KR101594761B1

KR101594761B1 - 개량된 루츠 펌프

Info

Publication number: KR101594761B1
Application number: KR1020090101402A
Authority: KR
Inventors: 니겔 폴 스코필드; 스티븐 도우데스웰
Original assignee: 에드워즈 리미티드
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2016-02-17
Also published as: EP2180188A1; US20100104464A1; US8500425B2; TWI482910B; TW201016973A; KR20100045943A; EP2180188B1; JP2010101321A

Abstract

루츠 진공 펌프가 서로 맞물리는 한 쌍의 회전자를 수용하도록 배치되며, 상기 고정자는 펌프를 통해 펌핑되는 가스 내에 부유하는 고체 물질을 배출구를 향해 지향시키도록 배치되는 지향기 또는 편향기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 다시 말해서, 본원발명에 따른 고정자는 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말 또는 고체 물질을 직접 펌프의 배출구를 향해 또는 펌프 밖으로 지향시키거나 편향시키는 수단을 가진다. 지향 수단은 아치형 표면과 배출구 사이에 배치되는 채널을 포함할 수 있으며, 이러한 채널은 하사점 이전에 아치형 표면과 맞물리며 회전자의 회전축으로부터 펌프 배출구를 향해 연장하는 부분을 포함한다. 따라서, 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말은 고체 물질이 펌프의 작동을 정지시킬 가능성을 감소시키는 방식으로, 펌핑 용적으로부터 효과적으로 제거된다: 회전자가 서로 맞물리는 맞물림 영역으로부터 또는 배출구를 향해 고체 물질이 "방출(fling)"되도록 채널이 배치될 수 있다.

Description

개량된 루츠 펌프 {IMPROVEMENTS IN AND RELATING TO ROOTS PUMPS}

본원발명은, 일단(single stage) 및 다단(multi stage) 루프 펌프(roots pump)와 같은 루츠 펌프의 개량에 관한 것이다. 특히, 본원발명은 산업 공정에서 사용하기에 적합한 루츠 진공 펌프의 고정자 요소 및 회전자 요소에 관한 것이다.

진공 펌프의 산업 전반에서 다양하게 활용된다. 예를 들어, 진공 펌프는 프로세스 챔버를 배기시키도록 반도체 산업 분야에서 이용된다. 챔버 내에서 발생하는 프로세스의 부산물은 가스가 챔버로부터 배기됨에 따라 펌프를 통과할 수 있다. 이러한 부산물은 기체, 액체, 또는 고체 상태의 물질을 포함하여, 종종 "거칠(harsh)" 수 있다. 여기서 거칠다(harsh)는 것은 부산물이 부산물에 노출되는 펌프 구성요소를 부식시키거나 마모시킬 수 있다는 것을 의미한다.

펌프가 거친 프로세스(harsh process)의 부산물을 더욱 잘 취급할 수 있도록 진공 펌프 설계를 개선시키기 위한 노력이 이루어져 왔다. 예를 들어, 어떤 펌프 부품은 비-부식성 재료로 제조될 수 있다. 또한, 소위 "후크 및 클로우(hook and claw)" 또는 노데이(Northey) 펌프와 같은 일정한 진공 펌프 구성은 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말의 취급에 비교적 효과적인 것으로 알려져 있다.

분말을 취급하는 펌프의 성능은, 분말형 부산물을 생성하는 것으로 알려진 일정한 프로세스에 어떠한 유형의 펌프가 사용되어야 하는지를 결정할 때에 중요한 인자이다. 이는 특히 과도한 양의 실리카 분말이 프로세스 챔버 내에서 형성되어 챔버를 배기시키는 펌프로 들어가게 되는 일부 반도체 프로세스에서 문제가 된다. 더 나쁜 상황에서는, 분말이 펌프를 정지시키고 완전히 작동 불량이 되도록 하여, 챔버 내의 반도체 부품의 잠재적인 손실을 초래하며 교체 펌프가 설치되어 테스트되는 동안에 챔버는 공정 라인 밖으로 이동되어야 한다. 더욱이, 펌프의 유효 작동 수명은 분말에 대한 과도한 노출로 인해서 감소하게 된다.

