KR20110046584A - 드라이 펌프 - Google Patents

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KR20110046584A KR1020117007905A KR20117007905A KR20110046584A KR 20110046584 A KR20110046584 A KR 20110046584A KR 1020117007905 A KR1020117007905 A KR 1020117007905A KR 20117007905 A KR20117007905 A KR 20117007905A KR 20110046584 A KR20110046584 A KR 20110046584A
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도시오 스즈키
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

이 드라이 펌프는, 복수의 실린더(31, 32, 33, 34, 35), 상기 복수의 실린더(31, 32, 33, 34, 35)에 각각 형성된 펌프실(11, 12, 13, 14, 15), 서로 인접하는 상기 펌프실(11, 12, 13, 14, 15)끼리를 구획하는 격벽(36, 37, 38, 39), 상기 펌프실(11, 12, 13, 14, 15)의 내부에 수용된 복수의 로터(21, 22, 23, 24, 25), 상기 로터(21, 22, 23, 24, 25)의 회전축인 로터 샤프트(20a, 20b), 상기 격벽(36, 37, 38, 39)의 내부에 형성되고, 냉매를 유통시키는 냉매 통로(38)를 포함한다.

Description

드라이 펌프{Dry pump}
본 발명은 용적 이송형의 드라이 펌프에 관한 것이다.
본원은, 2008년 10월 10일에 출원된 특원 2008-263938호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
배기를 행하기 위해 드라이 펌프가 이용되고 있다. 드라이 펌프는 로터를 실린더 내에 수용한 펌프실을 구비하고 있다. 드라이 펌프는, 실린더 내에서 로터를 회전시킴으로써 배기 가스를 압축하여 이동시키고, 흡입구에 설치된 밀폐된 공간을 감압하도록 배기를 행한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 특히, 중진공 또는 양호한 진공이 얻어지도록 배기를 행하는 경우에는, 배기 가스의 흡입구부터 토출구에 걸쳐 복수의 펌프실을 직렬로 접속한 다단식 드라이 펌프가 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
드라이 펌프를 운전하면, 배기 가스가 펌프실에서 압축되어 발열하여 실린더의 온도가 상승한다. 실린더의 온도가 상승하면 배기 효율이 저하된다. 이 때문에, 종래 실린더의 외주 부분에 냉매를 통과시키는 냉매 통로를 형성하고, 실린더 전체를 균일하게 냉각하는 드라이 펌프가 알려져 있다.
특허문헌 1: 특표 2004-506140호 공보 특허문헌 2: 특개 2003-166483호 공보
그러나, 다단식 드라이 펌프는 그 구조상 대기측(토출측)에 가까운 펌프실일수록 내압이 높아질 수 있다. 이 때문에, 대기측(토출측)에 가까운 펌프실일수록 발열량도 커질 수 있다. 종래와 같이 실린더 전체를 냉매 등으로 균일하게 냉각하는 구조에서는, 펌프실끼리에서 온도 차가 생겨 드라이 펌프 전체를 균일한 온도로 유지할 수 없다. 드라이 펌프의 내부에서 온도에 치우침이 생기면, 드라이 펌프가 국부적으로 변형, 팽창하는 등 배기 효율이 저하되는 과제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 국부적인 온도의 불균일을 저감함으로써 배기 효율을 높이는 것이 가능한 드라이 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 드라이 펌프를 제공하였다.
즉, 본 발명의 드라이 펌프는, 복수의 실린더, 상기 복수의 실린더에 각각 형성된 펌프실, 서로 인접하는 상기 펌프실끼리를 구획하는 격벽, 상기 펌프실의 내부에 수용된 복수의 로터, 상기 로터의 회전축인 로터 샤프트, 상기 격벽의 내부에 형성되고, 냉매를 유통시키는 냉매 통로를 포함한다.
본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 냉매 통로는, 서로 내압이 다른 복수의 상기 펌프실 중에서 적어도 가장 고압측의 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 냉매 통로는, 흡입측에서 토출측으로 향하여 직렬로 접속된 복수의 상기 펌프실 중에서 적어도 가장 토출측의 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 냉매 통로는, 서로 내압이 다른 복수의 상기 펌프실 중에서 적어도 운전시에 가장 고온이 되는 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 드라이 펌프에 의하면, 복수의 펌프실 중에서 가장 고압측이 되는 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 냉매 통로를 형성하고, 냉매를 흘려 보냄으로써 대기측(토출측)에 가까운 펌프실을 효율적으로 냉각할 수 있다. 그 결과, 대기측(토출측)에 가까운 펌프실과 그 전단에 배치된 펌프실 간에 생기는 온도의 불균형을 해소한다. 대기측(토출측)에 가까운 펌프실을 특히 집중하여 냉각함으로써 로터의 회전수를 상승시킬 수 있고, 배기 효율을 높여 효율적으로 운전하는 것이 가능한 드라이 펌프를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 드라이 펌프에 의하면, 운전시에 가장 고온이 되는 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 냉매 통로를 형성하고, 냉매를 흘려 보냄으로써 가장 고온이 되는 펌프실을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 드라이 펌프를 도시하는 측면 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 드라이 펌프를 도시하는 정면 단면도이다.
