特許 7634556 メカニカルシール装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-13

(45)【発行日】2025-02-21

(54)【発明の名称】メカニカルシール装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20250214BHJP

   B04B 11/02 20060101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 H

B04B11/02

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022564439

(86)(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-31

(86)【国際出願番号】 EP2021057735

(87)【国際公開番号】W WO2021213776

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-12-15

(31)【優先権主張番号】20171270.0

(32)【優先日】2020-04-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】509005513

【氏名又は名称】アルファ－ラヴァル・コーポレート・アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ヨハン・フォースルンド

【審査官】久米 伸一

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５９－１３７４６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－１６７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４８３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０４２６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５４１０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０２７７５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－１５８０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６６６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０３３９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２３５５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３４

Ｂ０４Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

メカニカルシール装置（１６）を備える遠心分離機（１）であって、前記遠心分離機（１）は、
ロータ（２）であって、前記ロータ（２）が、分離チャンバ（４）を前記ロータ（２）自体の中に形成し、前記分離チャンバが、円錐台状の分離ディスク（６）のスタックを備えている、ロータ（２）を備え、
前記メカニカルシール装置（１６）は、
第１のシール面（２０）を備える第１のシールリング（１８）と、
第２のシール面（２４）を備える第２のシールリング（２２）と、を備え、
前記第１のシール面および前記第２のシール面（２０、２４）は、前記メカニカルシール装置のシール（５０）を形成するために互いに面するように構成されており、
前記第１のシールリング（１８）は第１の中心軸（３６）を有し、前記第２のシールリング（２２）は第２の中心軸（３８）を有し、前記第１のシールリング（１８）の前記第１の中心軸（３６）は、前記第２のシールリング（２２）の前記第２の中心軸（３８）と一致するように構成されており、
冷却流体のための少なくとも１つのチャネル（２６）が前記第１のシールリング（１８）内に配置されており、少なくとも１つの前記チャネル（２６）は、入口（２８）および出口（３０）を備え、
少なくとも１つの前記チャネル（２６）の前記出口（３０）は、前記第１のシールリング（１８）の前記第１のシール面（２０）の脇に配置され、少なくとも１つの前記チャネル（２６）の前記出口（３０）は、前記第１の中心軸（３６）から、前記形成されたシール（５０）の外半径（Ｒ１）より大きな半径方向の距離（Ｄ）をおいて配置され、
前記冷却流体の流れを制限するために、制限部分（４０）が少なくとも１つの前記チャネル（２６）に関連してかつ前記チャネル（２６）の外側に配置される、遠心分離機（１）。

【請求項2】

少なくとも１つの前記チャネル（２６）の前記出口（３０）は、前記第１のシールリング（１８）の前記第１のシール面（２０）および前記第２のシールリング（２２）の前記第２のシール面（２４）と流体接続状態で配置される、請求項１に記載の遠心分離機（１）。

【請求項3】

前記第２のシールリング（２２）の前記第２のシール面（２４）の外半径（Ｒ２）は、前記第１のシールリング（１８）の前記第１のシール面（２０）の前記外半径（Ｒ１）より大きく、少なくとも１つの前記チャネル（２６）の前記出口（３０）は、前記第２のシールリング（２２）の前記第２のシール面（２４）の方に向けられる、請求項１および２のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項4】

前記制限部分（４０）は、少なくとも１つの前記チャネル（２６）の前記入口（２８）を少なくとも部分的に覆うように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項5】

前記制限部分（４０）は、前記第１のシールリング（１８）上に載置されるように構成され、少なくとも１つの前記チャネル（２６）の前記入口（２８）を少なくとも部分的に覆うように構成されたワッシャ要素（４０）である、請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項6】

少なくとも２つのチャネル（２６）が、前記第１のシールリング（１８）の周りに均等に分散される、請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項7】

前記チャネル（２６）の数は、間隔をおいて４から８とされ、前記チャネル（２６）は前記第１のシールリング（１８）の周りに均等に分散される、請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項8】

前記第２のシールリング（２２）における材料は、前記第１のシールリング（１８）における材料より堅い、請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項9】

前記第２のシールリング（２２）における材料は炭化ケイ素を含み、前記第１のシールリング（１８）における材料はグラファイトである、請求項１から８のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項10】

前記第２のシールリング（２２）における材料は、前記第１のシールリング（１８）における材料の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項11】

前記第１のシールリング（１８）内の少なくとも１つの前記チャネル（２６）は、前記第１の中心軸（３６）と平行な延長部を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項12】

