WO2019044504A1 - シールシステム - Google Patents

Abstract

シールシステムは、ポンプ側シール機構（１０，１２）および大気側シール機構（１１，１３）を有するダブルメカニカルシールと、回転軸（１）により駆動されるポンプ機構（１９）と、第１チャンバ（２２ａ）と第２チャンバ（２２ｂ）とに接続され、遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を第１チャンバ（２２ａ）と第２チャンバ（２２ｂ）との間で循環させる第１媒体循環ライン（３０）と、第１媒体循環ライン（３０）に取り付けられた熱交換器（２１）および遮断弁（２８）と、遮断弁（２８）をバイパスする第２媒体循環ライン（３１）と、第２媒体循環ライン（３１）に取り付けられた媒体加圧ポンプ（４５）および開閉弁（２３）とを備える。

Description

シールシステム

　本発明は、シールハウジング内に備えられたダブルメカニカルシールを含むシールシステムに関し、特にダブルメカニカルシールを構成するポンプ側シール機構と大気側シール機構との間に、回転軸により駆動されるポンプ機構を備えたシールシステムに関する。

　石油や天然ガスなどの化石燃料を精製する際には、二酸化炭素（ＣＯ_２）や、硫黄（Ｓ）などの不純物を取り除く必要がある。硫黄は精製過程において硫化水素（Ｈ_２Ｓ）として回収されることが多く、精製過程に用いられるポンプが扱う流体にも、この硫化水素が多く含まれる場合がある。硫化水素は極めて毒性が高く、万一大気中に漏れ出した場合には、人体に深刻な被害をおよぼすため、硫化水素を扱うポンプにおいては、硫化水素が決して外部へ漏れ出すことが無い様に、ポンプの設計に万全の配慮を払う必要がある。

　図６に示されるシールシステムは、遠心ポンプの回転軸１０１のシールハウジング１１４内に、ポンプ側シール機構（スリップリング１１０および対向リング１１２）と、大気側シール機構（スリップリング１１１および対向リング１１３）とを有するダブルメカニカルシールを備えている。ポンプ側シール機構と大気側シール機構との間には、回転軸１０１により駆動されるポンプ機構１１９が設けられる。ポンプ機構１１９の両側には、第１チャンバ１２２ａおよび第２チャンバ１２２ｂが形成されている。これら第１チャンバ１２２ａおよび第２チャンバ１２２ｂは、シールハウジング１１４内に形成されており、大気側シール機構は、第１チャンバ１２２ａ内に配置され、大気側シール機構は第２チャンバ１２２ｂ内に配置されている。

　ポンプ機構１１９は、流体バリア兼冷却媒体を、第１チャンバ１２２ａから第２チャンバ１２２ｂへポンプ羽根車の吐出し圧力Ｐｈよりも高い圧力Ｐｂになるように加圧して第２チャンバ１２２ｂに供給する。第２チャンバ１２２ｂ内の加圧された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ羽根車１０３によって加圧された媒体が、ポンプ側シール機構のスリップリング１１０及び対向リング１１２を通って第２チャンバ１２２ｂへ漏洩することを防止できる。

　図６に示すシールシステムは、シールハウジング１１４の外に配置された再循環システムｒを備える。この再循環システムｒは、第１チャンバ１２２ａと第２チャンバ１２２ｂに接続されており、流体バリア兼冷却媒体を循環させるように構成されている。再循環システムｒは、熱交換器１２１を備え、ポンプ機構１１９により加圧された流体バリア兼冷却媒体は、第２チャンバ１２２ｂを経由して熱交換器１２１に至り、そこで冷却されて第１チャンバ１２２ａに戻って再びポンプ機構１１９に至るという循環経路を備える。

　流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体自体であり、予めポンプ羽根車１０３により加圧されてシールシステムに注入されている。シールシステム内の流体バリア兼冷却媒体がリークにより減少した場合には、遠心ポンプの取り扱い流体がポンプ羽根車１０３により加圧されてシールシステム内に補充される。したがって、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、外気のすぐそばに高圧の危険な流体があり、外部に漏れる虞がある。

　大気側シール機構にかかる流体バリア兼冷却媒体の圧力は、運転停止時において遠心ポンプの吐出圧相当の圧力である。このため、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、高圧の危険な流体が外部に漏れる虞がある。遠心ポンプが停止している場合で、シールシステム内の流体バリア兼冷却媒体がリークにより減少した場合には、アキュムレータ１４０内に予め加圧して蓄えられていた流体バリア兼冷却媒体がシールシステム内に供給されるようになっている。

　ところで、図６において、ポンプ機構１１９は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して第１チャンバ１２２ａから第２チャンバ１２２ｂに送り出すという仕事をするので、ポンプ機構１１９の近傍に熱が多量に発生する。熱をそのまま放置すると、熱膨張による構成機器どうしの干渉やそれによる部材の変形、あるいはＯリング１３４，１３５などのシール材の塑性変形が生じシール機能が損なわれるなどの虞がある。そこで、シールシステムには熱交換器１２１を設けて積極的に流体バリア兼冷却媒体を冷却している。

　しかしながら、流体バリア兼冷却媒体がシールシステムを循環するドライビングフォースは、ポンプ機構１１９によって発生されるので、遠心ポンプが停電などで停止した場合にはポンプ機構１１９も同時に停止してしまう。その結果、停止直前までの運転で発生した熱が散逸されず、ポンプ機構１１９の周辺機器の温度が許容できない温度まで上昇してしまう虞がある。

　図６に示すキャリアスリーブ１０８，１０８’は、それらの間に備えられたばね１０９により互いに離間するように押され、キャリアスリーブ１０８，１０８’の端部はスリップリング１１０，１１１を対向リング１１２，１１３にそれぞれ押し付けている。遠心ポンプ運転時には、キャリアスリーブ１０８は第２チャンバ１２２ｂ内の圧力Ｐｂにより大気側に押される。一方、キャリアスリーブ１０８’には、第１チャンバ１２２ａ内の圧力Ｐａが加わる。したがって、キャリアスリーブ１０８，１０８’の組合せには全体としてＰｂ－Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛かることになる。このため、大気側のスリップリング１１１と対向リング１１３のシール面の圧力は運転停止時に比べて高くなってシール効果が増すが、ポンプ側のスリップリング１１０と対向リング１１２のシール面の圧力は運転停止時より低くなってシール効果が減少する。

　逆に、第１チャンバ１２２ａ内の圧力が第２チャンバ１２２ｂ内の圧力より高くなると、キャリアスリーブ１０８，１０８’の組合せには、全体としてＰａ－Ｐｂの差圧が大気側からポンプ側に掛かる。このため、大気側のスリップリング１１１と対向リング１１３のシール面の圧力は運転停止時に比べて低くなってシール効果が減少し、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなってしまう。

