コンデンサポンプはどのように機能しますか?

大規模な工業プラントで水蒸気を移送する場合、蒸気に含まれるか、またはプラント内の漏れから発生する特定の量の空気が常に関与します（空気と水蒸気に関する次の考慮事項は、水蒸気以外の蒸気についても、一般的に適用されます）。そのため、コンデンサはガスバラストポンプでバックアップする必要があり（図2.41を参照）、そのため、ルーツポンプのような常に組み合わせで動作します。ガスバラストポンプは、同時に多くの水蒸気を送り込むことなく、水蒸気混合物のごく一部である空気を送り出す機能があります。したがって、定常状態のコンデンサとガスバラストポンプの組み合わせの中で、低真空領域で発生するフロー比は、さらに考慮せずに簡単に評価できないことは理解できます。連続方程式の単純な適用は、もはやフローの源やシンクのない場に関係しなくなったため、適切ではありません（コンデンサは、凝縮プロセスに基づいて、シンクです）。これは特にこの時点で強調されています。コンデンサとガスバラストポンプの組み合わせが「機能しない」場合は、コンデンサの故障を原因とすることが正当でない可能性があります。

図2.41下流ガスバラストポンプ（II）を備えたコンデンサ（I）は、低真空範囲（III）で大量の水蒸気を送り出すための調整可能なスロットルです。

コンデンサの入口
コンデンサの放電
テキストを参照してください

コンデンサポンプの用途

大量の水蒸気を送り出す場合、コンデンサは最も経済的なポンプです。原則として、コンデンサの温度は水蒸気の露点より十分に低く、経済的な凝縮またはポンプ作用が保証されるような温度の水で冷却されます。ただし、冷却には、塩水や冷媒（NH₃、フロン）などの媒体も使用できます。

ガスバラストとの組み合わせ

コンデンサとガスバラストポンプの組み合わせをサイジングする際には、以下の点を考慮する必要があります。
a）水蒸気と同時にポンプで送り込まれる永久ガス（空気）の割合が大きすぎてはなりません。コンデンサ出口の全圧力の約5%を超える部分圧力では、コンデンサ表面の前に著しい空気の蓄積が生じます。その場合、コンデンサが完全な容量に達することはできません（ガスと蒸気の同時移送については、「移送ガス（湿式プロセス）」ページの説明も参照してください）。

b）コンデンサ出口、つまりガスバラストポンプの入口側での水蒸気圧力は、（ガスの移送（湿式プロセス）のページでより詳細に説明される永久ガス量が同時に移送されない場合）関係するガスバラストポンプの水水蒸気耐性より大きくなってはなりません。実際には避けられないことですが、コンデンサ出口で水蒸気部分圧力が高くなることが予想される場合は、コンデンサ出口とガスバラストポンプの入口ポートの間にスロットルを挿入すると便利です。このスロットルのコンダクタンスは可変で調整されている必要があります（「コンダクタンスの計算」ページを参照）。これにより、フルスロットルでガスバラストポンプの入口ポートの圧力が水蒸気の許容範囲より高くなることはありません。また、他の冷媒の使用や冷却水温の低下により、水蒸気圧力が必要な値を下回ることがよくあります。

コンデンサとガスバラストポンプの組み合わせを数学的に評価する場合は、コンデンサに圧力損失は発生せず、コンデンサ入口での全圧力p_{tot 1}がコンデンサ出口の全圧力p_{tot 2}と等しいと仮定できます（2.23）

（2.23）

P_tot1= p_tot2

全圧力は、空気ppと水蒸気pvの部分圧力部分の合計で構成されます：（2.23a）

（2.23a）

pp1 + pv1 = pp2 + pv2

コンデンサの作動により、コンデンサ出口の水蒸気圧p_D2は入口よりも常に低くなります。（2.23）を満たすには、出口での部分圧力p_p2は、入口のp_p1より高くなければなりません（図2.43を参照）。スロットルがない場合でも同様です。

図2.43コンデンサ内の圧力分布の概略図。実線は、小さな圧損が発生するコンデンサの状態に対応しています（ptot 2 < ptot 1）。

破線は理想的なコンデンサ（p_tot 2 ≈ p_tot 1）のものです。p_D：水蒸気の部分圧力、p_L：空気の部分圧力。

コンデンサ入口
コンデンサ出口

コンデンサ出口のエア部分圧力p_p2が高くなると、空気が蓄積して、出口に存在する限り、安定したフローの平衡が得られます。このような空気の蓄積から、平衡状態にある（最終的にスロットルされた）ガスバラストポンプは、コンデンサを通る入口（1）からの流れと同じくらいの流れを除去します。

