(57)【要約】【課題】外部からの新水の補給を必要とせずに運転を行うことが可能な水封式ポンプを用いた真空排気装置を提供する。【解決手段】水封式真空ポンプ１と、水封式真空ポンプ１の排気中の水を分離して回収するセパレータタンク２と、セパレータタンク２内の水を封水７として水封式真空ポンプ１に供給する封水供給機構３とを備えた真空排気装置に、大気中の水分を凝縮させる凝縮器４を配設し、凝縮器４で凝縮させた水をセパレータタンク２の補給水（封水）として使用する。また、セパレータタンク内の水位を検知する水位検出手段と、凝縮器の運転を制御する凝縮器制御手段を備えた構成とする。また、封水を冷却する冷却手段を設ける。また、大型横軸ポンプの起動時にポンプ内空間を真空排気するための真空排気装置として用いる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水封式真空ポンプと、
前記水封式真空ポンプの排気中に含まれる水を分離して回収するセパレータタンクと、
前記セパレータタンク内の水を封水として前記水封式真空ポンプに供給する封水供給機構と、
大気中の水分を凝縮させ、前記セパレータタンクの水位低下を補う補給水とする凝縮器と
を具備することを特徴とする真空排気装置。
【請求項２】
前記セパレータタンク内の水位を検知する水位検出手段と、前記水位検出手段により検知された水位が所定の水位より低くなった場合には凝縮器を運転し、所定の水位より高くなった場合には凝縮器の運転を停止する凝縮器制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の真空排気装置。
【請求項３】
前記セパレータタンク内の水温の温度上昇を抑えるために、前記セパレータタンクの側面に空気を吹き付ける冷却ファンを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の真空排気装置。
【請求項４】
前記水封式真空ポンプに供給される封水を冷却するために、冷媒を用いた封水冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の真空排気装置。
【請求項５】
大型横軸ポンプの起動時にポンプケーシング内を満水にする際に、ポンプ内空間を真空排気するために用いられる真空排気装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の真空排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を作動液（以下、封水と称す）とする水封式真空ポンプを用いた真空排気装置に関し、詳しくは、水封式真空ポンプと、水封式真空ポンプの排気側に設けられ、排気中の気体と封水を分離するセパレータタンクと、セパレータタンクから水封式真空ポンプに封水を循環供給する封水供給機構とを備えた真空排気装置であって、セパレータタンクの水位低下を補うための新水補給機構に特徴を有する真空排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図５に示すような大型横軸ポンプ５１においては、その起動時に、ポンプケーシング５２内を満水にすることが必要になる。そのため、ポンプ内空間５３を真空排気するが、真空排気の際に、横軸ポンプ５１内の空気とともに満水時の横軸ポンプ５１内の水も同時に吸引するため、真空ポンプとして空気とともに水を吸引することが可能な水封式真空ポンプ５４が用いられる。
【０００３】
水封式真空ポンプ５４は、内部に設けられた羽根車５５と封水（ポンプ内には封水を図示せず）とのピストン作用を利用して、吸い込み気体の吸引・圧縮というポンプ機能を行うものである。しかしながら、この水封式真空ポンプ５４は作動液として常時封水を必要とするため、封水供給配管が設けられ、封水が確実に供給されるように構成されている。
【０００４】
なお、封水の果たす役割は、
（１）気体の吸引・圧縮というポンプ機能を行う、
（２）気体の圧縮熱を吸収する、
（３）ポンプ内摺動部をシールする
ことにある。
【０００５】
封水の供給は、例えば、図５に示すように、セパレータタンク５８を介し、封水供給配管５７を経て封水５６を循環供給する方法や、直接新水を水封式真空ポンプに供給し、セパレータタンクからドレンとして排水する方法（図示せず）などがあり、水の消費量を減らす見地からは、図５に示すように循環使用することが望ましい。
