KR20160002120U - 진공 시스템 관 커플링 - Google Patents

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Abstract

진공 시스템 관 커플링(20)은 제 1 커플링 부재(24) 및 제 2 커플링 부재(28)를 포함한다. 진공 시스템 관 커플링은 제 1 커플링 부재와 제 2 커플링 부재 사이를 밀봉하도록 위치되는 밀봉 시스템(32)과, 제 1 커플링 부재를 제 2 커플링 부재에 탈착 가능하게 고정하는 고정 시스템을 구비한다. 밀봉 시스템(32)은 내측 밀봉 요소(36)와, 이 내측 밀봉 요소로부터 이격된 외측 밀봉 요소(38)를 구비한다. 제 1 커플링 부재에는, 내측 밀봉 요소의 고장 시에, 관 커플링을 통해 유동하는 유체로부터 외측 밀봉 요소를 차폐시키기 위해 내측 밀봉 요소와 외측 밀봉 요소 사이의 공간(42)으로 가압 가스를 안내하도록 구성된 유로(40)가 구비된다.

Description

진공 시스템 관 커플링{VACUUM SYSTEM PIPE COUPLINGS}
본 고안은 진공 시스템 관 커플링에 관한 것이다.
진공 시스템의 배기 시스템의 배관을 결합하는 데에 진공 시스템 관 커플링이 사용될 수 있다. 상기 커플링은 플랜지를 구비하는 제 1 커플링 부재, 플랜지를 구비하는 제 2 커플링 부재, 상기 플랜지들 사이에 배치되어 그 플랜지들 사이를 밀봉하는 O링, 및 상기 플랜지들을 서로 탈착 가능하게 고정하는 클램프를 포함할 수 있다. 클램프는 O링을 압축할 수 있도록 플랜지에 축 방향 힘을 가한다.
진공 펌프는 할로겐 가스 및 용매를 포함한 부식성 유체의 상당한 양을 펌핑하는 것을 수반하는 응용 장치에 자주 배치된다. 그러한 물질은 관 커플링의 O링을 침식시키고, 그 결과 O링이 과도하게 유연(plastic)해지거나 아주 무르게(brittle) 된다. 이는 제공된 밀봉의 무결성에 영향을 준다.
O링에 대한 침식 강도는 예를 들어 펌핑되는 유체, O링을 만드는 재료, 및 펌프 온도를 포함한 다수의 변수에 따라 달라진다. 배기 시스템에서는, 배기 배관에 형성되는 응축을 방지하기 위해 사용되는 트레이스 가열의 영향이 또 다른 변수가 될 수 있다.
이러한 문제점들은 가스 조성물이 장비 내의 반응에 의해 변화되는 반도체 처리 장비에서 불소 등의 반응 가스를 펌핑할 때에는 특히 심각하다. 여기서, 공정 챔버에서 수용되는 가스 유동에 대한 심지어 정확한 지식조차도, 펌프에서 수용되고서 배기 시스템을 통해 배출되는 반응 가스의 양 또는 성질에 대해서는 아주 어설픈 예측자에 불과할 뿐이다.
본 고안은 청구항 1에 명기된 바와 같은 진공 시스템 관 커플링을 제공한다.
본 고안은 또한 청구항 15에 명기된 바와 같은 진공 시스템도 포함한다.
본 고안은 또한 청구항 29에 명기된 바와 같은 진공 시스템 관 커플링의 밀봉 시스템을 보호하는 방법도 포함한다.
본 고안은 또한 청구항 33에 명기된 바와 같은 진공 시스템 관 커플링도 포함한다.
아래에서 이어지는 개시에서는 다음과 같은 도면을 참조한다.
도 1은 진공 시스템 관 커플링을 포함하는 진공 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 진공 시스템 관 커플링을 관통한 종단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 진공 시스템 관 커플링의 상부 절반부의 확대도이다.
도 4는 진공 시스템 관 커플링의 밀봉 시스템의 단면도이다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 진공 시스템 관 커플링을 포함하는 관 시스템의 개략도이다.
도 6은 진공 시스템 관 커플링의 또 다른 밀봉 시스템의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 진공 시스템(10)은 처리 챔버(12); 처리 챔버를 진공 펌프(16)에 연결시키는 배관(14)(진공 펌프가 처리 챔버 및 도시가 생략된 배관에 바로 연결될 수도 있음); 및 진공 펌프로부터 이어져 나오며, 진공 펌프를 배기 배관(22)에 연결시키는 진공 시스템 관 커플링(20)을 포함하는 배기 시스템(18)을 포함한다. 배기 배관(22)은, 선택적으로는 필터 또는 트랩을 통해, 대기로 직접 배기시킬 수 있다. 대안적으로, 배기 배관은 배기를 진공 펌프로부터 추가 처리 장비로 안내할 수 있다. 진공 펌프에서 나오는 배기의 여과, 트랩, 및 처리는 모두가 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있어서 여기서는 더 이상 설명하지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 시스템 관 커플링(20)은 제 1 플랜지(26)를 갖는 제 1 커플링 부재(24), 제 2 플랜지(30)를 갖는 제 2 커플링 부재(28), 상기 두 개의 플랜지들 사이에 배치되어 그 플랜지들 사이를 밀봉하는 밀봉 시스템(32), 및 상기 제 1 플랜지를 상기 제 2 플랜지에 탈착 가능하게 고정하는 고정 시스템(34, 도 3)을 포함한다. 상기 밀봉 시스템(32)은 내측 밀봉 요소(36)와, 이 내측 밀봉 요소로부터 이격된 외측 밀봉 요소(38)를 포함한다. 상기 제 1 커플링 부재(24)에는 가압 가스를 상기 내측 밀봉 요소(36)와 상기 외측 밀봉 요소(38) 사이의 공간(42)으로 안내하는 유로(40)가 구비된다. 상기 가압 가스는 내측 밀봉 요소(36)가 고장 난 때에 외측 밀봉 요소(38)를 차폐할 수 있다.
