KR20050050133A

KR20050050133A - 펌프, 이중 단부형 펌프, 밸브 및 펌프의 로터 해제 방법,펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극 제어 방법 및 그의컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 판독가능한 저장 매체

Info

Publication number: KR20050050133A
Application number: KR1020057006340A
Authority: KR
Inventors: 케빈 마이클 랜섬; 클리브 마커스 로이드 튜나; 존 윌리엄 스키아테스; 클리프 찰스 팔머; 마이클 헨리 노쓰
Original assignee: 더 비오씨 그룹 피엘씨
Priority date: 2002-10-14
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-05-27
Also published as: US20060153696A1; GB0223769D0; AU2003271940A1; JP2006503220A; CN1703584A; TW200422522A; WO2004036049A1; EP1552153A1; KR101120887B1

Abstract

펌프는 하우징내에 장착된 적어도 하나의 로터와, 스테이터를 포함한다. 하우징은 로터를 중심으로 하여 연장되는 제 1 유체 채널을 포함하며, 로터는 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함한다. 제 1 센서는 스테이터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성되고, 제 2 센서는 로터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된다. 채널내의 유체 온도는 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 제어된다.

Description

펌프, 이중 단부형 펌프, 밸브 및 펌프의 로터 해제 방법, 펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극 제어 방법 및 그의 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 판독가능한 저장 매체{SCREW PUMP}

본 발명은 진공 펌프 분야에 관한 것으로, 특히 스크류 타입의 구성을 갖는 진공 펌프(vacuum pump)의 열 제어(thermal control)에 관한 것이다.

스크류 펌프는 통상적으로 외부 나사산이 형성된 로터를 각각 지닌 2개의 이격된 평행 샤프트를 포함하며, 이들 샤프트는 로터의 나사산이 맞물리도록 펌프 본체내에 탑재된다. 스테이터로서 기능하는 펌프 본체의 내부면을 갖는 맞물림 지점에서의 로터 나사산 사이의 근접 오차는, 입구와 출구 사이에서 펌핑되는 가스량을 로터의 나사산과 내부면 사이에 가둠으로써, 로터가 회전할 때 펌프를 통해 가압된다.

종래 기술의 스크류 펌프는 압축 열을 제거하기 위해 기계의 섹션 주위에 물 냉각 재킷(water cooling jacket)을 이용한다. 그러나, 저압에서 입구로부터 제거되는 압축 열이 적기 때문에, 기계의 입구는 임의의 냉각 시스템을 구비하지 않는다. 압력이 증가할 때, 추가적인 열은 입구를 통해 증가된 가스에 의해 그 입구로부터 분산된다. 펌프를 저온 환경에 위치시킨 경우, 펌프의 입구내의 표면 온도가 상당히 감소되어 배출 챔버(evacuation chamber)로부터의 가스상의 노폐물(waste product)은 이들 보다 저온의 영역내에 있는 액체 풀(liquid pool)내에서 응축될 수 있다. 이와 같은 액체 풀은 고 부식성 산 또는 염기 유체로 이루어질 수 있어서, 펌프 구성요소의 손상을 초래할 수 있고, 그에 의해 장치의 수명을 단출시킬 수 있다.

이중 단부형 스크류 펌프(double ended screw pump)는 단일 입구가 2개의 출구를 갖는 것으로 공지되어 있으며, 로터는 동축(co-linear)으로 장착되어 있다. 이러한 펌프에 있어서는, 펌프의 입구와 출구 사이의 온도 불균형이 보다 현저하고, 하우징 구성요소내의 구경의 편심(concentricity)이 중요하다. 하우징 구성요소가 일직선 밖으로 이동하면, 이미 작은 공차가 훨씬 더 감소되거나 제거될 때 로터는 스테이터와 보다 충돌하기 쉬워진다.

스크류 펌프는 광범위한 적용에 증가적으로 이용되고 있다. 예컨대, 제약 공정 영역(pharmaceutical process area)내에서, 동일한 펌프는 다수의 상이한 적용을 수행하도록 요구될 수 있다. 펌프의 구성이 특정 적용에 맞춰질 수 있는 반면에, 일단 적용을 변경하면, 이상 조건이 더 이상 존재하지 않고 펌프는 피크/최적 효율(peak/optimum efficiency)에서 수행하고 있지 않을 것이다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 스크류 펌프 기술과 관련된 몇 가지의 전술한 문제점을 극복하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스테이터와, 하우징내에 장착된 적어도 하나의 로터로서, 상기 하우징은 상기 로터를 중심으로 하여 연장된 제 1 유체 채널을 포함하며, 상기 로터는 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하는, 상기 로터와, 상기 스테이터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 제 1 센서와, 상기 로터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 제 2 센서와, 존재하는 경우 상기 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 상기 채널내의 유체의 온도를 제어하기 위한 열 제어 수단을 포함하는 펌프가 제공된다.

