(57)【要約】ポンプは、ハウジング内に設けられたステータ及び少なくとも１つのロータを有する。ハウジングは、ロータの周りに延びる第１の流体チャネルを有し、ロータは、少なくとも１つの第２の流体チャネルを有する。ステータの温度を表す信号を出力するよう構成された第１のセンサが設けられ、ロータの温度を表す信号を出力するよう構成された第２のセンサが設けられている。チャネル内の流体の温度は、センサから出力された信号の大きさに応じて制御される。
2006503220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプであって、
ステータを有し、
ハウジング内に設けられた少なくとも１つのロータを有し、ハウジングは、ロータの周りに延びる第１の流体チャネルを有し、ロータは、少なくとも１つの第２の流体チャネルを有し、
ステータの温度を表す信号を出力するよう構成された第１のセンサを有し、
ロータの温度を表す信号を出力するよう構成された第２のセンサを有し、
センサから出力された信号の大きさに応じて前記チャネル内に存在している場合の流体の温度を制御する温度制御手段を有していることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
第１の温度センサは、ステータのところに配置されていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
第２の温度センサは、歯車箱内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ。
【請求項４】
第２の温度センサは、使用中、ロータの排出部分内のプロセスガスと流体接触状態をなしてハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ。
【請求項５】
温度制御手段は、第１の流体チャネル内の流体の温度を制御する第１の制御手段と、前記少なくとも１つの第２の流体チャネル内の流体の温度を制御する第２の制御手段とを含むことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項６】
第１の制御手段は、少なくとも１つのフローポンプと、少なくとも１つの制御弁と、少なくとも１つの熱交換器とを含むことを特徴とする請求項５記載のポンプ。
【請求項７】
第１の制御手段は、第１のセンサから出力された信号の大きさに応じて第１の流体チャネル内の流体の温度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載のポンプ。
【請求項８】
第２の制御手段は、少なくとも１つのフローポンプと、少なくとも１つの制御弁と、少なくとも１つの熱交換器とを含むことを特徴とする請求項５〜７のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項９】
第２の制御手段は、第２のセンサから出力された信号の大きさに応じて、少なくとも１つの第２の流体チャネル内の流体の温度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項５〜８のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１０】
第２の制御手段は、第２のセンサから出力された信号及びステータの温度を表す信号を出力するよう構成された追加のセンサから出力された信号の大きさに応じて、少なくとも１つの第２の流体チャネル内の流体の温度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項５〜９のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１１】
第２の制御手段は、第１のセンサ及び第２のセンサから出力された信号の大きさに応じて、少なくとも１つの第２の流体チャネル内の流体の温度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項５〜９のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１２】
第１の制御手段及び第２の制御手段のうち少なくとも一方を制御するマイクロプロセッサを有していることを特徴とする請求項５〜１１のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１３】
