(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ（１９）及び電動機（１５）を含むと共に、タンク（１０）内の流体（１１）に浸漬して使用される安全ポンプシステムであって、
電動機を囲む電動機ハウジング（１６）と、
この電動機ハウジングの周囲を取り巻く外側空間（１７）を画成する外側シェル又はジャケット（１４）と、
電動機とポンプを相互に接続する駆動シャフト（２３）と、
大気圧を越える圧力で保護ガスを外側空間に供給して、外側空間を保護ガスで満たす第１ガス供給手段（３６）とを含み、前記電動機ハウジング（１６）は電動機（１５）を含む内側空間（１８）を画成し、第２ガス供給手段（４４、２４；４４、５２）は、前記内側空間（１８）に保護ガスを供給して、この空間の酸素を置換すると共に、この空間を保護ガスによって満たして、爆発を防止するのに設けられ、この第２ガス供給手段（４４、２４；４４、５２）は前記内側空間（１８）の保護ガスを、外側空間（１７）のガス圧力に等しいか、又はそれを越える圧力に維持することを特徴とする安全ポンプシステム。
【請求項２】
第１ガス供給手段（３６）は前記外側空間（１７）の保護ガスをタンク（１０）内のガス相の圧力を越える圧力に維持するのに適応することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記外側シェル又はジャケット（１４）は、前記外側空間（１７）とタンク（１０）に含まれた流体（１１）との間に位置する別のシーリングチャンバ（２４）を画成し、前記駆動シャフト（２３）はシーリングチャンバを画成するシェルの対向する壁部分に整列形成された開口を介して延在し、第３ガス供給手段（４４；５３、５４）はシーリングチャンバに保護ガスを供給して、その圧力を隣接するタンク（１０）の流体圧力を越える圧力に維持するのに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
シーリングチャンバ（２４）は、前記外側空間（１７）から外に向かって、駆動シャフトが延在する少なくとも一つの開口をシールするため、前記シャフト（２３）を取り巻くシーリング手段（２７、２８）を含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１ガス供給手段（３６）は前記第２ガス供給手段（４４、２４；４４、５２）に接続しており、保護ガスは前記電動機ハウジング（１６）の内側空間（１８）を介して前記外側空間（１７）に供給されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のシステム。
【請求項６】
第２ガス供給手段（４４、２４）は前記第３ガス供給手段（４４）にさらに接続しており、保護ガスはシーリングチャンバ（２４）を介して前記内側空間（１８）に供給されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
第３ガス供給手段（５３、５４）は前記第２ガス供給手段（４４）にさらに接続しており、保護ガスは前記電動機ハウジング（１６）の内側空間（１８）を介して前記シーリングチャンバ（２４）に供給されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
請求項５から７の何れかに記載のシステムは、前記第２及び第１ガス供給手段を相互に接続すると共に、保護ガスが前記内側空間（１８）から外側空間（１７）に流れることを可能にする一方向弁（３６）を更に含んでいることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のシステムは、前記第２及び第３ガス供給手段を相互に接続すると共に、保護ガスが前記内側空間（１８）からシーリングチャンバ（２４）にのみ流れることを可能にする一方向弁（５４）を更に含んでいることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１から９の何れかに記載のシステムは、電動機の動作を制御する制御回路（５７）を更に含んでいることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムは、前記内側及び外側空間（１８、１７）の何れか、および／又はシーリングチャンバ（２４）に供給される保護ガスの体積流量を感知し、このガスの体積流量が所定の制限値を越えたとき制御回路（５７）によって警報を作動させるか、および／又は電動機への電力供給を遮断する手段を更に含むことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記第１ガス供給手段（３６）は、１バールよりも少ない圧力、好ましくは０．４バールよりも少ない圧力だけ大気圧を上回る圧力で、保護ガスを前記外側空間に供給するのに適応することを特徴とする請求項１から１１に記載のシステム。
【請求項１３】