なお、水封式真空ポンプ５４は、気体を吸引してポンプ内で大気圧まで圧縮し、封水とともに排出するものであり、図５の構成においては、封水の排出量は水封式真空ポンプ５４に供給される封水量と同量である。
【０００６】
また、セパレータタンク５８は、水封式真空ポンプ５４へ供給される封水５６と水封式真空ポンプ５４が吸引する気体の混合物の排出先であり、気体と封水５６を分離する機能を果たす。セパレータタンク５８からの排気の際、気体は気体の温度（概ねセパレータタンク５８に存在する循環用封水５６の温度に等しい）に相当する飽和蒸気を同伴して排気口から吐出される。従って、セパレータタンク５８内の封水５６は、微量ながら水封式真空ポンプ５４の運転によって減少していく。そのため、従来は、セパレータタンク５８内の水の保有量が一定量を下回った時点で新水補給口から新水を補給するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そして、この新水補給には、通常、水道水、工業用水、地下水などが用いられるが、取水場所からの配管が必要である。
また、水封式真空ポンプの運転時間が長くなると、水封式真空ポンプ内部での気体の圧縮作用により圧縮熱が発生し、その熱がセパレータタンク内の水に蓄積され、水温が徐々に上昇する。水封式真空ポンプの能力は、供給される封水の温度により影響を受けるため、一定以上の温度になることが予想される場合は、常時新水を補給することが必要になる。なお、封水供給配管などに冷却器を設置して冷却することも可能であるが、その場合にも水の蒸発を防ぐことはできないので新水の補給は必要となる。
【０００８】
ところで、阪神大震災のような災害時には、電気の供給は比較的早く復旧し、また、自家発電装置でまかなうこともできるが、水は復旧が遅れ、大型横軸ポンプの運転を行うことが必要な状況下で、ポンプケーシング内を満水にすることが行えず、洪水などへの対応ができないという深刻な事態が生じる。
また、一般の真空排気装置としても別途新水の確保が必要となり、水封式真空ポンプを使用できる設置条件が制約されることになる。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、外部からの新水の補給を必要とせずに運転を行うことが可能な水封式ポンプを用いた真空排気装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明（請求項１）にかかる真空排気装置は、
水封式真空ポンプと、
前記水封式真空ポンプの排気中に含まれる水を分離して回収するセパレータタンクと、
前記セパレータタンク内の水を封水として前記水封式真空ポンプに供給する封水供給機構と、
大気中の水分を凝縮させ、前記セパレータタンクの水位低下を補う補給水とする凝縮器と
を具備することを特徴としている。
【００１１】
水封式真空ポンプと、水封式真空ポンプの排気中の水を分離して回収するセパレータタンクと、セパレータタンク内の水を封水として水封式真空ポンプに供給する封水供給機構とを備えた真空排気装置に、大気中の水分を凝縮させる凝縮器を設けることにより、凝縮器で凝縮させた水をセパレータタンクの補給水とすることが可能になり、水封式真空ポンプを利用した真空排気装置を、外部からの新水の補給を必要とせずに確実に運転することが可能になる。
なお、セパレータタンク内の水を封水として水封式真空ポンプに供給する封水供給機構としては、セパレータタンクから水封式真空ポンプに封水を供給するための配管や、さらに給水ポンプを備えた配管などが例示される。
また、大気中の水分を凝縮させる凝縮器としては、代表的な例として、冷媒を利用して冷却した熱交換器を通過させて大気を冷却することにより、大気中の水分を凝縮させる凝縮器が挙げられるが、これ以外にも種々の型式のものを用いることが可能である。
【００１２】
また、請求項２の真空排気装置は、前記セパレータタンク内の水位を検知する水位検出手段と、前記水位検出手段により検知された水位が所定の水位より低くなった場合には凝縮器を運転し、所定の水位より高くなった場合には凝縮器の運転を停止する凝縮器制御手段とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