第１の制御手段と第２の制御手段の両方を制御するマイクロプロセッサを有していることを特徴とする請求項５〜１２のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１４】
ポンプの圧力及び電力消費量から成る群のうち１つを表す信号をマイクロプロセッサに出力するよう構成された第３のセンサを有し、マイクロプロセッサは、その信号の大きさに応じて少なくとも第２の制御手段を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１２又は１３記載のポンプ。
【請求項１５】
第２の制御手段の前記少なくとも１つの制御弁は、機械式差動温度弁から成ることを特徴とする請求項８の従属項としての請求項９〜１２のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１６】
機械式弁は、少なくとも１つの第２の流体チャネルと熱的連通状態にある第３の流体チャネルと、流体の通過流量を制御するよう第３の流体チャネル内で動くことができるフローレストリクタと、第１のセンサ、第２のセンサからの信号をそれぞれ受け取り、第１の信号、第２の信号から受け取った信号の大きさに応じて第３の流体チャネル内におけるフローレストリクタの位置を制御する２つの信号レセプタとを有することを特徴とする請求項１５記載のポンプ。
【請求項１７】
各温度レセプタは、密閉部品を有し、各密閉部品の容積は、使用中、受け取った信号の大きさに応じて拡張して第３の流体チャネル内におけるレストリクタの相対位置を制御することを特徴とする請求項１５記載のポンプ。
【請求項１８】
各信号レセプタは、拡張可能なベローズを含むことを特徴とする請求項１７記載のポンプ。
【請求項１９】
フローレストリクタは、スピンドルと、受け座とを有し、スピンドルは、受け座と協働して働いて使用中、流体の通過流量を制御するよう孔を開閉することを特徴とする請求項１６〜１８のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項２０】
ポンプは、スクリューポンプ、クローポンプ及びルーツポンプから成る群から選択された一であることを特徴とする請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項２１】
ハウジングは、内殻及び外殻を有し、第１のキャビティが、内殻によって形成され、ロータは、内殻内に設けられ、第１の流体チャネルは、ハウジングの内殻と外殻との間に形成されていて、ロータの長さにわたってこれを包囲した状態で延びていることを特徴とする請求項１〜２０のうちいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項２２】
ハウジングの内殻は、使用中、ステータとなることを特徴とする請求項２１記載のポンプ。
【請求項２３】
両頭型ポンプであって、
１つの入口部分及び２つの排出部分を備えた少なくとも１つのロータと、
ステータと、
ハウジングとを有し、ハウジングは、内殻及び外殻を有し、第１のキャビティが、内殻によって形成され、ロータは、内殻内に設けられ、第２のキャビティが、ハウジングの内殻と外殻の間に形成され、使用中、流体が第２のキャビティを通って循環し、第２のキャビティは、ロータの長さにわたってこれを包囲した状態で延びている、
ことを特徴とする両頭型ポンプ。
【請求項２４】
弁であって、
流体チャネルと、
流体の通過流量を制御するよう流体チャネル内で動くことができるフローレストリクタと、
それぞれの信号を受け取り、受け取った信号の大きさに応じて流体チャネル内におけるフローレストリクタの位置を制御する２つの信号レセプタと、
を有することを特徴とする弁。
【請求項２５】
冷却時にポンプの内側作業面上に生じた物質の堆積物が存在するために焼き付いたポンプのロータを解除する方法であって、
ポンプのハウジング内に設けられていて、ロータの部品を包囲しているキャビティ内へ熱的流体を導入する段階と、
キャビティ内の熱的流体を堆積物が軟化するのに十分に高い所定の温度まで加熱する段階と、
トルクをポンプのロータに加えてポンプの内側作業面に付着存在している堆積物により生じる残りの妨害力に打ち勝つ段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１〜２２のうちいずれか一項に記載のポンプ内のロータとステータとの隙間を制御する方法であって、
