KR102437094B1 - 냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프에 관한 것이다.
본 발명의 진공펌프는, 일측과 타측에 인입구(1)와 배출구(2)가 각각 구비되어 있고 내부에 압축공간(3)이 형성되어 있는 하우징(4)과, 상기 하우징(4) 내부에 설치되어 기체를 압축할 수 있도록 스크류로터(5)가 구비되어 있는 스크류형 진공펌프에 있어서, 상기 스크류로터(5)는 스테인레스 재질로 이루어져 있으며, 상기 하우징(4)은 내부에 상기 스크류로터(5)가 설치되는 상기 압축공간(3)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 내부하우징(41)과, 상기 내부하우징(41)의 외주면과 이격된 채 내부하우징(41)을 감싸 내부하우징(41)과의 사이로 냉각수충진공간(42a)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 외부하우징(42)으로 구성되어 있되, 외부하우징(42)의 일측 벽면에 개구부(42b)이 형성되어 있으며, 상기 개구부(42b)에 설치되어 냉각수충진공간(42a)을 외부와 차단하도록 이루어져 있으며, 인바(invar) 재질로 이루어져 있는 워터캡(110)과; 상기 냉각수충진공간(42a)에 위치하도록 상기 워터캡(110)의 일측면에 연결되어 있으며, 삼각형의 단면 구조를 이루며, 첨부는 냉각수충진공간(42a) 측을 향하고 면부는 상기 워터캡(110)을 향하도록 이루어진 웨지바(121)가 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 이루어진 냉각스크린(120)과; 상기 워터캡(110)의 외부에 설치되어 워터캡(110) 및 워터캡(110)에 연결된 냉각스크린(120)을 냉각시키는 냉각장치(130);가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 스테인레스 재질의 스크류와 하우징을 적용하면서 압축공간 전체를 냉각수가 통으로 감싼 채 순환하도록 구성되어 냉각 효율을 보다 높일 수 있게 된다. 보다 구체적으로 스크류가 내부에 설치된 내부하우징을 통으로 감싸는 외부하우징을 구비하고, 이 하우징 사이로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수 순환 통로가 간단한 구조로 이루어져 가공의 가공이 용이해질 수 있게 된다. 특히, 냉각수가 채워진 외부하우징 일측에 워터캡을 설치하고 워터캡에는 인바 재질로 이루어진 다수의 왯지바가 장착되고, 워터캡의 바깥쪽에는 순차적으로 펠티에소자, 방열부재, 팬이 설치되도록 함으로써 냉각 효율을 가일층 높일 수 있게 된다.
본 발명의 진공펌프는, 일측과 타측에 인입구(1)와 배출구(2)가 각각 구비되어 있고 내부에 압축공간(3)이 형성되어 있는 하우징(4)과, 상기 하우징(4) 내부에 설치되어 기체를 압축할 수 있도록 스크류로터(5)가 구비되어 있는 스크류형 진공펌프에 있어서, 상기 스크류로터(5)는 스테인레스 재질로 이루어져 있으며, 상기 하우징(4)은 내부에 상기 스크류로터(5)가 설치되는 상기 압축공간(3)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 내부하우징(41)과, 상기 내부하우징(41)의 외주면과 이격된 채 내부하우징(41)을 감싸 내부하우징(41)과의 사이로 냉각수충진공간(42a)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 외부하우징(42)으로 구성되어 있되, 외부하우징(42)의 일측 벽면에 개구부(42b)이 형성되어 있으며, 상기 개구부(42b)에 설치되어 냉각수충진공간(42a)을 외부와 차단하도록 이루어져 있으며, 인바(invar) 재질로 이루어져 있는 워터캡(110)과; 상기 냉각수충진공간(42a)에 위치하도록 상기 워터캡(110)의 일측면에 연결되어 있으며, 삼각형의 단면 구조를 이루며, 첨부는 냉각수충진공간(42a) 측을 향하고 면부는 상기 워터캡(110)을 향하도록 이루어진 웨지바(121)가 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 이루어진 냉각스크린(120)과; 상기 워터캡(110)의 외부에 설치되어 워터캡(110) 및 워터캡(110)에 연결된 냉각스크린(120)을 냉각시키는 냉각장치(130);가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 스테인레스 재질의 스크류와 하우징을 적용하면서 압축공간 전체를 냉각수가 통으로 감싼 채 순환하도록 구성되어 냉각 효율을 보다 높일 수 있게 된다. 보다 구체적으로 스크류가 내부에 설치된 내부하우징을 통으로 감싸는 외부하우징을 구비하고, 이 하우징 사이로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수 순환 통로가 간단한 구조로 이루어져 가공의 가공이 용이해질 수 있게 된다. 특히, 냉각수가 채워진 외부하우징 일측에 워터캡을 설치하고 워터캡에는 인바 재질로 이루어진 다수의 왯지바가 장착되고, 워터캡의 바깥쪽에는 순차적으로 펠티에소자, 방열부재, 팬이 설치되도록 함으로써 냉각 효율을 가일층 높일 수 있게 된다.