セパレータタンク内の水位を検知する水位検出手段を設けるとともに、水位検出手段により検知された水位が所定の水位より低くなった場合には凝縮器を運転し、所定の水位より高くなった場合には凝縮器の運転を停止する凝縮器制御手段を設けることにより、凝縮器の自動運転化が可能になるともに、凝縮器を必要時のみ確実に作動させて凝縮器の運転による消費電力を低く抑えることが可能になる。また、動作信頼性を向上させることが可能になる。
【００１４】
また、請求項３の真空排気装置は、前記セパレータタンク内の水温の温度上昇を抑えるために、前記セパレータタンクの側面に空気を吹き付ける冷却ファンを設けたことを特徴としている。
【００１５】
セパレータタンクの側面に空気を吹き付ける冷却ファンを設けることにより、簡単な構成でセパレータタンク内の水温の温度上昇を抑えることが可能になり、水封式真空ポンプの性能を十分に発揮させて、長時間に渡って安定した運転を行うことが可能になる。
【００１６】
また、請求項４の真空排気装置は、前記水封式真空ポンプに供給される封水を冷却するために、冷媒を用いた封水冷却手段を設けたことを特徴としている。
【００１７】
冷媒を用いた封水冷却手段を備えた構成とすることにより、封水をより確実に冷却して、水封式真空ポンプの性能をより確実に発揮させ、信頼性の高い運転を長時間に渡って行うことが可能になる。
なお、封水冷却手段は、例えば、セパレータタンク内の封水を水封式真空ポンプに供給する封水供給機構（封水供給配管）に配設したり、セパレータタンク内に配設したりすることが可能で、その具体的な配設位置には特別の制約はない。
【００１８】
また、請求項５の真空排気装置は、大型横軸ポンプの起動時にポンプケーシング内を満水にする際に、ポンプ内空間を真空排気するために用いられる真空排気装置であることを特徴としている。
【００１９】
震災発生時などに稼働させることが必要になる場合が多い大型横軸ポンプの起動時にポンプ内空間を真空排気するための真空排気装置として本発明の真空排気装置を適用することにより、外部からの新水の補給を必要とせずに、大型横軸ポンプを遅滞なく、確実に起動させることが可能になり、特に有意義である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【００２１】
［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる真空排気装置の基本的な構成を示す図である。この真空排気装置は、大型横軸ポンプ５１の起動時に、そのポンプケーシング５２内を満水にするためにポンプ内空間５３を真空排気するのに用いられる真空排気装置である。
【００２２】
すなわち、この実施形態１の真空排気装置は、大型横軸ポンプ５１の起動時に、大型横軸ポンプ５１のポンプ内空間５３内の空気を吸引するとともに満水時の横軸ポンプ５１内の水も同時に吸引する目的で用いられるものであり、空気とともに水を吸引することが可能な真空ポンプとして、水封式真空ポンプ１が用いられている。
【００２３】
そして、この実施形態１の真空排気装置は、水封式真空ポンプ１、セパレータタンク２、セパレータタンク２と水封式真空ポンプ１を接続する封水供給配管（封水供給機構）３、凝縮器４、及びセパレータタンク２と凝縮器４の下部を連通させる連通管５を備えている。
【００２４】
水封式真空ポンプ１は、内部に羽根車６が設けられており、この羽根車６とセパレータタンク２から供給される封水（ポンプ内には封水を図示せず）とのピストン作用により、吸い込み気体の吸引・圧縮というポンプ機能が発揮されるように構成されている。
【００２５】
また、セパレータタンク２は、水封式真空ポンプ１へ供給される封水と水封式真空ポンプ１が吸引する気体の混合物を、気体と水（封水）に分離する機能を果たすものである。
【００２６】
封水供給配管３は、セパレータタンク２から水封式真空ポンプ１に封水７を供給するための配管である。なお、封水供給配管３に給水ポンプを設けた構成とすることも可能である。
【００２７】
凝縮器４は、大気を、冷媒を利用した熱交換器４ａを通過させることにより、大気中の水分を凝縮させる機能を果たすものである。なお、この実施形態１においては、凝縮器４の上部に熱交換器４ａが配設されており、凝縮器４の下部は凝縮水を貯めるための凝縮水槽４ｂとなっている。
【００２８】
また、連通管５は凝縮器４で凝縮させた大気中の水分（凝縮水）をセパレータタンク２に戻すための通路として機能するものである。
【００２９】
