特許 7360387 シールシステム、および該シールシステムを備えたポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-03

(45)【発行日】2023-10-12

(54)【発明の名称】シールシステム、および該シールシステムを備えたポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/12 20060101AFI20231004BHJP

   F04D 7/02 20060101ALI20231004BHJP

   F16J 15/34 20060101ALI20231004BHJP

   F16J 15/447 20060101ALI20231004BHJP

   F16J 15/40 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

F04D29/12 B

F04D7/02 A

F16J15/34 B

F16J15/34 K

F16J15/447

F16J15/40 B

【請求項の数】 28

(21)【出願番号】P 2020531384

(86)(22)【出願日】2019-07-19

(86)【国際出願番号】 JP2019028453

(87)【国際公開番号】W WO2020017635

(87)【国際公開日】2020-01-23

【審査請求日】2022-05-17

(31)【優先権主張番号】P 2018135971

(32)【優先日】2018-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】笠谷 哲司

(72)【発明者】

【氏名】本田 修一郎

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２２３３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０５４９７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０９－１９６１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１００５４８７３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０１９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２４０６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８０６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１９７２２７３０（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特許第３９７９０９１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特表２０１１－５２２１７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／１２

Ｆ０４Ｄ ７／０２

Ｆ１６Ｊ １５／３４

Ｆ１６Ｊ １５／４４７

Ｆ１６Ｊ １５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室に接続された逃しラインと、
前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、
前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータと、
前記逃しライン内の圧力が前記圧力範囲から外れたときにポンプ停止信号を発する信号発信機を備え、
前記ポンプ側シール室は、前記ポンプの羽根車と前記メカニカルシールとの間に位置しており、
前記バリアガス供給システムは、前記バリア室内の圧力と、前記ポンプ側シール室内の圧力との差を一定に維持する圧力制御弁を備えている、シールシステム。

【請求項2】

揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室に接続された逃しラインと、
前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、
前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータと、
前記逃しラインに接続された圧力アキュムレータを備えている、シールシステム。

【請求項3】

揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室に接続された逃しラインと、
前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、
前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータと、
前記逃しラインに接続されたドレンポットと、
前記ドレンポット内の液面レベルを検出する液面検出器を備えている、シールシステム。

【請求項4】

揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムを備え、
前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、
前記シールシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通するバリアガス流入ラインおよびバリアガス回収ラインをさらに備え、
前記バリアガス流入ラインは、前記バリアガス供給システムに接続されている、シールシステム。

【請求項5】

前記大気側非接触シールは、前記ポンプの回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである、請求項４に記載のシールシステム。

【請求項6】

揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムを備え、
前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、
前記シールシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通する溶媒液供給ラインおよび溶媒液回収ラインをさらに備えている、シールシステム。

【請求項7】

前記大気側非接触シールは、前記ポンプの回転軸を囲むフローティングシールである、請求項６に記載のシールシステム。

【請求項8】

揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室内に設けられた室内非接触シールを備えている、シールシステム。

【請求項9】

前記室内非接触シールはラビリンスシールである、請求項８に記載のシールシステム。

【請求項10】

前記バリアガス供給システムは、前記バリア室に面するバリアガス供給口を有しており、
前記室内非接触シールは、前記バリアガス供給口の大気側に位置している、請求項８または９に記載のシールシステム。

【請求項11】

前記ポンプ側シール室内に配置されたポンプ側非接触シールをさらに備えている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のシールシステム。

【請求項12】

前記ポンプ側非接触シールは、前記ポンプの回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである、請求項１１に記載のシールシステム。

【請求項13】

前記メカニカルシールは、互いに接触する第１回転側シールリングおよび第１静止側シールリングと、互いに接触する第２回転側シールリングおよび第２静止側シールリングを備えたダブルメカニカルシールである、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のシールシステム。

【請求項14】

前記第１静止側シールリングの温度を測定する第１温度センサと、前記第２静止側シールリングの温度を測定する第２温度センサをさらに備えている、請求項１３に記載のシールシステム。

【請求項15】

揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車が収容されたケーシングと、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室に接続された逃しラインと、
前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、
前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータと、
前記逃しライン内の圧力が前記圧力範囲から外れたときにポンプ停止信号を発する信号発信機を備え、
前記ポンプ側シール室は、前記羽根車と前記メカニカルシールとの間に位置しており、
前記バリアガス供給システムは、前記バリア室内の圧力と、前記ポンプ側シール室内の圧力との差を一定に維持する圧力制御弁を備えている、ポンプシステム。

【請求項16】

揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車が収容されたケーシングと、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室に接続された逃しラインと、
前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、
前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータと、
前記逃しラインに接続された圧力アキュムレータを備えている、ポンプシステム。

【請求項17】

揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車が収容されたケーシングと、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室に接続された逃しラインと、
前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、
前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータと、
前記逃しラインに接続されたドレンポットと、
前記ドレンポット内の液面レベルを検出する液面検出器を備えている、ポンプシステム。

【請求項18】

揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車が収容されたケーシングと、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムを備え、
前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、
前記ポンプシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通するバリアガス流入ラインおよびバリアガス回収ラインをさらに備え、
前記バリアガス流入ラインは、前記バリアガス供給システムに接続されている、ポンプシステム。

【請求項19】

前記大気側非接触シールは、前記回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである、請求項１８に記載のポンプシステム。

【請求項20】

揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車が収容されたケーシングと、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムを備え、
前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、
前記ポンプシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通する溶媒液供給ラインおよび溶媒液回収ラインをさらに備えている、ポンプシステム。

【請求項21】

前記大気側非接触シールは、前記回転軸を囲むフローティングシールである、請求項２０に記載のポンプシステム。

【請求項22】

揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車が収容されたケーシングと、
バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、
前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムと、
前記バリア室内に設けられた室内非接触シールを備えている、ポンプシステム。

【請求項23】

前記室内非接触シールはラビリンスシールである、請求項２２に記載のポンプシステム。

【請求項24】

前記バリアガス供給システムは、前記バリア室に面するバリアガス供給口を有しており、
前記室内非接触シールは、前記バリアガス供給口の大気側に位置している、請求項２２または２３に記載のポンプシステム。

【請求項25】

前記ポンプ側シール室内に配置されたポンプ側非接触シールをさらに備えている、請求項１５乃至２４のいずれか一項に記載のポンプシステム。

【請求項26】

前記ポンプ側非接触シールは、前記回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである、請求項２５に記載のポンプシステム。

