KR20160102206A - 오일확산 펌프 및 그에 사용하는 유증기 발생기 - Google Patents

Abstract

작동유 가열원으로서 히터선을 사용하였을 때의 문제를 해소할 수 있는 유증기 발생기를 구비한 오일확산 펌프를 제공한다. 케이싱(51) 내에 유증기 발생기(70)가 배치되어 이 유증기 발생기(70)를 작동시킴으로써 작동유(8)를 증기화하여 유증기로 하고, 이 유증기를 제트(53, 53a)로부터 분사하여 흡입 기체를 배기 동작하는 진공펌프이다. 유증기 발생기(70)는 입설방향으로 연재되는 통형상의 케이스(71)(피가열체), 절연 재료(73)를 매개로 통부재(71)의 주위에 감긴 유도 코일(75), 및 유도 코일(75)에 교류를 인가하는 급전수단을 구비한다. 케이스(71)와 유도 코일(75)은 케이싱(51) 내에 저류되는 작동유(8)에 침지되는 배치로 케이싱에 삽입된다. 그리고, 급전수단을 작동시켜 유도 코일(75)에 교류를 인가함으로써 케이스(71) 자체를 가열시켜 작동유(8)를 기화시키도록 구성하였다.

Description

오일확산 펌프 및 그에 사용하는 유증기 발생기{Oil diffusion pump and oil vapor generator used therefor}

본 발명은 증착장치나 스퍼터장치 등의 각종 진공장치를 구성하는 진공용기에 접속되어 그 용기 내를 진공 배기하는 용도로의 이용에 적합한 진공펌프로서의 오일확산 펌프와, 그 펌프에 삽입되는 유증기 발생기에 관한 것이다.

증착장치나 스퍼터장치 등의 각종 진공장치의 경우에는 그 장치를 구성하는 진공용기의 내부를 진공 배기하는 배기장치에 사용되는 진공펌프로서 오일확산 펌프가 이용되고 있다. 종래의 오일확산 펌프의 경우에는 보일러 내에 수용한 작동유의 가열원으로서 히터선을 포함하는 전열 히터를 이용한 것이 알려져 있다(특허문헌 1).

일본국 특허공개 제2007-23778호 공보

작동유의 가열원으로서 히터선을 이용한 경우, 저렴하게 장치를 형성할 수 있는 이점은 있지만, 예를 들면 히터선의 단선에 의한 가열 기능 소실, 히터선의 절연 불량에 의한 누전 발생, 단자대의 고온에 의한 접촉 불량 발생, 피가열체의 녹 발생 등의 문제를 일으키는 요인을 포함하고 있었다. 또한 히터선은 오일확산 펌프의 작동 시에 적열(赤熱)될 정도의 고온이 되기 때문에 그 장착장소에 주의가 필요하여, 히터선으로부터의 복사열을 고려한 설치장소로 인해 장착위치에 자유도가 제한되는 등의 설치환경의 문제도 있다.

게다가 작동유 가열원으로서의 히터선은 에너지 효율 면에서도 열전도 손실이 발생하기 때문에, 가열 효율이 낮고 전력 절약화를 방해하는 이외에도 아래의 문제도 내재되어 있었다.

(1) 가열의 시작이 늦고(기동시간이 길고),

(2) 열응답성이 나쁘며,

(3) 피가열체를 선택적으로 가열하는 것이 어려워 피가열체의 주변도 가열되어 버리는 등.

본 발명의 일측면에 의하면, 작동유 가열원으로서 히터선을 사용했을 때의 문제를 해소할 수 있는 유증기 발생기와, 그 유증기 발생기를 구비하여 작동 시의 전력 절약에 기여할 수 있는 오일확산 펌프를 제공한다.

본 발명의 오일확산 펌프는 케이싱 안에 배치되는 제트 내에 유증기 발생기가 배치되어 이 유증기 발생기를 작동시킴으로써 작동유를 가열하여 유증기로 하고, 제트 내의 유증기를 제트로부터 분사하여 흡입 기체를 고진공 배기동작하는 진공펌프이다.

유증기 발생기는 피가열체, 피가열체의 근방에 전기적으로 절연 배치된 유도 코일, 및 유도 코일에 교류를 인가하는 급전수단을 구비한다. 그리고 급전수단을 작동시켜 유도 코일에 교류를 인가함으로써 피가열체 자체를 가열시켜 작동유를 기화시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유증기 발생기는 케이싱 및 제트를 포함하는 오일확산 펌프 내의 작동유를 가열하여 유증기로 하는 용도로 사용된다. 본 발명의 유증기 발생기는 오일확산 펌프의 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부를 침지하도록 케이싱 안의 제트 내에 배치되는 피가열체, 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부를 침지하도록 피가열체의 근방에 전기적으로 절연 배치되는 유도 코일, 및 이 유도 코일에 교류를 인가하는 급전수단을 구비한다. 그리고 급전수단을 작동시킴으로써 피가열체를 가열시켜 작동유를 기화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 양 발명에 있어서 유증기 발생기를 구성하는 피가열체의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 판형상, 통형상, 또는 판형상과 통형상의 조합 등을 생각할 수 있다. 예를 들면 입설(立設)방향으로 연재(延在)되는 통형상으로 피가열체를 구성하는 경우(도 3~도 5), 유도 코일은 피가열체의 주위에 절연 재료를 매개로 감으면 된다(도 3~도 5). 원판형상 등의 판재로 피가열체를 구성하는 경우 유도 코일은 피가열체의 주위(예를 들면 배면 등)에 절연 재료를 매개로 배치하면 되고, 조합하는 경우 각각 단독의 유도 코일을 사용하고 복수의 급전수단을 사용하는 이외에 1계통의 유도 코일과 급전수단을 사용하여 급전해도 된다. 어느 경우도, 본 발명에 있어서 피가열체 및 유도 코일은 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부가 침지되는 배치로 케이싱에 삽입된다.

