JP2002022875A

JP2002022875A - ヘリウムガスタービン発電システムおよび軸封装置

Info

Publication number: JP2002022875A
Application number: JP2000208052A
Authority: JP
Inventors: Itsuo Akazawa; 逸生赤澤; Akira Komoto; 晃弘本; Takanori Tsutsumi; 孝則堤; Kazuhiko Maekawa; 前川　　和彦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2002-01-23
Also published as: US20020084591A1

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力容器を小型化することが可能なヘリウム
ガスタービン発電システムを提供する。【解決手段】内部をガスが循環する圧力容器（３）
と、ガスを加熱するガス炉（１）と、圧力容器（３）の
内部に配置され、ガスによって回転するタービン（４）
と、ここで、タービン（４）は回転軸（６）を有し、タ
ービン（４）と回転軸（６）によって軸結され、圧力容
器（３）の外部に配置された発電機（７）と、ここで、
回転軸（６）は圧力容器（３）を貫通しており、回転軸
（６）が回転自在であるように、回転軸（６）が圧力容
器（３）を貫通する貫通部に配置され、貫通部を通して
圧力容器（３）の外部へのガスの漏出を防止する軸封装
置（８）とを具備するタービン発電システムを提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヘリウムガスタービ
ン発電システムに関し、さらに詳しくはヘリウムガスを
用いてガスタービンを回転させることによって発電を行
うヘリウムガスタービン発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電システムの１つとして、ヘリ
ウムガスタービン発電システムが検討されている。この
ヘリウムガスタービン発電システムは、原子炉のような
高温ガス炉から供給される１次系のガスにヘリウムガス
を用い、そのヘリウムガスでガスタービンを回転させる
ことにより発電を行うシステムである。

【０００３】このようなヘリウムガスタービン発電シス
テムでは、１次系のヘリウムガスが外部に漏れ出さない
ことが必要である。このため、従来のヘリウムガスター
ビン発電システムでは、ガスタービンと発電機は１次系
のヘリウムガスが循環する圧力容器内に設けられてい
る。この圧力容器内は１次系のヘリウムガスにより放射
能汚染されているために、この圧力容器内のメンテナン
ス作業には多くの工程が必要とされる。

【０００４】また、ガスタービンを用いる発電システム
では、高い効率で発電を行うためにガスタービンおよび
発電機は大型化されることが望まれている。

【０００５】この場合、従来のヘリウムガスタービン発
電システムでは、高い効率で発電を行うためには、大型
化されたガスタービンおよび発電機を圧力容器内に格納
する必要がある。このため、従来のヘリウムガスタービ
ン発電システムでは、高い効率で発電を行うためにより
大きな圧力容器が必要とされる。よって、この圧力容器
内のメンテナンス作業にはより多くの工程が必要とされ
る。

【０００６】圧力容器内のメンテナンス作業に必要な工
程を削減するために、圧力容器を小型化することが望ま
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、圧力
容器を小型化することが可能なヘリウムガスタービン発
電システムを提供することにある。

【０００８】また、本発明の目的は、タービンを圧力容
器内部に配置し、発電機を圧力容器外部に配置したヘリ
ウムガスタービン発電システムを提供することにある。

【０００９】さらに、本発明の目的は、タービンを圧力
容器内部に配置し、発電機を圧力容器外部に配置した場
合に、タービンと発電機とを接続している軸部分で圧力
容器内部を循環するヘリウムガスが圧力容器外部へ漏れ
出さないように封止することが可能な軸封装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧（）付きで、番号、記号
等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応
の技術的事項と実施の複数・形態のうち少なくとも１つ
の技術的事項との一致・対応関係を明白にしているが、
その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術的事項
に限定されることを示すためのものではない。

【００１１】上記の課題を解決するために、本発明によ
ると、内部をガスが循環する圧力容器（３）と、ガスを
加熱するガス炉（１）と、圧力容器（３）の内部に配置
され、ガスによって回転するタービン（４）と、ここ
で、タービン（４）は回転軸（６）を有し、タービン
（４）と回転軸（６）によって軸結され、圧力容器
（３）の外部に配置された発電機（７）と、ここで、回
転軸（６）は圧力容器（３）を貫通しており、回転軸
（６）が回転自在であるように、回転軸（６）が圧力容
器（３）を貫通する貫通部に配置され、貫通部を通して
圧力容器（３）の外部へのガスの漏出を防止する軸封装
置（８）とを具備するタービン発電システムを提供す
る。

【００１２】上記のタービン発電システムにおいて、こ
のガスはヘリウムガスである。

【００１３】また、上記のタービン発電システムにおい
て、ガス炉（１）は、このガスを摂氏７００度以上摂氏
１，０００度以下に加熱することが可能である。

【００１４】また、上記の課題を解決するために、本発
明によると、第１のガスのための容器（３）と、容器を
貫通する回転軸（６）との間に設けられる軸封装置
（８）であって、回転軸（６）が回転自在であるように
回転軸（６）の外周部に密着して設けられた第１のドラ
イガスシール（２２）と、回転軸（６）が回転自在であ
るように回転軸（６）の外周部に密着して設けられた第
２のドライガスシール（３２）と、第１のドライガスシ
ール（２２）で容器（３）と封止され、第２のドライガ
スシール（３２）で容器（３）の外部と封止されている
容積部（２１）と、ここで、容積部（２１）の内部の第
２のガスは第１のガスと組成が実質的に同じであり、容
積部（２１）の内部のガス圧が容器（３）の内部のガス
圧よりも高くなるように容積部（２１）の内部のガス圧
を制御する制御装置（３１）とを具備する軸封装置を提
供する。

【００１５】上記の軸封装置において、容積部（２１）
と接続され、容積部（２１）内部のガス圧よりも高圧な
第２のガスを容積部（２１）に供給可能なガス供給装置
（２６）と、容積部（２１）内部の第１のガス圧を測定
する第１の圧力センサ（２７）と、容器（３）内部の第
２のガス圧を測定する第２の圧力センサ（２８）をさら
に有し、制御装置（３１）は、第１のガス圧と第２のガ
ス圧との差分が、予め定められた値以下の場合に、第２
のガスを容積部（２１）へ供給するようにガス供給装置
（２６）を制御することが可能である。

【００１６】また、上記の軸封装置において、制御装置
（３１）は、第１のガス圧と第２のガス圧との差分が、
予め定められた値以上であり、かつ所定値以上である場
合に、第２のガスの容積部（２１）への供給を停止する
ようにガス供給装置（２６）を制御することも可能であ
る。

【００１７】さらに、上記の課題を解決するために、本
発明によると、第１のガスのための容器（３）と、容器
（３）を貫通する回転軸（６）との間に設けられる軸封
装置（８）であって、Ｎ個の容積部（２１，３６，４
０）と、ここで、Ｎは、Ｎ≧３を満たす整数であり、Ｎ
個のドライガスシール（２２，３２，３９）と、ここ
で、ドライガスシール（２２，３２，３９）は、回転軸
（６）が回転自在であるように回転軸（６）の外周部に
密着して設けられ、ラビリンスシール（４３）と、ここ
で、ラビリンスシール（４３）は、回転軸（６）が回転
自在であるように回転軸の外周部に密着して設けられ、
Ｎ個の制御装置（３１，３８，４６）を含み、第１の容
積部（２１）は、容器（３）および第２の容積部（３
６）と接続され、容器（３）と第１のドライガスシール
（２２）で封止され、第２の容積部（３６）と第２のド
ライガスシール（３２）で封止されており、第１の容積
部（２１）の内部には第１のガスと組成が実質的に同じ
である第２のガスが封入されており、第１の制御装置
（３１）は、第１の容積部（２１）の内部でのガスのガ
ス圧が容器内部でのガス圧よりも高くなるように第１の
容積部（２１）を制御し、第Ｋの容積部（３６）は、第
（Ｋ−１）の容積部（２１）および第（Ｋ＋１）の容積
部（４０）と接続され、第（Ｋ−１）の容積部（２１）
と第Ｋのドライガスシール（３２）で封止され、第（Ｋ
＋１）の容積部（４０）と第（Ｋ＋１）のドライガスシ
ール（３９）で封止され、第Ｋの容積部（３６）の内部
には第２のガスが封入されており、ここで、Ｋは２≦Ｋ
≦Ｎ−１を満たす整数であり、第Ｋの制御装置（３８）
は、第Ｋの容積部（３６）の内部でのガス圧が第（Ｋ−
１）の容積部でのガス圧よりも低くなるように第Ｋの容
積部（３６）を制御し、第Ｎの容積部（４０）は、第
（Ｎ−１）の容積部（３６）および容器の外部（４４）
と接続され、第（Ｎ−１）の容積部（３６）と第Ｎのド
ライガスシール（３９）で封止され、容器の外部（４
４）とラビリンスシール（４３）で封止されており、第
Ｎの制御装置（４６）は、第Ｎの容積部（４０）の内部
でのガス圧が第（Ｋ−１）の容積部（３６）でのガス圧
および容器の外部（４４）での気体の圧力よりも低くな
るように第Ｎの容積部（４０）を制御する軸封装置を提
供する。