電動機ハウジング（１６）はガスの入口（４４）及び出口（３１）を有し、このガス入口は前記外側空間（１８）から隔離されたシーリングチャンバ（２４）内の駆動シャフトに配置されたガス潤滑式機械シート（２７）に接続されると共に、大気圧を越える圧力であって、且つ前記外側空間の超大気圧に等しいか、又はそれより大きい圧力で保護ガスをシーリングチャンバに供給するための手段（４５）であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
シーリングチャンバ（２４）内の保護ガスの圧力は１バール以上、好ましくは２〜５バールの範囲で大気圧を越える圧力であることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
もう一つのガス潤滑式機械シール（２８）は、シーリングチャンバの壁を通してタンク（１０）の空間に延在する駆動シャフト（２３）の周囲に配置され、超大気圧の保護ガスは前記シーリングチャンバ（２４）から、このもう一つのシールに供給されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記外側空間（１７）は前記タンク（１０）の流体（１１）の上面より上方に延在し、電動機ハウジング（１６）のガス出口（３１）は、ガス流路（３２）を介して前記流体の上面より上方の前記外側空間（１７）に接続されることを特徴とする請求項１３から１５の何れかに記載のシステム。
【請求項１７】
電動機用電力供給ケーブル（１６）は、気密な前記ガス流路（３２）を通して延在することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
請求項１から１７の何れかに記載のシステムは、タンク（１０）の外部に配置されたに熱交換器（３９）を含む液体冷却システム（３７）を更に含むことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記液体は、温度差に起因する液体の比重差によって前記冷却システム（３７）内を循環することを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
冷却システム（３７）は、電動機ハウジング（１６）によって形成される冷却ジャケット（３８）を含むことを特徴とする請求項１８又は１９に記載のシステム。
【請求項２１】
大気圧を越える前記圧力の何れも、一対の圧力スイッチ（５０、５１）によって所定の最小値及び最大値の範囲内に維持され、これら圧力スイッチは、前記圧力が最小圧力値以下に減少したり、最大圧力値を越えたりした時、それぞれ制御回路（５７）に対し信号を出力することを特徴とする請求項１０から２０の何れかに記載のシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムは、前記最大圧力を越える超大気圧で、電動機ハウジングの内側空間に保護ガスを供給するガス入口手段を更に含むことを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項１から２２の何れかに記載のシステムは、電動機（１５）の下側に位置する前記外側空間（１７）に開口すると共に、その位置から上方に向かって、タンク（１０）内流体の上面より上方に位置する圧力逃し弁（４９）まで延在する上昇管（４７）を更に含むことを特徴とするシステム。
【請求項２４】
圧力スイッチ（５０、５１）の一つから、前記外側空間（１７）の圧力が前記最大圧力を越えたことを示す信号を制御回路（５７）が受信すると、この制御回路は警報モードに移行し、このモードは保護ガスが、前記最大圧力を越える圧力で、電動機ハウジングの外側空間、又は内側空間に直接供給されたときにのみ終了することを特徴とする請求項２１から２３の何れかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記最大圧力は大気圧を０．２５から０．４バール越えた範囲内にあることを特徴とする請求項２１から２４の何れかに記載のシステム。
【請求項２６】
前記最小圧力は少なくとも０．１バール、好ましくは０．２バール、大気圧を越えていることを特徴とする請求項２１から２５の何れかに記載のシステム。
【請求項２７】
圧力スイッチ（５０、５１）の一つから、前記外側空間（１７）内の圧力が前記最小圧力より下がったことを示す信号を制御回路（５７）が受信すると、この制御回路は電動機（１５）への電力供給を遮断する警報モードに移行し、このモードは他の圧力スイッチから、前記外側空間の圧力が前記最大圧力を越えたことを示す信号を所定時間継続して制御回路が受信したときのみ終了することを特徴とする請求項２１から２６の何れかに記載のシステム。
【請求項２８】
保護ガスは窒素、燃焼済みガス、又は酸素濃度の低いその他のガスであることを特徴とする請求項１から２７の何れかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