このように構成された真空排気装置は、大気中の水分を凝縮させる凝縮器４を備えているので、凝縮器４で凝縮させた水をセパレータタンク２の補給水とすることが可能になる。その結果、水封式真空ポンプ１を利用した真空排気装置を、外部からの新水の補給を必要とせずに確実に運転することが可能になる。
【００３０】
また、この実施形態１では、震災発生時などに稼働させることが必要になる大型横軸ポンプ５１の起動時にポンプ内空間５３を真空排気するための真空排気装置に、外部からの新水の補給を必要としない本発明を適用するようにしているので、災害時などに作動させることが必要になる場合が多い大型横軸ポンプ５１を遅滞なく、確実に起動させることが可能になり、特に有意義である。
【００３１】
［実施形態２］
図２は、本発明の他の実施形態（実施形態２）にかかる真空排気装置の要部構成を示す図である。この実施形態２の真空排気装置においては、セパレータタンク２に水位検出手段（この実施形態では電極棒式レベルスイッチ）１０が配設されているとともに、水位検出手段１０により検知された水位が所定の水位より低くなった場合には凝縮器４を運転し、所定の水位より高くなった場合には凝縮器４の運転を停止する凝縮器制御手段１１を備えている。
【００３２】
なお、水位検出手段１０としては、図２に示すような電極棒式レベルスイッチの他に、フロート式レベルスイッチ、液面形式レベルスイッチなどを用いることも可能である。
その他の構成は上記実施形態１の場合と同様であることから、重複を避けるため、ここでは説明を省略する。なお、図２において図１と同一符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示している。
【００３３】
この実施形態２の真空排気装置によれば、凝縮器４の自動運転化が可能になるともに、凝縮器４を必要時のみ確実に作動させて凝縮器４の運転による消費電力を低く抑えることが可能になる。
【００３４】
また、凝縮器４の運転制御が可能になることから、水封式真空ポンプ１の運転時のみならず、水封式真空ポンプ１の停止時にも、セパレータタンク２の水位が低下した場合に凝縮器４を作動させることが可能になり、必要な封水を確保して作動信頼性を向上させることが可能になる。
【００３５】
［実施形態３］
図３は、本発明のさらに他の実施形態（実施形態３）にかかる真空排気装置の要部構成を示す図である。この実施形態３の真空排気装置は、水封式真空ポンプ１の運転時間が長くなる場合などにおいて、ポンプ内部での吸引気体の吸引・圧縮仕事により生じる封水温度の上昇が許容温度以上にまで上昇することを抑制するために、セパレータタンク２の側面に空気を吹き付ける冷却ファン（空冷ファン）２０を設けている。
【００３６】
なお、その他の構成は上記実施形態２の場合と同様であることから、重複を避けるため、ここでは説明を省略する。なお、図３において図２と同一符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示している。
【００３７】
この実施形態３の真空排気装置によれば、セパレータタンク２の側面に空気を吹き付ける冷却ファン２０を設けているので、簡単な構成でセパレータタンク２内の封水７の温度上昇を抑えることが可能になり、水封式真空ポンプ１の性能を十分に発揮させて、長時間に渡って安定した運転を行うことが可能になる。
【００３８】
［実施形態４］
図４は、本発明のさらに他の実施形態（実施形態４）にかかる真空排気装置の要部構成を示す図である。この実施形態４の真空排気装置は、水封式真空ポンプ１の運転時間が長くなる場合などにおいて、ポンプ内部での吸引気体の吸引・圧縮仕事により生じる封水温度の上昇が許容温度以上にまで上昇することを抑制するために、封水供給配管３に水以外の冷媒（この実施形態４ではチラー）を用いた封水冷却手段（冷却器）３０を設けている。
【００３９】
なお、その他の構成は上記実施形態２の場合と同様であることから、重複を避けるため、ここでは説明を省略する。なお、図４において図２と同一符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示している。
【００４０】
この実施形態４の真空排気装置によれば、封水供給配管３にチラーなどの水以外の冷媒を用いた封水冷却手段（冷却器）３０を設けているので、封水７をより確実に冷却して、水封式真空ポンプ１の性能を確実に発揮させることが可能になり、信頼性の高い運転を長時間に渡って行うことが可能になる。
【００４１】
