KR101286187B1

KR101286187B1 - 다단형 건식 진공펌프

Info

Publication number: KR101286187B1
Application number: KR1020110115573A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 김
Original assignee: 데이비드 김
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-07-15
Also published as: CN103089647A; KR20130050488A; CN103089647B

Abstract

본 발명은 냉각 구조가 매우 단순하여 장치의 크기가 콤팩트하고 부품의 소요가 작으며, 효율성 있게 냉각 회로가 설계되어 냉각 능력을 극대화함으로써 저렴한 재질의 사용을 가능케하고, 장치의 열변형을 막을 수 있으며, 배기압을 높여 잔량 가스의 완전 방출을 가능케하여 설비의 진공도를 높일 수 있는 공냉식 구조를 가지는 다단형 건식 진공펌프를 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명의 다단형 건식 진공펌프는 내부 수용공간을 가지고 있으며, 일측에는 흡기구가 구비되고, 타측에는 배기구가 구비되어 후단으로 갈수록 압축비가 높아지도록 설계된 다단의 실린더; 상기 실린더의 내부 수용공간에 수용되고, 서로 맞물려 동기하여 회전하도록 설치되는 한 쌍의 로터; 상기 각 로터를 장착하고 있는 2개의 펌프 축; 상기 어느 한 펌프 축을 회전 구동하기 위한 모터; 상기 2개의 축이 연동하여 회전하도록 상기 펌프 축상에 설치되는 한 쌍의 기어; 상기 다단 실린더들의 내부 수용공간과 연통하여 상기 다단의 실린더를 통해 순차로 압축되어 이송되는 가스의 배출을 안내하도록 상기 실린더들의 외주를 나선형으로 돌아 형성되는 가스통로; 상기 가스통로의 내측으로 동심을 이루도록 형성되고 또한 상기 내부 수용공간을 양측에서 감싸는 호 형상으로 실린더들을 축 방향으로 관통하여 형성되는 내측 냉각통로; 상기 가스통로의 외측으로 동심을 이루도록 원호상으로 감싸는 형태로서, 실린더들을 축 방향으로 관통하여 형성되는 외측 냉각통로; 상기 모터와 펌프 축의 접속부에 설치되어 펌프 축의 회전에 따라 외부로부터 공기를 흡입한 후 상기 내외측의 냉각통로를 통과하여 지나도록 축 방향으로 공기를 송풍하는 냉각팬; 을 포함하여 구성되어 있다.

Description

다단형 건식 진공펌프{Multistage dry vaccum pump}

본 발명은 건식 진공 펌프에 관한 것으로, 상세하게는 두 개의 축과 그리고 상기 두 개의 축에 고정되어 서로 맞물려 회전하는 두 개의 로터를 포함하는 건식 스크류 진공 펌프에 관한 것이며, 보다 상세하게는 압축비를 순차적으로 높여나가도록 설계된 복수단의 실린더를 구비한 다단형 건식 진공펌프의 냉각 구조 개선에 관한 것이다.

일반적으로 진공펌프는 기밀용기 내의 기체분자를 제거하는 장치로 대기압 이하의 저압에서 기체를 흡입,압축해 대기 중에 방출하여 용기 속의 진공도를 높이는 데 사용한다. 이러한 진공펌프는 크게 건식과 습식으로 각각 대변되는 기계적 진공펌프와 증기펌프로 분류된다. 확산펌프가 고진공을 실현하기 위해 기름을 사용하는 습식형인 것과 달리 기계적 진공펌프는 상대적으로 진공도가 낮기는 하지만 기름을 사용하지 않는 건식형이므로 상대적으로 구조가 간단하고 내구성이 좋고, 또한 안정된 진공도를 보여주므로 사용자가 손쉽게 운전할 수 있고 유지하는데 드는 비용이 적게 들어가는 장점이 있어 여러 산업분야에서 널리 쓰이고 있다.

이에 따라 근래 진공 기술의 진보는 놀랄 만큼 빨라지고 있으며, 그의 응용분야도 반도체 증착, 전자공업, 금속화학, 의약품, 원자력 공업 등으로 확산되고 있다.

