KR20190097019A - 진공 펌프 시스템 및 진공 펌프 시스템 작동 방법 - Google Patents

진공 펌프 시스템 및 진공 펌프 시스템 작동 방법 Download PDF

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다니엘 라인하르트
라파엘로 지슬로티
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라이볼트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 배기될 챔버(14)에 연결된 메인 진공 펌프(10)를 포함하는 진공 펌프 시스템에 관한 것이다. 보조 펌프(12)는 메인 진공 펌프(10)의 출구에 연결된다. 또한, 메인 진공 펌프에는 밀봉 가스 공급 장치가 연결되어 있다. 밀봉 가스 공급 장치는 제어 장치(20)의 도움으로 사전결정된 제어 변수의 함수로서 스위치 온 및 오프된다. 본 발명은 또한 진공 펌프 시스템 제어 방법에 관한 것이다.

Description

진공 펌프 시스템 및 진공 펌프 시스템 작동 방법
본 발명은 진공 펌프 시스템 및 진공 펌프 시스템 작동 방법에 관한 것이다.
진공 펌프 시스템은 예를 들어 적어도 하나의 메인 진공 펌프뿐만 아니라 적어도 하나의 보조 펌프를 포함한다. 메인 진공 펌프는 예를 들어 스크루형 진공 펌프와 같은 건식 압축 진공 펌프이다. 메인 진공 펌프의 출구에는 목적을 돕기 위해 보조 펌프가 연결되어 있다. 보조 펌프로서는, 멤브레인 펌프(membrane pump) 또는 이젝터 펌프(ejector pump)가 흔히 사용된다. 그러한 진공 펌프 시스템에서, 보조 펌프의 체적 용량은 메인 진공 펌프의 체적 용량보다 상당히 작다. 특히, 보조 진공 펌프의 체적 용량은 메인 진공 펌프의 체적 용량의 1/50보다 작다. 그러한 보조 펌프의 사용은 보다 낮은 토출 압력을 얻을 수 있게 한다. 그러한 보조 펌프의 사용은 전체 시스템의 에너지 소비를 감소시킬 수 있게 하며, 보조 펌프는 추가적인 에너지를 소비한다는 점에서 불리하다. 이것은 이젝터 펌프와 같은 보조 펌프가 연속 작동되는 경우에 특히 그렇다. 또한, 이것은 이젝터 펌프의 높은 추진제 가스 소비를 초래하며, 상기 추진제 가스는 예를 들어 압축 공기이다.
미국 특허 출원 공개 제 US 2012/0219443 호에는, 메인 펌프와, 이 메인 펌프의 출구에 연결된 이젝터 펌프를 갖는 진공 펌프 시스템이 공지되어 있다. 이러한 시스템에서, 이젝터 펌프는 사전지정된 압력 범위의 압력이 메인 진공 펌프의 출구에서 우세할 때에만 스위치 온된다. 이에 의해, 이젝터 펌프의 에너지 소비뿐만 아니라 추진제 가스의 소비가 감소될 수 있다. 이젝터 펌프는 미국 특허 출원 공개 제 US 2012/0219443 호에 기술된 진공 펌프 시스템의 전자 제어 장치의 도움으로 켜지고 꺼진다. 상기 제어 장치는 메인 진공 펌프의 출구에서 측정된 압력의 함수 및 메인 진공 펌프의 소비 전력의 함수로서 이젝터 펌프를 스위칭한다. 따라서, 미국 특허 출원 공개 제 US 2012/0219443 호에 기술된 진공 펌프 시스템은 복잡한 전자 제어 시스템뿐만 아니라 센서가 제공되어야 한다는 점에서 불리하다. 특히, 이들은 절대 압력 측정을 위한 비용 집약적인 센서이다. 따라서, 작동 안전성이 감소되지만 제조 비용이 증가된다.
또한, 독일 실용신안 공개 제 DE 20 2014 007 963 호에는, 보조 펌프, 특히 이젝터 펌프를 스위치 온하기 위한 제어 장치가 제공되는 진공 펌프 시스템이 공지되어 있으며, 이러한 제어 장치는 오직 기계 구성요소만을 포함한다. 이것은 오직 기계 구성요소만이 사용되는 경우에도 높은 작동 안전성을 보장하면서 비용 집약적인 센서 사용의 필요성을 없애서, 제조 비용이 감소되게 한다.