본 발명에서는 오일확산 펌프의 케이싱 내에 유증기 발생기를 작동시켜 가열할 수 있는 작동유의 유로를 설치하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 케이싱 내에 배치되는 유증기 발생기와 케이싱 바닥면 사이를 열절연되도록 구성하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 유증기 발생기의 유도 코일을 절연 피복한 내열 전선으로 구성하는 것이 가능하다.

본 발명의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기는 작동유 가열원으로서, 피가열체의 근방에 절연 재료를 매개로 유도 코일을 배치한 것(일례로 통형상 피가열체의 주위에 절연 재료를 매개로 유도 코일을 감은 것)을 사용하고 유도 코일에 교류를 인가함으로써 피가열체를 가열시켜 그 열로 작동유를 기화시키도록 구성하였다. 또한 피가열체와 유도 코일이 오일확산 펌프의 케이싱 내에 저류되는 작동유에 침지되는 배치로 케이싱 바닥부에 삽입되도록 구성하였다.

즉 본 발명의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기에 의하면, 유도 코일을 가열하는 것이 아니라 유도 코일에 교류를 인가함으로써 피가열체의 소정 방향(상기 일례의 케이스에서는 입설방향 위아래)으로 쇄교(interlinkage)하는 자속이 발생하고, 그 발생한 자속에 의해 피가열체에 유도전류, 즉 맴돌이 전류를 발생시킴으로써 줄열(Joule heat)을 생성한다(유도가열). 그 생성된 열에 의해 피가열체 자체를 가열(피가열체의 자기가열)시킴으로써 작동유를 가열한다.

이로 인해 히터선과 같이 소모되는 부재가 없기 때문에 단선에 의해 발열 기능이 소실되는 경우는 없다. 또한 발열체로서의 피가열체에서 모든 전류를 소비하기 때문에 절연 불량에 의한 누전이 발생하는 경우는 없고, 고온에 의한 단자대의 접촉 불량이 발생하는 경우도 없다. 또한 작동유 가열원을 국소적으로 가열할 수 있는 성질로부터 유도 코일 배치장소의 선택의 자유도가 넓어지는 장점도 있다.

또한 본 발명의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기에 의하면, 피가열체와 유도 코일을 오일확산 펌프의 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부 침지되는 배치로 삽입하고 있다. 이 때문에 피가열체의 승온에 따라 유도 코일의 온도 상승이 있었던 경우에도 작동유에 의한 냉각효과를 기대할 수 있어 이상 가열을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들면 유도 코일을 케이싱 외부에 배치하여 이것을 공랭 냉각하는 방식과 비교하여도 유도 코일의 상한온도를 낮게 억제하는 것이 가능하다.

본 발명의 오일확산 펌프는 그 케이싱 내에 본 발명의 유증기 발생기가 삽입되어 있기 때문에, 유증기 발생기의 유도 코일에 인가한 모든 전류를 발열체로서의 피가열체에 소비시키는 것이 가능하다. 그 결과, 발열체의 에너지 효율이 좋아 전력 절약을 도모할 수 있다.

오일확산 펌프의 케이싱 내에 유증기 발생기를 작동시켜 가열하는 작동유의 유로를 설치함으로써 케이싱 바닥부의 대기 측(케이싱 외부. 이하 동일)에 작동유의 유로로서 작동유 순환용 파이프를 설치할 필요가 없어져 케이싱의 간소화를 도모할 수 있다.

작동유는 피가열체로 가열된 유로를 통과함으로써 작동유 순환 도중의 유로통과중에 예비가열이 기대되어 유증기 발생에 적합한 상태를 만드는 것이 가능하다.

본 발명의 오일확산 펌프는 전술한 바와 같이, 케이싱 내에 가열원으로서의 유증기 발생기가 배치되어 있어 종래 구성의 오일확산 펌프가 가열원을 구비하고 있었던 케이싱 외부에 가열원을 갖지 않는다. 따라서 케이싱 바닥부의 대략 평탄화가 도모되어, 오일확산 펌프를 평면에 놓을 수 있게 하여 편리성을 향상시키는 것도 가능하다.