제 1 온도 센서가 스테이터에 위치될 수 있는 한편, 제 2 온도 센서는 로터의 배출부내에서 공정 가스와 유체 연통시킨 상태로 배출 플레넘(exhaust plenum)내에 또는 하우징내에 위치될 수 있고, 변형적으로는 펌프의 기어 박스내에 위치될 수 있다.

열 제어 수단은 제 1 및 제 2 채널 각각의 내부에 임의의 유체의 온도를 제어하기 위한 제 1 및 제 2 제어 수단을 포함할 수 있다. 열 제어 수단은 각각의 가변 속도 유량 펌프(variable speed flow pump), 자동 온도 조절식 제어 밸브(thermostatic control valve) 및 열 교환기중 적어도 하나이다. 이들은 하나 또는 그 이상의 센서 출력의 크기에 따라서 각각의 채널내에 유체의 온도를 제어하도록 배치될 수 있다. 열 제어 수단은 마이크로프로세서를 포함하거나 그에 의해 제어될 수 있다.

자동 온도 조절식 제어 밸브중 하나는 기계식 차온 밸브(mechanical differential valve)를 포함할 수 있다. 이 밸브는 제 2 유체 채널과 열 연통하는 상태로 제 3 유체 채널을 포함할 수 있다. 유량 제한기(flow restrictor)는 제 3 유체 채널내에 제공되어 그를 통해 유체의 속도를 제어할 수 있다. 이 유량 제한기의 위치는 밸브의 일부를 형성할 수도 있는 신호 수신기(signal receptor)를 거쳐 제 1 및 제 2 센서로부터 수신된 신호에 의해 통제될 수 있다. 신호 수신기 각각은 밀봉식 구성요소를 포함하며, 그의 체적은 사용시 팽창될 수 있다. 팽창 정도는 수신된 신호의 크기에 따라서 달라지며, 제 3 유체 채널내의 제한기의 상대 위치에 따라 결정된다. 신호 수신기의 밀봉식 구성요소는 팽창가능한 벨로우즈를 포함할 수 있다. 유량 제한기는 스핀들 및 시트를 포함할 수 있다. 스핀들은 개구를 개폐하도록 시트와 함께 작동하여 그를 통해 유체의 유량을 제어한다.

펌프는, 이에 한정되지는 않지만 스크류 펌프, 클로우 펌프(claw pump) 또는 루츠 펌프(Roots pump) 등의 임의의 공지된 형태일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 1개의 유입부 및 2개의 배출부를 포함하는 로터와, 스테이터와, 내피 및 외피를 포함하는 하우징으로서, 상기 내피는 제 1 캐비티를 형성하고, 로터는 상기 내피내에 장착되고 사용시 유체가 순환되는 하우징의 내피와 외피 사이에 제 2 캐비티를 형성하며, 상기 제 2 캐비티는 상기 로터의 길이를 연장시키고 그를 둘러싸는, 상기 하우징을 포함하는 이중 단부형 펌프가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유체 채널과, 그를 통해 유체의 유속을 제어하도록 상기 유체 채널내에서 이동가능한 유량 제한기와, 각각의 신호를 수신하여 수신된 신호의 크기에 따라서 상기 채널내의 유량 제한기의 위치를 제어하는 2개의 신호 수신기를 포함하는 밸브가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉각시 펌프의 내부 작동 표면상에서 굳어진 물질의 침전에 기인하여 정지된 펌프의 로터를 해제시키기 위한 방법으로서, 상기 펌프의 하우징내에 제공된 캐비티내로 열 유체를 도입시키는 단계로서, 상기 캐비티는 로터 구성요소를 둘러싸는, 상기 열 유체 도입 단계와, 상기 캐비티내의 열 유체를 소정 온도로 가열하는 단계로서, 상기 온도는 부착물을 연화시키기에 충분히 높은, 상기 열 유체 가열 단계와, 상기 펌프의 내부 작동 표면상에 위치된 부착물에 의해 야기된 잔여 저지력을 극복하도록 상기 펌프의 로터에 토크를 적용시키는 단계를 포함하는, 펌프의 로터 해제 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극을 제어하기 위한 방법으로서, ⓐ 센서로부터 상기 스테이터와 상기 로터 각각의 온도를 기록하는 단계와, ⓑ 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 온도차를 계산하는 단계와, ⓒ 온도차를 소정값과 비교하는 단계와, ⓓ 소정 온도차를 성취하도록 상기 제 1 및 제 2 유체 채널내의 유체의 유량 및 온도의 적정값을 결정하는 단계와, ⓔ 단계 ⓓ로부터 상기 값을 실현시키기 위해 열 제어 수단을 제어하는 단계를 포함하는, 펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극 제어 방법이 제공된다.

