JP4979433B2 - 気水分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、液封式真空ポンプの吐出配管に接続され、前記液封式真空ポンプから吐き出される気水混合物を分離する気水分離部と、前記気水分離部の上部に隣接設置され、吐出音を減衰する消音部を備えている気水分離装置に関する。

従来の気水分離装置は、図５に示すように、内周面のほぼ全域にグラスウールのような吸音材１４を貼着した円筒状ケーシング３の内部下段に気水分離部６を形成するとともに、その上部に空気の流出方向に沿って上下壁面距離の異なる三つの消音室７を形成し、各消音室を連通管１９で接続して、気水分離部６から導入管４を介して流入した空気が矢示のように蛇行しながら排気管１７から排気されるように構成されていた。尚、図中、符合９は気水分離された水の排水管である。

特開平０４−４７１８３号公報

しかし、上述した気水分離装置は、ケーシング内で区画された上下壁面距離が異なる三つの消音室で空気を蛇行させつつ吸音材で減音させることにより、音響エネルギーを減衰させるための実効消音距離を確保していたために、十分な消音効果を得るためには円筒の径や高さを十分に確保する必要があり、装置が大型になり広い設置空間が必要になるという問題があった。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図りながらも消音効果に優れた気水分離装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明による気水分離装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、液封式真空ポンプの吐出配管に接続され、前記液封式真空ポンプから吐き出される気水混合物を分離する気水分離部と、前記気水分離部の上部に隣接設置され、吐出音を減衰する消音部を備えている気水分離装置であって、前記消音部の筒状外壁は、内周部に吸音材を備え、ガスの流れ方向に沿った複数の消音室に区画され、各消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ），（ｎは正整数）に設定されるとともに、夫々の消音室の壁面距離が異なるように設定され、前記気水分離部の筒状外壁は、内周部に吸音材を備えることなく、前記消音部の筒状外壁よりも厚肉に形成され、前記消音部の筒状外壁と溶着されている点にある。

液封式真空ポンプから吐き出される空気による騒音の周波数は、液封式真空ポンプの回転数と回転羽根の枚数で決まる脈動周波数に依存し、このような騒音を減衰させるために消音室で音波の干渉を利用して消音することが効果的である。しかし、脈動周波数に依存する基準吐出音の周波数成分のみを減衰しても十分な消音効果が得られず、基準吐出音の周波数成分の高調波成分の影響も大きいことが確認された。そこで、各消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ），（ｎは正整数）に設定されるとともに、夫々の消音室の壁面距離が異なるように構成することにより、脈動周波数に依存する騒音を効果的に減衰することができるようになり、実効消音距離を従来よりも大幅に短くすることができるようになった。

また、消音部の内周部に配した吸音材によって音響エネルギーの一部が減衰され、吸音材を設けていない気水分離部でも消音部の外壁より厚肉の外壁によって外部に漏れる吐出音が軽減される。さらに、通常運転時において水が流入する気水分離部には吸音材を設けていないので、吸音材に水が入らないように二重壁の水密構造を形成する必要がなく構造を簡素化できる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記気水分離部の上部に仕切り壁を介して前記消音部が配置されるとともに、前記仕切り壁に前記気水分離部と前記消音部とを連通する第一連通管が設けられ、
前記第一連通管の前記気水分離部への突出長さが、前記気水分離部の壁面距離の１/１０以下に設定されている点にある。

第一連通管の気水分離部への突出長さが気水分離部の壁面距離の１/１０以下という短い長さに形成されているため、気水分離部の底面に溜まった水分を排水する排水管が閉塞して液封式真空ポンプの背圧が異常に上昇したときであっても、空気が容易に消音部に流出するようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記消音部は、ガスの流れ方向に沿った第一消音室と第二消音室に区画され、前記気水分離部と前記第一消音部を連通する第一連通管と、前記第一消音室と前記第二消音室を連通する第二連通管が設けられ、前記第一連通管の開口部とずらせた位置に、前記第二連通管が設けられている点にある。