英国特許第１４４１６５３号明細書 国際公開第２００８／０９０９９４号

　以上説明したように、図６に示された技術は、ポンプ羽根車１０３が、遠心ポンプの取扱う流体自体を加圧してシールシステムに供給し、シールシステムの漏れ防止流体（流体バリア兼冷却媒体）として用いている。大気側シール機構にかかる流体バリア兼冷却媒体の圧力は、運転停止時において遠心ポンプの吐出圧相当の圧力である。すなわち、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、外気のすぐそばに高圧の危険な流体があり、外部に漏れる虞がある。

　さらに、停電などでポンプ機構１１９の運転が停止した場合には、機器が高温となることを避けなければいけないが、図６のシールシステムはその対策が不十分である。

　流体バリア兼冷却媒体として、ポンプの取り扱い流体とは異なる無害な液体、例えばオイルを用いることが考えられる。しかし、この場合には、オイルの圧力がリークなどで減少した場合に、運転時にオイルをシールシステムに補充するオイル補充機構を設ける必要がある。その際に考慮しなくてはならないことは、オイルの補充が、ポンプ機構１１９により加圧したオイルの流れを妨げないようにすることである。ポンプ機構１１９により加圧したオイルの流れが滞留すると、ポンプ機構１１９の近傍に発生した熱が散逸されず、ポンプ機構１１９の周辺機器の温度が許容できない温度まで上昇してしまう虞がある。

　さらに、オイルの補充により、大気側の第１チャンバ１２２ａ内の圧力が、ポンプ側の第２チャンバ１２２ｂ内の圧力よりも高くなると、キャリアスリーブ１０８，１０８’の組合せには全体としてＰａ－Ｐｂの差圧が大気側からポンプ側に掛かるので、大気側のスリップリング１１１と対向リング１１３のシール面の圧力が低くなってシール効果が減じ、リークの危険性が増してしまう。

　遠心ポンプのポンプ羽根車が、逆方向に回転した場合には、ポンプ機構１１９も逆方向に回転する。この場合、第１チャンバ１２２ａ内の圧力Ｐａは第２チャンバ１２２ｂ内の圧力Ｐｂよりも高くなり、キャリアスリーブ１０８，１０８’の組合せには全体としてＰａ－Ｐｂの差圧が大気側からポンプ側に掛かることになる。このため、大気側のスリップリング１１１と対向リング１１３のシール面の圧力が低くなってシール効果が減じ、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなる危険がある。

　以上の通り、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合を考慮すると、図６に示された技術をそのまま使うことはできず、メカニカルシールの摺動面から有害なポンプ取扱流体が外部へ漏れ出すことがないように配慮する必要がある。

　本発明は、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合においても、通常運転時及び停電時に、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構を適切に冷却し、ポンプの取り扱い流体が大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することを第１の目的とする。
　本発明は、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合において、流体バリア兼冷却媒体のリークによるシールシステム内の減圧があっても、通常運転時に流体バリア兼冷却媒体が安全に、適切に補充されるシールシステムを提供することを第２の目的とする。
　本発明は、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合において、遠心ポンプおよびポンプ機構が逆回転することがあっても、ポンプの取り扱い流体が大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することを第３の目的とする。

　一態様では、遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる第１媒体循環ラインと、前記第１媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器および遮断弁と、両端が前記第１媒体循環ラインに接続され、前記遮断弁をバイパスする前記第２媒体循環ラインと、前記第２媒体循環ラインに取り付けられた媒体加圧ポンプおよび開閉弁とを備えたことを特徴とするシールシステムが提供される。

　一態様では、前記シールシステムは、前記ダブルメカニカルシールを収容するシールハウジングをさらに備え、前記第１媒体循環ラインと前記第２媒体循環ラインは前記シールハウジングの外に配置されていることを特徴とする。
　一態様では、前記シールシステムは、前記遠心ポンプの停電を検出する停電検出器と、前記停電検出器から出力される停電検出信号を受けて前記遮断弁を閉じ、前記開閉弁を開き、前記媒体加圧ポンプを始動させるシステムコントローラをさらに備えたことを特徴とする。

　一態様では、前記第２媒体循環ラインの一端が前記第１媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記遮断弁と前記熱交換器との間に位置しており、前記第２媒体循環ラインの他端が前記第１媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記遮断弁と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする。
　一態様では、前記シールシステムは、前記媒体加圧ポンプに電力を供給するための電源をさらに備え、前記媒体加圧ポンプは、原動機として電動モータを備えていることを特徴とする。
　一態様では、前記流体バリア兼冷却媒体がオイルであり、前記加圧媒体ポンプがオイルポンプであることを特徴とする。

　本発明によれば、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、遠心ポンプとポンプ機構の通常運転時及び停止時両方においても、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構を適切に冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。

　一態様では、遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる媒体循環ラインと、前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに接続され、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄えるアキュムレータと、前記分岐ラインに取り付けられた開閉弁と、前記第１チャンバ内の圧力を測定する圧力検出器と、前記第２チャンバ内の圧力を測定する圧力検出器と、前記第２チャンバ内の圧力がしきい値よりも低いときに、前記開閉弁を開くように構成されたシステムコントローラを備え、前記しきい値は、前記遠心ポンプの吐き出し圧力よりも高いことを特徴とするシールシステムが提供される。

　一態様では、前記分岐ラインおよび前記アキュムレータは、前記熱交換器と前記第１チャンバとの間に位置することを特徴とする。
　一態様では、前記シールシステムは、前記遠心ポンプの吐き出し圧力を測定する圧力検出器をさらに備え、前記しきい値は、前記吐き出し圧力に従って変動することを特徴とする。
　一態様では、前記システムコントローラは、前記第１チャンバ内の圧力が前記第２チャンバ内の圧力よりも高いときに、前記開閉弁を閉じるように構成されていることを特徴とする。

　一態様では、前記シールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を内部に蓄える媒体リザーバと、前記媒体リザーバおよび前記媒体循環ラインに接続されたポンプラインと、前記ポンプラインに取り付けられ、前記媒体リザーバから供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する媒体加圧ポンプとをさらに備え、前記ポンプラインと前記媒体循環ラインとの接続点は、前記アキュムレータと前記第１チャンバとの間に位置することを特徴とする。
　一態様では、前記システムコントローラは、前記開閉弁が開いた状態であって、かつ前記第２チャンバ内の圧力が前記しきい値よりも低いときに、前記媒体加圧ポンプを始動させるように構成されていることを特徴とする。
　一態様では、前記システムコントローラは、前記媒体加圧ポンプが運転された状態であって、かつ前記第１チャンバ内の圧力が前記第２チャンバ内の圧力よりも高いときに、前記開閉弁を閉じるか、または前記媒体加圧ポンプの運転を停止させるように構成されていることを特徴とする。
　一態様では、前記流体バリア兼冷却媒体がオイルであり、前記加圧媒体ポンプがオイルポンプであることを特徴とする。

　本発明によれば、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、シールシステム内の流体バリア兼冷却媒体の経年的なリークがあっても、ダブルメカニカルシールのシール性能を低下させることなく適切に流体バリア兼冷却媒体を補充し冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。