本発明はポンプ及び電動機を含み、タンク内の流体に浸漬して使用することが可能な安全ポンプシステムに関する。種々の引火性流体、例えば液体石油製品、液化ガス、種々の危険な化学液体製品等は、通常大型のタンク、例えば液体を運ぶ際のタンカー船の大型タンク、又は地上に設置した定置式タンク等に貯蔵される。引火性の液体はポンプ、例えば特別な遠心ポンプを使ってタンクへの分配され、そして／又はタンクから排出される。斯うしたタンクの底部近くに位置する深井戸型ポンプは、電動機が防爆設計のものであって、且つタンクの上壁より上方に配置されていれば、この電動機による駆動は可能である。この場合、長い駆動シャフトは電動機からウエル（井戸形部分）を通り下方に向かってポンプまで延在する。斯うした長い駆動シャフトは、多数のベアリングを必要とするし、また船舶の甲板上で、幾つかのどちらかと言えば重い電動機を高い位置に据え付けることは重心を上方に移動させるから、船舶に不安定さを与えることになる。
ポンプを駆動するもう一つの可能性は、油圧モータの利用にある。油圧ポンプは何ら点火源を持たないから、タンク内でポンプ近くに配置することができる。しかし、斯うした油圧ポンプは複雑な油圧供給システムを介した高圧油の供給を必要とするから不利である。更に、油圧供給システムから漏れた駆動油がタンクに浸透して、タンク内の流体を汚染する可能性もある。
タンク内に於いて、ポンプに近く位置する電動機の使用を可能にする形式の安全ポンプシステムは、米国特許第5,336,064号に開示されている。このシステムに於いて、電動機を囲む電動機ハウジングは内側空間を画成すると共に、外側シェルによって囲まれている。この電動機ハウジングは、その内側空間にある酸素を置き換える油等の非危険性の液体を含んでいるため、電動機の事故から生ずる電気火花に起因する爆発は防がれる。電動機ハウジングと外側シェルの間に画成される外側空間は、不活性雰囲気で満たされていて、周囲空間にあるタンクの有害液体から電動機を隔離している。
この公知のポンプシステムに於いて、電動機ハウジングの内側空間に含まれる液体は電動機の冷却、及びベアリング及びシール部材の冷却及び潤滑に用いられる。しかし、２種の異なる流体を使用すること、即ち電動機ハウジングの内側空間には液体を使用し、電動機ハウジングと外側シェルの間に画成される空間には不活性ガスを用いることは、ポンプシステムを実質的に複雑にすると共に、電動機ハウジングの内側空間から漏れ出す油又はその他の流体によってタンク内の液体を汚染する危険を内包することになる。
本発明は上述の形式のポンプシステムではあるが、電動機を備えた防爆浸漬型ポンプシステムを構成するのに、ただ一種類の流体、即ち保護ガスを必要とするポンプシステムを提供する。
従って、本発明はポンプ及び電動機を含むと共に、タンク内の流体に浸漬して使用される安全ポンプシステムを提供する。このポンプシステムは、電動機を囲む電動機ハウジングと、この電動機ハウジングの周囲を取り巻く外側空間を画成する外側シェル又はジャケットと、電動機とポンプを相互に接続する駆動シャフトと、大気圧を越える圧力で保護ガスを外側空間に供給して、外側空間を保護ガスで満たす第１ガス供給手段とを含み、電動機ハウジングは電動機を含む内側空間を画成し、第２ガス供給手段は、内側空間に保護ガスを供給して、この空間の酸素を置換すると共に、この空間を保護ガスによって満たして、爆発を防止するのに設けられ、この第２ガス供給手段は前記内側空間の保護ガスを、外側空間のガス圧力に等しいか、又はそれを越える圧力に維持することを特徴としている。斯うして、電動機は保護ガスを満たした二つの別々の雰囲気によってタンクの内容物から隔離されることになる。また、電動機ハウジングの内側空間の保護ガスを、外側空間のガス圧力を越える圧力に維持するとき、爆発の危険性は更に少なくなる。斯うして、タンクから外側空間に漏れ出したかも知れない引火性流体が、電動機ハウジングによって画成される内側空間に漏洩し続けることは防止される。
更に、流体、例えば引火性液体が、タンクから外側シェルによって画成される外側空間に漏れ出る危険を少なくするために、第１ガス供給手段は外側空間の保護ガスを少なくともタンク内のガス相の圧力、出来れば外側シェル又はジャケット近傍のタンク内の流体の最大圧力を越える圧力に維持するのに適応する。例えば、電動機ハウジングの内側空間の保護ガス圧力は、外側シェルの外側表面に於けるタンク内のガス圧力より１．５から３バール高い圧力に維持する。外側空間の圧力は、例えば内側空間よりも０．０２から０．５バール低くする。
ポンプは外側シェル又はジャケットの外側に配置されるから、駆動シャフトは電動機ハウジング及び外側シェルに形成された整列開口をそれぞれ通して延在する。上記第１及び第２ガス供給手段は、外側空間及び内側空間それぞれに保護ガスを直接供給するのに適応する。これら空間の保護ガス圧力はタンク内の流体圧力を越えているから、駆動シャフトが壁を貫通している外側シェル又はジャケット内に流体が漏れ出すことは防止される。しかし、保護ガスの消費を少なくするため、電動機ハウジング及び外側シェルの整列開口をそれぞれ貫通する駆動シャフトの周囲にシールを配置するのが好ましい。しかし、好適実施例では、外側シェル又はジャケットは、上記外側空間とタンク内の流体の間に位置する別のシーリングチャンバを画成すると共に、このシーリングチャンバを画成する対向するシェル壁に形成された整列開口を通して駆動シャフトを延在させ、シーリングチャンバに保護ガスを供給するための第３のガス供給手段を設けて、シーリングチャンバ内をその近傍にあるタンクの流体圧力を越える圧力に維持している。
