(57)【要約】【課題】ＳＢＯ発生後、高温高圧流体が到達したときでもポンプシャフト周囲のシール機能を保持可能にする。【解決手段】一実施形態に係るポンプ用シール装置は、ポンプシャフト又は該ポンプシャフトとともに回転する回転部材の外周側に設けられるシール装置であって、一対の周方向端を有し、周方向に延在する内側シールリングと、前記内側シールリングの径方向外側に位置し、複数の切欠きを外周面に有する外側シールリングと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプシャフト又は該ポンプシャフトとともに回転する回転部材の外周側に設けられるシール装置であって、
一対の周方向端を有し、周方向に延在する内側シールリングと、
前記内側シールリングの径方向外側に位置し、複数の切欠きを外周面に有する外側シールリングと、
を備えることを特徴とするポンプ用シール装置。
【請求項２】
前記内側シールリングの前記一対の周方向端の間に隙間が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ用シール装置。
【請求項３】
前記一対の周方向端間の前記隙間に設けられる周方向スペーサを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ用シール装置。
【請求項４】
前記周方向スペーサは、融点が２００℃以下の樹脂により形成された
ことを特徴とする請求項３に記載のポンプ用シール装置。
【請求項５】
前記内側シールリングは、前記一対の周方向端の間の距離が広がるように前記内側シールリングの自然状態を基準として拡径された状態で、前記周方向スペーサによって前記隙間が維持されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のポンプ用シール装置。
【請求項６】
前記内側シールリングは、前記自然状態において、前記一対の周方向端が接触するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載のポンプ用シール装置。
【請求項７】
前記外側シールリングの前記切欠きの各々の周方向位置は、前記周方向スペーサが設けられた周方向位置とずれている
ことを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
【請求項８】
前記切欠きは、径方向内側に向かって周方向における切欠き幅が徐々に小さくなる形状を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
【請求項９】
前記内側シールリングは、ガラス転移温度が２００℃以下の樹脂により構成された
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
【請求項１０】
ポンプシャフト又は該ポンプシャフトとともに回転する回転部材の外周側に設けられるシール装置であって、
シールリングと、
前記シールリングの外周側に設けられるゼンマイばねと、
前記ゼンマイばねが径方向外側へと圧縮された状態で、該ゼンマイばねを固定するロック部と、
を備えることを特徴とするポンプ用シール装置。
【請求項１１】
前記シールリングは樹脂製であり、
前記ロック部は、前記ゼンマイばねが埋設される樹脂リング部材である
ことを特徴とする請求項１０に記載のポンプ用シール装置。
【請求項１２】
前記ロック部は、融点が２００℃以下の樹脂により形成された
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のポンプ用シール装置。
【請求項１３】
ポンプシャフトと、
前記ポンプシャフト又は前記ポンプシャフトとともに回転する回転部材の外周側に設けられる請求項１乃至１２の何れか一項に記載のシール装置と、を備える
ことを特徴とする一次冷却材ポンプ。
【請求項１４】
Ｎｏ．１シールリングと、
前記Ｎｏ．１シールリングに対向配置され、前記ポンプシャフトとともに回転するように構成されたＮｏ．１シールランナと、
前記Ｎｏ．１シールリングを支持するためのＮｏ．１シールリングフランジと、
前記Ｎｏ．１シールリングフランジと前記Ｎｏ．１シールリングとの間に設けられるＮｏ．１インサートと、を備え、
前記シール装置は、前記Ｎｏ．１シールリングフランジ又は前記Ｎｏ．１インサートの何れか一方に、または、前記Ｎｏ．１シールリングフランジと前記Ｎｏ．１インサートとに跨って組み込まれた
