KR101129774B1 - 진공 펌프용 로터 - Google Patents

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Abstract

스크류 진공 펌프용 로터는, 중앙 공동이 형성된 나사식 본체를 갖는다. 상기 본체에 부착된 샤프트에 제공된 공급 라인으로부터 공동에 냉각제가 공급된다. 샤프트로부터 분리되거나 또는 적어도 부분적으로 샤프트와 통합된 냉각제 유동 가이드가 공동 내에 배치되어 있다. 유동 가이드는, 로터로부터 안내 수단에 열이 전달될 수 있도록 본체에 인접하고, 바람직하게는 본체와 접촉하는 외측면을 갖는다. 또한, 안내 수단은 보어를 규정하는 내측면을 구비하며, 또한 상기 보어로부터 반경방향으로 이격되고 보어와 유체 접촉하는 복수의 축방향 연장 슬롯을 적어도 부분적으로 규정하고 있다. 사용시에, 냉각제가 안내 수단의 보어를 통해서 공동 내로 유입하고, 축방향 연장 슬롯을 통해 공동으로부터 유출되며, 냉각제가 공동에 유입 및 유출됨에 따라 안내 수단으로부터 열을 추출한다. 방출된 냉각제는 슬롯으로부터 샤프트 내에 배치된 방출 라인 내로 운반된다.

Description

진공 펌프용 로터{COOLING OF PUMP ROTORS}
본 발명은 펌프 로터의 냉각에 관한 것으로서, 특히 스크류 펌프의 로터의 냉각에 관한 것이다.
스크류 펌프는 제품의 제작을 위한 청정 및/또는 저압 환경을 제공하기 위해 공업용 처리에 폭넓게 사용되고 있다. 그 용도는 제약 산업 및 반도체 제조 산업을 포함한다. 전형적인 스크류 펌프 기구는 외부 나사식 로터(threaded rotor)를 각각 지닌 2개의 이격된 평행 샤프트를 포함하며, 샤프트는 로터의 나사가 서로 맞물리도록 펌프 본체에 장착된다. 펌프 본체의 내측면(스테이터로서 작용함)과 맞물리는 지점에서의 로터 나사들간의 정밀한 공차는, 입구에 진입하는 다량의 가스를 로터의 나사와 내측면 사이에 막히게 하고, 그것에 의해서 로터가 회전함에 따라 가스를 펌프의 출구쪽으로 향하게 한다.
사용 중에, 서로 협력하여 작용하는 로터에 의한 가스 압축의 결과로서 열이 발생한다. 그 결과, 로터의 온도가 급격히 상승한다. 반대로, 스테이터는 크기가 크고 그것의 가열은 다소 느리다. 이것은 로터와 스테이터간의 온도 불균형을 발 생시켜서, 이것이 감소되지 않고 축적되면, 그 사이의 간극이 감소함에 따라 로터가 스테이터 내에 끼이는 결과가 발생할 수 있다. 따라서, 로터를 냉각시키기 위한 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 출원인의 종래의 국제 특허 출원 제 WO 2004/036049 호에 도시된 것과 같은 스크류 펌프의 양끝이 닮은 로터(double-ended rotor)의 출구부의 냉각을 위한 공지의 장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 상기 특허 문헌의 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다. 이 장치에서, 중앙 공동(10)이 로터의 나사식 본체(12)의 각 단부(도 1에는 일단부만이 도시됨)에 형성되어 있고, 이 공동(10)은 참조부호(14)로 표시된 종방향 축을 갖는 본체(12)와 동축이다. 샤프트(16)는, 공동(10) 내로 연장되어 사용 중에 로터의 본체(12)와 함께 회전하도록 볼트(18)에 의해서 본체(12)에 부착된다. 샤프트(16)는 그 내부에 형성된 제 1 중앙 보어(20)를 갖는다. 제 1 보어(20)는 냉각제의 소스로부터 토출된 냉각제를 공급하기 위한 냉각제 공급 관(22)을 수용하고, 제 2 보어(24)는 제 1 보어(20)와 동축으로 되어 있다. 냉각제는 제 2 보어(24)로부터 공동(10) 내로 흐르며, 냉각제는 샤프트(16)의 단부(26)와 공동(10)의 단부 벽(28) 사이에서 반경방향 외측으로 흐른 다음, 샤프트(16)의 원통형 벽(32)과 공동(10)의 원통형 벽(34) 사이에 배치된 협소한 환형 틈(30) 내에서 단부 벽(28)으로부터 멀리 흐른다. 샤프트(16)에 형성된 반경방향 보어(36)는 냉각제를 샤프트(16)의 제 1 보어(20) 내로 흐르게 하고 그리고 샤프트(16)의 단부(38)쪽으로 흐르게 하며, 공급 관(22)쪽으로 냉각제를 복귀시키기 위한 토출 기구에 의해서 냉각제가 단부(38)로부터 저장기(도시 안됨)내로 방출된다.
