JP2020008044A - 静圧形の非接触形メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】静止密封環を保持する弾性シールリング部材の被密封ガスとの接触による劣化を防止して、良好なメカニカルシール機能を発揮させるようにする。【解決手段】弾性シールリング部材を介して静止密封環を保持するシールケース３のアダプタリング３３ａと回転密封環８ａとの対向周面部間に、両密封環６ａ，８ａの密封端面１０６ａ，１０８ａの外周側領域であるシールガス流出領域２６ａと回転密封環８ａの背面側領域である機内ガス領域Ａとを連通する環状の通路であって、断面形状における通路幅ｔが１．５ｍｍ以下であるシールガス通路路２７ａを形成して、密封端面１０６ａ，１０８ａ間からシールガス流出領域２６ａに流出したシールガス１０ａがシールガス通路２７ａから機内ガス領域Ａへと流入し続けるようにすることにより、機内ガス領域Ａの被密封ガスのシールガス流出領域２６ａへの侵入を防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスを扱う各種産業用コンプレッサ、ブロワ等の回転機器に軸封手段として装備される静圧形の非接触形メカニカルシールに関するものである。

従来の静圧形の非接触形メカニカルシールとしては、特許文献１に開示される如く、シールケースの内周部に第１及び第２弾性シールリング部材を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環の機内ガス領域側に配して、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、シールケースと静止密封環との対向周面部間に形成された環状の空間であって、前記第１及び第２弾性シールリング部材でシールされた接続空間と、シールケースに形成されて、機内ガス領域の圧力より高圧のシールガスを接続空間に供給するケース側シールガス供給路と、静止密封環に形成されて、シールガスを接続空間から両密封環の対向端面である密封端面間に供給する密封環側シールガス供給路とを具備して、両密封環の密封端面を当該密封端面間が非接触に保持された状態に相対回転させることにより、機内ガス領域を遮蔽シールするように構成されたもの（以下「従来メカニカルシール」という）が周知である。

而して、かかる従来メカニカルシールにあっては、両密封環の密封端面間に供給されたシールガスが当該密封端面間からその外周側領域である機内ガス領域とその内周側領域である機外大気領域とに流出することによって、機内ガス領域のガス（被密封ガス）が機外大気領域に漏洩することがなく、機内ガス領域を確実に遮蔽することができる。したがって、従来メカニカルシールは、被密封ガスが機外大気領域に漏洩することが好ましくないガスである場合にも、軸封手段として好適に使用することができる。

特開平４−２５６７２号公報

しかし、従来メカニカルシールにあっては、第１及び第２弾性シールリング部材としてゴム製のＯリング等が使用されているため、被密封ガスが当該弾性シールリング部材の構成材の耐寒温度範囲を下回るような低温ガス、当該構成材の耐熱温度範囲を上回るような高温ガス又は当該構成材を腐食させる虞れのある腐食性ガスである場合には、シールケースと静止密封環との対向周面間に装填される第１及び第２弾性シールリング部材のうち、機内ガス領域側（回転密封環側）に配置された第１弾性シールリング部材が劣化して、そのシール機能が低下したり、静止密封環の追従性が低下、不良となって、良好なメカニカルシール機能を発揮できないといった問題があった。

すなわち、静止密封環はシールケースに対して軸線方向に相対運動するものであるから、構造上、第１弾性シールリング部材の機内ガス領域方向への軸線移動を阻止しているシールケース部分と静止密封環との対向周面間には微小隙間が存在し、この微小隙間により第１弾性シールリング部材の装填空間と両密封環の外周領域であって密封端面間からシールガスが流出するシールガス流出領域とが連通されることになる。一方、シールガス流出領域においては、両密封環の密封端面間からシールガスが流出しているが、被密封ガスが充満しており、被密封ガス雰囲気に支配されている。

このため、機外大気領域側に配置されている第２弾性シールリング部材については、これに接触するシールガスが一般に常温の窒素ガス等の不活性ガスであることから、シールガスとの接触により劣化される虞れはないが、機内ガス領域側に配置されている第１弾性シールリング部材については、シールガス流出領域から前記微小隙間を介して第１弾性シールリング部材の設置空間へと被密封ガスが流入するため、接続空間を通過するシールガスのみならず機内ガス領域の被密封ガスが接触することになる。

したがって、被密封ガスが第１弾性シールリング部材を劣化させるような上記した低温ガス、高温ガス又は腐食性ガスである場合には、被密封ガスとの接触により第１弾性シールリング部材が劣化することなる。しかも、この劣化は第１弾性シールリング部材が静止密封環との接触部において静止密封環の追従運動により相対運動することによって助長されることになる。その結果、第１弾性シールリング部材のシール機能及び静止密封環の保持機能が低下、喪失して、接続空間からのシールガス漏れによるシールガスの密封端面間への適正な供給が妨げられたり、静止密封環の追従性が妨げられて、良好なメカニカルシール機能を発揮することができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、被密封ガスが前記第１弾性シールリング部材を劣化させる虞れのある性状のガス（低温ガス、高温ガス、腐食性ガス）である場合にも、被密封ガスの接触による当該第１弾性シールリング部材の劣化を確実に防止して、良好なメカニカルシール機能を発揮しうる静圧形の非接触形メカニカルシールを提供することを目的とするものである。

本発明は、シールケースの内周部に第１及び第２弾性シールリング部材を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環の被密封ガス領域側に配して、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、シールケースと静止密封環との対向周面部間に形成された環状の空間であって、前記第１及び第２環状シールリング部材でシールされた接続空間と、シールケースに形成されて、被密封ガス領域の圧力より高圧のシールガスを接続空間に供給するケース側シールガス供給路と、静止密封環に形成されて、シールガスを接続空間から両密封環の対向端面である密封端面間に供給する密封環側シールガス供給路と、を具備して、両密封環の密封端面間をこれに供給されたシールガスにより非接触状態に保持するように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールであって、シールガスとして前記弾性シールリング部材を劣化させない性状のガスが使用されており、シールケースと回転密封環との対向周面部間に、両密封環の密封端面の外周領域であるシールガス流出領域と回転密封環の背面側の被密封ガス領域とを連通する環状の通路であって、回転軸の軸線を通過する断面形状における通路幅が１．５ｍｍ以下であるシールガス通路を形成してあることを特徴とする静圧形の非接触形メカニカルシール。

本発明の静圧形の非接触形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあって、前記シールケースは、ケース本体とその内周部に固定されて静止密封環を保持するアダプタリングとを具備する金属製のものであり、前記ケース側シールガス供給路が、ケース本体に形成された１本の本体側通路と、アダプタリングにその周方向に等間隔を隔てて形成されて、本体側通路と前記接続空間とを連通する複数本のアダプタ側通路とからなることが好ましい。この場合において、前記シールガス通路が、前記アダプタリングと回転密封環との対向周面部間に形成されていることが好ましい。

また、本発明の静圧形の非接触形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあって、前記被密封ガス領域の被密封ガスが低温ガスである場合においては、前記シールガスが被密封ガスと同質で当該被密封ガスより高温のガスであることが好ましい。また、前記被密封ガス領域の被密封ガスが高温ガスである場合においては、前記シールガスが被密封ガスと同質で当該被密封ガスより低温のガスであることが好ましい。被密封ガスと同質のシールガスとしては、被密封ガス領域の被密封ガスの一部を取り出して加圧したものを使用することが好ましい。また、前記各環状シールリング部材は、環状の本体部と本体部から軸線方向に突出してシールケースと静止密封環との対向周面に弾性的に押圧接触する筒状の内外周リップ部とからなる、断面コの字形状、Ｕ字形状又はＶ字形状をなすポリテトラフルオロエチレン製のもの又はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする複合弾性材製のものであることが好ましい。

