KR100225323B1 - Baffle of continuous refrigerant circulating type diffusion pump - Google Patents
Baffle of continuous refrigerant circulating type diffusion pumpInfo
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Abstract
본 발명은 연속적 냉매순환식 확산펌프의 배플에 관한 것으로, 특히 일반적으로 사용되지 않는 액체질소트랩을 제거하여 확산펌프의 부피를 크게 줄였을 뿐만 아니라, 연속 순환식 냉매를 이용한 냉각기능을 가진 배플을 사용함으로서 진공시스템의 오염을 방지하고 고순도의 진공을 구현할 수 있도록 한 것으로서, 확산펌프의 오일증기가 역류하는것을 방지하기위한 배플과, 상기 배플의 내측에 형성되어 오일증기를 냉각시키는 냉각판과, 상기 냉각판의 외측을 둘러싸며 형성되는 냉매관과, 상기 냉매관으로 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 구비한 것이다.The present invention relates to a baffle of a continuous refrigerant circulation diffusion pump, and in particular, a liquid nitrogen trap that is not commonly used is removed to significantly reduce the volume of the diffusion pump, and a baffle having a cooling function using a continuous circulation refrigerant is provided. In order to prevent contamination of the vacuum system and to implement a high-purity vacuum, a baffle for preventing backflow of the oil vapor of the diffusion pump, a cooling plate formed inside the baffle to cool the oil vapor, And a coolant tube formed to surround the outside of the cooling plate, and a coolant supply unit supplying a coolant to the coolant tube.
Description
제1도는 종래 확산펌프의 구성 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional diffusion pump.
제2도는 종래 배플의 사시도.2 is a perspective view of a conventional baffle.
제3도는 종래 배플의 단면도.3 is a cross-sectional view of a conventional baffle.
제4도는 본 발명 확산펌프의 구성 단면도.4 is a cross-sectional view of the diffusion pump of the present invention.
제5도는 본 발명 배플의 단면도.5 is a cross-sectional view of the baffle of the present invention.
제6도는 본 발명 배플에 적용되는 냉매관의 구성도.6 is a block diagram of a refrigerant pipe applied to the baffle of the present invention.
제7도는 본 발명 냉각판의 일 실시예도.7 is an embodiment of the present invention cold plate.
제8도는 본 발명 냉각판의 다른 실시예도.8 is another embodiment of the present invention cold plate.
제9도는 본 발명 냉매공급부의 내부 상태도.9 is an internal state diagram of the refrigerant supply unit of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 냉매공급부 101 : 냉각판100: refrigerant supply unit 101: cooling plate
101' : 냉각판 하단부 102 : 냉매과101 ': Lower end of cooling plate 102: With refrigerant
104 : 배플 110 : 온도감지기104: baffle 110: temperature sensor
111 : 압축기 112 : 제어기111 compressor 112 controller
113 : 응축기 114 : 모세관113 condenser 114 capillary tube
본 발명은 연속적 냉매순환식 확산펌프에 관한 것으로서, 특히 냉각기능을 가진 확산펌프의 수냉순환적인 배플과 액체질소트랩을 결합하여 경제적으로 진공시스템의 오염을 방지하고 고순도의 진공을 이룰 수 있도록 하기위한 확산펌프의 배플구조에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous refrigerant circulation diffusion pump, in particular to combine the water-cooled baffle and the liquid nitrogen trap of the diffusion pump having a cooling function to economically prevent contamination of the vacuum system and achieve a high purity vacuum The baffle structure of the diffusion pump.
종래 확산펌프는 제1도에 도시된 바와같이 전원라인(12)을 통해 전원이 인가되는 히터(11)와, 상기 히터(11)의 열발생에 의해 작동되는 보일러(10)와, 상기 보일러(10)내의 오일증기가 이동하는 증기굴뚝(9)과, 확산펌프케이스(8)의 외벽을 따라 형성된 냉각수라인(7)등으로 구성되었다.As shown in FIG. 1, a conventional diffusion pump includes a heater 11 to which power is applied through a power line 12, a boiler 10 operated by heat generation of the heater 11, and the boiler ( The steam chimney 9 through which the oil vapor in 10 is moved, and the cooling water line 7 formed along the outer wall of the diffusion pump case 8.
도면중 미설명 부호 2는 질소케이스이고, 6은 노즐을 나타낸다.In the drawings, reference numeral 2 denotes a nitrogen case, and 6 denotes a nozzle.