【００１８】上記の軸封装置において、第１の容積部
（２１）と接続され、第１の容積部（２１）の内部のガ
ス圧よりも高圧な第２のガスを第１の容積部（２１）に
供給可能なガス供給装置（２６）と、第１の容積部（２
１）の内部の第１のガス圧を測定する第１の圧力センサ
（２７）と、容器（３）の内部の第２のガス圧を測定す
る第２の圧力センサ（２８）をさらに有し、第１の制御
装置（３１）は、第１のガス圧と第２のガス圧との差分
が、予め定められた値以下の場合に、第２のガスを第１
の容積部（２１）へ供給するようにガス供給装置（２
６）を制御することも可能である。

【００１９】また、上記の軸封装置において、第１の制
御装置（３１）は、第１のガス圧と第２のガス圧との差
分が、予め定められた値以上であって、かつ所定値以上
である場合に、第２のガスの第１の容積部（２１）への
供給を停止するようにガス供給装置（２６）を制御する
ことも可能である。

【００２０】また、上記の軸封装置において、第Ｋの容
積部（３６）の内部の第Ｋのガス圧を測定する第（Ｋ＋
１）の圧力センサ（３７）と、第Ｋの容積部（３６）と
（Ｋ−１）の容積部（２１）とに接続され、第Ｋの容積
部（３６）の内部の第２のガスを取得し、取得された第
２のガスを圧縮して（Ｋ−１）の容積部（２１）へ供給
することが可能な第Ｋの圧縮装置（３４）をさらに有
し、第Ｋの制御装置（３８）は、予め定められた第Ｋの
上限圧力および第Ｋの下限圧力と、ここで、第Ｋの上限
圧力は第Ｋの下限圧力よりも高く、第Ｋのガス圧が、第
Ｋの上限圧力以上の場合、第Ｋの圧縮装置（３４）によ
って取得された第２のガスを圧縮して（Ｋ−１）の容積
部（２１）へ供給するように第Ｋの圧縮装置（３４）を
制御し、第Ｋのガス圧が、第Ｋの下限圧力以下の場合、
第Ｋの圧縮装置（３４）によって取得された第２のガス
を圧縮して（Ｋ−１）の容積部（２１）への供給を停止
するように第Ｋの圧縮装置（３４）を制御することも可
能である。

【００２１】また、上記の軸封装置において、第Ｋの上
限圧力は第（Ｋ−１）の下限圧力よりも低く設定される
ことも可能である。

【００２２】また、上記の軸封装置において、第Ｎの容
積部内部（４０）の第Ｎのガス圧を測定する第Ｎの圧力
センサ（４５）と、第Ｎの容積部（４０）に接続され、
第Ｎの容積部（４０）の内部の気体を取得する取得装置
（４２）をさらに有し、第Ｎの制御装置（４６）は、予
め定められた第Ｎの上限圧力および第Ｎの下限圧力と、
ここで、第Ｎの上限圧力は、容器の外部（４４）での気
体の圧力および第（Ｎ−１）の容積部（３６）の内部の
ガス圧よりも低く、かつ第Ｎの下限圧力よりも高く、第
Ｎのガス圧が、第Ｎの上限圧力以上の場合、取得装置
（４２）によって取得される気体の量が増加するように
取得装置（４２）を制御し、第Ｎのガス圧が、第Ｎの下
限圧力以下の場合、取得装置（４２）によって取得され
る気体の量が減少するように取得装置（４２）を制御す
ることも可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明にお
けるヘリウムタービン発電システムを説明する。

【００２４】図１は、本発明におけるヘリウムタービン
発電システムの構成を示す概略図である。

【００２５】図１を参照すると、本発明におけるヘリウ
ムタービン発電システムの構成は、配管２を介して、摂
氏700度以上摂氏1,000度以下の高温ヘリウムガスを圧力
容器３内へ供給する高温ガス炉１を含む。

【００２６】上記の圧力容器３内にタービン４が格納さ
れている。このタービン４外周部と圧力容器３内周部と
の間に、この圧力容器３を第１の部分３ａと第２の部分
３ｂに隔離するための部材５を有する。ここで、第１の
部分３ａは配管２と接続されている。また、第２の部分
３ｂは配管２と接続されていない。このため、高圧ガス
炉１から配管２を通して第１の部分３ａへ供給されたヘ
リウムガスは、このタービン４内部を通過して第２の部
分３ｂに供給される。よって、このタービン４は、高圧
ガス炉１から供給された高温ヘリウムガスによってター
ビンブレード（図示せず）を回転させる。

【００２７】また、このタービン４は、その圧力容器３
外部に配置された発電機７と回転軸６によって軸結され
ている。この回転軸６は圧力容器３を貫通しており、圧
力容器３と回転軸６との間に軸封装置８が設けられてい
る。この軸封装置８は、回転軸６が回転することを妨げ
ず、かつ、圧力容器３内部を循環するヘリウムガスを発
電機７へ供給することを妨げる機能を有する。ここで、
回転軸６および軸封装置８の詳細な構成は後述する。

【００２８】さらに、第１の部分３ａと熱交換器１１と
を接続する配管９、および第２の部分３ｂと熱交換器１
１とを接続する配管１０とを有する。この熱交換器１１
は、第２の部分３ｂに供給されたヘリウムガスを配管１
０を介して取得し、そのヘリウムガス冷却した後、配管
９を介して加圧部（図示せず）に供給する。その加圧部
（図示せず）で加圧されたヘリウムガスは第１の部分３
ａへ供給されている。

【００２９】次に、回転軸６について詳細に説明する。

【００３０】図２は、本発明におけるヘリウムタービン
発電システムでのタービン４と発電機７との構成を示
す。

【００３１】図２を参照すると、回転軸６は圧力容器３
を貫通してタービン４と発電機７を軸結している。ここ
で、タービン４はヘリウム雰囲気の圧力容器３内に設け
られている。また、発電機７は圧力容器３外部の大気中
に配置されている。

【００３２】この回転軸６は、タービン４から見て発電
機７と反対側であって、圧力容器３の第１の部分３ａで
磁気軸受け１２により回転自在に固定されている。ま
た、この回転軸６は、タービン４から見て発電機７側で
あって、圧力容器３の第２の部分３ｂで磁気軸受け１３
により回転自在に固定されている。また、この回転軸６
はタービン４と発電機７との間であって、圧力容器３と
回転軸６との間に設けられた軸封装置８によって回転自
在に固定されている。この軸封装置８の両端にはダイヤ
フラムカップリング１４，１５が設けられている。この
軸封装置８の詳細な構成は後述する。また、この回転軸
６は、発電機７から見てタービン４側であって、圧力容
器３外部に設けられた油軸受け１６によって回転自在に
固定されている。さらに、この回転軸６は、発電機７か
ら見てタービン４とは反対側であって、圧力容器３外部
に設けられた油軸受け１７によって回転自在に固定され
ている。