제 1 커플링 부재(24)는 종축(44, 도 2)을 가지며, 한쪽이 제 1 플랜지(26)에 연결되고 반대쪽이 관 스터브(48)에 연결된 환형 중앙부(46)를 포함한다. 제 1 플랜지(26)는 제 1 커플링 부재(24)의 한 단부를 한정하는 평면형 밀봉면(50)과, 이 밀봉면의 대체로 반대쪽에 배치된 경사 클램핑면(52)을 포함한다. 경사 클램핑면(52)은 중앙부(46)로부터 외측으로 연장되고, 제 1 플랜지(26)가 반경 방향에서 외측 방향으로 좁아지도록 밀봉면(50)을 향해 경사진다.
유로(40)는 종축(44)에 대해 수직으로 연장되는 제 1 구멍(60)과, 이 제 1 구멍으로부터 상기 밀봉면(50)까지 연장되는 제 2 구멍(62)을 포함한다. 상기 제 2 구멍(62)은 클램핑면(52)과 동일한 방향으로 종축(44)에 대하여 경사지지만, 도시된 예에서는 소정의 다른 각도로 경사진다. 제 1 구멍(60)은 표준 공압 피팅(fitting)과의 연결이 이루어지도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 M5 피팅과의 연결을 위해 나사 가공될 수 있다.
제 2 커플링 부재(28)는 축(44, 68)이 진공 시스템 관 커플링(20)의 종축을 한정하도록 제 1 커플링 부재(24)의 종축(44)과 동축을 이루는 종축(68, 도 2)을 갖는다. 제 2 커플링 부재는 한쪽이 제 2 플랜지(30)와 연결되고 반대쪽이 관 스터브(72)와 연결된 중앙부(70)를 포함한다. 제 2 플랜지(30)는 제 2 커플링 부재(28)의 한 단부를 한정하는 평면형 밀봉면(74)과, 이 밀봉면의 대체로 반대쪽에 배치된 경사 클램핑면(76)을 포함한다. 경사 클램핑면(76)은 중앙부(70)로부터 외측으로 연장되고, 제 2 플랜지(30)가 반경 방향에서 외측 방향으로 좁아지도록 밀봉면(74)을 향해 경사진다. 두 개의 클램핑면(52, 76)이 서로 반대 방향으로 경사지고, 그래서 각각의 중앙부(46, 70)의 반경 방향 외측으로 배치된 두 개의 플랜지(26, 30)의 부분들은 대체로 절두 원추형인 횡단면을 나타낸다.
제 2 커플링 부재(28)는 상기 공간(42)으로부터 가압 가스를 받을 수 있도록 유로(80)를 포함한다. 유로(80)는 종축(68)에 대해 수직으로 연장되는 제 1 구멍(82)과, 이 제 1 구멍으로부터 상기 밀봉면(74)까지 연장되는 제 2 구멍(84)을 포함한다. 상기 제 2 구멍(84)은 클램핑면(76)과 동일한 방향으로 종축(68)에 대하여 경사지지만, 도시된 예에서는 소정의 다른 각도로 경사진다. 제 2 구멍(82)은 표준 공압 피팅과의 연결이 이루어지도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 M5 피팅과의 연결을 위해 나사 가공될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 커플링 부재(24, 28)는 임의의 적합한 금속 또는 엔지니어링 플라스틱 재료로 제조될 수 있고, 금속 주조될 수 있다. 도 2에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 제 1 및 제 2 커플링 부재(24, 28)는 상이한 직경의 관 스터브(48, 72)를 구비할 수 있다. 제 1 커플링 부재(24)는 상기 플랜지와 관 스터브의 외경이 표준 KF 또는 NW 피팅의 외경에 비례하게 대응하는 구성으로 도시된다. 유로(40)를 수용하기 위해, 제 1 플랜지(26)와 중앙부(46)의 내경은 표준 피팅에 비해 감소되고, 중앙부의 내면과 관 스터브(48)의 내면 사이에 테이퍼형 전이부(49)가 있다. 제 2 커플링 부재(28)는 표준 KF 또는 NW 피팅의 크기와 비교했을 때 관 스터브(72)에 관하여 지나치게 큰 제 2 플랜지(30)와 중앙부(70)를 구비함으로써 유로(80)를 수용한다. 예를 들어, 관 스터브(72)가 표준 NW40 피팅에 대응하는 크기를 가질 수 있고, 제 2 플랜지(30)와 중앙부(70)는 NW40 피팅에 비례하는 내경과 NW50 피팅에 비례하는 외경을 갖는다. 예시된 구성은 필수적인 것이 아니며 제 2 커플링 부재(28)는 제 1 커플링 부재(24)에 대응하는 크기를 가질 수 있고 그 반대도 가능함이 이해되어야 한다.
