JP5535749B2 - Dry gas seal structure - Google Patents

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Description

本発明は、ハウジングを貫通して設けられたドライガスシール構造に関する。   The present invention relates to a dry gas seal structure provided through a housing.

ハウジングを貫通して回転軸が設けられる回転機械では、回転軸とハウジング間を密封するためのシール構造として、ドライガスシール構造が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。ここで、図13は、従来例に係るドライガスシール構造70を示す概略縦断面図である。図に示すように、ドライガスシール構造70は、回転軸71に固定されて一体回転する回転環72と、この回転環72に対向するようにしてハウジング73に設けられた静止環74とから構成され、回転環72の表面に螺旋状の溝(不図示)が形成されるとともに、静止環74はコイルバネ75によって回転環72の側へ付勢される。このような構成によれば、回転軸71が停止している時は、コイルバネ75の付勢力によって回転環72と静止環74とが当接している。一方、回転軸71が回転すると、ハウジング73内のガスが螺旋状の溝の内部に導入され、その動圧効果によって回転環72と静止環74との間に微小なシール隙間76が生じる。そして、このシール隙間76を通してハウジング73内のガスが微量だけ外部へリークすることにより、回転軸71とハウジング73の間が密封される。   In a rotating machine provided with a rotating shaft through a housing, a dry gas seal structure is widely used as a sealing structure for sealing between the rotating shaft and the housing (for example, see Patent Document 1). Here, FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view showing a dry gas seal structure 70 according to a conventional example. As shown in the figure, the dry gas seal structure 70 is composed of a rotating ring 72 fixed to a rotating shaft 71 and integrally rotating, and a stationary ring 74 provided in a housing 73 so as to face the rotating ring 72. Then, a spiral groove (not shown) is formed on the surface of the rotating ring 72, and the stationary ring 74 is urged toward the rotating ring 72 by the coil spring 75. According to such a configuration, when the rotating shaft 71 is stopped, the rotating ring 72 and the stationary ring 74 are in contact with each other by the biasing force of the coil spring 75. On the other hand, when the rotating shaft 71 rotates, the gas in the housing 73 is introduced into the spiral groove, and a minute seal gap 76 is generated between the rotating ring 72 and the stationary ring 74 by the dynamic pressure effect. A small amount of gas in the housing 73 leaks to the outside through the seal gap 76, so that the space between the rotating shaft 71 and the housing 73 is sealed.

特開2004−190783号公報JP 2004-190783 A

しかし、従来のドライガスシール構造70は、いわゆるCOインジェクションポンプのように吐出圧が高圧なポンプに適用した場合、回転環72と静止環74との間に生じるシール隙間76において不具合が生じる問題がある。ここで、図14は、従来のドライガスシール構造70の問題点を説明するための説明図である。ドライガスシール構造70をCOインジェクションポンプに適用した場合、ハウジング73内に収容されるCOは、例えば圧力が20MPaであって温度が30℃以上といった超臨界状態である。このような超臨界状態下では、回転軸71の駆動開始前であってハウジング73内のCOの温度がまだ低い場合、例えば図14に示すようにCOの温度が50℃である場合、このCOは、シール隙間76を通過する際に減圧されることにより、その状態が超臨界状態から変化し、気液2相状態すなわち気体と液体とが混在した状態になる。そうすると、COの物性、具体的には密度や粘度が急激に変化する。この状態で回転駆動を開始した場合、コイルバネ75によって付勢された静止環74の挙動が不安定になり、静止環74と回転環72とが接触して焼き付く等の損傷が生じる。尚、本発明における「超臨界状態」とは、気体と液体とが共存できる限界の温度や圧力を有する点、すなわち臨界点を超えた状態を意味する。 However, when the conventional dry gas seal structure 70 is applied to a pump having a high discharge pressure such as a so-called CO 2 injection pump, there is a problem that a problem occurs in the seal gap 76 generated between the rotating ring 72 and the stationary ring 74. There is. Here, FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the problems of the conventional dry gas seal structure 70. When applying the dry gas seal structure 70 in CO 2 injection pump, CO 2 accommodated in the housing 73, such as temperature pressure a 20MPa is supercritical state such as 30 ° C. or higher. Under such a supercritical state, when the temperature of CO 2 in the housing 73 is still low before the rotation shaft 71 starts to be driven, for example, when the temperature of CO 2 is 50 ° C. as shown in FIG. When this CO 2 passes through the seal gap 76 and is depressurized, its state changes from the supercritical state, and a gas-liquid two-phase state, that is, a state where gas and liquid are mixed is obtained. Then, physical properties of CO 2, specifically density and viscosity changes rapidly. When rotation driving is started in this state, the behavior of the stationary ring 74 urged by the coil spring 75 becomes unstable, and damage such as the stationary ring 74 and the rotating ring 72 coming into contact with each other and burning occurs. The “supercritical state” in the present invention means a point having a limit temperature or pressure at which a gas and a liquid can coexist, that is, a state exceeding the critical point.

また、回転軸71の駆動開始前であってハウジング73内のCOの温度がまだ低い場合、例えば図7に示すようにCOの温度が40℃である場合、超臨界状態のCOは気体状態のCOに比べて粘度が高い。この状態で回転駆動を開始した場合、COがシール隙間76を通過する際の粘性発熱量が大きくなり、回転環72と静止環74において、互いに接触するような、過大な熱変形を生じる問題が生じる。 Further, when the temperature of CO 2 in a pre-start driving the housing 73 of the rotary shaft 71 is still low, for example when the temperature of CO 2 as shown in FIG. 7 is 40 ° C., CO 2 in the supercritical state is Viscosity is high compared to CO 2 in a gaseous state. When rotational driving is started in this state, the amount of viscous heat generated when CO 2 passes through the seal gap 76 becomes large, and excessive thermal deformation is caused such that the rotating ring 72 and the stationary ring 74 come into contact with each other. Occurs.

更に、回転軸71の駆動開始前であってハウジング73内のCOの温度がまだ低い場合、シール隙間76を通過する際にCOが断熱膨張することにより、シール隙間76の出口部分でCOの温度が氷点下になる場合がある。この場合、シール隙間76の出口部分の周辺で大気中の水分が氷となり、シール隙間76を塞ぐ或いは回転環72や静止環74のシール面を傷付けるという問題が生じる。 Further, when the temperature of the CO 2 in the housing 73 is still low before the rotation shaft 71 starts to be driven, the CO 2 adiabatically expands when passing through the seal gap 76, so that the CO at the exit portion of the seal gap 76. The temperature of 2 may be below freezing. In this case, the moisture in the atmosphere becomes ice around the outlet portion of the seal gap 76, and there arises a problem that the seal gap 76 is blocked or the sealing surfaces of the rotary ring 72 and the stationary ring 74 are damaged.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ハウジングの内部に超臨界状態の流体が収容されるような回転機械に適用した場合でも、回転軸の駆動開始時にシール隙間で不具合が生じることのないドライガスシール構造を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to start driving the rotating shaft even when applied to a rotating machine in which a fluid in a supercritical state is accommodated inside the housing. It is an object of the present invention to provide a dry gas seal structure that does not sometimes cause problems in the seal gap.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係るドライガスシール構造は、超臨界状態の流体を収容するハウジングと、該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、前記シール隙間の入口部分に対し、前記ハウジングに収容された流体の一部を供給する配管路と、前記配管路を流れる流体の温度を調節する温調装置と、前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記温調装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記配管路に、前記シール隙間の入口部分に供給した流体を循環させて前記シール隙間の入口部分に再度供給する循環ポンプが設けられ、前記温調装置が、前記配管路を流れる流体を加熱するヒータを備え、該ヒータの熱源が、前記循環ポンプ、または前記回転軸を回転自在に支持する軸受けに対して潤滑油を供給する潤滑用油ポンプのいずれかであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, a dry gas seal structure according to the present invention includes a housing that contains a fluid in a supercritical state, a rotary shaft that is provided through the housing and is driven to rotate, and is provided so as to surround the rotary shaft. A rotating ring that rotates integrally with the rotating ring, provided in the housing, contacting the rotating ring all around when the rotating shaft is stopped, and having a seal gap between the rotating ring and the rotating shaft when rotating. A stationary ring that is stationary at a point, a piping that supplies a portion of the fluid contained in the housing to the inlet portion of the seal gap, a temperature control device that adjusts the temperature of the fluid flowing through the piping, A controller for controlling the operation of the temperature control device so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotating shaft, and the inlet portion of the seal gap is provided in the pipe line Fluid supplied to A circulation pump that circulates and supplies the fluid to the inlet portion of the seal gap is provided, and the temperature control device includes a heater that heats the fluid flowing through the piping, and the heat source of the heater is the circulation pump or the It is one of lubricating oil pumps that supplies lubricating oil to a bearing that rotatably supports a rotating shaft .

このような構成によれば、回転軸の駆動開始前に、温調装置によって加熱された超臨界状態の流体が供給されることにより、シール隙間の入口部分が予め所定温度まで加熱される。
また、ハウジングに収容された流体の一部を、循環して繰り返しシール隙間の入口部分に供給するので、ハウジングに収容された流体の全てを加熱する必要がない。従って、温調装置による流体の温度コントロールに要する時間を短縮することができ、また温調装置を構成するヒータの容量を縮小化することができる。
また、流体を加熱するために専用のヒータを設ける必要がないため、コスト削減を図ることができる。
According to such a configuration, the supercritical fluid heated by the temperature control device is supplied before the rotation shaft starts to be driven, so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature in advance.
In addition, since a part of the fluid accommodated in the housing is circulated and repeatedly supplied to the inlet portion of the seal gap, it is not necessary to heat all of the fluid accommodated in the housing. Therefore, it is possible to shorten the time required for controlling the temperature of the fluid by the temperature control device, and it is possible to reduce the capacity of the heater constituting the temperature control device.
In addition, since it is not necessary to provide a dedicated heater for heating the fluid, cost reduction can be achieved.

