KR20210126599A - 가스를 펌핑하는 펌프 및 방법 - Google Patents

Abstract

가스를 펌핑하기 위한 펌프 및 방법이 개시되어 있다. 펌프는 펌프 하우징 요소 및 추가 요소를 포함하며, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소 중 하나의 요소는 적어도 하나의 액체 개구를 포함하는 다른 하나의 요소를 향해 연장되는 돌출부를 포함한다. 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 가스 입구로부터 가스 출구까지의 경로를 형성한다. 나선형 돌출부는 자유 단부보다 부착 단부에서 더 넓은 축방향 단면을 갖는다. 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 서로에 대해 회전 가능하게 장착된다. 적어도 하나의 액체 개구는 적어도 하나의 액체 개구로부터 출력된 액체가 액체 블레이드를 형성하도록 구성되고, 액체 블레이드는 요소들 중 하나의 회전 시에 가스 입구로부터 가스 출구까지의 경로를 따라 가스를 구동하도록 작동 가능하다.

Description

가스를 펌핑하는 펌프 및 방법

본 발명의 분야는 가스를 펌핑하는 펌프 및 방법과 관련된다.

가스를 펌핑하기 위한 상이한 유형의 펌프가 알려져 있다. 이들은 가스가 제거되기 전에 펌프 내측의 표면 상에 포획되는 포획형 펌프(entrapment type pump); 가스 분자가 입구측으로부터 출구 또는 배기구측을 향해 가속되는 터보분자 펌프와 같은 운동 또는 운동량 전달 펌프(kinetic or momentum transfer pump); 및 가스가 포획되어 펌프의 입구로부터 출구를 향해 이동되는 용적형 펌프(positive displacement pump)를 포함한다.

용적형 펌프는 일반적으로 하나 이상의 로터와 스테이터 사이에 형성된 이동하는 펌핑 챔버를 제공하며, 로터의 이동은 유효 펌핑 챔버가 이동하게 한다. 입구에 수용된 가스는 펌핑 챔버 내에 진입하여 포획되고, 출구로 이동된다. 일부 경우에는, 이동 동안에 가스 포켓의 체적이 감소하여 효율을 향상시킨다. 그러한 펌프는 루츠(roots) 및 회전식 베인형(rotary vane type) 펌프를 포함한다. 가스를 챔버 내로 흡인하기 위해, 챔버가 일반적으로 팽창하고, 챔버로부터 가스를 방출하기 위해, 챔버 체적이 일반적으로 수축된다. 이러한 체적 변화는 예를 들어, 회전식 베인 펌프에서는 자체가 마모되는 스프링과 같은 장치를 사용하여 펌프 챔버의 내부 및 외부로 연장되는 블레이드(blade)에 의해 달성될 수 있거나, 루츠 또는 스크루 펌프에서는 서로 협동하는 2개의 동기화된 로터와, 가스 포켓을 이동시키고 입구와 출구 사이의 체적 변화를 발생시키는 스테이터를 사용함으로써 달성될 수 있다. 추가적인 로터는 로터 이동을 동기화하기 위해 추가적인 샤프트, 베어링 및 타이밍 방법, 예컨대 기어를 필요로 한다.

또한, 가스가 포획된 상태에서 누출을 최소화하거나 적어도 감소시키고 가스를 효율적으로 이동시키기 위해, 가동 부분은 서로, 및 가스의 포획된 체적부를 형성하는 고정 부분과 밀접 시일(close seal)을 형성할 필요가 있다. 일부 펌프는 포획된 체적부의 표면 사이를 밀봉하기 위해 오일과 같은 액체를 사용하는 반면, 다른 펌프는 엄격한 비접촉 간극에 의존하고, 이는 제조 비용의 증가를 초래할 수 있으며, 또한 부분들이 접촉하는 경우, 또는 펌핑되는 유체에 미립자 또는 불순물이 존재하는 경우, 로킹(locking) 또는 소착(seizure)에 민감한 펌프를 초래할 수 있다.

내마모성이고, 낮은 전력 소비 및 비교적 작은 펌핑 메커니즘을 제공하며, 제조 및 작동 비용이 비교적 저렴한 펌프를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 제 1 양태는 가스를 펌핑하기 위한 펌프를 제공하며, 상기 펌프는 펌프 하우징 요소 및 추가 요소를 포함하며; 상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 하나의 요소는 적어도 하나의 액체 개구를 포함하는 다른 하나의 요소를 향해 연장되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 가스 입구로부터 가스 출구까지의 경로를 형성하고; 상기 추가 요소는 상기 펌프 하우징 요소의 보어 내에 동심으로 장착되고, 상기 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 서로에 대해 회전 가능하게 장착되며; 상기 돌출부는 나선을 포함하고, 상기 나선이 상기 다른 하나의 요소를 향한 지점에서 더 좁고, 상기 돌출부가 그로부터 연장되는 상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 상기 하나의 요소와 상기 돌출부의 교차점에서 더 넓도록, 상기 나선의 축방향 평면을 통한 단면은 변하고; 상기 적어도 하나의 액체 개구는 상기 적어도 하나의 액체 개구로부터 출력된 액체가 액체 블레이드를 형성하도록 구성되고, 상기 액체 블레이드는 상기 요소들 중 하나의 회전 시에 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구까지의 상기 경로를 따라 가스를 구동하도록 작동 가능하다.

본 발명의 발명자는, 펌프의 요소가 액체 개구(들)를 갖도록 구성되어, 개구를 통해 출력된 액체가 펌프의 요소들 사이에 표면 또는 블레이드를 형성한 후에, 요소들 중 하나의 요소가 다른 하나의 요소에 대해 회전할 때 액체 블레이드가 펌프를 통해 가스를 구동하는 데 사용될 수 있다는 것을 인식했다. 또한, 펌프의 요소들이 그들 사이에서 연장되는 나선형 돌출부가 가스 입구로부터 가스 출구까지의 경로를 형성하도록 구성되는 경우, 그러한 경로는 요소들 사이에서 경로를 가로질러 연장되는 액체 블레이드에 의해 구동되는 가스를 입구로부터 출구로 인도할 수 있다. 이것은 간단하고 콤팩트하고 저전력이며 저비용인 배열을 제공할 가능성을 가지며, 접촉 표면 사이의 마찰 및 마모로 인해 생기는 문제 및 엄격한 간극에 대한 제조 공차에 수반되는 비용이 회피되거나 적어도 경감될 것이다.

그러한 블레이드는 하나 이상의 액체 개구를 통해 액체를 구동함으로써 형성될 수 있다. 요소들 중 하나 상에 액체 개구(들)를 배열하는 것은 액체 스트림이 요소들 사이에 액체 표면 또는 블레이드를 형성할 수 있게 한다. 그러한 액체 블레이드는 본질적으로 변형 가능하고 저비용이며, 엄격한 제조 공차에 대한 요구 없이 포획된 체적부의 표면 사이에 양호한 밀봉을 제공할 수 있다. 또한, 그러한 블레이드는 그 자체가 마모되지 않으며, 접촉하는 표면에 대한 마모가 매우 적다.