【００３３】次に、軸封装置８について詳細に説明す
る。

【００３４】図３は、本発明における軸封装置８の構成
を示す。

【００３５】図３を参照すると、本発明における軸封装
置８の構成は、回転軸６の外周部と第１の外壁部２１ａ
の内部との間に設けられた領域である第１の容積部２１
を有する。この第１の容積部２１は、圧力容器３から見
て軸方向６ａに設けられている。ここで、回転軸６の軸
方向６ａは、タービン４から発電機７へ向かう方向を示
す。また、第１の容積部２１は、回転軸６の外面部に固
定された第１のドライガスシール２２によって圧力容器
３の第２の部分３ｂに対してシールされている。また、
この第１の容積部２１は、回転軸６の軸方向６ａ側を後
述する第２のドライガスシール３２によってシールされ
ている。ここで、第１のドライガスシール２２の構成お
よび機能は後述する。

【００３６】第１の容積部２１内部はヘリウムガスによ
って満たされている。ここで、このヘリウムガスのガス
圧をＰ１とする。

【００３７】第１の容積部２１には、第１の外壁部２１
ａを貫通する第１の配管２３が接続されている。第１の
容積部２１は、この第１の配管２３によって、ヘリウム
ガスバッファタンク２４、圧力調整弁２５を介してヘリ
ウム供給装置２６と接続されている。ヘリウムガスバッ
ファタンク２４は、第１の容積部２１内部のヘリウムガ
スのガス圧Ｐ１を急激に変化させないために設けられた
タンクである。圧力調整弁２５は、開閉可能な弁であっ
て、後述する第１のコントローラ３１からの開閉指示に
応じて開閉する。ヘリウム供給装置２６は、圧力調整弁
２５が開いているときに、第１の容積部２１内部でのヘ
リウムガスのガス圧Ｐ１よりもはるかに高圧（Ｐ０とす
る）のヘリウムガスを第１の容積部２１へ供給する機能
を有する。

【００３８】また、第１の容積部２１内部には第１の容
積部２１内部のヘリウムガスの圧力Ｐ１を測定するため
の第１の圧力センサ２７が設けられている。さらに、圧
力容器３の第２の部分３ｂの内部に、その第２の部分３
ｂ内部のヘリウムガスの圧力（Ｐ２とする）を測定する
ための第２の圧力センサ２８が設けられている。第１の
圧力センサ２７および第２の圧力センサ２８は、第１の
減算器２９と接続されている。

【００３９】第１の減算器２９は、差圧設定器３０と接
続されている。この第１の減算器２９は、第１の圧力セ
ンサ２７で測定された圧力Ｐ１から、第２の圧力センサ
２８で測定された圧力Ｐ２を減算して得られた差圧（Ｐ
１−Ｐ２）を示す差圧データを差圧設定器３０へ送信す
る。

【００４０】差圧設定器３０は、第１のコントローラ３
１と接続されている。この差圧設定器３０は、第１の減
算器２９から送信された差圧データで示される差圧（Ｐ
１−Ｐ２）に予め定められた圧力α（α＞０）を減算し
て得られた差圧（Ｐ１−Ｐ２−α）を示す差圧データを
第１のコントローラ３１に送信する。

【００４１】第１のコントローラ３１は、差圧設定器３
０から送信された差圧データで示される差圧（Ｐ１−Ｐ
２−α）に基づいて、常に圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２を満たす
ように圧力調整弁２５の開閉を制御する。このため、こ
の第１のドライガスシール２２を通過する少量のヘリウ
ムガスは、常に第１の容積部２１の内部から圧力容器３
の第２の部分３ｂの内部へ至る。ここで、第１のコント
ローラ３１による圧力調整弁２５の開閉の制御の詳細は
後述する。

【００４２】また、第１の容積部２１から見て軸方向６
ａに、第２のドライガスシール３２によって第１の容積
部２１に対してシールされた第２の容積部３６が設けら
れている。この第２の容積部３６は、回転軸６の外周部
と第２の外壁部３６ａの内部との間の領域である。さら
に、この第２の容積部３６は、回転軸６の軸方向６ａ側
を後述する第３のドライガスシール３９によってシール
されている。ここで、第２のドライガスシール３２の詳
細な構成および機能は後述する。

【００４３】第２の容積部３６内部はヘリウムガスによ
って満たされている。ここで、このヘリウムガスのガス
圧をＰ３とする。

【００４４】第２の容積部３６には、第２の外壁部３６
ａを貫通する第２の配管３３と接続されている。この第
２の配管３３は、第２の容積部３６からヘリウムガス再
循環用バッファタンク３５、ヘリウムガス再循環圧縮機
３４を介して第１の外壁部２１ａを貫通して第１の容積
部２１へと接続されている。

【００４５】ヘリウムガス再循環用バッファタンク３５
は、第２の容積部３６内部のヘリウムガスのガス圧Ｐ３
を急激に変化させないために設けられたタンクである。
また、ヘリウムガス再循環圧縮機３４は、第２の容積部
３６内部およびヘリウムガス再循環用バッファタンク３
５内部のヘリウムガスを取得して圧縮し、その圧縮され
たヘリウムガスを第２の配管３３を通して第１の容積部
２１へと供給する機能を有する。ここで、ヘリウムガス
再循環圧縮機３４のヘリウムガス圧縮動作は、ヘリウム
ガス再循環圧縮機３４と接続されている第２のコントロ
ーラ３８によって制御される。この第２のコントローラ
３８は、第２の容積部３６内部に設けられ、第２の容積
部３６内部のヘリウムガスの圧力Ｐ３を測定する第３の
圧力センサ３７と接続されている。この第２のコントロ
ーラ３８は、この第３の圧力センサ３７によって測定さ
れた圧力Ｐ３が第１の容積部２１内部のガス圧Ｐ１より
も低く、大気圧（Ｐａとする）よりも高くなるようにヘ
リウムガス再循環圧縮機３４の動作を制御する。このた
め、この第２のドライガスシール３２を通過する少量の
ヘリウムガスは、常に第１の容積部２１の内部から第２
の容積部３６の内部へ至る。ここで、この第２のコント
ローラ３８によるヘリウムガス再循環圧縮機３４の動作
の制御の詳細は後述する。

【００４６】また、第２の容積部３６から見て軸方向６
ａにあって、第３のドライガスシール３９によって第２
の容積部３６に対してシールされた第３の容積部４０が
設けられている。ここで、第３のドライガスシール３９
の構成および機能は後述する。

【００４７】この第３の容積部４０は、回転軸６の外周
部と第３の外壁部４０ａの内部との間の領域である。さ
らに、この第３の容積部３６は、回転軸６の軸方向６ａ
側を後述するラビリンスシール４３によってシールされ
ている。ここで、第３の容積部４０から見て軸方向６ａ
であって、ラビリンスシール４３によって第３の容積部
４０に対してシールされた圧力容器外部４４が配置され
ている。この圧力容器外部４４には大気が存在し、この
大気の大気圧はＰａである。

【００４８】この第３の容積部４０は、第３の外壁部４
０ａを貫通して第３の配管４１と接続されている。この
第３の配管４１は、第３の容積部４０から減圧吸引機４
２を介して図示しないガス処理装置へ接続されている。

【００４９】この減圧吸引機４２は、第３の容積部４０
内部から気体をガス処理装置へ供給する機能を有する。
この減圧吸引機４２は、減圧吸引機４２と接続されてい
る第３のコントローラ４６によってその気体の供給量を
制御されている。この第３のコントローラ４６は、第３
の容積部４０内部の気体の圧力（Ｐ４とする）を測定す
る第４の圧力センサ４５と接続されている。この第３の
コントローラ４６は、この第４の圧力センサ４５で測定
された圧力Ｐ４が第２の容積部３６内部のガス圧Ｐ３、
および大気圧Ｐａよりも低くなるように減圧吸引機４２
の動作を制御する。ここで、この第３のコントローラ４
６による減圧吸引機４２の動作の制御の詳細は後述す
る。

