JP2000345985A - 多段ルーツ型真空ポンプ式吸引装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前段ポンプ部から後段ポンプ部に冷却・シー
ル用の水を流しつつ運転する真空ポンプ式吸引装置にお
いて、運転初期段階で後段ポンプ部で一時的に発生する
高圧空気のためにケーシング外に漏れる冷却水量を減少
させること。 【解決手段】 前段ポンプ部１ａと後段ポンプ部１ｂの
各吸入口７，９に冷却水の注水口３１，３２を設置し、
前段注水口３１に注水量を少な目に規制する前段オリフ
ィス４１を配置し、後段注水口３２に注水量を多目に規
制する後段オリフィス４２と逆止弁４３を配置して、運
転初期に後段ポンプ部１ｂに発生した高圧空気で逆止弁
４３を閉じて後段注水口３２からの注水を中止し、運転
初期終了後は逆止弁４３を冷却水水圧で開いて後段注水
口３２への注水を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに反対方向に
回転する一対のロータをケーシング内に収容し、ケーシ
ングの片側の吸入口から反対側の吐出口へと減圧空間を
発生させる複数のルーツ型ポンプ部を多段に連通連結し
た多段ルーツ型真空ポンプ式吸引装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土砂や汚水等を真空吸引する吸引車に
は、真空発生源としてルーツ型真空ポンプが搭載されて
いる。このルーツ型真空ポンプは、ケーシング内で複数
葉（２葉〜４葉など）の一対のロータを互いに反対方向
に回転させて減圧空間を発生させるものである。この真
空ポンプの場合、１つのケーシングと一対のロータで構
成されるポンプ部が１段だけの単基構造であると、発生
できる真空度の上限が−５００ｍｍＨｇ程度と小さいこ
とから、ポンプ部を２段、３段と多段に連通連結して最
終的に発生できる真空度を上げるようにした多段ルーツ
型真空ポンプが普及している。

【０００３】従来の例えば２段ルーツ型真空ポンプは、
図５の概略図によって説明すると、前段ポンプ部１ａと
後段ポンプ部１ｂを直列２段に連通連結して構成され
る。前段ポンプ部１ａは前段ケーシング２ａの中に一対
の３葉ロータ３，４を収納し、後段ポンプ部１ｂは後段
ケーシング２ｂの中に一対の３葉ロータ５，６を収納す
る。前段ケーシング２ａの両側に空気の吸入口７と吐出
口８が形成され、後段ケーシング２ｂの両側にも空気の
吸入口９と吐出口１０が形成される。前段ケーシング２
ａと後段ケーシング２ｂは一体化され、前段ケーシング
２ａの吐出口８と後段ケーシング２ｂの吸入口９は接近
して連結管１３で連通する。前段ケーシング２ａの吸入
口７に連通する吸気管１１に冷却水の注水口１２が形成
される。後段ケーシング２ｂの吐出口１０が連通する排
気管１４と連結管１３がバイパス管１５で連結され、バ
イパス管１５にチェック弁１６が設置される。

【０００４】図５の２段ルーツ型真空ポンプＡの具体的
構造を図６乃至図８に示し、この真空ポンプＡを使用し
た吸引車ないし定置型真空吸引処理設備の要部を図９に
示し説明する。

【０００５】図６は真空ポンプＡの縦或いは横断面図
で、前段ポンプ部１ａと後段ポンプ部１ｂの各ケーシン
グ２ａ、２ｂは一体化されて、この各ケーシング２ａ、
２ｂを前後方向に２本の平行な駆動シャフト２１と従動
シャフト２２が貫通して、シャフト前後両端部が軸封部
２３、２３で回転可能に支持される。軸封部２３は軸受
２４とオイルシール２５を備える。駆動シャフト２１に
各ポンプ部１ａ、１ｂの一方のロータ３、５が固定さ
れ、従動シャフト２２に他方のロータ４，６が固定され
る。一対の各シャフト２１，２２の一端部同士がタイミ
ングギヤセット２６で連結されて、駆動シャフト２１を
外部からの動力（モータ動力、車両のＰＴＯ軸動力な
ど）で回転させると各シャフト２１，２２が互いに反対
方向に回転し、各ポンプ部１ａ、１ｂの各一対のロータ
３，４とロータ５，６が互いに反対方向に回転する。

