JP5569304B2 - 水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置 - Google Patents

Description

この発明は、真空冷却装置，滅菌装置，洗浄装置などの水封式真空ポンプを用いた減圧システムに用いられる水封式真空ポンプの起動時騒音低減方法および装置に関する。

従来、水封式真空ポンプの起動時における騒音低減方法が特許文献１などで提案されている。この特許文献１の脱酸素システム（以下、減圧システムという。）においては、真空脱気作動時に、脱酸素モジュール（以下、被減圧対象という。）から停止時真空保持用の電磁弁までの区間が真空状態に保持されているため、封水供給ライン側からの封水が、負圧作用によって真空ポンプ内に急激に流れ込むことによって、起動時の騒音が発生する。

この騒音発生を防止すべく、特許文献１では、真空脱気ラインに設けた第２のバルブを開いた後、ディレータイム経過後、封水供給ラインに設けた第１のバルブを開くように制御することで、再起時における水封式ポンプに対する封水の過剰流れ込みを阻止し、封水の過剰流れ込み時のキャビテーションに起因する騒音、並びにポンプ駆動動力のロスを低減するようにしている。

この真空保持用の電磁弁の代わりに、真空ポンプから被減圧対象方向への流れを阻止する逆止弁を用いた減圧システムが実用化されている。この逆止弁を用いた減圧システムでは、逆止弁の作用により、封水供給ライン側からの封水が、負圧作用によって真空ポンプ内に急激に流れ込むことが防止され、起動時の騒音が低減されるはずである。ところが、真空ポンプ停止後、ケーシング内に吐出管から水が流入する結果、起動時の騒音低減が不十分であることが判明した。

特開平３−３２７９２号公報

この発明が解決しようとする課題は、水封式真空ポンプの起動時の騒音を低減することである。

請求項１に記載の発明は、モータと、前記モータにより駆動される羽根車を収容し、被減圧対象と接続される吸入管，封水供給管および吐出管を接続したケーシングとを備える水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置であって、前記吸入管には、前記水封式真空ポンプから前記被減圧対象方向への流れを阻止する逆止弁が設けられるか、前記モータの発停に連動して開閉する電磁弁が設けられており、前記吸入管には、前記逆止弁または前記電磁弁よりも前記ケーシング側に、常時開のエアリークバルブを備えたエアリーク機構が接続されており、前記モータおよび前記封水供給管に設けた封水弁を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記封水弁の閉鎖から設定時間遅れて前記モータを停止することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記モータ起動時に前記ケーシング内に多量の封水が存在することがなくなり、起動時の騒音を低減することができる。また、前記モータの停止を設定時間遅らせるという簡単な構成により、構成を複雑化させることなく、騒音低減を実現できるという効果を奏する。

この発明によれば、水封式真空ポンプの起動時にケーシング内に多量の封水が存在することがなくなり、起動時の騒音を低減することができるとともに、構成を複雑化させることなく、騒音低減を実現できるという効果を奏する。

この発明の水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置の実施例１を備える減圧システムの概略構成図である。 同実施例１の主要部の構成を模式的に説明する図である。 同実施例１の制御手順を説明するフローチャート図である。 同実施例１の真空ポンプと封水弁の作動を説明するタイムチャート図である。 この発明の実施例２の制御手順を説明するフローチャート図である。 同実施例２の真空ポンプと封水弁の作動を説明するタイムチャート図である。 同実施例１およびこの発明の実施例２の騒音低減効果を比較例との対比で説明する図表である。 この発明の実施例３を備える減圧システムの概略構成図である。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、真空冷却装置，滅菌装置，洗浄装置などの水封式真空ポンプを用いた減圧システムに好適に実施される。

（方法の実施の形態）
まず、水封式真空ポンプの起動時騒音低減方法（方法の実施の形態）について説明する。この実施の形態の水封式真空ポンプの起動時騒音低減方法は、モータと、前記モータにより駆動される羽根車を収容し、被減圧対象と接続される吸入管，封水供給管および吐出管を接続したケーシングとを備える水封式真空ポンプの起動時騒音低減方法である。

前述のように、特許文献１のような減圧システムにおいて、真空保持用の電磁弁を逆止弁に代えても、水封式真空ポンプの起動時に高レベルの騒音が発生する。この出願の発明者等がその原因を追究した結果、ポンプ起動時の騒音は、ポンプ停止時に、吐出管内に存在する排水がケーシングへ逆流し、ケーシング内が満水あるいは満水に近い状態となることによって生じることが分かった。

