(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積式真空ポンプが複数のポンプ区分により形成され、吸込口は第１ポンプ区分に設け、吐出口は最終のポンプ区分に設け、各ポンプ区分に共通の２本の軸が設けられ、該２本の軸に支承される複葉形ロータが設けられ、各ポンプ区分を構成し、該複葉形ロータを内蔵する該ハウジングには該ハウジングの外周部に各ポンプ区分の吐出口を次段ポンプ区分の吸込口に連通する外周気体流路、逆流冷却用気体を前段のポンプ区分のハウジングに導く流路、および該外周気体流路の外周に位置する冷却液槽が設けられ、該冷却液槽上部および下部に各１本の配管により接続される冷却器および該配管途中に伝熱媒体の循環ポンプが真空ポンプ周辺に設けられた容積式逆流冷却形多段真空ポンプにおいて、冷却液槽、配管、循環ポンプ、およびこれに接続する冷却器を充満する伝熱媒体の流れをハウジング内ガス温度によって開閉するための弁が冷却液槽と冷却器を連結する配管部の途中に設けられていることを特徴とする容積式逆流冷却形多段真空ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ハウジング内のガス温度を考慮した容積式逆流冷却形多段真空ポンプに関する。本発明による真空ポンプ装置は、化学装置における化学反応装置用、電子工業における半導体製造装置用等として用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスを吸引する容積式多段真空ポンプが化学工業、電子工業において用いられる。化学工業における化学反応装置においては真空ポンプにより脂肪酸、スチレン等の重合性ガスが、また電子工業における半導体製造装置においては真空ポンプより塩素化合ガスの吸引が行われるが、特定の温度以下にガス温度が低下すると、化学反応生成物を発生することがある。容積式多段真空ポンプの運転においては、吸込圧力が、大気圧力から１mPa レベルまでの領域において、高圧縮比状態で運転され、取扱いガスが、温度によっては、重合あるいは化学反応生成物を発生するという点に注意しなければならない。
【０００３】
従来の容積式逆流冷却形多段真空ポンプが図４に示される。図４の装置は複数のポンプ区分により形成され、各ポンプ区分に共通の２本の軸がもうけられ、これらの軸に支承されるロータが設けられ、各ポンプ区分を構成しロータを内蔵するハウジングには、吸込口・吐出口が設けられ、該ハウジングの外周部には該ハウジングに隣接する外周気体流路および該外周気体流路の外側に冷却液を流すための冷却液槽が設けられ、該吸込口から該ハウジングに流入し該吐出口を通って排出される気体が該外周気体流路へ導かれて冷却され、該冷却された気体の少なくとも一部が該ハウジングへ返還され安定的に、冷却されて使用される容積式多段真空ポンプが提案されている（特開平２−７０９９０）。
【０００４】
従来の容積式多段真空ポンプにおいては、逆流冷却用気体は、各ポンプ区分の吸込圧力と吐出圧力の圧力差により充分な流量が確保され、逆流冷却用気体の流入口・ハウジング内部・吐出口・外周気体流路と順次流れる循環流となりハウジング内部における圧縮による発熱と外周気体流路における放熱とを繰り返すサイクルが形成され、常に、ハウジング内部における圧縮熱をハウジングの外部に連続的に搬出すると共にハウジングを適度な温度に保温することによりポンプ運転時のハウジング内部のロータとハウジングの温度差を小さく抑える作用を行っている。
【０００５】
他方、次段のポンプ区分の吸込口に流入する気体は、冷却液槽を流れる冷却液により、充分に冷却された外周気体流路の外壁とハウジングとの間の外周気体流路を流れることにより外周気体流路の外壁に放熱するとともに、ハウジングが冷却液により直接冷却されることを防止している。以上の作用が各ポンプ区分において順次行われている。
【０００６】
