JP6025876B2 - 密閉機構、密閉機構を有する搬送装置、および密閉機構を操作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉機構、搬送装置、具体的には密閉機構を有する歯車ポンプ、および密閉機構を操作する方法に関する。

溶融した塊としての多くのポリマーは、酸素と接触した場合、非常に反応性が高い。微量の酸素であっても、ポリマーの特性に好ましくない影響を及ぼす反応を引き起こす可能性がある。また、生成したポリマーの品質が著しく損なわれ、侵入した酸素が反応容器内の全体的な化学反応に影響を及ぼす。この結果、該容器や想定される供給ライン、更には搬送装置が完全に洗浄されるまで重合プロセスを停止する必要がある。

そのため、重合反応容器内でのポリマーの生成には、特に重合プロセスからの酸素の排除と、それに必要なプラント要素が最も重要である。

多くの場合、歯車ポンプが重合反応容器の搬送装置として用いられている。それらの歯車ポンプの役割は、完成した反応生成物を該反応容器から排出することと、それを更なるプラント要素へ搬送することである。

酸素と搬送中の媒体の接触を避けるために、（何れにしても気密ではない）重要なプロセス要素（例えば、歯車ポンプ）に追加的な保護ハウジングを設けることが既に提案されている。このために、関連するプラント要素は、例えば、金属板ケーシングで囲まれており、該プラント要素と該保護ハウジングの間の中間スペースは高純度窒素で満たされている。

この方法を正しく実施した場合、該プロセス要素（例えば、歯車ポンプ）の潜在的な漏出箇所への酸素の浸入は避けられるが、その公知の方法には下記の著しい欠点がある。
‐ プラント要素の被覆材は製造コストが非常に高い。
‐ 被覆されたプラント要素には容易にアクセスすることができず、そのため、該要素を十分に観察することができず、該被覆が分解または開かれたときしか保守ができない。
‐ 搬送装置一式を被覆する場合には駆動部も被覆される必要があり、そうでない場合には密閉が不十分である可能性があり、回転軸の領域から窒素の相当の漏出が生じる。
‐ センサやアクチュエータ（例えば、外部から操作することができるハンドホイールや調整機構）用の貫通部が不完全に密閉される可能性がある。
‐ 公知の被覆では最適な密封が行えないため、大量の高純度窒素が不必要に漏出する。
‐ また、酸素を含有する周囲空気は窒素によって置換されるため、純窒素で満たされた気密ではない被覆の領域では、オペレータが窒息する危険性がある。

（高い内圧による搬送装置からのポリマーの漏出または他に起り得る酸素の浸入に対して）プラント要素の必要な分離箇所を密閉するために様々なシーリングの変形例が用いられる。

例えば、歯車ポンプのハウジングと歯車ポンプのカバーの間のシーリング箇所がガス充填金属Ｏリングを該カバーまたは該ハウジングに組み込むことによって密閉される。

通常の条件下では、高い内圧での該ポンプからのポリマーの漏出に対して信頼性の高いシールを生成している。しかしながら、そのシーリング作用が全ての作動状態で気体にとって最適とは限らない。

従来技術では、個々のシールには外部から窒素が重畳され、その後その窒素が隙間から環境中に流出することも分かっている。この解決策においても大量の窒素が無駄になっている。また、該システムは全体として制御することができない。

したがって、本発明の目的は、公知の機構に関する上述の欠点の内の少なくとも１つが解決された、改良された密閉機構を明確に記述することである。

この目的は、請求項１の特徴部に示す特徴によって達成される。本発明の有利な更なる構成、すなわち搬送装置、具体的には歯車ポンプと該密閉機構を操作する方法も更なる請求項に示される。

本発明の密閉機構は、内部空間を外部空間から密閉することができる、少なくとも１つのシーリング面を有する少なくとも２つの部材を備える搬送装置用の、具体的には歯車ポンプ用の密閉機構であって、前記シーリング面が、前記シーリング面の第１の内周部に沿った第１のシールと、前記シーリング面の第２の外周部に沿った第２のシールと、前記第１のシールと前記第２のシールの間の凹部と、を備え、フラッシング媒体が前記凹部に能動的に流れるように、前記凹部が前記フラッシング媒体を有するソースと接続できる。

