[기술기고]우리 생활에 밀접한 진공펌프? 우리는 일반적으로‘진공’이라고 하면 떠오르는 것은 ‘진공청소기 또는 진공포장’을 들 수 있다. 하지만 우리 일상생활에 사용되고 있는 다양한 제품들이 진공 펌프를 이용하여 만들어지고 있다. 사실 진공 펌프는 다양한 제품을 제조하는데 있어 광범위하게 사용되고 있다. 이번 기고에서는 진공 펌프의 종류 그리고 일상생활과 산업 분야에서 사용되는 진공 펌프에 대해 설명하고자 한다.동결건조로 만든 커피와 의약품, 포장된 두부, 치즈, 먹태(황태)와 같은 먹거리, 그리고 유산균 등을 만들거나 포장할 때 진공 펌프가 사용된다. 이뿐 아니라 우리가 사용하는 안경, 자동차 핸들, 휴대폰 외관의 코팅과 플라스틱 원재료 제조 과정 등에도 진공 펌프를 사용한다.또한, 제약회사에서 약품 제작과정 및 전기자동차에 들어가는 이차전지의 제조 과정(전해액 주입,탈가스 및 밀봉/봉지)에서도 진공펌프가필수적으로 사용되고 있다. (그림1 참조)최근 진공 펌프를 사용하는 경향은 과거와 달리 아래와 같이 변하고 있다.(표1)Liquid Ring pump는 주로 Pick & Place, 즉, 제품을 집어 올리고 원하는 곳에 내려 두는 공정에서많이 사용된다.산업에서 사용되는 진공 펌프는 진공 펌프 내부에서 움직이는 부위의 모양 및 진공형성 방식,원하는 진공도에 따라서 다양하게 구분되며, 같은 진공도라 하더라도 진공 형성 mechanism에 따라 다르게 명명되고 있다. 이에 따라 진공 펌프의 종류는 상당히 다양하고 복잡하게 분류된다.(그림 2참조)공정에 따라 가장 중요한 공정 인자가 무엇인가에 따라 펌프를 선택하고 최적의 진공 배기 시스템을 구성해 운영비 및 초기 투자비를 절약할 수 있을 것이다.위에 그림2에서 보는 바와 같이 일반 산업 분야에서 가장 많이 사용하는 펌프는 가스 이송식 방식의 펌프가 주로 사용되며,회전 방식의 Liquid Ring, Sliding방식의 Sliding Vane Rotary 및 건식 진공 펌프 (Dry pump)들이 주로 사용된다.진공 펌프를 구분하는 또 다른 방법은 습식(Wet) 진공 펌프와 건식(Dry) 진공 펌프로 구분하는 것으로 습식 진공 펌프 가운데 하나인 Oil Rotary vane 펌프와 Dry pump의 큰 차이는 진공 펌프에 의해 배기되는 기체(증기)가 진공 펌프 내부를 지나가는 경로 상에 밀봉(Sealing), 냉각(Cooling), 윤활(Iubricating) 등의 기능을 하는 유체(기름,물 등)의 유무로 구분된다.즉 건식 진공 펌프(Dry vacuum pump) 배기되는 기체/증기가 진공 펌프 내부를 지나가는 경로에 유체가 없다는 것을 의미하는데, 주의할 것은 건식 진공 펌프 내부에도 오일이 있는데 이 오일은 기체/증기가 지나가는 경로 상에 있는 것이 아니라 기어, 베어링이 있는 공간에 있어 기체/증기가 지나가는 경로와는 무관하다는 점이다.지금부터는 일반 산업 분야에서 많이 사용하는 진공 펌프인 LRP(Liquid Ring pump), Oil Rotary vane 펌프 및 Dry pump에 대해 좀 더 알아볼 예정이다. 여러 종류의 진공 펌프들 중 어떤 진공 펌프를 사용할 것인지는 제품 제조의 조건에 따라서 적절한 펌프를 사용해야 한다.아울러 제품 제조 과정에서 부산물이 많이 발생하는 과정, 부식성 가스 사용으로 인한 펌프 내부의 부식이 발생하는 과정 및 제조 시간을 중시하는 과정에 따라 추천하는 펌프는 달라진다.LRP는 진공 펌프 중에 액체를 넣어Liquid Seal을 만들고 이 Seal로 가스를 이송하는 펌프이며, 수봉식 펌프 (Liquid ring pump)라고도 명명된다. 보통 100~300 Torr 압력에서 사용한다.펌프 내부에 주입된 liquid(물)등에 의해 밀봉(sealing)을 하여 진공을 형성하며 크기(용량)도 다양하다. 주로 물체를 집어서 지정된 위치에 놓는 응용분야에 사용한다. 최근에는 LRP의 전기소비 전력을 줄여서 전기 사용 비용을 줄일 수 있는 기술이 적용된 펌프도 생산되어 판매되고 있으며, 주로 저진공에서 많이 사용된다.Oil Rotary vane 펌프는 Vane의 개수가 보통 1~3개로 사용되며 Vane의 위치가 변화하면서 압축과 배기를 반복하며 가스/증기를 이송하는 방식의 펌프이며, 주로, 0.05Torr 정도에 사용한다. 아래의 그림은 Vane이 3개인 Rotary vane pump의 내부 구조이다Oil free인 건식 진공 펌프는 회전자의 모양에 따라 Screw, Roots, Roots와 Claw조합된 것으로 구분된다.건식 진공 펌프는 주로반도체, 평판디스플레이(FPD), LED 및 태양 전지 제조에 많이 사용되며, 많은 공정이 10-3Torr ~ 10-6 Torr의 진공 영역에서 건식 진공 펌프 단독 혹은 건식 진공 펌프와 터보 분자 펌프가 조합돼 해당 진공도를 형성하고 유지하는데 사용되고 있다.특히, 반도체 제조 과정에서 요구하는 진공도는 고진공이 필요한 이온 주입, 물리 기상 증착(PVD),극자외선리소그라피(EUV) 공정에서 주로 10-6~10-8 Torr이며, 동역학/운동량 전달 방식의 터보 분자 펌프나 크라이오 펌프 등과 함께 건식 진공 펌프가 조합되어 사용된다. 가스 포획식은 주로 고진공, 즉 10-8Torr 이상의 고진공을 요구하는 분야에서 주로 사용되는데, 예를 들어 포항의 방사광 가속기, 경주 양성자 가속기, 대전광역시 중이온 가속기 등의 연구 분야와 암치료를 위한 의료용 가속기 등에 주로 사용되고 있다.[기고 : 에드워드코리아(Edwards Korea) 이영실 수석부장