【請求項27】

前記メカニカルシールは、互いに接触する第１回転側シールリングおよび第１静止側シールリングと、互いに接触する第２回転側シールリングおよび第２静止側シールリングを備えたダブルメカニカルシールである、請求項１５乃至２６のいずれか一項に記載のポンプシステム。

【請求項28】

前記第１静止側シールリングの温度を測定する第１温度センサと、前記第２静止側シールリングの温度を測定する第２温度センサをさらに備えている、請求項２７に記載のポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体アンモニアなどの揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

アンモニア、エチレン、プロピレンなどの揮発性物質からなる揮発性液体は、大気圧下では気化し、周囲雰囲気中に拡散する。このため、揮発性液体を昇圧するためのポンプには、揮発性液体の漏洩を防ぐことが求められる。そこで、ポンプは、揮発性液体の漏洩を防ぐためのメカニカルシールを備えている。さらに、メカニカルシールの回転側シールリングと静止側シールリングの接触面であるシール面からの揮発性液体の漏洩を防止するために、高圧のバリアガスをメカニカルシールの外周側に供給するガスシールシステムがポンプに接続される。

【0003】

メカニカルシールは、バリア室内に配置されており、高圧のバリアガスはバリア室内に導入される。バリアガスは、回転側シールリングと静止側シールリングのシール面間の微小な隙間を通ってメカニカルシールの内周側に流入する。ポンプ内の揮発性液体は、回転軸に沿ってメカニカルシールに到達するが、シール面間の隙間に形成されたバリアガスの流れは、揮発性液体がバリア室に侵入することを阻止する。このように、メカニカルシールとバリアガスシールシステムとの組み合わせは、揮発性液体が周囲雰囲気に漏洩することを防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第５８６５４４１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、シール面が損傷すると、バリアガスがシール面間の隙間を通過する流量が増え、結果としてバリア室内の圧力が低下する。さらに、揮発性液体の圧力は、環境温度に応じて変化しやすいため、ポンプ内での揮発性液体の圧力が上昇することがある。バリア室内のバリアガスの圧力が、シール面に到達した揮発性液体の圧力よりも低下すると、揮発性液体がバリア室内に漏洩してしまう。

【0006】

揮発性液体がシール面に侵入すると、メカニカルシールにダメージを与える。その際バリア室内に十分な圧力が保たれている場合は、揮発性液体は液状のまま漏れていく。大気側のシール面が液体の影響やなんらかの影響でダメージを受けた場合には、バリア室の圧力が低下してしまう可能性がある。その場合は、揮発性液体は、急激な温度低下を伴いながら、気液二相の流体に変化し、メカニカルシールに甚大なダメージを及ぼす。メカニカルシールがそのシール機能を発揮できなくなると、揮発性物質が周囲雰囲気中に漏洩し、環境汚染を引き起こしてしまう。

【0007】

そこで、本発明は、揮発性液体の周囲雰囲気への漏洩を確実に防止することができるシールシステムを提供する。さらに、本発明は、そのようなシールシステムを備えたポンプシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様では、揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムであって、バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムを備え、前記ポンプ側シール室は、前記ポンプの羽根車と前記メカニカルシールとの間に位置しており、前記バリアガス供給システムは、前記バリア室内の圧力と、前記ポンプ側シール室内の圧力との差を一定に維持する圧力制御弁を備えている、シールシステムが提供される。

【0009】

一態様では、前記シールシステムは、前記バリア室に接続された逃しラインと、前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータをさらに備えている。
一態様では、前記シールシステムは、前記逃しライン内の圧力が前記圧力範囲から外れたときにポンプ停止信号を発する信号発信機を備えている。
一態様では、前記シールシステムは、前記逃しラインに接続された圧力アキュムレータをさらに備えている。
一態様では、前記シールシステムは、前記逃しラインに接続されたドレンポットと、前記ドレンポット内の液面レベルを検出する液面検出器をさらに備えている。

【0010】

一態様では、前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、前記シールシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通するバリアガス流入ラインおよびバリアガス回収ラインをさらに備え、前記バリアガス流入ラインは、前記バリアガス供給システムに接続されている。
一態様では、前記大気側非接触シールは、前記ポンプの回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである。

【0011】

一態様では、前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、前記シールシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通する溶媒液供給ラインおよび溶媒液回収ラインをさらに備えている。
一態様では、前記大気側非接触シールは、前記ポンプの回転軸を囲むフローティングシールである。

【0012】

一態様では、前記シールシステムは、前記バリア室内に設けられた室内非接触シールをさらに備えている。
一態様では、前記室内非接触シールはラビリンスシールである。
一態様では、前記バリアガス供給システムは、前記バリア室に面するバリアガス供給口を有しており、前記室内非接触シールは、前記バリアガス供給口の大気側に位置している。
一態様では、前記シールシステムは、前記ポンプ側シール室内に配置されたポンプ側非接触シールをさらに備えている。
一態様では、前記ポンプ側非接触シールは、前記ポンプの回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである。

【0013】

一態様では、前記メカニカルシールは、互いに接触する第１回転側シールリングおよび第１静止側シールリングと、互いに接触する第２回転側シールリングおよび第２静止側シールリングを備えたダブルメカニカルシールである。
一態様では、前記シールシステムは、前記第１静止側シールリングの温度を測定する第１温度センサと、前記第２静止側シールリングの温度を測定する第２温度センサをさらに備えている。

【0014】

一態様では、揮発性液体を昇圧するためのポンプシステムであって、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記羽根車が収容されたケーシングと、バリア室およびポンプ側シール室を形成するスタッフィングボックスと、前記バリア室内に配置されたメカニカルシールと、前記ポンプ側シール室内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスを前記バリア室内に供給するバリアガス供給システムを備え、前記ポンプ側シール室は、前記羽根車と前記メカニカルシールとの間に位置しており、前記バリアガス供給システムは、前記バリア室内の圧力と、前記ポンプ側シール室内の圧力との差を一定に維持する圧力制御弁を備えている、ポンプシステムが提供される。

【0015】

一態様では、前記ポンプシステムは、前記バリア室に接続された逃しラインと、前記逃しラインに取り付けられた圧力逃し弁と、前記逃しライン内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、前記圧力逃し弁を開く弁アクチュエータをさらに備えている。
一態様では、前記ポンプシステムは、前記逃しライン内の圧力が前記圧力範囲から外れたときにポンプ停止信号を発する信号発信機を備えている。
一態様では、前記ポンプシステムは、前記逃しラインに接続された圧力アキュムレータをさらに備えている。
一態様では、前記ポンプシステムは、前記逃しラインに接続されたドレンポットと、前記ドレンポット内の液面レベルを検出する液面検出器をさらに備えている。