この場合、該フラッシング媒体は、例えばガスまたは液体である。該フラッシング媒体がガスの場合、多くの場合において、それには窒素が適切である。該フラッシング媒体が液体の場合、それには例えばシリコーン油が適切である。また、具体的には該搬送媒体に対して不活性なフラッシング媒体が選択される。したがって、該搬送媒体に対して好ましくない変化が生じる可能性はない。

本発明の密閉機構の一実施の形態の変形例では、前記第１のシールおよび／または前記第２のシールは、Ｏリングまたはスパイラルシールを備える。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記ソースは、前記凹部を通る前記フラッシング媒体の流量または前記凹部内で前記フラッシング媒体の圧力が一定に維持できるように構成される。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記凹部と前記ソースは、前記フラッシング媒体の閉回路が維持できるように構成される。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記凹部は、前記第１のシールおよび／または前記第２のシールに平行な少なくとも幾つかの部分に及んでいる。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、フラッシング媒体の流入地点とフラッシング媒体の流出地点とが設けられ、前記地点が前記凹部と動作可能に接続される。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記部材は前記搬送装置のハウジングであり、前記部材は前記搬送装置のハウジングのカバーである。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記凹部を通るフラッシング媒体の流量を測定する流量センサが設けられる。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記フラッシング媒体は不活性ガス、具体的には窒素、または不活性液体、具体的にはシリコーン油である。

本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例では、前記凹部は溝である。

更に特定されるのは、前記外部空間から実質的に密閉された前記内部空間に搬送媒体を搬送する搬送装置、特に歯車ポンプであって、前記搬送装置は上記実施の形態の何れか一つの発明に係る少なくとも１つの密閉機構を有する。

最後に特定されるのは、本発明の密閉機構を操作する方法であって、前記密閉機構は、前記第１のシールと前記第２のシールの間に位置する凹部を備え、前記凹部にフラッシング媒体が流される。

前記方法の一実施の形態では、前記凹部を通る前記フラッシング媒体の流量または前記凹部内の前記フラッシング媒体の圧力が一定に保たれる。

前記方法の他の実施の形態では、前記凹部を通る前記フラッシング媒体の流量が測定される。

前記方法の他の実施の形態では、前記フラッシング媒体の起こりうる媒体損失が前記流量の測定から判断され、前記媒体損失の所定の限界値を超えたとき、可聴および／または可視の警報が作動される。

上記実施の形態の変形例では、密閉機構の場合であっても、搬送装置の場合であっても、上記方法の場合であっても、望ましい方法で組合せることができることを明示しておく。また、矛盾をもたらす組合せや組合せの組合せは除外される。

以下、本発明は、想定される実施の形態の変形例を示す図面に基づいて詳細に説明される。

図１は、本発明の密閉機構の第１の実施の形態の変形例の概略断面図である。 図２は、本発明の密閉機構の第２の実施の形態の変形例の概略断面図である。 図３は、本発明の密閉機構によって外部に対して密閉された歯車ポンプの断面図である。 図４は、本発明の密閉機構を示す平面図である。 図５は、凹部を通るフラッシング媒体の流量をモニタリングするためのブロック図である。 図６は、本発明の密閉機構の他の実施の形態の変形例の概略断面図である。

図１は、本発明の密閉機構１の第１の実施の形態の変形例の、シールに対して直角方向の概略断面図である。密閉機構１は、互いに着脱可能に接続することができる２つの部材２，３を密閉するのに適している。この機構の目的は、具体的にはガスの外部空間６から内部空間５への流入を抑えることであり、逆もまた同様である。例えば、歯車ポンプの場合、内部空間５はポンプの内部空間であり、密閉機構１は第１のシール１１で構成されている。外部空間６は例えば周囲の環境であり、密閉機構１は第２のシール１２で構成されている。例えば、フラッシング媒体（flushing medium）としての窒素が流れる例えば溝形の凹部１５が第１のシール１１と第２のシール１２の間に設けられている。凹部１５は、部材３（図１）と部材２（図２）の何れかに配置することができる。凹部１５は、第１の部材と第２の部材の両方に設けられた実施の形態の変形例も想定される（図示せず）。

