JP2002500319A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は冷却装置に関していて、チャンバー（２）はポンプシリンダーの壁面内に配置された冷却チャンネルを表わしている。除去される熱により発生された蒸気流（７）は、コンデンサー（１）の上端部に到達し、水の形態で捩り管（６）を通って、チャンバー（２）の中へ流れ出てゆく。空気流（５）はファン（３）により送られ、蒸気を凝縮させる。検出器（１７）は、制御および安全装置の役割を果す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、可動要素がポンプ本体に収納されている真空ポンプ用の閉回路の冷
却装置に関する。閉回路の冷却装置が、ポンプ本体の壁面内部に作られた流体の
流れる冷却チャンバーと、一方がそのチャンバーから流れて来る冷却流体で、他
方が空気流である熱交換器と、熱交換器と冷却チャンバーの間を流れて戻ってゆ
く流体とを有している。

【０００２】 冷却装置は特に真空ポンプ用のもので、真空ポンプにおいて二つの対をなすス
クリューが一つの同じシリンダーに収納されていて、お互いに噛合しており、一
方のスクリューに連結するモーターを有している。

【０００３】 高性能用に設計された真空ポンプは、冷却を必要とし、前述の冷却装置を使用
することは公知である。一般に冷却流体は水である。これらの閉回路の冷却装置
は水流出のある装置と区別できていて、水流出のある装置は現在では生態面およ
び経済面でもはや受け入れがたい。またこの冷却装置は空気直冷式装置とは区別
できていて、空気直冷式装置は除熱量の観点から真空ポンプにとって不当な要求
条件を課す。

【０００４】 しかしながら、今まで公知の閉回路の冷却装置は、二つの対をなすスクリュー
が一つの同じシリンダーに収納されているような高性能でコンパクトな構造の真
空ポンプに取り付ける時、とくにスクリューの形状が、高速度の回転と出来るだ
け小さなサイズで最高の効率を得るように設計される時、欠点がある。どちらに
しても、公知の閉回路の冷却装置は、循環ポンプを必要とするという欠点を有し
ている。さらに、高性能の真空ポンプには特に大きな寸法の放熱器を必要とする
ことである。

【０００５】 本発明の目的は、それゆえ前述の欠点のない冷却装置を提供することである。

【０００６】 結局のところ、本発明における冷却装置は、熱交換器がコンデンサーであって
、冷却空気流はポンプモーターにより駆動されるファンにより発生されており、
冷却チャンバーは冷却流体がチャンバーの出口で流体の沸点に達するように作ら
れていることを特徴としている。

【０００７】 一つの実施の形態において、ファンが一方のスクリューのシャフトに直結され
ていて、駆動スクリューと駆動モーターの間に配置されていてもよい。

【０００８】 コンデンサーは直交流形式でもよくて、管群を内包するチャンバーを有してい
て、少なくともチャンバーの一部分は蒸発した冷却流体が頂部から底部に流れる
ように傾斜しており、そのチャンバーは上部部分に空気流入口用の横方向の開口
部を有していて、下部部分にファンのダクト入口との結合部を有している。

【０００９】 また本発明は真空ポンプに関する。その真空ポンプは、お互いに噛合する二つ
の対をなすスクリューが一つの同一のシリンダーに収納されていて、一つのスク
リューに連結するモーターを有しており、本発明による冷却装置を有している。

【００１０】 例として、本発明の対象の一つの実施の形態が図面を参照して以下に説明され
ている。 図面に示されている真空ポンプの冷却装置は、蒸発または沸騰の原理にもとず
く閉回路の冷却装置として運転するものである。