本発明の静圧形の非接触形メカニカルシールにあっては、シールガス流出領域と回転密封環の背面領域である被密封ガス領域とが、通路幅が１．５ｍｍ以下の狭いシールガス通路のみを介して連通されているから、両密封環の密封端面間からシールガス流出領域に流出したシールガスが、シールガス通路を高速流動して被密封ガス領域に流入し続ける。このため、被密封ガス領域の被密封ガスがシールガス通路内を逆流して、シールガス流出領域に侵入することがない。その結果、ケース側シールガス供給路と密封環側シールガス供給路とを接続する接続空間に装填された第１及び第２弾性シールリング部材のうち、被密封ガス領域側の第１弾性シールリング部材には、第２弾性シールリング部材と同様に当該弾性部材を劣化させない性状のシールガスのみが接触することなり、被密封ガスが当該弾性シールリング部材を劣化させる虞れのある低温ガス、高温ガス又は腐食性ガスである場合にも、シールガスとして弾性シールリング部材を劣化させる虞れのないガスを使用することにより、第２弾性シールリング部材は勿論、第１弾性シールリング部材も劣化することがなく、第１及び第２弾性シールリング部材による上記接続空間のシール機能及び静止密封環の追従性を確保する保持機能が低下、喪失することがない。したがって、本発明の静圧形の非接触形メカニカルシールによれば、被密封ガス領域の被密封ガスが上記した弾性シールリング部材を劣化させる虞れのあるガスである場合にも、メカニカルシール機能を良好に発揮させることができ、被密封ガス領域を確実に遮蔽することができる。

図１は本発明に係る静圧形の非接触形メカニカルシールの一例を示す断面図である。 図２は図１の要部を拡大して示す詳細図である。 図３は図２と異なる図１の要部を拡大して示す詳細図である。 図４は当該非接触形メカニカルシールの構成部材である弾性シールリング部材の断面図である。 図５は本発明に係る静圧形の非接触形メカニカルシールの変形例を示す図１相当の断面図である。 図６は本発明に係る静圧形の非接触形メカニカルシールの他の変形例を示す図１相当の断面図である。 図７は前記弾性シールリング部材の変形例を示す図４相当の断面図である。

以下、本発明に係る静圧形の非接触形メカニカルシールの構成を図面に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明に係る静圧形の非接触形メカニカルシールを備えた軸封装置の一例を示す断面図であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は図２と異なる図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図４は当該非接触形メカニカルシールの構成部材である弾性シールリング部材を取り出して示す断面図である。

図１に示す軸封装置Ｍ１は、極低温ガスを扱う回転機器（例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）、液化水素又は液化エチレン等の液化ガスの貯蔵タンクからタンク内圧力を所定圧に保持するために当該貯蔵タンク内で発生する極低温ガスであるボイルオフガスを排出するブロワや排出された当該ボイルオフガスを液化、再利用するために加圧するコンプレッサ等）において当該回転機器の軸封部ケーシング２と当該回転機器の回転軸７との間に装備されたもので、当該回転機器の内部領域である機内ガス領域Ａと当該回転機器の外部領域である機外大気領域Ｂとの間を、機内ガス領域Ａ側の一次シール１ａと機外大気領域Ｂ側の二次シール１ｂとで遮蔽シールするように構成されたものであり、各シール１ａ，１ｂが本発明の静圧形の非接触形メカニカルシールで構成されている。なお、以下の説明において、前後とは図１〜図３における左右を意味し、軸線とは回転軸７の中心線をいい、軸線方向とは当該軸線に平行する方向をいうものとする。

すなわち、一次シールである本発明の静圧形の非接触形メカニカルシール（以下「第１非接触形メカニカルシール」という）１ａ及び二次シールである本発明の静圧形の非接触形メカニカルシール（以下「第２非接触形メカニカルシール」という）１ｂは、図１に示す如く、タンデム配置された同一構造をなすもので、各々、軸封部ケーシング２に取り付けられた筒状のシールケース３と、シールケース３の内周部に機内ガス領域Ａ側（後側）の第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂ及び機外大気領域Ｂ側（前側）の第２弾性シールリング部材５ａ，５ｂを介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環６ａ，６ｂと、静止密封環６ａ，６ｂの機内ガス領域Ａ側（後側）に配置されて、シールケース３を洞貫する回転軸７に固定された回転密封環８ａ，８ｂと、シールケース３と静止密封環６ａ，６ｂとの対向周面間に形成された環状の空間であって、第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂと第２弾性シールリング部材５ａ，５ｂとでシールされた接続空間９ａ，９ｂと、シールケース３に形成されて、シールガス１０ａ，１０ｂを接続空間９ａ，９ｂに供給するケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂと、静止密封環６ａ，６ｂに形成されて、シールガス１０ａ，１０ｂを接続空間９ａ，９ｂから両密封環６ａ，６ｂの対向端面である静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと回転密封環８ａ，８ｂの密封端面１０８ａ，１０８ｂとの間に供給する密封環側シールガス供給路１２ａ，１２ｂと、シールケース３と静止密封環６ａ，６ｂとの間に装填されて、静止密封環６ａ，６ｂを回転密封環８ａ，８ｂへと押圧附勢するスプリング部材１３ａ，１３ｂとを具備する。

シールケース３は、図１に示す如く、軸封部ケーシング２に取り付けられた筒状のケース本体３０，３１，３２と、その内周部に第３弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂ及び第４弾性シールリング部材１５ａ，１５ｂを介して取り付けられた第１及び第２アダプタリング３３ａ，３３ｂと、ケース本体３０，３１の内周部及び各アダプタリング３３ａ，３３ｂの機外大気領域Ｂ側（前側）の端部に取り付けられた第１及び第２リテーナリング３４ａ，３４ｂとからなる金属製（ＳＵＳ３１６等）の筒状構造体である。

シールケース３のケース本体は、軸線方向に３個の部分３０，３１，３２に分割されており、軸封部ケーシング２に取り付けられた第１ケース本体３０とこれに取り付けられた第２ケース本体３１とこれに取り付けられた第３ケース本体３２とからなる。

各アダプタリング３３ａ，３３ｂは、図１に示す如く、シールケース３のケース本体３０，３１の内周部に第３弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂ及び第４弾性シールリング部材１５ａ，１５ｂを介在させた状態で嵌合、固定された本体部分１３３ａ，１３３ｂと、本体部分１３３ａ，１３３ｂから機内ガス領域Ａ方向（後方）に連なって、第１弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂの機内ガス領域Ａ方向（後方）への軸線方向移動を阻止すべく当該弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂを受け止める第１シールリング部材受け止め部２３３ａ，２３３ｂと、第１シールリング部材受け止め部２３３ａ，２３３ｂから機内ガス領域Ａ方向（後方）に連なって、回転密封環８ａ，８ｂの背面（回転密封環８ａ，８ｂにおける密封端面１０８ａ，１０８ｂと反対側の端面（後端面））に対応する位置まで延びる第１延長部分３３３ａ，３３３ｂと、前記本体部分１３３ａ，１３３ｂから機外大気領域Ｂ方向（前方）に連なって、静止密封環６ａ，６ｂの背面（静止密封環６ａ，６ｂにおける密封端面１０６ａ，１０６ｂと反対側の端面（前端面））に対応する位置まで延びる第２延長部分４３３ａ，４３３ｂとからなる環状体である。