上述の真空ポンプは各ポンプ区分において発生した圧縮熱は、ハウジングに隣接する外周気体流路に導かれ、冷却液槽外壁によって連続的に冷却されると共に、該冷却された気体の少なくとも一部が、該ハウジングへ返還され、冷却された気体によって、ハウジング内部で圧縮作用を生じさせることにより、圧縮熱を低く抑えられる構造である。このため、吸引ガスが特定の温度以下では重合したり、化学反応生成物を発生する場合には、取扱いガスを特定の温度以上に維持しなければならないにも拘らず、取扱いガスは充分に冷却されるので、真空ポンプ内で固形物を発生し、真空ポンプの故障の原因となっていた。
【０００７】
上述の真空ポンプにおいては、充分な冷却を目的としたため、通常は冷却液槽には連続的に冷却水を流し、出来るだけ低温に維持されていた。また真空ポンプの取扱いガス温度を一定の特定温度に維持する目的で、冷却水の流量を温度によって調整することが試みられたが、水の比熱がガスのそれに対して充分に大きいため、少量の水でガス温度が急激に冷却されてしまうので、多頻度の弁の作動が必要となると共に、安定した一定の温度の維持が困難であった。
【０００８】
上述のように、多段真空ポンプは通常複数のポンプ区分によって構成され第１ポンプ区分から、最終ポンプ区分に至るまで、順次圧縮作用を行うことにより、高圧縮比が得られるようになっている。
【０００９】
該真空ポンプにおいては、第１ポンプ区分は最終ポンプ区分に比べはるかに高真空圧力での作動となり、他方最終ポンプ区分においては、吐出圧力が大気圧力であるので、大気圧力近傍での高い圧力での作動となる。このため、各ポンプ区分における仕事量の差異から第１ポンプ区分の方が発熱は少なく、最終ポンプ区分に近づくにつれ発熱は多くなる。即ちハウジング内部のガス温度は第１ポンプ区分では低く、最終ポンプ区分では高くなり、温度勾配が発生する。例えば８０℃以下では真空ポンプの取扱いガスが重合して固体に変化する様な場合には、最終ポンプ区分の側では８０℃以上となって、ガスの重合・固化が生じないが、第１ポンプ区分では８０℃以下となりガスの重合・固化が生じ、真空ポンプの故障の原因となっていた。このため真空ポンプの全ポンプ区分にわたって所定の温度範囲内に維持し、ガスの重合、固化を防止することが、望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、容積式逆流冷却形多段真空ポンプにおいて、冷却液槽に冷却された伝熱媒体を流すと外周気体流路内のガス温度と併せてケーシング内のガス温度は低下し、また伝熱媒体の流れを止めると外周気体流路内のガス温度と併せてケーシング内のガス温度は上昇し、それによりハウジング内のガス温度は伝熱媒体の流れを制御する弁の開閉によって設定され、重合性ガスまたは化学反応生成物を発生するガスを取り扱う場合にガスの固化が防止されるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、容積式真空ポンプが複数のポンプ区分により形成され、吸込口は第１ポンプ区分に設け、吐出口は最終のポンプ区分に設け、各ポンプ区分に共通の２本の軸が設けられ、該２本の軸に支承される複葉形ロータが設けられ、各ポンプ区分を構成し、該複葉形ロータを内蔵する該ハウジングには該ハウジングの外周部に各ポンプ区分の吐出口を次段ポンプ区分の吸込口に連通する外周気体流路、逆流冷却用気体を前段のポンプ区分のハウジングに導く流路、および該外周気体流路の外周に位置する冷却液槽が設けられ、該冷却液槽上部および下部に各１本の配管により接続される冷却器および該配管途中に伝熱媒体の循環ポンプが真空ポンプ周辺に設けられた容積式逆流冷却形多段真空ポンプにおいて、冷却液槽、配管、循環ポンプ、およびこれに接続する冷却器を充満する伝熱媒体の流れをハウジング内ガス温度によって開閉するための弁が冷却液槽と冷却器を連結する配管部の途中に設けられていることを特徴とする容積式逆流冷却形多段真空ポンプ装置、が提供される。
【００１２】
【作用】