【００５０】上記に示すように、第３の容積部４０内部
の気体の圧力Ｐ４は、大気圧Ｐａよりも低くなるように
制御されている。このために、ラビリンスシール４３を
通過する少量の気体は、常に圧力容器外部４４から第３
の容積部４０内部へ至る。また、第３の容積部４０内部
の気体の圧力Ｐ４は第２の容積部３６内部のガス圧Ｐ３
よりも低くなるように制御されている。このために、第
３のドライガスシール３９を通過する少量の気体は、第
２の容積部３６内部から第３の容積部４０内部へ至る。
よって、第３の容積部４０内部の気体は大気とヘリウム
ガスの混合気体となる。

【００５１】以下に、第１のドライガスシール２２の構
成および機能を説明する。

【００５２】図４は、第１のドライガスシール２２の構
成を示す。

【００５３】この第１のドライガスシール２２は、図４
に示すように、回転部５１と静止部ｋ５２とから構成さ
れる。回転部５１は回転軸６の外周部に固定されてい
る。静止部５２は、圧力容器３の外壁の内面部および第
１の外壁部２１ａの内面部に固定され、回転軸６とは離
れて設けられている。回転部５１は、軸方向６ａの反対
側に軸方向６ａとはほぼ垂直な面部を有する。その軸方
向６ａとはほぼ垂直な面部に第１の摺動面部５３は設け
られている。この第１の摺動面部５３には、スパイラル
状の溝が設けられている。また、固定部５２にはその軸
方向６ａとはほぼ垂直な面部であって、上記第１の摺動
面部５３と接触している第２の摺動面部５４が設けられ
ている。この第２の摺動面部５４は、ほぼ平面によって
構成される。

【００５４】次に、第１のドライガスシール２２の機能
を説明する。

【００５５】まず、回転部５１が静止している場合、第
１の摺動面部５３と第２の摺動面部５４とは密着してい
る。この場合、第１の摺動面部５３と第２の摺動面部５
４との間を気体が通過することはできない。

【００５６】次に、回転部５１が回転している場合、第
１の摺動面部５３に設けられたスパイラル状の溝によ
り、回転部５１と固定部５２には、第１の摺動面部５３
と第２の摺動面部５４との間を開こうとする力（第１の
力）が加えられる。また、回転部５１および固定部５２
は固定されているために、回転部５１と固定部５２に第
１の力が加えられると、回転部５１と固定部５２には、
第１の摺動面部５３と第２の摺動面部５４とを接触させ
ようとする力（第２の力）が加えられる。上記に示す第
１の力と第２の力とのバランス関係によって、第１の摺
動面部５３と第２の摺動面部５４との間に小さな隙間を
発生させることができる。この結果、固定部５２は回転
部５１の回転を妨げない。さらに、第１の摺動面部５３
と第２の摺動面部５４との間の隙間が小さいために、こ
の隙間を通過する気体の量を少なくすることができる。
この場合、この隙間を通過する気体（ヘリウムガス）は
第１の容積部２１から第２の部分３ｂへと流れる。これ
は、第１のコントローラ３１によって第１の容積部２１
内部のヘリウムガスのガス圧（Ｐ１）が第２の部分３ｂ
内部ヘリウムガスのガス圧（Ｐ２）よりも高くなるよう
に調整されているためである。

【００５７】上記に示すように、この第１のドライガス
シール２２は、回転部５１が回転している場合、第１の
摺動面部５３と第２の摺動面部５４との間に発生させる
隙間が小さいために、この第１のドライガスシール２２
を通過する気体の量を少なくすることが可能である。ま
た、この第１のドライガスシール２２は、回転部５１が
回転している場合、第１の摺動面部５３と第２の摺動面
部５４とが接触しないために、回転部５１に固定されて
いる回転軸６の動力損失を少なくすることが可能であ
る。さらに、この第１のドライガスシール２２は、潤滑
油を使用していないために、摂氏700度以上の高温の気
体をシールすることが可能である。

【００５８】次に、第２のドライガスシール３２の構成
および機能を説明する。

【００５９】この第２のドライガスシール３２は、図４
で示される第１のドライガスシール２２に対して、固定
部５２が第１の外壁部２１ａの内面部および第２の外壁
部３６ａの内面部に固定されていること以外は、この第
１のドライガスシール２２と同じ構成を有する。

【００６０】次に、第２のドライガスシール３２の機能
を説明する。この第２のドライガスシール３２の機能は
第１のドライガスシール２２の機能と同じである。ま
た、回転部５１が回転している場合、第１の摺動面部５
３と第２の摺動面部５４との間に生じる小さな隙間を通
過する気体（ヘリウムガス）は、第１の容積部２１から
第２の容積部３６へ至る。これは、第２のコントローラ
３８によって第１の容積部２１内部のヘリウムガスのガ
ス圧（Ｐ１）が第２の容積部３６内部のヘリウムガスの
ガス圧（Ｐ３）よりも高くなるように調整されているた
めである。

【００６１】上記に示すように、この第２のドライガス
シール３２は、第１のドライガスシール２２と同様に、
この第２のドライガスシール３２を通過する気体の量を
少なくすることが可能である。また、この第２のドライ
ガスシール３２は、回転部５１に固定されている回転軸
６の動力損失を少なくすることが可能である。さらに、
この第２のドライガスシール３２は、摂氏700度以上の
高温の気体をシールすることが可能である。

【００６２】次に、第３のドライガスシール３９の構成
および機能を説明する。

【００６３】この第３のドライガスシール３９は、図４
で示される第１のドライガスシール２２に対して、固定
部５２が第２の外壁部３６ａの内面部および第３の外壁
部４０ａの内面部に固定されていること以外は、この第
１のドライガスシール２２と同じ構成を有する。

【００６４】次に、第３のドライガスシール３９の機能
を説明する。この第３のドライガスシール３９の機能は
第１のドライガスシール２２の機能と同じである。ま
た、回転部５１が回転している場合、第１の摺動面部５
３と第２の摺動面部５４との間に生じる小さな隙間を通
過する気体（ヘリウムガス）は、第２の容積部３６から
第３の容積部４０へ至る。これは、第３のコントローラ
４６によって第２の容積部３６内部のヘリウムガスのガ
ス圧（Ｐ３）が第３の容積部４０内部の気体のガス圧
（Ｐ４）よりも高くなるように調整されているためであ
る。

【００６５】上記に示すように、この第３のドライガス
シール３９は、第１のドライガスシール２２と同様に、
この第３のドライガスシール３９を通過する気体の量を
少なくすることが可能である。また、この第３のドライ
ガスシール３９は、回転部５１に固定されている回転軸
６の動力損失を少なくすることが可能である。さらに、
この第３のドライガスシール３９は、摂氏700度以上の
高温の気体をシールすることが可能である。

【００６６】次に、第１のコントローラ３１による圧力
調整弁２５の開閉の制御動作を説明する。

【００６７】図５は、差圧設定器３０から送信された差
圧データと第１のコントローラ３１による圧力調整弁２
５の開閉の制御状態を示すグラフである。ここで、図５
の横軸は、差圧（Ｐ１−Ｐ２）を示す。また、図５の縦
軸は、第１のコントローラ３１が圧力調整弁２５に出力
する信号を示す。

【００６８】図５を参照すると、まず、差圧設定器３０
から第１のコントローラ３１へ送信された差圧データで
示される差圧（Ｐ１−Ｐ２−α）が圧力−α_１（０＜α
_１＜α）以下である場合、第１のコントローラ３１は、
圧力調整弁２５を全開にするための全開指示信号を圧力
調整弁２５に送信する。圧力調整弁２５はその全開指示
信号を受けて弁を全開にする。これにより、ヘリウム供
給装置２６から第１の容積部２１へ圧力Ｐ０（Ｐ０＞＞
Ｐ１）のヘリウムガスが供給される。ここで、圧力α_１
は、第１のコントローラ３１によって予め設定されてい
る。