또한, 진공 펌프 시스템에서, 밀봉 가스가 흔히 펌프에 공급된다. 밀봉 가스는 특히 샤프트 시일 및 오일 챔버를 먼지 및 다른 입자로부터 보호하는데 사용된다. 그러나, 밀봉 가스의 사용은 진공 펌프로 진입하는 가스의 양이 진공 펌프 시스템(이젝터)에 의해 추가적으로 펌핑되어야 한다는 점에서 불리하다. 이것은 추가적인 에너지 요구를 수반한다.
본 발명의 목적은 밀봉 가스가 사용되는 경우에도 에너지 요구가 감소될 수 있는 진공 펌프 시스템 및 진공 펌프 시스템 작동 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 각각 청구항 1 및 10의 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 진공 펌프 시스템은 배기될 챔버에 연결되도록 구성된 메인 진공 펌프를 포함한다. 메인 진공 펌프는 특히, 스크루 펌프와 같은 건식 압축 진공 펌프이다. 메인 진공 펌프의 출구에는, 바람직한 실시예에 따르면 이젝터 펌프인 보조 펌프가 연결되어 있다.
또한, 진공 펌프 시스템은 밀봉 가스 공급 장치뿐만 아니라, 밀봉 가스 공급 장치에 연결된 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 밀봉 가스 공급 장치가 스위치 온 및 오프될 수 있게 한다. 밀봉 가스 공급 장치는 사전결정된 제어 변수의 함수로서 스위치 온 및 오프된다.
밀봉 가스의 양은 이젝터가 핸들링할 수 있는 가스의 양을 초과할 수 있으며, 따라서 출구를 배기하는 목적으로 밀봉 가스가 차단되는 것이 절대적으로 필요하다.
또한, 제어 장치는 보조 진공 펌프를 스위치 온 및 오프할 수 있도록 보조 진공 펌프에 연결될 수 있다. 이것은 또한 제어 변수의 함수로서 수행된다.
밀봉 가스 공급 장치 및 보조 진공 펌프를 각각 스위치 온 및 오프하는데 사용되는 제어 변수는 상이한 제어 변수 또는 동일한 제어 변수일 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 후술하는 바람직한 제어 변수는 보조 진공 펌프를 제어하고 밀봉 가스 공급 장치를 제어하는데 모두 사용되며, 밀봉 가스 공급 장치의 제어가 보조 진공 펌프의 제어 변수와는 다른 제어 변수의 도움으로 수행되도록 개별 제어 변수의 임의의 조합이 가능하다.
바람직하게는, 이젝터 펌프와 같은 보조 진공 펌프는 바람직하게는, 메인 펌핑 모드가 종료되고 진공 펌프 시스템이 대기 모드(standby mode)(토출 압력 작동)로 진입한 경우에만 스위치 온된다. 특히 바람직한 실시예에 따르면, 보조 진공 펌프의 이러한 스위칭에 부가하여 또는 그 대신에, 밀봉 가스 공급은 대기 모드에서 스위치 오프된다. 따라서, 보조 진공 펌프 및/또는 밀봉 가스 공급 장치는 바람직하게는, 시스템이 이제 막 대기 모드로 들어갔거나, 대기 모드가 임박하거나 직전 상태로 되었다는 것을 규정하는 제어 변수의 함수로서 스위치 온된다. 여기서, 제어 변수로서, 배기될 챔버 내의 압력 값, 및/또는 메인 진공 펌프의 입구 및/또는 메인 진공 펌프의 출구에서 우세한 압력 값이 결정될 수 있다. 이러한 압력 값이 사전결정된 한계 값 미만으로 하강하자마자, 보조 진공 펌프가 스위치 온된다. 여기서, 한계 값은 챔버, 펌프 입구 또는 펌프 출구에 대한 압력 센서의 배열에 따라 서로 상이할 수 있다. 또한, 이들 값은, 2 개의 한계 값이 예를 들어 동시에 도달되지 않을 때만 보조 진공 펌프가 스위치 온되도록 서로 조합될 수 있다.