電動機ハウジングの内側空間のガス圧力は、シーリングチャンバ内のガス圧力を越えているのが好ましい。斯うすることによって、保護ガスは内側空間からシーリングチャンバへ、そして更にシーリングチャンバからタンクへと漏れ出るようになる。其処では通常、不活性保護ガスは何らタンク内容物の汚染を引き起こすものではない。シーリングチャンバからタンクへの保護ガスの漏れを最小限に減らすため、シーリングチャンバは、駆動シャフトが内側空間から外に向かって延びる開口の少なくとも一つをシールするシャフトを囲むシーリング手段を含んでいるのが好ましい。通常、斯うしたシーリング手段は、シーリングチャンバ内に定置して配置されると同時に、回転するシャフトと接触して配置される。シーリング手段とシャフト周面と間の摩擦によって熱がでるが、シーリング手段又はシーリングリングから漏れ出す僅かな量の保護ガスが、シーリング手段とシャフト間の摩擦を実質的に減少させ、シーリング手段を冷却するから、シーリング手段の動作寿命は可成り延長される。
上述のように、第１及び第２ガス供給手段は、それぞれ独立に保護ガスを外側空間及び内側空間に供給し、第３のガス供給手段は保護ガスを直接シーリングチャンバに供給する。或いは、第１ガス供給手段が第２ガス供給手段を含み、保護ガスが電動機ハウジングの内側空間を介して上記外側空間に供給されるようにしても良い。同様に、第２ガス供給手段が第１ガス供給手段を含み、保護ガスがシーリングチャンバを介して電動機ハウジングの内側空間に供給されるようにしても良い。しかし、この構成はシーリングチャンバに漏れ出したタンク内容物が、電動機ハウジングの内側空間に入る危険を含んでいる。このタンクの流体が電動機ハウジングにの内側空間に入る危険を少なくするため、第３ガス供給手段が第２ガス供給手段を含み、保護ガスを電動機ハウジングの内側空間を介してシーリングチャンバに供給するようにするのが好ましい。
保護ガスを電動機ハウジングの内側空間経由で外側空間に供給する場合、これらの空間を内側空間から外側空間方向にのみ保護ガスを流す一方向弁によって相互に接続する。この一方向弁は、内側空間と外側空間との間に所定の圧力差、例えば０．０２から０．５バールの圧力差が得られたときに開成する。この方法によって、電動機ハウジングの内側空間の保護ガス圧力を、確実に外側空間のガス圧力より高い値に維持することができる。同様に、電動機ハウジングの内側空間とシーリングチャンバを一方向弁によって相互に接続し、保護ガスがハウジングの内側空間からシーリングチャンバ方向にのみ流れるようにしても良い。斯うして、上述のように、電動機ハウジングの内側空間に所望の他より高い圧力が維持される。
電動機の動作、そして上記内側空間、外側空間、そして／又はシーリングチャンバへの保護ガス供給動作は、電気又は電子制御回路等の制御回路によって制御するのが好ましい。
保護ガスの過度に高い消費は許容し得ないガス漏れ、例えば駆動シャフト周囲をシールするガスシーリング手段の摩耗、或いはその非効率化に由来するガス漏れがあることを示している。この様な状態は、内側そして／又は外側空間にガス圧力低下の危険を含み、そこから危険状態が起こるかも知れない。本発明によるポンプシステムは、上記内側及び外側空間、そして／又はシーリングチャンバの何れにも供給される保護ガスの体積流量を感知する手段、及びこの体積流量が所定限度を越えた場合に、制御回路を作動して警報を出したり、そして／又は電動機への電力供給を遮断したりする手段を含んでいる。
タンク内流体の上方にあるガス相は通常、大気圧に近い圧力に保たれている。外側空間の圧力はタンク内の圧力を越えた圧力であるのが好ましいが、不必要に高くしないのが好ましい。それ故、第１ガス供給手段は、１バールよりも少ない圧力、好ましくは０．４バールよりも少ない圧力だけ大気圧を上回る圧力の保護ガスを上記外側空間に供給するのに適応する。
電動機ハウジングはガス入口及びガス出口を有し、このガス入口は上記外側空間から隔離されたシーリングチャンバ内の駆動シャフトに配置されたガス潤滑式機械シールに接続され、大気圧を越えた圧力であって、且つ上記外側空間の超大気圧（superatmospheric pressure）に等しいか又はそれより高い圧力で、保護ガスをシーリングチャンバに供給するための手段である。数個のガス入口及び出口が電動機ハウジングに設けられる。液体潤滑式シールに較べてガス潤滑式シールは、タンク内の流体を汚染しない潤滑剤を選択できるという利点を有している。
