(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器(2) と水封式真空ポンプ(1) とを接続する経路(6) にエジェクタ(8) が設けられ、前記エジェクタ(8) の吸気側の圧力と、設定圧力値とが一致すると、該エジェクタ(8) が起動するよう構成されてなる真空装置において、前記水封式真空ポンプ(1) に封水を供給する供給経路(3) に、前記封水の温度を測定する温度測定手段(12)が設けられ、前記封水温度に応じて前記設定圧力値を変更可能な制御手段(14)が設けられてなることを特徴とする真空装置。
【請求項２】
前記真空容器(2) と前記水封式真空ポンプ(1) とが、弁(11)を有する経路(7) により接続され、該弁(11)が、前記制御手段(14)によりエジェクタ(8) が起動した際、閉塞されるよう構成されてなる請求項１記載の真空装置。
【請求項３】
前記制御手段(14)は、前記温度測定手段(12)により測定された封水温度に応じて設定圧力値を算出する設定圧力値算出手段(15)と、該設定圧力値算出手段(15)により得られた設定圧力値と、エジェクタ(8) の吸気側の圧力とを比較する比較手段(16)とからなる請求項１又は２記載の真空装置。
【請求項４】
前記エジェクタ(8) の吸気側の圧力が、前記経路(6) に設けられた圧力測定手段(13)により測定されるよう構成されてなる請求項１乃至３の何れかに記載の真空装置。
【請求項５】
真空容器(2) に経路(6) を介して接続された水封式真空ポンプ(1) を作動して前記真空容器(2) 内を排気する際、前記水封式真空ポンプ(1) に供給される封水の温度に応じて、前記経路(6) に設けられたエジェクタ(8) の起動圧力を選定し、真空装置を運転することを特徴とする真空装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空装置及びその運転方法に関するものであり、より詳しくは、水封式真空ポンプとエジェクタを組み合わせた真空装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空乾燥装置、真空冷却装置、真空蒸留装置等の真空装置は、真空容器に接続された水封式真空ポンプを作動して、真空容器内を排気することにより、真空状態を作り出すものである。しかし、この装置に用いられる水封式真空ポンプにあっては、図２に示す如く、到達圧力が10Torrに近づくと排気速度は急激に低下する。
そこで、水封式真空ポンプ単独による到達圧力よりも、低い圧力まで排気速度を好適に維持するために、エジェクタを採用した装置が種々提案されており、図３に示すものが一般的に知られている。
【０００３】
エジェクタを採用した真空装置によれば、真空容器2'と水封式真空ポンプ1'を接続する経路6'上にエジェクタ8'を設けると共に、該エジェクタ8'を回避するように、弁11' を設けた経路7'が前記経路6'に接続されている。
【０００４】
また、前記経路6'上であって、前記エジェクタ8'の吸入側には、真空スイッチ13' が設けられ、該真空スイッチ13' が、前記弁11' と、前記エジェクタ8'に駆動気体を供給するエジェクタ駆動管9'に設けられた駆動弁10' とを同期して制御が可能である。
【０００５】
即ち、前記真空スイッチ13' を一定の圧力値に設定して、前記水封式真空ポンプ1'を作動し、前記真空容器2'内を排気する際、該真空容器2'内の圧力（エジェクタの吸気側圧力）が低下し、真空スイッチ13' の圧力値と一致した場合、真空スイッチ13' が作動し、該真空スイッチ13' からの信号により、前記弁11' を閉にして経路7'を閉塞すると共に、前記駆動弁10' を開にし、エジェクタ8'を駆動するものである。
【０００６】
従って、排気により低下する真空容器2'内の圧力が真空スイッチ13' の設定圧力値になるまでは経路6'と経路7'とを介して排気されるが、真空容器2'内の圧力がさらに低下し、真空スイッチ13' の設定圧力値と一致した際は、エジェクタ8'が起動し、経路6'のみを介して真空容器内の排気を行うものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記真空装置において、該真空装置に用いられる水封式真空ポンプ1'は、該水封式真空ポンプ1'に供給される封水の温度によって排気性能が変化するものであり、該封水温度が低い程、排気性能が良くなる。従って、封水の温度変化に対応して、真空装置の好適な排気性能を得るためには、エジェクタ8'を起動するための真空スイッチ13' の設定圧力値を、封水の温度に対応して設定することが望ましい。