시간에 대한 펌프의 구성에서의 교란(perturbation)을 관리하기 위해서 상기 방법을 소정 시간 간격으로 자동적으로 반복할 수 있다. 구성요소간의 간극을 변경시키도록 소정 온도차를 소정 시간 간격으로 수정할 수 있어서, 누적된 부착물이 펌프의 구성요소의 표면으로부터 분리될 수 있다.

열 제어기는 컴퓨터에 내장할 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있고, 또한 이 마이크로프로세서는 컴퓨터상에 설치시에 전술한 방법의 단계 ⓐ 내지 ⓔ를 수행시키는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 선택적으로 프로그래밍되어 있다.

본 발명은 펌프에 향상된 레벨의 열 제어를 가능하게 한다. 이것은, 펌프의 공차를 과잉의 배출 배압으로 강화시킨 최적의 구동 간극을 제공하는 단계와, 펌프의 입구내의 냉점(cold spot)의 발생을 감소시키는 단계와, 장치내의 열 지체(thermal lag)를 감소시키는 단계와, 냉각에 기인하여 부착물이 형성되는 환경에서 재시동의 가능성을 강화하는 단계에 의하여 장치의 작동시 성취될 수 있다.

본 발명의 일 예를 첨부한 도면을 참조하여 기술할 것이다.

도 1은 본 발명의 스크류 펌프의 개략적인 단면도,

도 2는 본 발명의 이중 단부형 스크류 펌프의 단면도,

도 3은 본 발명의 온도 제어 회로의 개략도,

도 4는 도 2의 펌프의 로터와 스테이터 사이의 계면부의 상세도,

도 5는 본 발명의 온도 제어 회로의 상세도,

도 6은 보다 심한 환경에서 사용시의 본 발명의 다른 예를 도시한 도면,

도 7은 도 6의 펌프에 사용하기 위한 차온 밸브의 상세도,

도 8은 본 발명의 열 제어를 실시하는 루츠 블로어를 도시한 도면.

스크류 펌프는 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 2개의 로터(1)는 외측 하우징(1)내에 제공된다. 2개의 역회전 맞물림식 로터(contra-rotating intermeshing rotor)(1)는 그들의 샤프트가 서로 평행하게 놓이도록 위치설정된다. 로터(1)는 베어링(3)을 거쳐 하우징(2)내에 장착된다. 도 1의 단일 단부형 펌프가 입구 스테이터(4) 및 배출구 스테이터(5)를 포함하는 반면, 도 2에 예시된 이중 단부형 펌프는 2개의 배출구 스테이터(5) 사이에 위치설정된 입구 스테이터(4)를 포함한다.

하우징(2)은 이중 피복 구성으로 제공된다. 내피(internal skin)는 펌프의 스테이터로서 기능한다. 캐비티(6)는 하우징(2)의 사이에 제공되어, 펌프의 작동 섹션으로부터 떨어져 열을 전도하기 위해 스테이터 주위에 물 등의 냉각 유체를 순환시킬 수 있다. 이 캐비티(6)는 스테이터의 전체 길이, 즉 배출구 스테이터(5)뿐만 아니라 입구 스테이터(4) 이상으로, 둘러싼다. 냉각 유체는 고온 표면으로부터 열을 멀리 하도록 캐비티를 통해 순환된다. 스테이터의 길이 이상으로 워터 재킷(water jacket)을 제공함으로써, 로터의 배출 단부쪽으로 발생된 열은 필요시 그 전 스테이지로 재분배될 수 있다. 이것은 온도 구배(temperature gradient)를 감소시키고 펌프의 표면상에서 보다 균일한 온도를 유지시키게 할 것이다. 결과적으로, 종래 기술에서 알려진 "냉점(cold spot)"이 회피되고, 로터 입구내의 잠재적인 부식성 물질의 응축이 실질적으로 감소된다. 또한, 예컨대 체감 효과(wind chill effect)를 통해 스테이터와 로터 표면의 급속한 온도 변화를 효과적으로 방지하는 완전한 워터 재킷이 존재하기 때문에 시스템내로 열 지체가 도입된다. 균일 온도의 유지는 모든 스테이터 구성요소를 중앙 기준선(샤프트)으로부터 동일 속도로 팽창시키므로 편심을 유지할 수 있고, 그 결과 로터는 스테이터내에 그의 상대 위치를 유지하여 구성요소의 충돌을 회피할 수 있다.