　一態様では、遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる媒体循環ラインと、前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、前記媒体循環ラインに接続されたバイパスラインと、前記バイパスラインに取り付けられた逆止弁と、前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに接続され、加圧された流体バリア兼冷却媒体を前記第２チャンバ内に供給するためのアキュムレータと、前記分岐ラインに取り付けられた隔離弁とを備え、前記逆止弁は、流体バリア兼冷却媒体が前記第１チャンバから前記第２チャンバに向かう方向にのみ流れることを許容することを特徴とするシールシステムが提供される。

　一態様では、前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記第１チャンバと前記熱交換器との間にあり、前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする。
　一態様では、前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点、および前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする。

　一態様では、遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる媒体循環ラインと、前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、前記媒体循環ラインに接続されたバイパスラインと、前記バイパスラインに取り付けられた開閉弁と、前記第１チャンバ内の圧力が前記第２チャンバ内の圧力よりも高いときに前記開閉弁を開くシステムコントローラと、前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに接続され、加圧された流体バリア兼冷却媒体を前記第２チャンバ内に供給するためのアキュムレータと、前記分岐ラインに取り付けられた隔離弁とを備えたことを特徴とするシールシステムが提供される。

　一態様では、前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点、および前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする。

　本発明によれば、ポンプ機構が逆回転して第１チャンバ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力が第２チャンバ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力よりも高くなると、流体バリア兼冷却媒体は第１チャンバからバイパスラインを通って第２チャンバに流れ、第２チャンバ内の圧力が保たれる。結果として、流体バリア兼冷却媒体が大気側にリークすることを防止することができる。

ダブルメカニカルシールを備えたシールシステムの一実施形態を示す図である。 シールシステムの他の実施形態を示す図である。 シールシステムのさらに他の実施形態を示す図である。 シールシステムのさらに他の実施形態を示す図である。 シールシステムのさらに他の実施形態を示す図である。 ダブルメカニカルシールを備えた従来のシールシステムを示す図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、ダブルメカニカルシールを備えたシールシステムの一実施形態を示す図である。ダブルメカニカルシールは、高圧側ｈと低圧側ｎとを仕切る隔壁２と、回転軸１との間の隙間を封止する機能を有する。

　図１では、高圧側ｈにおいて、遠心ポンプのポンプ羽根車３が回転軸１に固定され、軸スリーブ４がダブルメカニカルシールの軸方向長さにわたって延びている。軸スリーブ４は回転軸１の外周面に固定されている。軸スリーブ４と回転軸１の間にはＯリング２４が設けられ、遠心ポンプの取り扱い流体が軸スリーブ４と回転軸１の間の隙間から漏れないようにシールしている。遠心ポンプの取り扱い流体は、毒性のある流体や可燃性の流体が含まれる。

　ポンプ羽根車３とシールハウジング１４は隔壁２で仕切られている。回転軸１、およびポンプ羽根車３の一部は、隔壁２に形成された通孔２ａを貫通して延びている。隔壁２は、通孔２ａに連通するラジアル孔２ｂを内部に有している。遠心ポンプの運転中、ラジアル孔２ｂは、ポンプ羽根車３によって加圧された取り扱い流体で満たされる。ラジアル孔２ｂには圧力検出器５３が接続されており、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈは圧力検出器５３によって測定される。

　軸スリーブ４のほぼ中央には、軸スリーブ４の外周面に接する内周面を有する円筒状のリング５が設けられている。リング５には中空円筒体６が固定されている。リング５の軸方向の長さは、軸スリーブ４および中空円筒体６の軸方向の長さよりも短い。中空円筒体６は、その外周部の両側に軸方向延出部を有しており、中空円筒体６の内周部は、その軸方向長さがリング５の軸方向長さと同じであり、リング５の外周部と対面している。軸スリーブ４、リング５、および中空円筒体６は同軸状に配列されている。中空円筒体６の外周面には、ねじ溝７が形成されている。

　リング５および中空円筒体６は、径方向に貫通するねじ穴を有しており、リング５および中空円筒体６は、ねじ穴に挿入されたねじ３２によって固定されている。ねじ３２の先端は軸スリーブ４の凹部３３に係合している。中空円筒体６は、リング５に対して回転および軸方向に変位しないようにねじ３２によって固定される。

　軸スリーブ４とリング５と中空円筒体６とで形成された環状凹部内には、２つのキャリアスリーブ８，８’が嵌合されている。これらキャリアスリーブ８，８’は、リング５の両側に配置されている。キャリアスリーブ８，８’の外面と中空円筒体６の内面との間にはＯリング３４が配置され、キャリアスリーブ８，８’の内面と軸スリーブ４の外面との間にはＯリング３５が配置されている。キャリアスリーブ８，８’は、回転軸１の軸方向に変位可能であるが、ねじ３２と接触する軸方向突起３６によって回転しないように固定されている。

　キャリアスリーブ８，８’の間にはばね９が配置されている。ばね９はキャリアスリーブ８，８’を互いに押し離すように作用している。キャリアスリーブ８，８’のリング５から離れた面には、スリップリング１０，１１がそれぞれ取り付けられている。ばね９により、スリップリング１０，１１はそれぞれ対向リング１２，１３に押し付けられる。対向リング１２，１３は、シールハウジング１４のポンプ側カバー１４ａおよび大気側カバー１４ｂにそれぞれ固定されている。参照符号１４はシールハウジングを全体的に示す。スリップリング１０と対向リング１２との組み合わせは、ダブルメカニカルシールのポンプ側シール機構を構成し、スリップリング１１と対向リング１３との組み合わせは、ダブルメカニカルシールの大気側シール機構を構成する。

　ダブルメカニカルシールを構成するスリップリング１０，１１および対向リング１２，１３は、シールハウジング１４内に収容されている。より具体的には、シールハウジング１４は、その中央に、ダブルメカニカルシールを包囲する中空円筒部３８を有している。この中空円筒部３８の内面には、ねじ溝１５が形成されている。このねじ溝１５は、ねじ溝７と微小な半径方向の隙間を介して対向しており、互いのリード方向は、反対方向である。ねじ溝７は、回転軸１と共に回転する雄ねじであり、ねじ溝１５は、静止した雌ねじである。ねじ溝１５はねじ溝７を囲んでいる。ねじ溝７およびねじ溝１５は、回転軸１によって駆動されるポンプ機構１９を構成する。ポンプ機構１９は、ダブルメカニカルシールのポンプ側シール機構（スリップリング１０および対向リング１２）と、大気側シール機構（スリップリング１１および対向リング１３）との間に位置している。

　ポンプ機構１９の両側には環状の第１チャンバ２２ａおよび環状の第２チャンバ２２ｂがある。第１チャンバ２２ａは低圧側ｎに向かう部屋であり、ポンプ機構１９、キャリアスリーブ８’、スリップリング１１、対向リング１３、大気側カバー１４ｂ、および中空円筒部３８によって区画された部屋である。中空円筒部３８は、後述する第１媒体循環ライン３０に接続された入口１６を有しており、第１チャンバ２２ａは入口１６に接続されている。