또한 본 발명의 유증기 발생기의 일례에 의하면, 유도 코일을 감는 발열체로서의 피가열체의 입설방향 상단이 접촉하는 작동유의 유면보다도 위에 노출되기 때문에, 유면으로부터 피어오르는 유증기는 유면보다 위에 노출된 피가열체 내벽의 윗부분에 접촉함으로써 보다 한층 가열되어 충분히 가열된 유증기가 단시간에 생성된다. 그 결과, 이러한 유증기 발생기가 삽입된 오일확산 펌프의 경우는 작동유 가열의 시작(즉 유증기의 생성)을 보다 한층 단시간에 행하는 것이 가능할 뿐 아니라 에너지 효율에 있어서도 매우 유익하다.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 진공장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 진공장치에 사용되는 일례로서의 오일확산 펌프를 나타내는 개략 구성 단면도이다.
도 3은 도 2의 오일확산 펌프에 사용되는 일례로서의 유증기 발생기의 주요부를 나타내는 개략 구성 단면도이다.
도 4는 도 3을 Ⅳ방향에서 시인한 개략 평면도이다.
도 5는 도 3에 대응하는 유증기 발생기의 주요부의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 예의 오일확산 펌프에 삽입되는 유증기 발생기의 배치태양의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 예의 오일확산 펌프에 포함되는 유증기 발생기의 배치태양의 다른 예를 나타내는 도면이다.
부호의 설명
1…진공장치, 10…진공용기, 21，23，25~29…관로, 31…파인 펌핑 밸브(fine pumping valve), 33…리크 밸브, 35…러프 펌핑 밸브(rough pumping valve), 37…보조 밸브, 39…리크 밸브,
50…오일확산 펌프, 51…케이싱, 53…제트, 53a…제트 노즐, 55…흡기부, 57…배기부, 58…수랭 파이프, 59…오일 저류조, 60…러프 펌핑 펌프,
70…유증기 발생기, 70a…가대(架臺), 71…케이스(피가열체의 일례), 71a…내측영역, 71b…외측영역, 72…기반(基盤), 72a…개구부, 73…절연 재료, 75…유도 코일, 76…자기 차폐 케이스,
8…작동유,
90…아래 덮개(플랜지), 92…체결수단.

아래에 본 발명의 일례를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 예의 진공장치(1)는 진공용기(10)를 갖는다. 진공용기(10)의 내부에는 증발원이나 스퍼터원 등의 성막원(도시 생략)이나 처리 대상으로서의 기판을 보유·유지(保持)하는 기판 홀더 등, 대략 박막의 형성(성막)에 필요한 각종 장비가 배치되어 있다. 진공용기(10)에는 관로(21)의 하류 측이 접속되어 있다. 진공용기(10)에는 진공계(도시 생략)가 접속되어 있어 진공용기(10) 내의 기압(진공도)을 검출한다.

관로(21)의 상류 측에는 파인 펌핑 밸브(31)를 매개로 흡인 관로(23)의 하류 측이 접속되어 있다. 흡인 관로(23)의 상류 측은 오일확산 펌프(50)의 흡기부(55)에 접속되어 있다. 관로(21)의 도중에는 분기 관로(25)의 하류 측이 접속되어 있다. 분기 관로(25)의 도중에는 관로(26)의 하류 측이 접속되어 있고, 관로(26)의 상류 측에는 리크 밸브(33)가 설치된다.

분기 관로(25)의 상류 측에는 러프 펌핑 밸브(35)를 매개로 관로(27)의 하류 측이 접속되어 있다. 관로(27)의 상류 측은 러프 펌핑 펌프(60)에 접속되어 있다. 관로(27)의 도중에는 관로(28)의 하류 측이 접속되어 있다. 관로(28)의 상류 측은 보조 밸브(37)를 매개로 오일확산 펌프(50)의 배기부(57)에 접속되어 있다. 관로(27)의 관로(28) 접속부에는 관로(29)의 하류 측이 접속되어 있고, 관로(29)의 상류 측에는 리크 밸브(39)가 설치된다. 관로(28) 내에는 진공계(도시 생략)가 접속되어 있어 오일확산 펌프(50) 내의 압력을 검출한다.

본 예의 진공장치(1)는 전술한 구성 외에 장치(1)의 동작을 제어하는 제어장치(도시 생략)를 구비하고 있다. 본 예에서 구비하는 제어장치는 각종 처리회로를 포함하는 메인 제어회로(도시 생략), 관로(21) 내에 접속된 진공계와 접속하는 진공계 구동회로(도시 생략), 러프 펌핑 펌프(60)를 운전 제어하는 러프 펌핑 펌프 제어회로(도시 생략), 및 오일확산 펌프(50)를 운전 제어하는 오일확산 펌프 제어회로(도시 생략)를 포함하여 구성된다.

