JPS6045316B2 - ポンプ・メカニカルシール組立体の多流多路熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷却液ポンプの軸を取巻きポンプインペラー及
びメカニカルシール組立体の間に配置されてポンプ室か
ら軸に沿つてメカニカルシール組立体に流れる高温液体
を冷却する如くなされ、特に高温高圧ポンプ又はその他
の同様な熱の問題を有するポンプに使用するに適した多
流多路熱交換器に関する。

ポンプ室からポンプの軸に沿つてメカニカルシール組立
体に流れる高温液体を冷却する熱交換器を使用すること
はよく知られている。

このような装置の１つは米国特許第３，４５９，４３０
号に示され、説明されている。この特許に記載されてい
る熱交換器は、円筒形ジャケットを有し、これの中に上
部入口から導入される外部液体が下方に向つて円筒形コ
イル状に巻かれた外側管に接触して流過され、円筒形ジ
ャケットの下端を廻り、ジャケットの内側に偏向されて
上方に向つて流れて上方の出口から排出されるようにな
つている。従つて外部液体がジャケットの下端を偏向さ
れて廻る時に外部液体の停滞を生ずる場所が生ずる。又
メカニカルシールに接触してこれを冷却する為に前述の
外部液体によつて冷却される高温の内部液体は、前記ジ
ャケットの外側及び内側に配置される円筒形コイル状に
巻かれた管内を上方に向つてバッキング箱及びメカニカ
ルシールに接触して流．れてから下方に偏向されてメカ
ニカルシールを冷却するように流れる如くポンプ軸の回
転によつて回転されるインペラースクリューによつて推
進されて再循環を行行う。このように偏向されて流れる
際にも内部液体の停滞を生ずる場所が生ずる。このよう
な液体の流れの停滞部分は液体の有効な熱交換を阻害す
る傾向を有する。即ち外側コイル内の冷却されたバッキ
ング箱に流れる液体はバッキング箱内の冷却ジャケット
を通されて、その際に頂部メカニカルシールを冷却した
後で底部メカ４ニカルシールを冷却し、然る後にポンプ
軸と共に回転される再循環インペラースクリューによつ
て下方に推進されて外側コイルに導入され、外側ジャケ
ット内の冷却液により冷却されて前述のようにバッキン
グ箱内の冷却ジャケット内に再循環されるのである。こ
のように再循環インペラースクリューによつて液体の再
循環を行つて頂部メカニカルシール及び底部メカニカル
シールを順次に冷７却するものでは、外部液体及び内部
液体は、ポンプが継続的な運転状態にある時にはメカニ
カルシールの冷却を行い得るが、ポンプが高温の運転状
態から停止された時には液体の流路内に上述のような液
体の停滞部分がある為に、頂部メカニカルシールを冷却
した後の内部液体が底部メカニカルシールを充分に冷却
できるように底部メカニカルシールに導かれ得ないで、
従つて均一な冷却を行い得ない欠点を免れないのである
。本発明は上述のような従来技術の欠点を排除７し、多
数の同心的な円筒形ジャケットを設けることによつて最
も効率良く外部液体及び内部液体の間の熱交換を可能と
なすように、これらのジャケットの反対両面に沿つて夫
々の液体を流すようにして、ポンプが高温の運転状態か
れ停止された時ｌにもメカニカルシールを有効に均一に
冷却し得る性能の良いポンプ●メカニカルシール組立体
の多流多路熱交換器を提供することを目的とする。

上述の目的は本発明の特徴により、モーターからポンプ
・インペラーへの駆動軸を取巻く後述にて詳細に説明さ
れるような構造を有する少なくとも１対の二重壁構造の
有底コップ状円筒形部材即ちハウジング部材を含むポン
プ・メカニカルシール組立体の熱交換器に於て、夫々の
ハウジング部材が互いに連通する多数の同心的な円筒形
の開口を相互に形成する多数の同心的な円筒形部分即ち
隔壁及び互いに連通する多数の円周方向の溝及び軸線方
向のスロットを有し、最外方の円周方向の溝に夫々冷却
流体入口及び冷却流体出口が連結され、前記最外方の円
周方向の溝が２つのセグメントに分離されて、１方のセ
グメントが前記入口に、又他方のセグメントが前記出口
に連結されるようになつて居り、前記ポンプから前記円
筒形の開口に対してジグザグ状の流路にて流過されて前
記熱交換器から排出される如く高温流体を導く流路を形
成する通路装置が設けられて、前記溝及びスロットが、
高温流体の流れに熱的に対向する流路によつて冷却流体
が最外方の溝の１方のセグメントを通り、これと連通す
る最外方のスロット内に流れ、こ）から前記最外方のス
ロットに連通する内部のスロット内に流れ、こ）から前
記最外方の溝の他方のセグメントに流れ、然る後出口に
流れる如く構成され、配置されている熱交換器を提供す
ることによつて解決される。本発明に於ては、前記ハウ
ジング部材の１方が軸に固定されて共に回転し、ポンプ
からメカニカルシールに流れる高温流体に回転運動を与
える如くなすことができる。

