(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、
前記ヒートバリアの軸貫通部に、この軸貫通部を通した前記モータケーシングおよび前記ポンプケーシング間の流動を抑制する流動抑制機構を設け、
前記流動抑制機構は、前記回転軸に配設され、前記軸貫通部の内径より大径で、かつ、前記回転軸の回転時には遠心力で弾性的に変形して浮上する一方、回転軸の停止時には前記軸貫通部の上端外周部に自重で降下して接触するシール部材からなることを特徴とする循環ポンプ。
【請求項２】
上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、
前記ヒートバリアの軸貫通部に、この軸貫通部を通した前記モータケーシングおよび前記ポンプケーシング間の流動を抑制する流動抑制機構を設け、
前記流動抑制機構は、前記回転軸に軸方向に沿って移動可能に配設され、前記軸貫通部の内径より大径で、かつ、この軸貫通部の上端外周部に付勢手段によって付勢されたシールリングからなり、このシールリングの上端から下端にかけて貫通する流路を設け、この流路内に浸入する冷却水の水圧により前記シールリングが前記付勢手段の付勢力に抗して上方移動可能としていることを特徴とする循環ポンプ。
【請求項３】
前記モータケーシング内の圧力より高い供給圧力で外部冷却水を供給する外部冷却水供給機構を設け、この外部冷却水供給機構の給水管を前記モータケーシングに接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の循環ポンプ。
【請求項４】
前記循環冷却機構の接続管に、前記モータケーシング内の冷却水を吸い込んで循環供給するためのポンプを配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の循環ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電設備や原子力発電設備などにおいてボイラに熱水を循環供給するための循環ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の循環ポンプは、上部にポンプケーシングが設けられ、下部にモータケーシングが設けられている。これらケーシングには１本の回転軸が貫通され、ポンプケーシング内に位置する上端にインペラが配設されている。そして、循環ポンプは、回転軸が回転されることにより、熱水をポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する。また、モータケーシング内では、回転軸の回転による熱を冷却するための冷却水が、循環冷却機構によって冷却されながら循環される（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この循環ポンプは、ポンプケーシングの配設スペースの下部に、モータケーシングを配設するためのスペースと、循環冷却機構を配設するためのスペースとが更に必要である。そのため、設備の構築費用が極めて高くなるうえ、メンテナンス作業も極めて煩雑である。即ち、ポンプケーシングを地面上に位置するように設置する場合には、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するためのスペースを確保するために、機場を大きく掘り起こす必要がある。逆に、モータケーシングおよび循環冷却機構を地面上に位置するように設置する場合には、モータケーシングおよびモータケーシングに接続する接続管等を地上の高い位置に設置するための基礎や建屋を設ける必要がある。そのため、設備の構築費用が極めて高くなる。
【０００４】
この問題を解消するには、ポンプケーシングがモータケーシングの下側に位置するように設置（正立式）することが考えられる。このようにすれば、大掛かりな基礎や建屋が不要となるため、構築費用を低減できる。
【０００５】
しかしながら、循環ポンプを正立配置した場合には、回転軸の回転を停止した暖待機中に、下方のポンプケーシング内の熱水と、上方のモータケーシング内の冷却水が、中間に位置するヒートバリアの軸貫通部を通して自然対流する。これにより、モータケーシング内にはポンプケーシング側の熱水が浸入する一方、ポンプケーシング内にはモータケーシング側の冷却水が浸入する。その結果、この水の置換現象により、モータケーシング内の冷却水の水温が上昇し、モータ機構が過熱されるという問題（モータ絶縁物の熱的損傷）が生じる。また、ポンプケーシング内の熱水（缶水）が冷却されるという問題（ボイラ熱量の損失）が生じる。なお、この問題は、ポンプケーシングをモータケーシングの上部に位置させて倒立配置した場合には生じない。また、正立式および倒立式のいずれでも、回転軸を回転させた稼働中には、循環冷却機構によって冷却水が循環される水流により生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３８２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、設備構築費用を低減可能な正立式とし、この正立式で生じる水の置換現象による問題を解消できる循環ポンプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の循環ポンプは、上端に位置するモータケーシングからヒートバリアの軸貫通部を通して下端に位置するポンプケーシングにかけて配設した回転軸の回転により、前記ポンプケーシング内に配設したインペラを回転させて熱水を前記ポンプケーシングの吸込部から吸い込んで吐出部から吐出する一方、前記モータケーシング内の冷却水を循環冷却機構によって冷却しながら循環させるようにした循環ポンプであって、前記ヒートバリアの軸貫通部に、この軸貫通部を通した前記モータケーシングおよび前記ポンプケーシング間の流動を抑制する流動抑制機構を設けた基本構成としている。