なお、上記実施形態４では、封水冷却手段３０を封水供給配管３に設けた場合を例にとって説明したが、封水冷却手段３０は、例えば、セパレータタンク２内の水を冷却するようにセパレータタンク２内に配設してもよく、また、他の位置に配設してもよい。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、水封式真空ポンプの具体的な構成、セパレータタンクの構成や細部の構造、凝縮器の型式や具体的な構成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
上述のように、本発明（請求項１）の真空排気装置は、水封式真空ポンプと、水封式真空ポンプの排気中の水を分離して回収するセパレータタンクと、セパレータタンク内の水を封水として水封式真空ポンプに供給する封水供給機構とを備えた真空排気装置において、大気中の水分を凝縮させる凝縮器を設けるようにしているので、凝縮器で凝縮させた水をセパレータタンクの補給水とすることが可能になり、水封式真空ポンプを利用した真空排気装置を、外部からの新水の補給を必要とせずに確実に運転することが可能になる。
【００４４】
また、請求項２の真空排気装置のように、セパレータタンク内の水位を検知する水位検出手段を設けるとともに、水位検出手段により検知された水位が所定の水位より低くなった場合には凝縮器を運転し、所定の水位より高くなった場合には凝縮器の運転を停止する凝縮器制御手段を設けるようにした場合、凝縮器の自動運転化が可能になるともに、凝縮器を必要時のみ確実に作動させて凝縮器の運転による消費電力を低く抑えることが可能になる。また、動作信頼性を向上させることが可能になる。
【００４５】
また、請求項３の真空排気装置のように、セパレータタンクの側面に空気を吹き付ける冷却ファンを設けた場合、簡単な構成でセパレータタンク内の水温の温度上昇を抑えることが可能になり、水封式真空ポンプの性能を十分に発揮させて、長時間に渡って安定した運転を行うことが可能になる。
【００４６】
また、請求項４の真空排気装置は、水封式真空ポンプに供給される封水を冷却するための、冷媒を用いた封水冷却手段を備えた構成とした場合、封水をより確実に冷却して、水封式真空ポンプの性能をより確実に発揮させ、信頼性の高い運転を長時間に渡って行うことが可能になる。
【００４７】
また、請求項５のように、震災発生時などに稼働させることが必要になる場合が多い大型横軸ポンプの起動時にポンプ内空間を真空排気するための真空排気装置として本発明の真空排気装置を適用することにより、外部からの新水の補給を必要とせずに、大型横軸ポンプを遅滞なく、確実に起動させることが可能になり、特に有意義である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる真空排気装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態（実施形態２）にかかる、セパレータタンクに水位検出手段が配設された真空排気装置の構成を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態（実施形態３）にかかる、セパレータタンクに冷却ファンを取り付けた真空排気装置の構成を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態（実施形態４）にかかる、封水供給配管に冷却器を装備した真空排気装置の構成を示す図である。
【図５】従来の真空排気装置及びその使用例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　　　水封式真空ポンプ
２　　　　セパレータタンク
３　　　　封水供給配管（封水供給機構）
４　　　　凝縮器
４ａ　　　熱交換器
４ｂ　　　凝縮水槽
５　　　　連通管
６　　　　羽根車
７　　　　封水
１０　　　水位検出手段（電極棒式レベルスイッチ）
１１　　　凝縮器制御手段
２０　　　冷却ファン（空冷ファン）
３０　　　封水冷却手段（冷却器）
５１　　　大型横軸ポンプ
５２　　　ポンプケーシング
５３　　　ポンプ内空間
【図１】
2004132328.tif 000003
【図２】
2004132328.tif 000004
【図３】
2004132328.tif 000005
【図４】
2004132328.tif 000006
【図５】
2004132328.tif 000007