【0016】

一態様では、前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、前記ポンプシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通するバリアガス流入ラインおよびバリアガス回収ラインをさらに備え、前記バリアガス流入ラインは、前記バリアガス供給システムに接続されている。
一態様では、前記大気側非接触シールは、前記回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである。

【0017】

一態様では、前記スタッフィングボックスは、前記メカニカルシールの大気側に位置する大気側シール室をさらに形成しており、前記シールシステムは、前記大気側シール室内に配置された大気側非接触シールと、前記大気側シール室に連通する溶媒液供給ラインおよび溶媒液回収ラインをさらに備えている。
一態様では、前記大気側非接触シールは、前記回転軸を囲むフローティングシールである。

【0018】

一態様では、前記ポンプシステムは、前記バリア室内に設けられた室内非接触シールをさらに備えている。
一態様では、前記室内非接触シールはラビリンスシールである。
一態様では、前記バリアガス供給システムは、前記バリア室に面するバリアガス供給口を有しており、前記室内非接触シールは、前記バリアガス供給口の大気側に位置している。
一態様では、前記ポンプシステムは、前記ポンプ側シール室内に配置されたポンプ側非接触シールをさらに備えている。
一態様では、前記ポンプ側非接触シールは、前記回転軸を囲むフローティングシールまたはラビリンスシールである。

【0019】

一態様では、前記メカニカルシールは、互いに接触する第１回転側シールリングおよび第１静止側シールリングと、互いに接触する第２回転側シールリングおよび第２静止側シールリングを備えたダブルメカニカルシールである。
一態様では、前記ポンプシステムは、前記第１静止側シールリングの温度を測定する第１温度センサと、前記第２静止側シールリングの温度を測定する第２温度センサをさらに備えている。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、バリア室内の圧力および／またはポンプ側シール室内の圧力の変化にかかわらず、バリア室内のバリアガスの圧力は、常に、揮発性液体の圧力よりも高く維持される。したがって、本発明に係るシールシステムは、揮発性液体のバリア室内への漏洩を防ぐことができる。
シール面の損傷により、揮発性液体がバリア室内に漏洩した場合であっても、圧力逃し弁および逃しラインを通じて揮発性流体（液相、気相、または気液二相の揮発性の流体）を回収することができる。さらに、非接触シールは、揮発性流体の流れを堰き止め、揮発性流体の周囲雰囲気への漏洩を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】ポンプシステムの一実施形態を示す図である。

【図2】メカニカルシールを含むシールシステムの一実施形態を示す拡大図である。

【図3】シールシステムの他の実施形態を示す図である。

【図4】シールシステムの他の実施形態を示す図である。

【図5】シールシステムの他の実施形態を示す図である。

【図6】シールシステムの他の実施形態を示す図である。

【図7】シールシステムの他の実施形態を示す図である。

【図8】シールシステムの他の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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、ポンプシステムの一実施形態を示す図である。このポンプシステムは、揮発性液体を昇圧するためのポンプ１と、揮発性液体の周囲雰囲気への漏洩を防止するためのシールシステム２とを備えている。本実施形態では、ポンプ１は多段ポンプである。すなわち、ポンプ１は、回転軸５と、回転軸５に固定された複数の羽根車７と、羽根車７が収容されるケーシング８とを備えている。本実施形態では、複数の羽根車７のうちの半分は一方向を向き、他の半分は反対方向を向いている。羽根車７をこのように配置することにより、羽根車７を回転させて揮発性液体を昇圧しているときに羽根車７に作用するスラスト力をキャンセルすることができる。一実施形態では、複数の羽根車７は同じ方向を向いてもよい。他の一実施形態では、ポンプ１は、１つの羽根車を備えた単段ポンプであってもよい。

【0023】

回転軸５は、２つのラジアル軸受１０および１つのスラスト軸受１１により回転可能に支持されている。回転軸５は、図示しない原動機（電動機、内燃機関など）に連結されており、原動機によって回転される。羽根車７は回転軸５と一体に回転する。ケーシング８は、揮発性液体の吸込み口８Ａおよび吐出し口８Ｂを有している。揮発性液体は、吸込み口８Ａを通ってケーシング８内に導入される。羽根車７の回転に伴い、揮発性液体はケーシング８内で昇圧され、吐出し口８Ｂを通ってケーシング８から吐き出される。

【0024】

２つのラジアル軸受１０のうちの一方と、羽根車７との間にはバランス機構１５が配置されている。このバランス機構１５は、羽根車７の回転によって昇圧された揮発性液体の圧力を、吸込み圧力に相当する圧力まで低下させる装置である。バランス機構１５の大気側に位置するバランス室１６は、バランスライン１７を通じて吸込み口８Ａ、または吸込み口８Ａに接続された揮発性液体移送管（図示せず）、または揮発性液体供給源（図示せず）に接続されている。したがって、バランス室１６内の圧力は、吸込み圧力と実質的に同じとなっている。

【0025】

ポンプ１が取り扱う液体は、揮発性液体である。本明細書において、揮発性液体は、大気圧下では気体の状態で存在する揮発性物質からなる液体である。より具体的には、揮発性液体は、水よりも揮発性が高い液体であり、言い換えれば、水よりも沸点が低い液体である。揮発性液体の具体例としては、液状のアンモニア、エチレン、プロピレン、二酸化炭素、アルコール、ブタン、プロパンが挙げられる。揮発性液体は、予め加圧された状態で、図示しない揮発性液体供給源からポンプ１に供給される。

【0026】

揮発性液体がポンプ１から漏れると、気化して周囲雰囲気中に拡散してしまう。そこで、揮発性液体の漏洩を防止するために、シールシステム２が設けられている。このシールシステム２は、羽根車７の大気側に配置されている２つのメカニカルシール２０と、２つのメカニカルシール２０がそれぞれ収容されている２つのバリア室３０内にバリアガスを供給するバリアガス供給システム３２を備えている。２つメカニカルシール２０は、２つのスタッフィングボックス３５内にそれぞれ配置されている。すなわち、各バリア室３０は、各スタッフィングボックス３５によって形成されており、各メカニカルシール２０は各バリア室３０内に配置されている。２つのスタッフィングボックス３５は、ケーシング８の両側に固定されている。

【0027】

図２は、メカニカルシール２０を含むシールシステム２の一実施形態を示す拡大図である。図２では、２つのメカニカルシール２０のうち、バランス室１６に隣接するメカニカルシール２０が示されている。吸込側に配置された他方のメカニカルシール２０も同じ構成を有しているので、その重複する説明を省略する。

