(57)【要約】【課題】流体の漏洩防止において耐久時間を長時間化することが可能な軸シール構造及び一次冷却材循環ポンプを提供することを目的とする。【解決手段】軸シール構造は、軸線方向に沿って分割されて形成された合口部を有し、主軸１０周りにリング状に設けられたシールリング１と、主軸１０の周方向に沿ってシールリング１に設けられ、シールリング１と接触しながら主軸１０の中心方向へ移動し、主軸１０の周方向に沿ってシールリング１に対して相対移動するサポート部材６と、合口部内でサポート部材６と接続され、通常運転時よりも高温になったときサポート部材６を主軸１０の中心方向へ押圧するサーモスイッチ３とを備え、シールリング１は、通常運転時にシールリング１を主軸１０から離隔した位置で固定されており、通常運転時よりも高温になったときサポート部材６によって主軸１０の中心方向に移動する。【選択図】図２
2014080961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの軸シール構造であって、
軸線方向に沿って分割されて形成された合口部を有し、軸周りにリング状に設けられたシールリングと、
軸の周方向に沿って前記シールリングに設けられ、前記シールリングと接触しながら前記軸の中心方向へ移動し、前記軸の周方向に沿って前記シールリングに対して相対移動する支持部材と、
前記合口部内で前記支持部材と接続され、通常運転時よりも高温になったとき前記支持部材を前記軸の中心方向へ押圧する第１駆動部と、
を備え、
前記シールリングは、前記通常運転時に前記シールリングを前記軸から離隔した位置で固定されており、前記通常運転時よりも高温になったとき前記支持部材によって前記軸の中心方向に移動する軸シール構造。
【請求項２】
前記通常運転時に前記シールリングの前記合口部に挟まれて、前記シールリングを前記軸から離隔させ、前記シールリングが前記軸の中心方向へ移動したとき、前記シールリングの前記合口部から外れる離隔部材を更に備える請求項１に記載の軸シール構造。
【請求項３】
前記第１駆動部が、前記通常運転時に前記シールリングを前記軸から離隔した位置で固定する請求項１又は２に記載の軸シール構造。
【請求項４】
前記合口部の近傍にて前記シールリングと接触し、前記通常運転時よりも高温になったとき前記シールリングを前記軸の中心方向へ押圧する第２駆動部を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載の軸シール構造。
【請求項５】
前記シールリングは金属製であり、前記シールリングの表面には前記シールリングよりも弾性率が小さい材料が施されている請求項１から４のいずれか１項に記載の軸シール構造。
【請求項６】
前記シールリングよりも弾性率が小さい材料は、前記シールリングの前記軸側の表面のうち前記ポンプの高圧側に施され、他の部分は前記シールリングの金属部分が露出している請求項５に記載の軸シール構造。
【請求項７】
前記シールリングよりも弾性率が小さい材料は、前記シールリングの表面のうち前記ポンプの低圧側に施され、他の部分は前記シールリングの金属部分が露出している請求項５に記載の軸シール構造。
【請求項８】
前記シールリングよりも弾性率が小さい漏洩防止部が、前記シールリングの前記合口部に設置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の軸シール構造。
【請求項９】
前記漏洩防止部は、金属製の材料によって補強されている請求項８に記載の軸シール構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の軸シール構造を備える一次冷却材循環ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ内部の流体の漏洩を防止する軸シール構造及び一次冷却材循環ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所に用いられる加圧水型原子炉（ＰＷＲ）は、核燃料を収容する圧力容器と、加圧器と、二次蒸気を生成する蒸気発生器と、一次冷却材循環ポンプ（ＲＣＰ）などからなる。冷却材（流体）は、一次冷却材循環ポンプの駆動によって、圧力容器、加圧器及び蒸気発生器を結ぶ循環路を流れる。そして、蒸気発生器で生成された二次蒸気がタービンを駆動することによって発電が行われる。
【０００３】
一次冷却材循環ポンプの主軸における軸シール構造として、例えば軸の周囲に軸線方向に沿って３組のシールが設けられる。シールは、ポンプの内側から外側に向かって第１シール（No.1  Seal）、第２シール（No.2  Seal）、第３シール（No.3  Seal）の順に配置されている。これにより、一次冷却材循環ポンプでは、主軸がシールハウジングの中で回転しつつ、ポンプハウジング内部とシールハウジング外部との間が封止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５１１６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一次冷却材循環ポンプの軸シール構造は、約70℃の冷却材（加圧水）を第１〜第３シールの３段のシールで、約15MPaから大気圧まで減圧する。具体的には、加圧水が第１シールで約15MPaから約0.3MPaまで減圧され、第２シールで約0.3MPaから約0.05MPaまで減圧される構造となっている。