（ａ）センサから出力された信号を用いてステータ及びロータの各々の温度を記録する段階と、
（ｂ）ステータとロータの温度差を計算する段階と、
（ｃ）温度差を所定値と比較する段階と、
（ｄ）第１及び第２の流体チャネル内の流体に関する適当な値の流量及び温度を求めて所定の温度差を達成する段階と、
（ｅ）熱制御手段を制御して、前記段階（ｄ）で求めた値を実現する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記方法の段階を所定の時間間隔で自動的に繰り返し実施して、ポンプの形態の摂動を経時的に管理することを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
所定の温度差を所定の時間間隔で修正して部品相互間の隙間を変更し、累積堆積物をポンプの部品の表面から脱落させることができるようにすることを特徴とする請求項２６又は２７記載の方法。
【請求項２９】
コンピュータにインストールされると、コンピュータが請求項２６、２７又は２８に記載の方法を実施するようにすることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項３０】
コンピュータにより読取り可能なキャリヤ媒体であって、請求項２９に記載のコンピュータプログラムを搭載したことを特徴とするキャリヤ媒体。
【請求項３１】
請求項３０に記載のコンピュータにより読取り可能なキャリヤ媒体であって、前記キャリヤ媒体は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ミニディスク又はディジタルテープから選択されることを特徴とするキャリヤ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプの分野する。特に、本発明は、スクリュー形形態の真空ポンプの熱制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリューポンプは通常、各々が雄ねじ付きロータを支持した２つの互いに間隔を置いた平行なシャフトを有し、シャフトは、ロータのねじ山が互いに噛み合うようポンプ本体内に設けられている。相互噛み合い箇所でのロータねじ山とステータとして働くポンプ本体の内面との間の厳密な公差により、入口と出口との間で圧送されているガスの量をロータのねじ山と内面との間に取り込み、それによりロータが回転しているときにポンプ中へ押し込む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
先行技術のスクリューポンプは、圧縮熱を除去するために機械の部分の周りに水冷ジャケットを用いている。しかしながら、機械の入口は、冷却システムを全く備えていない。その理由は、低圧状態で、入口から除去されるべき圧縮熱は僅かだからである。圧力が増大するにつれ、入口を通るガス流量を増大させることにより入口から追加の熱を消散させる。ポンプが低温環境に設置されている場合、ポンプの入口内の表面温度は、著しく減少してコールドスポットを生じさせる場合があり、したがって排気室からのガス状廃棄物がこれら低温領域で凝縮して液体の溜まり（プール）状態になる。これら溜まりは、腐食性の酸性又は塩基性流体から生じる場合があり、これら溜まりによりポンプ構成部品の損傷が生じる場合があり、それにより装置の寿命が短くなる場合がある。
【０００４】
単一の入口が２つの出口をまかなう両頭型のスクリューポンプが知られており、ロータは、同一直線状に設けられる。かかるポンプでは、ポンプの入口部分と出口部分との間の温度のばらつきは、顕著であり、ハウジング構成部品内のボアの同心性が重要になる。ハウジング構成部品が動いて位置合わせ状態から外れると、ロータは、既に僅かな公差が一段と減少し又は無くなるのでステータと衝突する恐れが高くなる。
スクリューポンプは、広範な用途においてますます利用されている。例えば、医薬品プロセス分野では、同一のポンプが多種多様な用途を実施する必要のある場合がある。ポンプの形態は、特定用途に合わせて特注されている場合が多いが、いったん用途を変更すると、理想的な条件はもはや存在せず、ポンプはピーク／最適効率では稼働しなくなるであろう。
