ドライガスの排気に使用される真空ポンプの種類は？

非凝縮ガス混合物（空気など）を排気するドライプロセスでは、使用するポンプは必要な運動圧力と、排気するガスの量によって明確に特徴付けられます。このセクションでは、必要な運動圧力の選択について検討します。必要なポンプの選択については、ポンプサイズの選択のページを参照してください。
それぞれのポンプには、特に高い効率を持つ特徴的な動作範囲があります。したがって、以下の個別の圧力領域で使用するのに最適なポンプについて説明します。ドライ真空プロセスごとに、まず容器を真空にする必要があります。これに使用されるポンプが、特定の運動圧力で実施されるプロセスに最適な選択肢であるポンプと異なる場合があります。どのような場合でも、作業プロセスが主に行われる圧力領域については、特に考慮して選択する必要があります。

低真空（1013 ～ 1 mbar）

ロータリーポンプの通常の動作範囲は80 mbar未満です。圧力が高いと、これらのポンプは非常に高い電力消費量を示し（図2.11を参照）、オイルの消費量が多くなります。したがって、長時間にわたって80 mbarを超えるガスを排気する場合は、特に経済性を考慮し、ジェットポンプ、ウォーターリングポンプ、またはドライランニングのマルチベーンポンプを使用する必要があります。ロータリーベーンおよびロータリーピストンポンプは、低圧で連続的に動作するように、大気圧から80 mbar未満の圧力までの容器の排気に特に適しています。40 mbar未満の吸気口圧力で大量のガスが発生した場合はルーツポンプを直列に接続することをお勧めします。その後、関連するプロセスに必要なバックポンプの排気速度を得るために、より小型のロータリーベーンまたはピストンポンプを使用できます。

Fig . 2.11 Motor power of a rotary plunger pump (pumping speed 60 m3/h) as a function of intake pressure and operating temperature. The curves for gas ballast pumps of other sizes are similar.

図2.11 ロータリープランジャーポンプ（排気速度60 m3/h）の吸気口圧力および動作温度に応じたモーター出力。他のサイズのガスバラストポンプの曲線も同様です。

1 動作温度曲線1 - 32℃（89℉）
2 動作温度曲線2 - 40℃（104℉）
3 動作温度曲線3 - 60℃（140℉）
4 動作温度曲線4 - 90℃（194℉）
5 断熱圧縮の理論曲線
6 等温圧縮の理論曲線

中真空（1 ～ 10-3 mbar）

真空容器が単に中真空領域、おそらく拡散またはスパッタイオンポンプに必要な背圧の圧力まで排気する場合、1段および2段式ロータリーポンプは、それぞれ10^-1および10^-3　mbarまでの圧力に十分対応できます。中真空プロセスでガスや蒸気が連続的に発生し、ポンプから排気される必要がある場合、適切なタイプのポンプを選択することは、本質的に困難です。この時点で重要なヒントが与えられることがあります。達成可能な到達圧力に近づくと、すべてのロータリーポンプの排気速度が急速に低下します。したがって、これらのポンプの通常の運動圧力領域の下限は、排気速度が公称排気速度の約50%になることになります。

大量のガスが発生したときに1～^-2 mbarの領域で、バックポンプとしてロータリーポンプを備えたルーツポンプが最適な排気特性を発揮します。この圧力範囲では、主な使用領域が10^-1 mbar以上であれば、1段式ロータリーポンプで十分です。10^-1～10^-2 mbarの間にある場合は、2段式のバックポンプを使用することをお勧めします。10～2 mbar未満では、1段式ルーツポンプと2段式ロータリーポンプをバックポンプとして組み合わせた場合の排気速度が減少します。しかし、10^-2～10^-4 mbarでは、2段ロータリーポンプをバックポンプとする2段ルーツポンプ（または2台の1段圧縮ルーツポンプを直列に接続したもの）は、依然として非常に高い排気速度を有しています。逆に、この圧力領域は、蒸気エジェクターポンプの通常の動作領域です。この圧力領域での作業では、購入するのに最も経済的なポンプです。バックポンプとして、1段式ロータリー容積型ポンプが適しています。メンテナンスがほとんど必要なく、バルブレス操作が非常に便利な場合（すなわち、短い運転サイクルの小さな容器を約10-4 mbarまで排気するか、この圧力で数週間無人で大容量容器を維持する必要がある場合）、前記の2段ルーツポンプと2段ロータリーポンプをバックポンプとして組み合わせることが適しています。このような組み合わせは、対応する蒸気エジェクターポンプほど経済的ではありませんが、メンテナンスなしではるかに長い時間作動させることができます。

高真空（10-3～10-7 mbar）

拡散ポンプ、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプは通常、10～3 mbar未満の圧力領域で動作します。作業領域がプロセス中に変化する場合は、異なるポンプシステムを容器に取り付ける必要があります。また、拡散ポンプの典型的な特性（低い到達圧力、高真空領域での高い排気速度）と蒸気エジェクターポンプの卓越した特性（中真空領域での高いスループット、高い臨界背圧）を組み合わせた特別な拡散ポンプもあります。作業領域が10-2～10-6 mbarの範囲にある場合は、一般的に拡散ポンプを推奨します。

超高真空（< 10-7 mbar）

超高真空領域の圧力生成には、ターボ分子ポンプとクライオポンプと同様に、スパッタイオンポンプとサブリメーションポンプが、適切なフォアポンプと組み合わせて使用されます。特定のUHVプロセスに最適なポンプは、さまざまな条件によって異なります（詳細については、オイルフリーバキュームに関するページを参照してください）。

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