【０００９】
この循環ポンプは、モータケーシングの下部にポンプケーシングを位置させた正立式のものである。そのため、設備の構築時には、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するための大掛かりな基礎や建屋が不要であるため、設備構築費用を低減できる。
【００１０】
また、ヒートバリアの軸貫通部に流動を抑制する流動抑制機構を設けているため、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することを抑制できるとともに、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することを抑制できる。その結果、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００１２】
そして、第１発明の循環ポンプでは、前記流動抑制機構は、前記回転軸に配設され、前記軸貫通部の内径より大径で、かつ、前記回転軸の回転時には遠心力で弾性的に変形して浮上する一方、回転軸の停止時には前記軸貫通部の上端外周部に自重で降下して接触するシール部材からなる。このようにすれば、軸貫通部を通した自然対流を防止できる。しかも、この構成は、後述する外部冷却水供給機構または強制循環機構であるポンプと組み合わせることにより、暖待機中には、モータケーシング内の水流によってシール部材が軸貫通部の上端外周部に密着するように作用する。その結果、モータケーシングおよびポンプケーシング間の自然対流を確実に防止できる。
【００１３】
また、第２発明の循環ポンプでは、前記流動抑制機構は、前記回転軸に軸方向に沿って移動可能に配設され、前記軸貫通部の内径より大径で、かつ、この軸貫通部の上端外周部に付勢手段によって付勢されたシールリングからなり、このシールリングの上端から下端にかけて貫通する流路を設け、この流路内に浸入する冷却水の水圧により前記シールリングが前記付勢手段の付勢力に抗して上方移動可能としている。このようにすれば、軸貫通部を通したモータケーシングおよびポンプケーシング間の自然対流を確実に防止できる。
【００１４】
また、前記モータケーシング内の圧力より高い供給圧力で外部冷却水を供給する外部冷却水供給機構を設け、この外部冷却水供給機構の給水管を前記モータケーシングに接続することが好ましい。このようにすれば、回転軸の回転を停止した暖待機中に、外部冷却水が供給されることによるモータケーシング内の余剰の冷却水は、ヒートバリアの軸貫通部を通ってポンプケーシングへ流出する。よって、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することはない。その結果、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を確実に防止できる。また、モータケーシングからポンプケーシングへの冷却水の流出量は、流動抑制機構によって抑制されている。その結果、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を抑制できる。
【００１５】
または、前記循環冷却機構の接続管に、前記モータケーシング内の冷却水を吸い込んで循環供給するためのポンプを配設することが好ましい。このようにすれば、回転軸の回転を停止した暖待機中に、循環冷却機構の接続管に配設したポンプによりモータケーシング内の冷却水を強制的に循環させることができる。よって、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することはないうえ、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することはない。その結果、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷、および、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を、確実に防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の循環ポンプは、モータケーシングの下部にポンプケーシングを位置させた正立式のものであるため、モータケーシングおよび循環冷却機構を配設するために大掛かりな基礎や建屋が不要であり、設備構築費用を低減できる。また、ヒートバリアの軸貫通部に流動を抑制する流動抑制機構を設けているため、ポンプケーシング内の熱水がモータケーシング内に流入することを抑制できるとともに、モータケーシング内の冷却水がポンプケーシング内に流入することを抑制できる。よって、モータケーシング内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できるうえ、ポンプケーシング内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】循環ポンプの暖待機中の水流を示す断面図である。
【図５】第２実施形態の循環ポンプを示す断面図である。
【図６】第３実施形態の循環ポンプを示す要部拡大断面図である。
【図７】第４実施形態の循環ポンプを示す要部拡大断面図である。
【図８】第５実施形態の循環ポンプを示す要部拡大断面図である。
【図９】第５実施形態の流動抑制機構の分解斜視図である。
【図１０】第５実施形態の流動抑制機構の作動状態を示す要部拡大断面図である。
【図１１】第６実施形態の循環ポンプを示す要部拡大断面図である。