도 3은, 실시예에서의 검증 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 드라이 펌프의 최량의 형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시형태는, 발명의 취지를 더욱 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명한다. 본 발명의 기술 범위는 하기의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다. 또한, 이하의 설명에서 이용하는 각 도면에서는, 각 구성 요소를 도면 상에서 인식할 수 있는 정도의 크기로 하기 때문에, 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 하고 있다.
도 1은, 본 발명의 드라이 펌프를 도시하는 측면 단면도이다. 또한, 도 2는 도 1의 A-A선에서의 정면 단면도이다. 다단식의 드라이 펌프(1)는, 서로 두께가 다른 복수의 로터(21, 22, 23, 24, 25)가 각각 실린더(31, 32, 33, 34, 35)에 수용된다. 그리고, 로터 샤프트(20)의 축방향(L)을 따라 복수의 펌프실(11, 12, 13, 14, 15)이 형성되어 있다.
드라이 펌프(1)는, 한 쌍의 로터(25a, 25b)와 한 쌍의 로터 샤프트(20a, 20b)를 구비하고 있다. 한 쌍의 로터(25a, 25b)는, 한쪽의 로터(25a)(제1 로터)의 볼록부(29p)와 다른 쪽의 로터(25b)(제2 로터)의 오목부(29q)가 맞물리도록 배치되어 있다. 로터(25a, 25b)는, 로터 샤프트(20a, 20b)의 회전에 따라 실린더(35a, 35b)의 내부를 회전한다. 한 쌍의 로터 샤프트(20a, 20b) 각각을 서로 역방향으로 회전시키면, 로터(25a, 25b) 각각의 볼록부(29p)의 사이에 배치된 가스가 실린더(35a, 35b)의 내면을 따라 이동하여 토출구(6)에서 압축된다.
로터 샤프트(20)의 축방향(L)을 따라 복수의 로터(21~25)가 배치되어 있다. 각 로터(21~25)는, 로터 샤프트(20)의 외주면에 형성된 홈부(26)에 맞물려 둘레방향 및 축방향으로의 이동이 규제되어 있다. 각 로터(21~25)가 각각 실린더(31~35)에 수용되어 복수의 펌프실(11~15)이 구성되어 있다. 각 펌프실(11~15)은, 배기 가스의 흡입구(5)에서 토출구(6)로 향하여 직렬로 접속되어 다단식의 드라이 펌프(1)가 구성되어 있다.
복수의 펌프실(11~15) 중에서 흡입구(5)에 접하는 펌프실(제1단 펌프실)(11)이 진공측, 즉 저압측이다. 또한, 토출구(6)에 접하는 펌프실(제5단 펌프실)(15)이 상압측, 즉 고압측이다. 또한, 펌프실(11)과 펌프실(15) 사이에는, 펌프실(12)(제2단 펌프실), 펌프실(13)(제3단 펌프실) 및 펌프실(14)(제4단 펌프실)이 설치되어 있다.
이 구성에서는, 흡입구(5)(진공측, 저압단)의 제1단 펌프실(11)부터 토출구(6)(대기측, 고압단)의 제5단 펌프실(15)에 걸쳐 배기 가스가 압축되어 압력이 상승하므로, 펌프실의 배기 용량은 단계적으로 작아진다.
구체적으로, 진공측의 제1단 펌프실(11)에서 압축된 가스는 제2단 펌프실(12)로 유동한다. 제2단 펌프실(12)에서 압축된 가스는 제3단 펌프실(13)로 유동한다. 제3단 펌프실(13)에서 압축된 가스는 제4단 펌프실(14)로 유동한다. 제4단 펌프실(14)에서 압축된 가스는 제5단 펌프실(15)로 유동한다. 제5단 펌프실(15)에서 압축된 가스는 토출구(6)로부터 배기된다. 따라서, 흡입구(5)로부터 공급된 가스는 펌프실(11~15)을 통해 서서히 압축되어 토출구(6)로부터 배기된다.