第一連通管の開口部とずらせた位置に第二連通管が設けられているので、第一連通管から直ちに第二連通管に空気が流出するようなことがなく、第一消音室の上下壁面で反射しながら音響エネルギーが減衰された空気が第二消音室に導かれるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記消音部は、ガスの流れ方向に沿った第一消音室と第二消音室に区画され、前記第一消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定されるとともに、前記第二消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／８に設定されている点にある。

上述の構成によれば、壁面距離が基準吐出音の基本波長の１／４に設定された第一消音室で、騒音エネルギーが一番強い基準吐出音を干渉による減衰作用で効果的に減衰し、壁面距離が基準吐出音の基本波長の１／８に設定された第二消音室で基準吐出音の二次高調波成分を干渉による減衰作用で効果的に減衰することができるようになった。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四特徴構成に加えて、前記気水分離部の滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長の１／（４ｎ），（ｎは正整数）に設定されている点にある。

上述の構成によれば、気水分離部から排出される滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ）に設定されるので、気水分離部でも基準吐出音またはその高調波成分を干渉による減衰作用で効果的に減衰することができるようになり、気水分離装置の高さを制限しながらも消音効果をより向上させることができるようになった。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五特徴構成に加えて、前記滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定されている点にある。

上述の構成によれば、気水分離部から排出される滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定されるので、気水分離部でもエネルギーが一番強い基準吐出音を干渉による減衰作用で効果的に減衰することができるようになった。

以上説明した通り、本発明によれば、装置の小型化を図りながらも消音効果に優れた気水分離装置を提供することができるようになった。

以下に、本発明による気水分離装置を説明する。図１から図３に示すように、気水分離装置は、周部に複数の脚部１２を備え、天板及び底板に用いられる鏡板１，２が溶着された円筒状の金属ケーシング３内部を仕切り壁５により仕切り、下方に気水分離部６を備えるとともに、上方に吐出音を減衰する消音部７を備えて構成されている。

気水分離部６には、液封式真空ポンプ（図示せず）の吐出配管に接続される導入管４が設けられ、液封式真空ポンプから吐き出される気水混合物が内周面に沿って旋回するように導かれ、水分が内壁に衝突して滴下して空気と分離されるとともに、分離された空気が仕切り壁５の中央部に設けられた第一連通管８を通過して消音部７に導かれるように構成されている。

気水分離部６の内壁に沿って滴下した水分は気水分離部６の底面に溜まり、排水管９から排水される。ケーシング３のうち導入管４に対向する位置にはメンテナンス用の点検口１０が設けられ、開閉可能な蓋で閉塞されている。仕切り壁５の隅に消音部７で滞留した水分を気水分離部６に導く排水口１１が設けられている。

液封式真空ポンプから吐き出される空気は液封式真空ポンプの回転数Ｎと羽根車の枚数Ｚの積であるＮＺで表される低周波の脈動周波数で振動しており、消音部７ではこのような吐出音を音波の干渉を利用して消音するべく、ガスの流れ方向に沿った第一消音室７ａと第二消音室７ｂに仕切り壁１３で区画し、第一消音室７ａの上下の壁面距離を基準吐出音の基本波長λの１／４に設定するとともに、第二消音室７ｂの上下壁面間の平均距離を基準吐出音の基本波長λの１／８に設定している。

例えば、液封式真空ポンプの回転数Ｎが４６０ｒｐｍ、羽根車の枚数Ｚが２０枚の場合を例示すると脈動周波数ｆが１５３Ｈｚとなり、音速を３４０ｍ／ｓのときに発生する吐出音の波長λは２．２２ｍとなる。吐出音の音響エネルギーは波長λの基準吐出音、波長λの整数倍の高調波成分に夫々ピークを有する。