발명의 요약
본 발명의 적어도 바람직한 실시예의 목적은 스크류 펌프의 로터를 냉각시키기 위한 개량된 장치를 제공하는 것이다.
제 1 측면에서, 본 발명은 진공 펌프용 로터에 있어서, 나사식 본체와, 본체 내로 축방향으로 연장된 공동과, 공동에 냉각제를 공급하는 수단과, 공동으로부터 냉각제를 방출하는 수단과, 상기 공동 내에 배치되어 상기 공급 수단과 상기 방출 수단 사이에서 냉각제의 흐름을 안내하는 수단을 포함하며, 상기 안내 수단은 보어를 규정하는 내측면과 본체에 인접하게 배치되어 본체로부터 열이 전달될 수 있도록 되어 있는 외측면을 가지며, 상기 안내 수단을 따라 연장된 복수의 슬롯을 적어도 부분적으로 규정하고 있고, 상기 슬롯은 보어로부터 반경방향으로 이격되어 보어와 유체 연통하고 있는, 진공 펌프용 로터를 제공한다.
종래 기술에서, 냉각제에 의해 냉각하도록 노출되는 로터의 가열된 표면은 공동(10)의 원통형 벽(34)의 표면적에 한정된다. 냉각하도록 노출되는 표면적을 증가시키기 위해서, 본 발명은 종래 기술의 환형 간극(30)을 필요로 하지 않는 대신 유동 가이드(flow guide)를 제공하는데, 이 유동 가이드는 본체와 밀접하게 배치되고, 바람직하게는 본체와 접촉하며, 그리고 공동 내부에, 보어와, 유동 가이드를 따라 연장되어 보어로부터 반경방향으로 이격된 복수의 슬롯을 규정한다. 유동 가이드가 로터 본체에 전형적으로는 0.1㎜ 미만 정도로 매우 가깝게 배치되는 것에 의해서, 로터 본체로부터 유동 가이드 내로 열이 전달될 수 있다. 유동 가이드는 로터 본체에 인접하게 배치되므로, 사용 중에 유동 가이드의 열팽창에 의해 유동 가이드가 본체와 접촉하게 될 수 있다. 이제 냉각을 위해 노출된 가열된 표면은, 보어를 규정하는 가이드의 내측면의 표면적과 슬롯의 벽의 표면적의 합의 양자를 포함하므로, 냉각제가 로터의 내부 및 외부로 흐름에 따라 냉각제에 의해서 로터로부터 열이 추출될 수도 있다. 이것은 로터 본체에 형성된 유사한 크기의 공동을 갖는 종래 기술의 장치에 비해서 냉각을 위한 표면적을 상당히 증가시킬 수 있다.
안내 수단은 로터 본체와는 상이한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 로터의 냉각을 최대화하기 위해서, 안내 수단의 적어도 일부가 로터 본체를 형성하는 재료와 동일하거나 또는 그보다 더 큰 열 전도율을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 로터 본체가 철로 형성되면, 안내 수단은 알루미늄 또는 그의 합금, 구리 또는 그의 합금 또는 철과 동일하거나 또는 그보다 더 큰 열 전도율을 갖는 임의의 다른 적절한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
제 2 측면에 있어서, 본 발명은 진공 펌프용 로터에 있어서, 각 단부에 내부로 연장되는 공동을 갖는 나사식 본체와, 각 공동에 냉매를 공급하는 수단과, 각 공동으로부터 냉각제를 방출하는 수단을 포함하고, 각 공동은 공급 수단과 방출 수단 사이에서 냉각제의 흐름을 안내하기 위해 내부에 배치된 안내 수단을 가지며, 상기 안내 수단은, 보어를 규정하는 내측면과, 본체에 인접하게 배치되어 열이 본체로부터 전달될 수 있도록 되어 있는 외측면을 가지며, 또한 안내 수단을 따라 연장되는 적어도 부분적으로 복수의 슬롯을 규정하고, 상기 슬롯은 보어로부터 반경방향으로 이격되고 보어와 유체 연통하고 있는, 진공 펌프용 로터를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 진공 펌프용 로터에 있어서, 부분적으로 내부로 연장되고 로터의 종축 주위에 배치된 복수의 축방향 공동을 갖는 나사식 본체와, 각 공동에 냉각제를 공급하는 수단과, 각 공동 내에 냉각제의 흐름을 안내하는 수단과, 각 공동으로부터 냉각제를 방출하는 수단을 포함하는, 진공 펌프용 로터를 제공한다. 본 발명의 이 측면은 종래 기술의 중앙 공동(10)을 필요로 하지 않는 대신, 로터의 나사식 본체에 부분적으로 형성된 복수의 보어에 의해서 제공되는 것이 바람직한 복수의 공동을 제공하며, 이 복수의 공동은 로터의 종축 주위에 배치된다. 그러한 장치에 의하면, 소정 시간에 로터의 본체와 접촉하는 냉각제의 표면적은, 단일의 중앙 공동이 사용되는 종래 기술의 장치에 비해서 상당히 증가될 수 있다. 따라서, 다른 측면에서, 본 발명은 진공 펌프용 로터에 있어서, 각 단부에 축방향 내부로 연장되고 로터의 종축 주위에 배치되는 복수의 공동을 갖는 나사식 본체와, 각 공동에 냉각제를 공급하는 수단과, 각 공동으로부터 냉각제를 방출하는 수단을 포함하고, 각 공동의 내부에는 공동의 내부 및 외부로 냉각제를 안내하기 위한 수단이 배치되어 있는, 로터를 제공한다.