ことを特徴とする請求項１３に記載の一次冷却材ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ポンプ用シール装置及び該ポンプ用シール装置を備える一次冷却材ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所では、原子炉と蒸気発生器との間に一次冷却材を循環させるために一次冷却材ポンプが設けられる。一次冷却材ポンプには、一次冷却材の漏洩を防止するためシール装置が設置されている。
特許文献１には、ポンプシャフトに設けられるシール装置が開示されている。このシール装置は、一次冷却材の流路に近い側から順にポンプシャフトの周囲に配置されるＮｏ．１シール部、Ｎｏ．２シール部及びＮｏ．３シール部で構成され、Ｎｏ．１シール部は限定漏洩式の非接触シールが用いられ、Ｎｏ．２シール部及びＮｏ．３シール部はメカニカルシールが用いられている。
【０００３】
上記一次冷却材ポンプにおいて、全交流電源喪失（Ｓｔａｔｉｏｎ  Ｂｌａｃｋ  Ｏｕｔ）（以下「ＳＢＯ」とも言う。）が起きた場合、シール部に約３００℃で、且つ、約１５ＭＰａの一次冷却材が到達するため、一次冷却材ポンプのシール装置から、この一次冷却材漏洩を防止する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−０２２３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳＢＯ発生後、高温高圧の一次冷却材がシール部に到達した時、ＲＣＰのシール装置はその漏洩を防止できるように設計されているが、一次冷却材の漏洩防止対策に対し、更なる安全性の向上が求められている。
【０００６】
一実施形態は、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体が到達したときでもポンプシャフト周囲のシール機能を保持可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）一実施形態に係るポンプ用シール装置は、
ポンプシャフト又は該ポンプシャフトと共に回転する回転部材の外周側に設けられるシール装置であって、
一対の周方向端を有し、周方向に延在する内側シールリングと、
前記内側シールリングの径方向外側に位置し、複数の切欠きを外周面に有する外側シールリングと、
を備える。
【０００８】
内側シールリングは、高温化で軟化し変形する性質を有する材料である。外側シールリングはシールリング外径側の静止部材（例えば、Ｎｏ．１シールリング用フランジ、Ｎｏ．１インサート等）よりも熱膨張率が大きい性質を有する材料である。このため、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がシール部に到達すると、シール部の周囲が高温高圧になり、外側シールリングが熱膨張し、外側シールリングの切欠きを狭める方向の力が発生する。これによって、切欠き部において内側向きの応力が生じるため、外側シールリングが内側へせり出し、内側シールリングを内側へ押し付ける。高温下で軟化した内側シールリングは、外側シールリングによって内側へ押され、回転するポンプシャフト又はスリーブなどの回転部材（以下「回転部」とも言う。）に接触する。
【０００９】
内側シールリングが回転部と接触した後は、流体リーク経路において当該接触部の上流側と下流側との間で圧力差が生じ、該圧力差によって内側シールリングが回転部に押し付けられるために、内側シールリングによるシール機能を実現できる。高温下で内側シールリングが変形することを利用しているため、通常運転時には内側シールリングと回転部との間に隙間が確保され、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。
【００１０】
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記内側シールリングの前記一対の周方向端の間に隙間が形成される。
上記（２）の構成によれば、内側シールリングの一対の周方向端の間に隙間が形成されるために、外側シールリングの押付力によって内側シールリングは該隙間を狭めながら回転部側へ変形できる。
【００１１】
（３）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記一対の周方向端間の前記隙間に設けられる周方向スペーサを備える。
上記（３）の構成によれば、内側シールリングの一対の周方向端間の隙間に上記周方向スペーサを設けることで、内側シールリングをその外周面が外側シールリングに接する位置に保持できる。これによって、通常運転時に内側シールリングと回転部との間に隙間を確保できると共に、ＳＢＯ時の高温下では内側シールリングの回転部側への変形が可能になる。
【００１２】
（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記周方向スペーサは、融点が２００℃以下の樹脂により形成される。
