Drain discharge device in vacuum system

本発明は、真空機器内及び真空配管内のドレン水を排出する装置に関するものである。

印刷工場等、真空を必要とする工場には、真空発生源より負荷装置近辺までを、真空配管を施設させてそのニーズに対応させている。
ところが、負荷側で真空を消費（配管内に大気流入）した際、大気内の水蒸気や水分が配管内に入り込み、真空発生源へと向かってしまう。 この場合、印刷工場や半導体工場で用いる真空発生源は、乾式（いわゆるオイルフリー式）が主体であり、水分（以下説明をしやすくするためにドレンと表記）により故障の原因となってしまう。

そこで、真空発生源より負荷装置近辺までを往来する真空配管中途に、一時的に水分を貯留する気液分離装置や真空タンクを施設し、乾式の真空発生源に水分を流入させないように行っている。 しかし、工場によっては２４時間操業となり、その場合は前出の気液分離装置や真空タンク内のドレンを排出する必要があった。 真空発生源を停止することなくドレンを排出する機構が求められていた。 そのため、手動操作によりドレン排出を行う場合もあったが、少なくとも２以上のバルブ操作が必要であり、誤った操作を行うことにより真空配管内にせっかく捕集したドレンをその真空配管内に再流入させてしまうという事態もあった。

この事態を解決する手段として、例えば、特開２０１１−１１２１７６号公報に記載の真空ドレン排出装置が存在する（特許文献１ 図１）。 この真空ドレン排出装置は、真空配管に接続されたドレンを貯留するドレンタンク内のドレンを、２個の開閉弁と逆止弁で構成され、真空配管とドレンタンク間のドレン流路を開閉する前記２個の一方の開閉弁を所定のタイミングで閉じ、同時にドレンタンク内と圧縮空気供給手段を開閉する前記２個の開閉弁の他方を開き、ドレンタンク内に圧縮空気を供給してドレンを外部に強制的に排出する方法が採用されている。

ところが、特開２０１１−１１２１７６号公報に記載された上記の真空ドレン排出装置には、以下の問題点が存在する。 すなわち、この従来の真空ドレン排出装置は、ドレンタンク内のドレンを効率良く排出させるために圧縮空気を必要とし、その設備を別途施設する必要があった。 その設備とは、圧縮空気を発生させるエアーコンプレッサ、その圧縮空気中の水分や異物を除去する除湿装置・フィルタ装置、そして圧力を所定値まで減圧する減圧装置、前記真空ドレン排出装置までの配管が該当する。 また、往来する配管類は無論のこと、ドレンタンクに圧縮空気を供給し排出させるため、ドレンタンクの内部が真空（陰圧）及び又は圧縮空気（陽圧）なるため、ドレンタンク外部から受ける圧力に耐え、且つ、ドレンタンク内部から受ける圧力に耐えうるように、ドレンタンクを設計する必要がある。 そのため、結果として大がかりな設備になってしまいコスト的にも課題があった。 さらにこの場合、既設の真空系内にドレン排出装置を新たに施設しようとした場合、前出の圧縮空気システムや内外の耐圧を考慮したドレンタンクを追加しなくてはならないなど、導入を阻害する要素が多々あった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、大がかりな設備や既存設備の改造を必要としない簡単な構造で、真空系内のドレンを排出しやすい装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の真空ドレン自動排出装置は、真空ポンプで排気し発生させた真空を流通させる真空系統内のドレン水を排出する装置において、前記真空系統内のドレン水の滞留部に接続され、前記滞留部への流れを規制する第一の逆止弁、分岐管、ドレン水を貯留するトラップ、前記トラップへの流れを規制する第二の逆止弁、とこの順番で連接されたドレン水流下系であって、前記分岐管には前記ドレン水流下系から分岐接続し、前記真空ポンプの排気と前記真空系とを選択的に送通する３方弁を設け、前記トラップ内のドレン水を前記真空ポンプの排気圧で排出させることを特徴とする。

