JP5670072B2 - 真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造及び軸シール方法、並びに真空蒸発装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造及び軸シール方法、並びに、真空蒸発装置に関し、さらに詳しくは、ロータ室内から漏洩した水蒸気により軸受のグリースや潤滑油が汚染されるのを防止するのに好適な構造及びその方法、並びにそのような好適な軸シール構造を備えたルーツブロワを有する真空蒸発装置に関するものである。

従来の真空蒸発器用ルーツブロワにおける軸シールとしては、メカニカルシールが用いられている。このようなメカニカルシール方式を使用する場合は、高精度のシール構造を実現できる。しかしながら、メカニカルシールは極めて高価であり、特に、ルーツブロワにおいては、一対の回転軸を有するため、各回転軸両側の４箇所をシールする必要がある。従って、安価な蒸発器のために、蒸発器用ルーツブロワの軸シールとしては、メカニカルシールを採用できない。

一方、ルーツポンプ式過給機の軸シールとしては、オイルシールを用いたものが提案されている（以下の特許文献１参照。）このようなオイルシール方式を蒸発器用ルーツブロワの軸シールとして採用すれば、高価なメカニカルシールを用いずに、軸シールを実現できる。

実開昭６３−１４３７９３号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のルーツポンプ式過給機は空気圧縮を行うものであり、一方、蒸発器用ルーツブロワは水蒸気圧縮を行うものである。従って、ルーツポンプ式過給機の場合には、オイルシールの採用により、ロータ室内から僅かの空気が軸受側に侵入しても、運転の支障とならない。これに対して、蒸発器用ルーツブロワの場合には、オイルシールの採用により、ロータ室内から僅かの水蒸気が軸受側に侵入すると、軸受のグリースや潤滑油が水蒸気に汚染されてしまい、運転不可状態となる。そのため、短期間でグリースや潤滑油の交換が必要となり、実用的ではない。

本願発明は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、軸受とロータ室間の軸シールとしてオイルシールを採用すると共に、ロータ室内から漏洩した水蒸気を外部に排出し、水蒸気が軸受側に漏れないようにして、軸受のグリースや潤滑油が水蒸気により汚染されることを防止するようにした真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造及び軸シール方法、並び当該軸シール構造を備えた真空蒸発装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、互いに噛み合う一対のロータと、一対のロータの各回転軸を軸支する軸受とをケーシング内に収容し、各軸受とロータ室との間における回転軸とケーシングとの間に、シール手段をそれぞれ設けた真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造であって、前記複数のシール手段のうち少なくとも１以上のシール手段をオイルシールで構成すると共に、該オイルシールと該オイルシールに対応する軸受との間のケーシングには、外気と連通し外気をケーシング内の該オイルシールと該軸受との間の空間に導く空気注入孔、及びケーシング内の前記空間に導かれた空気を外部に排出する排出孔が形成され、前記排出孔は真空源に真空ラインを介して接続されていることを特徴とする。

上記構成により、以下の作用・効果を奏する。
（１）軸受とロータ室間の軸シールとしてオイルシールを採用することにより、安価な軸シール構造を実現できる。
（２）外気が空気注入孔からケーシング内に注入され、排出孔、真空ラインを通じて真空源から外部に排出される空気の流れが発生する。これにより、ロータ室から漏れた水蒸気が、上記の空気の流れに随伴して外部に排出されるので、軸受側に浸入することはない。この結果、グリースや潤滑油が水蒸気により汚染されることが防止される。従って、オイルシールの採用に伴う、ロータ室からの漏れ水蒸気によるグリースや潤滑油の汚染の問題を簡単な構造により解消できることになる。
なお、コストの低減を図る観点からは、ロータ室と各軸受間におけるシール手段の全てを、オイルシールとする構成が最も好ましい。