【図１２】第６実施形態の流動抑制機構の作動状態を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１乃至図４は、本発明の第１実施形態に係る循環ポンプを示す。この循環ポンプは、上側に位置するモータケーシング１０と、モータケーシング１０の下部に位置するヒートバリア２２と、ヒートバリア２２の下部に位置するポンプケーシング３３とを備えている。そして、これらの内部には回転軸３７が回転可能に支持され、その下端にインペラ４０が配設されるとともに、上端に冷却水循環用インペラ４２が配設されている。また、モータケーシング１０には、内部の冷却水を冷却して循環させる循環冷却機構４３が接続されている。そして、本発明では、ヒートバリア２２に形成される軸貫通部２４に、回転軸３７との間を通した双方向の流体移動を抑制する流動抑制機構３０を設けたものである。
【００２０】
モータケーシング１０は、略円筒状をなすモータケーシング本体１１の上端を冷却水用インペラケース１５によって塞いたものである。モータケーシング本体１１は、上端閉塞部の中心に軸方向に沿って貫通する回転軸支持部１２が設けられている。この回転軸支持部１２は、モータケーシング本体１１内に向けて延びる円筒状をなし、その内周部には上側スリーブ１３が配設されている。また、モータケーシング本体１１には、内部中間位置にモータステータ１４が配設されている。このモータステータ１４は、薄板の電磁鋼板を積層してできた円筒状のコアブロックと、このコアブロックの内径側に配設された複数の溝を貫通して巻回したコイル束とで構成されている。
【００２１】
冷却水用インペラケース１５は略円錐筒形状をなし、その下端開口部に冷却水用インペラ配設部１６が形成されている。この冷却水用インペラ配設部１６の上部には、略円柱状をなす空間からなる注水ポケット１７が形成されている。この注水ポケット１７の外周部には、循環冷却機構４３の接続管４４を接続する注水口１８が設けられるとともに、外部冷却水供給機構４８の給水管４９を接続する給水口１９が設けられている。この冷却水用インペラケース１５の上端開口は、モータカバー２０により塞がれている。このモータカバー２０には、ガス排出機構５１の排出管５２を接続する排出口２１が設けられている。
【００２２】
ヒートバリア２２は、内部に断熱空間部２３を備えたもので、モータケーシング１０の下部に水密状態で配設されている。図２に示すように、ヒートバリア２２には、中心に位置するように軸方向に貫通する孔からなる軸貫通部２４が設けられている。この軸貫通部２４の上部は、拡径された回転軸支持部２５とされている。この回転軸支持部２５の内部には、回転軸３７の下部を回転可能に支持する下側スリーブ２６が配設されている。また、ヒートバリア２２には、外周部から回転軸支持部２５にかけて径方向に貫通する高圧冷却水路２７が設けられている。この高圧冷却水路２７の外側端部は、循環冷却機構４３の接続管４４を接続する注出口を構成する。
【００２３】
さらに、ヒートバリア２２には、断熱空間部２３の上側に位置するように、低圧冷却水路２８が設けられている。この低圧冷却水路２８は、図３に示すように、軸貫通部２４および高圧冷却水路２７と交差することなく、軸貫通部２４の外周に位置するように穿設した複数（本実施形態では４本）の直線的な貫通孔２９ａ〜２９ｄにより構成される。例えば、第１の貫通孔２９ａの一端を流入口とし、他端を閉塞する。また、第１の貫通孔２９ａと交差するように第２の貫通孔２９ｂを形成し、その両端を閉塞する。さらに、第２の貫通孔２９ｂと交差するように第３の貫通孔２９ｃを形成し、その両端を閉塞する。そして、第３の貫通孔２９ｃと交差するように第４の貫通孔２９ｄを形成し、その一端を閉塞し、他端を流出口とする。これにより、第１の貫通孔２９ａの一端の流入口から第４の貫通孔２９ｄの他端の流出口にかけて連通した水路を形成する。そして、この水路に図示しない低圧冷却水供給機構からの低圧冷却水を通水することにより、モータケーシング１０の側とポンプケーシング３３の側との遮熱を図る構成としている。なお、図１および図２は、高圧冷却水路２７および低圧冷却水路２８を図示するために、形式的に対向位置に配置したものである。
【００２４】
そして、本実施形態のヒートバリア２２には、軸貫通部２４に流体移動を抑制するための流動抑制機構３０が設けられている。この流動抑制機構３０は、軸貫通部２４を通して、モータケーシング１０からポンプケーシング３３へ冷却水が流動すること、および、ポンプケーシング３３からモータケーシング１０へ熱水が流動することを抑制するためのものである。この双方向の流動を防止するために、本実施形態では、図２に示すように、軸貫通部２４の回転軸支持部２５の下部に位置するように、ラビリンス形の軸シール３１を配設している。この軸シール３１は、軸貫通部２４の内周部に配設された円筒形状のもので、その内周面には、環状をなすように複数の環状溝３２が設けられている。
【００２５】
ポンプケーシング３３は、略半球形状をなす中空状のもので、ヒートバリア２２の下部に水密状態で配設されている。このポンプケーシング３３には、モータケーシング１０の軸方向に沿って突出する円筒状の吸込部３４が設けられるとともに、この吸込部３４の軸方向に対して交差するように径方向外向きに突出する円筒状の吐出部３５が設けられている。ポンプケーシング３３の内部は、吸込部３４から吸い込んだ熱水を吐出部３５へ案内するためのガイドベーン３６により区画されている。
【００２６】
回転軸３７は、中空状をなすモータケーシング１０内からポンプケーシング３３内にかけて、ヒートバリア２２の軸貫通部２４を貫通させて配設されたものである。本実施形態では、モータケーシング本体１１内に配設される回転軸本体３８と、ポンプケーシング３３内に配設されるインペラ４０に形成した軸部４０ａと、冷却水用インペラケース１５内に配設される冷却水循環用インペラ４２に形成した軸部４２ａとを、一体的に連結することにより１本の回転軸３７を構成している。よって、ヒートバリア２２の軸貫通部２４を貫通する回転軸３７とは、インペラ４０の軸部４０ａである。勿論、これら軸部４０ａ，４２ａは、回転軸本体３８と一体成形することも可能である。