【００６９】次に、ヘリウム供給装置２６から第１の容
積部２１へ圧力Ｐ０（Ｐ０＞＞Ｐ１）のヘリウムガスが
供給され続けると、第１の容積部２１内部でのヘリウム
ガスの圧力Ｐ１が上昇する。ここで、差圧設定器３０か
ら第１のコントローラ３１へ送信された差圧データで示
される差圧（Ｐ１−Ｐ２−α）が、圧力α_１以上になる
と、第１のコントローラ３１は、圧力調整弁２５を完全
に閉じるための全閉指示信号を圧力調整弁２５に送信す
る。圧力調整弁２５はその全閉指示信号を受けて弁を完
全に閉じる。これにより、ヘリウム供給装置２６から第
１の容積部２１へのヘリウムガスの供給が停止する。

【００７０】次に、ヘリウム供給装置２６から第１の容
積部２１へのヘリウムガスの供給が停止されると、第１
の容積部２１内部のヘリウムガスは、第１のドライガス
シール２２または第２のドライガスシール３２を介して
少量ずつ外部へ漏出する。このために、第１の容積部２
１内部のヘリウムガスのガス圧Ｐ１は徐々に減少する。
ここで、差圧設定器３０から第１のコントローラ３１へ
送信された差圧データで示される差圧（Ｐ１−Ｐ２−
α）が、−α_１よりも低くなると、第１のコントローラ
３１は、上記で示すように、圧力調整弁２５を全開にす
るための全開指示信号を圧力調整弁２５に送信する。

【００７１】上記に示すように、第１のコントローラ３
１は、第１の容積部２１内部のガス圧Ｐ１が圧力容器３
の第２の部分３ｂ内部のガス圧Ｐ２よりも高い状態を保
つように圧力調整弁２５を制御している。また、第１の
コントローラ３１は、第１の容積部２１内部のガス圧Ｐ
１が圧力容器３の第２の部分３ｂ内部のガス圧Ｐ２より
も一定値以上高い状態にならないように圧力調整弁２５
を制御している。

【００７２】また、圧力調整弁２５を駆動させるための
動力の供給が停止された場合、第１のコントローラ３１
は、圧力容器３の第２の部分３ｂ内部からヘリウムガス
が漏出しないように、圧力調整弁２５を全開にするよう
に制御する。ここで、圧力調整弁２５には、図示しない
予備動力と接続されていることが望ましい。

【００７３】次に、この第２のコントローラ３８による
ヘリウムガス再循環圧縮機３４の制御動作を説明する。

【００７４】図６は、第３の圧力センサ３７によって測
定された圧力Ｐ３と第２のコントローラ３８によるヘリ
ウムガス再循環圧縮機３４の制御状態を示すグラフであ
る。ここで、図６の横軸は、差圧（Ｐ３−Ｐ_ＳＴＤ）を
示す。この圧力Ｐ_ＳＴＤは第２のコントローラ３８によ
って予め定められている基準圧力値であって、Ｐ４＜Ｐ
_ＳＴＤ＜Ｐ１であり、後述するように常に｜Ｐ１−Ｐ
_ＳＴＤ｜＞｜Ｐ_ＳＴＤ−Ｐ４｜を満たす。また、図６の
縦軸は、第２のコントローラ３８がヘリウムガス再循環
圧縮機３４に出力する制御信号の状態を示す。

【００７５】図６を参照すると、まず、第３の圧力セン
サ３７によって測定された圧力Ｐ３と圧力Ｐ_ＳＴＤとの
差分（Ｐ３−Ｐ_ＳＴＤ）が圧力−β（Ｐ４＜Ｐ_ＳＴＤ−
β＜Ｐ_ＳＴＤ＋β＜Ｐ１）以下の場合、第２のコントロ
ーラ３８はヘリウムガス再循環圧縮機３４の動作を停止
させるための停止信号を出力する。ここで、この圧力β
は、第２のコントローラ３８によって予め定められてい
る。このとき、ヘリウムガス再循環圧縮機３４は、その
停止信号を受けて動作を停止させる。この場合、第２の
容積部３６へ第２のドライシールガス３２を介して第１
の容積部２１から少量ずつヘリウムガスが供給される。
また、第２の容積部３６から第３のドライシールガス３
９を介して第３の容積部４０へ少量ずつヘリウムガスが
漏出する。ここで、第１の容積部２１から供給されるヘ
リウムガスの量が第３の容積部４０へ漏出するヘリウム
ガスの量より多い場合、第２の容積部３６内部のヘリウ
ムガスのガス圧が上昇する。ここで、一般にドライシー
ルガスはそのドライシールガスでシールされている２つ
の領域の圧力差が大きい場合に、そのドライシールガス
を通過する気体の量は多くなる。このために、本実施例
では、常に｜Ｐ１−Ｐ_ＳＴＤ｜＞｜Ｐ_ＳＴＤ−Ｐ４｜を
満たす圧力Ｐ_ＳＴＤが選択される。

【００７６】次に、第３の圧力センサ３７によって測定
された圧力Ｐ３と圧力Ｐ_ＳＴＤとの差分（Ｐ３−Ｐ
_ＳＴＤ）が圧力β以上となると、第２のコントローラ３
８はヘリウムガス再循環圧縮機３４を動作させるための
動作開始信号を出力する。ヘリウムガス再循環圧縮機３
４は、その動作開始信号を受けて動作を開始する。ここ
で、ヘリウムガス再循環圧縮機３４は、第２の容積部３
６内部にあるヘリウムガスを取得するために、第２の容
積部３６内部のガス圧Ｐ３は低下する。

【００７７】次に、第２の容積部３６内部のガス圧Ｐ３
が低下することによって、第３の圧力センサ３７によっ
て測定された圧力Ｐ３と圧力Ｐ_ＳＴＤとの差分（Ｐ３−
Ｐ_Ｓ _ＴＤ）が圧力−β以下の場合、上記に示すように、
第２のコントローラ３８はヘリウムガス再循環圧縮機３
４の動作を停止させるための停止信号を出力する。

【００７８】上記に示すように、第２のコントローラ３
８は第２の容積部３６内部のガス圧Ｐ３が第１の容積部
２１内部のガス圧Ｐ１よりも低く、かつ第３の容積部４
０内部のガス圧Ｐ４よりも高い状態を保つようにヘリウ
ムガス再循環圧縮機３４の動作を制御している。

【００７９】また、ヘリウムガス再循環圧縮機３４およ
び第２のコントローラ３８へ電力の供給が断たれた場合
でも、ヘリウムガス再循環圧縮機３４および第２のコン
トローラ３８が動作することが可能となるように、ヘリ
ウムガス再循環圧縮機３４および第２のコントローラ３
８は図示しない予備電源と接続されていることが望まし
い。

【００８０】次に、第３のコントローラ４６による減圧
吸引機４２の制御動作を説明する。

【００８１】まず、第３のコントローラ４６による減圧
吸引機４２の制御動作の第１の実施形態を説明する。

【００８２】図７は、第３のコントローラ４６による減
圧吸引機４２の制御動作の第１の実施形態における、第
４の圧力センサ４５によって測定された圧力Ｐ４と第３
のコントローラ４６による減圧吸引機４２の制御状態を
示すグラフである。ここで、図７の横軸は、差圧（Ｐ４
−Ｐ_ＳＴＤ２）を示す。この圧力Ｐ_ＳＴＤ２は第３のコ
ントローラ４６によって予め定められている基準圧力値
であって、０＜Ｐ_ＳＴ _Ｄ２＜Ｐａ（Ｐａは大気圧）を満
たす。図７の縦軸は、減圧吸引機４２の回転数を示す。
ここで、この減圧吸引機４２は、図示しないブレードを
回転させることによって、第３の容積部４０内部の気体
を図示しないガス処理装置へと供給する機能を有する。
この減圧吸引機４２は、このブレードの回転数を増加さ
せると、第３の容積部４０内部の気体に対するガス処理
装置への供給量を増加させる。また、この減圧吸引機４
２は、このブレードの回転数を減少させると、第３の容
積部４０内部の気体に対するガス処理装置への供給量を
減少させる。

