真空ポンプ vs. 真空エジェクター

真空技術は、包装から木工、プラスチック加工まで、幅広い産業で重要な役割を果たしています。これらの分野では、ハンドリングや搬送、包装、熱成形などの効率的なプロセスを実現するために、真空ポンプと真空エジェクターの両方が使用されています。どちらも真空を生成するために設計された技術ですが、その仕組みは異なります。

真空ポンプは、より安定した真空レベルを維持できるため、真空乾燥をはじめとする、コンスタントな真空供給が求められる多くの産業用途で選ばれています。

真空ポンプの仕組み

真空ポンプは、密閉された空間から空気やその他のガスを排出し、真空を生成します。吸引された気体は吸気口を経てポンプに入り、ベーン、クロー、スクリューなどの可動部によって形成される圧縮チャンバー内に取り込まれます。これら可動部の1回転の行程の中で、圧縮チャンバーの容積が徐々に縮小します。その結果、ガスは最小限の体積に達するまで圧縮されます。その後、排気口から排出されます。このサイクルを継続的に繰り返すことで、真空が維持されます。

当社の真空ポンプ

真空エジェクターの仕組み

真空エジェクターは、圧縮空気やスチームを動力源として真空を生成します。動力の種類によって分類されますが、その基本原理は共通してベルヌーイの定理に基づいています。この原理は、流体の速度が増すと、その圧力が低下するというものです。その結果、圧力が高くなれば、流体の速度は遅くなります。

真空エジェクターでは、コンプレッサーやスチーム発生器からの高圧流が、ノズルを介して強制的に送り込まれます。ノズルが絞られることで、空気は狭い流路を通過するために加速します。これはホースの先をつまむと流速が増す現象と同様です。空間（流路）が縮小しても、通過する空気の総量は変わらないため、このような速度の変化が生じます。

ベルヌーイの定理に従い、ノズル内で流体が加速すると圧力が低下し、ノズルのスロート部周辺に低圧領域が生じます。気体は自然に高圧から低圧へ流れるため、この圧力差によって、排気チャンバー内のガスが吸気口から引き込まれます。この流れによってチャンバー内が効果的に排気され、真空が生成されます。その後、高圧の流体はチャンバーから引き込まれたガスと混合されます。混合の過程で、高圧流体のエネルギーが引き込まれたガスに伝達され、混合流は前方へ推進されます。最終的に、この混合流は排気口から排出されます。

多段式スチームエジェクター

スチームエジェクターは、単段構成から多段構成までさまざまなタイプがあります。必要な真空レベルによって段数が決まります。つまり、より高い真空度を求めるほど、より多くの段数が必要になるということです。

多段式スチームエジェクターは、複数のエジェクターを直列に接続したシステムです。各段で圧力を段階的に下げることで、より高い真空レベルを実現します。圧力が下がるに従って、気体分子の間隔が広がり、ガスの密度は低くなります。この現象を利用して、より高い真空度を達成していくのです。この構成では、1段目を通過した動力蒸気と排気ガスの混合流はコンデンサーで凝縮され、次の段で処理するガス量が減少します。

用途における違い

真空エジェクターと真空ポンプは、その作動原理だけでなく、用途も異なります。真空エジェクターは、低コストで設置も簡単です。一般的には「ピック アンド プレース（吸着搬送）」などのタスク用に、装置内へ組み込んで使用されます。エジェクターは圧縮空気を利用して真空を生成するため、すでに他の工程で圧縮空気を使用している現場で選ばれることが多いのが特徴です。

初期費用については真空エジェクターの方が安価ですが、エジェクターは大量の圧縮空気や蒸気を消費するため、長期的には運用コストが高くなる傾向があります。一方、真空ポンプはエネルギー効率に優れており、光熱費を抑えることが可能です。そのため、真空ポンプへの初期投資は、比較的短期間で回収できる計算になります。

さらに、真空エジェクターが到達できる真空度には限界があります。野菜や果物のフリーズドライなど、中真空から高真空が必要な用途では、真空ポンプが不可欠です。真空ポンプは低真空から高真空まで幅広い領域をカバーできるため、汎用性が高いと言えます。また、多様なタイプの真空ポンプが存在するため、特定の用途に適したモデルを容易に見つけることができます。

