진공 펌프: 종류, 응용 및 작동 원리

진공 펌프는 밀폐된 챔버나 용기에서 기체 분자를 제거하여 부분적 또는 완전한 진공을 생성하는 장치입니다. 진공 펌프는 항공우주, 전자, 금속, 화학, 의학, 생물공학 등 다양한 산업 및 연구 분야에서 널리 사용됩니다. 진공 펌프는 진공 포장, 진공 성형, 진공 도금, 진공 건조, 진공 여과 등의 응용 분야에서도 사용될 수 있습니다.

이 문서에서는 진공 펌프가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 주요 특징과 종류, 그리고 일반적인 응용 분야에 대해 설명하겠습니다.

진공 펌프란?

진공 펌프는 챔버나 용기 내부의 압력을 줄이기 위해 기체 분자를 제거하는 장치로 정의됩니다. 진공 펌프가 달성하는 진공 정도는 펌프의 설계, 펌핑되는 기체의 종류, 챔버의 부피, 기체의 온도, 시스템의 누설률 등 여러 요인에 따라 달라집니다.

처음으로 진공 펌프를 발명한 사람은 1650년 오토 폰 게릭케입니다. 그는 두 개의 반구를 사용하여 자신의 펌프로 공기를 빼내고 서로 붙였습니다. 그는 대기압의 영향으로 인해 심지어 말들의 힘으로도 이를 분리할 수 없다는 것을 보여주었습니다. 이후 로버트 보일과 로버트 후크는 게릭케의 설계를 개선하고 진공의 특성에 대한 실험을 수행했습니다.

진공 펌프의 주요 특징은?

진공 펌프를 특징짓는 세 가지 주요 특징이 있습니다:

• 배기 압력

• 진공 정도

• 펌핑 속도

배기 압력

배기 압력은 펌프의 배출구에서 측정되는 압력을 의미합니다. 이는 대기압과 같거나 낮을 수 있습니다. 다양한 진공 펌프는 서로 다른 배기 압력으로 등급이 매겨집니다. 일반적으로 고진공을 생성하는 펌프는 낮은 배기 압력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 10-4 또는 10-7 Torr(압력 단위)의 매우 높은 진공을 생성하려면 펌프의 매우 낮은 배기 압력이 필요합니다.

일부 고진공 펌프는 작동하기 전에 낮은 배기 압력을 유지하기 위해 백킹 펌프가 필요합니다. 백킹 펌프는 다른 종류의 진공 펌프 또는 압축기일 수 있습니다. 백킹 펌프가 생성하는 압력은 백킹 압력 또는 프레포러 압력이라고 합니다.

진공 정도

진공 정도는 진공 펌프가 챔버나 용기 내부에서 생성할 수 있는 최소 압력을 의미합니다. 이는 궁극 압력 또는 기본 압력이라고도 합니다. 이론적으로 챔버 내부에서 절대 진공(영 압력)을 생성하는 것은 불가능하지만, 실제로는 10-13 Torr 또는 그보다 낮은 매우 낮은 압력을 생성할 수 있습니다.

진공 펌프가 달성하는 진공 정도는 펌프의 설계, 펌핑되는 기체의 종류, 챔버의 부피, 기체의 온도, 시스템의 누설률 등 여러 요인에 따라 달라집니다.

펌핑 속도

펌핑 속도는 펌프가 주어진 압력에서 챔버나 용기에서 기체 분자를 제거할 수 있는 속도를 의미합니다. 이는 시간당 체적 단위(L/s, CFM, m3/h)로 측정됩니다. 펌핑 속도는 또한 흡입 용량 또는 처리량이라고도 합니다.

펌핑 속도는 펌프의 설계, 펌핑되는 기체의 종류, 펌프의 입구와 출구 사이의 압력 차, 그리고 시스템의 전도율과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.

진공 펌프의 종류는?

시장에는 많은 종류의 진공 펌프가 있습니다. 이러한 펌프는 양압식 펌프와 운동에너지식 펌프라는 두 가지 주요 카테고리로 분류할 수 있습니다.

양압식 펌프

양압식 펌프는 입구에서 일정한 부피의 기체를 포착한 다음, 출구에서 더 높은 압력으로 압축하여 작동합니다. 이들은 저중진공(10-3 Torr까지)을 생성할 수 있습니다. 일부 양압식 펌프의 예는 다음과 같습니다:

• 회전판 펌프

• 피스톤 펌프

• 다이아프램 펌프

• 스크루 펌프

• 스크롤 펌프

• 루츠 블로워

회전판 펌프

회전판 펌프는 가장 일반적인 양압식 펌프 중 하나입니다.