안내 수단은, 각 공동 사이에 공급 수단과 방출 수단 사이에 연장되는 냉각제 유로를 규정하는 것이 바람직하다. 냉각제 유로는, 냉각제를 제 1 방향으로 흐르게 하는 제 1 부분과, 냉각제를 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 흐르게 하는 제 2 부분을 갖는 것이 바람직하다. 안내 수단은, 각 공동 내에, 유로의 제 1 및 제 2 부분을 규정하기 위한 관을 포함하는 것이 바람직하다. 유로의 제 1 부분은 본체와 관의 외벽 사이에서 연장될 수도 있고, 유로의 제 2 부분은 관의 보어 내에서 연장될 수도 있다. 각 관은 유로의 제 1 부분을 유로의 제 2 부분에 연결하기 위한 하나 이상의 반경방향 보어를 포함하는 것이 바람직하다. 공급 수단은 유로의 제 1 부분에 냉각제를 공급하도록 배열되고, 방출 수단은 유로의 제 2 부분으로부터 냉각제를 수용하도록 배열되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 특징을 설명할 것이다.
도 1은 종래 기술의 스크류 펌프의 로터의 일부를 절단한 단면도,
도 2a는 스크류 펌프의 로터의 제 1 실시예의 일부 절단 단면도, 도 2b는 도 2a의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 3a는 스크류 펌프의 로터의 제 2 실시예의 일부 절단 단면도, 도 3b는 도 3a의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 4a는 스크류 펌프의 로터의 제 3 실시예의 일부 절단 단면도, 도 4b는 도 4a의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 5는 다른 로터의 일부 절단 단면도,
도 6은 도 5에 참조부호 B로 표시된 영역의 확대 단면도,
도 7은 도 5에 참조부호 A로 표시된 영역의 확대 단면도.
도 2는 스크류 펌프의 로터(100)의 제 1 실시예의 일부를 도시하고 있다. 로터(100)는 종축(104)을 갖는 나사식 본체(102)를 포함한다. 공동(106)은, 본체(102) 내로 부분적으로 연장되고 또 본체(102)와 실질적으로 동축이 되도록, 본체(102)에 형성되어 있다.
관(108)은 본체(102)와 동축으로 공동(106) 내에 배치되어, 관(108)의 외측면(110)이 공동(106)의 원통형 벽(112)과 억지 끼워맞춤을 형성하도록 한다. 관(180)은, 예컨대 액체 질소를 사용하여 관(108)을 먼저 수축시키는 수축 끼워맞춤 등의 임의의 편리한 기술을 사용하여 공동(106)에 삽입될 수도 있고, 공동(106) 내에 삽입되어 후속적인 열팽창에 의해 관(107)이 공동(106) 내에 견고하게 배치될 수 있다.
관(108)은, 적어도 부분적으로는 본체(102)를 형성하는 재료와 적어도 동일한 열전도율을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 본체(102)는 철로 형성되고, 관(108)은 알루미늄 합금으로 형성된다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 관(108)의 내측 원통형 면(114)은 본체(102)와 실질적으로 동축으로 공동(106) 내로 연장된 보어(116)를 규정하고 있다. 관(108)의 외측면(110)에 복수의 홈(118)이 기계 가공되거나 또는 다른 방법으로 형성되는데, 각 홈(118)은 관(108)의 길이를 따라 연장된다. 각 홈(118)의 일부분이 필요에 따라 만곡되거나 또는 다른 형상으로 될 수도 있지만, 바람직한 실시예에서, 각 홈(118)은 본체의 종축(104)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 홈(118)은 공동의 벽(112)과 함께 관(108)의 보어(116)를 둘러싸는 복수의 축방향 연장 슬롯(119)을 규정한다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 관(108)은 공동(106) 내에 완전히 삽입되지 않으므로, 슬롯(119)이 보어(116)와 유체 연통한다.
