲存桶上且連通該儲存空間以輸入循環液體的注入口、一連設於該桶體上且連接儲存空間的一第一感測孔、一與該一第一感測孔間隔連設於該桶體上且連接儲存空 間的第二感測孔、一設置於該第一感測孔中以感測循環液液位的第一液位開關、一設置於該第二感測孔中以感測循環液液位的第二液位開關，及一形成與該桶體上的液視窗。
9. 根據申請專利範圍第8項所述軸封之熱交換裝置，更包含一用以調整該儲存空間之壓力的壓力控制單元，該壓力控制單元包括一連設於該儲存桶上且連通該儲存空間的連接口、一連接於該連接口上的連接管路、一設置於該連接管路上的進排氣閥，及一設置於該連接管路上的壓力計。