【０００６】前段ポンプ部１ａの一対のロータ３，４が
互いに反対方向に回転すると、吸入口７から空気を吸引
し吐出口８に吐出する真空ポンプ動作が繰り返し行われ
る。同時に後段ポンプ部１ｂも一対のロータ５，６が互
いに反対方向に回転することで、前段ポンプ部１ａの吐
出口８から吐出された空気を吸引し吐出口１０に吐出す
る真空ポンプ動作をする。前段ポンプ部１ａの真空ポン
プ動作で減圧空間の真空度が上げられ、更に後段ポンプ
部１ｂの真空ポンプ動作で真空度が段階的に上げられ
る。

【０００７】上記真空ポンプＡにおいては、後段ポンプ
部１ｂのケーシング容積を前段ポンプ部１ａのケーシン
グ容積より小さく設定して、高い真空度が迅速に得られ
るように構成されている。また、両ポンプ部１ａ、１ｂ
を真空ポンプ動作させると、前段ケーシング２ａの吸気
管１１に設けた注水口１２から冷却水がベンチュリー効
果で吸気管１１に冷却水ミストとなって真空吸引され、
この吸引された冷却水ミストが前段ケーシング２ａ内と
後段ケーシング２ｂ内を順に空気流に乗って流れて各ケ
ーシング２ａ、２ｂの内部を冷却すると共に、オイルシ
ール２５のシール性を高める。この真空ポンプ動作時に
各ケーシング２ａ、２ｂ内を流れる冷却水の水量は、高
い真空度に対しても十分な高シール性能と冷却性能を維
持して連続した長時間の真空ポンプ動作を可能にするだ
けの量で、例えば１３リッター／分の冷却水が吸入口７
から吸入されて吐出口１０から吐出される。

【０００８】また、真空ポンプＡの図５で示されるチェ
ック弁１６は、真空ポンプ動作の初期段階においてケー
シング内で一時的に生じる高圧空気を逃がして、ケーシ
ング外への冷却水漏れを抑制する。即ち、前段ポンプ部
１ａと後段ポンプ部１ｂが同時に真空ポンプ動作をする
運転初期段階においては、前段ポンプ部１ａの空気吐出
量よりも後段ポンプ部１ｂの空気吸込み量が少ないた
め、後段ケーシング２ｂ内で一時的に高圧空気が発生す
る。この高圧状態を放置すると、図６に示す軸封部２３
のオイルシール２５が内圧で変形してケーシング内の冷
却水が変形オイルシール２５を通過してケーシング外に
漏水することがある。そこで、真空ポンプ動作の初期段
階で後段ケーシング２ｂ内に高圧空気が一時的に発生す
ると、この高圧空気の圧力でチェック弁１６を開かせて
高圧空気を後段ケーシング２ｂのバイパス管１５から吐
出口１０側へと逃がすようにして、後段ケーシング２ｂ
内の圧力上昇を抑制し、オイルシール２５の変形を抑制
するようにしている。

【０００９】また、真空ポンプＡの前段ポンプ部１ａは
例えば図９に示すような湿式集塵器Ｅに接続され、この
湿式集塵器Ｅにはサイクロン式集塵器Ｄ、集塵タンクＣ
及び土砂等の流動物体を吸引する吸引管Ｂが順番に連結
される。吸引管Ｂで吸引された流動物体の内の比較的比
重の大きな固形物等が集塵タンクＣに溜められ、塵芥類
や水等の比重の小さなものが、必要に応じて設置される
サイクロン式集塵器Ｄに捕捉され、湿式集塵器Ｅで沈殿
して、湿式集塵器Ｅから除塵された清浄な空気が真空ポ
ンプＡの吸入口７に吸入される。真空ポンプＡの後段ポ
ンプ部１ｂの吐出口１０から吐出された冷却水ミストを
含む空気は気液分離器Ｆに送られ、ここで水分が分離さ
れてサイレンサＧから大気中に放出される。湿式集塵気
Ｅと気液分離器Ｆは補給水タンクＨ上に隣接させて設置
され、補給水タンクＨの水が冷却されて真空ポンプＡの
冷却水として使用される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記真空ポンプＡは、
真空度を立ち上げる運転初期段階から真空度が所定値ま
で立ち上がってからの運転の段階を通してほぼ定量の冷
却水を流すようにしているが、これには次なる問題があ
った。

