KR102152789B1 - 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스분석기용 샘플러(매니폴드)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플가스의 손실을 최소화시켜 분석 성능을 향상시키며, 유입되는 가스 압력에 대해 정밀한 충격 완화가 가능하게 하며, 또한 완충 과정에서의 압력 균형이 가능하게 하며, 또한 필요에 따라 음압 작용은 물론, 양압 작용의 교체 사용이 가능하게 하는 등 가스압력 완충장치의 사용 효율성을 향상시키기 위한 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러에 관한 것이다.

Description

개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러{Sampler for gas analyzer with gas pressure buffer}

본 발명은 가스분석기용 샘플러(매니폴드)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 완충 장치의 구조 개선 및 그 완충 장치의 설치 위치의 개선을 통해 가스압력에 따른 완충 성능이 향상되게 하는 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러에 관한 것이다.

일반적으로 반도체장치는 성막공정, 사진공정, 식각공정, 불순물주입공정 및 금속공정 등의 다양한 공정들을 거치게 되며, 이러한 일련의 공정의 수행하는 과정에서 여러 종류의 가스들(HF, HC1, NH3 등)을 사용한다.

예를 들어 아르곤가스는 스퍼터링(Sputtering)공정 또는 식각공정 등에 이용되고, 헬륨가스는 세정공정 또는 이송공정 등에 이용된다.

이러한 반도체장치의 제조에 이용되는 가스들은 해당 공정에 맞는 정확한 성분과 농도로 공급이 이루어져야 하므로 작업현장에서는 해당 공정을 수행하기 전이나 수행 도중에 수시로 가스분석기를 이용하여 해당 가스의 성분 및 농도 등을 분석하고 있다.

종래에는 각 공정별로 가스가 공급되는 각 가스공급관에 연결되는 샘플라인의 후단에 가스분석기를 설치한 후, 상기 샘플라인을 각 가스공급관에 번갈아 연결해 가면서 순차적으로 가스분석을 실시하였으므로 사용상의 불편함이 매우 컸다.

뿐만 아니라, 각 가스분석기로 유입되는 가스의 유량과 압력이 불안정한 문제도 있었다. 가스분석기로 유입되는 가스의 유량과 압력이 일정하지 않으면, 가스분석기가 정상적인 분석결과를 산출할 수 없게 되므로 분석신뢰도가 크게 떨어지게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 샘플라인과 가스분석기 사이에 다채널 샘플러(매니폴드)를 설치하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기한 종래의 샘플러(매니폴드)는 복수의 입력포트(11)들과 제1 출력포트(12)와 제2 출력포트(13)가 형성된 본체(10)를 구비한다.

상기 입력포트(11)들에는 각 공정별로 분석하고자 하는 가스가 공급되는 가스공급관들에 일대일로 연결된 샘플라인(20)이 연결되고, 상기 제1 출력포트(12)에는 가스분석기(30)가 연결되며, 상기 가스분석기(30)와 제2 출력포트(13)에는 각각 진공펌프(40,50)가 연결된다.

아울러, 상기 본체(10)의 내부에는 각 입력포트(11)와 제1 출력포트(12)를 연결하는 분기관(60)과, 상기 분기관(60)과 제2 출력포트(13)를 연결하는 바이패스관(70)이 구비된다. 상기 분기관(60)에는 각 입력포트(11)별로 가스의 출입을 단속하는 밸브(80)가 구비된다.

이와 같은 샘플러를 이용하면, 샘플라인(20)을 각 가스공급관에 번갈아 연결시킬 필요가 없고, 상기 바이패스관(70)을 통해 가스분석기(30)로 배출되는 가스의 유량과 압력을 조절하여 가스분석기의 유량과 압력이 일정하게 유지되므로 가스분석기(30)의 분석신뢰도가 높아진다.

그러나 상기와 같은 종래의 샘플러는 샘플라인(20)들이 각기 다른 공정에 위치하는 가스공급관들과 연결되는 관계로 그 길이가 제각각 달라서 각 입력포트(11)별로 유입되는 샘플라인(20)들의 압력들이 서로 다르고, 이로 인하여 입력포트(11)가 전환 및 다른 입력포트(11)를 통해 다른 가스가 유입되는 상태가 될 때마다 가스분석기(30)에는 유입되는 가스의 압력차이로 인한 충격이 발생하는 문제가 발생된다.

이렇게 가스분석기(30)에 압력충격이 발생하게 되면 가스분석기(30)가 정상적인 분석결과를 산출할 수 없게 되며, 분석값의 신뢰성도 현저히 떨어진다.