또한, 진공을 만들어 내는 진공펌프의 종류도 수봉식, 유회전식, 루-츠식, 유확산식, 물리 흡착식, 화학 흡착식 등으로 그 종류도 많으나 크게 습식과 건식으로 나눌 수 있다. 그러나 수봉식이나 유회전식 등의 습식(진공펌프 내에 물이나 기름을 주입)은 불순물의 흡입이 없어야만 하는 반도체, 식품, 화학, 의약품 공업 등의 산업분야에서는 점차 사용하지 않게 되었으며, 따라서 최근에는 건식(펌프 내의 물이나 기름을 주입하지 않음)의 진공펌프가 널리 사용되어 오고 있으며, 특히 반도체의 제조공정에서, 공정 챔버로 오일 분자가 누출될 수 없도록 하기 위하여 무-오일 건식 진공펌프가 채용되어 오고 있다.

그런데 용적식의 건식 진공펌프의 경우, 1×10^-3Torr 이하의 고진공을 위한 가스 흡입에 사용하는 데에는 1개의 펌프만으로 이것에 도달하는 것이 곤란하므로, 통상 가스의 배출 효율을 증가시키기 위하여 복수개의 펌프를 직렬로 연결하여 고진공을 달성토록 하고 있다. 그러나 진공펌프의 단수가 증가하면 1단 당의 압력비를 낮추어 진공펌프의 발열을 억제하는 효과가 있으나, 당연히 그것에 수반되는 부품수와 모-타 등의 부품수도 증가하기 때문에, 비용을 상승시키는 문제가 발생되며, 따라서 펌프의 설치 면적도 넓게 차지하는 결점을 피할 수 없게 된다. 특히 압축비를 점차 높여 나가도록 복수개의 펌프 실린더를 보유하는 다단형의 진공펌프의 경우 각 압축단 별로 발생되는 열이 상이하여 펌프 흡입구로부터 출구단으로 갈수록 점차 증대되는 고온 고압이 작용함으로 위치에 따라 온도차가 크게 발생하며, 이로 인해 진공펌프의 전체 케이싱의 변형과 내부 구성 부품의 변형이 일어나며, 이러한 변형은 펌프의 내구성 약화의 주요한 원인을 제공하게 된다는 문제점이 있다. 따라서 적절하고 효율적인 냉각 작용이 없을 경우 심하면 펌프 소착의 원인이 되고, 발생된 열의 분균일 분포로 장치가 뒤틀리는 현상이 있을 수 있다.

진공펌프로부터 발생된 압축 열은 예컨대 외측의 펌프 하우징 벽을 통해 발산시킬 수 있고, 즉 로터를 내측으로부터 냉각시킬 수 있지만, 이는 상당한 설계 노력을 추가적으로 필요로 한다. 한편, 로터 사이의 간극을 보다 좁게 하고 나아가 갭 누설을 감소시킬 수 있도록 부품의 열 팽창은 최소화되어야 하는 데, 이는 냉각에 의해서만 달성될 수 있다. 또한, 냉각은 펌핑 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 압축에 의해 200 ℃ 이상의 온도로 상승하는 가스 등의 매체를 상기 온도보다 훨씬 낮은 온도까지 낮추어 펌프 장치 외부로 배출할 수 있다. 결국에, 펌프 냉각에 의한 낮은 온도는 진공펌프의 구성 및 수명에 대하여 유익한 효과를 갖는다.

이 때문에 종래 진공펌프에서는 냉각수 통로를 형성하여 순환되는 냉각수에 의해 각종 마찰부품들이 냉각되도록 하고 있으나, 냉각수 순환 방식의 경우 펌프에서의 냉각수 누출로 인한 진공설비의 오염 가능성이 우려되는 것 및 환경오염이 발생하고 유지 관리 비용이 증대되는 등의 문제가 있었다.