샤프트(120)는 관(108)의 보어(116) 내로 부분적으로 연장되고, 볼트(122) 등에 의해서 본체(102)에 부착된다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 샤프트(120)는 본체(102)와 동축이다. 샤프트(120)는, 보어(116) 내로 연장되는 샤프트(120)의 단부(126)의 원통형 외측면(124)이 관(108)의 내측면(114)에 결합하도록 기계 가공된다.
샤프트(120)는 종방향 보어(128)를 포함하는데, 이 종방향 보어는 샤프트(120)의 길이를 따라 관통되고 샤프트와 동축이다. 종방향 보어(128)는 샤프트(120)의 대부분을 따라 일정한 직경을 가지며, 그 직경은 샤프트(120)의 단부(126)쪽으로 감소되어 종방향 보어(128)의 축소 직경부(130)를 규정한다. 냉각제 공급 관(132)은 종방향 보어(128) 내에 배치된다. 냉각제 공급 관(132)의 외경은 종방향 보어(128)의 축소 직경부(130)의 외경보다 약간 작다. 냉각제 공급 관(132)은, 제 1 단부(134)가 보어(116) 내에 배치되고 그리고 그것의 제 2 단부(도시 안됨)가 샤프트(120)의 타단부(도시 안됨)로부터 연장되도록, 종방향 보어(128)를 통해 연장된다. 냉각제 공급 관(132)의 제 2 단부는 임의의 편리한 수단에 의해서 보유될 수도 있다. 로터(100)의 회전과 함께 종방향 보어(128) 내의 냉각제 공급 관(132)의 회전을 억제하기 위해서, 종방향 보어(128)의 축소 직경부(130)와 냉각제 공급 관(132) 사이에 평면 베어링(plain bearing)이 설치된다.
샤프트(120)는 복수의 제 2 보어(136)를 더 포함하는데, 각각의 제 2 보어는 종방향 보어(128)와 샤프트(102)에 형성되고 슬롯(119)과 직경방향으로 정렬된 환형 리세스 또는 채널(138) 사이에서 연장된다. 각 제 2 보어(136)의 종축(140)은 로터(100)의 종축(104)에 대해 예각을 이룬다. 본 예에서, 예각에 대해 어떠한 편리한 값이라도 선택할 수 있지만, 예각은 약 30°이다.
사용시에, 냉각제, 예컨대 냉각제 오일의 흐름이 냉각제 소스로부터 냉각제 공급 관(132)의 제 2 단부에 공급된다. 냉각제 소스는 로터가 수용되는 펌프의 스테이터의 외부에 배치되는 오일 저장통에 의해 편리하게 공급될 수도 있다. 냉각제는 냉각제 공급 관(132)의 보어(142)를 통해서 관(108)의 보어(116) 내로 흐른다. 냉각제는 보어(116)를 따라 흐르고, 공동(106)의 단부 벽(146)에서 관(108)의 단부(144)와 공동(106)의 단부 벽(146) 사이에서 반경방향 외측으로 흘러서, 관(108)과 본체(102) 사이에 규정된 슬롯(119)에 진입하고, 이 슬롯(119) 내에서 냉각제는 샤프트(120)를 향하여, 즉 보어(116)를 통과하는 냉각제 유동 방향과 반대 방향으로 역방향으로 흐른다. 슬롯(119)으로부터, 냉각제는 환형 리세스(138)에 진입하고, 이 환상 리세스로부터 냉각제가 제 2 보어(136) 내로 운반되어, 샤프트(120)의 보어(128) 내로 운반된다. 냉각제는 냉각제 공급 관(132)의 외부를 따라 보어(128) 내에서 흐르고 오일 저장통 내로 다시 배출되며, 이 오일 저장통으로부터 냉각제가 적절한 열교환 기구를 거쳐 샤프트(120)의 제 2 단부쪽으로 다시 토출될 수도 있다. 도 2(a)의 화살표는 로터(100)의 도시된 부분을 통과하는 냉각제 유동 방향을 나타내는 것이다.
따라서, 공동(106) 내에 삽입된 관(108)은, 종래 기술의 샤프트(16)와는 달리, 본체(102)와 접촉하여 공동 내의 냉각의 흐름을 안내하기 위한 안내 수단을 제공한다. 관(108)과 로터 본체(102) 사이의 접촉에 의해서, 로터 본체(102)로부터 관(108)에 열이 전도될 수 있다. 따라서, 냉각제에 노출되는 가열 면은 관(108)의 내측면(114)과 슬롯(119)의 벽의 표면적의 합의 양자를 포함하므로, 로터(100)의 안팍으로 흐르는 냉각제에 의해서 로터(100)로부터 열을 추출할 수 있다. 이것에 의해, 로터(100)의 냉각이 향상되고, 따라서 로터와 스테이터 사이의 저온 반경방향 간극이 감소될 수 있어서, 토출 효율이 개선된다.