아울러, 종래의 샘플러는 각 입력포트(11)로 유입된 가스들이 분기관(60)을 통과하면서 분기관(60) 내부를 오염시키게 되므로 시간이 경과할수록 검사신뢰도가 떨어지는 문제가 있다.

이러한 분기관(60)의 오염은 제1 출력포트(12)와 거리가 먼 입력포트(11)일수록 분기관(60)을 통과하는 길이가 길어지면서 오염 정도가 심화되므로 입력포트(11)의 위치에 따라 검사성능에 큰 차이가 발생되는 구조적인 문제도 가진다.

이에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 바이패스관을 통해 가스압력 완충장치를 구성하여 입력포트가 전환될 때마다 가스분석기에 유입되는 가스의 압력차로 인한 충격을 완화 시켜주고, 분기관 내부 오염의 최소화 및 입력포트별 오염 정도를 최소화시키기 위한 가스분석기용 샘플러가 제안된바 있다.

그러나 상기와 같은 가스분석기용 샘플러는 가스압력 완충장치가 제1 분기관으로부터 별도의 바이패스관을 통해 제2 분기관과 분기 구성된 것인바, 가스분석기로 유입되는 샘플가스의 손실이 발생하였으며, 실질적으로 가스분석기로 유입되는 제2 분기관내의 가스에 대한 압력 완충 기능이 초저압에서는 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 가스분석 완충장치는 벨로우즈의 신축 작용이 하부에 형성된 중량체를 통해 복원되게 구성된 것인바, 초저압에서 압력 균형을 이루지 못하였으며, 이에 따른 충격 완화 기능이 미비하였다.

대한민국특허등록 제1 0-0251234호. 대한민국특허등록 제1 0-2057336호.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 샘플가스의 손실을 최소화시켜 분석 성능을 향상시키며, 유입되는 가스 압력에 대해 정밀한 충격 완화가 가능하게 하기 위한 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

또한, 완충 과정에서의 압력 균형이 가능하게 하기 위한 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

또한, 필요에 따라 음압 작용은 물론, 양압 작용의 교체 사용이 가능하게 하는 등 가스압력 완충장치의 사용 효율성을 향상시키기 위한 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 샘플라인과 제1 진공펌프을 갖는 가스분석기 사이에 형성되어 가스의 유량과 압력을 유지하는 가스분석기용 샘플러에 있어서,

각 공정별로 분석하고자 하는 가스가 공급되는 가스공급관들에 일대일로 연결된 샘플라인이 연결되는 복수의 입력포트와, 제1 출력포트와, 제2 진공펌프와 연결되는 제2 출력포트를 가진 본체;

상기 본체의 내부에서 상기 각 입력포트와 제1 출력포트를 연결하는 제1 분기관;

상기 제1 분기관으로부터 분기되어 상기 제1 출력포트에 연결되는 제2 분기관;

상기 본체의 내부에서 상기 제1 분기관과 제2 출력포를 연결하는 제1 바이패스;

상기 제1 분기관에 설치되어 각 입력포트별로 가스의 출입을 단속하는 밸브;

상기 제1 출력포트로부터 인출되어 제1 바이패스관으로 합류하며, 중간에 가스분석기가 인출 연결되는 제2 바이패스관; 및

상기 제2 바이패스관에 설치되어 입력포트 전환시 상기 가스분석기로 인가되는 가스의 압력충격을 완화시켜 주는 가스압력 완충장치를 포함하되,

상기 가스압력 완충장치는,

상기 본체에 장착되는 베이스판; 및

상기 베이스판에 형성되어 제2 바이패스관 내 압력변화에 따라 신축되는 적어도 하나 이상의 벨로우즈 유닛을 포함하여 구성하며,

상기 벨로우즈 유닛은,

상기 베이스판의 저면에 형성되며, 하부로 개방된 가스 유동공간이 형성되고 제2 바이패스관을 따라 흐르는 가스의 입출을 안내하는 가스유입구와 가스배출구가 형성된 헤드캡;

상기 헤드캡의 저면에 결합 및 내부가 가스 유동공간과 연통되며, 상단 둘레에는 스프링 지지판이 돌출 형성되고, 하단은 가이드판으로 마감 및 둘레로 돌출 형성되어 압력변화에 따라 신축 작동하는 벨로우즈;

벨로우즈의 둘레로 이격되게 사방에 형성되며, 상단이 베이스판에 고정되고, 상기 스프링 지지판과 가이드판을 관통하여 하방으로 돌출되며, 하단에 고정구가 형성된 복수의 가이드봉; 및

상기 각각의 가이드봉을 감싸며 결합되어 벨로우즈의 신축 복원력을 부여하는 복수의 압축스프링을 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 제2 분기관(125)는 제1 분기관(120)의 중앙에서 분기되게 구성할 수 있다.

