KR20160046355A - 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고진공 처리에 관한 것으로서, 특히 가마에서 가열된 공기의 냉각효율을 현저히 향상시키고 용기의 진공도를 더욱 개선할 수 있는 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 진공시키고자 하는 용기가 내부에 배치되는 가마, 상기 용기를 가열시키기 위하여 상기 가마 내부에 상기 용기 주위로 설치되는 발열장치, 상기 용기에 연결되어 상기 용기 내부를 진공시키기 위한 진공 로터리펌프 어셈블리 라인 및 상기 용기에 연결되어 질소를 공급하여 용기 내 잔류가스를 치환시키기 위한 질소 공급 어셈블리 라인이 구성되는 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치에 있어서, 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인은, 상기 용기와 연결되는 연결라인; 및 상기 연결라인에 연결되어 상기 용기를 진공시키기 위한 펌핑작업을 수행하는 진공 로터리펌프가 구성되고, 상기 용기와 진공 로터리펌프 사이에는, 상기 용기의 진공효율을 증대시키기 위한 진공챔버; 및 상기 진공챔버를 진공시키기 위한 보조펌프가 더 구비되며, 상기 용기와 진공챔버 사이에는 수분을 제거하고 가열된 공기를 쿨링시키기 위한 쿨링장치가 더 구비되되, 상기 쿨링장치는 챔버 외면에 액체질소가 순환되는 액체질소 공급라인을 권취시켜 가열된 공기를 쿨링시키는 것을 특징으로 하는 가마를 이용한 고진공 처리장치를 제공한다.

Description

가마를 이용한 용기 고진공 처리장치 및 처리방법{Apparatus for Vacuum Process using Kiln and the Process Method thereof}

본 발명은 고진공 처리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가마에서 가열된 공기의 냉각효율을 현저히 향상시키고 용기의 진공도를 더욱 개선할 수 있는 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

본 출원인은 가마 내부에 용기를 두고, 고온의 가마를 이용하여 고진공 처리가 가능하고 작업시간을 획기적으로 단축시킴으로써, 생산성 향상과 비용절감, 펌프효율 증대 및 고순도의 표준가스 생산이 가능한 고진공 처리장치 그 처리방법을 개발한 바 있다(한국특허 제933842호 참조).

이러한 가마를 이용한 고진공 처리장치는 진공시키고자 하는 용기가 내부에 배치되는 가마와, 상기 용기를 가열시키기 위하여 상기 가마 내부에 상기 용기 주위로 설치되는 발열장치와, 상기 용기에 연결되어 상기 용기 내부를 진공시키기 위한 펌프 어셈블리 라인과, 상기 용기에 연결되어 질소를 공급하여 용기 내 잔류가스를 치환시키기 위한 질소 공급 어셈블리 라인으로 구성되어 있다.

또한, 가마를 이용한 고진공 처리방법은 가마 내 용기를 설치하고 가열하는 단계와, 기설정된 시간 동안 펌프를 이용 용기 내부를 진공시키기 위한 진공처리단계와, 상기 기설정된 시간이 경과 시에는 상기 용기 내부에 질소를 공급하는 질소공급단계로 이루어져 있다.

하지만, 상기 종래 기술의 가마를 이용한 고진공 처리장치 및 처리방법은 냉각 장치가 냉각수를 이용하기 때문에 가마에서 가열된 공기를 냉각시키는데 시간이 많이 걸리고 냉각효과도 뛰어나지 못한 문제점이 있었다.

그리고, 진공 로터리펌프로 로터리펌프와 보조펌프만을 사용하였기 때문에 용기 내의 진공도가 현저한 수치까지 증대되지 못하기 때문에 질소치환작업을 하더라도 용기를 사용하는 소비자의 진공상태에 대한 만족도가 높지 않은 문제점이 있었다.