도 3은 스크류 펌프의 로터(200)의 제 2 실시예의 일부를 도시하는 것으로서, 도 2에 도시된 제 1 실시예와 동일한 특징부는 동일한 참조 부호를 부여하였다. 제 2 실시예에서, 제 1 실시예의 관(108)은 이 관(108)과 유사한 재료로 형성된 관(208)으로 대체되고, 이 관(208)은 마찬가지로 공동(106)의 원통형 벽(112)과 억지 끼워맞춤을 형성한다. 또한, 이 관(208)은 본체(102)와 실질적으로 동축인 공동(106) 내로 연장되는 보어(216)를 규정하는 내부 면(214)을 갖는다. 관(208)이 관(108)과 다른 점은, 관(208)의 길이를 따라 연장되는 슬롯(219)이 관(208)의 내부에, 즉 관(208)의 내부 면(214)과 외부 면(210) 사이에 완전히 배치된다는 것이다. 관(208)이 단일 편인 경우, 이들 슬롯(219)은 관(208)의 압출 중에 기계가공에 의해서 또는 임의의 다른 적절한 기술에 의해서 형성될 수도 있다. 변형예로, 관(208)은 2 부분으로, 즉 내측부 및 외측부로 형성되고, 내측부의 외측면과 외측부의 내측면 사이에 축방향 연장 슬롯(219)이 규정될 수도 있다. 예컨대, (제 1 실시예와 유사하게) 내측부의 외측면상에 홈이 기계 가공될 수 있고, 외측부는 내측부 위에 배치된 슬리브의 형태로 되어 홈을 폐쇄하고 슬롯(219)을 형성한다.
제 1 실시예와 대조적으로, 제 2 실시예는 관(208)의 외측면이 공동(106)의 벽(112)과 완전히 접촉하므로 향상된 냉각을 제공하고, 제 1 실시예에서는, 관(108)의 외측면(110)의 일부가 기계 가공되어 홈(118)을 형성하므로, 본체(102)로부터 열을 전도하기 위해 본체(102)와 직접 접촉하는 표면적이 적다.
도 4는 스크류 펌프의 로터(300)의 제 3 실시예의 일부를 다시 도시한 것으로서, 도 2에 도시된 제 1 실시예와 유사한 특징부에는 동일한 참조 부호를 부여하였다. 본 제 3 실시예에서, 샤프트(120)의 단부(126)는 제 1 실시예와는 대조적으로 연장되므로, 샤프트(120)가 본체(102)에 부착될 때, 샤프트(120)의 단부(126)와 공동(106)의 단부 벽(146) 사이에 협소한 반경방향 간극(348)이 규정된다. 종방향 보어(128)는 제 1 실시예와 비교하여 유사하게 연장되므로, 종방향 보어(128)는 샤프트(120)의 축소 직경부(130)로부터 단부(126) 까지 연장된다.
제 3 실시예의 관(308)은 샤프트(120)의 단부(126)의 원통형 벽(124) 위에 배치되고, 공동(106)의 원통형 벽(112)과 억지 끼워 맞춤을 형성한다. 본 실시예에서, 관(308)의 내측면(314)은, 예컨대 와이어 침식(wire erosion)을 사용하여 기계 가공되어 홈(318)을 형성하며, 관(308)이 샤프트(120)의 단부(126) 위에 끼워지면, 이 홈(318)은 샤프트(120)의 벽(124)과 함께 축방향 연장 슬롯(319)을 규정한다. 변형예로, 슬롯(319)은 압출 기술을 사용하여 형성될 수도 있다.
본 제 3 실시예에서, 관(308) 및 샤프트(120)의 양자는 공동(106) 내의 냉각제의 흐름을 안내하기 위한 안내 수단을 규정한다. 사용시에, 냉각제 공급 관(132)의 보어(142)에 의해 수납되어 이 보어를 통해 흐르는 냉각제의 흐름은, 냉각제 공급 관(132)의 단부(134)로부터 종방향 보어(128)에 진입한다. 냉각제는 샤프트(120)의 보어(128)를 통해 흐르고, 샤프트(120)의 단부(126)와 공동(106)의 단부 벽(146) 사이에서 반경방향 외향으로 흐른 다음, 관(308)과 샤프트(120) 사이에 규정된 슬롯(319)에 진입한다. 냉각제는 보어(128)를 통과하는 냉각제 유동 방향과는 반대 방향으로 슬롯(319)을 통과해서 환형 리세스(138) 내로 흐른다. 그 다음, 환형 리세스(138)로부터의 냉각제의 흐름은 제 1 실시예의 환형 리세스(138)로부터의 냉각제의 흐름과 동일한 경로를 따른다.