Description
본 발명은 스크류형 진공펌프에 관한 것으로 스크류와 스크류하우징을 주철이 아닌 스테인레스 재질로 형성하면서도 열로 인한 스크류와 스크류하우징 및 주변 부품의 파손을 억제하여 내구성을 향상시킨, 하이브리드 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프에 관한 것이다.
진공펌프는 압력차를 이용하여 기체를 강제 이송하는 수단을 말하며, 스크류형 진공펌프는 하우징 내부에 적어도 한 쌍의 스크류가 구비되어 하우징 내의 두 스크류의 회전에 의해 압축공간의 기압이 외부 기압보다 낮아지게 하는 것을 작동 원리로 한다.
도 1에는 일반적인 진공펌프의 구성이 단면도로 도시되어 있다.
도면을 살펴보면 상, 하부에 인입구와 배출구가 구비되어 있고 상부에 압축공간이 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되어 기체를 압축할 수 있도록 각각에 스크류가 구비된 구동축과 피동축 및 동력원의 동력발생시 상기 구동축의 동력을 피동축으로 전달하는 구동기어와 피동기어을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 진공펌프의 작동관계를 설명하면 동력원의 동력발생시 구동축이 회전하며, 상기 구동축에 조립된 구동기어가 회전하여 상기 구동기어에 치합된 피동기어가 동반회전하게 되며, 상기 피동기어의 회전으로 피동축이 회전하게 된다.
상기와 같은 동작으로 구동축과 피동축에 구비된 스크류가 상호 맞물린 상태에서 회전됨으로써 압축공간의 기압은 외부의 기압보다 낮아지게 된다.
한편, 상기와 같이 구성된 진공펌프의 작동시에는 압축열이 발생하게 되며, 적절하게 진공펌프의 열을 냉각시켜 주지 않게 되면 스크류와 하우징 및 스크류간의 소착이 발생하게 되고, 이로 인하여 진공펌프가 파손되는 문제점이 있었다.
또한 통상적으로 상기 구동축과 피동축의 외주면에는 축의 원활한 회전을 지지하도록 베어링이 끼워지며, 상기 베어링 및 구동축과 피동축의 외주면에 끼워진 기어 등은 스크류의 열이 전달되므로 열로 인해 이 부분의 파손 위험까지 있다.
이에 따라 진공펌프에는 주요 부품의 파손을 방지하기 위해 냉각이 필수적인데, 이러한 진공펌프의 냉각 방식으로는 대기중의 공기나 냉각된 공기를 도입하여 토출 온도를 낮추는 공냉식, 스크류 내부의 채워진 공간에 냉각수를 순환시키는 수냉식 냉각 방식이 있다.
하지만 사용처가 공조실과 같은 밀폐된 내부 공간이거나 외부 온도가 50℃ 이상으로 올라가는 고온 지역에서는 상기 방식 모두 냉각 효율이 부족하여 진공도가 기존에 비해 감소하는 문제점이 있다.
특히, 기존의 수냉식 냉각 방식은 물의 자체 온도로 인하여 냉각 효과가 극히 미비할 뿐만 아니라 내부 가공성 역시 매우 떨어져 원가 상승 요인을 불러일으키는 문제점이 있다.
일예로 "냉각식 진공펌프"(한국 등록특허공보 제10-1065288호, 특허문헌 1)에는 하우징을 제1하우징, 제2하우징, 제3하우징으로 분할하여 구성하는 한편, 하우징의 외부 및 연결 부위에 제1유로, 제2유로 등의 복잡한 유로를 형성하고 제1하우징과 제2하우징의 연결 부위에 워터재킷이 형성된 구조가 제시되어 있다.