【００１１】前段ポンプ部１ａと後段ポンプ部１ｂが真
空ポンプ動作する際に必要な冷却水の適量は、真空能力
の低い前段ポンプ部１ａが少なく、真空能力の高い後段
ポンプ部１ｂが数倍に多く、そこで、後段ポンプ部１ｂ
に適量となる冷却水を前段ポンプ部１ａから後段ポンプ
部１ｂへと供給するようにしている。そのため、前段ポ
ンプ部１ａには、その適量を大きく超える過分な冷却水
が常に供給されていることになって、特に真空ポンプ動
作の初期段階で前後段ポンプ部間に一時的に高圧空気が
発生すると、この高圧空気と共に冷却水の一部がチェッ
ク弁１６や軸封部２３を通って外部に無駄な漏水として
排出されてしまう。

【００１２】尚、上記漏水の発生は、真空ポンプ自体の
機能にあまり問題とならないのであるが、真空ポンプ周
辺が漏水で濡れたり、車両搭載型真空ポンプのように搭
載水量に制約がある場合は水不足を起こすなどの問題が
あった。

【００１３】本発明の目的は、各段のポンプ部に冷却水
を適量供給して冷却水の無駄を抑制し、特に運転初期段
階におけるケーシングからの冷却水漏れを抑制するよう
にした多段ルーツ型真空ポンプ式吸引装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の多段ルーツ型真空ポンプ式吸引装置は、空気と
冷却水が真空吸引される吸入口とこの吸入口に吸入され
た空気と冷却水が吐出される吐出口を有するケーシング
に一対のロータを収納した複数のポンプ部が直列多段に
連通連結され、前段ポンプ部の吐出口を隣接する後段ポ
ンプ部の吸入口と連通させて、各ポンプ部のロータを同
時回転させて各ポンプ部を真空ポンプ動作させるように
した多段ルーツ型真空ポンプ式吸引装置において、前段
ポンプ部及び後段ポンプ部の各吸入口に外部から冷却水
を注入する前段注水口及び後段注水口を設け、前段注水
口に単位時間当たりの注水量を規制する前段オリフィス
を設置し、後段注水口に単位時間当たりの注水量を前段
オリフィスによる注水量より多い量に規制する後段オリ
フィスを設置すると共に、後段注水口の冷却水通路の一
部に各ポンプ部の真空ポンプ動作の初期段階で前段ポン
プ部から後段ポンプ部に吐出されて一時的に加圧状態と
なる加圧空気の逆流で閉じて後段注水口からの注水を一
時的に止める逆止弁を設置したことを特徴とする。

【００１５】ここで、前段オリフィスと後段オリフィス
は冷却水が通る冷却水配管の途中に設置されて冷却水通
路断面積を規制するもので、前段オリフィスによる冷却
水通路断面積が小さく、後段オリフィスによる冷却水通
路断面積が数倍程度に大きく設定されて、各々の冷却水
通路断面積に比例させて単位時間当たりの注水量が規制
される。また、逆止弁は後段オリフィスが設置される冷
却水配管のいずれか一箇所に設置されるもので、真空ポ
ンプの運転初期段階だけに後段ポンプ部内の高圧空気で
閉じて、後段注水口から後段ポンプ部への冷却水の注水
を一時停止させる。この逆止弁は運転初期段階で発生す
る高圧空気がチェック弁で逃がされて低圧となると、冷
却水の水圧で開いて冷却水の流入を許容し、後段オリフ
ィスで規制された注水量で冷却水が後段ポンプ部内に前
段ポンプ部からの冷却水と共に注水される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図３を参照して説明する。

