JP3571985B2 - 多段ルーツ式真空ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農業集落における真空下水道システムや焼却施設の炉等に使用される多段ルーツ式真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のルーツ式真空ポンプにおいては、吸入口側と吐出口側との間に−０．０４７ＭＰａ以上の真空差圧を生ずると、吐出口側のケーシングの温度は圧縮熱により約１２０〜１５０°Ｃになる。その温度上昇に起因するトラブルを防止するため、昭和３５年頃から国内外のメーカーにおいては、ケーシングに大気又は冷気導入口を設けて前記温度を１２０°Ｃ以下とするように冷却を施す等の対策がいろいろ講じられている。
農業集落における真空下水道システムにおいては、集水タンク内部の減圧を行うために専用の真空ポンプを設置しているが、真空ポンプからの排気はそのまま大気に放出すると悪臭を生ずるため、脱臭装置を通過させたうえで大気に放出されている。また、集水タンクに接続された汚水処理槽では、専用の曝気ブロワによって汚水処理を行っている。本件出願人は、真空式汚水集排水装置に関して特許第２６８４５２６号の特許権を有し、その明細書中に１台で集水タンクへの吸入と排出作用を交互に行う多段ルーツ式真空ポンプを開示している。
焼却施設等の炉内への高濃度酸素を含む空気の供給装置においては、専用の真空ポンプと圧送用ブロワとが夫々設置されている。本件出願人は、ボイラーの重油燃焼バーナー、汚水の曝気等に使用される酸素富化エヤー供給装置に関して特許第１７１９４７１号（特公平４−２２９７）の特許権を有し、１台のルーツ式ブロワを真空ブロワと圧縮ブロワの二群とした構造を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の真空下水道システムや焼却施設等に使用されるルーツ式真空ポンプにおいて、容積移動角度の領域に大気又は冷却空気の導入口を設けた場合には、容積効率や機械効率の低下を生ずることを免れなかった。また、上記焼却施設における空気の供給装置のように真空ポンプと圧送用ブロワの両方を設置する場合には、設備・稼働コストが高くつき、設置スペースを多く要する等の問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、前段室で真空吸引作用を後段室で加圧作用を生ずる構造とすると共に、容積効率の向上とポンプ本体の低温度化を図った多段ルーツ式真空ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、吸入口と吐出口を形成したケーシング内に一対の３葉のロータを設け、吸入口と吐出口間が連通することのないように両ロータを回転させることにより吸入口から空気を吸入し、吸入した空気を吐出口から吐出する少なくとも２段室以上からなる多段ルーツ式真空ポンプであって、前記吸入口は各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を越えた位置ｎに設けられ、前記吐出口は、各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から前記吸入口と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから、各回転軸の中心を中心とするケーシング内径円の交差する点ｑまでの領域の周壁部に少なくとも１つの空気通路孔を形成することにより設けられ、空気の吸引直後に吸入口側と吐出口側の２カ所に各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とで囲まれる密閉空間を生じさせるように設け、加圧作用を生ずる最終段室の直前の真空作用を生ずる段室の吐出口側の前記仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から前記吸入口と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから吸入口側へ６０°だけ戻った位置ｔの周壁部に、外気又は冷却空気の導入口を設けたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の作用及び効果】
加圧作用を生ずる最終段室の直前の真空作用を生ずる段室に外気又は冷却空気の導入口を設けたことにより、１台の多段ルーツ式真空ポンプでもって真空と加圧作用を同時に生じさせ、かつ送給量を増加させることが可能となった。
【０００７】
各ロータの隣り合う葉片とケーシング内壁面とにより囲まれる密閉空間の総容積移動角度は、容積移動角度１２０°の２倍の２４０°とされて、ロータの葉片の頂部とケーシング内壁面とのシール部分の移動距離が大きくなると共に吐出口側の空気が密閉空間内に流入するタイミングは遅れる。このため、内部リーク量が少なくなって容積効率が向上し、圧縮作用により生ずる熱が吐出口部分に集中してポンプ本体の温度上昇が抑制される。
【０００８】
この多段ルーツ式真空ポンプは、前段室で真空吸引作用を後段室で加圧作用を生ずる構造とすることにより、１台でもって真空と加圧作用を同時に生じさせることができる。加えて、容積効率の向上とポンプ本体の低温度化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は３段のルーツ式真空ポンプの構成図、図２は第１段室ｘと第３段室ｚの縦断側面図、図３は第２段室ｙの縦断側面図、図４は第２段室ｙにおいて各ロータの隣り合う葉片とケーシング内壁面とにより囲まれる密閉空間内に外気又は冷却空気が流入して移動する状況（１）〜（７）を示す説明図、図５は本発明の３段ルーツ式真空ポンプを真空下水道システムに使用した場合を示す説明図、図６は本発明の３段ルーツ式真空ポンプを焼却炉に使用した場合を示す説明図である。