또한, 상기 본체(100)에는, 퍼지가스가 인입되는 퍼지포트(114)를 더 포함하여 구성하며, 상기 본체(100)의 내부에는 상기 퍼지포트(114)와 제1 분기관(120)의 양단을 연결하는 퍼지라인(170)을 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 가스압력 완충장치(200)는, 상기 압축스프링(224)이 가이드봉(223)의 둘레에서 상하 양단이 스프링 지지판(222a) 저면과 가이드판(222b) 상부면에 탄설되게 구성하되, 벨로우즈(222)에 음압이 작용시 수축되고, 압축스프링(224) 탄성에 의해 팽창 복원되게 구성할 수 있다.

또한, 상기 가스압력 완충장치(200)는, 상기 압축스프링(224)이 가이드봉(223)의 둘레에서 상하 양단이 가이드판(222b) 저면과 고정구(223a)의 사이에 탄설되게 구성하되, 벨로우즈(222)에 양압이 작용시 팽창되고, 압축스프링(224) 탄성에 의해 수축 복원되게 구성하라 수 있다.

또한, 상기 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)를 복수개로 구성하는 경우, 상기 베이스판(210)의 저면에 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)을 근접 배치하고, 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)의 헤드캡(221)이 연결관(221d)으로 연결되게 구성하고, 가장 첫 단과 끝 단에 위치한 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)의 헤드캡(221)에는 가스유입구(221b)와 가스배출구(221c)가 형성 및 제2 바이패스관(140)이 연결되게 구성하며, 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)에 해당하는 압축스프링(224)은, 서로 다른 탄성을 가지게 구성할 수 있다.

또한, 상기 제2 바이패스관(140)에는, 가스압력 완충장치(200)로 배출된 가스가 가스분석기(30) 및 제1 출력포트(112)를 통해 역류하지 않도록 가스압력 완충장치(200)와 가스분석기(30) 사이에 작동 정지상태에서 샘플가스의 역류를 방지하는 역류방지용 체크밸브(180)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 제2 바이패스관(140)에는, 상기 가스압력 완충장치(200)와 제1 바이패스관(130) 사이에 상기 역류방지용 체크밸브(180)와 함께 연동하면서 상기 가스압력 완충장치(200) 내부로의 가스 유출입을 차단시키는 압력유지용 체크밸브(190)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러는, 가스분석 완충장치의 배치 구조가 샘플가스가 유입되는 제2 분기관에 직접 연결되게 구성된 것인바, 샘플가스의 손실이 최소화되며, 특히 유입되는 가스에 대한 직접적인 완충 작용으로 충격 완화 성능이 향상되는 등 가스 분석 성능이 한층 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 가스압력 완충장치의 벨로우즈의 신축 작용이 사방에 형성된 스프링 탄성에 의해 작동하게 구성된 것인바, 완충 과정에서의 작용하는 압력의 균형이 이루어져 충격 완화 성능이 한층 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 가스압력 완충장치의 완충 작동 구조가 스프링 교체 구조를 이루게 구성된 것인바, 필요에 따라 음압 작용은 물론, 양압 작용 사용이 가능하게 되는 등 가스압력 완충장치의 사용 효율성이 한층 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 가스분석기용 샘플러의 구성도.
도 2는 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러를 나타낸 전체도.
도 3은 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 가스압력 완충장치를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 가스압력 완충장치를 나타낸 분해 사시도.
도 5는 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 가스압력 완충장치를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 가스압력 완충장치의 다른 실시예도.
도 7은 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 다른 실시예도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러를 나타낸 전체도이다.

도 1을 참조하여 도 2의 도시와 같이 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러(1)는 샘플라인(20)과 제1 진공펌프(40)을 갖는 가스분석기(30) 사이에 형성되어 가스의 유량과 압력을 전환 및 유지하는 가스분석기용 샘플러(매니폴드)로부터, 본체(100)와, 제1 분기관(120)과, 제2 분기관(125)과, 제1 바이패스관(130)과, 밸브(133)와, 제2 바이패스관(140)과, 가스압력 완충장치(200)로 구성된다.

먼저, 본체(100)는 복수의 입력포트(111)와, 제1 출력포트(112)와, 제2 출력포트(113)가 구성된다.

이때, 먼저 상기 입력포트(111)에는 각 공정별로 분석하고자 하는 가스가 공급되는 가스공급관들에 일대일로 연결된 상기 샘플라인(20)이 연결된다.

그리고 상기 제1 출력포트(112)에는 후술하는 제2 바이패스관(140) 및 가스분석기(30)가 연결된다.

그리고 상기 제2 출력포트(113)에는 제2 진공펌프(50)와 연결되게 구성된다.