펌프실(11~15)의 배기 용량은 로터의 소출 용적 및 회전수에 비례한다. 로터의 소출 용적은 로터의 엽수(블레이드의 수, 볼록부의 개수) 및 두께에 비례하기 때문에, 저압단 펌프실(11)에서 고압단 펌프실(15)로 향하여 두께가 서서히 얇아지도록 로터의 두께가 설정되어 있다. 또, 본 실시형태에서의 드라이 펌프(1)에서는, 제1단 펌프실(11)이 후술하는 자유 베어링(56) 측에, 제5단 펌프실(15)이 고정 베어링(54) 측에 배치되어 있다.
실린더(31~35)는 센터 실린더(30)의 내부에 형성되어 있다. 센터 실린더(30)의 축방향 양단부에는 사이드 실린더(44, 46)가 고착되어 있다. 한 쌍의 사이드 실린더(44, 46)에는 각각 베어링(54, 56)이 고정되어 있다.
한쪽의 사이드 실린더(44)(제1 사이드 실린더)에 고정된 제1 베어링(54)은 앵귤러 베어링 등의 축방향의 여유분이 작은 베어링으로, 로터 샤프트의 축방향의 이동을 규제하는 고정 베어링(54)으로서 기능한다. 사이드 실린더(44)에는, 고정 베어링(54)의 윤활유(58)가 봉입되어 있는 것이 바람직하다. 다른 쪽의 사이드 실린더(46)(제2 사이드 실린더)에 고정된 제2 베어링(56)은 볼 베어링 등의 축방향의 여유분이 큰 베어링으로, 로터 샤프트의 축방향의 이동을 허용하는 자유 베어링(56)으로서 기능한다. 고정 베어링(54)은 로터 샤프트(20)의 중앙부 부근을 회전 자유자재로 지지하고, 자유 베어링(56)은 로터 샤프트(20)의 단부 부근을 회전 자유자재로 지지하고 있다.
자유 베어링(56)을 덮도록 사이드 실린더(46)에 캡(48)이 장착되어 있다. 캡(48)의 내측에는, 자유 베어링(56)의 윤활유(58)가 봉입되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 사이드 실린더(44)에는 모터 하우징(42)이 고착되어 있다.
모터 하우징의 내측에는, DC 브러시리스 모터 등의 모터(52)가 배치되어 있다. 모터(52)는, 한 쌍의 로터 샤프트(20a, 20b) 중에서 한쪽의 로터 샤프트(20a)(제1 로터 샤프트)에만 회전 구동력을 부여한다. 다른 쪽의 로터 샤프트(20b)(제2 로터 샤프트)에는, 모터(52)와 고정 베어링(54) 사이에 배치된 타이밍 기어(53)를 개재하여 회전 구동력이 전달된다.
복수의 펌프실(11~15)은, 서로 인접하는 펌프실끼리의 사이를 격벽(36~39)에 의해 구획되어 있다. 이 격벽(36~39)은, 예를 들면 센터 실린더(30)와 일체의 재료로 형성되어 있다.
여기서, 격벽(36)(제1 격벽)은 펌프실(11, 12) 사이에 설치되어 있다. 격벽(37)(제2 격벽)은 펌프실(12, 13) 사이에 설치되어 있다. 격벽(38)(제3 격벽)은 펌프실(13, 14) 사이에 설치되어 있다. 격벽(39)(제4 격벽)은 펌프실(14, 15) 사이에 설치되어 있다.
격벽(36~39) 중에서 가장 고압측이 되는 제5단 펌프실(15)에 인접한 격벽, 즉 토출구(6)(대기측, 고압단)에 접하는 제5단 펌프실(15)과 그 전단의 제4단 펌프실(14)을 구획하는 격벽(39)의 내부에는 냉매 통로(38)가 형성되어 있다.
냉매 통로(38)는, 격벽(39)의 내부에서, 예를 들면 대략 U자형으로 연장되는 단면 원형의 관형상 유로이다. 이 냉매 통로(38)의 내부에 예를 들면 냉매(C)로서 물을 유통시킴으로써, 격벽(39)이 넓은 범위에서 효율적으로 냉각된다. 즉, 격벽(39)에 의해 구획되는 고압측의 제5단 펌프실(15)은 측면이 넓은 범위에서 집중적으로 냉각된다.
또, 냉매 통로(38)의 일단(38a)측은 냉매 공급원(도시생략)에 접속되어 있다. 또한, 격벽(39)의 내부를 순환한 냉매 통로(38)는 격벽(36~38)의 내부로 끌고 다니지 않고 센터 실린더(30)의 외주 부분(30a)에만 통과된다. 이에 의해, 펌프실(12~14)은 펌프실(15)을 냉각하기 위한 냉각력보다도 약한 냉각력으로 외주측으로부터 냉각된다.
