KR20120036354A

KR20120036354A - 드라이 펌프

Info

Publication number: KR20120036354A
Application number: KR1020127002956A
Authority: KR
Inventors: 도시오 스즈키; 도모나리 다나카
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-04-17
Also published as: EP2466141A4; US8512016B2; EP2466141A1; CN102472285A; WO2011019048A1; TW201111635A; KR101340975B1; US20120134867A1; JPWO2011019048A1

Abstract

본 발명은 흡입구에 연통하는 상단 펌프실과 토출구에 연통하는 하단 펌프실을 포함하는 복수의 펌프실; 상기 복수의 펌프실의 내부에 각각 수용되는 복수의 로터; 상기 로터의 회전축인 로터 샤프트; 상기 로터 샤프트의 축심방향에 대해 교차하고, 상기 하단 펌프실에 인접하여 통기공이 형성된 측면;을 구비하는 센터 실린더와, 상기 통기공을 포함하는 상기 측면을 덮음으로써 공간을 형성하는 사이드 커버를 구비하는 드라이 펌프를 제공한다.

Description

드라이 펌프{Dry pump}

본 발명은 용적 이송형의 드라이 펌프에 관한 것이다.

본원은 2009년 8월 14일에 출원된 일본특허출원 2009-187974호에 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 배기가스를 압축하여 이동시키고, 흡입구에 설치된 밀폐된 공간을 감압하도록 배기를 행한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 특히, 중진공 또는 양호한 진공이 밀폐된 공간에서 얻어지도록 배기를 행하는 경우에는, 센터 실린더 내에 복수의 펌프실을 형성하고, 이 복수의 펌프실을 배기가스의 흡입구로부터 토출구로 향하여 직렬로 접속한 다단식 드라이 펌프가 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

드라이 펌프를 운전하면, 배기가스가 펌프실에서 압축되어 발열하여 실린더의 온도가 상승한다. 예를 들면, 다단식 드라이 펌프는 일반적으로 양호한 도달 압력을 얻고자 한 경우, 도달 압력에 가까운 대기측(토출측) 펌프실에 배치된 펌프실의 내압(內壓)이 진공측에 배치된 펌프실의 내압보다도 높아진다. 이 때문에, 대기압측에 배치된 펌프실에서의 발열량이 커진다.

이 때문에, 예를 들면 외주 기체 유로를 냉각액조에 의해 냉각하고, 이 외주 기체 유로를 흐르는 가스의 일부를 펌프실에 도입하기 위한 역류구를 형성한 다단식 드라이 펌프가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조). 이러한 펌프실의 냉각 방식은 역류 냉각이라고 불리고, 냉각액조에 의해 냉각된 가스의 일부를 펌프실에 도입함(역류시킴)으로써 펌프실의 온도 상승을 억제할 수 있다.

특허문헌 1: 일본공표특허 2004-506140호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 2003-166483호 공보 특허문헌 3: 일본공개특허 평8-100778호 공보

그러나, 상술한 바와 같은 역류 냉각 방식의 다단식 드라이 펌프는 외주 기체 유로와 펌프실 사이에 역류구를 형성할 필요가 있어 센터 실린더의 구조가 복잡해지기 때문에, 제조비용이 높고 유지보수에 필요한 작업 부담이 증가하는 과제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 국부적인 온도의 불균일을 저감시킴으로써 배기효율을 높이는 것이 가능한 드라이 펌프를 저비용으로 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 드라이 펌프를 제공한다.

즉, 본 발명의 드라이 펌프는, 흡입구에 연통하는 상단 펌프실과 토출구에 연통하는 하단 펌프실을 포함하는 복수의 펌프실; 상기 복수의 펌프실의 내부에 각각 수용되는 복수의 로터; 상기 로터의 회전축인 로터 샤프트; 상기 로터 샤프트의 축심방향에 대해 교차하고, 상기 하단 펌프실에 인접하여 통기공이 형성된 측면;을 구비하는 센터 실린더와, 상기 통기공을 포함하는 상기 측면을 덮음으로써 공간을 형성하는 사이드 커버를 가진다.