上記（４）の構成によれば、周方向スペーサの融点が２００℃以下の樹脂により形成されるため、ＳＢＯ時の高温下で機械的強度がなくなり、内側シールリングを押さえられなくなる。そのため、内側シールリングの回転部側への変形が可能になる。
【００１３】
（５）一実施形態では、前記（３）又は（４）の構成において、
前記内側シールリングは、前記一対の周方向端の間の距離が広がるように前記内側シールリングの自然状態を基準として拡径された状態で、前記周方向スペーサによって前記隙間が維持される。
上記（５）の構成によれば、ポンプの通常運転時において、内側シールリングは周方向スペーサによって拡径された状態にあるため、回転部との隙間を確保できる。他方、ＳＢＯ時の高温環境下で周方向スペーサが軟化し変形すると、内側シールリングは回転部側へ縮径する方向へ変形するため、外側シールリングの押付力と内側シールリング自体の収縮力との相乗効果により、回転部外周の隙間をシールできる。
【００１４】
（６）一実施形態では、前記（５）の構成において、
前記内側シールリングは、前記自然状態において、前記一対の周方向端が接触するように構成される。
上記（６）の構成によれば、内側シールリングは、自然状態において一対の周方向端が接触するように構成されるため、高温環境下で周方向スペーサが軟化し変形すると回転部側へ縮径する方向へ変形する。こうして、内側シールリングは外側シールリングから受ける押付力と内側シールリングが持つ収縮力との相乗効果で確実に内側へ変形し、回転部周囲の隙間をシールできる。
【００１５】
（７）一実施形態では、前記（３）〜（６）の何れかの構成において、
前記外側シールリングの前記切欠きの各々の周方向位置は、前記周方向スペーサが設けられた周方向位置とずれている。
上記（７）の構成によれば、外側シールリングの切欠きと周方向スペーサとの周方向位置がずれているため、高温環境下で切欠きの頂点から加わる押付力が軟化した周方向スペーサに付加されず、内側シールリングに付加される。これによって、外側シールリングの押付力は確実に内側シールリングに付加されるため、内側シールリングの変形を促進できる。
【００１６】
（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記切欠きは、径方向内側に向かって周方向における切欠き幅が徐々に小さくなる形状を有する。
上記（８）の構成によれば、切欠きが上記形状を有するため、内側シールリングの熱延びによる周方向の力を内側へ向かう押付力に効率良く変換できる。
【００１７】
（９）一実施形態では、前記（１）〜（８）の何れかの構成において、
前記内側シールリングは、ガラス転移温度が２００℃以下の樹脂により構成される。
上記（９）の構成によれば、内側シールリングのガラス転移温度が２００℃以下であるために、ＳＢＯ時の高温環境下で内側シールリングは熱膨張すると共に軟化し変形する。従って、内側シールリングにおいては回転部側への変形が容易になる。
【００１８】
（１０）一実施形態に係るポンプ用シール装置は、
ポンプシャフト又は該ポンプシャフトとともに回転する回転部材の外周側に設けられるシール装置であって、
シールリングと、
前記シールリングの外周側に設けられるゼンマイばねと、
前記ゼンマイばねが径方向外側へと圧縮された状態で、該ゼンマイばねを固定するロック部と、
を備える。
【００１９】
上記（１０）の構成によれば、ＳＢＯ時の高温環境下において上記ゼンマイばねをロックしていたロック部が軟化し変形することで、ゼンマイばねが解き放たれ、上記シールリングにゼンマイばねの弾性力が付加される。シールリングは、高温環境下でゼンマイばねの弾性力によって回転部に押し付けられる。
こうして、シールリングが回転部と接触した後は、流体リーク経路において当該接触部の上流側と下流側との間で圧力差が生じ、該圧力差によってシールリングが回転部に押し付けられることで、シールリングによるシール機能を実現できる。高温下でシールリングが変形することを利用しているため、通常運転時にはシールリングと回転部との間に隙間が確保され、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。
【００２０】
（１１）一実施形態では、前記（１０）の構成において、
前記シールリングは樹脂製であり、
前記ロック部は、前記ゼンマイばねが埋設される樹脂リング部材である。
上記（１１）の構成によれば、ゼンマイばねが埋設される樹脂リング部材は、高温環境下で軟化するため、高温環境下でゼンマイばねはロック部から解き放たれ、弾性力をシールリングに付加できる。こうして、樹脂製のシールリングを内側へ変形させ回転部に押し付けることができる。
【００２１】
