진공펌프 및 부압의 발생방법(VACUUM PUMP AND METHOD FOR GENERATING SUB-PRESSURE)

공개특허 10-2004-0106459
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(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
F04C 23/00
F04F 5/22
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2004-0106459
2004년12월17일
(21) 출원번호 10-2004-7017718
(22) 출원일자 2004년11월03일
번역문 제출일자 2004년11월03일
(86) 국제출원번호 PCT/SE2003/000679 (87) 국제공개번호 WO 2003/093678
(86) 국제출원출원일자 2003년04월29일 (87) 국제공개일자 2003년11월13일
(30) 우선권주장 0201335-7 2002년05월03일 스웨덴(SE)
(71) 출원인 피아이에이비 에이비
스웨덴왕국 테비 에스-183 04 박스 4501
(72) 발명자 텔페테르
스웨덴 에스-184 60 오셰르스베르가 마르그레텔룬스베옌 40
(74) 대리인 특허법인코리아나
심사청구 : 없음
(54) 진공펌프 및 부압의 발생방법
요약
본 발명은 압축부(8) 및 팽창부(7)를 갖는 스크루 로터 펌프를 포함하는 진공펌프로서, 상기 압축부의 방출구(10)는
압축가스의 방출을 위한 하나 이상의 이젝터(1)와 연결되어 있고, 팽창부(7)는 스크루 로터 펌프 및 이젝터를 나란히
작동시키기 위한 구동가스원(P)에 제 1 밸브수단(5)을 경유하여 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 진공펌프를 개시
한다. 또한, 산업공정에 부압을 제공하는 방법으로서, 압력을 규정된 낮은 수준으로 감소시키는데 하나 이상의 이젝터
(1)가 초기에 사용되고, 상기 이젝터를 통해 그리고 이젝터와 나란히 작동하도록 배치된 스크루 로터 펌프(7, 8)에 의
해 상기 압력이 더 감소되는 것을 특징으로 하는 부압의 제공방법을 개시한다.
대표도
도 1
명세서
기술분야
본 발명은 부압 또는 진공을 발생시키는 펌프에 관한 것으로, 상기 펌프는 이젝터와 결합된 스크루 로터형 펌프를 포
함하고 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 또한 산업공정에 부압을 제공하는 방법에 관한 것이다.
배경기술
공개특허 10-2004-0106459
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예를 들어, 스크루 로터형 진공펌프는 이미 SE 0002129-5(Svenska Rotor Maskiner AB)로부터 공지되어 있다. 이
종류의 스크루 로터 펌프는 압축부를 포함하며, 서로 맞물리는 로터 본체는 그들 사이에 흡인된 가스를 압축시키기
위해 회전한다. 압축부는 서로 맞물리는 로터 본체를 가진 팽창부에 의해 구동되며, 상기 로터 본체는 팽창부에 도입
된 압축공기 같은 구동가스의 팽창을 통해 회전하게 된다.
예를 들어, 부압을 발생시키기 위해 압축공기에 의해 구동되는 이젝터형 진공펌프가 이미 SE 9800943-4(PIAB AB)
로부터 공지되어 있다. 이젝터 펌프는 연속적으로 배열된 많은 노즐을 통해 가속된 압축공기에 의해 구동된다. 노즐들
사이에서 압축공기의 분류 주위에서 압력강하가 발생되고, 이젝터 벽에 있는 구멍을 통해 흡인되어 그 분류에 의해
포획되는 주위공기의 방출을 위해 사용된다.
이들 두 유형의 펌프는 다른 작동 특성을 가진다. 이와 관련하여, 이젝터는 대기압보다 낮은 고압구역 내에서 빠른 초
기효과를 내는 특성이 있는 반면, 스크루 로터 펌프는 저압구역 내에서 높은 효율을 내는 특성이 있다. 또한, 스크루
로터 펌프는 스크루 로터형 펌프의 압축부로부터 방출되는 압축가스 또는 공기에 있어서 상당한 온도상승이 있는 특
성이 있다.
