KR102583846B1

KR102583846B1 - 기체용 건식 펌프 및 다수의 기체용 건식 펌프들의 세트

Info

Publication number: KR102583846B1
Application number: KR1020217033262A
Authority: KR
Inventors: 테오도르 일체브; 스테판 바린; 디디에르 뮐러
Original assignee: 아뜰리에 부쉬 에스.아.
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2023-09-27
Also published as: CN113544384A; PL3938657T3; CN113544384B; US20220145886A1; AU2019433234A1; EP3938657B1; EP3938657A1; EP3938657C0; ES2951988T3; JP7315693B2; CA3128596A1; US11920592B2; KR20210135328A; TW202100868A; WO2020182317A1; JP2022525448A

Abstract

기체용 건식 펌프(dry pump)는 제1 로브 부분(1A)과 제1 스크류(1B)를 포함하는 제1 로터(1)와, 제2 로브 부분(2A)과 제2 스크류(2B)를 포함하는 제2 로터(2)를 포함한다. 케이싱은 내부 체적을 한정하며, 상기 내부 체적 내부에 상기 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)과 상기 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)이 위치한다. 상기 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B) 각각은 그 길이에 걸쳐 변하지 않는 나사를 포함한다. 상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)은 반대 방향으로 회전하며 연속적인 배치형태들로 배치된다. 상기 로터들의 제1 배치형태에서, 상기 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A), 상기 제1 스크류(1B)의 부분, 상기 제2 스크류(2B)의 부분, 및 상기 케이싱은 함께 폐쇄된 챔버(30)를 한정한다. 상기 로터들의 제2 배치형태에서, 상기 챔버(30)는 제1 배치형태보다 더 작은 용량을 가진다. 상기 로터들의 제3 배치형태에서, 상기 챔버(30)는 상기 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)의 레벨로 완전히 이동되어 상기 로브 부분들로부터 격리된다.

Description

기체용 건식 펌프 및 다수의 기체용 건식 펌프들의 세트

본 발명은 기체의 펌핑 및 압축의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기체용 건식 펌프(dry pump) 및 다수의 기체용 건식 펌프들의 세트(set)에 관한 것이다.

기체용 건식 펌프의 하나의 유형은 스크류 펌프이다. 스크류 펌프는, 두 개의 평행한 회전축들 중 각각 하나의 회전축에, 맞물려 반대 방향으로 구동되는 두 개의 스크류들을 포함한다. 어떤 혼합 펌프(mixed pump)의 경우에, 각각의 스크류는 로터(rotor)에 속하며, 이는, 예를 들어, 미국 특허 US 7 611 340 B2에서의 경우처럼, 스크류 펌프와 로브 펌프가 결합된 방식으로, 로브 부분(lobe portion)을 더 포함한다.

스크류 펌프에서, 스크류들의 상류측 단부와 하류측 단부 사이의 기체의 내부 압축률(compression rate)을 정의하기 위해, 스크류들의 스레딩(threading)은 스크류들에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 스크류들의 스레딩은 각각의 나사산의 피치의 점진적인 또는 단계적인 변경에 의해 달라질 수 있다. 스크류 펌프에서, 동적 "기밀성(tightness)"과 이에 따라 스크류 펌프에 의해 얻어지는 최종 압력 또는 최종 진공도를 수정하기 위해, 스크류를 따른 나사산들의 턴(turn)의 수는 변경될 수 있으며, 즉 스크류의 길이는 변경될 수 있다. 임의의 경우에, 압축률의 수정은 각각의 스크류에 대해 스크류의 새로운 형태가 달성될 것을 요구하며, 반면에, 스크류 펌프들에서, 가변적인 스레딩의 스크류의 형상은 매우 복잡하고 이에 따라 설계 및 기계가공이 매우 어렵다.

동일한 회전 속도와 동일한 간격을 유지하면서, 스크류 펌프의 공칭 유량을 수정하기 위해서, 수정되는 것은 스크류들의 상류측 단부에서 나사산들의 피치 및/또는 나사산들의 바닥 직경과 결과적으로 나사산들의 마루(crest) 직경(나사산 프로파일 높이)일 수 있다. 이러한 수정들은 회전 시 기계적 안정성의 한계와 산업적 기계가공의 가능성 내에 남아 있어야 한다. 어떠한 경우에든, 공칭 유량의 변경은 각각의 스크류에 대해 스크류의 새로운 형태가 달성될 것을 요구하며, 반면에, 스크류 펌프들에서, 가변적인 스레딩의 스크류의 형상은 매우 복잡하고 이에 따라 설계 및 기계가공이 매우 어렵다.