　第２チャンバ２２ｂは高圧側ｈに向かう部屋であり、ポンプ機構１９、キャリアスリーブ８、スリップリング１０、対向リング１２、ポンプ側カバー１４ａ、および中空円筒部３８によって区画された部屋である。中空円筒部３８は、第１媒体循環ライン３０に接続された出口１７を有しており、第２チャンバ２２ｂは出口１７に接続されている。出口１７は、第１媒体循環ライン３０を介して入口１６に連通している。

　シールシステムは、第１チャンバ２２ａおよび第２チャンバ２２ｂに接続された上記媒体循環ライン３０と、第１媒体循環ライン３０に接続された第２媒体循環ライン３１と、絞り弁と逆止弁が組み合わされた絞り兼逆止弁１８と、第２媒体循環ライン３１が使用される際には閉止する遮断弁２８と、流体バリア兼冷却媒体を冷却する熱交換器２１と、普段は流体バリア兼冷却媒体が加圧されて備蓄され、非常の際などには開閉弁２７を開にすることにより第１媒体循環ライン３０内の流体バリア兼冷却媒体を加圧するアキュムレータ４０とを備えている。第２媒体循環ライン３１の両端は第１媒体循環ライン３０に接続されており、第２媒体循環ライン３１は遮断弁２８をバイパスして延びている。

　アキュムレータ４０の内部には図示しないダイヤフラム（隔壁）が配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。アキュムレータ４０内に蓄積された流体バリア兼冷却媒体は、上記気体の圧力により加圧される。したがって、アキュムレータ４０は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄える機能を有している。

　第１媒体循環ライン３０の一端は入口１６に接続され、第１媒体循環ライン３０の他端は出口１７に接続されている。絞り兼逆止弁１８、熱交換器２１、遮断弁２８は、第１媒体循環ライン３０に取付けられている。熱交換器２１は、遮断弁２８と第１チャンバ２２ａとの間に位置しており、絞り兼逆止弁１８は、遮断弁２８と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。アキュムレータ４０は、第１媒体循環ライン３０から延びる分岐ライン４１に接続されており、開閉弁２７は分岐ライン４１に取付けられている。アキュムレータ４０は、分岐ライン４１を介して第１媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン４１およびアキュムレータ４０は、熱交換器２１と第１チャンバ２２ａとの間に位置している。

　第２媒体循環ライン３１の一端は第１接続点２０ａにおいて第１媒体循環ライン３０に接続され、第２媒体循環ライン３１の他端は第２接続点２０ｂにおいて第１媒体循環ライン３０に接続されている。第１接続点２０ａは、熱交換器２１と遮断弁２８との間に位置し、第２接続点２０ｂは、第２チャンバ２２ｂと遮断弁２８との間に位置している。本実施形態では、第２接続点２０ｂは、出口１７と絞り兼逆止弁１８との間に位置している。

　さらに、シールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を貯留する媒体リザーバ４４と、媒体リザーバ４４から供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する媒体加圧ポンプ４５と、第１接続点２０ａと媒体加圧ポンプ４５との間に配置された開閉弁２３と、媒体加圧ポンプ４５と第２接続点２０ｂとの間に配置された逆止弁２６と、媒体加圧ポンプ４５と逆止弁２６との間に配置された圧力調整弁４７および圧力検出器４８を備えている。圧力検出器４８は圧力調整弁４７の下流に位置している。媒体リザーバ４４、媒体加圧ポンプ４５、開閉弁２３、圧力調整弁４７、圧力検出器４８、および逆止弁２６は、第２媒体循環ライン３１に取り付けられている。第１媒体循環ライン３０と第２媒体循環ライン３１はシールハウジング１４の外に配置されている。第１媒体循環ライン３０と第２媒体循環ライン３１は、流体バリア兼冷却媒体で満たされている。

　シールシステムは、停電を検出するための停電検出器６１と、上述した遮断弁２８、開閉弁２３、開閉弁２７、および媒体加圧ポンプ４５の動作を制御するシステムコントローラ６２をさらに備えている。停電検出器６１が停電を検出すると、停電検出器６１は停電検出信号を発し、この停電検出信号をシステムコントローラ６２に送る。システムコントローラ６２は、この停電検出信号を受けて、遮断弁２８を閉じ、開閉弁２３を開き、媒体加圧ポンプ４５を始動させるように構成されている。遮断弁２８、開閉弁２３、開閉弁２７としては、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などを使用することができる。

　シールシステムは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈを測定する圧力検出器５３と、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを測定する圧力検出器５１を備えている。圧力検出器５３，５１は、システムコントローラ６２に接続されている。

　シールハウジング１４内に備えられたダブルメカニカルシールを備えたシールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を使用する。この流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体とは無関係な性状の媒体で、毒性や危険性のない媒体である。一実施形態では、流体バリア兼冷却媒体はオイルであり、媒体加圧ポンプ４５はオイルポンプである。本実施形態では、媒体加圧ポンプ４５は、その原動機として電動モータを備えている。

　上述の構成を備えたシールシステムの動作は以下に述べるようなものである。第１媒体循環ライン３０内は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力を有する流体バリア兼冷却媒体で満たされている。通常運転中は、開閉弁２３は閉止状態、遮断弁２８は開状態である。通常運転で回転軸１が回転すると、ポンプ機構１９は、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体を吸い込んで加圧し、第２チャンバ２２ｂに吐出する。このポンプ機構１９の運転により加圧された流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａに戻る。

　第１媒体循環ライン３０に取り付けられた絞り兼逆止弁１８により、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力になる。流体バリア兼冷却媒体が絞り兼逆止弁１８から入口１６まで第１媒体循環ライン３０を流れる間に、圧力損失により流体バリア兼冷却媒体の圧力が低下し、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力は、Ｐｂよりも低いＰａになる。第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高いので、ポンプ側シール機構を構成するスリップリング１０と対向リング１２のシール面から第２チャンバ２２ｂ内に遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することはない。

　キャリアスリーブ８は第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂによりポンプ側から大気側に押される。キャリアスリーブ８’には、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａが加わるので、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ－Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛る。このため、大気側シール機構を構成するスリップリング１１と対向リング１３のシール面に加わる圧力は、ポンプ機構１９の停止時に比べて高くなってシール効果を増し、ポンプ取り扱い流体が大気側へリークすることが確実に防止される。

　流体バリア兼冷却媒体が第１媒体循環ライン３０を流れるとき、流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０に設けられた熱交換器２１により冷却される。冷却された流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０および入口１６を通って第１チャンバ２２ａに戻る。このようにして、遠心ポンプの運転中は、流体バリア兼冷却媒体は、熱交換器２１により冷却されながら、第１媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂとの間を循環する。冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９を冷却するので、ポンプ機構１９およびその周辺の機器（例えば、Ｏリング３４，３５）が高温となることはない。