前記第１のシールリング（１８）の前記第１のシール面（２０）は第１の垂線（４２）を有し、前記第２のシールリング（２２）の前記第２のシール面（２４）は、第２の垂線（４４）を有し、前記第１の垂線および前記第２の垂線（４２、４４）の方向は、前記第１のシールリング（１８）の前記第１の中心軸（３６）の方向と平行であり、かつ前記第２のシールリング（２２）の前記第２の中心軸（３８）の方向と平行である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【請求項13】

前記第１のシールリング（１８）は静止するように構成され、前記第２のシールリング（２２）は回転可能に構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の遠心分離機（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、添付の特許請求の範囲による、遠心力分離機のためのメカニカルシール装置に関する。本発明はまた、添付の特許請求の範囲による、メカニカルシール装置を備える遠心力分離機にも関する。

【背景技術】

【0002】

遠心分離機は、液体、気体および固体粒子を互いから分離するように構成される。加えて、一緒に混合された、異なる密度の液体もまた、遠心分離機内で互いから分離されてよい。一緒に混合された、異なる密度の気体もまた遠心分離機内で互いから分離されてよい。遠心分離機は、液体、気体または固体粒子が遠心分離機から漏出するのを阻止するために密封されなければならない。遠心分離機の一部の部分は回転するため、漏出は回転部分と静止部分との間で生じる可能性がある。したがって、メカニカルシールが分離機内の回転部分と静止部分との間に配置されてよい。回転部分と静止部分との間の相対的な回転運動のために、回転部分と静止部分との間に配置されるメカニカルシールの密封面の間に熱が生じる可能性がある。一部の遠心分離機用途では、メカニカルシールは気密シールであってよい。

【0003】

特許文献１は、遠心分離機のためのシール組立体を開示する。シール組立体は、２つの密封リングを備え、これらは、２つの密封リングの係合時に二重接触シールが形成されるように配置される。一方または両方の密封リング内のチャンバに冷却流体が供給されてよい。チャンバは、シール組立体内での漏出を検出するために使用されてよい。さらに、シール組立体内の漏出を阻止するために、加圧下の流体がチャンバに供給されてもよい。

【0004】

特許文献２は、遠心分離機のケーシングのためのメカニカルシールを開示する。２つの密封リングは、ケーシングの底部にある開口を介してラジアル軸受を取り囲む空間との接続部からケーシングの内部を密封するために、互いに対して軸方向に当接しており、一方は回転可能であり、一方は回転不能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許出願公開２０２０／０１６６１０号明細書

【文献】米国特許第Ｓ４６５４０２３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

密封面の間の相対運動によりメカニカルシール内で生じた熱は、メカニカルシールの寿命を縮める可能性がある。加えて、メカニカルシール内に生じた熱は、シールの破損および漏出をもたらす場合がある。さらに、メカニカルシールの異なる領域での大きな温度差も、シールの破損および漏出をもたらし、寿命を縮める可能性がある。したがって、より長い寿命を有し、シールの破損および漏出のない厳重なシールを提供する、遠心分離機のためのメカニカルシール装置を開発するための要望がある。さらに、シール内の温度差が低い、遠心分離機のためのメカニカルシール装置を開発するための要望もある。加えて、長い寿命を有し、シールの破損および漏出のない厳重なシールを提供するメカニカルシール装置が備わった遠心分離機を開発するための要望もある。

【0007】

よって、本発明の目的は、長い寿命を有し、シールの破損および漏出のない厳重なシールを提供する、遠心分離機のためのメカニカルシール装置を開発することである。さらに、気密シールを提供する、遠心分離機のためのメカニカルシール装置を開発する目的もある。さらに、シール内の温度差が低い、遠心分離機のためのメカニカルシールを開発する目的もある。加えて、長い寿命を有し、シールの破損および漏出のない厳重なシールを提供するメカニカルシール装置が備わった遠心分離機を開発する目的もある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

これは、添付の特許請求の範囲による遠心分離機のためのメカニカルシール装置によって達成される。これはまた、添付の特許請求の範囲によるメカニカルシール装置を備える遠心分離機によっても達成される。

【0009】

本発明の態様によって、遠心分離機のためのメカニカルシール装置が提供される。メカニカルシール装置は、第１のシール面を備える第１のシールリングと、第２のシール面を備える第２のシールリングとを備え、第１のシール面および第２のシール面は、密封リングのシールを形成するために互いに面するように構成されており、第１のシールリングは第１の中心軸を有し、第２のシールリングは第２の中心軸を有し、第１のシールリングの第１の中心軸は、第２のシールリングの第２の中心軸と一致するように構成されており、冷却流体のための少なくとも１つのチャネルが第１のシールリング内に配置され、少なくとも１つのチャネルは、入口および出口を備え、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１のシールリングの第１のシール面に配置され、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１の中心軸から、形成されたシールの外半径より大きな半径方向の距離をおいて配置される。