【0028】

本実施形態に係るシールシステム２は、メカニカルシール２０およびバリアガスで揮発性液体をシールするガスシールシステムである。図２に示すように、本実施形態のメカニカルシール２０は、２対の回転側シールリング２１Ａ，２２Ａおよび静止側シールリング２１Ｂ，２２Ｂを備えたダブルメカニカルシールである。より詳しくは、メカニカルシール２０は、互いに接触する第１回転側シールリング２１Ａおよび第１静止側シールリング２１Ｂと、互いに接触する第２回転側シールリング２２Ａおよび第２静止側シールリング２２Ｂを備えている。メカニカルシール２０は、第１静止側シールリング２１Ｂを第１回転側シールリング２１Ａに押し付ける第１スプリング２３と、第２静止側シールリング２２Ｂを第２回転側シールリング２２Ａに押し付ける第２スプリング２４をさらに備えている。

【0029】

回転軸５の外周面には軸スリーブ３８が固定されており、この軸スリーブ３８上に第１回転側シールリング２１Ａおよび第２回転側シールリング２２Ａが固定されている。より具体的には、シールリングホルダ４０が軸スリーブ３８に固定されており、シールリングホルダ４０と軸スリーブ３８の外周面により第１回転側シールリング２１Ａおよび第２回転側シールリング２２Ａが保持されている。回転軸５、軸スリーブ３８、第１回転側シールリング２１Ａ、および第２回転側シールリング２２Ａは、一体に回転可能である。

【0030】

第１静止側シールリング２１Ｂおよび第２静止側シールリング２２Ｂは、軸方向に移動可能にスタッフィングボックス３５に支持されている。第１スプリング２３および第２スプリング２４はスタッフィングボックス３５に保持されている。第１静止側シールリング２１Ｂ、第２静止側シールリング２２Ｂ、第１スプリング２３、および第２スプリング２４は、回転しない。２対の回転側シールリング２１Ａ，２２Ａおよび静止側シールリング２１Ｂ，２２Ｂは、回転軸５に垂直な平面（想像面）に関して対称に配置される。第１回転側シールリング２１Ａおよび第１静止側シールリング２１Ｂはポンプ側に配置され、第２回転側シールリング２２Ａおよび第２静止側シールリング２２Ｂは大気側に配置されている。

【0031】

メカニカルシール２０は、バリア室３０内に配置されている。このバリア室３０は、スタッフィングボックス３５の内面によって形成されている。さらに、メカニカルシール２０のポンプ側には、ポンプ側シール室４３が設けられている。このポンプ側シール室４３もスタッフィングボックス３５の内面によって形成されている。ポンプ側シール室４３は、羽根車７とメカニカルシール２０との間に位置している。

【0032】

ケーシング８内の揮発性液体は、回転軸５に沿って流れてポンプ側シール室４３に流入し、ポンプ側シール室４３を満たす。図２に示すポンプ側シール室４３は、バランス室１６に連通している。したがって、揮発性液体は、バランス室１６を通過した後、ポンプ側シール室４３に到達する。ポンプ側シール室４３内の圧力は、バランス室１６内の圧力と同じである。

【0033】

バリアガス供給システム３２は、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力よりも高い圧力のバリアガスをバリア室３０内に供給するように構成されている。すなわち、バリアガス供給システム３２は、バリアガス供給源４６から供給されるバリアガスを加圧するコンプレッサ４７と、バリア室３０内のバリアガスの圧力を調整する圧力制御弁５０と、バリアガス供給源４６からバリア室３０まで延びるバリアガス供給ライン５２と、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力を測定する液体圧力センサ５４を備えている。

【0034】

コンプレッサ４７および圧力制御弁５０は、バリアガス供給ライン５２に接続されている。圧力制御弁５０は、コンプレッサ４７の下流側に配置されている。バリアガス供給ライン５２の一端はバリアガス供給源４６に接続され、バリアガス供給ライン５２の他端はバリア室３０に接続されている。バリアガス供給システム３２は、バリア室３０に面するバリアガス供給口５３を有する。このバリアガス供給口５３は、バリアガス供給ライン５２の開口端から構成されている。バリアガス供給源４６から供給されるバリアガスはコンプレッサ４７により加圧され、圧力制御弁５０を通過し、そして、バリアガス供給ライン５２を通ってバリアガス供給口５３からバリア室３０内に流入する。

【0035】

バリアガスの例としては、窒素などの不活性ガス、二酸化炭素ガス、空気などが挙げられる。バリアガスは、上記揮発性液体とは異なる流体である。バリアガス供給源４６は、ポンプシステムが設置されている施設にユーティリティ設備として設けられた不活性ガス供給源であってもよく、または揮発性液体を生成する過程で排出された窒素ガスを溜めた窒素ガス貯留タンクであってもよい。バリアガス供給源４６から供給されるバリアガスの圧力が、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力よりも十分高ければ、コンプレッサ４７は設けなくてもよい。

【0036】

図２において、液体圧力センサ５４の設置位置は模式的に示されている。液体圧力センサ５４は、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力を測定するための圧力測定器である。本明細書において、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力を直接測定すること、およびポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力に相当する圧力を測定することのどちらも、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力を測定することを意味する。

【0037】

液体圧力センサ５４の設置位置は、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力、またはポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力に相当する圧力を液体圧力センサ５４が測定可能であれば、特に限定されない。例えば、液体圧力センサ５４は、ポンプ側シール室４３に接続されてもよい。この場合は、液体圧力センサ５４は、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力を直接測定することができる。一実施形態では、図１に示すように、液体圧力センサ５４はバランスライン１７に接続されてもよいし、またはケーシング８の吸込み口８Ａに接続されてもよいし、または吸込み口８Ａに接続された揮発性液体移送管（図示せず）に接続されてもよい。バランスライン１７内の圧力は、ポンプ側シール室４３内の圧力と実質的に同じであるので、バランスライン１７に接続された液体圧力センサ５４は、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力に相当する圧力を測定することができる。ケーシング８の吸込み口８Ａおよび揮発性液体移送管内の揮発性液体の圧力も、ポンプ側シール室４３内の圧力と実質的に同じである。

【0038】

バランス機構１５、バランス室１６、およびバランスライン１７が設けられていない場合、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力は、ポンプ１の吐出し圧力に相当する。この場合は、液体圧力センサ５４はケーシング８の吐出し口８Ｂに接続されてもよい。