특히, 체크 밸브는 메인 진공 펌프의 출구에 제공된다. 이러한 체크 밸브는 바람직하게는 제어 장치에 연결된다. 체크 밸브의 위치는 제어 변수로서 사용될 수 있다. 여기서, 체크 밸브의 제어는 센서에 의해 결정되고 제어 장치로 전송될 수 있다. 바람직하게는, 체크 밸브가 폐쇄될 때, 밀봉 가스 공급 장치도 또한 폐쇄된다. 다음에, 바람직한 실시예에 따르면, 보조 진공 펌프가 스위치 온된다. 바람직한 실시예에 따르면, 체크 밸브가 개방될 때, 밀봉 가스가 켜지고, 바람직하게는 보조 진공 펌프가 스위치 오프된다.
가능한 다른 사전결정된 제어 변수는 메인 진공 펌프를 구동하는 전기 모터의 특성 변수이다. 특히, 전기 모터의 소비 전력 또는 주파수 컨버터의 신호가 이러한 목적에 적합하다. 소비 전력이 사전결정된 한계 값 미만으로 하강하자마자, 보조 진공 펌프가 스위치 온되고, 및/또는 밀봉 가스 공급이 스위치 오프된다.
바람직하게는, 사전결정된 제어 변수는 메인 진공 펌프에서 압력 값 미만으로 하강하는 값이다. 이러한 압력 값은, 예를 들어 압력 센서에 의해 결정될 수 있다. 대응하는 압력 한계 값은 바람직하게는 1 mbar이다.
추가적 또는 대안적인 제어 변수로서, 메인 진공 펌프의 출구에서 압력 값 미만으로 하강하는 값이 사용될 수 있다. 이러한 압력 값도 역시 압력 센서에 의해 결정될 수 있으며, 압력 한계 값은 바람직하게는 1020 mbar이다.
가능한 다른 추가 제어 변수는 메인 진공 펌프를 구동하는 전기 모터의 특성 변수일 수 있다. 특히, 이것은 소비 전력일 수 있다. 바람직하게는, 토출 압력에서의 소비 전력의, 바람직하게는 10%만큼의 증가가 사전결정된 제어 변수로서 역할을 할 수 있다.
바람직하게는, 제어 장치는 전기적으로 스위칭가능한 밸브를 포함하거나, 전기적으로 스위칭가능한 밸브에 연결된다. 상기 밸브는 바람직하게는 보조 진공 펌프의 상류측에 배열된다. 따라서, 보조 진공 펌프가 켜지거나 꺼질 때 밸브가 스위칭된다. 물론, 이러한 전기 밸브는 진공 펌프에 통합될 수 있다.
마찬가지로, 전기적으로 스위칭가능한 밸브가 밀봉 가스 입구에 제공될 수 있다. 이러한 전기적으로 스위칭가능한 밸브는, 간단한 방식으로 밀봉 가스 공급을 스위치 온 또는 오프하는 것을 가능하게 하도록, 제어 장치의 일부이거나 제어 장치에 연결될 수 있다. 물론, 보조 펌프를 켜고 끌 뿐만 아니라, 밀봉 가스 공급을 스위치 온 및 오프하기 위해 2 개의 스위칭가능한 밸브가 제공될 수 있다.
전기적으로 스위칭가능한 밸브에 부가하여 또는 그 대신에, 압력 로커(pressure rocker)가 제공될 수 있다. 압력 로커는 대응하는 압력 라인에 연결되어, 압력 로커는 상기에서 규정된 압력 중 하나 또는 복수의 압력이 사전결정된 한계 값 미만으로 하강하거나 그것을 초과하자마자 스위칭된다. 추가적인 압력 로커의 대응하는 스위칭에 의해, 추진제 가스가 방출되어 이젝터 펌프에 공급된다. 따라서, 이젝터 펌프로의 추진제 가스 공급이 스위치 오프될 수 있다. 마찬가지로, 기계적인 압력 로커가 밀봉 가스 공급을 스위치 온 및 오프할 수 있다.
