同じ油回転式ベーンポンプでも、乾燥空気を排気する場合は 0.1 mbar で安定するが、0.5 kg/h の水蒸気を含むプロセスガスに変えると、四半期で油が乳化して白濁する。真空ポンプ選定における最初の分岐点は排気速度の大小ではなく、ガスそのものである：凝縮性成分は油中で凝縮し、粉塵はベーンとポンプ室の隙間を摩耗し、腐食性媒体はまず弁板を侵し、次にポンプ室を侵す。これら三種類の問題は三つのまったく異なる対応——ガスバラストを作動する、前段フィルタを追加する、ポンプ形式を変更する——に対応し、しかもそれぞれを選定段階で計算式により確認できる。
一、まずガスを三種類に分ける
| ガス特性 | ポンプ内で先に劣化する箇所 | 選定で行う対応 |
|---|---|---|
| 凝縮性成分（水蒸気、溶剤蒸気） | ポンプ油の乳化、到達真空度が上がらない、油交換周期が 2000 h から数百時間に短縮 | ガスバラスト作動 + 前段凝縮、排気側分圧で確認 |
| 粉塵、粒子 | ベーン摩耗、ポンプ室の真円度低下、油路閉塞 | 吸込側フィルタ、直列コンダクタンスで実効排気速度を再計算 |
| 酸性、ハロゲン含有、溶剤系の腐食性媒体 | 弁板とポンプ室内壁の腐食、シール部品の機能喪失 | 前段洗浄/凝縮、またはポンプ室が無油のドライポンプへ変更 |
三種類の中で最も扱いが難しいのは複合条件である：水蒸気を含み、さらに酸も帯びると、凝縮液が直接油中に落ち、腐食と乳化が同時に起こる。
二、凝縮性ガス：水蒸気を排気側まで計算し、ガスバラストを作動するか決める
多くの人は吸込圧力だけを計算し、8 mbar は水の飽和蒸気圧からまだ遠いと考えるが、実際には水蒸気はポンプ室内でほぼ大気圧まで圧縮されてから排出され、凝縮は排気側で起こる。
三つの式で足りる：
- 水蒸気の体積流量 V_w = (m / M) × R × T / p。m は水蒸気の質量流量（g/h）、M = 18.015 g/mol、R = 8.314 J/(mol·K)、T は熱力学温度、p は吸込側の全圧（Pa）。
- 吸込側で水蒸気が占める分圧 p_w = p × (V_w / S)。S はその圧力点におけるポンプの排気速度。
- 排気側の水蒸気分圧 p_dis = p_w × K。圧縮比 K ≈ p_排気 / p_吸込。大気へ排気する場合、p_排気 は約 1013 mbar とする。
計算例：ポンプ室 8 mbar、40 ℃、プロセスから 0.5 kg/h の水蒸気が発生し、DPL-V0100（50 Hz 排気速度 100 m³/h、3.0 kW、到達真空度はガスバラスト閉 0.1 mbar、ガスバラスト開 0.5 mbar）を使用する。
- モル流量：500 g/h ÷ 18.015 g/mol = 27.75 mol/h
- 40 ℃、8 mbar における体積流量：27.75 × 8.314 × 313.15 ÷ 800 = 90.3 m³/h
- ポンプ排気速度に占める割合：90.3 ÷ 100 = 90%。つまり吸込 8 mbar のうち 7.2 mbar が水蒸気である
- 圧縮比：1013 ÷ 8 ≈ 127、排気側水蒸気分圧 ≈ 7.2 × 127 ≈ 915 mbar
- ポンプ温度 70 ℃ のときの水の飽和蒸気圧は約 312 mbar（Antoine 式で計算、IAPWS の水物性データと一致）、915 mbar はこれを大きく上回る
結論は明確である：ガスバラストを作動しなければ、この水蒸気は油中で凝縮する。逆に許容値を計算すると、ガスバラストを作動しない場合、吸込側の水蒸気分圧は 312 ÷ 127 ≈ 2.5 mbar を超えられない。つまり 8 mbar の全圧のうち水蒸気が占められるのは三割までであり、このポンプはこの条件では使用できない。
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よくある質問
ガスバラストバルブは常時開けたままにできますか？
到達真空度が犠牲になります。DPL-V0100 では、ガスバラスト閉時に 0.1 mbar、開時に 0.5 mbar となり、プロセス要求が 0.5 mbar 未満の場合は、長期間ガスバラストを開けるのではなく、吸気側に凝縮器を追加すべきです。
プレフィルタはどのような場合に必ず追加する必要がありますか？
差圧で計算します。DPL-V0063 では 100 mbar において、フィルタエレメントの差圧が 8 mbar から 30 mbar に上昇し、実効排気速度が 58.3 m³/h から 48.5 m³/h に低下し、2 m³ のチャンバの1回の排気時間が 72 s 長くなります。
0.5 kg/h の水蒸気を含む 8 mbar のチャンバに対して、100 m³/h のポンプでは足りますか？
足りません。40 ℃、8 mbar では 0.5 kg/h の水蒸気が 90 m³/h を占め、ほぼ全排気速度に等しいため、ガスバラストを開けるか、吸気側に凝縮器を追加する必要があります。
腐食性ガスを油封式回転ベーンポンプに直接流入させてもよいですか？
推奨しません。油が酸性凝縮液で汚染され、バルブプレートが腐食します。粗真空段では、ポンプ室内が無油の DPL-ZS150（到達真空度 60 mbar）または DPL-ZS300（到達真空度 150 mbar）に切り替えられます。