열 재킷을 갖는 종래의 펌프는 일반적으로 스테이터를 통해 열 유체를 순환시키기 위해 대류를 이용한다. 이것은 현저하게 펌프보다 아래의 보다 저온의 영역 및 상부 영역내의 보다 고온의 섹션을 갖는 펌프상에서 불균일하게 온도 분포시킬 수 있다. 이렇게 집중된 냉점은 공정 가스를 응축하게 하여 부식성을 증가되게 한다. 열 유체내에서 순환 펌프를 실행함으로써, 국부적인 온도 변화를 최소화할 수 있도록 일정한 열 제어를 성취할 수 있다.

몇 가지 경우에 있어서, 펌프를 통과하는 노폐물은 유연하거나 높은 점성의 물질을 포함하고, 부착물은 작동시 펌프의 표면상에 형성된다. 펌프 정지시에 이들 부착물을 냉각시키고 굳힐 수 있다. 이러한 부착물이 구성요소 사이의 간극 영역내에 위치하는 경우, 이들은 펌프를 정지시킬 수 있다. 이에 따라, 모터는 추가적인 마찰을 극복하기에 불충분한 토크를 제공하여 로터를 회전시킬 수 있다. 추가적인 토크는 수동으로 회전될 수 있는 샤프트상의 소켓내로 삽입되는 레버리지 바아(leverage bar)를 이용하여 적용될 수 있다. 그러나, 이러한 기술은 로터상에 상당한 부하를 가하여 손상을 야기할 수 있지만, 그것은 기구를 해제시키기에 충분한 부하를 가하여 샤프트를 회전시키게 할 수 없다. 이러한 상황하에서 장치의 사용을 중지하여 교체 또는 보수 동안 작동을 멈출 필요가 있을 수 있다. 본 발명의 워터 재킷의 변형된 사용은 펌프가 로터의 냉각에 기인하여 정지되는 상황에서 실시될 수 있다. 하우징(2)의 캐비티(6)내의 유체는 스테이터(4, 5) 및 로터(1)의 온도를 상승시키도록 가열될 수 있다. 이것은 잔여물의 유연성을 강화할 수 있고 기구 해제시 조력할 수 있다.

도 3은 유체 회로(11, 12, 12a, 15)를 펌프내의 열 조건을 제어하는데 이용할 수 있는 방법을 도시한 도면이다. 냉각 유체, 전형적으로 물과 부동액의 혼합물은 순환 펌프(17)를 갖는 제 1 폐쇄 회로(11)내에 제공된다. 제 2 유체 회로(12)는 가압수형 물 회로(pressurized water circuit)와, 자동 온도 조절식 제어 밸브(13)를 포함한다. 전형적으로, 메인 워터(main water)가 입구(25)에서 회로로 제공된다. 열교환 구성요소(14)는 2개의 유체 회로(11, 12) 사이에 제공된다. 밸브(13)는, 스테이터에 위치된 열 센서(21)로부터 입력 신호를 수신하고, 열교환 구성요소(14)상에서 온도 구배를 통제하기 위해 제 2 회로(12)내의 적당한 유량을 유지하는데 이 밸브(13)를 이용한다. 온도 구배는 차례로 제 1 회로(11)의 온도를 유지시킨다.

로터(1)는 도 2에 도시한 바와 같이 나사산형 섹션(9)과, 별개의 샤프트 구성요소(8)를 포함한다. 나사산형 섹션(9)은 별개의 샤프트(8)의 본체내에 삽입되는 내부 냉각 캐비티(7)를 구비한다. 샤프트(8)의 본체는 로터의 본체내의 냉각 캐비티(7)의 직경보다 단편적으로 작은 직경으로 되어 있다. 이에 따라, 냉각 채널은 냉매 물질, 전형적으로 오일을 통과시킬 수 있다. 로터와 냉매 사이의 온도차를 유지하여 냉매 저장소로 다시 열을 이송함으로써 냉각 기능을 강화하기 위해서, 냉매의 유속을 가능한 한 높도록 채널을 작게 유지한다. 냉각 시스템의 입구와 출구는 샤프트 구성요소(8)를 통해 제공된다.

도 3을 참조하면, 다른 폐쇄 회로(15)내에 오일을 보유하는 것을 알 수 있다. 이 회로(15)는 순환 펌프(19), 필터(20) 및 열교환 구성요소(14a)를 포함한다. 이 열교환 구성요소는 제 2 냉각 회로(12a)와 접촉 상태에 있고, 자동 온도 조절식 제어 밸브(16)를 포함한다. 자동 온도 조절식 제어 밸브(16)는 회로(15)로부터의 오일을 거쳐서 또는 로터의 최종 스테이지내의 공정 가스를 통해 로터의 온도를 표시하는 제 2 열 센서(22)로부터의 입력 신호를 수신한다. 배출 플레넘(즉, 로터의 단부와 스테이터 벽 사이의 캐비티)내에서 온도를 모니터 로터의 단부 아래에서 온도가 급속히 하강할 것이다.