各アダプタリング３３ａ，３３ｂの第１シールリング部材受け止め部２３３ａ，２３３ｂは、図２又は図３に示す如く、その内周面が静止密封環６ａ，６ｂの外周面における密封端面１０６ａ，１０６ｂの近傍部分に近接するもので、第１弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂの機内ガス領域Ａ方向（後方）への軸線方向移動を確実に阻止すべく当該第１弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂの基部１７を略全面的に係止すると共に、静止密封環６ａ，６ｂに干渉することなく当該密封環６ａ，６ｂの軸線方向移動を許容すべく当該密封環６ａ，６ｂの外周面との間に環状の微小隙間２５ａ，２５ｂを形成している。

各リテーナリング３４ａ，３４ｂは、図１に示す如く、内径を静止密封環６ａ，６ｂの内径に略一致させたもので、径方向中央部位に、アダプタリング３３ａ，３３ｂの第２延長部分４３３ａ，４３３ｂと静止密封環６ａ，６ｂとの対向周面間に突入する環状の第２シールリング部材受け止め部１３４ａ，１３４ｂが形成されている。

各静止密封環６ａ，６ａはカーボン、セラミックス等で構成された環状体であり、その先端面（機内ガス領域Ａ側の端面（後端面））は軸線に直交する平滑平面である密封端面１０６ａ，１０６ｂに構成されている。各静止密封環６ａ，６ｂは、図１に示す如く、回転軸７に同心状に挿通された状態で、アダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂの内周部に第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂ及び第２弾性シールリング部材５ａ，５ｂを介して軸線方向移動可能に嵌合、保持されている。なお、各静止密封環６ａ，６ｂは、図示していないが、当該静止密封環６ａ，６ａに形成した係合孔にシールケース３のリテーナリング３４ａ，３４ｂに取り付けたドライブピンを係合させることにより、所定範囲での軸線方向移動を許容する状態でシールケース３に対する相対回転を阻止されている。

各回転密封環８ａ，８ｂは、図１に示す如く、先端面（機外大気領域Ｂ側の端面（前端面））における静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと内外径を同一とする部分を軸線に直交する平滑平面である密封端面１０８ａ，１０８ｂに構成した環状体であって、密封端面１０８ａ，１０８ｂを静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂに直対向させた状態で、回転軸７に第５弾性シールリング部材１６ａ，１６ｂを介して固定されている。各回転密封環８ａ，８ｂは、金属、セラミックス、超硬合金等で構成されており、この例では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６等）等の金属で構成してある。なお、各回転密封環８ａ，８ｂの密封端面１０８ａ，１０８ｂには、図１に示す如く、炭化ケイ素等のセラミックスによる被覆膜２０８ａ，２０８ｂが形成されている。

各ケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂは、図１に示す如く、シールケース３のケース本体３０，３１とアダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂとの対向周面間に形成された環状の空間であって、当該対向周面間に装填された第３弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂ及び第４弾性シールリング部材１５ａ，１５ｂによりシールされたヘッダ空間１１１ａ，１１１ｂと、シールケース３のケース本体３０，３１に形成されてヘッダ空間１１１ａ，１１１ｂに連通する１本の本体側通路２１１ａ，２１１ｂと、アダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂに形成されてヘッダ空間１１１ａ，１１１ｂと前記接続空間９ａ，９ｂとを連通する複数本のアダプタ側通路３１１ａ，３１１ｂとからなる。これらのアダプタ側通路３１１ａ，３１１ｂは、同一形状をなすもので、アダプタリング３３ａ，３３ｂの周方向に等間隔を隔てた複数箇所においてアダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂを径方向に直線状に貫通するものである。

各密封環側シールガス供給路１２ａ，１２ｂは、図１に示す如く、静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂに形成された静圧発生溝１１２ａ，１１２ｂと、静止密封環６ａ，６ｂを貫通して接続空間９ａ，９ｂと静圧発生溝１１２ａ，１１２ｂとを連通する連通路２１２ａ，２１２ｂとからなる。各静圧発生溝１１２ａ，１１２ｂは、静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと同心の環状をなして断続又は連続する浅い凹溝であり、この例では、特許文献１の第４図に開示されたものと同様に、当該密封端面１０６ａ，１０６ｂと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝（１個のみ図示）で構成されている。各連通路２１２ａ，２１２ｂは、接続空間９ａ，９ｂに連通する１本の上流側通路と、これにオリフィス３１２ａ，３１２ｂを介して接続されており、静圧発生溝１１２ａ，１１２ｂを構成する上記各円弧状凹溝に連通する複数本の下流側通路とからなる。

したがって、各非接触形メカニカルシール１ａ，１ｂにあっては、ケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂの本体側通路２１１ａ，２１１ｂに供給されたシールガス１０ａ，１０ｂが、ヘッダ空間１１１ａ，１１１ｂを経て複数本のアダプタ側通路３１１ａ，３１１ｂから接続空間９ａ，９ｂに供給され、接続空間９ａ，９ｂから密封環側シールガス供給路１２ａ，１２ｂの連通路２１２ａ，２１２ｂ及びオリフィス３１２ａ，３１２ｂを経て静圧発生溝１１２ａ，１１２ｂに供給される。すなわち、シールガス１０ａ，１０ｂが、ケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂ、接続空間９ａ，９ｂ及び密封環側シールガス供給路１２ａ，１２ｂから静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと回転密封環８ａ，８ｂの密封端面１０８ａ，１０８ｂとの間に供給されるようになっている。

各スプリング部材１３ａ，１３ｂは、周方向に等間隔を隔てて並列配置した複数個（１個のみ図示）のコイルスプリングからなり、静止密封環６ａ，６ｂとシールケース３のリテーナリング３４ａ，３４ｂとの間に装填されて、静止密封環６ａ，６ｂを回転密封環８ａ，８ｂへと押圧、附勢する。

各弾性シールリング部材４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは同一形状且つ同一材質のもので、図４（Ａ）に示す如く、環状の基部１７と、この基部１７から軸線方向に突出する筒状の内外周リップ部１８，１９とからなる断面略コ字状の弾性材製の環状体であり、内外周リップ部１８，１９間に形成される環状溝２０にバネ部材２１が装填されていて、同図（Ｂ）に示す如く、二つの被シール部材Ｄ，Ｅの対向周面ｄ，ｅに内外周リップ部１８，１９が径方向に圧縮されて弾性的に強く接触する状態で装填することにより当該対向周面ｄ，ｅ間をシールする。例えば、図２又は図３に示す如く、内周リップ部１８の先端内周部を一方の被シール部材である静止密封環６ａ，６ｂの外周面に弾性的に接触させると共に外周リップ部１９の先端外周部を他方の被シール部材であるアダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂの内周面に弾性的に接触させることにより、静止密封環６ａ，６ｂとアダプタリング３３ａ，３３ｂとの対向周面間（接続空間９ａ，９ｂ）をシールする。バネ部材２１は、図４（Ａ）に示す如く、コ字状に折曲した金属製の板バネを環状にして前記内外周リップ部１８，１９間の環状溝２０に装填させたものであり、内外周リップ部１８，１９をその径方向間隔が広がる方向に附勢する。

