(57)【要約】  本発明の技術分野は、回転部品のトルクの伝達に用いられる磁気シール装置に関するものである。化学薬品および薬剤を扱う産業は、ガスと液体の如き材料を混合する必要性がある。この混合は、混合機、攪拌機および他の同様の装置により実行されている。すべての装置は、装置の本体から出ているシャフト、すなわち装置を貫通するシャフトを有している。シャフトが装置に入る部位が漏洩の可能性のある場所である。本発明が取り組んでいる技術的課題のうちの１つは、漏洩を減少させる確実なシールを提供することである。本発明にかかる磁気シール組立体は、産業規模の用途において用いられる攪拌機などに対して安全で、故障のない、強固な、漏洩を防止する、非接触式のシールを与える磁気シール装置を提供している。本発明にかかる装置は、多量の液体を漏洩無しで処理することができる産業規模の攪拌機におけるトルクの伝達に用いられる。
2009516808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）反応容器（Ｂ）に取り付けられたノズルフランジ（Ａ）にボルトを用いて固定される環状の取り付けフランジ（１）と、
（ｂ）固定シュラウド（２）と、
（ｃ）スツール組立体と、
（ｄ）外側マグネット組立体と、
（ｅ）内側マグネット組立体と、
（ｆ）ドライバカップリング（２１）と、
（ｇ）ベアリングハウジング（４）と、
（ｈ）上方および下方の内側ベアリング（３５、３６）と、
（ｉ）上方および下方の外側ベアリング（２２、２６）とを備えており、
前記環状の取り付けフランジ（１）が、前記固定シュラウド（２）のシュラウドフランジ（１３）、前記スツール組立体の下側スツールフランジ（３）および容器（Ｂ）のノズルフランジ（Ａ）に、同軸上に、密封可能で、かつ、固定して接続されており、
ドライバカップリング（２１）の下端部が、前記外側マグネット組立体の外側マグネットホルダ（１７）の上部に、同軸上に、密封可能で、かつ、固定して接続されており、
前記ドライバカップリング（２１）が、その中央孔内に、第一のキー溝を有した原動機（Ｄ）の原動機シャフトを同軸上に収容し、前記第一のキー溝が前記ドライバカップリング（２１）と前記原動機シャフトとを連結しており、
前記ドライバカップリング（２１）が、前記上方の外側ベアリング（２２）を介して前記スツール組立体に、同軸上に、密封可能に、かつ、回転可能に接続されており、
前記外側マグネット組立体が、前記下方の外側ベアリング（２６）を介して前記スツール組立体に、同軸上に、密封可能に、かつ、回転可能に接続されており、
前記内側マグネット組立体が、第二のキー溝を介して、カップリングを有した前記内側シャフト（３４）に、同軸上に、密封可能に、かつ、固定して接続されており、前記カップリングを有した前記内側シャフト（３４）が、前記内側マグネット組立体の内側コア（３３）の中央孔に同軸上に部分的に収納され、前記内側コア（３３）が同軸上に並んだ段部のある中央孔を有し、前記第二のキー溝が前記段部のある中央孔の下側の直径の小さな部分のスロットの内側に嵌合するように構成されており、
前記カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトが、前記上方および下方の内側ベアリング（３５、３６）を介して、前記ベアリングハウジング（４）の中空の筒体内に、同軸上に、密封可能に、かつ、回転可能に配置されており、
前記原動機（Ｄ）の原動機取り付けフランジが、前記スツール組立体の上側スツールフランジ（２８）上に、同軸上に、かつ、固定して取り付けられてなる、磁気シール組立体。
【請求項２】
ａ．前記取り付けフランジ（１）の上面が、内側Ｏ−リング（１６）および外側Ｏ−リング（４１）を含むＯ−リングを嵌合するための複数の溝を有し、前記取り付けフランジ（１）の前記上面には段部が設けられており、前記取り付けフランジ（１）内の内孔にはベアリングハウジング（４）が取り付けられ、上方の内側ベアリング（３５）および下方の内側ベアリング（３６）をさらに含む内側ベアリングが、前記ベアリングハウジング（４）の端部に取り付けられており、
前記内側ベアリングが、不活性な材料からなっており、自己潤滑性であるか、潤滑剤を用いない（乾式運転）か、または、不活性な潤滑剤でシールされており、
ｂ．前記固定シュラウド（２）が、下端部にシュラウドフランジ（１３）を有し上端部にシュラウドキャップ（１４）を有しているシュラウドシェル（１２）をさらに備え、前記シュラウドフランジ（１３）がドリルで開けられたボルト用の穴を有し、複数のシュラウド用のボルトが穴の中に嵌合されて前記シュラウドフランジ（１３）を前記取り付けフランジ（１）に固定して接続し、内側Ｏ−リングが、前記取り付けフランジ（１）の内側Ｏ−リング溝に挿入され、前記シュラウドフランジ（１３）が、その下面においてそのボルト円直径の段部を有しており、
ｃ．前記外側マグネット組立体が、外側マグネットホルダ（１７）と、複数の外側マグネット（１８）と、外方の上側ワッシャと、外方の下側ワッシャとをさらに有し、前記外側マグネットホルダ（１７）が、その内側の円筒状の面に機械加工された軸方向のスロットを備えた中空状の筒体を有し、前記軸方向のスロットには外側マグネット（１８）が取り付けられ、該外側マグネット（１８）が、面に沿った向きになっている北−南磁極を有している、すなわちこれらのマグネットが厚さに沿って磁化され、前記外側マグネット（１８）が、磁力により前記外側マグネットホルダ（１７）へ取り付けられ、さらなる安全性のために、前記外側マグネット（１８）が特別の接着剤で前記軸方向のスロットの中に嵌合され、下方の外側ベアリング（２６）が、前記外側マグネットホルダ（１７）の外側の円筒状の面に取り付けられ、前記下方の外側ベアリング（２６）の外側レースが前記スツールシェル（２７）の対応する凹部の中に嵌合され、前記外側マグネットホルダ（１７）がその下端部にネジ穴を有し、ネジを前記ネジ穴に通すことで、下方の外側ワッシャ（１９）が、前記外側マグネットホルダ（１７）の下端部へ取り付けられ、前記外側マグネットホルダ（１７）の上端部で、その内側の円筒状の部分に上方の外側ワッシャ（２０）が取り付けられ、前記外側マグネットホルダ（１７）が、その上面にネジ穴を有し、前記上面にドライバカップリング（２１）が取り付けられており、
ｄ．前記ドライバカップリング（２１）が前記原動機（Ｄ）に前記外側マグネット組立体を接続し、前記ドライバカップリング（２１）が半径方向外側に向けて扇状に広がる傾斜孔を有し、該傾斜孔が接線方向外側にさらに向けられ、前記ドライバカップリング（２１）が、その上面にベント孔を有し、前記ドライバカップリング（２１）の前記上面は、内側および外側が機械加工され、上方の外側ベアリング（２２）がそこに取り付けられ、
前記上方の外側ベアリング（２２）および前記下方の外側ベアリング（２６）が、前記外側マグネット組立体を前記固定シュラウド（２）に対して同軸上に一列にならべることにより、前記外側マグネット（１８）と前記シュラウドとの間に均一なギャップが存在することを担保し、前記ドライバカップリング（２１）の内側部分が、前記第一のキー溝を備えた前記原動機シャフトを収容するために中ぐりされ、機械加工された前記ドライバカップリング（２１）の上端部が、外側ロックナット（２３）と、前記上方の外側ベアリング（２２）を適所に係止する外側ロックワッシャ（２４）とを嵌合するために部分的にネジ切りされており、
ｅ．前記外側マグネット組立体および前記ドライバカップリング（２１）が、潤滑剤または冷却剤の充填、オーバーフローおよび排出のための接続部を有している前記スツール組立体の内側に配置され、前記スツール組立体が、そのいずれかの端部に設けられたスツールシェル（２７）と、下側スツールフランジ（３）と、上側スツールフランジ（２８）と、任意選択的なスツールジャケット（２９）とを備えており、前記下側スツールフランジ（３）が、前記取り付けフランジ（１）に着座し、前記取り付けフランジ（１）の段部により適切な位置に位置決めされ、前記下側スツールフランジ（３）が、外側Ｏ−リング（４１）を備えた前記取り付けフランジ（１）へボルトで固定されることにより前記下側スツールフランジ（３）と前記取り付けフランジ（１）との間のシールを確実に漏洩のないものとしており、
前記スツールシェル（２７）が、潤滑流体または冷却流体により充填され、前記下側スツールフランジ（３）がオイルタンク（４２）から供給される前記潤滑流体または前記冷却流体を充填するための接続部を有しており、前記潤滑流体または前記冷却流体が、オイルあふれ弁（５０）から溢れるまで充填され、充填されると、前記あふれ弁が閉弁されるように構成されており、