【００８３】図７を参照すると、まず、第４の圧力セン
サ４５によって測定された圧力Ｐ４が圧力Ｐ_ＳＴＤ２と
ほぼ等しい場合、減圧吸引機４２は、予め定められた回
転数Ｒ０でブレードを回転させる。

【００８４】次に、第４の圧力センサ４５によって測定
された圧力Ｐ４と圧力Ｐ_ＳＴＤ２との差分（Ｐ４−Ｐ
_ＳＴＤ２）が圧力ｒ１（ｒ１＞０）以上の場合、第３の
コントローラ４６は減圧吸引機４２の回転数を増加させ
る。この圧力ｒ１は、第３のコントローラ４６によって
予め定められている。ここで、第３のコントローラ４６
は、この回転数の増分を圧力（Ｐ４−Ｐ_ＳＴＤ２−ｒ
１）にほぼ比例するように連続的に定める。この結果、
減圧吸引機４２の回転数が増加することにより、減圧吸
引機４２は第３の容積部４０内部から、より多くの気体
をガス処理装置へ供給する。このため、第３の容積部４
０内部のガス圧Ｐ４は減少する。

【００８５】また、第４の圧力センサ４５によって測定
された圧力Ｐ４と圧力Ｐ_ＳＴＤ２との差分（Ｐ４−Ｐ
_ＳＴＤ２）が圧力−ｒ２（ｒ２＞０）以下の場合、第３
のコントローラ４６は減圧吸引機４２の回転数を減少さ
せる。この圧力ｒ２は、第３のコントローラ４６によっ
て予め定められている。ここで、第３のコントローラ４
６は、この回転数の減少分を圧力（Ｐ４−Ｐ_ＳＴＤ２＋
ｒ２）にほぼ比例するように連続的に定める。この結
果、減圧吸引機４２の回転数が減少することにより、減
圧吸引機４２は第３の容積部４０内部からガス処理装置
へ供給する気体の量を減少させる。このため、第３の容
積部４０内部のガス圧Ｐ４は増加する。

【００８６】また、減圧吸引機４２および第３のコント
ローラ４６へ電力の供給が断たれた場合でも、減圧吸引
機４２および第３のコントローラ４６が動作することが
可能となるように、減圧吸引機４２および第３のコント
ローラ４６は図示しない予備電源と接続されていること
が望ましい。

【００８７】次に、第３のコントローラ４６による減圧
吸引機４２の制御動作の第２の実施形態を説明する。

【００８８】図８は、第３のコントローラ４６による減
圧吸引機４２の制御動作の第２の実施形態における、第
４の圧力センサ４５によって測定された圧力Ｐ４と第３
のコントローラ４６による減圧吸引機４２の制御状態を
示すグラフである。ここで、図８の横軸は、差圧（Ｐ４
−Ｐ_ＳＴＤ２）を示す。この圧力Ｐ_ＳＴＤ２は第３のコ
ントローラ４６によって予め定められている基準圧力値
であって、０＜Ｐ_ＳＴ _Ｄ２＜Ｐａ（Ｐａは大気圧）を満
たす。図８の縦軸は、減圧吸引機４２の回転数を示す。
ここで、この減圧吸引機４２の構成および機能は、上記
に示すこの制御動作の第１の実施形態での減圧吸引機４
２と同じである。

【００８９】図８を参照すると、まず、第４の圧力セン
サ４５によって測定された圧力Ｐ４が圧力Ｐ_ＳＴＤ２と
ほぼ等しい場合、減圧吸引機４２は、予め定められた回
転数Ｒ０でブレードを回転させる。

【００９０】次に、第４の圧力センサ４５によって測定
された圧力Ｐ４と圧力Ｐ_ＳＴＤ２との差分（Ｐ４−Ｐ
_ＳＴＤ２）が圧力ｒ３（ｒ３＞０）以上の場合、第３の
コントローラ４６は減圧吸引機４２の回転数をＲ１（Ｒ
１＞Ｒ０）に増加させる。ここで、この圧力ｒ３は、第
３のコントローラ４６によって予め定められている。ま
た、この回転数Ｒ１も、第３のコントローラ４６によっ
て予め定められている。この結果、減圧吸引機４２の回
転数が増加することにより、減圧吸引機４２は第３の容
積部４０内部から、より多くの気体をガス処理装置へ供
給する。このため、第３の容積部４０内部のガス圧Ｐ４
は減少する。

【００９１】この後、第４の圧力センサ４５によって測
定された圧力Ｐ４と圧力Ｐ_ＳＴＤ２との差分（Ｐ４−Ｐ
_ＳＴＤ２）が圧力ｒ４（０＜ｒ４＜ｒ３）以下に減少し
た場合、第３のコントローラ４６は減圧吸引機４２の回
転数をＲ０に戻す。ここで、この圧力ｒ４は、第３のコ
ントローラ４６によって予め定められている。

【００９２】また、第４の圧力センサ４５によって測定
された圧力Ｐ４と圧力Ｐ_ＳＴＤ２との差分（Ｐ４−Ｐ
_ＳＴＤ２）が圧力−ｒ５（ｒ５＞０）以下の場合、第３
のコントローラ４６は減圧吸引機４２の回転数をＲ２
（Ｒ２＜Ｒ０）に減少させる。ここで、この圧力ｒ５
は、第３のコントローラ４６によって予め定められてい
る。また、この回転数Ｒ２も、第３のコントローラ４６
によって予め定められている。この結果、減圧吸引機４
２の回転数が減少することにより、減圧吸引機４２は第
３の容積部４０内部からガス処理装置へ供給する気体の
量を減少させる。このため、第３の容積部４０内部のガ
ス圧Ｐ４は増加する。

【００９３】この後、第４の圧力センサ４５によって測
定された圧力Ｐ４と圧力Ｐ_ＳＴＤ２との差分（Ｐ４−Ｐ
_ＳＴＤ２）が圧力−ｒ６（０＜ｒ６＜ｒ５）以上に増加
した場合、第３のコントローラ４６は減圧吸引機４２の
回転数をＲ０に戻す。ここで、この圧力ｒ６は、第３の
コントローラ４６によって予め定められている。

【００９４】また、減圧吸引機４２および第３のコント
ローラ４６へ電力の供給が断たれた場合でも、減圧吸引
機４２および第３のコントローラ４６が動作することが
可能となるように、減圧吸引機４２および第３のコント
ローラ４６は図示しない予備電源と接続されていること
が望ましい。

【００９５】次に、本発明における軸封装置の変形例と
して、第２の容積部３６にドライガスシールを介して接
続されたＭ（Ｍは、Ｍ≧１を満たす整数）個の容積部を
さらに含むことが可能である。ここで、各容積部は、隣
接する容積部との間をドライガスシールで封止され、第
２の外壁部３６ａのような外壁部と回転軸６によって定
められた領域である。ここで、このドライガスシールの
構成および機能は、第１のドライガスシール２２と同じ
である。

【００９６】このＭ個の容積部の配置を以下に示す。ま
ず、第２の容積部３６に対して、軸方向６ａの向きに隣
接して１番目の容積部が設けられている。また、Ｌ（Ｌ
は、１≦Ｌ＜Ｍを満たす整数）番目の容積部に対して、
軸方向６ａの向きに隣接して（Ｌ＋１）番目の容積部が
設けられている。さらに、Ｍ番目の容積部に体捨て、軸
方向６ａの向きに隣接して第３の容積部４０が設けられ
ている。