본원발명은 종래 기술의 이러한 문제점을 개선시키고, 향상된 분말 취급 성능을 가져 반도체 산업에서 사용되기에 적합한 (물론 반도체 분야에서의 사용에만 한정되지는 않는다) 루츠-형상(Roots-configuration) 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본원발명은 한 쌍의 서로 맞물리는 회전자를 수용하도록 배치되는 루츠 펌프 고정자를 제공하며, 여기서 상기 고정자는 펌핑되는 가스 내에 부유하는 고체 물질을 고정자를 통해 배출구로 지향시키도록 배치되는 지향기(director) 또는 편향기(deflector)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 다시 말해서, 본원발명에 따른 고정자는 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말 또는 고체 물질을 직접 펌프의 배출구를 향해 또는 펌프 밖으로 지향시키거나 편향시키기 위한 수단을 가진다. 이는 루츠 회전자의 단부와 함께 작동하도록 배치되는 고정자의 아크형 표면과 접선을 이루도록(tangentially) 만나는, 고정자 벽에 배치되는 채널을 제공함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 채널은 펌프 배출구를 향해 구부러진, 대체적으로 평평하거나 선형인 프로파일을 가질 수 있어서 회전자가 회전함에 따라 펌프 챔버 내의 고체 물질 또는 분말이 배출구를 향하도록 조장될 수 있다. 따라서, 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말은, 고체 물질이 펌프의 작동을 정지시킬 가능성을 감소시키는 방식으로, 펌핑 용적으로부터 효과적으로 제거된다: 회전자가 서로 맞물리는 맞물림 영역(meshing zone)으로부터 또는 배출구를 향해 고체 물질이 "방출(fling)"되도록 채널이 배치될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가 적으로, 배출구 위로 연장하며 배출구로 고체 물질을 지향시키도록 프로파일되고 배출구를 향하는 하면(underside)을 가지는 부재를 제공함으로써 이러한 기능이 이루어질 수도 있다.