（１２）一実施形態では、前記（１０）又は（１１）の構成において、
前記ロック部は、融点が２００℃以下の樹脂により形成される。
上記（１２）の構成によれば、ロック部が２００℃以下の温度で機械的強度がなくなり、シールリングを押さえられなくなる。そのため、高温高圧流体がシール部に到達したとき、ゼンマイばねを解き放つため、シールリングの回転部側への変形を確実に生じさせることができる。
【００２２】
（１３）一実施形態では、前記（１）〜（１２）の何れかの構成において、
ポンプシャフトと、
前記ポンプシャフト又は該ポンプシャフトとともに回転する回転部材の外周側に設けられる前記（１）〜（１２）の何れかの構成を有するシール装置と、を備える。
上記（１３）の構成によれば、一次冷却材ポンプの回転部の外周側に上記構成のシール装置を備えることで、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がシール部に到達したとき、シールリングが回転部側へ変形し押付けられることで、回転部周囲の流体リーク経路をシールできる。
【００２３】
（１４）一実施形態では、前記（１３）の構成において、
Ｎｏ．１シールリングと、
前記Ｎｏ．１シールリングに対向配置され、前記ポンプシャフトとともに回転するように構成されたＮｏ．１シールランナと、
前記Ｎｏ．１シールリングを支持するためのＮｏ．１シールリングフランジと、
前記Ｎｏ．１シールリングフランジと前記Ｎｏ．１シールリングとの間に設けられるＮｏ．１インサートと、を備え、
前記シール装置は、前記Ｎｏ．１シールリング用フランジ又は前記Ｎｏ．１インサートの何れか一方に、または、前記Ｎｏ．１シールリング用フランジと前記Ｎｏ．１インサートとに跨って組み込まれる。
【００２４】
上記（１４）の構成によれば、上記構成のシール装置がＮｏ．１シールリングフランジ又は前記Ｎｏ．１インサートの何れか一方に、又はこれら両部材に跨って組み込まれるために、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がＮｏ．２シール部に到達しても、上記シール装置が機能することによって、高温高圧流体をシール部に封じこめることができる。
【発明の効果】
【００２５】
一実施形態によれば、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がシール部に到達したときでも、ポンプシャフト周囲のシール機能を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態に係るポンプ用シール装置の通常運転時の縦断面図である。
【図２】一実施形態に係るポンプ用シール装置の通常運転時の一部断面を有する斜視図である。
【図３】一実施形態に係る内側シールリングの斜視図である。
【図４】一実施形態に係る外側シールリングの斜視図である。
【図５】一実施形態に係る外側シールリングの一部拡大図である。
【図６】一実施形態に係るポンプ用シール装置の高温高圧下の縦断面図である。
【図７】一実施形態に係るポンプ用シール装置の高温高圧下の一部断面を有する斜視図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は一実施形態に係るポンプ用シール装置の縦断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は一実施形態に係るポンプ用シール装置の組立て手順及び高温高圧下における動作を示す平面図である。
【図１０】一実施形態に係る一次冷却材ポンプのシール部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２８】
図１〜図９は、幾つかの実施形態に係るポンプ用シール装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）を示す。シール装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、ポンプシャフト１２又はポンプシャフト１２の外周に設けられポンプシャフト１２と共に回転するスリーブなどの回転部材（不図示）の外周側に設けられるシール装置である。図１〜図７はシール装置１０（１０Ａ）を示し、図８はシール装置１０（１０Ｂ）を示す。
図１及び図２に示すように、シール装置１０（１０Ａ）は、内側シールリング１４及び外側シールリング１６を備える。
図３に示すように、内側シールリング１４は、一対の周方向端１４ａ及び１４ｂを有し、ポンプシャフト１２の周方向に延在する。図４に示すように、外側シールリング１６は、内側シールリング１４の径方向外側に位置し、外周面に複数の切欠き１６ａを有する。
【００２９】
