JPH08504252A - 静止部と可動部との間の間隙を低減するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 静上部（２）と可動部（１）との間の間隙を低減するために方法及び装置が開示されている。装置の作動媒体と一致するガスが最初にそして一時的に間隙の領域に導入され、そこでそのガスは、間隙の領域内に冷却溝（４）が存在することによって凝結して氷（５）に変態する。この方法は機械式ポンプ及びバルブの両方に適用されるだろう。後者の場合、氷の層はバルブが閉じた時に圧縮される。

Description

【発明の詳細な説明】 静止部と可動部との間の間隙を 低減するための方法及び装置 本発明は、低温で運転される装置の静止部と可動部との間の間隙を低減するた めの装置に関する。 温度と反比例して濃度の変化するガスは、与えられた大きさのポンプにとって 著しく高い流量を許容することから、以後低温と呼ぶ非常に低い温度で運転する 機械式真空ポンプにより処理するのが好ましい。たとえば、与えられたガスの濃 度は、３００Ｋから２０Ｋに冷却された時には１５倍に増加する。 高真空設備用の機械式ポンプは、ポンプ内における逆流ガスを低減するために 、可動及び静止の部品間に非常に小さい隙間を要求する。そのポンプが低温で運 転されるとしたら、低いガス粘度のために、そしてそのような低温での短い自由 な通路が静止及び可動部間の間隙を通る層流をもたらすという事実のために、逆 流が温度の低下と共に増加するので、これらの間隙はきわめて小さくなければな らない（たとえば１ｍｍと０．１ｍｍとの間）。さらに、質量流量は高い濃度の ために増加する。 これに反して、冷却運転又は暖気運転中のポンプの構成部品の熱膨張の違いに より、静止及び可動部品間 を小さな間隙に維持することは困難である。従って、温度サイクルの間に許容で きる間隙を保証し、かつ低温運転の間に可能な最小の間隙を保証する構造を発見 することは有益なことである。どんな場合においても、可動及び静止部品が互い に接触して損傷を受けることは避けなければならない。 従って本発明は、低温で運転される場所に設置される静止部と可動部との間の 間隙を低減するための装置を提案することに向けられ、そこでは、低温への冷却 運転中又は暖気運転中で熱膨張が異なるにもかかわらず、これらの部品間の非常 に小さな間隙が低温状態で保証される。本発明の装置において、この目的は、冷 却剤溝が一方の部品の壁に間隙に沿って設けられ、この溝は低温冷却流体回路の 一部をなすという事実、そして装置の運転環境と一致し、かつ低温流体の温度よ り高い液体−固体変態温度を与えるガスを間隙ゾーンに満たすための手段が設け られたという事実によって達成された。 本発明はまたこのような装置を運転するための方法にも言及しており、この方 法は請求項２において明らかにされている。本発明の好適な実施例に関するかぎ り、残りの請求項で言及されている。 以下本発明は好適な実施例及び添付図面によって説明される。 図１は本発明による装置の断面概要を示している。 図２は図１の装置のホルウェック（Ｈｏｌｗｅｃｋ）タイプ真空ポンプへの適 用を示している。 図３は図１の装置の２つのシールラインを有するバルブへの適用を示している 。 図１は真空ポンプロータの壁１の一部周辺を示しており、同ロータはステータ の壁２に直面している。回転軸は、たとえばスケッチの周辺外側の図面平面と垂 直に位置している。このポンプは、たとえばガス入口からガス出口へステータの 壁２に沿って配置されたスパイラルリブ３を備えている分子ポンプである。逆流 を低減するための、そしてポンプ効率を改善するための本質的な特徴は、リブ３ とロータの平坦な壁１との間の間隙ｄにある。本発明によれば、この間隙はガス から得られる氷の層によって低減されるが、そのガスは、ポンプ搬送されるガス と一致しなければならず、かつ凝結可能である。この層はリブ３の上に適用され る。このために、リブ３は中空リブであり、そして冷却流体が循環するのを許容 する冷却剤溝を画成する。ポンプの運転開始に先だって、冷却流体がこの溝４に 注入され、そして同時に適当なガス、たとえばＣＯ₂がポンプの搬送スペースに 供給される。このガスは好ましいことに冷却されたリブ３の表面で凝結し、こう して氷の層５を創造する。氷の密度は適当な冷却剤温度を選択することによって 要求に適合させることができる。氷の層の厚さは搬送スペースに注入されたガス 量によって限定され、そして運転開始段階の間にロータがわずかに氷の層をすり 減らすことはたやすく受け入れられることである。従って、間隙の制御された縮 小及び冷却剤溝上の氷の選択的な付着は、装置の残りの部分の熱慣性によって保 証される。 二酸化炭素ＣＯ₂は、たとえばヘリウム又は水素同位元素のように軽いガスを 搬送するポンプ内に氷の層を創造するガスとしてよく適合する。この理由により 、本発明の装置は特に核融合炉から引き出されたガスの処理に適している。ロー タとステータとの間の間隙のかなりの縮小は、ポンプ効率の実質的な増加と同時 によりよい最終真空圧力を与える。