이러한 드라이 펌프(1)를 운전하면, 로터의 압축일 등에 의해 발열한다. 그리고, 일반적으로 양호한 도달 압력을 얻고자 하는 경우, 각각의 펌프실(11~15)의 발열량은 도달 압력에 가까운 영역이 되는 고압측(토출측)에 가까운 펌프실일수록 내압이 높아지기 때문에 발열량도 커진다. 즉, 펌프실(11)에서 펌프실(15)로 향할수록 발열량이 많아지고, 고압측이 되는 제5단 펌프실(15)이 가장 고온이 된다.
제5단 펌프실(15)을 구획하는 격벽(39)의 내부에 냉매 통로(38)를 형성하고, 냉매(C)를 흘려 보냄으로써 가장 고온이 되는 제5단 펌프실(15)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 그 결과, 제5단 펌프실(15)과 그 전단인 펌프실(11~14) 간에 생기는 온도의 불균형을 해소한다. 고압측(토출측)의 제5단 펌프실(15)을 특히 집중하여 냉각함으로써 로터의 회전수를 상승시킬 수 있고, 배기 효율을 높여 효율적으로 운전하는 것이 가능한 드라이 펌프(1)를 실현할 수 있다. 또한, 가장 발열이 많은 제5단 펌프실(15)의 온도 상승이 억제되므로, 로터(25)의 구성 재료의 변질을 방지할 수 있다.
또, 냉매 통로는 적어도 고압측(토출측)의 펌프실(15)을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있으면 되는데, 전단인 펌프실(11~14)을 구획하는 격벽의 내부에도 형성해도 된다. 그 경우, 격벽(39)에서 격벽(36)으로 향하여 냉매 통로가 형성되는 범위(예를 들면, 냉매 통로가 형성되는 영역의 크기(면적) 또는 냉매 통로의 길이 등)를 단계적으로 작게 하여 펌프실(11~15) 각각의 발열량에 따라 냉각 능력을 단계적으로 변화시키는 것이 바람직하다.
또한, 냉매 통로는 드라이 펌프의 운전 조건에 따라 발열량이 최대가 되는 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있으면 된다. 즉, 운전 조건에 따라서 반드시 고압측(토출측)의 펌프실의 발열량이 최대가 되는 것은 아니다. 이 때문에, 예를 들면 발열량이 최대가 되는 펌프실이 저압측(흡입측)인 경우에는, 저압측(흡입측)에 인접하는 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 냉매 통로를 형성하면 된다.
실시예
본 발명의 효과를 검증한 실시예를 이하에 나타낸다. 본 발명예로서, 도 1, 2에 도시된 바와 같은 격벽(39)의 내부에 냉매 통로(35)를 형성하여 대기측(토출측)의 제5단 펌프실(15)을 냉각한 드라이 펌프를 이용하였다. 또한, 비교예로서, 대기측(토출측)의 펌프실을 구획하는 격벽에 특별히 냉매 통로를 형성하지 않은 종래의 드라이 펌프를 이용하였다.
이러한 본 발명예의 드라이 펌프와 비교예의 드라이 펌프를 각각 일정 시간 운전하여, 대기측(토출측)의 펌프실의 온도, 진공측(흡입측)의 펌프실의 온도 및 이 사이에 배치된 펌프실의 온도를 측정하였다. 이 측정 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3에 나타내는 측정 결과에 의하면, 본 발명예의 드라이 펌프는 비교예의 드라이 펌프보다도 전체적으로 펌프실의 온도를 낮게 할 수 있었다. 특히, 본 발명예의 드라이 펌프는, 대기측(토출측)의 펌프실의 온도가 비교예의 드라이 펌프에 비해 대폭적으로 저감되어 전체적인 온도 분포가 안정되는 것이 확인되었다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은, 국부적인 온도의 불균일을 저감함으로써 배기 효율을 높이는 것이 가능한 드라이 펌프에 유용하다.
1 드라이 펌프
5 흡입구
6 토출구
11~15 펌프실
36~39 격벽
38 냉매 통로

Claims (4)

  1. 드라이 펌프로서,
    복수의 실린더;
    상기 복수의 실린더에 각각 형성된 펌프실;
    서로 인접하는 상기 펌프실끼리를 구획하는 격벽;
    상기 펌프실의 내부에 수용된 복수의 로터;
    상기 로터의 회전축인 로터 샤프트;
    상기 격벽의 내부에 형성되고, 냉매를 유통시키는 냉매 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 통로는, 서로 내압이 다른 복수의 상기 펌프실 중에서 적어도 가장 고압측의 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 통로는, 흡입측에서 토출측으로 향하여 직렬로 접속된 복수의 상기 펌프실 중에서 적어도 가장 토출측의 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 통로는, 서로 내압이 다른 복수의 상기 펌프실 중에서 적어도 운전시에 가장 고온이 되는 펌프실을 구획하는 격벽의 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
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