【０００８】
ところが、封水温度に応じて真空スイッチ13' の設定圧力値を設定したとしても、排気の途中で封水温度が低下した場合、真空装置のエジェクタ8'が起動した後の排気速度は、エジェクタ8'が起動する直前の水封式ポンプ排気速度よりも小さくなる。即ち、エジェクタ8'による排気速度よりも、水封式真空ポンプ1'のみの場合の方が排気速度が大きい。
従って、真空容器2'の発生ガスが少ないときはエジェクタ8'を起動すると、排気速度の低下によって真空容器2'内の圧力が比較的長時間下がらないことがある。
また、真空容器2'内の発生するガス負圧が大きい場合は真空容器2'内が増圧し、真空スイッチ13' が切れてエジェクタ8'が停止し、その後、再び、水封式真空ポンプ1'の排気によって真空容器2'内の圧力が低下し、真空スイッチ13' が作動するというハンチング現象を起こして、排気シーケンスが正常に進まなくなることがあるという問題点があった。
【０００９】
また、逆に封水温度が上昇した場合での真空装置においては、水封式真空ポンプ1'単独では、真空スイッチ13' の設定圧力値にまで真空容器2'内の圧力を下げることができず、エジェクタ8'が起動しないことがあるという問題点もあった。
【００１０】
そこで本発明は、上記の如き問題点に鑑みてなされたもので、水封式真空ポンプに供給される封水の温度変化に係わらず、真空装置の排気性能を常に良好な状態に維持することのできる真空装置及びその運転方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る真空装置は、真空容器2 と水封式真空ポンプ1 とを接続する経路6 にエジェクタ8 が設けられ、前記エジェクタ8 の吸気側の圧力と、設定圧力値とが一致すると、該エジェクタ8 が起動するよう構成されてなる真空装置において、前記水封式真空ポンプ1 に封水を供給する供給経路3 に、前記封水の温度を測定する温度測定手段12が設けられ、前記封水温度に応じて前記設定圧力値を変更可能な制御手段14が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成からなる真空装置は、水封式真空ポンプ1 が作動して、前記真空容器2 内を排気する際、排気による真空容器2 内が減圧するのに伴って、前記経路6 に設けられた前記エジェクタ8 の吸気側の圧力が減少していくが、該圧力値が設定圧力値とが一致した場合、制御手段14により、エジェクタ8 が起動して真空装置の排気性能を維持するものである。
【００１３】
しかも、前記水封式真空ポンプ1 は、該水封式真空ポンプ1 に供給される封水の温度によって排気速度が変化するが、この封水温度の影響による真空装置の排気性能低下を防止すべく、温度測定手段12が封水温度を測定して、該封水温度に応じた設定圧力値に変更するものである。
【００１４】
また、本発明に係る真空装置は、請求項２記載の如く、前記真空容器2 と前記水封式真空ポンプ1 とが、弁11を有する経路7 により接続され、該弁11が、前記制御手段14によりエジェクタ8 が起動した際、閉塞される構成を採用することができる。
かかる構成からなる真空装置は、エジェクタ8 が起動するまでは、経路6 と経路7 とによる排気が行われ、しかる後、エジェクタ8 の吸気側の圧力が設定圧力値とが一致すると、エジェクタ8 が起動するのと連動して経路7 の弁11が閉じ、経路7 が閉塞されるので、該経路7 での排気が不可能となり、エジェクタ8 が好適に作用するものである。
【００１５】
さらに、本発明に係る真空装置は、請求項３記載の如く、前記制御手段14は、前記温度測定手段12により測定された封水温度に応じて設定圧力値を算出する設定圧力値算出手段15と、該設定圧力値算出手段15により得られた設定圧力値と、エジェクタ8 の吸気側の圧力とを比較する比較手段16とからなる構成を採用することができる。