[기술기고]우리 생활에 밀접한 진공펌프?

기사입력 2021-06-22 11:10:52

[산업일보]

우리는 일반적으로‘진공’이라고 하면 떠오르는 것은 ‘진공청소기 또는 진공포장’을 들 수 있다. 하지만 우리 일상생활에 사용되고 있는 다양한 제품들이 진공 펌프를 이용하여 만들어지고 있다. 사실 진공 펌프는 다양한 제품을 제조하는데 있어 광범위하게 사용되고 있다. 이번 기고에서는 진공 펌프의 종류 그리고 일상생활과 산업 분야에서 사용되는 진공 펌프에 대해 설명하고자 한다.

동결건조로 만든 커피와 의약품, 포장된 두부, 치즈, 먹태(황태)와 같은 먹거리, 그리고 유산균 등을 만들거나 포장할 때 진공 펌프가 사용된다. 이뿐 아니라 우리가 사용하는 안경, 자동차 핸들, 휴대폰 외관의 코팅과 플라스틱 원재료 제조 과정 등에도 진공 펌프를 사용한다.

또한, 제약회사에서 약품 제작과정 및 전기자동차에 들어가는 이차전지의 제조 과정(전해액 주입,탈가스 및 밀봉/봉지)에서도 진공펌프가필수적으로 사용되고 있다. (그림1 참조)

최근 진공 펌프를 사용하는 경향은 과거와 달리 아래와 같이 변하고 있다.(표1)

Liquid Ring pump는 주로 Pick & Place, 즉, 제품을 집어 올리고 원하는 곳에 내려 두는 공정에서많이 사용된다.

산업에서 사용되는 진공 펌프는 진공 펌프 내부에서 움직이는 부위의 모양 및 진공형성 방식,원하는 진공도에 따라서 다양하게 구분되며, 같은 진공도라 하더라도 진공 형성 mechanism에 따라 다르게 명명되고 있다. 이에 따라 진공 펌프의 종류는 상당히 다양하고 복잡하게 분류된다.(그림 2참조)공정에 따라 가장 중요한 공정 인자가 무엇인가에 따라 펌프를 선택하고 최적의 진공 배기 시스템을 구성해 운영비 및 초기 투자비를 절약할 수 있을 것이다.