진공작업에 의존하는 산업에서는, 석션컵(suction cup) 밑에 있는 공기의 공간과 같은 공동부를 배기시는데 필요한
시간을 줄이는 것이 바람직하다. 이러한 요구를 충족시키는 한 방법은 부압의 발생을 분산시키는 것인데, 이는 진공
원을 진공 소비부 근처에 분산시키고, 부압의 분배를 위한 긴 통로를 생략하며, 배기될 전체공간 또는 공기를 감소시
킴으로써 달성된다. 그러나, 부압에 의해 작동되는 어떤 경우에 있어서, 스크루 로터 펌프에서 나온 압축된 방출공기
의 상승된 온도는 진공원의 자유로운 분산화를 방해할 수도 있다. 예를 들어, 이는 포장산업 뿐만 아니라, 제약 및 음
식산업에도 적용된다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 상기 요구를 충족시키고 전술한 문제점을 해결하는데 그 목적이 있는데, 이는 장치에 관한 청구항 1 및 방
법에 관한 청구항 8 에 기재되어 있는 바와 같이 이젝터와 결합된 스크루 로터 펌프를 포함하는 진공펌프를 제공함으
로써 달성된다.
간단히 말해, 본 발명은 압축부 및 팽창부를 가진 스크루 로터 펌프를 포함하는 진공펌프에 관한 것으로, 상기 압축부
의 방출구는 압축가스의 방출을 위한 하 나 이상의 이젝터와 연결되어 있고, 팽창부는 스크루 로터 펌프 및 이젝터를
나란히 작동시키기 위한 구동가스원에 제 1 밸브수단을 경유하여 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브는 이젝터를 작동시키는 동일한 구동가스원에 스크루 로터 펌프를 연결시키도록 배치되는 것이 바람직하고
, 상기 이젝터에 의해 발생되는 부압에 대응하여 스크루 로터 펌프를 구동시키기 위해 상기 밸브가 열린다.
상기 제 1 밸브수단이 스크루 로터 펌프를 구동시키기 위해 열릴 때, 제 2 밸브수단이 부가적으로 배치되어 이젝터로
의 방출통로를 차단할 수도 있다.
상기 이젝터에서 나온 방출가스를 스크루 로터 펌프를 통해 팽창된 구동가스와 혼합하기 위해 스크루 로터 펌프의 팽
창부는 이젝터의 방출구와 연결되어 있는 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 본 발명은 또한 산업공정에 부압을 제공하는 방법에 관한 것으로, 압력을 규정된 낮은 수준으로 감소
시키는데 하나 이상의 이젝터가 초기에 사용되고, 상기 이젝터를 통해 그리고 이젝터와 나란히 작동하도록 배치된 스
크루 로터 펌프에 의해 상기 압력이 더 감소되는 것을 특징으로 한다.
더 상세한 설명 및 이점은 종속항에서 정의된다.
본 발명은 도면을 참조하면서 아래에서 더 상세히 설명된다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명에 따른 진공펌프의 전형적인 구성을 보여주는 흐름도 내지 도해이다.
도 2 는 펌프 구조에 있어서 스크루 로터 펌프 및 이젝터의 결합을 통해 실현되는 도 1 의 신규한 구성을 보여주는 실
시예이다.
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실시예
도 1 을 참조하면, 진공펌프는 하나 이상의 이젝터(1)와 결합된 스크루 로터 펌프(2)를 포함한다. 예를 들어, 이젝터(1
)는 고압원(P)으로부터 라인(3)을 통해 공급되는 압축공기에 의해 작동되는 다단 이젝터일 수도 있다. 압축공기 또는
다른 구동가스는 이젝터의 노즐을 통해 팽창되는 동안 부압을 발생시키게 되는데, 이 부압으로 인해 이젝터 포트에
있는 플랩 밸브가 열리고 라인(4)을 통해 방출실(Ⅴ)과 연결된다. 구동가스 및 방출가스 또는 공기는 화살표(p)로 도
시된 대로 이젝터 입구로부터 방출된다.
