KR101873841B1 - 크라이오 트랩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크라이오 트랩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분을 포집하는 성능이 우수한 크라이오 트랩에 관한 것이다. 본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일 실시예는 내부에 유입된 기체 내에 포함된 분자를 응결시키는 크라이오 패널을 구비하는 기체상 분자를 포집하는 크라이오 트랩으로, 크라이오 패널은 상부와 하부를 관통하는 중공(中空)이 형성되어 있는 통 형상으로 형성되며 기체가 유입되는 상부 부분의 단면적보다 기체가 배기되는 하부 부분의 단면적이 더 크다.

Description

크라이오 트랩{CRYOTRAP}
본 발명은 크라이오 트랩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분을 포집하는 성능이 우수한 크라이오 트랩에 관한 것이다.
크라이오 트랩(Cryotrap)은 극저온(Cryo)을 이용하여 수분(H2O)을 포집하는 장치이다. 진공처리 시스템에서 크라이오 트랩은 진공 챔버의 게이트 밸브와 연결되어 진공 챔버 내의 수분을 제거하는 역할을 한다.
크라이오 트랩 중 통과형(In Line Type) 크라이오 트랩은 터보몰레큘라 펌프(turbo molecular pump, TMP)와 같이 사용하게 된다. TMP는 기계적으로 고속으로 구동하고 있는 로터의 표면에 충돌한 기체 분자에 특정한 방향의 운동량을 주어 한쪽 방향으로 내보냄으로써 배기하는 형태의 진공 펌프로, TMP의 가장 큰 단점은 수분을 제거하기 어렵다는 것이다. 수분은 진공 챔버 내부에서 떠돌아 다지고 있거나 챔버 벽이나 부품 표면 등에 붙어 있는 형태로 존재하기 때문에, 진공 챔버 외부에 장착되어 있는 TMP의 고속회전운동으로도 물분자가 쉽게 제거되지 않는다.
일반적으로, 통과형 크라이오 트랩은 진공 챔버와 TMP 사이에 설치되어, 진공 챔버 내에 존재하는 수분을 제거하게 된다. 따라서 TMP의 성능을 유지한 상태에서 크라이오 트랩의 성능을 최대가 되도록 설계하는 것이 중요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수분 포획 성능이 우수한 크라이오 펌프를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일 실시예는 내부에 유입된 기체 내에 포함된 분자를 응결시키는 크라이오 패널을 구비하는 기체상 분자를 포집하는 크라이오 트랩에 있어서, 상기 크라이오 패널은 상부와 하부를 관통하는 중공(中空)이 형성되어 있는 통 형상으로 형성되며, 기체가 유입되는 상부 부분의 단면적보다 기체가 배기되는 하부 부분의 단면적이 더 크다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 다른 실시예는 내부에 유입된 기체 내에 포함된 분자를 응결시키는 크라이오 패널을 구비하는 기체상 분자를 포집하는 크라이오 트랩에 있어서, 상기 크라이오 패널은 상부와 하부를 관통하는 중공(中空)이 형성되어 있는 통 형상으로 형성되며, 상기 크라이오 패널의 옆면에 미세구멍이 하나 이상 형성된다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 크라이오 패널은, 수평 방향의 단면은 원 형상이고, 수직 방향의 단면은 사다리꼴일 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 크라이오 패널은, 수직 방향에 대한 상기 크라이오 패널의 옆면이 이루는 각도가 5 내지 20°일 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 크라이오 패널의 옆면에 미세구멍이 하나 이상 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 미세구멍의 크기는 1 내지 10㎜일 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 미세구멍은 상기 크라이오 패널의 옆면의 가운데 부분에 일렬로 복수개 배치되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 크라이오 패널 표면이 샌드 블라스팅(sand blasting) 처리되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 트랩에 대한 일부 실시예들에 있어서, 상기 크라이오 패널은 수분(H2O)을 응결시킬 수 있다.