【0039】

図２に示すように、シールシステム２は、バリア室３０に接続された逃しライン５６と、逃しライン５６に取り付けられた圧力逃し弁５７と、逃しライン５６内の圧力を測定する気体圧力センサ６０と、逃しライン５６内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに圧力逃し弁５７を開く弁アクチュエータ６１をさらに備えている。気体圧力センサ６０は、バリア室３０と圧力逃し弁５７との間に配置されている。逃しライン５６は、バリア室３０に面する流体入口５８を有している。バリアガス供給システム３２からバリア室３０内に供給されたバリアガスは、流体入口５８を通って逃しライン５６内に流入する。

【0040】

圧力逃し弁５７は、通常は閉じられている。したがって、通常運転時では、逃しライン５６の内部はバリアガスで満たされているが、バリアガスの流れは逃しライン５６内には実質的に形成されていない。逃しライン５６はバリア室３０に連通しているので、バリア室３０内の圧力は、逃しライン５６内の圧力と同じである。したがって、逃しライン５６に接続された気体圧力センサ６０は、バリア室３０内の圧力に相当する圧力を測定することができる。本明細書において、バリア室３０内の圧力を直接測定すること、およびバリア室３０内の圧力に相当する圧力を測定することのどちらも、バリア室３０内の圧力を測定することを意味する。

【0041】

気体圧力センサ６０は、圧力制御弁５０に電気的に接続されており、気体圧力センサ６０は圧力の測定値（すなわち、バリア室３０内の圧力の測定値）を圧力制御弁５０に送信するように構成されている。液体圧力センサ５４も圧力制御弁５０に電気的に接続されており、液体圧力センサ５４は圧力の測定値（すなわち、ポンプ側シール室４３内の圧力の測定値）を圧力制御弁５０に送信するように構成されている。圧力制御弁５０は、液体圧力センサ５４から送られた圧力の測定値と、気体圧力センサ６０から送られた圧力の測定値との差（すなわち、ポンプ側シール室４３内の圧力とバリア室３０内の圧力との差）が一定に維持されるように動作する。より具体的には、圧力制御弁５０は、バリア室３０内のバリアガスの圧力が、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力よりも、所定のバイアス値だけ高く維持されるように動作する。圧力制御弁５０の具体例としては、アクチュエータ駆動型の差圧制御弁などが挙げられる。

【0042】

本実施形態によれば、バリア室３０内の圧力および／またはポンプ側シール室４３内の圧力が変化しても、バリア室３０内のバリアガスの圧力は、常に、揮発性液体の圧力よりも高く維持される。したがって、バリア室３０内のバリアガスは、第１回転側シールリング２１Ａと第１静止側シールリング２１Ｂの接触面であるシール面間の微小な隙間を通ってポンプ側シール室４３内に流入する。このようなバリアガスの流れは、揮発性液体がバリア室３０内に漏洩することを防止することができる。

【0043】

メカニカルシール２０の大気側には、大気側シール室６３が設けられている。大気側シール室６３は、スタッフィングボックス３５の内面によって形成されている。バリア室３０は、ポンプ側シール室４３と大気側シール室６３との間に位置している。バリア室３０内のバリアガスは、第２回転側シールリング２２Ａと第２静止側シールリング２２Ｂの接触面であるシール面間の微小な隙間を通って大気側シール室６３内にも流入する。バリア室３０、ポンプ側シール室４３、および大気側シール室６３を形成するスタッフィングボックス３５は単一の構造体であるが、一実施形態ではスタッフィングボックス３５は複数の構造体の組み合わせから構成されてもよい。

【0044】

シールシステム２は、バリアガス供給システム３２に接続されたバリアガス流入ライン６６と、バリアガス流入ライン６６に取り付けられた圧力制御弁６９と、大気側シール室６３に連通するバリアガス回収ライン７２と、大気側シール室６３内に配置された大気側非接触シールとしてのフローティングシール７３をさらに備えている。バリアガス流入ライン６６の一端はバリアガス供給ライン５２に接続され、バリアガス流入ライン６６の他端は大気側シール室６３に連通している。圧力制御弁６９は、バリアガス供給システム３２から送られてきたバリアガスの圧力を大気圧よりも高い所定の圧力にまで減圧する減圧弁である。バリアガス流入ライン６６とバリアガス供給ライン５２との接続点は、圧力制御弁５０の上流側であり、コンプレッサ４７の下流側である。

【0045】

フローティングシール７３は、スタッフィングボックス３５に固定された止め輪７５にスプリング７７によって押し付けられている。フローティングシール７３は、回転軸５を囲むように配置されている。より具体的には、フローティングシール７３は、回転軸５の外周面に固定された軸スリーブ３８の周囲に配置されており、回転軸５および軸スリーブ３８はフローティングシール７３を貫通して延びている。フローティングシール７３の内周面と、軸スリーブ３８の外周面との間には、微小な隙間が形成されており、フローティングシール７３は軸スリーブ３８および回転軸５とは非接触である。フローティングシール７３は環状であり、例えば、カーボンリングから構成される。

【0046】

バリアガスは、バリアガス流入ライン６６を通じて大気側シール室６３に導入され、さらに大気側シール室６３からバリアガス回収ライン７２を通って流出する。このように、大気側シール室６３内にはバリアガスの流れが常に形成されている。バリア室３０から第２回転側シールリング２２Ａと第２静止側シールリング２２Ｂのシール面間の隙間を通って流れたバリアガスは、バリアガス流入ライン６６から導入されたバリアガスとともに、バリアガス回収ライン７２に流入する。バリアガス回収ライン７２を通って流れたバリアガスは、回収してもよいし、またはフレアスタックに放出してもよい。一実施形態では、大気側シール室６３内に配置された大気側非接触シールは、フローティングシール７３に代えて、ラビリンスシールであってもよい。

【0047】

大気側のシールリング２２Ａ，２２Ｂのシール面が何らかの原因で損傷すると、バリア室３０の圧力が低下してしまう。その場合は、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体は、シールリング２１Ａ，２１Ｂのシール面を通ってバリア室３０内に漏洩する。揮発性液体は、バリア室３０内で温度低下を伴いながら、気液二相の流体に変化し、その体積が膨張する。このような低温の気液二相流体は、メカニカルシール２０にダメージを与え、メカニカルシール２０を破壊してしまうことがある。

