KR100983747B1 - 건식 펌프 장치, 재시동 불량의 발생률 감소 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

건식 펌프 장치, 재시동 불량의 발생률 감소 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

건식 펌프 장치는 펌핑 기구, 펌핑 기구의 작동을 제어하는 제어기, 그리고 펌핑 기구의 작동 온도를 감지하기 위한 센서를 포함한다. 제어기는 (a) 펌핑 기구의 작동을 멈추게 하는 단계와, (b) 온도 센서를 사용해서 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와, (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 미립자성 오염 물질을 정화시키기 위해서 일정한 시간 주기 동안 펌핑 기구의 작동을 시작하는 단계를 포함하는 자동화된 운전 정지 시퀀스를 실행하도록 구성된다.
이러한 단계를 실행함으로써, 작업 정지동안 수축될 수도 있는 장치의 부품 사이의 분말 응고의 발생률과, 그 결과로써 일어나는 재시동 불량과 비가동 시간은 현저하게 감소될 수 있다.

Description

건식 펌프 장치, 재시동 불량의 발생률 감소 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{IMPROVEMENTS IN DRY PUMPS}
본 발명은 건식 펌프(dry pump)에 관한 것으로, 특히 건식 펌프에서 미립자성 먼지를 세정시키기 위한 것이다.
건식 펌프는 일반적으로 비접촉, 자가 밸브 기구(non-contacting, self-valving mechanisms)를 포함하고, 펌핑 기구(pumping mechanism) 내에 오일이나 윤활유를 이용하지 않는다. 건식 펌프의 구성 부품은, 부품 사이에 일정한 작동 간극을 제공하고, 펌핑 기구의 효율을 감소시킬 수 있는 마찰력이나 다른 반력을 감소시키기 위해서 허용 오차를 엄격하게 하여, 제조 생산된다. 펌프는 많은 제조 분야에 사용되는데, 이의 주요한 분야 중 하나는 반도체 제조이다. 펌프는 양질의 반도체 제품의 제조에 필요한 매우 청결하고, 진공에 가까운 환경을 제공하는 데 사용된다. 당업자는 건식 펌프 기술의 다른 일반적인 적용과 유사함을 의심치 않을 것이다.
반도체 산업을 포함한 많은 산업은 본 발명과 연관된 건식 펌프와 같은 펌프 에 의해 생산 환경으로부터 회수되는 미립자 또는 분말 폐기물 또는 부산물을 발생시킨다. 반도체 산업에서 생산 라인은 보통 하루에 24시간 가동되므로, 이러한 적용에 사용되는 건식 펌프는 생산 라인의 변경이나 유지 보수, 또는 펌프의 수리가 필요한 경우를 제외하고는 지속적인 사용을 하게 된다. 펌프는 펌핑 기구로부터 오염 물질 배출을 위한 운전 정지(shut down)시 입구를 정화하는 기능을 갖고 있지만, 이러한 정화 기능은 100% 효율적으로는 거의 작동되지 않고 약간의 미립자성 오염 물질은 계속 펌프 내부에 남아 있게 된다.
반도체 생산 라인에서 건식 펌프의 작동 온도는 일반적으로 약 120℃인데, 펌프의 스위치를 껐을 경우, 펌프는 정규 실내 온도(약 19℃)까지 냉각되어, (펌핑 기구에서 회전자와 고정자 같은) 구성 부품이 수축되며, 그로 인해 구성 부품 사이의 작동 간극이 줄어들게 되어, 기구 안에 존재하는 미립자성 오염 물질은 수축된 구성 부품 사이에서 압축된다. 펌프를 재시동했을 때, 구성 부품 사이에서 압축된 미립자성 물질에 의해 야기된 마찰을 극복하는 데 필요한 토크는 펌프의 작동 토크보다 더 커져, 시동 불량을 야기시킨다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 건식 펌프의 작동 간극을 유지시키고 압축된 미립자성 오염 물질로 인한 재시동 불량을 최소화하는 것이다.
제 1 실시예에 있어서, 본 발명은 펌핑 기구, 펌핑 기구의 작동을 제어하는 제어기, 및 펌핑 기구의 작동 온도를 감지하기 위한 센서를 포함하고, 상기 제어기는 (a) 펌핑 기구의 작동을 멈추게 하는 단계와, (b) 온도 센서를 사용해서 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와, (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 미립자성 오염 물질을 정화시키기 위해서 일정한 시간 주기 동안 펌핑 기구의 작동을 시작하는 단계를 포함하는 자동화된 운전 정지 시퀀스를 실행하도록 구성된 건식 펌프 장치(dry pump apparatus)를 제공한다.