수냉식의 상기한 문제점을 감안하여 공기 송풍에 의한 공랭식의 사용도 제안되었으나, 종래 공냉식의 진공펌프의 경우 송풍되는 공기가 펌프 실린더의 일부분을 지나면서 냉각하는 형태라서 냉각 효율이 낮고, 펌프 몸체로 열전달이 우수한 알루미늄 계통의 소재를 사용하는 관계로 고비용을 초래하며, 냉각 구조상의 결함으로 실린더와 로터의 틈새를 열팽창의 차이를 고려하여 충분한 클리어런스를 주어야 함으로써 펌프의 진공 성능이 저하되거나 또는 냉각 성능의 저하로 작동 중에 펌프가 소착되는 우려가 있어 공랭식은 냉각 방식으로서의 실용성이 떨어진다는 문제가 지적되어 왔다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안한 것으로서, 냉각 구조가 매우 단순하여 장치의 크기가 콤팩트하고 부품의 소요가 작으며, 효율성 있게 냉각 회로가 설계되어 냉각 능력을 극대화함으로써 저렴한 재질의 사용을 가능케하고, 장치의 열변형을 막을 수 있으며, 배기압을 높여 잔량 가스의 완전 방출을 가능케하여 설비의 진공도를 높일 수 있는 공냉식 구조를 가지는 다단형 건식 진공펌프를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다단형 건식 진공펌프는 내부 수용공간을 가지고 있으며, 일측에는 흡기구가 구비되고, 타측에는 배기구가 구비되어 후단으로 갈수록 압축비가 높아지도록 설계된 다단의 실린더; 상기 실린더의 내부 수용공간에 수용되고, 서로 맞물려 동기하여 회전하도록 설치되는 한 쌍의 로터; 상기 각 로터를 장착하고 있는 2개의 펌프 축; 상기 어느 한 펌프 축을 회전 구동하기 위한 모터; 상기 2개의 축이 연동하여 회전하도록 상기 펌프 축상에 설치되는 한 쌍의 기어; 상기 다단 실린더들의 내부 수용공간과 연통하여 상기 다단의 실린더를 통해 순차로 압축되어 이송되는 가스의 배출을 안내하도록 상기 실린더들의 외주를 나선형으로 돌아 형성되는 가스통로; 상기 가스통로의 내측으로 동심을 이루도록 형성되고 또한 상기 내부 수용공간을 양측에서 감싸는 호 형상으로 실린더들을 축 방향으로 관통하여 형성되는 내측 냉각통로; 상기 가스통로의 외측으로 동심을 이루도록 원호상으로 감싸는 형태로서, 실린더들을 축 방향으로 관통하여 형성되는 외측 냉각통로; 상기 모터와 펌프 축의 접속부에 설치되어 펌프 축의 회전에 따라 외부로부터 공기를 흡입한 후 상기 내외측의 냉각통로를 통과하여 지나도록 축 방향으로 공기를 송풍하는 냉각팬; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 같은 펌프장치의 구조에 의하면 내외측의 냉각통로들이 가스통로와 로터가 수용되는 내부 수용공간을 호형상으로 감싸고 있어, 공기와의 열교환 면적이 극대화되어 냉각성을 높이고, 실린더의 소재를 주철을 사용하여도 냉각성의 확보가 가능하여 기존 공랭식 구조의 소재인 알루미늄 합금 사용에 따른 고비용의 문제점을 개선할 수 있다.

그리고 상기 냉각팬은 모터 플랜지 내에 수용되도록 상기 펌프 축에 장착되며, 상기 모터 플랜지의 내부 공간은 상기 내외측의 냉각통로와 연통하도록 형성되며, 상기 모터 플랜지의 일측에 외부로부터 공기를 도입하는 공기 흡입구가 마련되어 있다.

또 본 발명의 진공펌프는 상기 다단의 실린더들 중 압축비가 높은 최고단 실린더를 포함하는 최소한 1개 이상의 실린더의 내부 수용공간을 내측의 냉각통로와 서로 연통시키는 연결통로를 구비하고 있다.

또 본 발명에 의하면 상기 내외측의 냉각통로에는 복수개의 냉각핀이 형성되어 송풍되는 공기와의 열교환 효율을 높이도록 구성되어 있다.

또 상기 흡기구를 구비한 실린더의 후방에는 지지 베어링을 개재하여 상기 펌프 축을 지지하는 뒷커버가 장착되며, 상기 뒷커버에는 상기 내외측의 냉각통로들을 하나로 통합하여 외부로 공기를 배출하는 냉각통로가 구비되어 있다.

그리고 상기 뒷커버에 연이어서 상기 기어를 수용하고 윤활을 위해 오일을 저장하는 기어 케이싱이 장착되며, 상기 기어 케이싱의 외주에는 복수개의 냉각핀들이 형성되고 또 상기 통합된 냉각통로와 연통하는 냉각통로가 형성되어 있으며, 상기 기어 케이싱의 냉각통로를 통해 배출되는 공기가 상기 기어 케이싱의 냉각핀들을 통과하여 지나도록 구성되어 있다.