また、前記外側マグネット組立体が、前記潤滑流体または前記冷却流体に浸されており、任意選択的なスツールジャケット（２９）が前記スツールシェル（２７）を取り囲み、冷却水またはその他の適切な冷却剤がジャケット流入口接続部（１０ａ）とジャケット流出口接続部（１０ｂ）をその下側端部および上側端部にそれぞれ対応して有している前記スツールジャケット（２９）を通って循環しており、 
ｆ．前記上側スツールフランジ（２８）が、フランジ付き原動機（Ｄ）を収容するための凹部および複数のネジ穴をその上面に有し、前記上側スツールフランジ（２８）の内径が、前記上方の外側ベアリング（２２）を収容するように機械加工により形成され、その外側レースが前記上側スツールフランジ（２８）内に嵌合し、その内側レースが、前記ドライバカップリング（２１）の上端部の適切に機械加工された部分上に着座し、これにより、前記ドライバカップリング（２１）および前記外側マグネット組立体を前記固定シュラウド（Ｔ）と同軸上に配置しており、
ｇ．前記内側マグネット組立体が、内側マグネットホルダ（３０）と、複数の内側マグネットと、内側スリーブ（３２）と、内側コア（３３）とを備えており、
前記内側マグネットホルダ（３０）が、中空の円筒状の形状を有し、軟鉄から作られており、前記内側マグネットホルダ（３０）の外面は、前記組立体内の前記内側マグネットの数が多角形の辺の数と等しくなるように、多角形状の面に機械加工されており、前記内側マグネットが、前記多角形の面の各面に取り付けられており、
前記内側マグネットホルダ（３０）が被磁性体である内側コア（３３）へ溶接され、内側コア（３３）が、段部を備えた中空状の被磁性体である円筒状の部材であり、前記段部が、内側ワッシャ（４３）の確実な位置決めを容易にするために設けられており、このようにすることにより前記内側マグネット（３１）が取り付けられた前記内側マグネットホルダ（３０）が前記内側コア（３３）に挿入されるようになっており、
耐食性材料から作られることが好ましい前記内側スリーブ（３２）が、前記内側マグネット（３１）に嵌合し、一方の端部で前記内側コア（３３）に溶接され、こうすることにより、前記内側マグネットが前記反応容器内の流体と接触しないようになっており、
ｈ．前記内側コア（３３）が、カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトを収納するためにその軸上に段部付きの孔を有しており、前記段部付きの孔の上端部の直径が、その下端部の直径より大きくなっており、前記下端部における前記孔が、前記第二のキー溝に嵌合するようにスロットが形成され、このことにより、前記カップリング（３４）を備えた内側シャフトが前記内側コア（３３）と共に回転することが担保されており、
ｉ．前記カップリング（３４）を備えた内側シャフトが、前記内側コア（３３）内の中央孔を通り抜けるように構成され、前記シャフトの前記上端部がネジ穴を有しており、内側のワッシャ（４３）が、前記内側コア（３３）の前記孔の段部に置かれ、内側シャフトロックボルトを有し、該ボルトが、前記ネジ穴の中にねじ込まれ、これにより、前記カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトを前記内側コア（３３）に対して同軸上に配置しており、
ｊ．前記内側シャフト（３４）が、前記上方の内側ベアリング（３５）においてまたはその上方にネジ部を有し、これにより、内側ロックナットおよび内側ロックワッシャを収容することに加えて、複数のボルトで前記取り付けフランジ（１）へ固定されているベアリングロックを用いて前記上方の内側ベアリング（３５）を押さえており、
ｋ．前記ベアリングハウジング（４）が、一対の防塵用ブッシュが取り付けられるように延設され、下側防塵用ブシュ（４０）が前記内側シャフト（３４）と前記ベアリングハウジング（４）の間に嵌合され、上側防塵用ブシュ（４７）が、前記内側シャフトの前記上端部で取り付けられており、前記防塵用ブッシュ（４０、４７）が、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫまたは他の適切な材料から構成される一群から選択される材料から作られる中空状の筒体であり、このことにより、ほこりまたは固形微粒子が前記内側ベアリングまたはシュラウドの領域内に入らないようにし、熱い容器蒸気が前記内側ベアリングおよび前記内側マグネットと直接に接触しないようにするための防壁を形成しており、
ｌ．前記内側シャフト（３４）には、前記防塵用ブシュ（４０）の部位の上方の水平の孔と、該水平の孔から前記内側シャフト（３４）まで延びている垂直の孔とがドリルで形成され、これにより、圧力のバランスが取られ、前記容器圧力が前記シュラウドまで伝達され、前記内側ベアリングの四方の圧力が均一であることが担保されており、
前記磁気シール組立体では、前記スツール組立体が、前記取り付けフランジ（１）上に着座し、前記取り付けフランジが前記反応容器にボルトで固定されており、前記スツール組立体の前記上面が、下方向きのシャフトを備えた垂直型の原動機（Ｄ）を収容するために適切な段部およびネジ穴を備えており、前記ドライバカップリング（２１）が、前記外側ベアリングにより、前記スツール組立体の前記上側フランジに設けられおり、前記ドライバカップリング（２１）の上部内の中央孔が前記原動機シャフトを受け入れるように構成されており、
前記外側マグネット組立体が、前記ドライバカップリング（２１）の前記下端部に取り付けられ、それと共に回転するように構成されており、前記シュラウドが密閉に前記反応容器をシールしており、トルクが、接触することなく、前記外側マグネット組立体から前記シュラウドを越えて前記内側マグネット組立体に伝達され、前記内側マグネット組立体が前記内側シャフト（３４）に取り付けられてなる、請求項１記載の磁気シール組立体。
【請求項３】
前記スツール組立体の前記上端部に設けられる漏洩検出ポート（４８）と、前記スツールフランジまたは前記取り付けフランジの前記外径部に位置するオイルドレン弁（４９）とをさらに備えてなる、請求項１または２記載の磁気シール組立体。
【請求項４】
実質的に本明細書に記載され添付の図面に示されている磁気シール組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、一般的に回転部品のトルクの伝達に用いられる磁気シール装置に関するものである。さらに詳細には、本発明は、この目的のために磁気シールを用いることに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許出願第９２６／ＭＵＭ／２００５号を参照する。この出願に関しては、仮明細書が２００５年８月０９日に提出され、完全な明細書（現在、仮明細書に切り替えられている）が２００５年１０月１１日に提出されている。
【０００３】
化学薬品および薬剤を扱う産業は、ガスと液体の如き材料を混合する必要性がある。この混合は、混合機、攪拌機および他の同様の装置により実行されている。ブロワー、タービン、ポンプ、攪拌フィルタの如きいくつかの化学機械およびプロセス機械は、シャフトに取り付けられた内部インペラを備えている。シャフト−インペラ組立体は、原動機（Ｄ）（ギヤーボックス付き／無しのモータ）と共に回転されるようになっている。このシャフトは装置の本体から出ている、すなわちシャフトは装置を貫通している。シャフトが装置に入る部位が漏洩の可能性のある場所である。漏洩を減少させる確実なシールを提供する試みが従来からなされてきた。
【０００４】
従来、シャフト進入箇所は、パッキン箱またはメカニカルシールを用いた不十分な方法でシールされていた。
【０００５】
パッキン箱とは、シャフトに対して同心上に設けられた筒体であり、容器に取り付けられている。アスベスト、グラファイトまたはＰＴＦＥのロープの如きパッキン材料が、シャフトとそれに対して同心上に設けられた筒体との間の環状の空間の中に「詰め込まれる」。（また、ロープが他の適切な材料であってもよい。）パッキンは、他の中空状の筒体により締め付けられ、その内径はシャフトの内径よりもわずかに大きく、 その外径は同心の筒体よりもわずかに小さい。パッキン箱からは通常連続的な漏洩があり、このシール方法は、大気圧の下または低圧の下で危険ではない液体の入った反応器にしか用いることができない。パッキン箱では相当量の力が摩擦により失われうる。中速から高速においては、締め付けられたロープによりシャフトが食い込まれるため、シャフトの直径が小さくなってしまう。
【０００６】
