진공 펌프란?
진공 펌프는 장치나 용기에서 공기를 배출하여 진공으로 만드는 장치입니다. 진공 펌프는 펌프, 배기구, 흡기구로 구성되어 있습니다. 펌프에는 진공을 만들기 위한 여러 가지 메커니즘이 개발되어 있습니다.
진공도에는 저진공, 중진공, 고진공 등이 있으며, 필요한 진공도, 진공에 도달하는 시간, 사용 온도 환경 등을 고려하여 사용할 진공 펌프를 적절히 선택해야 합니다. 오일 사용 여부에 따라 건식 펌프와 습식 펌프로 나눌 수 있습니다.
진공 펌프의 사용 용도
진공펌프는 의료기기 및 의료기기의 제조공정, 식품공장, 전기기기, 반도체 제조공정 등에 사용됩니다. 또한, 진공을 필요로 하는 의료기기나 이화학 기기의 보조 장치로도 사용됩니다. 진공펌프는 10가지 이상의 원리가 개발되어 있으며, 각각의 특성을 이해하고 적절히 선택해야 합니다.
진공 펌프의 주요 사용 용도는 다음과 같습니다.
- 치과 의료 시 타액 흡입기
- 보온병의 진공부 생성
- 반도체 공정에서 플라즈마 사용 시 진공 환경 조성
- 식품 포장재 접착 시
- 이화학 연구 장비용 진공원(증발기, 여과기, 진공건조기, 데시케이터 등)
- 공장의 생산설비용 대용량 진공펌프
진공펌프의 원리
진공펌프를 작동원리에 따라 분류하고 그 중 대표적인 것들의 작동원리를 설명합니다.
1. 오일 회전식 진공 펌프
오일회전식 진공펌프는 회전하는 로터 등의 작용으로 흡입한 공기를 밀어내듯이 배기하는 진공펌프로 기밀성을 높이기 위해 오일을 사용하는 습식펌프의 총칭입니다. 회전식 진공 펌프라고도 합니다.
세부적인 형태로는 회전 날개형 오일 진공 펌프, 캠형 오일 회전 진공 펌프, 흔들림 피스톤형 오일 회전 진공 펌프 등이 있습니다. 회전 날개, 캠, 피스톤에 결합된 흔들림 부분과 공기와 접하는 부분의 형태는 다르지만, 어느 형태든 로터의 회전에 따라 공기를 배출하여 진공을 만드는 것은 동일합니다.
오일을 사용하는 이상 오일의 증기압이 진공의 한계가 되지만, 오일의 작용으로 안정적인 성능을 발휘할 수 있고, 소형의 장치로 쉽게 중진공을 얻을 수 있습니다.
2. 오일 확산 진공 펌프
오일 확산 진공 펌프는 보일러와 제트 노즐, 응축기로 구성됩니다. 보일러에서 가열되어 증기가 된 오일을 제트 노즐을 통해 초음속으로 분사하여 펌프 내부의 공기 분자를 배기구로 밀어냅니다. 증기가 된 오일은 응축기에서 액체 오일로 재사용됩니다.
3. 회전 날개형 건식 진공 펌프
회전 날개형 건식 진공 펌프는 회전하는 로터와 베인이 흡입구에서 흡입한 공기를 흡입구에서 밀어내어 배기하는 진공 펌프로, 오일을 사용하지 않는 진공 펌프입니다. 공기의 역류를 막을 수 없기 때문에 저진공 상태가 한계이지만 큰 배기 속도를 얻을 수 있습니다.
4. 흔들림 피스톤식 건식 진공 펌프
흔들림 피스톤식 건식 진공 펌프는 편심 회전축에 연동하는 피스톤에 의해 공기를 밀어내듯 배기하는 진공 펌프입니다. 구조상 공기의 역류를 방지할 수 없어 저진공 상태가 한계이지만, 유지보수가 용이합니다.
5. 다이어프램형 건식 진공 펌프
다이어프램 펌프(멤브레인 펌프)는 고무, 수지, 금속 등의 재질로 이루어진 다이어프램의 왕복 운동과 체크 밸브를 결합하여 유체를 이송하는 펌프입니다. 진공펌프로 사용할 경우, 체크밸브가 있기 때문에 기밀하게 오일을 사용할 필요가 없어 건식펌프로 사용할 수 있습니다. 왕복운동에 따라 진공을 만들고자 하는 쪽에서 공기를 흡입하고 대기 쪽으로 내뿜는 것을 반복하여 진공을 만듭니다.
6. 스크롤형 건식 진공 펌프
스크롤형 건식 진공 펌프는 소용돌이 모양의 고정자와 회전자 운동의 조합으로 배기하는 건식 진공 펌프입니다. 소용돌이의 운동으로 공기를 중앙으로 끌어당겨 중앙에서 배기하는 방식입니다.