도 4에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38)는 일체형 웹(90)에 의해 연결되어서 단일체를 형성한다. 웹(90)은 내측 밀봉 요소(36)에 대한 외측 밀봉 요소(38)의 반경 방향 위치를 결정하는 스페이서로서 작용한다. 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38) 각각은 원형 단면을 가질 수 있고, 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 웹(90)은, 진공 시스템 관 커플링(20)의 종축에 평행한 방향에서, 내측 밀봉 요소(36)의 직경(폭)보다 작고 외측 밀봉 요소(38)의 직경(폭)보다 작은 폭 W를 가지고, 따라서 상기 밀봉 요소들이 제 1 플랜지(26)와 및 제 2 플랜지(30) 사이에 배치된 때, 대향하는 밀봉면(50, 74)과 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38) 사이에 공간(42)이 한정된다. 단면에서, 웹(90)은, 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38)의 (원주 방향으로 연장되는) 각각의 종축(92, 94)에 대해 수직으로 배치되며 그 종축과 동일 평면에 있는 종축을 가지고, 그에 따라 상기 웹은 밀봉 요소에 대하여 실질적으로 중앙에 배치된다. 따라서, 밀봉 시스템(32)이 진공 시스템 관 커플링(20)에 설치될 때, 웹(90)은 공간(42) 안에서 실질적으로 중앙에 배치된다. 웹에는, 유로(40)로부터 공급된 가압 가스가 웹의 양쪽에서 공간(42)에 채워질 수 있게 하는, 적어도 하나의 횡방향 통공(96)이 구비된다.
내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38)는 상이한 재료를 포함한다. 외측 밀봉 요소(38)는 비교적 우수한 기계적 특성, 예를 들어 탄성, 및 압축 영구 변형(compression set)에 대한 저항성을 갖는 재료들로부터 선택된 제 1 재료로 제조된다. 상기 제 1 재료는, 예를 들면, 듀퐁에서 제조 및 판매하는 바이톤(Viton®)과 같은 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)일 수 있다. 상기 제 2 재료는 진공 시스템 관 커플링(20)을 통해 흐를 수 있는 부식성 화학 물질의 침식에 대해 비교적 양호한 저항성을 갖거나 혹은 고온에서 비교적 양호한 안정성을 보이는 재료들로부터 선택된다. 제 2 재료는 듀퐁(DuPont)에서 제조하고 판매하는 칼레즈(Kalrez®) 등급이나 혹은 프리시젼 폴리머 엔지니어링 리미티드(Precision Polymer Engineering Ltd.)에서 제조 및 판매하는 퍼라스트(Perlast®) 등급의 퍼플루오로엘라스토머일 수 있다. 칼레즈(Kalrez®) 및 퍼라스트(Perlast®)는 모두가 특히 매우 부식성 화학 처리 및 반도체 웨이퍼 처리 장치에서 사용될 때에 진공 시스템 관 커플링(20)을 통해 흐르는 유형의 넓은 범위의 산업 및 전자 등급 부식성 화학 물질에 대해 안정적이고 긴 수명을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 퍼플루오로엘라스토머는 또한 비교적 양호한 고온 안정성을 갖는다. 칼레즈(Kalrez®) 및 퍼라스트(Perlast®)의 등급은 275℃를 초과하며 최대 327℃인 최대 연속 사용 온도(maximum continuous service temperature)의 등급으로 평가된다.
제 1 및 제 2 밀봉 요소를 만드는 재료는 60 내지 80의 쇼어 경도를 가질 수 있고, 현재 바람직한 값으로서 70 쇼어 경도를 갖는다.
도 4에 예시된 실시예에서, 외측 밀봉 요소(38), 웹(90), 및 내측 밀봉 요소(36)의 코어 또는 기판(102)은 동일한 제 1 재료로 제조되고, 내측 밀봉 요소는 제 2 재료로 제조된 슬리브(104)를 추가로 포함한다. 외측 밀봉 요소(38), 웹(90), 및 코어(102)는 선택된 등급의 바이톤(Viton®) 등급으로 제조되거나, 혹은 슬리브(104)에 비해 우수한 탄성, 또는 압축 영구 변형에 대한 저항성을 갖는 것으로 선택된 다른 재료로 제조될 수 있다. 슬리브(104)는 선택된 등급의 칼레즈(Kalrez®) 또는 퍼라스트(Perlast®)로 제조되거나, 혹은 외측 밀봉 요소(38), 웹(90), 및 코어(102)를 형성하는 재료에 비해 우수한 화학적 내식성(resistance to chemical corrosion) 또는 고온 안정성을 갖는 것으로 선택된 다른 재료로 제조될 수 있다. 이러한 칼레즈 및 퍼라스트와 같은 폴리머는 매우 고가이기 때문에, 바이톤과 같이 비교적 저렴한 재료로 제조된 코어에 그보다 비싼 재료로 슬리브를 끼우는 것은 밀봉 시스템(32)의 비용을 감소시킨다. 밀봉 요소(36, 38) 및 웹(90)은 동시 성형 공정(co-moulding process)에 의해 제조될 수 있다.
밀봉 시스템(32)은 또한 내측 밀봉 캐리어(106) 및 외측 밀봉 캐리어(108)를 포함한다. 내측 밀봉 캐리어(106)는 적합한 금속 또는 엔지니어링 플라스틱 재료로 제조된 환형체이며, 내측 밀봉 요소(36)의 반경 방향 내측으로 배치된다. 내측 밀봉 캐리어(106)는 두 부분의 합치를 용이하게 하기 위하여 내측 밀봉 요소(36)에 대면하는 약간 오목한 오목면을 가진 대체로 직사각형인 단면을 갖는다. 외측 밀봉 캐리어(108)는 적합한 금속 또는 엔지니어링 플라스틱 재료로 제조된 환형체이다. 외측 밀봉 캐리어(108)는 대체로 T형 단면 또는 윤곽을 가지고, 이 단면 또는 윤곽은, 내측 밀봉 캐리어(106)와 유사 또는 동일한 단면을 갖는 내측 몸체 부분과, 상기 오목면이 마련된 단부의 반대 측의 상기 몸체 부분의 단부에 배치된 넓은 판상 외측 부분에 의해 한정된다. 외측 밀봉 캐리어(108)는 외측 밀봉 요소(38)에 대한 지원을 제공하며 커플링 부재(24, 28)를 중심에 위치시킨다. 다른 예에서, 외측 밀봉 캐리어는 도 2 및 도 3에 도시된 내측 밀봉 캐리어와 대체로 같은 형상으로 형성될 수 있고, 내측 밀봉 캐리어는 상기 도면에 도시된 외측 밀봉 캐리어와 대체로 같은 형상으로 형성될 수 있으며, 그에 따라 내측 커플링 부재(24, 28)를 중심에 위치시키는 것은 내측 밀봉 캐리어가 된다.