メカニカルシールとはシャフト進入箇所におけるチャンバのことである。このチャンバは、オイルで充填され、容器の動作圧よりもわずかに高い圧力に外部から加圧されている。回転円盤（シール面）はシャフトに取り付けられており、チャンバは固定円盤（シール面）を含んでいる。これらの面は、シール面を相互に押し付けるスプリングの助けを借りて相互に押し合っている。これらの面は相互に回転しており、面の間にはオイル膜が形成されている。オイル膜は、プロセス流体（通常、ガス）がシールから漏れ出して漏洩しないようにしている。通常、これらのシール面のうちの一方の面は、炭化ケイ素、炭化タングステンまたはステライトの如き硬質材料であり、他方の面は炭素の如き軟質な材料である。高圧の反応器をシールする場合は、シールチャンバは、チャンバ内のシール用流体の大気中へ漏洩を防止するための一組のシール面をさらに備えてもよい。
【０００７】
一般に、さまざまな設計のメカニカルシールが入手可能である。メカニカルシールは、シール不良の場合に漏れうる防壁液体を有している。メカニカルシールは複数の原因で故障する場合がある。最も一般的な原因は、シール面に沿って漏洩する原因となるシール面への機械的損傷、機械的衝撃、不適切な位置調整、振動などによりもたらされるシール用エラストマの不良によるものである。これらの場合には、容器流体の損失および／またはシール用液体により容器内容物の汚染がある。メカニカルシールは、点検が困難過ぎてパッキン箱を用いることができないような装置に用いられている。一般的に、圧力および温度が高く、プロセス流体が危険な装置の場合である。この理由のため、メカニカルシールが故障すると、プラントの安全性を危うくし、環境を危険に晒す場合がある。 
【０００８】
第三のタイプのシール装置は、一部の遠心ポンプに用いられるＭａｇ  Ｄｒｉｖｅとして本発明に関連する技術分野において知られている磁気シールである。これは、モータにより回転される外側マグネット組立体からなっている。内側マグネット組立体は、ポンプケーシングの内部に設けられており、また、ポンプシャフト／インペラは内側マグネットに取り付けられている。外側マグネットが（モータの補助により）回転すると、ポンプインペラが回転し流体を圧送するようになっている。
【０００９】
磁気シールポンプの使用は比較的容易である。ポンプシャフトは、短く、また、セラミック製のスリーブベアリングを備えた一方の端部で支持されおり、これらのベアリングは、ポンプにより圧送される液体により冷却されるようになっている。さらに、ポンプが有するインペラは小さいので、一般的に消費電力は低い。通常３０００ＲＰＭという高速であるが故に、必要とするトルクは低い。（与えられた馬力に対して、トルクはＲＰＭに反比例する）。
【００１０】
従来、以下の理由により、攪拌機などに対して磁気シールを用いるにあたって相当の困難があった。反応器は、消費電力が比較的高く、速度は通常３００ＲＰＭ以下と低いため、非常に高いトルクが必要であった。
【００１１】
米国特許第５６９２９５７号において、シェラー（Ｓｃｈｅｒｅｒ）は、駆動連結部材および被駆動連結部材を備えている磁気結合システムを開示している。そこで開示されている磁気結合システムは、軸方向に沿って間隔をおいて並べられている一対のスリーブベアリングを有するスリーブベアリング装置を備えている。この発明は、スリーブベアリングが低温において凝固する傾向があるため、スリーブのまわりを加熱流体が循環することが必要となるという欠点がある。他の欠点は、発明品の動作中に摩擦により相当量の熱が生成されるという点である。
【００１２】
現時点で用いられている磁気シールの他の特徴は、シャフトの２つの端部においてスリーブベアリングを用いているということである。ポンプの場合とは異なり、腐食性流体を扱う装置の場合には、シャフトの両方の端部にベアリングを有することは望ましくない。攪拌機シャフトの端部が腐食性を有しうるとともに摩耗性の固形物を浮遊しうるプロセス液体に浸されていると、浸されたベアリングまたはシャフト自体が腐食する場合がある。
【００１３】
したがって、片持ち支持体の助けを借りて攪拌機内にシャフトを吊ることは有利なことである。
【００１４】
現時点において利用可能な反応器用の磁気シールに対する制限が他にもいくつかある。１つの制限は、反応器のサイズに関するものである。現時点において利用可能な磁気シール付の反応器は、実験室規模の用途に用いられ、この用途では、混合容積が１〜４０リットル以内であり、必要とされるトルクが比較的低い（最大で約２５０Ｎｍ）。他の制限はシャフトの直径に関するものである。現在利用可能な磁気シールは、およそ４ｃｍ以内のシャフトの直径に対応している。また、シャフトの直径および混合容積に対する制限は、現時点において利用可能な磁気シールを産業規模の用途に配備することができないことを意味する。この用途では、混合容積が２立方メートル〜２５立方メートル以上であり、トルク必要条件が２０００Ｎｍ以上である。したがって、現時点において利用可能な磁気シールの用途は、一部のポンプおよび実験室規模の反応器（耐圧器）に見出すことができる。現時点において利用可能な磁気シール付のポンプおよび実験室用の反応器の動作を観察することで、これらの制限の背後にある理由を容易に理解することができる。
【００１５】
ａ）遠心ポンプは、３０００ＲＰＭ程度の高速で通常動作する。（与えられた馬力に対して、トルクはＲＰＭに反比例する）。したがって、中規模（１０ＨＰ）の遠心ポンプは、定常状態におけるトルク定格が２４ニュートンメートル（Ｎ−ｍ）である。トルクが低いと、それに応じてシャフトサイズおよびマグネット組立体が小さくなる。したがって、外側マグネット組立体は、非常に小さく、直径が１０ｃｍ程度であり  長さが８ｃｍ程度である。このように小さな組立体にあっては、偏心運動（揺れ）を恐れることなくモータのシャフトに直接取り付けることができる。
【００１６】
内側ポンプ組立体とは、シャフトに取り付けられ内側マグネットが取り付けられたインペラのことである。このシャフトは、一方の端部において、ポンプケーシング内に取り付けられているセラミック製のスリーブ内で担持されている。これらのスリーブは、ベアリングとして機能し、ポンプケーシング内のポンプシャフト／インペラ／内側マグネット組立体を位置合わせ状態で維持するようになっている。ポンプは、「呼び水された」状態で、すなわち移送される液体でポンプが注水されている状態で常に運転するようになっている。この流体は、スリーブベアリング内で生成される部分的な熱を取り除き、スリーブベアリングを冷却しておくようになっている。
【００１７】
ｂ）実験室スケールの反応器に、ＨＰの小さなモータ（１ＨＰ未満）が取り付けられ、通常５００〜１０００のＲＰＭで運転されている。このような反応器の最大トルクは１０〜１５Ｎ−ｍである。シャフトサイズは小さい（たとえば、１〜２ｃｍの直径）。このような低トルク装置には、非常に小さな磁気ドライブが必要となる。遠心ポンプの場合のように、外側マグネット組立体がモータシャフトに結合されている。この小規模と低重量とのため、いかなる揺れの可能性も排除されている。シャフトは、頂部からつるされており、非常に軽く数グラム程度の重量である。したがって、軸方向の負荷および半径方向の負荷は非常に少ないので、シャフトは、その上端部でセラミック製またはエラストマ製のブッシュにより支えられるように（実験室用の反応器の中に落下しないように）なっている。
【００１８】
その一方で、産業用の反応器／耐圧器のための磁気シールは非常に高いトルクを必要とする。モータのＨＰは１〜５０までの範囲にわたり、攪拌機の速度は３０〜３００ＲＰＭまでの範囲にわたる。磁気トルクは８０のＮ−ｍ〜１０００Ｎ−ｍ以上の範囲にわたる。したがって、シャフトの直径と長さは大きく、たとえば４〜３０センチメートルの直径を有し、１〜４メートルの長さ有している。一部のシャフトは、さらに大きくより重い場合もあり、重量が１トンを超過する場合もある。実験室用の反応器シャフトは数グラムの重量を有している。ポンプインペラ組立体は、数ｋｇの重量を有し、軸方向の負荷を受けない。より高いトルクには、非常に大きな内側マグネット組立体および外側マグネット組立体が必要となるとともに、明らかにより大きなシュラウドが必要となる。したがって、産業用の反応器／耐圧器／攪拌機のための磁気シールの設計には、これらの問題に対処する必要がある。以下の理由によって、既存の設計を直線的にスケールアップすることはできない。 
【００１９】
１）産業用の反応器の磁気シールは、危険な蒸気／ガスを含む場合、高い内圧に耐える場合、反応器の含有物の汚染を防止する場合、または、これらを組み合わせた場合に用いられる可能性が高い。シュラウド直径がより大きくなるにつれて、その分シュラウド厚さが大きくなる。（与えられた圧力に耐えるために、直径の大きなシュラウドはより大きな厚みを有している。）。このことは、内側マグネットおよび外側マグネットが相互により長い間隔をおいて並べられることになるため、及ぼされる磁気力がより少ないことを意味する。そして、このことは、より大きな／より多くのマグネット組立体を設けることが必要となり、故により大きなシュラウドが必要となる。