本発明の目的は、スクリューポンプ技術と関連した上述の問題のうち幾つかを解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一特徴によれば、ポンプであって、ステータと、ハウジング内に設けられた少なくとも１つのロータとを有し、ハウジングは、ロータの周りに延びる第１の流体チャネルを有し、ロータは、少なくとも１つの第２の流体チャネルを有し、ポンプは、ステータの温度を表す信号を出力するよう構成された第１のセンサと、ロータの温度を表す信号を出力するよう構成された第２のセンサと、センサから出力された信号の大きさに応じて上記チャネル内に存在している場合の流体の温度を制御する温度制御手段とを更に有することを特徴とするポンプが提供される。
第１の温度センサをステータのところに配置するのがよく、これに対して、第２の温度センサは、ロータの排出部分内のプロセスガスと流体接触状態をなして排気プレナムの中か、又は、ハウジングの中の何れかに設けるのがよく、或いは、第２の温度センサをポンプの歯車箱（ギヤボックス）の中に配置してもよい。
【０００６】
熱制御手段は、第１のチャネル、第２のチャネル内の流体の温度をそれぞれ制御する第１の制御手段、第２の制御手段を含むのがよい。熱制御手段を構成する第１の制御手段及び第２の制御手段のうち少なくとも一方は、変速フローポンプ、サーモスタット制御弁及び熱交換器を有する。これらの制御手段は、センサの出力のうち１以上の大きさに応じて、それぞれのチャネル内の流体の温度を制御するように配置されるのがよい。熱制御手段はマイクロプロセッサを有していてもよいし、或いは、熱制御手段をマイクロプロセッサによって制御してもよい。
【０００７】
サーモスタット制御弁のうちの一方は、機械式差動温度弁で構成されるのがよい。この弁は、第２の流体チャネルと熱的連通状態にある第３の流体チャネルを有するのがよい。この第３の流体チャネルを通る流体の流量を制御するためにフローレストリクタ（流量絞り弁）を第３の流体チャネル内に設けるのがよい。このフローレストリクタの位置は、信号レセプタにより第１のセンサ及び第２のセンサから受け取った信号によって決定でき、この信号レセプタは、弁の一部を形成するのがよい。各信号レセプタは、密閉部品を有するのがよく、その容積は、使用中に拡張するのがよい。拡張度は、受け取った信号の大きさで決まり、第３の流体チャネル内のレストリクタの相対位置を定める。信号レセプタの密閉部品は、拡張可能なベローで構成されるのがよい。フローレストリクタは、スピンドル及び受け座を有するのがよい。スピンドルは、受け座と協働して作用して通過する流体の流量を制御するように孔を開閉する。ポンプは、任意公知の形態のものであってよく、例えば、スクリューポンプ（screw pump ）、クローポンプ（claw pump ）、ルーツポンプ（Roots pump）であるが、これらには限定されない。
【０００８】
本発明の別の特徴によれば、両頭型ポンプであって、１つの入口部分及び２つの排出部分を備えた少なくとも１つのロータと、ステータと、ハウジングとを有し、ハウジングは、内殻及び外殻を有し、第１のキャビティが、内殻によって形成され、ロータは、内殻内に設けられ、第２のキャビティが、ハウジングの内殻と外殻の間に形成され、使用中、流体が第２のキャビティを通って循環し、第２のキャビティは、ロータの長さにわたって、これを包囲した状態で延びることを特徴とする両頭型ポンプが提供される。
【０００９】
本発明の別の特徴によれば、弁であって、流体チャネルと、流体の通過流量を制御するよう流体チャネル内で動くことができるフローレストリクタと、それぞれの信号を受け取り、受け取った信号の大きさに応じて流体チャネル内におけるフローレストリクタの位置を制御する２つの信号レセプタとを有することを特徴とする弁が提供される。
本発明の別の特徴によれば、冷却時にポンプの内側作業面上に生じた物質の堆積物が存在するために焼き付いたポンプのロータを解除する方法であって、ポンプのハウジング内に設けられていて、ロータの部品を包囲しているキャビティ内へ熱的流体を導入する段階と、キャビティ内の熱的流体を堆積物が軟化するのに十分に高い所定の温度まで加熱する段階と、トルクをポンプのロータに加えてポンプの内側作業面に付着存在している堆積物により生じる残りの妨害力に打ち勝つ段階とを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００１０】
