JP4216801B2 - サブプレッシャー生成用の真空ポンプ及び方法 - Google Patents

Description

本願発明は、サブプレッシャー（ｓｕｂ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）又は真空を生成するためのポンプに関し、このポンプは、イジェクター（ｅｊｅｃｔｏｒ）と一体化したスクリュー・ロータ型ポンプを備えている。また、本発明は、工業プロセスにサブプレッシャーを提供する方法にも関する。

例えば、スクリュー・ロータ型の真空ポンプは、ＳＥ ０００２１２９−５（スヴェンスカ・ロータ・マスキナー・エー・ビー（Ｓｖｅｎｓｋａ Ｒｏｔｏｒ Ｍａｓｋｉｎｅｒ ＡＢ））により以前から公知である。この種のスクリュー・ロータ・ポンプは、圧縮部を含み、この圧縮部では、互いに噛み合っている回転体を回転させて、その回転している回転体の間に引き込まれたガスを圧縮する。圧縮部は、膨張部によって駆動され、この膨張部は、互いに噛み合っている回転体を有し、これらの回転体は、膨張部に導入された、圧縮空気のような駆動用ガスの膨張により回転させられる。

圧縮空気により駆動されてサブプレッシャーを生成する噴射（イジェクター）型の真空ポンプは、例えばＳＥ ９８００９４３−４（ＰＩＡＢ ＡＢ）により以前から公知である。噴射型ポンプ（イジェクター・ポンプ）は、圧縮空気により駆動され、この圧縮空気は、連続して配置された多数のノズルにより加速される。圧縮空気の噴流周りにノズル間で圧力降下が生じ、この圧力降下が、周囲の空気であって、イジェクターの壁にある開口部を通して引き込まれ、噴流に捕らえられた空気を排気するのに利用される。

これら２つのタイプのポンプは、異なる動作特性を有する。これに関し、イジェクターには、大気圧以下での圧力が高い領域における初期の効果が早いという特徴があり、一方、スクリュー・ロータ・ポンプには、圧力が低い領域において効率がより高いという特徴がある。また、スクリュー・ロータ・ポンプには、圧縮されたガス又は空気の温度が、スクリュー・ロータ型ポンプの圧縮部から排出される際に著しく高くなるという特徴がある。

真空作用に頼っている業界では、吸盤の下に規定されている空気の量のように、空洞を排気するのに要する時間を縮小することが望まれている。この要望を満足する一つの方法としては、吸引源を散在させて真空状態を消費するものの近くに配置することにより、サブプレッシャーの生成部を分散させ、これにより、サブプレッシャーを分配するための長い経路を無くし、排気すべき体積、すなわち空気の総量を減らすというものがある。しかし、サブプレッシャーで稼働する特定の用途では、スクリュー・ロータ・ポンプから排気される圧縮空気の高い温度が吸引源を自由に分散させることの障害となる。このことは、製薬業界及び食品業界、並びに包装業界にあてはまる。

本発明は、添付の装置クレーム１及び添付の方法クレーム８に規定されているように、イジェクターと一体のスクリュー・ロータ・ポンプを備えた真空ポンプを提供することにより、上記の要望を満たし、上記に述べた問題を解決することを目的とする。

（発明の開示）
簡単に言えば、本発明は、圧縮部と膨張部とを有するスクリュー・ロータ・ポンプを備えた真空ポンプであって、圧縮部からの排出部が、少なくとも一つのイジェクターと、イジェクターを介して圧縮ガスを排出するように連通しており、膨張部が、スクリュー・ロータ・ポンプ及びイジェクターを同時に作動させるように第１の弁手段を介して駆動ガス源に接続可能である真空ポンプを予見している。

好ましくは、この弁は、スクリュー・ロータ・ポンプをイジェクターを作動させるのと同じ駆動ガス源に接続するように配置されており、この弁は、イジェクターによって生成されたサブプレッシャーに応じてスクリュー・ロータ・ポンプを駆動するように開かれる。