도 3을 참조하면, 고정 시스템(34)은, 클램핑면(52, 76)을 맞물리고 제 1 및 제 2 커플링 부재들을 서로를 향해 가압함으로써 제 1 및 제 2 커플링 부재(24, 28)들을 서로에 탈착 가능하게 고정하는 데 사용되는 클램프를 포함한다. 상기 클램프는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있으며, 예를 들어, KF 또는 NW 피팅을 클램핑시키기 위한 것으로서 당해 기술 분야에 공지된 것과 같은 것일 수 있다. 그러한 클램프는 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있을 것이므로, 본 명세서에서는 그들에 대해서 상세히 설명하지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 사용 시, 진공 시스템 관 커플링(20)은 관 스터브(48, 72)를 배관의 각 길이부에 연결함으로써 예컨대 도 1에 도시된 배기 시스템(18)의 배관 등과 같은 배관에 삽착될 수 있다. 관 스터브(48)는 배관(112)의 일정 길이에 연결될 수 있고, 관 스터브(72)는 배관(114)의 일정 길이에 연결될 수 있다. 관 스터브(48, 72)와 배관(112, 114) 간의 각각의 연결부들은 편리한 임의의 공지된 방법에 의해, 예를 들어, 궤도 용접 공정을 이용하여 형성된 둘레 방향 용접부(115)에 의해 형성될 수 있다. 밀봉 시스템(32)은 고정 시스템(34)에 의해 서로 고정된 제 1 및 제 2 커플링 부재(24, 28)의 밀봉면(50, 74)들 사이에 배치된다. 고정 시스템(34)이 클램핑면(52, 76)에 작용해서 제 1 및 제 2 커플링 부재(24, 28)를 함께 누르고, 그에 따라 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38)들이 밀봉면(50, 74)들 사이에서 압착된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38)가 압축된 결과, 밀봉 요소의 측면들이 밀봉면(50, 74)에 대해 평탄해진다.
제 1 유로(40)는 배관(118)을 거쳐서 가스 모듈(116)과 연결되고, 배관의 단부에 구비되어서 제 1 구멍(60)의 상류 단부에 삽착된 공압 피팅(120)과 연결된다. 가압 가스가 가스 모듈(116)로부터, 밀봉면(50, 74)과 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38) 사이에 한정된 공간(42)으로 상기 가압 가스를 안내하는 제 1 유로(40)로 공급된다. 일방향 밸브(122)와 유동 제한기(124)가 제 1 유로(40)의 상류측에서 배관(118)에 연결된다. 유동 제한기(124)의 상류측 배관 안의 가압 가스의 압력을 감지 또는 검출할 수 있도록 제 1 변환기(126)가 배관(118)에 연결된다. 일방향 밸브(122)는, 공간(42) 내의 압력이 가스 모듈(116)에 의해 공급되는 가압 가스의 압력을 초과하여 증가하는 경우에 발생할 수 있는 역류에 의한 가스 모듈(116)에서의 가스 오염을 방지한다. 유동 제한기(124)는 소량의 가스를 통과시키는 댐처럼 작용하도록 가스의 유동을 억제하는 약간 다공성인 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 유동 제한기(124)는 고체 재료 내에 마련된 미세 계량 밸브 또는 미세 모세관 구멍일 수 있다.
제 2 유로(80)의 하류측 단부는 배관(130)의 단부에 구비된 공압 피팅(128)에 연결된다. 배관(130)은 제 1 유로(40)로부터 공간(42)을 통과해서 제 2 유로(80)로 들어간 가압 가스를 받아서 그 가스를 진공 시스템 관 커플링(20)으로부터 멀리까지 안내한다. 배관(130)은 가압 가스를 가스 모듈(116)에 의해 재공급될 수 있도록 하기 위해 적합한 필터, 트랩 또는 기타 적합한 장비(136)를 통해 복귀시키거나, 혹은 그 가압 가스를 다른 진공 시스템 관 커플링(20)의 제 1 유로(40)로 안내할 수 있다. 제 2 유로(80)를 빠져나온 가압 가스의 압력을 감지할 수 있도록 제 2 변환기(132)가 파이프(130)에 연결된다. 제 1 및 제 2 변환기(126, 132)가 제어기 또는 결정부(134)에 연결되어서, 감지된 압력 P1[변환기(126)] 및 P2[변환기(132)]를 나타내는 신호를 제어기로 전송한다.
가압 가스의 공급은 가스 모듈(116)에 의해 제어된다. 가스 모듈(116)은 저장조(138)로부터의 가스 공급을 조절하는 능동 매니폴드(active manifold)를 포함할 수 있다. 가스 모듈(116)은 가압 가스를, 진공 시스템 관 커플링(20)을 통하여 유동하는 배기 가스의 압력을 초과한 압력으로, 배관(118) 내로 공급하도록 설정된다. 공급 압력은 2바(약 200KN/m2)일 수 있다. 가스 모듈(116)은 배관(118) 내로 공급되는 가스의 특성, 예를 들어 유량 및 가스 압력을 나타내는 신호를 제어기(134)로 보내도록 구성된다. 가스 모듈(116)은 진공 시스템 관 커플링(20)에 가압 가스를 공급하는 외에, 관 커플링이 부품을 구성하는 진공 시스템 내의 다른 위치로 퍼지 가스를 분배하는 데에도 사용될 수 있다.