　ところで、停電時には、遠心ポンプのポンプ羽根車３が止まるとともにポンプ機構１９も停止する。そこで、停電検出器６１が停電を検出すると、停電検出器６１はシステムコントローラ６２に停電検出信号を送る。システムコントローラ６２は、第１媒体循環ライン３０に取り付けられた遮断弁２８を閉止し、開閉弁２３を開けるとともに、媒体加圧ポンプ４５を始動する。媒体加圧ポンプ４５は、停電時に運転する必要があるので、遠心ポンプを運転する電源とは別の電源５８に接続されている。電源５８は電力を媒体加圧ポンプ４５に供給し、媒体加圧ポンプ４５を動作させる。電源５８は、バッテリー、ディーゼルエンジン駆動発電機などから構成することができる。

　媒体加圧ポンプ４５は、媒体リザーバ４４から供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する。加圧された流体バリア兼冷却媒体は、圧力調整弁４７および逆止弁２６を通過し、第２接続点２０ｂで第１媒体循環ライン３０に流入する。流体バリア兼冷却媒体は、さらに出口１７を通って第２チャンバ２２ｂ内に流入する。媒体加圧ポンプ４５は、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力にまで流体バリア兼冷却媒体を加圧できるように構成されている。遮断弁２８はすでに閉止されているので、流体バリア兼冷却媒体は絞り兼逆止弁１８の方には流れない。

　媒体加圧ポンプ４５から送り込まれた第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９のねじ溝７とねじ溝１５との間の隙間を通って第１チャンバ２２ａに至る。ここで、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂと第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａとの差は、媒体加圧ポンプ４５の吐出流量と、停止しているポンプ機構１９を通る流体に掛かる抵抗で決まる。圧力検出器５１により測定される逆止弁２６の出口側圧力が、圧力検出器５３により測定される圧力Ｐｈよりも高くなるように、媒体加圧ポンプ４５の吐き出し圧力が圧力調整弁４７により調整される。媒体加圧ポンプ４５の吐き出し圧力は圧力検出器４８によって測定され、圧力調整弁４７は圧力検出器４８から送られる圧力測定値に基づいて動作する。

　流体バリア兼冷却媒体は、さらに、第１チャンバ２２ａから入口１６を通って第１媒体循環ライン３０に入る。流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０を流れ、熱交換器２１で冷やされ、第１接続点２０ａで第２媒体循環ライン３１に入り、開閉弁２３を経て媒体リザーバ４４に戻る。媒体リザーバ４４内の冷却された流体バリア兼冷却媒体は、媒体加圧ポンプ４５によって再び第２チャンバ２２ｂに送られる。

　第２チャンバ２２ｂ内の冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９を経由して第１チャンバ２２ａに流れ、再び熱交換器２１で冷やされる。流体バリア兼冷却媒体は、シールハウジング１４内に備えられたダブルメカニカルシール（スリップリング１０，１１および対向リング１２，１３）にも接触するので、ダブルメカニカルシールの全体の熱を奪うことが可能となる。また、流体バリア兼冷却媒体は、ダブルメカニカルシールおよびその周辺を速やかに冷却ができるので、熱膨張に起因する構成部材同士の干渉を防止し、さらにＯリング３４,３５などの弾性シールの塑性変形を防止して、それらのシール機能を維持することができる。結果として、遠心ポンプの安全性が増す。

　媒体加圧ポンプ４５は、熱交換器２１で冷却された流体バリア兼冷却媒体を、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力で第２チャンバ２２ｂに送り込むことで、遠心ポンプの取り扱い流体が、第２チャンバ２２ｂに侵入することを回避できる。更に、媒体加圧ポンプ４５で加圧された流体バリア兼冷却媒体が第２チャンバ２２ｂからポンプ機構１９を通って第１チャンバ２２ａに流れるので、第１チャンバ２２ａの圧力が第２チャンバ２２ｂの圧力よりも低い状態になる。結果として、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ－Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛ることになるので、大気側のスリップリング１１と対向リング１３のシール面は運転停止時であっても運転時と同じようなシール効果を維持した状態が継続する。第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂと第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａとの差は、媒体加圧ポンプ４５の吐出流量と、停止しているポンプ機構１９を通る流体に掛かる抵抗で決まるので、差圧Ｐｂ－Ｐａが適正となるように媒体加圧ポンプ４５の流量が選定される。

　以上のように、本発明によりポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、遠心ポンプとポンプ機構１９の通常運転時及び停止時両方においても、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構１９を適切に冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。

　次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。特に説明しない本実施形態の構成は、図１に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。以下の説明では、第１媒体循環ライン３０は、単に媒体循環ライン３０と称する。

　シールシステムは、第１チャンバ２２ａおよび第２チャンバ２２ｂに接続された上記媒体循環ライン３０と、絞り弁と逆止弁が組み合わされた絞り兼逆止弁１８と、流体バリア兼冷却媒体を冷却する熱交換器２１と、普段は流体バリア兼冷却媒体が加圧されて備蓄され、非常の際などには開閉弁２７を開にすることにより媒体循環ライン３０内の流体バリア兼冷却媒体を加圧するアキュムレータ４０とを備えている。媒体循環ライン３０はシールハウジング１４の外に配置されている。媒体循環ライン３０は、流体バリア兼冷却媒体で満たされている。開閉弁２７としては、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などを使用することができる。

　アキュムレータ４０の内部には図示しないダイヤフラム（隔壁）が配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。アキュムレータ４０内に蓄積された流体バリア兼冷却媒体は、上記気体の圧力により加圧される。したがって、アキュムレータ４０は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄える機能を有している。アキュムレータ４０内に蓄えられている流体バリア兼冷却媒体の圧力は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力である。

　媒体循環ライン３０の一端は入口１６に接続され、媒体循環ライン３０の他端は出口１７に接続されている。絞り兼逆止弁１８および熱交換器２１は、媒体循環ライン３０に取付けられている。アキュムレータ４０は、媒体循環ライン３０から延びる分岐ライン４１に接続されており、開閉弁２７は分岐ライン４１に取付けられている。アキュムレータ４０は、分岐ライン４１を介して媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン４１およびアキュムレータ４０は、熱交換器２１と第１チャンバ２２ａとの間に位置している。

　媒体循環ライン３０には、ポンプライン４３の一端が接続されている。ポンプライン４３の他端は、流体バリア兼冷却媒体を備蓄している媒体リザーバ４４に接続されている。ポンプライン４３には、媒体加圧ポンプ４５と、逆止弁４６が取り付けられている。媒体加圧ポンプ４５はポンプライン４３および分岐ライン４１を介して媒体循環ライン３０に接続されている。逆止弁４６は、媒体加圧ポンプ４５で加圧された流体バリア兼冷却媒体が媒体循環ライン３０に向かって流れることを許容しつつ、逆流させないように構成されている。媒体加圧ポンプ４５は、媒体リザーバ４４から供給される流体バリア兼冷却媒体を、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力にまで加圧可能に構成されている。媒体加圧ポンプ４５により加圧された流体バリア兼冷却媒体は逆止弁４６を通過して媒体循環ライン３０に供給される。

