(57)【要約】【課題】鉛やビスマス等の重金属を蒸発材料として使用した場合の耐熱性、耐食性の課題を解消し、高温環境下で気体を一旦冷却せずに、高温のまま排気をすることが出来るようにする。【解決手段】蒸気噴射ポンプは、吸気口４側から気体を導入する気体導入室３と、ヒータ６により加熱溶融された蒸発材料を蓄える溶融蒸発材料容器１と、この溶融蒸発材料容器１から溶融蒸発材料の供給を受け、溶融蒸発材料をさらに高温に加熱して蒸発させてノズル１０から同蒸発材料の蒸気を噴射する蒸発部２と、前記ノズル１０から噴射された蒸発材料蒸気により運動エネルギを与えられた前記気体導入室３内の気体を受けて排気口９から排出する排気部１２とを有し、前記蒸発部２が溶融蒸発材料容器１から区画分離されており、且つその外壁７が溶融蒸発材料に対して耐食性のあるセラミックからなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気の噴流による吸気口（４）側から排気口（９）側へと気体を強制搬送する蒸気噴射ポンプであって、吸気口（４）側から気体を導入する気体導入室（３）と、ヒータ（６）により加熱溶融された蒸発材料を蓄える溶融蒸発材料容器（１）と、この溶融蒸発材料容器（１）から溶融蒸発材料の供給を受け、溶融蒸発材料をさらに高温に加熱して蒸発させてノズル（１０）から同蒸発材料の蒸気を噴射する蒸発部（２）と、前記ノズル（１０）から噴射された蒸発材料蒸気により運動エネルギを与えられた前記気体導入室（３）内の気体を受けて排気口（９）から排出する排気部（１２）とを有し、前記蒸発部（２）が溶融蒸発材料容器（１）から区画分離されており、且つその外壁（７）が溶融蒸発材料に対して耐食性のあるセラミックからなることを特徴とする蒸気噴射ポンプ。
【請求項２】
蒸発部（２）が断熱された状態で溶融蒸発材料容器（１）の中に設けられ、溶融蒸発材料の液面から下の部分で蒸発部（２）が溶融蒸発材料容器（１）に通じていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気噴射ポンプ。
【請求項３】
蒸発材料が鉛、ビスマス、鉛−ビスマス合金の何れかの重金属であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気噴射ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気が持っている熱エネルギを運動エネルギに変えて噴流を発生させ、この噴流によって吸気口側から排気口側へと気体を強制的に移動させる蒸気噴射ポンプに関し、特に噴流を発生させる蒸気として重金属の蒸気を使用することを可能とした蒸発材料蒸気噴射ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気噴射ポンプは、水、油、水銀等の蒸気の噴流を利用して排気を行うポンプである。ヒータにより蒸発材料を加熱し、発生した蒸発材料の蒸気をノズルから噴射させることにより、蒸発材料の蒸気が持っている熱エネルギを運動エネルギに変えて噴流を発生させ、この噴流によって気体の分子を捕らえて吸気口側から排気口側へとその気体の分子を強制的に移動させて排気する。
【０００３】
従来の蒸気噴射ポンプでは、噴流を作るための蒸気を発生させる蒸発材料として水、油、水銀等が使用されていた。しかし、これらの材料の沸点は１００℃〜３５７℃である。そのため、温度が４００℃以上と高い雰囲気から気体を排気する場合は、排気される気体の温度が一旦下がってから蒸気噴射ポンプで排気される。このように排気されるガスが一旦温度低下すると、その高温ガス中に含まれる物質が析出する可能性がある。従って、噴流蒸気を加熱する加熱装置等の付帯的設備を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
温度が高い雰囲気から気体を排気する場合に、気体が冷却されずにそのまま排気するためには、蒸発材料としては始めから蒸気温度を高くして使用する必要がある。さらに到達圧力を低くするためには低温で沸騰するものよりは、高温まで沸騰しないものの方がより高真空まで対応できる。従って排出される気体の温度より沸点の高い蒸発材が必要である。例えば、鉛やビスマス等の重金属は、常温における融点２７１℃〜３２７℃、沸点１５６０℃〜１７５０℃であり、１０Ｐａの真空中でも沸点が８００℃前後である。このため、高温で蒸気の噴流を形成することが可能である。