건식 펌프 장치의 제어기에 의해 작동되는 이러한 맥동식 정화 방법은 펌프가 냉각될 때 소량의 오염물을 펌프에서 배출시킬 수 있어서, 건식 펌프 장치가 대기 온도까지 냉각되었을 경우 펌핑 기구내의 미립자성 오염 물질은 다른 경우보다 현저히 줄어들게 된다. 따라서, 미립자성 물질이 거의 압축되지 않으므로, 시동시 이겨내야 하는 마찰력은 현저히 줄어든다. 따라서, 재시동 불량은 현저하게 감소된다.
이러한 맥동식 운전 정지 방법은 종래의 건식 펌프 기능에 기술적 개선을 제공하는 것으로 이해된다.
따라서, 제 2 실시예에 있어서, 본 발명은 (a) 펌핑 기구의 운전 정지를 검지하는 단계와, (b) 운전 정지 후에 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와, (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 미립자성 오염 물질을 정화시키기 위해서 일정한 시간 주기 동안 펌핑 기구의 작동을 시작하는 단계를 포함하는 건식 펌프의 재시동 불량율을 줄이는 방법을 제공한다.
건식 펌프 장치의 제어기는 컴퓨터에 내장될 마이크로 프로세서를 포함할 수도 있고, 컴퓨터에 설치되었을 때 위에서 언급한 단계 (a)에서 (c)까지의 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 선택적으로 프로그래밍된다.
제 3 실시예에 있어서, 본 발명은, 컴퓨터에 설치되었을 때 (a) 펌핑 기구의 운전 정지를 검지하는 단계와, (b) 운전 정지 후에 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와, (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 미립자성 오염 물질을 정화시키기 위해서 일정한 시간 주기 동안 건식 펌프의 작동을 시작하는 단계를 수행하는 컴퓨터 프로그램을 포함한다.
제 4 실시예에 있어서, 본 발명은 컴퓨터에 설치되었을 때, (a) 펌핑 기구의 운전 정지를 검지하는 단계와, (b) 운전 정지 후에 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와, (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 미립자성 오염 물질을 정화시키기 위해서 일정한 시간 주기 동안 건식 펌프의 작동을 시작하는 단계를 수행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한, 컴퓨터용 판독 가능한 기록 매체를 포함한다.
기록 매체는 플로피 디스크, CD, 미니 디스크 또는 디지털 테이프 중에서 선택될 수도 있지만, 엄밀히 말해 이들에 한정되지는 않는다.
바람직한 일 선택에서, 맥동식 운전 정지 방법은 펌프 장치의 내부 온도의 일정한 강하에 상응하는 간격에서 수행된다. 제안된 온도 강하 간격은 10℃이지만 필수적인 것은 아니다. 이 간격은 2℃, 30℃, 또는 이들 사이의 임의의 온도일 수 있다. 적절한 온도 간격은 냉각 조건, 맥동식 운전 정지 프로세스에 이용할 수 있는 시간의 양, 그리고 다른 요인들에 근거하여 선택될 수 있다. 선택적으로 더 작은 일정한 온도 간격이 사전 선택될 수도 있다. 예를 들면, 빠른 냉각 주기를 위해 작은 간격(예를 들면, 2℃)이 선택될 수도 있고 장치가 사전 규정된 "냉각(cool)" 온도에 접근할수록 점점 더 큰 간격이 선택될 수도 있다.
맥동의 일정한 시간 주기는 다시 변할 수 있고 냉각 조건이나 다른 실제적인 요인들에 근거하여 바람직하게 선택될 것이다. 15초 내지 45초 사이의 일정한 시간 주기가 제안되었으며, 약 30초 정도가 실제적으로 고려된다. 일정한 시간 주기는 각각의 사전 선택된 온도 간격에 대해 같을 수도 있고, 또는 다를 수도 있다. 예를 들면, 주기는 더 낮은 온도에서 비교적 더 오래 지속될 수도 있다.
맥동의 지속은 보통 실내 온도와 같은, 사전 규정된 "냉각" 온도에 도달하도록 장치에 의해 지시될 수도 있다. 선택적으로, 상기 방법은 냉각 시간에 상관없이 일정한 시간 주기동안 수행될 수도 있다. 후자의 경우, 필수적이진 않지만 약 2시간의 지속 시간이 제안된다.
펌핑 기구의 작동의 각 일정 시간 주기의 종료시에, 별도의 입구 정화 기능은 제어기에 의해 실시될 수도 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 제어기는 첫번째 사전 결정된 온도 또는 사전 규정된 시간 한계에 도달했을 때 맥동식 운전 정지 방법을 중지하도록 구성될 수도 있다.