各弾性シールリング部材４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ（基部１７及び内外周リップ部１８，１９）はプラスチック、ゴム等の弾性材で一体成形されるが、その構成材たる弾性材の選定はシール条件（シールガス１０ａ，１０ｂの性状）に応じて行われる。この例では、耐寒性、耐熱性、耐食性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はこれを主成分とする複合弾性材（ＰＴＦＥに例えばガラス繊維、炭素繊維、二硫化モリブデン、ポリイミド樹脂等の充填材を一種以上配合してなる複合弾性材）を使用している。

第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂと第２弾性シール部材５ａ，５ｂとは、図１に示す如く、第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂの環状溝２０，２０の開口部と第２弾性シール部材５ａ，５ｂの環状溝２０，２０の開口部とが対向する状態で且つ第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂの基部１７，１７がアダプタリング３３ａ，３３ｂの第１シールリング部材受け止め部２３３ａ，２３３ｂで受け止められると共に第２弾性シールリング部材５ａ，５ｂの基部１７，１７がリテーナリング３４ａ，３４ｂの第２シールリング部材受け止め部１３４ａ，１３４ｂで受け止められた状態で、シールケース３のアダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂと静止密封環６ａ，６ｂとの対向周面間に装填されて、接続空間９ａ，９ｂをシールすると共に静止密封環６ａ，６ｂをシールケース３の内周部（アダプタリング３３ａ，３３ｂの内周部）にシール状態で軸線方向移動可能に保持させている。また、第３弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂと第４弾性シールリング部材１５ａ，１５ｂとは、図１に示す如く、第３弾性シールリング部材１４ａ，１４ｂの環状溝２０，２０の開口部と第４弾性シール部材１５ａ，１５ｂの環状溝２０，２０の開口部とが対向する状態で、シールケース３のケース本体３０，３１とアダプタリング３３ａ，３３ｂの本体部分１３３ａ，１３３ｂとの対向周面間に装填されて、ケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂのヘッダ空間１１１ａ，１１１ｂをシールする。また、第５弾性シールリング部材１６ａ，１６ｂは、環状溝２０の開口部を機内ガス領域Ａ側（後側）に向けた状態で、回転密封環８ａ，８ｂにおける密封端面１０８ａ，１０８ｂ側部分（前側部分）の内周面と回転軸７の外周面との間に装填されて、回転密封環８ａ，８ｂと回転軸７との間をシールする。

而して、第１非接触形メカニカルシール１ａは、被密封ガス領域である機内ガス領域Ａと両メカニカルシール１ａ，１ｂ間に形成された非密封ガス領域である中間領域Ｃとを区画するもので、機内ガス領域Ａ（及び中間領域Ｃ）より高圧のシールガス（以下「第１シールガス」という）１０ａをケース側シールガス供給路１１ａ、接続空間９ａ及び密封環側シールガス供給路１２ａから密封端面１０６ａ，１０８ａ間に供給することによって当該密封端面１０６ａ，１０８ａ間を開く方向に作用する開力を発生させ、この開力とスプリング部材１３ａの附勢力によって当該密封端面１０６ａ，１０８ａを閉じる方向に作用する閉力とをバランスさせることにより、密封端面１０６ａ，１０８ａを非接触状態に保持させつつ両領域Ａ，Ｃ間を区画、シールするように構成されている。静圧発生溝１１２ａに流入した第１シールガス１０ａは、密封端面１０６ａ，１０８ａ間からその外周側及び内周側へと分流して、当該外周側に分流した第１シールガス１０ａは当該密封端面１０６ａ，１０８ａ間からその外周側領域であるシールガス流出領域２６ａに流出し、当該内周側に分流した第１シールガス１０ａは当該密封端面１０６ａ，１０８ａ間から中間領域Ｃに流出する。

また、第２非接触形メカニカルシール１ｂは、被密封ガス領域である前記中間領域Ｃと非密封ガス領域である機外大気領域Ｂとを区画、シールするもので、中間領域Ｃ（及び機外大気領域Ｂ）より高圧のシールガス（以下「第２シールガス」という）１０ｂをケース側シールガス供給路１１ｂ、接続空間９ｂ及び密封環側シールガス供給路１２ｂから密封端面１０６ｂ，１０８ｂ間に供給することによって当該密封端面１０６ｂ，１０８ｂ間を開く方向に作用する開力を発生させ、この開力とスプリング部材１３ｂの附勢力によって当該密封端面１０６ｂ，１０８ｂを閉じる方向に作用する閉力とをバランスさせることにより、密封端面１０６ｂ，１０８ｂを非接触状態に保持させつつ両領域Ｂ，Ｃ間を区画、シールするように構成されている。静圧発生溝１１２ｂに流入した第２シールガス１０ｂは、密封端面１０６ｂ，１０８ｂ間からその外周側及び内周側へと分流して、当該外周側に分流した第２シールガス１０ｂは当該密封端面１０６ｂ，１０８ｂ間からその外周側領域であるシールガス流出領域２６ｂに流出し、当該内周側に分流した第２シールガス１０ｂは当該密封端面１０６ａｂ，１０８ｂ間から機外大気領域Ｂに流出する。第１シールガス１０ａと第２シールガス１０ｂとは中間領域Ｃに流出することから、中間領域Ｃにおいては両シールガス１０ａ，１０ｂが混合されるが、この混合ガス１０ｃは、図１に示す如く、シールケース３の第２本体ケース３１に形成されたドレン路２２から軸封装置Ｍ１外に排出される。

各シールガス流出領域２６ａ，２６ｂは、図２及び図３に示す如く、アダプタリング３３ａ，３３ｂのシールリング部材受け止め部２３３ａと静止密封環６ａ，６ｂとの対向周面間に形成された前記微小隙間２５ａ，２５ｂに連なってアダプタリング３３ａ，３３ｂの第１延長部分３３３ａ，３３３ｂと静止密封環６ａ，６ｂとの間に形成される小さな環状の空間である。但し、各シールガス流出領域２６ａ，２６ｂにおける軸線を通過する断面形状における径方向幅は、前記微小隙間２５ａ，２５ｂや後述するシールガス通路２７ａ，２７ｂの通路幅ｔよりも大きい。

而して、この例では、機内ガス領域Ａのガス（被密封ガス）は、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の液化ガスの貯蔵タンクから排出された当該液化ガスのボイルオフガス等の極低温ガスとされている。前記弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの構成材（ＰＴＦＥ又はこれを主成分とする複合弾性材）は耐寒性（耐低温性）に優れたものであるが、上記極低温ガスである被密封ガスは、当該弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの耐寒温度範囲を下回る低温のものであり、当該弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａに接触することによりこれらを劣化させる虞れのあるものである。