한국특허 제933842호(2009.12.16)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 챔버 외면에 액체질소 공급라인을 권취하는 방식의 냉각장치를 사용하여 가열된 공기의 냉각수준을 현저히 향상시키고 로터리펌프 가동 후에 추가적으로 진공 터보펌프를 가동시켜 용기 내 진공도를 만족할 만한 수준으로 개선한 가마를 이용한 고진공 처리장치 및 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가마를 이용한 고진공 처리장치는 진공시키고자 하는 용기가 내부에 배치되는 가마, 상기 용기를 가열시키기 위하여 상기 가마 내부에 상기 용기 주위로 설치되는 발열장치, 상기 용기에 연결되어 상기 용기 내부를 진공시키기 위한 진공 로터리펌프 어셈블리 라인 및 상기 용기에 연결되어 질소를 공급하여 용기 내 잔류가스를 치환시키기 위한 질소 공급 어셈블리 라인이 구성되는 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치에 있어서, 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인은, 상기 용기와 연결되는 연결라인; 및 상기 연결라인에 연결되어 상기 용기를 진공시키기 위한 펌핑작업을 수행하는 진공 로터리펌프가 구성되고, 상기 용기와 진공 로터리펌프 사이에는, 상기 용기의 진공효율을 증대시키기 위한 진공챔버; 및 상기 진공챔버를 진공시키기 위한 보조펌프가 더 구비되며, 상기 용기와 진공챔버 사이에는 수분을 제거하고 가열된 공기를 쿨링시키기 위한 쿨링장치가 더 구비되되, 상기 쿨링장치는 챔버 외면에 액체질소가 순환되는 액체질소 공급라인을 권취시켜 가열된 공기를 쿨링시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 진공 로터리펌프의 후방에는 진공 로터리펌프 작동 후에 밸브의 개폐에 따라 상기 용기를 더 진공시키기 위한 펌핑작업을 수행하는 진공 터보펌프가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 가마를 이용한 고진공 처리방법은 가마 내 용기를 설치하고 가열하는 단계, 기설정된 시간 동안 진공 로터리 펌프를 이용하여 용기 내부를 진공시키기 위한 진공처리단계, 및 상기 기설정된 시간이 경과 시에는 상기 용기 내부에 질소를 공급하는 질소공급단계가 구성되는 가마를 이용한 고진공 처리방법에 있어서, 상기 진공 로터리 펌프를 이용한 후에 진공 터보 펌프를 이용하여 용기 내부를 더 진공시키기 위한 진공후처리단계가 더 구성되며; 상기 진공처리단계와 질소공급단계의 사이에는 액체질소 공급라인을 이용한 쿨링 장치 가동 단계가 더 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 가마를 이용한 고진공 처리장치 및 처리방법은 다음과 같은 유용한 효과를 발휘한다.

첫째, 가열된 공기가 순환하는 챔버 외면에 액체질소 공급라인을 권취하는 방식의 냉각장치를 사용하여 가열된 공기의 냉각수준을 현저히 향상시킬 수 있다.

둘째, 로터리펌프 가동 후에 추가적으로 밸브의 개폐에 의한 진공 터보펌프를 더 가동시켜 용기 내 진공도를 만족할 만한 수준까지 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고진공 처리장치를 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 고진공 처리방법을 나타내는 플로우챠트이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고진공 처리장치를 나타내는 구성도이다.

본 발명의 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부에 노출되는 메인가마(310)와, 상기 메인가마(310)의 내부에 방사형태로 다수 개가 설치되는 보조가마(320)를 구비한다.

상기 보조가마(320)는 상기 메인가마(310) 내측의 공간상 활용 및 진공처리작업을 극대화할 수 있도록 정중앙을 중심으로 방사형의 대칭구조로 설치됨이 바람직하다.

그리고, 상기 각각의 보조가마(320) 내부에는 진공 처리를 하고자 하는 용기(350)가 놓이게 된다.

또한, 상기 메인가마(310) 내부로 상기 용기(350)에는 상기 용기(350)를 진공처리하기 위한 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)과, 질소를 공급하여 질소 치환 작용을 하기 위한 질소공급 어셈블리 라인(270)이 연결된다.

상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)과 질소공급 어셈블리 라인(270)은 진공처리하고자 하는 용기에 연결 전, 모두 하나의 솔레노이드밸브(177)에 동시에 연결이 되도록 함으로써, 상황에 따라 유체의 유동 방향을 어느 하나의 어셈블리 라인 방향으로만 가능하도록 선택·조절할 수 있도록 하며, 특히 이때 사용되는 밸브는 솔레노이드밸브(177)로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 용기(350)에는 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170) 및 질소공급 어셈블리 라인(270)과 솔레노이드밸브(177) 작동에 의하여 상기 각 라인(170,270)에 연결가능한 구조를 이룸과 동시에 상기 메인가마(310) 내부에 배치되는 각각의 용기(350)와 연결되도록 하는 연결라인(370)이 구비된다.

