KR100298424B1 - 스크류형진공펌프의수냉식냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크류형 진공펌프의 수냉식 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 한쌍의 구동 및 종동의 스크류 로우터(4)(5)를 맞물린 스크류형 진공펌프에 있어서 상기 스크류 로우터(4)(5)의 내부를 빈 공간으로 하여 냉각수 순환실(7)을 구성하고, 일측단에 구동축관(4b)과 종동축관(5b)을 일체로 연결시킨 스크류 로우터(4)(5)의 냉각수 순환실(7)의 내부에 냉각수 토출관(9)(9')을 삽입 설치하여 구동축관(4b)과 종동축관(5b)의 냉각수 유입공(8)을 통해 냉각수 순환실(7)로 냉각수를 유입시키고 열교환 된 냉각수는 냉각수 토출관(9)(9')으로 배출되게 하는 것을 특징으로 한 스크류형 진공펌프의 수냉식 냉각장치가 제공된다.

Description

스크류형 진공펌프의 수냉식 냉각장치{A water-cooled cooling device of screw type of a vacuum pump}

본 발명은 스크류형 진공펌프에 있어서 스크류 로우터와 스크류 내부 수용실로 이송되는 공기 및 가스의 온도를 낮추기 위하여 스크류 로우터 내부에 냉각수를 순환시켜 수냉식으로 냉각하는 스크류형 진공펌프의 수냉식 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스크류형 진공펌프는 압축기와 같은 구조로서 대개 흡입가스의 압력이 매우 낮은 곳에서 사용이 되어지고 있다. 예를 들어, 흡입압력이 0.1 ata(76 Torr)이나 0.01 ata(7.6 Torr)일 때 진공펌프의 토출측은 대기압하에 있으며 연속적으로 토출가스의 온도는 가스의 단열압축과정에서 매우 높은 온도로 올라가게 된다. 여기서 토출가스의 온도 Td(°K)는 식 Td = Ts(P2/P1)^(K-1)/K로 나타낼 수 있다. 이 식에서 P1 은 흡입압력, P2 는 토출압력, Ts(°K) 는 흡입가스의 온도 그리고, K(공기의 경우 1.4)는 가스의 비열이다.

따라서, 흡입압력이 0.01 Torr에서 0.001 Torr로 낮아질 때 압력비(P2/P1)는 매우 커지게 되고 토출가스의 온도 Td 는 매우 높은 온도로 상승하게 된다. 예를 들어, 스크류형 진공펌프에 의해서 30℃온도의 공기가 흡입압력 P1 이 0.1 ata나 0.01 ata일 때 토출가스의 온도 Td 는 317℃나 867℃가 된다. 진공도는 비교적 낮은 값이지만 온도는 매우 높은 온도로 올라가게 되는 것이다. 토출가스의 온도를낮추기 위하여 현재 사용중인 스크류형 진공펌프는 첨부도면 도 6과 같이 케이싱 벽면의 공기 도입구를 통하여 대기중의 공기나 냉각된 공기를 도입하여 토출온도를 낮추는 공냉식 냉각방식을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방식은 냉각효과가 매우 낮아 토출구 부근의 온도는 250℃정도 이하로는 더 이상 낮아지지 않고 있는 것이 현실이다. 특히, 진공공정중에는 배출되는 가스의 화학성분 중에 탄화물을 생성하는 증기상의 물질도 배출되게 마련인데 이러한 배출가스는 높은 온도에서 금속과 탄화를 촉진시켜 스크류표면에 탄화층을 형성하므로서 스크류와 스크류 또는 스크류와 케이싱이 열소착을 일으키게 되고 또한, 로우터의 체적팽창으로 케이싱의 내면과 강하게 밀착되어 로우터가 무리하게 회전하므로서 진공펌프를 손상시키는 큰 문제점이 발생되었다.

본 발명의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하기 위한 것으로 스크류 로우터 부분 및 배기가스의 냉각효율을 높이기 위하여 스크류 내부를 빈공간으로 형성하고, 스크류 부분의 냉각이 효율적으로 될 수 있도록 스크류축 부분을 2중 배관으로 구성하여 냉각수를 순환시키므로서 스크류와 배기가스의 냉각을 효율적으로 할 수 있게 한데 있는 것으로 이를 첨부도면에 의거 상술하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 구동 및 종동 스크류 로우터의 횡단면도

도 2 는 도 1의 "A"부 확대도

도 3 은 도 1의 "B"부 확대도

도 4 는 본 발명의 종단면도

도 5 는 본 발명의 횡단면도

도 6 은 종래구조의 스크류형 진공펌프의 예시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 흡입구 2 : 토출구