한편, 스크류형 진공펌프는 하우징과 스크류 사이에 압축공간이 형성되고 이 압축공간에는 가스의 압축이 이루어지기 때문에 고온 발생 확률이 높아 자체 온도 상승이 더디게 이루어지는 주철을 주로 원료로 한다.
그런데 특허문헌 1과 같이 복잡한 구조의 냉각수 순환 구조를 주조 방식으로 제조되는 주철에 적용하는 데에는 상당한 곤란함이 따른다.
뿐만 아니라 복잡한 구조의 냉각수 순환 통로를 형성하는 경우 주물 제조에 따른 주물 찌꺼기가 발생하게 되고 이러한 주물 찌꺼끼가 냉각수 순환시 함께 순환하게 되어 냉각수를 순환시키는 관로를 폐색시키거나 펌프에 껴 장애를 일으키는 현상이 발생하게 된다.
더 나아가 일정 기간 동안 사용하고 난 후에는 부식이나 스케일이 발생해 냉각수 순환이 원할해지지 않는 경우가 자주 발생하여 냉각 효율을 떨어뜨리고, 냉각수 온도 조절을 위해 별도의 칠러(Chiller) 장치를 구비해야 하는 경우도 있어 비용 상승과 제품 수명 단축의 원인이 되기도 한다.
도 2의 사진에는 최근 사용되는 진공펌프의 하우징을 포함한 각종 부품의 부식 사례가 나타나 있다.
더욱이 최근에는 고온이나 내부식성이 강화된 제품을 필요로 하는 고객 니즈가 증가하고 있는 바, 주물 제작된 주철로는 이러한 수요를 충족시키기는 데 한계에 봉착하고 있는 실정이다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 스크류와 스크류하우징을 주철이 아닌 다른 소재를 가공하여 제조하려는 시도가 있으나 티타늄 등에 비해 비교적 저렴한 스테인레스의 경우 주철에 비해 열을 품는 성향이 주철에 비해 작아 압축공간에서의 온도가 빠르게 올라 자체 변형이 심하게 발생하게 되며, 이와 연결된 베어링 등과 같은 부품으로 열을 빨리 전달시켜 이들 부품의 파손을 일으키는 문제가 있다.
이에 주철 제품에 비해 내부식성이 향상되면서도 원할한 냉각 기능을 갖는 진공 펌프의 개발이 여전히 필요한 실정이라 하겠다.
본 발명의 하이브리드 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프는 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 스테인레스 재질의 스크류와 하우징을 적용하면서 압축공간 전체를 냉각수가 통으로 감싼 채 순환하도록 구성되어 냉각 효율을 보다 높이려는 것이다.
보다 구체적으로 스크류가 내부에 설치된 내부하우징을 통으로 감싸는 외부하우징을 구비하고, 이 하우징 사이로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수 순환 통로가 간단한 구조로 이루어져 가공의 가공이 용이해질 수 있게 하려는 것이다.
또, 냉각수가 채워진 외부하우징 일측에 워터캡을 설치하고 워터캡에는 인바 재질로 이루어진 다수의 왯지바가 장착되고, 워터캡의 바깥쪽에는 순차적으로 펠티에소자, 방열부재, 팬이 설치되도록 함으로써 냉각 효율을 가일층 높이려는 것이다.