　ポンプライン４３は媒体循環ライン３０に直接接続されてもよく、または図２に示すように、開閉弁２７とアキュムレータ４０との間を延びる分岐ライン４１に接続されてもよい。あるいは、開閉弁２７を三方弁とし、３つの接続ポートのうちの１つを媒体循環ライン３０に接続し、他の１つをアキュムレータ４０に接続し、残りの１つをポンプライン４３に接続してもよい。ポンプライン４３と媒体循環ライン３０との接続点は、アキュムレータ４０と第１チャンバ２２ａとの間に位置する。

　シールシステムは、上述した開閉弁２７および媒体加圧ポンプ４５の動作を制御するシステムコントローラ６２をさらに備えている。さらに、シールシステムは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈを測定する圧力検出器５３と、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを測定する圧力検出器５１と、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａを測定する圧力検出器５２を備えている。圧力検出器５３，５１，５２は、システムコントローラ６２に接続されており、システムコントローラ６２は圧力検出器５３，５１，５２から送られる圧力の測定値に基づいて開閉弁２７および／または媒体加圧ポンプ４５を操作する。

　シールハウジング１４内に備えられたダブルメカニカルシールを備えたシールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を使用する。この流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体とは無関係な性状の媒体で、毒性や危険性のない媒体である。一実施形態では、流体バリア兼冷却媒体はオイルであり、媒体加圧ポンプ４５はオイルポンプである。本実施形態では、媒体加圧ポンプ４５は、その原動機として電動モータを備えている。

　上述の構成を備えたシールシステムの動作は以下に述べるようなものである。媒体循環ライン３０内は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力を有する流体バリア兼冷却媒体で満たされている。通常運転で回転軸１が回転すると、ポンプ機構１９は、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体を吸い込んで加圧し、第２チャンバ２２ｂに吐出する。このポンプ機構１９の運転により加圧された流体バリア兼冷却媒体は媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａに戻る。

　媒体循環ライン３０に取り付けられた絞り兼逆止弁１８により、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力になる。流体バリア兼冷却媒体が絞り兼逆止弁１８から入口１６まで媒体循環ライン３０を流れる間に、圧力損失により流体バリア兼冷却媒体の圧力が低下し、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力は、Ｐｂよりも低いＰａになる。第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高いので、ポンプ側シール機構を構成するスリップリング１０と対向リング１２のシール面から第２チャンバ２２ｂ内に遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することはない。

　キャリアスリーブ８は第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂによりポンプ側から大気側に押される。キャリアスリーブ８’には、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａが加わるので、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ－Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛る。このため、大気側シール機構を構成するスリップリング１１と対向リング１３のシール面に加わる圧力は、ポンプ機構１９の停止時に比べて高くなってシール効果を増し、ポンプ取り扱い流体が大気側へリークすることが確実に防止される。

　流体バリア兼冷却媒体が媒体循環ライン３０を流れるとき、流体バリア兼冷却媒体は媒体循環ライン３０に設けられた熱交換器２１により冷却される。冷却された流体バリア兼冷却媒体は媒体循環ライン３０および入口１６を通って第１チャンバ２２ａに戻る。このようにして、遠心ポンプの運転中は、流体バリア兼冷却媒体は、熱交換器２１により冷却されながら、媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂとの間を循環する。冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９を冷却するので、ポンプ機構１９およびその周辺の機器（例えば、Ｏリング３４，３５）が高温となることはない。

　ところで、流体バリア兼冷却媒体のシール機構からの微量のリークなどにより、シールシステム内の流体バリア兼冷却媒体の圧力は経年的に低下する。そこで、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを圧力検出器５１にて測定し、システムコントローラ６２は、圧力Ｐｂがしきい値よりも低いときに、開閉弁２７を開けて、アキュムレータ４０内の流体バリア兼冷却媒体を媒体循環ライン３０に供給する。このとき、ポンプ機構１９の吸込側にある第１チャンバ２２ａに多量の流体バリア兼冷却媒体が流入して第１チャンバ２２ａの圧力が急上昇しすぎないように、開閉弁２７の上流側または下流側に絞り機構を備えることが好ましい。

　しきい値は、遠心ポンプの吐き出し圧力Ｐｈよりも高い値である。しきい値は吐き出し圧力Ｐｈに従って変動させてもよい。一実施形態では、しきい値は吐き出し圧力Ｐｈに所定の係数を乗算して得られた値であってもよい。例えば、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈを圧力検出器５３にて測定し、システムコントローラ６２は吐き出し圧力Ｐｈに１．０５（この数値は任意に設定可能である）を乗算してしきい値を決定する。そして、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを圧力検出器５１にて測定し、システムコントローラ６２は圧力Ｐｂをしきい値と比較し、圧力Ｐｂがしきい値よりも低いときに開閉弁２７を開く。

　大気側の第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａは圧力検出器５２により測定される。圧力Ｐａが第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂよりも高いとき、システムコントローラ６２は開閉弁２７を閉じる。

　開閉弁２７を開いた状態でも、圧力Ｐｂがしきい値よりも低いときは、システムコントローラ６２は媒体加圧ポンプ４５を始動させる。媒体加圧ポンプ４５により流体バリア兼冷却媒体の圧力は高められ、媒体循環ライン３０に供給される。すなわち流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９の吸込側にある第１チャンバ２２ａ内に供給される。第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａが第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂよりも高い時には、システムコントローラ６２は開閉弁２７を閉止するか、または媒体加圧ポンプ４５の運転を停止させる。

　以上の構成によれば、補充された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９により加圧された流体バリア兼冷却媒体の流れを妨げない。なぜなら、本実施形態によれば、流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９の吐出側ではなく、ポンプ機構１９の吸込側に注入されるからである。したがって、ポンプ機構１９の近傍に発生した熱は流体バリア兼冷却媒体に同伴して熱交換器２１まで順調に流れ、熱交換器２１で散逸されるので、ポンプ機構１９の周辺機器の温度が上昇する虞がない。

　さらに、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａが第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂよりも高い時には、システムコントローラ６２は開閉弁２７を閉止するか、または媒体加圧ポンプ４５の運転を停止させるので、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ－Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛かる。このため、大気側シール機構を構成するスリップリング１１と対向リング１３のシール面に加わる圧力が低下せず、シール効果を維持できる。さらに、アキュムレータ４０による圧力保持のバックアップだけでなく、さらに多重的に加圧する機構として媒体加圧ポンプ４５による流体バリア兼冷却媒体の補充ができるので安全性を向上することができる。

　次に、本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。特に説明しない本実施形態の構成は、図１に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。以下の説明では、第１媒体循環ライン３０は、単に媒体循環ライン３０と称する。

