* 제품 분류 ======

-Vacuum pump (진공 펌프)

■ 진공이란?

"진공"은 공간의 기체압력이 대기압(1기압)보다 낮은 상태, 즉 분자의 수가 1c㎥ 내에 약 2.69×1019개 이하인 상태를 의미한다.
단순히 진공을 그 정도에 따라 분류하면 다음과 같다.

① 저진공(low vacuum)
1기압∼10-3 Torr : ‘Rough vacuum'이라고도 하고 기체 상태의 분자 수량이 진공용기 내부 표면에 부착되어 있는 분자 수량보다 많은 상태이다. Food process(음식 건조, freeze drying : 커피 등의 향은 그대로 두고 수분만 제거하는 방법), 증류(distillation), 박막 증착(sputtering, LPCVD : low pressure chemical vapor deposition), 플라즈마 공정, 네온사인의 제조 등이 이 영역의 진공대에서 운용되고 있다.
저진공의 10-3Torr 영역이면 이미 대기 공기가 99.99% 이상 빠져나간 상태라고 볼 수 있다.

② 고진공(high vacuum, HV)
10-3∼10-7Torr : 기체의 평균 자유행로가 진공용기의 크기보다 긴 상태이기 때문에 분자간의 충돌보다는 진공용기 내벽과의 충돌이 많다. 진공관 제작, CRT(cathode ray tube), 이온주입(ion implantation), 증착(evaporation), 전자현미경 등이 이 영역의 진공대에서 운용되고 있다.

③ 초고진공(ultrahigh vacuum, UHV)
10-8Torr 이하 : 분자밀도가 상당히 떨어진 상태로 분자가 진공용기 내부 표면에 단일층(monolayer)을 형성하는 시간이 충분히 오래 걸려 여러 가지 표면에 관한 실험을 할 수 있는 상황이 된다. 우주관련 연구, 물질연구, 표면분석, 가속기, 핵융합 연구가 초고진공을 필요로 하고 있다.


■ 진공펌프는 배기량을 비교하라

냉동용 진공펌프라 함은 일반적으로 휴대용 사양으로서, 냉동시스템 상에 냉매 주입을 위한 선행 작업인 진공작업을 위한 펌프를 말한다.
가정용에어컨 등을 위한 A/S 담당자 중 일부가 무게가 가볍다는 이유로 소용량의 진공펌프를 선호하긴 하나, 대체적으로 냉동공조 설비업자의 경우 용량이 큰 제품을 선호하는 편이다.
더욱이 최근에는 시스템에어컨 설비의 증가세로 인해 기존보다 훨씬 용량이 큰 진공펌프를 찾는 추세에 있다.
진공펌프의 용량이라 하면 일반적으로 진공능력 즉, 일정한 시간 동안에 얼마나 토출해낼 수 있는가를 나타내는 배기속도(pumping speed)를 말한다.
국산 진공펌프도 있지만 시중에는 수입 제품이 더욱 인기가 있고 그 중에서도 미국 제품이 종류가 많아 가장 많이 판매되고 있다. 그런데 미국 제품은 이 토출량을 통상 "CFM"으로 표시한다.
CFM은 Cubic Feet per Minute, 즉 1분당 1입방 피트(가로×세로×높이 = 1피트×1피트×1피트)라는 시간 개념이 포함된 부피를 말한다. 우리나라의 희박한 피트 개념 때문에 언뜻 감이 잘 와 닿지 않으므로 이것을 미터 단위(1분당 리터 수)로 환산하면 1CFM은 1분당 28.3리터의 부피가 된다.

※ 1CFM = 28.3ℓ/분

그러므로 예를 들어 6.0CFM이라면 1분당 169.9(≒170)ℓ에 해당한다.
시중에 판매되는 진공펌프는 4CFM(분당 113ℓ)에서 6CFM(분당 170ℓ) 정도가 주를 이루고 있는 편이지만 최근에는 8CFM(분당 227ℓ) 정도의 큰 용량을 찾는 일이 증가하는 추세다.


■ 마력은 속도와는 별개의 의미

진공펌프의 용량을 보는 또다른 척도로서 내장 모터 자체의 힘을 들 수 있다. 즉 1/2마력, 1/3마력 등으로 제조사에서 반드시 명기하기 마련이다.
그러나 대부분의 메이커마다 같은 1/2마력 안에서도 '4CFM 짜리, 6CFM 짜리'와 같은 식으로 토출량은 다양하게 생산되는 편이다.
그러므로 마력은 용량의 비교에 있어 그다지 중요한 숫자는 되지 못한다. 다만 마력은 모터의 힘, 다시 말해 공기를 빨아들이는 힘의 크기이므로 Torr(토르)나 Micron(마이크론=미크론, 원칙적으로 마이크론은 진공도의 단위는 아니지만, 1백만분의 1이란 뜻으로서 진공계 등의 단위로 사용)으로 나타내는 진공도를 좀 더 높여줄 수 있다는 의미가 있다. 예를 들어 국산 우성 오토마 휴대용 진공펌프의 경우 같은 1/2마력인 분당 140리터 짜리와 80리터 짜리 둘 다 1×10-3Torr까지 진공이 가능하다.
시중에 판매되는 휴대용 진공펌프 제품은 1마력 미만이 대부분이며 이 중에서도 1/2마력이 주를 이룬다. 자신의 진공펌프가 용량이 크다고 해서 1마력 짜리인 것으로 알고 있는 경우에도 다시 살펴보면 1/2마력이나 3/4마력인 경우가 많다. 1마력 이상의 제품은 휴대용보다는 고정장치용이 많고 가격도 1/2마력의 몇 배가 될 만큼 매우 비싼 편이다.