본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 통기공이 서로 내압이 다른 상기 복수의 펌프실 중에서 가장 고압인 펌프실과 상기 공간을 연통시켜도 된다.

본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 공간이, 상기 사이드 커버에 형성된 오목부와 상기 측면에 의해 구획되어도 된다.

본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 공간이, 상기 측면에 형성된 오목부와 상기 사이드 커버에 의해 구획되어도 된다.

본 발명의 드라이 펌프에서는, 상기 사이드 커버의 외면에 요철부가 형성되어도 된다.

드라이 펌프는 로터의 압축일 등에 의해 발열한다. 그리고, 각각의 펌프실의 발열량은 일반적으로 양호한 도달 압력을 얻고자 한 경우, 도달 압력에 가까운 대기측(토출측) 펌프실일수록 내압이 높아진다. 본 발명의 드라이 펌프에서는, 펌프실에 유입된 가스의 일부는 센터 실린더의 측면에 형성된 통기공을 통해, 사이드 커버와 센터 실린더의 측면 사이에 형성된 공간(기밀실; 氣密室)에 유입된다.

사이드 커버는 넓은 면적에서 외기에 접해 있으므로, 공간 내의 열은 신속히 사이드 커버에 의해 방열된다. 즉, 펌프실에 유입된 가스의 일부를 공간 내에 유입시킴으로써, 발열이 많은 펌프실의 온도 상승을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 드라이 펌프의 일례를 나타내는 측면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 드라이 펌프의 일례를 나타내는 정면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 드라이 펌프의 변형예를 나타내는 정면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 드라이 펌프의 변형예를 나타내는 측면 단면도이다.
도 5a는 흡입구 압력과 배기 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 흡입구 압력과 동력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 흡입구 압력과 펌프 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 관한 드라이 펌프의 실시형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 여기서는, 본 발명의 실시형태를 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명한다. 본 발명의 기술범위는 하기의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다. 또한, 이하의 설명에서 이용하는 각 도면에서는, 각 구성요소를 도면 상에서 인식할 수 있는 정도의 크기로 하기 때문에, 각 구성요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 하고 있다.

도 1은 본 발명의 드라이 펌프를 나타내는 측면 단면도이다. 또한, 도 2는 도 1의 A-A선을 따라 얻어지는 정면 단면도이다. 다단식의 드라이 펌프(1)는 센터 실린더(30), 이 센터 실린더(30)의 양 측면(30a, 30b)에 각각 고정되는 사이드 커버(44)(제1 사이드 커버), 부사이드 커버(46)(제2 사이드 커버)를 구비하고 있다. 센터 실린더(30)에는 실린더(31, 32, 33, 34, 35)가 형성되어 있다.

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 축심방향(L)을 따라 복수의 펌프실(11, 12, 13, 14, 15)이 형성되어 있다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 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 내부에서 회전한다. 한 쌍의 로터 샤프트(20a, 20b) 각각을 서로 반대방향으로 회전시키면, 로터(25a, 25b) 각각의 볼록부(29p)의 사이에 배치된 가스가 실린더(35a, 35b)의 내면을 따라 이동하면서 압축된다.

로터 샤프트(20)의 축심방향(L)을 따라 복수의 로터(21~25)가 배치되어 있다. 각 로터(21~25)는 로터 샤프트(20)의 외주면에 형성된 홈부(26)에 걸어맞추어져서, 둘레방향 및 축심방향(L)으로의 이동이 규제되고 있다. 각 로터(21~25)가 각각 실린더(31~35)에 수용되어 복수의 펌프실(11~15)이 구성되어 있다. 각 펌프실(11~15)은 배기가스의 흡입구(5)로부터 토출구(6)로 향하여 직렬로 접속되어 다단식의 드라이 펌프(1)가 구성되어 있다.