かかる構成からなる請求項３記載の真空装置は、前記温度測定手段12により測定された封水温度に応じ、設定圧力値算出手段15が設定圧力値を算出すると共に、該設定圧力値と、エジェクタ8 の吸気側の圧力とを比較手段16が比較するものである。
【００１６】
また、本発明に係る真空装置の運転方法は、請求項５記載の如く、真空容器2 に経路6 を介して接続された水封式真空ポンプ1 を作動して前記真空容器2 内を排気する際、前記水封式真空ポンプ1 に供給される封水の温度に応じて、前記経路6 に設けられたエジェクタ8 の起動圧力を選定して、真空装置を運転することを特徴とする。
【００１７】
上記真空装置の運転方法にあっては、水封式真空ポンプ1 が作動して、前記真空容器2 内を経路6 及び経路7 によって排気する。すると真空容器2 内が減圧するに伴って、前記経路6 に設けられた前記エジェクタ8 の吸気側の圧力が減少していくが、該圧力値と設定圧力値とが一致した場合、制御手段14により、エジェクタ8 が起動し、経路7 の弁11が閉じ、真空容器2 をより低い圧力まで排気する。しかも、前記水封式真空ポンプ1 は、該水封式真空ポンプ1 に供給される封水の温度によって排気速度が変化する性質を有しており、この封水温度の影響による真空装置の排気性能の低下を防止すべく、温度測定手段12が封水温度を測定して、該封水温度に応じた設定圧力値を選定するものである。従って、封水温度によって、エジェクタ8 の起動圧力を選定して、真空装置の排気性能を最も有効に使用するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参酌しつつ説明する。
図１に示す如く、1 は真空容器2 内の排気を行うのに用いられる水封式真空ポンプである。該水封式真空ポンプ1 は、該水封式真空ポンプ1 内部に設けられた羽根車と封水とのピストン作用を利用してポンプ効果を奏するものであるため、前記水封式真空ポンプ1 には、封水を供給可能とすべく、供給経路3 が設けられている。
【００１９】
前記供給経路3 は、供給管3aと、封水を貯蔵するためのタンク3bとからなり、前記供給管3aは水封式真空ポンプ1 とタンク3bとが接続されている。
【００２０】
また、前記供給管3a上には、該供給管3aを開閉自在とすべく、供給弁4 が設けられ、水封式真空ポンプ1 使用時には開状態にしておく。
【００２１】
5 は、前記水封式真空ポンプ1 の吐出側とタンク3bとを接続する吐出管であり、水封式真空ポンプ1 より排気された気体は、封水の一部と共に前記吐出管5 を経由してタンク3b内に排出され、封水はタンク3b内に溜まり、気体は、タンク3b上方部から外部に放出される。
【００２２】
6 は、経路としての第一吸入管であり、該第一吸入管6 により、水封式真空ポンプ1 と真空容器2 とが接続されている。
即ち、第一吸入管6 は、真空容器接続部A と第一分岐部B との間の第一区間6aと、第一分岐部B と第二分岐部C との間の第二区間6bと、第二分岐部C とポンプ吸入口部D との間の第三区間6cとからなる。
【００２３】
また、前記第二区間6b上には、ブースタ的効果を有する空気エジェクタ8 が設けられている。水封式真空ポンプ1 に使用する該空気エジェクタ8 は、駆動弁10を開くと大気圧の空気が吸い込まれ、吸入室に取り付けられたノズルを通過し、吸入室で噴流となり、吸入室内の空気と混合しながらディフェーザーに入る。さらに、ディフェーザーを通過して出口近くなると、その混合空気の圧力は高くなり、その後、水封式真空ポンプ1 に送り込むものである。従って、水封式真空ポンプ1 を取り付けることにより、その排気性能の向上を図ることができるものである。
【００２４】
7 は、前記第一吸入管6 と同様、経路としての第二吸入管であり、該第二吸入管7 によっても、水封式真空ポンプ1 と真空容器2 とが接続されている。
即ち、第二吸入管7 は、真空容器接続部A と第一分岐部B との間の第一区間7aと、第一分岐部B と第二分岐部C との間の第二区間7bと、第二分岐部C とポンプ吸入口部D との間の第三区間7cとからなる。
【００２５】
また、前記第二区間7b上には、該第二区間7bの経路の開閉を目的として、電磁式又は空圧式の弁11が設けられている。従って、前記弁11が閉じれば、経路7bは閉塞され、前記弁11が開けば、経路7bは開放されるものである。
【００２６】
