확산 펌프

Diffusion pump
6인치 오일 확산 펌프
Ulvac 오일 확산 펌프 차단

확산 펌프는 증기의 고속 제트를 사용하여 펌프 목구멍의 가스 분자를 펌프 바닥으로 유도하고 배기구를 내보냅니다.그것들은 기체 분자의 움직임이 기존의 유체 역학보다 확산으로 더 잘 이해될 수 있는 자유 분자 흐름 상태에서 작동하는 첫 번째 유형의 고진공 펌프였다.1915년 볼프강 가에데에 의해 발명된 그는 그의 디자인이 증기의 흐름에 반하여 가스가 확산되지 않고,[1] 배기와 함께 배출될 것이라는 발견에 기초했기 때문에 확산 펌프라고 이름 붙였다.그러나 확산은 다른 고진공 펌프에서도 역할을 하기 때문에 작동 원리는 가스 제트 펌프라고 더 정확하게 설명할 수 있다.현대 교과서에서 확산 펌프는 운동량 전달 펌프로 분류된다.

확산 펌프는 산업 및 연구 분야 모두에서 널리 사용됩니다.대부분의 최신 확산 펌프는 실리콘 오일 또는 폴리페닐 에테르를 작동 유체로 사용합니다.

역사

19세기 후반, 대부분의 진공 청소기는 조작이 매우 간단하고 충분한 시간이 주어진다면 꽤 좋은 진공 상태를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있는 슈프렝겔 펌프를 사용하여 만들어졌습니다.그러나 이후 펌프에 비해 펌핑 속도는 매우 느렸고 수은의 증기 압력은 궁극적인 진공 상태를 제한했다.

그의 분자 펌프의 발명 이후, 확산 펌프는 1915년 볼프강 가에드에 [2]의해 발명되었고, 원래 작동 유체로 원소 수은을 사용했습니다.발명 후, 그 디자인은 [3]레이볼드에 의해 빠르게 상품화 되었다.

그리고 나서 어빙 랭뮤어와[4] W. 크로포드에 의해 개선되었다.Cecil Reginald Burch는 [5]1928년에 실리콘 오일을 사용하는 가능성을 발견했다.

오일 확산 펌프

오일 확산 펌프는 정용량 펌프를 단독으로 사용할 때보다 더 높은 진공(저압)을 달성하기 위해 사용됩니다.이 펌프의 사용은 주로 1×10mbar−9−7(1×10Pa)까지의 고진공 범위 내에서 이루어졌지만, 오늘날의 확산 펌프는 최신 유체 및 액세서리와 함께 적절히 사용할 경우 1−10×10mbar(1−8×10Pa)에 가까운 압력을 발생시킬 수 있습니다.확산 펌프를 고진공 및 초고진공 사용 시 매력적으로 만드는 특징은 모든 가스에 대한 높은 펌핑 속도와 동일한 진공 범위에서 사용되는 다른 유형의 펌프에 비해 단위당 낮은 비용 펌핑 속도입니다.확산 펌프는 대기로 직접 배출할 수 없기 때문에 일반적으로 0.1mbar(10Pa) 정도의 출구 압력을 유지하기 위해 기계식 포펌프를 사용합니다.

맨해튼 프로젝트 중 칼루트론 질량 분석기에 사용된 확산 펌프. 이미지 상반부에 검은색 실린더로 표시됨
오일확산펌프도

오일 확산 펌프는 증기 압력이 낮은 오일로 작동합니다.고속 제트는 유체를 끓이고 증기를 제트 어셈블리로 유도하여 생성됩니다.노즐에 들어갈 때 오일이 가스임을 유의하십시오.노즐 안에서 흐름은 층에서 초음속과 분자로 변화한다.펌핑 동작을 향상시키기 위해 여러 제트가 직렬로 사용되는 경우가 많습니다.확산 펌프의 외부는 공기 흐름, 물 라인 또는 물로 채워진 재킷을 사용하여 냉각됩니다.증기 제트가 확산 펌프의 외측 냉각 셸에 부딪히면 작동 유체가 응축되어 회수되어 보일러로 되돌아갑니다.펌핑된 가스는 계속 증가된 압력으로 펌프 베이스로 흘러나와 확산 펌프 출구를 통해 흘러나오고, 이 출구는 보조 기계식 포펌프에 의해 외부 압력으로 압축되어 배기됩니다.

터보 분자 펌프 및 크라이오펌프와 달리 확산 펌프는 움직이는 부품이 없으므로 내구성과 신뢰성이 매우 높습니다.1×10−10~1×10mbar−2(1×10−8~1Pa)의 압력 범위에서 작동할 수 있습니다.대류만으로 구동되므로 에너지 효율이 매우 낮습니다.