보다 구체적으로, 본원발명에서는 루츠 펌프 고정자를 제공하는데, 이러한 루프 펌프 고정자는: 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브(multi-lobed) 회전자를 수용하도록 배치되는 펌핑 용적(pumping volume)으로서, 각각의 회전자는 회전자 로브의 단부가 고정자의 아치형 표면과 함께 작용할 수 있도록 축 주위로 회전가능하며, 상기 로브는 상기 축에 관하여 상사점(top-dead-centre position) 및 하사점(bottom-dead-centre position)을 통과하는, 펌핑 용적; 상기 펌핑 용적 내부로 가스를 수용하기 위하여 상기 축의 위에 배치되는 유입구; 및 상기 펌핑 용적으로부터 가스를 배기하기 위하여 상기 축의 아래에 배치되는 배출구;를 포함하며, 상기 고정자가 펌핑되는 가스 내에 부유하는 물질을 상기 배출구로 지향시키도록 배치되는 지향 수단(directing means)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본원발명에서는 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브 회전자를 수용하도록 배치되는 펌핑 용적으로서, 각각의 회전자는 회전자 로브의 단부가 고정자의 아치형 표면과 함께 작용할 수 있도록 수평 축 주위로 회전가능하며, 상기 아치형 표면이 상기 수평 축의 평면 내에서 깊이 치수를 가지며, 상기 로브는 상기 축에 관하여 상사점 및 하사점을 통과하는, 펌핑 용적; 상기 펌핑 용적 내부로 가스를 수용하기 위하여 상기 축의 위에 배치되는 유입구; 및 상기 펌핑 용적으로부터 가스를 배기하기 위하여 상기 축의 아래에 배치되는 배출구;를 포함하며, 상기 지향 수단이 상기 아치형 표면과 배출구 사이에 배치되는 채널을 포함하고, 상기 채널은 상기 하사점 이전에서 상기 아치형 표면과 맞물리는 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는, 루츠 펌프 고정자를 제공한다. 따라서, 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말은 고체 물질이 펌프의 작동을 정지시킬 가능성을 감소시키는 방식으로, 펌핑 용적으로부터 효과적으로 제거된다: 회전자가 서로 맞물리는 맞물림 영역으로부터 또는 배출구를 향해 고체 물질이 "방출(fling)"되도록 채널이 배치될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 본원발명에서는 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브 회전자를 수용하도록 배치되는 펌핑 용적으로서, 각각의 회전자는 회전자 로브의 단부가 고정자의 아치형 표면과 함께 작용할 수 있도록 축 주위로 회전가능하며, 상기 로브는 상기 축에 관하여 상사점 및 하사점을 통과하는, 펌핑 용적; 상기 펌핑 용적 내부로 가스를 수용하기 위하여 상기 축의 위에 배치되는 유입구; 및 상기 펌핑 용적으로부터 가스를 배기하기 위하여 상기 축의 아래에 배치되는 배출구;를 포함하고, 상기 고정자는, 상기 배출구에 위치하여 상기 펌핑 용적을 통과하는 물질을 상기 배출구로 지향시키도록 배치되는 편향기를 포함하는 것을 특징으로 하는 루츠 펌프 고정자를 제공한다. 또한, 본원발명에서는 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브 회전자를 수용하도록 배치되는 펌핑 용적으로서, 각각의 회전자는 회전자 로브의 단부가 고정자의 아치형 표면과 함께 작용할 수 있도록 수평 축 주위로 회전가능하며, 상기 아치형 표면이 상기 수평 축의 평면 내에서 깊이 치수를 가지며, 상기 로브는 상기 축에 관하여 상사점 및 하사점을 통 과하는, 펌핑 용적; 상기 펌핑 용적 내부로 가스를 수용하기 위하여 상기 축의 위에 배치되는 유입구; 및 상기 펌핑 용적으로부터 가스를 배기하기 위하여 상기 축의 아래에 배치되는 배출구;를 포함하며, 지향 수단이 상기 배출구에 위치하여 상기 펌핑 용적을 통과하는 물질을 상기 배출구로 지향시키도록 배치되는 편향기를 포함하는 것을 특징으로 하는 루츠 펌프 고정자를 제공한다. 따라서, 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말은 고체 물질이 펌프의 작동을 정지시킬 가능성을 감소시키는 방식으로, 펌핑 용적으로부터 효과적으로 제거된다: 회전자가 서로 맞물리는 맞물림 영역으로부터 또는 배출구를 향해 고체 물질이 지향되거나 편향되도록 편향기가 배치된다.

추가로, 상기 채널의 부분은 하사점 5 내지 45도 이전, 또는 하사점 5 내지 25도 이전, 또는 하사점 15도 이전에서 상기 아치형 표면과 접선을 이루도록 만나게 배치될 수 있다. 이에 따라서, 부유하는 분말이 회전자로부터 반경방향으로 방출되어 서로 맞물리는 회전자 사이에 갇히지 않게 될 수 있다.

추가로, 상기 배출구와 상기 채널의 제1 부분 사이에 하나 이상의 편향기 표면이 배치될 수 있다. 편향기 표면은 배출구를 향해 구부러질 수 있으며 펌핑 용적을 통과하는 물질을 배출구를 향해 지향시키도록 배치될 수 있다. 또한 편향기 표면은 상기 채널의 폭을 가로질러 연장하도록 배치되어 밀폐된 채널을 형성할 수 있다. 추가로, 상기 편향기는 상기 채널과 상기 배출구 사이에 아치형 표면의 부분을 형성하는 상부 표면을 가진다.