메인 제어회로에는 각 밸브(파인 펌핑 밸브(31), 리크 밸브(33，39), 러프 펌핑 밸브(35), 보조 밸브(37))가 접속되어 있고, 이들 밸브는 메인 제어회로의 소정의 시퀀스에 따라 개폐된다. 오일확산 펌프(50)에는 러프 펌핑 펌프(60)가 접속되어 있어 오일확산 펌프(50)가 보조 밸브(37)를 통해 배기한 기체는 러프 펌핑 펌프(60)가 흡인하여 도시하지않는 경로로부터 배출된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 오일확산 펌프(50)는 바닥부가 폐색된 통형상의 용기(케이싱)(51)를 갖는다. 케이싱(51) 내의 바닥부에는 작동유(8)를 가열하여 증기화시키는 유증기 발생기(70)가 삽입되어 있고, 케이싱(51)의 바닥부는 대략 평탄하게 되어 있다. 유증기 발생기(70)의 상세는 후술한다. 케이싱(51) 내에는 제트(53)가 배치되어 있어, 여기서 유증기 발생기(70)에서 가열된 작동유(8)(도 3 참조)가 증기화되어 상승한 유증기를 흡수하고, 노즐(53a)을 통해 러프 펌핑방향으로 분사시킨다. 케이싱(51)의 상단에는 흡기부(55)가 설치되어 있고, 케이싱(51)의 측면에는 배기부(57)가 설치된다.

다음으로 오일확산 펌프(50)의 동작을 설명한다.

파인 펌핑 밸브(31)를 개방한 뒤에 유증기 발생기(70)를 작동시키면, 유증기 발생기(70)에 의해 작동유(8)가 비점 부근까지 가열되어 유증기화되어 제트(53) 내를 채우고, 노즐(53a)로부터 케이싱(51)의 측벽 내면에 분사된다. 이 분사에 의해 흡기부(55)로부터 흡입되는 흡입 기체(진공용기(10) 내의 공기)가 분류(噴流)의 진행방향으로 부딪쳐 나가떨어져 배기부(57)로부터 배기된다. 이로 인해 진공용기(10) 내의 진공화가 진행된다. 도 2 중의 「동그라미(○)」는 오일이 증기화된 유증기의 상태를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한 작동유(8)가 진공용기(10) 내에 들어가지 않도록 제트 노즐(53a)로부터 유증기가 분출된 후 흡입부(55)를 개방하도록 한다.

또한 케이싱(51)은 수랭 파이프(58)에 의해 냉각되어 있기 때문에 케이싱(51)의 내벽에 부착된 작동유(8)의 유증기는 냉각 응축되어, 케이싱(51) 아래쪽의 오일 저류조(59)로 되돌아가, 유증기 발생기(70)에 의해 재가열되고 다시 증기화되어 순환하는 구조로 되어 있다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 예의 유증기 발생기(70)는 도 2에 나타내는 오일확산 펌프(50)의 케이싱(51) 바닥부에 판형상의 가대(70a)를 매개로 삽입되어 있다. 가대(70a)는 대기 측으로부터 아래 덮개(플랜지)(90)로 지지된다. 가대(70a)와 아래 덮개(90) 사이에는 단열재(도시 생략)를 개재시켜도 된다. 아래 덮개(90)는 볼트 등의 체결수단(92)에 의해 케이싱(51)의 바닥면에 자유자재로 떼고 붙이기 가능하게 장착되어 있고, 케이싱(51) 바닥부의 대기 측은 대략 평탄하게 형성되어 있다.

가대(70a)의 위쪽(도 3의 위쪽방향)에는 피가열체의 일례로서의 통형상 케이스(71)가 배치되어 있다. 케이스(71)는 본 예에서는 그 하단이 대략 중심 부근에 개구부(72a)를 갖는 기반(72)에 의해 지지되어 있다. 기반(72)은 소정 높이의 다리부(70b)를 매개로 가대(70a)에 지지되어, 가대(70a)와의 사이에 작동유(8)가 통과할 수 있을 정도의 틈이 형성되도록 배치되어 있다. 본 예에서는 전술한 다리부(70b)에 의해 형성되는 기반(72)과 가대(70a)의 틈이 작동유의 예비가열 유로로서 기능한다. 또한 이 틈을 존재하게 함으로써 오일확산 펌프(50)의 케이싱(51) 내에 배치되는 유증기 발생기(70)와 케이싱(51) 바닥면 사이가 열절연되는 구성으로 되어 있다.

또한 케이스(71)로서 개구부(72a)를 갖는 기반(72)이 일체화된 플랜지 케이스(도시 생략)를 사용해도 된다. 또한 기반(72)은 후술하는 유도 코일(75)의 절연용 원판 부재(도시 생략)를 매개로 가대(70a) 위쪽에 지지되어 있어도 된다.

본 예의 케이스(71)는 피가열 재료로 구성되어 있다. 피가열 재료로서는 스테인리스강, 탄소강, JIS-G3101에 규정되는 일반 구조용 압연 강재 중 적어도 어느 하나가 사용된다.