상기 제1 분기관(120)은 상기 본체(100)의 내부에 설치되어 상기 각 입력포트(111)와 제1 출력포트(112)를 연결하게 구성된다.

이때, 상기 제1 분기관(120)은 제1 출력포트(112)와 연결된 공통유로(121)와, 상기 공통유로(121)로부터 순차적으로 분기되어 각 입력포트(111)에 일대일로 연결되는 복수의 분기유로(122)들로 구성된다.

상기 제2 분기관(125)은 상기 제1 분기관(120)으로부터 분기되어 상기 제1 출력포트(112)를 연결하게 구성된 것으로, 바람직하게는 제2 분기관(125)은 제1 분기관(120)의 공통유로(121)와 제1 출력포트(112)를 연결한다.

상기 제1 바이패스관(130)은 상기 본체(100)의 내부에 설치되어 상기 제1 분기관(120)과 제2 출력포트(113)를 연결하게 구성된다.

이때, 상기 제1 바이패스관(130)은 바람직하게는 제1 분기관(120)의 각 분기유로(122)에 일대일로 연결되는 복수의 분기유로(131)와 상기 분기유로(131)들이 합류하는 공통유로(132)를 가지게 구성된 것으로, 상기 공통유로(132)는 제2 출력포트(113)에 연결된다.

상기 밸브(133)는 상기 제1 분기관(120)에 설치되어 각 입력포트(111)별로 가스의 출입을 단속하게 구성된다.

이때, 밸브(133)는 바람직하게는 상기 제1 바이패스관(130)의 분기유로(131) 보다 제1 분기관(120)의 공통유로(121)에 가까운 구간에 설치된다.

상기 제2 바이패스관(140)은 상기 제1 출력포트(112)로부터 인출되어 제1 바이패스관(130)으로 합류하게 구성된다.

그리고 상기 제2 바이패스관(140)에는 상기 제1 출력포트(112)와 제1 바이패스관(130)의 사이에서 가스분석기(30)가 인출 연결되게 구성된다.

그리고 상기 제2 바이패스관(140)에는 상기 가스압력 완충장치(200)와 가스분석기(30) 사이에 역류방지용 체크밸브(180)가 더 구성된 것으로, 역류방지용 체크밸브(180) 상기 가스압력 완충장치(200)로 배출된 가스가 다시 가스분석기(30) 및 제1 출력포트(112)를 통해 역류하지 못하도록 한다.

그리고 상기 제2 바이패스관(140)에는 가스압력 완충장치(200)와 제1 바이패스관(130) 사이에 압력유지용 체크밸브(190)가 더 구성된 것으로, 압력유지용 체크밸브(190)는 상기 역류방지용 체크밸브(180)와 함께 연동하면서 상기 가스압력 완충장치(200) 내부로의 가스 유출입을 차단시키게 된다.

상기 가스압력 완충장치(200)는 상기 제2 바이패스관(140)에 설치되어 입력포트(111) 전환시 상기 가스분석기(30)로 인가되는 가스의 압력충격을 완화 시켜주게 구성된 것으로, 가스압력 완충장치(200)는 상기 제1 출력포트(112)와 제1 바이패스관(130)의 사이에 구성된다.

한편, 본 발명에서 가스압력 완충장치(200)는 도 3 내지 도 6을 참조하여 베이스판(210)과 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)으로 구성된다.

먼저, 상기 베이스판(210)은 통상의 판체 형태를 이루게 구성된 것으로, 가스압력 완충장치(200)를 본체(100)에 볼팅 등을 통해 장착 가능하게 구성된다.

상기 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)은 가스압력 완충장치(200)를 구성함에 있어, 제2 바이패스관(140) 내 압력변화에 따라 수축 및 팽창을 통한 신축 작용하여 실질적인 압력충격을 완화 시키게 구성된 것으로, 헤드캡(221)과, 벨로우즈(222)와, 가이드봉(223)과, 압축스프링(224)으로 구성된다.

먼저, 헤드캡(221)은 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)을 구성함에 있어, 가스의 입출을 단속하게 구성된 것으로, 도면상 상기 베이스판(210)의 저면에 형성된다.

이때, 헤드캡(221)은 하부로 개방되어 내부에 가스 유동공간(221a)을 이루게 구성되며, 양측에는 가스 유동공간(221a)으로 제2 바이패스관(140)을 따라 흐르는 가스의 유입 및 배출을 안내하는 가스유입구(221b)와 가스배출구(221c)가 각각 구성된다.

그리고 상기 제2 바이패스관(140)에는 상기 가스압력 완충장치(200)의 후방에 설치되어 제2 바이패스관(140)을 통과하는 가스의 유량을 일정하게 유지시켜 주는 유량계(160)가 설치된다.