블레이드는 유동하는 액체로 형성되어, 블레이드를 형성하는 액체가 연속적으로 보충된다. 블레이드의 표면은 요소의 표면 및 돌출부과 함께, 펌핑될 가스를 한정하거나 포획하거나 격리시키거나 봉입하도록 작용한다. 요소들 중 하나의 회전은 포획된 가스가 돌출부에 의해 한정된 경로를 따라 가스 입구로부터 가스 출구로 이동되게 한다. 펌핑할 가스는 블레이드의 양측에 위치된다.

요소들 중 하나의 요소 또는 다른 하나의 요소는 회전하도록 장착되거나, 둘 모두가 반대 방향으로 회전하도록 장착될 수 있다. 이와 관련하여, 요소들 사이의 상대 운동이 요구되며, 회전하는 요소는 중요치 않다. 일부 실시예에서, 펌프 하우징 요소는 고정되도록 장착되고, 추가 요소는 회전하도록 장착된다.

그러나, 그러한 설계의 잠재적인 문제는 나선형 돌출부의 형상의 주의깊은 설계 없이, 돌출부의 일부가 블레이드로부터 외벽을 마스킹할 수 있고, 이러한 마스킹된 영역을 따라 누출 경로가 발생할 수 있다는 것이다. 이러한 잠재적인 문제를 해결하기 위해, 나선형 돌출부는 테이퍼진 축방향 단면을 갖도록 구성되고, 그에 따라 자유 단부에서보다 부착되는 벽에서 더 넓다. 테이퍼지지 않은 축방향 단면을 갖는 나선형 나사산은 실질적으로 직사각형인 반경방향 단면을 제공하고, 그러한 형상은 나사산이 액체 블레이드로부터 연장되는 벽의 부분을 마스킹할 수 있다. 그러한 마스킹은 가스 출구로부터 가스 입구까지의 나선을 따른 누출 경로를 제공하는 펌프 성능에 유해하다. 벽 에지에서 더 넓은 나사산은 또한 벽을 향해 더 넓은 수평 단면을 제공하여, 액체 블레이드에 대한 이러한 프로파일의 마스킹 효과를 제한한다.

돌출부의 폭의 변화는 일부 실시예에서 다수의 값을 가질 수 있지만, 상기 돌출부는 돌출부가 그로부터 연장되는 요소로부터 돌출부를 따라 10% 지점에서의 폭이 돌출부를 따라 95% 지점에서의 폭의 적어도 2배이고, 일부 실시예에서 4배 초과이다.

일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 돌출부의 상부면은 포물선의 절반에 대응하는 형태를 갖는다.

액체가 표면에서 튀지 않고 부착되는 경향이 있도록 돌출부가 만곡된 형태를 갖는 것이 유리할 수 있다. 상부면의 실질적으로 포물선 형태는 실질적으로 직선형이고 돌출부가 부착되는 벽으로부터 비스듬하게 연장되는 후연부(회전할 때 블레이드가 마주치는 후방 또는 최종 에지)를 가질 수 있는 형태의 반경방향 단면을 제공한다. 축방향 단면 또는 평면은 회전 요소가 그것을 중심으로 회전하는 펌프의 축에 평행하고 이를 통과하는 것이고, 반경방향 단면 또는 평면은 펌프의 대부분의 실시예의 작동에서 일반적으로 수평인, 축에 수직인 것이라는 점에 주목해야 한다.

일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 펌프 하우징 요소로부터 연장되고, 상기 돌출부가 상기 추가 요소로부터 접선방향으로 연장되는 워터 블레이드로부터 상기 펌프 하우징 요소를 마스킹하지 않도록 반경방향 평면을 통한 단면을 갖는다.

본 발명의 발명자들은, 펌프가 효과적으로 펌핑하도록 하기 위해서는, 돌출부의 형상이 액체 블레이드가 특정 지점에서 외벽에 도달하는 것을 돌출부가 마스킹하지 않도록 해야 한다는 것을 인식했으며, 이는 이것이 나선의 전체 길이를 따라 누출 경로를 제공할 수 있기 때문이다. 그러한 누출 경로가 회피되거나 적어도 억제될 수 있는 방법을 결정할 때, 본 발명자들은 액체 블레이드의 방향이 작동 조건에 따라 변할 것이며, 돌출부가 극단 조건에 대해 효과적이도록 설계될 수 있다면, 중간 조건도 또한 커버되어야 한다는 것을 인식했다. 따라서, 돌출부는 펌프 하우징 벽이 접선방향 블레이드로부터의 돌출부에 의해 마스킹되지 않도록 구성되며, 이는 블레이드를 가로질러 압력차가 없는 조건과 관련된다.

일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 펌프 하우징 요소로부터 연장되고, 상기 돌출부가 상기 추가 요소로부터 직각으로 연장되는 워터 블레이드로부터 상기 펌프 하우징 요소를 마스킹하지 않도록 반경방향 평면을 통한 단면을 갖는다.

보다 높은 압력차에서, 블레이드는 내부 추가 요소에 실질적으로 수직으로 연장될 수 있으며, 이 경우에 돌출부는 이것을 염두에 두고서 설계될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 돌출부의 하부면은 편평하며, 그러한 구성은 수직인 액체 블레이드로부터 외벽을 마스킹하지 않는 돌출부를 제공한다.

다른 실시예에서, 상기 돌출부는 실질적으로 포물선 형태의 축방향 평면에서의 단면을 갖는다.

상부면과 하부면이 동일한 포물선 형태를 갖는 대칭형 돌출부로서 돌출부를 형성하는 것이 편리할 수 있다. 그러한 돌출부는 나선의 길이를 따라 액체 블레이드와 함께 효과적인 시일을 형성한다.

일부 실시예에서, 상기 반경방향 평면에 있어서의 상기 돌출부의 단면의 회전 방향에 대한 후연부는 상기 펌프 하우징 요소의 벽에 대한 접선에 대해 예각을 이루며, 상기 예각은 상기 후연부가 상기 추가 요소의 접선에 평행한 최대 각도와 상기 최대 각도보다 최대 15% 작은 각도 사이에 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 후연부의 각도는 돌출부의 반경방향 단면이 블레이드로부터 외벽을 마스킹하는 것을 억제하도록 선택되어야 한다. 내부 회전 요소로부터의 접선에 평행한 후연부는 한계 조건에서도 허용 가능한 성능을 제공하지만, 돌출부는 약간 더 큰 면적 및 약간 더 작은 예각을 갖도록 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 반경방향 평면에 있어서의 상기 돌출부의 단면의 회전 방향에 대한 전연부는 회전 방향으로 만곡되고 상기 펌프 하우징 요소와 상기 추가 요소 사이의 거리의 절반과 동일한 곡률 반경을 갖는 곡선과, 상기 후연부로부터 멀리, 그리고 상기 추가 요소의 접선에 평행하게 연장되는 선 사이에 놓인다.

본 특허 출원의 목적을 위해, 나선형 나사산의 전연부는 블레이드가 회전 시에 먼저 접촉하는 해당 반경방향 평면에 있어서의 나사산의 부분인 것으로 간주되고, 후연부는 나사산의 해당 부분을 넘어서 이동할 때 접촉하는 부분이다.