本発明の別の特徴によれば、本発明のポンプ内のロータとステータとの隙間を制御する方法であって、（ａ）センサから出力された信号を用いてステータ及びロータの各々の温度を記録する段階と、（ｂ）ステータとロータの温度差を計算する段階と、（ｃ）温度差を所定値と比較する段階と、（ｄ）第１の流体チャネル内及び第２の流体チャネル内の流体に関する適当な値の流量及び温度を求めて所定の温度差を達成する段階と、（ｅ）熱制御手段を制御して、段階（ｄ）で求めた値を実現する段階とを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００１１】
上記方法の段階を所定の時間間隔で自動的に繰り返し実施して、ポンプの形態の摂動を経時的に管理するのがよい。所定の温度差を所定の時間間隔で修正して、部品相互間の隙間を変更し、累積堆積物をポンプの部品の表面から脱落させることができるようにするのがよい。
【００１２】
熱制御装置は、コンピュータの状態に具体化されたマイクロプロセッサを含むのがよく、かかるコンピュータは、コンピュータソフトウェアにより任意的にプログラムされ、ソフトウェアをコンピュータにインストールすると、コンピュータは、上述の方法の段階（ａ）から段階（ｅ）を実行する。
【００１３】
本発明により、ポンプは向上したレベルの熱制御を受けることができる。これにより、最適化された動的隙間をもたらして過度の排気背圧に対するポンプの公差を高め、ポンプの入口におけるコールドスポットの発生を減少させ、装置内の加熱遅れを減少させ、堆積物が冷却に起因して生じる環境内での再始動の可能性を高めるという点で、装置の作動中における利点の達成が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、添付の図面を参照して本発明の一例を説明する。
スクリューポンプが、図１及び図２に示されている。２つのロータ１が、外ハウジング２の中に設けられている。逆方向に回転する互いに噛み合った２つのロータ１は、これらの中心軸線が互いに平行に位置するように位置決めされている。ロータ１は、軸受３を介してハウジング２の中に設けられている。図１の単頭型ポンプ１は、入口ステータ４及び排気ステータ５を有し、これに対して、図２の例の両頭型ポンプは、２つの排気ステータ５の相互の間に配置された入口ステータ４を有している。
【００１５】
ハウジング２は、２重殻構造として設けられている。内殻は、ポンプのステータとして働く。キャビティ６が、ハウジング２の内外殻の相互の間に設けられていて、ポンプの稼働部分から熱を運び去るようにするために、冷却用流体、例えば水をステータの周りに循環させることができるようになっている。このキャビティ６は、ステータの長さ全体、即ち、入口ステータ４だけでなく、排気ステータ５にわたってこれらを包囲している。冷却用流体は、このキャビティを通って循環して熱を高温表面から取り去る。ステータの長さ全体にわたって水ジャケットを設けることにより、ロータの排気端部に向かって生じる熱を必要な場合、その前の段に再分配することができる。これにより、温度勾配を減少させて、より一様な温度をポンプの表面全体にわたって維持することができる。その結果、先行技術で見られた「コールドスポット」を回避することができ、ロータ入口の潜在的に腐食性の物質の凝縮が、実質的に軽減される。さらに、例えば、風冷却効果により、ステータ及びロータ表面の迅速な温度変化を効果的に防止する水ジャケット一式が設けられているので、加熱遅れがシステムに導入される。一様な温度を維持することにより、ステータ構成部品は全て、中央基準（シャフト）から同一速度で膨張し、かくして、同心性を維持でき、その結果、ロータは、ステータ内におけるロータの相対位置を保持し、部品相互間の衝突を回避することができる。
【００１６】
サーマルジャケットを備えた従来型ポンプは一般に、熱的液体をステータ中に循環させるのに対流を用いている。これにより、ポンプ全体にわたり温度の不均一な分布が生じる場合があり、特に、ポンプの下方の領域は低く、上方領域では温度の高い部分が生じる。かかる局所化されたコールドスポットにより、プロセスガスが凝縮し、次第に腐食性になる場合がある。循環ポンプを熱的流体内で具体化することにより、一貫性のある熱制御を達成して温度の局所的なばらつきを最小限に抑えることができる。
【００１７】