상기 벨로우즈(222)는 내부가 중공된 주름관 형태를 이루어 압력변화에 따라 수축 및 팽창 등 신축 작용하게 구성된 것으로, 상단이 상기 헤드캡(221)의 저면에 결합되되, 내부가 가스 유동공간(221a)과 연통되게 구성된다.

이때, 벨로우즈(222)에는 그 상단에는 둘레로 돌출 형성되는 스프링 지지판(222a)이 구성된 것으로, 본 발명에서 벨로우즈(222)는 스프링 지지판(222a)을 통해 헤드캡(221)에 볼팅 결합되어 상단이 마감되게 구성할 수 있을 것이다.

그리고 벨로우즈(222)에는 그 하단에는 가이드판(222b)이 결합되어 하단 마감하게 구성된 것으로, 이때 가이드판(222b)은 상기 스프링 지지판(222a)과 대응되게 둘레로 돌출 구성된다.

이에, 벨로우즈(222)는 헤드캡(221)의 내부로 가스가 통과하는 과정에서 압력변화가 발생시 신축 작용하여 충격을 완화 시켜주게 된다.

상기 가이드봉(223)은 복수개로 구성된 것으로, 바람직하게는 상기 벨로우즈(222)의 둘레로 이격되게 사방에 형성되며, 상단이 상기 베이스판(210)에 고정되고 하부가 상기 스프링 지지판(222a)과 가이드판(222b)을 관통되게 구성된다.

그리고 각각의 가이드봉(223)의 하단에는 그 가이드봉(223)의 직경보다 큰 직경을 이루어 상기 가이드판(222b) 또는 후술하는 압축스프링(224)이 가이드봉(223)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 고정구(223a)가 구성된 것으로, 이때 고정구(223a)는 각각의 가이드봉(223) 하단에 나사 결합되게 구성할 수 있다.

상기 압축스프링(224)은 상기 가이드봉(223)의 수량과 대응되게 복수개로 구성되며, 상기 각각의 가이드봉(223)을 감싸게 탄설되어 벨로우즈(222)의 신축 작용하는 과정에서 복원 탄성을 부여하게 구성된 것으로, 이렇게 사방에 형성되는 압축스프링(224)은 벨로우즈(222)의 둘레에서 동시에 동일한 신축력을 부여하여 그 벨로우즈(222)에 작용하는 압력이 치우쳐짐 없이 균형있게 해준다.

한편, 본 발명에서 상기 벨로우즈(222)의 신축시 복원력을 부여하는 압축스프링(224)의 설치 구조는 한정되는 것이 아니라, 다양한 위치 조정에 의해 벨로우즈(222)의 음압 또는 양압 작용에 대응 가능하게 구성할 수 있다.

이를 위해, 먼저 상기 압축스프링(224)은 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 가이드봉(223)을 감싸되, 상하 양단이 각각 스프링 지지판(222a)의 저면과 상기 가이드판(222b)의 상부면에 탄설되게 구성할 수 있다.

이에, 벨로우즈(222)에 가스 압력이 음압으로 작용시 그 벨로우즈(222)는 수축되고, 반대로 음압이 해제시 압축스프링(224)의 탄성에 의해 팽창 복원되게 구성할 수 있다.

또한, 상기 압축스프링(224)은 도 6을 참조하여 상기 가이드봉(223)을 감싸되, 상하 양단이 각각 가이드판(222b)의 저면과 고정구(223a)의 상단에 탄설되게 구성할 수 있다.

이에, 벨로우즈(222)에 가스 압력이 양압으로 작용시 그 벨로우즈(222)는 팽창되고, 반대로 양압이 해제시 압축스프링(224)의 탄성에 의해 수축 복원되게 구성할 수 있다.

즉, 본 발명에서 상기와 같은 벨로우즈(222)의 음압 및 양압의 작동 구조는 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 사용 환경 및 가스 압력량에 따라 다양하게 적용할 수 있을 것이다.

이에, 상기 제2 바이패스관(140)으로 진입한 가스는 상기 가스유입구(221b)를 통해 헤드캡(221) 내부의 가스 유동공간(221a)으로 유입된 후 가스배출구(1)를 통해 빠져나가게 되고, 이 과정에서 상기 벨로우즈(222)의 내부에 음압 또는 양압이 작용하면서 상기 벨로우즈(222)는 수축 또는 팽창된다.

이때, 상기 벨로우즈(222)는 압축스프링(224)으로 탄설된 것인바, 그 압축스프링(224)과 벨로우즈(222)에 작용하는 음압 또는 양압이 평행을 이루면서 벨로우즈(222)는 더 이상 수축 또는 팽창되지 않고 일정높이를 항상 유지하여 압력충격을 완화시켜주게 된다.