【０００６】
しかし、全交流電源喪失（ＳＢＯ：Station  Black  Out）時には、通常運転時に70℃程度である加圧水温度が約300℃まで上昇することが想定される。この際に、第２シールに約300℃、約15MPaの加圧水が到達してしまう。第２シールは、この約300℃、約15MPaの加圧水に長時間耐えることができるが、更に安全性を向上させる技術が求められている。例えば、特許文献１では、狭い環状の流体流路を取り囲む回転軸の熱動式運転停止シールに関する技術が開示されている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流体の漏洩防止において耐久時間を長時間化することが可能な軸シール構造及び一次冷却材循環ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の軸シール構造及び一次冷却材循環ポンプは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る軸シール構造は、ポンプの軸シール構造であって、軸線方向に沿って分割されて形成された合口部を有し、軸周りにリング状に設けられたシールリングと、軸の周方向に沿って前記シールリングに設けられ、前記シールリングと接触しながら前記軸の中心方向へ移動し、前記軸の周方向に沿って前記シールリングに対して相対移動する支持部材と、前記合口部内で前記支持部材と接続され、通常運転時よりも高温になったとき前記支持部材を前記軸の中心方向へ押圧する第１駆動部とを備え、前記シールリングは、前記通常運転時に前記シールリングを前記軸から離隔した位置で固定されており、前記通常運転時よりも高温になったとき前記支持部材によって前記軸の中心方向に移動する。
【０００９】
この構成によれば、軸周りにリング状に設けられたシールリングは、通常運転時、軸から離隔した位置で固定されている。ポンプ内部流体の温度上昇によって、第１駆動部が通常運転時よりも高温化したとき、シールリングの合口部内で支持部材と接続された第１駆動部は、支持部材を軸の中心方向へ押圧する。このとき、支持部材は、シールリングと接触しながら軸の中心方向へ移動し、軸の周方向に沿ってシールリングに対して相対移動する。したがって、シールリングは、支持部材を介して第１駆動部によって押圧されて、合口部の間隔を狭めながら、軸の中心方向へ移動する。その結果、シールリングは、通常運転時は軸回転を妨げることなく軸から離隔しているが、温度上昇が生じている異常発生状態では軸との間隔が低減して、ポンプ内部の軸近傍を通過しようとする流体の流れを妨げ、流体がシールリングよりも下流へ漏洩することを低減又は防止する。
【００１０】
上記発明において、前記通常運転時に前記シールリングの前記合口部に挟まれて、前記シールリングを前記軸から離隔させ、前記シールリングが前記軸の中心方向へ移動したとき、前記シールリングの前記合口部から外れる離隔部材を更に備えてもよい。
【００１１】
この構成によれば、通常運転時、シールリングの合口部には離隔部材が挟まれており、シールリングは軸から離隔している。そして、ポンプ内部流体の温度上昇によって、通常運転時よりも高温になったとき、シールリングが支持部材を介して第１駆動部によって押圧される。そして、シールリングが軸の中心方向へ移動したとき、離隔部材が合口部から外れることによって、合口部の間隔が狭くなりシールリングが更に軸側へ移動する。
【００１２】
上記発明において、前記第１駆動部が、前記通常運転時に前記シールリングを前記軸から離隔した位置で固定してもよい。
この構成によれば、シールリングは、通常運転時、第１駆動部によって軸から離隔した位置で固定されている。
【００１３】
上記発明において、前記合口部の近傍にて前記シールリングと接触し、前記通常運転時よりも高温になったとき前記シールリングを前記軸の中心方向へ押圧する第２駆動部を更に備えてもよい。
【００１４】
この構成によれば、ポンプ内部流体の温度上昇によって、第２駆動部が通常運転時よりも高温化したとき、シールリングと接触する第２駆動部は、シールリングを軸の中心方向へ押圧する。その結果、第１駆動部のみで押圧する場合に比べて、シールリングを軸に押圧する力が増大し、シールリングの合口部の密閉性や、シールリングと軸との間の密閉性を向上させることができる。
【００１５】
上記発明において、前記シールリングは金属製であり、前記シールリングの表面には前記シールリングよりも弾性率が小さい材料が施されてもよい。