대기압보다 낮은 규정된 압력에서 시작하는 스크루 로터 펌프(2)는 이젝터(1)와 나란히 작동하도록 배치된다. 이를
위해, 방출실(Ⅴ)의 압력이 약 1000 mbar의 대기압에서 약 300 mbar의 규정된 낮은 수준으로 떨어지면 라인(6)을
통해 구동가스를 스크루 로터 펌프에 공급하기 위해 전기작동식 압축공기 밸브(5)가 배치되어 있다. 이젝터와 방출실
(Ⅴ)이 라인(4)을 통해 직접 연결되는 것을 차단하기 위해 전기작동식 밸브 또는 진공작동식 밸브, 즉 논-리턴밸브(no
n-return valve),가 동시에 작동될 수도 있다. 상기 밸브를 제어하기 위해 진공 릴레이(도 1 에 도시 안됨)를 바람직
하게 설치하여 방출실(Ⅴ)의 압력을 모니터링한다.
스크루 로터 펌프(2)는 서로 맞물리는 로터를 가진 팽창부(7)를 포함하며, 상기 로터는 구동가스의 팽창으로 회전된
다. 팽창부(7)는 압축부(8)를 구동하는 데, 상기 압축부는 서로 맞물리는 로터를 갖고 입구구멍(9)을 통해 방출실(Ⅴ)
과 연결되며 방출구멍(10)을 통해 이젝터(1)와 연결된다. 스크루 로터의 팽창부(7)로의 방출구는 라인(11)을 통해 이
젝터 입구와 연결되어 있다. 라인(11)은 이젝터 입구의 하류에 연결되어 있어, 스크루 로터 펌프로부터 나온 팽창된
구동가스가 이젝터로부터 나온 방출유동에 도입된다. 이러한 방식으로, 저온의 팽창된 구동가스는 이젝터로부터 나온
방출가스와 혼합되고, 방출가스는 스크루 로터 펌프로부터 나온 상승된 온도의 압축가스를 포함한다.
도 2 는 일반적인 펌프 구조에서 스크루 로터 펌프 및 이젝터를 결합하여 도 1 의 구성을 실현시킨 일 실시예를 개략
적으로 도시한다. 자세한 구성은 간략성을 위해 도면에서 생략되어 있다.
진공펌프(100)는 진공작동 공정에 연결되는 진공포트(Ⅴ), 구동가스를 위한 입구구멍(101) 및 구동가스와 방출가스
를 위한 출구구멍(102)을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 도시된 이젝터(103)는 일렬로 배열된 노즐(104) 및 통로(1
06)를 통해 진공포트(Ⅴ)와 연결되는 포트(105)를 갖는 다단 이젝터로 되어 있다. 통로(106)를 통한 유동 접속은 논-
리턴밸브, 즉 NO형(일반적으로 개방형)의 진공제어식 밸브 또는 전기제어식 밸브(107)에 의해 제어된다. 이젝터의
원통형 벽에 결합된 플랩밸브(108)와 포트(105)를 구비한 회전 대칭형 본체를 갖는 종류일 수도 있는 이젝터는 머플
러(109)의 내측에 연결되어 있다.
펌프(100) 내에 결합된 스크루 로터 펌프는 팽창부(110) 및 압축부(111)를 포함한다. 팽창부는 서로 맞물리는 암 로
터 본체와 수 로터 본체를 가지며, 이들 로터 본체는 그들 사이의 회전운동을 전달하기 위해 샤프트(112)를 통해 압축
부의 대응 로터 본체에 연결되어 있다. 스크루 로터 펌프의 구조 및 작동에 대한 포괄적인 설명에 대해서는, 스크루 로
터 펌프 그 자체는 일반적인 것이기 때문에 상기 문헌을 참조하면 되고, 더 자세한 설명은 본 발명의 특징적이고 기술
적인 특징을 나타낸다.