また、本発明は、互いに噛み合う一対のロータと、一対のロータの各回転軸を軸支する軸受とをケーシング内に収容し、各軸受とロータ室との間における回転軸とケーシングとの間に、シール手段をそれぞれ設けた真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール方法であって、前記複数のシール手段のうち少なくとも１以上のシール手段をオイルシールで構成すると共に、該オイルシールと該オイルシールに対応する軸受との間の空間内に、外気を注入し、この注入された外気に、ロータ室から漏洩する水蒸気を随伴させ、外部に吸引排出することを特徴とする。

上記構成により、軸シールとしてオイルシールを採用すると共に、ロータ室内から漏洩した水蒸気を外部に排出し、水蒸気が軸受側に漏れないようにして、潤滑油やグリースが水蒸気により汚染されることを防止するようにした真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール方法を実現できる。

また、本発明は、真空蒸発装置であって、供給された処理液を蒸発させる蒸発器と、請求項１記載の軸シール構造を備えたルーツブロワであって、前記蒸発器にて生成された蒸気を断熱圧縮する、そのようなルーツブロワと、加熱器と、前記加熱器及び蒸発器内部を真空に保持すると共に、前記ルーツブロワの前記排気孔に接続される真空源と、を備え、前記ルーツブロワにより温度と圧力が上昇した蒸気を前記加熱器に戻して処理液を加熱するための熱源とするように構成されていることを特徴とする。
上記の如く、請求項１記載の軸シール構造を備えたルーツブロワを備えることにより、性能の安定した真空蒸発装置が実現できる。

本発明によれば、軸受とロータ室間の軸シールとしてオイルシールを採用することにより、安価な軸シール構造を実現できる。更に、外気が空気注入孔からケーシング内に注入され、排出孔、真空ラインを通じて真空源から外部に排出される空気の流れが発生する。これにより、ロータ室から漏れた水蒸気が、上記の空気の流れに随伴して外部に排出されるので、軸受側に浸入することはない。この結果、グリースや潤滑油が水蒸気により汚染されることが防止される。従って、オイルシールの採用に伴う、ロータ室からの漏れ水蒸気によるグリースや潤滑油の汚染の問題を簡単な構造により解消できることになる。

実施の形態に係る真空蒸発器用ルーツブロワを備えた真空濃縮装置の全体構成図。 実施の形態に係る真空蒸発器用ルーツブロワの断面図。 図２のＡ１−Ａ１矢視断面図。 図２のＡ２−Ａ２矢視断面図。 図２のＡ３−Ａ３矢視断面図。

以下、本発明を実施の形態に基づいて詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１は実施の形態に係る真空蒸発器用ルーツブロワを備えた真空濃縮装置の全体構成図である。真空濃縮装置１は、供給された処理液を蒸発させる蒸発器２と、発生蒸気を断熱圧縮するルーツブロワ３と、加熱器４とを備え、ルーツブロワ３により温度と圧力が上昇した蒸気を加熱器４に戻して処理液を加熱するための熱源とするように構成されている。

蒸発器２はフラッシュ型蒸発器であって、フラッシュ缶５を備える。フラッシュ缶５は、筒形に形成されており、内部に処理液６を貯留することができるようになっている。蒸発器２は、処理液６を循環するための循環流路７を備える。循環流路７には、循環ポンプ８及び散布器９が配置されている。循環ポンプ８はフラッシュ缶５の底部に接続されている。散布器９はフラッシュ缶５の上部に配置されており、処理液６をフラッシュ缶５の内部に散布できるように形成されている。

フラッシュ缶５は、処理液の蒸気を外部に排出するための排出管としての管１０を備えている。ヒートポンプとして機能するルーツブロワ３は、管１０aに接続されている。ルーツブロワ３の出口側は、管１０ｂを介して加熱器４に接続されており、フラッシュ缶５の上部の蒸気を加熱器４に移送することができるように形成されている。なお、加熱器４には、真空ライン１１ａを介して真空ポンプ１２が接続されている。この真空ポンプ１２によって加熱器４、フラッシュ缶５等の内部が真空に保持されている。