内側シールリングは、高温化で軟化し変形する性質を有する材料である。外側シールリングはシールリング外径側の静止部材（例えば、Ｎｏ．１シールリング５２、Ｎｏ．１インサート２４等）よりも熱膨張率が大きい性質を有する材料である。このため、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達し、シール部１３の周囲が高温高圧になると、外側シールリング１６が熱膨張し、図５に示すように、外側シールリング１６の切欠き１６ａを狭める方向の力ｆ１及びｆ２が発生する。力ｆ１及びｆ２が発生することで、切欠き部において内側シールリング１４の径方向内側向きの応力ｆ３が生じる。応力ｆ３によって、外側シールリング１６が内側へせり出し、内側シールリング１４を内側へ押し付ける。高温下で軟化した内側シールリング１４は、外側シールリング１６によって内側へ押され、回転するポンプシャフト１２又はスリーブなどの回転部材に接触する。
【００３０】
内側シールリング１４が回転部と接触した後は、流体リーク経路１８において当該接触部の上流側と下流側との間で圧力差が生じ、該圧力差によって内側シールリング１４が回転部に押し付けられるために、内側シールリング１４によるシール機能を実現できる。
なお、高温下で内側シールリング１４が変形することを利用しているため、通常運転時には内側シールリング１４と回転部との間に隙間が確保され、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。
【００３１】
図１及び図２は、ポンプの通常運転時であって内側シールリング１４及び外側シールリング１６が変形する前の状態を示す。図６及び図７は、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達し、内側シールリング１４及び外側シールリング１６が変形し、内側シールリング１４が内側へせり出して回転部に当接した状態を示す。
【００３２】
一実施形態では、内側シールリング１４は、ガラス転移温度が２００℃以下の樹脂により構成される。
この実施形態によれば、内側シールリング１４のガラス転移温度が２００℃以下であるために、ＳＢＯ時の高温環境下で内側シールリング１４は熱膨張すると共に軟化し変形する。従って、外側シールリング１６においては内側へ向かう押付力を増大できると共に、内側シールリング１４においては回転部側への変形が容易になる。
【００３３】
一実施形態では、内側シールリング１４及び外側シールリング１６はＰＥＥＫ材で構成される。ＰＥＥＫ材のガラス転移温度が１４３℃であり、１４３℃を超えたところで変位が増加する。従って、高温高圧流体Ｆｈがシール部に到達したとき、高温高圧流体Ｆｈの高温高圧により内側シールリング１４及び外側シールリング１６は軟化し変形するので、内側シールリング１４の回転部側への変位が可能になる。
【００３４】
一実施形態では、図１に示すように、内側シールリング１４及び外側シールリング１６は、ポンプハウジングの回転部に対面する壁面に形成された環状溝２０に設けられる。
図１及び図２に示すように、ポンプの通常運転時には、内側シールリング１４は環状溝２０の内部に位置する。図６及び図７に示すように、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達した時は、内側シールリング１４は環状溝２０から内側へせり出し、回転部に当接する。この状態において、周方向端１４ａ、１４ｂ間の隙間は狭められ、又は実質的になくなる。
【００３５】
一実施形態では、図１に示すように、シール装置１０（１０Ａ）は、原子炉に設けられる一次冷却材ポンプ４０に設けられる。一次冷却材ポンプ４０はＮｏ．１シールリング５２及びＮｏ．１シールリング用フランジ５４を備え、該Ｎｏ．１シールリング用フランジ５４の流体リーク経路上流側にＮｏ．１インサート２４を備える。Ｎｏ．１シールリング５２及びＮｏ．１シールリング用フランジ５４はポンプハウジング側の静止部に固定される。Ｎｏ．１インサート２４はＮｏ．１シールリング用フランジ５４に固定され、回転部の外周面に対向配置される。
一実施形態では、環状溝２０は、Ｎｏ．１シールリング用フランジ５４とＮｏ．１インサート２４との間の壁面に形成される。
【００３６】
一実施形態では、外側シールリング１６は外周面が環状溝２０の底面に対して隙間ができないように環状溝２０に装着される。これによって、高温高圧下で外側シールリング１６は外周側への膨張が抑えられ、図５に示すように、切欠き１６ａは狭められ、その結果、切欠き部に応力が集中し、径方向内側向きの応力ｆ３が発生する。この応力ｆ３により切欠き部が内側へせり出すことができる。
【００３７】