又、本発明に於ては前記回転するハウジング部材が他方
のハウジング部材と共に高温流体の流れに対する開口を
形成するように構成されるのである。更に又本発明に於
ては少なくとも１対のコップ状のハウジング部材がポン
プ・インペラー及びメカニカルシール組立体の間で駆動
軸を取巻くように構成されるのが望ましい。

本発明に於ては少なくとも１つの前記同心的な隔壁が内
側及び外側の軸線方向の部分を有し、前記軸線方向の部
分の１方が他方の軸線方向の部分を支持する円周方向に
間隔をおかれて軸線方向に伸長するリブを有し、これら
のリブの間に軸線方向のスロットが形成されるようにな
すのが望ましい。

このようにして本発明によつてシールが運転状態に於て
のみならず、高温の運転状態から停止された時に於ても
充分に冷却が行われ得るように改良された熱交換器がメ
カニカルシールを組込んだポンプ組立体内に提供される
のである。

熱交換器には、再循環インペラーは必要でない。併し熱
交換器作用を向上させる為に熱交換器は回転円筒形部材
即ち回転バッフルを設けられ、この回転バッフルが高温
流体の流路を形成し、回転している時に高温流体の回転
運動を生せしめる。熱交換器は、冷却液が前述の多数の
円周方向の溝及び多数の軸線方向のスロットにより得ら
れる円周方向及び軸線方向の全体にわたつて均等な或る
規定された流路内をを流れ、このようにしてポンプの軸
に沿つてメカニカルシールに流れる高温液体に対する比
較的均一な冷却作用を確実になす。本発明は高温高圧ポ
ンプに関連して使用されるのに特に適している。さて図
面を参照し、特に第１及び第２図に於て、本発明による
装置はポンプ１０及び円筒形のハウジング１４によりこ
のポンプに支持されたモーター１２を含み、ポンプ及び
モーターは第２図に見られる如く駆動軸組立体１６によ
り連結されている。

ポンプ１０及びモーター１２はその構造が全体として通
常のもので、ポンプ１０は取入即ち吸込開口１８及び排
出開口２０を有する両吸込ポリユート型ポンプとして示
され、モーター１２は何れの型式の適当な構造のもので
もよい。２２により全体を示されたメカニカルシール組
立体はポンプの軸の廻りに配置され、実質的にポンプ内
の高圧流体を含んでいる。

このメカニカルシール組立体２２は本発明の１部を構成
するものではなく、通常の構造のものである。このもの
は図示の目的で多くの機素及び組立体より成つている如
く示されている。ポンプ１０及びメカニカルシール組立
体２２の間に軸即ち駆動軸組立体１６を取巻いて全体を
２４で示された熱交換器が配置されている。更に詳しい
説明の為に第３図乃至５図が参照されるが、これらの図
面は簡単化した状態で本発明の熱交換器２４を示す。

この熱交換器２４は駆動軸組立体１６を取巻き軸から僅
かに間隔をおかれて軸に沿つて熱交換器に高温流体の流
れるのを可能となす内径２８を有する第１の内側の軸線
方向の円筒部分２６及び冷却流体入口３４及び冷却流体
出口３２を有する第２の外側の軸線方向の円筒形部分３
０を有する第１のコップ状のコップ状のハウジング部材
即ち円筒形部材２５を含んでいる。

上述のような第１の内側の軸線方向の円筒形部分、及び
半径方向の部゛分によつてこの内側の軸線方向の円筒形
部分に連結される第２の外側の軸線方向の円筒形部分を
有する構造のコップ状のハウジング部材即ち円筒形部材
は後述するように複数個設けられていて、本発明の重要
な部分を構成するのであるが、説明を・簡単にするため
に以下に於て単にコップ状と称することにする。半径方
向の部分即ち端壁３６が部分２６及び３０を連結してい
る。