また、本発明に係るドライガスシール構造は、超臨界状態の流体を収容するハウジングと、該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、前記回転環及び前記静止環の少なくともいずれか一方に設けられたヒータと、前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記ヒータの動作を制御する制御部と、を備え、前記ハウジングの内部に形成され前記超臨界状態の流体が流れる流通路は、前記シール隙間の直前部分がその他の部分より幅狭に形成されたことを特徴とする。 Further, the dry gas seal structure according to the present invention includes a housing that contains a fluid in a supercritical state, a rotating shaft that is provided to pass through the housing and is driven to rotate, and is provided so as to surround the rotating shaft. A rotating ring that rotates integrally with the rotating ring, provided in the housing, contacting the rotating ring all around when the rotating shaft is stopped, and having a seal gap between the rotating ring and the rotating shaft when rotating. A stationary ring that is stationary, a heater provided in at least one of the rotating ring and the stationary ring, and an inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotating shaft, and a control unit for controlling the operation of the heater, inside formed flow passage through which fluid flows in the supercritical state of the housing, immediately before the portion of the sealing gap is formed narrower than other portions And wherein the door.

このような構成によれば、回転軸の駆動開始前に、回転環や静止環に設けられたヒータにより、シール隙間の入口部分が予め所定温度まで加熱される。また、流体の温度を調節するための温調装置等をハウジングの外部に設置する必要がないため、回転機械全体としての省スペース化を図ることができる。
また、このような構成によれば、回転軸の駆動開始後は、流通路の幅狭の部分を流体が流れる際の攪拌損失により、シール隙間の入口部分が加熱される。従って、駆動開始前にシール隙間の入口部分を加熱するために使用する温調装置やヒータを、回転軸の駆動開始後は停止させることができる。従って、温調装置やヒータのランニングコストが不要になる分、コスト削減を図ることができる。
According to such a configuration, the entrance portion of the seal gap is heated in advance to a predetermined temperature by the heater provided in the rotating ring or the stationary ring before the driving of the rotating shaft is started. Further, since it is not necessary to install a temperature control device for adjusting the temperature of the fluid outside the housing, it is possible to save space as the entire rotating machine.
According to such a configuration, after the driving of the rotating shaft is started, the inlet portion of the seal gap is heated by the stirring loss when the fluid flows through the narrow portion of the flow passage. Therefore, the temperature control device and the heater used for heating the inlet portion of the seal gap before the start of driving can be stopped after the driving of the rotary shaft is started. Therefore, the cost can be reduced because the running cost of the temperature control device and the heater becomes unnecessary.

また、本発明に係るドライガスシール構造は、超臨界状態の流体を収容するハウジングと、該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、前記ハウジングにおける前記シール隙間の直前位置に設けられたヒータと、前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記ヒータの動作を制御する制御部と、を備え、前記ハウジングの内部に形成され前記超臨界状態の流体が流れる流通路は、前記シール隙間の直前部分がその他の部分より幅狭に形成されたことを特徴とする。 Further, the dry gas seal structure according to the present invention includes a housing that contains a fluid in a supercritical state, a rotating shaft that is provided to pass through the housing and is driven to rotate, and is provided so as to surround the rotating shaft. A rotating ring that rotates integrally with the rotating ring, provided in the housing, contacting the rotating ring all around when the rotating shaft is stopped, and having a seal gap between the rotating ring and the rotating shaft when rotating. The heater is provided at a position immediately before the seal gap in the housing, and before the rotary shaft is driven, the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature. and a control unit for controlling the operation, inside formed flow passage through which fluid flows in the supercritical state of the housing, this immediately before portions of the sealing gap is formed narrower than other portions The features.

このような構成によれば、回転軸の駆動開始前に、ハウジングに設けられたヒータにより、シール隙間の入口部分が予め所定温度まで加熱される。また、流体の温度を調節するための温調装置等をハウジングの外部に設置する必要がないため、回転機械全体としての省スペース化を図ることができる。
また、このような構成によれば、回転軸の駆動開始後は、流通路の幅狭の部分を流体が流れる際の攪拌損失により、シール隙間の入口部分が加熱される。従って、駆動開始前にシール隙間の入口部分を加熱するために使用する温調装置やヒータを、回転軸の駆動開始後は停止させることができる。従って、温調装置やヒータのランニングコストが不要になる分、コスト削減を図ることができる。
According to such a configuration, the inlet portion of the seal gap is heated in advance to a predetermined temperature by the heater provided in the housing before the driving of the rotating shaft is started. Further, since it is not necessary to install a temperature control device for adjusting the temperature of the fluid outside the housing, it is possible to save space as the entire rotating machine.
According to such a configuration, after the driving of the rotating shaft is started, the inlet portion of the seal gap is heated by the stirring loss when the fluid flows through the narrow portion of the flow passage. Therefore, the temperature control device and the heater used for heating the inlet portion of the seal gap before the start of driving can be stopped after the driving of the rotary shaft is started. Therefore, the cost can be reduced because the running cost of the temperature control device and the heater becomes unnecessary.

また、本発明に係るドライガスシール構造は、超臨界状態の流体を収容するハウジングと、該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、前記シール隙間の入口部分に対し、前記ハウジングに収容された流体の一部を供給する配管路と、前記配管路を流れる流体の温度を調節する温調装置と、前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記温調装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記ハウジングの内部に形成され前記超臨界状態の流体が流れる流通路は、前記シール隙間の直前部分がその他の部分より幅狭に形成されたことを特徴とする。
また、前記配管路に、前記シール隙間の入口部分に供給した流体を循環させて前記シール隙間の入口部分に再度供給する循環ポンプが設けられてもよい。
また、前記温調装置が、前記配管路を流れる流体を加熱するヒータを備え、該ヒータの熱源が、前記循環ポンプ、または前記回転軸を回転自在に支持する軸受けに対して潤滑油を供給する潤滑用油ポンプのいずれかであってもよい。

Further, the dry gas seal structure according to the present invention includes a housing that contains a fluid in a supercritical state, a rotating shaft that is provided to pass through the housing and is driven to rotate, and is provided so as to surround the rotating shaft. A rotating ring that rotates integrally with the rotating ring, provided in the housing, contacting the rotating ring all around when the rotating shaft is stopped, and having a seal gap between the rotating ring and the rotating shaft when rotating. A stationary ring that is stationary at a point, a piping that supplies a portion of the fluid contained in the housing to the inlet portion of the seal gap, a temperature control device that adjusts the temperature of the fluid flowing through the piping, A controller that controls the operation of the temperature control device so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotating shaft, and is formed inside the housing and is in the supercritical state. Fluid flows Flow passage, characterized in that the immediately preceding portion of the sealing gap is formed narrower than the other portions.
In addition, a circulation pump may be provided in the pipeline so that the fluid supplied to the inlet portion of the seal gap is circulated and supplied again to the inlet portion of the seal gap.
In addition, the temperature control device includes a heater that heats the fluid flowing through the piping, and the heat source of the heater supplies lubricating oil to the circulating pump or a bearing that rotatably supports the rotating shaft. Any of lubricating oil pumps may be used.

このような構成によれば、回転軸の駆動開始後は、流通路の幅狭の部分を流体が流れる際の攪拌損失により、シール隙間の入口部分が加熱される。従って、駆動開始前にシール隙間の入口部分を加熱するために使用する温調装置やヒータを、回転軸の駆動開始後は停止させることができる。従って、温調装置やヒータのランニングコストが不要になる分、コスト削減を図ることができる。   According to such a configuration, after the driving of the rotary shaft is started, the inlet portion of the seal gap is heated by the stirring loss when the fluid flows through the narrow portion of the flow passage. Therefore, the temperature control device and the heater used for heating the inlet portion of the seal gap before the start of driving can be stopped after the driving of the rotary shaft is started. Therefore, the cost can be reduced because the running cost of the temperature control device and the heater becomes unnecessary.

本発明に係るドライガスシール構造によれば、回転軸の駆動開始前に、シール隙間の入口部分が予め加熱されるので、回転軸の駆動開始時にシール隙間を通過する超臨界状態の流体の温度が高くなる。従って、超臨界状態の流体は、シール隙間を通過する際に減圧されると、超臨界状態から気体状態に変化する。これにより、流体の物性が急激に変化することがなく、静止環の挙動は安定しているため、静止環と回転環とが接触して焼き付きが発生することを未然に防止することができる。   According to the dry gas seal structure of the present invention, the inlet portion of the seal gap is heated in advance before starting the driving of the rotary shaft, so the temperature of the fluid in the supercritical state that passes through the seal gap at the start of driving of the rotary shaft. Becomes higher. Therefore, when the fluid in the supercritical state is depressurized when passing through the seal gap, the fluid changes from the supercritical state to the gas state. As a result, the physical properties of the fluid do not change abruptly and the behavior of the stationary ring is stable, so that it is possible to prevent the stationary ring and the rotating ring from coming into contact with each other and causing seizure.

また、回転軸の駆動開始時にシール隙間を通過する流体の温度が高くなるため、流体の粘度が低下する。これにより、流体がシール隙間を通過する際に生じる粘性発熱量が小さくなり、静止環等に熱変形が生じることもない。   In addition, the temperature of the fluid passing through the seal gap at the start of driving of the rotating shaft increases, so the viscosity of the fluid decreases. As a result, the amount of viscous heat generated when the fluid passes through the seal gap is reduced, and thermal deformation does not occur in the stationary ring or the like.

更に、回転軸の駆動開始時にシール隙間を通過する流体の温度が高くなるため、シール隙間を通過する際に流体が断熱膨張しても、シール隙間の出口部分で流体の温度が氷点下になるのを防止することができる。これにより、シール隙間の出口部分の周辺で大気中の水分が氷となってシール隙間を塞いだり傷付けたりする問題が生じることもない。   Furthermore, since the temperature of the fluid that passes through the seal gap increases when driving of the rotary shaft starts, even if the fluid adiabatically expands when passing through the seal gap, the temperature of the fluid falls below the freezing point at the exit portion of the seal gap. Can be prevented. Accordingly, there is no problem that moisture in the atmosphere becomes ice around the outlet portion of the seal gap, thereby closing or damaging the seal gap.

