ダイヤフラムポンプはどのように機能しますか?

ダイヤフラム真空ポンプは振動容積型ポンプです。これらはガス輸送真空ポンプファミリーに属します。これらが提供する範囲は、低真空のカテゴリに分類されることを意味します。これらは、わずか数mbarの圧力が必要な検査室で重要です。これにより、化学ラボで製薬や医療プロセスなどの用途で使用されています。

動作原理

ダイヤフラム真空ポンプは、1段または多段ドライ圧縮式真空ポンプです（最大4段のダイヤフラムポンプが製造されています）。ここでは、ダイヤフラムの外周がポンプヘッドとケーシング壁の間で張力がかかっています（図2.1）。これは、コネクティングロッドとエキセントリックによって振動します。ポンプまたは圧縮チャンバーは、定期的に増減する容積で、ポンプ動作に影響を与えます。バルブは、ポンプチャンバーの容積が増加する段階で吸気ラインに開くように配置されています。圧縮中、ポンプチャンバーは排気ラインと連動しています。ダイヤフラムは、ギヤチャンバーとポンプチャンバーの間に密閉シールを提供し、オイルや潤滑剤が入らないようにします（ドライ圧縮真空ポンプ）。ダイヤフラムとバルブは、輸送される媒体と接触する唯一の部品です。ダイヤフラムにPTFE（テフロン）をコーティングし、ライボルトのDIVACの場合と同様に、高度にフッ素化されたエラストマーの入口および排気バルブを製造すると、攻撃的蒸気やガスの輸送が可能になります。このため、化学ラボでの真空用途に適しています。

図2.1ダイヤフラムポンプ段階の設計概念図

1）ケーシングリッド 2）バルブ 3）リッド 4）ダイヤフラムディスク 5）ダイヤフラム 6）ダイヤフラムサポートディスク 7）コネクティングロッド 8）エキセントリックディスク

ダイヤフラムポンプの利点

最近では、主に環境上の理由から、ダイヤフラムポンプの重要性がますます高まっています。ダイヤフラムポンプは廃液を生成しないため、これらはウォータージェット真空ポンプの代替手段となります。全体的に、ダイヤフラム真空ポンプは、ウォータージェットポンプと比較して、運転コストの最大90%を節約できます。ロータリーベーンポンプと比較して、ダイヤフラムポンプのポンプチャンバーは完全にオイルフリーです。設計上、オイル浸漬シャフトシールは不要です。

ダイヤフラムポンプの制限

ダイヤフラムの弾性変形に限界があるため、比較的低いポンプ速度しか得られません。このポンピング原理の場合、容積は上死点（いわゆる「デッドスペース」）にとどまり、そこからガスを排気ラインに移動させることはできません。排気圧力のままであるガスの量は、その後の吸引行程中に膨張するポンプチャンバー内に膨張し、それによって充填されます。吸気圧力が低下すると、流入する新しいガスの量がますます減少します。このため、この理由により、容積効率は継続的に悪化します。ダイヤフラム真空ポンプは、「デッドスペース」とポンプチャンバーの最大容積の比率よりも高い圧縮比を達成することはできません。1段圧縮ダイヤフラム真空ポンプの場合、到達可能な到達圧力は約80 mbarになります。ライボルトのDIVACなどの2段式ポンプは約10 mbarに達することがあります（図2.2を参照）、3段ポンプは約2 mbar、4段ダイヤフラムポンプは約5 ·10^-1 mbarに達することがあります。

図2.2 2段式ダイヤフラムポンプの動作原理。コネクティングロッドの回転の4つの後続フェーズ（a～d）におけるバルブ、経路、およびポンプメカニズムの開閉

他のポンプやアプリケーションとの互換性

3ヘッドダイヤフラムポンプや4ヘッドダイヤフラムポンプなど、低い到達圧力を提供するダイヤフラムポンプは、完全に統合された分子ドラッグ段を備えたターボ分子ポンプ（複合またはワイドレンジターボ分子ポンプ）のバッキングポンプとして適しています。このようにして、完全にオイルフリーのポンプシステムを得ることができます。これは、質量分析計システムとリークディテクタを含む測定配置にとって非常に重要です。ロータリーベーンポンプとは対照的に、リークディテクター用のこのポンプの組み合わせは、ダイヤフラムポンプにヘリウムが溶解しないという利点があり、ヘリウムバックグラウンドの蓄積を完全に回避します。ただし、オイルシールロータリーベーンポンプまたはスクロールポンプの究極の真空は、4ヘッドダイヤフラムポンプよりもかなり優れています。

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