【００２７】
この回転軸３７は、上側スリーブ１３と下側スリーブ２６とで、回転可能に支持されている。また、回転軸３７には、モータステータ１４に対して径方向内側に位置するようにモータロータ３９が配設されている。このモータロータ３９は、電磁鋼板を積層した円筒状のブロックと、このブロックの表層側内部を貫通する複数の銅製のバーと、各バーの両端を一括して連結する銅製リングとで構成されている。そして、モータロータ３９は、モータステータ１４のコイルにより生じる回転磁界の影響を受け、銅製のバーに電磁誘導現象による電流が流れることにより、回転磁界との作用で電磁力が発生して回転されるものである。
【００２８】
インペラ４０は、ポンプケーシング３３のガイドベーン３６内に配設されている。このインペラ４０には、円板状をなす主板から回転軸本体３８に連結される軸部４０ａが突設されている。インペラ４０の主板の下面側にはインペラ羽根４１が設けられ、このインペラ羽根４１により、ポンプケーシング３３の吸込部３４から吸い込んだ熱水を吐出部３５から吐出する。
【００２９】
冷却水循環用インペラ４２は、回転軸３７を回転させた稼働中に、モータケーシング１０内の冷却水を循環供給する循環冷却機構４３の一部を構成するもので、モータケーシング１０の冷却水用インペラケース１５内に配設されている。この冷却水循環用インペラ４２には、円板状をなす主板から回転軸本体３８に連結される軸部４２ａが突設されている。この冷却水循環用インペラ４２は、注水ポケット１７内を臨むように開口した吸込流路と、この吸込流路の下端から放射状をなすように径方向外向きに延びる吐出流路とが形成されている。この流路により冷却水循環用インペラ４２は、上方の注水ポケット１７内の冷却水を下向きに吸い込んで径方向外向きに吐出することにより、回転軸支持部１２を通してモータケーシング本体１１内で下向きの水流を付与する。
【００３０】
循環冷却機構４３は、モータケーシング１０の上部である注水ポケット１７の注水口１８と、モータケーシング１０の下部であるヒートバリア２２の注出口とを、迂回するように接続する接続管４４を備えている。この接続管４４には、上向きに延びる部分にモータクーラ４５が配設されている。このモータクーラ４５は、低圧冷却水入口４６と低圧冷却水出口４７を備え、図示しない低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が供給されることにより、接続管４４内を流動する昇温した冷却水を冷却するものである。
【００３１】
外部冷却水供給機構４８は、モータケーシング１０内の圧力より高い供給圧力で外部冷却水を供給するもので、その給水管４９がモータケーシング１０の給水口１９に接続されている。例えば、この外部冷却水供給機構４８は、所定温度の冷却水をポンプによって所定圧力で供給可能としたものである。この給水管４９には、モータケーシング１０へ向けた外部冷却水の流動を許容し、逆向きの流動を阻止する逆止弁５０が配設されている。この逆止弁５０は、予期せぬ圧力変動によりモータケーシング１０内の冷却水が外部冷却水供給機構４８へ向けて逆流することを防止するものである。これにより、この逆流に伴ってポンプケーシング３３内の熱水がモータケーシング１０内に流入することを確実に防止できるようにしている。
【００３２】
また、本実施形態の循環ポンプには、モータケーシング１０の内部で発生した気体を外部に排出するためのガス排出機構５１が更に設けられている。このガス排出機構５１は、モータケーシング１０の上端の排出口２１に接続した排出管５２と、この排出管５２に介設したオリフィス５３および逆止弁５４とからなる。排出管５２は、上向きに傾斜するように配管され、その先端が吸込側ボイラ配管５５に分岐接続されている。オリフィス５３は、モータケーシング１０から流出する流体量を安定的に微量に維持するものである。逆止弁５４は、モータケーシング１０から吸込側ボイラ配管５５へ向けた流動を許容し、逆向きの流動を阻止するものである。このように、モータケーシング１０内で発生したガスを排出することにより、稼働中に回転軸３７が空運転状態となることによる損傷を防止する。また、逆止弁５４によって、予期しない圧力変動により、吸込側ボイラ配管５５内の熱水がモータケーシング１０内に流入することを確実に防止できる構成としている。
【００３３】
このように構成した循環ポンプは、ポンプケーシング３３の吸込部３４に吸込側ボイラ配管５５が接続され、ポンプケーシング３３の吐出部３５に吐出側ボイラ配管５６が接続される。なお、本実施形態の循環ポンプの使用例の１つである発電設備では、吐出側ボイラ配管５６が水を過熱して蒸気を生成するボイラに接続され、吸込側ボイラ配管５５が蒸気を高温の熱水とする復水器に接続される。そして、発電設備は、ボイラで生成された蒸気で、発電機に連結したタービンを回転させる。タービンを回転させた蒸気は、復水器によって高温の熱水に戻される。この熱水を本実施形態の循環ポンプにより循環供給する。
【００３４】
次に、第１実施形態の循環ポンプの動作について具体的に説明する。
【００３５】
まず、モータケーシング１０内には、回転軸３７を回転させた稼働中、および、回転軸３７を停止させた暖待機中のいずれの状態でも、外部冷却水供給機構４８から外部冷却水が供給される。同様に、ヒートバリア２２の低圧冷却水路２８および循環冷却機構４３のモータクーラ４５には、低圧冷却水供給機構から低圧冷却水が常に供給されている。
【００３６】