【０００５】
しかしながら、前記の鉛やビスマス等の重金属を蒸発して噴流を発生させるためには、高温での加熱が必要であり、ステンレス等の従来のケーシングでは加熱に耐えることが出来ない。しかも鉛やビスマス等の重金属を加熱した場合、腐食性がより強くなるため、耐熱性のみならず、耐食性が問題となる。
【０００６】
本発明は、前記従来の蒸気噴射ポンプにおける課題に鑑み、鉛やビスマス等の重金属を蒸発材料として使用した場合の耐熱性、耐食性の課題を解消し、高温環境下で気体を一旦冷却せずに、高温のまま排気することが出来る蒸気噴射ポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、鉛やビスマス等の重金属を溶融蒸発材料容器１と、溶融蒸発材料をさらに高温に加熱して蒸発させてノズル１０から噴射する蒸発部２とを区画分離し、且つ蒸発部２の外壁７を溶融蒸発材料に対して耐食性のあるセラミックで形成したものである。
【０００８】
すなわち、本発明による蒸気噴射ポンプは、吸気口４側から気体を導入する気体導入室３と、ヒータ６により加熱溶融された蒸発材料を蓄える溶融蒸発材料容器１と、この溶融蒸発材料容器１から溶融蒸発材料の供給を受け、溶融蒸発材料をさらに高温に加熱して蒸発させてノズル１０から同蒸発材料の蒸気を噴射する蒸発部２と、前記ノズル１０から噴射された蒸発材料蒸気により運動エネルギを与えられた前記気体導入室３内の気体を受けて排気口９から排出する排気部１２とを有し、前記蒸発部２が溶融蒸発材料容器１から区画分離されており、且つその外壁７が溶融蒸発材料に対して耐食性のあるセラミックからなるものである。
【０００９】
このような本発明による蒸気噴射ポンプでは、溶融蒸発材料容器１は、ヒータ６で加熱溶融された蒸発材料を蓄えるだけでよく、そこで蒸発材料を蒸発する必要はない。このため、溶融蒸発材料容器１は蒸発材料の溶融状態を維持出来る程度の温度に加熱すればよい。他方、この溶融蒸発材料容器１と区画分離され、蒸発材料を蒸発する蒸発部２は、その外壁を蒸発材料の蒸気に対して耐食性のあるセラミックとしたため、鉛やビスマス等の重金属を蒸発材料として使用した場合でも、耐熱性、耐食性の問題が解消出来る。
【００１０】
例えば、蒸発部は断熱された状態で溶融蒸発材料容器１の中に設けられ、溶融蒸発材料の液面から下の部分で蒸発部２が溶融蒸発材料容器１に通じている。こうすることにより、溶融蒸発材料容器１の中で蒸発材料を加熱溶融し、その溶融状態を維持するためのヒータ６と、蒸発材料をさらに高温に加熱して蒸発させるためのヒータの双方の熱を有効に利用することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は本発明による蒸気噴射ポンプの一実施形態を示す概略縦断側面図である。
【００１２】
この蒸気噴射ポンプは、排気する気体を導入する吸気口４を上端に備えた溶融蒸発材料容器１を有している。この蒸発材料容器１は耐食性の高いステンレス等の金属からなる有底の容器で、その周囲にヒータ６が装着され、その内部に蒸発材料を収納して加熱溶融し、蒸発材料を溶融状態のまま蓄えておくことが出来る。
【００１３】
この溶融蒸発材料容器１の上端に設けた吸気口４の周囲にはフランジ１９が設けられ、このフランジ１９を介して吸気口４を真空容器等に接続出来るようになっている。溶融蒸発材料容器１の中の約上半分は、フランジ１９を介して吸気口４に接続された真空容器等の中から排気する気体を導入する排気導入室３となっている。
【００１４】
溶融蒸発材料容器１の中には、溶融蒸発材料容器１から溶融蒸発材料の供給を受け、蒸発材料をさらに高温に加熱して蒸発させてノズル１０からその蒸発材料の蒸気を噴射する蒸発部２が配置されている。この蒸発部２は、下端が開口した外壁７を有しており、この外壁７は、溶融蒸発材料に対して耐食性のあるセラミックからなる。蒸発部２の内部は、その下端の開口部を介して溶融蒸発材料の液面の下で溶融蒸発材料容器１と通じている。
【００１５】