また、請求項２記載の真空ドレン自動排出装置は、前記ドレン水流下系に連接される、前記第一、第二の逆止弁は、キノコ弁式、スイング式の何れかであることを特徴とする。

さらに、請求項３記載の真空ドレン自動排出装置は、前記３方弁は、制御部を具備した電磁３方弁であることをすることを特徴とする。

請求項１記載の真空系内ドレン自動排出装置によれば、装置の大型化を招くことなく、真空ポンプが稼働し真空系内が真空状態であっても、真空系内に大気を流入させることなく、真空系内に滞留したドレン水を好適に排出することが出来る。 このため、従来の真空ドレン排出装置のように、圧縮空気発生装置や付随する調質装置などを設備追加することなく、既存の真空系内に設備追加することが出来るため、導入に係るコストを大幅に低減出来る。 また、従来の真空ドレン排出装置のように、調質された圧縮空気を使用することなく、既設の真空ポンプの排気を利用してドレン水を排出するため、稼働に関わる動力が不要となり、そのランニングコストも十分に低減することが出来る。

また、請求項２記載の真空系内ドレン自動排出装置によれば、ドレン水流下系における第一、第二の逆止弁は、キノコ弁式、スイング式の何れかである。 そのため、バネを用いた方式とは違い、微圧差などによる応答性が良く圧力損失が殆ど無いため、真空系統内のドレン水の滞留部からトラップ内へ停留することなく好適に自重で流下すると共に、トラップから系外へ逆流したり巻き上がることなく効率良くドレン水排出が出来る。 また、双方共に弁体とハウジングとで構成されているため、保守が簡単であり、逆止性能も高く、低コストのため更に導入に関わるコストを低減することが出来る。

また、請求項３記載の真空系内ドレン自動排出装置によれば、３方弁は制御部を具備した電磁３方弁を採用することにより、所定のタイミングで所定の時間だけ排出動作を行うことができるため、真空系統内のドレン水を更に好適に排出させることが出来る。 また、液面センサ等の検出手段を制御部に取り込むことにより、ドレン水排出に関わる人手を不要とし、更なる省力化に貢献する。

本発明の実施形態１に係る真空系内ドレン排出装置を示す概要図である。

本発明の実施形態１に係る第一の逆止弁の動作状態を示す模式図である。

本発明の実施形態１に係る第二の逆止弁の動作状態を示す模式図である。

本発明の実施形態２に係る真空系内ドレン排出装置を示す概要図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る真空系内ドレン自動排出装置の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の真空系内ドレン自動排出装置の一例を示す概要図である。 真空システム系１には、真空ポンプ２で排気し吸入された真空空気Ｖは、真空ポンプ２の吸入口２ ａよりフィルタ３を介し負荷となる装置近傍まで真空配管５により矢印の方向で流れ導かれている。 通常、負荷は大気と真空の差圧を用いた用途が多く、吸引搬送・減圧乾燥・材料混合等、周囲大気が流入する恐れが高く、真空ポンプ２に異物や塵類が混入しないようにするためにフィルタ３を真空配管５の中途に配置する。

図１でエアタンク４は、真空ポンプ２の近傍に配置しているが、真空システム系１に於いて本例以外の場所に追加配置しても良く、その容積が多い程、真空システム系１の量的バランスは向上する。 尚、真空システム系１の真空圧力調整は図示しない圧力調整器で行われることが慣例的である。 このエアタンク４は真空ポンプ２で発生した真空空気の一時的な貯留を行い、負荷側で流入した水蒸気や予期せずに真空配管５に入り込んだ水分を、真空ポンプ２に送通しないようにする気液分離及び水分貯留の役目を併せ持ち、真空システム系１全体の真空空気の量的・質的なバランスをするための機器である。
また、エアタンク４は、少なくとも負荷側に繋がる真空配管５との接続口４ｂと真空ポンプ側に繋がる真空配管５ｂとの接続口４ａと底部に滞留したドレン水Ｗの流出口４ｃとを具備している。