스테인리스 강으로서는, 예를 들면 SUS304, SUS303, SUS302, SUS316, SUS316L, SUS316J1, SUS316J1L, SUS405, SUS430, SUS434, SUS444, SUS429, SUS430F, SUS302 등 SUS의 전 품종이 사용 가능하다. 탄소강에는 연강 재료 등의 탄소량이 적은 저탄소강이나 경강 재료 등의 탄소량이 많은 고탄소강이 포함된다. 일반 구조용 압연 강재에는 SS330, SS400, SS490, SS540이 포함된다.

그 중에서도 연강 재료 등의 저항률이 10×10^-8 Ωm 내지 20×10^-8 Ωm정도까지의 낮은 전기저항을 갖는 강자성 재료로 케이스(71)를 구성하는 것이 바람직하다. 케이스(71)를 낮은 전기저항을 갖는 강자성 재료(연강 등)로 구성한 경우, 낮은 전기저항 때문에 유도 코일(75)에 인가되어 발생하는 맴돌이 전류량이 대(大)가 되고, 그 결과, 케이스(71) 자체에 의한 자기 가열량도 대(大)가 되어 높은 효율을 기대할 수 있다.

또한 일반 강재인 입수성이 높은 SS400으로 케이스(71)를 구성하는 것도 바람직하다. 이 경우 고온이 되는 피가열체라도 진공분위기에서 상시 작동유에 침지되어 있기 때문에 방청성의 발현을 기대할 수 있다. 또한 이들 이외의, 예를 들면 피가열 재료의 유도 코일(75) 측 면에 클래드재를 구비한 성형물로 케이스(71)를 형성하는 것도 가능하다.

본 예에서는 케이스(71)의 하단을 지지하는 기반(72)을 피가열 재료로 구성하는 것도 가능하다.

케이스(71)는 그 둘레벽이 입설방향(상하방향)으로 연재되는 구조를 구비하고 있다. 케이스(71)는 그 내측영역(71a)과 외측영역(71b)의 양 영역이 오일 저류조(59)(도 2 참조)를 구성하고, 여기에 작동유(8)가 충전되어 저류된다. 예를 들면 케이스(71)를 높이 120 ㎜로 형성한 경우, 유증기 발생기(70)의 작동 정지 시의 유면(L) 레벨이 30 ㎜정도가 되도록 작동유(8)가 충전된다. 이 경우, 유증기 발생기(70)의 작동이 개시되면 작동유(8)의 유면(L) 레벨은 예를 들면 10 ㎜ 정도로 내려간다.

본 예에서는 후술하는 바와 같이 유도가열을 저주파 교류에 의해 실현하기 때문에(저주파 유도가열), 케이스(71)는 그 두께를 5 ㎜ 내지 12 ㎜의 범위 내로 형성하는 것이 바람직하다.

또한 본 예에서는 케이스(71)의 내측영역(71a)은 기반(72)의 개구부(72a)를 매개로 케이스(71)의 외측영역(71b)과 연통(連通)되어 있다(도 3 참조).

케이스(71)의 바깥 둘레에는 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)이 감겨 있다. 이에 의해 케이스(71)의 바깥 둘레(근방의 일례)에 유도 코일(75)이 전기적으로 절연 배치되도록 되어 있다. 절연 재료(73)는 예를 들면 두께가 10 ㎛ 내지 180 ㎛정도의 폴리이미드 필름, 운모 또는 피가열체 바깥면으로의 절연재의 용사물 등으로 구성하는 것이 가능하다.

유도 코일(75)을 구성하는 도선은 전기저항이 작고, 내열온도가 높은 절연 피복한 내열 전선이 사용된다. 이러한 것으로서는, 예를 들면 알루미늄 선을 알루마이트 처리한 알루마이트 전선 등을 들 수 있다. 유도 코일(75)을 구성하는 도선의 직경은 2 ㎜ 내지 4 ㎜의 범위가 바람직하다. 유도 코일(75)의 권층(捲層) 수는 7층 내지 14층의 범위가 바람직하다.

유도 코일(75)에는 그 유도 코일(75)에 전기를 공급하기 위한 급전수단(도시 생략)이 접속되어 있고, 그 급전수단은 미도시의 제어장치에 의해 급전상황이 제어된다.

본 예에서는 케이스(71)와 함께 유도 코일(75)이 작동유(8)에 그 일부 또는 전부가 침지되는 배치로 삽입되어 있기 때문에 유도 코일(75)이 작동유(8)의 온도 이상으로 이상 가열되는 경우는 없고, 또한 유도 코일(75) 자체가 온도 상승한 경우라도 작동유(8)에 의한 냉각효과를 기대할 수 있다. 또한 유도 코일(75)의 승온은 작동유(8)의 가열에 기여하여 에너지 절약효과에도 공헌한다.

다음으로 유증기 발생기(70)의 동작을 설명한다.