【００２０】
２）スリーブが内側シャフトの高い重量に耐えることができないので、内側ベアリングとしてスリーブ（たとえば、実験室用の反応器／ポンプのためのセラミック製／エラストマ製のスリーブ）を用いることはない。これらのベアリングは、ボールベアリングまたはローラベアリングの如きロール部材から作る必要がある。さらに、下端部では、シャフト／インペラが混合されている反応器の液体に浸されているため、内側ベアリングをシャフトの両端部に設けることはできない。必要に迫られて、内側ベアリングを反応器の上側部分またはヘッドスペースに設ける必要が生じ、また、回転シャフトが、インペラ上の半径方向スラストのために、片持ち負荷をベアリング上に及ぼすことになる。さらに、一部のインペラ（下方圧送インペラとして知られている）は反応物液体を下方に向けて圧送するようになっている。このことはシャフト上に上向きのスラストを引き起こすことになる。内側ベアリングはこれらの軸方向の負荷および側面方向の負荷に抗しなければならない。
【００２１】
３）化学反応器は、ほとんどが多かれ少なかれ腐食性を有しているさまざまな流体を混合／反応させるために用いられる。内側ベアリングのすべての部分は、ステンレス鋼またはセラミックの如き耐腐食性材料であることが必要である。 
【００２２】
４）化学反応器は、ベアリンググリースを溶かす溶剤蒸気を含んでいることが多い。また、これらの溶剤は、「シールされた状態の」ベアリング内の潤滑剤でさえ攻撃することができる。さらに、ほとんどの化学反応器が真空に晒されている。このことにより、潤滑オイルがベアリングから染み出してしまう。したがって、潤滑剤のいらないベアリングを用いることが必要になる場合が多い。なお、潤滑剤のいらないベアリングの負荷容量は潤滑剤のいる同一のベアリングよりも小さい。さらに、このことを、産業用の装置のための磁気シールの設計に考慮しておくことが必要である。
【００２３】
５）産業用の反応器のための外側マグネット組立体は実験室用の装置またはポンプに用いられるものよりはるかに大きい。固定シュラウドとの同心性を維持するために（すなわち、揺れを防止するために）、外側マグネットホルダには、両方の端部にベアリングが設けられている。また、これらの外側ベアリングは、ハウジング（スツール）を必要とするとともに、潤滑剤に浸されていることを必要とする。この潤滑剤を冷却する必要があるため、スツールにはジャケットが設けられ、冷却剤がジャケットを循環するようになっている。また、スツールは、原動機（モータ）を搭載するための基礎として機能する。
【００２４】
６）化学反応器は浮遊物質を含むことがあり、その一部をヘッドスペース内で流動化（空気中に浮遊）することがある。上方または下方の内側ベアリングの上方および下方の防塵用ブッシュは、このダストが内側ベアリングに侵入して固着することを防止するようになっている。この現象は、スリーブベアリングが固形物の進入を防ぐようになっている実験室用の反応器＆ポンプにおいて存在していない。
【００２５】
７）内圧または真空は反応器シャフトに対して厳しい軸方向の負荷を与えることになる場合がある。たとえば、１０ｃｍの直径を有するシャフトに対して２５気圧の内圧が加わると、約２トンの上向きのベアリング負荷が与えられることとなる場合がある。 
防塵用ブッシュは、このような負荷の蓄積を回避するために蒸気に対しては透過性を有していることが必要となる。
【００２６】
８）反応器は危険な流体を含んでいる場合がある。固定シュラウド内の漏れの場合には、スツールに漏洩検出ポートが取り付けられる。漏れを読み取るために適切なセンサが取り付けられたチャンバを介して、このポートをベント配管に接続することができる。
【００２７】
既存の（小規模の）磁気シールの設計を単にスケールアップすることはできない。したがって、今日まで、磁気シール付き攪拌機は、腐食および摩耗が発生しうる環境や高圧の用途において、とくに産業規模で、広く用いられてこなかった。したがって、産業規模の用途に用いる攪拌機ドライブなどのためにこれらの問題にうまく対処するとともに、安全で故障がなく、強健で、漏洩を防止するための非接触式のシールを有する磁気シール組立体が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
以上の状況を鑑みて、本発明の目的は、産業規模の用途に配置可能であるとともに、漏洩が非常に低いまたはゼロに近い磁気シール組立体を提供することにある。
本発明の他の目的は以下の特徴を備えた磁気シール組立体を提供することにある。
ａ）シャフトにほとんど摩滅を残さない。
ｂ）可動部材間の摩擦を最小限にすることによって電力を節約する。
ｃ）シール面の不良の場合に反応器の中に漏洩する恐れがあるシール用流体を用いる必要性を排除する。
ｄ）長寿命かつ無故障の運転を提供する非接触式のシール法を提供する。
ｅ）高い圧力および温度において容器の流体を安全にシールすることを担保する。 
ｆ）塩素、臭素などの如き腐食性ガスの使用を必要とする用途において安全なシールを担保する。
ｇ）危険、有毒または可燃性の流体に対して安全なシールを担保する。
ｈ）片持ち装置により攪拌機の内側に吊されたシャフトを提供する。
ｉ）混合容積が大きなトルクを必要とする大きさであるとともにシャフトの直径がこれに合わせて大きくなっている産業規模で用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明にかかる磁気シール組立体（ＭＳＡ）は、シールされたチャンバを備えており、そのチャンバの内部に回転シャフト／インペラを有している。回転シャフトには内側マグネット組立体が取り付けられている。シールされたチャンバの外側で、外側マグネット組立体が原動機（Ｄ）により回転される。磁場を外側マグネット組立体から内側マグネット組立体へとチャンバの壁を越えて伝達することにより、非接触式にトルクを伝達し、このトルクにより内側シャフト／インペラを回転するようになっている。また、ＭＳＡには、停止位置の間または回転中に内側マグネット／外側マグネットとシャフトとの位置調整を行い、また、これらを所定の位置の中に保持するための装置がさらに取り付けられる。また、ＭＳＡには、固形物またはホコリがシュラウドの内側の内側マグネットの表面に堆積しないようにするためのまたはシールされたチャンバの内容物が外側部環境に漏れないようにするためのシール装置がさらに取り付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１〜図８には本発明が詳細に示されている。説明図は、斜視図または必要なときには部分断面斜視図で示されている。各斜視図の隣には断面図が示されている。
【００３１】
図１に示されているように、本発明の磁気シール組立体は、容器／反応器（Ｂ）上のノズルフランジ（Ａ）にボルトで固定されている環状の取り付けフランジ（１）を備えている。容器（Ｂ）のノズルフランジ（Ａ）と取り付けフランジ（１）との間のガスケット（Ｃ）によって、容器圧力に対する組立体のシールが維持されている。
【００３２】
取り付けフランジ（１）の上面は、内側Ｏ−リング（１６）と外側Ｏ−リング（４１）とからなるＯ−リングを嵌合するための二つの溝を有しており、これらのＯ−リングはエラストマ材料から通常作られ、固定シュラウド（２）と下側スツールフランジ（３）との間をシールしている。取り付けフランジ（１）の上面には、固定シュラウド（２）および下側スツールフランジ（３）を配置し相対的な位置決めをするための段部が設けられている。取り付けフランジ（１）の内径には、ベアリングハウジング（４）として機能する中空の筒体が取り付けられている。上方の内側ベアリング（３５）およびより下方の内側ベアリング（３６）から構成される内側ベアリングは、ベアリングハウジング（４）の両端部に取り付けられている。
【００３３】
上方の内側ベアリングおよびより下方の内側ベアリング（それぞれ対応して３５、３６）は、容器（Ｂ）からの流体に晒されるようになっており、これらの流体は、腐食特性を有している場合があり、および／または、高温となっている場合がある。ほとんどの場合、これらの流体は通常のベアリング用の潤滑剤を溶かすことができる。したがって、内側ベアリングは、不活性な材料からなっており、自己潤滑性であるか、潤滑剤を用いない（乾式運転）か、または、不活性な潤滑剤でシールされている。
【００３４】