一実施形態では、環状溝２０は矩形の断面を有し、内側シールリング１４及び外側シールリング１６も環状溝２０に収容可能な矩形の断面を有する。
【００３８】
一実施形態では、内側シールリング１４は一対の周方向端１４ａ及び１４ｂの間に隙間が形成された状態で環状溝２０に装着される。
この実施形態によれば、一対の周方向端１４ａ及び１４ｂの間に隙間が形成されるために、外側シールリング１６が発生する内側向きの応力ｆ３によって内側シールリング１４は該隙間を狭めながら回転部側へ変形できる。
【００３９】
一実施形態では、図２に示すように、一対の周方向端１４ａ及び１４ｂの間に形成される隙間に周方向スペーサ２２が設けられる。
この実施形態によれば、一対の周方向端１４ａ、１４ｂ間の隙間に周方向スペーサ２２を設けることで、内側シールリング１４をその外周面が外側シールリング１６の内周面に接する位置に保持できる。これによって、通常運転時に回転部との間に隙間を確保できると共に、ＳＢＯ時の高温環境下では内側シールリング１４の回転部側への変形が可能になる。
【００４０】
一実施形態では、周方向スペーサ２２は融点が２００℃以下の樹脂により形成される。
この実施形態によれば、周方向スペーサ２２が２００℃以下の融点を有する樹脂により形成されるため、ＳＢＯ時の高温下で周方向スペーサは機械的強度がなくなり、内側シールリング１４を押さえられなくなる。そのため、内側シールリングの回転部側への変形が可能になる。
【００４１】
一実施形態では、周方向スペーサ２２は内側シールリング１４の断面と同一形状及び同一大きさの断面を有する。これによって、周方向スペーサ２２は環状溝２０への収納が容易になり、かつ通常運転時回転部との間に隙間を形成できる。
【００４２】
一実施形態では、内側シールリング１４は、一対の周方向端１４ａ、１４ｂ間に周方向スペーサ２２を挿入することで、周方向端１４ａ、１４ｂ間の距離が自然状態よりも拡径された状態で、周方向端１４ａ、１４ｂ間の隙間が維持される。
この実施形態によれば、ポンプの通常運転時において、内側シールリング１４は周方向スペーサによって拡径された状態にあるため、回転部との隙間を確保できる。他方、ＳＢＯ時の高温環境下で周方向スペーサ２２が軟化し変形すると、内側シールリング１４は回転部側へ縮径する方向へ変形するため、外側シールリング１６の外側からの押付力と内側シールリング自体の収縮力との相乗効果により、回転部外周の隙間をシールできる。
【００４３】
一実施形態では、内側シールリング１４は、外力が付加されない自然状態において、周方向端１４ａ及び１４ｂが接触するように構成される。
この実施形態によれば、内側シールリング１４は、自然状態において一対の周方向端１４ａ及び１４ｂが接触するように構成されるため、高温環境下で周方向スペーサ２２が軟化し変形すると回転部側へ縮径する方向へ変形する。こうして、内側シールリング１４は外側シールリングから受ける押付力と内側シールリングが持つ収縮力との相乗効果で確実に内側へ変形し、回転部周囲の隙間をシールできる。
【００４４】
一実施形態では、外側シールリング１６の複数の切欠き１６ａの各々の周方向位置は、周方向スペーサ２２が設けられた周方向位置とずれている。
この実施形態によれば、外側シールリング１６の切欠き１６ａと周方向スペーサ２２との周方向位置がずれているため、高温環境下で切欠き１６ａの頂点ｔから加わる押付力が軟化した周方向スペーサ２２に付加されず、内側シールリング１４に付加される。これによって、外側シールリング１６の押付力は確実に内側シールリング１４に付加されるため、内側シールリング１４の変形を促進できる。
【００４５】
一実施形態では、図５に示すように、切欠き１６ａは、径方向内側に向かって周方向における切欠き幅が徐々に小さくなる形状を有する。
この実施形態によれば、切欠き１６ａが上記形状を有するため、内側シールリング１４の熱延びによる周方向の力ｆ１及びｆ２を内側へ向かう応力ｆ３に効率良く変換できる。
【００４６】
一実施形態では、図５に示すように、切欠き１６ａは頂点ｔを頂点とする三角形状を有する。これによって、外側シールリング１６の径方向に分布して発生する周方向の力ｆ１及びｆ２は、内側シールリング１４の熱延びが進むにつれて内径側領域から順々に効率良く内側向きの応力ｆ３に変換される。
【００４７】
一実施形態に係るポンプ用シール装置１０（１０Ｂ）は、図８に示すように、シールリング３０と、シールリング３０の外周側に設けられるゼンマイばね３２と、を備える。ゼンマイばね３２は、径方向外側へと圧縮された状態で、ロック部３４によって固定される。
上記構成によれば、ＳＢＯ時の高温環境下においてゼンマイばね３２をロックしていたロック部３４が軟化し変形することで、ゼンマイばね３２が解き放たれ、シールリング３０にゼンマイばね３２の弾性力が付加される。シールリング３０は、高温環境下で軟化し変形するため、ゼンマイばね３２の弾性力によって回転部に押し付けられる。