사용 시, 가압 가스는 가스 모듈(116)로부터 배관(118) 및 제 1 유로(40)를 통해 공간(42)으로 공급된다. 가압 가스는 밀봉 시스템(32)을 팽창시키는 역할을 하고, 공간(42)로부터 제 2 유로(80)를 지나서 배관(130) 안으로 간다. 내측 및 외측 밀봉 요소(36, 38)들이 그대로 있는 정상 상태에서, 압력 변환기(126, 132)에 의해 감지된 압력은 안정되고 균등해야 하며, 제어기(134)에 의해 수신된 신호는 두 압력 간의 일관된 또는 정상 상태의 차이를 표시해야 한다. 내측 및 외측 밀봉 요소 중 하나가 고장이면, 유동 제한기(124)의 하류측 압력은 떨어질 것이고, 압력 변환기(126, 132)로부터 제어기(134)가 받은 신호에 의해 표시되는 압력차에 있어서 현저한 변화가 있을 것이다. 제어기(134)는 밀봉 시스템(32)의 상태를 결정할 수 있도록 하기 위해 제 1 및 제 2 변환기(126, 132)로부터 수신된 신호들을 비교하도록 구성된다. 상기 비교가 상대 압력의 변화를 나타내는 경우, 제어기(134)는 밀봉 요소들 중 하나가 고장이라고 판단하여, 표시기로 하여금 밀봉 시스템(32)이 고장임을 표시하도록 하는 신호를 출력할 수 있다. 표시기는 밀봉 시스템이 고장임을 나타내기 위해 시각적 표시, 예를 들어 번쩍이는 빛, 또는 스크린 등에 표시되는 메시지와 같은 또 다른 시각적 경고를 제공하거나, 또는 가청 경고를 제공할 수 있다. 상기 신호는 제어기(134)로부터, 제어기와 관련된 전용 표시기가 아닌, 진공 시스템 관 커플링(20)을 구비하는 진공 시스템용 컴퓨터화 제어 시스템으로 전송될 수 있고, 몇몇 실시예에서, 제어기는 상기 컴퓨터화 제어 시스템에 통합될 수 있다.
밀봉 시스템(32)의 밀봉 요소(36, 38)들 중 하나가 고장인 경우, 다른 밀봉 요소는 계속 기능할 것이고, 그래서 진공 커플링 시스템(20)의 무결성이 즉시 손상되는 일은 없다. 이것은 수리할 시간을 진공 시스템의 작동에 맞추어 편성하고 예정할 수 있게 한다.
가스 모듈(116)에 의해 공급되는 가압 가스는 질소 또는 무산소 질소와 같은 불활성 가스일 수 있다. 따라서, 외측 밀봉 요소(38)가 고장인 경우, 불활성 가스는 모두 다 대기로 방출되고, 반면에 내측 밀봉 요소(36)가 고장인 경우에는, 진공 시스템 관 커플링(20)을 통해 유로 안으로 들어가는 가스는 상기 커플링을 통해 유동하는 배기 가스와의 반응을 유발하지 않을 것이다. 이는 커플링을 통해 유동하는 가스가 자연 연소되기 쉬운 경우에는 중요할 수 있다.
공간(42) 안에 가압 가스가 없는 상태에서 내측 밀봉 요소(36)가 고장 난 경우, 외측 밀봉 요소(38)는 진공 시스템 관 커플링(20)을 통해 유동하는 배기 가스에 노출될 가능성이 있다. 많은 작동 환경에서, 이것은 내측 밀봉 요소에 비해 견뎌내는 능력을 작게 해서 설비한 외측 밀봉 요소(38)를 화학적 손상에 노출시키게 된다. 그러나, 제 1 유로(40)를 거쳐서 공간(42) 안으로 공급된 가압 가스는 외측 밀봉 요소(38)에 대한 차폐재로서 작용해서, 그 외측 밀봉 요소를 진공 시스템 관 커플링(20)을 통해 유동하는 배기 가스로부터 보호할 수 있게 됨으로써, 진공 시스템 관 커플링(20)이 밀봉 시스템(32)을 교체할 수 있게 분해되기 전까지 계속 사용될 수 있는 기간이 늘어난다.
도 6은 밀봉 시스템(32) 대신에 진공 시스템 관 커플링(20)에 사용될 수 있는 밀봉 시스템(332)을 도시한다. 밀봉 시스템(332)은 내측 밀봉 요소(336), 외측 밀봉 요소(338), 및 스페이서(390)를 포함한다.
내측 밀봉 요소(336)는 화학적 침식에 대한 저항성이 비교적 양호하며 고온 안정성을 갖는 재료로 제조된 O링이다. 내측 밀봉 요소(336)는 예를 들어 칼레즈(Kalrez®) 또는 퍼라스트(Perlast®)와 같은 퍼플루오로엘라스토머로 제조될 수 있다. 내측 밀봉 요소(336)는, 칼레즈, 퍼라스트 등으로 제조된 비교적 고가의 외부 층으로 코팅되거나, 슬리브를 끼우거나, 기타 적절하게 덮인 바이톤과 같은 비교적 저렴한 재료로 제조된 코어 또는 기판을 포함할 수 있다. 외측 밀봉 요소(338)는 압축 영구 변형에 대한 저항성 및 탄성과 같은 비교적 우수한 기계적 특성을 가지며 예를 들어 바이톤과 같은 플루오로엘라스토머일 수 있는 재료로 제조된 O 링이다.