【0010】

よってシール組立体は、気密シールを形成し得るメカニカルシールである。シール組立体は、静止部分と回転可能部分との間にシールを形成するためのものである。そのようなメカニカルシール装置は、長い寿命を有し、シールの破損および漏出のリスクが低減された厳重なシールを提供する。さらに、メカニカルシール装置内の温度差も低くなる。

【0011】

開示によって、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１の中心軸から、形成されたシールの外半径より大きな半径方向の距離をおいて配置される。したがって、少なくとも１つのチャネルの出口は、密封装置の形成されたシールの半径方向外側に配置される。メカニカルシール装置内のチャネルの出口の半径方向外側の２つの対向する密封面の間の同軸平面内にさらなるシールは形成されない。

【0012】

冷却流体は、メカニカルシール装置内の熱を吸収し、これによりメカニカルシール装置内の温度を低下させる。さらに、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１のシールリングの第１のシール面に、すなわちその隣に、またはその脇に配置されるため、冷却流体は、第１のシール面の近く、およびこれにより、形成されたシールの近くを通ることになる。第１のシール面と第２のシール面の相対運動によって生じた熱は、冷却流体が少なくとも１つのチャネル内を流れるとき、冷却流体によって吸収されてよい。少なくとも１つのチャネルは、シールリング内の温度を均一にするように構成される。シールリング内の均一にされた温度は、シールリングの亀裂や変形、ならびに第１のシール面および第２のシール面の亀裂や変形を阻止することができる。冷却流体が少なくとも１つのチャネルから外に流れるとき、少なくとも１つのチャネルの出口は第１のシール面と第２のシール面との間の密封装置の形成されたシールに、すなわちその隣に、またはその脇に配置されるため、冷却流体は、第１のシール面および第２のシール面の領域へと流れる。第１のシール面と第２のシール面の相対運動によって生じた熱は、冷却流体が第１のシール面および第２のシール面との流体接続部を有するとき、冷却流体によって吸収されてよい。これは、第１のシール面および第２のシール面内の温度を低下させる。

【0013】

本発明の一態様によって、遠心分離機が提供される。遠心分離機は、本明細書に開示されるメカニカルシール装置を備える。

【0014】

本明細書に開示されるメカニカルシール装置が備わったそのような遠心分離機は、長い寿命を有し、またシールの破損および漏出のリスクが低減された厳重なシールを提供する。

【0015】

本発明の追加の目的、利点および新規の特徴は、以下の詳細から、および本発明の実行を通して当業者に明らかになるであろう。発明は以下に記載されるが、発明は、具体的に記載される詳細に限定されない場合があることは明らかであろう。当業者は、本明細書の教示を利用する機会を有し、発明の範囲内にある、他の分野における追加の用途、変更形態および組み込みを認識するであろう。

【0016】

本開示およびそのさらなる目的および利点のより完全な理解のために、以下に記載された詳細な記載は、添付の図面と併せて読むべきであり、図面の中では、同一の参照符号の表記は、種々の図面において同様のものを指している。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一例による遠心分離機の概略図である。

【図2】一例による遠心分離機の入口および出口装置の概略断面図である。

【図3】図２の線Ｉ－Ｉに沿った概略断面図である。

【図4】図２の詳細な概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本開示によって、遠心分離機のためのメカニカルシール装置が提供される。メカニカルシール装置は、第１のシール面を備える第１のシールリングと、第２のシール面を備える第２のシールリングとを備え、第１のシール面および第２のシール面は、メカニカルシール装置のシールを形成するために互いに面するように構成される。第１のシールリングは、第１の中心軸を有し、第２のシールリングは、第２の中心軸を有し、第１のシールリングの第１の中心軸は、第２のシールリングの第２の中心軸と一致するように構成される。これは、第１のシールリングおよび第２のシールリングは、共通の中心軸を有してよいことを意味する。冷却流体のための少なくとも１つのチャネルが第１のシールリング内に配置され、少なくとも１つのチャネルは、入口および出口を備える。少なくとも１つのチャネルの出口は、第１のシールリングの第１のシール面に、すなわちその隣に、またはその脇に配置される。少なくとも１つのチャネルの出口は、第１の中心軸から、形成されたシールの外半径より大きな半径方向の距離をおいて配置される。