■ RPM은 숫자에 불과하다

일부 구매자의 경우, 용량이 큰 진공펌프를 찾기 위해 RPM(분당 회전수)만을 비교하는 경우가 있는데 이것은 위의 토출량 개념이 전혀 없어서 그런 경우다. 즉, 모터 RPM이 큰 것이 곧 용량이 큰 것으로 오해하고 있는 것이다. 분당 토출량이 커진다고 해서 RPM도 그에 비례해서 함께 커지는 것도 아니며, 비교할 경우에도 어디까지나 하나의 제조사 내에서 비교가 가능한 것이지, 모터가 다른 타 회사 제품끼리 RPM을 보고 비교하는 것은 무의미하다고 할 수 있다.
시중에 판매되고 있는 주요 인기 메이커로는 Robinair(미국), CPS(미국), JB(미국), Yellow Jacket(미국), MasterCool(미국), Watsco(미국), Telstar(스페인) 등의 수입제품 외에 국산인 우성오토마 등이 있다.
오랜 사용으로 인해 애용하는 모델이 따로 있는 것이 아닐 경우에는 판매처의 의견을 중시해서 구입하는 것도 좋은 방법이다.


■ 로터리식 진공 펌프 (rotary vane pump)

진공펌프를 그 방식으로 보았을 때 여러 가지 종류가 많으나, 냉동 설비나 대학 실험실 등에서 가장 많이 사용되는 것은 로터리 방식을 이용한 펌프다.
로터리 방식의 진공펌프는 저진공용이라 볼 수 있다.
우선 구조를 살펴보면 < 그림 1 >에서와 같이 고정된 정지자(stator)가 있고 그 속을 회전자(rotor)가 회전하게 되는데, 회전자의 크기가 약간 작고 그 회전 중심이 정지자의 중심으로부터 약간 어긋나 있는 것이 특징이다.
그리고 회전자의 중심에는 판모양의 날개(vane)가 양쪽으로 팔을 벌리고 있는데 그 중앙이 용수철로 연결되어 그림에서 보듯이 회전자가 회전할 때 회전자와 정지자 사이에 공간이 생기지 않도록 막아주면서 회전하게 된다. 진공용기로부터의 흡입과정, 압축, 그리고 배기 과정이 있는데 < 그림 2 >와 같다.


Vane이 정지자의 벽과 접촉하면서 회전하기 때문에 열이 많이 발생하나 피스톤 펌프보다 낮은 최저도달압력을 실현할 수 있고, 배기 속도는 1∼150CFM 정도이며 다소 시끄러운 편이다(보통 50dB 이상).
동력전달이 기어형(gear type)은 약 1,500∼2,000rpm 정도이고 벨트형(belt type)의 경우는 약 250∼400rpm이다. 벨트형의 경우는 정기적으로 벨트의 낡은 정도나 장력 등을 확인하는 것이 좋다. 진공작업도중에 벨트가 끊어지면 위험이 따를 수도 있기 때문이다.
로터리 펌프의 경우 대부분 2단계(2-stage) 과정을 채용하고 있다. 즉, 두 개의 pumping unit가 직렬로 연결되어 있어 1단계 배기과정을 거쳐 배출된 가스가 대기 중으로 방출되지 않고 2단계 펌프의 흡입구로 들어가도록 설계되어 있어 1단계 펌프(single stage pump)보다 최저도달압력(ultimate pressure)을 더 내릴 수 있다.
특히 이 펌프는 오일을 많이 사용하는데 그 기능은 윤활제로서의 역할 뿐 아니라 펌프의 열을 밖으로 전달하여 식혀주고 또한 vane과 정지자 사이의 공간을 막아 기체가 새는 것을 방지도 하여 준다.
따라서, 사용하는 오일의 증기압이 낮아야 좀더 낮은 압력까지 내릴 수 있고 또한 역류(backstream)로 인한 진공용기나 진공과정의 오염도 줄일 수 있다.
그리고 펌프를 장시간 멈출 때는 반드시 펌프를 진공해제(vent)하는 것이 좋다. 그리고 펌프의 배출구 쪽에서는 배기된 기체뿐만 아니라 펌프오일이 증기 또는 작은 입자 형태(oil mist)로 계속 나오기 때문에 실험실 등의 밀폐공간에서는 fume hood를 이용해 배출하거나 또는 긴 튜브 등을 이용하여 실험실 바깥으로 내보내야 한다. 부득이 실내에서 방출하여야 할 경우에는 방출되는 기체에 의한 안전상의 이상 유무를 확인해야 하고, 펌프오일은 oil mist trap(oil mist filter)을 사용하여 제거하여야 대기 오염을 방지할 수 있다.
또한 입자가 많이 포함된 기체를 배기할 경우에는 먼지 필터(dust filter)를 진공용기와 펌프 사이에 설치하여야 펌프를 보호할 수 있다.
진공펌프 오일로는 탄화수소 오일(hydrocarbon oil), 유기합성 오일, 실리콘 오일(silicon oil), Fluorinated 오일(perfluoro polyether) 등이 사용되고 있다.