상술한 바와 같은 2개의 자동 온도 조절식 제어 밸브를 도입함으로써, 스테이터 온도에 대한 펌프 로터의 온도를 제어가능하다. 스크류 펌프내의 (도 4에 도시한 바와 같은) 로터 대 스테이터 간극(d)은 로터와 스테이터 사이의 온도차의 함수이다. 이들 구성요소의 온도를 제어함으로써, 이 간극(d)의 크기를 제어가능하다. 또한, 간극(d)이 로터와 스테이터 사이의 공정 가스의 누설 레벨을 결정하므로, 누설량은 니겔 해리스, 맥그로우 힐(페이지 231)에 의한 "현대 진공 실용서(Modern vacuum practice)"에 나타낸 바와 같은 중간의 과도 흐름(intermediate transitional flow)을 위한 d³에 비례한다. 누설이 펌프의 성능에 영향을 주기 때문에, 펌프의 성능은 이들 구성요소의 온도를 제어함으로써 최적화될 수 있다. 또한, 공정 가스의 임의의 미립자의 내용물이 이들 간극내의 차단물을 형성하지 않아서 로터(1)의 자유 동작을 방해하도록 간극(d)을 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 방해물은 공정 가스의 관통 흐름의 제한을 통해서 뿐만 아니라 로터의 적절한 회전 속도를 유지하기 위해서 모터에 의해 가해져야 하는 추가적인 토크를 통해서 펌프의 성능에 심각한 영향을 줄 수 있다.

온도 제어 회로를 로터내에 제공함으로써, 스테이터 온도에 대한 로터 온도를 자동 온도 조절식으로 제어하여 로터/스테이터 간극(d)을 최적화가능하다. 가장 단순한 실시예에 있어서, 본 발명은 냉점을 회피하는데 만 이용되어 상술한 바와 같은 응축물 증대에 기인한 부식을 제거할 수 있다. 보다 정교한 실시예에 있어서, 입력 신호는 각각의 스테이터(4, 5) 및 로터(1)상에 장착된 센서로부터 취해질 수 있으며, 이들 신호는 예컨대 135℃ 미만으로 설정 온도를 유지하는 폐쇄 순환 제어 시스템(closed loop control system)에 의해 분석/처리될 수 있다. 이것은 본 발명을 이용하는 펌프가 공지된 자동 점화 온도로 물질을 안전하게 처리가능하게 한다.

그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명은 특정 간극(d)을 성취하고 유지시키는 특정 온도를 선택하기 위해 훨씬 높은 레벨의 정교한 상태로 이용될 수 있다. 도 5는 프로세서 또는 중앙 처리 장치(CPU)(27)가 센서(22a, 21a) 각각으로부터 로터 및 스테이터 온도를 나타내는 신호를 수신하도록 시스템에 내장되는 방법을 나타내고 있다. 이들 신호는 각각의 구성요소의 요구된 온도를 결정하도록 프로세서(27)에 입력을 제공한다. 그 후, 프로세서(27)는 열교환 구성요소(14, 14a)에 적당한 레벨의 냉매 유체를 제공하도록 전기 작동식 밸브(13a, 13b)를 제어하여 요구된 열평형 및 수반된 간극(d)을 성취한다.

통상적인 정상 상태 작동시에, 드라이 펌프는 로터와 스테이터 사이의 간극에 의해 결정되는 특정 펌핑 속도를 성취할 것이다. 펌프에 대한 입구 압력이 증가되면, 모다 많은 가스가 펌프에 유입될 것이다. 이 추가적인 가스가 스테이터에 대해 로터를 냉각시켜서, 이들 2개의 구성요소 사이의 간극(d)은 증대될 것이다. 보다 높은 압력에서, 로터 주위에 상당한 양의 누설이 생길 것이다. 이것은 전형적으로 대기압에 접근시에 성취되는 낮은 펌프 속도 및 가스 산출량을 초래하는 헬륨과 같은 가스종(gas species)을 펌핑할 때 특히 문제가 된다. 본 발명의 제어 특징의 경우, 로터와 스테이터 사이의 간극(d)을 인위적으로 감소가능하다. 결과적으로, 로터 주위의 누설을 감소할 수 있어서 펌프의 효율을 상당히 개선할 수 있다. 상기 예에 있어서, 헬륨 펌핑시, 누설을 방지하도록 작은 갭을 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 변형예에 있어서, 보다 큰 갭을 필요로 하는 아르곤을 펌핑하는데 동일 펌프를 이용할 수 있다. 가변 조건하에서 효율적으로 기능하도록 작동시 실질적으로 최적화될 수 있는 펌프를 제공함으로써, 다목적 펌프가 성취된다. 이러한 기능은 동일 도구를 이용하여 상이한 적용을 위해 단일 펌프를 필요로 하는, 예컨대 약재 또는 화학 공정 산업 분야에서 효과적으로 이용될 수 있다.