관(308)의 외측면(310)이 공동(106)의 벽(112)과 완전히 접촉하므로, 제 3 실시예는 제 2 실시예와 유사하게 로터(300)의 냉각을 향상시킬 수 있다.
제 1 내지 제 3 실시예의 어느 로터(100, 200, 300)라도, 본 출원인의 기존의 국제 특허 출원 WO 2004/036049 호에 개시된 바와 같은 양쪽으로 사용 가능한 스크류 펌프의 일부분을 형성할 수도 있다. 상기 국제 특허 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다. 그러한 펌프에서는, 가스가 중앙에 배치된 입구에서 펌프에 진입하고, 펌프를 통하여 로터의 단부에 제공된 각 출구쪽으로 대향 방향으로 운반되는 2개의 흐름을 형성한다. 이 경우에, 도 2 내지 4 중 어느 하나에 도시된 냉각 기구가 로터의 각 단부에 제공될 수도 있다.
제 1 내지 제 3 실시예에서 관은 로터의 본체와 접촉하고 있지만, 관의 외측면과 로터의 본체 사이에 통상 0.1mm 미만의 협소한 간격이 존재하고 샤프트가 관의 보어와 억지 끼워맞춤을 형성하는 경우, 유사한 이점이 제공될 수 있다는 것을 발견하였다. 관을 본체에 매우 근접하게 배치하는 것은, 본체로부터 관으로의 열 전달을 과도하게 억제하지 않고, 펌프의 구조를 간단하게 할 수 있는 것으로 인지되었다. 간극의 크기에 따라, 펌프의 사용 중에 관이 열팽창함으로써, 관의 외벽이 로터의 본체와 접촉하게 될 수 있다.
도 5는 스크류 펌프의 로터(400)의 일부를 도시한 것이다. 로터(400)는 종축(404)을 갖는 나사식 본체(402)를 포함한다. 본체(402)에 제 1 공동(406)이 형성되고, 제 1 공동(406)은 본체(402)와 실질적으로 동축이다. 또한, 예컨대, 본체 내로 보어의 열을 기계 가공하는 것에 의해서 본체(402)에 제 2 공동(408)의 열이 형성되며, 제 2 공동(408)은 제 1 공동(406)과 유체 연통 관계에 있다. 제 2 공동(408)의 각각은 본체의 종축(404)에 실질적으로 평행하게 본체(402) 내로 축방향으로 연장되며, 각 제 2 공동(408)은 본체(402) 내로 부분적으로 연장된다. 각각의 제 2 공동의 종축(410)은 본체(402)의 종축(404)으로부터 이격되어 있다. 바람직한 실시예에서, 로터(400)는 10개의 제 2 공동(408)을 포함하는데, 각각의 제 2 공동(408)은 본체(402)의 종축(404)으로부터 등거리로 이격되고, 그리고 바로 인접한 제 2 공동(408)으로부터 등각으로 이격되어 있다. 제 2 공동(408)의 수 및 본체(402)의 종축(404) 주위의 제 2 공동의 배열은, 본 특정 구성에 한정되지 않고, 로터(400)의 냉각 요건을 충족하기 위해 제 2 공동(408)의 임의의 적절한 수 및 배열이 제공될 수 있다.
각 제 2 공동(408) 내에 관(414)이 배치된다. 또한, 도 6 및 7을 참조하면, 본 실시예에서, 각 관(414)의 제 1 단부(416)는 각 제 2 공동(408)의 단부(418)에 결합하고, 관(414)의 제 2 단부(420)는 제 2 공동(408)으로부터 돌출해 있다. 복수의 반경방향 보어(422)가 각 관(414)의 제 1 단부(416)에 근접하게 형성되어 있다[도 7에 도시된 바와 같이, 관(414)의 제 1 단부(418) 또는 제 2 단부(420)를 제 2 공동(408) 내에 편리하게 삽입하도록 하기 위해서 관(414)의 제 2 단부(420) 부근에 유사한 반경방향 보어(424)가 형성될 수 있지만, 이러한 추가의 반경방향 보어(424)는 여분의 것이므로 필수적으로 제공하지는 않는다]. 각 관(414)은, 제 2 공동(408)의 원통형 벽(428)과 관(414)의 원통형 외측면(430) 사이에 협소한 채널(426)을 규정하도록 각 제 2 공동(408)의 보어보다 작은 외경을 갖는다.
샤프트(432)가 제 1 리세스(406) 내에 배치되고 볼트(434) 등에 의해서 본체(402)에 부착되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 샤프트(432)는 본체(402)와 동축이다. 샤프트(432)는 제 1 공동(406) 내에 배치된 단부(438)에 형성된 복수의 제 1 보어(436)를 구비하며, 제 1 샤프트 보어(436)는 본체(402)에 형성된 제 2 보어(408)와 동축으로 되어, 제 1 샤프트 보어(436)가 관(414)의 단부(420)를 수용할 수 있도록 되어 있다.
