고객은 흔히 하나의 챔버 치수와 “몇 분 안에 어느 압력까지 배기"라는 한마디만 주고 나머지는 공급사가 계산하도록 합니다. 사실 이 계산은 복잡하지 않으며, 3단계면 배기 속도를 정할 수 있고, 계산 후 공급사가 제시한 모델이 합리적인지 판단할 수 있습니다.
1단계: 용적 계산, 배관을 잊지 마세요
챔버 용적 = 길이 × 너비 × 높이. 하지만 실제로 배기에 참여하는 것은 챔버만이 아닙니다. 다음도 포함됩니다:
- 챔버에서 펌프까지의 배관 용적(관경이 작고 거리가 길면 차지하는 비율이 작지 않음);
- 챔버 내부의 지그, 고정구가 차지하는 부피(빼야 함);
- 버퍼 탱크, 필터, 밸브의 용적(더해야 함).
예: 800 × 600 × 500 mm의 챔버, 내부 지그가 30 L를 차지합니다.
용적 = 0.8 × 0.6 × 0.5 = 0.24 m³ = 240 L, 30 L 지그를 빼고 배관 약 10 L를 더하면 순용적은 약 220 L입니다.
2단계: 공식으로 필요한 배기 속도 계산
대략적인 추정에는 다음 식을 사용합니다:
S = (V / t) × ln(p₀ / p₁)
- S: 필요한 배기 속도(m³/s)
- V: 순용적(m³)
- t: 허용 배기 시간(s)
- p₀: 초기 압력, 대기압에서 시작할 때 1013 mbar
- p₁: 목표 압력(mbar)
220 L 챔버에서 90초 안에 10 mbar까지 배기해야 하는 경우:
- V = 0.22 m³, t = 90 s
- S = (0.22 / 90) × ln(1013 / 10) = 0.00244 × 4.62 ≈ 0.0113 m³/s
시간당으로 환산: 0.0113 × 3600 ≈ 40.7 m³/h.
3단계: 여유를 더하고 모델 선정
위에서 계산한 40.7 m³/h는 이론값이며, 실제로는 세 가지를 더해야 합니다:
| 요인 | 권장 여유 | 이유 |
|---|---|---|
| 누설과 방출 | +20~30% | 씰, 호스, 공작물 표면에서 지속적으로 기체가 방출됨 |
| 배관 압력 손실 | +10~20% | 엘보, 필터, 긴 배관 |
| 마모와 노화 | +10% | 회전 베인 마모 후 배기 속도가 저하됨 |
40.7 m³/h에 40% 여유를 더하면 약 57 m³/h가 필요합니다. 대응 모델:
| 기종 | 배기 속도 50/60Hz | 설명 |
|---|---|---|
| V15/25/40H | 40 / 45 m³/h | 여유가 부족하여 배기 시간이 길어짐 |
| V0063 | 63 / 75 m³/h | 충족, 오일 씰 구조 |
| V0160 | 160 / 190 m³/h | 상당히 큼, 이론 배기 시간 약 23초(손실 포함 약 30초) |
공정에서 오일 오염을 허용하지 않는 경우, 무유 측은 V25/40(40/45 m³/h)까지 가능하며, 이때는 배기 시간을 늘리거나 두 대를 병렬로 구성하거나 챔버를 작게 해야 합니다.
틀리기 쉬운 두 가지 계산 지점
하나는 극한 진공을 작업 압력으로 보는 것입니다. 펌프의 극한 진공은 무부하로 밀폐했을 때 도달할 수 있는 압력이며, 실제 배기 시에는 누설과 방출 때문에 안정 압력이 극한 진공보다 높아집니다. 10 mbar 작업 압력이 요구되면 0.1 mbar 극한 진공의 펌프를 선택하는 것이 적합하고, 10 mbar 극한 진공의 펌프로는 도달하지 못합니다.
둘은 기체 종류를 무시하는 것입니다. 위 공식은 기체가 공기이고 온도가 20℃라고 가정합니다. 수증기를 배기할 때는 펌프의 실제 배기 속도가 명판값보다 상당히 낮아지며, 가스 밸러스트를 열어야 합니다. 수소, 헬륨 같은 경질 기체를 배기할 때도 회전 베인 펌프의 배기 속도는 낮아집니다. 이 두 경우 여유는 50%까지 늘려야 합니다.
고객이 제공해야 할 데이터
챔버 순용적(배관 포함), 목표 압력, 허용 배기 시간, 기체 종류와 온도, 분진 또는 부식성 유무, 현장 전원. 이 여섯 항목이 갖춰지면 선정은 대체로 편차가 없습니다. 어느 한 항목이 빠지면 제시되는 모델은 추측에 의존할 수밖에 없습니다.