본 발명은 적어도 상이한 압축률들을 가지는 다양한 기체용 건식 펌프들의 설계 및/또는 제조를 단순화하는 목적을 가진다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 설계 및/또는 기계가공이 더 쉬운 프로파일을 가진 로터들을 가지면서도, 큰 부피, 에너지 소비, 등에 관하여 동일하거나 유사한 제약들에 대해, 가변 피치 스크류 펌프의 유연성과 이점들을 제안하는 다양한 기체용 건식 펌프들을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 이 목적은, 제1 로브 부분(lobe portion)과 제1 스크류를 포함하는 제1 로터(rotor), 제2 로브 부분과 제2 스크류를 포함하는 제2 로터, 및 케이싱으로서, 상기 제1 및 제2 스크류들이 서로 맞물리고 상기 제1 및 제2 로브 부분들이 서로 맞물리는 방식으로 상기 케이싱 내부에 상기 제1 및 제2 로터들이 장착되어 회전하는, 케이싱을 포함하는 기체용 건식 펌프(dry pump)에 의해 달성된다. 상기 케이싱은, 내부에 상기 제1 및 제2 스크류들과 상기 제1 및 제2 로브 부분들이 함께 배치되는 내부 체적(internal volume)을 한정한다. 적어도 하나의 유입구는 상기 제1 및 제2 로브 부분들에서 상기 내부 체적 내부로 나온다. 상기 내부 체적의 적어도 하나의 유출구는 상기 제1 및 제2 스크류들에 대해 상기 유입구 반대쪽에 배치된다. 상기 제1 및 제2 스크류들 각각은 그 길이를 따라서 변하지 않는 스레딩(threading)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 로터들은:

- 상기 제1 및 제2 로브 부분들, 상기 제1 스크류의 부분, 상기 제2 스크류의 부분, 및 상기 케이싱이 함께 폐쇄된 챔버를 한정하는 제1 배치형태(configuration),

- 상기 챔버가 폐쇄되고 상기 제1 배치형태에서보다 더 작은 용량을 가지는 방식으로, 상기 챔버가 상기 제1 및 제2 로브 부분들, 상기 제1 스크류의 부분, 상기 제2 스크류의 부분, 및 상기 케이싱에 의해 항상 한정되는 제2 배치형태,

- 상기 챔버가 상기 제1 및 제2 스크류들로 완전히 이동되고, 적어도 상기 제1 스크류의 스레딩의 나선형 나사산, 상기 제2 스크류의 스레딩의 나선형 나사산 및 상기 제1 스크류의 나선형 나사산과 상기 제2 스크류의 나선형 나사산의 교차에 의해 만들어진 차단(blocking)에 의해 상기 로브 부분들로부터 격리되는 제3 배치형태, 및

- 상기 챔버가 상기 제1 및 제2 스크류들의 하류측 단부로 이동되고 상기 유출구와 연통되는 제4 배치형태로 연속적으로 배치될 수 있는 방식으로, 반대 방향으로 회전한다.

상기 제1 및 제2 스크류들은 상기 챔버를 차단하고 개방하는 역할을 가진다. 상기 제1 및 제2 로브 부분들은 압축을 수행하는 역할을 가진다. 따라서, 상기 제1 및 제2 스크류들은 압축을 수행하는 역할을 가지지 않으며, 이들 각각의 스레딩은 그 길이에서 변하지 않는다. 이러한 이유로, 이러한 제1 및 제2 스크류들은 가변적인 스레딩의 스크류들과 비교하여 설계 및 제조가 어렵지 않다.

더욱이, 압축률은 제1 및 제2 로브 부분들에 따른다. 이 압축률은 축 방향으로 제1 및 제2 로브 부분들의 치수를 조절함으로써 수정될 수 있다. 주어진 제1 스크류와 주어진 제2 스크류로 시작하여, 이 제1 및 제2 스크류들과 관련된 로브 부분들의 축방향 치수에 따라 동일한 압축률을 가지지 않은 펌프들이 제조될 수 있다. 더욱이, 로브 부분들은 스크류들보다 제조하기가 훨씬 덜 어렵다.