さらに、前記第１の弁手段がスクリュー・ロータ・ポンプを駆動するために開いているときにイジェクターへの排気路を閉じるように第２の弁手段を配置してもよい。

好ましくは、スクリュー・ロータ・ポンプの膨張部は、イジェクターからの排出ガスをスクリュー・ロータ・ポンプを通って膨張した駆動ガスと混合するように、イジェクターの排出領域と連通している。

また、工業プロセスにサブプレッシャーを提供する方法であって、少なくとも１つのイジェクターを最初に使用して圧力を予め定められた低レベルまで下げ、イジェクターによって、前記イジェクターと同時に作動するように構成されたスクリュー・ロータ・ポンプを用いてその低レベルから圧力をさらに下げる方法も予見している。

さらなる明細及び利点は、添付の特許請求の範囲に規定されている。

本発明は、下記にさらに説明されており、添付の図面が参照されている。

図１を参照すると、真空ポンプが、少なくとも一つのイジェクター１と一体であるスクリュー・ロータ・ポンプ２を含むように示されている。例えば、イジェクター１は、高圧源Ｐから管路（ライン）３を介してくる圧縮空気によって作動する多段イジェクターであってもよい。圧縮空気、又は他の駆動ガスは、イジェクターのノズルを通って膨張しながらサブプレッシャーを生成し、このサブプレッシャーがイジェクター・ポート（ｅｊｅｃｔｏｒ ｐｏｒｔｓ）のフラップ弁を開き、管路４を介して排気室Ｖと連通させる。駆動ガス及び排気されたガス、すなわち空気は、矢印Ｐで示すようにイジェクター出口から排出される。

大気圧以下の所定の圧力レベルから始動するスクリュー・ロータ・ポンプ２は、イジェクター１と同時に動作するように構成されている。この目的のために、排気室Ｖ内の圧力が所定のより低いレベルまで、例えば、約１０００ｍｂａｒの大気圧から減圧された約３００ｍｂａｒまで減圧されたときに、駆動ガスを管路６を介してスクリュー・ロータ・ポンプに供給するように、電気作動式圧縮空気弁５が配置されている。電気作動式若しくは吸引作動式バルブ、又は逆止弁を同時に作動させて、管路４を介してのイジェクターと排気室Ｖの直接的な連通を遮断してもよい。弁／複数の弁を制御する目的で排気室Ｖ内の圧力を監視するために図１において不図示の真空リレーが有利に配置されている。

スクリュー・ロータ・ポンプ２は、膨張部７を備えており、膨張部７は、互いに噛み合ったロータを有し、これらのロータは、膨張する駆動ガスによって回転駆動される。膨張部７は、圧縮部８を駆動する。圧縮部８は、互いに噛み合ったロータを有し、これらのロータは、吸気口９を介して排気室Ｖと連通し、かつ、排出口１０を介してイジェクター１と連通している。スクリュー・ロータの膨張部７からの排出部は、管路１１を介してイジェクター出口と連通している。管路１１は、スクリュー・ロータ・ポンプからの膨張した駆動ガスをイジェクターからの排出流へ導入する目的で、イジェクター出口の下流で開口している。このようにして、より低い温度の膨張した駆動ガスがイジェクターから排出されたガスと混合される。後者は、スクリュー・ロータ・ポンプからの温度が高い圧縮ガスを含んでいる。

図２は、スクリュー・ロータ・ポンプとイジェクターを共通のポンプ構造体の中に一体化することによる図１の構成の実現を提案した実施形態の例を図示している。明瞭にするために、構造体の詳細は図面から省略されている。

真空ポンプ１００は、真空で作動する装置に接続するように構成された吸引口Ｖと、駆動ガス用の吸気口１０１と、駆動ガス及び排気ガス用の排気口１０２と、を備えている。この実施形態では、イジェクター１０３が多段イジェクターとして図示されており、直列に配置されたノズル１０４と、通路１０６を介して吸引口Ｖと連通しているポート１０５と、を有する。通路１０６を介しての流れの接続は、逆止弁、又はＮＯタイプ（通常開いている）の吸引制御式弁（バキューム・コントロール・バルブ）若しくは電気制御式弁１０７によって制御されている。イジェクターは、ポート１０５と、イジェクターの円筒壁に一体化されたフラップ弁１０８と、を有する回転対称体によって形成されたタイプであってもよく、消音器１０９の内側に取り付けられている。