熱交換器は又夫々内側及び外側の軸線方向の部分４０及
び４２を有する第２のノコツプ状の円筒形部材３８を含
み、その内の外側の軸線方向の部分４２は部材２５の外
側の軸線方向の部分３０の内径に係合している。部材３
８の端部は端壁３６から間隔をおかれている。夫々内側
及ひ外側の軸線方向の部分４６及び４８を有する第３の
コップ状の円筒形部材４４は熱交換器２４内に受入れら
れていて、内側の軸線方向の部分４６は部材２５の内側
の円筒形の部分２６と係合し、外側の軸線方向の部分４
８は部材３８の内側の軸線方向の部分４０と係合してい
る。熱交換器は又軸１６と共に回転するように取付けら
れ、部材３８及び４４内に嵌合してこれらから間隔をお
かれた円筒形の部分５２及び５４をする第４のコップ状
の円筒形のバッフル部材５０を含んでいて、ポンプから
メカニカルシール組立体への高温流体の流れに対する連
結された円形の軸線方向の通路を形成している。部材２
５の部分２６、部材４４の部分４８及び部材３８の部分
４２は夫々多数の円周方向に間隔をおかれて軸線方向に
配向されるスロット６０，６２及び６４を設けられてい
る。

又１連の円形の通路即ち円周方向の溝６６，６８及び７
０が設けられ、溝６６はスロット６０と連通し、溝６８
はスロット６２と連通し、溝７０はスロット６４及び夫
々入口及び出口３４及び３２に連通している。溝７０は
半径方向にて反対側にある流体分割装置７２によつて遮
断されて半円形の溝即ちセグメント７０Ａ及び７０Ｂを
形成している。円周方向の溝７４，７６及び７８が熱交
換器の反対端に設けられ、これらの溝は夫々半径方向に
反対側にある流体分割装置８０Ａ，８０Ｂ及び８０Ｃに
よつて遮断され、このようにして夫々半円形の溝即ちセ
グメント７４Ａ，７４Ｂ，７６Ａ．７６Ｂ１及び７８Ａ
，７８Ｂを形成している。併し、夫々の流体分割装置８
０Ａ，８０Ｂ及び８０Ｃから９０．０の間隔をおかれて
夫々相互連通する通路８２Ａ，８２Ｃ及び８２Ｂ，８２
Ｄが設けられている。通路８２Ａはセグメント７４Ａ及
び７６Ａを連結し、通路８２Ｃはセグメント７６Ａ及び
７８Ａを連結している。これらの反対側にて通路８２．
Ｂはセグメント７４Ｂ及び７６Ｂを連結し、通路８２Ｄ
はセグメント７６Ｂ及び７８Ｂを連結している。第４図
に示される如く、軸線方向のスロット６２の間には円筒
形部材３８の内側の軸線方向の部，分４０を支持するリ
ブ９０が設けられている。

これらのリブは既述の外側の軸線方向の部分４８と１体
的になされている。このようにして、内側の軸線方向の
部分４０はこれを横切つて軸線方向のスロット６２及び
上述の内側の軸線方向の部分４０の間にある流体圧力差
に対抗す如く支持されるのである。同様にして円筒形部
材４４の内側の軸線方向の部分４６は既述の円筒形の部
分２６上のリブ９２によつて支持される。同様にして円
筒形部材２５の外側の軸線方向の円筒形の部分３０は円
筒形部材３８の外側の軸線方向の部分４２のリブ９４に
よつて支持されている。上述の構造は２つの流体流路を
形成する。

即ち゜駆動軸組立体１６に沿つてメカニカルシール組立
体２２に流れる高温流体に対する流路（熱交換器内で冷
却された後の）及び熱交換器を通つて流れる冷却液の流
路である。熱交換器を通つて流れる流体の流路が第３，
４及び５図を参照して説明される。

第４及び５図の矢印はこの流れを理解する助けとなる。
冷却液は水又はその他の適当な流体となし得る。冷却液
は入口３４にて熱交換器２４に入り、半円形のセグメン
ト７０Ａに流れる。

冷却液は軸線方向のスロット６４を通りセグメント７４
Ａに流れ、然る後通路８２Ａを通つてセグメント７６Ａ
に入り、通路８２Ｃを通つてセグメント７８Ａに入り、
セグメント７６Ａ及び７８Ａから冷却液は軸線方向に上
方に向つて相互連通するスロット６２及び６０を通り円
形の溝６８及び６６内に入り、残余の軸線方向のスロッ
ト６２及び６０内に入り、セグメント７８Ｂ，７６Ｂに
流入する。次に冷却液は通路８２Ｂ及び８２Ｄを通つて
セグメント７４Ｂに入り、次に残余の軸線方向のスロッ
ト６４を通つて軸線方向に上方に向つてセグメント７０
Ｂに流れて出口３２に向う。水となし得る高圧の高温流
体は駆動軸組立体１６に沿つて流れて熱交換器に軸及び
上述の内径２８の間の環状間隙の底部を通つて入り、バ
ッフル５０及び円筒形部材４４及び３８の間の空間によ
つて形成される円形の通路を通る流路内を流れてメカニ
カルシール室に隣接する室に入る。バッフル５０及び円
筒形部材４４及び３８は高温流体の流れを案内し、更に
回転バッフル５０が回転する時には高温流体がこれと共
に回転し、従つて冷却液に対する熱伝達係数が増大され
る。例えば冷却液として常温Ｔａｐｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ）の水を使用する典型的な構造のものに於て２８８
℃（５５０゜Ｆ）にて熱交換器に入る高温水を６５．５
℃（１５０′Ｆ）の出口温度迄冷却することが可能であ
つた。