本発明の第1実施形態に係るドライガスシール構造を示す概略縦断面図。1 is a schematic longitudinal sectional view showing a dry gas seal structure according to a first embodiment of the present invention. CO循環システムの構成を示す模式図。Schematic diagram showing the structure of a CO 2 circulation system. リーク排出システムの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of a leak discharge system. 本発明の第1実施形態に係るドライガスシール構造を備えたCOインジェクションポンプにおける起動時の処理の流れを示すフローチャート。Flowchart showing a flow of processing when starting the CO 2 injection pump having a dry gas seal structure according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るドライガスシール構造を備えたCOインジェクションポンプにおける起動時の処理の流れを示すフローチャート。Flowchart showing a flow of processing when starting the CO 2 injection pump having a dry gas seal structure according to a first embodiment of the present invention. 回転軸の駆動開始前にシール隙間を加熱することの作用効果を説明するための説明図であって、COのエンタルピーを横軸にCOの圧力を縦軸に取ったグラフ。An explanatory diagram for explaining the operation and effect of heating the seal gap before start of driving the rotating shaft, the graph on the vertical axis the pressure of CO 2 the enthalpy of CO 2 in the horizontal axis. 回転軸の駆動開始前にシール隙間を加熱することの作用効果を説明するための説明図であって、COの圧力を横軸にCOの粘度を縦軸に取ったグラフ。An explanatory diagram for explaining the operation and effect of heating the seal gap before start of driving the rotating shaft, the graph on the vertical axis the viscosity of the CO 2 pressure of CO 2 in the horizontal axis. 本発明の第2実施形態に係るドライガスシール構造を示す概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view which shows the dry gas seal structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の変形例を示す部分拡大縦断面図。The partial expansion longitudinal cross-sectional view which shows the modification of 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態に係るドライガスシール構造を示す概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view which shows the dry gas seal structure which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るドライガスシール構造を示す概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view which shows the dry gas seal structure which concerns on 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態の変形例を示す部分拡大縦断面図。The partial expansion longitudinal cross-sectional view which shows the modification of 4th Embodiment. 従来例に係るドライガスシール構造を示す概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view which shows the dry gas seal structure concerning a prior art example. 従来のドライガスシール構造の問題点を説明するための説明図であって、COのエンタルピーを横軸にCOの圧力を縦軸に取ったグラフ。An explanatory diagram for explaining a problem of a conventional dry gas seal structure, the graph on the vertical axis the pressure of CO 2 the enthalpy of CO 2 in the horizontal axis.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第1実施形態に係るドライガスシール構造の構成について説明する。図1は、本実施形態のドライガスシール構造10を示した概略縦断面図である。ドライガスシール構造10は、複数の流路11が形成されたハウジング12と、ハウジング12を貫通して設けられ回転駆動される回転軸13と、回転軸13を回転自在に支持する軸受け14と、軸受け14に潤滑油を供給する潤滑用油ポンプ15と、回転軸13に沿って設けられた第1シール構造16及び第2シール構造17と、ハウジング12の第1シール構造16より機内側に設けられた2個の機内側ラビリンス18と、ハウジング12の第2シール構造17より機外側に設けられた2個の機外側ラビリンス19と、循環配管路20を介して第1シール構造16より機内側に接続されたCO2循環システム21と、排出配管路22を介して第1シール構造16より機外側に接続されたリーク排出システム23と、を備えている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the dry gas seal structure according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a dry gas seal structure 10 of the present embodiment. The dry gas seal structure 10 includes a housing 12 in which a plurality of flow paths 11 are formed, a rotary shaft 13 that is provided through the housing 12 and is driven to rotate, and a bearing 14 that rotatably supports the rotary shaft 13; A lubricating oil pump 15 for supplying lubricating oil to the bearing 14, a first seal structure 16 and a second seal structure 17 provided along the rotary shaft 13, and a first seal structure 16 of the housing 12 provided on the inner side of the machine. Two in-machine labyrinths 18, two out-of-machine labyrinths 19 provided outside the second seal structure 17 of the housing 12, and the inside of the first seal structure 16 via the circulation pipe 20. And a leak discharge system 23 connected to the outside of the machine from the first seal structure 16 via a discharge pipe line 22.

前記ハウジング12は、COインジェクションポンプの壁面を構成するものである。このハウジング12の内部には、超臨界状態のCO(二酸化炭素)が収容されている。そして、このハウジング12には、2個の機内側ラビリンス18の中間に第1流路11Aが、第1シール構造16より機内側の位置に第2流路11Bが、第1シール構造16より機外側の位置に第3流路11Cが、それぞれ形成されている。 The housing 12 constitutes a wall surface of the CO 2 injection pump. The housing 12 contains CO 2 (carbon dioxide) in a supercritical state. In the housing 12, the first flow path 11 </ b> A is located in the middle of the two in-machine labyrinths 18, the second flow path 11 </ b> B is located in the machine-inside position from the first seal structure 16, and the first seal structure 16 is functional. Third flow paths 11C are formed at the outer positions, respectively.

前記第1シール構造16は、図1に示すように、回転軸13と一体回転するシャフトスリーブ24に固定された回転環25と、ハウジング12に固定されたリテーナ26に一端が取り付けられたコイルバネ27と、リテーナ26に形成された凹溝に嵌合されてコイルバネ27の他端が取り付けられた静止環28と、回転環25のシャフトスリーブ24への取り付け位置及び静止環28のリテーナ26への取り付け位置をシールするために各所に設けられたOリング29と、を有している。そして、図1に詳細は示さないが、回転環25のシール面25aすなわち静止環28に対向する側の面には、螺旋状の溝が形成されている。尚、静止環28のシール面28aすなわち回転環25に対向する側の面に螺旋状の溝を形成してもよい。   As shown in FIG. 1, the first seal structure 16 includes a rotary ring 25 fixed to a shaft sleeve 24 that rotates integrally with the rotary shaft 13, and a coil spring 27 having one end attached to a retainer 26 fixed to the housing 12. A stationary ring 28 fitted into a recessed groove formed in the retainer 26 and attached to the other end of the coil spring 27; a mounting position of the rotary ring 25 on the shaft sleeve 24; and a stationary ring 28 attached to the retainer 26. And O-rings 29 provided at various places for sealing the position. Although not shown in detail in FIG. 1, a spiral groove is formed on the seal surface 25 a of the rotating ring 25, that is, the surface facing the stationary ring 28. A spiral groove may be formed on the seal surface 28 a of the stationary ring 28, that is, the surface on the side facing the rotating ring 25.

このように構成される第1シール構造16によれば、回転軸13の回転が停止している時は、コイルバネ27の付勢力により、静止環28のシール面28aが回転環25のシール面25aに密着する。これにより、機内のCOが機外へ漏れ出さないよう、回転軸13とハウジング12の間が第1シール構造16によって密封される。一方、回転軸13が回転し始めると、機内のCOが、回転環25のシール面25aに形成された螺旋状の溝(不図示)の内部に導入され、その動圧効果によって回転環25と静止環28との間に微小なシール隙間30が生じる。そして、機内のCOのうち微量だけが、このシール隙間30を通過し、リテーナ26とシャフトスリーブ24の間に形成された流通路31を経て、第3流路11Cからリーク排出システム23へ排出される。このように、機内のCOが微量だけ外部へ漏れ出すことにより、その余の大部分のCOが機外へ漏れ出さないよう、回転軸13とハウジング12の間が第1シール構造16によって密封される。 According to the first seal structure 16 configured as described above, when the rotation of the rotating shaft 13 is stopped, the sealing surface 28a of the stationary ring 28 is changed to the sealing surface 25a of the rotating ring 25 by the biasing force of the coil spring 27. Close contact with. Thereby, the first seal structure 16 seals the space between the rotary shaft 13 and the housing 12 so that CO 2 in the machine does not leak out of the machine. On the other hand, when the rotating shaft 13 starts to rotate, CO 2 in the machine is introduced into a spiral groove (not shown) formed on the seal surface 25a of the rotating ring 25, and the rotating ring 25 is caused by the dynamic pressure effect. And a small seal gap 30 is formed between the stationary ring 28 and the stationary ring 28. Only a small amount of CO 2 in the machine passes through the seal gap 30 and is discharged from the third flow path 11C to the leak discharge system 23 via the flow passage 31 formed between the retainer 26 and the shaft sleeve 24. Is done. Thus, by cabin CO 2 leaks to the outside only trace amounts, the remaining of such a large portion of the CO 2 from leaking to the outside, between the rotary shaft 13 and the housing 12 by a first seal structure 16 Sealed.

前記第2シール構造17は、前述のように第1シール構造16のシール隙間30を通過した微量なCOが、リーク排出システム23以外の機外へ漏れ出すのを防止するためのものである。この第2シール構造17の構成は、第1シール構造16と同じであるため、第1シール構造16と同じ符号を用い、その説明を省略する。このように構成される第2シール構造17によれば、第1シール構造16のシール隙間30を通過した微量なCOのうち、更にその一部のCOが第2シール構造17のシール隙間30を通過することにより、その余の大部分のCOが機外へ漏れ出すことが防止される。そして、第1シール構造16を通過した微量のCOは、その大部分が第3流路11Cを通って機外に排出される。また、第1シール構造16が損傷等によりシール機能を喪失した際、第2シール構造17がバックアップとして第1シール構造16のシール機能を代替する。尚、本実施形態では、第1シール構造16に加えて第2シール構造17も設けることでいわゆるタンデム構造としたが、この第2シール構造17は本発明に必須の構成ではなく、第1シール構造16だけを備えた構成としてもよい。 The second seal structure 17 is for preventing a small amount of CO 2 that has passed through the seal gap 30 of the first seal structure 16 from leaking out of the machine other than the leak discharge system 23 as described above. . Since the configuration of the second seal structure 17 is the same as that of the first seal structure 16, the same reference numerals as those of the first seal structure 16 are used, and the description thereof is omitted. According to the second seal structure 17 constituted, among the small amount of CO 2 which has passed through the seal gap 30 of the first seal structure 16, further part of the CO 2 is the sealing gap of the second seal structure 17 By passing 30, most of the remaining CO 2 is prevented from leaking out of the machine. A small amount of the CO 2 that has passed through the first seal structure 16 is discharged outside the apparatus through the third flow path 11C. Further, when the first seal structure 16 loses the seal function due to damage or the like, the second seal structure 17 replaces the seal function of the first seal structure 16 as a backup. In the present embodiment, a so-called tandem structure is provided by providing the second seal structure 17 in addition to the first seal structure 16. However, the second seal structure 17 is not an essential component of the present invention. It is good also as a structure provided with the structure 16 only.