【００１１】 この装置に使用されている手段が概略的に図１に示されている。主要な構成要
素は、装置の上部に配置されたコンデンサー１と、一式の冷却チャンバー２と、
冷却チャンバーとコンデンサーの間に配置された膨脹容器１′とから単純に構成
されている。冷却チャンバーはポンプのカバーの中の円筒状のポンプ胴体の壁の
内部に配置されている。それらの要素は、通常運転において真空ポンプのもたら
す熱は冷却流体により除熱されるように作られていて、その冷却流体は、大気に
近い圧力で沸点が１００℃の水である。そのためチャンバー２の中で水蒸気７の
流れが形成されて、その水蒸気は管４を介してコンデンサーの上部にある入口に
流れる。コンデンサー１を通って直交して通過する空気流５の効果で、水蒸気は
凝縮管の下部で凝縮し、重力により戻り管６を通ってチャンバー２の入口にもど
る。空気流５の強制循環を発生するために、ファン３がポンプに結合されていて
、ポンプモーターにより駆動される。温度検出器１７がアセンブリーの運転を監
視していて、異常状態時における防護を行なう。代りにアセンブリーは、空気流
が図２において矢印に示すように、コンデンサーに対向して通過するように、作
られてもよい。

【００１２】 図２は、前述の構成要素の構造上の配置を示している。ポンプシリンダー８は
水平に配置されており、排出管９および入口管１０を有している。モーター１１
はスクリューの一つのシャフトを直接駆動する。水ジャケット２はシリンダー８
の壁面内のチャンネルに形成されていて、発生した蒸気が管４からシリンダーの
外面を通ってコンデンサー１に流れる。そのコンデンサーは下部部分１４がシリ
ンダー８に横に並べて載置されていて、上部部分１５が傾斜して配置されており
、その上端部で蒸気管４に接続されている。戻り管６で終点となる管群が、チャ
ンバーの傾斜した上部部分１５および横に並べられた下部部分１４内部に配置さ
れている。

【００１３】 チャンバー１３の傾斜した上部壁が、そこに作られた開口部１６を有していて
、その開口部を通って空気５が流れ込み、空気の出口は矢印５ａでポンプユニッ
トの下に示されている。

【００１４】 図３により詳細に、四つの軸受２０に係合され、かつお互いに小歯車に噛合さ
れた、スクリュー１８および１９の軸のレベルの水平面で切断したシリンダー８
が示されている。スクリュー１８のシャフトがモーター１１の方向に伸びていて
、モーターに直結されており、かつシャフトの延伸部分はファン３のホイール２
２を係合していて、ファンの出口ボリュート２４はポンプの下で下向きに開口し
ている。注目すべき点があって、シリンダー８の側壁面内に、水ジャケット２が
最大の熱量を発生する排気管近くのスクリュー１８および１９の回転部と軸受を
取り囲んでいる。ここに説明されている実施の形態において、入口管近くのスク
リューの回転は、周囲の空気による冷却ファン２５を備えたシリンダー部分の中
で回転している。さらに、シリンダー８の壁面はジャケット２の近傍に壁面を貫
通する安全弁装置を有していて、その安全弁は必要に応じ、可能なら窒素を流入
することにより真空に引かれている空間部分の真空をブレイクする。温度検出器
１７がこの安全弁装置の上に接して取り付けられている。ポンプ内で異常な加熱
が発生すると、ジャケット２内部で水／蒸気境界のレベルが下がり、この温度検
出器は、警報を発生するか、または、モーターを停止するか他の方法で防護する
。

【００１５】 前述の冷却装置は、小さな容積で非常に高い冷却効率と、著しく単純な構造と
いう利点を合わせもっている。高い冷却効率は、熱が相変化により冷却流体に除
去されるという事実にもとづいている。水の場合、蒸発熱は２２５０kJ／kgで、
圧力が大気圧に近いと、すべての水が蒸発しないかぎり温度は１００℃一定を保
つ。システムデータを計算するために、モーターが供給しなければならない出口
Pm（ワット）が設定される。熱放出は一方でモーター内の損失およびポンプの摩
擦、および他方で排気ガスの圧縮により発生する。実際問題として、除去される
熱Pc（ワット）として、次の関係式：Pc＝０．８Pmを考慮しておく必要がある。

【００１６】 前述の関係式は、安定状態でこの熱を除去するために発生されなければならな
い蒸気流量およびその結果としてジャケット２の寸法を計算することが可能とな
る。コンデンサーとファンの寸法を計算するために、空気の雰囲気温度として３
０〜５０℃が考慮される。