この蒸発部２の外壁７は、その下端側が溶融蒸発材料容器１の中に入れた溶融した蒸発材料に浸漬されている。この蒸発部２の溶融した蒸発材料に浸漬される外壁７の下端部は二重になって断熱性が付与されており、さらにその部分に熱反射用のリフレクタ１４が挿入されている。
【００１６】
蒸発室２の中の下端側には、溶融蒸発材料容器１の底壁を通してヒータ８が配置されている。このヒータ８としては、シーズヒータをセラミックの鞘に収納したセラミックヒータのように、耐熱性、耐食性に優れたものを使用する。
蒸発室２の中の約上半分は、蒸発材料の蒸気を発生させる蒸発室５となっており、この部分の外壁の周囲にヒータ６が装着されている。
【００１７】
蒸発部２の蒸発材料より上に出た外壁７の周囲にはヒータ６が装着され、その内部が加熱出来るようになっている。また、蒸発部２の上端付近には、横に向けてノズル１０が突設されている。このノズル１０は、その先端が蒸発部２の中に通じる基端側より広くなるようなテーパが形成された筒状のものである。
【００１８】
溶融蒸発材料容器１の外壁の上端付近には、気体を排出する排気部１２が取り付けられている。排気部１２の外壁は筒状であり、その外壁の周囲にヒータ６が装着されている。排気部１２の下端側の外壁から側方に筒状のデフューザ１１が突出され、このデフューザ１１が溶融蒸発材料容器１の外壁の上端付近に差し込まれている。さらにこのデフューザ１１の先端部分の内側に前記蒸発部２のノズル１０の先端部分が差し込まれている。デフューザ１１は、ノズル１０を差し込んだその先端側が基端側より広くなるようなテーパが形成された筒状のものである。このデフューザ１１の周囲には、ヒータ５と共に水やその他の冷媒を通す冷却管１３が装着されている。
【００１９】
排気部１２の中のデフューザ１１の基部より上の部分にフィルタ１６が挿入されている。さらに、排気部１２の上端には、排気口９が開口しており、この排気口９の周囲にフランジ２０が設けられている。このフランジ２０を介して排気口９を他の形式の真空ポンプ等の真空機器に接続することが出来る。
【００２０】
他方、排気部１２の底部は、戻り配管１７を介して溶融蒸発材料容器１の中の蒸発材料の液面よりやや高い位置に接続されている。この戻り配管１７には、その中を通る蒸発材料を溶融状態の維持するよう加熱するためのヒータ６が装着されている。
【００２１】
このような蒸気噴射ポンプは、フランジ１９を介して吸気口４を真空容器等に接続し、フランジ２０を介して排気口９を他の形式の真空ポンプ等の真空機器に接続する。この状態で溶融蒸発材料容器１の中に鉛、ビスマス或いは鉛−ビスマス等の重金属を収納し、これをヒータ６で加熱して溶融する。溶融蒸発材料容器１の中の溶融した蒸発材料の液面より上の部分が排気導入室３となる。
【００２２】
前述した蒸発部２は、下端部分が開口しており、そこが溶融蒸発材料容器１に通じているため、蒸発部２の中には、溶融蒸発材料容器１と同じレベルの溶融蒸発材料が存在する。この蒸発部２の中の溶融蒸発材料は、それに浸漬したヒータ８により直接加熱され、８００℃以上の高温となってその液面から蒸発する。直接加熱のため、溶融蒸発材料を効率よく加熱し、蒸発させることが出来る。
【００２３】
蒸発部２の中で溶融蒸発材料から発生した蒸気は、噴流となってノズル１０から噴出される。この噴出された蒸発材料の蒸気の噴流は、デフューザ１１を通して排気部１２の中に流入する。このとき、蒸気の噴流の周囲の気体分子が前記蒸気の噴流によって押され、溶融蒸発材料容器１の中の約上半分の空間である排気導入室３から排気部１２の中に流入する。さらにこの気体分子は前記の蒸気の噴流と後続する気体分子に押されてフィルタ１６を通過した後、排気口９から排出される。このようにして溶融蒸発材料容器１の吸気口４から溶融蒸発材料容器１の中に入った空気がデフューザ１１と排気部１２を通って排気口９から排気される。すなわち流体の強制移動が行われる。これにより、例えば吸気口４に接続されたのが真空容器であれば、その真空容器の中から気体分子が排出され、減圧されることになる。
【００２４】
他方、蒸発材料の蒸気は、前記デフューザ１１の外周に装着した冷却管１３に通した冷媒により冷却され、液化され、この液体がデフューザ１１の勾配に沿って流れ、前記の溶融蒸発材料容器１の中に戻る。また、排気部１２の中に入った蒸発材料の液体は、排気部１２の底部から戻り配管１７を通って前記の溶融蒸発材料容器１の中に戻る。溶融蒸発材料容器１の中に戻った液相の蒸発材料は、前述したような蒸発と液化を繰り返しながら循環して利用される。