真空ポンプのメリット

エネルギー効率と運用コスト

スチームエジェクターは、加圧されたスチームを用いて真空を生成します。スチームを作るにはボイラーで水を蒸発させる必要があります。このプロセスは加熱のための膨大なエネルギーと、大量の水を要します。さらに、この熱の一部がエジェクター周辺の環境に放出されるため、結果として運転効率の低下、熱損失、および運用コストの増大を招きます。 一方、真空ポンプはより低い温度で作動し、追加の加熱や給水を必要としません。これによりコストを削減し、真空ポンプ全体の消費電力を抑えることができるため、よりエネルギー効率の高い選択肢となります。

多段式のスチームエジェクターシステムでは、最終到達圧力を生成するために、最終段で最も多くのエネルギーを消費します。この最終段のエジェクターを水封式真空ポンプに置き換えて「ハイブリッドシステム」を構築することで、大幅なコスト削減が実現可能です。水封式真空ポンプの効率的な運転は、消費電力の低減に大きく貢献します。 しかし、電力使用量と運用コストの両方を最小限に抑えるための最善の策は、真空システム内のすべてのスチームエジェクターを真空ポンプへ置き換えることです。

さらに、Buschの真空ポンプには、可変速ドライブ（VSD）であるECOTORQUEを搭載することが可能です。VSDを使用することで、真空ポンプの回転数をプロセスの要求に合わせて精密に調整でき、必要な分だけのエネルギーを消費するように制御できます。これにより、運用コストの削減を目指すすべての産業において、Buschの真空ポンプは理想的な選択肢となります。

環境への影響

エネルギー効率の問題は、環境負荷（環境への影響）に直結しています。スチーム生成のための熱を得るにはエネルギーが必要です。そのエネルギー源が石炭や天然ガスなどの非再生可能資源である場合、二酸化炭素排出量（カーボンフットプリント）を増大させる原因となります。

また、スチームの使用は別の課題も引き起こします。多段式エジェクターでは、次段のエジェクターで扱うガス量を減らすために、スチームとプロセスガスの混合物をコンデンサー（復水器）で回収します。コンデンサー内でスチームは冷却され、周囲へ熱を放出しながら水へと凝縮されます。この凝縮水（ドレン）は最終的にシステム外へ排出されます。しかし、多くの場合、プロセスガスから吸収した汚染物質を含んでいます。その結果、大量の汚染水が発生することになります。この廃水の回収と処理には多大な運用コストがかかるだけでなく、適切に処理されない場合には環境汚染を招くリスクもあります。

完全にクリーンな真空供給を実現するためには、Buschのドライスクリュー真空ポンプCOBRAが最適です。これらの真空ポンプは圧縮室内にオイルを一切必要としないため、排気や廃水をクリーンに保つことができます。

カスタマイズの柔軟性

真空エジェクターとは対照的に、真空ポンプは幅広い用途に適しており、高真空を必要とするプロセスや、多種多様なガスを扱う現場など、あらゆる産業で使用できます。また、真空供給を「集中管理（セントラル化）」することも可能です。これにより、プロセス制御の精度と効率が大幅に向上します。Buschは、各業界独自のニーズに合わせて設計された、すぐに使用可能なターンキー真空システムを提供しています。このようなシステムは、弊社が各国に配するシステムビルディングセンターで構築します。お客様の工場の機械室に設置することも可能です。Buschの専門スタッフが、必要な配管やダクトを含め、製造プロセスへの統合 接続までを一貫して行います。真空供給源を製造エリアから離れた専用の機械室に設置することで、以下のような多くのメリットが得られます。

さらに、Buschの真空ポンプは、特殊な耐食コーティング（Aqua）や、爆発の危険があるエリアで使用するためのATEX防爆仕様など、多様なデザインオプションを取り揃えています。この広範な製品ポートフォリオにより、多様な用途や環境において、最適な真空ポンプを選択することが可能です。

騒音値

真空エジェクターでは、加圧されたスチームや空気が常に高速で流れるため、非常に高い音圧レベル（騒音）が発生します。排気プロセスにおいて、エジェクターの騒音は真空ポンプの16倍に達することもあります。これは、音圧レベルの抑制や振動の防止が極めて重要となる作業環境では大きな課題となります。エジェクターの騒音を低減するためには、サイレンサー（消音器）の設置など、大がかりな対策を講じる必要があります。

Buschの真空ポンプは、より静音性に優れた設計となっており、騒音を低減することで作業環境の改善に大きく貢献します。