前記機内側ラビリンス18及び機外側ラビリンス19は、圧縮ガスのシールに用いられるいわゆるラビリンスシールである。この機内側ラビリンス18及び機外側ラビリンス19は、図1に示すように、回転軸13とハウジング12の間に、幅狭部と拡幅部を交互に形成する。このような構成によれば、機内のCOが幅狭部を通過した後に拡幅部で膨張することによってCOに圧力低下が生じ、それを繰り返すことによって漏れ出すガスが徐々に減少するようになっている。また、第2シール構造17と機外側ラビリンス19との間に設けられた第4流路11Dにも、排出配管路22を介してリーク排出システム23が接続されている。尚、機内側ラビリンス18と機外側ラビリンス19は本発明に必須の構成ではないが、本実施形態のように第1シール構造16の機内側と第2シール構造17の機外側にそれぞれ設置すれば、次に示すメリットがある。機内側ラビリンス18により、第1流路11Aを通ってCO循環システム21に循環するCOの体積は、機内のCOの体積に比べ少ないので、後述のヒータの容量を低減できるとともに、温度コントロールの時間を短縮できる。また、機外側ラビリンス19の間の第5流路11Eより、窒素もしくは空気のガスを供給することで、軸受の潤滑油が機内に侵入することを防ぐことができる。もちろん、機内側ラビリンス18及び機外側ラビリンス19の個数や設置位置等は適宜変更が可能である。 The in-machine labyrinth 18 and the out-of-machine labyrinth 19 are so-called labyrinth seals used for sealing compressed gas. As shown in FIG. 1, the in-machine labyrinth 18 and the out-of-machine labyrinth 19 alternately form narrow portions and wide portions between the rotary shaft 13 and the housing 12. According to such a configuration, the CO 2 pressure expands in the widened portion after the in-machine CO 2 passes through the narrow portion, so that a pressure drop occurs in the CO 2 , and the leaked gas gradually decreases by repeating this. It has become. A leak discharge system 23 is also connected to the fourth flow path 11 </ b> D provided between the second seal structure 17 and the outboard labyrinth 19 via the discharge pipe line 22. The in-machine labyrinth 18 and the out-of-machine labyrinth 19 are not indispensable components for the present invention, but may be installed on the inside of the first seal structure 16 and the outside of the second seal structure 17 as in the present embodiment. There are the following merits. The inboard labyrinth 18, the volume CO 2 recycled to the first flow path 11A CO 2 circulation system 21 through, because less than the volume of the cabin CO 2, it is possible to reduce the capacity of the later of the heater, the temperature Control time can be shortened. Further, by supplying nitrogen or air gas from the fifth flow path 11E between the outboard labyrinth 19, it is possible to prevent the lubricating oil of the bearing from entering the inside of the machine. Of course, the number and installation positions of the in-machine labyrinth 18 and the out-of-machine labyrinth 19 can be appropriately changed.

前記CO循環システム21は、機内のCOを循環して回転環25と静止環28との間に生じるシール隙間30に対して機内のCOを繰り返し供給するためのものである。ここで、図2は、CO循環システム21の構成を示す説明図である。CO循環システム21は、一端が図1に示すハウジング12の第1流路11Aに接続され他端が第2流路11Bに接続された循環配管路20の所定箇所に、機内から延びる供給配管路32の一端が接続され、循環配管路20と供給配管路32の各所に種々の構成要素が設置されたものである。 The CO 2 circulation system 21 is for supplying repeatedly cabin CO 2 with respect to the sealing gap 30 generated between the rotary ring 25 circulates cabin CO 2 and the stationary ring 28. Here, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of the CO 2 circulation system 21. The CO 2 circulation system 21 has a supply pipe extending from the inside of the machine to a predetermined location of a circulation pipe line 20 having one end connected to the first flow path 11A of the housing 12 shown in FIG. 1 and the other end connected to the second flow path 11B. One end of the path 32 is connected, and various components are installed at various locations of the circulation piping 20 and the supply piping 32.

循環配管路20には、図2に示すように、前記第1流路11Aへの接続箇所から前記第2流路11Bへの接続箇所に至るまでの間に、図に矢印で示すCO流通方向に向かって順に、第1フィルタユニット33、循環ポンプ34、チェック弁35、第2フィルタユニット36、温調装置37、流量計38、圧力計39、温度計40、が設置されている。 As shown in FIG. 2, the circulation piping 20 has a CO 2 flow indicated by an arrow in the figure from the connection point to the first flow path 11 </ b> A to the connection point to the second flow path 11 </ b> B. A first filter unit 33, a circulation pump 34, a check valve 35, a second filter unit 36, a temperature control device 37, a flow meter 38, a pressure gauge 39, and a thermometer 40 are installed in this order.

第1フィルタユニット33は、循環配管路20に設置されてCOから異物等を除去するフィルタ33aと、フィルタ33aに目詰まり等が生じた場合に予備的に機能する予備フィルタ33bと、フィルタ33aを挟んで上流側位置と下流側位置の圧力差を測定する差圧計33cと、を有している。また、第2フィルタユニット36も、フィルタ36aと予備フィルタ36bと差圧計36cとを有しており、各構成の機能は第1フィルタユニット33の各構成と同じである。 The first filter unit 33 is installed in the circulation pipeline 20 to remove foreign matter from CO 2 , a preliminary filter 33b that functions in a preliminary manner when the filter 33a is clogged, and the filter 33a. And a differential pressure gauge 33c for measuring the pressure difference between the upstream position and the downstream position. The second filter unit 36 also includes a filter 36 a, a spare filter 36 b, and a differential pressure gauge 36 c, and the function of each component is the same as that of each component of the first filter unit 33.

循環ポンプ34は、循環配管路20に沿ってCOを強制的に循環させるものである。また、チェック弁35は、循環配管路20におけるCOの流れを常に一定に保ち、逆流を防止する機能を持つバルブである。 The circulation pump 34 forcibly circulates CO 2 along the circulation pipeline 20. The check valve 35 is a valve having a function of keeping the flow of CO 2 in the circulation pipeline 20 constant at all times and preventing backflow.

温調装置37は、循環配管路20を流れるCOの温度を任意に調整するものである。この温調装置37は、図2に示すように、冷却水との間で熱交換させることでCOの温度を低下させる熱交換器37aと、COを加熱してその温度を上昇させるヒータ37bと、を有している。そして、この温調装置37は、制御部Cによってその動作が制御されている。尚、図2に詳細は示さないが、制御部Cは、温調装置37の動作だけでなくドライガスシール構造10を構成する各部の動作も制御している。更に、ヒータ37bは、ドライガスシール構造10に別用途で設けられた構成要素を熱源として用いてもよい。具体的には、循環ポンプ34で発生した循環ポンプ損失、或いは図1に示す潤滑用油ポンプ15で発生した潤滑用油ポンプ損失を熱エネルギーに変換し、この熱エネルギーをヒータ37bの熱源として用いてもよい。また、ヒータ37bの熱源としては、循環ポンプ34と潤滑用油ポンプ15だけに限られず、他の用途でドライガスシール構造10に設置された各種ポンプを用いることも可能である。このような構成によれば、専用のヒータ37bを設ける場合と比較すると、専用のヒータ37bが不要であってランニングコストも不要である分、コスト削減を図ることができるという利点がある。また、温調装置37の構成として熱交換器37aは必須ではなく、温調装置37は少なくともヒータ37bを有していれば足りる。 The temperature control device 37 arbitrarily adjusts the temperature of CO 2 flowing through the circulation pipeline 20. As shown in FIG. 2, the temperature control device 37 includes a heat exchanger 37a that lowers the temperature of CO 2 by exchanging heat with cooling water, and a heater that heats CO 2 and raises its temperature. 37b. The operation of the temperature control device 37 is controlled by the control unit C. Although not shown in detail in FIG. 2, the control unit C controls not only the operation of the temperature control device 37 but also the operation of each part constituting the dry gas seal structure 10. Furthermore, the heater 37b may use a component provided in the dry gas seal structure 10 for another purpose as a heat source. Specifically, the circulating pump loss generated in the circulating pump 34 or the lubricating oil pump loss generated in the lubricating oil pump 15 shown in FIG. 1 is converted into thermal energy, and this thermal energy is used as a heat source for the heater 37b. May be. The heat source of the heater 37b is not limited to the circulation pump 34 and the lubricating oil pump 15, and various pumps installed in the dry gas seal structure 10 can be used for other purposes. According to such a configuration, as compared with the case where the dedicated heater 37b is provided, there is an advantage that the cost can be reduced because the dedicated heater 37b is unnecessary and the running cost is not required. Moreover, the heat exchanger 37a is not indispensable as a structure of the temperature control apparatus 37, and the temperature control apparatus 37 should just have the heater 37b at least.

流量計38は、循環配管路20を循環するCOの流量を測定するものである。また、圧力計39は、前記第2流路11Bへの接続箇所の付近におけるCOの圧力を測定するものである。また、温度計40は、前記第2流路11Bへの接続箇所の付近におけるCOの温度を測定するものである。 The flow meter 38 measures the flow rate of CO 2 circulating through the circulation pipeline 20. The pressure gauge 39 measures the pressure of CO 2 in the vicinity of the connection point to the second flow path 11B. The temperature gauge 40 is to measure the temperature of the CO 2 in the vicinity of the connection into the second flow path 11B.

一方、供給配管路32には、図2に示すように、CO流通方向に向かって順に、圧力調整弁41と、チェック弁42とが設置されている。圧力調整弁41は、供給配管路32の開閉度を調整することにより、COの供給圧を任意に調整可能なバルブである。一方、チェック弁42は、供給配管路32におけるCOの流れを常に一定方向に保ち、逆流を防止する機能を持つバルブであって、循環配管路20を循環するCOが供給配管路32に流入するのを阻止している。 On the other hand, as shown in FIG. 2, a pressure regulating valve 41 and a check valve 42 are installed in the supply pipe line 32 in order in the CO 2 flow direction. The pressure adjustment valve 41 is a valve that can arbitrarily adjust the supply pressure of CO 2 by adjusting the degree of opening and closing of the supply piping 32. On the other hand, the check valve 42 is a valve having a function of always maintaining the flow of CO 2 in the supply piping 32 in a certain direction and preventing backflow, and CO 2 circulating through the circulation piping 20 is supplied to the supply piping 32. Prevents inflow.