　シールシステムは、第１チャンバ２２ａおよび第２チャンバ２２ｂに接続された上記媒体循環ライン３０と、媒体循環ライン３０に両端が接続されたバイパスライン４９と、バイパスライン４９に取り付けられた逆止弁４６と、絞り弁と逆止弁が組み合わされた絞り兼逆止弁１８と、流体バリア兼冷却媒体を冷却する熱交換器２１と、普段は流体バリア兼冷却媒体が加圧されて備蓄され、非常の際などには開閉弁２７を開にすることにより媒体循環ライン３０内の流体バリア兼冷却媒体を加圧するアキュムレータ４０とを備えている。媒体循環ライン３０はシールハウジング１４の外に配置されている。媒体循環ライン３０およびバイパスライン４９は、流体バリア兼冷却媒体で満たされている。

　アキュムレータ４０の内部には図示しないダイヤフラム（隔壁）が配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。アキュムレータ４０内に蓄積された流体バリア兼冷却媒体は、上記気体の圧力により加圧される。したがって、アキュムレータ４０は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄える機能を有している。アキュムレータ４０内に蓄えられている流体バリア兼冷却媒体の圧力は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力である。

　媒体循環ライン３０の一端は入口１６に接続され、媒体循環ライン３０の他端は出口１７に接続されている。絞り兼逆止弁１８および熱交換器２１は、媒体循環ライン３０に取付けられている。アキュムレータ４０は、媒体循環ライン３０から延びる分岐ライン４１に接続されており、開閉弁２７は分岐ライン４１に取付けられている。アキュムレータ４０は、分岐ライン４１を介して媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン４１およびアキュムレータ４０は、熱交換器２１と第１チャンバ２２ａとの間に位置している。

　シールシステムは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈを測定する圧力検出器５３と、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを測定する圧力検出器５１を備えている。圧力検出器５３，５１は、システムコントローラ６２に接続されている。

　シールハウジング１４内に備えられたダブルメカニカルシールを備えたシールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を使用する。この流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体とは無関係な性状の媒体で、毒性や危険性のない媒体である。一実施形態では、流体バリア兼冷却媒体はオイルである。

　上述の構成を備えたシールシステムの動作は以下に述べるようなものである。媒体循環ライン３０内は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力を有する流体バリア兼冷却媒体で満たされている。通常運転で回転軸１が回転すると、ポンプ機構１９は、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体を吸い込んで加圧し、第２チャンバ２２ｂに吐出する。このポンプ機構１９の運転により加圧された流体バリア兼冷却媒体は媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａに戻る。

　媒体循環ライン３０に取り付けられた絞り兼逆止弁１８により、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力になる。流体バリア兼冷却媒体が絞り兼逆止弁１８から入口１６まで媒体循環ライン３０を流れる間に、圧力損失により流体バリア兼冷却媒体の圧力が低下し、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力は、Ｐｂよりも低いＰａになる。第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高いので、ポンプ側シール機構を構成するスリップリング１０と対向リング１２のシール面から第２チャンバ２２ｂ内に遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することはない。

　キャリアスリーブ８は第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂによりポンプ側から大気側に押される。キャリアスリーブ８’には、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａが加わるので、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ－Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛る。このため、大気側シール機構を構成するスリップリング１１と対向リング１３のシール面に加わる圧力は、ポンプ機構１９の停止時に比べて高くなってシール効果を増し、ポンプ取り扱い流体が大気側へリークすることが確実に防止される。

　流体バリア兼冷却媒体が媒体循環ライン３０を流れるとき、流体バリア兼冷却媒体は媒体循環ライン３０に設けられた熱交換器２１により冷却される。冷却された流体バリア兼冷却媒体は媒体循環ライン３０および入口１６を通って第１チャンバ２２ａに戻る。このようにして、遠心ポンプの運転中は、流体バリア兼冷却媒体は、熱交換器２１により冷却されながら、媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂとの間を循環する。冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９を冷却するので、ポンプ機構１９およびその周辺の機器（例えば、Ｏリング３４，３５）が高温となることはない。

　ところで、遠心ポンプの設置直後の初期運転で、遠心ポンプのポンプ羽根車３が逆回転する場合がある。また、初期運転以外でも、２台の遠心ポンプが並列に配置され、１台が運転中で、もう一台が予備機として停止中の場合、予備機である遠心ポンプの吐出口に配置された吐出逆止弁（図示せず）が故障すると、運転中の遠心ポンプから吐き出された流体が停止中の遠心ポンプの内部を逆流し、停止中の遠心ポンプのポンプ羽根車が逆回転することがある。

　このようにポンプ羽根車３が逆回転すると、ポンプ羽根車３の回転に連動するポンプ機構１９も逆回転する。ポンプ羽根車３が逆回転した場合、取り扱い流体には遠心力がある程度発生するので取り扱い流体は加圧され、スリップリング１０及び対向リング１２の摺動面にその圧力がかかる。一方、ポンプ機構１９が逆回転すると、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体を加圧して第１チャンバ２２ａに送り出す。絞り兼逆止弁１８は流体バリア兼冷却媒体を第２チャンバ２２ｂ内には流入させないので、第２チャンバ２２ｂ内の圧力は低下し、やがて、スリップリング１０及び対向リング１２のシール面を通って遠心ポンプの取り扱い流体が第２チャンバ２２ｂ内に侵入してしまう虞がある。

　また、第１チャンバ内の圧力Ｐａは第２チャンバ内の圧力Ｐｂよりも高くなり、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰａ－Ｐｂの差圧が大気側からポンプ側に掛かることになる。このため、大気側のスリップリング１１と対向リング１３のシール面の圧力が低くなってシール効果が減じ、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなる危険がある。

　そこで、本実施形態のシールシステムは、媒体循環ライン３０に接続されたバイパスライン４９を備えている。バイパスライン４９の一端が媒体循環ライン３０に接続される第１接続点４９ａは、入口１６および第１チャンバ２２ａの近くであり、バイパスライン４９の他端が媒体循環ライン３０に接続される第２接続点４９ｂは、出口１７および第２チャンバ２２ｂの近くである。より具体的には、第１接続点４９ａは、第１チャンバ２２ａと熱交換器２１との間にあり、第２接続点４９ｂは、熱交換器２１と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。本実施形態では、第１接続点４９ａは、第１チャンバ２２ａと分岐ライン４１との間にあり、第２接続点４９ｂは、絞り兼逆止弁１８と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。バイパスライン４９に取り付けられた逆止弁４６は、流体バリア兼冷却媒体が第１接続点４９ａから第２接続点４９ｂに向かう方向（すなわち、第１チャンバ２２ａから第２チャンバ２２ｂに向かう方向）にのみ流れることを許容し、逆方向への流れを許容しない。

　さらに、分岐ライン５５の一端が媒体循環ライン３０に接続され、分岐ライン５５の他端はアキュムレータ５６に接続されている。分岐ライン５５には隔離弁５７が取り付けられている。隔離弁５７は、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などから構成されており、隔離弁５７の開閉動作はシステムコントローラ６２によって制御される。分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと熱交換器２１との間に位置している。より具体的には、分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと絞り兼逆止弁１８との間に位置している。