図２に示されているように、固定シュラウド（２）はＭＳＡの基礎的な圧力封じ込め構造を提供している。これは、下端においてシュラウドフランジ（１３）を有しているとともに上端においてシュラウドキャップ（１４）を有している通常円筒状のシュラウドシェル（１２）から構成されている。シュラウドフランジ（１３）には、ドリルにより開けられたボルト孔が設けられている。これらの孔に挿入される複数のシュラウドボルト（１５）は、取り付けフランジ（１）に固定シュラウド（２）を固定するようになっている。固定シュラウド（２）と取り付けフランジ（１）との間の漏洩防止シールは内側Ｏ−リング（１６）により達成される。このＯ−リングは、取り付けフランジ（１）の内側Ｏ−リング溝に嵌合するようになっている。シュラウドフランジ（１３）は、低面（ガスケット面）においてボルト円の直径（ＢＣＤ）の段部を有している。このことにより、内側Ｏ−リング（１６）に作用する支持面積が縮小され、内側Ｏ−リング（１６）上の圧力が増大して内側Ｏ−リングを均一に圧縮し易くすることにより、シールを良好なものとする。
【００３５】
図３に示されているように、外側マグネット組立体は、外側マグネットホルダ（ＯＭＨ）（１７）と、外側マグネット（１８）と、外側の上方／下方ワッシャとを有している。ＯＭＨ（１７）は、軟鉄または他のそのような適切な材料から形成される円筒であり、その内側円筒面には軸方向のスロットが機械加工により形成されている。これらの軸方向のスロットには外側マグネット（１８）が取り付けられるようになっており、これらの外側マグネットは、形状が通常矩形状であり、面に沿って北磁極および南磁極を有している、すなわち長さ方向に沿ってではなく厚さ方向に沿って磁化されている。外側マグネット（１８）は、自体を磁力によりＯＭＨ（１７）に付着するようになっており、さらに安全性のために、これらのマグネットを特別の接着剤を用いて軸方向のスロットへ固定することができる。下方の外側ベアリング（ＬＯＢ）（２６）は、ＯＭＨの外側円筒面状に取り付けられる。ＬＯＢ（２６）の外側レースはスツールシェル（２７）の対応する凹部の中に嵌合される。
【００３６】
ＯＭＨ（１７）は下端部にネジ穴を有している。下方の外側ワッシャ（ＬＯＷ）（１９）は、外側マグネットホルダ（１７）の下端部へネジで取り付けられるようになっている。ネジはネジ穴に中へねじ込まれる。その上端部では、外側マグネットホルダ（１７）の内側円筒部には上方の外側ワッシャ（ＵＯＷ）（２０）が取り付けられる。外側マグネット（１８）がＬＯＷ（１９）とＵＯＷ（２０）との間に位置しているので、これにより、マグネットの軸方向のいかなる移動も制限するように機能するようになっている。また、本発明の特徴の利点として、ＬＯＷ（１９）は、ＬＯＢ（２６）が回転中に滑り落ちることを防止している。また、ＯＭＨ（１７）は、その上面にネジ穴をさらに有しており、ドライバカップリング（ＤＣ）（２１）が（図４に示されているように）ボルトまたはネジにより固定されるようになっている。
【００３７】
図３および図４を参照すると、外側マグネット組立体は、ＤＣ（２１）により原動機（Ｄ）に結合されており、ＤＣ（２１）は、ドライバカップリングボルト（８）によりＯＭＨ（１７）の上部へボルトで固定されている。ＤＣ（２１）は、半径方向外側に向かって扇状に広がっていく傾斜孔（１１）を有している。これらの孔は、接線方向外側に向かって向けられ、遠心ポンプの羽根として機能し、固定シュラウド（２）を取り囲む潤滑剤または冷却剤（通常適切なオイルを含んでいる）を放出するようになっている。内側マグネットおよび外側マグネット（１８）を回転させると、固定シュラウド（２）内に渦電流が生じる。次いて、これらの電流により熱が発生する。傾斜孔の斜め配置は、組立体の回転中、潤滑剤／冷却剤をシュラウドの円筒面の外方に向けて流出させるという効果がある。このことにより、熱を取り除き、固定シュラウド（２）を冷却し易くなっている。また、オイルの循環がマグネットを冷やす役目を果たしている。本発明の特徴的な利点として、ＤＣ（２１）は、その上面に排出孔を有し、冷却剤が完全にそれを満たすことを担保するようになっている。 
【００３８】
冷却オイル（以下、オイルと呼ぶ）は、オイルタンク（４２）を介してスツール組立体に充填される。外側マグネット組立体およびシュラウドの外面がこのオイルの中に浸されている。オイルは、オイルあふれ弁（５０）からあふれ出すまで満たされ、次いで、オイルあふれ弁が閉じられるようになっている。破壊される前に、オイルは、スツールフランジ（２８）または取り付けフランジ（１）の外周部に設けられているオイルドレン弁（４９）を介して排出されるようになっている。スツール内のオイルは外側ベアリングを冷却することに加えて、シュラウド内の渦電流損によりシュラウド内に生成された熱を分散させる。（トルクが、ステンレス鋼シュラウド／ハステロイシュラウドの如き導電性媒体を磁気的に伝達されるような場合、シュラウド内に渦電流が生成される。これらの電流がシュラウドを加熱する。）
図２〜図４に示されているように、ＤＣ（２１）の上端部は、内側および外側が機械加工され、上方の外側ベアリング（２２）が取り付けられ、外側マグネット組立体およびＤＣ（２１）を相対的な位置を合わせている。上方および下方の外側ベアリング（それぞれ対応して２２、２６）は、外側マグネット組立体を固定シュラウド（２）と同軸上に整列させるようになっている。外側ベアリング（２２、２６）により、外側マグネット組立体がシュラウドに対して同心状に並び、外側マグネット（１８）とシュラウドとの間に均一なギャップが存在することが担保される。これらの外側ベアリングにより、複数の列のマグネットを用いることが可能となり、これは、高トルクを達成する上で役立つ。必要ならば、マグネットの長さおよびマグネットの列の数に応じて、２つを超える数の外側ベアリングを組み入れることができる。ＤＣ（２１）の対応する内側部分は、キー溝を備えた原動機シャフトを収容するために中ぐりされる。ＤＣ（２１）の機械加工された上端部は、部分的にネジきりされており、外側ロックナット（２３）、および、上方の外側ベアリング（２２）を適所に係止する外側ロックワッシャ（２４）を嵌合することができる。
【００３９】
外側マグネット組立体およびＤＣ（２１）はスツール組立体の内側に設けられている。図５に示されているように、スツール組立体は、潤滑剤または冷却剤の充填、オーバーフローおよび放出のための接続部を有している。スツール組立体は、下側スツールフランジ（ＬＳＦ）（３）と、一方の端部に取り付けられたツールシェル（２７）と、上側スツールフランジ（ＵＳＦ）（２８）と、任意選択的なスツールジャケット（２９）とを備えている。ＬＳＦ（３）は、取り付けフランジ（１）上に着座し、取り付けフランジ（１）の段部により位置決めされるようになっている。ＬＳＦ（３）は、ガスケットまたは外側Ｏ−リング（４１）によりＬＳＦ（３）と取り付けフランジ（１）との間の漏洩防止シールが維持された状態で、取り付けフランジ（１）へボルトで固定される。
【００４０】
スツールシェル（２７）は、下方の外側ベアリング（２６）を滑らかにするとともに冷却剤の役割を果たす潤滑用流体で充填されている。下側スツールフランジ（３）は、オイルタンク（４２）から供給される潤滑剤を充填させるための接続部を有している。また、外側マグネット組立体もこの潤滑剤／冷却剤に浸されている。スツールジャケット（２９）はスツールシェル（２７）を取り囲んでいる。冷却水または他の適切な冷却剤がスツールジャケット（２９）を通って循環しており、このスツールジャケットは、流入口接続部および流出口接続部（図１に示されている通りに見てそれぞれ対応して１０ａ、１０ｂ）をそのそれぞれ対応する下端部および上端部に有している。
【００４１】
ＵＳＦ（２８）は、フランジ付き原動機（モータまたはギヤーボックス、Ｄ）を収容するために、その上面に凹部およびネジ穴を有している。上側スツールフランジ（２８）の内径は、上方の外側ベアリング（２２）を収容できるように機械加工により形成されている。このベアリングの外側レースはＵＳＦ（２８）に嵌合するようになっている。図２および４示されているように、ベアリングの内レースはＤＣ（２１）の上端部の適切に機械加工された部分に着座するようになっている。本発明の特徴的な利点として、これが、ドライバカップリング（２１）、ひいては外側マグネット組立体を固定シュラウド（２）に対して同軸上に並べる方法であることにある。
【００４２】
図６に示されているように、内側マグネット組立体は、内側マグネットホルダ（３０）と、内側マグネット（３１）と、内側スリーブ（３２）と、内側コア（３３）とを備えている。内側マグネットホルダ（３０）は、軟鉄製の中空の筒体である。この筒体の外面は、多角形の面になるように機械加工されており、多角形の辺の数は、組立体内の内側マグネットの数と等しくなっている。内側マグネット（３１）の各々は多角形の対応する側面に取り付けられる。
【００４３】