【００１７】図１は、図５の２段ルーツ型真空ポンプに
適用した本発明真空ポンプの概略図である。図１の真空
ポンプＡの図３と同一、又は、相当部分には同一符号を
付して説明の重複を避ける。なお、この真空ポンプＡは
図４のようにタンクＴを搭載した吸引車Ｖに配設され
る。

【００１８】図１に示す本発明の真空ポンプＡの第１の
特徴は、隣接する前段ポンプ部１ａと後段ポンプ部１ｂ
の双方の吸入口７，９に外部から冷却水を注入する前段
注水口３１と後段注水口３２を形成したことである。ま
た、第２の特徴は、前段注水口３１及び後段注水口３２
の各々に注水量を規制する前段オリフィス４１及び後段
オリフィス４２を設置したことである。更に、第３の特
徴は、後段注水口３１に冷却水を供給する冷却水配管５
２の一部に冷却水流れを一時的に中断する逆止弁４３を
設置したことである。

【００１９】前段ポンプ部１ａの前段注水口３１は、図
５の注水口１２と同様のもので、吸引管１１の一部に形
成される。前段注水口３１に連通させた冷却水配管５１
と、後段ポンプ部１ｂの後段注水口３２に連通させた冷
却水配管５２が共通の冷却水配管５３に連結される。共
通の冷却水配管５３から外部の冷却水が各配管５１，５
２に分流させて給水される。前段オリフィス４１が冷却
水配管５１の途中箇所に設置されて、前段注水口３１か
ら前段ポンプ部１ａの吸入口７に供給される冷却水ミス
トの単位時間当たり（毎分）の注水量を後段オリフィス
４２より小さく規制する。前段オリフィス４１で規制さ
れる注水量は、前段ポンプ部１ａの真空ポンプ動作で必
要な所定量で、例えば３リッター／分である。

【００２０】後段ポンプ部１ｂの後段注水口３２は、連
結管１３におけるバイパス管１５接続部のやや下流側に
形成され、この注水口３２に冷却水配管５２の先端が連
結される。また冷却水配管５２の前後２箇所に後段オリ
フィス４２と逆止弁４３が設置される。後段オリフィス
２は後段注水口３２から後段ポンプ部１ｂの吸入口９に
供給される冷却水ミストの単位時間当たり（毎分）の注
水量を前段オリフィス４１より多い所定量に規制する。
この後段オリフィス４２で規制される注水量は、前段ポ
ンプ部１ａより高い真空度で真空ポンプ動作する後段ポ
ンプ部１ｂに必要な適量で、例えば１０リッター／分で
ある。

【００２１】逆止弁４３は、後段オリフィス４２の上流
側或いは下流側の冷却水配管５２の一部に、この配管５
２を流れる冷却水の流れを邪魔しないように配置される
常開弁で、真空ポンプＡの運転初期の段階で後段ポンプ
部１ｂ内で一時的に発生する高圧空気が冷却水配管５２
に逆流すると、この高圧空気の圧力で閉じる。逆止弁４
３が一時的に閉じると、冷却水配管５２から後段注水口
３２への給水が一時的に止まる。逆止弁４３が閉じるの
は、運転初期段階で後段ポンプ部１ｂに一時的に高圧空
気が発生してからチェック弁１６で逃がされるまでの間
で、チェック弁１６が高圧空気を逃がすと逆止弁４３の
上流側から給水される冷却水の水圧が勝って逆止弁４３
が開く。

【００２２】図１の真空ポンプＡの例えば正面図を図２
に示すと、ケーシング外面に左右一対の管接続具６１，
６２が固定され、一方の管接続具６１に前段オリフィス
４１入り冷却水配管５１が脱着可能に連結され、他方の
管接続具６２に後段オリフィス４２及び逆止弁４３入り
冷却水配管５２が脱着可能に連結される。また、真空ポ
ンプＡのケーシング外面の上記管接続具６１，６２とケ
ーシング中心線に対して線対称となる位置に一対の管接
続具６３，６４を設置して、この一対の管接続具６３，
６４に各配管５１，５２が脱着可能に連結できるように
して、各配管５１，５２の取付位置を変更できるように
して置く。