이와 같이 구성되는 종래 확산펌프는 히터(11)에 열이 발생하도록 하여 보일러(10)에 있는 오일을 기화시키는데, 이렇게 기화된 오일은 증기 상태로 노즐(6)을 통해 상승되어 분출되어 나온다.The conventional diffusion pump configured as described above vaporizes the oil in the boiler 10 by generating heat in the heater 11. The vaporized oil is raised through the nozzle 6 in a vapor state and ejected.
그리고 고속으로 분출된 오일증기들은 주변의 공기분자를 펌프 아래 방향으로 모으는 작용을 하는데, 이로 인하여 펌프 아래 부분은 공기압이 높아지고 이것을 다시 보조펌프(13)를 통해 뽑아낸다. 오일증기는 펌프내벽에 부딪혀 냉각수(5)에 의해 냉각되어지며, 다시 보일러(10)에 모이게 된다.And the oil vapor spouted at high speed acts to collect the surrounding air molecules in the downward direction of the pump, thereby increasing the air pressure in the lower part of the pump and drawing it out again through the auxiliary pump (13). The oil vapor is hit by the pump inner wall is cooled by the cooling water (5), and is collected again in the boiler (10).
오일증기가 노즐을 통해 분출할 때 펌프 아래 방향으로 분출되지만 소량의 증기는 진공시스템 안으로 역류되어지는데, 역류증기는 비록 소량이지만 고진공하에서는 상당한 오염을 일으킬 수 있다.When the oil vapor is ejected through the nozzle, it is ejected down the pump, but a small amount of steam flows back into the vacuum system, although a small amount of backflow steam can cause significant contamination under high vacuum.
이러한 점을 해결하기위해 종래 대부분의 확산펌프는 제2도 및 제3도에 나타낸바와 같이 5∼10℃의 냉각수(5)가 주입되고 내부에 냉각판(14)이 설치된 배플(4)을 사용하고 있으며, 더욱 효율적인 냉각을 위하여 질소케이스(2)내의 액체질소트랩(3)에 액체질소(1)를 주입하여 사용하였다.In order to solve this problem, most of the conventional diffusion pumps use a baffle 4 in which cooling water 5 at 5 to 10 ° C. is injected and a cooling plate 14 is installed therein, as shown in FIGS. 2 and 3. The liquid nitrogen (1) was injected into the liquid nitrogen trap (3) in the nitrogen case (2) for more efficient cooling.
여기서 오일증기들은 냉각되어지며 액체로 변하게 되는데, 결과적으로 액체질소트랩(3)을 설치하면 오일증기의 역류현상이 차단되며 고진공의 진공시스템을 확보할 수 있게 되는 것이다.Here, the oil vapor is cooled and turned into a liquid. As a result, when the liquid nitrogen trap 3 is installed, backflow of the oil vapor is blocked and a high vacuum system can be secured.
그러나 액체질소의 취급상의 어려움과 비용문제로 인해 정밀한 실험외에는 사용을 기피하고 있으며, 질소트랩으로 인하여 펌프의 부피가 증가함으로 인하여 냉각효과가 크지 않게 되어 불편하였다. 그리고 액체질소트랩을 쓰지 않은 확산펌프들은 오일 증기에 의한 진공시스템의 오염이 발생하였다. 즉, 냉각수에 의한 배플을 사용하였을 경우에는 냉각이 충분히 이루어지지 않아서 확산펌프의 진공효율을 저감시키게 되는등의 문제점이 발생하였다.However, due to the difficulty and cost of handling liquid nitrogen, it is avoided to use it except for precise experiments, and it is inconvenient because the cooling effect is not large due to the increase in the volume of the pump due to the nitrogen trap. Diffusion pumps without liquid nitrogen traps caused contamination of the vacuum system by oil vapors. That is, when using a baffle by the cooling water is not cooled enough to reduce the vacuum efficiency of the diffusion pump has occurred.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 배플의 내측에 형성되어 오일증기를 냉각시키는 냉각판과, 상기 냉각판의 외측을 둘러싸며 형성되는 냉매관과, 상기 냉매관으로 냉매를 공급하는 냉매 공급부를 구비함으로서, 확산펌프 진공시스템의 오염을 방지하고 고순도의 진공을 취득하도록 하는데 목적이 있다.In view of the above, the present invention provides a cooling plate formed inside the baffle to cool oil vapor, a refrigerant pipe formed to surround the outside of the cooling plate, and a refrigerant supply unit supplying refrigerant to the refrigerant pipe. The aim is to prevent contamination of the diffusion pump vacuum system and to obtain a high purity vacuum.