シーリングチャンバの壁を貫通してタンク空間に延びる駆動シャフトの周りに、更にもう一つのガス潤滑式機械シールを配置し、このシールに超大気圧の保護ガスを上記シーリングチャンバから供給する。このシールは電動機とポンプとの間に位置する領域にシールを施す。この種のガス潤滑式シールの温度は、潤滑が不足した際には僅かに温度上昇を来すが、動作寿命時間は液体潤滑式シールに較べて１０倍も長い。
上記外側空間はタンク内流体の上面より上方に延在し、電動機ハウジングのガス出口は、ガス流路を介して上記上面より上方で上記外側空間に接続される。外側空間がタンクから漏洩した液体によって満たされたとしても、この漏洩液体は電動機ハウジングの内側空間に入り込むことはない。また、電動機ハウジングのガス出口は、一方向弁を介して上記外側空間に接続することも可能である。
電動機への電力供給ケーブルは、気密にした上記ガス流路を通って延びているので、ケーブル欠陥に由来する危険は少なくなる。
本発明によるシステムは、タンク外部に配置した熱交換機を含む液体冷却システムを更に含んでいる。斯うした冷却システムによって、電動機の温度はタンク内流体の蒸気が爆発を起こす所定の臨界温度以下に保たれる。タンク外部に位置する熱交換機は、液体／空気型交換機又は液体／海水型交換機である。
液体は、温度差による液体の比重差、又は循環ポンプによって冷却システム内を循環する。斯うした熱伝達液の自然循環を利用することによって、冷却システムの運転は循環ポンプを使用せずに済む。冷却システムは電動機を囲む冷却コイルを含むことも可能でる。しかし、冷却システムは電動機ハウジングによって形成される冷却ジャケットを含んでいるのが好ましい。
上記内側空間、外側空間、及びシーリングチャンバ内の何れの超大気圧も、一対の圧力スイッチによって最小値及び最大値の間の所定範囲内に維持される。これらスイッチは、上記圧力が最小圧力以下に下がったり、最大圧力を越えたときに、それぞれ制御回路に信号を出力するのに適応する。制御回路に送られた信号は、ポンプシステムの一以上の警報機能を作動させるか、そして／又は自動的に適当な緊急機能の制御を開始する。
電動機を始動する前に、電動機ハウジングの内側空間を保護ガスによってフラッシングするため、ポンプシステムは上記最大圧力を越える超大気圧で、電動機ハウジングの内側空間に保護ガスを供給するガス入口手段を含んでいる。
更に、ポンプシステムは電動機の下側の位置で上記外側空間に開口し、其処からタンク流体の上面より上方に位置する圧力逃し弁に向かって上方に延びる上昇管を含んでいる。タンクの内側から外側空間に流体が漏れた場合、この漏洩流体は上昇管を通って排出される。更に、圧力逃し弁は、システムの正常動作中、保護ガスの最大圧力を制御する。この場合、圧力逃し弁が開成する圧力レベルは、上記圧力スイッチの一つが動作する最大圧力より低いのが好ましい。
制御回路が圧力スイッチの一つから、上記外側空間の圧力が上記最大圧力を越えていることを示す信号を受信すると、制御回路は警報モードに移行し、このモードは上記最大圧力を越える圧力の保護ガスが、外側空間又は電動機ハウジングの内側空間に直接供給されたときにのみ終了する。流体がタンクから外側空間に漏れている場合、この流体は上昇管を上昇する。もし、流体がタンクから外側空間に流れ続けると、外側空間の圧力は終いには最大値を越えて、制御回路を警報モードに移行させる。この警報モードは可視警報及び可聴警報の作動を含み、可能な場合には、電動機への電力供給を停止させる。警報状態は、上昇管を介して外側空間から漏洩流体を追い出すために、高圧の保護ガスを手動又は自動的に供給したときにのみ終了する。
最大圧力は、大気圧を０．２５から０．４バールの範囲で越えた圧力であるのが好ましく、最小圧力は大気圧を少なくとも０．１バール、好ましくは０．２バール上回る圧力であるのが好ましい。これらの値は、外側空間の圧力がタンク内流体の上面に於ける大気圧に対応するか、又はそれよりある程度高いガス圧力をある程度越えていなければならないと言う事実を勘案して選択する。他方、電動機ハウジング内の圧力、そして／又は外側シェル又はジャケット内の圧力は、電動機ハウジング及び外側空間が特別な方策を必要とせずに、そうした超大気圧に耐えられる圧力とするのが好ましい。
制御回路が圧力スイッチの一つから、上記外側空間の圧力が最小圧力より下がったことを示す信号を受信すると、制御回路は電動機への電力供給を遮断する警報モードに移行する。この警報モードは、制御回路がもう一方の圧力スイッチから、上記外側空間の圧力が上記最大圧力を越えていることを示す信号を、所定の時間継続して受信したときにのみ終了する。もし、例えば、タンクの漏れから、タンク内液面の上方空間が外側空間と連通したため、外側空間の圧力が最小圧力より低くなると、引火性ガス又は危険ガスが外側空間に入り込む危険がある。この様な場合、電動機への電力供給はで停止され、爆発の危険は無くなる。警報モードは、制御回路が他方の圧力スイッチからの信号を所定時間連続して受信したときにだけ終了するから、外側空間の全体積は保護ガスによって確実にフラッシュされ、危険ガスは正常な動作が戻る以前に除去される。