【００２３】また、真空ポンプＡを使用した真空吸引処
理設備例を図３に示すと、これは図９の設備と同様で、
吸引管Ｂで吸引された流動物体が集塵タンクＣ、サイク
ロン式集塵器Ｄ、湿式集塵器Ｅを通って除塵等されて清
浄な空気となり、この空気が真空ポンプＡの吸入口７に
吸入される。また、補給水タンクＨの水が冷却されて共
通冷却水配管５３から各冷却水配管５１，５２に冷却水
が給水される。真空ポンプＡの後段ポンプ部１ｂの吐出
口１０から吐出された冷却水ミストを含む空気が気液分
離器Ｆに送られ、ここで水分が分離されて空気がサイレ
ンサＧから大気中に放出され、分離された水が補給水タ
ンクＨに戻されて、冷却水として再使用される。

【００２４】図１の真空ポンプＡの真空ポンプ動作を説
明する。真空ポンプＡが動作を開始すると前段ポンプ部
１ａから後段ポンプ部１ｂへと空気が流れ、この空気流
で前段注水口３１から吸気管１１に冷却水ミストが流入
して前段ケーシング２ａ内に流入し、また、後段注水口
３２から連結管１３に冷却水ミストが流入して後段ケー
シング２ｂ内に流入する。この運転初期の段階で後段ケ
ーシング２ｂ内で高圧空気が一時的に発生した時点で逆
止弁４３が閉じて、後段注水口３２からの注水だけが中
止されて、運転初期の段階では前段注水口３１からだけ
冷却水が注水され、この冷却水が前段ケーシング２ａか
ら後段ケーシング２ｂに順に流れる。

【００２５】運転初期段階で前段ポンプ部１ａから後段
ポンプ部１ｂへと給水される前段注水口３１からの単位
時間当たりの注水量が前段オリフィス４１で３リッター
／分と規制されていると、前段ポンプ部１ａへの注水量
は多過ぎも少な過ぎもしない適量であって、前段ポンプ
部１ａの真空ポンプ動作が効率よく行われる。また、運
転初期段階において後段ポンプ部１ｂに前段ポンプ部１
ａを通過した冷却水が約３リッター／分の注水量で給水
されるが、この運転初期段階では後段ポンプ部１ｂがほ
とんど真空ポンプ動作をしない低真空度の初期状態で実
質的に冷却水をほとんど必要としないから、３リッター
／分の注水でも問題は全く無い。

【００２６】また、運転初期段階において、後段ポンプ
部１ｂ内で一時的に発生した高圧空気でチェック弁１６
が開いて高圧空気が逃がされる間に、高圧空気発生によ
るケーシング外への冷却水漏れの可能性が生じるが、こ
のときに逆止弁４３が閉じて後段ポンプ部１ｂ内には約
３リッター／分の注水量であり、したがって常に少量の
冷却水しか流入しないので、冷却水漏れの可能性がほと
んど無くなり、仮に冷却水漏れがあっても、その漏水量
は微量でほとんど問題にならず、冷却水の消費無駄が確
実に抑制される。

【００２７】上記高圧空気がチェック弁１６で逃がされ
て真空ポンプＡの運転状況が初期段階を終了すると、逆
止弁４３が冷却水の水圧で復帰して開き、後段注水口３
２にも冷却水が供給されるようになる。後段注水口３２
から後段ポンプ部１ｂに注水される冷却水ミストの単位
時間当たりの注水量は後段オリフィス４２で１０リッタ
ー／分と規制されているため、後段ポンプ部１ｂ内には
前段注水口３１と後段注水口３２からの冷却水の合計値
である１３リッター／分の注水量で冷却水ミストが供給
される。この１３リッター／分の注水量は後段ポンプ部
１ｂにとって効率良く真空ポンプ動作が継続して行える
適量である。したがって、前段ポンプ部１ａと後段ポン
プ部１ｂの各々が異なる適量の冷却水でそれぞれに高性
能にシールされ、高効率で冷却されて、真空ポンプ全体
で効率良く真空ポンプ動作が行われる。

