KR101641887B1 - 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프에 관한 것으로 주동축을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되는 주동 스크류와 종동축을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되어 상기의 주동 스크류와 맞물려 회전하는 종동 스크류와 상기의 주동 스크류와 종동 스크류 내장되는 케이싱과 상기의 케이싱 내주 면에 적어도 2개 이상의 그루브로 구성되는 건식진공펌프에 있어서, 상기의 주동 스크류는 유체 흡입부에서 유체 배기부 방향으로 순차대로 주동 스크류 1 내지 5단 로터가 구비되고, 상기의 종동 스크류는 유체 흡입부에서 유체 배기부 방향으로 순차대로 종동 스크류 1 내지 5단 로터가 구비되며 주, 종동 스크류 2단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 1그루브가 구비되고, 주, 종동 스크류 3단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 2그루브가 구비되며, 주, 종동 스크류 4단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 3그루브가 구비되며, 주, 종동 스크류 5단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 4그루브로 구성되어 펌프의 효율을 향상시키고 고회전을 통하여 같은 동력하에서 더욱 고진공이 가능하며 동시에 동력을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 케이싱 내부의 응축방지와 응축이 발생할 경우 생성되는 응축물을 원활하게 이동 및 제거하여 이물질이 내부로 유입되는 경우에도 스크류 및 케이싱 손상 및 내부 부식을 최소화하는 효과가 있다.

Description

스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프{Dry Vacuum Pump having Screw Rotor and Groove}
본 발명은 건식진공펌프에 관한 것으로 보다 상세하게는 건식진공펌프에서 진공을 형성하는 스크류 로터의 날개의 형상 및 결합 구조를 최적화하고 케이싱 내부에 그루브를 생성하여 고진공과 고효율을 갖는 것은 물론 응축 및 부식을 방지하는 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 진공펌프는 기밀용기 내의 기체분자를 제거하는 장치로 대기압 이하의 저압에서 기체를 흡입, 압축해 대기 중에 방출하여 용기 속의 진공도를 높인다. 이러한 진공펌프는 크게 건식과 습식으로 각각 대변되는 기계적 진공펌프와 확산·이온펌프로 분류된다. 확산·이온펌프가 고진공을 실현하기 위해 기름 또는 수은을 사용하는 습식형인 것과 달리 기계적 진공펌프는 상대적으로 진공도가 낮기는 하지만 기름을 사용하지 않는 건식형이므로 상대적으로 구조가 간단하고 내구성이 좋고, 또한 안정된 진공도를 보여주므로 사용자가 손쉽게 운전할 수 있고 유지하는데 드는 비용이 적게 들어가는 장점이 있어 여러 산업분야에서 널리 쓰이고 있다. 그러나, 건식진공펌는 폴리머, 모노머, 파우더, 먼지 등이 응축성 증기와 함께 응축될 경우 스크류 및 케이싱에 손상이 발생하고 부식성을 가진 다른 공정물질이 유입될 경우 내부 부식이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1074633호에 한 쌍의 주동축 및 종동축 상에 1,2단 스크류가 각각 나사 리드 길이를 달리하여 가공되어 일체형으로 장착되는 주,종동 스크류 로터와; 냉각수 주입구와 가스의 누설방지를 위한 오일실과 싱글베어링과, 세이프티 축과 플랜지 이음으로 체결되는 타이밍기어를 포함하는 전단 커버체와; 토출구의 워터재킷과 가스의 누설방지를 위한 미캐니컬실과 더블베어링으로 구성되는 전단 프레임과; 몸체 상부에 흡입구와 냉각수배출구가 양 측면에 냉각수순환공간이 각기 형성되고 좌측 부에는 상기 주,종축의 동작시나 설치시에 흔들림을 방지하도록 가이드플레이트가 장착되고 상기 주,종축이 체결되는 우측 끝단에는 오일실과 립실과 롤러베어링이 장착되는 본체와 상기 본체의 우측 단에 장착되어 상기 본체의 내부밀폐를 위한 그리스 커버체를 포함하여 구성되는 2단 스크류를 구비한 수냉식 건식진공펌프가 개시되어 있으나 이 역시 상기한 바와 같이 스크류 및 케이싱 손상 및 내부 부식의 문제점이 여전히 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1074633호(2011.10.12)
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 하나의 스크류를 갖는 건식진공펌프와 비교하여 펌프의 효율을 향상시키고 고회전을 통하여 같은 동력하에서 더욱 고진공이 가능하며 동시에 동력을 절감할 수 있으며 이물질이 내부로 유입되는 경우에도 스크류 및 케이싱 손상 및 내부 부식을 최소화하는 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프에 있어서, 주동축을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되는 주동 스크류와 종동축을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되어 상기의 주동 스크류와 맞물려 회전하는 종동 스크류와 상기의 주동 스크류와 종동 스크류 내장되는 케이싱과 상기의 케이싱 내주 면에 적어도 2개 이상의 그루브가 구비된다.