本発明によるポンプシステムで使用される保護ガスは、窒素又はその他の不活性ガスであるのが好ましい。これに代わるガスとしては、燃焼済みガス又は酸素濃度の低いその他のガスでも良い
以下、図面を参照して、本発明を更に詳しく説明する。図中：
図１はタンク、例えば船舶に装置したタンク、又は容器に配置した本発明によるポンプシステムの第１実施例の断面図、
図２は本発明によるポンプシステムの実形実施例の断面図、そして
図３は制御回路を用いた本発明によるポンプシステムの制御を示すブロック図である。
図１及び図２はタンク又はコンテナタンクを示し、タンクは液体１１及びこの液体上方にある気体雰囲気１２を含んでいる。この液体としては、例えば液化ガス、液体石油製品、或いは危険な化学液等がある。タンクは地上に設置したものでも、タンカー船又はその他の船舶（図示せず）に装備したものであっても良い。後者の場合、タンク１０の上部壁１３が船舶の甲板の一部を形成していても良い。
液体１１の上表面とタンクの上部壁１３の間に画成される気体雰囲気は、空気そして／又は液体の蒸気そして／又は窒素等の不活性ガス又は燃焼後のガス等で満たされる。気体雰囲気１２は大気圧より僅かに高い圧力、典型的には大気圧を０．１バール弱上回る圧力を有していても良い。
ウエル（井戸形部分）又は空所１４は、甲板１３から下方に向かってタンク１０内部に延在する。規格EN50018に従って作られた防爆型ハウジング１６を備えた電動機１５はウエル１４の内部に配置され、防爆型ハウジング１６及びこれに隣接するウエル１４の壁との間に、電動機ハウジング１６を囲む外側空間１７を画成する。電動機ハウジング１６は内側空間１８を画成し、其処に電動機１５が配置される。ウエル又は空所１４の下側に配置されるポンプ、例えば遠心ポンプ１９は、吸引口２０及びタンクから外部に延びる排出管２１を有している。吸引口２０はタンク１０の底部に形成された凹所２２内に位置する。
電動機１５は駆動シャフト２３を用いてポンプ１９に接続される。隔離して設けたシーリングチャンバ２４は、その上部壁２５がウエル又は空所１４の底部壁に一致するように駆動シャフト２３を囲む。このシャフト２４はシーリングチャンバ２４の上部壁２５及び底部壁２６それぞれに設けた整列開口を通して延びる。シーリングチャンバ２４は一対の環状シール２７、２８を含んでいる。これらシールはJohn Crane International社から市販されている形式のものでも良い。一次シール２７はシャフト２３と、シーリングチャンバの底部壁２６に開口を画成するリムとの間の空間をシールし、二次シール２８はシャフト２３とシーリングチャンバの上部壁２５に開口を画成するリムとの間の空間をシールする。
シーリングチャンバの上部壁２５にある開口は、シャフトベアリング３０を含む接続管２９によって電動機ハウジング１６の底部壁に画成した開口に相互接続される。電動機ハウジングの上部壁に画成した開口３１は、電動機ハウジングの内側空間１８を上方に延びるガス流路３２に接続する。電力供給ケーブル３３は、電動機１５から開口３１を介して、流路３２を上方に向かって延びて、甲板又は上部壁１３の上方に位置する端子３４に達する。ガス流路３２の上端部はガス出口３５を経て外部空間１７に接続される。このガス出口は、タンク１０内の液体１１の液面、及び甲板又は上部壁１３より上方に位置し、流路３２から外側空間１７にだけガス流す一方向弁３６によって監視される。
電動機１５は、例えば水とグリコールの混合物からなる熱伝達液を含む冷却システム又は冷却回路３７を備えている。冷却回路は電動機ハウジング１６に形成された冷却ジャケット３８、及び上部壁又は甲板１３より上方に位置する空冷式熱交換器３９を含んでいる。この冷却ジャケット３８と、熱交換器３９とはパイプ４０によって相互に接続されているので、熱伝達液は強制循環のための機械的手段を使用せずに冷却回路を循環することができる。冷却回路３７は、タンク１０内の液体１１からは完全に隔離された閉じたシステムであって、電動機１５の過熱を防止する。
窒素又はその他の不活性ガス、或いは内燃機関からの排ガスのように酸素濃度の低い燃焼済みガス等の保護ガスは、ガス供給パイプ４１を介して適当な供給源（図示せず）からポンプシステムに供給される。ガス供給パイプ４１は、閉鎖弁４３によって監視されるパージングパイプ４２に接続される。ガス供給パイプ４１に接続されると共に、シーリングチャンバ２４に開口するガス送りパイプ４４は、調節可能な絞り弁４５を含み、送りパイプ４４を通る体積流量に依存して送りパイプに圧力損失を生じさせる。圧力スイッチ４６は、送りパイプ４４内の最大ガス圧力を監視し、供給ガス圧力が所定の最大値、例えばタンク１０内の液体１１の静圧を３バール越える圧力とならないようにする。絞り弁４５に於ける圧力損失はガス流に依存するから、例えばシール２７、２８の欠陥、パイプの破損又は漏洩等による過剰なガスの体積流量割合を検出することができる。もし、ガスの消費量が正常時の１０倍を越えた場合には、例えば警報を作動させることもできる。