본원발명에서는 또한 다단 진공 펌프로서, 상술한 바와 같은 고정자 및 다수 의 고정자 단 각각과 함께 작용하도록 배치되는 다수의 회전자 부재를 구비하는 회전자 부품을 포함하며, 각각의 회전자 부재가 상기 고정자의 일부분과 함께 작동하도록 배치되는 로브 부분을 포함하며, 각각의 로브 부분이 회전축으로부터 가장 멀리 떨어진 그 단부에 또는 그 부근에 배치되는 하나 이상의 축방향 홈을 가지는 다단 진공 펌프를 제공한다.

이하에서는 본원발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 예를 통해 설명된다.

도 1은 본원발명이 속하는 기술분야에서 공지되어 있으며 WO2007/088103호에 개시되어 있는 루츠 펌프(10)의 횡단면을 도시한다. 이러한 펌프는 고정자 본체(12)에 의하여 한정되는 펌핑 용적(11)을 포함한다. 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브(multi-lobed) 회전자(16, 17)가 각각의 수평 축(14 및 15)을 중심으로 회전하도록 배치된다. 도 1의 펌프는 각각의 회전자 상에 두 개의 로브(lobe)를 가지며, 로브의 단부(20 및 21)는 고정자의 아치형 내부 표면(24)과 함께 작용하도록 배치되어 회전자와 고정자(12) 사이에 가스(26)를 가둔다. 가스는 로터의 반대 방향 회전 운동에 의하여 유입구(30)로부터 배출구(40)로 펌핑된다.

로브의 각 단부(20, 21)는 그 회전 주기 동안 상사점(51) 및 하사점(52)을 통과한다. 통상적으로, 상사점은 아치형 내부 표면(24)이 펌프의 유입구(30)와 만나는 지점과 일치하거나 이를 지나서 위치한다. 또한 하사점(52)은 아치형 내부 표면(24)이 배출구와 만나는 지점에 앞서 위치한다. 이러한 구성으로 인해 가스가 효과적으로 펌핑되는데, 이는 펌프가 적절한 작동을 하기에 충분한 시간 동안 가스(26)가 회전자와 고정자 사이에 갇힌 상태로 남아있기 때문이다. 통상적으로, 2-로브 회전자에 있어서, 고정자의 내부 벽(24)이 유입구 및 배출구와 만나는 지점은 180°보다 크게 떨어져 있어야 하며, 그렇지 않으면 펌핑된 가스의 효과적인 압축이 이루어지지 않을 수 있다.

도 2는 US7226280호에 개시된 다른 공지의 루츠 진공 펌프의 횡단면을 도시한다. 이 도면은 3-로브 회전자로 구성된 루츠 펌프를 도시하며, 여기서 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 추가로, 아치형 내부 표면(24)은 내부 표면(24)의 내부로 깎인 다수의 일정 깊이 홈(60)을 포함한다. 이러한 홈은 하사점(52) 이전의 지점(41)에서 형성되어 배출구(40)까지 연장한다. 이러한 홈의 용도는 출력부로부터 배출되는 펌핑된 가스와 관련된 소음을 줄이기 위해 회전 주기의 비교적 초기 단계에서 회전자와 고정자 사이에 갇힌 펌핑된 가스(26)의 일부를 방출하기 위한 것이다.

위에서 설명한 두 개의 종래 기술 펌프는 펌핑되는 가스가 분말 물질을 포함하는 경우에는 문제가 발생할 수 있다. 분말은 펌프의 구성요소 사이에 갇히게 되어 결국 펌프를 멈추게 하기 쉽다. 따라서, 펌프의 작동 정지(pump seizure) 없이 루츠 진공 펌프에 의해 취급될 수 있는 분말의 한도는 비교적 적어서, 100 m³/hour 의 펌프 속도를 가지는 펌프에 대해 50-100 그램의 실리카 분말 정도이다.

도 3은 본원발명의 실시예에 따른 펌프(100)의 횡단면 다이어그램을 도시한 다. 이러한 펌프는 본원발명을 실시하는 고정자(110)를 포함하는데, 이러한 고정자는 펌핑 용적을 제공하며 서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브 회전자(116 및 117)를 수용하도록 배치되며, 여기서 상기 회전자 각각은 수평 축(114 및 115) 주위로 회전될 수 있다. 도 3의 회전자는 3개의 로브를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 본원발명이 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며 본원발명의 발명적 사상이 어떠한 개수의 회전자 로브 구성에도 적용될 수 있음은 물론이다.