따라서, 상이한 압축률들을 가진 다양한 기체용 건식 펌프들이 본 발명 덕분에 더욱 쉽게 설계되고 생산될 수 있다.

위에서 정의된 기체용 건식 펌프는, 특히 다음에 정의된 특징들 중에서, 하나 이상의 다른 유리한 특징들을 단독으로 또는 조합으로 통합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 로브 부분들은 로브들을 포함하고, 상기 로브들 각각은 상기 제1 및 제2 스크류들의 스레딩들의 나선형 나사산들 중 하나에 의해 연장된다.

바람직하게는, 상기 제1 로브 부분의 로브들의 수는 상기 제1 스크류의 스레딩의 나선형 나사산들의 수와 동일하고, 상기 제2 로브 부분의 로브들의 수는 상기 제2 스크류의 스레딩의 나선형 나사산들의 수와 동일하다.

바람직하게는, 상기 유출구는 상기 제1 및 제2 스크류들로부터 거리를 두고 배치된다.

바람직하게는, 상기 챔버는 상기 제1 및 제2 로터들과 상기 케이싱이 함께 한정하는 다수의 연속된 챔버들 중 하나이다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 로터들의 각개의 각 위치들에 상관없이, 상기 연속된 챔버들 중에는 항상 두 개의 폐쇄된 챔버들이 존재한다.

바람직하게는, 상기 연속된 챔버들 중 하나는 상기 내부 체적으로부터의 유출구를 가지는 수집 챔버(collecting chamber)이다.

바람직하게는, 상기 제1 스크류의 스레딩과 상기 제2 스크류의 스레딩은 나선형 홈들을 한정하며, 이 나선형 홈들의 하류측 단부들은 상기 제1 및 제2 로터들의 각 위치들에 상관없이 상기 수집 챔버 내부로 개방되어 나온다. 이러한 경우에, 상기 제1 및 제2 스크류들은 어떠한 압축도 수행하지 않는다. 압축에 의한 기체의 가열은 본질적으로 상기 제1 및 제2 로브 부분들에서 일어난다. 이러한 이유로, 작동 중 제1 및 제2 스크류들의 온도의 큰 증가를 방지하는 것이 쉬우며 이에 따라 팽창으로 인한 제1 및 제2 스크류들의 상당한 변형을 방지한다.

바람직하게는, 상기 연속된 챔버들 중 하나는 상기 유입구와 연통되는 흡입 챔버이다.

바람직하게는, 상기 제1 로터는 수형 로터(male rotor)이고, 상기 제2 로터는 암형 로터(female rotor)이다.

바람직하게는, 상기 제2 로터는 상기 제1 로터보다 하나의 로브를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 로터는 두 개의 로브들을 포함하고, 상기 제2 로터는 세 개의 로브들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 로터는 각도 배향(angular orientation)을 제외하고 전체 제1 로브 부분에서 동일한 단면을 가지며, 각도 배향을 제외하고 전체 제1 스크류의 나사산의 마루(crest of thread)에서 동일한 단면을 가지며, 상기 제2 로터는 각도 배향을 제외하고 전체 제2 로브 부분에서 동일한 단면을 가지며, 각도 배향을 제외하고 전체 제2 스크류의 나사산의 마루에서 동일한 단면을 가진다.

바람직하게는, 상기 제1 로터는 함께 유지되는 적어도 두 개의 일체형 요소들을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 일체형 요소들은 적어도 상기 제1 스크류를 포함하는 제1 일체형 요소와 상기 제1 로브 부분의 적어도 일 부분을 포함하는 제2 일체형 요소이다.

또한, 본 발명은 주제로서 이전에 정의된 바와 같은 다수의 기체용 건식 펌프들의 세트(set)를 가진다. 상기 세트의 제1 기체용 건식 펌프와 상기 세트의 제2 기체용 건식 펌프의 제1 스크류들은 동일하고, 상기 제1 기체용 건식 펌프와 상기 제2 기체용 건식 펌프의 제2 스크류들은 동일하며, 상기 제1 기체용 건식 펌프의 제1 및 제2 제1 및 제2 로브 부분들은 제1 축방향 치수를 가지고, 상기 제2 기체용 건식 펌프의 제1 및 제2 제1 및 제2 로브 부분들은 상기 제1 축방향 치수와 상이한 제2 축방향 치수를 가진다.