そのため、密閉機構１は、具体的には第１のシール１１と第２のシール１２が設けられた二段階の構成を有している。２つのシール１１，１２の間の中央にはフラッシングゾーンが設けられ、該ゾーンには明確に形成された凹部１５を介して該フラッシング媒体が加えられ、凹部１５に能動的に流れ、的確な方法で浸入した酸素を運び去り、その結果、内部空間５で該搬送媒体が酸素と接触することはない。したがって、本発明によれば、凹部が主要な断面領域を作り出すので、該フラッシング媒体が２つのシール１１，１２の間の中間スペースで構成されるフラッシングゾーン、具体的には凹部１５に能動的に流入し、能動的に取り除かれる。

シール１１，１２は、例えばＯリングであり得る。しかしながら、原理上、本発明は何らかの実証済みの種類のシールによって完璧に機能することを明示しておく。更なる実施の形態の変形例においては、２つの異なる種類のシールが用いられることが想定されており、すなわち、第１のシール１１と第２のシール１２が同じ原理に基づいて機能する必要はない。

具体的には、スパイラルシール（例えば、Ｓｐｉｒｏｆｌｅｘという商品名で入手可能）もシールとして適している。このスパイラルシールは、プレストレスで加圧されたらせん巻きのシーリング材料で構成されている。理論上、スパイラルシールは、らせん巻きの溝に沿って、最小漏出ダクトを有している。このため、該スパイラルシールは完璧なシールではないとも考えられる。それにもかかわらず、完璧でないそのようなシールの場合でも、本発明の密閉機構は、特にガス状のフラッシング媒体に対して良好なシールを実現している。

本発明には、特に密閉機構１の個々の構成要素に不具合が生じた場合であっても、公知の密閉機構に優る著しい利点がある。

第１のシール１１に不具合が生じた場合、熱いポリマーは第２のシール１２まで進み、最悪の場合でもフラッシングダクト、すなわち、凹部１５で遮られる。また、フラッシング媒体が内部空間５に進み、それによって搬送媒体と接触する可能性もあるが、該フラッシング媒体は該搬送媒体が該フラッシング媒体との接触によって変化しないように選択されるので、リスクを伴わないと考えられる。

第２のシール１２に不具合が生じた場合、最悪の場合にはフラッシング媒体が周囲環境まで進む。このような状況のときには、更に記載される方法によって検出することができる。

能動的なフラッシングによって、第２のシール１２を通って該フラッシング空間に入る酸素の拡散の可能性も回避され、該フラッシング空間では、酸素が能動的に運び去られなければ、その酸素は該フラッシング媒体中、ここでは例えば窒素中に蓄積させることができ、プロセスに進むことができる。

本発明の密閉機構１は、下記利点の内の少なくとも１つを有する。
‐ 複数のシールは、第１のシール１１と第２のシール１２を備えた本発明の密閉機構の提案のように、同種又は異種のシールが使われているか否かに関係なく、１つのシールの不具合をより効果的に許容する。例えば、歯車ポンプのために用いられたカバーのたるみによって、該シーリング材料の燃焼、脆化、（特に、該搬送媒体上での）長期影響によって第１の（すなわち、内側の）シール１１に不具合が生じた場合でも、外側のシール１２は依然としてシールを行える。
‐ フラッシング媒体用の空間が比較的小さく、該シーリングゾーン内に局所的に明確に限定され、それによってフラッシング媒体の大量の漏出を防ぐことができる。
‐ フラッシング媒体の流量を的確な方法で設定することができ、人に害のない場所に排出することができる。
‐ 密閉機構１は、２つの点でモニタすることができる。すなわち、変化、具体的には該フラッシング媒体用のラインが閉じられたときの該フラッシング媒体の流量の減少または圧力の低下を検出することができる。第二には、第１のシール１１と第２のシール１２の間（すなわち、第１のシール１１内の内部空間５）と第２のシール１２の外側（すなわち、外部空間６）の各個別のシーリングゾーンは、漏出している密閉機構を識別することができるようにするために、個別にヘリウムで満たすことができる。
‐ プラント要素の被覆はもはや必要なく、そのため、メンテナンス作業のために、該プラン要素に良好にアクセスすることができる。

シーリング面２０，２１が（例えば、大きな機械的負荷のために）一時的に持ち上げられたとしても、フラッシング媒体が酸素の浸入を確実に防止する。

本発明の密閉機構１は、具体的には歯車ポンプでの使用に適し、密閉機構１は２つのポンプカバー各々での使用が可能である。また、本発明の密閉機構は、全てのシーリングカバーと、該歯車ポンプ内に突出するセンサまたはアクチュエータの全てのシーリング箇所に顕著に適している。一般には、本発明の密閉機構は、具体的には全ての静的シーリング箇所に適している。