확산 펌프의 주요 단점 중 하나는 오일이 진공 챔버로 역류하는 경향이 있다는 것입니다.이 오일은 챔버 내부의 표면을 오염시키거나 뜨거운 필라멘트에 접촉하거나 방전되면 탄소질 또는 규소성 침전물이 발생할 수 있습니다.역류 때문에 오일 확산 펌프는 매우 깨끗한 진공 환경을 필요로 하는 매우 민감한 분석 장비나 기타 용도에 사용하기에는 적합하지 않지만 수은 확산 펌프는 금속 증착에 사용되는 초고진공 챔버의 경우일 수 있습니다.역류를 최소화하기 위해 콜드 트랩과 배플을 사용하는 경우가 많지만, 이로 인해 펌핑 속도가 다소 저하됩니다.

확산 펌프의 오일은 뜨거울 때 대기에 노출될 수 없습니다.이 경우 오일이 산화되므로 교체해야 합니다.화재가 발생하면 매연과 잔류물이 시스템의 다른 부품을 오염시킬 수 있습니다.

유종

다음 항목도 참조하십시오.폴리페닐에테르 δ 초고진공 유체

가장 저렴한 확산 펌프 오일은 이중 증류를 통해 정제된 탄화수소를 기반으로 합니다.다른 유체에 비해 증기 압력이 높기 때문에 보통 1×10Torr−6(1.3×10Pa−4)의 압력으로 제한됩니다.또한 산화제에 노출되면 연소되거나 폭발할 가능성이 가장 높습니다.

확산 펌프에 사용되는 가장 일반적인 실리콘 오일은 트리실록산이며, 트리실록산에는 다양한 페닐기 또는 메틸기가 결합되어 있는 화학기 Si-O-Si가 포함되어 있습니다.이 제품은 Dow Corning이 이전에 제조한 이른바 702와 703 블렌드로 제공됩니다.이들은 테트라페닐 테트라메틸 트리실록산과 펜타페닐 트리실록산의 이성질체로 구성된 704와 705로 더욱 분리될 수 있다.[6]

펌핑 반응성 종에는 보통 폴리페닐 에테르계 오일을 사용한다.이러한 오일은 가장 화학적이고 내열성이 강한 유형의 확산 펌프 오일입니다.

증기 이젝터

확산 펌프의 압력 함수로서의 펌프 속도 그림.
주요 기사:진공 이젝터
초기 Langmuir 수은 확산 펌프(수직 기둥)와 그 보조 펌프(배경)는 약 1920년입니다.확산 펌프는 50년 동안 라디오와 전자 산업을 지배했던 핵심 기술인 진공관 제조에 널리 사용되었다.

증기 이젝터는 진공 증류 및 동결 건조용 펌프의 인기 있는 형태입니다.증기 분출은 진공 챔버에서 제거되어야 하는 증기를 유입시킵니다.증기 주입기는 단일 또는 여러 단계로 구성될 수 있으며, 각 단계 사이에 응축기가 있거나 없는 경우가 있습니다.증기 주입기와 확산 펌프 모두 가스를 유입시키기 위해 증기의 제트를 사용하는 반면, 증기 주입기는 점성의 흐름과 혼합에 의존하며, 확산 펌프는 분자 확산을 사용합니다.여기에는 몇 가지 결과가 있습니다.확산 펌프에서 흡입 압력은 제트의 정압보다 훨씬 낮을 수 있지만 증기 이젝터에서는 두 압력이 거의 동일합니다.또한 확산 펌프는 훨씬 더 높은 압축비를 가질 수 있으며 대기로 직접 배출할 수 없습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ D. G. Avery and R. Witty (1947). "Diffusion pumps: a critical discussion of existing theories". Proc. Phys. Soc. 59 (6): 1016–1030. Bibcode:1947PPS....59.1016A. doi:10.1088/0959-5309/59/6/313.
  2. ^ Gaede, W. (1915). "Die Diffusion der Gase durch Quecksilberdampf bei niederen Drucken und die Diffusionsluftpumpe". Annalen der Physik. 46 (3): 357. Bibcode:1915AnP...351..357G. doi:10.1002/andp.19153510304.
  3. ^ Sella, Andrea (2009-04-28). "Classic Kit: Gaede's diffusion pump". Chemistry World. Retrieved 2019-08-03.
  4. ^ Langmuir, Irving (1916). "The Condensation Pump: An Improved Form of High Vacuum Pump". General Electric Review. 19: 1060–1071.
  5. ^ C. R. Burch (1928). "Oils, greases and high vacua". Nature. 122 (3080): 729. Bibcode:1928Natur.122..729B. doi:10.1038/122729c0. S2CID 4126707.
  6. ^ "Pump Fluids". A User's Guide to Vacuum Technology. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. 2004-12-07. pp. 229–246. doi:10.1002/0471467162.ch13. ISBN 978-0-471-46716-8.

외부 링크

추가 정보

Hablanian, M. H. (1994) [1983]. Diffusion Pumps : Performance and Operation. AVS Monograph Series (2nd ed.). New York, NY: American Vacuum Society. ISBN 1-56396-384-1.