ポンプ１００に組み込んだスクリュー・ロータ・ポンプは、膨張部１１０と圧縮部１１１とを備えている。膨張部は、互いに噛み合った雄回転体と雌回転体とを有し、この雄回転体と雌回転体は、シャフト１１２を介して圧縮部の対応する回転体に、回転体の間で回転運動を伝達するために動作可能に連結されている。スクリュー・ロータ・ポンプ自体は従来からあるものなので、スクリュー・ロータ・ポンプの構造及び動作に関する包括的な説明については文献に言及され、以下には、本発明の特別な技術的特徴について記述する。

膨張部１１０は、駆動ガス用の吸気口１１３を有し、駆動ガスは、ＮＣタイプ（通常閉じている）の電気制御式圧縮空気弁１１４を開くことにより駆動ガス吸気口１０１を介して供給される。膨張部の排気口１１５は、管路１１６を介してポンプ排出部１０２と連通しており、管路１１６は、イジェクター出口の下流に取り付けられている。圧縮部１１１は、吸引口Ｖから排気されたガスを吸い込むために吸気口１１７を介して吸引口Ｖと連通しており、かつ、圧縮したガスを排出するために排気口１１８を介してイジェクター１０３と連通している。図面では単に示しているだけではあるが、スクリュー・ロータ・ポンプの回転体は、適切な回転速度において気密かつ少ない摩擦で回転するようにポンプボディ内に回転支持されている。

次に、真空ポンプ１００の動作について説明する。一般に空気である駆動ガスをイジェクター１０３に通すように供給して、イジェクターのノズル間で生じる圧力降下によりイジェクター・ポート１０５を開き、それ自体公知のようにガスを吸引口Ｖからイジェクターへ吸い込む。予め定められたサブプレッシャー・レベル、例えば３００ｍｂａｒまで下がると（これは真空リレー又は圧力作動式弁１０７を用いて監視かつ検出するのであるが）、弁１１４が開き、駆動ガスを吸気口１１３を介してスクリュー・ロータ・ポンプの膨張部１１０へ誘導する。膨張する駆動ガスは、膨張部の回転体を回転させ、膨張した駆動ガスは、排気口１１５及び管路１１６を通って、イジェクター出口の下流にあるイジェクター排出部１０２に放出される。膨張部から放出された膨張した駆動ガスは、一般に１０℃以下のオーダーである低い相対温度を有する。

膨張部１１０はモータのように作動し、その回転は、シャフト１１２を介してスクリュー・ロータ・ポンプの圧縮部１１１に伝達される。これにより、ガスが吸引口Ｖから圧縮部へ吸気口１１７を介して吸い込まれ、そこで圧縮され、圧縮部から排気口１１８を介してイジェクターへ排出される。圧縮されたガスは、一般に６０℃のオーダーの、あるいは、吸引口での圧力が例えば約５ｍｂａｒまで下がった場合にはそれ以上の高い温度を有している。熱い圧縮ガスは、イジェクターに吸い込まれ、イジェクターに強制的に通されている駆動ガスと混合され、そしてさらに、スクリュー・ロータ・ポンプの膨張部からの膨張した駆動ガスとイジェクター出口の下流で混合される。このようにして、排気口１０２を介して放出されるガス又は空気は、排出時に、普通の室温又はより低い温度になっている。

真空ポンプ１００は、大気圧以下の高圧力領域内での初期の効果が早いこと、及び非常に低い圧力又は真空までの低圧力領域内で高効率であることを特徴とする。これらの動作上の利点は、イジェクターとスクリュー・ロータ・ポンプとを一体化することによりもたらされるものである。本発明によれば、効率は、スクリュー・ロータ・ポンプがイジェクターによって作動するように一体化にすることによりさらに向上する。スクリュー・ロータ・ポンプから出る圧縮ガスを冷却するのに駆動ガスを幅広く利用することにより、本発明に係るポンプは、分散型吸引システムにより実施することができ、また温度が重要であり、実行可能な最低圧力が望まれる用途にも実施できる。