본 발명은 제4도 내지 제9도를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.The present invention is described in detail below with reference to FIGS.
먼저 구성을 살펴보면 제4도에 도시된 바와같이 확산펌프의 오일증기가 역류하는것을 방지하기위한 배플(104)과, 상기 배플(104)의 내측에 형성되어 오일증기를 냉각시키는 냉각판(101)과, 상기 냉각판(101)의 외측을 둘러싸며 형성되는 냉매관(102)과, 상기 냉매관(102)으로 냉매를 공급하는 냉매 공급부(100)로 구성되었다.First, as shown in FIG. 4, a baffle 104 for preventing oil backflow of the diffusion pump and a cooling plate 101 formed inside the baffle 104 to cool the oil vapor as shown in FIG. And a coolant tube 102 formed surrounding the outer side of the cooling plate 101 and a coolant supply unit 100 supplying a coolant to the coolant tube 102.
그리고 상기 냉매공급부(100)는 배플(104)의 온도를 감지하는 온도감지기(110)와, 상기 온도감지기(110)의 신호를 통해 압축기(111)의 냉매순환량을 조절하는 제어기(112)와, 상기 압축기(11)에서 고온고압의 가스가 된 냉매를 액화시키는 응축기(113)와, 상기 액화된 냉매가 통과하면서 기화되어 배플안을 냉각시키도록 하는 모세관(114)로 구성되었다.The refrigerant supply unit 100 includes a temperature sensor 110 for sensing a temperature of the baffle 104, a controller 112 for adjusting a refrigerant circulation amount of the compressor 111 through a signal of the temperature sensor 110, and A condenser 113 for liquefying a refrigerant that has become a gas of high temperature and high pressure in the compressor 11, and a capillary tube 114 for evaporating as the liquefied refrigerant passes to cool the baffle.
그리고 상기 냉각판(101)의 하단부(101' )는 오일증기가 직접 냉각판을 통과하지 않도록 일정각으로 경사지게 형성하였다.The lower end portion 101 ′ of the cooling plate 101 is formed to be inclined at a predetermined angle so that oil vapor does not directly pass through the cooling plate.
이와같이 구성된 상태에서 본 발명에 의한 확산펌프의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the diffusion pump according to the present invention configured in this way as follows.
확산펌프에서 진공을 위한 오일 증기들이 노즐(6)을 통해 분사되어지면, 분사된 오일 증기들은 냉각수에 의해 냉각되어져 다시 액화되어지는데, 이때 소량의 오일증기들이 역류현상에 의하여 진공시스템 안으로 유입된다.When oil vapors for vacuum in the diffusion pump are injected through the nozzle 6, the injected oil vapors are cooled by the cooling water and liquefied again, where a small amount of oil vapor is introduced into the vacuum system by the backflow phenomenon.
여기서 본 발명 배플(104)의 역할이 중요해 지는데, 냉매공급부(100)로부터 냉매가 냉매관(102)을 통해 배플(104)안으로 유입되고, 유입된 냉매는 냉매관(102)을 따라 순환하여 냉매의 온도가 배플안으로 골고루 퍼지게 한후 다시 밖으로 유출되게 된다.Here, the role of the baffle 104 of the present invention becomes important. The refrigerant flows into the baffle 104 from the refrigerant supply unit 100 through the refrigerant pipe 102, and the introduced refrigerant circulates along the refrigerant pipe 102 to allow the refrigerant to flow. The temperature is spread evenly inside the baffle and then flows out again.
이때, 원형 냉매관은 냉각효과를 높이기 위해 구조에 따라 3∼4단의 원형구조가 가능하며, 배플(104)내를 저온으로 유지하기 위하여 열전도도가 뛰어난 구리를 사용함으로 영하 20℃∼영하 190℃가 되는 냉매의 온도가 배플(104)내로 골고루 퍼지도록 한다.At this time, the circular refrigerant tube can be a circular structure of 3 to 4 stages depending on the structure to increase the cooling effect, and by using copper excellent in thermal conductivity to keep the inside of the baffle 104 at low temperature, minus 20 ℃ ~ minus 190 The temperature of the coolant at degrees Celsius is evenly spread in the baffle 104.