そして、稼働中には、回転軸３７の回転により、インペラ４０と冷却水循環用インペラ４２が回転する。これにより、ポンプケーシング３３では、インペラ４０の回転により、吸込側ボイラ配管５５を介して復水器から熱水を吸い込んで、ボイラへ熱水を循環供給する。また、モータケーシング１０内では、冷却水循環用インペラ４２の回転により、冷却水がモータケーシング１０内で下向きに流動する水流が付与される。そして、モータケーシング１０の下部の冷却水は、冷却水循環用インペラ４２による送水作用により接続管４４に吸い込まれ、モータクーラ４５にて冷却されて注水ポケット１７に循環供給される。
【００３７】
この際、ヒートバリア２２の軸貫通部２４では、冷却水の循環供給作用によって、下側に位置する熱水と上側に位置する冷却水とが自然対流して、水の置換現象が生じることは殆どない。しかも、本実施形態では、軸貫通部２４に配設した流動抑制機構３０を構成する軸シール３１の流体抵抗により、モータケーシング１０からポンプケーシング３３へ向けた流体移動、および、ポンプケーシング３３からモータケーシング１０へ向けた流体移動の両方を、確実に抑制できる。
【００３８】
また、本実施形態の循環ポンプは、外部冷却水の供給により、モータケーシング１０の内部では余剰の冷却水が外部に漏出する。この漏出は、下端のヒートバリア２２の軸貫通部２４を通したポンプケーシング３３と、上端の排出管５２を通した吸込側ボイラ配管５５となる。そして、これらからの流出量は、外部冷却水供給機構４８による供給圧力と、流動抑制機構３０を構成する軸シール３１およびオリフィス５３の設定とにより調整可能である。よって、ポンプケーシング３３内の熱水がモータケーシング１０に流入することを確実に防止しつつ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３３や吸込側ボイラ配管５５へ漏出する水量を抑制できる。
【００３９】
一方、暖待機中には、回転軸３７が停止されるため、インペラ４０と冷却水循環用インペラ４２が停止している。これにより、ポンプケーシング３３では、熱水の循環供給が停止される。また、モータケーシング１０では、冷却水循環用インペラ４２による冷却水の水流（循環）が停止される。よって、従来では、この暖待機状態でモータケーシング１０およびポンプケーシング３３の間で水の置換現象が生じる。
【００４０】
しかし、本実施形態では、モータケーシング１０およびポンプケーシング３３の間に形成するヒートバリア２２の軸貫通部２４に、流動抑制機構３０を構成する軸シール３１を配設している。よって、この軸シール３１による流体抵抗により、モータケーシング１０からポンプケーシング３３に冷却水が流入すること、および、ポンプケーシング３３からモータケーシング１０に熱水が流入することを抑制できる。
【００４１】
しかも、本実施形態の循環ポンプは、暖待機中にも稼働時と同様にモータケーシング１０内に外部冷却水供給機構４８によって外部冷却水が供給される。そのため、モータケーシング１０内では、図４に示すように、外部冷却水が注水ポケット１７に供給されると、冷却水循環用インペラ４２を介してモータケーシング１０内を下向きに流れる第１水流と、循環冷却機構４３の接続管４４を通して下向きに流れる第２水流と、排出管５２を通して吸込側ボイラ配管５５へ向けて流れる第３水流とが生じる。そのうち、第１水流および第２水流は、ヒートバリア２２の軸貫通部２４で合流し、この軸貫通部２４を通してポンプケーシング３３内に流入する。よって、ポンプケーシング３３内の熱水がモータケーシング１０に流入することを確実に防止しつつ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３３や吸込側ボイラ配管５５へ漏出する水量を抑制できる。
【００４２】
また、モータケーシング１０内では、気体の１つである溶解ガスが経時的に自然発生することがある。そして、このガスは、稼働時に回転軸３７を空運転現象を生じさせる。しかし、本実施形態では、モータケーシング１０の上端に排出管５２を接続している。そして、モータケーシング１０内で発生したガスは、稼働中および暖待機中のいずれの状態でも、モータケーシング１０の上端である注水ポケット１７に溜まり、排出管５２を通して吸込側ボイラ配管５５へ排出される。具体的には、吸込側ボイラ配管５５は、稼働中および暖待機中のいずれでもモータケーシング１０の内圧より高くはならない。そのため、常にモータケーシング１０から吸込側ボイラ配管５５へ向けた流れが生じ、逆流を防止することができる。しかも、本実施形態では、外部冷却水供給機構４８による外部冷却水の供給により、モータケーシング１０内の圧力が高くなるため、ガスが排出管５２を通して吸込側ボイラ配管５５へ確実に排出される。
【００４３】
このように、本発明の循環ポンプでは、ヒートバリア２２の軸貫通部２４に流動を抑制する流動抑制機構３０を設けているため、ポンプケーシング３３内の熱水がモータケーシング１０内に流入することを抑制できるとともに、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３３内に流入することを抑制できる。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を防止できる。また、ポンプケーシング３３内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を防止できる。
【００４４】
しかも、本実施形態では、水の置換現象が生じる暖待機中に、外部冷却水供給機構４８の給水管４９からモータケーシング１０内に外部冷却水が供給され、モータケーシング１０内の余剰の冷却水がヒートバリア２２の軸貫通部２４を通ってポンプケーシング３３へ流出する。よって、ポンプケーシング３３内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を確実に防止できる。