밀봉 시스템(332)에 있어서의 내측 및 외측 밀봉 요소(336, 338)는, 밀봉 시스템(32)에 있어서 일체형 웹에 의해 연결되는 것과는 달리, 분리시킨 몸체이고, 별도의 스페이서(390)에 의해 분리되거나 이격된다. 스페이서(390)는 직사각형 단면을 갖는 환형체이며, 예를 들어 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 임의의 적절한 금속, 또는 엔지니어링 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 내측 및 외측 밀봉 요소(336, 338)에 접촉하는 스페이서(390)의 각각의 대향하는 면(400, 402)들은 밀봉 요소와의 합치를 용이하게 하고 스페이서를 밀봉 요소에 대하여 중앙에 용이하게 위치시킬 수 있도록 하기 위해 약간 오목하다.
스페이서(390)는 진공 시스템 관 커플링(20)의 종축에 평행한 방향의 폭 W를 가지며, 이 폭은 내측 밀봉 요소(336)의 직경(폭)보다 작으며 외측 밀봉 요소(338)의 직경(폭)보다 작고, 그래서 밀봉 요소들이 제 1 및 제 2 플랜지(26, 30) 사이에 배치되어 그들과 맞물린 때에, 대향하는 밀봉면(50, 74)과 내측 및 외측 밀봉 요소(336, 338) 사이에 공간(42)이 한정된다. 단면에서 보면, 스페이서(390)는 내측 및 외측 밀봉 요소(336, 338)의 각각의 길이 방향(원주 방향으로 연장하는) 축(392, 394)에 대해 수직으로 배치된 종축을 가지고, 따라서 웹이 공간(42) 안에서 중앙에 놓일 수 있도록 밀봉 요소에 대하여 실질적으로 중앙에 배치되고 결과적으로 밀봉면(50, 74)에 실질적으로 중앙에 배치된다.
스페이서(390)에는 스페이서의 양쪽에 있는 공간(42)이 유로(40)로부터 공급되는 가압 가스로 채워질 수 있게 하는 복수의 횡방향 통공(396)이 구비된다. 스페이서(390)의 적어도 한 측면 상에는 오목부(398)가 각 관통 구멍(396) 주위에 마련된다.
밀봉 시스템(332)은 내측 밀봉 캐리어(406) 및 외측 밀봉 캐리어(408)를 추가로 포함한다. 이 구성 요소는 도 2 내지 도 4에 도시된 내측 및 외측 밀봉 캐리어(106, 108)와 동일할 수 있고, 그래서 다시 상세히 설명하지 않는다.
예시된 예에서, 고정 시스템은 제 1 커플링과 제 2 커플링을 서로 탈착 가능하게 고정하는 데 사용되는 클램프를 포함한다. 현재 예상할 수 있기로는, 고정 시스템은 당해 기술 분야에 공지된 KF 및 NW 피팅의 부품들을 고정하기 위해 사용되는 공지의 신속 해제 클램프(quick-release clamp)와 동일하거나, 혹은 그와 유사한 원리로 작동하는 신속 해제 클램프를 포함할 것이다. 본 고안은 이것에 한정되지 않으며, 원리적으로, 고정 시스템은 제 1 커플링 부재와 제 2 커플링 부재를 서로 탈착 가능하게 고정시키기에 적합한 임의의 장치 또는 배치를 포함할 수 있고, 이러한 장치에는, 너트와 맞물리거나 혹은 커플링 부재들 중 하나에 구비된 나사 새김 구멍에 맞물리는 복수의 볼트, 나사, 또는 스터드가 이에 한정되지 않게 포함됨이 이해되어야 한다.
예시된 예에서, 내측 밀봉 요소와 외측 밀봉 요소 사이의 간격이 결정될 수 있도록 하기 위해 별도의 스페이서 또는 일체형 웹이 제공된다. 또 다른 예에서, 스페이서는 내측 밀봉 요소 및 외측 밀봉 요소 중 하나와 통합될 수 있고 다른 것과는 분리될 수 있다.
도 5에 도시된 예에서, 배관(130)은 제 2 진공 시스템 관 커플링(20)의 제 1 커플링 부재 내의 제 1 유로에 선택적으로 연결되는 것으로 도시되어 있다. 이러한 방식의 일련의 진공 시스템 커플링의 유로에 가압 가스 공급부를 연결시킴으로써, 두 개 이상의 진공 시스템 관 커플링 안의 밀봉 시스템을 모니터하는 데에 하나의 가스 공급부를 사용할 수 있게 된다.
몇 가지 예에서, 진공 시스템 관 커플링은, 예를 들어, 기존 설비에 장착되게 한 키트로서 판매될 수 있다. 다른 예로서, 진공 시스템 관 커플링은 제 1 커플링 부재와 제 2 커플링 부재를 진공 시스템의 배관에 장착시킬 준비가 된 상태로 구비시켜서 진공 시스템의 부품으로서 판매될 수 있다.