본 발명에 따른 크라이오 펌프는 기체가 유입되는 상부 부분보다 기체가 배출되는 하부 부분이 넓은 크라이오 패널을 구비하고 있어, 유입된 기체가 크라이오 패널에 많이 접촉하게 됨으로써 수분을 포집하여 제거하는 성능이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 크라이오 펌프는 옆면에 미세구멍이 형성되어 있는 크라이오 패널을 구비하고 있어, 이 미세구멍을 통해 물 분자가 크라이오 패널의 안쪽과 바깥쪽에서 서로 얼어붙어 쉽게 떨어지지 않게 됨으로써 수분을 포집하여 제거하는 성능이 우수하다.
도 1은 종래의 크라이오 트랩을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크라이오 트랩을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 크라이오 트랩에 구비되는 크라이오 패널의 수직 방향의 단면을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 종래의 크라이오 트랩을 개략적으로 나타낸 도면이다.
종래의 크라이오 트랩(100)은 트랩 본체(110) 내에 크라이오 패널(120)이 배치된다. 트랩 본체(110)는 크라이오 쿨러(130)와 연결되며, 크라이오 쿨러(130)는 크라이오 패널(120)을 극저온으로 낮추게 된다. 극저온으로 온도가 낮아진 크라이오 패널(120)은 수분(H2O)와 같은 기체상 분자를 응결시킴으로써 포집하여 제거하게 된다.
크라이오 트랩(100)은 상부가 진공 챔버의 게이트 밸브와 연결되어 진공 챔버 내의 기체가 크라이오 트랩(100) 내부로 유입된다. 그리고 유입된 기체는 크라이오 트랩(100)의 하부와 연결되어 있는 터보몰레큘라 펌프(turbo molecular pump, TMP)를 통해 배기된다.
종래의 크라이오 트랩(100)에 설치되어 있는 크라이오 패널(120)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상하부를 관통하는 중공(中空)이 형성되어 있는 원통 형상을 갖는다. 이와 같이, 종래의 크라이오 트랩(100)에 설치되어 있는 크라이오 패널(120)은 기체의 흐름과 평행하므로, 기체의 흐름에 방해를 주지 않아 크라이오 트랩(100)의 하단에 설치되어 있는 TMP의 성능 향상에는 도움이 된다. 그러나 크라이오 패널(120)이 기체의 흐름과 평행하므로 기체와 크라이오 패널(120)이 접촉되는 확률이 낮아, 크라이오 패널(120)에서 수분을 포집하는 성능은 좋지 않다.
본 발명은 이러한 종래의 크라이오 트랩의 단점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 크라이오 트랩의 개략적인 구성을 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크라이오 트랩(200)은 트랩 본체(210)와 크라이오 패널(220)을 구비한다.
트랩 본체(210)는 상하부를 관통하는 중공이 형성되어 있는 원통 형상으로 형성되며, 상부는 진공 챔버의 게이트 밸브와 연결되고 하부는 TMP와 연결된다. 트랩 본체(210)는 측벽을 통해 크라이오 쿨러(230)와 연통되며, 플렌지 등에 의해 연결될 수 있다. 크라이오쿨러(230)는 Joule-Thomson/Philips, Vuilleumier/Solvay, Stirling, Pulse Tube, Magnetic, GM(Gifford-McMahon) 냉동 사이클 등을 이용하여 극저온으로 냉각할 수 있고, 냉매로는 수소 또는 헬륨 등이 이용될 수 있다. 크라이오 쿨러(230)는 크라이오 패널(220)을 극저온으로 낮추게 된다.
크라이오 패널(220)은 트랩 본체(210) 내부의 가운데 부분에 설치된다. 크라이오 패널(220)은 상부와 하부를 관통하는 중공이 형성되어 있는 통 형상으로 형성되며, 진공 챔버로부터 기체가 유입되는 상부 부분의 단면적보다 TMP와 연결되어 기체가 배기되는 하부 부분의 단면적이 더 크다. 이와 같이, 크라이오 패널(220)의 상부 부분보다 하부 부분의 단면적을 크게 하면, 크라이오 패널(220)의 옆면이 기체의 흐름과 평행하지 않게 되어 크라이오 패널(220)과 기체가 많이 접촉하게 된다. 이에 따라 크라이오 패널(220)에 응결되는 수분의 양이 증가하여, 크라이오 트랩(200)의 수분 포집 성능이 향상된다.