바람직하기로는, 상기 기어 케이싱의 냉각통로는 상기 기어 케이싱의 냉각핀들을 향하여 공기를 배출하도록 경사진 구배를 가지도록 개구되어 있다.

이상과 같은 본원 발명의 다 단형 건식 진공펌프에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

펌프몸체를 냉각하는 방법으로 실린더 가스통로의 안쪽과 밖의 양쪽으로 가스통로와 실린더 내부 수용공간을 원형으로 감싸는 형태의 냉각통로를 만들어 펌프 축의 회전에 연동하는 냉각팬에서 발생된 공기바람이 내외측의 냉각통로를 통과하면서 펌프 실린더의 발생 열과, 작업가스가 이동하는 가스통로의 공정가스 열을 냉각하여 펌프 실린더와 로터를 전체 축 방향에 걸쳐 고르게 냉각할 수 있어 로터와 실린더, 로터와 로터 사의의 접촉 틈새를 작게 할 수 있어 10^-3Torr 정도 까지의 고진공을 얻을 수 있다.

펌프의 구조를 모터의 동력을 사용하여 냉각팬을 회전시켜 자체적으로 냉각하는 공랭식 펌프로 만들어 수랭식 구조 펌프의 경우 발생하는 냉각수에 의한 누출, 환경오염, 냉각수 비용, 유지관리 비용의 문제점을 간편하게 해결하는 친환경의 펌프를 제공하고, 작업장의 환경을 보호하는 효과가 있다.

압축단이 높은 실린더 내에 냉각통로와 연통하는 연결통로를 통해 냉각팬에서 송풍되는 차가운 공기를 직접 도입하여 냉각함과 동시에 배기압력을 높여 가스의 배출을 원활하게 함으로써 효율성 좋은 진공펌프를 제공할 수 있으며, 이러한 높은 냉각성에 기인하여 펌프의 소재를 값싼 주철을 사용하는 것이 가능하다.

펌프축에 냉각팬을 설치고 있어, 별도의 구동모터가 필요 없으며, 펌프 구조가 간단하고 소형화할 수 있다.

기어 케이싱에 방열핀을 형성하고, 실린더를 냉각하고 나서 배출되는 공기를 방열핀으로 유도하여 냉각하도록 냉각통로의 경사도를 설정함으로써, 기어 및 베어링부의 효율적인 냉각이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 정단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 A-A 평단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 B-B 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 C-C 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 D-D 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 E-E 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 F-F 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 다단형 건식 진공펌프의 좌측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참고하여 설명될 것이다.

도1 내지 도8은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 건식 진공펌프를 보여주는 도면으로, 이 건식 진공펌프는 각각의 실린더(케이싱) 내의 내부 수용공간에 한 쌍의 펌프 로터를 수납하고 있는 다단 루츠형의 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 진공펌프 장치는 실린더(1,2,3,4) 내에 형성한 땅콩 형상의 내부 수용공간(80)에 배치되는 한 쌍의 로터(10,11,12,13,14)(10a,11a,12a,13a,14a,15a)(이하 대표 부호로는 60을 사용하기로 한다) 및 베어링(17,18)으로 회전가능하게 지지되는 축(33,33a)을 포함하고 있으며, 각 실린더(1,2,3,4)(대표 부호는 70을 사용한다) 내의 로터들은 등 간격을 가지고 상기 축(33,33a) 상에 설치되어 있다.

진공펌프는 실린더(1) 내에 형성되는 가장 큰 폭을 갖는 로터(10,10a)의 위쪽에 배치되는 흡기구(15) 및 실린더(4) 내에 형성되는 가장 작은 폭을 갖는 로터(14,14a)의 전방을 덮어 보호하도록 설치되는 앞커버(5)의 상부에 배치되는 배기구(16)를 구비하고 있으며, 이 배기구(16)는 앞커버(5) 대신 4번 실린더(4)에 형성할 수도 있다. 펌프장치를 구동하는 모터(9)는 배기구(16) 측에 위치한 펌프 주축(33)의 끝단부에 접속되어 있으며, 타이밍 기어(34,34a)는 흡기구(15) 측에 위치한 축(33,33a)의 끝단부에 고정 설치되어 있고, 상기 타이밍 기어(34,34a)는 한 쌍의 대향하고 있는 펌프 로터(60)를 연계시키는 역할을 한다. 그리고 1번 실린더(1)에 뒷커버(6)가 결합되고, 이어서 기어 케이싱(7)이 결합되며, 상기 타이밍 기어(34,34a)는 상기 기어 케이싱(7)에 수용되도록 설치되며, 상기 앞커버(5)에는 모터 플랜지(8)가 결합되며, 모터 플랜지(8)에 상기 모터(9)가 결합되는 구조로 되어 있다.