この構成によれば、シールリングの表面に、弾性率が小さい軟質材料のコーティング、例えば、銀メッキ、合成樹脂コーティング、又はゴム焼付けなどが施され、シールリングが軸に接触したときの密着性を向上させることができる。
【００１６】
上記発明において、前記シールリングよりも弾性率が小さい材料は、前記シールリングの前記軸側の表面のうち前記ポンプの高圧側に施され、他の部分は前記シールリングの金属部分が露出してもよい。
【００１７】
この構成によれば、シールリングの軸側かつ高圧側の表面において、シールリングよりも弾性率が小さい材料がシールリングの金属製の部分と軸との間に施されて、シールリングが軸に接触したときの密着性を向上させ、軸表面の傷などからの流体の漏洩を低減又は防止する。
また、シールリングの軸側であって、シールリングよりも弾性率が小さい材料が施されていない部分、シールリングの低圧側の表面は、シールリングの金属部分が露出していることから、軸とシールリングの金属部分が接触する。これにより、シールリングが流体によって下流側、すなわちポンプの高圧側から低圧側に押圧されたとき、シールリングの金属部分がシールリングを確実に保持できる。また、シールリングよりも弾性率が小さい材料がポンプの低圧側にはみ出すことを防止できる。
【００１８】
上記発明において、前記シールリングよりも弾性率が小さい材料は、前記シールリングの表面のうち前記ポンプの低圧側に施され、他の部分は前記シールリングの金属部分が露出してもよい。
この構成によれば、シールリングの低圧側の表面において、シールリングよりも弾性率が小さい材料がシールリングの金属製の部分と軸又はハウジングとの間に施されて、シールリングが軸又はハウジングに接触したときの密着性を向上させ、軸表面又はハウジング表面の傷などからの流体の漏洩を低減又は防止できる。
【００１９】
上記発明において、前記シールリングよりも弾性率が小さい漏洩防止部が、前記シールリングの前記合口部に設置されてもよい。
この構成によれば、シールリングの合口部において、シールリングよりも弾性率が小さい漏洩防止部が設けられて、シールリングが軸に接触したときの合口部における密着性を向上させ、流体の漏洩を低減又は防止できる。
【００２０】
上記発明において、前記漏洩防止部は、金属製の材料によって補強されてもよい。
この構成によれば、シールリングが流体によって下流側、すなわちポンプの高圧側から低圧側に押圧されたとき、漏洩防止部の金属部分がシールリングよりも弾性率が小さい材料を保持して、シールリングよりも弾性率が小さい材料がポンプの低圧側にはみ出すことを防止できる。
【００２１】
また、本発明に係る一次冷却材循環ポンプは、上述の軸シール構造を備える。
この構成によれば、軸シール構造が設けられていることによって、温度上昇時に流体が当該軸シール構造よりも下流へ漏洩することを低減又は防止できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、流体の漏洩防止において耐久時間を長時間化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す縦断面図であり、図１のII−II線で切断した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す部分拡大横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す部分拡大横断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るシールリングを示す側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るシールリングを示す側面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係るシールリングの変形例を示す縦断面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す部分拡大横断面図である。
【図２１】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールを示す部分拡大横断面図である。
【図２２】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大横断面図である。
【図２３】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大横断面図である。
【図２４】主軸とシールリングの関係を示す横断面図である。
【図２５】主軸とシールリングの関係を示す横断面図である。
【図２６】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大横断面図である。