다른 이점들과 특징들은 비-제한적인 예로서 주어지고 첨부된 도면들에서 나타낸 본 발명의 특정 실시예의 설명으로부터 보다 명확하게 드러날 것이다.
- 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체용 건식 펌프의 개략적인 축방향 단면도이며;
- 도 2는 도 1의 펌프의 두 개의 구성 로터들을 나타내며 이 로터들의 샤프트들이 생략되어 단순화된 사시도이며;
- 도 3은 도 1의 펌프의 두 개의 로터들 중 단일의 로터를 나타내며 로터의 샤프트가 생략되어 단순화된 분해 측면도이며:
- 도 4는 도 2 및 3과 같이 단순화된 도면으로서, 도 2와 동일한 로터들과 도 1의 펌프 내의 로터들에 의해 부분적으로 한정된 챔버들을 나타내며, 로터들의 일단부에서 본 도면이며;
- 도 5는 도 2 및 3과 같이 단순화된 도면으로서, 도 2와 동일한 로터들과 도 1의 펌프 내의 로터들에 의해 부분적으로 한정된 챔버들을 나타내는 사시도이며;
- 도 6은 도 4와 5에서 볼 수 있는 챔버들 중 하나의 챔버를 나타내는 사시도이며;
- 도 7은, 도 6에 나타낸 바와 같은 시점 이후의 시점에서, 도 6과 동일한 챔버를 나타낸 사시도이며;
- 도 8은, 도 7에 나타낸 바와 같은 시점 이후의 시점에서, 도 6 및 7과 동일한 챔버를 나타낸 사시도이며;
- 도 9는 도 6 내지 8의 챔버의 시간의 흐름에 따른 용량의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체용 건식 펌프(dry pump)는 제1 로터(rotor)(1)와 제2 로터(2)를 포함하며, 이들은 조립된 몇몇 부품들로 케이싱(3) 내에 장착된다.

다수의 베어링들(5)은 상기 제1 로터(1)가 회전축(X₁-X'₁) 상에서 회전하는 방식으로 제1 로터(1)의 샤프트(6)를 지지한다. 다수의 베어링들(7)은 상기 제2 로터(2)가 상기 회전축(X₁-X'₁)에 평행한 회전축(X₂-X'₂) 상에서 회전하는 방식으로 제2 로터(1)의 샤프트(8)를 지지한다. 여기서 의도된 의미에서 그리고 첨부된 청구항들에서, 축 방향은 회전축들(X₁-X'₁ 및 X₂-X'₂)에 평행한 방향이고, 축방향 치수는 회전축들(X₁-X'₁ 및 X₂-X'₂)에 평행한 방향의 치수이다.

상기 샤프트(8)의 일단부는 상기 제1 로터(1)와 제2 로터(2)를 구동시키기 위한 모터(10)에 결합된다. 상기 모터(10)의 반대쪽에서, 상기 제2 로터(2)의 샤프트(8)는 톱니바퀴(toothed wheel)(11)를 지지하며, 상기 톱니바퀴(11)는 제1 로터(1)의 샤프트(6)에 의해 지지된 톱니바퀴(12)와 맞물린다. 상기 톱니바퀴들(11, 12)은, 제1 로터(1)가 제2 로터(2)보다 더 빠르게 회전하도록 기어비가 3/2과 동일한 기어링(gearing)을 형성한다.

상기 제1 로터(1)는 제1 로브 부분(lobe portion)(1A)과 제1 스크류(1B)를 포함하며, 이들은 이들 사이에 거리를 두지 않고 축방향으로 연속된다. 상기 제2 로터(2)는 제2 로브 부분(2A)과 제2 스크류(2B)를 포함하며, 이들은 이들 사이에 거리를 두지 않고 축방향으로 연속된다. 상기 제1 로브 부분(1A), 제1 스크류(1B), 제2 로브 부분(2A), 및 제2 스크류(2B)는 모두, 상기 케이싱(3)에 의해 구획화 없이 한정된 동일한 내부 체적(volume)(14) 내에 있다.

기체 흡입을 위한 유입구(15)는 상기 케이싱(3)을 관통하여, 제1 및 제2 로브 부분들(2A 및 2B)에서, 회전축들(X₁-X'₁ 및 X₂-X'₂)을 통과하는 평면의 일측의 내부 체적(14) 내부로 나온다. 기체들을 배출시키기 위한 유출구(16)는, 내부 체적(14)의 하류 부분에 의해 구성되며 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)의 유출구에 위치한 수집 챔버(collecting chamber)(18)에서, 즉 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)에 대하여 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)의 반대쪽에서, 상기 케이싱(3)을 관통하여 내부 체적(14)과 연통된다.