本例においてドレン水Ｗの流出口４ｃには、エアタンク４への流れを規制する向き（４ｃに向かう方向を止める向き）で第一の逆止弁８が接続され、その第一の逆止弁８の他端部には略Ｔ字状の分岐管９が接続され、その分岐管の１端部にはドレン水Ｗを貯留するトラップ１０が、また分岐管９の他端部には分岐接続管７が接続されている。 また、トラップ１０の他端部にはトラップ１０への流れを規制する向き（大気側からトラップ１０に向かう方向を止める向き）で第二の逆止弁１１が接続され、その第二の逆止弁１１の他端部は大気に臨むよう開放されている。 これら、ドレン水Ｗの流出口４ｃに接続された、第一の逆止弁８と分岐管９と分岐接続管７とトラップ１０と第二の逆止弁１１とでドレン水流下系Ｄは構成される。

図１においてドレン水流下系Ｄの分岐接続管７の他端部は三方弁１２の“Ａ”ポートに接続され、三方弁１２の“Ｒ”ポートは真空配管５より分岐接続される。 また、三方弁１２の“Ｐ”ポートは、真空ポンプ２の排気管６より分岐接続された排気導入管６ａに接続される。 この場合 、図１では三方弁１２の“Ａ”ポートと“Ｒ”ポートが連通し、“Ｐ”ポートは他２ポートと遮断されている。 ここで、三方弁１２を切換えることにより“Ａ”ポートと“Ｐ”ポートが連通し、“Ｒ”ポートは他２ポートと遮断される。

ここで、ドレン水流下系Ｄの話を解り易くするために、図２及び図３を基に第一の逆止弁８、第二の逆止弁１１について説明する。 図２の（ａ）（ｂ）は、キノコ弁式、図３の（ａ）（ｂ）はスイング式の動作状態を夫々模式的に示した断面図である。 第一の逆止弁８、第二の逆止弁１１は、弁体８ａ、１１ａとハウジング８ｂ、１１ｂで構成されている。 キノコ弁式の弁体８ａは弾性体製（一例として合成ゴム材）でハウジングの孔部に略接続軸方向に遊動可能に配置されている。 スイング式の弁体１１ａは合金製（一例として青銅材）でハウジング１１ｂに一端部をピンで遊動可能に配置されている。 夫々のハウジング８ｂ、１１ｂは一例として両端部をメネジ加工された真鍮製である。 共に図２、図３で上部のＡ側に真空又はＢ側に陽圧が付加されると（ｂ）の状態となりＢ側からＡ側への流れが規制され、下部のＢ側に真空又はＡ側に陽圧が付加され又はＡ側とＢ側で同圧となると、（ａ）の状態となりＡ側からＢ側への流れが自由となる。 本ドレン水流下系Ｄの例に於いては、Ａ−Ｂの圧力差に対し応答性の良いキノコ弁式を第一の逆止弁とし、有効断面を大きく採れるスイング式を第二の逆止弁を採用している。 これは、特に第一の逆止弁が、（ａ）→（ｂ）に切り替わる際に、エアタンク４に滞留されているドレン水Ｗが真空配管５側に巻き上がる現象を低減させるために、本例では応答性の良いキノコ弁式を選択する。 尚、図１に於けるエアタンクの流出口４ｃと図２、図３の各逆止弁８，１１のＡ側が接続されるが、Ｂ側が略下方に位置するように勾配を設けて配置すれば垂直で無くとも良い。

ところで、真空システム系１を時系列で追いドレン水流下系Ｄからドレン水Ｗが排出される過程を詳細に説明する。 先ず、真空ポンプ２が停止状態で真空システム系内１内が大気圧の時、ドレン水流下系Ｄの第一の逆止弁８及び第二の逆止弁１１は図２、図３の（ａ）の状態でエアタンク４内及びトラップ１０内も大気圧であるため貯留されているドレン水Ｗは自重で系外の大気圧下に排水される。 次に、真空ポンプ２が起動された場合、吸入口２ａよりエアタンク４、真空配管５を含めた真空システム系１内の空気が排気口２ｂより排気され真空システム系１内は真空になる。 この時、三方弁１２を操作し図１の状態に切替えられているとすると、真空配管５から分岐された真空配管５ｃが接続された三方弁１２の“Ｒ”ポートと“Ａ”ポートに接続された分岐接続管７が連通し、トラップ１０内は真空空気Ｖ状態となり、エアタンク４は同じように真空空気Ｖ状態となるため、第一の逆止弁８は図２の（ａ）、第二の逆止弁１１は図３の（ｂ）の態様となる。 つまりこの態様が、真空システム系１の真空ポンプ２稼働時のドレン水流下系Ｄにおけるドレン水貯留状態を示す。