먼저, 급전수단을 작동시켜 유도 코일(75)에 교류를 인가한다. 유도 코일(75)에 인가하는 교류의 주파수는 특별히 한정되지 않으며, 일례로서 수십 ㎐ 내지 수백 ㎐의 저주파 교류를 들 수 있는데 고주파 교류여도 된다. 고주파 교류를 급전함으로써도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 급전수단의 제어는 전류제어 방식을 사용했지만, 전력제어 방식이어도 된다. 아래에서는 전류제어 방식에 의해 저주파 교류를 인가하는 경우를 예시한다.

급전수단을 작동시켜 유도 코일(75)에 상용 주파수 50 ㎐ 또는 60 ㎐의 교류를 인가하면, 케이스(71)의 입설방향 위아래로 쇄교하는 자속이 발생하고, 이 자속으로 인해 케이스(71) 중에 맴돌이 전류가 발생하여 줄열을 생성한다. 이 열로 케이스(71) 자체를 가열시킴으로써 케이스(71)의 내측영역(71a)에 저류된 작동유(8)는 직접 가열된다. 케이스(71) 내의 유면으로부터 피어오른 유증기는 유면보다 위에 노출된 케이스(71) 상부의 고온부분에 접촉됨으로써 더욱 가열되어, 충분히 가열된 고온 유증기가 되어 제트(53) 내를 상승하여 노즐(53a)로부터 분사된다.

전술한 바와 같이 오일확산 펌프(50)의 케이싱(51)은 수랭 파이프(58)에 의해 냉각되어 있기 때문에 케이싱(51)의 내벽에 부착된 작동유(8)의 유증기는 냉각 응축되어, 케이싱(51)의 아래쪽 케이스(71)의 외측영역(71b)(도 2의 오일 저류조(59)와 같은 뜻)으로 되돌아간다. 본 예에서는 케이스(71)의 내측영역(71a)은 기반(72)의 개구부(72a)를 매개로 케이스(71)의 외측영역(71b)과 연통되어 있기 때문에(도 3 참조), 응축되어 돌아온 작동유(8)는 다리부(70b)에 의해 형성되는 기반(72)과 가대(70a)의 틈을 지나 기반(72)의 개구부(72a)를 통해 케이스(71)의 내측영역(71a)으로 흘러, 유증기 발생기(70)에 의해 재가열되고 작동유(8)는 다시 증기화됨으로써 순환한다.

또한 본 예에서 케이스(71)의 하단을 지지하는 기반(72)을 피가열 재료로 구성한 경우 케이스(71)와 함께 그 기반(72) 부분도 피가열체로서 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, 케이싱(51)에서 냉각되고, 케이스(71)의 외측영역(71b)으로 되돌아온 작동유(8)를 기반(72)과 가대(70a)의 틈(즉 유로) 안에서 예비가열하는 것이 가능하여, 내측영역(71a)에서 재가열할 때의 작동유(8)의 증발효율 향상에 공헌하는 것을 기대할 수 있다.

다리부(70b)를 매개로 기반(72)을 배면으로부터 지지하는 가대(70a)를 케이스(71) 및 기반(72)과 동일하게 피가열 재료로 구성한 경우, 그 가대(70a)가 피가열체로서 작용하는 것도 기대할 수 있다.

본 예의 유증기 발생기(70)의 경우에는, 작동유(8)의 가열원으로서 연강 재료나 SS400 등의 피가열 재료로 구성되는 통형상 케이스(71)의 바깥 둘레 주위에 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)을 감은 것을 사용하고, 유도 코일(75)에 저주파 교류를 인가함으로써 케이스(71)를 가열시켜 그 열로 작동유(8)를 증기화시키도록 하고 있다. 유도 코일(75)을 가열하지 않기 때문에 단선의 문제는 없어, 단선에 의해 발열 기능이 소실되어 오일확산 펌프(50)의 배기 기능을 저해하는 경우는 없다. 또한 절연 불량에 의한 누전이 발생하는 경우는 없다. 또한 유도 코일(75) 자신이 발열체가 되는 경우는 없고, 케이싱(51) 내에 들어가기 때문에 고온 열화(劣化)에 의한 단자대의 접촉 불량이 발생하는 경우도 없다.

또한 케이스(71)의 하단을 지지하는 기반(72)도 피가열 재료로 구성한 경우에는 유도 코일(75)에 저주파 교류를 인가함으로써 기반(72)도 가열시킬 수 있어, 증기화의 효율을 향상시키는 것도 가능하다.

기반(72)을 배면으로부터 지지하는 가대(70a)도 피가열 재료로 구성한 경우, 유도 코일(75)에 저주파 교류를 인가함으로써 그 가대(70a)를 피가열체로서 이용할 수 있을 가능성도 있어, 증기화 효율의 향상을 기대할 수 있다. 이 경우, 가대(70a)와 아래 덮개(90) 사이에 단열재(도시 생략)를 개재해 둠으로써 증기화 효율이 더욱 향상될 수 있다.