돌출부에 의한 벽의 마스킹을 회피하기 위해 요구되는 전연부의 형상은 보다 높은 압력의 작동 조건에 따라 구성될 수 있다. 최대 압력 조건에서의 작동에 대응하는 한계 케이스는 요소들 사이의 갭의 절반의 반경을 갖는 만곡면을 갖는 블레이드에 대응한다. 대응하는 형상을 갖는 전연부가 있는 돌출부는 한계 조건에서도 허용 가능하다. 이러한 형태는 허용 가능한 밀봉을 제공하는 가장 작은 단면과 관련되며, 내부 요소의 접선에 평행할 때까지 회전 방향으로부터 멀리 전연부를 연장시킴으로써 확대될 수 있다.

사실상, 한계 조건에서 블레이드 액적의 궤적에 대한 돌출부의 반경방향 또는 수평 단면의 프로파일과 매칭되는 단면은 블레이드로부터 외벽을 마스킹하지 않고 허용 가능한 펌핑을 제공하는 돌출부를 제공할 것이다. 프로파일이 확대될 수 있지만, 경사진 전연부는 유지되어야 한다.

반경방향 단면이 내부 요소의 접선에 평행한 전연부 및 후연부 모두를 갖는 경우, 반경방향 단면은 2개의 요소들 사이의 환형 갭에서 원의 세그먼트를 형성한다.

일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 돌출부의 하부면은 편평하고, 이것은 상기 추가 요소에 대한 접선에 실질적으로 수직인 반경방향 단면의 회전 방향에 대해 전연부를 제공한다.

그러한 배열은 기계가공이 용이하고, 상부면이 만곡되고 자유 단부보다 교차 단부에서 더 넓은 경우, 허용 가능한 성능을 갖는 돌출부를 제공한다.

일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 액체 개구는 회전하도록 장착된 상기 요소의 표면 상에 형성된다.

회전하도록 장착된 요소는 일반적으로 로터로 지칭되고, 회전 운동이 블레이드를 형성하도록 액체 개구로부터 액체를 배출하는 것을 도울 수 있기 때문에, 이것이 액체 개구를 갖는 요소인 것이 유리할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소에 의해 형성된 상기 경로의 단면은 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구까지 감소한다.

일부 경우에, 경로의 단면은 연속적으로 또는 경로의 일부를 따라, 입구와 출구 사이에서 감소할 수 있다. 결과적인 체적 감소는 펌핑될 때 가스의 체적 압축을 야기하며, 이는 챔버로부터 가스의 배출을 도울 뿐만 아니라 주어진 체적의 가스를 펌핑하는 데 필요한 전력을 감소시킨다.

일부 실시예에서, 상기 내부 구성요소는 상기 외부 구성요소의 보어 내에 편심적으로 장착되는 한편, 다른 실시예에서, 상기 내부 구성요소는 상기 외부 구성요소의 보어 내에 동심으로 장착된다.

내부 구성요소의 편심 장착은 상대 회전이 있을 때 펌프 하우징 요소와 액체 블레이드에 의해 형성된 가스 포켓이 요소들의 원주부 주위에서 체적이 변한다는 것을 의미한다. 이러한 편심 장착은 요소(들)가 회전함에 따라 블레이드의 크기가 변하는 것을 필요로 하지만, 이것은 자연적으로 발생할 것이다. 블레이드의 변화하는 크기를 생성하기 위해 스프링 및 중실형 블레이드와 같은 기계적 또는 슬라이딩 부품이 필요하지 않다.

액체 출구(들)는 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 서로 인접하게 배열된 복수의 액체 출구가 있을 수 있거나, 슬롯 형태의 단일 출구가 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 슬롯 또는 복수의 출구는 요소들의 축에 실질적으로 평행하게 연장되는 종방향 형태를 갖는다. 그러한 배열은 펌핑 챔버의 반경에 실질적으로 수직인 블레이드를 제공한다.

다른 실시예에서, 슬롯 또는 인접한 출구는 요소들의 축에 대해 각을 이룰 수 있고, 일부 경우에는 나선형 액체 블레이드가 스테이터와 로터 사이에 형성되도록 나선을 형성할 수 있다.

그러한 블레이드를 생성하도록 구성된 펌프는 다른 구성요소의 표면 상의 나선형 돌출부와 함께 사용될 수 있다. 나선형 돌출부는 스크루 펌프와 유사한 방식으로 동작하는 펌프를 제공한다. 그러한 돌출부는 축방향 액체 블레이드 또는 나선형 블레이드와 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 나선의 각도는 상기 나선의 피치가 상기 가스 출구를 향해 감소하도록 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구를 향해 변한다.

가스 출구를 향한 나선 피치의 감소는 펌핑될 때 가스에 체적 압축을 제공하며, 이는 챔버로부터 가스의 배출을 도울 뿐만 아니라 주어진 체적의 가스를 펌핑하는 데 필요한 전력을 감소시킨다.

일부 실시예에서, 상기 펌프 하우징 요소 및 추가 요소 중 적어도 하나는 상기 스테이터와 상기 로터 사이의 거리가 상기 가스 출구를 향해 감소하도록 테이퍼진다.

입구와 출구 사이에서 크기가 감소하는 펌핑 챔버를 제공하는 하나의 방법은 요소들 사이의 거리가 가스 출구를 향해 감소하도록 하는 테이퍼링을 제공하는 것이다. 일부 실시예에서, 테이퍼진 것은 비회전 요소 또는 스테이터인 한편, 다른 실시예에서, 테이퍼진 것은 회전 요소 또는 로터이다. 회전하지 않는 스테이터의 테이퍼링은 종종 가스 출구를 향한 펌핑 챔버의 크기 감소를 생성하는 가장 간단한 방법이다.

일부 실시예에서, 상기 펌프 하우징 요소 및 추가 요소 중 테이퍼진 적어도 하나의 요소는 비-축대칭으로 테이퍼진다.

일반적으로 테이퍼는 축대칭이지만, 일부 실시예에서, 상기 가스 출구를 향해 비-축대칭으로 테이퍼진 것은 외부 구성요소의 보어인 한편, 다른 실시예에서, 내부 구성요소는 증가하는 직경을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 복수의 액체 출구는 상기 펌프 하우징 요소와 추가 요소 사이에 복수의 액체 블레이드를 형성하는 복수의 액체 스트림을 제공한다.

펌프가 단일 액체 블레이드를 형성하기 위해 단일 액체 개구를 포함할 수 있지만, 일부 실시예에서 펌프는 복수의 액체 개구를 포함한다. 복수의 개구로부터의 액체는 단일 블레이드를 형성할 수 있거나, 개구는 개구로부터 배출된 액체가 복수의 블레이드를 형성하도록 배열될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 복수의 액체 개구 중 적어도 하나의 세트는 서로 인접하게 배열되고, 상기 복수의 액체 개구 중 적어도 하나의 세트로부터 출력된 스트림은 조합하여 단일 액체 블레이드를 형성한다.

일부 경우에, 복수의 개구가 있을 수 있으며, 이들의 세트가 단일 블레이드를 형성할 수 있다. 단 하나의 블레이드만이 있는 경우, 이러한 세트는 모든 액체 개구를 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 몇 개의 세트가 있을 수 있으며, 각각의 세트가 자체 블레이드를 형성하도록 배열된다. 액체 블레이드는 소위 슬롯 형태의 단일 액체 출구로부터 형성될 수 있지만, 일부 실시예에서, 각 개구를 통한 액체 스트림이 합쳐져서 단일 블레이드를 형성하기에 충분히 서로 근접하여 있는 복수의 인접한 개구에 의해 형성될 수 있다. 단일 슬롯이 아닌 복수의 개구를 가짐으로써, 개구가 배열된 요소들의 구조적 완전성을 향상시키고, 이에 의해 펌프의 기계적 완전성을 향상시킬 수 있다.