한편, 본 발명에서 상기 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)을 복수개로 구성할 수 있다.

이를 위해, 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)은 상기 베이스판(210)의 저면에서 근접하게 배치하면 된다.

그리고 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)은 헤드캡(221)이 연결관(221d)하면 되는 것으로, 연결관(221d)은 이웃하는 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c))의 가스유입구(221b)와 가스배출구(221c)을 연결하게 구성된다.

그리고 가장 첫 단과 끝 단에 위치한 벨로우즈 유닛(220a)(220c)의 가스유입구(222b) 및 가스배출구(221c)에는 각각 제2 바이패스관(140)의 분리된 양측을 연결하면 되는 것으로, 이에 제2 바이패스관(140)으로 유입된 가스는 연결관(221d)을 통해 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c))을 거치면서 압력 조정하는 한편, 반대측의 제2 바이패스관(140)으로 배출되게 된다.

또한, 본 발명에서 상기와 같이 복수개 구성되는 각각의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)에 해당하는 압축스프링(224)은 스프링 와이어의 직경 등의 조절을 통해 서로 다른 탄성을 가지게 구성함이 바람직하다.

즉, 상기와 같이 압축스프링(224)의 탄성을 달리하게 되면, 일예로 상대적으로 탄성이 약한 압축스프링(224)에 해당하는 벨로우즈 유닛(220a)은 작은 압력 충격에 민감하게 반응하게 되며, 상대적으로 탄성이 강한 압축스프링(224)에 해당하는 벨로우즈 유닛(220c)은 탄성이 약한 압축스프링(224)에 해당하는 벨로우즈 유닛(220a)에서 흡수하지 못한 큰 압력 충격을 완화시켜주게 되는 등 서로간에 압력 충격의 보완으로 미세한 압력 충격부터 강한 압력 충격까지 긴밀한 대응 가능하게 된다.

한편, 상기 제2 분기관(125)은 제1 분기관(120)의 중앙에서 분기되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제2 분기관(125)을 중심으로 양측에 입력포트(111)들이 배치되므로 각 입력포트(111)로 유입된 가스들이 제2 분기관(125)에 도달할 때까지 거쳐야 하는 제1 분기관(120)의 경유구간을 최소화시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 제2 분기관(125)은 제1 분기관(120)의 중앙에서 분기되도록 하면, 제1 분기관(120)을 경유하는 과정에서 발생되는 오염가능성을 최소화시킬 수 있으며, 입력포트(111)의 위치에 따라 가스분석 신뢰도가 떨어지는 범위를 최소화시킬 수 있다.

한편, 상기 본체(100)에는 퍼지가스가 인입되는 퍼지포트(114)가 더 구비될 수 있다.

그리고 상기 본체(100)의 내부에는 상기 퍼지포트(114)와 제1 분기관(120)의 공통유로(121)의 양단을 연결하는 퍼지라인(170)이 설치된다.

따라서, 퍼지포트(114)로 퍼지가스가 유입되면 상기 퍼지가스가 퍼지라인(170)을 따라 제1 분기관(120)을 경유하여 제2 분기관(125)을 통해 배출되며, 이 과정에서 오염된 제1 분기관(120)의 공통유로(121)는 깨끗하게 청소되므로 가스분석 신뢰도가 상승된다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 먼저, 제1 진공펌프(40)가 동작되면 샘플라인(20)들을 통해 본체(100) 내부로 각종 가스들이 모두 유입되며, 이 가스들은 본체(100)의 내부에 설치된 제1 바이패스관(130)의 분기유로(131)와 공통유로(132)와 제2 분기관(125)을 차례로 거쳐 제2 출력포트(113)를 통해 배출된다.

이 상태에서 제2 진공펌프(50)가 동작됨과 동시에 제1 분기관(120)의 분기유로(122)에 설치된 밸브(133)가 개방된다.

이때, 일측의 밸브(133)가 개방되면, 일측의 밸브(133)가 설치된 제1 분기관(120)의 분기유로(122)와 연결된 입력포트(111)의 샘플라인(20)으로부터 제1 분기관(120)의 공통유로(121)측으로 가스가 유입된다.

그리고 제1 분기관(120)의 공통유로(121)측으로 유입된 상기 가스는 제1 진공펌프(40)와 제2 진공펌프(50)의 흡입력에 제2 분기관(125) 및 제1 출력포트(112)를 경유하여 제2 바이패스관(140)으로 이동하며, 그 이동 과정에서 일부가 가스분석기(30)로 유입되고, 나머지는 제2 바이패스관(140)으로 이동하게 되는 것으로,

이때, 가스분석기(30)로 배출되는 가스는 제1 바이패스관(130)의 작용으로 일정한 유량과 압력이 유지된다.