或る場合には、ポンプを通過した廃棄物は、蝋質又は粘性の高い物質を含み、堆積物が作動中ポンプの表面上に形成される。ポンプの運転停止時に、これら堆積物が冷え、凝固する場合がある。かかる堆積物が構成部品相互間の隙間領域内に存在する場合、これら堆積物によりポンプが焼き付く場合がある。この場合、モータのもたらすトルクはこの追加の摩擦に打ち勝つのに不十分な場合があり、それによりロータが回転する。梃子式バーをシャフトに設けられた受け口に挿入し、次に手作業でこれを回転させることにより追加のトルクを加えることができる。しかしながら、かかる技術は、相当大きな荷重をロータに及ぼし、損傷を引き起こす場合がある。しかしながら、機構を解除してシャフトを回転させるのに十分な荷重を及ぼすことは可能でない場合があり、このような状況下においては、装置の稼働を停止し、交換又は修理のためにその使用を中止することが必要な場合がある。本発明の水ジャケットの別の使用法は、ポンプがロータの冷却に起因して焼き付いたようなこれら状況において実現できる。ハウジング２のキャビティ６内の流体を加熱するとステータ４，５及びロータ１の温度を上昇させることができる。これにより、残留物の融通性を高めることができ、機械を解除するのを助けることができる。
【００１８】
図３は、流体回路１１，１２，１２ａ，１５をどのように用いればポンプ内での熱条件を制御できるかを示している。冷却液、代表的には水と不凍剤の混合物が、循環ポンプ１７で第１の閉鎖回路１１内に提供される。第２の流体回路１２は、加圧水回路及びサーモスタット制御弁１３を有している。典型的には、本管の水が入口２５のところでこの回路に送られ、出口２６のところで取り出される。熱交換部品１４が、これら２つの流体回路１１と流体回路１２との間に設けられている。弁１３は、ステータのところに設けられた温度センサ２１からの入力信号を受け取り、これを用いて第２の回路１２内の適当な流量を維持して熱交換部品１４全体にわたる温度勾配を決定する。この温度勾配は、第１の回路１１の温度を維持する。
【００１９】
ロータ１は、図２に示すように、ねじ付き部分９と、これと別個のシャフト部品８とを有している。ねじ付き部分９は、内部冷却キャビティ７を備え、別個のシャフト８の本体がこのキャビティ内に挿入されている。シャフト８の本体は、ロータの本体内の冷却キャビティ７の直径よりも部分的に直径が小さい。かくして、冷却剤、代表的には油を落とすことができる冷却チャネルが得られる。このチャネルは、冷却剤の流速をできるだけ高くするよう小さく維持されている。その目的は、ロータと冷却剤との間の温度差を維持し、熱を冷却剤リザーバに送り戻すことにより冷却機能を促進することにある。冷却システムの入口及び出口は、シャフト部品８を貫通して設けられている。
【００２０】
図３を参照すると、油は別の閉鎖回路１５内に保持されていることが理解できる。この回路１５は、循環ポンプ１９、フィルタ２０及び熱交換部品１４ａを有している。この熱交換部品は、第２の冷却回路１２ａと接触状態にあり、別のサーモスタット制御弁１６を有している。サーモスタット制御弁１６は、第２の温度センサ２２からの入力信号を受け取り、この入力信号は、回路１５からの油又はロータの後の段内のプロセスガスを介してロータの温度を指示している。温度を排気プレナム（即ち、ロータの端部とステータの壁との間のキャビティ）内でモニタするのがよいが、ここでは、温度は、ロータの温度よりも迅速に低下することになる。
【００２１】
上述したような２つのサーモスタット制御弁を導入することにより、ステータの温度に対するポンプロータの温度を制御することができる。スクリューポンプのロータとステータ相互間の隙間ｄ（図４に示されている）は、ロータとステータとの間の温度のこの差の関数である。これら構成部品の温度を制御することにより、この隙間ｄの大きさを制御することができる。さらに、ロータとステータとの間のプロセスガスの漏れのレベルを定めるのはこの隙間ｄであり、したがって、漏れの量は、ニーゲル・ハリス（Nigel Harris）著，「モダン・バキューム・プラクティス（Modern vacuum practice）」，マグローヒル（McGraw Hill ）の第２３１頁に示されているように、中間移行流についてｄ3に比例するようになる。漏れはポンプの性能に悪影響を及ぼすので、ポンプの性能は、これら構成部品の温度を制御することにより最適化できると推測される。さらに、隙間ｄを維持してプロセスガスの内容物としての粒子がこれら隙間内で妨害物を形成せず、かくして、ロータ１の自由回転を阻止することがないようにすることができれば有利である。かかる妨害は、プロセスガスの通過流量の絞りだけでなく、ロータの適当な回転速度を維持するために、モータによって追加のトルクを加えなければならないことにより、ポンプの性能に深刻な影響を及ぼす場合がある。