【００４８】
こうして、シールリング３０が回転部と接触した後は、流体リーク経路１８において当該接触部の上流側と下流側との間で圧力差が生じ、該圧力差によってシールリング３０が回転部に押し付けられるので、シールリング３０によるシール機能を実現できる。なお、高温下でシールリング３０が変形することを利用しているため、通常運転時にはシールリング３０と回転部との間に隙間が確保され、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。
図８（Ａ）は、ポンプの通常運転時であってシールリング３０が変形する前の状態、即ち、環状溝２０の内部に収容された状態を示す。図８（Ｂ）は、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達し、シールリング３０が変形して内側へはみ出し、回転部に接触した状態を示す。
【００４９】
一実施形態では、シールリング３０はガラス転移温度が２００℃以下の樹脂により構成される。
この実施形態によれば、シールリング３０のガラス転移温度が２００℃以下であるために、ＳＢＯ時などの高温環境下でシールリング３０は熱膨張すると共に軟化し変形する。従って、シールリング３０はゼンマイばね３２の弾性力によって回転部側へ変形し、流体リーク経路１８をシールする。
【００５０】
一実施形態では、シールリング３０はＰＥＥＫ材で構成される。ＰＥＥＫ材のガラス転移温度は１４３℃であり、１４３℃を超えたところで変位が増加する。従って、高温高圧流体Ｆｈがシール部に到達したとき、回転部側への変位が可能になる。
【００５１】
一実施形態では、図８に示すように、シールリング３０、ゼンマイばね３２及びロック部３４は、ポンプハウジングの回転部に対面する壁面に形成された環状溝２０に設けられる。
図８（Ａ）に示すように、ポンプの通常運転時には、シールリング３０は環状溝２０の内部に位置する。図８（Ｂ）に示すように、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達した時は、シールリング３０は環状溝２０からせり出し回転部に接触した位置にある。
【００５２】
一実施形態では、ゼンマイばね３２及びロック部３４は外周面が環状溝２０の底面に対して隙間ができないように環状溝２０に装着される。これによって、高温高圧下でゼンマイばね３２は外周側への膨張が抑えられるため、シールリング３０に付加する弾性力を増加できるため、シールリング３０による流体リーク経路１８のシール機能を向上できる。
【００５３】
一実施形態では、ロック部３４は、ゼンマイばね３２が埋設される樹脂リング部材で構成される。
この実施形態によれば、ロック部３４を構成する樹脂リング部材は、高温環境下で軟化するため、高温環境下でゼンマイばね３２はロック部３４から解き放たれ、弾性力をシールリング３０に付加できる。こうして、シールリング３０を内側へ変形させ回転部に押し付けることができる。
【００５４】
一実施形態では、ロック部３４は融点が２００℃以下の樹脂により形成される。
この実施形態によれば、ＳＢＯ時の高温下でロック部３４の機械的強度がなくなり、シールリング３０を押さえられなくなる。そのため、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達したとき、ゼンマイばね３２を解き放つため、シールリング３０の回転部側への変形を確実に生じさせることができる。
【００５５】
一実施形態では、図８に示すように、環状溝２０の壁面とロック部３４との間にサポートリング３６が設けられる。サポートリング３６によってゼンマイばね３２及びロック部３４を環状溝２０の内部で安定支持できる。
【００５６】
図９は、環状溝２０へのゼンマイばね３２の取付け手順を示す。
まず、図９（Ａ）に示すように、ゼンマイばね３２を外力を加えない状態で環状溝２０に収納する。次に、図９（Ｂ）に示すように、ゼンマイばね３２を外周側へ押えた状態でロック部３４に埋設する。
図９（Ｃ）は、高温環境下でロック部３４が軟化し変形してゼンマイばね３２を解き放った状態を示す。
【００５７】
一実施形態では、ロック部３４はゼンマイばねの周方向に沿って少なくとも一部に設けられる。
一実施形態では、図９（Ｂ）に示すように、ロック部３４は、ゼンマイばね３２の周方向で複数箇所に分散して設けられる。
【００５８】
図１０は、原子炉に設けられる一実施形態に係る一次冷却材ポンプ４０のシール部４２を示す。一次冷却材ポンプ４０は、ポンプシャフト１２と、ポンプシャフト１２を含む回転部の外周側に設けられるシール装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、を備える。