前記リーク排出システム23は、第1シール構造16のシール隙間30を通過した微量なCOを機外へ排出するためのものである。ここで、図3は、リーク排出システム23の構成を示す模式図である。リーク排出システム23は、一端が図1に示すハウジング12の第3流路11Cに接続された排出配管路22が機外へ引き出され、この排出配管路22の各所に種々の構成要素が設置されたものである。 The leak discharge system 23 is for discharging a small amount of CO 2 that has passed through the seal gap 30 of the first seal structure 16 to the outside of the apparatus. Here, FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the leak discharge system 23. In the leak discharge system 23, a discharge pipe line 22 having one end connected to the third flow path 11 </ b> C of the housing 12 shown in FIG. 1 is drawn out to the outside of the apparatus, and various components are installed in various places of the discharge pipe line 22. It is a thing.

排出配管路22には、図3に示すように、第3流路11CからCO流通方向に向かって順に、温度計43、圧力計44、流量計45、背圧弁46が設置されている。 As shown in FIG. 3, a thermometer 43, a pressure gauge 44, a flow meter 45, and a back pressure valve 46 are installed in the discharge pipe line 22 in order from the third flow path 11 </ b > C toward the CO 2 flow direction.

温度計43は、図1に示す第3流路11Cへの接続箇所の付近におけるCOの温度を測定するものである。また、圧力計44は、第3流路11Cへの接続箇所の付近におけるCOの圧力を測定するものである。また、流量計45は、排出配管路22を流れるCOの流量を測定するものである。また、背圧弁46は、自身より上流側におけるCOの圧力を一定に保つためのバルブである。すなわち、背圧弁46は、上流側の圧力が設定値以上になると、COを通してその圧力を低下させることによって上流側の圧力を一定に保持する。 The thermometer 43 measures the temperature of CO 2 in the vicinity of the connection location to the third flow path 11C shown in FIG. Further, the pressure gauge 44 measures the pressure of CO 2 in the vicinity of the connection location to the third flow path 11C. The flow meter 45 measures the flow rate of CO 2 flowing through the discharge pipe line 22. Further, the back pressure valve 46 is a valve for keeping the pressure of CO 2 upstream from itself constant. That is, when the upstream pressure becomes equal to or higher than the set value, the back pressure valve 46 keeps the upstream pressure constant by reducing the pressure through CO 2 .

次に、第1実施形態に係るドライガスシール構造10を採用したCOインジェクションポンプを起動する際の手順について説明する。図4及び図5は、COインジェクションポンプが有する制御部Cが起動時に行う処理の流れを示すフローチャートである。 Next, a procedure for starting the CO 2 injection pump that employs the dry gas seal structure 10 according to the first embodiment will be described. 4 and 5 are flowcharts showing the flow of processing performed by the control unit C included in the CO 2 injection pump at startup.

COインジェクションポンプを起動する場合、まず制御部Cは、供給配管路32に対してCOをガスの状態で供給する(S1)。そして、配管各所、具体的には循環配管路20や供給配管路32や排出配管路22からCOガスの漏れがあるか否かを判定する(S2)。その結果、COガスの漏れがあると判断した場合には(S2:Yes)、その旨をユーザに報知し(S3)、漏れがなくなるまで待機する。報知を受けたユーザは、例えば配管の継ぎ手部分に石鹸水を塗って泡が出るか否かを判定することによってCOガスの漏れがあるか否かを判定する。尚、ユーザに報知する具体的な手段としては、図に詳細は示さないが、表示画面に警告を表示する方法や、スピーカから警告音を発する方法が挙げられる。 When starting the CO 2 injection pump, first, the control unit C supplies CO 2 in a gas state to the supply piping 32 (S1). Then, it is determined whether or not there is leakage of CO 2 gas from various places of the piping, specifically, the circulation piping path 20, the supply piping path 32, and the discharge piping path 22 (S2). As a result, when it is determined that there is a leakage of CO 2 gas (S2: Yes), this is notified to the user (S3), and it waits until there is no leakage. The user who has received the notification determines whether or not there is a CO 2 gas leak by, for example, determining whether or not bubbles are produced by applying soapy water to the joint portion of the pipe. Specific means for notifying the user includes a method of displaying a warning on a display screen and a method of generating a warning sound from a speaker, although details are not shown in the figure.

一方、制御部Cは、COガスの漏れがないと判断した場合(S2:No)、次にシールリーク量が許容範囲内であるか否かを判定する(S4)。すなわち、制御部Cは、図3に示す排出配管路22に設置された流量計45の測定値を検出することにより、シールリーク量すなわち第1シール構造16のシール隙間30から漏れ出したCOの量を検出する。そして、検出されたシールリーク量が、回転軸13の回転が停止した状態でのシールリーク量として許容される範囲内に入っているか否かを判定する。その結果、シールリーク量は許容範囲内でないと判断した場合(S4:No)、制御部Cは、その旨をユーザに報知し(S5)、シールリーク量が許容範囲内に入るまで待機する。この場合、静止環28や回転環25等からCOがリークしている可能性があるため、報知を受けたユーザは、これらの箇所を点検して不具合が発見された場合には、修繕や交換等の適切な処置を実施する。一方、シールリーク量が許容範囲内に入っていると判断した場合(S4:Yes)、制御部Cは、次のステップに移行する。 On the other hand, when it is determined that there is no CO 2 gas leakage (S2: No), the control unit C determines whether the seal leak amount is within an allowable range (S4). That is, the control unit C detects the measurement value of the flow meter 45 installed in the discharge pipe line 22 shown in FIG. 3, thereby causing the amount of seal leak, that is, CO 2 leaking from the seal gap 30 of the first seal structure 16. Detect the amount of. Then, it is determined whether or not the detected seal leak amount is within a range allowable as the seal leak amount in a state where the rotation of the rotary shaft 13 is stopped. As a result, when it is determined that the seal leak amount is not within the allowable range (S4: No), the control unit C notifies the user (S5) and waits until the seal leak amount falls within the allowable range. In this case, there is a possibility that CO 2 is leaking from the stationary ring 28, the rotating ring 25 or the like. Take appropriate measures such as replacement. On the other hand, when it is determined that the seal leak amount is within the allowable range (S4: Yes), the control unit C proceeds to the next step.

次に、制御部Cは、図2に示す循環配管路20に設置した循環ポンプ34を起動できる状態になるまで、具体的には機内のCOが超臨界状態になるまで、機内を昇温及び昇圧する(S6)。続いて、制御部Cは、循環ポンプ34を起動する(S7)。更に、制御部Cは、図2に示す循環配管路20に設置された流量計38の測定値を検出し、循環配管路20を循環するCOの流量が所定流量になるよう、循環ポンプ34の回転数を適宜調整する(S8)。このように、COの流量を所定流量以上とすることにより、循環配管路20から第2流路11Bに流れ込むCOは、第1シール構造16のシール隙間30の入口側にも、機内側ラビリンス18側にも十分な量が流れるので、後述するようにシール隙間30の入口部分を十分に加熱できるとともに、機内側ラビリンス18の側から第1シール構造16に向かって異物等が侵入するのを防止することができる。 Next, the control unit C raises the temperature of the machine until the circulation pump 34 installed in the circulation pipeline 20 shown in FIG. 2 can be activated, specifically until the CO 2 in the machine reaches a supercritical state. The pressure is increased (S6). Subsequently, the control unit C activates the circulation pump 34 (S7). Furthermore, the control unit C detects the measurement value of the flow meter 38 installed in the circulation pipeline 20 shown in FIG. 2, and the circulation pump 34 so that the flow rate of CO 2 circulating through the circulation pipeline 20 becomes a predetermined flow rate. Is appropriately adjusted (S8). Thus, by setting the flow rate of CO 2 to a predetermined flow rate or more, CO 2 flowing from the circulation pipe line 20 to the second flow path 11B is also on the inlet side of the sealing gap 30 of the first seal structure 16, inboard Since a sufficient amount also flows on the labyrinth 18 side, the inlet portion of the seal gap 30 can be sufficiently heated as will be described later, and foreign matter or the like enters from the inboard labyrinth 18 side toward the first seal structure 16. Can be prevented.

次に、制御部Cは、図2に示す循環配管路20に設置した第1フィルタユニット33と第2フィルタユニット36の各差圧計33c,36cの測定値を検出することにより、フィルタ差圧すなわちフィルタ33a,36aを挟んで上流側と下流側の圧力差をそれぞれ検出する。そして、検出されたフィルタ差圧が、既定のフィルタ交換差圧に達しているか否かを判定する(S9)。その結果、フィルタ差圧がフィルタ交換差圧に達していると判断した場合(S9:Yes)、制御部Cは、不図示の表示画面に表示する等して、フィルタ33aを交換すべき旨をユーザに報知し(S10)、フィルタ差圧がフィルタ交換差圧を下回るまで待機する。報知を受けたユーザは、予備フィルタ33b,36bに切り換える、或いはフィルタ33a,36aを新品に交換する等の適切な処置を実施する。   Next, the control unit C detects the measured value of the differential pressure gauges 33c and 36c of the first filter unit 33 and the second filter unit 36 installed in the circulation pipe line 20 shown in FIG. The pressure difference between the upstream side and the downstream side is detected across the filters 33a and 36a. Then, it is determined whether or not the detected filter differential pressure has reached a predetermined filter exchange differential pressure (S9). As a result, when it is determined that the filter differential pressure has reached the filter replacement differential pressure (S9: Yes), the control unit C displays on a display screen (not shown) to indicate that the filter 33a should be replaced. The user is notified (S10) and waits until the filter differential pressure falls below the filter exchange differential pressure. The user who has received the notification performs appropriate measures such as switching to the spare filters 33b and 36b or replacing the filters 33a and 36a with new ones.

一方、制御部Cは、フィルタ差圧がフィルタ交換差圧にまだ達していないと判断した場合(S9:No)、続いて第1シール構造16のシール隙間30の入口部分を所定温度まで加熱する(S11)。すなわち、制御部Cは、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分が、第2流路11Bから流れ込むCOに加熱されて所定温度に達するように、図2に示す温調装置37を構成する熱交換器37aやヒータ37bの動作を制御する。尚、本発明において「シール隙間30の入口部分」とは、COの流通方向に向かってシール隙間30の最も上流部の近辺を意味し、回転環25や静止環28やシャフトスリーブ24やリテーナ26やハウジング12を含んでいる。 On the other hand, when the control unit C determines that the filter differential pressure has not yet reached the filter replacement differential pressure (S9: No), the controller C subsequently heats the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 to a predetermined temperature. (S11). That is, the control unit C controls the temperature adjustment device 37 shown in FIG. 2 so that the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is heated to CO 2 flowing from the second flow path 11B and reaches a predetermined temperature. The operation of the heat exchanger 37a and the heater 37b to be configured is controlled. In the present invention, the “inlet portion of the seal gap 30” means the vicinity of the most upstream portion of the seal gap 30 in the CO 2 flow direction, and the rotating ring 25, the stationary ring 28, the shaft sleeve 24, and the retainer. 26 and the housing 12 are included.