전술한 진공 펌프 시스템의 도움으로, 에너지 소비가 감소될 수 있다. 특히, 한계 값은, 특히 이젝터 펌프인 보조 진공 펌프가 메인 펌핑 모드에서 작동되지 않도록 선택된다. 다량의 가스가 공급되는 메인 펌핑 모드에서, 보조 진공 펌프의 에너지 요구는 공급된 가스의 양에 전혀 비례하지 않으며, 그에 따라 전체 시스템의 에너지 요구를 감소시키기 위해, 보조 진공 펌프가 메인 펌핑 모드에서 스위치 오프된 상태로 유지되는 것이 유리하다.
또한, 밀봉 가스에 대해서는, 한계 값은 바람직하게는 보조 펌핑 모드에서 밀봉 가스가 공급되지 않도록 선택된다. 이것은 또한 에너지 절감으로 이어질 수 있다.
특히, 보조 펌핑 모드에서 밀봉 가스 공급을 스위치 오프하는 것과 메인 펌핑 모드에서 보조 펌프를 스위치 오프하는 것의 조합은 상당한 에너지 절감을 가져온다.
또한, 본 발명은 진공 펌프 시스템 작동 방법에 관한 것이다. 여기서, 이러한 진공 펌프 시스템은, 특히 전술한 바와 같은 진공 펌프 시스템이며, 상기 방법은 바람직하게는 진공 펌프 시스템을 참조하여 전술한 바와 같이 또한 전개된다.
특히, 진공 펌프 시스템을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법은 밀봉 가스 공급 장치에 연결되고 사전결정된 제어 변수의 함수로서 밀봉 가스 공급 장치를 스위치 온 및 오프하는 역할을 하는 제어 장치를 포함한다. 제어 변수의 함수로서, 밀봉 가스 공급 장치가 스위치 온 및 오프되는 것뿐만 아니라, 추가적으로 보조 펌프가 스위치 온 및 오프되는 것이 또한 바람직하다. 여기서, 이러한 제어 변수는 동일하거나 상이한 제어 변수일 수 있으며, 밀봉 가스 공급 장치를 스위치 온 및 오프할 뿐만 아니라, 보조 진공 펌프를 오프로 스위치 온 및 오프하기 위해 동일한 제어 변수가 사용되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 특히 진공 펌프 시스템의 바람직한 실시예에 따르면, 밀봉 가스 공급은 바람직하게는 대기 모드에서 스위치 오프된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는, 특히 본 발명에 따른 진공 펌프 시스템의 바람직한 양태를 참조하여 전술한 바와 같이 또한 전개된다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 기초하여 상세하게 설명된다.
도 1은 제어 장치를 포함하는 진공 펌프 시스템의 개략도를 도시한다.
도시된 예시적인 실시예에서, 진공 펌프 시스템은 메인 진공 펌프(10)를 포함한다. 메인 진공 펌프(10)의 출구에는, 특히 이젝터 펌프인 보조 진공 펌프(12)가 연결되어 있다. 메인 진공 펌프(10)의 입구는 배기될 챔버(14)에 연결된다. 또한, 메인 진공 펌프(10)에는 펌프(16)가 연결되어 있다. 펌프(16)는 제어가능한 밸브(18)를 통해 용기(24)에 연결되고, 이 용기에는 밀봉 가스가 제공된다. 따라서, 펌프(16)의 도움으로, 밀봉 가스가 메인 진공 펌프(10)에 공급된다. 밀봉 가스가 가압되어 있는 경우, 펌프(16)는 생략될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 제어 장치(20)는 배기될 챔버(14)와 메인 진공 펌프(10) 사이에 배열된 압력 센서(22)에 연결된다.
압력 센서(22)에 의해 측정된 압력은 제어 장치(20)를 위한 제어 변수로서 역할을 한다. 밀봉 가스를 메인 진공 펌프(10)에 공급하는 전기 밸브(18)는 압력의 함수로서 제어된다. 또한, 이에 대응하여 이젝터 펌프(12)가 제어된다. 여기서는, 또한, 이젝터 펌프(12)로의 추진제 가스 공급을 제어하는 전기 밸브가 제어될 수 있다.