본 특허 출원의 목적을 위해, 용어 로터가 사용되는 경우, 이것은 회전하는 펌프 하우징 요소 또는 추가 요소를 지칭하며, 용어 스테이터가 사용되는 경우, 이것은 로터가 그에 대해 회전하는 요소를 의미한다. 또한, 펌핑될 가스는 증기, 가스 증기 혼합물, 또는 그 안에 입자가 혼입된 가스일 수 있다.

일부 실시예에서, 로터는 스테이터의 보어 내에 회전 가능하게 장착되고, 로터와 스테이터 보어 사이에 액체 블레이드를 형성하는 액체 스트림은 스테이터 보어 내에서의 로터의 회전 시에 펌프를 통해 가스를 구동하도록 작동 가능하다.

로터의 회전은 가스 포켓을 봉입하는 표면 사이의 상대 운동을 제공하고, 그에 따라 일부 실시예에서, 액체 표면은 펌핑 경로를 따라 가스 입구로부터 가스 출구로 가스를 구동시킨다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 표면이 액체 블레이드로 형성되고 그 변형 가능한 성질로 인해 그 표면 형상 및 크기가 회전 동안의 로터와 스테이터 사이의 거리에 적합화되기 때문에, 가스 포켓의 체적 변화와 함께 이러한 상대 운동은 가스 포켓을 한정하는 표면에 대한 어떠한 상당한 마모 없이도 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 펌프는 상기 액체 소스로부터 상기 적어도 하나의 액체 개구를 통해 상기 액체를 구동하기 위해 상기 액체에 상기 구동력을 가하기 위한 구동 메커니즘을 포함한다.

액체에 가해지는 구동력은 펌프 외부의 소스로부터 나올 수 있지만, 펌프는 예를 들어 외부 가압 액체 소스에 연결될 수 있으며, 일부 실시예에서는 펌프 자체가 액체에 이러한 구동력을 가하기 위한 구동 메커니즘을 포함한다.

액체 개구는 회전 가능한 내부 구성요소의 표면 상에 형성될 수 있지만, 일부 실시예에서는 고정된 외부 구성요소의 표면 상에 형성된다. 이것은 펌프에 가압 액체를 공급하는 보다 간단한 방법을 허용하는 이점을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 펌프는 액체 저장조를 더 포함하며, 상기 내부 구성요소는 회전 가능하게 장착되고, 상기 액체 저장조 내로 연장되는 하단부에 개구를 갖는 중공 본체를 포함하고, 상기 중공 로터의 내경은 상기 하단부로부터 증가한다.

액체 출구(들)가 내부 회전 구성요소 상에 있는 경우에 액체에 구동력을 제공하는 하나의 방식은 중공 구성요소를 사용하고 이러한 중공 구성요소를 회전시키는 것이다. 그러한 실시예에서, 중공 로터의 회전은 중공 로터 몸체 내의 액체가 중공 로터 몸체의 외주부에 대해 원심 작용에 의해, 그리고 액체 스트림을 형성하는 하나 이상의 액체 출구를 통해 외부로 강제되게 할 수 있다. 액체 출구가 적절하게 배열되는 경우, 이러한 액체 스트림은 스테이터 보어까지 연장되는 액체 블레이드를 형성할 것이다.

상기 중공 로터가 액체 저장조 내로 연장되는 하단부에 개구를 갖는 경우, 상기 하단부로부터 증가하는 중공 로터의 내경은 액체가 로터 내에서 상승하고 로터의 회전 시에 액체 출구(들)를 통해 배출되는 것을 도울 것이다. 이러한 방식으로, 액체 저장조에 침지된 하단부에서는 직경이 보다 작고, 직경은 중공 몸체 위로 증가한다. 이것은 중공 몸체의 내부면에 대한 원심력에 의해 가압된 액체가 로터 몸체의 상부를 향해 증가하는 내경 위로 상승하게 한다. 직경의 증가는 경사진 증가일 수 있거나, 단계적 증가일 수 있거나, 또는 이들 2개의 조합일 수 있다. 또한, 보다 큰 직경을 향한 액체의 가속을 지원하는 것이 로터의 내부면 상의 베인에 의해 보충될 수 있다. 액체는 중공 몸체의 내부면을 향해 내몰려지고 다음 액체의 가속 및 압력에 의해 위로 가압되어 위로 상승한다. 회전 속도는, 액체의 밀도와 같은 다른 파라미터와 마찬가지로, 액체가 중공 몸체 위로 얼마나 높이 가압되는지에 영향을 미친다. 블레이드 또는 베인을 형성하기 위해 출구를 통해 펌핑될 액체의 원하는 유동 속도에 따라, 로터의 적절한 속도 및 크기가 선택될 수 있다. 가스가 효과적으로 펌핑되도록 로터와 스테이터 사이에 중단되지 않는 액체 스트림을 유지하기 위해, 충분한 액체가 저장조로부터 중공 로터 몸체 내로 공급되어야 한다는 것에 주목해야 한다. 이것은 또한, 로터의 회전 속도와, 또한 출구의 크기 및 개수와, 로터의 높이와 같은 파라미터에 따라 달라질 것이다.

일부 실시예에서, 상기 펌프는 상기 회전 요소의 적어도 하나의 단부를 지지하기 위한 적어도 하나의 유체역학적 베어링을 포함한다.

펌프의 로터는 베어링 상에 지지되며, 전형적으로 이러한 베어링은 윤활이 필요하고 마모되는 고가의 부품일 수 있는 롤러 베어링 또는 볼 베어링이다. 이러한 유형의 펌프에 대해서는, 원통형 샤프트와 보어 사이에 액체 막을 이용하는 유체역학적 베어링이 적절할 수 있다. 일부 경우에, 유체역학적 베어링은 펌프 블레이드와 동일한 액체 소스로부터의 액체로 충전되어, 펌프에 이미 사용되는 액체 공급부 및 기계적 특징부가 효율적으로 사용되고 추가 구성요소 또는 상이한 윤활제 액체의 사용이 회피된다.

펌프는 압축기와 같은 다수의 물품들일 수 있지만, 일부 실시예에서는 진공 펌프를 포함한다. 실시예들에 따른 펌프는 특히, 마모가 적고 초기 비용이 저렴하면서 효율적인 방식으로 가스가 이송될 수 있게 효과적인 진공 펌프를 구성한다.

본 발명의 제 2 양태는 저감 시스템(abatement system)으로부터 펌핑된 오염물질을 감소시키기 위한 습식 스크러버(wet scrubber)를 제공하며, 상기 습식 스크러버는 본 발명의 제 1 양태에 따른 펌프를 포함한다.

저감 시스템은 종종, 저감 시스템으로부터 펌핑되는 가스로부터 미립자를 제거하거나 가스와 반응하도록 액체 스트림을 제공하는 습식 스크러버와 함께 사용된다. 액체 표면을 사용하여 가스를 이동시키는 펌프는 추가의 액체 스크러빙 소스(liquid scrubbing) source)와 함께, 또는 그 자체로 사용되어, 가스를 이동시키고 가스로부터 미립자를 제거하는데 필요한 펌핑 및 액체 소스 모두를 제공한다.