図６および図７を参照すると、内側マグネットホルダ（３０）は非磁性体の内側コア（３３）に溶接される。内側コア（３３）は、段部を備えた中空状の磁性のない円筒状部材であり、段部は内側のワッシャ（４３）のしっかりした位置決めを容易にするために設けられている。内側マグネット（３１）が取り付けられた内側マグネットホルダ（３０）は内側コア（３３）に挿入されるようになっている。耐腐食性材料からなる内側スリーブ（３２）は、内側マグネット（３１）に嵌合し、一方の端部で内側コア（３３）に溶接される。このことにより、内側マグネットが反応容器（Ｂ）内の流体（場合によっては腐食性を有する）と接触しないことが担保される。
【００４４】
図６および図７に示されているように、内側コア（３３）は、カップリング（３４）を備えたシャフトを収容するための段部付きの孔をその軸上に有している。段部付きの孔の上端部の直径は、その下端部の直径より大きくなっている。下側の（直径の小さいほうの）孔は、キー溝に嵌合するようにスロットが形成されており、このことにより、カップリング（３４）を備えた内側シャフトが内側コア（３３）と共に回転することが担保されている。
【００４５】
図６および図７には、先に記載されたような、内側コア（３３）内の中央孔を貫通するカップリング（３４）を備えた内側シャフトが示されている。このシャフトの上端部にはネジ穴が設けられている。内側コア孔の段部上に位置する内側のワッシャ（４３）には、内側シャフトロックボルト（４４）が設けられている。この内側シャフトロックボルは、カップリング（３４）を備えた内側シャフト内のネジ穴の中に締め込まれることにより、カップリング（３４）を備えた内側シャフトを内側コア（３３）に対して軸方向に沿って位置決めするようになっている。内側シャフトは、上方の内側ベアリング（３５）を押さえる役目をする内側ロックナット（３７）および内側ロックワッシャ（３８）を収容するために、上方の内側ベアリング（３５）においてまたはその上方にネジ部を有している。
【００４６】
図７および図８を参照すると、上方の内側ベアリング（３５）は、シャフトの重量および攪拌機シャフトのポンプ作用により生ずる軸方向の流体圧力による軸方向の負荷に耐えることができるようになっている。上方の内側ベアリング（３５）は、ボルトで締められたベアリングロック（５）により押さえられているため、攪拌機シャフト上のいかなる上向きの推進力であっても磁気駆動組立体を押し上げることはない。ベアリングロック（５）は、ボルト（６）により取り付けフランジ（１）に固定されている。 
【００４７】
図８に示されているように、ベアリングハウジング（４）は、下側防塵用ブシュ（４０）を内側シャフトとベアリングハウジングの間に嵌合するように伸延している。下側防塵用ブッシュ（４０）は、ほこりまたは固形微粒子が内側ベアリングまたはシュラウドの領域内に入って来ないようにする、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫまたは他の適切な材料で作られている中空状の筒体である。また、下側防塵用ブッシュは、熱い容器蒸気が内側ベアリングおよび内側マグネットと直接接触しないようにするための防壁としても機能する。同様に、内側シャフトの上端部には上側防塵用ブッシュ（４７）が取り付けられている。防塵用ブッシュ（４０と４７）は、反応器内に存在しうるほこりおよび研磨性固形物から内側ベアリングを保護する。
【００４８】
内側シャフトには、垂直方向の中央貫通孔（４６）がドリルにより形成されている。本発明の特徴の利点は、このように配置することにより、圧力の均等化が生じること、すなわち容器圧力がシュラウドにまで伝達されることが担保されることと、さらに内側ベアリングの四方の圧力が均等化されていることとにある。明らかなように、防塵用ブッシュ（４０、４７）は蒸気の流れに対して透過性を有している。
【００４９】
磁気シールは内側シャフトのカップリングで終端する。この部位において、反応器の一部である従動軸（４５）は内側シャフト（３４）へボルトで固定されている。内側シャフト（３４）が磁気トルク伝達によって回転する場合、カップリングにより内側シャフトにボルトで固定されている従動軸（４５）も回転して、攪拌機へ動力を伝達するようになっている。
【００５０】
本発明に関連するいくつかの安全機能の利点を記載する。固定シュラウド（２）はステンレス鋼または高合金鋼の如き耐食性材料から作られている。固定シュラウド（２）は磁気シールの主要な圧力保存部材である。固定シュラウド（２）がなんらかの理由で破損している場合、容器／反応器の流体の漏洩流路が生じる。スツールの上端部には、漏洩検出ポート（４８）が通常オイルドレン弁（４９）とともに設けられている。この漏洩検出ポートをベント配管に接続することができる。危険なプロセス流体の漏洩の可能性を検出するために、漏洩検出ポートとベント配管との間に、センサ付きのチャンバを取り付けることができる。 
【００５１】
ＭＳＡの動作：
円筒状のスツール組立体は取り付けフランジ（１）上に着座しており、取り付けフランジが反応容器にボルトで固定されている。このスツール組立体の上面は、下方向きのシャフトを備えた垂直型の原動機（Ｄ）を収容するために適切な段部およびネジ穴を備えている。ドライバカップリング（２１）は、外側ベアリングにより、スツール組立体の上側フランジに設けられている。ドライバカップリング（２１）の上部の中央孔／凹部は、原動機シャフトを受け入れる。
【００５２】
外側マグネット組立体は、ドライバカップリング（２１）の下端部に取り付けられ、これと共に回転する。シュラウドは反応器／圧力容器を密封状態にシールする。トルクは、接触することなく、外側マグネット組立体からシュラウドを越えて内側マグネット組立体に伝達される。内側マグネット組立体は内側シャフトに取り付けられている冷却されたベアリングハウジング（４）内の一対の内側ベアリングは内側シャフトを保持する。内側シャフトとベアリングハウジング（４）との間の防塵用ブッシュ（４０）は、ほこりおよび熱がベアリング、内側マグネットおよびシュラウドに到達しないようにする。本発明の特徴的な利点として、内側シャフトは防塵用ブッシュ（４０）よりも上では中空となっているため、容器圧力がシュラウドまで伝達され、内側ベアリングの四方すべてが等しい圧力を受ける。
【００５３】
モータ／原動機（Ｄ）が回転すると、トルクが、接触することなく、内側シャフトへと伝達され、内側シャフトが同期して回転する。
【００５４】
以上の記載から明らかなように、本発明が以下の主要な特長を有している。
【００５５】
ａ）内側シャフトおよび外側シャフトに摩耗および裂傷をほとんど残さない。というのは、これらのシャフトとベアリングとの間の摩擦作用を排除する回転部材を備えるベアリングによって両方のシャフトが支えられて／位置決めされているからである。
【００５６】
ｂ）移動部材間の摩擦を最小限に抑えることにより動力を節約する。というのは、回転部材を備えるベアリングがスリーブベアリングと比べて摩擦が小さいからである。
【００５７】
ｃ）従来のメカニカルシールの場合とは異なり、シール面の損傷の場合に反応器の中へ漏洩する可能性がありうるシール用流体を用いる必要性を排除する。
【００５８】
ｄ）非接触式のシール方法を提供して長寿命および無故障の運転を可能にする。このことは、外側シャフトと内側シャフトとの間に物理的な接触、すなわち摩擦が存在しないことにより達成される。このことにより、摩耗および裂傷をさらに減少し、シールの寿命が延びる。
【００５９】
ｅ）高圧および高温における容器の流体のシールの安全性を担保する。磁気シールは、固定シュラウドの如き固定部材が不良になった場合しか漏洩しえない。シール面またはＯ−リングの如き回転部材が不良となるとき故障することが多いメカニカルシールとは異なり、固定シュラウドの如き部材の不良は、これらの部材が強固な設計になっているのでほとんど起こりえないことである。
【００６０】
ｆ）塩素、臭素などの如き腐食性ガスを用いる必要がある用途の場合にシールの安全性を担保する。これは上記の項目（ｅ）と同一の理由によるものである。
【００６１】
ｇ）危険、有毒または可燃性の液体のシールの安全性を担保する。これは上記の項目（ｅ）と同一の理由によるものである。
【００６２】
ｈ）片持ち構造により攪拌機の内側に吊り下げられるシャフトを提供する。
【００６３】
ｉ）大きなトルクを必要とする混合量の大きい、かつ、シャフトの直径を適宜大きくしうるような産業規模で用いることができる。これは、シールの設計によって、創造性のあるベアリング設計に起因する重く大きな直径のシャフトが可能となるからである。他の磁気設計は、小さく軽いシャフト−インペラ組立体に用いることしかできないものである。