3 : 펌프케이싱 4 : 구동스크류 로우터

4a : 구동축 4b : 구동축관

5 : 종동스크류 로우터 5a : 종동축

5b : 종동축관 7 : 냉각수 순환실

8 : 냉각수 유입공 9,9' : 냉각수 토출관

10 : 냉각수 배수공 11 : 냉각수 토출구

12 : 엔드하우징

흡입구(1)와 토출구(2)를 설치한 펌프케이싱(3)의 내부에 구동스크류 로우터(4)와 이의 연동으로 동시 회전되는 종동스크류 로우터(5)를 치합시켜 타이밍 기어(6)(6')의 맞물림 회전으로 동시 회전되게 한 통상의 스크류형 진공펌프에있어서, 구동스크류 로우터(4)와 종동스크류 로우터(5)의 내부를 빈 공간으로 형성하여 냉각수 순환실(7)을 구성하고 일단을 구동축(4a)과 종동축(5a)에 수밀되게 축착시킨 각 스크류 로우터(4)(5)의 타단에 냉각수 유입공(8)을 뚫은 구동축관(4b)과 종동축관(5b)을 관접시켜 스크류 로우터(4)(5)와 구동축관(4b) 및 종동축관(5b)의 내부에 냉각수 토출관(9)(9')을 삽입하되, 냉각수 배수공(10)이 뚫린 선단은 구동축(4a)과 종동축(5a)에 그리고, 타단의 냉각수 토출구(11)는 펌프케이싱(3)의 엔드하우징(12)에 지지되게 설치하여서 되는 구조이다.

도면중 미설명부호 13 은 베어링이고, 14 는 오일 씰 또는 메카니컬 씰이다.

이와같이된 본 발명에 있어 스크류형 진공펌프의 작동은 모터의 구동에 의하여 구동스크류 로우터(4)의 구동축(4a)으로 전달된 동력이 이에 축착된 타이밍 기어(6)를 동시에 회전시키게 되고 동시에 같은 잇수를 가진 타이밍 기어(6')를 회전시켜 종동스크류 로우터(5)를 회전 시키므로서 구동 및 종동 스크류 로우터(4)(5)가 동시에 서로 반대방향으로 되면서 흡입구(1)로 흡입된 공기를 토출구(2)로 토출시키게 되는데 이 과정에서 스크류 로우터(4)(5) 및 토출가스의 온도가 매우 높은 온도로 과열되어 여러 가지의 문제점이 유발되고 있음은 기지한 바와같다.

그러나, 본 발명은 구동스크류 로우터(4)와 종동스크류 로우터(5)의 내부를 빈 공간으로 형성하여 냉각수 순환실(7)을 구성하고 이의 일단에 냉각수 유입공(8)을 뚫은 구동축관(4b)과 종동축관(5b)을 각각 연결하여 이들의 내부에 냉각수 토출관(9)(9')을 이중으로 삽입 설치하여서 되는 것이므로 펌프의 작동시 구동축관(4b)과 종동축관(5b)의 냉각수 유입공(8)으로 냉각수를 급수시키게 되면 냉각수는 냉각수 토출관(9)(9')과의 사이를 통해 구동 및 종동스크류 로우터(4)(5) 내부의 냉각수 순환실(7)로 흘러들어가 유입되면서 축의 회전에 의해 스크류의 회전방향에 맞추어 앞쪽으로 이송되고 또한 회전 원심력에 의하여 스크류 로우터(4)(5)의 내벽을 따라 이송되는 과정에서 과열된 스크류 로우터(4)(5)와 흡입 토출되는 기체를 열교환으로 냉각시키게 된다.

이와같이 스크류 로우터(4)(5)의 회전에 의하여 열교환이 이루어지면서 앞쪽으로 이송된 냉각수는 냉각수 토출관(9)(9')의 선단에 뚫린 냉각수 배수공(10)으로 유입되어 냉각수 토출관(9)(9')을 통해 배출되는 방법으로 연속적인 수냉공정이 이루어지게 되는 것이다.

이와같이 된 본 발명은 수냉식으로 스크류 로우터를 효과적으로 냉각시켜 스크류 로우터의 체적팽창을 방지하고 스크류 로우터와 스크류 로우터 및 케이싱간의 열소착 문제를 제거하므로서 마멸이나 소손에 따른 진공펌프의 수명단축을 해소하고 또한 가스의 냉각이 원활히 이루어져 압축토출에 의한 고온의 배출가스의 온도를 낮추는 장점이 있으며 스크류 로우터의 내부가 빈 공간으로 되어 중량이 현저히 감소되므로 회전초기에 스크류 로우터 자체중량에 의한 회전토르크를 줄여 주므로서 초기 기동 토르크를 감소시키고 제품의 감량화 및 재료비의 절감효과도 크며 운전 동력비의 절감에도 큰 효과가 있는 우수한 발명이다.

Claims (1)

1. 한쌍의 구동 및 종동의 스크류 로우터(4)(5)를 맞물린 스크류형 진공펌프에 있어서 상기 스크류 로우터(4)(5)의 내부를 빈 공간으로 하여 냉각수 순환실(7)을 구성하고, 일측단에 구동축관(4b)과 종동축관(5b)을 일체로 연결시킨 스크류 로우터(4)(5)의 냉각수 순환실(7)의 내부에 냉각수 토출관(9)(9')을 삽입 설치하여 구동축관(4b)과 종동축관(5b)의 냉각수 유입공(8)을 통해 냉각수 순환실(7)로 냉각수를 유입시키고 열교환 된 냉각수는 냉각수 토출관(9)(9')으로 배출되게 하는 것을 특징으로 한 스크류형 진공펌프의 수냉식 냉각장치.