液封ポンプ

液封ポンプは回転式の容積式ガスポンプであり、遠心力を受けた液体がシールとして機能します。

液封ポンプは真空ポンプとしてよく使用されますが、ガスコンプレッサーとしても使用できます。液封ポンプの機能はロータリーベーンポンプに似ていますが、ベーンがローターの剛性部分であり、回転する液体のリングをかき混ぜて圧縮室のシールを形成するという点が異なります。液封ポンプは本質的に低摩擦設計で、ローターが唯一の可動部分です。滑り摩擦はシャフトシールに限定されます。^[1]液封ポンプは通常、誘導モーターで駆動されます。

液封ポンプは、円筒形のケーシング内に偏心して配置された羽根付きインペラを回転させてガスを圧縮します。ポンプに液体 (通常は水) が送り込まれ、遠心加速によってケーシングの内側に対して移動する円筒形のリングを形成します。この液封により、インペラの羽根の間の空間に一連のシールが形成され、圧縮室が形成されます。インペラの回転軸とケーシングの幾何学的軸の偏心により、羽根とリングで囲まれた容積が周期的に変化します。

ガス（通常は空気）は、ケーシング側面の入口ポートからポンプに引き込まれます。ガスは、インペラの羽根と液体リングによって形成された圧縮室に閉じ込められます。インペラの回転によって体積が減少すると、ガスが圧縮され、ケーシング側面の排出ポートから排出されます。

ポンプの吐出口にある圧縮ガスには少量の作動流体が含まれており、通常は気液分離器で除去されます。

最も古い液封式ポンプは、1903年にドイツでシーメンス・シュッケルトに特許が付与されたときに遡ります。液封式真空ポンプとコンプレッサーに関する米国特許1,091,529は、1914年にルイス・H・ナッシュに付与されました。 ^{[2]これらは、米国コネチカット州ノーウォークの}ナッシュエンジニアリング社によって製造されました。ほぼ同じ時期に、オーストリアで、同様の液封式真空ポンプに関する特許69274がシーメンス・シュッケルトヴェルケに付与されました。

これらのシンプルですが非常に信頼性の高いポンプは、さまざまな産業用途に使用されています。これらは、非凝縮性ガスを除去することによって大型蒸気タービン発電機セットのコンデンサー真空を維持するために使用され、真空レベルは通常 30～50 mbar です。これらは製紙機械でパルプスラリーを脱水し、プレスフェルトから水を抽出するために使用されます。もう 1 つの用途は、成型紙パルプ製品 (卵パックやその他の包装) の真空成形です。その他の用途には、汚染された地下水を真空によって井戸から汲み上げる土壌浄化があります。石油精製では、真空蒸留でもプロセス真空を提供するために液封式真空ポンプが使用されています。液封式コンプレッサーは、蒸気回収システムでよく使用されます。プラスチック押し出し業界では、脱ガス用の真空ポンプとして使用されます。

液体リング システムは、単段式または多段式です。通常、多段式ポンプには、共通シャフト上に最大 2 つのカスケード圧縮段があります。真空サービスでは、達成可能な圧力低下はリング液体の蒸気圧によって制限されます。生成された真空がリング液体の蒸気圧に近づくと、リング液体から放出される蒸気量が増加し、残りの真空容量が減少します。限界に近づくと、システムの効率は低下します。

シングルステージ真空ポンプは、通常、35 torr (mm Hg) または 47 ミリバール (4.7 kPa) までの真空を生成し、2 ステージポンプは、空気がポンプされ、リング液体が 15 °C (59 °F) 以下の水であると仮定して、25 torr までの真空を生成できます。乾燥空気と 15 °C のシーラント水温度は、ほとんどのメーカーがパフォーマンス曲線に使用する標準的なパフォーマンス基準です。

リング液の一部もガス排出流に混入します。この液体は、ポンプ外部の他の装置によってガス流から分離されます。一部のシステムでは、排出されたリング液は熱交換器または冷却塔によって冷却され、その後ポンプ ケーシングに戻されます。一部の循環システムでは、システム構成に応じて、ガスからの汚染物質がリング液に閉じ込められます。これらの汚染物質は、液体が循環し続けるにつれて濃縮され、最終的にはポンプの損傷や寿命の短縮を引き起こす可能性があります。この場合、汚染を許容レベルに抑えるために、ろ過システムが必要です。

非再循環システムでは、排出された熱い液体 (通常は水) は廃棄物として処理されます。この場合、損失を補うために新鮮な冷水が使用されます。環境への配慮により、このような「ワンススルー」システムはますます少なくなっています。

液封式真空ポンプでは、適切な蒸気圧特性があれば、プロセスに適合するあらゆる液体をシーラント液として使用できます。最も一般的なシーラントは水ですが、ほぼすべての液体を使用できます。2 番目に一般的なシーラント液は油です。油の蒸気圧は非常に低いため、油封式液封式真空ポンプは通常、空冷式です。乾燥塩素ガス用途では、濃硫酸がシーラントとして使用されます。

あらゆる液体を使用できることから、液封式真空ポンプは溶媒（蒸気）の回収に最適です。たとえば、蒸留や真空乾燥機などのプロセスでトルエン蒸気が発生する場合、冷却水が十分に冷えていて、シール液の蒸気圧を低く保ち、必要な真空を得られる状態であれば、液体トルエンをシール剤として使用できます。^[3]

液封式真空ポンプ内のイオン液体は真空圧を約70mbarから1mbar未満まで下げることができる。 ^[4]

ウィキメディア・コモンズには、液体リングポンプに関連するメディアがあります。