上記構成によれば、一次冷却材ポンプ４０の回転部の外周側にシール装置１０を備えることで、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがシール部１３に到達したとき、内側シールリング１４又はシールリング３０が回転部側へ変形し押付けられることで、回転部周囲の流体リーク経路１８をシールできる。
【００５９】
一実施形態では、図１０に示すように、一次冷却材ポンプ４０はポンプシャフト１２が鉛直方向に沿って配置された縦型のポンプであり、シール部４２は、高温高圧流体Ｆｈの流路に近いほうから順に回転部に沿ってＮｏ．１シール部４４、Ｎｏ．２シール部４６及びＮｏ．３シール部４８を備える。
【００６０】
一実施形態では、Ｎｏ．１シール部４４は、Ｎｏ．１シールリング５２と、Ｎｏ．１シールリング５２に対向配置され、ポンプシャフト１２とともに回転するように構成されたＮｏ．１シールランナ５０と、を有する。さらに、Ｎｏ．１シールリング５２を支持するためのＮｏ．１シールリング用フランジ５４と、Ｎｏ．１インサート２４（図１及び図２参照）と、が設けられる。
図１及び図２に示すように、シール装置１０は、Ｎｏ．１シールリング用フランジ５４又はＮｏ．１インサート２４の何れか一方に、又はＮｏ．１シールリング用フランジ５４とＮｏ．１インサート２４とに跨って組み込まれる。
【００６１】
この実施形態によれば、シール装置１０がＮｏ．１シールリング用フランジ５４又はＮｏ．１インサート２４の何れか一方に、又はこれら両部材に跨って組み込まれるために、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがシール部４２に到達してもシール装置１０が機能し、これによって、高温高圧流体をシール部４２に封じこめることができる。
【００６２】
一実施形態では、Ｎｏ．１シール部４４は、回転部側に固定されたＮｏ．１シールランナ５０と、ハウジング４３側にＮｏ．１シールリング５２を有し、ＮＯ．１シールランナ５０とＮＯ．１シールリング５２との間は非接触式のシールを構成する。
一実施形態では、Ｎｏ．２シール部４６は、回転部側に固定されたＮｏ．２シールランナ５６、及びハウジング４３側にＮｏ．２シールリング５８を有し、Ｎｏ．２シールランナ５６とＮｏ．２シールリング５８との間は接触式のメカニカルシールを構成する。
Ｎｏ．３シール部４８は、回転部側に固定されたＮｏ．３シールランナ６２、及びハウジング４３側にＮｏ．３シールリング６４を有し、Ｎｏ．３シールランナ６２とＮｏ．３シールリング６４との間は接触式のメカニカルシールを構成する。
【００６３】
一実施形態では、Ｎｏ．１シール部４４より下流側の流体リーク経路１８にシール水リークオフライン７２が設けられ、Ｎｏ．２シール部４６より下流側の流体リーク経路１８にシール水リークオフライン７４が設けられ、Ｎｏ．３シール部４８より下流側の流体リーク経路１８にシール水リークオフライン７６が設けられる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
幾つかの実施形態によれば、高温高圧流体が到達したときでもポンプシャフト周囲のシール機能を保持可能にするポンプ用シール装置を実現できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０（１０Ａ、１０Ｂ）    シール装置
１２    ポンプシャフト
１３、４２    シール部
１４    内側シールリング
１４ａ、１４ｂ    周方向端
１６    外側シールリング
１６ａ    切欠き
１８    流体リーク経路
２０    環状溝
２２    周方向スペーサ
２４    Ｎｏ．１インサート
３０    シールリング
３２    ゼンマイばね
３４    ロック部
３６    サポートリング
４０    一次冷却材ポンプ
４３    ハウジング
４４    Ｎｏ．１シール部
４６    Ｎｏ．２シール部
４８    Ｎｏ．３シール部
５０    Ｎｏ．１シールランナ
５２    Ｎｏ．１シールリング
５４    Ｎｏ．１シールリング用フランジ
５６    Ｎｏ．２シールランナ
５８    Ｎｏ．２シールリング
６２    Ｎｏ．３シールランナ
６４    Ｎｏ．３シールリング
７２、７４、７６    シール水リークオフライン
Ｆｈ    高温高圧流体
ｆ３      応力
ｔ      頂点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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