【図面の簡単な説明】

第１図はメカニカルシール及び本発明による熱交換器を
組込んだポンプ・モーター・ユニットの立面図。 第２図は特に本発明による熱交換器、ポンプ及びメカニ
カルシール組立体の関係を示す第１図の構造の１部の拡
大された軸線方向の断面図。第３図は第４図の線３−３
による本発明の熱交換器の簡略化された図面の断面図。
第４図は第３図の線４−４による断面図。第５図は第３
図の線５−５に沿う断面図。１０・・・・・・ポンプ、
１２・・・・・モーター、１４・円筒形ハウジング、１
６・・・・・駆動軸、２２・・・・・メカニカルシール
組立体、２４・・・・・熱交換器、２５，３８，４４，
５０・・・・・・コップ状円筒形部材、６０，６２，６
４・・・・・軸線方向のスロット、６６，６８，７０・
・・・・・円周方向の溝、７０Ａ，７０Ｂ，７４Ａ，７
４Ｂ，７６Ａ，７６Ｂ，７８Ａ，７８Ｂ・・・・・・セ
グメント、８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄ・・・・・
・通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モーター１２からのポンプ・インペラーへの駆動軸
   １６を取巻く少なくとも１対のコップ状のハウジング部
   材２５、３８、４４、５０を含むポンプ・メカニカルシ
   ール組立体の熱交換器に於て、夫々の前記ハウジング部
   材が互に連通する多数の同心的な円筒形の開口を相互に
   形成する多数の同心的な隔壁２６、３０又は４０、４２
   又は４６、４８又は５０、５２及び互に連通する多数の
   円周方向の溝６６、６８、７０及び軸線方向のスロット
   ６０、６２、６４を有することゝ、最外方の円周方向の
   溝７０に夫々連結される冷却流体入口￥３４￥及び冷却
   流体出口￥３２￥と、前記最外方の円周方向の溝７０が
   ２つのセグメント７０Ａ、７０Ｂに分離され、一方のセ
   グメント７０Ａが前記入口￥３４￥に、又他方のセグメ
   ント７０Ｂが前記出口￥３２￥に連結されていることゝ
   、前記ポンプから前記円筒形の開口に対してジグザグ状
   の流路にて前記熱交換器から排出される如く高温流体の
   流路を形成する通路装置（２８及び１６の間の空間から
   ４２及び５２の間の空間に対する）と、前記溝６６、６
   ８、７０及びスロット６０、６２、６４が、高温流体の
   流れに熱的に対向する流路にて冷却流体が最外方の溝の
   １方のセグメントを通り、これと連通する最外方のスロ
   ット内に流れ、こゝから前記最外方のスロットに連通す
   内部のスロット内に流れ、こゝから前記最外方の溝の他
   方のセグメントに流れ、然る後前記出口￥３２￥に流れ
   る如く構成され、配置されていることゝ、を特徴とする
   熱交換器。 ２ 前記ハウジング部材の１方５０が前記駆動軸１６に
   固定されて共に回転し、ポンプからメカニカルシールに
   流れる高温流体に回転運動を与える如くなされているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ３ 前記回転するハウジング部材５０が他方のハウジン
   グ部材３８又は４４と共に高温流体の流れに対する開口
   を形成していることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の熱交換器。４ 少なくとも１対のコップ状のハウ
   ジング部材２５、５０がポンプ・インペラー及びメカニ
   カルシール組立体の間で前記駆動軸１６を取巻いている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第
   ３項の何れかに記載の熱交換器。 ５ 少なくとも１つの前記同心的な隔壁４６が内側及び
   外側の軸線方向の部分を有し、前記軸線方向の部分の１
   方が他方の軸線方向の部分を支持する円周方向に間隔を
   おかれて軸線方向に伸長するリブ９２を有し、これらの
   リブの間に軸線方向のスロット６０、６２、６４が形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項又は第４項の何れかに記載の熱交換器。