ここで、図6及び図7は、シール隙間30の入口部分を加熱することによる効果を説明するための説明図である。シール隙間30の入口部分を加熱すると、シール隙間30を通過する際のCOの温度が上昇する。そして、図6に示すように、COの温度が例えば50℃から60℃に上昇すると、シール隙間30の通過時にCOが減圧されると、COの状態は超臨界状態から気体状態へと変化する。従って、前述のように超臨界状態から気液2相に変化する場合と比較すると、COの物性は急激に大きく変化しない。従って、静止環28の挙動は安定し、静止環28と回転環25との接触によって焼き付きが発生することがない。更に、図7に示すように、COの温度が例えば40℃から60℃に上昇すると、COの粘度は低下する。これにより、COがシール隙間30を通過する際の粘性発熱量が小さくなり、回転環25と静止環28において、互いに接触するような、過大な熱変形が生じることがない。 Here, FIG. 6 and FIG. 7 are explanatory diagrams for explaining the effect of heating the inlet portion of the seal gap 30. When the inlet portion of the seal gap 30 is heated, the temperature of CO 2 when passing through the seal gap 30 rises. Then, as shown in FIG. 6, when the temperature of CO 2 is increased, for example, from 50 ° C. to 60 ° C., the CO 2 is decompressed during passage of the sealing gap 30, the state of the CO 2 is to the gaseous state from the supercritical state And change. Therefore, the physical properties of CO 2 do not change drastically compared with the case where the gas phase changes from the supercritical state to the gas-liquid two phase as described above. Therefore, the behavior of the stationary ring 28 is stable, and the seizure does not occur due to the contact between the stationary ring 28 and the rotating ring 25. Furthermore, as shown in FIG. 7, when the temperature of CO 2 rises from, for example, 40 ° C. to 60 ° C., the viscosity of CO 2 decreases. As a result, the amount of viscous heat generated when CO 2 passes through the seal gap 30 is reduced, and excessive thermal deformation such as contact between the rotating ring 25 and the stationary ring 28 does not occur.

次に、制御部Cは、COの供給圧を所定圧まで上昇させる(S12)。すなわち、制御部Cは、図2に示す供給配管路32に設置された圧力調整弁41の動作を制御することにより、COの供給圧を上昇させる。また、制御部Cは、これと併せて、第2シール構造17のシール隙間30の入口部分においてCOが所定圧になるように、第1シール構造16のシール隙間30の出口部分におけるCOの圧力を、排出配管路22に設置した背圧弁46の動作を制御することによって調節する。 Next, the control unit C increases the supply pressure of CO 2 to a predetermined pressure (S12). That is, the control part C raises the supply pressure of CO 2 by controlling the operation of the pressure regulating valve 41 installed in the supply pipeline 32 shown in FIG. The control unit C, together with this, CO 2 in the seal at the inlet portion of the gap 30 so that CO 2 is a predetermined pressure, the outlet portion of the sealing gap 30 of the first seal structure 16 of the second seal structure 17 Is controlled by controlling the operation of the back pressure valve 46 installed in the discharge pipe line 22.

その後、制御部Cは、第1シール構造16のシール隙間30の出口部分の温度が、氷点下になっているか否かを判定する(S13)。すなわち、制御部Cは、図3に示す排出配管路22に設置した温度計43の測定値を検出することにより、第1シール構造16のシール隙間30の出口部分の温度を検出する。そして、検出された温度が氷点下である場合(S13:Yes)、制御部Cは、シール隙間30の入口部分を更に加熱する(S14)。すなわち、制御部Cは、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分が、第2流路11Bから流れ込むCOに加熱されて更にその温度が上昇するように、図2に示す温調装置37の動作を制御する。 Thereafter, the control unit C determines whether or not the temperature of the outlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is below freezing (S13). That is, the control unit C detects the temperature of the outlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 by detecting the measurement value of the thermometer 43 installed in the discharge pipe line 22 shown in FIG. When the detected temperature is below freezing (S13: Yes), the control unit C further heats the inlet portion of the seal gap 30 (S14). That is, the control unit C is configured to adjust the temperature control device shown in FIG. 2 so that the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is heated by CO 2 flowing from the second flow path 11B and the temperature thereof further increases. The operation of 37 is controlled.

このように、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分の温度が氷点下になることを防止すれば、シール隙間30の出口部分で大気中の水分が氷になることがない。従って、シール隙間30が氷によって塞がれる問題や、回転環25のシール面25aや静止環28のシール面28aが氷によって損傷する問題を未然に防止することができる。尚、温調装置37の性能上、COの温度を更に上昇させることができない場合、図に詳細は示さないが、第1シール構造16のシール隙間30の出口部分に対して加熱したガスを吹き付ける等して、シール隙間30の出口部分が氷点下にならないようにしてもよい。 Thus, if the temperature of the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is prevented from becoming below freezing point, the moisture in the atmosphere does not become ice at the outlet portion of the seal gap 30. Therefore, the problem that the seal gap 30 is blocked by ice and the problem that the seal surface 25a of the rotary ring 25 and the seal surface 28a of the stationary ring 28 are damaged by ice can be prevented. If the temperature of the CO 2 cannot be further increased due to the performance of the temperature control device 37, details are not shown in the figure, but the gas heated to the outlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is not shown. For example, the outlet portion of the seal gap 30 may not be below freezing point by spraying.

次に、制御部Cは、シールリーク量が許容範囲内であるか否かを再度判定する(S15)。すなわち、制御部Cは、図3に示す排出配管路22に設置された流量計45の測定値を検出することにより、シールリーク量すなわち第1シール構造16のシール隙間30から漏れ出したCOの量を検出する。そして、検出されたシールリーク量が、回転軸13の回転が停止した状態でのシールリーク量として許容される範囲内に入っているか否かを判定する。その結果、シールリーク量は許容範囲内でないと判断した場合(S15:No)、制御部Cは、その旨をユーザに報知し(S16)、シールリーク量が許容範囲内に入るまで待機する。報知を受けたユーザは、シールリーク量が許容範囲内に入るよう、適切な処置を実施する。 Next, the controller C determines again whether or not the seal leak amount is within the allowable range (S15). That is, the control unit C detects the measurement value of the flow meter 45 installed in the discharge pipe line 22 shown in FIG. 3, thereby causing the amount of seal leak, that is, CO 2 leaking from the seal gap 30 of the first seal structure 16. Detect the amount of. Then, it is determined whether or not the detected seal leak amount is within a range allowable as the seal leak amount in a state where the rotation of the rotary shaft 13 is stopped. As a result, when it is determined that the seal leak amount is not within the allowable range (S15: No), the control unit C notifies the user (S16) and waits until the seal leak amount falls within the allowable range. The user who has received the notification performs appropriate measures so that the seal leak amount falls within the allowable range.

ここで、適切な処置としては、シールリーク量が許容範囲外であると判断した場合のうち、特にシールリーク量がゼロの場合、ユーザはシール隙間30の出口部分においてCOの風量が有るか否かを確認する。その結果、出口部分においてCOの風量がない場合、シール隙間30とは別の箇所から、例えばOリング29が損傷した箇所からCOが機外へ漏れ出している可能性がある。この場合、ユーザは、漏れ出している箇所を発見した上で修繕等の措置を施す。一方、シール隙間30以外の箇所でCOが機外へ漏れ出している箇所が発見できない場合は、COの供給を停止し、機内の圧力が減少するか否かを確認する。その結果、機内の圧力が減少しない場合は、シール隙間30が閉じている可能性があるため、ハンドターニング等の処置を実施する。また、ユーザは、それ以外の措置として、各種センサに故障が発生していないかを確認する。他方、シールリーク量が許容範囲外であると判断した場合のうち、特にシールリーク量が過大である場合、ユーザは回転環25や静止環28を検査した上で、修繕や交換等の措置を施す。 Here, as an appropriate measure, when it is determined that the seal leak amount is outside the allowable range, particularly when the seal leak amount is zero, the user has the CO 2 air volume at the exit portion of the seal gap 30. Confirm whether or not. As a result, when there is no air volume of CO 2 at the outlet portion, from elsewhere in the sealing gap 30, for example, CO 2 from where the O-ring 29 is damaged there is a possibility that leaked to the outside. In this case, the user takes measures such as repair after finding the leaking portion. On the other hand, if a location where CO 2 leaks outside the seal gap 30 cannot be found, the supply of CO 2 is stopped, and it is confirmed whether or not the pressure inside the device decreases. As a result, when the pressure in the machine does not decrease, the seal gap 30 may be closed, and thus a measure such as hand turning is performed. In addition, the user checks whether a failure has occurred in various sensors as other measures. On the other hand, when it is determined that the seal leak amount is outside the allowable range, particularly when the seal leak amount is excessive, the user inspects the rotary ring 25 and the stationary ring 28 and then performs measures such as repair and replacement. Apply.