도 2 및 도 3에서, 대향하고 있는 한 쌍의 로터(10,10a),(11,11a),(12,12a),(13,13a),(14,14a),(15,15a)(대표 부호는 60) 사이 및 상기 로터(60)와 실린더(70) 사이에 작은 간극(52)(53)이 형성되어 로터(60)가 비접촉 방식으로 회전하도록 구성되어 있다. 상기 대향하고 있는 로터(60)의 쌍은 반대 방향으로 동기식으로 회전된다. 흡기구(15)를 통해 진공설비로부터 유입되는 가스는 로터(60)와 실린더(70) 사이의 공간에 가두어지고, 그 가스가 로터(60)의 회전에 따라 점차 압축되면서 배기구(35) 측으로 이송된다. 이러한 방식으로 가스가 연속적으로 압축 이송되며, 따라서, 흡기구(34)의 상류 측에 제공되어 흡기구(34)와 연통되어 있는 진공설비로부터 가스를 강제로 흡입하여 배기시키게 되며, 이를 위해 실린더(1,2,3,4, 4번 실린더 앞뒤로 로터가 설치되어 전체의 압축단수는 5단이다)으로 갈수록 점차 줄어드는 구조를 취하고 있다.

상기 모터(9)가 장착된 주축(33) 모터 커플링(30)을 통해 모터(9)에 접속하여 구동력을 전달받으며, 상기 모터 플랜지(8)와의 접속부인 주축(33)의 단부에는 냉각 팬(31)이 장착되어 있어, 모터(9)의 구동 시 회전하는 상기 주축(33)에 의해 회전하여 공기를 전방 위치, 즉 앞커버(5) 및 4번 실린더(4) 측으로 송풍하게 되며, 이를 위해 모터 플랜지(8)의 내부로 공기를 도입하기 위한 공기 흡입구(32)가상기 모터 플랜지(8)에 형성되어 있다.

상기 각 실린더(1,2,3,4) 마다의 압축 말기에 압축비가 높은 이웃한 하류 측의 실린더로 가스를 이송시키도록 안내하는 가스 통로(19,21,23,35,27)가 한 쌍의 로터(60)를 환상으로 감싸는 형상으로 형성되어 있으며, 이들 환상의 가스 통로(19,21,23,35,27)는 흡입 통로(20,22,24,26)를 통해 서로 연통하고 있어 전체적으로 나선형을 이루면서 하류 측으로 가스의 흐름이 진행되도록 한다.

그리고 상기 펌프 실린더(1,2,3,4)의 길이는 1단에서 5단으로 갈수록 압축비를 크게 하기 위하여 점차적으로 줄어드는 구조로 하였기 때문에, 1단에서 5단으로 진행하면서 작업가스를 흡입 압축하는 공정에서 압축량이 점차적으로 커져 펌프의 온도도 5단으로 갈수록 점차적으로 높아지게 됨으로써, 실린더 내의 압축가스에서 발생된 열이 실린더(70)와 로터(60)로 전달되어 열팽창을 일으켜 펌프성능에 치명적인 원인을 제공하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 펌프의 냉각 구조를 공랭식으로 하여 펌프 몸체의 실린더(1,2,3,4)와 앞커버(5)에서 작업가스가 통과하는 가스통로(19,21,23,25,27,29)의 안과 밖에 각기 냉각통로를 만들어 내측의 냉각통로(36,38,40,42,44,45)와 외측의 냉각통로(35,37,41,43,47,48)에서 실린더와 가스통로에서 발생한 열을 빼앗는 구조로 하되, 압축비 및 온도가 높은 앞커버(5) 및 4번 실린더(4) 측에서 상대적으로 더 많이 열을 뺏을 수 있게 구성하여 각각의 실린더와 로터가 축 방향을 따른 위치에 관계없이 냉각에 의해 고른 온도 분포를 가지도록 하여 유사한 열팽창 온도 조건하에서 작동할 수 있도록 하였다.