복수의 펌프실(11~15) 중에서 흡입구(5)에 연통하는 제1단 펌프실(상단 펌프실)(11)이 진공측, 즉 저압측이다. 또한, 토출구(6)에 연통하는 제5단 펌프실(하단 펌프실)(15)이 상압(常壓)측, 즉 고압측이다. 또한, 제1단 펌프실(11)(상단 펌프실)과 제5단 펌프실(15)(하단 펌프실)의 사이에는 제2단 펌프실(12)(중단 펌프실), 제3단 펌프실(13)(중단 펌프실) 및 제4단 펌프실(14)(중단 펌프실)이 설치되어 있다. 이 구성에서는, 흡입구(5)(진공측, 저압단)의 제1단 펌프실(11)로부터 토출구(6)(대기측, 고압단)의 제5단 펌프실(15)로 향하여 배기가스가 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 퍼냄 용적 및 회전수에 비례한다. 로터의 퍼냄 용적은 로터의 잎의 개수(블레이드의 수, 볼록부의 개수) 및 두께에 비례하기 때문에, 저압단 펌프실(11)로부터 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 축심방향(L)의 단부(30a)에 사이드 커버(44)가, 또한 센터 실린더(30)의 단부(30b)에 부사이드 커버(46)가 각각 고정되어 있다. 이들 한 쌍의 사이드 커버(44), 부사이드 커버(46)에는 각각 베어링(54, 56)이 고정되어 있다.

사이드 커버(44)에 고정된 제1 베어링(54)은, 앵귤러 베어링 등의 축심방향의 유동이 작은 베어링으로, 로터 샤프트의 축심방향의 이동을 규제하는 고정 베어링(54)으로서 기능한다. 사이드 커버(44)에 고정되는 모터 하우징(42)은, 고정 베어링(54)의 윤활유(58)를 보유하고 있는 것이 바람직하다. 부사이드 커버(46)에 고정된 제2 베어링(56)은 볼 베어링 등의 축심방향의 유동이 큰 베어링으로, 로터 샤프트의 축심방향의 이동을 허용하는 자유 베어링(56)으로서 기능한다. 고정 베어링(54)은 로터 샤프트(20)의 중앙부 부근을 회전이 자유롭게 지지하고, 자유 베어링(56)은 로터 샤프트(20)의 단부 부근을 회전이 자유롭게 지지하고 있다.

자유 베어링(56)을 덮도록 부사이드 커버(46)에 캡(48)이 장착되어 있다. 캡(48)의 내측은 자유 베어링(56)의 윤활유(58)를 보유하고 있는 것이 바람직하다. 한편, 사이드 커버(44)에는 모터 하우징(42)이 고정되어 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)의 사이에 배치된 타이밍 기어(53)를 통해 회전 구동력이 전달된다.

센터 실린더(30)의 외주 부분에는 냉매 통로(38)가 형성되어 있다. 냉매 통로(38)에는, 예를 들면 냉매로서 물이 흘러 펌프실(12~15)을 냉각시킨다.

사이드 커버(44)에는, 센터 실린더(30)의 측면(30a)에 접하는 면으로부터 로터 샤프트(20)의 축심방향(L)으로 향하여 오목부(61)가 형성되어 있다. 사이드 커버(44)는, 이 오목부(61)보다 외측, 즉 주연부에서 센터 실린더(30)의 측면(30a)에 고정된다. 이러한 구성에 의해, 사이드 커버(44)와 센터 실린더(30)의 측면(30a) 사이에는 오목부(61) 및 센터 실린더(30)의 측면(30a)에 의해 구획된 소정 넓이의 공간(62)(기밀실)이 형성된다.

또한, 사이드 커버(44)의 외주면에는 요철(65)이 형성되어 있다. 이 요철(65)은 사이드 커버(44)의 외주면의 표면적을 증가시킨다. 그리고, 요철(65)은 공간(62)으로부터 사이드 커버(44)에 전달된 열을 방열하여 방열성을 높이고 있다. 즉, 외기가 공간(62)을 냉각하는 효과를 촉진시킨다.