12は、温度測定手段であり、該温度測定手段は、熱電対12a と、温度計12b とからなる。該熱電対12a は常時封水の供給経路3aに浸っており、熱電対12a から得られたデータを基に、温度計12b が温度演算を行い、該温度を電気信号に変換するものである。
【００２７】
13は、圧力測定手段としての圧力伝送器であり、該圧力伝送器13は、前記第一吸引管6 の第一区間6a内の圧力、即ち、空気エジェクタ8 の吸気側の圧力を測定すべく設けられている。圧力伝送器13により測定された圧力は、該圧力伝送器13により電気信号に変換される。
【００２８】
14は、制御手段としてのパソコンであり、該パソコン14は、封水温度に応じた設定圧力値を算出する設定圧力値算出手段としてのプログラム15と、設定圧力値と前記空気エジェクタ8 の吸気側の圧力値とを比較する比較手段としてのプログラム16とを有している。
【００２９】
また、前記制御手段としてのパソコン14は、伝達手段17を介して、空気エジェクタ8 を駆動するための駆動弁10と、第二吸引管7 上に設けられた弁11とを夫々開閉操作することが可能である。
【００３０】
さらに、前記パソコン14は、圧力伝送器13で電気信号化された圧力値の情報、及び、温度測定手段12で電気信号化された封水温度値の情報を受け取るためのインターフェイスを具備している。
【００３１】
本実施の形態からなる真空装置は以上の構成からなり、以下にその運転方法を説明する。
まず始めに、空気エジェクタ8 を起動するための駆動弁10を閉状態し、空気エジェクタ8 を停止させると共に、弁11を開状態にし、第二吸引管7 を開放させておく。しかる後に、水封式真空ポンプ1 を作動させる。すると、ポンプの排気作用により真空容器2 内の気体が、第一吸引管6 と第二吸引管7 とを介して水封式真空ポンプ1 によって排気されていく。
尚、水封式真空ポンプ1 が作動している間は、該水封式真空ポンプ1 内に供給経路3 を介して封水を適宜供給するものである。
【００３２】
また、水封式真空ポンプ1 による排気のために、真空容器2 内、即ち、空気エジェクタ8 の吸引側の圧力は経時的に変化していくが、該圧力は、圧力測定手段としての圧力伝送器13により常時測定されると共に、圧力伝送器13により該圧力値は電気信号化され、制御手段としてのパソコン14に常時送信される。
【００３３】
さらに、空気エジェクタ8 の吸引側の圧力と同様、水封式真空ポンプ1 に供給される封水の温度は、温度測定手段12により常時測定されると共に、温度測定手段12により該封水温度値は電気信号化され、制御手段としてのパソコン14に常時送信される。
【００３４】
ここで、パソコン14に封水温度値が送信されたならば、設定圧力値算出手段としてのプログラム15が封水温度値に基づいて、設定圧力値を算出する。該算出方法としては、実験によって得られたデータのテーブルを活用するものである。
【００３５】
前記データのテーブルの内容は以下の通りである。
図２は、実験により求められた水封式真空ポンプ1 の吸気側圧力Ｐと水封式真空ポンプ1 の排気速度Ｓとの関係をグラフにしたＳ−Ｐ曲線図である。排気が進むにつれ、真空容器2 内の気体が希薄になるため、ポンプの吸気側の圧力が下がると排気速度が落ちるが、この排気速度が落ちる度合いは、水封式真空ポンプ1 内の封水温度が高い程、大きいことは前述の如くである。
【００３６】
曲線a1は、水封式真空ポンプ1 単独の場合であって、封水温度が３５度の場合のＳ−Ｐ曲線であり、曲線a2は、水封式真空ポンプ1 単独の場合であって、封水温度が１５度の場合のＳ−Ｐ曲線であり、曲線a3は、空気エジェクタ8 を駆動し、水封式真空ポンプ1 を補助ポンプにしたときのＳ−Ｐ曲線である。因みに空気エジェクタ8 を駆動した場合の排気性能は、封水温度による水封式真空ポンプ1 の排気性能変化の影響を受けないものである。
【００３７】
従って、封水温度が３５度の場合には、ポンプの吸気側の圧力、即ち、本実施の形態では空気エジェクタ8 の吸気側の圧力がp1になった時に、また、封水温度が１５度の場合には、空気エジェクタ8 の吸気側の圧力がP2になった時に、空気エジェクタ8 を起動させると、水封式真空ポンプ1 の排気速度をより低圧側まで維持し、且つ到達圧力を低くすることができる。
【００３８】
この実験結果により、封水温度に基づいた設定圧力値を算出するためのデータのテーブルを作成することができるものである。