【００４５】
そして、本発明の循環ポンプは、モータケーシング１０の下部にポンプケーシング３３を位置させた正立式のものであるため、設備の構築時には、モータケーシング１０および循環冷却機構４３を配設するための大掛かりな基礎や建屋が不要であるため、設備構築費用を低減できる。
【００４６】
なお、この第１実施形態では、外部冷却水供給機構４８によって外部冷却水を稼働中および暖待機中のいずれでも供給する構成としたが、暖待機中だけ供給する構成としてもよい。また、外部冷却水を稼働中および暖待機中のいずれでも供給する場合には、冷却水循環用インペラ４２は設けない構成としてもよい。
【００４７】
（第２実施形態）
図５は第２実施形態の循環ポンプを示す。この第２実施形態では、外部冷却水供給機構４８の代わりに、暖待機中でもモータケーシング１０内の冷却水を強制循環させるためのポンプ５７を、循環冷却機構４３の接続管４４に配設した点で、第１実施形態と大きく相違している。
【００４８】
ポンプ５７は、循環冷却機構４３の接続管４４において、モータクーラ４５の上流側に介設したキャンドモータ式ポンプからなる。このポンプ５７は、上流側であるモータケーシング１０内の冷却水を吸い込んで、モータクーラ４５を介して下流側である注水ポケット１７に循環供給する。なお、このキャンドモータ式のポンプ５７は、モータのコイルを缶（キャン）に収めて防水し、水中でも使用できるようにしたものである。
【００４９】
この第２実施形態の循環ポンプを稼働させると第１実施形態と同様に、ポンプケーシング３３では、インペラ４０の回転により、熱水を吸込側ボイラ配管５５から吸い込んでボイラへ循環供給する。また、モータケーシング１０内では、冷却水循環用インペラ４２の回転により、冷却水が下向きに流動する水流が付与され、その冷却水を下部の接続管４４から吸い込んでモータクーラ４５にて冷却して注水ポケット１７に循環供給する。そして、この循環冷却機構４３による冷却水の循環流により、軸貫通部２４を通したモータケーシング１０内の冷却水とポンプケーシング３３内の熱水との自然対流が防止される。また、軸貫通部２４に配設した流動抑制機構３０を構成する軸シール３１による流体抵抗により、自然対流を確実に抑制できる。
【００５０】
一方、暖待機中には、回転軸３７が停止されるため、ポンプケーシング３３では、熱水の循環供給が停止される。また、モータケーシング１０では、冷却水循環用インペラ４２による冷却水の水流（循環）が停止される。この状態で、循環冷却機構４３の接続管４４に介設したポンプ５７を駆動させる。これにより、モータケーシング１０内では、稼働中と同様に、モータケーシング１０の下部の冷却水が接続管４４に吸い込まれ、モータクーラ４５にて冷却されて注水ポケット１７に循環供給される。その結果、この暖待機中においても同様に、冷却水の循環流によって、軸貫通部２４を通したモータケーシング１０内の冷却水とポンプケーシング３３内の熱水との自然対流が防止される。また、軸貫通部２４に配設した流動抑制機構３０を構成する軸シール３１による流体抵抗により、自然対流を確実に抑制できる。
【００５１】
また、モータケーシング１０内で発生したガスは、第１実施形態と同様に、排出管５２を通して吸込側ボイラ配管５５へ排出される。具体的には、吸込側ボイラ配管５５は、第１実施形態と同様に、稼働中および暖待機中のいずれでもモータケーシング１０の内圧より高くはならない。そのため、常にモータケーシング１０から吸込側ボイラ配管５５へ向けた流れが生じ、気体を排出できる。但し、第２実施形態では、気体および液体が排出管５２を通して吸込側ボイラ配管５５へ排出されると、その排出量に応じた熱水が軸貫通部２４を通してポンプケーシング３３からモータケーシング１０内に流入する。その量は、軸シール３１およびオリフィス５３によって極微量となるように設定されている。しかも、流入した熱水は、モータケーシング１０に直接流入するのではなく、接続管４４を介してモータクーラ４５にて冷却されて上端の注入ポケットから注入される。よって、モータケーシング１０内の冷却水の温度が昇温することはない。
【００５２】
このように、第２実施形態の循環ポンプは、ヒートバリア２２の軸貫通部２４に配設した軸シール３１により、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００５３】
しかも、第２実施形態では、モータケーシング１０内の冷却水をポンプ５７によって強制循環可能に構成しているため、ポンプケーシング３３内の熱水がモータケーシング１０内に流入することはないうえ、モータケーシング１０内の冷却水がポンプケーシング３３内に流入することはない。その結果、モータケーシング１０内の温度が異常上昇することによる電気絶縁物の損傷を確実に防止できるうえ、ポンプケーシング３３内の熱水が冷却されることによるボイラ熱量の損失を確実に防止できる。
【００５４】
なお、第２実施形態では、循環冷却機構４３の１つとして冷却水循環用インペラ４２を設け、稼働中には冷却水循環用インペラ４２により冷却水を循環供給し、暖待機中にはポンプ５７により冷却水を循環供給する構成としたが、冷却水循環用インペラ４２を設けない構成とし、稼働中および暖待機中のいずれでもポンプ５７により冷却水を循環供給する構成としてもよい。
【００５５】
（第３実施形態）
図６は第３実施形態の循環ポンプを示す。この第３実施形態では、流動抑制機構３０を軸シール３１の代わりにヒートバリア２２の軸貫通部２４の内周部に設けた複数の環状溝５８により構成している。なお、流動抑制機構３０として環状溝５８を設ける第３実施形態の構成は、第１実施形態のように外部冷却水供給機構４８を設ける構成、および、第２実施形態のように強制循環用のポンプ５７を設ける構成のいずれでも併用可能である。