【0019】

よってメカニカルシール装置の形成されるシールは、チャネルの出口の半径方向内側に位置する。メカニカルシール装置は、第１の密封リングおよび第２の密封リングの対向する面の間にはさらなるシールまたは密封境界面を形成せず、これは、第１の面および第２の面と同じ軸平面内に半径方向に延在する。すなわち、冷却流体のためのチャネルの半径方向外側に延在する。よって形成されるシールは、単一の接触シールのタイプである。

【0020】

メカニカルシール装置は、遠心分離機内の回転部分と静止部分との間に配置されてよい。メカニカルシール装置は、代替として異なる回転速度を有する２つの回転部分の間に配置されてもよい。メカニカルシール装置は、流体または気体がシールを通過するのを阻止するように構成されてよい。しかしながら流体または気体は、シールのシール面の間に極めて薄い膜を形成する場合がある。この薄膜は、シール面上の潤滑作用を有する。

【0021】

メカニカルシール装置は、気密シールを提供してよく、これは、いかなる流体または気体もシールを通過するのを阻止する。

【0022】

遠心分離機は、異なる密度を有する流体および気体を分離するように構成されてよい。分離機は、作動中、流体または気体の遠心分離がその中で行われる分離チャンバをそれ自体の中に形成するロータを備えてよい。分離チャンバには、流体または気体の有効な分離を促進するために円錐台状の分離ディスクのスタックが備わっている。上部が切り取られた円錐分離ディスクのスタックは、表面拡大インサートの例であり、中心に、かつロータと同軸に嵌合される。分離機の作動中、分離されるべき流体または気体は分離空間に運ばれる。密度に応じて、流体または気体の異なる相が分離ディスクの間で分離される。流体または気体のより重い成分は分離ディスクの間を半径方向外向きに移動するのに対して、より低密度の相は分離ディスクの間を半径方向内向きに移動し、分離機内の半径方向の最も内側のレベルに配置された出口を通るようにされる。より高密度の成分は、代わりに、より大きな半径方向の距離にある出口を通して外に出るようにされる。流体内の何らかの可能性のある固体またはスラッジが分離チャンバの周辺に堆積し、１組の放射状に開いたスラッジ出口によって分離空間から断続的に出され、そうするとすぐにスラッジは排出される。

【0023】

第１のシールリングは、特定の直径と軸方向の延長部を有してよく、これらは、遠心分離機のタイプおよびサイズに適合される。第１のシールリングの第１のシール面は、円形構成を有する。第１のシール面は、流体および気体の有効なシールを提供する滑らかさを有する。

【0024】

第２のシールリングは、特定の直径と軸方向の延長部を有してよく、これらは、遠心分離機のタイプおよびサイズに適合される。第２のシールリングの第２のシール面は、円形構成を有する。第２のシール面は、流体および気体の有効なシールを提供する滑らかさを有する。

【0025】

第１のシール面および第２のシール面は、互いに面するように構成される。第１のシール面と第２のシール面との間の接触領域は、メカニカルシール装置のシールを構成する。あるいは、第１のシール面と第２のシール面との間の流体または気体の薄膜によって提供される境界面が、メカニカルシール装置のシールを構成する。

【0026】

第１のシール面および第２のシール面は同一の領域または異なる領域を有してよい。第１のシール面および第２のシール面は、同一の滑らかさまたは異なる滑らかさを有してよい。

【0027】

第１のシール面と第２のシール面を一緒に付勢するためにアクチュエータが配置されてよい。そのようなアクチュエータは、コイルばねなどのばねであってよい。

【0028】

第１のシール面と第２のシール面との間の相対的な回転運動のために、密封面内、および第１のシールリングおよび第２のシールリング内に熱が生成される可能性がある。加えて、遠心分離機内で分離されるべき流体および気体は、高い温度を有する場合があり、これは、第１のシールリングおよび第２のシールリング内の温度を上昇させる可能性がある。少なくとも１つのチャネルが、第１のシールリング内に配置され、これはメカニカルシール装置内の温度を下げるように構成される。加えて、少なくとも１つのチャネルは、第１のシールリング内の温度を均一にするように構成される。第１のシールリング内の均一にされた温度は、第１のシールリング内および第１のシール面内の亀裂や変形を阻止することができる。加えて、少なくとも１つのチャネルは、第２のシールリング内の温度を均一にするように構成される。第２のシールリング内の均一にされた温度は、第２のシールリング内および第２のシール面内の亀裂や変形を阻止することができる。