즉, 본 발명에서는 샘플가스가 제1 분기관(120)으로부터 분기 없이 1열 형성된 제2 분기관(125) 및 제2 바이패스관(140)으로 이동하게 되는 것인바, 이동되는 샘플가스에 대한 손실이 최소화되어 가스분석기(30)에서의 분석이 더 원활하고 정확히 이루어지게 된다.

따라서, 본 발명은 가스의 분석신뢰도가 매우 높고, 입력포트(111)들을 순차적으로 전환시켜 가면서 단일의 가스분석기(30)를 이용하여 다종의 가스를 분석할 수 있게 된다.

한편, 입력포트(111)들을 전환시키는 과정에서 이전 입력포트(111)를 통해 유입된 가스와 전환된 입력포트(111)를 통해 새롭게 유입되는 가스와의 압력 차이로 인한 압력 충격이 발생하게 된다.

이때, 제2 바이패스관(140)의 후방에 설치된 유량계(160)에 의해 제2 바이패스관(140)을 통과하는 가스의 유량이 일정하게 유지되고 있는 상황이기 때문에 상기 제2 바이패스관(140)에 설치된 가스압력 완충장치(200)의 작용이 원활하게 이루어지면서 상기한 압력 충격은 발생 즉시 완화되거나 제거된다.

그리고 이와 같은 가스압력 완충장치(200)의 작용으로 상기 제2 분기관(125)을 통해 배출되는 가스들은 별다른 압력 충격 없이 가스분석기(30)로 유입되므로 가스분석의 신뢰도가 매우 높아지게 된다.

한편, 본 발명 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러(1)에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예로 보다 다양한 종류의 가스를 분석할 수 있도록 복수의 샘플러(1)를 연결하여 사용될 수 있다.

이때에는, 각 본체(100a,100b)들은 별도의 분기라인(A,B)를 통해 제1 출력포트(112)들끼리 서로 연결되고, 퍼지포트(114)들끼리 연결된다.

이때, 상기와 같이 연결 사용시 비가동중인 본체(100b)에 설치된 역류방지용 체크밸브(180)는 닫힘 상태를 유지하고 가동중인 본체(100a)에 설치된 역류방지용 체크밸브(180)는 열림 상태를 유지한다.

이에, 역류방지용 체크밸브(180)는 가동 중인 본체(100a)의 제1 출력포트(112)를 통해 가스분석기(30)로 배출되는 가스가 분기라인(A)을 통해 비가동 중인 본체(100b)의 제1 출력포트(112)로 역류되는 것을 방지한다.

한편, 비가동 모드하에서는 역류방지용 체크밸브(180)가 닫힌 상태에서 제1 바이패스관(130)을 통해서는 지속적으로 가스가 배출되므로 상기 가스압력 완충장치(200)의 내부 압력은 지속적으로 낮아지게 되며, 이 상태에서 가동 모드로 전환되면 제2 분기관(125) 및 제2 바이패스관(140)을 통해 상대적으로 고압의 가스가 가스압력 완충장치(15)로 급작스럽게 유입되면서 가스압력 완충장치(200)가 손상될 우려가 있다.

이러한 문제가 발생되지 않도록, 상기 제2 바이패스관(140)에는 상기 가스압력 완충장치(200)와 제1 바이패스관(130) 사이에 상기 역류방지용 체크밸브(180)와 함께 연동하는 압력유지용 체크밸브(190)가 더 설치되는 것으로, 비가동중인 본체(100b)에 설치된 압력유지용 체크밸브(190)는 닫힘 상태를 유지하고 가동중인 본체(100a)에 설치된 압력유지용 체크밸브(190)는 열림 상태를 유지한다.

따라서, 본체(100)가 가동모드에서 비가동모드로 전환되면, 역류방지용 체크밸브(180)와 압력유지용 체크밸브(190)가 동시에 닫히면서 상기 가스압력 완충장치(200)로의 가스 유출입이 차단되고 상기 가스압력 완충장치(200) 내부의 압력은 가동모드 상태를 유지하게 된다.

이에, 이후 비가동 중이었던 본체(100b)가 다시 가동모드로 전환되어 역류방지용 체크밸브(180)와 압력유지용 체크밸브(190)가 동시에 개방되면서 제2 바이패스관(140)으로부터 가스가 유입되더라도, 가스압력 완충장치(200)는 가동 모드시의 압력 상태이므로 제2 바이패스관(140)으로 유입되는 가스와 압력차이가 크게 발생하지 않아 압력 충격으로 인한 손상이 전혀 발생되지 않는다.