팽창부(110)는 구동가스(113)를 위한 입구를 가지며, 이 구동가스는 NC형(일반적으로 폐쇄형)의 전기제어식 압축공
기 밸브(114)의 개방으로 구동가스 입구(101)를 통해 공급된다. 팽창부의 방출출구(115)는 이젝터 입구의 하류에 연
결되어 있어 도관(116)을 통해 펌프 방출구(102)와 연결되어 있다. 압축부(111)는 진공포트로부터 방출된 가스를 흡
인하기 위한 입구(117)을 통해 진공포트(Ⅴ)와 연결되어 있고, 또한 압축가스의 방출을 위한 출구(118)을 통해 이젝
터(103)와도 연결되어 있다. 도면에서는 단순히 도시되어 있지만, 가스가 새지 않고 또한 적절한 회전속도로 저마찰
회전할 수 있도록 스크루 로터 펌프의 로터 본체는 펌프 본체에 회전가능하게 지지된다.
진공펌프(100)의 작동을 지금부터 설명할 것이다. 구동가스(일반적으로 공기)가 이젝터(103)을 통해 공급되어 이젝
터 노즐들 사이에서 발생되는 압력강하 때문에 이젝터 포트(105)가 열리게 되고, 알려진 것처럼 가스는 진공포트(Ⅴ)
로부터 이젝터를 향해 흡인된다. 예를 들어 300 mbar의 규정된 부압(이는 진공 릴레이 또는 압력작동식 밸브(107)에
의해 모니터링되고 감지된다)으로 떨어지면, 입구(113)를 통해 스크루 로터 펌프의 팽창부(110)로 구동가스를 보내
기 위해 밸브 (114)가 열린다. 팽창하는 구동가스는 팽창부의 로터 본체를 회전시키고, 팽창된 구동가스는 방출출구(
115) 및 도관(116)을 통해 이젝터 입구의 하류에 있는 이젝터 방출구(102)로 방출된다. 팽창부로부터 방출된 팽창된
구동가스는 일반적으로 10℃ 이하 정도의 상대적으로 낮은 온도를 갖는다.
팽창부(110)는 모터처럼 작동하며, 그 모터의 회전은 샤프트(112)를 통해 스크루 로터 펌프의 압축부(111)에 전달된
다. 이렇게 해서, 가스는 진공포트(Ⅴ)로부터 입구(117)을 통해 압축부 안으로 들어가고, 압축부에서 압축되어 압축부
로부터 출구(118)를 통해 이젝터로 방출된다. 압축가스는 일반적으로 60℃ 정도의 상승된 온도, 또는 진공포트에서
의 압력이 예를 들어 약 5 mbar 로 감소된다면 더 높은 온도를 갖는다. 뜨거운 압축가스는 이젝터로 들어가서 이젝터
를 통과하는 구동가스와 혼합되고, 이젝터 입구의 하류에서는 스크루 로터 펌프의 팽창부로부터 나온 팽창된 구동가
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스와 혼합된다. 이러한 방식으로, 방출구(102)를 통해 방출되는 가스 또는 공기는 방출시에 상온 또는 더 낮은 온도에
이르게 된다.
상기 진공펌프(100)의 특징은, 대기압보다 낮은 고압구역 내에서 빠른 초기효과가 얻어지고, 또한 매우 낮은 압력 또
는 진공까지의 저압구역 내에서는 높은 효율을 얻을 수 있다는 것이다. 이들 작업상의 이점은 이젝터와 스크루 로터
펌프의 결합을 통해 얻어지는 것이다. 본 발명에 의하면, 스크루 로터 펌프가 이젝터를 통해 작동하는 결합에 의해 효
율이 훨씬 더 증대된다. 스크루 로터 펌프를 떠나는 압축가스를 냉각시키기 위해 구동가스를 광범위하게 사용함으로
써, 분산화된 진공시스템에, 그리고 온도가 중요하고 최저압력이 요구되는 경우에 본 발명의 펌프를 사용할 수도 있
다.