また、第１非接触形メカニカルシール１Ａの密封端面１０６ａ，１０８ａ間に供給される第１シールガス１０ａとしては、弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの耐寒性、耐熱性、耐食性に応じて当該弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａを劣化させない性状のガス（当該弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａを劣化させる虞れのない温度のガス又は腐食性の低い若しくは腐食性を有しないガス）が使用される。この例では、第１シールガス１０ａとして、被密封ガスと同質で且つ極低温ガスである被密封ガスより高温のガス（弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの劣化させる虞れのない温度且つ腐食性を有しないガス）が使用されている。この例では、図１に示す如く、機内ガス領域Ａから軸封装置Ｍ１外に導いた配管２３をケース側シールガス供給路１１ａの本体側通路２１１ａに接続して、機内ガス領域Ａの被密封ガスの一部１０を当該配管２３に取り出し、これを当該配管２３に設けたコンプレッサ２４により機内ガス領域Ａの圧力より高圧に昇圧した上で、第１シールガス１０ａとしてケース側シールガス供給路１１ａに供給するようにしている。機内ガス領域Ａから配管２３に取り出された被密封ガスの一部１０を使用する第１シールガス１０ａは低温ガスではあるが、弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａを劣化させない程度の温度に昇温されたものである。すなわち、機内ガス領域Ａから配管２３に取り出された被密封ガスの一部１０は、コンプレッサ２４の作用を受けることにより及び外気に接触する配管２３内を通過することにより、被密封ガスより高温（弾性シールリング部材４ａ，５ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの構成材であるＰＴＦＥ又はこれを主成分とする複合弾性材の耐寒温度範囲内の温度であって当該弾性シールリング部材を劣化させる虞れのない温度）に昇温された上で、第１シールガス１０ａとしてケース側シールガス供給路１１ａに供給される。

また、第２シールガス１０ｂとしては、第１シールガス１０ａと同様に、弾性シールリング部材４ｂ，５ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの耐寒性、耐熱性、耐食性に応じて当該弾性シールリング部材４ｂ，５ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを劣化させない性状のガスが使用される。この例では、第２シールガス１０ｂとして、一般的な静圧形の非接触形メカニカルシールで使用されるシールガスと同様に、機外大気領域Ｂに放出しても無害であり且つ中間領域Ｃにおいて第１シールガス１０ａに不活性で安全に混合できる常温又はこれに近い温度の窒素ガス等の不活性ガスを使用している。

なお、第１非接触形メカニカルシール１ａの密封端面１０６ａ，１０８ａから中間領域Ｃに流出した低温の第１シールガス１０ａは、常温又はこれに近い温度の第２シールガス１０ｂと混合することによって希釈され、ある程度昇温された混合ガス１０ｃとして軸封装置Ｍ１外に安全に排出されることになる。また、シールガス１０ａ，１０ｂのケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂへの供給は当該回転機器の運転中（回転軸７の駆動中）において行われ、運転停止後には停止される。当該回転機器の運転は、シールガス１０ａ，１０ｂの供給が開始された後であって、静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと回転密封環８ａ，８ｂの密封端面１０８ａ，１０８ｂとが適正な非接触状態に保持された後において開始され、シールガス１０ａ，１０ｂの供給停止は、当該回転機器の運転停止後であって回転軸７が完全に停止した後に行なわれる。

而して、各非接触形メカニカルシール１ａ，１ｂにあっては、図２及び図３に示す如く、回転密封環８ａ，８ｂとシールケース３のアダプタリング３３ａの第１延長部分３３３ａ，３３３ｂとの対向周面間（回転密封環８ａ，８ｂの外周面とアダプタリング３３ａの第１延長部分３３３ａ，３３３ｂの内周面との間）に、静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと回転密封環８ａ，８ｂの密封端面１０８ａ，１０８ｂとの間からシールガス１０ａ，１０ｂが流出するシールガス流出領域２６ａ，２６ｂと回転密封環８ａ，８ｂの背面側領域（後端面側領域）である被密封ガス領域（第１非接触形メカニカルシール１ａにおいては機内ガス領域Ａであり、第２非接触形メカニカルシール１ｂにおいては中間領域Ｃである）とを連通する環状の通路であって、軸線を通過する断面形状における通路幅ｔが１．５ｍｍ以下であるシールガス通路２７ａ，２７ｂが形成されている。但し、通路幅ｔは、可能な限り狭いほうがよく、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。なお、通路幅ｔが１．５ｍｍ以下であるとは、回転密封環８ａ，８ｂとシールケース３（アダプタリング３３ａの第１延長部分３３３ａ，３３３ｂ）との対向周面が同心状態にない場合（回転軸７がシールケース３に対して偏心しているような場合）においては、当該対向周面における１８０°を隔てた２カ所の隙間（当該対向周面間の隙間）の合計が３ｍｍ以下になることを意味する。

この例では、各シールガス通路２７ａ，２７ｂの断面形状が、図２及び図３に示す如く、回転軸７の軸線に沿って前記シールガス流出領域２６ａ，２６ｂから直線状に延びる流入通路部分１２７ａ，１２７ｂと、回転軸７の径方向（回転密封環８ａ，８ｂの径方向）において当該軸線に対する距離が流入通路部分１２７ａ，１２７ｂより大きくなる位置に位置して当該軸線に沿って被密封ガス領域Ａ，Ｃへと直線状に延びる流出通路部分２２７ａ，２２７ｂと、流入通路部分１２７ａ，１２７ｂと流出通路部分２２７ａ，２２７ｂとを接続する接続通路部分３２７ａ，３２７ｂとからなる折れ線形状をなしている。

各接続通路部分３２７ａ，３２７ｂは、図２及び図３に示す如く、回転軸７の径方向において直線状に延びる２つ以上（この例では２つ）の径方向通路部（第１径方向通路部４２７ａ，４２７ｂ及び第２径方向通路部５２７ａ，５２７ｂ）と、径方向通路部間（第１径方向通路部４２７ａ，４２７ｂと第２径方向通路部５２７ａ，５２７ｂとの間）を接続して前記軸線に沿って直線状に延びる１つ以上（この例では１つ）の連絡通路部６２７ａ，６２７ｂとからなる。連絡通路部６２７ａ，６２７ａの一端部は第１径方向通路部４２７ａ，４２７ａを介して流入通路部分１２７ａ，１２７ｂに接続されており、連絡通路部６２７ａ，６２７ａの他端部は第２径方向通路部５２７ａ，５２７ｂを介して流出通路部分２２７ａ，２２７ｂに接続されている。

以上のように構成された各非接触形メカニカルシール１ａ，１ｂにあって、静止密封環６ａ，６ｂの密封端面１０６ａ，１０６ｂと回転密封環８ａ，８ｂの密封端面１０８ａ，１０８ｂとの間から小容積のシールガス流出領域２６ａに流出したシールガス１０ａ，１０ｂは、流入通路部分１２７ａ，１２７ｂからシールガス通路２７ａ，２７ｂに流入し、シールガス通路２７ａ，２７ｂを流動して流出通路部分２２７ａ，２２７ｂから回転密封環８ａ，８ｂの背面領域である被密封ガス領域（第１非接触形メカニカルシール１ａにおいては機内ガス領域Ａであり、第２非接触形メカニカルシール１ｂにおいては中間領域Ｃである）に流出する。