본 발명의 제 3 양태는 가스를 펌핑하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 펌프 하우징 요소 또는 추가 요소 중 하나의 요소 상의 적어도 하나의 액체 개구로부터 액체를 출력하는 것―상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 다른 하나의 요소는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 가스 입구에서 가스 출구까지의 경로를 형성하며, 상기 돌출부는 나선을 포함하고, 상기 나선이 상기 다른 하나의 요소를 향한 지점에서 더 좁고, 상기 돌출부가 그로부터 연장되는 상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 상기 하나의 요소와 상기 돌출부의 교차점에서 더 넓도록, 상기 나선의 축방향 평면을 통한 단면은 변함―; 및 상기 적어도 하나의 액체 개구로부터 출력된 액체가 액체 블레이드를 형성하고 상기 요소들 중 하나의 회전 시에 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구까지의 상기 경로를 따라 가스를 구동하도록 상기 펌프 하우징 요소 또는 상기 추가 요소 중 하나를 회전시키는 것을 포함한다.

다른 특정의 바람직한 양태는 첨부된 독립 청구항 및 종속 청구항에 기재되어 있다. 종속 청구항의 특징은 청구범위에 명시적으로 제시된 것 이외의 조합으로 그리고 적절하게 독립 청구항의 특징과 조합될 수 있다.

장치 특징이 기능을 제공하도록 작동 가능한 것으로 설명되는 경우, 이것은 그러한 기능을 제공하거나 그러한 기능을 제공하도록 적합화되거나 구성되는 장치 특징을 포함한다는 것이 이해될 것이다.

이제, 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다:
도 1은 스테이터 보어 상의 나선형 돌출부 및 로터 상의 액체 개구를 갖는 스크루 펌프 유형의 실시예를 도시하고;
도 2는 실시예에 따르지 않는 나사산의 반경방향 평면을 통한 단면을 도시하고;
도 3은 상이한 작동 압력에서의 액체 블레이드의 방향을 개략적으로 도시하고;
도 4는 일 실시예에 따른 펌프의 나선형 나사산을 도시하고;
도 5는 다른 실시예에 따른 펌프의 나선형 나사산을 도시하고;
도 6은 도 5의 나사산의 반경방향 평면에서의 단면을 도시하고;
도 7은 다른 실시예에 따른 펌프의 나선형 나사산을 도시하고;
도 8은 실시예들에 따른 종방향 액체 블레이드를 형성하기 위한 내부 구성요소 상의 액체 개구를 도시하고;
도 9는 일 실시예에 따른 나선형 액체 블레이드를 형성하기 위한 내부 구성요소 상의 액체 개구를 도시하며;
도 10은 샤프트의 회전 동안에 액체 개구로부터 배출된 액체에 의해 액체 블레이드가 형성된 저장조 내의 중공 샤프트를 도시한다.

실시예들을 보다 상세하게 논의하기 전에, 먼저 개요가 제공될 것이다.

실시예들은 액체로 형성된 고속 표면인 액체 블레이드를 포함하는 펌프를 제공하며, 이 표면은 종래의 진공 펌프에서 발견되고 가스 포켓을 격리 및 이동시키기 위한 물리적 경계로서 사용되는 고체의 기계적 표면의 일부를 모방한다. 액체는 물일 수 있으며, 예를 들어 증기압 또는 프로세스 호환성과 같은 펌프의 특성을 변화시키기 위해 다른 액체가 사용될 수 있다.

액체 표면의 크기 및 형상은, 종래 펌프에서 발견되는 강성 고체 표면과 달리, 다른 펌프 요소들의 상대 위치에 적합화되며, 또한 액체 표면이 다른 표면에 대한 상당한 마모를 유발하지 않거나, 엄격한 공차에 의존하지 않거나, 펌핑되는 임의의 가스 또는 유체 유동 내의 미립자에 민감하지 않고 적절하게 형상화된다면 다른 표면과의 양호한 시일을 제공할 것이다.

액체 "블레이드"는 구멍 또는 슬롯으로부터 유래하는 연속적인 액체 스트림으로 형성된다. 일부 실시예에서, 이들 구멍 및 슬롯은 펌프의 로터를 형성하는 회전 요소에 있다. 액체 스트림은 다른 펌프 하우징 요소를 향해 고속으로 이동한다. 고속 하에서 액체를 하나의 요소로부터 다른 요소로 구동하는 데 필요한 압력은 회전 요소의 원심 작용, 가압 액체 소스 또는 이들 둘의 조합을 통해 달성될 수 있다.

요소들 사이에 형성된 돌출부는 액체 블레이드(들)가 펌핑 하우징 요소 중 하나의 회전을 따라 가스를 구동할 수 있는 나선형 경로를 한정한다. 돌출부는 펌프의 하나의 종방향 단부에 있는 입구로부터 반대측 종방향 단부에 있는 출구까지의 경로를 형성한다.

도 1은 추가 요소(10)가 펌프 하우징 요소(20) 내에 장착된 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 돌출부(25)는 펌프 하우징 요소(20)의 내부면으로부터 연장되는 나사산이다. 이러한 암나사산(25)은 나선 형태이다. 이것은 종방향 슬롯을 갖는 도 8의 내부 구성요소 또는 나선형 슬롯을 갖는 도 9의 내부 구성요소와 함께 사용될 수 있다.

이러한 실시예에서, 내부 구성요소(10)는 액체 저장조(30)의 하단부와 함께 회전 가능하게 장착된다. 내부 구성요소 또는 로터(10)의 회전 시에, 액체는 중공 샤프트 위로 상승하고 액체 개구를 통해 출력되어, 나사산(25), 스테이터 보어(20) 및 로터(10)에 의해 한정된 나선형 경로를 따라 가스 입구(50)로부터 가스 출구(52)로 가스를 스위핑(sweeping)하는 종방향 액체 블레이드(40)를 형성한다. 사실상, 액체 표면(40)은 나사산 형태를 따라 포획된 '포켓(pocket)'을 생성하고, 액체 표면이 회전함에 따라 포켓은 가스 입구로부터 가스 출구를 향해 이동한다. 나사산의 형상은 채널을 가로질러 적절한 밀봉을 제공하기 위해 액체 표면의 곡률에 적합화될 수 있다.

이러한 실시예에서, 나사산이 스테이터 상에 있고 로터가 회전하며, 나선형 경로는 구성요소 중 하나의 표면 상의 기계적 나사산 또는 돌출부에 의해 형성되지만, 요구되는 것은 2개의 구성요소들 사이의 상대 운동뿐이며, 이와 같이, 나사산이 로터 상에 있고 스테이터가 액체 출구를 가질 수 있다. 이와 관련하여, 스테이터는 고정 부분이고 로터는 회전 부분이며, 로터는 내부 구성요소일 수 있거나, 외부 구성요소일 수도 있다. 후자의 경우에, 스테이터는 외부 회전 구성요소 내의 원통체이다. 이러한 실시예에서, 스테이터와 로터는 동심으로 장착될 수 있다. 액체 개구가 정적 구성요소 상에 있는 경우, 가압 액체 소스에 대한 연결에 의한 것과 같은 액체 개구로부터 액체를 구동하는 상이한 방법이 요구된다는 점에 주목해야 한다.