【００９７】Ｌ番目の容積部は、第２の容積部３６と同
様に、外壁部を貫通する配管と接続されている。ここ
で、Ｌ≧２の場合、この配管は、Ｌ番目の容積部からＬ
番目のヘリウムガス再循環用バッファタンク、Ｌ番目の
ヘリウムガス再循環圧縮機を介して（Ｌ−１）番目の容
積部へと接続されている。また、Ｌ＝１の場合、この配
管は、Ｌ番目の容積部から１番目のヘリウムガス再循環
用バッファタンク、１番目のヘリウムガス再循環圧縮機
を介して第２の容積部３６へと接続されている。ここ
で、Ｌ番目のヘリウムガス再循環用バッファタンクの構
成および機能は、第２の容積部３６と接続されているヘ
リウムガス再循環用バッファタンク３５と同じである。
また、Ｌ番目のヘリウムガス再循環圧縮機の構成および
機能も、第２の容積部３６と接続されているヘリウムガ
ス再循環圧縮機３４と同じである。

【００９８】さらに、Ｌ番目の容積部の内部には、第２
の容積部３６と同様に、そのＬ番目の容積部の内部のガ
ス圧を測定するためのＬ番目の圧力センサが設けられて
いる。そのＬ番目の圧力センサは、ヘリウムガス再循環
圧縮機の動作を制御するためのＬ番目のコントローラと
接続されている。ここで、Ｌ番目のコントローラの機能
は、ヘリウムガス再循環圧縮機３４を制御する第２のコ
ントローラ３８によって予め定められている基準圧力値
である圧力Ｐ_ＳＴＤが異なることを除くと、この第２の
コントローラ３８と同じである。ここで、Ｌ番目のコン
トローラによって予め定められている基準圧力値をＰ
_ＳＴＤ（Ｌ）とすると、２≦Ｌ＜Ｍの場合、Ｐ
_ＳＴＤ（Ｌ−１）−β＞Ｐ_ＳＴＤ（Ｌ）＋βを満たすよ
うに各Ｐ_ＳＴＤ（Ｌ）が設定される。また、Ｌ＝１の場
合、Ｐ_ＳＴＤ−β＞Ｐ_ＳＴＤ（１）＋βを満たすように
Ｐ_ＳＴＤ（１）が設定される。さらに、Ｌ＝Ｍの場合、
Ｐ_ＳＴＤ（Ｍ−１）−β＞Ｐ_ＳＴＤ（Ｍ）＋β、かつＰ
_ＳＴＤ（Ｍ）−β＞Ｐ_ＳＴＤ２を満たすようにＰ_ＳＴＤ
（Ｍ）が設定される。ここで、この圧力βは、第２のコ
ントローラ３８およびＬ番目のコントローラによって予
め定められている。また、Ｐ_Ｓ _ＴＤ２は、第３のコント
ローラ４６によって予め定められている基準圧力値であ
る。

【００９９】上記に示すように、Ｌ番目の容積部内部の
ガス圧は、（Ｌ−１）番目の容積部内部のガス圧よりも
常に低くなるように制御される。これにより、回転軸６
が回転している時に、Ｌ番目の容積部と（Ｌ−１）番目
の容積部とを封止しているドライガスシールでは、（Ｌ
−１）番目の容積部からＬ番目の容積部へと少量のガス
が流出する。このことから、これらＭ個の容積部は、回
転軸６が回転している時に、第２の容積部３６から第３
の容積部４０へと少量のガスを流出させるが、第３の容
積部４０から第２の容積部３６へガスを流出させること
を妨げている。

【０１００】上記に示すように、本発明によるヘリウム
ガスタービン発電システムでは、軸封装置を用いること
により、タービンを圧力容器内部に配置し、発電機を圧
力容器外部に配置することが可能であるという効果を有
する。

【０１０１】このために、本発明によるヘリウムガスタ
ービン発電システムでは、従来よりも発電機の体積分圧
力容器を小型化することが可能である。

【０１０２】また、本発明によるヘリウムガスタービン
発電システムでは、圧力容器を小型化することが可能な
ために、このヘリウムガスタービン発電システムのメン
テナンスにかかる工程を削減することができる。

【０１０３】他に、本発明における軸封装置では、比較
的大型のヘリウムガスタービン発電システムでタービン
を圧力容器内部に配置し、発電機を圧力容器外部に配置
した場合に、タービンと発電機とを接続している軸部分
で圧力容器内部を循環するヘリウムガスが圧力容器外部
へ漏れ出さないように封止することが可能である。

【０１０４】

【発明の効果】本発明によるヘリウムガスタービン発電
システムでは、軸封装置を用いることにより、タービン
を圧力容器内部に配置し、発電機を圧力容器外部に配置
することが可能であるという効果を有する。

【０１０５】本発明によるヘリウムガスタービン発電シ
ステムでは、従来よりも圧力容器を小型化することが可
能であるという効果を有する。

【０１０６】本発明によるヘリウムガスタービン発電シ
ステムでは、このヘリウムガスタービン発電システムの
メンテナンスにかかる工程を削減することができるとい
う効果を有する。

【０１０７】また、本発明における軸封装置では、ヘリ
ウムガスタービン発電システムでタービンを圧力容器内
部に配置し、発電機を圧力容器外部に配置した場合に、
タービンと発電機とを接続している軸部分で圧力容器内
部を循環するヘリウムガスが圧力容器外部へ漏れ出さな
いように封止することが可能であるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるヘリウムタービン発電システム
を示す概略図である。

【図２】本発明におけるヘリウムタービン発電システム
でのタービンと発電機との構成を示す。

【図３】本発明における軸封装置の構成を示す。

【図４】第１のドライガスシールの構成を示す。

【図５】差圧設定器から送信された差圧データと第１の
コントローラによる圧力調整弁の開閉の制御状態を示す
グラフである。

【図６】第３の圧力センサによって測定された圧力と第
２のコントローラによるヘリウムガス再循環圧縮機の制
御状態を示すグラフである。

【図７】第３のコントローラによる減圧吸引機の制御動
作の第１の実施形態における、第４の圧力センサによっ
て測定された圧力と第３のコントローラによる減圧吸引
機の制御状態を示すグラフである。

【図８】第３のコントローラによる減圧吸引機の制御動
作の第２の実施形態における、第４の圧力センサによっ
て測定された圧力と第３のコントローラによる減圧吸引
機の制御状態を示すグラフである。

