건식 기체를 펌핑하는 데 사용되는 진공 펌프는 무엇입니까?

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비응축 기체 혼합물(예: 공기)이 펌핑되는 건조 공정의 경우 사용되는 펌프는 필요한 작동 압력과 펌핑할 기체의 양으로 명확히 특성화됩니다. 이 섹션에서는 필요한 작동 압력의 선택이 고려됩니다. 필요한 펌프의 선택은 펌프 크기 선택 페이지에서 다룹니다.
다양한 펌프 각각에는 특히 높은 효율을 가진 특징적인 작업 범위가 있습니다. 따라서 다음과 같은 개별 압력 영역에서 사용하기에 가장 적합한 펌프에 대해 설명합니다. 건조 진공 공정 시마다 용기를 먼저 배출해야 합니다. 이에 사용되는 펌프는 일정한 작동 압력에서 수행하는 공정에 가장 적합한 펌프와 다를 수 있습니다. 모든 경우에 작업 공정이 주로 발생하는 압력 영역에 대해 특별히 고려해야 합니다.

저진공(1013~1mbar)

로터리 펌프의 일반적인 작동 영역은 80mbar 미만입니다. 압력이 높을 때 이러한 펌프는 전력 소모량이 매우 높고(그림 2.11) 오일 소모량 또한 높습니다. 따라서 장시간 동안 기체가 80mbar 이상으로 펌핑될 경우 특히 경제적인 근거에 따라 제트 펌프, 워터 링 펌프 또는 건식, 다중 베인 펌프 등을 사용해야 합니다. 로터리 베인 및 로터리 피스톤 펌프는 저압에서 계속해서 작동할 수 있도록 대기압에서 80mbar 미만의 압력까지 용기를 펌핑하는 데 적합합니다. 40mbar 미만의 입구 압력에서 다량의 기체가 발생하는 경우 루츠 펌프의 직렬 연결이 권장됩니다. 이후 해당 공정에 필요한 배압 펌프 속도를 위해 훨씬 더 작은 로터리 베인 또는 피스톤 펌프를 사용할 수 있습니다.

Fig . 2.11 Motor power of a rotary plunger pump (pumping speed 60 m3/h) as a function of intake pressure and operating temperature. The curves for gas ballast pumps of other sizes are similar.

그림 2.11 로터리 플런저 펌프의 모터 동력(펌핑 속도 60m3/h) - 흡기 압력 및 작동 온도의 함수. 서로 다른 크기의 기체 밸러스트 펌프의 곡선이 유사합니다.

1 작동 온도 곡선 1 - 32°C(89°F)
2 작동 온도 곡선 2 - 40°C(104°F)
3 작동 온도 곡선 3 - 60°C(140°F)
4 작동 온도 곡선 4 - 90°C(194°F)
5 단열 압축의 이론적 곡선
6 등온 압축의 이론적 곡선

중진공(1~10–3mbar)

중진공 영역의 압력, 아마도 확산 또는 스퍼터 이온 펌프의 필요한 압력으로 용기를 비워야 하는 경우 1단계 및 2단계 로터리 펌프가 각각 10^-1 및 10^-3mbar 압력에 충분합니다. 기체나 증기가 지속적으로 진화하고 펌핑되어야 하는 중진공 공정의 경우 기본적으로 적합한 유형의 펌프를 선택하는 것이 더 어렵습니다. 이 시점에 중요한 힌트가 제공될 수 있습니다. 달성 가능한 최종 압력에 가까워지면 모든 로터리 펌프의 펌핑 속도가 빠르게 떨어집니다. 따라서 이러한 펌프의 정상 작동 압력 영역에 대한 최저 한계는 펌핑 속도가 공칭 펌핑 속도의 약 50%에 달하는 수준이어야 합니다.

다량의 기체가 발생한 후 1에서 10^-2mbar 사이에서 로터리 펌프를 배압 펌프로 사용하는 루츠 펌프는 펌핑 속성이 최적화됩니다. 이 압력 범위의 경우 주요 작동 영역이 10^-1mbar 이상이면 1단계 로터리 펌프로 충분합니다. 10^-1에서 10^-2mbar 사이인 경우 2단계 배압 펌프가 권장됩니다. 10-2mbar 미만에서는 배압 펌프로 2단계 로터리 펌프를 사용하는 1단계 루츠 펌프의 조합의 펌핑 속도가 감소합니다. 하지만 10^-2에서 10^-4mbar 사이에서는 2단계 로터리 펌프를 배압 펌프로 사용하는 2단계 로터리 펌프(또는 직렬로 연결된 1단계 루츠 펌프 2개)가 속 2개의 1단 루츠 펌프의 펌핑 속도가 여전히 매우 높습니다. 반대로 이 압력 영역은 증기 이젝터 펌프의 일반적인 작업 영역입니다. 이 압력 영역에서 작업할 때 가장 경제적인 펌프입니다. 배압 펌프로는 1단계 로터리 정변위 펌프가 적합합니다. 정비가 거의 필요하지 않고 밸브 없이 작동할 수 있어 편리하며(예: 짧은 작동 주기에서 작은 용기를 약 10-4mbar로 펌핑하거나 대형 용기의 경우 몇 주 동안 이 압력에서 무인 상태로 유지됨), 2단계 로터리 펌프가 배압 펌프에 적합한 조합이므로 앞서 언급한 2단계 루츠 펌프가 적합합니다. 이러한 조합은 해당 증기 이젝터 펌프만큼 경제적으로 작동하지 않지만 유지 관리 없이 훨씬 더 오래 작동할 수 있습니다.

고진공(10-3~10-7mbar)

확산, 스퍼터 이온 및 터보 분자 펌프는 일반적으로 10-3mbar 미만의 압력 영역에서 작동합니다. 작업 영역이 공정 중에 달라지는 경우 다양한 펌프 시스템을 용기에 장착해야 합니다. 또한 확산 펌프의 일반적인 속성(낮은 최종 압력, 고진공 영역에서 높은 펌핑 속도)과 증기 이젝터 펌프의 속성(중진공 영역에서 높은 처리량, 높은 임계 배압 압력)을 결합한 특수 확산 펌프도 있습니다. 작업 영역이 10-2~10-6mbar인 경우 이러한 확산 펌프가 일반적으로 특별히 권장됩니다.