상기 연결라인(370)은 가마(300) 내부에 설치되는 용기(350)에의 연결이 용이하도록 플렉서블(flexible)한 파이프 형태를 이룸이 바람직할 것이다.

그리고, 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)에는 상기 용기(350)를 진공처리하기 위한 진공 로터리펌프(110)가 구비된다.

한편, 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)에서 상기 용기(350)와 진공 로터리펌프(110) 사이에는 쿨링장치(130)와 진공챔버(120)가 구비되고, 상기 진공챔버(120)를 진공처리하기 위한 보조펌프(150)가 구비된다.

여기서, 상기 쿨링장치(130)에는 고온의 가스가 상기 진공 로터리펌프(110) 쪽으로 유동하지 않고 배출되도록 하는 드레인밸브(도면에 미도시)가 따로 구비된다.

그리고, 상기 각각의 쿨링장치(130), 진공챔버(120), 진공 로터리펌프(110) 사이에는 다수개의 밸브(102,104,106,108)가 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)에 구비되어 상기 각각의 쿨링장치(130), 진공챔버(120), 진공 로터리펌프(110)를 개폐 가능하도록 설치된다.

이에 더하여, 본 발명은 상기 용기(350)와 진공챔버(110) 사이에 구비되어 수분을 제거하고 가열된 공기를 쿨링시키기 위한 쿨링장치(130)의 챔버 외면에 액체질소가 순환되는 별도의 액체질소 공급라인(131)을 권취시켜 가열된 공기를 쿨링시킨다.

즉, 챔버 외면에 권취된 액체질소 공급라인(131)을 따라 냉각 액체질소(-186℃ 정도)를 순환시켜 가열된 공기를 쿨링시킴으로써, 기존의 냉각수를 이용한 별도의 냉각기보다 냉각효율을 높여서 용기(350)의 진공시간을 2배 이상 현저히 단축시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)에서 진공 로터리펌프(110)의 후방에는 진공 로터리펌프(110) 작동 후에 밸브(101)의 개폐에 따라 상기 용기(350)를 더 진공시키기 위한 펌핑작업을 수행하는 진공 터보펌프(111)가 더 구성된다.

용기(350)의 진공을 위해 상기 진공 로터리펌프(110)만을 사용하는 경우 용기(350)의 진공도가 10-5~6승Torr 정도에 이르지 못하는 경우도 자주 발생하기 때문에 소비자의 만족도가 크지 않음을 보완하여 진공 로터리펌프(110) 사용 후에 진공 터보펌프(111)까지 더 가동시켜 용기(350)를 완전진공에 가깝게 10-6~7승Torr 정도로 진공시키는 것이다.

다음으로는 상기 질소공급 어셈블리 라인에 구비되는 주요 구성요소를 설명하기로 한다.

상기 질소공급 어셈블리 라인(270)에는 질소를 공급하기 위한 질소저장탱크(210)가 구비되며, 상기 질소저장탱크(210) 내 질소를 상기 용기 측으로 공급토록 하기 위한 보조펌프(220)가 구비되며, 공급되는 질소의 압력을 조정하기 위한 정밀 압력 조정기(230)가 설치된다.

또한, 상기 질소저장탱크로부터 공급되는 질소를 상기 용기 내로 공급하여 용기 내 잔류가스나 불순물과의 질소치환 효과를 극대화하기 위하여, 상기 질소공급 어셈블리 라인(270)에는 질소저장챔버(240) 및 보조펌프(250)가 구비된다.

그리고, 상기 질소공급 어셈블리 라인(270)에도 각 주요 구성요소 사이에는 다수개의 밸브(202,204,206,208)가 개폐가능하게 설치된다.

한편, 상기 본 발명 용기의 고진공 처리를 위한 가마는 메인가마(310)와 보조가마(320)로 구성된다.