【図２７】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大横断面図である。
【図２８】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大縦断面図である。
【図２９】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大横断面図である。
【図３０】本発明の他の実施形態に係る軸シール構造における漏洩防止シールの変形例を示す部分拡大横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る軸シール構造について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態に係る軸シール構造は、例えば原子力発電所に用いられる加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の一次冷却材循環ポンプに適用される。一次冷却材循環ポンプの軸シール構造は、ポンプの内側から外側に向かって第１シール（No.1  Seal）、第２シール（No.2  Seal）、第３シール（No.3  Seal）の順に配置されている。この３組のシールを構成する部材は、総称してシールアッセンブリともいう。そして、本実施形態では、更に第１シールと第２シールの間に漏洩防止シールが設けられる。図２及び図４では、図中の下側がポンプ内側であり、本実施形態の漏洩防止シールよりも下側に第１シールが位置する。また、図中の上側がポンプ外側であり、漏洩防止シールよりも上側に第２シールが位置する。
【００２５】
以下では、本実施形態の漏洩防止シールについて説明する。漏洩防止シールによって、全交流電源喪失（ＳＢＯ：Station  Black  Out）の条件において、シールの安全性を更に向上させることができる。
【００２６】
漏洩防止シールは、一次冷却材循環ポンプ（以下「ポンプ」という。）の軸シール構造におけるシールハウジングにて、主軸１０に面するように主軸１０の周囲に設けられる。漏洩防止シールは、図１〜図３に示すように、例えばシールリング１と、シールリング収容溝２と、サーモスイッチ３と、サポート部材６などからなる。
【００２７】
シールハウジングは、主軸１０に面して主軸１０周りに設けられる部材であり、主軸１０の軸シール構造の構成部材の一つである。シールハウジングは、図２に示すように複数の部材、例えばシールハウジング分割部材１１、１２などからなる。これらのシールハウジング分割部材１１、１２がボルトによって互いに結合されることによって、一体化されたシールハウジングとなる。
【００２８】
シールハウジング分割部材１１、１２間には、図２に示すように、金属Ｏリング１４が主軸１０を囲むように設けられる。金属Ｏリング１４は、シールハウジング外部への流体（冷却材）の漏洩を防止する。ポンプの通常運転時、シールハウジングと主軸１０の間は、隙間が形成されており、主軸１０が軸心周りにスムーズに回転する。
【００２９】
シールリング１は、シールリング収容溝２内に設置され、図１に示すように、主軸１０の周囲にリング状に設けられる。シールリング収容溝２は、縦断面が凹状の溝であって、例えばシールハウジング分割部材１２の主軸１０の周囲にリング状に形成される。
【００３０】
シールリング１は、温度上昇が生じている異常発生時以外の通常運転時において、図１〜図３に示すように、シールリング１の内周面が主軸１０から離隔した位置にある。一方、温度上昇が生じると、サポート部材６が、サーモスイッチ３によって押圧されて主軸１０側へ移動し、シールリング１は、図４及び図５に示すように、サポート部材６と共に主軸１０側へ移動して、内周面が主軸１０と接触する。
【００３１】
シールリング１は、耐食性、主軸１０と接触したときの密着面における密封性、温度上昇時の耐熱性、圧力上昇時の耐圧性、及び強度があることが望ましい。また、シールリング１は、主軸１０が通常回転しているときに、万一摺動面となってしまった場合を考慮して低摩擦係数であることなどが望ましい。シールリング１は、例えばステンレス鋼製である。なお、シールリング１は、表面に軟質材料のコーティング、例えば、銀メッキ、合成樹脂コーティング、又はゴム焼付けなどが施されてもよい。また、コーティングではなく、同様の軟質材料をシールリング１にインサートしてもよい。これにより、シールリング１が主軸１０やシールハウジングに接触したときの密着性を向上させることができる。
【００３２】
シールリング１は、図２に示すように、縦断面が例えば四角形状であり、少なくともサポート部材６が挿入される部分は、中空に形成される。また、シールリング１の外側（すなわち、主軸１０側に対して反対側）には、図６に示すように、サーモスイッチ３のロッド５に対応して切り欠き溝１ａが形成される。図７に示すように、シールリング１が閉じたとき、切り欠き溝１ａがロッド５を挟むことによって、図５に示すように、シールリング１の内周面側が完全に閉じる。