또한, 샤프트(432)는 샤프트(432)의 전체의 길이를 따라 연장되고 그것과 동축인 제 2의 종방향 보어(440)를 포함한다. 종방향 보어(440)는 샤프트(432)의 대부분을 따라 일정한 직경을 가지며, 이 직경은 종방향 보어(440)의 축소 직경부(442)를 규정하도록 샤프트의 단부(438)쪽으로 축소되어 있다. 종방향 보어(440) 내에 냉각제 공급 관(44)이 배치되어 있다. 이 냉각제 공급 관(444)은 종방향 보어(440)의 축소 직경부(442)보다 약간 작은 외경을 갖는다. 냉각제 공급 관(444)은 종방향 보어(440)를 통해 연장되는바, 그것의 제 1 단부(446)가 제 1 공동(406) 내로 연장되고 또 그것의 제 2 단부(448)가 샤프트(432)의 단부(450)로부터 연장되도록 되어 있다. 냉각제 공급 관(444)의 제 2 단부(448)는 임의의 편리한 수단에 의해 보유될 수도 있다. 로터(400)의 회전과 함께 종방향 보어(440) 내에서 냉각제 공급 관(444)이 회전하는 것을 억제하기 위해서, 종방향 보어(440)의 축소 직경부(442)와 냉각제 공급 관(444) 사이에 평면 베어링(452)이 제공되어 있다.
샤프트(432)는, 종방향 보어(440)와 각각의 제 1 샤프트 보어(436) 사이에서 각각 연장되는 복수의 제 3 보어(454)를 더 포함한다. 각각의 제 3 샤프트 보어(454)의 종축(456)은 로터(400)의 종축(404)에 대해서 예각(θ)으로 되어 있다. θ에 대해 임의의 편리한 값을 선택할 수도 있지만, 본 예에서, θ=30°이다.
사용시에, 냉각제, 예컨대 냉각제 오일의 흐름이 냉각제 소스로부터 냉각제 공급 관(444)의 제 2 단부(448)에 공급된다. 냉각제 소스는 로터가 수용되는 펌프의 스테이터의 외부에 배치된 오일 저장통에 의해 편리하게 공급될 수도 있다. 냉각제는 냉각제 공급 관(444)의 보어(458)를 통해서 제 1 공동(406) 내로 흐르고, 상기 제 1 공동으로부터 냉각제가 샤프트(432)의 단부(438)와 제 1 공동(406)의 단부 벽(460) 사이에서 반경방향 외향으로 흐르며, 관(414)과 로터의 제 2 보어(408) 사이에 규정된 채널(426)에 진입한다. 채널(426)의 폭은, 그 채널(426) 내의 냉각제의 유속이 가능한 한 높게 되어 냉각제의 냉각 기능을 향상시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 냉각제는 각 채널(426)의 길이를 따라 흘러 반경방향 보어(422)를 통해 내측으로 진행하고, 관(414)의 보어(464)를 통해 샤프트(432)쪽으로, 즉 채널(426)을 통과하는 냉각제 유동 방향과는 반대 방향으로 역방향으로 흐른다. 냉각제는 관(414)의 제 2 단부(420)로부터 제 1 샤프트 보어(436)에 진입하고, 제 1 샤프트 보어(436)로부터 제 3 샤프트 보어(454)를 거쳐서 샤프트(432)의 보어(440) 내로 운반된다. 냉각제는 냉각제 공급 관(444)의 외측을 따라 보어(440) 내를 통과하고, 샤프트의 단부(450)로부터 다시 오일 저장통으로 배출되며, 이 오일 저장통으로부터 냉각제가 적절한 열교환 기구를 거쳐서 샤프트(432)의 단부(448)쪽으로 토출될 수도 있다.
로터(400)의 본체(402) 내에서 본체와 접촉하여 냉각제를 운반하기 위해 채널(426)의 열이 제공되는 배열을 제공함으로써, 냉각제와 본체(402) 사이의 접촉 표면적은, 단일의 채널이 제공되는 도 1에 도시된 것과 같은 배열에 비해서 상당히 증가한다. 이것에 의해서 로터(400)의 냉각이 향상되므로, 로터와 스테이터 사이의 냉각 반경방향 간극이 감소될 수 있으며, 그것에 의해서 토출 효율이 개선된다.
로터(400)는 그 내용이 본원에 참고로 인용되는 본 출원인의 국제 특허 출원 WO 2004/036049 호에 개시된 것과 같이 양쪽으로 사용 가능한 스크류 펌프의 일부를 형성할 수도 있다.