(그림 2 진공 펌프의 종류 및 구분)

위에 그림2에서 보는 바와 같이 일반 산업 분야에서 가장 많이 사용하는 펌프는 가스 이송식 방식의 펌프가 주로 사용되며,회전 방식의 Liquid Ring, Sliding방식의 Sliding Vane Rotary 및 건식 진공 펌프 (Dry pump)들이 주로 사용된다.

진공 펌프를 구분하는 또 다른 방법은 습식(Wet) 진공 펌프와 건식(Dry) 진공 펌프로 구분하는 것으로 습식 진공 펌프 가운데 하나인 Oil Rotary vane 펌프와 Dry pump의 큰 차이는 진공 펌프에 의해 배기되는 기체(증기)가 진공 펌프 내부를 지나가는 경로 상에 밀봉(Sealing), 냉각(Cooling), 윤활(Iubricating) 등의 기능을 하는 유체(기름,물 등)의 유무로 구분된다.

즉 건식 진공 펌프(Dry vacuum pump) 배기되는 기체/증기가 진공 펌프 내부를 지나가는 경로에 유체가 없다는 것을 의미하는데, 주의할 것은 건식 진공 펌프 내부에도 오일이 있는데 이 오일은 기체/증기가 지나가는 경로 상에 있는 것이 아니라 기어, 베어링이 있는 공간에 있어 기체/증기가 지나가는 경로와는 무관하다는 점이다.

지금부터는 일반 산업 분야에서 많이 사용하는 진공 펌프인 LRP(Liquid Ring pump), Oil Rotary vane 펌프 및 Dry pump에 대해 좀 더 알아볼 예정이다. 여러 종류의 진공 펌프들 중 어떤 진공 펌프를 사용할 것인지는 제품 제조의 조건에 따라서 적절한 펌프를 사용해야 한다.

아울러 제품 제조 과정에서 부산물이 많이 발생하는 과정, 부식성 가스 사용으로 인한 펌프 내부의 부식이 발생하는 과정 및 제조 시간을 중시하는 과정에 따라 추천하는 펌프는 달라진다.

LRP는 진공 펌프 중에 액체를 넣어Liquid Seal을 만들고 이 Seal로 가스를 이송하는 펌프이며, 수봉식 펌프 (Liquid ring pump)라고도 명명된다. 보통 100~300 Torr 압력에서 사용한다.

펌프 내부에 주입된 liquid(물)등에 의해 밀봉(sealing)을 하여 진공을 형성하며 크기(용량)도 다양하다. 주로 물체를 집어서 지정된 위치에 놓는 응용분야에 사용한다. 최근에는 LRP의 전기소비 전력을 줄여서 전기 사용 비용을 줄일 수 있는 기술이 적용된 펌프도 생산되어 판매되고 있으며, 주로 저진공에서 많이 사용된다.

Oil Rotary vane 펌프는 Vane의 개수가 보통 1~3개로 사용되며 Vane의 위치가 변화하면서 압축과 배기를 반복하며 가스/증기를 이송하는 방식의 펌프이며, 주로, 0.05Torr 정도에 사용한다. 아래의 그림은 Vane이 3개인 Rotary vane pump의 내부 구조이다

Oil free인 건식 진공 펌프는 회전자의 모양에 따라 Screw, Roots, Roots와 Claw조합된 것으로 구분된다.

건식 진공 펌프는 주로반도체, 평판디스플레이(FPD), LED 및 태양 전지 제조에 많이 사용되며, 많은 공정이 10-3Torr ~ 10-6 Torr의 진공 영역에서 건식 진공 펌프 단독 혹은 건식 진공 펌프와 터보 분자 펌프가 조합돼 해당 진공도를 형성하고 유지하는데 사용되고 있다.

특히, 반도체 제조 과정에서 요구하는 진공도는 고진공이 필요한 이온 주입, 물리 기상 증착(PVD),극자외선리소그라피(EUV) 공정에서 주로 10-6~10-8 Torr이며, 동역학/운동량 전달 방식의 터보 분자 펌프나 크라이오 펌프 등과 함께 건식 진공 펌프가 조합되어 사용된다.

가스 포획식은 주로 고진공, 즉 10-8Torr 이상의 고진공을 요구하는 분야에서 주로 사용되는데, 예를 들어 포항의 방사광 가속기, 경주 양성자 가속기, 대전광역시 중이온 가속기 등의 연구 분야와 암치료를 위한 의료용 가속기 등에 주로 사용되고 있다.

[기고 : 에드워드코리아(Edwards Korea) 이영실 수석부장