이러한 배플(104)의 작용으로 인하여 역류되는 오일 증기들을 액화시키게 되는데, 결과적으로 냉각수를 이용한 배플보다는 냉매를 이용한 배플이 더 높은 진공도를 가질 수 있게되는 것이다.Due to the action of the baffle 104 is to liquefy the backflow oil vapors, and as a result it is possible to have a higher vacuum degree than the baffle using the cooling water than the baffle using the cooling water.
또한, 냉각효과를 높이기 위하여 확산펌프의 지름보다 더 큰 배플구조를 만들어, 넓은 영역에서 냉각기능이 수행되도록 한다.In addition, the baffle structure larger than the diameter of the diffusion pump is made to increase the cooling effect, so that the cooling function is performed in a wide area.
그리고 본 발명은 확산펌프로부터 상승하는 오일증기가 직접적으로 냉각판(101)을 통과하지 않도록 하기 위하여 하단부(101' )를 꺽어서 경사지게 구비하여, 오일증기들이 하단부(101' )와 충돌함으로 냉각효과를 높일 수 있게된다.In addition, the present invention is provided with an inclined angle to the lower end 101 'in order to prevent the oil vapor rising from the diffusion pump directly pass through the cooling plate 101, the oil vapor collides with the lower end 101' cooling effect To increase.
본 발명의 재료로서는 배플(104)은 스테인레스 스틸로 하며, 냉매관(102)과 냉각판(101)은 열전도도가 높은 구리를 이용한다. 냉매로 쓰이는 물질에는 에어콘이나 냉장고에 쓰이는 프레온가스, 엘피(LP)가스, 액체질소가스, 씨에프씨(CFC) 혹은 에이치에프씨(HFC)등을 이용하여 비교적 쉽게 다룰 수 있고 가격 또한 경제적인 측면을 갖고 있다.As the material of the present invention, the baffle 104 is made of stainless steel, and the refrigerant pipe 102 and the cooling plate 101 are made of copper having high thermal conductivity. Refrigerant materials can be handled relatively easily using Freon gas, LP gas, liquid nitrogen gas, CFC or HFC used in air conditioners and refrigerators. have.
이러한 냉매들의 기화열을 이용하면. 프레온 혹은 LP가스인 경우 영하 20℃∼영하 50℃, 액체질소인 경우 영하 190℃까지 냉각이 가능하다.By using the heat of vaporization of these refrigerants. In case of Freon or LP gas, it can be cooled to minus 20 ℃ ~ below 50 ℃ and liquid nitrogen to minus 190 ℃.
그리고 일 실시예로 제7도에 도시된 바와같이 냉각판(101)을 벌집형상으로 형성하여 냉각효과를 높일 수 있는데, 벌집모양이 조밀할수록 냉각기능이 우수하므로 가능한 섬세하게 냉각판을 설계할 필요가 있으며, 또다른 실시예로 제8도와 같이 냉각판을 판형상으로 형성하여 냉각효과를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, as shown in FIG. 7, the cooling plate 101 may be formed in a honeycomb shape to increase the cooling effect. The denser the honeycomb shape, the better the cooling function. In another embodiment, the cooling plate may be formed in a plate shape as shown in FIG. 8 to improve the cooling effect.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명은 일반적으로 사용되지 않는 액체질소트랩을 제거하여 확산펌프의 부피를 크게 줄였을 뿐만 아니라, 질소트랩을 이용했을 때와 같은 효과를 제공하는 냉매를 사용함으로서 진공시스템의 오염을 방지하고 고순도의 진공을 구현할 수 있는 발명이다.As described above, the present invention not only reduces the volume of the diffusion pump by removing the liquid nitrogen trap which is not generally used, but also uses a refrigerant that provides the same effect as when using a nitrogen trap, thereby contaminating the vacuum system. It is an invention that can prevent and to implement a high purity vacuum.
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KR101336788B1 (en) * | 2012-07-27 | 2013-12-04 | 한국에너지기술연구원 | A cooling system of the organic rankine cycle |
KR101805055B1 (en) * | 2017-03-07 | 2017-12-05 | 파카코리아 주식회사 | Oil demister of heat exchanger type |
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1996
- 1996-06-27 KR KR1019960024711A patent/KR100225323B1/en not_active IP Right Cessation
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