Claims (24)

  1. 진공 펌프용 로터에 있어서,
    나사식 본체와, 상기 본체 내로 축방향으로 연장되는 공동과, 상기 공동에 냉각제를 공급하는 수단과, 상기 공동으로부터 냉각제를 방출하는 수단과, 상기 공동 내에 배치되어 상기 공급 수단과 상기 방출 수단 사이에서 냉각제 유동을 안내하는 수단을 포함하며,
    상기 안내 수단은 보어를 규정하는 내측면과, 상기 본체로부터 열이 전달될 수 있도록 상기 본체에 인접하게 배치되는 외측면을 가지며, 상기 안내 수단을 따라 연장되는 복수의 슬롯을 적어도 부분적으로 규정하고 있고, 상기 슬롯은 상기 보어로부터 반경방향으로 이격되고 보어와 유체 연통하고 있는
    진공 펌프용 로터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내 수단은 상기 나사식 본체와는 상이한 재료로 형성되는
    진공 펌프용 로터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단의 적어도 일부는, 상기 나사 본체를 형성하는 재료의 열전도성과 동일하거나 또는 그보다 더 큰 열 전도성을 갖는 재료로 형성되는
    진공 펌프용 로터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단 중 적어도 일부는 금속재로 형성되는
    진공 펌프용 로터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단 중 적어도 일부는 알루미늄, 구리, 철 또는 그들의 임의의 합금으로 형성되는
    진공 펌프용 로터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단은 상기 공동 내에 배치된 관을 포함하는
    진공 펌프용 로터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 관은 원형 단면을 갖는
    진공 펌프용 로터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 안내 수단은 샤프트를 포함하고, 상기 관은 상기 샤프트의 주위에 배치되는
    진공 펌프용 로터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 샤프트와 상기 관의 사이에 배치되는
    진공 펌프용 로터.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단의 외측면은 상기 본체와 함께 상기 슬롯을 규정하도록 윤곽이 형성되어 있는
    진공 펌프용 로터.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 안내 수단의 내측면과 외측면의 사이에 배치되는
    진공 펌프용 로터.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 수단은 상기 안내 수단에 냉각제를 공급하기 위한 공급 관을 포함하는
    진공 펌프용 로터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급 관은 상기 안내 수단의 보어에 냉각제를 공급하도록 구성되는
    진공 펌프용 로터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공급 관은 상기 본체와 실질적으로 동축인
    진공 펌프용 로터.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급 관은 상기 본체에 부착된 샤프트 내에 배치되는
    진공 펌프용 로터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 샤프트와 함께 상기 공급 관이 회전하는 것을 억제하기 위해 상기 공급 관과 상기 샤프트 사이에 베어링이 배치되는
    진공 펌프용 로터.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 방출 수단은 상기 샤프트 내에 배치된 방출 라인을 포함하는
    진공 펌프용 로터.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 방출 라인은 상기 공급 관 주위로 연장되고 상기 공급 관과 실질적으로 동축인
    진공 펌프용 로터.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 방출 수단은 상기 슬롯으로부터 상기 방출 라인으로 냉각제를 운반하는 수단을 포함하는
    진공 펌프용 로터.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 운반 수단은 상기 샤프트 내에 배치된 복수의 제 2 방출 라인을 포함하며, 각각의 제 2 방출 라인은 상기 슬롯으로부터 냉각제를 수납하기 위한 환형 채널로부터 첫번째로 언급한 방출 라인까지 연장되는
    진공 펌프용 로터.
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단은 상기 본체에 인접하게 배치되어, 사용시에 상기 안내 수단이 상기 본체에 접촉하는
    진공 펌프용 로터.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단의 외측면은 상기 본체로부터 0.1㎜ 미만의 거리만큼 이격되는
    진공 펌프용 로터.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안내 수단의 외측면은 상기 본체와 접촉하는
    진공 펌프용 로터.
  24. 진공 펌프용 로터에 있어서,
    각 단부에 내부로 연장되는 공동을 갖는 나사식 본체와, 각 공동에 냉각제를 공급하는 수단과, 각 공동으로부터 냉각제를 방출하는 수단을 포함하고, 상기 각 공동의 내부에는, 상기 공급 수단과 상기 방출 수단 사이에서 냉각제 유동을 안내하는 수단이 배치되고, 상기 안내 수단은, 보어를 규정하는 내측면과 상기 본체에 인접하게 배치되어 상기 본체로부터의 열이 전달될 수 있는 외측면을 가지며, 상기 안내 수단을 따라 연장되는 복수의 슬롯을 적어도 부분적으로 규정하고 있고, 상기 슬롯은 상기 보어로부터 반경방향으로 이격되고 상기 보어와 유체 연통하고 있는
    진공 펌프용 로터.
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