【0029】

冷却流体が冷却流体源から提供されてよく、冷却流体源は、遠心分離機、およびメカニカルシール装置の少なくとも１つの冷却チャネルに接続される。冷却流体は、冷却流体源内で冷却されてよい。冷却流体は、それが遠心分離機に進入する際、特定の初期温度を有してよく、この温度は、遠心分離機内の特有の分離プロセスに適合される。冷却流体は、液体、気体または粉末であってよい。冷却流体は、潤滑特性を有してよい。冷却流体は、メカニカルシール装置内の熱を吸収し、これによりメカニカルシール装置内の温度を下げる。少なくとも１つのチャネル内に冷却流体の流れを生成するためにポンプが配置されてよい。重力が、少なくとも１つのチャネル内の冷却流体の流れを生成してよい。

【0030】

少なくとも１つのチャネルは、第１のシールリング内に配置された入口および出口を備える。冷却流体は、入口を通って少なくとも１つのチャネルに進入し、出口を通って少なくとも１つのチャネルを出て行くように構成される。よって、少なくとも１つのチャネルは冷却チャネルを形成してよい。

【0031】

少なくとも１つのチャネルの出口は、第１のシールリングの第１のシール面に、すなわちその脇に配置されるため、冷却流体は、第１のシール面の近くを通る。第１のシール面と第２のシール面の相対運動によって生じた熱は、冷却流体が少なくとも１つのチャネル内を流れるとき冷却流体によって吸収されてよい。冷却流体が少なくとも１つのチャネルから外に流れるとき、冷却流体は、第１のシール面および第２のシール面の領域へと流れる。第１のシール面と第２のシール面の相対運動によって生じた熱は、冷却流体が第１のシール面および第２のシール面との流体接続部を有する場合、冷却流体によって吸収されてよい。これは、第１のシール面および第２のシール面内の温度を下げる。

【0032】

さらに、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１の中心軸から、形成されたシールの外半径より大きな距離をおいて配置されるため、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１のシールリングの第１のシール面の外半径の半径方向外側に配置される。この構成は、シールリング内の温度、ならびに第１のシール面および第２のシール面内の温度も下げる。

【0033】

一態様によると、少なくとも１つのチャネルの出口は、第１のシールリングの第１のシール面および第２のシールリングの第２のシール面と流体接続状態で配置される。

【0034】

一態様によると、第２のシールリングの第２のシール面の外半径は、第１のシールリングの第１のシール面の外半径より大きく、この場合、少なくとも１つのチャネルの出口は、第２のシールリングの第２のシール面の方に向けられる。よって、少なくとも１つのチャネルの出口は、第２のシールリングの第２のシール面の外半径の半径方向内側に少なくとも一部が配置され位置決めされる。これは、第１のシールリングの第１のシール面の外半径の半径方向外側に位置決めされる、第２のシール面のその部分を冷却流体が流れる結果になる。第２のシールリング内に生じた熱はその後、冷却流体が第２のシール面と直接の流体接続部を有するとき、冷却流体によって有効に吸収されてよい。これは、第２のシール面内の温度を下げることになる。さらに、冷却流体が第１のシールリングの第１のシール面の外半径の半径方向外側に位置決めされる、第２のシール面のその部分を流れるとき、冷却流体は、シール面の間に容易に進入し、シール面の間に極めて薄い膜を形成してよい。この薄膜は、シール面上で潤滑作用を有する。

【0035】

一態様によると、冷却流体の流れを制限するために、少なくとも１つのチャネル内に、または少なくとも１つのチャネルに制限部分が配置される。

【0036】

制限部分は、少なくとも１つのチャネル内に冷却流体の流量を削減する。加えて、少なくとも１つのチャネル内の冷却流体の体積流量も制限部分によって削減される。制限部分は、縮径を有する少なくとも１つのチャネルの部分であってよい。少なくとも１つのチャネルの全長には、低減された流量および体積流量を達成するために縮径が備わっていてよい。

【0037】

一態様によると、制限部分は、少なくとも１つのチャネルの入口開口を少なくとも部分的に覆うように構成される。

【0038】

制限部分は、入口開口を少なくとも部分的に覆うように配置され、およびこれにより冷却流体が入口開口に進入するのを制限する部材であってよい。制限部分は、入口開口を部分的に覆うために入口開口内および少なくとも１つのチャネル内に配置された部材であってよい。制限部分は、入口開口を部分的に覆うために入口開口の外側、およびこれにより少なくとも１つのチャネルの外側内に配置された部材であってよい。制限部分は、少なくとも１つのチャネル内の冷却流体の流量および体積流量を低減する。