고정자(110)는 지점(A)과 지점(B) 사이의 아크형 경로를 따르는 내부 벽 또는 표면(124)을 포함한다. 사용하는 동안에, 회전자의 로브 단부(120 및 121)는 내부 표면(124)과 함께 작동하여 펌핑된 가스를 회전자와 고정자 사이의 용적(126) 내에 가둔다. 실제로는, 사용하는 동안에 회전자의 단부는 고정자의 아크형 표면과 단부 사이에 비교적 작은 유격(clearance)을 가진다. 내부 표면(120)의 지점(A)은 회전자의 회전 방향과 관련하여 상사점(T)의 전방에 배치된다.

그러나, 앞서 기술된 공지의 루츠 펌프 시스템과는 달리 내부 표면의 적어도 일부분(125)은, 펌프의 배출구와 지점(B) 사이에서, 내부 표면(124)의 아치형 경로를 따라서 또는 이와 평행하게 연장하지 않는 다른 경로를 따르도록 배치된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 이러한 고정자 배출구 부분(125)은 아치형 내부 표면의 접선을 따르는 실질적인 선형 경로를 따르며, 회전축으로부터 펌프의 출력부(140)를 향해서 연장하여 나간다. 다시 말해서, 지점(B)는 회전자 로브의 하사점 이전에 배치되며 배출구 부분(125)을 형성하는 채널의 깊이는 (채널이 고정자의 아치형 내부 표면(124)과 만나는) 지점(B)로부터 배출구를 향해 증가한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 고정자의 배출구 부분, 또는 채널은 회전자의 회전 평면에서 볼 때 선형의 횡단면을 가지거나 또는 선형 방식으로 회전축으로부터 떨어져서 넓어진다. 물론 채널이, 예를 들어 펌핑 용적의 내부 또는 외부에 중심을 둔 반경을 따라서 또는 스텝 프로파일(step profile)을 따르는 것과 같이 비-선형 방식으로 축으로부터 떨어져서 넓어질 수도 있다.

지점(B)은 하사점에 또는 하사점보다 앞의 각도 범위 내에 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 지점(B)은 도 3에 각도(α)로 표시된 바와 같이 하사점보다 5도 내지 45도 앞에 있도록 배치될 수 있다. 바람직하게는 α가 5도 내지 25도일 수 있으며, 보다 바람직하게는 α=15°일 수 있다. 고정자 내부 표면(124)의 배출구 부분(125)의 선단 부분이 내부 표면의 아치형 부분에 접선을 이룬다면, (상사점과 하사점을 지나는) 가상의 선(I)과 지점(B)에 형성된 접선 사이의 각도(β)는 식 β=90+α를 따른다. 따라서 135°≤β≤90°가 된다.

고정자의 배출구 부분(125)이 펌프를 통과하는 분말 또는 입자를 배출구(140)로 지향시키는 수단으로서 작용한다는 것이 밝혀졌다. 펌핑되는 가스 내에 부유하는 모든 입자는 회전자가 펌프를 통해 펌핑되는 가스를 구동함에 따라 원심력에 의해 아치형 표면(124)을 향해서 방출된다. 따라서, 배출구 부분(125)이 펌프 또는 펌핑 단(stage)의 배출구(140)를 향해 대체로 경사지므로, 가스 내의 입자는 회전자가 서로 맞물리는 영역(145)으로부터 벗어나서 배출구(140)를 향해 지향된다.