본 예의 오일확산 펌프(50)에는 본 예의 유증기 발생기(70)가 삽입되어 있기 때문에 유증기 발생기(70)의 유도 코일(75)에 흘린 모든 전류를 케이스(71)(또는 케이스(71) 및 기반(72)）자체에 소비시키는 것이 가능하다. 그 결과, 에너지 효율이 좋아 에너지 절약화를 촉진하고, 작동유(8)의 가열 시작시간 단축에도 공헌할 수 있는(오일확산 펌프(50)의 기동시간을 단축화할 수 있는) 등의 효과가 있다.

본 예의 유증기 발생기(70)의 경우는 그 주요부(케이스(71), 절연체(73) 및 유도 코일(75))를 하단이 평평한 가대(70a) 위쪽에 배치한 상태로 삽입하였기 때문에, 케이싱(51) 바닥부의 대기 측을 대략 평탄하게 형성하는 것이 가능하다. 그 결과, 평면에 놓을 수 있는 오일확산 펌프(50)를 제공하는 것도 가능하여 편리성이 향상된다.

본 예의 유증기 발생기(70)의 경우는 유도 코일(75)을 감는 발열체로서의 케이스(71)의 입설방향 상단(U)이 접촉하는 작동유(8)의 유면(L)보다도 위에 노출되는 구성으로 되어 있기 때문에, 유면(L)으로부터 피어오르는 유증기는 유면(L)보다 위에 노출된 케이스(71)의 윗부분에 접촉됨으로써 한층 더 가열되어 충분히 가열된 유증기가 생성된다. 그 결과, 본 예의 유증기 발생기(70)가 삽입된 오일확산 펌프(50)의 경우는 제트(53)로부터의 분출증기 온도를 높게 하는 것이 가능해져, 배기속도 향상을 실현함에 있어 매우 유익하다.

또한 전술한 예는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 기재한 것으로 본 발명을 한정하기 위해 기재한 것은 아니다. 따라서, 상기의 실시형태에 개시된 각 요소는 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.

예를 들면 전술한 예에서는 연강 재료나 SS400 등으로 형성된 단일구조의 케이스(71)의 바깥 둘레에 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)을 유도 코일(75)의 바깥 둘레 부분을 노출시켰지만(도 3 참조) 이 태양으로 한정되지는 않고, 예를 들면 케이스(71)를 케이스 내벽 및 케이스 외벽의 이중구조로 형성하고, 또한 외측영역(71b)/케이스 외벽/절연 재료(73)/유도 코일(75)/절연 재료(73)/케이스 내벽/내측영역(71a)의 구조가 되도록 구성하여 본 예의 작용효과를 실현하는 것도 가능하다.

이 태양의 경우, 내측영역(71a)에 저류되는 작동유(8)와 함께 외측영역(71b)에 저류되는 작동유(8)를 가열할 수 있기 때문에 작동유(8)의 가열 효율이 비약적으로 향상될 것으로 기대된다.

통형상의 피가열체는 예시의 판재에 국한되지 않고, 피가열 재료를 사용한 구성에 있어서 작동유를 통과시킬 수 있는 다공성 금속체나 그물을 감은 것이어도 된다.

또한 전술한 예에서는 유도 코일(75)의 바깥 둘레 쪽을 노출시켰지만(도 3 참조) 이 태양으로 한정되지는 않고, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 유도 코일(75)의 대략 전체(다만 하부의 일부를 제외함. 도 5 참조)를 케이스(71)의 재질과 다른 재질로 형성된 자기 차폐 케이스(76)로 덮는 태양으로 하는 것도 가능하다. 이러한 태양으로 함으로써 유도 코일(75)로의 교류의 인가에 의해 케이스(71)를 가열시킬 때의 가열 효율을 한 층 더 높이는 것을 기대할 수 있어 바람직한 태양이다.

또한 전술한 예에서는 유증기 발생기(70)를 구성하는 피가열체로서 통형상의 케이스(71)를 사용했지만 이 태양으로 한정되지는 않고, 피가열체로서 원판형상 등의 판재(도시 생략)를 사용하고, 그 판재 전체가 저류되어 있는 작동유(8)에 일부 또는 전부가 침지되도록 배치하는 것도 가능하다. 이 경우 판재의 주위, 예를 들면 판재의 배면(케이싱(51)의 바닥부 측)에 절연 재료(73)를 매개로 유도 코일(75)을 배치할 수 있다. 이러한 태양으로도 본 예의 작용효과를 실현할 수 있다.

또한 전술한 예에서는 단일의 오일확산 펌프(50)에 하나의 유증기 발생기(70)를 설치했지만 이 태양으로 한정되지는 않고, 특히 오일확산 펌프의 대형화를 검토하는 등의 경우, 예를 들면 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이 케이싱(51) 내의 바닥부에 본 예의 유증기 발생기(70)를 복수 배치하는 것도 가능하다.

실시예

다음으로 본 발명의 실례(실시예)와 비교예에 대해 설명한다.

［실시예］

본 예에서는 작동유 가열원으로서의 유증기 발생기(70)(도 3)를 하나 삽입한 다음에 나타내는 오일확산 펌프(50)(도 2)를 준비하여, 하기 조건으로 평가하였다.