이러한 실시예에서, 액체 출구는 수직으로 연장되는 슬롯으로서 도시되어 있지만, 액체 출구는 이러한 형태를 따르는 복수의 인접한 액체 출구일 수 있거나, 가스 입구(50)와 가스 출구(52) 사이에서 구성요소의 종축을 따라 연장된다고 하더라도, 상이한 형태를 가질 수 있다.

기계적 나사산(25)을 갖는 이점은 액체가 대향 표면에 부딪힐 때 액체의 역방향 이동에 대한 허용차가 증가되어, 액체를 출구를 향해 구동하고 펌프를 가로질러 보다 높은 압력비를 달성할 수 있다는 것이다.

그러한 배열에 의해 하나의 잠재적인 문제는 도 2와 관련하여 예시되어 있다. 도 2는 도 1의 펌프를 통한 단면을 개략적으로 도시한다. 테이퍼지지 않은 단순한 나사산을 갖는 이러한 경우에, 워터 블레이드(40)는 벽에 도달하기 전에 나사산(25)의 표면 프로파일에 의해 차단될 수 있다.

도 2는 회전체에 의해 출구로부터 배출된 물이 회전체의 이동 방향으로 계속 이동하여, 다른 힘을 무시하면 선(40)으로 나타낸 바와 같이 로터에 대한 접선방향인 블레이드를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한다. 블레이드가 지점 1로부터 지점 2로 회전함에 따라, 실질적으로 균일한 좁은 직사각형 반경방향 단면을 갖는 종래의 나사산(25)은 블레이드(40)가 블레이드의 특정 위치에서 스테이터 벽에 도달하는 것을 차단할 것이며, 이것은 밀봉되지 않는 영역(60)을 야기할 것이다. 이러한 영역은 상부로부터 하부까지 나선 경로를 따르며, 스테이터의 상부와 하부 사이에 누출 경로를 야기할 수 있다.

실시예들은 돌출부 또는 나사산(25)의 표면 프로파일을 블레이드 프로파일의 극단에 매칭시켜서, 펌프가 작동할 수 있는 상이한 압력 조건 하에서 워터 블레이드가 외벽에 도달할 수 있게 함으로써 이것을 해결하고자 한다.

도 3은 블레이드의 프로파일이 블레이드들 사이의 상이한 압력차(PD)에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 개략적으로 도시하며, 가능한 블레이드 프로파일(40a 및 40b)이 도시되어 있다. 블레이드 에지(40a)는 블레이드들 사이에 압력차가 없는 경우, 즉 예를 들어 기동 시의 상태를 개략적으로 도시한다. 블레이드 에지(40b)는 블레이드를 가로질러 보다 높은 최대 압력차의 경우를 개략적으로 나타낸다. 이러한 표현은 개략적인 것이고, 로터의 회전 운동과 같이 블레이드의 형상에 영향을 미치는 다른 인자를 고려하지 않고 있다는 점에 주목해야 한다. 실제로, 블레이드(40b)의 형상은 오히려 로터의 회전 방향으로 연장되는 곡선인 눈물 방울 또는 반원형 형상일 수 있다.

블레이드의 상이한 잠재적 형상을 염두에 두고서, 채널 설계는 DP = 0인 경우에도 시일을 생성하도록 이루어져야 한다. 그렇지 않은 경우, 초기 압력차를 생성하는 것이 어려울 것이다. 블레이드 에지(40a)는 DP = 0 mbar에서 시일을 생성하기 위한 하나의 극단적인 경우를 가정하는 한편, 선(40b)은 예를 들어 DP = 최대에서 시일을 생성하기 위한 다른 극단적인 경우를 나타낸다. 다른 압력차에서의 블레이드의 위치는 2개의 극단 사이에 있을 것이다.

도 4는 나사산 프로파일에 의해 차단되는 블레이드에 의해 형성된 잠재적 누출 경로가 대향 벽에 도달하는 것을 회피하거나 적어도 억제하도록 나사산의 단면(및 초기 부분)이 적합화된 실시예에 따른 나선형 나사산의 상이한 도면을 도시한다.

도 4a는 나사산의 등각도를 도시한다.

도 4b는 상측 도면의 선 B-B를 통한 단면을 하측 도면에 도시한다. 이러한 경사진 나사산을 통한 수평 또는 반경방향 단면을 취할 때 알 수 있는 바와 같이, 스테이터 벽에 보다 근접한 나사산의 부분이 더 두꺼우며, 그에 따라 나사산을 통한 단면은 이러한 단면이 중심을 향한 단면보다 더 멀리 연장되는 것을 나타낸다. 따라서, 수평 또는 반경방향 평면에서, 경사진 나사산의 단면은 블레이드가 벽에 도달하는 것을 차단하지 않는 원형 세그먼트의 형상을 형성한다. 이것은 물이 벽에 도달하지 않는 "섀도우(shadow)"를 초래하는 도 2의 경사진 실질적으로 선형 나사산의 단면과 대조적이며, 형상은 워터 블레이드에 대한 섀도우를 형성하지 않는다.

도 4c는 축방향 또는 수직 평면에서의 나사산의 테이퍼 프로파일을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 프로파일은 중앙선에 대해 대칭이고 실질적으로 포물선 프로파일을 갖는다. 중앙선은 스테이터의 벽에 수직이다. 이러한 프로파일은 수직 워터 블레이드가 나사산 표면으로부터 멀리 당겨지지 않고 통과하고 에지 벽에 도달하여 어떠한 가스 누출도 억제하는 표면을 제공한다.

도 5는 노즐로부터 분출된 입자의 전달 경로의 2개의 극단과 매칭되도록 나사산의 최소 허용 가능한 단면 프로파일을 나타내는 다른 예를 도시한다. 이러한 예에서 시계 방향인 회전 방향에 대한 후연부는 내부 회전 요소의 접선에 평행한 에지를 갖는다. 이것은 압력차가 없어서 입자가 접선을 따라 이동하는 워터 블레이드 경로에 대응한다. 이러한 단면은 상세 C에 도시된 나사산의 상부면의 주로 포물선형 수직 프로파일을 한정한다. 최대 압력차의 다른 극단에서, 입자는 갭의 절반과 동일한 곡률 반경을 따라 이동하며, 이것은 하부면의 프로파일을 한정한다.

도 6은 최소 면적의 돌출부의 반경방향 단면을 보다 상세하게 도시하며, 이에 의해 후연부(trailing edge)(시계 방향으로 회전할 때 마주치는 제 2 에지)는 0(zero)의 압력차에서 워터 블레이드의 선을 따르고, 전연부(leading edge)(블레이드가 마주치는 돌출부의 제 1 에지)는 최대 압력차에서 워터 블레이드의 형태를 따른다.

도 5 및 도 6에 도시된 돌출부는 나사산의 예를 제공하며, 전연부 및 후연부는 펌프의 작동의 극단 단부에서의 블레이드의 경로에 의해 한정되고, 돌출부의 수평 또는 반경방향 단면은 최소 값 또는 보다 낮은 값에 있다. 돌출부의 면적은 외벽과의 정점에서 후연부의 각도를 보다 예각이 되게 하고 전연부를 반시계 방향으로 더욱 연장되게 함으로써 확장될 수 있다.