크라이오 패널(220)은 수평 방향의 단면은 원형이고, 수직 방향의 단면은 도 3에 도시된 바와 같이 사다리꼴일 수 있다. 이와 같은 크라이오 패널(220)은 사다리꼴 형태의 긴 판상을 롤링(rolling)함으로써 제작할 수 있다. 롤링 전에 크라이오 패널(220)의 표면을 샌드 블라스팅(sand blasting) 처리함으로써, 크라이오 패널(220)의 표면을 거칠게 할 수 있다. 이와 같이 크라이오 패널(220)의 표면을 거칠게 하면, 크라이오 패널(220)에 응결된 얼음이 잘 탈착(desorption)되지 않아, 수분 포집 성능이 향상된다.
크라이오 패널(220)의 상부와 하부의 크기 차이를 크게 할수록 기체의 흐름과 크라이오 패널(220)이 보다 수직하게 되어 수분을 포집하는 성능을 향상되지만, 기체의 흐름을 방해하게 되어 크라이오 트랩(200)의 하부와 연결되어 있는 TMP의 성능을 떨어뜨리게 된다. 따라서 TMP의 성능을 어느 정도 유지한 상태에서 크라이오 트랩(200)의 수분 포집 성능을 향상시키려면 도 3에 도시한 바와 같이, 크라이오 패널(220)의 옆면과 수직 방향의 각도(θ)를 5 ~ 20°범위, 바람직하게는 10°에 가깝게 유지하는 것이 좋다.
그리고 크라이오 패널(220)의 옆면에는 미세구멍(225)이 하나 이상 형성될 수 있다. 크라이오 패널(220)에 미세구멍(225)이 형성되면, 수분이 포집되어 응결될 때, 크라이오 패널의 내부와 외부에서 서로 얼어붙어 쉽게 떨어지지 않으므로, 수분 포집 성능이 향상된다. 또한, 크라이오 패널(220)에서 얼음이 쉽게 떨어지면, 하부에 설치되는 TMP에 얼음 덩어리가 떨어져 TMP의 블레이드와 충돌할 수 있고, 이로 인해 TMP의 블레이드에 손상이 발생할 수 있다. 그러나 크라이오 패널(220)의 옆면에 형성되어 있는 미세구멍(225)에 의해 응결된 얼음이 쉽게 떨어지지 않게 되면, TMP의 손상을 방지할 수 있게 된다. 이때, 미세구멍(225)의 크기는 1 ~ 10㎜, 바람직하게는 3㎜ 정도인 것이 좋다. 그리고 미세구멍(225)은 크라이오 패널(220)의 옆면의 가운데 부분에 일렬로 형성될 수 있다. 그러나 미세구멍(225)의 위치 및 개수는 이에 한정되지 않고 다양한 위치와 개수를 갖도록 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (9)

  1. 내부에 유입된 기체 내에 포함된 수분(H2O) 분자를 응결시키는 크라이오 패널을 구비하는 기체상 분자를 포집하는 크라이오 트랩에 있어서,
    상기 크라이오 패널은 상부와 하부를 관통하는 중공(中空)이 형성되어 있는 통 형상으로 형성되며, 상기 크라이오 패널의 옆면에 미세구멍이 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크라이오 패널에 응결된 얼음의 탈착이 억제되도록, 상기 미세구멍을 통해 상기 크라이오 패널의 내부와 외부에서 서로 얼어붙어 수분의 응결이 발생하는 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세구멍의 크기는 1 내지 10㎜인 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세구멍은 상기 크라이오 패널의 옆면의 가운데 부분에 일렬로 복수개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크라이오 패널은,
    기체가 유입되는 상부 부분의 단면적보다 기체가 배기되는 하부 부분의 단면적이 더 큰 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 크라이오 패널은,
    수평 방향의 단면은 원 형상이고, 수직 방향의 단면은 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 크라이오 패널은,
    수직 방향에 대한 상기 크라이오 패널의 옆면이 이루는 각도가 5 내지 20°인 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크라이오 패널 표면이 샌드 블라스팅(sand blasting) 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오 트랩.
  9. 삭제
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