【００３３】
シールリング１は、主軸１０の軸線方向に対して垂直方向に切断した断面形状がＣ字形状である。シールリング１は、弾性を有しており、主軸１０の外周面を締める方向に付勢する。シールリング１は、軸線方向に沿って切断された形状の合口部７を有する。これにより、図５のように、シールリング１がストッパー９から外れたとき、シールリング１の合口部７の開き量がゼロになり、かつ、主軸１０とシールリング１が接触する。
【００３４】
サーモスイッチ３は、シールリング１よりも外側に、主軸１０の径方向に設けられる。サーモスイッチ３はロッド５を保持しており、温度上昇によってロッド５がサーモスイッチ３の本体の内部から外部へ突出する。ロッド５の先端は、主軸１０の中心に向かって移動する。サーモスイッチ３は、例えばサーモアクチュエータであり、ワックスを封入した金属ベローズ、バイメタル又は形状記憶合金などでもよい。
【００３５】
ここで、サーモスイッチ３のロッド５が移動を開始する温度は、ＳＢＯ時の温度を考慮して決定される。例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）では、ポンプ通常運転時に約70℃である流体（加圧水）温度が、ＳＢＯ時には約300℃まで上昇することが想定されている。そこで、ＳＢＯ時に、サーモスイッチ３が駆動することとし、例えば、約150℃以上に温度が上昇したとき、サーモスイッチ３が駆動を完了して、ロッド５が突出し終えるようにする。
【００３６】
サーモスイッチ３のロッド５の先端部は、サポート部材６と接続される。したがって、ロッド５が主軸１０の中心に向かって移動することによって、サポート部材６も主軸１０の中心に向かって移動する。
【００３７】
サーモスイッチ３は、サポート部材６と接続される部分に設置される。したがって、シールリング１の合口部７がシールリング１において１箇所であり、１箇所の合口部７に対してサポート部材６が一つ設けられる場合は、サーモスイッチ３は、一つのシールリング１に対して一つ設置される。
【００３８】
なお、サーモスイッチ３の両脇にサーモスイッチ４が１本ずつ又は複数本ずつ設置されてもよい。サーモスイッチ４の先端、すなわちロッド５の先端は、サーモスイッチ３とは別のサポート部材６が接続される。なお、ロッド５の先端は、サポート部材６が設けられないで、ロッド５の棒状のままでもよい。サーモスイッチ４が設置されることによって、シールリング１を主軸１０の中心に向かって押圧する力が増加する。また、シールリング１が主軸１０の外周面に押し付けられているとき、合口部７を塞ぐ力が増し、シール性を高めることができる。
【００３９】
さらに、サーモスイッチ３、４が複数本設けられることで、故障等を理由にサーモスイッチ３、４のいずれかが駆動しなかった場合にも、残りのサーモスイッチ３、４でシールリング１を押圧することができ、ロバスト性を向上させる。
【００４０】
なお、サーモスイッチ４もサーモスイッチ３と同一のサポート部材６と接続されるとすると、サーモスイッチ３が駆動しなかった場合に、サーモスイッチ４がシールリング１を押圧できないおそれがある。そこで、本実施形態のように、サーモスイッチ３、４がそれぞれ異なるサポート部材６を押圧することで、他のサーモスイッチ３、４の駆動に影響されず、シールリング１を確実に移動させることができる。
【００４１】
サポート部材６は、例えば円弧状の部材であって、主軸１０やシールリング１の周方向に沿って設けられる。サポート部材６の中間部分は、シールリング１の内部で、サーモスイッチ３のロッド５の先端部と接続される。サポート部材６は、シールリング１の中空部分に挿入されている。
【００４２】
また、サポート部材６は、通常運転時、シールリング１の内壁のうちサーモスイッチ３側の壁と接触する。一方、サーモスイッチ３が駆動することによって、サポート部材６は、シールリング１の内壁のうち主軸１０側の壁と接触する。これにより、通常運転時、サポート部材６は、シールリング１を外側方向に広げて固定する。また、温度上昇時、サポート部材６は、シールリング１を主軸１０の中心側に移動させる。
【００４３】
スペーサ８は、主軸１０の中心に対してサーモスイッチ３とは反対側のシールリング収容溝２内に設置される。スペーサ８は、シールリング収容溝２の奥行きを、シールリング収容溝２の他の部分に比べて短くする。これにより、シールリング１を設置するときにシールリング１がシールリング収容溝２の内部で所定の位置に保持できるように位置を調節することができる。また、サーモスイッチ３がシールリング１を押圧するとき、シールリング１全体が押圧方向に移動することを抑制し、シールリング１が主軸１０の外周面に嵌らないことを防止する。すなわち、スペーサ８が設けられることによって、シールリング１全体の移動が抑制される。そして、シールリング１が主軸１０の中心方向に向かって移動可能になり、シールリング１が主軸１０の外周面に確実に嵌るようになる。
