軽ガスの圧縮比

質問

お世話になります。
軽ガス、水素、ヘリウムなどはポンプで排気しづらいということらしいのですが気体の圧縮比との兼ね合いで分かりやすく教えていただけないでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.2

noname#230359

ターボ分子ポンプやドライポンプなどで、軽ガスは残るとしてもその
量は極々少量です。

例えば、空気中の水素濃度は体積比で0.5ppm、ヘリウム濃度は5.2ppm
です。この濃度が仮に10倍、100倍に濃縮されたとしても極々微量で
あることに変わりありません。

もしも、このような方法で希ガスを高濃縮できるならヘリウム
製造設備の一部に出来そうですが、この程度の濃縮が仮にできた
としても製造設備にはならない濃度です。

「軽ガスが残る」という言葉は相対的な解釈が必要で、

「極々わずかな割合ではあるが、窒素などの重い分子に比べれば
　水素などの軽い分子の方が排気率が低いため、比較すれば残る
　割合が多いと言っても間違いではない」

程度の意味でしょう。
「残る」＝「極々低濃度の軽ガスの一部が排気されずに残る」です。

なお、野球のボールをバットで叩けば高速でボールは飛びますが、
直径１ｍｍの砂粒をバットで叩いても高速で砂粒が飛んだりしま
せん。

回答No.1

noname#230359

ご質問が漠然としているので、何を知りたいのか測りかねるところがあるのですが・・・・・

例えば、絶対圧で0.05MPa（大気圧の半分で負圧です） の水素が入った容器から水素を大気に放出するとすれば、大気圧0.1MPaまで加圧しなくてはなりません。

つまり 0.1/0.05=2 が圧縮比です。これは取り扱うガスが空気でも水素でも変わりありません。しかし、容器内のガスをさらに抜こうとすれば分母の0.05MPaがさらに小さくなるので圧縮比は大きくなってゆきます。

説明のために、この排気をシリンダーとピストンによるポンプで行うとします。シリンダー（筒）にピストンを入れて、先ずピストンを引きぬいてピストンとシリンダーの間の空間の圧力を下げてガスを吸込み、それからピストンを押しこんでガスを大気圧まで圧縮します。

ピストンはシリンダー内を行ったり来たりしますが、ピストンの前後には0.1/0.05=2 （が圧縮比）の圧力差があります。

ピストンはシリンダー内を動くわけですので、ピストンとシリンダーの間には隙間を作らなければなりませんが、ガスがその隙間を通って流れないような工夫が必要です。

その漏れる量は、ガスが軽いほど（分子量が小さいので分子も小さい）、圧縮比が大きいほど、大きくなります。

したがって、軽ガスであっても、圧縮比が大きくても、排気しづらい。

お礼

mnjohn様、ご回答ありがとうございます。
ターボ分子ポンプやドライポンプの取り説などでプロセスの為に
真空に持っていく場合に、軽ガスは残ってしまうという事を聞いた
事があり、また『気体分子に対する翼速度（翼速度比）によって排気速度が変化するため軽ガス（水素・ヘリウム）に対しては排気速度が低下する。』と
いった記述を見たのですが、意味が理解できないため質問した次第です。

ある真空状態になったとしても、Ｈ２分子などは残ったままになるのだろうか
、その原理はどういうものなのかを知りたいということです。
宜しくお願いします。