7. 터보 분자 펌프
터보 분자 펌프는 터빈 형태의 건식 진공 펌프입니다. 터빈 날개를 분자의 열운동에 가까운 속도로 고속 회전시켜 터빈 날개의 기울기에 따라 분자 운동의 편차를 만들어 배기를 합니다. 터빈 날개의 고속 회전을 가능하게 하기 위해 어느 정도의 진공 상태에서 사용해야 하며, 다른 진공 펌프와 함께 사용됩니다.
진공펌프 선택 방법
진공 펌프의 선택은 도달 진공도, 배기 시간, 배기 용량 등을 고려하여 펌프의 종류를 결정합니다. 진공도에는 저진공, 중진공, 고진공 등이 있으며 각각에 맞는 진공 펌프가 있습니다.
1. 저진공용 진공 펌프
저진공용으로는 다이어프램식 건식 펌프, 진동 피스톤식 건식 펌프, 회전 날개식 건식 펌프 등이 있습니다. 다이어프램형은 회전 날개형 건식 펌프와 같은 슬라이딩부가 없기 때문에 미립자가 발생하지 않아 깨끗한 진공을 얻을 수 있습니다. 흔들림 피스톤형은 구조가 간단하고 유지보수가 용이하다. 회전 날개형은 큰 배기 속도를 얻을 수 있습니다.
2. 중진공용 진공 펌프
중진공용으로는 스크롤형, 오일 회전형 등이 있습니다. 스크롤형은 많은 제품에서 2단 압축을 통해 효율을 확보하여 저진동, 저소음을 실현합니다. 오일 회전형은 이름에서 알 수 있듯이 오일로 윤활과 밀봉을 하기 때문에 효율이 좋고, 진공도의 안정성이 좋은 펌프입니다.
3. 고진공용 진공 펌프
고진공용으로는 2개의 로터를 회전시켜 흡입, 압축하는 루츠형(기계식 부스터) 진공펌프, 다단 루츠형 펌프를 일체화한 다단 루츠형 진공펌프, 구조가 간단하고 배기속도가 빠른 오일확산형 진공펌프 등이 있습니다. 또한 초고진공용이라고 불리는 터보 분자 펌프, 크라이오 펌프 등이 있습니다.
이처럼 다양한 종류의 진공펌프가 있기 때문에 그 특징과 특성을 잘 이해하고 용도에 맞는 진공펌프를 선택하는 것이 중요합니다.
진공 펌프 사용법
진공을 사용하는 설비에서는 도달 진공도, 배기 시간을 고려하여 진공 펌프를 선정합니다. 그러나 일반적으로 진공도가 높아질수록 배기 속도가 느려지고, 고진공용 펌프 중에는 대기압 상태에서는 사용할 수 없는 것이 있기 때문에 진공펌프 단독으로 사용하지 않고 조합하여 사용하는 경우가 있습니다.
예를 들어 ‘저진공에서 배기속도가 빠른 펌프’와 ‘고진공용 펌프’를 전환하여 병용하거나 동시에 사용함으로써 고진공에서도 어느 정도의 배기속도를 얻을 수 있습니다.
구체적인 예로는 오일 회전식으로 저진공 영역까지 진공을 끌어내어(조흡입), 이후 기계식 부스터 펌프로 전환하여 고진공까지 진공을 끌어내어(본흡입) 진공을 끌어내는 방법이 있습니다.
또한, 두 종류의 진공 펌프를 연결하여 중저진공용 펌프를 통해 대기압에서도 고진공용 펌프를 사용할 수 있도록 하는 방법도 있습니다.
진공 펌프의 기타 정보
진공 펌프의 오일
오일 회전식 진공 펌프는 올바르게 사용하면 안정적인 성능을 발휘하지만, 오일 관리가 중요합니다. 가스를 흡입하여 진공을 만드는 특성상, 흡입한 것 안에 있는 불순물(물 등)이 오일에 섞여 들어가기 마련입니다. 이러한 불순물이 오일의 성능을 저하시킵니다.
대부분의 오일 회전식 진공 펌프에는 가스 밸러스트라고 하는 휘발성 성분을 증발시키는 기능이 있으므로 정기적으로 가스 밸러스트를 하는 것이 좋습니다. 오일의 양에 대한 일상적인 점검, 정기적인 오일 교환도 중요하다. 또한, ‘오일을 오염시키기 쉬운 용도이지만 가격이 저렴해서 일단 오일 회전식 진공펌프를 설치했다’는 등 상황에 따라서는 비슷한 성능의 건식펌프로 교체하는 것도 의미가 있을 수 있습니다.