この知見に基づき、この方法の実施の形態においては、水封式真空ポンプの封水のケーシング内への供給を停止するとともに、封水の前記ケーシング内への供給停止から設定時間遅れて水封式真空ポンプのモータを停止することにより、起動時の騒音を低減するものである。

この方法の実施の形態によれば、前記モータを停止する際には、まず、前記ケーシング内への新たな封水の供給が停止される。そして、設定時間遅れて前記モータを停止する。その結果、前記モータ起動時に前記ケーシング内に満水状態のような多量の封水が存在するといった事態を避けることができ、キャビテーション現象などに起因する起動時の騒音を低減することができる。また、キャビテーションが防止されるので、前記羽根車の減肉や破損を低減できる。前記設定時間は、封水の供給を長時間停止させると、ポンプの潤滑がなくなりロックするので、できるだけ短い方が良く、起動時の騒音低減とロック防止との兼ね合いで設定する。

この実施の形態においては、前記モータの駆動により前記羽根車が回転して、前記吐出管に空気を送り出すようになると、前記モータが停止される。これは、前記モータ停止時に前記吐出管および前記ケーシング内が蒸気と水で満たされている場合に逆流が生じ易く、前記ケーシング近傍の前記吐出管の空気の存在割合を高くすると、逆流が減少するという知見に基づく。

この実施の形態によれば、減圧システムの構成要素を増加することなく、すなわち構成を複雑化させることなく、起動時の騒音低減を実現できる。

なお、前記モータを停止する際に、前記吐出管に存在する排水の前記ケーシング内への逆流を減少させる方法は、つぎの３つの方法によっても実現可能である。第一の方法は、前記吐出管の前記ケーシングに対する取付傾斜角度を水平または水平より下向きとすることにより、前記吐出管に存在する封水を装置外へ排出する方法である。この方法では、前記吸入管に後記エアリーク機構を備える必要があり、前記モータを停止すると、逆流はするが、前記ケーシング内に入った空気により排水される。但し、その排水には時間がかかり、発停頻度の高い場合には、騒音低減効果が得られにくい。

第二の方法は、前記ケーシングに戻らないように前記吐出管の長さを短くする方法である。この方法は、設計の自由度を制限される課題がある。

第三の方法は、前記吐出管の前記ケーシング近傍に、ポンプ停止時に閉じる逆止弁または電磁弁を設ける方法である。しかしながら、この方法は、前記実施の形態と比較して、新たに逆止弁または電磁弁を必要とするので、構成が複雑となるとともに、前記逆止弁による圧損が生ずるという点で劣る。

（装置の実施の形態）
つぎに、この発明の水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置の実施の形態（装置の実施の形態）を説明する。この実施の形態の水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置は、前記方法の実施の形態を実現する装置である。

この装置の実施の形態は、モータと、前記モータにより駆動される羽根車を収容し、被減圧対象と接続される吸入管，封水供給管および吐出管を接続したケーシングとを備えている。そして、前記モータおよび前記封水供給管に設けた封水弁を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記封水弁の停止から設定時間遅れて前記モータを停止する制御を行うように構成されている。

この装置の実施の形態は、前記方法の実施の形態を実現するので、前記方法の実施の形態と同様な作用効果を奏する。

この装置の実施の形態においては、好ましくは、前記吸入管に直接的または間接的にエアリーク機構を備える。間接的とは、前記吸入管と直接接続していないが、前記ケーシン
グの吸入口に連通する状態で接続されていることを意味する。前記エアリーク機構は、特開平５−９６１０４号公報に示されるリーク機構と同様な構成で、エアリーク管に常時開のエアリークバルブを備え、同様な機能をなすものであって、水封式真空ポンプの運転時の騒音を低減させるために設けられる周知のものである。

このエアリーク機構備えることにより、前記吸入管から水蒸気と水だけが流入する場合であっても、前記モータの遅延停止時には、前記エアリーク機構から前記ケーシングおよび前記吐出管内へ入っている水に対する空気の割合が高くなる。その結果、前記モータ停止時に前記吐出管に存在する排水の前記ケーシング内への逆流が減少するので、起動時の騒音低減を実現できる。

ここで、装置の実施の形態の構成要素を説明する。前記水封式真空ポンプは、モータと、前記モータにより駆動される羽根車を収容し、被減圧対象と接続される吸入管，封水供給管および吐出管を接続したケーシングとを備える構成のものであれば、特定の構造，型式のものに限定されない。