【００２２】
温度制御回路をロータ内に設けることにより、ロータ温度をステータ温度に対してサーモスタットの作用で制御してロータとステータの隙間ｄを最適化することができる。本発明は、その最も簡単な具体化例では、コールドスポットを回避し、かくして、上述したような凝縮物の堆積に起因による腐食を無くすよう簡単に利用できる。より複雑精巧な具体化例では、ステータ４，５及びロータ１の各々に取り付けられたセンサから入力信号を受け取り、これら信号を閉ループ制御システムにより分析／処理を行うと、設定温度を例えば１３５℃未満に維持することができる。これにより、本発明を利用したポンプは公知の自己発火温度を持つ物質を安全に処理することができる。
【００２３】
しかしながら、上述したように、本発明は、結果的に特定の隙間ｄを達成して維持するようにする特定の温度を選択するよう非常に高いレベルの複雑精巧さで利用できる。図５は、センサ２２ａ、２１ａからのそれぞれのロータ温度及びステータ温度を表す信号を受け取るためにプロセッサ又は中央処理ユニット（ＣＰＵ）２７をどのようにすればシステムに組み込めるかを示している。これら信号は、プロセッサ２７が構成部品の各々の所要温度を決定できるようにする入力となる。この場合、プロセッサ２７は、電子的に動作状態にされた弁１３ａ，１６ａを制御して適当なレベルの冷却剤流体を熱交換部品１４，１４ａにもたらして所要の熱平衡を達成し、次いで隙間ｄを達成する。
【００２４】
通常の定常状態作動下においては、乾式ポンプが、ロータとステータとの間の隙間により決定される特定の圧送速度を達成することになる。ポンプの入口圧力を増大させた場合、より多量のガスがポンプに流入することになる。この追加のガスにより、ロータはステータに対して冷えるのでこれら２つの構成部品相互間の隙間ｄが大きくなる。高圧状態では、ロータ周りの相当多量の漏れが生じると推測される。これは、典型的には結果的に低いポンプ速度をもたらし、排気圧に近づくとガス処理量が達成されるようにする、例えば、ヘリウムのようなガス状化学種を圧送する場合に特に問題となる。本発明の制御の特徴によれば、ロータとステータとの間隙間ｄを人為的に減少させることが可能である。その結果、ロータ周りの漏れを減少させることができ、ポンプの効率を著しく向上させることができる。上述の例では、ヘリウムを圧送する場合、漏れを阻止するよう僅かな間隙を維持することが望ましい。大きな間隙が必要とされるアルゴンを圧送する別の用途では、同じポンプを用いてもよい。様々な条件下で効率的に機能するように、作動中、本質的に最適化できるポンプを提供することにより、多目的ポンプが達成される。この機能性は、同一の機械設備を用いて、種々の用途に単一のポンプを用いることが必要であるような分野、例えば、医薬品業界又は化学プロセス業界では効果的に利用できる。
【００２５】
温度制御は、特定のプロセス範囲内では動的であるのがよい。始動時には、一般に温度差が大きい。その理由は、ロータの温度は、相対的な構成部品の熱質量の差が大きいので、ステータよりも早い速度で増加するからである。しかしながら、いったんポンプが定常状態に達すると、この温度差は小さくなる。温度制御を動的に行うことにより、この初期温度差を最小限にして隙間ｄを、ほぼ定常値に維持することができるようにする。これにより、ポンプ効率のより一貫したレベルが得られることになる。
隙間の動的制御は、ポンプが通常条件下で動作しているとき、周期的なやり方で実現できる。所定の間隔で、熱的条件を変えると短期間でロータとステータとの間の隙間を減少させることができる。これは、これら構成部品にくっ付くようになったプロセス堆積物を除去／脱落させるという作用効果がある。これを間隔を置いて繰り返すと、ポンプの内面上の固形物の累積的堆積を実質的に減少させることができ、かくしてポンプの固着又は焼付き防止される。
【００２６】