このとき、シールガス通路２７ａ，２７ｂが通路幅ｔを１．５ｍｍ以下とする流路断面積の小さいものであるから、シールガス通路２７ａ，２７ｂにおけるシールガス１０ａ，１０ｂの流速は大きくなる。さらに、流入通路部分１２７ａ，１２７ｂと流出通路部分２２７ａ，２２７ｂとを接続する接続通路部分３２７ａ，３２７ｂの第１径方向通路部４２７ａ，４２７ｂ及び第２径方向通路部５２７ａ，５２７ｂにおいては、これらを流動するシールガス１０ａ，１０ｂに回転密封環８ａ，８ｂの回転による遠心力が作用することから、接続通路部分３２７ａ，３２７ｂの連絡通路部６２７ａ，６２７ｂに向って第１径方向通路部４２７ａ，４２７ａを流動するシールガス１０ａ，１０ｂの流速及び流出通路部分２２７ａ，２２７ｂに向かって第２径方向通路部５２７ａ，５２７ａを流動するシールガス１０ａ，１０ｂの流速が大きくなる。すなわち、シールガス通路２７ａ，２７ｂを流動するシールガス１０ａ，１０ｂの流速は、接続通路部分２２７ａ，２２７ｂを流動する間において遠心力の作用に更に大きくなる。

このため、第１非接触形メカニカルシール１ａにおいては、両密封環６ａ，８ａの密封端面１０６ａ，１０８ａ間からシールガス流出領域２６ａに流出した第１シールガス１０ａは、シールガス流出領域２６ａからシールガス通路２７ａを通過して機内ガス領域Ａへと流出し続けることになり、機内ガス領域Ａの被密封ガスがシールガス通路２７ａからシールガス流出領域２６ａに侵入することがない。なお、上記した如く、シールガス通路２７ａの通路幅ｔを０．５ｍｍ以下に構成しておくと、被密封ガスのシールガス通路２７ａへの侵入（シールガス通路２７ａにおける逆流）をより確実に阻止することができる。また、接続通路部分２２７ａを第１径方向通路部４２７ａと第２径方向通路部５２７ａとを連絡通路部６２７ａで接続した折れ線形状に構成しておくと、シールガス通路２７ａの全長を長くすることができ、被密封ガスのシールガス通路２７ａへの侵入（シールガス通路２７ａにおける逆流）をより確実に阻止することができる。

その結果、シールガス流出領域２６ａに微小隙間２５ａを介して連通している第１弾性シールリング部材４ａの設置空間には、第１シールガス１０ａが侵入しても、機内ガス領域Ａの被密封ガスが侵入することはない。すなわち、第１弾性シールリング部材４ａには、これを劣化させる虞れのある極低温の被密封ガスが接触することがなく、第１シールガス１０ａのみが接触することになる。つまり、第１弾性シールリング部材４ａには、接続空間９ａを通過する第１シールガス１０ａ及びシールガス流出領域２６ａから微小隙間２５ａに侵入した第１シールガス１０ａが接触するにすぎない。

したがって、第１シールガス１０ａが、機内ガス領域Ａの被密封ガスより高温で、第１弾性シールリング部材４ａを劣化させる虞れのない性状のガス（第１弾性シールリング部材４ａを劣化させる虞れのない温度のガス）であることから、機内ガス領域Ａの被密封ガスが第１弾性シールリング部材４ａを劣化させるような極低温ガスであっても、また第１弾性シールリング部材４ａが静止密封環６ａとの接触部（シール部）で相対運動するものであっても、当該第１弾性シールリング部材４ａが劣化することがなく、そのシール機能が低下、喪失する虞れはない。

また、第１弾性シールリング部材４ａと共に接続空間９ａをシールする第２弾性シールリング部材５ａ及びヘッダ空間１１１ａをシールする第３及び第４弾性シールリング部材１４ａ，１５ａについては第１シールガス１０ａが接触するが、第１弾性シールリング部材４ａと同様、第１シールガス１０ａとの接触により劣化する虞れはない。また、第３弾性シールリング部材１４ａについては第１ケース本体３０とアダプタリング３３ａとの接触部から、また第５弾性シールリング部材１６ａについては回転軸７と回転密封環８との接触部から、機内ガス領域Ａの被密封ガスが侵入して接触する虞れがある。しかし、第１ケース本体３０とアダプタリング３３ａとは、また回転軸７と回転密封環８とは、相対運動しないものであるから、当該接触部においては、アダプタリング３３ａの第１シールリング部材受け止め部２３３ａと静止密封環６との対向周面間のように微小隙間２３３ａを設けておく必要がない。したがって、両シールケース部分３０，３３ａｂ間及び回転軸７と回転密封環８との間は隙間のない密着状態とされているため、機内ガス領域Ａの被密封ガスが侵入することが極めて少なく、極低温の被密封ガスが第３及び第５弾性シールリング部材１４ａ，１６ａに接触して劣化させる虞れは殆どない。

また、第１非接触形メカニカルシール１ａにおいては、第１シールガス１０ａとして機内ガス領域Ａの被密封ガスの一部１０を使用しているから、つまり第１シールガス１０ａとして被密封ガスと同質のガスを使用しているから、両密封環６ａ，８ａの密封端面１０６ａ，１０８ａ間から流出した第１シールガス１０ａがシールガス流出領域２６ａからシールガス通路２７ａを経て機内ガス領域Ａに流入しても、機内ガス領域Ａの被密封ガスの純度が低下することがなく、被密封ガスを高品質の状態で軸封することができる。したがって、第１非接触形メカニカルシール１ａ又は両非接触形メカニカルシール１ａ，１ｂで構成された軸封装置Ｍ１を使用すれば、ＬＮＧ等の液化ガスの貯蔵タンクから排出されたボイルオフガスを廃棄することなく、その品質を低下させることなく液化、再利用する（当該貯蔵タンクに戻す）ことが可能となり、資源の有効利用を図ることができる。

ところで、第１シールガス１０ａは、極低温の被密封ガスより高温であるとはいえ、常温より遥かに低温のガスであるから、シールケース３に１本のケース側シールガス供給路１１ａを形成した場合には、ケース側シールガス供給路１１ａが形成された部分に歪が生じて、ケース側シールガス供給路１１ａが形成されてない部分との間に大きな変形差が生じてシールケース３が周方向において不均一に歪むことになり、シールケース３による静止密封環６ａの保持を適正に行い得ず、静止密封環６ａの追従性に悪影響を及ぼす虞れがある。しかし、第１非接触形メカニカルシール１ａにおいては、シールケース３に形成されるケース側シールガス供給路１１ａの下流側部分を、静止密封環６ａを第１及び第２弾性シールリング部材４ａ，５ａを介して保持する第１アダプタリング３３ａにその周方向に等間隔を隔てた複数本のアダプタ側通路３１１ａで構成したから、第１シールガス１０ａがこれら複数本のアダプタ側通路３１１ａを通過することによって、第１アダプタリング３３ａに生じる歪が周方向において均等に生じて、第１アダプタリング３３ａが不均一に大きく変形（歪）することがない。したがって、第１アダプタリング３３ａによる第１及び第２弾性シールリング部材４ａ，５ａを介しての静止密封環６ａの保持を適正に行うことができ、静止密封環６ａの追従性に良好に担保することができ、良好なメカニカルシール機能を発揮することができる。

以上のように、第１非接触形メカニカルシール１ａによれば、機内ガス領域Ａの被密封ガスがＬＮＧ等の液化ガスの蒸発ガス（ボイルオフガス）のような極低温ガスである場合にも、機内ガス領域Ａにおける被被密封ガスの品質が第１シールガス１０ａの混入により低下することがなく、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。