본원발명을 실시하는 이러한 구성의 결과로서, 본원발명의 발명자는 위에서 설명한 종래의 루츠 펌프는 고정자의 배출구 부분의 프로파일로 인해서 분말 취급 성능이 불충분하다고 결론내렸다: 종래의 루츠 펌프 고정자에서는, 펌핑되는 가스 내에 부유되는 입자의 적어도 일부가 회전자의 맞물림 영역(meshing zone)을 향해 밀려 보내지거나 이동될 수 있다. 따라서, 종래의 펌프를 통과하는 펌핑되는 가스 내에 부유하는 분말의 일부는 펌프를 통해 재-순환될 수 있다. 상당한 양의 분말이 회전자가 맞물리는 영역으로 들어간다면 펌프의 작동 정지가 발생할 수 있다.

도 4는 본원발명을 실시하는 루츠 펌프 고정자(110)의 일부에 대한 사시도이다. 고정자는, 본원발명이 속하는 기술분야에서 알려진 바와 같이, 다수의 펌핑 단(stage)으로 형성된다. 이러한 실시예에서, 고정자는 "클램쉘(clam-shell)" 형상으로 형성되는데, 명료성을 위해서 전체 고정자의 하부 부분만이 도시되었다. 물론 전체 펌프에서는 고정자 단부 플레이트(도시되지 않음)가 사용된다.

가상선(I)이 고정자 측벽(126)에 투영되어 도시되어 있다. 고정자 벽(124)의 배출구 부분(125)의 시작부는 회전자가 하사점을 지나는 위치로부터 앞서 있다. 또한, 배출구 부분(125)의 바닥(127)은 아치형 고정자 내부 표면(124)의 폭 치수(D)보다 작은 폭 치수(δ)를 가진다. D:δ의 비율은 2:1 내지 10:11(즉 50% 내지 110%)의 범위에 있을 수 있는 것으로 고려된다. 다시 말해서, 과도한 양의 펌프내 분말이 예상되면, 고정자 깊이의 치수보다 더 큰 폭 치수를 가짐으로써 분말의 효과적인 취급의 향상을 도울 수 있다.

본원발명은 상술한 선형 구성에 한정되지는 않으며, 상술한 실시예들에 추가하여 또는 대안으로서, 다른 구성의 고정자 출력부 또는 배출구 부분이 고려된다. 예를 들어, 배출구 부분은 내부 고정자 표면(124)의 반경보다 더 큰 반경을 가지는 경로를 따르도록 배치될 수 있다. 로터의 접촉 부분과 배출구 부분의 바닥 또는 하부 사이의 거리가 지점(B)에서 수 마이크론으로부터 배출구에서 1cm 이상으로 증가하는 것이 바람직하다. 또한, 배출구 부분의 폭은 변화되도록 배치될 수 있으며 바람직하게는 배출구 쪽으로 증가할 수 있다. 배출구 부분은 고정자 내부 표면 내부로 깎인 다수의 홈을 포함하도록 구성될 수 있다.

펌핑된 가스 내에 부유하는 먼지, 분말 또는 입자를 펌프 또는 펌프 단의 배출구를 향해 보내기 위한 추가의 수단이 도 5를 참조하여 설명된다. 일 실시예에서는 베인 부재(vein member)(132)가 고정자의 배출구 부분 위에 배치된다. 베인은, 배출구 포트를 완전히 또는 부분적으로 가로질러서, 배출구 부분을 가로질러 연장하며, 펌핑되는 가스 내에 부유하는 입자를 배출구(140)를 향해 편향시키기 위하여 배출구(140)를 향해 구부러진, 배출구를 향하는 표면을 가진다. 회전자 로브의 단부(120)가 취하는 경로(134)와 베인 사이에는 비교적 작은 유격에 제공된다. 다른 실시예에서는, 지향 부재(directing member)(133)가 배출구와 면하는 두 개의 대향 표면을 가지며 배출구(140) 바로 위에 배치되는 중심 부품으로서 형성될 수 있으며, 이들 두 개의 대향 표면 각각은 분말형 물질을 각각의 회전자로부터 배출구를 향해 지향시키도록 배치된다. 이렇게 하지 않았으면 회전자가 맞물리는 맞물림 영역(145)으로 들어가게 됐었을, 펌핑되는 가스 내에 부유하는 입자의 적어도 일부가, 그렇게 되기 전에 배출구(140)를 향해 편향될 수 있다. 편향기(deflector) 또는 베인의 상부 표면(135)은 아치형 표면(124)의 일부를 형성하도록 배치될 수 있다. 상부 표면은 맞물림 영역(145) 쪽으로 연장할 수 있으나 맞물림 영역으로 들어가지는 않는다.