【0048】

そこで、そのようなメカニカルシール２０へのダメージを防止するために、逃しライン５６内の圧力が予め設定された圧力範囲から外れたときに、弁アクチュエータ６１は圧力逃し弁５７を開く。揮発性液体がバリア室３０内に漏洩すると、揮発性液体の少なくとも一部は気化するので、バリア室３０に連通する逃しライン５６内の圧力が上昇する。気体圧力センサ６０はこの圧力の上昇を検出し、弁アクチュエータ６１を作動させる。弁アクチュエータ６１は圧力逃し弁５７を開き、揮発性流体（液相、気相、または気液二相の揮発性の流体）を、バリア室３０から逃しライン５６を通じて流出させることができる。揮発性流体は、バリアガスとともに、逃しライン５６を通じて回収される。回収された揮発性流体は、燃焼処理などの無害化処理をしてもよい。

【0049】

本実施形態では、弁アクチュエータ６１は、エアシリンダ７８および作動流体供給弁８０の組み合わせから構成されている。エアシリンダ７８は、圧力逃し弁５７に連結されており、圧力逃し弁５７を開くように動作する。エアシリンダ７８は、作動流体供給弁８０を経由して作動流体供給源８１に接続されている。作動流体供給源８１の例としては、空気供給源が挙げられる。空気供給源は、ポンプシステムが設置されている施設にユーティリティ設備として設けられた空気供給ラインであってもよい。一実施形態では、弁アクチュエータ６１は、モータ駆動型アクチュエータであってもよい。

【0050】

気体圧力センサ６０は、作動流体供給弁８０に電気的に接続されており、逃しライン５６内の圧力の測定値を作動流体供給弁８０に送信するように構成されている。作動流体供給弁８０は、その内部にメモリ（図示せず）を有しており、このメモリに上記圧力範囲の上限値および下限値を予め記憶している。逃しライン５６内の圧力の測定値が圧力範囲を外れたときに、作動流体供給弁８０が開き、作動流体が作動流体供給源８１からエアシリンダ７８に供給される。これによりエアシリンダ７８が作動して圧力逃し弁５７を開く。揮発性流体（液相、気相、または気液二相の揮発性の流体）は、バリア室３０から逃しライン５６を通じて排出される。

【0051】

バリア室３０内に揮発性液体が漏洩すると、揮発性流体（液相、気相、または気液二相の揮発性の流体）は、大気側に配置された第２回転側シールリング２２Ａおよび第２静止側シールリング２２Ｂのシール面間の隙間を通過する。このような場合であっても、揮発性流体は、バリアガス流入ライン６６から注入されたバリアガスにより、バリアガス回収ライン７２に運ばれ、バリアガスとともにバリアガス回収ライン７２を通って回収される。

【0052】

このように、本実施形態のシールシステム２は、揮発性液体のバリア室３０への漏洩を防止できるのみならず、たとえ揮発性液体がバリア室３０内に漏れた場合であっても、揮発性液体（揮発性流体）が周囲雰囲気に漏洩することを防止することができる。したがって、本発明は、揮発性液体を安全に取り扱うことができるポンプシステムを提供することができる。

【0053】

気体圧力センサ６０は、信号発信機８５に電気的に接続されており、逃しライン５６内の圧力の測定値を信号発信機８５に送信するように構成されている。信号発信機８５は、その内部にメモリ（図示せず）を有しており、このメモリに上記圧力範囲の上限値および下限値を予め記憶している。逃しライン５６内の圧力の測定値が圧力範囲を外れたときに、信号発信機８５は、ポンプ停止信号を発するように構成されている。信号発信機８５は、ポンプ１の原動機（図示せず）の運転を制御する運転制御部８７に有線通信または無線通信によって接続されている。ポンプ停止信号は、運転制御部８７に送信され、運転制御部８７は、ポンプ停止信号を受けて、ポンプ１の原動機を停止させる。これにより、ポンプ１の運転が停止され、揮発性液体の漏洩の拡大を防ぐことができる。

【0054】

ポンプ側のシールリング２１Ａ，２１Ｂのシール面が損傷すると、揮発性液体がバリア室３０に漏洩することがありうる。バリア室３０内に十分な圧力が保持されている場合は、揮発性液体は液状のままバリア室３０内に漏洩する。しかし、揮発性液体が大気側のシールリング２２Ａ，２２Ｂに到達すると、シールリング２２Ａ，２２Ｂのシール面が損傷することがある。このような場合、バリア室３０内の圧力が低下する。また、大気側のシールリング２２Ａ，２２Ｂのシール面がなんらかの原因で損傷した場合、またはバリアガス供給システム３２がバリアガスの供給圧力を上げられない場合には、バリア室３０の圧力が落ちてしまう。

【0055】

そこで、気体圧力センサ６０によって測定されたバリア室３０内の圧力が上記圧力範囲を外れた場合（すなわち、圧力範囲の下限値を下回る場合）、あるいは、バリア室３０内の圧力の変化率の絶対値が所定の値よりも大きい場合には、信号発信機８５はポンプ停止信号を発する。さらに、バリア室３０の圧力が下がった場合には、漏れた揮発性液体が揮発してしまうことが考えられるので、気体圧力センサ６０によって測定されたバリア室３０内の圧力が上記圧力範囲を外れた場合（すなわち、圧力範囲の下限値を下回る場合）、あるいは、バリア室３０内の圧力の変化率の絶対値が所定の値よりも大きい場合には、弁アクチュエータ６１は圧力逃し弁５７を開けて、揮発した気液二相流体を逃がす。尚、このような場合でも、大気側シール室６３にバリアガスを流すので、揮発性液体の大気中への気化および拡散を確実に防止することが可能である。

【0056】

図３は、シールシステム２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および動作は、図１および図２を参照して説明した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。本実施形態では、シールシステム２は、逃しライン５６に接続された圧力アキュムレータ８８を備えている。この圧力アキュムレータ８８は、逃しライン５６を通じてバリア室３０に連通している。

【0057】

圧力アキュムレータ８８の内部にはダイヤフラム８８ａが配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。逃しライン５６内のバリアガスの一部は圧力アキュムレータ８８内に導入され、圧力アキュムレータ８８内に蓄積される。圧力アキュムレータ８８内に蓄積されたバリアガスは、圧力アキュムレータ８８内に予め封入されている上記気体の圧力により加圧される。何らかの原因で、バリアガス供給システム３２からのバリアガスの供給が停止したり、バリアガスの供給圧力が低下したときに、圧力アキュムレータ８８は、バリア室３０内にバリアガスを逃しライン５６を通じて供給し、バリア室３０内の圧力をポンプ側シール室４３内の揮発性液体の圧力よりも高く維持することができる。