【００２５】
図２は、本発明による蒸気噴射ポンプの他の実施形態を示している。ここでは、蒸発部２の中の溶融蒸発材料の加熱のため、図１により前述した蒸気噴射ポンプの一実施形態のセラミックヒータ８に代えて、電子衝撃加熱方式のヒータ８’を採用している。
【００２６】
より具体的には、ＳｉＣ等のセラミックのように、耐熱性があり、化学的安定した材料からなる真空容器２１の中にフィラメント２３を配置すると共に、真空容器２１の天面に金属膜からなる陽極２２を設け、フィラメント２３に通電しながらこのフィラメント２３と陽極２２との間に高電圧を印加する。フィラメント２３から発生した熱電子が、フィラメント２３と陽極２２との間に印加された高電圧により加速され、陽極２２に衝突することにより、真空容器２１の特に上壁が高温に発熱する。この熱で蒸発部２の中の蒸発材料が加熱、蒸発され、蒸発室５からノズル１０を通して噴射される。これにより、蒸発材料の蒸気の噴流が生じ、前述のようにして気体分子の強制移動が行われる。なお、真空容器の天面の部分のＳｉＣに導電性を付与することにより、金属膜がない状態でもその天面自体を陽極とすることもできる。
その他の構成は図１により前述した実施形態と基本的に同じである。
【００２７】
図３は、本発明による蒸気噴射ポンプのさらに他の実施形態を示している。ここでは、図１により前述した蒸気噴射ポンプに対し、溶融蒸発材料容器１、蒸発部２及び排気導入室３のレイアウトを変更している。
具体的には、溶融蒸発材料容器１と排気導入室３とを分離し、さらに蒸発部２を溶融蒸発材料容器１の外に配置し、そのノズル１０を有する上端部を排気導入室３に挿入している。溶融蒸発材料容器１と蒸発部２とは、それらの底部において継手１８により接続されている。
【００２８】
この実施形態では、蒸発部２の下部が溶融蒸発材料容器１の外に配置されているため、その部分の蒸発材料の溶融状態の維持のため、蒸発部２の下部と溶融蒸発材料容器１との継手１８の周囲にもヒータ６が装着されている。蒸発部２の下部が溶融蒸発材料容器１の外に配置されているため、蒸発部２の下部にリフレクタ等の断熱手段を設ける必要が無い。
その他の構成は図１により前述した実施形態と基本的に同じである。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による蒸気噴射ポンプでは、鉛、ビスマス或いは鉛−ビスマス合金のような重金属を使用し、真空中でも高温で蒸気の噴流を形成出来るため、高温環境下での気体の強制移動が可能となる。これにより、真空下の高温で処理が行われる真空容器等から排気する際に、排気の冷却を行う必要が無く、効率的な排気が可能となる。
【００３０】
しかも、鉛、ビスマス或いは鉛−ビスマス合金のような重金属を蒸発材料として使用し、その蒸気の噴流を形成するに当たり、溶融蒸発材料を収納した溶融蒸発材料容器１とは別の蒸発部２において溶融蒸発材料を加熱、蒸発するため、溶融蒸発材料容器１は蒸発材料の溶融状態を維持出来る程度の温度に加熱すれば良いので、重金属の蒸発に対して十分な耐熱性、耐食性を有しないステンレス等の材料を使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気噴射ポンプの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明による蒸気噴射ポンプの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明による蒸気噴射ポンプの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１    溶融蒸発材料容器
２    蒸発部
３    気体導入室
４    吸気口
６    ヒータ
７    蒸発部の外壁
９    排気口
１０  ノズル
１２  排気部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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