실험을 통해서, 본원발명을 실시하는 고정자 구성을 가지는 펌프의 분말 취급 성능이 펌핑 성능에 크게 영향을 미치지 않으면서도 상당히 향상된다는 것이 입증되었다. 예를 들어, 100 m³/hour 정격 용량의 펌프가 작동 정지(seizure) 없이 400 그램의 분말 하중을 효과적으로 취급하게 되는 400% 까지의 향상을 확인하였다.

이제 도 6을 참조하면, 본원발명을 실시하는 펌프(100)가 도시되어 있다. 고정자 클램쉘(110)의 반이 도시되어 있는데, 이는 위에서 도 3, 4 또는 5를 참조하여 설명되었다. 또한, 한 쌍의 회전자(200)가 도시되어 있다. 각각의 회전자는 다수의 로브(216, 217)를 가지는 회전자 부재 및 축(210)을 포함한다. 로브의 단부는 축방향 홈(220)을 포함하는데, 본원발명의 발명자는 이러한 축방향 홈이 루츠 펌프의 분말 취급 성능을 향상시키는 것을 확인하였다. 다단 루츠 펌프의 각 단 상에 홈을 배치시킴으로써 분말 취급 성능이 더욱 향상될 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서는, 각각의 단부가 3개의 홈을 포함한다. 그러나, 물론 다른 실시예에서는 임의 개수의 홈을 포함할 수 있으며, 이러한 홈들은 회전자 로브의 단부가 고정자의 아치형 내부 표면(124)과 함께 작용하는 지점 앞 또는 뒤에 다수의 홈이 배치되는 임의의 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나의 홈이 선행 위치(leading position)에 배치되고 다른 하나의 홈이 후행 위치(trailing position) 에 각각 배치되면서, 중간 홈이 회전자 로브와 고정자가 함께 작용하는 지점 부근에 배치될 수 있다. 본원발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 (하나, 둘, 또는 그보다 많은) 로브 당 홈의 개수 및 이들 각각의 위치의 다른 조합을 고려할 수 있을 것이다. 또한, 홈의 개수가 펌핑되는 프로세스나 펌프 적용에 따를 수도 있다. 본원발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본원발명의 발명적 개념 내에서 본원발명의 다른 실시예를 고려할 수 있을 것이다.

도 1은 공지된 루프 펌프의 단면도이다.

도 2는 또 다른 공지된 루츠 펌프의 단면도이다.

도 3은 본원발명을 실시하는 루츠 펌프 부품의 단면도이다.

도 4는 본원발명을 실시하는 루츠 펌프 고정자의 일부에 대한 사시도이다.

도 5는 본원발명을 실시하는 루츠 펌프 부품의 또 다른 단면도이다.

도 6은 본원발명을 실시하는 루츠 펌프 회전자 및 고정자의 일부에 대한 사시도이다.

Claims

루츠(roots) 펌프(pump) 고정자(stator)로서,

서로 맞물려 반대로 회전하는(contra-rotating) 한 쌍의 멀티 로브(multi-lobed) 회전자들(rotors)을 수용하도록 배치되는 펌핑 용적(pumping volume)으로서, 각각의 회전자는 회전자 로브의 단부(tip portion)가 고정자의 아치형(arcuate) 표면과 함께 작용할 수 있도록 축 주위로 회전가능하며, 상기 로브는 상기 축에 관하여 상사점(top-dead-centre) 및 하사점(bottom-dead-centre)을 통과하는, 펌핑 용적;