コンデンサおよびガスバラストのサイズの計算

すべての計算は（2.23a）に基づいていますが、ポンプで送り込まれる蒸気と永久ガスの量、組成、圧力に関する情報が利用可能である必要があります。コンデンサとガスバラストポンプのサイズは、計算できますが、これら2つの量は実際には相互に独立していません。図2.42は、凝縮面が1 m²で、入口圧力p_v1,が40 mbarの場合の例として、永久ガスの割合が非常に小さければ、15kg（33lbs）/ hの純水蒸気の凝縮能力を持つ計算結果を示しています。1時間当たり1 m³の冷却水を、ライン圧力超過3 bar、温度12℃（53.6℉）で使用します。ガスバラストポンプの必要なポンプ速度は、既存の作動条件、特にコンデンサのサイズによって異なります。コンデンサの効率に応じて、水蒸気部分圧力p_v2は、冷媒の温度に対応する飽和圧力pSよりも多かれ少なかれ高くなります。（12℃（53.6℉）で冷却すると、p_Sは15 mbarになります（セクション9の表XIIIを参照）。それに応じて、コンデンサ出口で発生する空気部分圧力pp2も変化します。大型コンデンサp_v2 ≈ p_Sでは、空気部分圧力pp,₂は非常に大きく、pp · V =定数のため、関与する空気の量は小さくなります。したがって、比較的小さいガスバラストポンプのみが必要です。ただし、コンデンサが小さい場合は、逆のケースが発生します：p_v2 > p_S · p_p2は小さいです。ここでは比較的大きなガスバラストポンプが必要です。コンデンサを使用するポンピングプロセス中に発生する空気の量は必ずしも一定ではなく、多かれ少なかれ広い範囲内で交互に変化するため、考慮すべき事項はより困難です。そのため、コンデンサで有効なガスバラストポンプのポンプ速度を一定の制限内で調整する必要があります。

図2.42水蒸気の吸気圧pD1に応じたコンデンサの凝縮能力（凝縮に利用できる表面積1 m2）。曲線a：冷却水温度12℃（53.6℉）。曲線b：温度25℃（77℉）。いずれの場合も、3 barの圧力超過で1 m3/hの消費量。

表XIII飽和圧力psおよび水蒸気密度eD、-100℃（-148℉）～+140℃（+284℉1）の温度範囲

コンデンサを使用する際の実用的な考慮事項

実際には、次のような対策が一般的です。

a）ガスバラストポンプとコンデンサの間にスロットルセクションが配置されており、これは低真空中にショートする可能性があります。ポンプの有効速度を必要な値まで下げるには、スロットルセクションの流量抵抗を調整する必要があります。この値は、ポンプガス（湿式プロセス）ページに表示される式を使用して計算できます。

b）低真空用の大型ポンプの隣には、最低限必要なガス量に対応した低速の保持ポンプが設置されています。この保持ポンプの目的は、プロセス中に最適な作動圧力を維持することに過ぎません。

c）必要な量の空気が、可変漏れバルブを介してポンプの入口ラインに入ります。この追加量の空気は、ガスバラストのように機能し、ポンプの水蒸気耐性を高めます。ただし、この方法では通常、コンデンサ容量が減少します。さらに、許容される空気量が増えるということは、電力消費量が増え、オイル消費量が増えることを意味します。コンデンサ内の空気の部分圧力が大きすぎると凝縮器の効率が低下するため、空気の流入はコンデンサの前ではなく、通常はコンデンサの後ろで行う必要があります。

プロセスの開始時間が総稼働時間より短い場合は、技術的に最も単純な方法である低真空ポンプと保持ポンプが使用されます。状況が大きく変化するプロセスでは、調整可能なスロットルセクションと、必要に応じて調整可能な空気アドミタンスが必要です。
ガスバラストポンプの入口側には、水蒸気部分圧力p_v2が常に存在し、少なくとも冷却水温度における水蒸気飽和圧力と同じ大きさです。この理想的なケースは、非常に大きなコンデンサでのみ実際に実現可能です（上記を参照）。

動作原理

実践のための視点と、記載されている基本的なルールから、次の2つのケースを検討します。

少量の水蒸気を含む永久ガスのポンピング。ここでは、コンデンサとガスバラストポンプの組み合わせのサイズは、汲み上げられた永久ガスの量に基づいて決定されます。コンデンサの機能は、ガスバラストポンプの入口ポートの水蒸気圧を水蒸気許容値より低い値に下げることだけです。
少量の永久ガスで水蒸気の移送。ここでは、コンデンサを非常に効果的にするために、コンデンサ内の永久ガスの部分圧力を可能な限り小さくすることが求められています。コンデンサ内の水蒸気部分圧力がガスバラストポンプの水蒸気許容値よりも大きい場合でも、比較的小型のガスバラストポンプを使用すれば、一般的に必要なスロットルで十分に優勢な永久ガスを送り出すことができます。

重要な注意： プロセス中にコンデンサ内の圧力が凝縮水の飽和蒸気圧よりも低くなると（冷却水の温度に応じて）、コンデンサを遮断するか、少なくとも収集された凝縮水を分離する必要があります。これを行わないと、ガスバラストポンプがコンデンサに凝縮された蒸気を再び排出します

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