그리고, 상기 보조가마(320) 내부에는 용기(350)가 놓여지는데, 이때 상기 용기(350)의 하부 주위에는 발열장치가 설치되어 용기(350)의 진공처리 작업 중 발열작동이 되어 용기를 가열하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치의 작용 및 처리방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 진공시키고자 하는 용기(350)를 상기 보조가마(320) 내부에 고정시키는데, 이때, 상기 보조가마(320)는 다수 개가 있으므로, 진공시키고자 하는 용기(350)를 필요한 개수만큼만 상기 보조가마(320) 내측에 각각 설치하면 된다.

상기와 같이 진공시키고자 하는 용기(350)를 보조가마(320) 내측에 설치하는 시작단계를 거친 후에는, 전원을 공급하여 열선 또는 히터 등 상기 발열장치를 통하여 용기의 하부를 가열시키는 단계를 진행한다(S100,S110).

이때, 발열장치에 의한 열로 인해 가열된 용기 내부의 가스 등은 팽창하면서 상기 용기(350)의 상부로 유동하게 된다.

즉, 상기 가열단계(S110)에서 상기 용기(350) 내에 흡착된 수분이나 잔존가스 등이 상승함과 동시에 그 부피가 팽창함으로써 자동적으로 용기의 외부로 배출되게 된다.

한편, 상기 가열단계를 유지한 채로 상기 진공 로터리펌프(110)를 가동시킨다(S120).

그리고 이때, 상기 보조펌프(220)를 가동하여 진공챔버(120)가 진공이 되도록 할 수도 있으며, 이와 같은 보조펌프(220) 및 진공챔버(120)를 이용 진공처리효율을 보다 높일 수 있게 된다(S130).

또한, 상기 진공 로터리 펌프(110)를 이용한 후에 진공 터보 펌프(111)를 이용하여 용기(350) 내부를 더 진공시키기 위한 진공후처리단계(S135)가 더 구성된다.

또한, 상기 진공처리단계와 질소공급단계의 사이에는 상기 용기(350) 내에 흡착된 수분이나 잔존가스가 용기(350) 외부로 배출될 때 상기 액체질소 공급라인(131)을 이용한 쿨링장치(130)을 가동하여 수분이나 잔존가스의 온도가 내려가면서 응축되어 발생되는 유체를 저장하는 단계를 거치도록 한다(S140).

그리고, 이와 같은 일련의 단계를 구비하는 진공 로터리펌프 가동단계와 진공후처리단계는 미리 설정된 소정의 시간 동안 작동하도록 한다(S150).

한편, 상기 설정된 시간 동안 진공 로터리펌프(110)와 진공 터보펌프(111)가 가동한 다음에는 솔레노이드 밸브(177)를 작동하여 상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인(170)을 폐쇄되도록 하고(S160), 상기 질소저장탱크(210)에 저장된 질소를 공급하는 질소공급단계를 개시하도록 한다.

즉, 상기 질소저장탱크(210)에 저장된 질소를 질소공급용 보조펌프(220)를 이용하여 상기 용기(350) 내부로 공급한다(S210).

이때, 공급되는 질소는 고압의 순수한 질소일수록 용기 내 잔류가스 등 불순물과의 치환효과를 높일 수 있다.

이를 위해, 상기 질소공급 어셈블리 라인(270)에는 용기(350)와 질소저장탱크(210) 사이에 질소저장챔버(240)를 두고, 상기 질소저장챔버(240)에 질소를 고압으로 저장되도록 하는 보조펌프(250)를 가동함으로써 질소치환효과를 배가시킬 수 있도록 함이 바람직하다(S220).

이와 같은 질소공급단계도 미리 설정된 일정시간 동안 이루어지도록 한다(S230).

그리고, 상기 미리 설정된 시간이 경과된 경우에는 질소공급 과정을 중단하고, 전체 진공처리과정이 중단하게 된다(S240,S250).

상기 과정에서 설정시간을 체크하여 각각의 과정을 중단시키는 것은 본 발명 가마를 이용한 진공장치에 제어부(미도시)를 따로 두어, 상기 각 라인에 있어서의 구성요소와 제어부가 전기적으로 연결되도록 하고, 미리 일정시간을 상기 제어부에 저장되도록 하여 일정 시간이 경과 시 각 구성요소를 제어부가 자동적으로 제어하도록 하여 이루어지도록 할 것이다.