本発明による装置の作用について述べると、吸込口より吸引されたガスは第１ポンプ区分の吸込口から第１ポンプ区分に流入し圧縮され、第１ポンプ区分の吐出口より外周気体流路に吐出される。この時ガスは圧縮熱によって温度が上昇する。そして次段のポンプ区分に至る外周気体流路の外側には冷却液槽があり、中には伝熱媒体が満たされているので、温度が上昇したガスは外周気体流路の外壁を通して近似的に伝熱媒体の温度まで放熱冷却される。そして放熱冷却された外周気体流路内の気体の少なくとも一部が、逆流冷却気体としてハウジングへ逆流口を通って返還され、ハウジング内ガス温度を適度に冷却する逆流冷却作用が行われる。そして外周気体流路の残部の気体は、該外周気体流路を通って次段のポンプ区分の吸込口へ導かれる。この外周気体流路の外壁を通して交換される熱量を制御するために、伝熱の温度、即ち該媒体の流れを開始・停止することによりハウジング内のガス温度を一定の温度に維持することが可能となる。具体的には、冷却液槽に供給される伝熱媒体の流れを、ハウジング内ガス温度によって開閉制御する弁を設け、冷却液槽に伝熱媒体が流れると、冷却液槽内の伝熱媒体の温度は降下し、外周気体流路内のガス温度は低下する。そして伝熱媒体の流れが停止すると冷却液槽の伝熱媒体の温度は上昇し、外周気体流路内のガス温度は上昇する。この作用により容積式逆流冷却形多段真空ポンプ装置において、ハウジング内のガス温度は弁の開閉する温度を定めることにより、設定でき、重合性ガスまたは化学生成物を発生するガスを取り扱う場合に、ガスの固化を防止できる。
【００１３】
なお該弁はハウジング内ガス温度によって弁の開閉を行うが、具体的には、ハウジング内ガス温度を測定する温度センサーと、これに接続し任意の温度を設定する温度設定器および該温度設定器により指示され、作動する開閉弁により、伝熱媒体の流れを断続して行われる。
【００１４】
なお伝熱媒体の性質は、水よりも熱容量が小さい、即ち比熱が小さいのでハウジング内ガス温度の変化に対しての追随が早く、また熱伝導度が大きいので伝熱媒体内部での熱移動が大きく、伝熱媒体全体として均一な温度が得られる。このことにより、全体に安定した温度の伝熱媒体が内部に満たされている冷却液槽を外壁に持つ外周気体流路は、均一な温度に維持することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明の一実施例としての真空ポンプ装置が図１に示される。図１の装置は、容積式多段真空ポンプ（１００）の一種であり、３段形の構造を有する。図２は図１のＡ−Ａに於ける断面図である該真空ポンプには、冷却液槽（５）の上部および下部より各一本の配管（１）（２）で接続する冷却器を設け、該冷却液槽の下部より該冷却器（３）に到る配管には、伝熱媒体を循環するポンプとハウジング内ガス温度によって、作動させる開閉弁（１０）を設け、それらには伝熱媒体を充満している。
【００１６】
真空ポンプ装置の作用について述べると、第１ポンプ区分で圧縮されたガスは該ポンプ区分の吐出口より、外周気体流路（１４）を通って、次段のポンプ区分の吸込口に至る。この外周気体流路（１４）の外側には、伝熱媒体（６）が満たされている冷却液槽（５）があるので、外周気体流路を流れるガスと伝熱媒体の熱交換が行われる。即ち、熱交換された外周気体流路（１４）内の気体の少なくとも一部が、逆流冷却気体としてハウジングへ逆流口（１０４）を通って返還され、ハウジング内ガス温度を適度に冷却する逆流冷却作用が行われる。そして外周気体流路の残部の気体は、該外周気体流路を通って次段のポンプ区分の吸込口へ導かれる。この外周気体流路の外壁を通して交換される熱量を制御するために、伝熱の温度、即ち該媒体の流れを開始または停止することによりハウジング内のガス温度を一定の温度に維持することが可能となる。そして外周気体流路の外壁を通して熱せられた伝熱媒体は、冷却液槽の出口（２２）より配管内を流れ、冷却器（３）に至る。該冷却器には、冷却水入り口（７）より冷却水が供給され、伝熱媒体を冷却し、冷却水出口（８）より排出される。冷却された伝熱媒体は循環ポンプ（４）によって、真空ポンプの冷却液槽（５）に送り込まれる。
【００１７】
該循環ポンプ（４）と冷却液槽（５）の配管途中には、ハウジング内ガス温度を測定する温度センサーによって開閉作動をする弁（１０）が設けられており、ハウジング内ガス温度は、全体に均一で安定した温度に維持される。即ち、伝熱媒体（６）が流れると、該冷却液槽（５）の伝熱媒体（６）の温度は降下し、外周気体流路内（１４）のガス温度も降下する。また循環伝熱媒体（６）の流れが停止すると、該冷却液槽（５）内の伝熱媒体の温度は上昇する。この作用により、ハウジング内のガス温度によって弁を開閉すると、ハウジング内のガス温度が設定される。