【００５６】
このような流動抑制機構３０を設けた第３実施形態の循環ポンプは、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。なお、環状溝５８の代わりに環状突部を設けてもよい。また、この環状溝５８または環状突部は、ヒートバリア２２の軸貫通部２４に設ける代わりに、回転軸３７を構成する軸部４０ａの外周部に設けてもよい。
【００５７】
（第４実施形態）
図７は第４実施形態の循環ポンプを示す。この第４実施形態では、流動抑制機構３０を、ヒートバリア２２の内周部に設けた複数の環状溝５８と、回転軸３７を構成する軸部４０ａの外周部に設けた複数の環状突部５９とで構成している。環状突部５９は、軸部４０ａの外周部に装着するためのスリーブ６０から径方向外向きに突出するように設けられている。この環状突部５９は、環状溝５８の内部に位置され、この環状溝５８との間に所定の隙間を形成するように組み付けられる。なお、流動抑制機構３０として環状溝５８と環状突部５９を設ける第４実施形態の構成は、第１実施形態のように外部冷却水供給機構４８を設ける構成、および、第２実施形態のように強制循環用のポンプ５７を設ける構成のいずれでも併用可能である。
【００５８】
このような流動抑制機構３０を設けた第４実施形態の循環ポンプは、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。なお、環状溝５８を回転軸３７を構成する軸部４０ａの外周部に設け、環状突部５９をヒートバリア２２の軸貫通部２４の内周部に設けてもよい。
【００５９】
（第５実施形態）
図８は第５実施形態の循環ポンプを示す。この第５実施形態では、流動抑制機構３０を、弾性的に変形可能なシール部材６１によって構成している。このシール部材６１は、回転軸３７を構成するインペラ４０の軸部４０ａに配設された円錐筒状のものである。具体的には、図９に示すように、シール部材６１は、軸貫通部２４の回転軸支持部２５内に位置するように配設されるもので、その下端部の外径は軸貫通部２４の内径より大きく形成されている。また、シール部材６１の上端は、軸部４０ａの外径と略同一の内径であり、その上端には軸部４０ａに固着するための溝を備えた装着部６２が設けられている。さらに、シール部材６１の下端には、遠心力が加えられることにより弾性的に変形して浮上させるための錘６３が周方向に所定間隔をもって配設されている。
【００６０】
このシール部材６１は、半円環状をなす一対の固定具６４Ａ，６４Ｂにより軸部４０ａに固着される。この固定具６４Ａ，６４Ｂは、軸部４０ａの外径と略同一の内径の枠体を備えている。この固定具６４Ａ，６４Ｂの内周部には、シール部材６１の装着部６２を外嵌して圧接固定するための装着溝６５が設けられている。また、一方の固定具６４Ａには、他方の固定具６４Ｂと突き合う端面にネジ孔６６が設けられる一方、固定具６４Ｂにはネジ孔６６に対して軸方向に一致するネジ挿通孔６７が設けられている。
【００６１】
このような流動抑制機構３０を設けた第５実施形態の循環ポンプは、稼働により回転軸３７が回転すると、各実施形態と同様に、ポンプケーシング３３では、インペラ４０の回転により、熱水を吸込側ボイラ配管５５から吸い込んでボイラへ循環供給する。また、モータケーシング１０内では、冷却水循環用インペラ４２の回転により、冷却水が下向きに流動する水流が付与され、冷却水を接続管４４から吸い込んでモータクーラ４５にて冷却して注水ポケット１７に循環供給する。これにより、モータケーシング１０内では、循環冷却機構４３による冷却水の循環流によって、軸貫通部２４を通した自然対流が防止される。また、シール部材６１は、回転軸３７の回転で錘６３に径方向外向きの遠心力が加わることにより、図１０に示すように、弾性的に変形して浮上する。その結果、軸貫通部２４の端面との摺接が回避される。
【００６２】
一方、暖待機中には、回転軸３７が停止されるため、ポンプケーシング３３では、熱水の循環供給が停止される。また、モータケーシング１０では、冷却水循環用インペラ４２による冷却水の水流（循環）が停止される。同時に、シール部材６１に加わる遠心力も解除されるため、シール部材６１は、軸貫通部２４の上端外周部に自重で降下して接触する。これにより、軸貫通部２４を通したモータケーシング１０からポンプケーシング３３への冷却水の流入、および、ポンプケーシング３３からモータケーシング１０への熱水の流入を防止できる。
【００６３】
しかも、この第５実施形態では、第１実施形態に示す外部冷却水供給機構４８をモータケーシング１０に接続し、この外部冷却水供給機構４８を暖待機中に動作させることにより、モータケーシング１０内に形成される水流によってシール部材６１が軸貫通部２４の上端外周部に密着するように作用する。同様に、第２実施形態に示す強制循環用のポンプ５７を循環冷却機構４３の接続管４４に配設し、このポンプ５７を暖待機中に動作させることにより、モータケーシング１０内に形成される水流によってシール部材６１が軸貫通部２４の上端外周部に密着するように作用する。その結果、モータケーシング１０およびポンプケーシング３３間の自然対流を確実に防止できる。
【００６４】
このように、第５実施形態の循環ポンプは、各実施形態と同様の作用を得ることができるうえ、第１実施形態に示す外部冷却水供給機構４８または第２実施形態に示す強制循環用のポンプ５７と併用（組み合わせ）することにより、暖待機中での自然対流を確実に防止できる。また、第５実施形態のシール部材６１は、稼働時には回転軸３７の回転によって加わる遠心力で、軸貫通部２４の端面との摺接を防止できるため、摩耗による損傷を抑制できる。
【００６５】
（第６実施形態）