본 발명의 다른 특징으로는 상기의 그루브는 주동축과 종동축 사이에 횡으로 구성되며 보다 상세하게는 상기의 주동 스크류는 유체 흡입부에서 유체 배기부 방향으로 순차대로 주동 스크류 1 내지 5단 로터가 구비되고, 상기의 종동 스크류는 유체 흡입부에서 유체 배기부 방향으로 순차대로 종동 스크류 1 내지 5단 로터가 구비되며 주, 종동 스크류 2단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 1그루브가 구비되고, 주, 종동 스크류 3단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 2그루브가 구비되며, 주, 종동 스크류 4단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 3그루브가 구비되며, 주, 종동 스크류 5단 로터가 위치하는 케이싱 내주 면에 제 4그루브가 구비된다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 상기의 그루브는 주동축과 종동축 사이에 횡으로 구성되되 로터의 기울기와 평행하도록 기울어져 구성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프는 하나의 스크류를 갖는 건식진공펌프와 비교하여 펌프의 효율을 향상시키고 고회전을 통하여 같은 동력하에서 더욱 고진공이 가능하며 동시에 동력을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 케이싱 내부의 응축방지와 응축이 발생할 경우 생성되는 응축물을 원활하게 이동 및 제거하여 이물질이 내부로 유입되는 경우에도 스크류 및 케이싱 손상 및 내부 부식을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 기존의 2단 스크류를 구비한 수냉식 건식진공펌프의 횡단면도.
도 2는 기존의 스크류 로터를 구비한 건식진공펌프의 압력과 온도 평행도.
도 3은 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 주동 스크류 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 횡단면도.
도 5는 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 S-S` 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 실시 예의 횡단면도.
도 4와 5는 각각 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 횡단면도와 S-S` 섹션의 단면도로서 이를 참고하여 본원발명의 구성을 설명하면 하기와 같다.
스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프에 있어서, 주동축(11)을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되는 주동 스크류(10);와 종동축(21)을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되어 상기의 주동 스크류(10)와 맞물려 회전하는 종동 스크류(20);와 상기의 주동 스크류(10)와 종동 스크류(20) 내장되는 케이싱(30);과 상기의 케이싱(30) 내주 면에 적어도 2개 이상의 그루브(40);가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프이다.
또한, 상기의 그루브(40)는 주동축(11)과 종동축(21) 사이에 횡으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 2는 기존의 스크류 로터를 구비한 건식진공펌프의 압력과 온도 평행도와 도 3은 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 주동 스크류 측면도로서 이를 참고하여 본원발명의 원리는 하기와 같다.
일반적인 스크류 건식진공펌프는 유체 흡입부(A)를 통하여 유입되는 가스가 1, 2단 로터(a, b)에 의하여 압축이 시작된다. 이때, 비교적 낮은 온도와 높은 진공 상태로 인하여 가스의 응축이 쉽게 발생한다. 이와 대비하여 3, 4단 로터(c, d)에는 본격적인 압축과정이 수행되어 비교적 높은 온도와 낮은 진공 상태를 갖음으로 가스 응축 발생이 현저하게 줄어든다. 또한, 5단 로터(d)는 대기압보다 높은 압력으로 유체 배기부(B)로 배기하는 과정이 수행된다. 상기한 바와 같이 스크류 로터를 구비한 건식진공펌프 케이싱 내부의 응축으로 인하여 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 특히, 1, 2단 로터(a, b) 위치에서 응축을 방지하거나 응축으로 인하여 생성되는 응축물을 제거하기 위한 대책이 필요하다.
도 6은 본 발명에 따른 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프의 실시 예의 횡단면도로서 이를 참고하여 상기한 문제점을 해결하기 위한 실시예의 구성을 설명하면 하기와 같다.