【００１８】
本発明の実施例では、図３に示されるように、３段式真空ポンプの冷却液槽上部および下部より各１本の配管により接続された冷却器と伝熱媒体を循環するための、循環ポンプを真空ポンプの周辺に設け、冷却液槽と配管、循環ポンプおよびこれに接続する冷却器内には、伝熱媒体を充満し、併せて、伝熱媒体の流れをハウジング内のガス温度（この場合は１段目吐出温度）によって開閉制御するための弁（ＳＶ１）を冷却液槽と、冷却器とを連結する配管部の途中に設けている。なお冷却器をバイパスする弁（ＳＶ２）を設け、ＳＶ１とＳＶ２は交互の作動、即ちＳＶ１が開の時はＳＶ２は閉、またＳＶ１が閉の時はＳＶ２は開となるようにし、ＳＶ２は循環伝熱媒体をバイパスさせる作用を行う様にしてある。
【００１９】
発明者による実験においては、初めにはＳＶ１を開け（ＳＶ２は閉の状態）伝熱媒体を全量真空ポンプ内の冷却液槽に流入させ、温度が充分飽和してから、１段目吐出温度ＴG を測定し、次にＳＶ１を閉め（ＳＶ２は開の状態）、伝熱媒体を冷却液槽には全く流さないで１段目吐出温度ＴG を測定した。なお伝熱媒体の流量は５リットル毎分であった。得られた結果は下記のとおりである。
弁の状態としてＳＶ１開、ＳＶ２閉のとき、ＴG ＝８４℃
弁の状態としてＳＶ１閉、ＳＶ２開のとき、ＴG ＝６２℃
【００２０】
以上の結果からこの真空ポンプの１段目吐出温度の制御範囲は、８４℃から６２℃の間になるので、設定温度を８０℃と７０℃として２回の実験が行われた。得られた結果として吐出温度制御特性の２つの例が図４および図５に示される。
この吐出温度制御特性の例からもわかるように、この真空ポンプにおいてはハウジング内温度は正確に一定温度に維持されており、弁の多頻度の作動も発生していない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、容積式多段真空ポンプの冷却液槽上部および下部より各１本の配管により接続された冷却器が真空ポンプの周辺に設けられ、冷却液槽、配管およびこれに接続する冷却器内には伝熱媒体が充満され、冷却液槽から冷却器、そして冷却液槽へと循環する伝熱媒体の流れをハウジング内ガス温度によって断続するための開閉弁が冷却液槽と冷却器を連結する配管部の途中に設けられ、冷却液槽に伝熱媒体が流れると、外周気体流路内のガス温度は低下し、また伝熱媒体の流れが停止すると、外周気体流路内のガス温度は上昇し、ハウジング内のガス温度によって弁を開閉することにより、ハウジング内のガス温度が設定され、重合性ガスまたは化学反応生成物を発生するガスを取り扱う場合にガスの固化が防止される容積式多段真空ポンプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による真空ポンプ装置を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａにおける断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による真空ポンプ装置における流体の流れを示す図である。
【図４】従来の容積式逆流冷却形多段真空ポンプを示す図である。
【図５】本発明による真空ポンプ装置における吐出温度制御特性の一例を示す図である。
【図６】本発明による真空ポンプ装置における吐出温度制御特性の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…上部配管
２…下部配管
３…冷却器
４…循環ポンプ
５…冷却液槽
６…伝熱媒体
７…冷却器冷却水入口
８…冷却器冷却水入口
１０…開閉弁
１４…外周気体流路
２０…ベントバルブ
２１…冷却液槽冷却液入口
２２…冷却液槽冷却液出口
１００…真空ポンプ本体
１０１…第１ポンプ区分
１０２…第１ポンプ区分の吸込口
１０３…第１ポンプ区分の吐出口
１０４…逆流口
１０５…真空ポンプの吸込口
１０６…真空ポンプの吐出口
【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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