본 발명의 냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프는 상기한 과제를 해결하기 위하여, 일측과 타측에 인입구(1)와 배출구(2)가 각각 구비되어 있고 내부에 압축공간(3)이 형성되어 있는 하우징(4)과, 상기 하우징(4) 내부에 설치되어 기체를 압축할 수 있도록 스크류로터(5)가 구비되어 있는 스크류형 진공펌프에 있어서, 상기 스크류로터(5)는 스테인레스 재질로 이루어져 있으며, 상기 하우징(4)은 내부에 상기 스크류로터(5)가 설치되는 상기 압축공간(3)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 내부하우징(41)과, 상기 내부하우징(41)의 외주면과 이격된 채 내부하우징(41)을 감싸 내부하우징(41)과의 사이로 냉각수충진공간(42a)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 외부하우징(42)으로 구성되어 있되, 외부하우징(42)의 일측 벽면에 개구부(42b)이 형성되어 있으며, 상기 개구부(42b)에 설치되어 냉각수충진공간(42a)을 외부와 차단하도록 이루어져 있으며, 인바(invar) 재질로 이루어져 있는 워터캡(110)과; 상기 냉각수충진공간(42a)에 위치하도록 상기 워터캡(110)의 일측면에 연결되어 있으며, 삼각형의 단면 구조를 이루며, 첨부는 냉각수충진공간(42a) 측을 향하고 면부는 상기 워터캡(110)을 향하도록 이루어진 웨지바(121)가 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 이루어진 냉각스크린(120)과; 상기 워터캡(110)의 외부에 설치되어 워터캡(110) 및 워터캡(110)에 연결된 냉각스크린(120)을 냉각시키는 냉각장치(130);가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 냉각스크린(120)은, 상기 워터캡(110)에 서로 나란히 이격되게 설치되어 있으며, 인바 재질로 이루어져 있는 설치부재(122)와; 상기 두 설치부재(122)에 양단이 연결되어 있으며, 상하 및 전후로 연속되게 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 있고 인바 재질로 이루어져 있는 웨지바(121);로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 냉각장치(130)는, 상기 워터캡(110)의 외측으로 워터캡(110)과 이격되게 설치되어 있으며, 외주면에 다수 개의 방열핀(132)이 설치되어 있는 방열판(131)과; 전류가 공급되는 열을 방출하는 방열면 및 상기 방열면과 대향하여 열을 흡열하는 흡열면을 가지며, 방열면은 방열판(131)에 맞대어져 설치되어 있고, 흡열면은 상기 워터캡(110)과 맞대어져 설치되어 있는 펠티어소자(133)과; 상기 방열판(131)의 외측에 설치되어 있는 팬(134);으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 외부하우징(42)의 일측에는 상기 냉각수충진공간(42a)으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(42c)이 연결되어 있고, 상기 외부하우징(42)의 타측에는 상기 냉각수충진공간(42a) 내부의 냉각수를 배출하는 냉각수배출관(42d)이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 내부하우징(41)은 두 개의 스크류로터(5)가 수용되도록 두 개의 원이 교차되는 땅콩 모양으로 형성되어 있고, 상기 외부하우징(42)은 상기 내부하우징(41)의 형상에 대응되게 두 원의 중심을 잇는 가상의 선과 평행한 제1벽면(42e)의 길이가, 제1벽면(42e)에 직교한 제2벽면(42f)의 길이보다 길게 이루어져 있으며, 상기 워터캡(110), 냉각스크린(120) 및 냉각장치(130)는 각각의 제1벽면(42e)에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 스테인레스 재질의 스크류와 하우징을 적용하면서 압축공간 전체를 냉각수가 통으로 감싼 채 순환하도록 구성되어 냉각 효율을 보다 높일 수 있게 된다.
보다 구체적으로 스크류가 내부에 설치된 내부하우징을 통으로 감싸는 외부하우징을 구비하고, 이 하우징 사이로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수 순환 통로가 간단한 구조로 이루어져 가공의 가공이 용이해질 수 있게 된다.
특히, 냉각수가 채워진 외부하우징 일측에 워터캡을 설치하고 워터캡에는 인바 재질로 이루어진 다수의 왯지바가 장착되고, 워터캡의 바깥쪽에는 순차적으로 펠티에소자, 방열부재, 팬이 설치되도록 함으로써 냉각 효율을 가일층 높일 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 스크류형 진공 펌프의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 종래의 스크류형 진공 펌프의 부식 사례를 나타낸 사진.
도 3은 본 발명에 따른 냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프를 나타낸 부분 절단 사시도.
도 4는 도 3에서 스크류로터를 제외한 상태를 나타난 부분 절단 사시도.
도 5는 본 발명의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 주요 구성요소의 배치 상태를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 주요 구성요소의 배치 상태를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에서 스크류로터를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명의 스크류 수직형 진공 펌프의 일 예를 나타낸 사진.
도 10은 본 발명의 스크류 수평형 진공 펌프의 일 예를 나타낸 사진.
도 2는 종래의 스크류형 진공 펌프의 부식 사례를 나타낸 사진.
도 3은 본 발명에 따른 냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프를 나타낸 부분 절단 사시도.
도 4는 도 3에서 스크류로터를 제외한 상태를 나타난 부분 절단 사시도.
도 5는 본 발명의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 주요 구성요소의 배치 상태를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 주요 구성요소의 배치 상태를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에서 스크류로터를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명의 스크류 수직형 진공 펌프의 일 예를 나타낸 사진.