【００３９】
以上により設定圧力値を算出した際のパソコン14は、該設定圧力値と、圧力伝送器13から送信される空気エジェクタ8 の吸引側の圧力値とを比較手段としてのプログラム16で常時比較処理を行うものである。
【００４０】
即ち、排気の初期段階においては、設定圧力値に対して、空気エジェクタ8 の吸引側の圧力値が大であると比較手段は認識する。しかし、排気が進むにつれ、空気エジェクタ8 の吸引側の圧力値が減少すると共に、設定圧力値に近づいていき、しかる後に設定圧力値と一致することとなる。
【００４１】
二つの値が一致した段階において、比較手段16が、駆動弁10には開状態にする指令信号、及び弁11には閉状態にする指令信号を送信する。しかる後、駆動弁10が開状態となることで空気エジェクタ8 が起動すると共に、弁11が閉状態となることで経路7bが閉塞され、排気経路は第一吸引管6 のみとなり、空気エジェクタ8 による排気へと切り替わることとなる。
【００４２】
従って、排気により希薄になった真空容器2 内の圧力をより低い圧力まで排気することとなり、排気時間の短縮となると共に、真空容器2 内の真空度を高めることができる。
【００４３】
尚、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
即ち、本実施の形態では、エジェクタとして、空気エジェクタ8 を使用しているが、蒸気エジェクタであってもよく、ガスエジェクタであってもよい。
【００４４】
また、前記温度測定手段には、熱電対12a が採用されているが、測温抵抗体であってもよく、温度測定手段自体を電子温度計等のものにしてもよい。要は、封水の温度が測定できると共に、該温度データを制御手段14に送信できるものであればよい。
【００４５】
さらに、本実施の形態では、圧力測定手段として、圧力伝送器13が使用されているが、これに限定されず、真空スイッチを複数組み合わせて、シーケンスを構成することで安価なものにすることができる。
【００４６】
また、温度測定手段12及び圧力測定手段13は、パソコン14に連続的にデータ送信するものであるが、これに限定されず、断続的に送信するものであっても、パソコンがフィードフォワード制御を行えば、エジェクタの起動時が判断できるので、本発明の意図するところである。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、第二吸引管7 及び弁11を設けてなるが、真空容器2 の内容量が小さい場合には排気量が少ないため、第二吸引管7 及び弁11を構成要件とせず、第一吸引管6 のみで排気を行う構成からなる真空装置であってもよい。
【００４８】
また、前記制御手段としては、パソコン14を採用しているが、これに限定されず、シーケンサ、電気回路等であってもよく、要は、空気エジェクタ8 の吸引側の圧力値と封水温度値とから、空気エジェクタ8 の最適な起動時を決定し、該空気エジェクタ8 を駆動できるものであれば本発明の意図するところである。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る真空装置及びその運転方法は、水封式真空ポンプに供給される封水の温度に基づいて、エジェクタの起動時を決定するものであるため、封水温度の変化により水封式真空ポンプの排気速度の低下による、真空容器の排気性能が低下するのを好適に防止することができ、真空装置の排気性能を常に良好な状態に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の真空装置であって、概略的に示すための説明図。
【図２】同実施の形態の水封式真空ポンプの吸気側圧力と排気速度との関係を示すグラフ。
【図３】従来の真空装置であって、概略的に示すための説明図。
【符号の説明】
1 …水封式真空ポンプ、2 …真空容器、3 …供給経路、6 …第一吸引管（経路）、7 …第二吸引管（経路）、8 …空気エジェクタ、10…駆動弁、11…弁、12…温度測定手段、13…圧力伝送器（圧力測定手段）、14…パソコン（制御手段）、15…プログラム（設定圧力値算出手段）、16…プログラム（比較手段）
【図１】
0003957371.tif 000002
【図２】
0003957371.tif 000003
【図３】
0003957371.tif 000004