図３は、ポンプハウジング４０と、駆動軸４３が貫通して外部に案内された第１のカバー４１と、ポンプハウジング４０の第１のカバー４１とは反対側に位置する第２のカバー４２とから成る歯車ポンプの断面図である。図１，２に基づいて説明したように、符号１はここでも該密閉機構を示し、フラッシング媒体は供給および排出ライン４５を介して供給および排出される。本発明の密閉機構１は、圧力センサ等のセンサユニット４６や、例えば歯車ポンプの戻りダクトに必要に応じて設けられる貫流バルブを制御するアクチュエータユニット４７を静的に密閉するために用いられる。

一例として、本願と同じ出願人の欧州特許第０８８１３９２Ｂ１号明細書に記載された動的シールは、ポンプハウジング４０と第１のカバー４１の外部から案内される駆動軸４３を密閉するのに有利である。

図４は図１，２に示された密閉機構の平面図であり、内部空間５と外部空間６が追加情報を伴わない参照数字で示されている。この密閉機構の内部空間５と追加的な構成要素に関して、第１のシール１１は内周部（medial perimeter）に配置され、第２のシール１２は外周部（lateral perimeter）に配置されている。凹部１５は第１のシール１１と第２のシール１２の間に配置されるが、フラッシング媒体の凹部１５への能動的注入（active flooding）が可能なように、供給ライン５０の領域および排出ライン５１の領域で遮断されている。

フラッシング媒体がΩ状の凹部１５を介して流入および流出されるので、図４に示す密閉機構は例えば「オメガ機構」とも言う。この場合、流入接続部と流出接続部が互いに近接して配置され、該フラッシング媒体は、円の略全周（すなわち、内部空間５の少なくとも周囲）の長い経路に沿って流入口から流出口まで流れる必要がある。このことによって該フラッシング媒体は、例えば環状に設けられたシール１１とシール１２の間を全周にわたって確実に流れる。

このような趣旨で説明した密閉機構では、シール１１，１２が１つの平面内に配置されることが分かる。本発明の更なる実施の形態の変形例では、この平面の外側への（例えば、密閉される構成要素の端を越えて）シール１１，１２から成る装置が設けられる。

図５は、密閉機構１の凹部１５を流れるフラッシング媒体の流量をモニタリングする貫流システムの概略図である。該貫流システムは、圧力制御弁６０と流量計６１を介して供給ラインシステムによって密閉機構１の供給ライン５０に接続されたソース３０（例えば、フラッシング媒体が十分に貯蔵された圧力容器）から構成されている。簡単のため、該密閉機構は、図５には単にオメガによって概略的に示されている。排出ライン５１もバルブ６４と栓６５を介して流出口６６まで通るラインシステムに接続され、例えば制御された外部への排出が実施される。該密閉機構の圧力状態をモニタするために、入力側の供給ライン５０と出力側の排出ライン５１の夫々に圧力センサ６２，６３が設けられている。

本発明に従って提案された貫流システムでは的確な漏出検査を実行することが可能である。この目的を達成するために、フラッシング媒体が流出するときの出口圧力だけでなく、フラッシング媒体がフラッシングダクト（凹部１５）に流入するときの体積流量と圧力も測定する必要がある。フラッシング媒体の流れを追加的なオンオフスイッチによって的確な方法で停止させることができる。そして、圧力と流量の評価から、該密閉機構の動作モードや起こりうる機能不全に関する断定が可能である。

本発明の更なる実施の形態では、全ての密閉機構の動作が個別に検査できるように、この種の貫流システムが歯車ポンプの密閉機構毎に実現されている。

この点に関して、具体的には重合プロセスに影響を及ぼすことなく該歯車ポンプのフル稼働中に検査を実行できるという点で本発明は有利である。

漏出が生じたとき、個々のフラッシングダクトにヘリウムを満たすことによって密閉機構が個々に調べられる。この点に関して、一方で該反応容器内へのヘリウムの漏出を検出することが可能であり、他方で該歯車ポンプの外部で検出プローブを用いて外側のシール漏れを的確な方法で捜し、それを発見することも可能である。図５には対応する開放弁や接続部は示されていない。