도 3 내지 도 6에서 볼 수 있듯이, 상기 내 외측의 냉각 통로(36,38,40,42,44,45),(35,37,41,43,47,48)는 마치 상기 가스 통로(19,21,23,35,27)와 동심을 이루듯이 형성되며, 측면에서 보아 원호를 이루듯 감싸는 호 형상의 통로가 축 방향을 따라 앞커버(5)와 실린더(70) 몸체 및 뒷커버(6) 등을 관통하여 형성되어 있으며, 앞커버(5)와 실린더(70), 뒷커버(6) 및 기어 케이싱(7)의 각 냉각통로(36,38,40,42,44,45,46),(35,37,41,43,47,48)에는 복수개의 냉각핀(54)(55)들이 칸막이를 형성하듯이 설치되어 있으며, 세부적으로는 앞커버(5)와 실린더(70)의 각 냉각통로(36,38,40,42,44),(35,37,41,43)는 모터 플랜지(8)의 공간(56) 및 기어 케이싱(7)의 통로(48)와 연통하고 있으며, 또 도중에 뒷커버(6)에서 연결통로(46)를 통하여 내외가 하나의 냉각통로(47)로 통합되는 구조를 가지고 있으며, 그 통합된 냉각통로(47)와 연통하는 기어 케이싱(7)의 냉각통로(48)는 기어케이싱 표면에 돌출하는 냉각핀(49)을 향하여 개구되어 있다.

그리고 특히 이송되는 가스의 압축 온도가 높은 실린더(2,3,4)들에는 도 3에 도시하는 것 같이 상기 내측의 냉각통로(38,40,42)와 각 실린더(2,3,4) 내의 공간을 연통하는 작은 직경의 연결통로(50,50a)를 두어, 그 연결통로(50,50a)를 통해 실린더(2,3,4) 내부로 찬 공기를 유입시켜 로터(11,11a)(12,12a)(13,13a)(14,14a)를 직접 냉각하여 과열을 방지하고, 동시에 배기압을 높여 잔량 가스의 배출을 돕도록 구성되어 있다.

도면에 있어 미설명 부호 51은 실린더 내의 배기 방향이며, 부호 52는 실린더와 로터의 틈새이며, 부호 53은 로터와 로터의 틈새이다.

이하에 본 발명에 의한 펌프장치의 작동에 대하여 설명한다.

모터(9)가 작동하면 모터커플링(30)에 맞물려 있는 냉각팬(31)이 회전하면서 기어케이싱(7) 내에 펌프 주축(33)에 고정된 기어(34)가 회전되고, 동시에 그와 맞물려 있는 기어(34a)에 의해 펌프 종동축(33a)이 서로 반대 방향으로 회전한다. 이때에 실린더(70) 내에서 로터(60)는 회전하면서 가스를 흡입하여 배기하는 작업공정을 수행하게 된다. 펌프에서 가스를 흡입 배기하는 경로는, 1번 실린더(1)의 흡입구(15)를 통해 도시를 생략한 진공설비로부터 흡입된 가스가 로터(10),(10a) 로브와 실린더 사이에 갇혀 배기 방향으로 이송되어 가스통로(19)를 따라 2번 실린더(2)의 흡입구(20)로 넘어오게 되며, 그 가스는 다시 로터(11).(11a) 로브와 실린더(2) 사이에 갇혀 압축되면서 이송되어 가스통로(21)를 통해 다음 단계의 3번 실린더(3) 흡입구(22)로 넘어간다. 3번 실린더(3)로 흡입된 가스는 로터(12),(12a)의 의해 압축 이송되면서 가스통로(23)를 따라 다음 단계의 4번 실린더 흡입구(24)로 넘어간다. 4번 실린더(4)로 흡입된 가스는 로터(13),(13a)의 의해 압축 이송되어 가스통로(25)를 따라 다음 단계의 5번 실린더(4번 실린더와 같은 몸체이나 편의상 5번이라 칭하였다)의 흡입구(26)로 넘어간다. 5번 실린더로 흡입된 가스는 로터(14),(14a)의 의해 압축되면서 배출단 측으로 이송되고, 가스통로(27)와 연결된 앞커버(5)의 배기통로(28),(29)를 거쳐 배기구(16)를 통하여 외부로 배기된다.