도 10은 본 발명의 스크류 수평형 진공 펌프의 일 예를 나타낸 사진.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발며에 따른 진공펌프는 도 3에 나타나 있는 바와 같이 일측과 타측에 인입구(1)와 배출구(2)가 각각 구비되어 있고 내부에 압축공간(3)이 형성되어 있는 하우징(4)과, 상기 하우징(4) 내부에 설치되어 기체를 압축할 수 있도록 스크류로터(5)가 구비되어 있다.
도면에서 도면기호 6은 구동모터이며, 도면기호 7은 구동모터의 동력을 스크류로터로 전달하기 위한 동력전달기어들이 내장되어 있는 하부하우징을 나타낸 것이다.
상기한 구성은 일반적인 종래의 스크류형 진공펌프의 구성과 동일하다.
본 발명의 진공펌프는 스크류로터(5)가 스테인레스 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이 압축공간(3) 내부에는 고압이 발생하고, 압력이 높아짐에 따라 내부 기체의 온도는 상승하게 된다.
이 경우 주철의 경우 비교적 온도 상승이 더디게 진행되나 스테인레스는 상대적으로 온도 상승이 빠르게 이루어지기 때문에 종래에는 진공펌프의 스크류로터를 스테인레스로 사용하지 않았다.
하지만 주철의 경우 주물틀을 제작해야 하는 관계로 충분한 수량이 보장되지 않는 경우 주물틀 제작에 소요되는 비용으로 인해 제품 단가가 상승하게 된다.
이러한 이유로 인건비가 높은 국가나 지역에서는 진공펌프 제조업이 사양화되는 문제점이 있었다.
한편, 스테인레스는 주물로 제작할 수도 있으나 절삭, 절곡, 타공 등의 가공이 용이한 장점을 갖는다.
특히, 주철에 비해 부식이 덜 발생하기 때문에 제품 수명을 앞당길 수 있는 장점이 있다.
따라서, 냉각 효율을 높일 수 있다면 스크류로터(5)의 재질을 스테인레스로 하는 것이 훨씬 저렴하면서 제품 수명을 늘릴 수 있다.
본 발명에서는 후술하는 워터캡(110), 냉각스크린(120) 및 냉각장치(130)를 활용하여 냉각 효율을 높여 스크류로터(5)를 스테인레스 재질로 함에도 불구하고 고열과 고압에 의한 스크류로터의 변형을 방지할 수 있게 하였다.
본 발명에서 하우징(4)은 내부에 상기 스크류로터(5)가 설치되는 상기 압축공간(3)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 내부하우징(41)과, 상기 내부하우징(41)의 외주면과 이격된 채 내부하우징(41)을 감싸 내부하우징(41)과의 사이로 냉각수충진공간(42a)을 형성하는 외부하우징(42)으로 구성되어 있다.
이때 내부하우징(41)과 외부하우징(42)은 스테인레스 재질로 이루어진 것을 특징으로 하며, 외부하우징(42)의 일측 벽면에 개구부(42b)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 하우징(4)은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 냉각수의 순환 통로를 형성하기 위해 복잡한 형상을 형성하는 것이 아니라, 단순히 내부하우징(41)과, 내부하우징(41)을 감싸는 외부하우징(42)으로 이루어져 그 사이에 통으로 이루어진 냉각수충진공간(42a)을 형성하는 바, 종래에 비해 그 구조가 매우 단순하게 이루어진다.
또, 상기 외부하우징(42)의 일측에는 상기 냉각수충진공간(42a)으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(42c)이 연결되어 있고, 상기 외부하우징(42)의 타측에는 상기 냉각수충진공간(42a) 내부의 냉각수를 배출하는 냉각수배출관(42d)이 연결되어 냉각수의 순환이 이루어지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 주요 구성인 워터캡(110)은 첨부된 도면에 도시되어 있는 바와 같이 상기 개구부(42b)에 설치되어 냉각수충진공간(42a)을 외부와 차단하도록 이루어져 있으며, 인바(invar) 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
인바(invar 36)은 니켈이 36중량%, 철이 63중량% 함유되어 있으며, -100 ~ 200℃ 수준에서 열팽창계수가 0에 가까워 실온에서 팽창하지 않고 우수한 강도와 인성을 갖는 것으로 알려져 있다.
외부하우징(42)의 벽면 즉, 워터캡(110)을 통해 내부의 냉각수충진공간(42a)을 냉각시키기 위해서는 워터캡(110)의 한쪽면은 차가운 상태가 되고, 반대면은 상대적으로 고온인 상태가 된다.