シーリングチャンバ２４に供給される少量の保護ガスは、シール２７、２８通って、それぞれタンク１０の内側空間及び接続管２９に流れ込む。シールを通るガスはこれらシールを“潤滑”にすると共に、冷却し、斯うしてシールの動作寿命が可成り延ばされる。シーリングチャンバ内のガス圧力は、隣接するタンク１０内液体１１の静圧を１〜２バール越えているのが好ましい。シール２７を通ってタンク１０に流れる少量のガスは、液面上方の気体雰囲気１２に集められる。上部シール２８を通って流れるガスは接続管２９を介して、互いに相互接続される接続管２９、電動機ハウジング１６の内側空間１８、及びガス流路３２によって構成されるエンクロージャ（閉成体）に送られる。ウエル１４の壁漏れによって外側空間１７に浸透するかも知れないタンク１０の液体１１は、この密閉したエンクロージャにまでは浸透することはない。シール２８による実質的圧力損失のため、接続管２９、内側空間１８、及びガス流路３２を含むエンクロージャ内のガス圧力は、シーリングチャンバ２４内の圧力よりも実質的に低い圧力レベルに維持することができる。
ガスが内側空間１８及びガス流路３２に送られると、同じガス流が一方向弁３６を通って外側空間１７に流れ込む。この一方向弁３６は、内側空間１８及びガス流路３２内のガス圧力が、外側空間１７内のガス圧力を所定値だけ越えたときにのみ開放する。斯うして、内側空間１８及びガス流路３２のガス圧力は、外側空間１７の圧力よりも高いレベルに維持される。ガスは外側空間１７の下方部から上昇管４７を通って大気中に流れる。この上昇管４７は、ウエル１４の下方部から上方に向かって外側空間１７を通って甲板１３より上方の位置まで延び、其処からウエルの壁を通して更に延在する。この上昇管４７の上方部は、液体分離装置４８及び圧力逃し弁４９を含んでいる。外側空間１７の圧力は一対の圧力スイッチ５０、５１によって監視され、これらスイッチは甲板又はタンク上部壁１３上方に載置されると共に、外側空間に直接接続される。圧力スイッチ５０は、ガス圧力が外側空間１７の所定最大ガス圧力値を越えた場合に、制御回路（図３）に送る信号の発生に適応する。同様に、圧力スイッチ５１は、ガス圧力が外側空間１７の所定最小ガス圧力値より下がった場合に、電動機１５を制御する制御回路に送る信号の発生に適応する。例えば、ガス雰囲気１２の圧力は大気圧より０〜０．２バール高い。圧力スイッチ５０は、外側空間１７のガス圧力が大気圧を０．９３バール越た圧力になると信号を発生し、圧力スイッチ５１は、外側空間のガス圧力が、大気圧を０．２５バール越えた圧力に減少すると信号を発生する。逃し弁又は過圧弁４９は、外側空間のガス圧力が大気圧を０．７８バール越える圧力に上昇したときに開く。
逃し弁４９は所定最大圧力値を越えたとき、外側空間１７から自動的にガスを解放する。この所定値は、望ましい外側空間１７の圧力値よりも僅かに高く選び、圧力スイッチ５０、５１が作動する圧力値の間に取るのが好ましい。斯うすれば、正常動作中、外側空間１７の圧力を逃し弁４９によって監視すると共に、保護ガスを継続的に電動機ハウジングの内側空間１８から供給することが出来る。
電動機１５を始動する前に、ガス流路３２及び外側空間１７を保護ガスを使ってパージ又はフラッシュすることができる。これは、閉鎖弁４３を開けて保護ガスをガス流路３２の下方部に供給することによって実施する。閉鎖弁４３は手動で、又は制御回路によって制御して自動的に開放することも可能である
図１に示す実施例では、シーリングチャンバ２４、電動機ハウジング１６の内側空間１８、ガス流路３２、及び外側空間１７は直列に接続されている。これら空間の何れに対しても、個別に保護ガスを供給することが可能なことは理解されよう。従って、これら空間の幾つか、或いは全てを並列に接続することも可能でる。例えば、絞り弁のような流れを制御する装置を備えた別々のパイプを用いて、供給パイプ４１を外側空間１７に直接接続することが可能でる。
図２はポンプシステムの変形実施例を示す図である。図１と図２に於いて、対応する部分には同じ参照番号を付してある。
図２に示す実施例に於いて、ガス送りパイプ４４は一方向弁５２を含むと共に、電動機ハウジング１６の内側空間１８の上方部に直接接続されているから、保護ガスは電動機ハウジングの内側空間に直接送られ、図１の場合のようにシーリングチャンバ２４には送られない。しかし、内側空間１８は、電動機ハウジングの内側空間１８からシーリングチャンバ２４にだけガスを送る一方向弁５４を持つ接続パイプ５３によって、シーリングチャンバ２４に相互接続されている。
図２に示す実施例に於いて、内側空間１８とガス流路３２を相互に接続するガス流開口３１は、其処を通過するケーブル３３の寸法に合うように縮小されている。従って、取るに足らない僅かな量のガスが、電動機ハウジングの内側空間１８からガス流路３２に流れる。しかし、閉鎖弁４３は、調節可能な絞り弁５６を含むバイパスパイプ５５によってバイパスされている。斯うして、外側空間１７は、バイパスパイプ５５、パージングパイプ４２、ガス流路３２、及びガス送りパイプ４４に平行なガス出口３５を介して、ガス供給パイプ４１に接続され、ガス送りパイプ４４は内側空間１８に接続すると共に、接続パイプ５３を介してシーリングチャンバ２４に接続される。