한편, 상기 모터(9)가 가동되면 모터커플링(30)에 결합된 냉각팬(31)이 회전하면서 모터하우징(8)의 공기 흡입구(32)로 공기가 유입되어 공기 바람을 일으킨다. 이때에 발생된 공기 바람은 고온의 압축 가스가 통과하는 앞커버(5)의 외표면에 접촉하여 열을 내리고, 앞커버의 외측 냉각통로(35)와 연결된 냉각통로(37,39,41,43,47,48)로 공기가 접촉해 통과하면서 가스통로의 열을 내려주고, 또한 앞커버(5)의 내측의 냉각통로(36)와 연결된 냉각통로(38,40,42,44,46,47,48)로 공기바람이 통과하여 높은 온도의 실린더로부터 점차 낮아지는 온도의 실린더 순으로 순차적으로 통과함으로써 실린더와 로터의 열을 내려주게 되며, 또한 냉풍이 이송되는 도중에 각 연결통로(50,50a)를 통해 압축비가 높은 실린더(4,3,2)의 내부 수용공간(80)으로 찬 공기가 유입되어 로터를 직접 냉각하고, 배기 압력을 높여 가스가 확실하게 외부로 배기되도록 유도하게 되며, 이로써 1개의 모터(9)의 구동력을 사용하여 펌프의 주축(33)과 냉각팬(31)을 회전시켜 효과적으로 냉각시켜 줄 수 있는 것이며, 냉각팬(31)이 주축(33)에 설치되므로 설치 공간을 최대한 작게 차지하게 됨으로써, 주축 이외의 장소에 설치하는 경우 별도 모터와 설치 공간이 필요한 것에 비하여 장치가 콤팩트한 장점이 있는 있게 되는 것이며, 또 배기력 향상에 따라 잔량 가스의 배출도를 높여 높은 진공도를 얻을 수 있다.

이때 펌프 실린더 몸체의 안의 냉각통로와 밖의 냉각통로에 냉각핀(54,55)을 만드는 구조로 하여 공기 바람이 냉각통로를 통과할 때 접촉하는 열전달 단면적을 크게 하여 냉각효율을 크게 개선시켜 줄 수 있기 때문에 펌프 몸체를 주철 소재로 하여도 원하는 수준의 냉각이 가능하다.

또 뒷커버(6)의 내측의 냉각통로(45)와 외측의 냉각통로(47)가 연결통로(46)를 통해 서로 통합하여, 냉각팬에서 발생된 공기 바람이 통합된 냉각통로(47)로 빠져나가게 되는 과정에서 뒷커버의(6)의 베어링(17)에서 발생한 열이 효과적으로 방열 처리된다.

상기 기어케이싱(7)은 냉각통로(48)를 통해 외부로 나온 공기가 마지막으로 지나가는 펌프 몸체로서, 기어(34,34a)와 베어링(17)에 윤활작용과 냉각작용을 하는 오일(57)이 저장되는 케이싱의 외부로 냉각핀(49)을 만들고, 냉각통로(48)가 그 냉각핀(49)을 향하도록 경사진 구배를 주어 개구시킴으로써 공기바람이 효율성 있게 냉각핀(49)을 향해 분사되어 냉각핀(49)과 손쉽게 접촉하면서 지날 수 있어 방열성이 향상되어 오일(56)의 온도를 내려주게 됨으로써, 냉각된 오일이 기어(34,34a)와 베어링(17)에 냉각작용을 하여 정숙하고 원활한 펌프 작동이 가능하게 된다.

본 발명이 다단 건식진공펌프에 루츠형을 적용한 실시예에 대하여 설명한 것은, 본 발명의 내측과 외측의 2단 통로로 된 냉각 구조상 압축된 가스가 다음 단으로 넘어가기 위한 가스통로가 실린더 몸체 내에 별도로 형성되는 루츠형 로터의 냉각에 특히 적합하기 때문이다.