건식 펌프 장치는 공지된 형태일 수 있지만 바람직한 일 형태는 클로 방식 (claw type)의 회전자를 포함한 건식 펌프이다. 클로 방식의 건식 펌프는 이미 공지되어 있다. 요약해서 말하면, 클로 방식의 건식 펌프는 각각의 클로 쌍 사이에 있는 샤프트의 축을 따라 가스 흐름을 막고 압축시키기 위해 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 클로 형태의 회전자를 갖는 한 쌍의 샤프트를 구비한다. 각각의 샤프트가 회전하는 동안, 우선 각각의 클로 쌍의 입구가 노출(exposed)되고, 그 후 입구와 출구가 모두 차단(isolated)되며, 마지막으로 출구가 노출되어 포획된 가스가 배출될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 제어기는 샤프트의 회전을 제어한다.
현존하는 많은 건식 펌프 장치는 펌프를 작동시키기 위한 소프트웨어를 실행시키는 제어기를 포함하기 때문에, 본 발명은 기존의 제어기에 본 발명의 컴퓨터 프로그램을 업로드(upload)함으로써 편리하게 실행될 수 있다. 따라서 상기 제어는 자동적으로 운전 정지되어 본 발명의 맥동식 운전 정지 방법을 실시하도록 구성될 수 있다.
예로서 본 발명의 몇몇 실시예가 하기의 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 의해 제기된 미립자성 오염 물질의 문제점을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 본 발명이 프로세스에 어떻게 영향을 미치는가를 도시한 도면,
도 3은 시간 스케쥴 형식으로 본 발명의 방법을 도시한 도면,
도 4는 그래프 형식으로 본 발명의 방법을 도시한 도면.
도 1은 고정자(Sa, Sb)와 회전자(Ra, Rb)를 각각 갖는 한 쌍의 샤프트(1a, 1b)를 구동시키는 구동 유닛(D)을 구비한 건식 펌프 장치(1)의 펌핑 기구를 개략적으로 도시한다. 도 1의 (a), (b), (c)는 펌핑 기구의 회전자(R)와 고정자(S) 사이의 관계를 도시한다. 도 1의 (a)는 펌프의 정규 작동 온도에서 회전자(R)와 고정자(S) 사이의 구성을 도시한다. 고정자(S)와 회전자(R) 사이의 작동 간극은 d1로 도시되어 있다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 장치가 냉각될 때, 작동 간극 d2는 고정자(S)와 회전자(R)를 갖는 샤프트의 수축으로 인해 감소된다. 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 고정자(S)의 표면에 축적될 수 있는 분말(P)은 고정자(S)와 회전자(R) 사이의 감소된 간극에서 압축될 수 있다. 이러한 압축에 의해서, 장치의 재시동시에 회전자가 회전할 경우 회전자(R)가 이겨내야 할 마찰력이 발생한다. 이러한 마찰력을 이겨내기 위한 충분한 토크가 회전자(R)에 제공되지 않는다면, 시동 불량이 발생한다.
도 2는 작동 온도[도 2의 (a)]로부터 냉각 온도[도 2의 (b) - (f)]로 서서히 냉각되는 고정자(S)와 회전자(R)를 연속적인 순서[(a)부터 (f)까지]로 도시한다. 도 2의 (a)부터 (e)까지의 각각의 도면에서, 고정자(S)의 표면에 고착된 고착 분말(P)의 층이 존재함을 알 수 있다. 또한, 고정자(S)와 회전자(R) 사이의 간극은 장치의 온도가 떨어질 때 서서히 감소한다는 것이 관찰된다. 도 2의 (b)와 도 2의 (c), 도 2의 (c)와 도 2의 (d), 및 도 2의 (e)와 도 2의 (f)의 사이에서, 펌프는 짧게 활성화가 되어, 분말(P)의 일부분이 배출된다. 따라서 마지막 냉각 온도에 도달했을 때[도 2의 (f)] 분말의 양은 최소로 되어 재시동시 회전자의 토크에 대항하는 커다란 카운터 포스(counter force)를 발생시키기는 어렵게 된다. 따라서, 재시동시 시동 불량의 발생은 감소하게 된다.