한편, 센터 실린더(30)의 측면(30a)에는, 공간(62)에 인접하는 펌프실(15)과 공간(62)의 사이를 연통시키는 통기공(63)이 형성된다. 이 통기공(63)은, 서로 내압이 다른 복수의 펌프실(11~15) 중에서 가장 고압측인 펌프실(15)과 공간(62)의 사이에서 가스의 일부를 유출입 가능하게 한다.

이러한 통기공(63)은, 센터 실린더(30)의 측면(30a)에 복수개 형성되어 있으면 된다. 예를 들면, 도 2에서는, 토출구(6)에 가까운 영역에서 2개의 비교적 작은 통기공(63a, 63b)과 그것보다도 큰 통기공(63c)의 합계 3개의 통기공(63)이 형성되어 있다.

이상과 같은 구성의 본 실시형태의 드라이 펌프(1)를 운전하면, 드라이 펌프(1)는 로터의 압축일 등에 의해 발열한다. 그리고, 각각의 펌프실(11~15)의 발열량은 고압측(토출측)에 가까운 펌프실일수록 내압이 높아지는 경우가 있어 발열량도 커진다. 즉, 펌프실(11)에서 펌프실(15)로 향하여 발열량이 많아져 고압측인 제5단 펌프실(15)이 가장 고온이 되는 경우가 있다.

그러나, 본 실시형태의 드라이 펌프(1)에서는, 제4단 펌프실(14)로부터 제5단 펌프실(15)로 유입된 가스의 일부는, 센터 실린더(30)의 측면(30a)에 형성된 통기공(63)을 통해, 사이드 커버(44)와 센터 실린더(30)의 측면(30a) 사이에 형성한 공간(62)으로 유입된다(도 1의 점선 화살표(R)).

사이드 커버(44)는 넓은 면적에서 외기에 접하고, 요철(65)을 더 형성함으로써 사이드 커버(44)의 표면적이 증가하므로, 사이드 커버(44)의 오목부(61)에 생긴 열은 신속히 사이드 커버(44)에 의해 방열된다. 이에 의해, 제5단 펌프실(15)로 유입된 가스의 일부를 공간(62)으로 유입시킴으로써, 가장 발열이 많은 제5단 펌프실(15)의 온도 상승을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.

게다가, 이러한 대기측(고압단)의 제5단 펌프실(15)의 냉각은, 오목부(61)를 가지는 사이드 커버(44)에 의해 공간(62)을 형성하고, 센터 실린더(30)의 측면(30a)과 제5단 펌프실(15)의 사이에 통기공(63)을 여는 것만으로 실현할 수 있다. 따라서, 대기측(고압단)의 펌프실을 확실히 냉각 가능한 드라이 펌프를 간이한 구성으로 저비용으로 실현할 수 있다.

또, 통기공(63)의 형성 개수 및 배치 패턴은 대기측(고압단)의 펌프실의 승온의 정도에 따라 임의로 선택되면 된다. 예를 들면, 도 3에 도시된 드라이 펌프(70)의 변형예에서의 센터 실린더(71)의 측면(71a)에는, 4개의 비교적 작은 통기공(73a, 73b, 73c, 73d)과 그것보다도 큰 통기공(73e)의 합계 5개의 통기공(73)이 형성되어 있다. 이에 의해, 공간(76)과 대기측(고압단)의 펌프실(77) 사이에서 가스의 유통성을 높여 펌프실(77)의 승온 억제 효과를 높이고 있다.

공간은 사이드 커버에 오목부를 형성하는 것 이외에도, 예를 들면 센터 실린더의 측면에 오목부를 형성함으로써도 실현할 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시형태의 변형예를 나타내는 측면 단면도이다. 또, 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성은 동일한 번호를 부여하고 쓸데없는 설명을 생략한다. 이 드라이 펌프(80)에서는, 센터 실린더(81)의 한쪽의 측면(81a)으로부터 로터 샤프트(20)의 축심방향(L)으로 향하여 오목부(82)가 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 사이드 커버(84)와 센터 실린더(81)의 측면(81a) 사이에는 오목부(82) 및 사이드 커버(84)에 의해 구획된 소정 넓이의 공간(85)이 형성된다.