【００６４】
本発明の先の詳細な説明によると、当業者にとって明らかなように、本発明は基本的に以下の特徴を備えている。
【００６５】
１．磁気シール組立体は、（ａ）反応容器（Ｂ）に取り付けられたノズルフランジ（Ａ）にボルトを用いて固定される環状の取り付けフランジ（１）と、（ｂ）固定シュラウド（２）と、（ｃ）スツール組立体と、（ｄ）外側マグネット組立体と、（ｅ）内側マグネット組立体と、（ｆ）ドライバカップリング（２１）と、（ｇ）ベアリングハウジング（４）と、（ｈ）上方および下方の内側ベアリング（３５、３６）と、（ｉ）上方および下方の外側ベアリング（２２、２６）とを備えており、
前記環状の取り付けフランジ（１）が、前記固定シュラウド（２）のシュラウドフランジ（１３）、前記スツール組立体の下側スツールフランジ（３）および容器（Ｂ）のノズルフランジ（Ａ）に、同軸上に、密封可能で、かつ、固定して接続されており、
ドライバカップリング（２１）の下端部が、前記外側マグネット組立体の外側マグネットホルダ（１７）の上部に、同軸上に、密封可能で、かつ、固定して接続されており、
前記ドライバカップリング（２１）が、その中央孔内に、第一のキー溝を有した原動機（Ｄ）の原動機シャフトを同軸上に収容し、前記第一のキー溝が前記ドライバカップリング（２１）と前記原動機シャフトとを連結しており、
前記ドライバカップリング（２１）が、前記上方の外側ベアリング（２２）を介して前記スツール組立体に、同軸上に、密封可能に、かつ、回転可能に接続されており、
前記外側マグネット組立体が、前記下方の外側ベアリング（２６）を介して前記スツール組立体に、同軸上に、密封可能に、かつ、回転可能に接続されており、
前記内側マグネット組立体が、第二のキー溝を介して、カップリングを有した前記内側シャフト（３４）に、同軸上に、密封可能に、かつ、固定して接続されており、前記カップリングを有した前記内側シャフト（３４）が、前記内側マグネット組立体の内側コア（３３）の中央孔に同軸上に部分的に収納され、前記内側コア（３３）が同軸上に段部のある中央孔を有し、前記第二のキー溝が前記段部のある中央孔の下側の直径の小さな部分のスロットの内側に嵌合するように構成されており、
前記カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトが、前記上方および下方の内側ベアリング（３５、３６）を介して、前記ベアリングハウジング（４）の中空の筒体内に、同軸上に、密封可能に、かつ、回転可能に配置されており、
前記原動機（Ｄ）の原動機取り付けフランジが、前記スツール組立体の上側スツールフランジ（２８）上に、同軸上に、かつ、固定して取り付けられている。
【００６６】
２．項目１に記載の磁気シール組立体であって、
ａ．前記取り付けフランジ（１）の上面が、内側Ｏ−リングおよび外側Ｏ−リングを含むＯ−リングを嵌合するための複数の溝を有し、前記取り付けフランジ（１）の前記上面には段部が設けられており、前記取り付けフランジ（１）内の内孔にはベアリングハウジング（４）が取り付けられ、上方の内側ベアリング（３５）および下方の内側ベアリング（３６）をさらに含む内側ベアリングが、前記ベアリングハウジング（４）の端部に取り付けられており、前記内側ベアリングが、不活性材料から作られ、また、自己潤滑性または非潤滑性（ドライランニング）であるかまたは不活性潤滑剤を用いてシールされており、
ｂ．前記固定シュラウド（２）が、下端部にシュラウドフランジ（１３）を有し上端部にシュラウドキャップ（１４）を有しているシュラウドシェル（１２）をさらに備え、前記シュラウドフランジ（１３）がドリルで開けられたボルト用の穴を有し、複数のシュラウド用のボルトが穴の中に嵌合されて前記シュラウドフランジ（１３）を前記取り付けフランジ（１）に固定して接続し、内側Ｏ−リングが、前記取り付けフランジ（１）の内側Ｏ−リング溝に挿入され、前記シュラウドフランジ（１３）が、その下面においてそのボルト円の直径の段部を有しており、
ｃ．前記外側マグネット組立体が、外側マグネットホルダ（１７）と、複数の外側マグネット（１８）と、外方の上側ワッシャと、外方の下側ワッシャとをさらに有し、前記外側マグネットホルダ（１７）が、その内側の円筒状の面に機械加工された軸方向のスロットを備えた中空状の筒体を有し、前記軸方向のスロットには外側マグネット（１８）が取り付けられ、該外側マグネット（１８）が、面に沿った向きになっている北−南磁極を有している、すなわちこれらのマグネットが厚さに沿って磁化され、前記外側マグネット（１８）が、磁力により前記外側マグネットホルダ（１７）へ取り付けられ、さらなる安全性のために、前記外側マグネット（１８）が特別の接着剤で前記軸方向のスロットの中に嵌合され、下方の外側ベアリング（２６）が、前記外側マグネットホルダ（１７）の外側の円筒状の面に取り付けられ、前記下方の外側ベアリング（２６）の外側レースが前記スツールシェル（２７）の対応する凹部の中に嵌合され、前記外側マグネットホルダ（１７）がその下端部にネジ穴を有し、ネジを前記ネジ穴に通すことで、下方の外側ワッシャ（１９）が、前記外側マグネットホルダ（１７）の下端部へ取り付けられ、前記外側マグネットホルダ（１７）の上端部で、その内側の円筒状の部分に上方の外側ワッシャ（２０）が取り付けられ、前記外側マグネットホルダ（１７）が、その上面にネジ穴を有し、前記上面にドライバカップリング（２１）が取り付けられており、 
ｄ．前記ドライバカップリング（２１）が前記原動機（Ｄ）に前記外側マグネット組立体を接続し、前記ドライバカップリング（２１）が半径方向外側に向けて扇状に広がる傾斜孔（１１）を有し、該傾斜孔が接線方向外側にさらに向けられ、前記ドライバカップリング（２１）が、その上面にベント孔を有し、前記ドライバカップリング（２１）の前記上面は、内側および外側が機械加工され、上方の外側ベアリング（２２）がそこに取り付けられ、
前記上方の外側ベアリング（２２）および前記下方の外側ベアリング（２６）が、前記外側マグネット組立体を前記固定シュラウド（２）に対して同軸上に一列にならべることにより、前記外側マグネット（１８）と前記シュラウドとの間に均一なギャップが存在することを担保し、前記ドライバカップリング（２１）の内側部分が、前記第一のキー溝を備えた前記原動機シャフトを収容するために中ぐりされ、機械加工された前記ドライバカップリング（２１）の上端部が、外側ロックナット（２３）と、前記上方の外側ベアリング（２２）を適所に係止する外側ロックワッシャ（２４）とを嵌合するために部分的にネジ切りされており、
ｅ．前記外側マグネット組立体および前記ドライバカップリング（２１）が、潤滑剤または冷却剤の充填、オーバーフローおよび排出のための接続部を有している前記スツール組立体の内側に配置され、前記スツール組立体が、そのいずれかの端部に設けられたスツールシェル（２７）と、下側スツールフランジ（３）と、上側スツールフランジ（２８）と、任意選択的なスツールジャケット（２９）とを備えており、前記下側スツールフランジ（３）が、前記取り付けフランジ（１）に着座し、前記取り付けフランジ（１）の段部により適切な位置に位置決めされ、前記下側スツールフランジ（３）が、外側Ｏ−リング（４１）を備えた前記取り付けフランジ（１）へボルトで固定されることにより前記下側スツールフランジ（３）と前記取り付けフランジ（１）との間のシールを確実に漏洩のないものとしており、
前記スツールシェル（２７）が、潤滑流体または冷却流体により充填され、前記下側スツールフランジ（３）がタンク（４２）から供給される前記潤滑流体または前記冷却流体を充填するための接続部を有しており、前記潤滑流体または前記冷却流体が、あふれ弁（５０）から溢れるまで充填され、充填されると、前記あふれ弁が閉弁されるように構成されており、
前記外側マグネット組立体が、前記潤滑流体または前記冷却流体に浸されており、任意選択的なスツールジャケット（２９）が前記スツールシェル（２７）を取り囲み、冷却水またはその他の適切な冷却剤がジャケット流入口接続部（１０ａ）とジャケット流出口接続部（１０ｂ）をその下側端部および上側端部にそれぞれ対応して有している前記スツールジャケット（２９）を通って循環しており、
ｆ．前記上側スツールフランジ（２８）が、フランジ付き原動機（Ｄ）を収容するための凹部および複数のネジ穴をその上面に有し、前記上側スツールフランジ（２８）の内径が、前記上方の外側ベアリング（２２）を収容するように機械加工により形成され、その外側レースが前記上側スツールフランジ（２８）内に嵌合し、その内側レースが、前記ドライバカップリング（２１）の上端部の適切に機械加工された部分上に着座し、これにより、前記ドライバカップリング（２１）および前記外側マグネット組立体を前記固定シュラウド（Ｔ）と同軸上に配置しており、