Claims (43)

  1. 진공 시스템 관 커플링에 있어서,
    제 1 커플링 부재;
    제 2 커플링 부재;
    상기 제 1 커플링 부재와 상기 제 2 커플링 부재 사이에 위치되어 상기 커플링 부재들 사이를 밀봉하는 밀봉 시스템; 및
    상기 제 1 커플링 부재를 상기 제 2 커플링 부재에 탈착 가능하게 고정하는 고정 시스템을 포함하고,
    상기 밀봉 시스템은 내측 밀봉 요소 및 외측 밀봉 요소를 포함하고, 상기 제 1 커플링 부재에는, 상기 내측 밀봉 요소의 고장 시에, 상기 관 커플링을 통해 유동하는 유체로부터 상기 외측 밀봉 요소를 차폐시키기 위해 상기 내측 밀봉 요소와 상기 외측 밀봉 요소 사이에 사용 시에 마련되는 공간으로 가압 가스를 안내하도록 구성된 유로가 구비되는
    진공 시스템 관 커플링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소와 상기 외측 밀봉 요소는 상기 공간 내에 수용되도록 구성된 스페이서에 의해 분리되는
    진공 시스템 관 커플링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내측 밀봉 요소 및 상기 외측 밀봉 요소 중 적어도 하나와 일체로 되어 있는
    진공 시스템 관 커플링.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소는 폭을 가지고, 상기 외측 밀봉 요소는 폭을 가지며, 상기 스페이서는 상기 내측 및 외측 밀봉 요소의 각각의 폭보다 작은 폭을 갖는 적어도 하나의 부분을 포함하는
    진공 시스템 관 커플링.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 커플링 부재에는 유로가 구비되고, 상기 스페이서에는 상기 제 1 커플링 부재의 상기 유로로부터의 가압 가스를 상기 제 2 커플링 부재의 상기 유로로 유동하게 하도록 구성된 적어도 하나의 통공이 구비되는
    진공 시스템 관 커플링.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 부재의 상기 유로의 입구 단부에 연결되는 제 1 관; 제 1 변환기가 유동 제한기 상류측의 상기 제 1 관 안에서 유동하는 가압 가스의 압력을 나타내는 신호를 제공할 수 있도록 상기 제 1 관에 연결되는 유동 제한기 및 제 1 변환기; 상기 제 2 커플링 부재의 상기 유로의 출구 단부에 연결되는 제 2 관; 상기 제 2 관 안에서 유동하는 가압 가스의 압력을 나타내는 신호를 제공하도록 상기 제 2 관에 연결되는 제 2 변환기; 및 상기 신호들을 수신하며, 상기 제 1 및 제 2 변환기로부터 수신한 각각의 신호들의 비교에 기초하여 밀봉 시스템의 상태를 결정하는 결정부를 포함하는
    진공 시스템 관 커플링.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 밀봉 요소는 제 1 재료를 포함하고, 상기 내측 밀봉 요소는 상기 제 1 재료와 다른 제 2 재료를 포함하는
    진공 시스템 관 커플링.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료보다 우수한 압축 영구 변형(compression set) 특성을 갖는
    진공 시스템 관 커플링.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는,
    i) 상기 제 1 재료보다 우수한 고온 안정성, 및
    ii) 상기 제 1 재료보다 우수한 화학적 내식성(resistance to chemical corrosion) 중에서 적어도 하나를 갖는
    진공 시스템 관 커플링.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)인
    진공 시스템 관 커플링.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는 퍼플루오로엘라스토머인
    진공 시스템 관 커플링.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소는 기판을 포함하고, 상기 제 2 재료는 상기 기판 상에 보유되는
    진공 시스템 관 커플링.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 재료 중 적어도 하나는 60 내지 80의 쇼어 경도(Shore hardness)를 갖는 특징으로 하는
    진공 시스템 관 커플링.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 부재는 제 1 밀봉면을 갖는 제 1 플랜지를 포함하고, 상기 제 2 커플링 부재는 제 2 밀봉면을 갖는 제 2 플랜지를 포함하며, 상기 밀봉 시스템은, 사용 시에, 상기 제 1 밀봉면과 상기 제 2 밀봉면 사이에 배치되어 이들 밀봉면과 맞물리고, 상기 공간은 상기 제 1 및 제 2 밀봉면과 상기 내측 및 외측 밀봉 요소 사이에 한정되는 것을 특징으로 하는
    진공 시스템 관 커플링.
  15. 진공 시스템에 있어서,
    제 1 관;
    제 2 관; 및
    상기 제 1 관을 상기 제 2 관에 결합하는 진공 시스템 관 커플링을 포함하고,
    상기 진공 시스템 관 커플링은,
    상기 제 1 관에 연결된 제 1 커플링 부재;
    상기 제 2 관에 연결된 제 2 커플링 부재;
    상기 제 1 커플링 부재와 상기 제 2 커플링 부재 사이에 위치되어 상기 커플링 부재들 사이를 밀봉하는 밀봉 시스템; 및
    상기 제 1 커플링 부재를 상기 제 2 커플링 부재에 탈착 가능하게 고정하는 고정 시스템을 포함하고,
    상기 밀봉 시스템은 내측 밀봉 요소와, 상기 내측 밀봉 요소로부터 이격된 외측 밀봉 요소를 포함하고, 상기 제 1 커플링 부재에는, 상기 내측 밀봉 요소의 고장 시에, 상기 관 커플링을 통해 유동하는 유체로부터 상기 외측 밀봉 요소를 차폐시키기 위해 상기 내측 밀봉 요소와 상기 외측 밀봉 요소 사이의 공간으로 가압 가스를 안내하도록 구성된 유로가 구비되는
    진공 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소와 상기 외측 밀봉 요소는 상기 공간 내에 수용되는 스페이서에 의해 분리되는
    진공 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내측 밀봉 요소 및 상기 외측 밀봉 요소 중 적어도 하나와 일체로 되어 있는
    진공 시스템.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소는 폭을 가지고, 상기 외측 밀봉 요소는 폭을 가지며, 상기 스페이서는 상기 내측 및 외측 밀봉 요소의 각각의 폭보다 작은 폭을 갖는 적어도 하나의 부분을 포함하는
    진공 시스템.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 커플링 부재에는 유로가 구비되고, 상기 스페이서에는 상기 제 1 커플링 부재의 상기 유로로부터의 가압 가스를 상기 제 2 커플링 부재의 상기 유로로 유동하게 하도록 구성된 적어도 하나의 통공이 구비되는