図１１および図１２は第６実施形態の循環ポンプを示す。この第６実施形態では、流動抑制機構３０を、軸貫通部２４の上端外周部に付勢手段であるスプリング７３によって付勢したシールリング７０により構成している。このシールリング７０は、回転軸３７を構成するインペラ４０の軸部４０ａの上端に固定したシールスリーブ６８に外嵌することにより、回転軸３７の軸方向に沿って移動可能に構成されている。なお、このシールスリーブ６８の上端には、径方向外向きに突出するスプリング受部６９が形成されている。
【００６６】
シールリング７０は、軸貫通部２４の回転軸支持部２５内に位置するように配設されるもので、その下端部の外径は軸貫通部２４の内径より大きく形成されている。このシールリング７０の内径は、シールスリーブ６８の外径より大きく形成されている。また、シールリング７０には、下端面に上向きに窪む水溜凹部７１が形成されるとともに、上端から水溜凹部７１（下端）にかけて貫通する浮上用流路７２が設けられている。そして、このシールリング７０とシールスリーブ６８との間には、シールリング７０を軸貫通部２４の上端外周部へ向けて付勢するスプリング７３が配設されている。
【００６７】
このような流動抑制機構３０を設けた第６実施形態の循環ポンプは、稼働により回転軸３７が回転すると、各実施形態と同様に、ポンプケーシング３３では、インペラ４０の回転により、熱水を吸込側ボイラ配管５５から吸い込んでボイラへ循環供給する。また、モータケーシング１０内では、冷却水循環用インペラ４２の回転により、冷却水が下向きに流動する水流が付与され、冷却水を接続管４４から吸い込んでモータクーラ４５にて冷却して注水ポケット１７に循環供給する。これにより、モータケーシング１０内では、循環冷却機構４３による冷却水の循環流により、軸貫通部２４を通した自然対流が防止される。また、この状態でシールリング７０は、循環冷却機構４３による冷却水の水流が、浮上用流路７２に浸入することにより水溜凹部７１内の圧力が高まる。そして、この浮上用流路７２内に浸入する冷却水の水圧により、スプリング７３の付勢力に抗してシールリング７０が上方へ移動する。その結果、第５実施形態と同様に、シールリング７０と軸貫通部２４の端面との摺接が回避される。
【００６８】
一方、暖待機中には、回転軸３７が停止されるため、ポンプケーシング３３では、熱水の循環供給が停止される。また、モータケーシング１０では、冷却水循環用インペラ４２による冷却水の水流（循環）が停止される。同時に、シールリング７０に加わる水圧も解除されるため、シールリング７０は、軸貫通部２４の上端外周部にスプリング７３の付勢力で接触する。これにより、軸貫通部２４を通したモータケーシング１０からポンプケーシング３３への冷却水の流入、および、ポンプケーシング３３からモータケーシング１０への熱水の流入を確実に防止できる。
【００６９】
なお、この第５実施形態では、第１実施形態に示す外部冷却水供給機構４８、および、第２実施形態に示す強制循環用のポンプ５７は、必ずしも併用する必要はない。併用する場合には、外部冷却水供給機構４８による外部冷却水の供給圧力、および、ポンプ５７による冷却水の循環供給圧力（水流）は、シールリング７０がスプリング７３の付勢力に抗して上昇しない圧力とする。
【００７０】
このように、第６実施形態の循環ポンプは、各実施形態と同様の作用を得ることができる。また、第６実施形態のシールリング７０は、稼働時の冷却水の循環流の水圧で軸貫通部２４の端面との摺接を防止できるため、摩耗による損傷を抑制できる。
【００７１】
なお、本発明の循環ポンプは、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００７２】
例えば、前記実施形態では、ポンプケーシング３３にガイドベーン３６を配設したが、このガイドベーン３６は配設しない構成としてもよい。さらに、ポンプケーシング３３は、吸込部３４の軸方向に対して吐出部３５を径方向外向きに突設したものに限られず、螺旋状の流水路を有する渦巻状のものであってもよい。
【００７３】
また、前記実施形態では、モータケーシング１０内に配設するモータ機構として、モータステータ１４とモータロータ３９を有し、回転磁界の作用で回転するものを用いたが、磁石の有無を含み、モータ機構の種類は希望に応じて変更が可能である。
【００７４】
そして、前記実施形態では、本発明の循環ポンプを発電設備に使用する例を挙げて説明したが、使用用途は発電設備に限られるものではない。
【符号の説明】
【００７５】
１０…モータケーシング
２２…ヒートバリア
２４…軸貫通部
３０…流動抑制機構
３１…軸シール
３２…環状溝
３３…ポンプケーシング
３４…吸込部
３５…吐出部
３７…回転軸
４０…インペラ
４０ａ…軸部（回転軸）
４２…冷却水循環用インペラ
４２ａ…軸部（回転軸）
４３…循環冷却機構
４８…外部冷却水供給機構
４９…給水管
５５…吸込側ボイラ配管
５６…吐出側ボイラ配管
５７…ポンプ
５８…環状溝
５９…環状突部
６１…シール部材
６８…シールスリーブ
７１…水溜凹部
７２…浮上用流路
７３…スプリング（付勢手段）
【図１】
0005693291.tif 000002
【図２】
0005693291.tif 000003
【図３】
0005693291.tif 000004
【図４】
0005693291.tif 000005
【図５】
0005693291.tif 000006
【図６】
0005693291.tif 000007
【図７】
0005693291.tif 000008
【図８】
0005693291.tif 000009
【図９】
0005693291.tif 000010
【図１０】
0005693291.tif 000011
【図１１】
0005693291.tif 000012
【図１２】
0005693291.tif 000013