[공학]Turbo pump 조사

소개

Turbomolecular pump 및 Moelcular drag pump에 관한 자료입니다.

목차

※ Turbomolecular pump
1. 구조 및 원리
2. 상용적 연결방법
3. 단순 연결사용법
4. 사용 시 주의사항

※ Moelcular drag pump
원리 및 복합 펌프의 간단 설명

본문내용

※ 터보 분자 펌프(Turbomolecular pump)

단순히 ‘터보 펌프(Turbo pump)’라고 부르기도 한다. 1958년 Becker에 의해 고안되었고, 많은 진공회사들이 이를 제작하고 있다. 특징으로는, 우선 가격면에서 같은 용량의 확산 펌프에 비해 상당히 비싸다. 10-2~5×10-10 Torr 영역에서 사용 가능하며 확산 펌프에서처럼 오일을 사용하지 않기 때문에 매우 깨끗하다. 회전축에 있는 베어링(Bearing unit)에 약간의 윤활제를 사용하고 있으나 큰 문제는 안 된다. 요즘은 자기부상의 원리(Magnetic levitation)로 마찰력을 줄여 아예 윤활유도 사용하지 않는 경우도 있다. 질량이 큰 탄화수소(Hydrocarbon)에 대한 압축비(Compression ratio)가 크기 때문에 보조 펌프(Backing pump)로부터 오일이 역류할 확률이 극히 작다. 다른 고진공 펌프에 비해 작동의 시작 및 종료의 과정이 단순하고 시간도 적게 걸린다.(10분 이내) 배기 속도가 수백 ℓ/sec로 비교적 용량이 큰데 배기 속도는 펌프의 회전속도에 비례하며 이 속도를 조절할 수 있도록 되어 있는 모델도 있다. Sputtering 증착의 경우는 보통 수 mTorr 영역에서 시행이 되는데, 앞에서 얘기했듯이 이 영역에서는 확산 펌프의 경우 역류의 가능성이 크다. 이런 경우에 터보 펌프를 저속으로 두고 사용하면 좋다. 진동이 약간 있으나 문제가 되면 Vibration isolator를 설치하면 어느 정도 줄일 수 있고 수평 또는 수직 설치가 가능하다.

위 그림에서 보듯이 동축의 회전자(Rotor)와 고정자(Stator)로 구성되어 있는데 작동원리는 그 이름에서 알 수 있듯이 수천 내지 수만 rpm의 고속으로 회전하는 회전자의 날개들이 그들의 영역으로 들어온 분자를 쳐 그 운동 방향을 펌프의 배출구 쪽을 향하게 하는 것이다. 따라서 수소나 헬륨처럼 분자 열운동 속도(Thermal velocity)가 큰 기체(>1,000㎧)에 대한 배기 속도가 떨어진다. 날의 각은 배출구 쪽으로 갈수록 더 많이 기우는데 이는 흡입구에서는 진공 용기와의 압력차가 크지 않고 또한 많은 기체를 받아들일 수 있도록 하기 위함이고 배출구 쪽에서는 압력차가 커지기 때문에 이를 유지하기 위함이다. 고정자는 역류를 방지하는 Buffer 역할과 함께 회전자에서 튀어나온 분자를 아래쪽으로 향하도록 각을 유지하고 있다.
터보 펌프를 사용하는 시스템의 최저 도달 압력은 다음 식에서 정의되는 압축비(Compression ratio), K에 의해 결정된다.

회전 날개가 흡입구 쪽에 들어온 기체분자들을 압축하여 뒤쪽으로 보내는 정도가 펌프의 성능을 결정하는데 결국은 최전 날개의 속도에 대한 기체분자들의 상대 속도에 달려 있다. Maxwell 속도분포에 의해서 주어진 온도에서 분자의 운동 속도는 결국 분자의 질량에 의존한다. 따라서 분자량 M인 기체에 대해 압축비는 다음과 같은 관계를 보여 준다.

참고자료

· 없음