상기 내부 체적(14)은, 각개의 축들이 회전축들(X₁-X'₁ 및 X₂-X'₂)인 두 개의 상호침입 회전 실린더들의 연합에 의해 구성됨으로써, 적어도 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)에서 실린더형이다. 상기 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)에서, 상기 내부 체적(14)은, 회전축들(X₁-X'₁ 및 X₂-X'₂)을 포함하는 평면에 대하여 적어도 상기 유입구(15) 반대 측에서, 동일한 방식으로 실린더형이다. 상기 유입구(15)에 있는, 상기 내부 체적(14)의 하류의 측부는 내부 체적(14)이 측방향으로 확대되고 유입구(15)가 형성된 흡입 챔버를 구성할 수 있다.

참조번호 17은 장치들을 가리키며, 이 장치들 각각은 샤프트들(6, 8) 중 하나와 케이싱(3) 사이의 기밀성(tightness)을 달성한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 로터(1)는 수형 로터(male rotor)이다. 상기 제1 로브 부분(1A)은 다수의 로브들(20)을 포함하며, 이들은 동일하고 도시된 실시예에서 그 수는 두 개이다. 상기 스크류(1B)는 로브들(20)의 수만큼 많은 나선형 나사산들(21)로 구성된 스레딩(threading)을 포함한다. 이 스레딩은 스크류(1B)의 전체 길이에서 변하지 않는다. 이 스레딩의 피치, 평균 직경 및 프로파일, 즉 회전축(X₁-X'₁)을 통과하는 축방향 평면을 따른 스레딩의 단면의 형상과 치수들은 스크류(1B)의 전체 길이에서 변하지 않는다. 각각의 로브(20)는 동일한 두 개의 나선형 나사산들(21) 중 하나에 의해 연장된다. 로브들(20)의 수는 두 개가 아닐 수 있다. 이는 나선형 나사산들(21)의 수에도 적용된다.

상기 제2 로터(2)는 암형 로터(female rotor)이다. 상기 제2 로브 부분(2A)은 다수의 로브들(22)을 포함하며, 이들은 동일하고 도시된 실시예에서 그 수는 세 개이다. 상기 스크류(2B)는 로브들(22)의 수만큼 많은 나선형 나사산들(23)로 구성된 스레딩(threading)을 포함한다. 이 스레딩은 스크류(2B)의 전체 길이에서 변하지 않는다. 이 스레딩의 피치, 평균 직경 및 프로파일, 즉 회전축(X₁-X'₁)을 통과하는 축방향 평면을 따른 스레딩의 단면의 형상과 치수들은 스크류(2B)의 전체 길이에서 변하지 않는다. 각각의 로브(22)는 동일한 세 개의 나선형 나사산들(23) 중 하나에 의해 연장된다. 로브들(22)의 수는 세 개가 아닐 수 있다. 이는 나선형 나사산들(23)의 수에도 적용된다.

상기 제1 로브 부분(1A)은 제2 로브 부분(2A)과 맞물린다. 상기 제1 및 제2 스크류들(1A 및 2A)은 서로 맞물린다.

상기 제1 로터(1)는 각도 배향(angular orientation)을 제외하고 전체 제1 로브 부분(1A)에서 동일한 단면을 가지며, 각도 배향을 제외하고 제1 스크류(1B)의 나사산의 마루(crest of thread)에서 동일한 단면을 가진다. 동일한 방식으로, 상기 제2 로터(3)는 각도 배향을 제외하고 전체 제2 로브 부분(2A)에서 동일한 단면을 가지며, 각도 배향을 제외하고 제2 스크류(2B)의 나사산의 마루에서 동일한 단면을 가진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 로터(1)는 다수의 일체형 요소들의 조립에 의해 제조되며, 상기 일체형 요소들 중 제1 일체형 요소는 제1 로브 부분(1A)을 포함하고 제2 일체형 요소는 제1 스크류(1B)를 포함한다. 상기 샤프트(6)는 제1 로터(1)의 제1 일체형 요소의 부분이거나 또는 제1 로터(1)의 제2 일체형 요소의 부분일 수 있다. 마찬가지로, 상기 제1 로터(1)의 제3 일체형 요소는 샤프트(6)를 구성할 수 있다. 상기 제2 로터(2)는 다수의 일체형 요소들의 조립에 의해 제조되며, 상기 일체형 요소들 중 제1 일체형 요소는 제2 로브 부분(2A)을 포함하고 제2 일체형 요소는 제2 스크류(2B)를 포함한다. 상기 샤프트(8)는 제2 로터(2)의 제1 및 제2 일체형 요소들 중 어느 하나의 부분일 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 로터(2)의 제1 및 제2 일체형 요소들과 구별되는 일체형 요소가 샤프트(8)를 구성할 수 있다.