【0039】

一態様によると、制限部分は、第１のシールリング上に載置されるように構成され、少なくとも１つのチャネルの入口を少なくとも部分的に覆うように構成されたワッシャ要素である。

【0040】

ワッシャ要素の内径は、第１のシールリングの内径より大きくてよい。第１のシールリング内の少なくとも１つのチャネルの入口は、ワッシャ要素の内周によって部分的に覆われてよい。ワッシャ要素の外径は、第１のシールリングの外径より小さくてもよい。第１のシールリング内の少なくとも１つのチャネルの入口は、ワッシャ要素の外周によって部分的に覆われてよい。ワッシャ要素の内周または外周には斜面が備わっていてもよく、これは、ワッシャ要素が少なくとも１つのチャネルの入口を部分的に覆うように適合される。あるいは、ワッシャ要素は、少なくとも１つのチャネルの入口より小さい直径を有する貫通穴を備えてもよい。

【0041】

一態様によると、少なくとも２つのチャネルが、第１のシールリングの周りに均等に分散される。

【0042】

第１のシールリングの周りに均等に少なくとも２つのチャネルを分散させることで、冷却流体の流れをチャネル内に均等に分散してよい。これは、第１のシールリング内の温度を均一にし、これにより第１のシールリング内のいかなる温度勾配も回避する。

【0043】

一態様によると、チャネルの数は、間隔をおいて、２から１０とすることができ、例えば、４から８、例えば６であってよく、このチャネルは第１のシールリングの周りに均等に分散される。それによって、密封リングの周辺の周りの十分な冷却を実現することができ、その一方で、機械的な特性はマイナスの影響を受けない。しかしながら、大きな直径を有するメカニカルシール装置が備わった大きな遠心分離機は、第１のシールリングの周りに均等に分散された、より多数のチャネルを備えてもよい。

【0044】

第１のシールリングの周りにチャネルを均等に分散させることによって、チャネルを通る冷却流体の流れを均等に分散させることができる。これは、第１のシールリング内の温度を均一にし、これにより第１のシールリング内のいかなる温度勾配も回避する。

【0045】

一態様によると、第２のシールリングにおける材料は、第１のシールリングにおける材料より堅い。

【0046】

第１のシールリングの第１のシール面は、第１のシールリングと第２のシールリングとの間の相対運動中、第２のシールリングの第２のシール面上を摺動し得るため、表面の摩耗が生じる可能性がある。第２のシールリングにおける材料は、第１のシールリングにおける材料よりも堅いため、摩耗は、第１のシールリング内で実質的に生じる。したがって、第１のシールリングのみをメカニカルシール装置のメンテナンス中に交換するだけでよい。

【0047】

一態様によると、第２のシールリングにおける材料は炭化ケイ素を含み、第１のシールリングにおける材料はグラファイトである。

【0048】

第２のシールリング内の炭化ケイ素は、第１のシールリング内のグラファイトより堅い。したがって摩耗は、第１のシールリング内で実質的に生じる。よって、メカニカルシール装置のメンテナンス中に第１のシールリングのみを交換するだけでよい。グラファイト製の第１のシールリングは、低コストで製造され得る。よって、第１のシールリングの交換は、低コストで行うことができる。

【0049】

一態様によると、第２のシールリングにおける材料は、第１のシールリングにおける材料の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する。

【0050】

第２のシールリング内のより大きな熱伝導率は、シール面の相対運動中の熱生成から熱を吸収し、熱を第２のシール面から離れるように移動させることができる。少なくとも１つのチャネルが第１のシールリング内に配置されるため、生成された熱は、冷却流体を利用して第１のシールリングから離れるように移動される。

【0051】

一態様によると、第１のシールリング内の少なくとも１つのチャネルは、第１の中心軸と平行な延長部を有する。

【0052】

第１の中心軸が遠心分離機内に垂直延長部を有するように第１のシールリングを所定の位置に配置することによって、第１のシールリング内の少なくとも１つのチャネルもまた、垂直延長部を有する。冷却流体は、チャネルが垂直延長部を有する場合、重力によって少なくとも１つのチャネル内を流れることができる。

【0053】

一態様によると、第１のシールリングの第１のシール面は第１の垂線を有し、第２のシールリングの第２のシール面は、第２の垂線を有し、この場合、第１の垂線および第２の垂線の方向は、第１のシールリングの第１の中心軸の方向と平行であり、かつ第２のシールリングの第２の中心軸の方向と平行である。