ポンプの固着は、ポンプ内の圧力、又は、ポンプの電力消費量をモニタする追加のセンサを設けることにより一段と回避できる。これら値のうちのいずれかが著しく増大した場合、これは、隙間が閉塞状態になっていて、焼付きが差し迫っているという兆しである場合がある。これらの値をモニタすることにより、ロータ部品の最大冷却状態を開始させてロータ１とステータ４，５との間の隙間を最大にし、かくして、ポンプの焼付きを阻止することが可能である。
【００２７】
変形例として、図６及び図７に示すように、熱制御手段を純粋に機械的手段によって提供でき、この場合、ステータとロータとの間の特定の温度差を自動的に維持することができる。このようにすると、簡単ではあるが頑丈な装置を特定の過酷な条件にさらされるポンプに実用化できる。機械式熱制御装置２４は、ロータ運動を掃過容積内のプロセスガスにより、又は、歯車箱内の油温度により指示するように、上述したように配置されたセンサ２２に直接接続されると共に、ポンプのステータ内に設けられたセンサ２３にも直接接続される。後者のセンサ２３を図３において熱制御弁１３への入力をもたらすセンサ２１と同様な位置に配置してもよい。作動温度弁の各端部は、各センサからの温度差を受け、密閉センサ／ベローズ構造が加熱され、かくして、ベローズの拡張を生じさせる。これら２つの拡張形ベロー構造は、内部弁を位置決めするよう協働する。この弁位置は、熱回路を通ることができる冷却用流体の量を定め、かくして、熱交換ユニット１４ａの熱除去量を変える。これは、ポンプ構成部品の温度を変更することによりポンプ内の隙間を制御する。この簡単な例は、各構成部品を個々に積極的に制御するのではなく、ロータ１とステータ４，５との温度差を維持する。しかしながら、これら相対温度を維持することにより、一貫性のある隙間を維持することができる。弁２４は、例えばベロー構成部品のうちの一方の拡張度を制限することにより物理的に変更でき、それにより、ロータ１とステータ４，５の温度差の大きさを調節し、かくして、種々のプロセスに対応することができる。
【００２８】
本発明は、スクリューポンプでの利用には限定されず、他形式のポンプ、例えばクローポンプ又はルーツポンプに容易に利用できる。実際には、或るルーツブロワでは、かなり高い排気圧（或る場合には、最高２〜３バールまで）を経験する場合がある。このような高い圧力により、ポンプ内での構成部品の温度の顕著な増加が生じ、これにより適当な隙間を維持する上で問題が生じる場合がある。本発明の動的熱制御を実施することにより、これら隙間を一貫したレベルに維持することができ、かくして、種々の作動条件に対するポンプの裕度が向上する。
【００２９】
ルーツブロワのロータ３５が図８に示されており、本発明の熱制御を導入するため、図２のスクリューロータ１で見られた仕方と同様な仕方で冷却チャネル３４をロータ３５に導入することが必要である。この場合も又、チャネルは、冷却剤の流速をできるだけ高くするよう小さく保たれる。その目的は、ロータ３５と冷却剤との温度差を維持し、熱を冷却剤リザーバ、代表的には歯車箱（図示せず）に送り戻すことにより冷却機能を高めることにある。冷却チャネルの入口３２及び出口３３は、ロータシャフト部品３１を貫通して設けられる。冷却チャネルは、ルーツロータ３５に設けられたローブ３０の各々の中へ延び、図示のように２つのローブを設けるのがよく、又は、３、４又は５以上のローブをロータに容易に設けることができる。
【００３０】
上記は、本発明のほんの幾つかの実施形態を示しており、他の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神から逸脱することなく当業者に想到できることは確かである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のスクリューポンプの概略断面平面図である。
【図２】本発明の両頭型スクリューポンプの断面平面図である。
【図３】本発明の温度制御回路の略図である。
【図４】図２に示すポンプのロータとステータとの間のインタフェースの詳細を示す図である。
【図５】本発明のより複雑精巧な変形例を示す図である。
【図６】過酷な環境で用いられる本発明の別の一例を示す図である。
【図７】図６のポンプに用いられる作動温度弁の細部を示す図である。
【図８】本発明の熱制御を実施するルーツブロワを示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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