一方、シールリーク量が許容範囲内であると判断した場合(S15:Yes)、制御部Cは、不図示のモータを起動することで回転軸13の回転を開始させ、その回転速度を所定速度まで上昇させる(S17)。この時、制御部Cは、回転軸13が既定の最低回転数以上に達するまで迅速に加速する。また、回転軸13の回転数上昇に伴い、シール隙間30におけるCOの撹拌損失や粘性発熱等によってシール隙間30の温度が上昇する。従って、制御部Cは、この温度上昇分に拘わらず、シール隙間30の入口部分の温度を適正な温度で維持できるよう、図2に示す温調装置37の動作を適宜制御する。そして、制御部Cは、最終的に撹拌損失や粘性発熱等によってシール隙間30の温度が十分に上昇した段階で、温調装置37を構成するヒータ37bの動作を停止させる。更に、制御部Cは、回転軸13の駆動開始に伴って、回転軸13の軸振動を測定し、測定された軸振動が既定のシール許容値アラーム値を超える場合は、回転軸13の回転を停止させ、軸振動がシール許容値以内になるように、回転軸系のバランス調整を行う。 On the other hand, when it is determined that the seal leak amount is within the allowable range (S15: Yes), the control unit C starts rotation of the rotary shaft 13 by starting a motor (not shown), and the rotation speed is set to a predetermined speed. (S17). At this time, the control part C accelerates rapidly until the rotating shaft 13 reaches a predetermined minimum rotational speed or more. Further, as the rotational speed of the rotary shaft 13 increases, the temperature of the seal gap 30 increases due to CO 2 agitation loss or viscous heat generation in the seal gap 30. Therefore, the control unit C appropriately controls the operation of the temperature adjustment device 37 shown in FIG. 2 so that the temperature of the inlet portion of the seal gap 30 can be maintained at an appropriate temperature regardless of the temperature increase. And the control part C stops the operation | movement of the heater 37b which comprises the temperature control apparatus 37 in the stage where the temperature of the seal gap 30 fully raised finally by stirring loss, viscous heat_generation | fever, etc. Further, the controller C measures the shaft vibration of the rotating shaft 13 as the rotating shaft 13 starts to be driven, and if the measured shaft vibration exceeds a predetermined seal allowable value alarm value, the rotating shaft 13 rotates. And adjust the balance of the rotary shaft system so that the shaft vibration is within the allowable seal value.

次に、制御部Cは、シールリーク量が許容範囲内であるか否かを再度判定する(S18)。すなわち、制御部Cは、図3に示す排出配管路22に設置された流量計45の測定値を検出することにより、シールリーク量すなわち第1シール構造16のシール隙間30から漏れ出したCOの量を検出する。そして、検出されたシールリーク量が、回転軸13が回転状態でのシールリーク量として許容される範囲内に入っているか否かを判定する。その結果、シールリーク量は許容範囲内でないと判断した場合(S18:No)、制御部Cは、その旨をユーザに報知し(S19)、シールリーク量が許容範囲内に入るまで待機する。報知を受けたユーザは、シールリーク量が許容範囲内に入るよう、適切な処置を実施する。 Next, the control unit C determines again whether or not the seal leak amount is within the allowable range (S18). That is, the control unit C detects the measurement value of the flow meter 45 installed in the discharge pipe line 22 shown in FIG. 3, thereby causing the amount of seal leak, that is, CO 2 leaking from the seal gap 30 of the first seal structure 16. Detect the amount of. Then, it is determined whether or not the detected seal leak amount is within a range allowed as the seal leak amount when the rotary shaft 13 is in a rotating state. As a result, when it is determined that the seal leak amount is not within the allowable range (S18: No), the control unit C notifies the user (S19) and waits until the seal leak amount falls within the allowable range. The user who has received the notification performs appropriate measures so that the seal leak amount falls within the allowable range.

ここで、適切な処置としては、シールリーク量が許容範囲外であると判断した場合のうち、特にシールリーク量がゼロの場合、ユーザはシール隙間30の出口部分においてCOの風量が有るか否かを確認する。その結果、出口部分においてCOの風量がない場合、ユーザは直ちに回転軸13の回転を停止させる。これは、回転軸13が回転している場合、シール隙間30が生じていないと、回転環25のシール面25aと静止環28のシール面28aとの接触によって焼き付きが発生する恐れがあるためである。そして、制御部Cは、回転軸13が停止した後、シールリーク量を再度検出し、検出されたシールリーク量が、回転軸13の回転が停止した状態でのシールリーク量として許容される範囲内に入っているか否かを確認する。他方、シールリーク量が許容範囲外であると判断した場合のうち、特にシールリーク量が過大である場合、ユーザは直ちに回転軸13の回転を停止させ、回転環25や静止環28を検査した上で、修繕や交換等の措置を施す。 Here, as an appropriate measure, when it is determined that the seal leak amount is outside the allowable range, particularly when the seal leak amount is zero, the user has the CO 2 air volume at the exit portion of the seal gap 30. Confirm whether or not. As a result, when there is no CO 2 air volume at the exit portion, the user immediately stops the rotation of the rotary shaft 13. This is because, when the rotary shaft 13 is rotating, if the seal gap 30 is not generated, there is a possibility that seizure may occur due to the contact between the seal surface 25a of the rotary ring 25 and the seal surface 28a of the stationary ring 28. is there. Then, after the rotary shaft 13 stops, the control unit C detects the seal leak amount again, and the detected seal leak amount is allowed as the seal leak amount in a state where the rotation of the rotary shaft 13 is stopped. Check if it is inside. On the other hand, when it is determined that the seal leak amount is outside the allowable range, particularly when the seal leak amount is excessive, the user immediately stops the rotation of the rotary shaft 13 and inspects the rotary ring 25 and the stationary ring 28. Above, take measures such as repair and replacement.

最後に、制御部Cは、図2に示す循環配管路20に設置された循環ポンプ34の回転数を下げていき、機内から供給するCOを循環配管路20で循環させる。そして、最終的に制御部Cは、循環ポンプ34を停止させ、定格運転を行う(S20)。 Finally, the control unit C decreases the rotational speed of the circulation pump 34 installed in the circulation pipeline 20 shown in FIG. 2 and circulates CO 2 supplied from the inside of the machine through the circulation pipeline 20. And finally, the control part C stops the circulation pump 34 and performs rated operation (S20).

次に、第2実施形態に係るドライガスシール構造の構成について説明する。図8は、本実施形態のドライガスシール構造50を示した概略縦断面図である。ドライガスシール構造50は、第1実施形態のドライガスシール構造10と比較すると、第1シール構造16の回転環51の構成が異なる点、及びCO2循環システム21を備えていない点で異なっている。尚、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、図1と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。   Next, the configuration of the dry gas seal structure according to the second embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view showing the dry gas seal structure 50 of the present embodiment. The dry gas seal structure 50 is different from the dry gas seal structure 10 of the first embodiment in that the configuration of the rotary ring 51 of the first seal structure 16 is different and the CO2 circulation system 21 is not provided. . Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used, and description thereof is omitted here.

第1シール構造16の回転環51は、その内部にヒータ52を収容し、このヒータ52の動作が不図示の制御部によって制御されている。そして、制御部は、回転軸13の駆動を開始する前に、このヒータ52をONすることによって、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分を所定温度まで加熱する。このような構成によれば、第1実施形態と比較して省スペース化を図ることができる。すなわち、第1実施形態のように加熱したCOを供給することで第1シール構造16のシール隙間30の入口部分を加熱する構成では、CO循環システム21を機外に設置するスペースが必要である。これに対し本実施形態では、CO循環システム21を機外に設置する必要がない分、省スペース化を図ることができる。 The rotary ring 51 of the first seal structure 16 houses a heater 52 therein, and the operation of the heater 52 is controlled by a control unit (not shown). Then, the control unit heats the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 to a predetermined temperature by turning on the heater 52 before starting the driving of the rotary shaft 13. According to such a configuration, space saving can be achieved as compared with the first embodiment. That is, in the configuration in which the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is heated by supplying heated CO 2 as in the first embodiment, a space for installing the CO 2 circulation system 21 outside the apparatus is necessary. It is. On the other hand, in this embodiment, it is possible to save space because the CO 2 circulation system 21 does not need to be installed outside the apparatus.

また、図9は、本実施形態の変形例を示した図である。図9(a)に示す変形例では、静止環53の内部にヒータ52を収容している。一方、図9(b)に示す変形例では、回転環51の内部にヒータ52を収容するとともに、静止環53の内部にもヒータ52を収容している。そして、回転軸13の駆動を開始する前に、これらヒータ52をONすることによって、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分を所定温度まで加熱する。尚、回転環51は熱変形しにくい材質である炭化ケイ素で構成されるのが一般的であるため、この回転環51にヒータ52を収容した方が、熱変形を抑制することができ好適である。   FIG. 9 is a view showing a modification of the present embodiment. In the modification shown in FIG. 9A, the heater 52 is accommodated in the stationary ring 53. On the other hand, in the modification shown in FIG. 9B, the heater 52 is accommodated in the rotating ring 51 and the heater 52 is accommodated in the stationary ring 53. And before starting the drive of the rotating shaft 13, by turning on these heaters 52, the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 is heated to a predetermined temperature. Since the rotary ring 51 is generally made of silicon carbide, which is a material that is not easily thermally deformed, it is preferable to accommodate the heater 52 in the rotary ring 51 because thermal deformation can be suppressed. is there.

次に、第3実施形態に係るドライガスシール構造の構成について説明する。図10は、本実施形態のドライガスシール構造60を示した概略縦断面図である。ドライガスシール構造60は、第1実施形態のドライガスシール構造10と比較すると、ハウジング61の構成が異なる点、及びCO循環システム21を備えていない点で異なっている。尚、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、図1と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。 Next, the configuration of the dry gas seal structure according to the third embodiment will be described. FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional view showing the dry gas seal structure 60 of the present embodiment. The dry gas seal structure 60 differs from the dry gas seal structure 10 of the first embodiment in that the configuration of the housing 61 is different and the CO 2 circulation system 21 is not provided. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used, and description thereof is omitted here.

本実施形態のハウジング61は、第2流路11Bの周辺部にヒータ62が収容されている。そして、回転軸13の駆動を開始する前に、このヒータ62をONすることによって、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分を所定温度まで加熱する。このような構成によれば、第2実施形態と同様に、CO循環システム21を機外に設置するスペースが不要な分、省スペース化を図ることができるという利点がある。 In the housing 61 of this embodiment, a heater 62 is accommodated in the periphery of the second flow path 11B. And before starting the drive of the rotating shaft 13, this heater 62 is turned ON, and the entrance part of the seal gap 30 of the 1st seal structure 16 is heated to predetermined temperature. According to such a configuration, as in the second embodiment, there is an advantage that the space can be saved because the space for installing the CO 2 circulation system 21 outside the apparatus is unnecessary.