나아가, 상기 질소공급과정이 종료한 후에 상기 제어부는 다시 진공 로터리펌프와 진공 터보펌프를 가동하는 진공처리단계가 개시되도록 할 수 있으며, 진공 효율을 보다 높이기 위하여 상기 진공처리단계 및 질소공급단계가 번갈아 수회 반복되도록 할 수도 있다.

상기 여러 단계에서, 고온가마에 용기를 넣고 가마의 온도는 약 100 도씨로 유지되도록 한다.

상기와 같은 액체질소 공급라인(131)을 이용한 쿨링장치(130)와 진공 터보펌프(111)를 사용한 진공처리장치 및 방법에 의하여 진공도 및 진공효과는 10-6~7승Torr 정도가 되어 용기 내부의 불순물이 거의 100% 제거되게 된다.

이러한 방식에 의해 기존의 본 출원인의 고진공처리 방식과 비교하여 작업시간은 약 2배 이상 단축되는 효과를 가져온다.

또한, 종전의 용기가 일정한 개수 이상이 되어야 진공처리가 가능토록 하거나, 선택적인 용기의 개수만을 진공처리가 가능하더라고 고진공이 힘들었던 방식과 비교하여 본 발명 진공처리장치 및 처리방법은 상황에 따라 필요한 개수만큼의 용기만을 진공처리가 가능하게 됨은 물론, 용기의 크기가 변하는 경우에도 보조가마만을 교체하는 등과 같이 설비의 교체를 최소화하여 진공작업이 가능하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

101,102,104,106,108...밸브 110...진공 로터리펌프
111...진공 터보펌프 120...진공챔버
130...쿨링장치 131...액체질소 공급라인
170...진공펌프 어셈블리 라인 177...솔레노이드밸브
202,204,206,208...밸브 210...질소저장탱크
220...보조펌프 230...정밀 압력 조정기
240...질소저장챔버 270...질소공급 어셈블리 라인
310...메인가마 320...보조가마
350...용기 370...연결라인

Claims (3)

1. 진공시키고자 하는 용기가 내부에 배치되는 가마, 상기 용기를 가열시키기 위하여 상기 가마 내부에 상기 용기 주위로 설치되는 발열장치, 상기 용기에 연결되어 상기 용기 내부를 진공시키기 위한 진공 로터리펌프 어셈블리 라인 및 상기 용기에 연결되어 질소를 공급하여 용기 내 잔류가스를 치환시키기 위한 질소 공급 어셈블리 라인이 구성되는 가마를 이용한 용기 고진공 처리장치에 있어서,
   상기 진공 로터리펌프 어셈블리 라인은, 상기 용기와 연결되는 연결라인; 및 상기 연결라인에 연결되어 상기 용기를 진공시키기 위한 펌핑작업을 수행하는 진공 로터리펌프가 구성되고, 상기 용기와 진공 로터리펌프 사이에는, 상기 용기의 진공효율을 증대시키기 위한 진공챔버; 및 상기 진공챔버를 진공시키기 위한 보조펌프가 더 구비되며,
   상기 용기와 진공챔버 사이에는 수분을 제거하고 가열된 공기를 쿨링시키기 위한 쿨링장치가 더 구비되되, 상기 쿨링장치는 챔버 외면에 액체질소가 순환되는 액체질소 공급라인을 권취시켜 가열된 공기를 쿨링시키는 것을 특징으로 하는 가마를 이용한 고진공 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공 로터리펌프의 후방에는 진공 로터리펌프 작동 후에 밸브의 개폐에 따라 상기 용기를 더 진공시키기 위한 펌핑작업을 수행하는 진공 터보펌프가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 가마를 이용한 고진공 처리장치.
3. 가마 내 용기를 설치하고 가열하는 단계, 기설정된 시간 동안 진공 로터리 펌프를 이용하여 용기 내부를 진공시키기 위한 진공처리단계, 및 상기 기설정된 시간이 경과 시에는 상기 용기 내부에 질소를 공급하는 질소공급단계가 구성되는 가마를 이용한 고진공 처리방법에 있어서,
   상기 진공 로터리 펌프를 이용한 후에 진공 터보 펌프를 이용하여 용기 내부를 더 진공시키기 위한 진공후처리단계가 더 구성되며;
   상기 진공처리단계와 질소공급단계의 사이에는 액체질소 공급라인을 이용한 쿨링장치 가동 단계가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 가마를 이용한 고진공 처리방법.

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