항상, 상기 제1 로터(1), 제2 로터(2) 및 케이싱(3)은 함께 다수의 연속적인 챔버들을 한정하며, 이 챔버들은 도 4와 5에 도시된다. 이 연속적인 챔버들 중에는, 수집 챔버(collecting chamber)(18), 위에서 언급되고 도 4와 5에서 참조번호 25로 표시된 흡입 챔버, 및 참버들(30, 31, 32 및 33)이 있다.

상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)이 도 4와 5에 나타낸 배치형태로 배치된 때, 챔버들(30, 31, 32, 33)은 폐쇄된다. 도 1의 기체용 건식 펌프가 작동할 때, 상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)은, 도 4에 화살표로 표시된 바와 같이, 반대 방향으로 회전한다. 따라서, 상기 챔버들(30, 31, 32, 33)은 전개되며, 이는 단일의 챔버(30)를 연속적인 시점들에서 나타낸 도 6 내지 8에 의해 도시된다.

상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)이 도 4와 5에 나타낸 배치형태로 배치된 때, 상기 챔버(30)는 도 6에 도시된 바와 같다. 상기 제1 로터(1)와 제2 로터(2)가 도 3과 4의 위치들로부터 시작하여 각각 반 회전과 1/3 회전한 후에, 상기 챔버(30)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(30)가 도 7에 도시된 바와 같을 때, 상기 챔버(30)는 도 3과 4에서 챔버(31)가 가진 형상과 위치를 가진다. 상기 제1 로터(1)와 제2 로터(2)가 도 3과 4의 위치들로부터 시작하여 각각 1 회전과 2/3 회전한 때, 상기 챔버(30)는 도 8에 도시된 바와 같다. 상기 챔버(30)가 도 8에 도시된 바와 같을 때, 상기 챔버(30)는 도 3과 4에서 챔버(32)가 가진 형상과 위치를 가진다.

이제, 상기 제1 및 제2 로터들이 반대 방향으로 연속적으로 회전하는 동안, 시간의 흐름에 따른 챔버(30)의 전개가 설명될 것이다.

도 6에서, 상기 챔버(30)는 나선형 나사산(21)과 나선형 나사산(23)의 교차에 의해, 그 하류측 단부에서, 즉 P1에서 차단됨으로써 폐쇄된다. 도 6에서, 상기 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A), 제1 스크류(1B)의 부분, 제2 스크류(2B)의 부분, 및 케이싱(3)은 함께 챔버(30)를 한정하며, 이 챔버(30)는 거의 최대 용량에 도달한다.

상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)의 반대 방향으로의 회전은 도 4와 5의 위치로부터 시작하여 연속적으로 계속된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)은 이들이 함께 상기 챔버(30)의 용량을 감소시키는 시작하는 배치형태에 도달하며, 상기 챔버(30)의 하류측 단부는 나선형 나사산(21)과 나선형 나사산(23)의 교차에 의해 P1에서 여전히 차단되어 있다. 도 7에서, 상기 챔버(30)는 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)이 함께 챔버(30)의 용량을 감소시키는 선택된 시점에서 도시된다. 상기 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)이 함께 챔버(30)의 용량을 감소시키는 동시에, 챔버(30) 내에 존재하는 기체의 압축이 일어난다.

상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)의 반대 방향으로의 회전이 계속되는 동안, 상기 챔버(30)의 압축에 뒤이어 나선형 나사산(21)과 나선형 나사산(23)의 교차에 의해 이 챔버(30)의 상류측 단부가 차단된다. 상기 챔버(30)의 상류측 단부의 차단이 일어난 후에, 상기 챔버(30)는 도 8에 도시된 바와 같다. 상기 챔버(30)의 상류측 단부의 차단은 도 8의 P2에 위치한다.