また、第２非接触形メカニカルシール１ｂにあっても、第１非接触形メカニカルシール１ａと同様に、第２シールガス１０ｂがシールガス流出領域２６ｂからシールガス通路２７ｂを経て被密封ガス領域である中間領域Ｃに流出し続けて、シールガス流出領域２６ｂに第１非接触形メカニカルシール１ａの密封端面１０６ａ，１０８ａから中間領域Ｃに流出した低温の第１シールガス１０ａが侵入することがない。したがって、第１弾性シールリング部材４ｂの装填空間が微小隙間２５ｂを介してシールガス流出領域２６ｂに連通していても、第１弾性シールリング部材４ｂには常温又はこれに近い温度の第２シールガス１０ｂが接触するにすぎず、第１弾性シールリング部材４ｂが劣化することがない。なお、第１非接触形メカニカルシール１ａにおけると同様に、シールガス通路２７ｂの通路幅ｔを０．５ｍｍ以下に構成しておくと、また接続通路部分２２７ｂを第１径方向通路部４２７ｂと第２径方向通路部５２７ｂとを連絡通路部６２７ｂで接続した折れ線形状に構成しておくと、被密封ガス（中間領域Ｃに流出した低温の第１シールガス１０ａ）のシールガス通路２７ｂへの侵入（シールガス通路２７ｂにおける逆流）をより確実に阻止することができる。

したがって、第２非接触形メカニカルシール１ｂにあっては、接続空間９ｂをシールする第１及び第２弾性シールリング部材４ｂ，５ｂの何れもが常温又はこれに近い温度の第２シールガスが接触するのみであるから、これらの弾性シールリング部材４ｂ，５ｂとして、耐寒性に優れた上記したようなＰＴＦＥ又はこれを主成分とする複合弾性材で構成したものを使用する場合は勿論、一般的なゴム材等で構成したもの（例えば、一般的なゴム製Ｏリング）を使用した場合にも、第１及び第２弾性シールリング部材４ｂ，５ｂが劣化してそのシール機能が低下、喪失するような問題は生じない。

ところで、本発明に係る非接触形メカニカルシールは、上記した実施の形態に拘わらず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲で適宜に変更、改良することができる。

例えば、シールガス通路２７ａ，２７ｂは、軸線に直交する断面形状における通路幅ｔが１．５ｍｍ以下（望ましくは０．５ｍｍ以下）となる環状の通路であって、被密封ガス領域（機内ガス領域Ａ又は中間領域Ｃ）からシールガス流出領域２６ａ，２６ｂへの被密封ガスの侵入を阻止できるものであればよく、その形状（断面形状）は任意であり、次のように構成しておくことも可能である。

すなわち、図２及び図３に示すシールガス通路２７ａ，２７ｂにおいては、接続通路部分３２７ａ，３２７ｂを２つの径方向通路部（第１径方向通路部４２７ａ，４２７ｂ及び第２径方向通路部５２７ａ，５２７ｂ）とこれらの径方向通路部間を接続する１つの連絡通路部６２７ａ，６２７ｂとで構成したが、３つ以上の径方向通路部と２つ以上の連絡通路部とで構成することも可能である。

また、シールガス通路２７ａ，２７ｂは、図５に示す如く、接続通路部分３２７ａ，３２７ｂを、回転軸７の径方向において直線状に延びて、流入通路部分１２７ａ，１２７ｂと流出通路部分２２７ａ，２２７ｂとを接続するものに構成しておくことができる。すなわち、流入通路部分１２７ａ，１２７ｂと流出通路部分２２７ａ，２２７ｂとを１つの径方向通路部で接続するものとしておくことができる。

また、シールガス通路２７ａ，２７ｂは、図６に示す如く、その断面形状が回転軸７の軸線に沿ってシールガス流出領域２６ａ，２６ｂから被密封ガス領域Ａ，Ｃへと延びる直線形状をなすもの、つまり流入通路部分１２７ａ，１２７ｂと流出通路部分２２７ａ，２２７ｂとを直結したものとすることもできる。

また、図５に示す軸封装置Ｍ２及び図６に示す軸封装置Ｍ３は、シールガス通路２７ａ，２７ｂの断面形状が異なる点を除いて、図１に示す軸封装置Ｍ１と同一構造のものであるが、これらの軸封装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、機内ガス領域Ａの被密封ガスがＰＴＦＥ又はこれを主成分とする複合弾性材で構成される弾性シールリング部材（主として第１弾性シールリング部材４ａ）を劣化させる虞れのある上記低温ガスである場合は勿論、当該弾性シールリング部材を劣化させる虞れのある高温ガス（弾性シールリング部材の耐熱温度範囲を逸脱するような極めて高温のガス）である場合にも、好適に使用することができる。

すなわち、軸封装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３にあっては、機内ガス領域Ａの被密封ガスの一部１０を配管２３に取り出して、コンプレッサ２４により機内ガス領域Ａの圧力より高圧に昇圧させた上で、第１シールガス１０ａとしてケース側シールガス供給路１１ａに供給させることにより、機内ガス領域Ａの被密封ガスである高温ガスを、第１シールガス１０ａの混入により品質が低下することなく、良好に遮蔽することができる。この場合にあっても、機内ガス領域Ａから配管２３に取り出された被密封ガスの一部１０は、コンプレッサ２４の作用を受けることにより及び外気に接触する配管２３内を通過することにより、被密封ガスより低温（上記の耐寒温度範囲内の温度）に減温された上で、第１シールガス１０ａとしてケース側シールガス供給路１１ａに供給されることになり、第１シールガス１０ａがシールガス流出領域２６ａから微小隙間２５を経て第１弾性シールリング部材４ａに接触しても、第１弾性シールリング部材４ａが劣化する虞れはない。

また、上記軸封装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３においては、機内ガス領域Ａの被密封ガスが第１シールガス１０ａの混入による品質低下を許容できるものである場合には、第１シールガス１０ａとして、第２シールガス１０ｂと同様に、常温又はこれに近い温度の不活性ガス（窒素ガス等）を使用することができる。このような第１シールガス１０ａを使用する場合には、被密封ガスが上記した低温ガスや高温ガスであるとき又は腐食性の高いガスであるときにも、弾性シールリング部材４ａ，５ａの劣化を防止して、良好なシール機能を発揮させることができる。この場合、弾性シールリング部材４ａ，５ａとしては、第２非接触形メカニカルシール１ｂの弾性シールリング部材４ｂ，５ｂと同様に、ＰＴＦＥ等の耐寒性、耐熱性、耐食性に優れた材料で構成したものの他、一般的な弾性材で構成したもの（例えば、一般的なゴム製Ｏリング）を使用することが可能である。すなわち、接続空間９ａ，９ｂのシール機能と静止密封環６ａ，６ｂの追従性確保機能を担保して良好なメカニカルシール機能を発揮させる上で需要な役割を果たす第１弾性シールリング部材４ａ，５ｂ及び第２弾性シールリング部材４ｂ，５ｂにはシールガス１０ａ，１０ｂのみが接触するため、被密封ガスが極めて低温のガスや高温のガス又は腐食性の強いガスである場合にも、シールガス１０ａ，１０ｂを適宜に選定することにより、当該弾性シールリング部材４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂとして、被密封ガスに対しては到底使用することができない弾性材製のものを任意に使用することができ、必要以上に耐寒性、耐熱性、耐腐食性の高い高価な弾性シールリング部材を使用せずともよい。