도 3은 본 발명의 맥동식 운전 정지 방법의 시간 스케쥴을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상측 라인에 도시된 맥동 순서와 연계하여, 펌프와 연관된 부스터(booster)가 초기 운전 정지 후 짧은 주기동안 작동하도록 구성되어 펌핑 기구 내의 분말 오염 물질을 제거함으로써 펌핑 기구가 작동하지 않는 동안 고정자상에 고착될 수 있는 초기의 양(initial quantity)을 감소시킬 수 있다. 도면의 상측 라인에서 알 수 있듯이, 운전 정지 후에, 펌프는 약 30초 동안 작동하고, 그 후 주기(델타 T = 10도)동안 정지해 있으며 그 동안 제어기에 의해 모니터링되는 기구의 내부 온도는 정규 작동 온도보다 10℃ 하강한다. 주기가 끝나면, 펌프는 30초 동안 작동하고, 그 후 모니터링된 온도가 10℃ 더 하강할 때까지 다시 정지한다. 모니터링된 온도가 40℃로 되거나 또는 시퀀스의 시작 이후로 경과된 시간이 2시간이 될 때까지 위의 사이클(cycle)이 반복된다.
도 4는 그래프 형식으로 도 3의 방법을 도시한다. 세로축은 모니터링된 펌핑 기구의 온도에 해당하고, 가로축은 시간의 진행에 해당한다. 두껍고, 검은 곡선은 서서히 하강하는 모니터링된 온도를 나타낸다. 가는 맥동식 선은 냉각 과정 동안 펌핑 기구의 활성화 및 정지되는 주기를 나타낸다.
앞서 설명한 것은 본 발명의 단지 몇가지 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 실시가 하기에 첨부된 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 진정한 범위를 벗어남이 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

Claims (22)

  1. 건식 펌프 장치에 있어서,
    펌핑 기구와,
    상기 펌핑 기구의 작동을 제어하는 제어기와,
    상기 펌핑 기구의 작동 온도를 감지하기 위한 센서를 포함하고,
    상기 제어기는,
    (a) 상기 펌핑 기구의 운전을 정지시키는 단계와,
    (b) 상기 온도 센서에 의해 상기 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와,
    (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 오염 미립자 물질 부분을 정화시키도록 일정한 시간 주기 동안 상기 펌핑 기구의 작동을 시작하는 단계를 포함하는 자동 운전 정지 시퀀스를 실행하도록 구성된
    건식 펌프 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 마이크로 프로세서를 포함하는
    건식 펌프 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 컴퓨터 안에 내장되는
    건식 펌프 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컴퓨터에는 상기 단계 (a) 내지 (c)를 수행하게 하는 컴퓨터 소프트웨어가 설치되어 있는
    건식 펌프 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌핑 기구는 클로 방식(claw type)의 회전자 장치를 포함하는
    건식 펌프 장치.
  6. 건식 펌프에서 재시동 불량의 발생률을 감소시키는 방법에 있어서,
    (a) 펌핑 기구의 운전 정지를 검지하는 단계와,
    (b) 운전 정지 후에 상기 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와,
    (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 오염 미립자 물질의 부분을 정화시키도록 일정한 시간 주기 동안 상기 펌핑 기구의 작동을 시작하는 단계를 포함하는
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 (c)가 상기 펌핑 기구의 모니터링된 온도의 일정한 하강에 대응하는 사전 선택된 온도 간격에서 수행되는
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 일정한 온도 하강 간격이 10℃인
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일정한 시간 주기가 15초 내지 45초 사이인
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 일정한 시간 주기가 각각의 사전 선택된 온도 간격에 대해서 동일한
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 일정한 시간 주기가 30초인
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 일정한 시간 주기가 각각의 사전 선택된 온도 간격에 대해 상이한
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법이 사전 규정된 시간 한계동안 수행되는
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 사전 규정된 시간 한계는 운전 정지로부터 2시간인
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌핑 기구의 작동의 각 일정 시간 주기의 종료시에, 별도의 입구 정화 기능이 제어기에 의해 실시되는
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법은 첫번째의 사전 결정된 온도 또는 사전 규정된 시간 한계에 도달했을 때 정지되는
    건식 펌프의 재시동 불량의 발생률 감소 방법.
  17. 삭제
  18. 프로세서에 의해 실행되도록 되어 있는 지시를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 있어서,
    실행 시에 건식 펌핑 기구의 자동 운전 정지 시퀀스를 수행하도록 일련의 단계를 규정하는 상기 지시는,
    (a) 펌핑 기구의 운전 정지를 검지하는 단계와,
    (b) 운전 정지 후에 상기 펌핑 기구의 온도를 모니터링하는 단계와,
    (c) 적어도 하나의 사전 선택된 온도 간격에서, 사전 규정 온도에 도달하거나 사전 규정 시간 한계를 지날 때까지 존재하는 오염 미립자 물질의 부분을 정화시키도록 일정한 시간 주기 동안 상기 펌핑 기구의 작동을 시작하는 단계를 포함하는
    컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기록 매체는 플로피 디스크, CD, 미니-디스크 또는 디지털 테이프에서 선택되는
    컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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