회전판 펌프는 원통형 로터와 방사형 판으로 구성되어 있으며, 로터가 스테이터 내부에서 회전할 때 판이 들어가고 나옵니다. 판은 로터와 스테이터 사이의 공간을 입구에서 출구로 이동하면서 크기가 변하는 챔버로 나눕니다. 챔버가 입구에서 출구로 이동하면서, 저압에서 기체를 포착한 다음, 고압으로 압축하여 출구로 방출합니다.

회전판 펌프는 오일식이나 드라이식이 있을 수 있습니다.

오일식 회전판 펌프는 판과 스테이터 사이의 윤활제 및 밀봉재로 오일을 사용합니다. 오일은 또한 시스템에서 일부 기체 분자를 제거하는 데 도움이 됩니다. 드라이식 회전판 펌프는 오일을 사용하지 않고, 다른 재료나 코팅을 사용하여 판과 스테이터 사이의 마모를 줄입니다.

회전판 펌프는 10-3 Torr까지의 진공을 0.5~1000 L/s의 펌핑 속도로 생성할 수 있습니다.

피스톤 펌프

피스톤 펌프는 하나 이상의 피스톤을 사용하여 실린더 내부에서 기체를 압축하는 또 다른 종류의 양압식 펌프입니다. 피스톤은 가스 유입을 제어하기 위해 양 끝에 밸브가 있는 실린더 내부에서 앞뒤로 움직입니다. 피스톤이 앞으로 움직일 때, 한쪽 끝에서 기체를 밀어내면서 다른 끝의 입구 밸브를 통해 기체를 끌어들입니다. 피스톤이 뒤로 움직일 때, 입구 밸브를 닫고 출구 밸브를 열어 압축된 기체를 방출합니다.

피스톤 펌프는 단일 스테이지 또는 다중 스테이지가 있을 수 있습니다. 단일 스테이지 피스톤 펌프는 피스톤당 하나의 실린더를 가지고 있지만, 다중 스테이지 피스톤 펌프는 피스톤당 두 개 이상의 실린더를 직렬로 연결합니다. 다중 스테이지 피스톤 펌프는 기체를 여러 번 압축하여 방출함으로써 단일 스테이지 피스톤 펌프보다 더 높은 진공을 생성할 수 있습니다.

피스톤 펌프는 10-3 Torr까지의 진공을 1~1000 L/s의 펌핑 속도로 생성할 수 있습니다.

다이아프램 펌프

다이아프램 펌프는 유연한 다이아프램을 사용하여 챔버 내부에서 기체를 압축하는 또 다른 종류의 양압식 펌프입니다. 다이아프램은 전동기 또는 이심축 캠에 의해 앞뒤로 움직이는 막대에 부착되어 있습니다. 다이아프램이 앞으로 움직일 때, 챔버에서 기체를 밀어내며 다른 챔버에서 기체를 끌어들입니다. 다이아프램이 뒤로 움직일 때, 출구 밸브를 닫고 입구 밸브를 열어 기체 유입을 허용합니다.

다이아프램 펌프는 오일이나 기타 유체를 윤활제나 밀봉재로 사용하지 않는 드라이 펌프입니다. 이들은 오일로 오염될 수 없는 부식성, 인화성, 민감한 기체를 펌핑하기에 적합합니다. 또한 어떤 방향에서도 성능에 영향을 미치지 않고 작동할 수 있습니다.

다이아프램 펌프는 10-3 Torr까지의 진공을 0.1~100 L/s의 펌핑 속도로 생성할 수 있습니다.

스크루 펌프

스크루 펌프는 두 개의 맞물린 스크루를 사용하여 챔버 내부에서 기체를 압축하는 또 다른 종류의 양압식 펌프입니다. 스크루는 입구와 출구가 양 끝에 있는 원통형 하우징 내부에서 서로 반대 방향으로 회전합니다. 스크루가 회전할 때, 기체는 스레드를 따라 입구에서 출구로 이동하며 부피가 줄고 압력이 증가합니다.

스크루 펌프는 오일식이나 드라이식이 있을 수 있습니다. 오일식 스크루 펌프는 스크루와 하우징 사이의 윤활제 및 밀봉재로 오일을 사용합니다. 오일은 또한 시스템에서 일부 기체 분자를 제거