■ Gas ballast(가스 밸러스트)

물과 같이 응축(condensation)이 쉽게 되는 증기류는 펌프 속에서 압축단계를 거치는 동안 응축되어 펌프오일을 오염시킨다.
예를 들어 수증기를 배기할 경우, 응축된 뒤 기름에 섞여 돌아다니는 물분자는 기압이 낮은 흡입단계에서 다시 기화하여 펌프 흡입구 쪽의 압력을 높인다. 따라서 펌프의 압축 주기에 외부에서 대기를 일부러 주입시켜 충분한 방출 압력을 가짐으로 해서 물분자 등이 펌프 안에서 응축이 되는 것을 방지하는 장치이다.
수입 진공펌프 제품의 경우에는 대개 이 기능을 위한 밸브(가스 밸러스트 밸브)가 달려 있는 편이다.


■ 진공펌프의 사용

미국 제품 중 일부는 전원 코드가 미완성인 채로 판매된다. 즉, 코드의 끝부분에 플러그가 연결되어 있지 않은데, 이 때 직접 플러그 부분을 만들어주어야 한다. 플러그와 연결된 코드를 연결해 줄 때는 진공펌프의 전격 용량을 감안, 다소 넉넉한 용량의 코드를 선택한다.
또한 진공펌프를 사용하기도 전에 먼저 할 일은 진공펌프에 진공펌프용 오일을 주입하는 일이다. 오일을 주입하지도 않고 사용할 경우, 그 즉시 진공펌프는 고장이 나게 마련이다.
최초 사용 시는 다음과 같은 순서로 작업한다.
정상 작동시 모터의 온도는 대체적으로 57℃(135℉) 정도에 이른다.
진공펌프 사용 완료 후에는 항상 흡입구의 캡을 닫아서 이물질의 유입을 방지해 주어야 한다.
또한 매니폴드게이지 호스의 연결 니플 안쪽의 고무 패킹이나 기타 부분이 낡았을 경우, 진공작업이 제대로 되지 않으므로 수시로 호스의 상태도 점검한다.
★ 순 서
1. 오일 주입구를 열고 진공오일을 주입한다. 보통 오일을 주입하는 구멍이 토출구와 겸용으로 되어 있지 않다면, 파이프로 되어 있는 손잡이 자체가 토출구일 경우가 많다.
오일은 무턱대고 많이 넣지 말고, 적정 레벨 LINE에 맞게 주입하여야 한다.
2. 제품의 전원 설정이 220V 60Hz가 맞는지, 혹시나 110V에 맞춰져 있는 건 아닌지 확인한 후, 작동스위치를 OFF 상태에 놓고, 220V 단상 전원에 연결,
3. 흡입구의 캡을 열고 작동 스위치를 켠다.
약 2분간 공회전시켜서 모터가 정상 회전속 도로 가동되는지를 확인한 후
4. 흡입구에 호스를 연결하고 진공작업을 시작한다.


■ 진공펌프 오일의 교환

냉동 시스템으로부터 유입되는 산(酸) 성분, 수분, 공기 등 이물질이 진공오일과 혼합되기 때문에 진공펌프를 사용하면 할수록 효율이 낮아지고, 펌프 내부 부품이 부식 손상될 우려가 있으므로 가능한 자주 교환해 주어야 한다. 정상적 사용시 적어도 1년에 한 번은 진공오일의 교체가 권장된다.
항상 최고의 진공 성능을 유지하기 위해서는 반드시 진공펌프용 오일을 사용하여야 한다.
오일 교환은 사용하기 전보다는 사용한 후 즉시, 오일이 열을 받아 묽어져 있을 때 교환하여야 이물질이 함께 배출되어 좋다.
진공펌프를 장기간 사용하지 않을 것으로 예상될 경우에는 위와 같이 마지막 사용 시 오일 교환을 한 후 캡을 막고 보관한다.

 
 


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