そこで、第一消音室７ａの上下の壁面距離を基準吐出音の基本波長λの１／４である５５５ｍｍに設定するとともに、第二消音室７ｂの上下壁面間の平均距離を基準吐出音の基本波長λの１／８である２７７ｍｍに設定することにより、第一消音室７ａで騒音エネルギーが一番強い基準吐出音が干渉による減衰作用で減衰され、第二消音室７ｂで基準吐出音の二次高調波成分が減衰される。

尚、図１に示すように、天板１として鉄板を用いた場合は最大高さを１／８λとしてもよいが、鏡板部の曲面と仕切り壁１３とで形成される空間の平均高さを１／８λとするのが望ましい。

消音部７の内周部にはパンチングメタル１５で固定された吸音材としてのグラスウール１４が配され、消音部７に導かれた空気の音響エネルギーの一部はグラスウール１４によって減衰されるように構成されている。

図３（ｂ）に示すように、仕切り壁１３の中心から径方向に離隔した位置であって、第一連通管８の開口部とずらせた位置に四つの第二連通管１６が設けられ、第一消音室７ａの上下壁面で反射しながら音響エネルギーが減衰された空気が第二消音室７ｂに導かれるように構成されている。

第二消音室７ｂの上下壁面で反射しながら音響エネルギーが減衰された空気は、鏡板１に取り付けられた排気管１７から排気される。

第一連通管８の上端より第二連通管１６の下端が下方に位置するように、及び、第二連通管１６の上端より排気管１７の下端が下方に位置するように長さが設定され、第一連通管８の上端から直ちに第二連通管１６に空気が流出したり、第二連通管１６の上端から直ちに排気管１７に空気が流出することの無いように構成されている。

従って、図２中、一点鎖線で示すように、導入管４から気水分離部６に流入した空気は第一連通管８を通過して第一消音室７ａに導かれて、主に基準吐出音が消音された後に、さらに第二連通管１６を通過して第二消音室７ｂに導かれて、主に第二高調波成分が消音された後に排気管１７から排気される。

図４（ａ）に示すように、金属ケーシング３ｂ（３）の上端と天板である鏡板１とが溶着されるとともに、金属ケーシング３ｂ（３）に溶着された断面が「Ｌ」の字の環部材１８でグラスウール１４の上端側が保持され、ケーシング３ｂの内側からパンチングメタル１５によってグラスウール１４が支持されている。

また、図４（ｂ）に示すように、第一消音室７ａと第二消音室７ｂを仕切る仕切り壁１３の周部は、金属ケーシング３ｂ（３）に溶着された断面が「Ｌ」の字の環部材１８と溶着されている。

さらに、図４（ｃ）に示すように、消音部７と気水分離部６を仕切る仕切り壁５の周部は、金属ケーシング３ａ（３）に溶着された断面が「Ｌ」の字の環部材１８と溶着されている。金属ケーシング３のうち、気水分離部６のケーシング３ａは、グラスウールを設けなくとも、外部に漏れる吐出音を軽減させるように消音部７のケーシング３ｂより厚肉に構成され、ケーシング３ａ，３ｂ間は溶着されている。

このように、通常運転時において、水が流入する気水分離部６にはグラスウールを設けていないので、グラスウール部分に水が入らないように二重壁の水密構造を形成する必要がなくなる。

第一連通管８は、気水分離部６への突出長さが短くなるように、本実施形態では気水分離部６の上下壁面距離の１／１０以下となるように構成され、万が一排水管９が閉塞して液封式真空ポンプの背圧が異常に上昇したときであっても、空気が容易に消音部７に流出可能なように構成されている。尚、同時に気水分離装置の天板及び底板に鏡板を用いることにより耐圧性を向上させている。

以下に別実施形態を説明する。上述した実施形態では、第一消音室７ａの壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定されるとともに、第二消音室７ｂの壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／８に設定されているものを説明したが、本発明による気水分離装置は、このような構成に限るものではなく、消音部７がガスの流れ方向に沿った複数の消音室に区画され、各消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ）、（ｎは正整数）に設定されるとともに、夫々の消音室の壁面距離が異なるように構成されているものであればよい。