온도 제어는 특정 공정내에서 동적일 수 있다. 시동시, 전형적으로, 로터의 온도가 상대 구성요소의 열 질량(thermal mass)의 상당한 차이에 기인하여 스테이터보다 빠른 속도로 증대되기 때문에, 보다 큰 온도차가 존재할 것이다. 그러나, 일단 펌프가 정상 상태에 도달하면, 온도차는 감소될 것이다. 동적으로 온도 제어를 수행함으로써, 간극(d)이 대략 정상값으로 유지될 수 있도록 초기의 차이를 최소화할 수 있다. 또한, 이것은 보다 일정한 레벨의 펌프 효율을 가져올 것이다.

간극의 동적 제어는 통상의 조건하에서 펌프가 작동하고 있을 경우 사이클 방식으로 실시될 수 있다. 소정의 간격으로, 열 조건은 짧은 시간 동안 로터와 스테이터 사이의 간극을 감소시키도록 변경될 수 있다. 이것은 이들 구성요소에 부착되어 있던 제거/분리 공정 부착물의 영향을 가질 것이다. 이것을 소정 간격으로 반복하면, 펌프의 내부면상의 고체 성분의 축적을 실질적으로 감소하여 펌프의 정지를 방지할 수 있다. 펌프는 펌프내의 압력 또는 펌프의 전력 소모를 모니터하기 위한 추가적인 센서를 마련함으로써 펌프 정지를 회피할 수 있다. 이들 값중 어느 하나가 상당히 감소한다면, 간극이 방해받고 있거나 곧 정지됨을 나타낼 수 있다. 이들 값을 모니터함으로써, 로터(1)와 스테이터(4, 5) 사이의 간극을 최소화하여 펌프 정지를 방지하도록 로터 구성요소의 최대 냉각 조건을 개시가능하다.

변형예로서, 열 제어 수단은 특정 온도차가 스테이터와 로터 사이에서 자동적으로 유지될 수 있는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 순수 기계 수단에 의해 제공될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 단순하지만 보다 견고한 장치가 특히 가혹한 조건에 노출된 펌프내에서 실시될 수 있다. 기계식 열 제어 장치(24)는, 청소된 체적(swept volume)내의 공정 가스에 의한 로터 온도 또는 기어박스내의 오일 온도를 나타내도록 상술한 바와 같이 위치된 센서(22), 또한 펌프의 스테이터내에 위치된 센서(23)에 직접 접속된다. 후자인 센서(23)는 도 3에서 열 제어 밸브(13)에 입력을 제공하는 센서(21)의 유사 위치에 위치될 수 있다. 차온 밸브의 각 단부는 밀봉식 센서/벨로우즈 구성을 가열시켜서 벨로우즈를 팽창시키는 각각의 센서로부터 상이한 온도를 받는다. 이들 2개의 팽창식 밸브 구성은 조합식으로 작용하여 내부 밸브를 위치설정한다. 이 밸브 위치는 열 회로를 통과하여 열교환 유닛(14a)의 열 제거를 변경할 수 있는 냉각 유체의 양을 통제한다. 또한, 이것은 펌프 구성요소의 온도를 보정함으로써 펌프내의 간극을 제어한다. 이렇게 보다 단순한 예는, 각각의 구성요소를 개별적으로 제어하는 것보다는 로터(1)와 스테이터(4, 5) 사이의 온도차를 유지한다. 그러나, 이들 상대 온도를 유지함으로써, 일정 간극을 유지할 수 있다. 밸브(24)는 예컨대 로터(1)와 스테이터(4, 5) 사이의 온도차의 크기를 조절하도록 벨로우즈 구성요소중 하나의 팽창을 제한함으로써 물리적으로 변경되어서, 상이한 공정을 수용할 수 있다.