예를 들어, 전연부를 내부 요소의 접선에 수직으로 형성하는 것이 유리할 수 있으며, 이는 이것이 기계가공을 보다 용이하게 할 수 있는 돌출부의 편평한 하부면에 대응하기 때문이다. 이것이 도 7에 도시되어 있다. 대안적으로, 대칭적인 돌출부가 이점을 가질 수 있으며, 블레이드는 둥근 표면에 부착되는 경향이 있고, 이러한 경우에, 단면은 도 4의 원형 세그먼트 형태의 형상을 갖는 한편, 돌출부의 축방향 단면은 외부 포물선 형태를 가질 것이다.

일부 실시예에서, 내부 구성요소(10) 상의 액체 개구는 나사산(25)에 의해 형성된 나선형 경로를 따라 가스를 구동하는 축방향 블레이드를 제공하기 위해 도 9에 도시된 바와 같은 종방향 형태를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 내부 구성요소(10)는 나선형 블레이드를 제공하기 위해 나선형 형태의 액체 개구를 가질 수 있다.

액체 개구가 나선형 블레이드를 형성하기 위해 나선형 형태를 갖는 경우, 나사산 및 블레이드의 나선형 형태는 반대 방향으로 진행하여, 나선형 나사산이 시계 방향으로 하강하면 나선형 블레이드는 반시계 방향으로 하강한다.

도 8 및 도 9는 실시예들의 펌프의 내부 구성요소 상의 액체 개구(15)의 상이한 배열을 도시한다. 도 8에서, 개구(15)는 내부 구성요소(10)를 따라 축방향으로 종방향으로 배열되고, 작동 시에 외부 구성요소 상의 돌출부에 의해 한정된 경로를 따라 가스를 스위핑하기 위한 종방향 블레이드를 제공한다. 각각의 블레이드는 하나의 종방향 슬롯에 의해 형성되거나, 내부 구성요소의 길이를 따라 배열된 복수의 액체 개구에 의해 형성될 수 있다. 복수의 블레이드가 내부 구성요소의 상이한 원주방향 위치에 제공될 수 있다.

도 9는 액체 개구가 나선이고 작동 시에 나선형 블레이드를 제공하는 대안적인 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 나선은 하나의 나선형 슬롯으로 형성되는 반면, 다른 실시예에서, 나선은 나선형 경로를 따라 배열된 복수의 개구로 형성될 수 있다.

액체 블레이드는 개구를 통해 액체를 구동함으로써 형성된다. 이것은 다수의 방식으로, 예를 들어 가압 액체 소스를 사용함으로써 실행될 수 있다. 그러나, 액체 개구가 펌프의 로터 상에 있는 일부 실시예에서, 액체를 구동하기 위한 힘은 로터를 회전시키는 데 사용되는 구동 메커니즘에 의해 제공된다.

도 10은 액체 저장조(30) 내에서 중공 로터(10)의 회전 시에, 액체가 액체 블레이드를 형성하기 위해 액체 개구를 통해 어떻게 구동되는지를 도시한다. 도 10은 실질적으로 원형인 스테이터 보어(20)에서 회전시키도록 구성된 실질적으로 원형인 중공 샤프트(10)를 통한 단면을 도시한다. 샤프트는 펌프의 로터(10)를 형성하고, 스테이터 보어(20) 내경보다 작은 외경을 갖는다. 샤프트 및 스테이터의 축은 수직으로 배향되고, 중공의 단부-개방형 샤프트의 베이스는 액체 저장조(30) 내에 침지되어 있다.

도 10은 액체 저장조(30)로부터의 액체(32)가 로터의 회전 시에 샤프트(10) 위로 상승하고 있는 것을 도시한다. 샤프트(10)의 중공 보어는 액체 저장조 레벨 아래에 위치된 내부 직경방향 증가부(12)를 가지며, 내부 직경방향 증가부(12)는 샤프트가 회전할 때 원심력을 통해 액체를 가속시키고 이 액체를 샤프트의 내부 위로 펌핑하고 다음에 샤프트의 구멍 또는 세장형 슬롯(도시되지 않음)으로부터 배출하여 샤프트 또는 로터(10)와 스테이터 내부 보어(20) 사이에 연속적인 액체 표면(40)을 형성하는 역할을 한다. 액체는 스테이터 보어(20)의 내벽 아래로 저장조(30) 내로 다시 유동한. 이것은, 연속 사이클에 기초하여, 스테이터 내부 보어(20)와 접촉하는 액체, 일부 실시예에서는 물이 중력 하에서 보어 아래로 이동하여 저장조를 보충하도록 한다. 화살표는 단일 표면 또는 블레이드(40)를 생성하기 위한 액체의 유동 방향을 나타낸다는 점에 주목하자.

샤프트 내부의 액체는 원심력 하에서 구멍/슬롯을 통해 강제되고, 스테이터 보어를 향해 이동하여 복수의 액체 표면(40)을 형성하며, 이들은 로터(10)가 회전함에 따라 펌프를 통해 가스를 구동하는 블레이드를 형성한다.

전술한 많은 실시예에서, 액체 표면을 제공하는 액체 순환은 액체에 원심력을 제공하는 회전 로터에 의해 생성되지만, 일부 실시예에서는, 액체 순환을 생성하는 대안적인 방법, 즉 고압 액체 소스가 사용된다.

그러한 고압 액체 공급부 또는 펌프는 별도로 또는 조절된 샤프트 회전과 함께 사용될 수 있다(펌핑 성능 요구에 따라 유체 속도 및 샤프트 주파수 모두의 독립적인 변동을 가능하게 하여, 제어 가능한 효율 및 펌프 튜닝(pump tuning)을 허용함).

일부 실시예에서, 펌핑 기능이 습식 스크러빙(wet scrubbing)에 통합될 수 있도록 펌프가 습식 스크러빙 환경에서 사용될 수 있으며, 액체 블레이드는 그러한 실시예에서 유리하다. 이와 관련하여, 액체 블레이드 펌프 중 하나를 프로세스 가스 유동과 연관지어 배치함으로써, 펌프는 (예를 들어 저감 시스템의 출구(또는 입구)에서) 진공 발생에 부가하여 습식 스크러빙에 사용될 수 있다.

샤프트를 구동하기 위한 구동 수단, 예컨대 모터 및 주파수 인버터 또는 벨트 드라이브(belt drive)가 필요한 경우, 그러한 구동 시스템은 바람직하게는 구동 수단 내로 액체가 누출될 위험을 감소시키도록 샤프트의 상부에 위치될 수 있다.

요약하면, 실시예들은 액체 출구로부터의 방출을 충족시키거나 초과하는 액체의 순환이 달성될 수 있는 경우에 효과적으로 기능한다. 이것은 블레이드를 연속 표면으로서 유지하는 것을 돕는다. 액체 출구의 크기, 사용된 액체의 유형, 액체 속도, 요소들 사이의 거리, 및 블레이드의 길이 및 회전 속도와 같은 많은 파라미터가 모두 액체 표면의 형성 및 유지에 영향을 미친다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 이들 특징은 전력 소비, 펌핑 용량 및 압축과 같은 특정 펌프에 필요한 특성에 따라 선택되어야 한다.