ｇ．前記内側マグネット組立体が、内側マグネットホルダ（３０）と、複数の内側マグネットと、内側スリーブ（３２）と、内側コア（３３）とを備えており、
前記内側マグネットホルダ（３０）が、中空の円筒状の形状を有し、軟鉄から作られており、前記内側マグネットホルダ（３０）の外面は、前記組立体内の前記内側マグネットの数が多角形の辺の数と等しくなるように、多角形状の面に機械加工されており、前記内側マグネットが、前記多角形の面の各面に取り付けられており、
前記内側マグネットホルダ（３０）が非磁性体である内側コア（３３）へ溶接され、内側コア（３３）が、段部を備えた中空状の非磁性体である円筒状の部材であり、前記段部が、内側ワッシャ（４３）の確実な位置決めを容易にするために設けられており、このようにすることにより前記内側マグネット（３１）が取り付けられた前記内側マグネットホルダ（３０）が前記内側コア（３３）に挿入されるようになっており、 
耐食性材料から作られることが好ましい前記内側スリーブ（３２）が、前記内側マグネット（３１）に嵌合し、一方の端部で前記内側コア（３３）に溶接され、こうすることにより、前記内側マグネットが前記反応容器内の流体と接触しないようになっており、
ｈ．前記内側コア（３３）が、カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトを収納するためにその軸上に段部付きの孔を有しており、前記段部付きの孔の上端部の直径が、その下端部の直径より大きくなっており、前記下端部における前記孔が、前記第二のキー溝に嵌合するようにスロットが形成され、このことにより、前記カップリング（３４）を備えた内側シャフトが前記内側コア（３３）と共に回転することが担保されており、
ｉ．前記カップリング（３４）を備えた内側シャフトが、前記内側コア（３３）内の中央孔を通り抜けるように構成され、前記シャフトの前記上端部がネジ穴を有しており、内側のワッシャ（４３）が、前記内側コア（３３）の前記孔の段部に置かれ、内側シャフトロックボルトを有し、該ボルトが、前記ネジ穴の中にねじ込まれ、これにより、前記カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトを前記内側コア（３３）に対して同軸上に配置しており、
ｊ．前記カップリング（３４）を備えた前記内側シャフトが、前記上方の内側ベアリング（３５）においてまたはその上方にネジ部を有し、これにより、内側ロックナットおよび内側ロックワッシャを収容することに加えて、複数のボルトで前記取り付けフランジ（１）へ固定されているベアリングロックを用いて前記上方の内側ベアリング（３５）を押さえており、
ｋ．前記ベアリングハウジング（４）が、一対の防塵用ブッシュが取り付けられるように延設され、下側防塵用ブシュ（４０）が前記内側シャフト（３４）と前記ベアリングハウジング（４）の間に嵌合され、上側防塵用ブシュ（４７）が、前記内側シャフトの前記上端部で取り付けられており、前記防塵用ブッシュ（４０、４７）が、グラファイト、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫまたは他の適切な材料から構成される一群から選択される材料から作られる中空状の筒体であり、このことにより、ほこりまたは固形微粒子が前記内側ベアリングまたはシュラウドの領域内に入らないようにし、熱い容器蒸気が前記内側ベアリングおよび前記内側マグネットと直接に接触しないようにするための防壁を形成しており、
ｌ．前記内側シャフト（３４）には、前記防塵用ブシュ（４０）の部位の上方の水平の孔と、該水平の孔から前記内側シャフト（３４）まで延びている垂直の孔とがドリルで形成され、これにより、圧力のバランスが取られ、前記容器圧力が前記シュラウドまで伝達され、前記内側ベアリングの四方の圧力が均一であることが担保されており、
前記磁気シール組立体では、前記スツール組立体が、前記取り付けフランジ（１）上に着座し、前記取り付けフランジが前記反応容器にボルトで固定されており、前記スツール組立体の前記上面が、下方向きのシャフトを備えた垂直型の原動機（Ｄ）を収容するために適切な段部およびネジ穴を備えており、前記ドライバカップリング（２１）が、前記外側ベアリングにより、前記スツール組立体の前記上側フランジに設けられおり、前記ドライバカップリング（２１）の上部内の中央孔が前記原動機シャフトを受け入れるように構成されており、
前記外側マグネット組立体が、前記ドライバカップリング（２１）の前記下端部に取り付けられ、それと共に回転するように構成されており、前記シュラウドが密閉状態に前記反応容器をシールしており、トルクが、接触することなく、前記外側マグネット組立体から前記シュラウドを越えて前記内側マグネット組立体に伝達され、前記内側マグネット組立体が前記内側シャフト（３４）に取り付けられている。
【００６７】
３．項目１または２記載の磁気シール組立体であって、前記スツール組立体の前記上端部に設けられる漏洩検出ポート（４８）と、前記スツールフランジまたは前記取り付けフランジの前記外径部に位置するオイルドレン弁（４９）とをさらに備えている。
【００６８】
以上の記載が複数の実施例を含んでいるが、これらの実施例は、本発明の技術範囲を制限するものとして解釈されるべきではなく、本発明の好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。変形例は他にも多くある。したがって、本発明の技術範囲は、例示の実施形態から判断されるのではなく、添付された特許請求の範囲およびそれらの法的な均等物により判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明にかかる磁気シール組立体を概略的に示す断面図である。
【図２】カバーフランジとＯ−リングとを備えたシュラウドを示す図である。
【図３】外側マグネット組立体を示す図である。
【図４】上方の外側ベアリングを備えたドライバカップリングを示す図である。
【図５】モータ、スツールベアリング、外側マグネット組立体、漏洩検出ポート、および、Ｏ−リング付きの取り付けフランジとともにスツール組立体を示す図である。
【図６】内側マグネット組立体を示す図である。
【図７】従動軸とともに、ロックボルト付きの内側ワッシャ、内側ベアリング、内側ロックナットおよびロックワッシャを備えた内側シャフトを示す図である。
【図８】内側ベアリング、防塵用ブッシュ、ならびに、ノズルフランジおよびガスケット付きの容器を備えたベアリング組立体を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
容器ノズルフランジ  （Ａ）
下側スツールフランジ（ＬＳＦ）  （３）
容器または反応器  （Ｂ）
ベアリングハウジング  （４）
ガスケット  （Ｃ）
ベアリングロック  （５）
原動機  （Ｄ）
ベアリングロック用ボルト  （６）
取り付けフランジ  （１）
ドライバカップリングボルト  （８）
固定シュラウド  （２）
ジャケット流入口接続部  （１０ａ）
ジャケット流出口接続部  （１０ｂ）
中央孔  （４６）
傾斜孔  （１１）
上側防塵用ブッシュ  （４７）
シュラウドシェル  （１２）
漏洩検出ポート  （４８）
シュラウドフランジ  （１３）
オイルドレン弁  （４９）
シュラウドキャップ  （１４）
オイルあふれ弁  （５０）
シュラウドボルト  （１５）
上方の外側ワッシャ（ＵＯＷ）  （２０）
内側Ｏ−リング  （１６）
ドライバカップリング  （２１）
外側マグネットホルダ  （１７）
上方の外側ベアリング  （２２）
外側マグネット  （１８）
下方の外側ワッシャ（ＬＯＷ）  （１９）
外側ロックナット  （２３）
外側ロックワッシャ  （２４）
下方の外側ベアリング  （２６）
スツールシェル  （２７）
上側スツールフランジ（ＵＳＦ）（２８）
スツールジャケット  （２９）
内側マグネットホルダ  （３０）
内側マグネット  （３１）
内側スリーブ  （３２）
内側コア  （３３）
カップリングを備えた内側シャフト  （３４）
上方の内側ベアリング  （３５）
下方の内側ベアリング  （３６）
内側ロックナット  （３７）
内側ロックワッシャ  （３８）
下側防塵用ブッシュ  （４０）
外側Ｏ−リング  （４１）
オイルタンク  （４２）
内側ワッシャ  （４３）
内側シャフトロックボルト  （４４）
従動軸  （４５）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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