【0058】

逃しライン５６には、ドレンポット９０が接続されている。このドレンポット９０には、ドレンポット９０内の液面レベルを検出する液面検出器９１が取り付けられている。ポンプ側のシールリング２１Ａ，２１Ｂのシール面が損傷すると、揮発性液体がバリア室３０に漏洩することがありうる。バリア室３０内に十分な圧力が保持されている場合は、揮発性液体は液状のままバリア室３０内に漏洩する。揮発性液体は逃しライン５６を流れてドレンポット９０内に集められる。ドレンポット９０内の揮発性液体の液面レベルが設定レベルに達したことを液面検出器９１が検出すると、液面検出器９１は漏洩検出信号を発する。この漏洩検出信号は、運転制御部８７に送信され、運転制御部８７は、漏洩検出信号を受けて、ポンプ１の原動機を停止させる。液面検出器９１の具体的な構成は特に限定されないが、液面検出器９１の例としては接触式液面センサ、非接触式液面センサ、フロートスイッチなどが挙げられる。

【0059】

図４は、シールシステム２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および動作は、図１および図２を参照して説明した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。本実施形態では、シールシステム２は、バリア室３０内に設けられた室内非接触シールとしてのラビリンスシール９５を備えている。このラビリンスシール９５は、軸スリーブ３８に固定されたシールリングホルダ４０の外周面上に設けられている。

【0060】

ラビリンスシール９５と、バリア室３０を形成するスタッフィングボックス３５の内面との間には微小な隙間が形成されており、ラビリンスシール９５は、スタッフィングボックス３５とは非接触である。ラビリンスシール９５は、バリア室３０に面するバリアガス供給口５３の大気側に位置している。さらに、ラビリンスシール９５は、バリア室３０に面する流体入口５８の大気側に位置している。バリアガス供給口５３および流体入口５８は、第１静止側シールリング２１Ｂとラビリンスシール９５の間に位置している。ラビリンスシール９５は、第１静止側シールリング２１Ｂと第２静止側シールリング２２Ｂとの間に位置している。

【0061】

バリアガス供給口５３からバリア室３０内に供給されたバリアガスの一部は、ポンプ側に配置された第１回転側シールリング２１Ａおよび第１静止側シールリング２１Ｂのシール面間の微小な隙間を通ってポンプ側シール室４３内に流れる。同時に、バリアガス供給口５３からバリア室３０内に供給されたバリアガスの一部は、ラビリンスシール９５を通過し、大気側に配置された第２回転側シールリング２２Ａおよび第２静止側シールリング２２Ｂのシール面間の微小な隙間を通り、大気側シール室６３に向かって流れる。

【0062】

ポンプ側シール室４３内の揮発性液体がバリア室３０内に漏洩した場合であっても、揮発性流体（気相、液相、または気液二相の流体）は、ラビリンスシール９５に堰き止められ、大気側に配置された第２回転側シールリング２２Ａおよび第２静止側シールリング２２Ｂに到達することが阻止される。

【0063】

上述したように、揮発性液体がバリア室３０内に漏洩すると、弁アクチュエータ６１が圧力逃し弁５７を開く。その結果、バリアガス供給口５３から流体入口５８に流れるバリアガスの流れがバリア室３０内に形成される。バリア室３０内に漏洩した揮発性流体は、バリアガスとともに流体入口５８に流入し、逃しライン５６を通って回収される。このように、ラビリンスシール９５は、バリア室３０内に漏洩した揮発性流体を流体入口５８に導く機能を有しており、揮発性流体が大気側に流れることを防止することができる。一実施形態では、室内非接触シールとして、ラビリンスシール９５に代えて、ねじ条シールであってもよい。

【0064】

図５は、シールシステム２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および動作は、図１および図２を参照して説明した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。本実施形態では、シールシステム２は、ポンプ側シール室４３内に配置されたポンプ側非接触シールとしてのフローティングシール９７を備えている。

【0065】

フローティングシール９７は、ポンプ側シール室４３を形成するスタッフィングボックス３５の垂直面３５ａにスプリング９８によって押し付けられている。フローティングシール９７は、回転軸５を囲むように配置されている。より具体的には、フローティングシール９７は、回転軸５の外周面に固定された軸スリーブ３８の周囲に配置されており、回転軸５および軸スリーブ３８はフローティングシール９７を貫通して延びている。フローティングシール９７の内周面と、軸スリーブ３８の外周面との間には、微小な隙間が形成されており、フローティングシール９７は軸スリーブ３８および回転軸５とは非接触である。フローティングシール９７は環状であり、例えば、カーボンリングから構成される。

【0066】

メカニカルシール２０が正常に機能している間は、ポンプ側シール室４３には揮発性液体の流れは実質的に形成されない。メカニカルシール２０が損傷、または大きく摩耗した結果として、ポンプ側シール室４３内の揮発性液体がバリア室３０内に漏洩すると、揮発性液体は、フローティングシール９７の内周面と、軸スリーブ３８の外周面との間に形成された微小な隙間を流れる。このとき、揮発性液体の圧力が下がり、揮発性液体の温度が上がる。結果として、揮発性液体の少なくとも一部は気化する。気化した揮発性流体は、揮発性液体に比べて、メカニカルシール２０にダメージを与えにくい。よって、フローティングシール９７は、揮発性流体が漏洩したときのメカニカルシール２０のダメージを最小限にすることができる。一実施形態では、ポンプ側シール室４３内に配置されたポンプ側非接触シールは、フローティングシール９７に代えて、ラビリンスシールであってもよい。

【0067】

図６は、シールシステム２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および動作は、図１および図２を参照して説明した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。本実施形態では、シールシステム２は、圧力制御弁５０をバイパスするバイパスライン１００と、バイパスライン１００に取り付けられたバイパス弁１０１と、バリアガス流入ライン６６に取り付けられた開閉弁１０２をさらに備えている。バイパスライン１００の一端は、圧力制御弁５０の上流側の位置でバリアガス供給ライン５２に接続され、バイパスライン１００の他端は、圧力制御弁５０の下流側の位置でバリアガス供給ライン５２に接続されている。

【0068】

バイパス弁１０１および開閉弁１０２は、手動弁である。通常運転時には、開閉弁１０２は開状態にあり、バイパス弁１０１は閉状態にある。メカニカルシール２０が損壊した結果として揮発性液体がバリア室３０内に漏洩し、メカニカルシール２０を分解する必要が生じた場合は、開閉弁１０２を閉じ、バイパス弁１０１を開く。バリアガスは、バリアガス流入ライン６６を流れる代わりに、バイパスライン１００を通ってバリアガス供給ライン５２に流入し、バリア室３０内に供給される。本実施形態によれば、より多くのバリアガスがバリア室３０に供給されるので、バリア室３０内に漏れた揮発性流体は逃しライン５６を通って流出しやすくなる。