상기 펌핑 용적 내부로 가스를 수용하기 위하여 상기 축의 위에 배치되는 유입구; 및

상기 펌핑 용적으로부터 가스를 배기하기 위하여 상기 축의 아래에 배치되는 배출구;를 포함하는 루츠 펌프 고정자에 있어서,

상기 고정자는 상기 아치형 표면과 배출구 사이에서 상기 아치형 표면 내에 배치되는 채널을 포함하고, 상기 채널은 상기 하사점 이전에서 상기 아치형 표면과 접선을 이루도록 만나는(tangentially engage) 것을 특징으로 하는,

루츠 펌프 고정자.
루츠 펌프 고정자로서,

서로 맞물려 반대로 회전하는 한 쌍의 멀티 로브 회전자를 수용하도록 배치되는 펌핑 용적으로서, 각각의 회전자는 회전자 로브의 단부가 고정자의 아치형 표면과 함께 작용할 수 있도록 축 주위로 회전가능하며, 상기 로브는 상기 축에 관하여 상사점 및 하사점을 통과하는, 펌핑 용적;

상기 펌핑 용적 내부로 가스를 수용하기 위하여 상기 축의 위에 배치되는 유입구; 및

상기 펌핑 용적으로부터 가스를 배기하기 위하여 상기 축의 아래에 배치되는 배출구;를 포함하는 루츠 펌프 고정자에 있어서,

상기 고정자는, 상기 배출구에 위치하여 상기 펌핑 용적을 통과하는 물질을 상기 배출구로 지향시키도록 배치되는 편향기(deflector)를 포함하며,

상기 고정자는 상기 아치형 표면과 배출구 사이에서 상기 아치형 표면 내에 배치되는 채널을 포함하고, 상기 채널은 상기 하사점 이전에서 상기 아치형 표면과 접선을 이루도록 만나는 것을 특징으로 하는,

루츠 펌프 고정자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 채널이 상기 아치형 표면과 만나는 지점이 하사점의 5 내지 45도 이전인,

루츠 펌프 고정자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 채널이 상기 아치형 표면과 만나는 지점이 상기 축의 평면 내에서 폭 치수(width dimension)를 가지며, 상기 채널의 폭이 상기 배출구를 향해 증가하는,

루츠 펌프 고정자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 축에 대한 반경 방향에서의 상기 채널의 깊이(depth)는 상기 채널과 상기 아치형 표면이 만나는 지점으로부터 상기 배출구를 향해 증가하는,

루츠 펌프 고정자.
제2항에 있어서,

상기 편향기는 상기 아치형 표면과 만나는 상기 채널의 부분과 상기 배출구 사이에 배치되고, 상기 편향기는 상기 배출구를 향해 구부러져 상기 펌핑 용적을 통과하는 물질을 상기 배출구로 지향시키도록 배치되는,

루츠 펌프 고정자.
제2항 또는 제6항에 있어서,

상기 편향기는 밀폐된(closed) 채널을 형성하기 위하여 상기 채널의 폭을 가로질러 연장하는,

루츠 펌프 고정자.
제2항에 있어서,

상기 편향기는 상기 채널과 상기 배출구 사이에서 아치형 표면의 일부를 형성하는 상부(upper) 표면을 가지는,

루츠 펌프 고정자.
제8항에 있어서,

상기 상부 표면이 회전자가 서로 맞물리는 맞물림 영역(meshing zone)으로 연장하는 아치형 표면의 일부를 형성하는,

루츠 펌프 고정자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고정자는 다단(multi-stage) 루츠 펌프 또는 일단(single stage) 루츠 펌프로서 형성되는,

루츠 펌프 고정자.
제1항 또는 제2항에 따른 고정자 및 복수의 고정자 단들 각각과 함께 작용하도록 배치되는 복수의 회전자 부재(element)들을 구비하는 회전자 부품(component)을 포함하는 다단 진공 펌프에 있어서,

각각의 회전자 부재가 상기 고정자의 일부분과 함께 작동하도록 배치되는 로브 부분을 포함하며, 각각의 로브 부분이 하나 이상의 축방향 홈(groove)을 가지는,

다단 진공 펌프.