100 : 본체
111 : 입력포트 112 : 제1 출력포트
113 : 제2 출력포트 114 : 퍼지포트
120 : 제1분기관 125 : 제2 분기관
130 : 제1 바이패스 133 : 밸브
140 : 제2 바이패스관 160 : 유량계
170 : 퍼지라인 180 : 역류방지용 체크밸브
190...압력유지용 체크밸브 200 : 가스압력 완충장치
210 : 베이스판 220a,220b,220c : 벨로우즈 유닛
221 : 헤드캡 221a : 가스 유동공간
221b : 가스유입구 221c : 가스배출구
221d : 연결관 222 : 벨로우즈
222a : 스프링 지지판 222b : 가이드판
223 : 가이드봉 223a : 고정구
224 : 압축스프링

Claims (3)

1. 샘플라인(20)과 제1 진공펌프(40)을 갖는 가스분석기(30) 사이에 형성되어 가스의 유량과 압력을 유지하는 가스분석기용 샘플러(매니폴드)에 있어서,
   각 공정별로 분석하고자 하는 가스가 공급되는 가스공급관들에 일대일로 연결된 샘플라인(20)이 연결되는 복수의 입력포트(111)와, 제1 출력포트(112)와, 제2 진공펌프(50)와 연결되는 제2 출력포트(113)를 가진 본체(100);
   상기 본체(100)의 내부에서 상기 각 입력포트(111)와 제1 출력포트(112)를 연결하는 제1 분기관(120);
   상기 제1 분기관(120)으로부터 분기되어 상기 제1 출력포트(112)에 연결되는 제2 분기관(125);
   상기 본체(100)의 내부에서 상기 제1 분기관(120)과 제2 출력포트(113)를 연결하는 제1 바이패스관(130);
   상기 제1 분기관(120)에 설치되어 각 입력포트(111)별로 가스의 출입을 단속하는 밸브(133);
   상기 제1 출력포트(112)로부터 인출되어 제1 바이패스관(130)으로 합류하며, 중간에 가스분석기(30)가 인출 연결되는 제2 바이패스관(140); 및
   상기 제2 바이패스관(140)에 설치되어 입력포트(111) 전환시 상기 가스분석기(30)로 인가되는 가스의 압력충격을 완화시켜 주는 가스압력 완충장치(200)를 포함하되,
   상기 가스압력 완충장치(200)는,
   상기 본체(100)에 장착되는 베이스판(210); 및
   상기 베이스판(210)에 형성되어 제2 바이패스관(140) 내 압력변화에 따라 신축되는 적어도 하나 이상의 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)을 포함하여 구성하며,
   상기 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c)은,
   상기 베이스판(210)의 저면에 형성되며, 하부로 개방된 가스 유동공간(221a)이 형성되고 제2 바이패스관(140)을 따라 흐르는 가스의 입출을 안내하는 가스유입구(221b)와 가스배출구(221c)가 형성된 헤드캡(221);
   상기 헤드캡(221)의 저면에 결합 및 내부가 가스 유동공간(221a)과 연통되며, 상단 둘레에는 스프링 지지판(222a)이 돌출 형성되고, 하단은 가이드판(222b)으로 마감 및 둘레로 돌출 형성되어 압력변화에 따라 신축 작동하는 벨로우즈(222);
   벨로우즈(222)의 둘레로 이격되게 사방에 형성되며, 상단이 베이스판(210)에 고정되고, 상기 스프링 지지판(222a)과 가이드판(222b)을 관통하여 하방으로 돌출되며, 하단에 고정구(223a)가 결합되는 복수의 가이드봉(223); 및
   상기 각각의 가이드봉(223)을 감싸며 결합되어 벨로우즈(222)의 신축 복원력을 부여하는 복수의 압축스프링(224);을 포함하며,
   이웃하는 벨로우즈 유닛(220a)(220b)(220c))의 가스유입구(221b)와 가스배출구(221c)는 연결관(221d)에 의해 연결되는 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 압축스프링(224)은 상기 가이드봉(223)을 감싸되 상하 양단이 각각 스프링 지지판(222a)의 저면과 상기 가이드판(222b)의 상부면에 탄설되거나 또는 상기 가이드봉(223)을 감싸되 상하 양단이 각각 가이드판(222b)의 저면과 고정구(223a)의 상단에 탄설되게 구성되는 것을 특징으로 하는 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 본체(100)에는,
   퍼지가스가 인입되는 퍼지포트(114)를 더 포함하여 구성하며,
   상기 본체(100)의 내부에는 상기 퍼지포트(114)와 제1 분기관(120)의 양단을 연결하는 퍼지라인(170)을 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 개선된 가스압력 완충 구조를 갖는 가스분석기용 샘플러.

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