水封式真空ポンプとは
水封式真空ポンプとはポンプのケーシング内に封水と呼ばれる水を入れて内部でインペラ(羽根車)を回転させることによって吸排気を行い、真空状態を生み出す回転式ポンプです。
真空を形成するためにはインペラとケーシングとの空間容積が変化する必要があり、この容積変化をインペラの取り付け位置を中心からずらすことで発生させるエルモ型(偏心型)と、ケーシングの形状を楕円にすることによって発生させるナッシュ型(対称型)が知られています。
ナッシュ型はエルモ型と比較して同一容量であれば形態を小さくすることが可能ですが、生み出される圧力はエルモ型の方が優れているため、現在の真空ポンプにはエルモ型が多く用いられています。
水封式真空ポンプの使用用途
一般的に真空ポンプの使用用途は容器内の気体を排出することによって真空を生み出すことですが、水封式真空ポンプは特に水分の混入した気体の吸引に多く用いられています。これは真空状態の生成の為にすでにポンプ内に封水が用いられていることから、吸排気に水分があってもポンプに影響を与えないためです。また系中の封水がシール材の役目を果たすことから、引火性や腐食性の気体が含まれる条件でも使用することができます。一方で他の真空ポンプと比較して到達真空度が低いとされていましたが、二段式構造の製品ではある程度高真空での使用が可能となっています。
このような特徴から水封式真空ポンプの具体的な使用箇所としては、ターボ型ポンプの呼び水、復水器用真空ポンプ、押し出し機用真空ポンプや液体を使用する工業用途全般等が挙げられます。
水封式真空ポンプの原理
水封式真空ポンプはその名称の通り、封入された水をインペラで回転させることによってリング状とすることで、インペラとケーシング間の容積を変化させ、真空状態を生み出しています。水封式真空ポンプは容積ポンプの一種とされ、すなわち封水は気体を押し出すピストンの役割として働いていると見なすことができます。また封水がリング状に液膜を形成することにより、ポンプ内部がシールされることによって気体のリークをほぼ皆無に抑えることが可能です。
このように水封式真空ポンプはポンプ内の封水が重要な役割を果たしており、封水の状態、特に温度を適切に管理する必要があります。封水はガス圧縮を行うケーシング内に封入されていることから、運転の継続によって温度が上昇し、それによる到達真空度の低下、ガス排気量の低下などが発生してしまいます。この封水温度を保持するための方法としては一般的に、常に封水を交換し続けるように冷却水を流す方法や、循環して封水を再利用する方法、熱交換器を用いて封水を冷却する方法などが知られています。