ルーツブロワ３には、４つの空気注入孔３３及び４つの排出孔３４が形成されている。各排出孔３４は、真空ライン１１ｂを介して真空ポンプ１２に接続されている。このような構成により、ルーツブロワ３のロータ室３１（図２、図３参照）内から漏洩した水蒸気を外部に排出し、水蒸気が軸受側に漏れないようにして、軸受のグリースや潤滑油が水蒸気により汚染されることを防止している。この点に関しては、後述する。

上記構成の真空濃縮装置の処理動作の概要は、以下の通りである。
循環ポンプ８の駆動により、フラッシュ缶５に貯留する処理液６は加熱器４に導かれる。加熱器４では、ルーツブロワ３から供給される蒸気と処理液６とが熱交換されて処理液６が加熱される。加熱された処理液６は散布器９に導かれ、散布器９からフラッシュ缶５内部に散布される。これにより、処理液６はフラッシュ蒸発し、蒸気が生成される。この生成された蒸気はルーツブロワ３に供給され、ルーツブロワ３にて断熱圧縮されて温度及び圧力が上昇した後に加熱器４に送られ、加熱器４の加熱源として利用される。散布器９から散布された処理液６のうち蒸発しなかった残りは、フラッシュ缶５に貯留され、再び、循環流路７を巡る。このようなプロセスが繰り返されることにより、循環液が濃縮されることになる。

図２は実施の形態に係る真空蒸発器用ルーツブロワの断面図、図３は図２のＡ１−Ａ１矢視断面図、図４は図２のＡ２−Ａ２矢視断面図、図５は図２のＡ３−Ａ３矢視断面図である。ルーツブロワ３は、水蒸気吸入口２１（図３参照）及び水蒸気吐出口２２（図３参照）を有するケーシング２３を備え、ケーシング２３内には、非接触で互いに噛み合う一対の繭型ロータ２４Ａ，２４Ｂが水平に並んで収納されている。本実施の形態では、繭型ロータ２４Ａ，２４Ｂは３葉型であるが、２葉型であってもよい。

繭型ロータ２４Ａの回転軸２５Ａは従動軸であり、繭型ロータ２４Ｂの回転軸２５Ｂは駆動軸である。回転軸２５Ａは、ケーシング２３の側壁２３ａ，２３ｂを貫通し、側壁２３ａ，２３ｂと回転軸２５Ａとの間に介装された軸受２６ａ，２６ｂによって回転自在に軸支されている。回転軸２５Ｂも、回転軸２５Ａと同様に、ケーシング２３の側壁２３ａ，２３ｂを貫通し、側壁２３ａ，２３ｂと回転軸２５Ｂとの間に介装された軸受２６ｃ，２６ｄによって回転自在に軸支されている。

回転軸２５Ａ，２５Ｂの一方の端部（図２の右側端部）には、ギヤ２７ａ，２７ｂが固定され、この両ギヤ２７ａ，２７ｂは互いに噛合している。上記ケーシング２３の一方の側壁２３ａには、ギヤケース２８が接合され、ギヤケース２８と側壁２３ａとの間にオイル室２９が形成され、このオイル室２９の下部に潤滑油が貯留されている。そして、ギヤ２７ｂの下部が、オイル室２９に貯留されている潤滑油に浸漬されている。

また、上記ケーシング２３の他方の側壁２３ｂには、軸受カバー３０が接合され、回転軸２５Ｂの他方の端部（図２の左側端部）が軸受カバー３０から外部に突出し、この突出端部に従動プーリ３１が固定されている。そして、モータ（図示せず）の出力軸に固定される駆動プーリ（図示せず）と従動プーリ３１との間にエンドレスベルト（図示せず）が巻き付けられ、モータの回転駆動力を駆動プーリ、エンドレスベルト及び従動プーリ３１を介して回転軸２５Ｂに伝達して繭型ロータ２４Ｂを回転させるとともに、この回転力をギヤ２７ｂ，２７ａを介して回転軸２５Ａに伝達し、繭型ロータ２４Ａ及び繭型ロータ２４Ｂを互いに反対方向に同期回転させることにより、水蒸気を水蒸気吸入口２１から繭型ロータ２４Ａ，２４Ｂを収納するロータ室３１内に吸い込んで圧縮し、高温・高圧の水蒸気として水蒸気吐出口２２から吐出するようになっている。