フラッシング媒体の圧力は大気圧よりも大きくすることが理想的であり、すなわち、より低い過剰圧力が該溝内に広がる。

また、具体的には該搬送装置の外部から内部空間５に貫通するセンサまたはアクチュエータを密閉するための本発明の密閉機構は端を越えて配置することもできることを明示し、それについて、図６に基づいてさらに説明する。この場合、そこに１つの内側シールと、１つ以上の外側シールとを設けることが完全に可能である。

図６は、センサ４６がポンプ内部空間５に貫通している箇所の該搬送装置の断面図である。この貫通部も同様に密閉しなければならない。センサ４６は、ポンプカバー２（第１の部材）にねじ込まれたクランプフランジ７によって固定されている。この場合、センサ４６の外径上の密閉箇所は、内側シール１１と外側シール１２ｂとによって密閉されなければならない。クランプフランジ７とポンプカバー２の間の更なる密閉箇所は、第２の内側シール１２ａによって密閉されている。それらのシールの間には１つの凹部１５または（図６の右側に図示されているように）２つの凹部１５ａ，１５ｂの何れかがある。

Claims (14)

1. 内部空間（５）を外部空間（６）から密閉することができる、少なくとも１つのシーリング面（２０、２１）を有する少なくとも２つの部材（２、３）を備える歯車ポンプ用の密閉機構（１）であって、前記シーリング面（２０、２１）が、
   前記シーリング面（２０、２１）に設けられる第１のシール（１１）と、
   前記シーリング面（２０、２１）に設けられ、かつ前記外部空間（６）と前記第１のシール（１１）の間に設けられる第２のシール（１２）と、
   前記第１のシール（１１）と前記第２のシール（１２）の間の凹部（１５）と、を備え、
   フラッシング媒体が前記凹部（１５）に能動的に流れるように、前記凹部（１５）が前記フラッシング媒体を有するソース（３０）と接続でき、
   前記フラッシング媒体の流入地点と前記フラッシング媒体の流出地点とが設けられ、前記地点が前記凹部（１５）と動作可能に接続されることを特徴とする密閉機構（１）。
2. 前記第１のシール（１１）および／または前記第２のシール（１２）は、Ｏリングまたはスパイラルシールを備えることを特徴とする請求項１に記載の密閉機構（１）。
3. 前記ソース（３０）は、前記凹部（１５）を通る前記フラッシング媒体の流量または前記凹部（１５）内で前記フラッシング媒体の圧力が一定に維持できるように構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉機構（１）。
4. 前記凹部（１５）と前記ソース（３０）は、前記フラッシング媒体の閉回路が維持できるように構成されることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の密閉機構（１）。
5. 前記凹部（１５）は、前記第１のシール（１１）および／または前記第２のシール（１２）に平行な少なくとも幾つかの部分に及んでいることを特徴とする、請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の密閉機構（１）。
6. 前記部材（２）は前記歯車ポンプのハウジング（２）であり、前記部材（３）は前記歯車ポンプのハウジング（２）のカバー（３）であることを特徴とする、請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の密閉機構（１）。
7. 前記凹部（１５）を通るフラッシング媒体の流量を測定する流量センサが設けられることを特徴とする、請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の密閉機構（１）。
8. 前記フラッシング媒体は不活性ガスまたは不活性液体であることを特徴とする、請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の密閉機構（１）。
9. 前記凹部（１５）は溝であることを特徴とする、請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の密閉機構（１）。
10. 前記外部空間（６）から実質的に密閉された前記内部空間（５）に搬送媒体を搬送する歯車ポンプであって、請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の少なくとも１つの密閉機構（１）を有する歯車ポンプ（４）。
11. 請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の密閉機構（１）を操作する方法であって、前記密閉機構は、前記第１のシール（１１）と前記第２のシール（１２）の間に位置する凹部（１５）を備え、前記凹部（１５）にフラッシング媒体が流されることを特徴とする方法。
12. 前記凹部（１５）を通る前記フラッシング媒体の流量または前記凹部（１５）内の前記フラッシング媒体の圧力が一定に保たれることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記凹部（１５）を通る前記フラッシング媒体の流量が測定されることを特徴とする、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
14. 前記フラッシング媒体の起こりうる媒体損失が前記流量の測定から判断され、前記媒体損失の所定の限界値を超えたとき、可聴および／または可視の警報が作動されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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