【0054】

第１のシール面および第２のシール面は、シールを形成するために互いに面するように構成される。よってシール面の第１の垂線および第２の垂線は、互いの方に向けられる。この配置は、シールの破損および漏出のない厳重なシールをもたらす。第１のシール面と第２のシール面の接触領域は、第１のシールリングおよび第２のシールリングの内径および外径によって画定される。

【0055】

一態様によると、第１のシールリングは、静止して配置されるように構成され、第２のシールリングは、回転可能に配置されるように構成される。

【0056】

静止した第１シールリングは、少なくとも１つのチャネルを通る冷却流体を案内する配置を簡素化してよい。

【0057】

本開示によって、遠心分離機が提供される。遠心分離機は、本明細書に開示されるメカニカルシール装置を備える。

【0058】

本明細書に開示されるメカニカルシール装置が備わったそのような遠心分離機は、より長い寿命を有し、またシールの破損および漏出のリスクが低減された厳重なシールを提供する。加えて、遠心分離機内のメカニカルシール装置のメンテナンスは、簡素化され、低コストで行われる。

【0059】

遠心分離機のためのメカニカルシール装置およびメカニカルシール装置を備える遠心分離機を添付の図面と共に記載する。

【0060】

図１は、一例による遠心分離機１を概略的に示す。分離機１は、作動中に流体または気体の遠心分離が行われる分離チャンバ４をそれ自体の中に形成するロータ２を備える。分離チャンバ４には、流体または気体の有効な分離を促進するために、円錐台状の分離ディスク６のスタックが備わっている。分離機の作動中、分離されるべき流体または気体は、遠心分離機１の入口および出口装置８を通って分離チャンバ４内に運ばれる。密度に応じて、流体または気体の異なる相が分離ディスクの間で分離される。流体または気体のより重い成分は分離ディスク６の間を半径方向外向きに移動するのに対して、より低密度の相は分離ディスク６の間を半径方向内向きに移動し、分離機１内の半径方向の最も内側のレベルに配置された第１の出口１０を通るようにされ、さらに入口および出口装置８へと押し進められる。より高い密度の成分は、より大きな半径方向の距離をおいた第２の出口１２を通って押し出され、この成分は分離チャンバ４から断続的に出される。入口および出口装置８は、分離されるべき流体または気体のための第１の入口１４を備える。

【0061】

図２は、一例による遠心分離機１の入口および出口装置８の断面図を概略的に示す。入口および出口装置８は、第１の入口１４および第１の出口１０を備える。メカニカルシール装置１６は、入口および出口装置８内に配置される。メカニカルシール装置１６は、第１のシール面２０を有する第１のシールリング１８と、第２のシール面２４を有する第２のシールリング２２とを備える。第１のシール面２０および第２のシール面２４は、シールを形成するために互いに面するように構成される。冷却流体のためのチャネル２６が第１のシールリング１８内に配置される。各チャネル２６は、入口２８および出口３０を備える。各チャネル２６の出口３０は、第１のシールリング１８の第１のシール面２０に、すなわちその脇に配置される。各チャネル２６は、第１のシールリング１８の第１のシール面２０および第２のシールリング２２の第２のシール面２４と流体接続状態で配置される。冷却流体は、冷却流体源３２から供給され、冷却流体源は、遠心分離機１の第２の入口３４に接続される。第１のシールリング１８は、入口および出口装置８内に静止して配置されるように構成される。第２のシールリング２２は、遠心分離機１の回転可能な構成要素に接続され、したがって第２のシールリング２２は、回転可能に配置されるように構成される。

【0062】

第１のシールリング１８は、第１の中心軸３６を有し、第２のシールリング２２は、第２の中心軸３８を有する。第１のシールリング１８内のチャネル２６は、第１の中心軸３６と平行に延在する。第１のシールリング１８の第１の中心軸３６は、第２のシールリング２２の第２の中心軸３８と一致する。

【0063】

冷却流体は、第２の入口３４を通って遠心分離機１に進入する。第２の入口３４から冷却流体は、第１のシール面２０および第２のシール面２４を一緒に付勢するためにアクチュエータ４１が配置される空洞３９へと流れ込む。図２では、アクチュエータ４１はばねである。

【0064】

図３は、図２の線Ｉ－Ｉに沿った断面図を概略的に示す。６つのチャネル２６が第１のシールリング１８内に配置される。チャネル２６は、第１のシールリング１８の周りに均等に分散され、その結果、チャネル２６を流れる冷却流体の流れは均等に分散される。第１のシールリング１８内で均等に分散されたチャネル２６は、第１のシールリング１８内の温度を均一にし、これにより第１のシールリング１８内のいかなる温度勾配も回避する。