本発明に従って測定することなしにポンプと 比べると、ポンプの大きさ、重さ、蓄積エネルギ、及び熱損失は引き下げられて いる。この装置は吸い込まれたガスの流れの中の固体粒子に対して鋭敏ではなく 、そしてＣＯ₂の氷は特に、搬送されたガスが三重水素のような放射性同位元素 を含んでいる場合にガンマ又は中性子放射線のためどのような反応生成物も生み 出さない。ＣＯ₂の蒸気圧力は２０Ｋで非常に低い（１０^-12ｍｂａｒより低い） ため、氷の層は非常に安定している。 一般に使用されるシール材料は、核放射線又は固体粒子のため、あるいは搬送 されたガスの相互作用のため非常に長い不利な状態に耐えられない。このため、 公知のポンプのポンプ特性はこのような状況で急速に 悪化し、費用の掛かる補修を必要とする。それとは反対に、本発明による装置内 の氷の層は容易に再生することができ、そして運転している間中自らが間隙の形 状に自動的に適合する。この氷の層は、あるい意味では直面する壁との接触によ って表面で溶ける潤滑層として考えることもできる。 ポンプの可動及び静止又は据え付け部分の間の隙間は、たとえば図２に示され たホルウェックタイプのスピロ分子ポンプ用のケースである円筒形の壁の全体の 高さを越えて広げることができる。ここでは、ステータ６が二重壁になっており 、低温冷却剤がその空間を循環する。従って、氷の層８はステータとロータ７と の間の地域でステータの内壁に沿って形成される。 もちろん、本発明は引用された分子ポンプに限定されるものではなく、非常に 低い温度でガスを搬送しようとし、そしてロータとステータとの間に非常に小さ い隙間を提供しようと考える他のどんなポンプにも適用可能である。しかし、本 発明による装置はさらに、たとえば軸の取出部用として又はバルブ用として、低 温回路の関連する動きの間のシールとしても使用することができる。最後に言及 した事例では、本発明による装置はバルブシート用の消耗シールとして考えるこ ともできる。 図３は本発明による装置を同様に適用することができるバルブの部分断面を示 している。バルブケーシン グ９は、図示されたバルブの一部分の左側に想像されるバルブ開口部を提供する 。円盤形状をしたバルブ部材１０は、開口部を囲む２本のシールラインによって バルブが閉じられる時にバルブ本体に当てられ、そして図示されない手段によっ て動かされる。シールラインに沿って、たとえばメタルジョイントのシールジョ イント１１及び１２が閉塞部材（又はバルブ本体）の溝に挿入され、しかるに冷 却剤溝１３及び１４は、シールラインに沿って配置されるＣＯ₂の氷の層１５， １６を創造するため、バルブ本体又は閉塞部材内で各々そこへ面と向って設けら れ、もしもＣＯ₂ガスがその地域に供給されるとそのガスは冷却される。両シー ルラインの間に、安全なガスの供給源又は真空ポンプと接続するためにダクト１ ７を設けることができる。 バルブの閉操作の間、氷の層は圧縮され、そしてそのために有効なシールジョ イントを構成する。このような関係においては、氷の層があまり緻密にならない こと、すなわち、都合よく冷却状態（氷の層を形成するために注入されるガスの 速度及び入口温度）を選択することによって、より高い多孔性を備え、それによ って氷の層が軽く破砕されることを理解することが推奨される。氷の層は、各バ ルブの操作サイクルの後、固体粒子を手段とするバルブ本体のいかなる損傷をも 避けるために再生される。 核融合炉から来るガス用に適したＣＯ₂のかわりに、 ＣＯ，Ｎ₂及びＡｒのような他の氷を形成するガスが確かな適用事例にとって採 用でき、もしもこれらの物質及びガスの間に何の相互作用もなければ装置内で取 り扱われることが期待される。 本発明の構成において、冷却剤溝を可動部に設けることもでき、もしも低温冷 却剤の入口及び出口に関する構造が問題になれば特別な事例として解決可能であ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低温冷却剤溝（４）が部品（１，２）の一方の壁に間隙に沿って挿入され 、かつ、装置の運転環境と一致し、凝結可能でその液体−固体変態温度が冷却流 体の温度より高いガスを間隙に注入するための手段が設けられたことを特徴とす る、低温で運転される装置内の静止部（２）と可動部（１）との間の隙間を低減 するための装置。 ２ 予備段階において、装置の運転環境と一致すると共に冷却剤溝内の冷却流 体の作用により間隙の中で凝結して氷になるガスが間隙に供給され、かつ、装置 の運転中、この氷の溶解温度より低い温度が少なくとも隙間の周辺で維持される ことを特徴とする、請求項１記載の装置に適用する静止部と可動部（１）との間 の隙間を低減するための方法。 ３ 装置は水素やヘリウムのように軽いガスで運転され、凝結ガスは二酸化炭 素によって構成されたことを特徴とする、請求項２記載の方法。 ４ 請求項２及び３記載の方法のひとつをステータとロータとの間の間隙を低 減するために機械式真空ポンプに適用すること（図２）。 ５ 請求項２及び３記載の方法のひとつをバルブシートのシールをするために バルブに適用すること（図３）。