본 발명은 전술한 형태와 다른 실시형태로 실시될 수도 있다. 예를 들어, 수개의 이젝터가 서로 연결되어 하나의 동일
한 구동가스원으로부터 나란히 구동될 수도 있다. 온도가 덜 중요한 경우에는, 스크루 로터 펌프로부터 나온 구동가
스는 팽창부로부터 개별적으로 방출될 수도 있다. 팽창된 구동가스가 압축부 또는 그 출구를 냉각하기 위해 팽창부로
부터 도관을 통해 순환되는 또 다른 변형예도 생각할 수 있다. 압력제어식 밸브를 대신하여, 진공포트와 이젝터 사이
에 자동적인 논-리턴 밸브가 설치될 수도 있고, 입구에 있는 밸브를 작동시키는 신호를 팽창부에 발생시키기 위해 진
공 릴레이를 설치할 수도 있다. 본 명세서를 보고 당업자에게 명백한 이와 같은 그리고 다른 모든 변형은 본 발명의
청구범위에서 예측되고 포함된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
압축부(8) 및 팽창부(7)를 갖는 스크루 로터 펌프를 포함하는 진공펌프로서, 상기 압축부의 방출구(10)는 압축가스의
방출을 위한 하나 이상의 이젝터(1)와 연결되어 있고, 팽창부(7)는 스크루 로터 펌프 및 이젝터를 나란히 작동시키기
위한 구동가스원(P)에 제 1 밸브수단(5)을 경유하여 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
청구항 2.
제 1 항에 있어서, 이젝터(1)를 작동시키는 동일한 구동가스원에 스크루 로터 펌프(7, 8)를 연결시키도록 밸브(5)가
배치되고, 상기 이젝터에 의해 발생되는 부압에 대응하여 스크루 로터 펌프를 구동하기 위해 상기 밸브가 열리는 것을
특징으로 하는 진공펌프.
청구항 3.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 밸브수단이 스크루 로터 펌프를 구동시키기 위해 열릴 때, 상기 이젝터로의
방출통로(4)를 차단하도록 제 2 밸브수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
청구항 4.
제 1 항에 있어서, 상기 이젝터로부터 나온 방출가스를 스크루 로터 펌프를 통해 팽창된 구동가스와 혼합하기 위해
스크루 로터 펌프의 팽창부(7)가 이젝터의 방출구(102)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
청구항 5.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이젝터는 다단 이젝터인 것을 특징으로 하는 진공펌프.
청구항 6.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크루 로터 펌프 및 상기 이젝터는 일반적인 펌프 본체에서 결합
하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공펌프.
청구항 7.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 구동가스를 상기 스크루 로터 펌프에 보내기 위한 제 1 밸브(5)는 NC
형의 전기제어식 밸브이고, 상기 이젝터로의 방출통로(4)를 차단하기 위한 제 2 밸브는 NO형의 전기제어식 밸브인
것을 특징으로 하는 진공펌프.
청구항 8.
산업공정에 부압을 제공하는 방법으로서, 압력을 규정된 낮은 수준으로 감소시키는데 하나 이상의 이젝터(1)가 초기
에 사용되고, 상기 이젝터를 통해 그리고 이젝터와 나란히 작동하도록 배치된 스크루 로터 펌프(7, 8)에 의해 상기 압
력이 더 감소되는 것을 특징으로 하는 부압의 제공방법.
청구항 9.
공개특허 10-2004-0106459
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제 8 항에 있어서, 방출가스의 온도를 감소시키기 위해 상기 스크루 로터 펌프용 구동가스가 상기 이젝터로부터 나온
방출가스와 혼합되는 것을 특징으로 하는 부압의 제공방법.
청구항 10.
제 8 항에 있어서, 상기 스크루 로터 펌프 및 상기 이젝터는 하나의 동일한 구동가스원(P)으로 구동되고, 그 구동가스
는 이젝터에 의해 발생되는 부압에 대응하여 밸브(15)를 통해 스크루 로터 펌프에 보내지는 것을 특징으로 하는 부압
의 제공방법.
도면
도면1
공개특허 10-2004-0106459
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도면2