このような構成のルーツブロワ３において、潤滑油がロータ室３１へ浸入しないように、また、ロータ室３１からの漏れ水蒸気が軸受側へ浸入しないように、回転軸２５Ａと側壁２３ａとの間にオイルシール３２ａが装着され、回転軸２５Ａと側壁２３ｂとの間にオイルシール３２ｂが装着され、回転軸２５Ｂと側壁２３ａとの間にオイルシール３２ｃが装着され、回転軸２５Ｂと側壁２３ｂとの間にオイルシール３２ｄが装着されている。このような軸シールとしてオイルシール３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを採用することにより、安価な軸シール構造を実現できる。

ここで、上記のように、軸シールとしてオイルシールを採用することにより、ロータ室３１から漏れた水蒸気が軸受側に浸入するという問題が生じるが、この点を解消するために、以下の構造を採用している。即ち、オイルシール３２ａと軸受２６ａとの間の側壁２３ａに、空気注入孔３３及び排出孔３４が形成されている（図４参照）。空気注入孔３３は、図４に示すように、その一方の開口３３ａが大気と連通し、他方の開口３３ｂが、オイルシール３２と軸受２６ａとの間の微小な空間３５と連通している。一方、排出孔３４は、図４に示すように、その一方の開口３４ａが真空ライン１１ｂに接続され、他方の開口３４ａが微小な空間３５と連通している。オイルシール３２ｂと軸受２６ｂとの間の側壁２３ｂ、オイルシール３２ｃと軸受２６ｃとの間の側壁２３ａ、及びオイルシール３２ｄと軸受２６ｄとの間の側壁２３ｂにも、同様の構成を有する空気注入孔３３及び排出孔３４がそれぞれ形成されている（図４及び図５参照）。

このような構成により、真空ポンプ１２が駆動されると、上記４箇所の各空間３５において、大気が空気注入孔３３に導かれて空間３５内に注入され、空間３５内に注入された空気は、排出孔３４、真空ライン１１ｂを通じて真空ポンプ１２から外部に排出される。即ち、空気注入孔３３→空間３５→排出孔３４→真空ラインを巡る空気の流れが発生する。このため、ロータ室３１から漏れた水蒸気が、空気の流れに随伴して外部に排出されるので、軸受側に浸入することはない。この結果、グリースや潤滑油が水蒸気により汚染されることが防止されることになる。

こうして、オイルシールの採用により軸シール構造を安価にでき、しかも、簡単な構造により、軸受のグリースや潤滑油が水蒸気により汚染されることを防止した軸シール構造を実現することが可能となる。

ここで、参考まで述べると、ロータ室３１から漏れる水蒸気量は僅かであるため、ケーシングに単に貫通孔を形成しただけでは、水蒸気を効率良く外部に排出できない。そこで、空気注入孔３３及び排出孔３４を形成すると共に、排出孔３４を真空ライン１１ｂに接続し、空気の流れを発生させることにより、その空気の流れに水蒸気を随伴させて、外部に吸引排出するようにしたものである。

なお、外気がルーツブロワ機体内に浸入すると、性能の低下を招く。そこで、外気がルーツブロワ機体内に浸入する恐れのある、回転軸２５Ｂが軸受カバー３０を貫通する箇所の軸シールとしては、シール精度の高いメカニカルシール４０（図２参照）を用いている。換言すれば、本実施の形態におけるルーツブロワの軸シール構造としては、（１）軸受とロータ室間の軸シールとしては、オイルシールを用い、それらの箇所には空気注入孔及び排出孔を設け、（２）回転軸が軸受カバーを貫通する箇所の軸シールとしては、メカニカルシールを用いる（空気注入孔及び排出孔を設けない）ように構成した。