【符号の説明】

１高圧ガス炉２配管３圧力容器３ａ第１の部分３ｂ第２の部分３ｃ圧力容器外壁４タービン５部材６回転軸６ａ軸方向７発電機８軸封装置９配管１０配管１１熱交換器１２，１３磁気軸受け１４，１５ダイヤフラムカップリング１６，１７油軸受け２１第１の容積部２１ａ第１の外壁部２２第１のドライガスシール２３第１の配管２４ヘリウムガスバッファタンク２５圧力調整弁２６ヘリウム供給装置２７第１の圧力センサ２８第２の圧力センサ２９第１の減算器３０差圧設定器３１第１のコントローラ３２第２のドライガスシール３３第２の配管３４ヘリウムガス再循環圧縮機３５ヘリウムガス再循環用バッファタンク３６第２の容積部３６ａ第２の外壁部３７第３の圧力センサ３８第２のコントローラ３９第３のドライガスシール４０第３の容積部４０ａ第３の外壁部４１第３の配管４２減圧吸引機４３ラビリンスシール４４圧力容器外部４５第４の圧力センサ４６第３のコントローラ５１回転部５２静止部５３第１の摺動面部５４第２の摺動面部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｊ 15/40 Ｆ１６Ｊ 15/447 15/447 Ｇ２１Ｃ 1/00 ＡＧ２１Ｃ 1/00 1/08 1/08 Ｆ１６Ｊ 15/40 Ｃ (72)発明者堤孝則長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者前川和彦長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内Ｆターム(参考） 3J042 AA04 BA03 BA08 CA10 DA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部をガスが循環する圧力容器と、前記ガスを加熱するガス炉と、前記圧力容器の内部に配置され、前記ガスによって回転
するタービンと、ここで、前記タービンは回転軸を有
し、前記タービンと前記回転軸によって軸結され、前記圧力
容器の外部に配置された発電機と、ここで、前記回転軸
は前記圧力容器を貫通しており、前記回転軸が回転自在であるように、前記回転軸が前記
圧力容器を貫通する貫通部に配置され、前記貫通部を通
して前記圧力容器の外部への前記ガスの漏出を防止する
軸封装置と、を具備するタービン発電システム。
【請求項２】請求項１に記載のタービン発電システム
において、前記ガスはヘリウムガスであるタービン発電システム。
【請求項３】請求項１または２に記載のタービン発電
システムにおいて、前記ガス炉は、前記ガスを摂氏７０
０度以上摂氏１，０００度以下に加熱する、タービン発電システム。
【請求項４】第１のガスのための容器と、前記容器を
貫通する回転軸との間に設けられる軸封装置であって、前記回転軸が回転自在であるように前記回転軸の外周部
に密着して設けられた第１のドライガスシールと、前記回転軸が回転自在であるように前記回転軸の外周部
に密着して設けられた第２のドライガスシールと、前記第１のドライガスシールで前記容器と封止され、前
記第２のドライガスシールで前記容器の外部と封止され
ている容積部と、ここで、前記容積部の内部の第２のガ
スは前記第１のガスと組成が実質的に同じであり、前記容積部の内部のガス圧が前記容器の内部のガス圧よ
りも高くなるように前記容積部の内部のガス圧を制御す
る制御装置と、を具備する軸封装置。
【請求項５】請求項４に記載の軸封装置において、前記容積部と接続され、前記容積部内部のガス圧よりも
高圧な前記第２のガスを前記容積部に供給可能なガス供
給装置と、前記容積部内部の第１のガス圧を測定する第１の圧力セ
ンサと、前記容器内部の第２のガス圧を測定する第２の圧力セン
サをさらに有し、前記制御装置は、前記第１のガス圧と前記第２のガス圧
との差分が、予め定められた値以下の場合に、前記第２
のガスを前記容積部へ供給するように前記ガス供給装置
を制御する、軸封装置。
【請求項６】請求項５に記載の軸封装置において、前記制御装置は、前記第１のガス圧と前記第２のガス圧
との差分が、前記予め定められた値以上であり、かつ所
定値以上である場合に、前記第２のガスの前記容積部へ
の供給を停止するように前記ガス供給装置を制御する、軸封装置。
【請求項７】第１のガスのための容器と、前記容器を
貫通する回転軸との間に設けられる軸封装置であって、Ｎ個の容積部と、ここで、前記Ｎは、Ｎ≧３を満たす整
数であり、Ｎ個のドライガスシールと、ここで、前記ドライガスシ
ールは、前記回転軸が回転自在であるように前記回転軸
の外周部に密着して設けられ、ラビリンスシールと、ここで、前記ラビリンスシール
は、前記回転軸が回転自在であるように前記回転軸の外
周部に密着して設けられ、Ｎ個の制御装置を含み、第１の容積部は、前記容器および第２の容積部と接続さ
れ、前記容器と第１のドライガスシールで封止され、前
記第２の容積部と第２のドライガスシールで封止されて
おり、前記第１の容積部の内部には前記第１のガスと組
成が実質的に同じである第２のガスが封入されており、第１の制御装置は、前記第１の容積部の内部でのガスの
ガス圧が前記容器内部でのガス圧よりも高くなるように
前記第１の容積部を制御し、第Ｋの容積部は、第（Ｋ−１）の容積部および第（Ｋ＋
１）の容積部と接続され、前記第（Ｋ−１）の容積部と
第Ｋのドライガスシールで封止され、第（Ｋ＋１）の容
積部と第（Ｋ＋１）のドライガスシールで封止され、前
記第Ｋの容積部の内部には前記第２のガスが封入されて
おり、ここで、前記Ｋは２≦Ｋ≦Ｎ−１を満たす整数で
あり、第Ｋの制御装置は、前記第Ｋの容積部の内部でのガス圧
が前記第（Ｋ−１）の容積部でのガス圧よりも低くなる
ように前記第Ｋの容積部を制御し、第Ｎの容積部は、第（Ｎ−１）の容積部および前記容器
の外部と接続され、前記第（Ｎ−１）の容積部と第Ｎの
ドライガスシールで封止され、前記容器の外部と前記ラ
ビリンスシールで封止されており、第Ｎの制御装置は、前記第Ｎの容積部の内部でのガス圧
が前記第（Ｋ−１）の容積部でのガス圧および前記容器
の外部での気体の圧力よりも低くなるように前記第Ｎの
容積部を制御する、軸封装置。
【請求項８】請求項７に記載の軸封装置において、前記第１の容積部と接続され、前記第１の容積部の内部
のガス圧よりも高圧な前記第２のガスを前記第１の容積
部に供給可能なガス供給装置と、前記第１の容積部の内部の第１のガス圧を測定する第１
の圧力センサと、前記容器の内部の第２のガス圧を測定する第２の圧力セ
ンサをさらに有し、前記第１の制御装置は、前記第１のガス圧と前記第２の
ガス圧との差分が、予め定められた値以下の場合に、前
記第２のガスを前記第１の容積部へ供給するように前記
ガス供給装置を制御する、軸封装置。
【請求項９】請求項８に記載の軸封装置において、前記第１の制御装置は、前記第１のガス圧と前記第２の
ガス圧との差分が、前記予め定められた値以上であっ
て、かつ所定値以上である場合に、前記第２のガスの前
記第１の容積部への供給を停止するように前記ガス供給
装置を制御する、軸封装置。
【請求項１０】請求項７から９のいずれか１項に記載
の軸封装置において、前記第Ｋの容積部の内部の第Ｋのガス圧を測定する第
（Ｋ＋１）の圧力センサと、前記第Ｋの容積部と前記（Ｋ−１）の容積部とに接続さ
れ、前記第Ｋの容積部の内部の前記第２のガスを取得
し、前記取得された第２のガスを圧縮して前記（Ｋ−
１）の容積部へ供給することが可能な第Ｋの圧縮装置を
さらに有し、前記第Ｋの制御装置は、予め定められた第Ｋの上限圧力および第Ｋの下限圧力
と、ここで、前記第Ｋの上限圧力は前記第Ｋの下限圧力
よりも高く、前記第Ｋのガス圧が、前記第Ｋの上限圧力以上の場合、
前記第Ｋの圧縮装置によって前記第Ｋの容積部から取得
された第２のガスを圧縮して前記（Ｋ−１）の容積部へ
供給するように前記第Ｋの圧縮装置を制御し、前記第Ｋのガス圧が、前記第Ｋの下限圧力以下の場合、
前記第Ｋの圧縮装置によって前記第Ｋの容積部から取得
された前記取得された第２のガスを圧縮して前記（Ｋ−
１）の容積部への供給を停止するように前記第Ｋの圧縮
装置を制御する、軸封装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の軸封装置におい
て、前記第Ｋの上限圧力は前記第（Ｋ−１）の下限圧力より
も低い、軸封装置。
【請求項１２】請求項７から１１のいずれか１項に記
載の軸封装置において、前記第Ｎの容積部内部の第Ｎのガス圧を測定する第Ｎの
圧力センサと、前記第Ｎの容積部に接続され、前記第Ｎの容積部内部の
気体を取得する取得装置をさらに有し、前記第Ｎの制御装置は、予め定められた第Ｎの上限圧力および第Ｎの下限圧力
と、ここで、前記第Ｎの上限圧力は、前記容器の外部で
の気体の圧力および前記第（Ｎ−１）の容積部の内部の
ガス圧よりも低く、かつ前記第Ｎの下限圧力よりも高
く、前記第Ｎのガス圧が、前記第Ｎの上限圧力以上の場合、
前記取得装置によって取得される前記気体の量が増加す
るように前記取得装置を制御し、前記第Ｎのガス圧が、前記第Ｎの下限圧力以下の場合、
前記取得装置によって取得される前記気体の量が減少す
るように前記前記取得装置を制御する、軸封装置。