前記吸入管には、好ましくは、前記被減圧対象と前記ケーシングとの間に、前記ケーシングから前記被減圧対象方向への流れを阻止する逆止弁を備える。この逆止弁は、特許文献１のように電磁弁に代えることができる。電磁弁とした場合には、前記モータ停止とともに閉じるように構成する。

また、前記被減圧対象は、特定のものに限定されないものであり、減圧システムによって異なる。前記被減圧対象は、減圧システムが真空冷却装置の場合は、冷却室であり、滅菌装置の場合は、滅菌室であり、特公昭６３−３２４５９号公報に示されるような沸騰洗浄装置の場合は、洗浄水を減圧して沸騰させる洗浄室となる。

さらに、前記水封式真空ポンプと前記被減圧対象との間には、必要に応じて蒸気を凝縮する凝縮用熱交換器を設けることができる。さらに、この凝縮用熱交換器に加えて、前記被減圧対象と凝縮用熱交換器との間に蒸気エゼクタを設けることができる。

この発明の実施例１の水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置１を図面に従い説明する。図１は、この発明の水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置１を備える減圧システムの概略構成図であり、図２は、同実施例１の主要部の構成を模式的に説明する図であり、図３は、同実施例１の制御手順を説明するフローチャート図であり、図４は、同実施例１の真空ポンプと封水弁の作動を説明するタイムチャート図であり、図７は、同実施例１およびこの発明の実施例２の騒音低減効果を比較例との対比で説明する図である。

（実施例１の構成）
図１を参照して、実施例１の起動時騒音低減装置１は、水封式真空ポンプ（以下、単にポンプと称する。）２と、制御器３とを主要部として備えている。

ポンプ２は、凝縮用熱交換器４および逆止弁５を設けた減圧ライン６により被減圧対象７と接続されている。逆止弁５は、ポンプ２から被減圧対象７方向への流れを阻止するものである。減圧ライン６のうち逆止弁５を備えポンプ２に接続される部分を吸入管８と称する。被減圧対象７は、この実施例１では、沸騰洗浄装置の洗浄室である。

また、ポンプ２は、封水弁９を設けた封水供給管１０および吐出管１１と接続されている。符号１２は、冷却用水供給管で、冷却用水供給管１２には、ポンプ２の運転時に開く冷水弁（図示省略）と、凝縮用熱交換器４の第一熱交換部１４と間接熱交換する第二熱交
換部１５とを設けている。

図２を参照して、ポンプ２は、モータ１６と、ケーシング１７とを含んで構成されている。ケーシング１７は、モータ１６により駆動される羽根車１８を収容するとともに、吸入管８と、封水供給管１０と、吐出管１１とを接続している。吐出管１１は、ケーシング１７に対して上向き垂直に，すなわちケーシング１７に対する取付傾斜角度Ｘを９０度として取付けている。吸入管８には、エアリーク機構１９が接続されている。

制御器３は、予め記憶した制御手順に基づき、モータ１６，封水弁９などを制御する。この制御手順には、起動時騒音低減手順が含まれている。この起動時騒音低減手順は、ポンプ２の停止時の制御であって、ポンプ２の停止の際に、まず封水弁９を停止してから第一設定時間Ｔ１だけ遅れてモータ１６を停止する制御である。この起動時騒音低減手順を図３に示す。

（実施例１の動作）
つぎに、実施例１の動作を図面に基づき説明する。図３を参照して、制御器３は、処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮと称する。）でポンプ２の停止信号を受けたかどうかを判定する。Ｓ１でＹＥＳが判定されると、Ｓ２へ移行して封水弁９を閉じる。ついで、Ｓ３へ移行して、封水弁９を閉じてから第一設定時間Ｔ１が経過したかどうかを判定する。Ｓ３でＹＥＳが判定されると、Ｓ４へ移行して、モータ１６を停止する。こうして、図４に示すように、ポンプ２の停止の際に、封水弁９の停止から第一設定時間Ｔ１だけ遅れてモータ１６が停止される。

この制御によるポンプ２起動（始動）時の騒音低減の効果は、実験により確かめられた。その実験の結果を図７に示す。この実験は、図１および図２に示す装置において、ケーシング１７より３０mm離れた位置に騒音計を配置して、ポンプ２起動時から数秒間の最大の騒音を測定したものである。また、吸引気体は、５０℃の蒸気と空気で、封水の温度は２５℃〜３０℃であった。実施例１では、第一設定時間Ｔ１をそれぞれ１秒，３秒（後記第二設定時間Ｔ２を０秒）としたものを実験例１，実験例２とした。また、第一設定時間Ｔ１を０秒（後記第二設定時間Ｔ２を０秒）としたものを比較実験例１としている。図７に示す図表で示す±１〜４dBは、測定５回の標準偏差を意味している。