【００１０】
図１において、３段のルーツ式真空ポンプＰは、第１段室ｘ、第２段室ｙ及び第３段室ｚを形成したケーシング１の両側にハウジング２、３を取り付け、各ハウジング２、３により平行な２本の回転軸４、５を回転自由に支持し、一方のハウジング２から突出する回転軸４、５の各軸端に互いに噛合するタイミングギヤ６が夫々取り付けられ、他方のハウジング３から突出する一方の回転軸４の軸端に図示しないモータにより駆動されるプーリー７が設けられている。
かかる基本構成において、第１段室ｘの構成要素については１０番台の符号、第２段室ｙについては２０番台の符号、第３段室ｚについては３０番台の符号を付して以下に詳しく説明する。
【００１１】
図２に示すように、第１段室ｘには、吸入口１２と吐出口１３を形成したケーシング１内に一対の３葉のロータ１５、１６が互いに反対方向に回転可能に設けられており、両ロータ１５、１６の回転作動により吸入口１２から空気を吸入し、吸入した空気を圧縮して吐出口１３から吐出するように構成されている。 なお、そのケーシング１の内壁面１１とロータ１５、１６の葉片の頂部には、周知のように一定寸法の微小間隙ｃが設けられている。
【００１２】
上記吸入口１２は、各ロータ１５、１６の回転軸４、５の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸４、５の中心から１２０°の容積移動角度を越えた位置ｎに横長形の口部１２ａが設けられている。
【００１３】
前記吐出口１３は、各ロータ１５、１６の回転軸４、５の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸４、５の中心より前記吸入口１２と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから、各回転軸４、５の中心を中心とするケーシング内径円の交差する点ｑまでの領域ｒの周壁部１１ａに、少なくとも１つの空気通路孔１７を形成することにより設けられている。ｓは各ロータ１５、１６の隣り合う葉片とケーシング内壁面１１とにより囲まれる密閉空間を示す。
【００１４】
図２において３０番台の符号で表した部分は、加圧作用を生ずる最終段室である第３段室ｚの構成を示す。
【００１５】
図３に、上記第３段室ｚの直前の真空作用を生ずる段室である第２段室ｙを示す。この第２段室ｙには、吸入口２２と吐出口２３を形成したケーシング１内に一対の３葉のロータ２５、２６が互いに反対方向に回転可能に設けられており、両ロータ２５、２６の回転作動により吸入口２２から空気を吸入し、吸入した空気を圧縮して吐出口２３から吐出するように構成されている。
【００１６】
上記吸入口２２は、各ロータ２５、２６の回転軸４、５の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸４、５の中心から１２０°の容積移動角度を越えた位置ｎに横長形の口部２２ａが設けられている。
【００１７】
前記吐出口２３は、各ロータ２５、２６の回転軸４、５の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸４、５の中心より前記吸入口２２と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから、各回転軸４、５の中心を中心とするケーシング内径円の交差する点ｑまでの領域ｒの周壁部２１ａに、少なくとも１つの空気通路孔２７を形成することにより設けられている。その吐出口２３側の周壁部２１ａには、前記仮想線ｍに対して各々の回転軸４、５の中心から前記吸入口２２と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから吸入口２２側へ６０°だけ戻った位置ｔに、外気又は冷却空気の導入口２８、２９を設ける。
【００１８】
また、図１に示すように、第１段室ｘの吐出口１３は第２段室ｙの吸入口２２に配管４０で接続され、第２段室ｙの吐出口２３は第３段室ｚの吸入口３２に配管４１で接続されている。
【００１９】
図４に、第２段室ｙにおいて各ロータ２５、２６の隣り合う葉片とケーシング内壁面２１とにより囲まれる密閉空間ｓ内に外気又は冷却空気が流入して移動する状況（１）〜（７）を示した。図中、斜線部は、ロータ２５、２６の回転に伴って移動する密閉空間ｓ内に各導入口２８、２９からの外気（又は冷却空気）が流入しているところを表している。
【００２０】
次に、上記構成になる本発明の３段ルーツ式真空ポンプＰを真空下水道システムに使用した場合について述べる。
図５において、３段ルーツ式真空ポンプＰはその吸入口１２を吸込管５１により逆止弁５２を介して集水タンク５０に接続され、他方、吐出口３３は吐出管５３により逆止弁５４を介して汚水処理用曝気槽６０内の散気管６１に接続されている。５５は該真空ポンプＰの導入口２８、２９に接続されたサイレンサである。その集水タンク５０には、集落からの汚水を回収するための管路５６と、汚水処理用曝気槽６０に向かう送水管５７とが接続されている。
【００２１】