例えば、第一消音室７ａの上下壁面距離を基本波長λの１／４に設定し、第二消音室７ｂの上下壁面距離を基本波長λの１／１２に設定することにより、第二消音室７ｂで第三高調波成分を効率的に消音することも可能である。さらに、消音室を空気の流れ方向に沿って三室設けて、第一消音室の上下壁面距離を基本波長λの１／４に設定し、第二消音室の上下壁面距離を基本波長λの１／８に設定し、第三消音室の上下壁面距離を基本波長λの１／１２に設定する等、適宜構成することが可能である。

このような構成を採用することにより、ケーシング３を従来よりも小径に構成しながら、消音効果を高めることができるようになる。

さらに、気水分離部６の滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ），（ｎは正整数）に設定することにより、気水分離部でも消音効果を奏するように構成することができる。この場合には、滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定することにより、最も騒音レベルの高い成分を消音できるとともに、排水管９が閉塞して液封式真空ポンプの背圧が異常に上昇したときであっても、空気が容易に消音部７に流出可能なように容積を確保することができるようになる。

上述の各種の実施形態は、本発明の一実施例であり、本発明による作用効果を奏する範囲で各部の具体的構成や寸法等は適宜変更設計できるものである。

本発明による気水分離装置の説明図 本発明による気水分離装置の消音作用の説明図 （ａ）は気水分離装置の平面図、（ｂ）は図１のＡＡ線断面図 気水分離装置の要部の断面図 従来の気水分離装置の説明図

１：天板（鏡板）
２：底板（鏡板）
３：金属ケーシング
４：導入管
５：仕切り壁
６：気水分離部
７：消音部
７ａ：第一消音室
７ｂ：第二消音室
８：第一連通管
９：排水管
１０：点検口
１１：排水口
１２：脚部
１３：仕切り壁
１４：グラスウール
１５：パンチングメタル
１６：第二連通管
１７：排気管

Claims (6)

1. 液封式真空ポンプの吐出配管に接続され、前記液封式真空ポンプから吐き出される気水混合物を分離する気水分離部と、前記気水分離部の上部に隣接設置され、吐出音を減衰する消音部を備えている気水分離装置であって、
   前記消音部の筒状外壁は、内周部に吸音材を備え、ガスの流れ方向に沿った複数の消音室に区画され、各消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ），（ｎは正整数）に設定されるとともに、夫々の消音室の壁面距離が異なるように設定され、
   前記気水分離部の筒状外壁は、内周部に吸音材を備えることなく、前記消音部の筒状外壁よりも厚肉に形成され、前記消音部の筒状外壁と溶着されている気水分離装置。
2. 前記気水分離部の上部に仕切り壁を介して前記消音部が配置されるとともに、前記仕切り壁に前記気水分離部と前記消音部とを連通する第一連通管が設けられ、
   前記第一連通管の前記気水分離部への突出長さが、前記気水分離部の壁面距離の１/１０以下に設定されている請求項１記載の気水分離装置。
3. 前記消音部は、ガスの流れ方向に沿った第一消音室と第二消音室に区画され、
   前記気水分離部と前記第一消音部を連通する第一連通管と、前記第一消音室と前記第二消音室を連通する第二連通管が設けられ、
   前記第一連通管の開口部とずらせた位置に、前記第二連通管が設けられている請求項１または２記載の気水分離装置。
4. 前記消音部は、ガスの流れ方向に沿った第一消音室と第二消音室に区画され、
   前記第一消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定されるとともに、前記第二消音室の壁面距離が基準吐出音の基本波長λの１／８に設定されている請求項１または２記載の気水分離装置。
5. 前記気水分離部の滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／（４ｎ），（ｎは正整数）に設定されている請求項１から４の何れかに記載の気水分離装置。
6. 前記滞留水の水面と上壁面との距離が基準吐出音の基本波長λの１／４に設定されている請求項５記載の気水分離装置。
   

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