図２に示す実施例於いて、フレッシュな保護ガスは、内側空間１８に対してはガス送りパイプ４４を介して、またガス流路３２対してはパージングパイプ４２を介して直接供給されるから、これら空間は外側空間１７内のガス圧力より高い圧力のフレッシュな保護ガスを含んでいる。電動機ハウジング１６の内側空間１８内の圧力は、シーリングチャンバ２４内の圧力より高い。この時の圧力差は、一方向弁５４が開いた状態での圧力差（例えば、０．０２〜０．５バール）及び環状シール２８を通過するガス流抵抗によって決定される。電動機ハウジングの内側空間１８内の圧力、及びガス流路３２内の圧力は、その周囲にあるタンク１０の液体静圧よりは、例えば１．５〜３バール高くなっている。
電動機ハウジングの内側空間１８はガスの貯蔵槽として働くことができる。もし、何らかの理由で保護ガスの供給が停止しても、超大気圧下にある内側空間１８の保護ガス量によって、シール２７、２８を通って流れる潤滑及び冷却ガス流を或る一定時間、確保することができる。例えば、内側空間１８の体積が２０リットル、保護ガス消費量（環状シールの状態に依存する）が毎分０．３リットルとすれば、ポンプシステムは約１時間にわたって動作し、環状シール２７、２８を通して潤滑、冷却用ガスを流し続けることができる。
図３は、図１及び図２に示すポンプシステムの動作を、電子制御システム、即ち制御ユニット５７によって、どの様に監視するかを示す図である。図３に示すように、制御ユニット５７は閉鎖弁４３、圧力スイッチ５０、５１、電動機１５への供給電力を制御する電力供給スイッチ５８、及び観測及び動作パネル５９と交信する。
制御回路が、圧力スイッチ５１から外側空間１７内の圧力が所定の最小レベル以下であることを示す信号を受信すると、パネル５９に警報状態であることが示される。これと同時に、制御ユニット５７はスイッチ５８を開成して、電動機１５に対する電力供給を遮断する。警報状態は外側空間１７内の圧力が低すぎる時に発生するから、その圧力が正常状態に高められ、電動機ハウジングの外側空間１７及び内側空間１８が保護ガスによってフラッシュされたときにだけ、制御ユニットをリセットして正常状態に戻ることができる。これらの条件を確実に満足するため、制御ユニットが一定の所定時間中に、圧力が所定最大値を越えたことを示す信号を、圧力スイッチ５０から受信するまでは、スイッチ５８を閉成しても電動機に対する電力供給は回復しない。このことは、外側空間１７のガス圧力がシステムの効果的なパージング又はフラッシングを確実にするのに十分な時間高いレベルにあったことを意味する。制御ユニット５７は斯うしたパージングのために弁４３を開けることができる。しかし、この弁４３は作業者が手動で開けることもできる。
タンク１０から液体１１が外側空間１７に浸透するような、ウエル又は空所１４に漏洩が起こった場合には、もう一つの危険な状態が起こる。たとえこの液体が引火性の蒸気を発生したとしても、この事が何か直ちに危険を孕むと言うものではない。何故なら、そうした蒸気がガス圧力を高めて或る電動機１５の内側空間１８に浸透することはできないからである。しかし、外側空間１７内の液体レベルは結局は上昇して、ガス上昇管４７の開口を閉鎖する可能性がある。その後、外側空間１７内のガスは圧力逃し弁４９を通っては、最早逃げられなくなり、そのため、一部は環状シール２８又はパージングパイプ４２を介して依然として供給される保護ガスによって、また他の一部は外側空間１７のガス充填体積の減少によって、外側空間１７内の圧力は上昇することになる。斯うしたことから、圧力は圧力スイッチ５０が作動する所定の最大圧力値に達する。その結果、圧力スイッチ５０は制御ユニット５０に送信する信号を発生し、これによって警報状態が励起される。ここで言う警報状態とは、目視そして／又は可聴警報がパネル５９を介して作動されることを意味するだけではなく、電動機１５への電力供給を遮断することも意味する。警報発生後、上述のように弁４３は手動で、又は自動的に開放できるから、加圧された保護ガスはガス流路３２に供給される。供給されるガスが高圧なため、溜まった液体は上昇管４７通じて吹き出される。
また、制御ユニット５７は、図３に点線６０で示すように、電動機１５の色々な位置に配置された温度センサからの信号も受信する。電動機の温度が所定値を越えた場合、これも警報状態を発生することができる。
本発明によるポンプシステムは、上述したもの以外の他の種類のシール、例えば通常の液体潤滑式のシールを備えることが可能である。
たとえ電動機１５のハウジング１６が防爆型構成を採っていないとしても、爆発の危険性が存在する以前に、安全システムに於いて幾つかの誤りが重なって同時に起ることは、極めてあり得ない事である。
【図１】
0003843312.tif 000002
【図２】
0003843312.tif 000003
【図３】
0003843312.tif 000004