次に、真空システム系１の真空ポンプ２稼働時のドレン水流下系Ｄにおけるドレン水Ｗの排出について説明する。 ドレン水流下系Ｄに於いてドレン水Ｗはエアタンク４底部の流出口４ｃを流下し第一の逆止弁８→分岐管９→トラップ１０で貯留された状態にある。 この状態に於いて、三方弁１２を操作し図１の状態から反対に切り替えると（“Ａ”ポートと“Ｐ”ポートが連通、“Ｒ”ポートは他２ポートと遮断）、トラップ１０内に排気導入管６ａ→三方弁１２→分岐接続管７を介し排気圧（正圧）が導入され、同時に第一の逆止弁８はエアタンク４側への流れを規制するように図２の（ｂ）の状態になる。 また、トラップ１０内が大気圧又は大気圧以上となるため、第二の逆止弁１１は図３の（ａ）の状態になり、トラップ１０内のドレン水Ｗが、ドレン水流下系Ｄから排出される。 この時、排気管６から排気導入管６ａを送通する真空ポンプ２の排気圧は概ね２０〜４０ｋＰａのためトラップ１０をはじめドレン水流下系Ｄに内部耐圧を必要としないため、圧縮空気を送通し排水する従来方式と比較し簡易的な構造で構成することが出来る。 また、本来は大気に放出している真空ポンプ２の排気の一部を利用することにより、圧縮空気発生に関わる動力や装置を必要としないため導入に関わるコストを更に低減するばかりか省エネルギーに貢献することが可能である。

図４に、本発明の実施形態２における真空系内ドレン排出装置の概要を示す。 図４に示す真空システム系１ａによれば、図１の真空システム系１における三方弁１２を電磁３方弁１２ａに置換した構成であるが、上記の真空システム系１と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 電磁３方弁１２ａは制御部１３を具備しており、制御部１３は、図示しない各種センサと接続されて電磁３方弁１２ａの駆動制御を行う。 一例として、トラップ１０内に配置した液面検出センサからの情報により、所定の液面により電磁３方弁１２ａを切換えドレン水流下系Ｄからドレン水Ｗを排出させることが可能な構成となっている。 また、液面検出センサに代えて電気伝導度による検出方法も可能であり、単純にドレン水流下系Ｄに於けるドレン水貯留と排出の時間をタイマーで制御する方法を排除しない。 何れの場合も人手によるドレン水Ｗの排出を自動化することが、大がかりな装置の導入をすることなく既存の設備を利用することにより可能になる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。 例えば、第一の逆止弁、第二の逆止弁を図２、図３の逆止弁の何れを組合わせて使用する構成や、ドレン水流下系Ｄをフィルタ３の底部に接続したり、配管５に直接接続した構成や、一つの三方弁１２（電磁３方弁１２ａ）で複数のドレン水流下系Ｄを駆動制御させた例がある。

本発明に係る真空系内ドレン自動排出装置は、ドライポンプなどの真空発生装置を用いた真空システムにおける流通配管内のドレン水排出装置をはじめ、水潤滑式真空ポンプの潤滑水回収装置として利用できる。

１、１ａ， 真空システム系 ２ 真空ポンプ ２ａ 吸入口 ２ｂ 排気口 ３ フィルタ ４ エアタンク ４ａ、４ｂ 接続口 ４ｃ 流出口 ５、５ａ、５ｂ、５ｃ 真空配管 ６ 排気管 ６ａ 排気導入管 ７ 分岐接続管 ８ 第一の逆止弁 ９ 分岐管 １０ トラップ １１ 第二の逆止弁 １２ 三方弁 １２ａ 電磁三方弁 １３ 制御部 Ｄ ドレン水流下系 Ｗ ドレン水