이때, 워터캡이 온도에 따른 열팽창계수가 높은 소재로 이루어질 경우 워터캡의 내측과 외측의 온도 차이에 따라 워터캡이 변형하게 되고, 이 변형으로 인해 냉각수충진공간 내부의 냉각수가 외부로 유출될 우려가 있다.
이에 본 발명에서 워터캡을 인바 재질로 구성함으로써 열에 의한 변형을 방지하여 냉각수의 유출을 억제하도록 하였다.
본 발명의 주요 구성인 냉각스크린(120)은 상기 냉각수충진공간(42a)에 위치하도록 상기 워터캡(110)의 일측면에 연결되어 있다.
냉각스크린(120)은 다수 개의 웨지바(121)로 이루어져 있는데, 웨지바(120)는 삼각형의 단면 구조를 이루며, 첨부는 냉각수충진공간(42a) 측을 향하고 면부는 상기 워터캡(110)을 향하도록 설치되어 있다.
보다 구체적으로 냉각스크린(120)은 도시된 바와 같이 설치부재(122)와 웨지바(121)로 이루어질 수 있다.
설치부재(122)는 도면에 나타난 바와 같이 상기 워터캡(110)에 서로 나란히 이격되게 설치되어 있으며, 인바 재질로 이루어져 있으며, 웨지바(121)는 상기 두 설치부재(122)에 양단이 연결되어 있으며, 상하 및 전후로 연속되게 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 있고 인바 재질로 이루어져 있다.
이때, 웨지바(121)는 알루미늄이나 구리 등과 같이 열전도율이 높은 소재로 구성될 수도 있으나, 냉각 효율을 높이는 차원에서 설치부재(122) 및 워터캡(110)과 같은 재질로 이루어짐이 바람직하다.
본 발명의 주요 구성요소인 냉각장치(130)는 상기 워터캡(110)의 외부에 설치되어 워터캡(110) 및 워터캡(110)에 연결된 냉각스크린(120)을 냉각시키는 역할을 한다.
냉각장치(130)는 공지의 다양한 냉각장치가 적용될 수 있다.
그러나, 설비 영역의 특성상 보다 좁은 설치 면적을 갖는 구성이 바람직하다.
이를 위해 첨부된 도면에 도시되어 있는 바와 같이 방열판(131), 펠티어소자(133) 및 팬(134)으로 구성될 수 있다.
방열판(131)은 상기 워터캡(110)의 외측으로 워터캡(110)과 이격되게 설치되어 있으며, 외주면에 다수 개의 방열핀(132)이 설치되어 있는 구조를 취한다.
펠티어소자(133)는 전류가 공급되는 열을 방출하는 방열면 및 상기 방열면과 대향하여 열을 흡열하는 흡열면을 가지며, 방열면은 방열판(131)에 맞대어져 설치되어 있고, 흡열면은 상기 워터캡(110)과 맞대어져 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이는 펠티어 효과를 응용한 것으로 두 종류의 도체를 결합하고 전류를 흐르도록 할 때 한쪽 접점은 발열하여 온도가 상승하고, 다른 쪽의 접점에서는 흡열하여 온도가 낮아지는 현상을 이용한 것이다.
따라서 펠티어소자(133)는 당연히 외부에서 전원이 전기적으로 연결되어 전원 공급에 의해 작동된다.
팬(134)은 상기 방열판(131)의 외측에 설치되어 있으며, 역시 전원과 연결되어 전기적으로 작동되며, 방열판(131)의 열을 외부로 방출시킬 수 있게 송풍 기능을 발휘하게 된다.
방열 효과를 높히는 한편, 반대로 펠티어 소자(133)를 통한 냉각 효율을 높이기 위하여 펠티어소자(132), 방열판(131) 및 팬(134)을 감싸는 케이스(140)가 구비될 수 있다.
도면의 케이스(140)는 마주보는 양 면이 개방되어 일측 개구부의 단부는 내측에 워터캡(110)이 끼워진 채 외부하우징(42)에 연결되고, 타측 개구부에는 팬(134) 및 메쉬망(142)이 설치되어 있다.