　アキュムレータ５６の内部には図示しないダイヤフラム（隔壁）が配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。アキュムレータ５６内に蓄積された流体バリア兼冷却媒体は、上記気体の圧力により加圧される。したがって、アキュムレータ５６は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄える機能を有している。アキュムレータ５６内に蓄えられている流体バリア兼冷却媒体の圧力は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力である。

　このような構成によれば、ポンプ機構１９が逆回転しても、流体バリア兼冷却媒体は直ちに第１チャンバ２２ａに近い第１接続点４９ａからバイパスライン４９を通って第２チャンバ２２ｂに流れ、第２チャンバ２２ｂ内の圧力が保たれる。結果として、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ側のスリップリング１０及び対向リング１２のシール面から遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することを防止することができる。さらに、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、大気側のスリップリング１１及び対向リング１３のシール面の圧力の低下を防止し、流体バリア兼冷却媒体が大気側にリークすることを防止することができる。

　圧力検出器５１によって測定された第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂと、圧力検出器５３によって測定されたポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈとの差がしきい値未満であることをシステムコントローラ６２が検出すると、システムコントローラ６２は隔離弁５７を開き、アキュムレータ５６内の加圧された流体バリア兼冷却媒体を媒体循環ライン３０内に注入する。流体バリア兼冷却媒体は、媒体循環ライン３０を通って第２チャンバ２２ｂに供給され、これにより第２チャンバ２２ｂ内の圧力が保たれる。結果として、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ側のスリップリング１０及び対向リング１２のシール面から遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することを防止することができる。さらに、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、大気側のスリップリング１１及び対向リング１３のシール面の圧力の低下を防止し、流体バリア兼冷却媒体が大気側にリークすることを防止することができる。

　このように、本実施形態によれば、ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が逆回転することがあっても、リークの危険のない状態を維持し、ポンプの取扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合であっても、大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することができる。

　図４は、シールシステムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は図３に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が長時間に亘って逆回転すると、ポンプ機構１９およびその周辺機器の温度が上昇することがある。そこで、図４に示す実施形態は、ポンプ機構１９およびその周辺機器を冷却する機能を備える。

　バイパスライン４９の一端が媒体循環ライン３０に接続される第１接続点４９ａと、バイパスライン４９の他端が媒体循環ライン３０に接続される第２接続点４９ｂの両方は、熱交換器２１と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。より具体的には、第１接続点４９ａは、熱交換器２１と絞り兼逆止弁１８との間に位置し、第２接続点４９ｂは、絞り兼逆止弁１８と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。

　ポンプ機構１９の逆回転により第１チャンバ２２ａに送り出された流体バリア兼冷却媒体は、媒体循環ライン３０を流れて熱交換器２１により冷却される。冷却された流体バリア兼冷却媒体は、第１接続点４９ａでバイパスライン４９に流入し、バイパスライン４９を流れて第２チャンバ２２ｂ内に流入する。

　バイパスライン４９に取り付けられた逆止弁４６は、流体バリア兼冷却媒体が第１接続点４９ａから第２接続点４９ｂに向かう方向（すなわち、第１チャンバ２２ａから第２チャンバ２２ｂに向かう方向）にのみ流れることを許容し、逆方向への流れを許容しない。

　アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと熱交換器２１との間に位置している。より具体的には、分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと絞り兼逆止弁１８との間に位置している。一実施形態では、アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、第２チャンバ２２ｂと逆止弁４６との間の位置でバイパスライン４９に接続されてもよい。

　本実施形態によれば、ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が長時間逆回転することがあっても、リークの危険のない状態を維持し、ポンプの取扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合であっても、大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することができる。

　図５は、シールシステムのさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は図４に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図５に示すように、本実施形態では、逆止弁４６に代えて、通常運転時は閉じており、逆回転時には開けられる開閉弁５０がバイパスライン４９に取り付けられている開閉弁５０での圧力損失が少ない方が、第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂの圧力差を小さくできるので、開閉弁５０の弁体にはボール弁やバタフライ弁が好ましい。開閉弁５０としては、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などを使用することができる。

　シールシステムは、開閉弁５０の動作を制御するシステムコントローラ６２を備えている。さらに、シールシステムは、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを測定する圧力検出器５１と、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａを測定する圧力検出器５２を備えている。圧力検出器５１，５２は、システムコントローラ６２に接続されており、圧力検出器５１，５２から送られる圧力の測定値に基づいて開閉弁５０を操作する。より具体的には、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力Ｐａが第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力Ｐｂよりも高いとき、システムコントローラ６２は、開閉弁５０を開く。開閉弁５０が開くと、流体バリア兼冷却媒体は、第１チャンバ２２ａから熱交換器２１を経由してバイパスライン４９に流入し、さらにバイパスライン４９を流れて第２チャンバ２２ｂに流入する。

　アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと熱交換器２１との間に位置している。より具体的には、分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと絞り兼逆止弁１８との間に位置している。一実施形態では、アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、第２チャンバ２２ｂと開閉弁５０との間の位置でバイパスライン４９に接続されてもよい。

　本実施形態によれば、ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が長時間逆回転することがあっても、リークの危険のない状態を維持し、ポンプの取扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合であっても、大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することができる。

　本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されるものを含むことは言うまでもない。

　本発明は、ダブルメカニカルシールを構成するポンプ側シール機構と大気側シール機構との間に、回転軸により駆動されるポンプ機構を備えたシールシステムに適用可能である。

Claims (6)

1. 　遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、
   　ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、
   　前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、
   　少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、
   　少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、
   　前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる第１媒体循環ラインと、
   　前記第１媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器および遮断弁と、
   　両端が前記第１媒体循環ラインに接続され、前記遮断弁をバイパスする前記第２媒体循環ラインと、
   　前記第２媒体循環ラインに取り付けられた媒体加圧ポンプおよび開閉弁とを備えたことを特徴とするシールシステム。
2. 　前記ダブルメカニカルシールを収容するシールハウジングをさらに備え、
   　前記第１媒体循環ラインと前記第２媒体循環ラインは前記シールハウジングの外に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシールシステム。
3. 　前記遠心ポンプの停電を検出する停電検出器と、
   　前記停電検出器から出力される停電検出信号を受けて前記遮断弁を閉じ、前記開閉弁を開き、前記媒体加圧ポンプを始動させるシステムコントローラをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のシールシステム。
4. 　前記第２媒体循環ラインの一端が前記第１媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記遮断弁と前記熱交換器との間に位置しており、
   　前記第２媒体循環ラインの他端が前記第１媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記遮断弁と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシールシステム。
5. 　前記媒体加圧ポンプに電力を供給するための電源をさらに備え、
   　前記媒体加圧ポンプは、原動機として電動モータを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシールシステム。
6. 　前記流体バリア兼冷却媒体がオイルであり、前記加圧媒体ポンプがオイルポンプであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシールシステム。

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