    진공 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 부재의 상기 유로에 제 1 배관에 의해 연결된 가압 가스 공급부; 상기 제 1 배관에 연결된 유동 제한기; 상기 제 1 배관에서의 상기 유동 제한기의 상류측의 가압 가스의 압력을 나타내는 신호를 제공하는 제 1 변환기; 상기 가압 가스를 상기 진공 시스템 관 커플링으로부터 멀어지게 안내하도록 상기 제 2 커플링 부재의 상기 유로에 연결되는 제 2 배관; 상기 제 2 배관 내의 가압 가스의 압력을 나타내는 신호를 제공하도록 상기 제 2 배관에 연결된 제 2 변환기; 및 상기 제 1 및 제 2 변환기로부터 상기 신호들을 수신하며, 상기 제 1 및 제 2 변환기로부터 수신한 각각의 신호들의 비교에 기초하여 밀봉 시스템의 상태를 판단하는 결정부를 추가로 포함하는
    진공 시스템.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 밀봉 요소는 제 1 재료를 포함하고, 상기 내측 밀봉 요소는 상기 제 1 재료와 다른 제 2 재료를 포함하는
    진공 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료보다 우수한 압축 영구 변형 특성을 갖는
    진공 시스템.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는,
    i) 상기 제 1 재료보다 우수한 고온 안정성, 및
    ii) 상기 제 1 재료보다 우수한 화학적 내식성 중에서 적어도 하나를 갖는
    진공 시스템.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 플루오로엘라스토머인
    진공 시스템.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는 퍼플루오로엘라스토머인
    진공 시스템.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소는 기판을 포함하고, 상기 제 2 재료는 상기 기판 상에 보유되는
    진공 시스템.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 재료 중 적어도 하나는 60 내지 80의 쇼어 경도를 갖는
    진공 시스템.
  28. 제 15 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 관 및 제 2 관은 진공 펌프로부터 배기 가스를 받는
    진공 시스템.
  29. 밀봉 시스템이 제 1 커플링 부재와 제 2 커플링 부재 사이를 밀봉하는 상태로 고정 시스템에 의해 제 2 커플링 부재에 탈착 가능하게 고정된 제 1 커플링 부재를 포함하는 진공 시스템 관 커플링의 밀봉 시스템을 보호하는 방법으로서, 상기 밀봉 시스템은 내측 밀봉 요소와, 상기 내측 밀봉 요소로부터 이격된 외측 밀봉 요소를 포함하는, 밀봉 시스템 보호 방법에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소의 고장 시에 가압 가스가 상기 외측 밀봉 요소를 상기 진공 시스템 관 커플링을 통해 유동하는 가스로부터 차폐시킬 수 있도록, 상기 가압 가스를 상기 제 1 커플링 부재에 마련된 유로를 통해 상기 내측 밀봉 요소와 상기 외측 밀봉 요소 사이에 한정된 공간으로 유동시키는 단계를 포함하는
    밀봉 시스템 보호 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 가압 가스는 불활성 가스인
    밀봉 시스템 보호 방법.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 진공 시스템 관 커플링을 통해 유동하는 상기 가스는 진공 펌프로부터의 배기 가스인
    밀봉 시스템 보호 방법.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 시스템 관 커플링을 통해 유동하는 상기 가스는 제 1 압력에 있고, 상기 가압 가스는 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력에 있는
    밀봉 시스템 보호 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 압력들 양자 모두는 대기압을 초과하는
    밀봉 시스템 보호 방법.
  34. 진공 시스템 관 커플링에 있어서,
    제 1 커플링 부재;
    제 2 커플링 부재;
    상기 제 1 커플링 부재와 상기 제 2 커플링 부재 사이에 위치되어 상기 커플링 부재들 사이를 밀봉하는 밀봉 시스템; 및
    상기 제 1 커플링 부재를 상기 제 2 커플링 부재에 탈착 가능하게 고정하는 고정 시스템을 포함하고,
    상기 밀봉 시스템은 제 1 재료를 포함하는 외측 밀봉 요소와, 상기 제 1 재료와 다른 제 2 재료를 포함하는 내측 밀봉 요소를 포함하는
    진공 시스템 관 커플링.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소와 상기 외측 밀봉 요소는 상기 공간 내에 수용되도록 구성된 스페이서에 의해 분리되는
    진공 시스템 관 커플링.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내측 밀봉 요소 및 상기 외측 밀봉 요소 중 적어도 하나와 일체로 되어 있는
    진공 시스템 관 커플링.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소는 폭을 가지고, 상기 외측 밀봉 요소는 폭을 가지며, 상기 스페이서는 상기 내측 및 외측 밀봉 요소의 각각의 폭보다 작은 폭을 갖는 적어도 하나의 부분을 포함하는
    진공 시스템 관 커플링.
  38. 제 34 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 상기 제 2 재료보다 우수한 압축 영구 변형 특성을 갖는
    진공 시스템 관 커플링.
  39. 제 34 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는,
    i) 상기 제 1 재료보다 우수한 고온 안정성, 및
    ii) 상기 제 1 재료보다 우수한 화학적 내식성 중에서 적어도 하나를 갖는
    진공 시스템 관 커플링.
  40. 제 34 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 플루오로엘라스토머인
    진공 시스템 관 커플링.
  41. 제 34 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는 퍼플루오로엘라스토머인
    진공 시스템 관 커플링.
  42. 제 34 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 밀봉 요소는 기판을 포함하고, 상기 제 2 재료는 상기 기판 상에 보유되는
    진공 시스템 관 커플링.
  43. 제 34 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 재료 중 적어도 하나는 60 내지 80의 쇼어 경도를 갖는
    진공 시스템 관 커플링.
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