이러한 케이스(140)는 방열판(131) 또는 펠티어 소자(133) 둘레에 흡기홀(141)이 형성되어 외기가 내부로 유입된 후 팬(134)을 통해 배출되도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명에서 외부하우징(42)은 내부하우징(41)을 전체적으로 감싸고 있으며, 냉각수공급관(42c)과 냉각수배출관(42d)은 외부하우징(42)의 특정 구역에 각각 배치되어 있는 바, 냉각수공급관(42c)을 통해 냉각수충진공간(42a) 내부로 유입된 후 냉각수배출관(42d)으로 냉각수가 이동함에 있어서 워터캡(110)의 위치 선정이 적합하지 못할 경우 내부하우징(41)의 특정 부위에서의 냉각 효율이 저하되는 현상이 발생할 가능성이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 내부하우징(41)은 두 개의 스크류로터(5)가 수용되도록 두 개의 원이 교차되는 땅콩 모양으로 형성되어 있고, 상기 외부하우징(42)은 상기 내부하우징(41)의 형상에 대응되게 두 원의 중심을 잇는 가상의 선과 평행한 제1벽면(42e)의 길이가, 제1벽면(42e)에 직교한 제2벽면(42f)의 길이보다 길게 이루어져 있되, 상기 워터캡(110), 냉각스크린(120) 및 냉각장치(130)는 각각의 제1벽면(42e)에 설치되도록 구성할 수 있다.
도 5를 살펴보면 냉각스크린(120)들이 내부하우징(41)의 길이가 긴 벽면에 대향되게 배치되어 냉각장치(130)의 작동에 따른 냉각 효율이 가일층 상승할 수 있도록 한 것을 알 수 있다.
더하여, 도 6을 살펴보면 펠티어 소자(132)의 흡열면이 워터캡(110)에 맞닿아 있어 워터캡(110)은 상시 냉각된 상태를 이루고, 이 워터캡(110)에 연결되어 있는 냉각스크린(120)은 냉각수를 지속적으로 냉각시키도록 되어 있음을 알 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 냉각수의 유입과 배출을 제어하는 미도시된 전자제어밸브들이 설치됨과 더불어, 냉각수충진공간(42a) 내부의 온도를 측정하는 온도감지센서가 구비되고, 전자제어밸브, 온도감지센서, 펠티어소자, 팬의 작동을 제어하도록 이들과 전기적으로 연결된 컨트롤장치를 구비함으로써 냉각수충진공간(42a) 내부 온도에 따라 냉각수의 유입과 배출, 팬의 작동, 펠티어 소자의 작동을 제어함으로써 냉각 성능을 제어할 수 있게 할 수도 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명은 단순히 내부하우징(41)의 외측으로 냉각수가 순환하는 것으로 그치는 것이 아니라, 냉각수충진공간(42a) 내에 웨지바(121)들이 연속으로 배치된 냉각스크린(120)이 설치되어 있음과 더불어, 이 웨지바(121)들은 워터캡(110)과 연결되고, 워터캡(110)은 펠티어 소자(132)의 흡열면에 맞대어져 있음으로 인해 펠티어 소자(132)에 전원이 인가되면 흡열면을 통해 워터캡(110)을 지속적으로 냉각시키고, 이로 인해 워터캡(110)과 연결된 웨지바(121)들이 차갑게 냉각되고, 인접한 웨지바(121)들 사이의 공간에서 냉각수가 가일층 냉각됨으로써 냉각수충진공간(42a) 내의 냉각수를 가일층 냉각시킬 수 있게 된다.
이에 따라 종래에는 스크류로터를 스테인레스로 적용하기 어려웠으나, 본 발명에 의해 스크류로터 및 하우징을 스테인레스로 적용하여 내부식 성능을 향상시켜 종래에 비해 제품 수명을 크게 증가시킬 수 있게 된다.