次に、第4実施形態に係るドライガスシール構造の構成について説明する。図11は、本実施形態のドライガスシール構造70を示した概略縦断面図であって、シール隙間30の周辺を拡大した図である。ドライガスシール構造70は、第1実施形態のドライガスシール構造10と比較すると、第2流路11Bからシール隙間30の入口部分までの間に形成された流通路71の形状が異なっている。尚、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、図1と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。   Next, the configuration of the dry gas seal structure according to the fourth embodiment will be described. FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view showing the dry gas seal structure 70 of the present embodiment, and is an enlarged view of the periphery of the seal gap 30. Compared with the dry gas seal structure 10 of the first embodiment, the dry gas seal structure 70 differs in the shape of the flow passage 71 formed between the second flow path 11B and the inlet portion of the seal gap 30. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used, and description thereof is omitted here.

本実施形態では、シャフトスリーブ72における回転環25の周辺部分が、第1実施形態と比較して大径に形成されている。これにより、ハウジング12の内部においてCOが流通する流通路71は、第1シール構造16のシール隙間30の直前部分が、その他の部分より幅狭に形成されている。このような構成によれば、回転軸13の駆動開始前は、第1〜第3実施形態と同様にしてシール隙間30の入口部分を加熱する必要があるが、回転軸13の駆動開始後は、COがこの幅狭の部分を通過する際の撹拌損失により、第1シール構造16のシール隙間30の入口部分の温度が上昇する。従って、回転軸13の駆動開始後は、駆動開始前にシール隙間30の入口部分を加熱するために使用していたヒータ37b,62等をOFFすることができる。これにより、ヒータ37b,62のランニングコストを低減できる分、コストダウンを図ることができる。 In the present embodiment, the peripheral portion of the rotary ring 25 in the shaft sleeve 72 is formed with a larger diameter compared to the first embodiment. As a result, the flow passage 71 through which CO 2 flows inside the housing 12 is formed such that the portion immediately before the seal gap 30 of the first seal structure 16 is narrower than the other portions. According to such a configuration, it is necessary to heat the inlet portion of the seal gap 30 in the same manner as in the first to third embodiments before starting the driving of the rotating shaft 13, but after starting the driving of the rotating shaft 13. The temperature of the inlet portion of the seal gap 30 of the first seal structure 16 rises due to agitation loss when CO 2 passes through this narrow portion. Therefore, after the drive of the rotary shaft 13 is started, the heaters 37b, 62, etc. used to heat the inlet portion of the seal gap 30 before the drive start can be turned off. As a result, the cost can be reduced by reducing the running cost of the heaters 37b and 62.

また、図12は、本実施形態の変形例を示した図である。この変形例では、ハウジング73における第2流路11Bの周辺部分を、その他の部分より肉厚に形成している。これにより、ハウジング73の内部においてCOが流通する流通路71は、第1シール構造16のシール隙間30の直前部分が、その他の部分より幅狭に形成されている。このような構成によれば、第4実施形態と同様に、回転軸13の駆動開始後に、駆動開始前にシール隙間30の入口部分を加熱するために使用していたヒータ37b,62等をOFFすることができる。これにより、ヒータ37b,62のランニングコストを低減できる分、コストダウンを図ることができる。 FIG. 12 is a view showing a modification of the present embodiment. In this modification, the peripheral portion of the second flow path 11B in the housing 73 is formed thicker than the other portions. Thus, in the flow passage 71 through which CO 2 flows in the housing 73, the portion immediately before the seal gap 30 of the first seal structure 16 is formed narrower than the other portions. According to such a configuration, as in the fourth embodiment, after the driving of the rotary shaft 13 is started, the heaters 37b, 62, etc. used to heat the inlet portion of the seal gap 30 before the driving is turned off. can do. As a result, the cost can be reduced by reducing the running cost of the heaters 37b and 62.

尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The various shapes, combinations, operation procedures, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

10…ドライガスシール構造
12…ハウジング
13…回転軸
20…循環配管路
25…回転環
28…静止環
30…シール隙間
37…温調装置
C…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dry gas seal structure 12 ... Housing 13 ... Rotating shaft 20 ... Circulation piping 25 ... Rotating ring 28 ... Static ring 30 ... Seal gap 37 ... Temperature control apparatus C ... Control part

Claims (6)

超臨界状態の流体を収容するハウジングと、
該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、
該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、
前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、
前記シール隙間の入口部分に対し、前記ハウジングに収容された流体の一部を供給する配管路と、
前記配管路を流れる流体の温度を調節する温調装置と、
前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記温調装置の動作を制御する制御部と、
を備え
前記配管路に、前記シール隙間の入口部分に供給した流体を循環させて前記シール隙間の入口部分に再度供給する循環ポンプが設けられ、
前記温調装置が、前記配管路を流れる流体を加熱するヒータを備え、該ヒータの熱源が、前記循環ポンプ、または前記回転軸を回転自在に支持する軸受けに対して潤滑油を供給する潤滑用油ポンプのいずれかであることを特徴とするドライガスシール構造。
A housing for containing supercritical fluid;
A rotating shaft provided through the housing and driven to rotate;
A rotating ring that surrounds the rotating shaft and rotates integrally therewith;
A stationary ring that is provided in the housing, abuts on the entire circumference of the rotating ring when the rotating shaft is stopped, and is stationary with a seal gap formed between the rotating ring and the rotating ring;
A pipe for supplying a part of the fluid stored in the housing to the inlet portion of the seal gap;
A temperature control device for adjusting the temperature of the fluid flowing through the pipe line;
A controller that controls the operation of the temperature control device so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotary shaft;
Equipped with a,
A circulation pump that circulates the fluid supplied to the inlet portion of the seal gap and supplies the fluid again to the inlet portion of the seal gap is provided in the pipe line,
The temperature control device includes a heater that heats the fluid flowing through the piping, and the heat source of the heater supplies lubricating oil to the circulating pump or a bearing that rotatably supports the rotating shaft. A dry gas seal structure characterized by being one of oil pumps .
超臨界状態の流体を収容するハウジングと、
該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、
該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、
前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、
前記シール隙間の入口部分に対し、前記ハウジングに収容された流体の一部を供給する配管路と、
前記配管路を流れる流体の温度を調節する温調装置と、
前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記温調装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記ハウジングの内部に形成され前記超臨界状態の流体が流れる流通路は、前記シール隙間の直前部分がその他の部分より幅狭に形成されたことを特徴とするドライガスシール構造。
A housing for containing supercritical fluid;
A rotating shaft provided through the housing and driven to rotate;
A rotating ring that surrounds the rotating shaft and rotates integrally therewith;
A stationary ring that is provided in the housing, abuts on the entire circumference of the rotating ring when the rotating shaft is stopped, and is stationary with a seal gap formed between the rotating ring and the rotating ring;
A pipe for supplying a part of the fluid stored in the housing to the inlet portion of the seal gap;
A temperature control device for adjusting the temperature of the fluid flowing through the pipe line;
A controller that controls the operation of the temperature control device so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotary shaft;
With
The dry gas seal structure according to claim 1, wherein the flow passage formed inside the housing and through which the fluid in the supercritical state flows is formed with a narrower portion immediately before the seal gap than other portions .
前記配管路に、前記シール隙間の入口部分に供給した流体を循環させて前記シール隙間の入口部分に再度供給する循環ポンプが設けられたことを特徴とする請求項2に記載のドライガスシール構造。 3. The dry gas seal structure according to claim 2 , wherein a circulation pump that circulates the fluid supplied to the inlet portion of the seal gap and supplies the fluid again to the inlet portion of the seal gap is provided in the pipe line. . 前記温調装置が、前記配管路を流れる流体を加熱するヒータを備え、該ヒータの熱源が、前記循環ポンプ、または前記回転軸を回転自在に支持する軸受けに対して潤滑油を供給する潤滑用油ポンプのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載のドライガスシール構造。 The temperature control device includes a heater that heats the fluid flowing through the piping, and the heat source of the heater supplies lubricating oil to the circulating pump or a bearing that rotatably supports the rotating shaft. The dry gas seal structure according to claim 3 , wherein the dry gas seal structure is any one of oil pumps. 超臨界状態の流体を収容するハウジングと、
該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、
該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、
前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、
前記回転環及び前記静止環の少なくともいずれか一方に設けられたヒータと、
前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記ヒータの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記ハウジングの内部に形成され前記超臨界状態の流体が流れる流通路は、前記シール隙間の直前部分がその他の部分より幅狭に形成されたことを特徴とするドライガスシール構造。
A housing for containing supercritical fluid;
A rotating shaft provided through the housing and driven to rotate;
A rotating ring that surrounds the rotating shaft and rotates integrally therewith;
A stationary ring that is provided in the housing, abuts on the entire circumference of the rotating ring when the rotating shaft is stopped, and is stationary with a seal gap formed between the rotating ring and the rotating ring;
A heater provided in at least one of the rotating ring and the stationary ring;
A controller that controls the operation of the heater so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotary shaft;
With
The dry gas seal structure according to claim 1, wherein the flow passage formed inside the housing and through which the fluid in the supercritical state flows is formed with a narrower portion immediately before the seal gap than other portions .
超臨界状態の流体を収容するハウジングと、
該ハウジングを貫通して設けられ回転駆動される回転軸と、
該回転軸を包囲して設けられこれと一体的に回転する回転環と、
前記ハウジングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で当接し、前記回転軸の回転時に前記回転環との間にシール隙間を開けた状態で静止する静止環と、
前記ハウジングにおける前記シール隙間の直前位置に設けられたヒータと、
前記回転軸を駆動する前に、前記シール隙間の入口部分が所定温度まで加熱されるよう、前記ヒータの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記ハウジングの内部に形成され前記超臨界状態の流体が流れる流通路は、前記シール隙間の直前部分がその他の部分より幅狭に形成されたことを特徴とするドライガスシール構造。
A housing for containing supercritical fluid;
A rotating shaft provided through the housing and driven to rotate;
A rotating ring that surrounds the rotating shaft and rotates integrally therewith;
A stationary ring that is provided in the housing, abuts on the entire circumference of the rotating ring when the rotating shaft is stopped, and is stationary with a seal gap formed between the rotating ring and the rotating ring;
A heater provided immediately before the seal gap in the housing;
A controller that controls the operation of the heater so that the inlet portion of the seal gap is heated to a predetermined temperature before driving the rotary shaft;
With
The dry gas seal structure according to claim 1, wherein the flow passage formed inside the housing and through which the fluid in the supercritical state flows is formed with a narrower portion immediately before the seal gap than other portions .
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