実施例１の実験例１および実験例２と比較実験例１との騒音値との比較から、最大で約１０dB騒音が低減されていることが分かる。なお、低減された起動時の騒音値は、モータ１６の回転数が一定となった水封式真空ポンプの定常運転時の騒音値８５〜８９dBとほぼ等しくなった。

この起動時の騒音の低減は、つぎのようにしてもたらされると考えられる。すなわち、モータ１６がケーシング１７内へ封水の供給停止から第一設定時間Ｔ１遅れて停止するので、ケーシング１７内およびケーシング１７近くの吐出管１１内に存在する空気の排水に対する割合が高くなる。その結果、ポンプ２の停止時に吐出管１１内に存在する排水のケーシング１７内への逆流が減少する。こうして、ケーシング１７内が満水状態とならず、ケーシング１７内の封水の量が水封式真空ポンプの定常運転時と同程度となるので、モータ１６を遅延停止させない比較例と比較してポンプ２の起動時の騒音が低減される。

この発明は、前記実施例１に限定されないものであり、図３に示すポンプ２停止時の制御手順に加えて、図５のポンプ２起動時の制御手順を行う実施例２を含むものである。以下に、実施例１と異なる構成を中心に説明する。実施例１と異なるのは、図５の制御手順が加わっただけで、その他の構成は実施例１と同じである。

図５の制御について説明する。制御器３は、処理ステップＳ５でポンプ２を起動（始動）する条件を満たしているかどうかを判定する。Ｓ５でＹＥＳが判定されると、Ｓ６へ移行してモータ１６を駆動する。ついで、Ｓ７へ移行して、モータ１６を駆動してから第二設定時間Ｔ２が経過したかどうかを判定する。Ｓ７でＹＥＳが判定されると、Ｓ８へ移行して、封水弁９を開く。

こうして、図６に示すように、ポンプ２の起動時、モータ１６の駆動から第二設定時間Ｔ２だけ遅れて封水弁９を開く制御が行われる。

図５の制御を加えた実施例２の騒音低減効果は、実施例１と同様にして、同じ条件の実験により確かめた。実施例２では、第一設定時間Ｔ１をそれぞれ１秒，３秒とし、第二設定時間Ｔ２をそれぞれ１秒，３秒としたものを実験例３，実験例４とした。また、第一設定時間Ｔ１を０秒とし、第二設定時間Ｔ２を１秒，３秒としたものを比較実験例２，３としている。

この結果から明らかなように、図５の制御を加えても起動時の騒音低減の効果に変わりがない。

また、この発明は、実施例１の逆止弁５を電磁弁２０に代えた図８に示す実施例３を含むものである。この実施例３では、電磁弁２０をモータ１６の起動，停止に連動して、それぞれ開，閉とする制御を行う。この制御により、実施例３は、実施例１と同様に動作する。そして、この実施例３では、特許文献１と同様に、ポンプ２起動時に、電磁弁２０を開いた後、設定時間経過後に封水弁９を開く制御を付加することができる。

１ 起動時騒音低減装置
２ 水封式真空ポンプ
３ 制御器
７ 被減圧対象
８ 吸入管
９ 封水弁
１０ 封水供給管
１１ 吐出管
１６ モータ
１７ ケーシング
１８ 羽根車

Claims (1)

1. モータと、前記モータにより駆動される羽根車を収容し、被減圧対象と接続される吸入管，封水供給管および吐出管を接続したケーシングとを備える水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置であって、
   前記吸入管には、前記水封式真空ポンプから前記被減圧対象方向への流れを阻止する逆止弁が設けられるか、前記モータの発停に連動して開閉する電磁弁が設けられており、
   前記吸入管には、前記逆止弁または前記電磁弁よりも前記ケーシング側に、常時開のエアリークバルブを備えたエアリーク機構が接続されており、
   前記モータおよび前記封水供給管に設けた封水弁を制御する制御器を備え、
   前記制御器は、前記封水弁の閉鎖から設定時間遅れて前記モータを停止する
   ことを特徴とする水封式真空ポンプの起動時騒音低減装置。

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