한편, 센터 실린더(81)의 측면(81a), 즉 오목부(82)의 바닥면에는, 공간(85)에 인접하는 펌프실(15)과 공간(85)의 사이를 연통시키는 통기공(87)이 형성된다. 이러한 구성의 드라이 펌프(80)에서도, 제5단 펌프실(15)로 유입된 가스의 일부를 공간(85)으로 유입시켜 사이드 커버(84)를 통해 방열할 수 있다. 이에 의해, 일반적으로 양호한 도달 압력을 얻고자 한 경우에 가장 발열이 많은 펌프실, 예를 들면 제5단 펌프실(15)의 온도 상승을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.

<실시예>

본 발명의 효과를 검증한 실시예를 이하에 나타낸다. 본 실시예로서, 도 1, 2에 도시된 바와 같은 센터 실린더(30)의 측면(30a)과 사이드 커버(44)의 사이에 공간(62)이 형성되고, 또한 인접하는 펌프실(15)과 공간(62)의 사이를 연통시키는 통기공(63)이 형성된 드라이 펌프를 이용하였다. 또, 통기공의 크기(개구경)가 큰 드라이 펌프와 작은 드라이 펌프의 2종류를 준비하였다.

또한, 비교예로서 본 발명과 같은 공간이나 통기공 등이 없는 종래의 드라이 펌프를 준비하였다.

이러한 본 발명예의 드라이 펌프(2종류)와 비교예의 드라이 펌프를 각각 운전하여 흡입구의 압력을 단계적으로 변화시켜 배기속도, 동력, 펌프 온도를 각각 측정하였다. 이러한 검증 결과를 도 5a 내지 도 5c에 나타낸다.

도 5a 내지 도 5c에 도시된 검증 결과에 의하면, 본 실시예의 드라이 펌프는 펌프실과 공간을 연통시키는 통기공을 형성함으로써, 동력 및 펌프 온도를 비교예의 드라이 펌프보다도 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다. 특히, 통기공의 크기(개구경)가 클수록 그 효과(냉각효과)도 큰 것이 확인되었다. 한편으로, 통기공을 형성해도 배기 속도는 크게 저하되지 않는 것도 확인되었다.

본 발명에 의하면, 국부적인 온도의 불균일을 저감함으로써 배기효율을 높이는 것이 가능한 드라이 펌프를 저비용으로 제공할 수 있다. 이 때문에, 본 발명은 산업상이용가능성을 충분히 가진다.

1 드라이 펌프
5 흡입구
6 토출구
11~15 펌프실
30 센터 실린더
30a 측면
44 사이드 커버
46 부사이드 커버
61 오목부
62 공간(기밀실)
65 요철

Claims

드라이 펌프로서,
흡입구에 연통하는 상단 펌프실과, 토출구에 연통하는 하단 펌프실을 포함하는 복수의 펌프실;
상기 복수의 펌프실의 내부에 각각 수용되는 복수의 로터;
상기 로터의 회전축인 로터 샤프트;
상기 로터 샤프트의 축심방향에 대해 교차하고, 상기 하단 펌프실에 인접하여 통기공이 형성된 측면;을 구비하는 센터 실린더와,
상기 통기공을 포함하는 상기 측면을 덮음으로써 공간을 형성하는 사이드 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항에 있어서,
상기 통기공은, 서로 내압이 다른 상기 복수의 펌프실 중에서 가장 고압인 펌프실과 상기 공간을 연통시키는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공간은, 상기 사이드 커버에 형성된 오목부와 상기 측면에 의해 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공간은, 상기 측면에 형성된 오목부와 상기 사이드 커버에 의해 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 사이드 커버의 외면에는 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드라이 펌프.