【００１７】 実地試験は、これらの条件で冷却装置が完全に確実に作動することを示してい
て、本冷却装置は、一般的な型式の水循環型冷却器よりはるかに小さなサイズで
ある。冷却水の循環は強制循環なしに重力により完全に行なわれる。コンデンサ
ーのファンはポンプモーターにより直接駆動されるので、追加の駆動装置は必要
ない。さらに凝縮効果による効率のよい熱伝達は小さなサイズのコンデンサーの
使用を可能にしている。この冷却装置は前述のポンプ型式に対し完全に効果があ
ることが証明されていて、ポンプのネジ山は特別に設計された形状をしており、
一定時間内に非常に多くの排気を行なう。

【００１８】 ポンプが０℃以下に下がるような場所で使われる時、冷却流体の凍結のどのよ
うな問題をもさけるために、２５％のエチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ
ｇｌｙｃｏｌ）かプロピレングリコール（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）
と７５％の水の混合液、または、水と適切な不凍液のどのような混合液でも、冷
却流体として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は装置の略図である。

【図２】 図２は冷却回路を有するポンプアセンブリーの斜視図である。

【図３】 図３は図２のポンプをねじ回転軸レベルで水平面により切断した断面図である
。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１１月２５日（１９９９．１１．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動要素がポンプ本体に収納されている真空ポンプ用の閉回
   路の冷却装置において、 該閉回路の冷却装置が、 該ポンプ本体の壁面内部に作られた流体の流れる冷却チャンバーと、 一方が該チャンバーから流れて来る該冷却流体で、他方が空気流である熱交換
   器と、 該熱交換器と該冷却チャンバーの間を流れて戻ってゆく流体と、 を有していて； 該熱交換器がコンデンサーであって、該冷却空気流は該ポンプモーターにより
   駆動されるファンにより発生されており、該冷却チャンバーは該冷却流体が該チ
   ャンバーの出口でその沸点に達するように作られていることを特徴としている閉
   回路の冷却装置。
2. 【請求項２】 該コンデンサーがシリンダーの上方に配置されていて、該流
   体が重力により戻ってゆくことを特徴とする、請求項１に記載の閉回路の冷却装
   置。
3. 【請求項３】 該ファンが一方のスクリューのシャフトに直結されているこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の閉回路の冷却装置。
4. 【請求項４】 該ファンが該駆動スクリューと該ポンプモーターの間に配置
   されていることを特徴とする、請求項３に記載の閉回路の冷却装置。
5. 【請求項５】 該コンデンサーは直交流形式で、管群を内包するチャンバー
   を有していて、少なくとも該チャンバーの部分は、蒸発した該冷却流体が頂部か
   ら底部に流れるように傾斜しており、該チャンバーは、上部部分に該空気流入口
   用の横方向の開口部を有していて、その下部部分に該ファンのダクト入口との結
   合部を有することを特徴とする、請求項１に記載の閉回路の冷却装置。
6. 【請求項６】 該冷却流体が水であることを特徴とする、請求項１〜５のい
   ずれか一項に記載の閉回路の冷却装置。
7. 【請求項７】 該閉回路の冷却装置が除熱量にもとずき設計されていて、該
   水の圧力が大気圧に近くてその沸点が約１００℃であることを特徴とする、請求
   項６に記載の閉回路の冷却装置。
8. 【請求項８】 該冷却流体が不凍液体と混合された水であることを特徴とす
   る、請求項１〜５のいずれか一項に記載の閉回路の冷却装置。
9. 【請求項９】 該閉回路の冷却装置が、制限値を越えた場合に警報信号を発
   することができる温度検出器を備えていることを特徴とする、請求項１〜８のい
   ずれか一項に記載の閉回路の冷却装置。
10. 【請求項１０】 一つの同一のシリンダー内に収納され、お互いに噛合する
    二つの対をなすスクリューを有し、かつ該スクリューの一方に連結するモーター
    を有している真空ポンプにおいて、該真空ポンプが、請求項１〜９のいずれか一
    項に記載の冷却装置を有することを特徴とする真空ポンプ。