【0069】

図７は、シールシステム２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および動作は、図１および図２を参照して説明した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。本実施形態では、シールシステム２は、バリアガス流入ライン６６の代わりに、大気側シール室６３に溶媒液を供給する溶媒液供給ライン１１０を備えている。さらに、シールシステム２は、バリアガス回収ライン７２の代わりに、大気側シール室６３に供給された溶媒液を回収する溶媒液回収ライン１１１を備えている。

【0070】

溶媒液供給ライン１１０の一端は溶媒液供給源１１２に接続され、溶媒液供給ライン１１０の他端は大気側シール室６３に連通している。溶媒液回収ライン１１１の一端は大気側シール室６３に連通している。溶媒液の例としては、水、または水溶液が挙げられる。溶媒液は、溶媒液供給ライン１１０から大気側シール室６３に供給され、大気側シール室６３から溶媒液回収ライン１１１を通って排出される。溶媒液の大気側への漏洩を確実に防止するために、大気側シール室６３内に配置された大気側非接触シールはフローティングシール７３である。

【0071】

揮発性液体の中には、気化するよりも液体（溶媒）に溶けやすい性質のものがある。アンモニアはその代表例である。揮発性液体がアンモニアである場合には、通常運転時に大気側シール室６３に溶媒液供給ライン１１０からアンモニアの溶媒として水（または水溶液）を供給することで、アンモニアが気化する前に水に溶けるので、アンモニアの気化および大気中への拡散を確実に防止することが可能である。

【0072】

アンモニアは、水に溶けるときに発熱し、また水は懸濁するので、アンモニアの漏れの程度を調査するために、溶媒液の温度を測定する溶媒液温度センサ１１４、および溶媒液の懸濁度を観察するためのフローサイト１１５が溶媒液回収ライン１１１に取り付けられている。尚、ポンプ１の置かれる環境が、氷点下の寒冷地の場合には、凍結しない溶媒液が必要となるので、溶媒液として不凍液、特にグリセリン水溶液を用いるのが好ましい。

【0073】

図８は、シールシステム２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および動作は、図１および図２を参照して説明した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。本実施形態では、シールシステム２は、第１静止側シールリング２１Ｂの温度を測定する第１温度センサ１２１と、第２静止側シールリング２２Ｂの温度を測定する第２温度センサ１２２を備えている。

【0074】

シールリング２１Ａ，２１Ｂのシール面、およびシールリング２２Ａ，２２Ｂのシール面は、安定的な運転時には、バリアガスに接触している。しかしながら、揮発性液体がバリア室３０内に漏洩すると、シール面の摩擦熱により揮発性液体の一部がシール面上で気化する。結果として、シール面上で圧力が局所的に上昇し、シール面圧が不安定になる。さらに、シール面の摩擦抵抗はウエット環境とドライ環境とで異なるために、シール面の摺動状態が不安定になると想定される。そして、その状態は静止側シールリング２１Ｂ，２２Ｂの温度の変化となって顕れる。

【0075】

そこで、本実施形態のシールシステム２は、メカニカルシール２０の静止側シールリング２１Ｂ，２２Ｂの各々の温度を測定する第１温度センサ１２１および第２温度センサ１２２を備える。第１温度センサ１２１および第２温度センサ１２２は、信号発信機１２５に電気的に接続されており、静止側シールリング２１Ｂ，２２Ｂの温度の測定値を信号発信機１２５に送信するように構成されている。信号発信機１２５は、静止側シールリング２１Ｂの温度の測定値または静止側シールリング２２Ｂの温度の測定値がしきい値を超えたときに、ポンプ停止信号を発するように構成されている。ポンプ停止信号は、運転制御部８７に送信され、運転制御部８７は、ポンプ停止信号を受けて、ポンプ１の原動機を停止させる。これにより、ポンプ１の運転が停止され、揮発性液体の漏洩の拡大を防ぐことができる。信号発信機１２５と、上述した実施形態の信号発信機８５は、１つの信号発信機から構成されてもよい。

【0076】

上述した各実施形態は適宜組み合わせることができる。例えば、図４に示すラビリンスシール９５、および図５に示すフローティングシール９７は、図３、図６、図７、図８に示す実施形態と組み合わせることができる。また、図４に示すラビリンスシール９５は、図５に示す実施形態と組み合わせることができる。

【0077】

上述した各実施形態に示すポンプ１は、複数の羽根車を有する多段ポンプであるが、本発明は上述した実施形態に限らず、両吸込単段ポンプ、および片吸込単段ポンプにも適用することができる。

【0078】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、液体アンモニアなどの揮発性液体を昇圧するためのポンプに使用されるシールシステムに利用可能である。

【符号の説明】

【0080】

１ ポンプ
２ シールシステム
５ 回転軸
７ 羽根車
８ ケーシング
８Ａ 吸込み口
８Ｂ 吐出し口
１０ ラジアル軸受
１１ スラスト軸受
１５ バランス機構
１６ バランス室
１７ バランスライン
２０ メカニカルシール
２１Ａ 第１回転側シールリング
２１Ｂ 第１静止側シールリング
２２Ａ 第２回転側シールリング
２２Ｂ 第２静止側シールリング
２３ 第１スプリング
２４ 第２スプリング
３０ バリア室
３２ バリアガス供給システム
３５ スタッフィングボックス
３８ 軸スリーブ
４０ シールリングホルダ
４３ ポンプ側シール室
４６ バリアガス供給源
４７ コンプレッサ
５０ 圧力制御弁
５２ バリアガス供給ライン
５３ バリアガス供給口
５４ 液体圧力センサ
５６ 逃しライン
５７ 圧力逃し弁
５８ 流体入口
６０ 気体圧力センサ
６１ 弁アクチュエータ
６３ 大気側シール室
６６ バリアガス流入ライン
６９ 圧力制御弁
７２ バリアガス回収ライン
７３ フローティングシール
７５ 止め輪
７７ スプリング
７８ エアシリンダ
８０ 作動流体供給弁
８１ 作動流体供給源
８５ 信号発信機
８７ 運転制御部
８８ 圧力アキュムレータ
８８ａ ダイヤフラム
９０ ドレンポット
９１ 液面検出器
９５ ラビリンスシール
９７ フローティングシール
９８ スプリング
１００ バイパスライン
１０１ バイパス弁
１０２ 開閉弁
１１０ 溶媒液供給ライン
１１１ 溶媒液回収ライン
１１２ 溶媒液供給源
１１４ 溶媒液温度センサ
１１５ フローサイト
１２１ 第１温度センサ
１２２ 第２温度センサ
１２５ 信号発信機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】