本発明は、上記と異なる実施形態にも実現できる。例えば、いくつかのイジェクターを互いに接続して、同じ一つの駆動ガス源で同時に駆動することとしてもよい。温度がそれほど重要でない用途では、スクリュー・ロータ・ポンプからの駆動ガスは、膨張部とは別個に排出できる。予想される他の変更は、膨張した駆動ガスを膨張部から管路を介して循環させて圧縮部又はその排気口を冷却することである。圧力制御式弁の代わりに、吸引口とイジェクターとの間の連通部は自動逆止弁を含んでいてもよく、また、真空リレーを配置して膨張部の吸気口にある弁を作動させる信号を生成してもよい。これらの及び他の全ての変更は、本明細書を読んだ当業者にとって自明であり、特許請求の範囲に記載の発明において予測されており、かつ、含まれている。

図１は、本発明による真空ポンプの典型的な構成を示すフロー・チャート及び略図である。 図２は、図１の発明した構成を示す実施形態の例であり、この実施形態の例は、ポンプ構造においてスクリュー・ロータ・ポンプとイジェクターとを一体化することにより実現されている。

Claims (10)

1. 圧縮部（８，１１１）と膨張部（７，１１０）とを有するスクリュー・ロータ・ポンプを備えた真空ポンプであって、前記圧縮部からの排出部（１０，１１８）が、少なくとも一つのイジェクター（１，１０３）と、イジェクターを介して圧縮ガスを排出するように連通し、前記膨張部（７，１１０）が、前記スクリュー・ロータ・ポンプ及び前記イジェクターを同時に作動させるように第１の弁手段（５，１１４）を介して駆動ガス源（Ｐ）に接続可能である、ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記弁（５，１１４）は、前記スクリュー・ロータ・ポンプ（７，８，１１０，１１１）を、前記イジェクター（１，１０３）を作動させるのと同じ駆動ガス源に接続するように配置され、前記弁は、前記イジェクターによって生成されたサブプレッシャーに応じて前記スクリュー・ロータ・ポンプを駆動するように開かれる、ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 第２の弁手段が、前記第１の弁手段が前記スクリュー・ロータ・ポンプを駆動するために開いているときに前記イジェクターへの排気路（４，１０６）を閉じるように配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 前記スクリュー・ロータ・ポンプの膨張部（７，１１０）は、前記イジェクターからの排出ガスを前記スクリュー・ロータ・ポンプを通って膨張した駆動ガスと混合するように、前記イジェクターの排出部（１０２）と連通している、ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
5. 前記イジェクターは多段イジェクターである、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
6. 前記スクリュー・ロータ・ポンプと前記イジェクターは、共通のポンプ・ボディに一体に形成されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
7. 駆動ガスを前記スクリュー・ロータ・ポンプに誘導するための第１の弁（５，１１４）は、ＮＣタイプの電気制御式弁であり、前記イジェクターへの排気路（４，１０６）を閉じるための第２の弁は、ＮＯタイプの電気制御式弁である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
8. 請求項１に記載の真空ポンプを用いて工業プロセスにサブプレッシャーを提供する方法であって、前記少なくとも１つのイジェクター（１，１０３）を最初に使用して真空ポンプの排気室（Ｖ）内の圧力を予め定められた低レベルまで下げ、前記イジェクターによって、前記イジェクターと同時に作動するように構成された前記スクリュー・ロータ・ポンプ（７，８，１１０，１１１）を用いて前記排気室（Ｖ）内の圧力を前記低レベルからさらに下げる、ことを特徴とする方法。
9. 前記スクリュー・ロータ・ポンプ用の駆動ガスを前記イジェクターからの排出ガスと混合して前記排出ガスの温度を下げる、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記スクリュー・ロータ・ポンプ及び前記イジェクターは、前記駆動ガス源（Ｐ）により駆動され、前記駆動ガスは、前記イジェクターによって生成されるサブプレッシャーに応じて前記弁（５，１１４）を通して前記スクリュー・ロータ・ポンプへ誘導される、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。

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