(오일확산 펌프(50))

·배기구의 직경 : 250 ㎜,

·배기속도 : 2,900 L/sec,

·진공용기 내의 도달압력 : 6.7×10^-6 ㎩(파스칼) 이하,

·소요전력：0.7 ㎾,

·작동유：라이온 S, 1 L.

(유증기 발생기(70)）

·케이스(71)의 높이：120 ㎜,

·작동유의 유면(L) 레벨：30 ㎜(정지 시), 10 ㎜(작동 시).

［비교예］

본 예에서는 작동유 가열원으로서 히터선(니크롬선)을 이용한 전열 히터를 펌프 바닥부에 배치한 종래 구조의 오일확산 펌프를 준비하여, 하기 조건으로 평가하였다.

(종래의 오일확산 펌프)

·배기구의 직경 : 250 ㎜,

·배기속도：2,900 L/sec,

·진공용기 내의 도달압력：6.7×10^-6 ㎩(파스칼) 이하,

·소요전력：2.0 ㎾(200 V),

·작동유：라이온 S, 1 L.

[평가］

각 예의 오일확산 펌프를 사용하여 운전전력의 측정을 행하였다. 구체적으로는 니크롬선(비교예), 유도 코일(실시예)로의 전력 공급 부분을 클램프 전력계로 측정하고, 전압, 전류, 역률로부터 전력(기동 시 전력, 운전 시 전력)을 산출하여 실시예의 비교예에 대한 비(종래비)를 산출하였다. 그 결과, 실시예의 운전전력은 기동 시에서 종래비 40% 감소, 운전 시에서 종래비 65% 감소로, 기동 시, 운전 시 모두 큰 폭의 전력 삭감이 가능한 것이 판명되었다.

각 예의 오일확산 펌프에 대해 온도(측면, 바닥면)를 측정하였다. 그 결과, 실시예의 측면온도(대기 측)는 170℃였다. 이것은 비교예(230℃) 대비 26% 감소로, 보일러 내통에 가열을 집중시킬 수 있어 전력 삭감에 기여 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또한 실시예의 바닥면온도는 120℃였다. 이것은 적열(赤熱)된 히터블록이 노출되어 있어 매우 고온이었던 비교예(적열상태)와 비교하여 열손실을 대폭 억제할 수 있는 것이 판명되었다. 또한 바닥의 손상을 고려하지 않아도 되는 레벨을 달성할 수 있는 것도 판명되었다.

Claims (9)

1. 케이싱 내에 배치되는 제트 내에 유증기 발생기가 배치되어 그 유증기 발생기를 작동시킴으로써 작동유를 가열하여 유증기로 하고, 제트 내의 유증기를 제트로부터 분사하여 흡입 기체를 고진공 배기 동작하는 오일확산 펌프에 있어서,
   상기 유증기 발생기는 피가열체,
   그 피가열체의 근방에 전기적으로 절연 배치된 유도 코일, 및
   그 유도 코일에 교류를 인가하는 급전수단을 구비하며,
   상기 피가열체 및 유도 코일은 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부가 침지되는 배치로 케이싱에 삽입되어 있어,
   상기 급전수단을 작동시킴으로써 상기 피가열체를 가열시켜 상기 작동유를 기화시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 오일확산 펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유증기 발생기의 피가열체는 입설(立設)방향으로 연재(延在)되는 통형상으로, 그 통형상 피가열체의 주위에 유도 코일이 절연 재료를 매개로 감겨 있는 오일확산 펌프.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유증기 발생기의 피가열체는 판형상으로, 그 판형상 피가열체의 주위에 유도 코일이 절연 재료를 매개로 배치되어 있는 오일확산 펌프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   케이싱 내에 작동유 유로를 갖는 오일확산 펌프.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   대기 측 케이싱 바닥부에 가열원을 갖지 않는 오일확산 펌프.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   케이싱에 배치되는 유증기 발생기와 케이싱 바닥면 사이를 열절연하도록 구성되어 있는 오일확산 펌프.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유도 코일은 절연 피복한 내열 전선으로 구성되어 있는 오일확산 펌프.
8. 진공용기 내를 진공 배기하기 위한 배기장치를 구비한 진공장치에 있어서, 상기 배기장치로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 오일확산 펌프를 사용한 것을 특징으로 하는 진공장치.
9. 케이싱 및 제트를 포함하는 오일확산 펌프 내의 작동유를 가열하여 유증기로 하는 유증기 발생기에 있어서,
   상기 오일확산 펌프 내의 케이싱에 삽입되어 사용되며,
   상기 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부를 침지하도록 상기 제트 내에 배치되는 피가열체,
   상기 케이싱 내에 저류되는 작동유에 일부 또는 전부를 침지하도록 상기 피가열체의 근방에 전기적으로 절연 배치되는 유도 코일, 및
   그 유도 코일에 교류를 인가하는 급전수단을 구비하여,
   상기 급전수단을 작동시킴으로써 상기 피가열체를 가열시켜 상기 작동유를 기화시키는 것을 특징으로 하는 유증기 발생기.

Images