【0065】

図４は、図２の詳細な図を概略的に示す。詳細な図は、メカニカルシール装置１６をより詳細に示す。ワッシャ要素４０は、第１のシールリング１８上に載置されるように構成され、チャネル２６の入口２８を少なくとも部分的に覆うように構成される。ワッシャ要素４０は、チャネル２６内の冷却流体の流れを制限する。各チャネルと関連してワッシャ要素またはこのタイプの他の制限を対応付けることによって、チャネル２６を通る冷却流体の流れを均等に分散させることができる。

【0066】

第１のシールリング１８の第１のシール面２０は、第１の垂線４２を有し、第２のシールリング２２の第２のシール面２４は第２の垂線４４を有する。第１の垂線４２および第２の垂線４４の方向は、第１のシールリング１８の第１の中心軸３６および第２のシールリング２２の第２の中心軸３８の方向と平行である。メカニカルシール装置１６のシールおよび／または密封境界面５０は、第１のシール面２０と第２のシール面２４との間に形成される。

【0067】

図４の矢印４６は、冷却流体の流れ方向および流路を表す。冷却流体は、第２の入口３４（図２を参照）を通って遠心分離機１に進入し、さらに空洞３９内に入る。空洞３９から、冷却流体は、遠心分離機１の入口および出口装置８のワッシャ要素４０と静止要素４８との間に形成された円形通路を通って流れる。その後、冷却流体は、チャネル２６の入口２８に流れ込み、出口３０に向かって流れる。

【0068】

チャネル２６の出口３０は、第１の中心軸３６から、第１のシールリング１８の第１のシール面２０の外半径Ｒ１より大きな半径方向の距離Ｄをおいて配置される。外半径Ｒ１はまた、シールが第１のシール面２０と第２のシール面２４との間に形成されるため、形成されたシール５０のための外半径Ｒ１も形成する。よって、チャネル２６の出口３０は、第１のシールリング１８の第１のシール面２０の外半径Ｒ１の半径方向外側に配置される。チャネル２６の出口３０は、第１のシールリング１８の第１のシール面２０に、すなわちその脇に配置される。したがって冷却流体は、第１のシール面２０の近くを通過し、よってメカニカルシール装置のシール５０の近くを通過する。図面から見ることができるように、第１のシールリングの第１のシール面と第２のシールリングの第２のシール面との間のさらなるシールは、シール５０の半径方向外側には含まれない。

【0069】

第２のシールリング２２の第２のシール面２４の外半径Ｒ２は、第１のシールリング１８の第１のシール面２０の外半径Ｒ１より大きく、この方法において、少なくとも１つのチャネル２６の出口３０は、第２のシールリング２２の第２のシール面２４の方に向けることができる。この方法において、冷却流体はしたがって、第２のシール面２４の一部の上を流れ、この部分は、外半径Ｒ１を有する第１のシールリング１８の第１のシール面２０の半径方向外側に位置決めされる。冷却流体の流れのうちの少量がこうして、シール面２０と２４との間に進入し、シール面２０と２４の間に極めて薄い流体膜を形成してよい。しかしながら、第１のシールリング１８および第２のシールリング２２を通過した後の冷却流体の大部分は、遠心分離機１の出口ポート（図示せず）を通って排出される。

【0070】

本開示の例の上述の説明は、例示および説明の目的で提供される。それは、排他的である、または開示を記載される例および変形形態に制限することは意図されていない。多くの変更形態および変形形態が、当業者には当然明らかであろう。例は、開示の原理およびその実施の用途を最適に説明するため、およびそれ故、専門家が種々の例に関して、および意図される利用に適切な種々の変更形態と共に開示を理解することを可能にするために選択され、記載されている。

【符号の説明】

【0071】

１ 遠心分離機
２ ロータ
４ 分離チャンバ
６ 分離ディスク
８ 入口および出口装置
１０ 第１の出口
１２ 第２の出口
１４ 第１の入口
１６ メカニカルシール装置
１８ 第１のシールリング
２０ 第１のシール面
２２ 第２のシールリング
２４ 第２のシール面
２６ チャネル
２８ 入口
３０ 出口
３２ 冷却流体供給源
３４ 第２の入口
３６ 第１の中心軸
３８ 第２の中心軸
３９ 空洞
４０ ワッシャ要素、制限部分
４１ アクチュエータ
４２ 第１の垂線
４４ 第２の垂線
４６ 矢印
４８ 静止要素
５０ シール
Ｒ１ 外半径
Ｒ２ 外半径
Ｄ 半径方向の距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】