【００４４】
ストッパー９は、図１〜図３に示すように、シールリング収容溝２内に固定されており、通常運転時、シールリング１の合口部７に挟まれている。そして、ストッパー９の径方向の長さは、シールリング１がサーモスイッチ３に押圧されて主軸１０の中心方向に移動し、合口部７がストッパー９から外れたとき、シールリング１の合口部７の隙間が閉鎖するように形成されている。
【００４５】
ポンプの通常運転時、シールリング１は、図３に示すように合口部７にストッパー９が挟まれることによって合口部７に隙間部分が設けられ、シールリング１の半径が長くなっている。一方、温度上昇が生じてストッパー９からシールリング１が外れたとき、シールリング１は、ストッパー９による隙間部分がなくなり、シールリング１の半径が短くなり、シールリング１と主軸１０が接触する。
【００４６】
なお、ストッパー９は、合口部７、すなわちサーモスイッチ３の設置位置に対応して設けられており、ストッパー９には、サーモスイッチ３のロッド５が貫通する穴が形成されている。
【００４７】
次に、本実施形態の漏洩防止シールの動作について説明する。
ポンプの通常運転時、漏洩防止シールは図１〜図３に示す状態であり、第１シール側のポンプ室の圧力は約15MPa、第２シール側の圧力は約0.3MPa程度に保たれている。また、流体の温度は、約70℃である。このとき、シールリング１の合口部７がストッパー９を挟んだ状態であり、かつ、サーモスイッチ３のロッド５は、シールリング１の主軸１０の外周面から離れた位置で固定されている。したがって、シールリング１は、図１〜図３に示すように、主軸１０から離隔した位置にあり、シールリング１の内周面と主軸１０の間には隙間が設けられている。その結果、主軸１０は、軸心周りにスムーズに回転できる。
【００４８】
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）で、ＳＢＯ時にサーモスイッチ３が駆動する。そして、ロッド５は、サポート部材６を主軸１０側へ押圧し始める。その結果、サポート部材６がシールリング１の内部で主軸１０側へ移動し、シールリング１の内壁のうち主軸１０側の壁を押圧する。そして、シールリング１は、サポート部材６と共に主軸１０の中心方向へ移動する。シールリング１がある程度移動を完了すると、シールリング１の合口部７がストッパー９から外れる。そして、図４及び図５に示すように、シールリング１が主軸１０の中心方向へ更に移動すると、シールリング１の内周面が主軸１０に接触する。例えば、約150℃以上に温度が上昇したとき、サーモスイッチ３が駆動を完了して、ロッド５が突出し終える。以上より、本実施形態によれば、流体が漏洩防止シールよりも下流へ漏洩することを低減又は防止できる。
【００４９】
従来、第２シールは、約300℃、約15 MPaの加圧水に長時間耐えることができる。本実施形態の漏洩防止シールによって、全交流電源喪失（ＳＢＯ：Station  Black  Out）の条件において、シールの安全性を更に向上させることができる。また、シールリング１は、ステンレス鋼製であることから、通常運転時やＳＢＯ時の耐久性にも問題がない。
【００５０】
次に、本実施形態に係るサーモスイッチ３の一例について説明する。
サーモスイッチ３は、図２及び図３に示すように、サーモスイッチ収容部２１内部に設置され、ばね２２と、移動板２３と、バイメタル２４などを備える。
【００５１】
サーモスイッチ収容部２１は、例えばシールハウジング分割部材１２に形成される。サーモスイッチ収容部２１の主軸１０側の端部には、ロッド５が貫通し、ロッド５の移動が可能な貫通孔（図示せず。）が形成されている。
【００５２】
ロッド５の外周には、板状の移動板２３が固定され、移動板２３は、ロッド５と共にロッド５の軸線方向に移動する。ばね２２は、圧縮ばねであり、サーモスイッチ収容部２１の主軸１０側の端部と移動板２３の間に挟まれて、一端がサーモスイッチ収容部２１の主軸１０側の端部と接触し、他端が移動板２３と接触して設置される。ポンプの通常運転時、ばね２２は、主軸１０の半径方向外側方向に移動板２３を付勢して伸張している。その結果、ロッド５は、主軸１０の半径方向外側に位置する。一方、バイメタル２４によって、ロッド５と移動板２３が主軸１０の中心方向へ押圧されると、ばね２２は、サーモスイッチ収容部２１の主軸１０側の端部と移動板２３との間で縮む。
なお、本発明において、移動板２３を付勢し、反対にバイメタル２４によって収縮する部材は、ばね２２に限定されず、他の弾性部材でもよい。
【００５３】
バイメタル２４は、例えば、皿ばね形状の部材が、ロッド５の軸線方向に複数重ね合わせられたものである。バイメタル２４は、一端がサーモスイッチ収容部２１に対して固定される。バイメタル２４は、通常運転時において、図２及び図３に示すように、縮んだ状態であり、温度上昇が生じると、図４に示すように、伸張して、移動板２３を主軸１０の中心方向に押圧する。その結果、ロッド５は、移動板２３と共に、主軸１０の中心方向へ移動する。