스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프에 있어서, 주동축(11)을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되는 주동 스크류(10);와 종동축(21)을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되어 상기의 주동 스크류(10)와 맞물려 회전하는 종동 스크류(20);와 상기의 주동 스크류(10)와 종동 스크류(20) 내장되는 케이싱(30);과 상기의 케이싱(30) 내주 면에 적어도 2개 이상의 그루브(40)가 구비되되, 상기의 주동 스크류(10)는 유체 흡입부(A)에서 유체 배기부(B) 방향으로 순차대로 주동 스크류 1 내지 5단 로터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 구비되고, 상기의 종동 스크류(20)는 유체 흡입부(A)에서 유체 배기부(B) 방향으로 순차대로 종동 스크류 1 내지 5단 로터(20a, 20b, 20c, 20d, 20e)가 구비되며 주, 종동 스크류 2단 로터(10b, 20b)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 1그루브(41)가 구비되고, 주, 종동 스크류 3단 로터(10c, 20c)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 2그루브(42)가 구비되며, 주, 종동 스크류 4단 로터(10d, 20d)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 3그루브(43)가 구비되며, 주, 종동 스크류 5단 로터(10e, 20e)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 4그루브(44)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기의 제 1그루브(41)에 의하여 비교적 압력이 저하되고 이로 인하여 케이싱(30) 내부로 유입된 이물질의 응축을 방지할 수 있다. 그러나, 제 1그루브(41)의 면적이 충분히 클 경우 응축 방지 효과는 향상되나 진공펌프의 효율이 저하되는 문제점이 있으므로 그루브 면적이 제한적이다. 이에 따라, 제 1그루브(41)의 응축 방지 효과를 벗어나 발생하는 응축물은 제 2, 3그루브(42, 43)을 통하여 유체 배기부(B) 측으로 이동된다. 상술한 바와 같이 이동된 응축물은 제 4그루브(44)에 축적되어 배출이 용이하게 이루어진다.
그리고, 상기의 그루브(40)는 본원발명의 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프를 설치할 경우 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 바닥으로 향하는 부분에만 구비되어 응축물이 스크류 로터와 중력에 의하여 각각의 그루브(40)에 축적되고 그루부(40)의 깊이 이상으로 응축물이 쌓이게 되면 스크류 로터에 의하여 강제 추출되어 순차적으로 유체 흡입부(A) 측 그루부(41)에서 유체 배기부(B) 측에 그루브(44)로 순차적으로 이동되어 배출되게 된다.
이를 통하여 진공펌프 케이싱(30) 내부에 응축물이 배출되지 못하고 축적됨으로 발생하는 스크류와 케이싱 내부의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기한 최선의 실시 예를 제외하더라도 일반적인 2단 스크류 건식진공펌프에 있어서, 유체 흡입부(A) 측에서 가장 응축이 빈번히 발생하는 로터 지점 내부 케이싱에 그루브(40)를 구비하고, 유체 배기부(B) 방향으로 순차적으로 그루브(40)를 구비하여 응축물을 배출하는 구조를 적용할 수 있다. 또한, 상기의 그루브(40)는 주동축(11)과 종동축(21) 사이에 횡으로 구성되되 로터의 기울기와 평행하도록 기울어져 형성될 수 있으며 이외에도 공지되어 있는 다양한 그루브 형상 적용이 가능하다.
본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
A : 유체 흡입부 B : 유체 배기부
a. 1단 로터 b. 2단 로터
c. 3단 로터 d. 4단 로터
e. 5단 로터 10. 주동 스크류
10a. 주동 스크류 1단 로터 10b. 주동 스크류 2단 로터
10c. 주동 스크류 3단 로터 10d. 주동 스크류 4단 로터
10e. 주동 스크류 5단 로터 11. 주동축
20. 종동 스크류 20a. 종동 스크류 1단 로터
20b. 종동 스크류 2단 로터 20c. 종동 스크류 3단 로터
20d. 종동 스크류 4단 로터 20e. 종동 스크류 5단 로터
21. 종동축 30. 케이싱
40. 그루브 41. 제 1그루브
42. 제 2그루브 43. 제 3그루브
44. 제 4그루브

Claims (4)

  1. 주동축(11)을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되는 주동 스크류(10);와 종동축(21)을 중심으로 회전하는 적어도 3개 이상의 로터가 구비되어 상기의 주동 스크류(10)와 맞물려 회전하는 종동 스크류(20);와 상기의 주동 스크류(10)와 종동 스크류(20) 내장되는 케이싱(30);과 상기의 케이싱(30) 내주 면에 주동축(11)과 종동축(21) 사이에 횡으로 그루브(40);가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프에 있어서,
    상기의 주동 스크류(10)는 유체 흡입부(A)에서 유체 배기부(B) 방향으로 순차대로 주동 스크류 1 내지 5단 로터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 구비되고, 상기의 종동 스크류(20)는 유체 흡입부(A)에서 유체 배기부(B) 방향으로 순차대로 종동 스크류 1 내지 5단 로터(20a, 20b, 20c, 20d, 20e)가 구비되며 주, 종동 스크류 2단 로터(10b, 20b)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 1그루브(41)가 구비되고, 주, 종동 스크류 3단 로터(10c, 20c)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 2그루브(42)가 구비되며, 주, 종동 스크류 4단 로터(10d, 20d)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 3그루브(43)가 구비되며, 주, 종동 스크류 5단 로터(10e, 20e)가 위치하는 케이싱(30) 내주 면에 제 4그루브(44)가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크류 로터와 그루브를 구비한 건식진공펌프.
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