본 발명은 스크류 펌프로의 사용이 제한되지 않으며, 클로우 펌프 또는 루츠 펌프 등의 다른 타입의 펌프에 용이하게 적용될 수 있다. 실제로 몇몇 루츠 블로우어(Roots blower)에 있어서, 상당히 높은 배기 압력(몇몇의 경우 2바아 내지 3바아)을 받을 수 있다. 이렇게 상승된 압력은 펌프내의 구성요소의 압력을 두드러지게 증가시키며, 또한 이것은 적절한 간극을 유지시키는데 문제점을 일으킬 수 있다. 본 발명에 따른 동적 열 제어를 실시함으로써, 이들 간극을 일정 레벨로 유지할 수 있어서, 상이한 작동 조건에서의 펌프의 공차를 개선한다. 본 발명의 열 제어를 소개하기 위해, 루츠 블로우어로부터의 로터(35)가 도 8에 도시되어 있으며, 도 2의 스크류 로터(1)에서 공지된 것과 동일한 방식으로 로터(35)내로 냉각 채널(34)을 도입하는 것이 필요하다. 다시 한 번, 냉매의 로터(35)와 냉매 사이의 온도차를 유지하여 냉매 저장기, 전형적으로 기어 박스(도시하지 않음)로 다시 열을 이송함으로써 냉각 기능을 강화시키기 위해, 채널은 가능한 한 냉매의 유속을 촉진시키도록 작게 유지된다. 냉각 채널 입구(32) 및 출구(33)는 로터 샤프트 구성요소(31)를 통해 제공된다. 냉각 채널은 루츠 로터(35)상에 위치된 로브(lobe)(30) 각각으로 통과시키며, 도시한 바와 같이 2개의 로브가 존재할 수 있거나, 로터상에 4개 또는 그 이상이 용이하게 존재할 수 있다.

전술한 바는 본 발명의 몇 가지 실시예만을 설명하고 있지만, 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 본질적인 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 변형이 이루어질 수 있다.

Claims

펌프에 있어서,

스테이터와,

하우징내에 장착된 적어도 하나의 로터로서, 상기 하우징은 상기 로터를 중심으로 하여 연장된 제 1 유체 채널을 포함하며, 상기 로터는 적어도 하나의 제 2 유체 채널을 포함하는, 상기 적어도 하나의 로터와,

상기 스테이터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 제 1 센서와,

상기 로터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 제 2 센서와,

상기 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 상기 채널내의 유체의 온도를 제어하기 위한 열 제어 수단을 포함하는

펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 온도 센서는 상기 스테이터에 위치되는

펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 2 온도 센서는 상기 기어 박스내에 위치되는

펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 2 온도 센서는, 사용시 상기 로터의 배출부내에서 공정 가스와 유체 접촉한 상태로 상기 하우징내에 위치되는

펌프.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열 제어 수단은,

상기 제 1 유체 채널내의 유체 온도를 제어하기 위한 제 1 제어 수단과,

상기 적어도 하나의 제 2 유체 채널내의 유체 온도를 제어하기 위한 제 2 제어 수단을 포함하는

펌프.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 제어 수단은,

적어도 하나의 유량 펌프와,

적어도 하나의 제어 밸브와,

적어도 하나의 열 교환기를 포함하는

펌프.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 제 1 제어 수단은, 상기 제 1 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 적어도 하나의 제 1 유체 채널내의 유체 온도를 제어하도록 배치되는

펌프.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 2 제어 수단은,

적어도 하나의 유량 펌프와,

적어도 하나의 제어 밸브와,

적어도 하나의 열 교환기를 포함하는

펌프.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 적어도 하나의 제 2 유체 채널내의 유체 온도를 제어하도록 배치되는

펌프.
제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 센서와, 상기 스테이터의 온도를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 추가적인 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 적어도 하나의 제 2 유체 채널내의 유체 온도를 제어하도록 배치되는

펌프.
제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 2 제어 수단은, 상기 제 1 및 제 2 센서로부터의 신호 출력의 크기에 따라서 적어도 하나의 제 2 유체 채널내의 유체 온도를 제어하도록 배치되는

펌프.
제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 제어 수단 중 적어도 하나를 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함하는

펌프.
제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 제어 수단 양자를 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함하는

펌프.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

펌프의 압력 및 전력 소모 그룹 중 하나를 나타내는 신호를 마이크로프로세서에서 출력하도록 구성된 제 3 센서를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 그 신호의 크기에 따라서 적어도 제 2 제어 수단을 제어하도록 배치되는

펌프.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 2 제어 수단의 적어도 하나의 제어 밸브는 기계식 차온 밸브를 포함하는

펌프.
제 15 항에 있어서,

상기 기계식 밸브는,

적어도 하나의 제 2 유체 채널과 열 연통하는 제 3 유체 채널과,

그를 통해 유체의 유속을 제어하도록 상기 유체 채널내에서 이동가능한 유량 제한기와,

상기 제 1 및 제 2 센서 각각으로부터 신호를 수신하여 상기 제 1 및 제 2 센서로부터 수신된 신호의 크기에 따라서 상기 제 3 채널내의 상기 유량 제한기의 위치를 제어하는 2개의 신호 수신기를 포함하는