【００２８】以上の実施形態は２段ルーツ型真空ポンプ
搭載車両の例であるが、本発明は２段以上の多段のルー
ツ型真空ポンプを搭載車両にも適用可能なことは勿論で
ある。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、真空ポンプ動作の初期
段階で後段ポンプ部で高圧空気が一時的に発生すると、
この高圧空気で後段ポンプ部に冷却水を供給する通路の
逆止弁が閉じて後段ポンプ部への冷却水の供給を中止さ
せるので、後段ポンプ部の高圧空気による冷却水のケー
シング外への漏水が確実に抑制されて、冷却水ロスの削
減が図れ、車両搭載の真空ポンプにおいては車両搭載の
冷却水の節約が図れる。また、運転初期段階以降の運転
継続時においては前段ポンプ部に前段オリフィスで規制
された適量の冷却水が供給され、後段ポンプ部には後段
オリフィスと前段オリフィスで規制された適量の冷却水
が供給されて、各ポンプ部がそれぞれの最適な量の冷却
水で性能良くシール・冷却されて真空ポンプ動作をする
ので、効率の良い高性能な多段ルーツ型真空ポンプ搭載
車両を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する真空ポンプの一実施形態を示
す概略図。

【図２】図１の真空ポンプの外観の正面図。

【図３】図２の真空ポンプを使用した真空吸引処理設備
の概要を示す図。

【図４】真空ポンプを搭載した吸引車の概略側面図。

【図５】従来の多段ルーツ型真空ポンプの概略図。

【図６】図５の真空ポンプの断面図。

【図７】図６のＴａ−Ｔａ線断面図。

【図８】図７のＴｂ−Ｔｂ線断面図。

【図９】図５の真空ポンプを使用した真空吸引処理設備
の概要を示す図。

【符号の説明】

Ａ 真空ポンプ（２段ルーツ型真空ポンプ） Ｖ 吸引車 １ａ 前段ポンプ部 １ｂ 後段ポンプ部 ２ａ 前段ケーシング ２ｂ 後段ケーシング ３，４ ロータ ５，６ ロータ ７ 吸入口 ８ 吐出口 ９ 吸入口 １０ 吐出口 ３１ 前段注水口 ３２ 後段注水口 ４１ 前段オリフィス ４２ 後段オリフィス ４３ 逆止弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 靖彦 大阪府八尾市神武町１番48号 株式会社モ リタエコノス内 Ｆターム(参考） 2D063 EB11 3H029 AA06 AA22 AB06 AB08 BB12 BB41 CC02 CC09 CC12 CC22 CC26 CC48

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気と冷却水が真空吸引される吸入口と
   この吸入口に吸入された空気と冷却水が吐出される吐出
   口を有するケーシングに一対のロータを収納した複数の
   ポンプ部が直列多段に連通連結され、前段ポンプ部の吐
   出口を隣接する後段ポンプ部の吸入口と連通させて、各
   ポンプ部のロータを同時回転させて各ポンプ部を真空ポ
   ンプ動作させるようにした多段ルーツ型真空ポンプ式吸
   引装置において、 前段ポンプ部及び後段ポンプ部の各吸入口に外部から冷
   却水を注入する前段注水口及び後段注水口を設け、前段
   注水口に単位時間当たりの注水量を規制する前段オリフ
   ィスを設置し、後段注水口に単位時間当たりの注水量を
   前段オリフィスによる注水量より多い量で規制する後段
   オリフィスを設置すると共に、後段注水口の冷却水通路
   の一部に各ポンプ部の真空ポンプ動作の初期段階で前段
   ポンプ部から後段ポンプ部に吐出されて一時的に加圧状
   態となる加圧空気の逆流で閉じて後段注水口からの注水
   を一時的に止める逆止弁を設置したことを特徴とする多
   段ルーツ型真空ポンプ式吸引装置。