また、本発明の静圧形の非接触形メカニカルシールは、上記した軸封装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３のように、機内ガス領域Ａ側の一次シール１ａ及び／又は機外大気領域Ｂ側の二次シール１ｂとして使用される他、一つの静圧形の非接触形メカニカルシールで構成される軸封装置（シングルシール）にも好適に使用することができる。すなわち、被密封ガス領域である機内ガス領域と非密封ガス領域である機外大気領域との間を、上記した一次シール１ａ又は二次シール１ｂと同様構造をなす一つの静圧形の非接触形メカニカルシールにより区画、シールするように構成することができる。この場合、シールガスとしては、前記第２シールガス１０ｂと同様、機内ガス領域の被密封ガスと不活性であり機外大気領域に流出しても支障のない常温又はこれに近い温度の窒素ガス等の不活性ガスを使用する。また、前記第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂ及び第２弾性シールリング部材５ａ，５ｂに相当する弾性シールリング部材には、上記した常温又はこれに近い温度のシールガス（窒素ガス等の不活性ガス）が接触するのみであるから、上記した場合と同様に、当該弾性シールリング部材として、ＰＴＦＥ等の耐寒性、耐熱性、耐食性に優れた材料で構成したものは勿論、一般的な弾性材で構成したもの（例えば、一般的なゴム製Ｏリング）を使用することが可能である。

また、弾性シールリング部材４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ等の形状，構成は、シール条件等に応じて適宜に変更，改良することができ、断面形状を上記したコの字状とする他、Ｖ字状、Ｕ字状、Ｃ字状のものに構成することができる。例えば、図７に示す如く、内外周リップ部１８，１９を湾曲状とする断面Ｃ字状に構成し、環状溝２０に装填させるバネ部材２１としてコイルスプリングを使用した構成となすことができる。

また、回転密封環８ａ，８ｂは、密封端面１０８ａ，１０８ｂが形成される本体部分と外周部分（シールケース３との対向周面間にシールガス通路２７ａ，２７ｂを形成する外周部分）とを異種材料で構成しておくことも可能である。例えば、回転密封環８ａ，８ｂを、本体部分を炭化珪素等のセラミックスや超硬合金で構成し、外周部分をチタンで構成して本体部分に焼嵌めさせてなるものとしておくことができる。

また、アダプタリング３３ａ，３３ｂは、シールガス１０ａ，１０ｂが金属製のシールケース３に熱歪を生じさせるような低温又は高温のガスでない場合には設けておく必要がなく、かかる場合には、静止密封環６ａ，６ｂをアダプタリング３３ａ，３３ｂを有しないシールケース３に第１弾性シールリング部材４ａ，４ｂ及び第２弾性シールリング部材５ａ，５ｂを介して直接に保持させると共に、当該シールケース３に接続空間９ａ，９ｂに連通する１本のケース側シールガス供給路１１ａ，１１ｂを形成しておくことができる。

１ａ 静圧形の非接触形メカニカルシール
１ｂ 静圧形の非接触形メカニカルシール
３ シールケース
４ａ 第１弾性シールリング部材
４ｂ 第１弾性シールリング部材
５ａ 第２弾性シールリング部材
５ｂ 第２弾性シールリング部材
６ａ 静止密封環
６ｂ 静止密封環
７ 回転軸
８ａ 回転密封環
８ｂ 回転密封環
９ａ 接続空間
９ｂ 接続空間
１０ 被密封ガスの一部
１０ａ シールガス
１０ｂ シールガス
１１ａ ケース側シールガス供給路
１１ｂ ケース側シールガス供給路
１２ａ 密封環側シールガス供給路
１２ｂ 密封環側シールガス供給路
１７ 弾性シールリング部材の基部
１８ 弾性シールリング部材の内周リップ部
１９ 弾性シールリング部材の外周リップ部
２０ 弾性シールリング部材の環状溝
２６ａ シールガス流出領域
２６ｂ シールガス流出領域
２７ａ シールガス通路
２７ｂ シールガス通路
１０６ａ 密封端面
１０６ｂ 密封端面
１０８ａ 密封端面
１０８ｂ 密封端面
１２７ａ 流入通路部分
１２７ｂ 流入通路部分
２２７ａ 流出通路部分
２２７ｂ 流出通路部分
３２７ａ 接続通路部分
３２７ｂ 接続通路部分
４２７ａ 径方向通路部
４２７ｂ 径方向通路部
５２７ａ 径方向通路部
５２７ｂ 径方向通路部
６２７ａ 連絡通路部
６２７ｂ 連絡通路部
Ａ 機内ガス領域（被密封ガス領域）
ｔ 通路幅

Claims (8)

1. シールケースの内周部に第１及び第２弾性シールリング部材を介して軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環の被密封ガス領域側に配して、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、シールケースと静止密封環との対向周面部間に形成された環状の空間であって、前記第１及び第２環状シールリング部材でシールされた接続空間と、シールケースに形成されて、被密封ガス領域の圧力より高圧のシールガスを接続空間に供給するケース側シールガス供給路と、静止密封環に形成されて、シールガスを接続空間から両密封環の対向端面である密封端面間に供給する密封環側シールガス供給路と、を具備して、両密封環の密封端面間をこれに供給されたシールガスにより非接触状態に保持するように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールであって、
   シールガスとして前記弾性シールリング部材を劣化させない性状のガスが使用されており、
   シールケースと回転密封環との対向周面部間に、両密封環の密封端面の外周領域であるシールガス流出領域と回転密封環の背面側の被密封ガス領域とを連通する環状の通路であって、回転軸の軸線を通過する断面形状における通路幅が１．５ｍｍ以下であるシールガス通路を形成してあることを特徴とする静圧形の非接触形メカニカルシール。
2. 前記シールケースが、ケース本体とその内周部に固定されて静止密封環を保持するアダプタリングとを具備する金属製のものであり、前記ケース側シールガス供給路が、ケース本体に形成された１本の本体側通路と、アダプタリングにその周方向に等間隔を隔てて形成されて、本体側通路と前記接続空間とを連通する複数本のアダプタ側通路とからなることを特徴とする、請求項１に記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。
3. 前記シールガス通路が、前記アダプタリングと回転密封環との対向周面部間に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。
4. 前記被密封ガス領域の被密封ガスが前記弾性シールリング部材を劣化させる虞れのある低温ガスであり、前記シールガスが被密封ガスと同質で且つ当該被密封ガスより高温のガスであることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。
5. 前記被密封ガスが液化ガスの貯蔵タンクから排出された当該液化ガスのボイルオフガスであることを特徴とする、請求項４に記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。
6. 前記被密封ガス領域の被密封ガスが前記弾性シールリング部材を劣化させる虞れのある高温ガスであり、前記シールガスが被密封ガスと同質で且つ当該被密封ガスより低温のガスであることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。
7. 前記シールガスが、被密封ガス領域の被密封ガスの一部を取り出して加圧したものであることを特徴とする、請求項４〜６の何れかに記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。
8. 前記各環状シールリング部材は、環状の本体部と本体部から軸線方向に突出してシールケースと静止密封環との対向周面に弾性的に押圧接触する筒状の内外周リップ部とからなる、断面コの字形状、Ｕ字形状又はＶ字形状をなすポリテトラフルオロエチレン製のもの又はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする複合弾性材製のものであることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載する静圧形の非接触形メカニカルシール。

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