펌프.
제 16 항에 있어서,

각각의 신호 수신기는 밀봉식 구성요소를 포함하며, 각각의 밀봉식 구성요소의 체적이 사용시 수신된 신호의 크기에 따라서 팽창되어서, 상기 제 3 유체 채널내의 상기 유량 제한기의 상대 위치를 제어하는

펌프.
제 17 항에 있어서,

각각의 신호 수신기는 팽창가능한 벨로우즈를 포함하는

펌프.
제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유량 제한기는,

스핀들과,

그를 통해 유체의 유량을 제어하도록 개구를 개폐하고 상기 스핀들과 협동적으로 작용하는 시트를 포함하는

펌프.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

펌프는 스크류 펌프, 클로우 펌프 및 루츠 펌프 중 하나인

펌프.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징은 내피 및 외피를 포함하며, 상기 내피는 제 1 캐비티를 형성하고, 상기 로터는 상기 내피내에 장착되고, 상기 제 1 유체 채널은 상기 하우징의 내피와 외피 사이에 형성되며 상기 로터의 길이를 연장하여 상기 로터를 둘러싸는

펌프.
제 21 항에 있어서,

상기 하우징의 내피는 사용시 상기 스테이터를 제공하는

펌프.
이중 단부형 펌프에 있어서,

1개의 유입부 및 2개의 배출부를 포함하는 적어도 하나의 로터와,

스테이터와,

내피 및 외피를 포함하는 하우징으로서, 상기 내피는 제 1 캐비티를 형성하고, 로터는 상기 내피내에 장착되고 사용시 유체가 순환되는 하우징의 내피와 외피 사이에 제 2 캐비티를 형성하며, 상기 제 2 캐비티는 상기 로터의 길이를 연장시키고 그를 둘러싸는, 상기 하우징을 포함하는

이중 단부형 펌프.
밸브에 있어서,

유체 채널과,

그를 통해 유체의 유속을 제어하도록 상기 유체 채널내에서 이동가능한 유량 제한기와,

각각의 신호를 수신하고, 수신된 신호의 크기에 따라서 상기 채널내의 유량 제한기의 위치를 제어하는 2개의 신호 수신기를 포함하는

밸브.
냉각시 펌프의 내부 작동 표면상에서 굳어진 물질의 침전에 기인하여 정지된 펌프의 로터를 해제시키기 위한 방법에 있어서,

상기 펌프의 하우징내에 제공된 캐비티내로 열 유체를 도입시키는 단계로서, 상기 캐비티는 로터 구성요소를 둘러싸는, 상기 열 유체 도입 단계와,

상기 캐비티내의 열 유체를 소정 온도로 가열하는 단계로서, 상기 온도는 부착물을 연화시키기에 충분히 높은, 상기 열 유체 가열 단계와,

상기 펌프의 내부 작동 표면상에 위치된 부착물에 의해 야기된 잔여 저지력을 극복하도록 상기 펌프의 로터에 토크를 적용시키는 단계를 포함하는

펌프의 로터 해제 방법.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극을 제어하기 위한 방법에 있어서,

ⓐ 상기 센서로부터 상기 스테이터와 상기 로터 각각의 온도를 기록하는 단계와,

ⓑ 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 온도차를 계산하는 단계와,

ⓒ 온도차를 소정값과 비교하는 단계와,

ⓓ 소정 온도차를 성취하도록 상기 제 1 및 제 2 유체 채널내의 유체의 유량 및 온도의 적정값을 결정하는 단계와,

ⓔ 단계 ⓓ로부터 상기 값을 실현시키기 위해 열 제어 수단을 제어하는 단계를 포함하는

펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극 제어 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 방법의 단계는, 시간에 대한 상기 펌프의 구성에 있어서의 교란을 관리하기 위해서 소정의 시간 간격으로 자동적으로 반복되는

펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극 제어 방법.
제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,

상기 소정의 온도차는, 구성요소간의 간극을 변경시키도록 소정 온도차를 소정 시간 간격으로 수정할 수 있어서, 누적된 부착물이 펌프의 구성요소의 표면으로부터 분리될 수 있는

펌프내의 로터와 스테이터 사이의 간극 제어 방법.
컴퓨터에 설치시에 컴퓨터가 제 26 항, 제 27 항 또는 제 28 항의 방법을 수행시키는

컴퓨터 프로그램.
제 29 항에 기재된 컴퓨터 프로그램을 저장하는

컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
제 30 항에 있어서,

상기 저장 매체는 플로피 디스크, CD 롬, 미니 디스크 또는 디지털 테이프로부터 선택되는

컴퓨터 판독가능한 저장 매체.