P2에서 차단이 일어났을 때, 상기 제1 및 제2 로터들(1, 2)의 반대 방향으로의 회전의 계속은 상기 챔버(30)가 축방향으로, 하류로 이동하도록 하지만, 용량이 변하지는 않는다. 다시 말해서, P2에서 차단이 일어난 후에, 챔버(30) 내에서의 압축은 없다.

상기 챔버(30)가 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)의 하류측 단부에 도달한 때, 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)로부터 거리를 두고 유출구(16)가 있기 때문에, 이 챔버(30) 내에서 다시 압축은 일어나지 않는다.

도 9의 곡선(C)은 시간(t)에 따른 챔버(30)의 용량(V)을 그래프로 나타낸 것이다. 상기 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)의 역할은 용량의 감소와 이에 따른 압축을 초래하는 것이 아니라는 것은 전술한 바로부터 알 수 있다. 상기 제1 및 제2 스크류들은 P1의 차단 지점에서 동일한 차단의 연속을 수행하는 역할을 가지며, 이는, 챔버(30) 내에서, 기체가 제1 및 제2 로브 부분들(1a, 2a)에 의해 압축된 때 이 기체를 유지한다. 상기 제1 및 제2 스크류들은 또한 P2의 차단 지점에서 동일한 차단의 연속을 수행하는 역할을 가지며, 이는 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)의 챔버(30) 내에 존재하는 기체를 이 기체의 압축 후에 격리시킨다.

본질적으로 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)에서 압축이 일어난 후에, 또한 본질적으로 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)에서 이 압축으로 인한 가열이 일어난다. 이 때문에, 제1 및 제2 로브 부분들(1A, 2A)에서 내부 체적(14)의 효율적인 냉각을 초래하는, 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)의 낮은 온도 상승이 얻어질 수 있다. 더욱이, 이러한 스크류들이 복잡한 형상을 가진다는 사실 때문에 스크류들 내에서의 팽창의 결과들을 제어하는 것이 상당히 복잡한 한에 있어서는 제1 및 제2 스크류들(1B, 2B)의 낮은 온도 상승이 유리하다.