なお、本発明において、温度上昇時に移動板２３を押圧する部材は、バイメタル２４に限定されず、他のサーモアクチュエータでもよい。例えば、バイメタル２４の代わりに、ワックスを封入した金属ベローズ、又は形状記憶合金などでもよい。
【００５４】
なお、上述した実施形態では、一つのシールリング１を備える漏洩防止シールが１組のみ設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限られず、軸方向に２組以上の漏洩防止シールが設置されてもよい。これにより、ロバスト性を更に向上させることができる。また、２組以上の漏洩防止シールが作動することによって、シール性が向上する。
【００５５】
次に、シールリング１の表面に施される軟質材料について説明する。
シールリング１の表面には、例えば、図８〜図１９に示すように、少なくともシールリング１の主軸１０側の表面１ａに軟質材料２５が施される。
【００５６】
軟質材料２５は、図８及び図９に示すように、シールリング１の主軸１０側の表面１ａでは、ポンプの高圧側（ポンプの内側）（図の下側）に施され、他の部分、すなわちポンプの低圧側（図の上側）は、シールリング１の金属部分が露出してもよい。
これにより、シールリング１の主軸側１０かつ高圧側の表面において、軟質材料２５がシールリング１の金属製の部分と主軸１０との間に施されて、シールリング１が主軸１０に接触したときの密着性を向上させ、主軸１０表面の傷などからの流体の漏洩を低減又は防止する。
【００５７】
また、図８及び図９に示すように、シールリング１の主軸１０側であって、軟質材料２５が施されていない部分、すなわち、シールリング１の低圧側の表面は、シールリング１の金属部分が露出していることから、主軸１０とシールリング１の金属部分が接触する。これにより、シールリング１が流体によって下流側、すなわちポンプの高圧側から低圧側に押圧されたとき、シールリング１の金属部分が、主軸１０と接触して、シールリング１を確実に保持できる。また、軟質材料２５は、ポンプの高圧側に設置されていることから、熱変形によって軟質材料２５がポンプの低圧側にはみ出すことを防止できる。
【００５８】
また、本発明は上述した例に限定されず、図１０〜図１９に示すように、軟質材料２５が、シールリング１の主軸１０側の表面１ａのポンプの低圧側に施され、他の部分はシールリング１の金属部分が露出してもよい。
この場合、シールリング１の低圧側の表面において、軟質材料２５がシールリング１の金属製の部分と主軸１０又はシールハウジング分割部材１２との間に施される。その結果、シールリング１が主軸１０又はシールハウジング分割部材１２に接触したときの密着性を向上させ、主軸１０表面又はシールハウジング分割部材１２表面の傷などからの流体の漏洩を低減又は防止できる。
【００５９】
軟質材料２５とシールリング１は、例えば、図１４〜図１９に示すように、係合部が設けられて、主軸１０の半径方向や周方向へのズレを防止するようにしてもよい。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態に係る軸シール構造について、説明する。本実施形態に係る軸シール構造は、シールリング１の合口部７に漏洩防止部３１が設置される点が上述した一実施形態と異なる。上記一実施形態と重複する構成については、詳細な説明を省略する。
【００６１】
シールリング１の合口部７には、図２０に示すように、漏洩防止部３１が設置される。
漏洩防止部３１は、軟質材料、例えば銀等の軟質の金属、合成樹脂又はゴムから構成される。漏洩防止部３１は、例えば、図２０に示すように、シールリング１の端部の両方に結合される。また、漏洩防止部３１は、サポート部材６に設置され、サポート部材６の移動と同時に主軸１０の外周面へ移動可能である。
【００６２】
このとき、漏洩防止部３１が伸縮性を有するため、シールリング１の伸張や収縮に応じて、漏洩防止部３１が変形する。その結果、例えば、図２１に示すように、金属製のシールリング１のみでは補えない合口部７に生じる隙間を塞ぐことができる。したがって、合口部７からの流体のリーク量を低減できる。
【００６３】
漏洩防止部３１を設置しないとき、シールリング１と主軸１０の材料が異なる場合、温度上昇時のある所定温度にて、シールリング１と主軸１０の隙間が０になるように、通常時のシールリング１の周長さが決定される。したがって、ある所定温度と異なる温度まで温度が上昇したとき、主軸１０の径とシールリング１の内径とが一致せず、主軸１０の径に対してシールリング１の内径が増減する。
【００６４】
また、漏洩防止部３１を設置しないとき、シールリング１と主軸１０の材料が同じであっても、熱容量等の影響によって両者に温度差が生じた場合、それぞれ温度に応じた熱伸びによって、熱伸び差が生じる。このときも、主軸１０の径とシールリング１の内径とが一致せず、主軸１０の径に対してシールリング１の内径が増減する。