본 발명의 예시적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세하게 개시되었지만, 본 발명은 정확한 실시예에 한정되지 않는다는 것과, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 변형이 당업자에 의해 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

10 : 회전 요소
15 : 액체 개구
20 : 펌프 하우징 요소
25 : 돌출부
30 : 액체 저장조
32 : 저장조로부터의 액체
40, 40a, 40b : 액체 블레이드
50 : 가스 입구
52 : 가스 출구
60 : 가스 누출 경로

Claims (27)

1. 가스를 펌핑하기 위한 펌프에 있어서,
   펌프 하우징 요소 및 추가 요소를 포함하며,
   상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 하나의 요소는 적어도 하나의 액체 개구를 포함하는 다른 하나의 요소를 향해 연장되는 돌출부를 포함하고,
   상기 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 가스 입구로부터 가스 출구까지의 경로를 형성하고,
   상기 추가 요소는 상기 펌프 하우징 요소의 보어 내에 동심으로 장착되고, 상기 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 서로에 대해 회전 가능하게 장착되며,
   상기 돌출부는 나선을 포함하고, 상기 나선이 상기 다른 하나의 요소를 향한 지점에서 더 좁고, 상기 돌출부가 그로부터 연장되는 상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 상기 하나의 요소와 상기 돌출부의 교차점에서 더 넓도록, 상기 나선의 축방향 평면을 통한 단면은 변하고,
   상기 적어도 하나의 액체 개구는 상기 적어도 하나의 액체 개구로부터 출력된 액체가 액체 블레이드를 형성하도록 구성되고, 상기 액체 블레이드는 상기 요소들 중 하나의 회전 시에 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구까지의 상기 경로를 따라 가스를 구동하도록 작동 가능한
   펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 돌출부가 그로부터 연장되는 상기 요소로부터 상기 돌출부를 따라 10% 지점에서의 폭이 상기 돌출부를 따라 95% 지점에서의 폭의 적어도 2배, 바람직하게는 4배 초과인
   펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 돌출부의 상부면은 실질적으로 포물선 형태를 갖는
   펌프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 펌프 하우징 요소로부터 연장되고, 상기 돌출부가 상기 추가 요소로부터 접선방향으로 연장되는 워터 블레이드로부터 상기 펌프 하우징 요소를 마스킹하지 않도록 반경방향 평면을 통한 단면을 갖는
   펌프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 돌출부는 상기 펌프 하우징 요소로부터 연장되고, 상기 돌출부가 상기 추가 요소로부터 직각으로 연장되는 워터 블레이드로부터 상기 펌프 하우징 요소를 마스킹하지 않도록 반경방향 평면을 통한 단면을 갖는
   펌프.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 돌출부의 하부면은 편평한
   펌프.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반경방향 평면에 있어서의 상기 돌출부의 단면의 회전 방향에 대한 후연부는 상기 펌프 하우징 요소의 벽에 대한 접선에 대해 예각을 이루며, 상기 예각은 상기 후연부가 상기 추가 요소의 접선에 평행한 최대 각도와 상기 최대 각도보다 최대 15% 작은 각도 사이에 있는
   펌프.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 반경방향 평면에 있어서의 상기 돌출부의 후연부는 상기 표면이 상기 추가 요소의 접선에 실질적으로 평행하도록 각을 이루는
   펌프.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반경방향 평면에 있어서의 상기 돌출부의 단면의 회전 방향에 대한 전연부는 상기 회전 방향으로 만곡되고 상기 펌프 하우징 요소와 상기 추가 요소 사이의 거리의 절반과 동일한 곡률 반경을 갖는 곡선과, 상기 후연부로부터 멀리, 그리고 상기 추가 요소의 접선에 평행하게 연장되는 선 사이에 놓이는
   펌프.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반경방향 평면에 있어서의 상기 돌출부의 단면의 회전 방향에 대한 전연부는 상기 추가 요소에 대한 접선에 실질적으로 수직인 표면을 포함하는
    펌프.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌출부의 하부면은 편평한
    펌프.
12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부의 축방향 단면은 실질적으로 포물선 형태를 갖는
    펌프.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 펌프 하우징 요소의 원형 단면의 세그먼트를 포함하는 반경방향 평면을 통한 단면을 갖는
    펌프.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 펌프 하우징 요소는 고정되도록 장착되고, 상기 추가 요소는 회전하도록 장착되는
    펌프.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액체 개구는 회전하도록 장착된 상기 요소의 표면 상에 형성되는
    펌프.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소에 의해 형성된 상기 경로의 단면은 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구까지 감소하는
    펌프.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액체 개구는 상기 펌프 하우징 요소 또는 추가 요소 중 하나의 요소의 길이의 적어도 일부를 따라 연장되는 적어도 하나의 액체 개구를 포함하는
    펌프.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액체 개구는 상기 요소들의 축에 실질적으로 평행하게 연장되는 종방향을 따라 배열되는
    펌프.
19. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액체 개구는 상기 펌프 하우징 요소 또는 추가 요소의 표면 주위로 연장되는 나선 형태로 배열되는
    펌프.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선의 각도는 상기 나선의 피치가 상기 가스 출구를 향해 감소하도록 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구를 향해 변하는
    펌프.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 저장조를 더 포함하며, 상기 추가 요소는 회전 가능하게 장착되고, 상기 액체 저장조 내로 연장되는 하단부에 개구를 갖는 중공 본체를 포함하고, 상기 중공 로터의 내경은 상기 하단부로부터 증가하는
    펌프.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 액체 개구를 포함하는
    펌프.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 액체 개구는 상기 펌프 하우징 요소와 상기 추가 요소 사이에 복수의 액체 블레이드를 형성하는 복수의 액체 스트림을 제공하는
    펌프.
24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 복수의 액체 출구 중 적어도 하나의 세트는 서로 인접하게 배열되고, 상기 복수의 액체 출구 중 적어도 하나의 세트로부터 출력된 스트림은 단일 액체 블레이드를 형성하는
    펌프.
25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프는 진공 펌프를 포함하는
    펌프.
26. 저감 시스템으로부터 펌핑된 오염물질을 감소시키기 위한 습식 스크러버에 있어서,
    상기 습식 스크러버는 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 펌프를 포함하는
    습식 스크러버.
27. 가스를 펌핑하는 방법에 있어서,
    펌프 하우징 요소 또는 추가 요소 중 하나의 요소 상의 적어도 하나의 액체 개구로부터 액체를 출력하는 것―상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 다른 하나의 요소는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부, 펌프 하우징 요소 및 추가 요소는 가스 입구에서 가스 출구까지의 경로를 형성하며, 상기 돌출부는 나선을 포함하고, 상기 나선이 상기 다른 하나의 요소를 향한 지점에서 더 좁고, 상기 돌출부가 그로부터 연장되는 상기 펌프 하우징 요소 및 상기 추가 요소 중 상기 하나의 요소와 상기 돌출부의 교차점에서 더 넓도록, 상기 나선의 축방향 평면을 통한 단면은 변함―, 및
    상기 적어도 하나의 액체 개구로부터 출력된 액체가 액체 블레이드를 형성하고 상기 요소들 중 하나의 회전 시에 상기 가스 입구로부터 상기 가스 출구까지의 상기 경로를 따라 가스를 구동하도록 상기 펌프 하우징 요소 또는 상기 추가 요소 중 하나를 회전시키는 것을 포함하는
    가스를 펌핑하는 방법.

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