上記真空下水道システムにおいて、３段ルーツ式真空ポンプＰを運転すると、同真空ポンプＰの真空作用により集水タンク５０内が減圧されるため、汚水が管路５５から流入する。集水タンク５０より吸引された空気は、第１段室ｘ及び第２段室ｙにて設定真空圧まで圧縮される。なお、このときの吸引空気は希薄で圧縮作用による熱を保有している。第２段室ｙでは導入口２８、２９からの外気が吸引され、その外気は吸引空気と混合して前記圧縮熱の温度を低下させると共に空気を補給する。ついで、その冷却された空気は第３段室ｚにて加圧されて吐出口３３より散気管６１に送られ、汚水ｗを曝気する。
【００２２】
本発明の３段ルーツ式真空ポンプＰを焼却施設の焼却炉に使用した場合について述べる。
図６において、３段ルーツ式真空ポンプＰはその吸入口１２を吸込管７１により酸素富化膜装置８０に接続され、他方、吐出口３３は吐出管７２により焼却炉８５に接続されている。真空ポンプＰの第２段室ｙの吐出口２３にインタークーラー等の冷却器７３を接続し、その冷却器７３の出口側を導入管７４により第２段室ｙの導入口２８、２９に接続している。
【００２３】
上記焼却炉において、３段ルーツ式真空ポンプＰを運転すると、同真空ポンプＰの真空作用により酸素富化膜装置８０内は所定圧力まで減圧されるため、外部から取り込まれた空気は酸素濃度を高められて第１段室ｘ及び第２段室ｙにて圧縮される。第２段室ｙの吐出口２３から圧縮熱を保有した高濃度酸素を含む空気の一部は冷却器７３に分流し、該冷却器７３で冷却されて導入口２８、２９から再び第２段室ｙに戻される。ついで、高濃度酸素を含む空気は、第３段室ｚにて加圧されて吐出口３３より焼却炉８５へ送られる。しかして、その焼却炉８５では高濃度酸素を含む空気が供給されるために燃焼効率が向上すると共に、燃焼温度が高くなってダイオキシン等の有害物質の発生が抑制される。
【００２４】
以上、この多段ルーツ式真空ポンプによれば、前段室（第１段室ｘ及び第２段室ｙ）で真空吸引作用を後段室（第３段室ｚ）で加圧作用を生ずる構造とすることにより、１台でもって真空と加圧作用を同時に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３段のルーツ式真空ポンプの構成図
【図２】第１段室ｘと第３段室ｚの縦断側面図
【図３】第２段室ｙの縦断側面図
【図４】第２段室ｙにおいて各ロータの隣り合う葉片とケーシング内壁面とにより囲まれる密閉空間内に外気又は冷却空気が流入して移動する状況（１）〜（７）を示す説明図
【図５】本発明の３段ルーツ式真空ポンプを真空下水道システムに使用した場合を示す説明図
【図６】本発明の３段ルーツ式真空ポンプを焼却炉に使用した場合を示す説明図
【符号の説明】
Ｐ→多段ルーツ式真空ポンプ ｃ→微小間隙
ｍ→各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線
ｎ→仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を越えた位置
ｏ→仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から吸入口と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置
ｑ→各回転軸の中心を中心とするケーシング内径円の交差する点
ｒ→（吐出口側の）領域
ｓ→密閉空間
ｔ→仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から吸入口と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから吸入口側へ６０°だけ戻った位置
１→ケーシング ｘ→第１段室 ｙ→第２段室 ｚ→第３段室
４、５→回転軸
１１、２１、３１→内壁面 １１ａ、２１ａ、３１ａ→周壁部
１２、２２、３２→吸入口 １３、２３、３３→吐出口
１５、１６、２５、２６、３５、３６→ロータ
１７、２７、３７→空気通路孔
２８、２９→導入口

Claims (1)

1. 吸入口と吐出口を形成したケーシング内に一対の３葉のロータを設け、吸入口と吐出口間が連通することのないように両ロータを回転させることにより吸入口から空気を吸入し、吸入した空気を吐出口から吐出する少なくとも２段室以上からなる多段ルーツ式真空ポンプであって、前記吸入口は各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から１２０°の容積移動角度を越えた位置ｎに設けられ、前記吐出口は、各ロータの回転軸の中心を結ぶ仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から前記吸入口と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから、各回転軸の中心を中心とするケーシング内径円の交差する点ｑまでの領域の周壁部に少なくとも１つの空気通路孔を形成することにより設けられ、空気の吸引直後に吸入口側と吐出口側の２カ所に各ロータの隣り合う葉片とケーシングの内壁面とで囲まれる密閉空間を生じさせるように設け、加圧作用を生ずる最終段室の直前の真空作用を生ずる段室の吐出口側の前記仮想線ｍに対して各々の回転軸の中心から前記吸入口と反対方向に１２０°の容積移動角度を越えた位置ｏから吸入口側へ６０°だけ戻った位置ｔの周壁部に、外気又は冷却空気の導入口を設けたことを特徴とする多段ルーツ式真空ポンプ。

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