Claims

기체용 건식 펌프(dry pump)로서:
■ 제1 로브 부분(1A)(lobe portion)과 제1 스크류(1B)를 포함하는 제1 로터(1)(rotor),
■ 제2 로브 부분(2A)과 제2 스크류(2B)를 포함하는 제2 로터(2), 및
■ 케이싱(3)으로서, 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)가 서로 맞물리고 상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)이 서로 맞물리는 방식으로 상기 케이싱(3) 내부에 상기 제1 로터(1) 및 제2 로터(2)가 장착되어 회전할 수 있는, 케이싱(3)을 포함하며,
상기 케이싱(3)은 내부에 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)와 상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)이 함께 배치되는 내부 체적(14)(internal volume)을 한정하고, 상기 케이싱(3)은 상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)에서 상기 내부 체적(14) 내부로 나오는 적어도 하나의 유입구(15)를 포함하고, 상기 케이싱(3)은 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)에 대해 상기 유입구(15) 반대쪽에 배치되는 상기 내부 체적(14)으로부터의 적어도 하나의 유출구(16)를 포함하며,
상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B) 각각은 그 길이를 따라서 변하지 않는 스레딩(threading)을 포함하고, 상기 제1 로터(1) 및 제2 로터(2)는:
- 상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A), 상기 제1 스크류(1B)의 부분, 상기 제2 스크류(2B)의 부분, 및 상기 케이싱이 함께 폐쇄된 챔버(30)를 한정하는 제1 배치형태(configuration),
- 상기 챔버(30)가 폐쇄되고 상기 제1 배치형태에서보다 더 작은 용량을 가지는 방식으로, 상기 챔버(30)가 상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A), 상기 제1 스크류(1B)의 부분, 상기 제2 스크류(2B)의 부분, 및 상기 케이싱에 의해 항상 한정되는 제2 배치형태,
- 상기 챔버(30)가 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)로 완전히 이동되고, 적어도 상기 제1 스크류(1B)의 스레딩의 나선형 나사산(23), 상기 제2 스크류(2B)의 스레딩의 나선형 나사산(23), 및 상기 제1 스크류(1B)의 나선형 나사산(23)과 상기 제2 스크류(2B)의 나선형 나사산(23)의 교차에 의해 만들어진 차단(blocking)에 의해 상기 로브 부분들로부터 격리되는 제3 배치형태, 및
- 상기 챔버(30)가 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)의 하류측 단부로 이동되고 상기 유출구(16)와 연통되는 제4 배치형태로 연속적으로 배치될 수 있는 방식으로, 반대 방향으로 회전할 수 있으며
상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)는 챔버(30)를 차단하거나 개방하도록 되며, 상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)은 가스를 압축하도록 된 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)은 로브들(20, 22)을 포함하고, 상기 로브들(20, 22) 각각은 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)의 스레딩들의 나선형 나사산들(21, 23) 중 하나에 의해 연장되는 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제2항에 있어서,
상기 제1 로브 부분(1A)의 로브들(20)의 수는 상기 제1 스크류(1B)의 스레딩의 나선형 나사산들(21)의 수와 동일하고, 상기 제2 로브 부분(2A)의 로브들(22)의 수는 상기 제2 스크류(2B)의 스레딩의 나선형 나사산들(23)의 수와 동일한 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 유출구(16)는 상기 제1 스크류(1B) 및 제2 스크류(2B)로부터 거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 챔버(30)는 상기 제1 로터(1) 및 제2 로터(2)과 상기 케이싱(3)이 함께 한정하는 다수의 연속된 챔버들(18, 25, 30, 31, 32, 33) 중 하나인 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제5항에 있어서,
상기 제1 로터(1) 및 제2 로터(2)의 각개의 각 위치들에 상관없이, 상기 연속된 챔버들(18, 25, 30, 31, 32, 33) 중에는 항상 두 개의 폐쇄된 챔버들이 존재하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 연속된 챔버들(18, 25, 30, 31, 32, 33) 중 하나는 상기 내부 체적(14)으로부터의 유출구(16)를 가지는 수집 챔버(18)(collecting chamber)인 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제7항에 있어서,
상기 제1 스크류(1B)의 스레딩과 상기 제2 스크류(2B)의 스레딩은 나선형 홈들을 한정하며, 이 나선형 홈들의 하류측 단부들은 상기 제1 로터(1) 및 제2 로터(2)의 각 위치들에 상관없이 상기 수집 챔버(18) 내부로 개방되어 나오는 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 로터(1)는 수형 로터(male rotor)이고, 상기 제2 로터(2)는 암형 로터(female rotor)인 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제2 로터(2)는 상기 제1 로터(1)보다 하나의 로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 로터(1)는 두 개의 로브들을 포함하고, 상기 제2 로터(2)는 세 개의 로브들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 로터(1)는 각도 배향(angular orientation)을 제외하고 전체 제1 로브 부분(1A)에서 동일한 단면을 가지며, 각도 배향을 제외하고 전체 제1 스크류(1B)의 나사산의 마루(crest of thread)에서 동일한 단면을 가지며, 상기 제2 로터(2)는 각도 배향을 제외하고 전체 제2 로브 부분(2A)에서 동일한 단면을 가지며, 각도 배향을 제외하고 전체 제2 스크류(2B)의 나사산의 마루에서 동일한 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1 로터(1)는 함께 유지되는 적어도 두 개의 일체형 요소들을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 일체형 요소들은 적어도 상기 제1 스크류(1B)를 포함하는 제1 일체형 요소와 상기 제1 로브 부분(1A)의 적어도 일 부분을 포함하는 제2 일체형 요소인 것을 특징으로 하는, 기체용 건식 펌프.
제1항에 따른 다수의 기체용 건식 펌프들의 세트(set)로서,
상기 세트의 제1 기체용 건식 펌프와 상기 세트의 제2 기체용 건식 펌프의 제1 스크류(1B)는 동일하고, 상기 제1 기체용 건식 펌프와 상기 제2 기체용 건식 펌프의 제2 스크류(2B)는 동일하며, 상기 제1 기체용 건식 펌프의 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)은 제1 축방향 치수를 가지고, 상기 제2 기체용 건식 펌프의 제1 로브 부분(1A) 및 제2 로브 부분(2A)은 상기 제1 축방향 치수와 상이한 제2 축방향 치수를 가지는 것을 특징으로 하는, 다수의 기체용 건식 펌프들의 세트.