Claims (18)

  1. 진공 펌프 시스템에 있어서,
    배기될 챔버(14)에 연결되도록 구성된 메인 진공 펌프(10)와,
    상기 메인 진공 펌프(10)의 입구에 연결된 보조 펌프(12)와,
    밀봉 가스 공급 장치(24)와,
    상기 밀봉 가스 공급 장치(24)에 연결되어, 사전결정된 제어 변수의 함수로서 상기 밀봉 가스 공급 장치(24)를 스위치 온 및 오프하는 제어 장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치(20)는 상기 보조 진공 펌프(12)에 연결되어, 상이하거나 동일한 제어 변수의 함수로서 상기 보조 진공 펌프(12)를 스위치 온 및 오프하는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밀봉 가스 공급 장치(24) 및/또는 상기 보조 진공 펌프(12)에 대한 상기 사전결정된 제어 변수는 대기 모드의 진입 또는 종료인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 가스 공급 장치(24) 및/또는 상기 보조 진공 펌프(12)에 대한 상기 사전결정된 제어 변수는 상기 메인 진공 펌프(10)의 입구에서의 소정 압력 값 미만으로의 하강이며, 상기 압력 값은 특히 압력 센서(22)의 도움으로 결정되고, 압력 한계 값은 바람직하게는 1 mbar인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 가스 공급 장치(24) 및/또는 상기 보조 진공 펌프(12)에 대한 상기 사전결정된 제어 변수는 상기 메인 진공 펌프(10)의 출구에서의 소정 압력 값 미만으로의 하강이며, 상기 압력 값은 특히 압력 센서의 도움으로 결정되고, 압력 한계 값은 바람직하게는 1020 mbar인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 가스 공급 장치(24) 및/또는 상기 보조 진공 펌프(12)에 대한 상기 사전결정된 제어 변수는 상기 메인 진공 펌프(10)를 구동하는 전기 모터의 특성 값, 특히 소비 전력인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치(20)는 전기적으로 스위칭가능한 밸브를 포함하거나, 전기적으로 스위칭가능한 밸브에 연결되고, 상기 전기적으로 스위칭가능한 밸브는 바람직하게는 상기 보조 진공 펌프(12)의 상류측에 배열되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치(20)는 전기적으로 스위칭가능한 밸브(18)를 포함하거나, 전기적으로 스위칭가능한 밸브(18)에 연결되고, 상기 전기적으로 스위칭가능한 밸브(18)는 밀봉 가스를 위한 공급 라인에 배열되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 진공 펌프(10)의 출구에 제공된 체크 밸브의 위치가 제어 변수로서 사용되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템.
  10. 특히 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 진공 펌프 시스템을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    밀봉 가스 공급 장치(24)가 제어 장치(20)의 도움으로 사전결정된 제어 변수의 함수로서 스위치 온 및 오프되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밀봉 가스 공급 장치(24)에 부가하여 또는 그 대신에, 상기 보조 진공 펌프(12)가 스위치 온 및 오프되며, 이러한 스위치 온 및 오프는 바람직하게는 상이하거나 동일한 제어 변수의 함수로서 수행되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 변수로서, 대기 모드의 진입 또는 종료가 사용되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 변수로서, 상기 메인 진공 펌프의 입구에서의 소정 압력 값 미만으로의 하강이 사용되고, 압력 한계 값은 바람직하게는 1 mbar인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 변수로서, 상기 메인 진공 펌프의 출구에서의 소정 압력 값 미만으로의 하강이 사용되고, 압력 한계 값은 바람직하게는 1020 mbar인 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 변수로서, 상기 메인 진공 펌프를 구동하는 전기 모터의 특성 변수, 특히 소비 전력이 사용되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치의 도움으로, 상기 보조 진공 펌프의 상류측에 배열된 밸브가 제어되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치의 도움으로, 밀봉 가스를 위한 공급 라인에 배열된 밸브가 제어되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 변수로서, 상기 메인 진공 펌프의 출구에 제공된 체크 밸브의 위치가 사용되는 것을 특징으로 하는
    진공 펌프 시스템 작동 방법.
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