1 : 인입구 2 : 배출구
3 : 압축공간 4 : 하우징
5 : 스크류로터 6 : 구동모터
7 : 하부하우징 41 : 내부하우징
42 : 외부하우징 42a : 냉각수충진공간
42b : 개구부 42c : 냉각수공급관
42d : 냉각수배출관 42e : 제1벽면
42f : 제2벽면 110 : 워터캡
120 : 냉각스크린 121 : 웨지바
130 : 냉각장치 131 : 방열판
132 : 방열핀 133 : 펠티어 소자
134 : 팬 140 : 케이스
141 : 흡기홀 142 : 메쉬망
3 : 압축공간 4 : 하우징
5 : 스크류로터 6 : 구동모터
7 : 하부하우징 41 : 내부하우징
42 : 외부하우징 42a : 냉각수충진공간
42b : 개구부 42c : 냉각수공급관
42d : 냉각수배출관 42e : 제1벽면
42f : 제2벽면 110 : 워터캡
120 : 냉각스크린 121 : 웨지바
130 : 냉각장치 131 : 방열판
132 : 방열핀 133 : 펠티어 소자
134 : 팬 140 : 케이스
141 : 흡기홀 142 : 메쉬망
Claims (5)
- 일측과 타측에 인입구(1)와 배출구(2)가 각각 구비되어 있고 내부에 압축공간(3)이 형성되어 있는 하우징(4)과, 상기 하우징(4) 내부에 설치되어 기체를 압축할 수 있도록 스크류로터(5)가 구비되어 있는 스크류형 진공펌프에 있어서,
상기 스크류로터(5)는 스테인레스 재질로 이루어져 있으며,
상기 하우징(4)은 내부에 상기 스크류로터(5)가 설치되는 상기 압축공간(3)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 내부하우징(41)과, 상기 내부하우징(41)의 외주면과 이격된 채 내부하우징(41)을 감싸 내부하우징(41)과의 사이로 냉각수충진공간(42a)을 형성하고 스테인레스 재질로 이루어져 있는 외부하우징(42)으로 구성되어 있되, 외부하우징(42)의 일측 벽면에 개구부(42b)이 형성되어 있으며,
상기 개구부(42b)에 설치되어 냉각수충진공간(42a)을 외부와 차단하도록 이루어져 있으며, 인바(invar) 재질로 이루어져 있는 워터캡(110)과;
상기 냉각수충진공간(42a)에 위치하도록 상기 워터캡(110)의 일측면에 연결되어 있으며, 삼각형의 단면 구조를 이루며, 첨부는 냉각수충진공간(42a) 측을 향하고 면부는 상기 워터캡(110)을 향하도록 이루어진 웨지바(121)가 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 이루어진 냉각스크린(120)과;
상기 워터캡(110)의 외부에 설치되어 워터캡(110) 및 워터캡(110)에 연결된 냉각스크린(120)을 냉각시키는 냉각장치(130);가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는,
냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프.
- 제 1항에 있어서,
상기 냉각스크린(120)은,
상기 워터캡(110)에 서로 나란히 이격되게 설치되어 있으며, 인바 재질로 이루어져 있는 설치부재(122)와;
상기 두 설치부재(122)에 양단이 연결되어 있으며, 상하 및 전후로 연속되게 서로 이격된 채 연속으로 배치되어 있고 인바 재질로 이루어져 있는 웨지바(121);로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,
냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프.
- 제 2항에 있어서,
상기 냉각장치(130)는,
상기 워터캡(110)의 외측으로 워터캡(110)과 이격되게 설치되어 있으며, 외주면에 다수 개의 방열핀(132)이 설치되어 있는 방열판(131)과;
전류가 공급되는 열을 방출하는 방열면 및 상기 방열면과 대향하여 열을 흡열하는 흡열면을 가지며, 방열면은 방열판(131)에 맞대어져 설치되어 있고, 흡열면은 상기 워터캡(110)과 맞대어져 설치되어 있는 펠티어소자(133)과;
상기 방열판(131)의 외측에 설치되어 있는 팬(134);으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,
냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프.
- 제 3항에 있어서,
상기 외부하우징(42)의 일측에는 상기 냉각수충진공간(42a)으로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(42c)이 연결되어 있고,
상기 외부하우징(42)의 타측에는 상기 냉각수충진공간(42a) 내부의 냉각수를 배출하는 냉각수배출관(42d)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프.
- 제 4항에 있어서,
상기 내부하우징(41)은 두 개의 스크류로터(5)가 수용되도록 두 개의 원이 교차되는 땅콩 모양으로 형성되어 있고,
상기 외부하우징(42)은 상기 내부하우징(41)의 형상에 대응되게 두 원의 중심을 잇는 가상의 선과 평행한 제1벽면(42e)의 길이가, 제1벽면(42e)에 직교한 제2벽면(42f)의 길이보다 길게 이루어져 있으며,
상기 워터캡(110), 냉각스크린(120) 및 냉각장치(130)는 각각의 제1벽면(42e)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는,
냉각스크린 및 냉각장치가 구비된 스크류형 진공펌프.
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