（その他の事項）
（１）上記実施の形態では、４つの軸受とロータ室との間の計４箇所の軸シールを、全てオイルシールを用い、それらの箇所には空気注入孔及び排出孔を設けるように構成したが、本発明はこれに限定されず、１箇所又はそれ以上の箇所にオイルシールを用い、当該箇所には空気注入孔及び排出孔を設け、残余の箇所はメカニカルシールを用いる構成としてもよく、このように構成すれば、４箇所全てをメカニカルシールとする構成に比べれば、コストの低減を図ることができる。勿論、上記実施の形態のように、４箇所全てをオイルシールとする構成が、コストの低減を図る観点からは、最も好ましい。

（２）空気注入孔３３にエアフィルタを装着し、外部空気はエアフィルタにより不純成分が除去され、清浄空気として空間３５に吸入されるように構成してもよい。

（３）上記実施の形態では、繭型ロータを使用したルーツブロワを例示したが、インボリュート型のロータや、その他の形状のロータを使用したルーツブロワにおいても本発明は適用できる。

（４）上記実施の形態では、潤滑油の供給がオイルバス方式のルーツブロワを例示したが、潤滑油ポンプ方式のルーツブロワにおいても本発明は適用できる。

（５）上記実施の形態では、加熱部（加熱器４）と蒸発部（フラッシュ缶５）とが分離したフラッシュ型蒸発器を備えた真空蒸発装置を例示したが、加熱部と蒸発部が一体化した水平管型蒸発器を備えた真空蒸発装置にも本発明は適用できる。

本発明は、真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造及び軸シール方法並びに真空蒸発装置に適用することが可能である。

１：真空蒸発装置
３：真空蒸発器用ルーツブロワ
１１ａ，１１ｂ：真空ライン
１２：真空ポンプ（真空源）
２３：ケーシング
２３ａ，２３ｂ：ケーシング２３の側壁
２４Ａ，２４Ｂ：繭型ロータ
２５Ａ，２５Ｂ：回転軸
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ：軸受
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ：オイルシール
３３：空気注入孔
３４：排出孔
３５：空間
４０：メカニカルシール

Claims (3)

1. 互いに噛み合う一対のロータと、一対のロータの各回転軸を軸支する軸受とをケーシング内に収容し、各軸受とロータ室との間における回転軸とケーシングとの間に、シール手段をそれぞれ設けた真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造であって、
   前記複数のシール手段のうち少なくとも１以上のシール手段をオイルシールで構成すると共に、該オイルシールと該オイルシールに対応する軸受との間のケーシングには、外気
   と連通し外気をケーシング内の該オイルシールと該軸受との間の空間に導く空気注入孔、及びケーシング内の前記空間に導かれた空気を外部に排出する排出孔が形成され、
   前記排出孔は真空源に真空ラインを介して接続されていることを特徴とする真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール構造。
2. 互いに噛み合う一対のロータと、一対のロータの各回転軸を軸支する軸受とをケーシング内に収容し、各軸受とロータ室との間における回転軸とケーシングとの間に、シール手段をそれぞれ設けた真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール方法であって、
   前記複数のシール手段のうち少なくとも１以上のシール手段をオイルシールで構成すると共に、
   該オイルシールと該オイルシールに対応する軸受との間の空間内に、外気を注入し、この注入された外気に、ロータ室から漏洩する水蒸気を随伴させ、外部に吸引排出することを特徴とする真空蒸発器用ルーツブロワの軸シール方法。
3. 供給された処理液を蒸発させる蒸発器と、
   請求項１記載の軸シール構造を備えたルーツブロワであって、前記蒸発器にて生成された蒸気を断熱圧縮する、そのようなルーツブロワと、
   加熱器と、
   前記加熱器及び蒸発器内部を真空に保持すると共に、前記ルーツブロワの前記排出孔に接続される真空源と、
   を備え、
   前記ルーツブロワにより温度と圧力が上昇した蒸気を前記加熱器に戻して処理液を加熱するための熱源とするように構成されていることを特徴とする真空蒸発装置。

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