【００６５】
例えば、主軸１０の径がシールリング１の内径よりも小さい場合、図２４に示すように、シールリング１の両端部が干渉して、主軸１０の外周面とシールリング１の内周面との間に隙間が生じる。また、主軸１０の径がシールリング１の内径よりも大きい場合、図２５に示すように、周長差によって合口部７に隙間が生じる。
【００６６】
これに対して、本実施形態によれば、漏洩防止部３１が設置されることによって、シールリング１と主軸１０との熱伸び差によって発生する合口部７の隙間を低減したり、塞いだりすることができる。その結果、合口部７からの流体のリーク量を低減できる。
【００６７】
また、本実施形態の漏洩防止部３１は、シールリング１の両端に結合される場合に限定されない。例えば、図２２に示すように、漏洩防止部３１は、シールリング１の一端のみに結合されてもよい。この場合、シールリング１が主軸１０の外周面に接触したとき、漏洩防止部３１は、シールリング１の他端に接触する。さらに、漏洩防止部３１は、図２３に示すように、シールリング１の両端のいずれにも結合されなくてもよい。このとき、漏洩防止部３１がサポート部材６に設置されていれば、シールリング１が主軸１０の外周面に接触したとき、漏洩防止部３１は、シールリング１の両端に接触する。図２２及び図２３に示す例のいずれも、シールリング１が主軸１０の外周面に接触したときは、図２１に示すような状態となる。
【００６８】
さらに、本実施形態の漏洩防止部３１は、主軸１０の周方向に沿って設けられる直線状の部材に限定されない。例えば、漏洩防止部３１は、図２９に示すように、Ｖ字型のシール構造でもよい。図３０は、図２９に示した漏洩防止シールが移動した後の状態を示している。シールリング１の合口部７の間隔が狭くなることによって、シールリング１の両端部に設けられた漏洩防止部３１が互いに接触する。
【００６９】
またさらに、漏洩防止部３１は、図２６，図２７，図２８，図２９及び図３０に示すように、金属製の材料などからなる補強材３２によって補強されてもよい。補強材３２は、シールリング１の圧縮変形や漏洩防止部３１の伸張又は圧縮変形を拘束しない程度の剛性を有する。
これにより、シールリング１が流体によって下流側、すなわちポンプの高圧側から低圧側に押圧されたとき、漏洩防止部３１に設けられた補強材３２が漏洩防止部３１の軟質材料を保持して、軟質材料がポンプの低圧側にはみ出すことを防止したり、図２８に示すように、はみ出し量を低減できる。
【符号の説明】
【００７０】
１  シールリング
２  シールリング収容溝
３  サーモスイッチ（第１駆動部）
４  サーモスイッチ（第２駆動部）
５  ロッド
６  サポート部材（支持部材）
７  合口部
８  スペーサ
９  ストッパー（離隔部材）
１０  主軸（軸）
１１、１２  シールハウジング分割部材
１４  金属Ｏリング
２１  サーモスイッチ収容部
２２  ばね
２３  移動板
２４  バイメタル
２５  軟質材料
３１  漏洩防止部
３２  補強材
【図１】
2014080961.tif 000003
【図２】
2014080961.tif 000004
【図３】
2014080961.tif 000005
【図４】
2014080961.tif 000006
【図５】
2014080961.tif 000007
【図６】
2014080961.tif 000008
【図７】
2014080961.tif 000009
【図８】
2014080961.tif 000010
【図９】
2014080961.tif 000011
【図１０】
2014080961.tif 000012
【図１１】
2014080961.tif 000013
【図１２】
2014080961.tif 000014
【図１３】
2014080961.tif 000015
【図１４】
2014080961.tif 000016
【図１５】
2014080961.tif 000017
【図１６】
2014080961.tif 000018
【図１７】
2014080961.tif 000019
【図１８】
2014080961.tif 000020
【図１９】
2014080961.tif 000021
【図２０】
2014080961.tif 000022
【図２１】
2014080961.tif 000023
【図２２】
2014080961.tif 000024
【図２３】
2014080961.tif 000025
【図２４】
2014080961.tif 000026
【図２５】
2014080961.tif 000027
【図２６】
2014080961.tif 000028
【図２７】
2014080961.tif 000029
【図２８】
2014080961.tif 000030
【図２９】
2014080961.tif 000031
【図３０】
2014080961.tif 000032