본 발명의 특정한 바람직한 실시예가 상세히 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어남 없이 내용 중에 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

1 : 1단 실린더 2 : 2단 실린더
3 : 3단 실린더 4 : 4단 실린더(5단 겸용)
5 : 앞커버 6 : 뒷커버
7 : 기어케이싱 8 : 모터 플랜지
9 : 구동모터 10,10a. : 1단 로터
11,11a. : 2단 로터 12,12a : 3단 로터
13,13a. : 4단 로터 14,14a : 5단 로터
15 : 흡기구 16 : 배기구
17 : 베어링 18 : 베어링
19 ,21, 23, 25, 27 : 가스통로 20, 22, 24, 26 : 흡입통로
28, 29 : 배기통로 30 : 모터 커플링
31 : 냉각 팬 32 : 공기 흡입구
33, 33a : 펌프 축 34, 34a : 기어
35, 37, 39, 41, 43, 47, 48 : 외측의 냉각통로
36, 38, 40, 42, 44, 45 : 내측의 냉각통로
46 : 뒷커버의 연결통로 49 : 기어케이싱의 냉각핀
50, 50a : 연결통로 51 : 배기방향
52 : 실린더와 로터의 틈새 53 : 로터와 로터의 틈새
54,55 : 냉각핀 56 : 공간
57 : 오일
60(10,11,12,13,14,10a,11a,12a,13a,14a,15a) : 로터
70(1,2,3,4) : 실린더 80 : 실린더의 내부 수용공간

Claims

내부 수용공간을 가지고 있으며, 일측에는 흡기구가 구비되고, 타측에는 배기구가 구비되어 후단으로 갈수록 압축비가 높아지도록 설계된 다단의 실린더; 상기 실린더의 내부 수용공간에 수용되고, 서로 맞물려 동기하여 회전하도록 설치되는 한 쌍의 로터; 상기 각 로터를 장착하고 있는 2개의 펌프 축; 상기 어느 한 펌프 축을 회전 구동하기 위한 모터; 상기 2개의 축이 연동하여 회전하도록 상기 펌프 축상에 설치되는 한 쌍의 기어; 상기 다단 실린더들의 내부 수용공간과 연통하여 상기 다단의 실린더를 통해 순차로 압축되어 이송되는 가스의 배출을 안내하도록 상기 실린더들의 외주를 나선형으로 돌아 형성되는 가스통로; 상기 가스통로의 내측으로 동심을 이루도록 형성되고 또한 상기 내부 수용공간을 양측에서 감싸는 호 형상으로 실린더들을 축 방향으로 관통하여 형성되는 내측 냉각통로; 상기 가스통로의 외측으로 동심을 이루도록 원호상으로 감싸는 형태로서, 실린더들을 축 방향으로 관통하여 형성되는 외측 냉각통로; 상기 모터와 펌프 축의 접속부에 설치되어 펌프 축의 회전에 따라 외부로부터 공기를 흡입한 후 상기 내외측의 냉각통로를 통과하여 지나도록 축 방향으로 공기를 송풍하는 냉각팬; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.
제1항에 있어서, 상기 냉각팬은 고단측 실린더에 접속하는 모터 플랜지 내에 수용되도록 상기 펌프 축에 장착되며, 상기 모터 플랜지의 내부 공간은 상기 내외측의 냉각통로와 연통하도록 형성되며, 상기 모터 플랜지의 일측에 외부로부터 공기를 도입하는 공기 흡입구가 마련된 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.
제1항에 있어서, 상기 다단의 실린더들 중 최고단 실린더를 포함하는 최소한 1개 이상의 실린더의 내부 수용공간을 내측의 냉각통로와 서로 연통시키는 연결통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.
제1항에 있어서, 상기 내외측의 냉각통로에는 복수개의 냉각핀이 형성되어 송풍되는 공기와의 열교환 효율을 높이도록 구성된 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.
제1항에 있어서, 상기 흡기구를 구비한 실린더의 후방에는 지지 베어링을 개재하여 상기 펌프 축을 지지하는 뒷커버가 장착되며, 상기 뒷커버에는 상기 내외측의 냉각통로들을 하나로 통합하여 외부로 공기를 배출하는 냉각통로가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.
제5항에 있어서, 상기 뒷커버에 연이어서 상기 기어를 수용하고 윤활을 위해 오일을 저장하는 기어 케이싱이 장착되며, 상기 기어 케이싱의 외주에는 복수개의 냉각핀들이 형성되고 또 상기 통합된 냉각통로와 연통하는 냉각통로가 형성되어 있으며, 상기 기어 케이싱의 냉각통로를 통해 배출되는 공기가 상기 기어 케이싱의 냉각핀들을 통과하여 지나도록 구성된 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.
제6항에 있어서, 상기 기어 케이싱의 냉각통로는 상기 기어 케이싱의 냉각핀들을 향하여 공기를 배출하도록 경사진 구배를 가지도록 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 다단형 건식 진공펌프.