게시판 > 질답게시판 > 배관 내 Gas Pumping 시간 계산 질문 드립니다.

스테파노 Stefano

14-08-26 12:13

(1) 배관 후단에서의 "Pumping"이라는 용어는 진공펌프로 뽑아낸다는 의미로 받아드립니다. 그러나 Pumping 이 10-9 torr이라고 되어 있는데 이는 진공펌프의 용량은 아닙니다. 목표 진공도인지 펌프의 최고 도달진공도인지 불분명합니다.

(2) 진공펌프로 가스를 뽑아 낼 때, 대기압으로부터 목표도달 진공도에 이르는데 소요되는 시간은 진공 펌프의 용량과 시스템의 누설량에 의해 결정됩니다. 진공 장치의 특성을 개략 요약하면 다음과 같습니다.
1) 누설량이 많으면 도달시간이 "크게" 늘어납니다. 대략 15~20분 이상 펌프를 돌려도 떨어지는 같지 않으면 우선 누설되고 있는 곳이 없는가 찾아볼 필요가 있습니다.
2) 누설량은 배관, 기기장치간의 연결 Joint의 형태에 따라 크게 달라집니다. 고진공 장치는 그에 걸맞는 Joint의 선택이 중요합니다.
3) 진공이 걸릴수록 가스의 부피가 늘어나기 때문에 처음에는 진공도가 급격히 내려가는 것 같지만 시간이 지나면서 진공도가 떨어지는 속도가 줄어들게 됩니다.
4) 소요시간과 도달진공도를 로그-로그 그래프로 그리면 직선 모양이 됩니다.
5) 도달 진공도는 진공펌프의 도달 진공도를 초과할 수 없습니다.

(3) 진공도달시간 계산은 물질수지와 이상기체법칙으로 계산할 수있습니다.

(시스템내의 가스 몰수 증가율, dn/dt ) = (누설로 유입되는 몰 유량, L) - (진공펌프가 배출하는 몰 유량, q)....(1)
(시스템 내의 몰수 증가율, dn/dt) = (시스템내 절대압력 변화 dP/dt)*(시스템 부피 V)/(기체상수*시스템내 절대온도 T)..............(2)

n = System내 기체(공기)몰수, kg-mole
L = Vacuum Leak Rate, kg-mole/min
q = Vacuum Pump Discharge Rate, kg-mole/min = v*P/RT, v=Vacuum Pump Volume Rate, m3/min .......(3)
P = System 내 기체의 압력, 시간의 함수, torr
T = System 내 기체의 온도, 상수 가정, K
R = 이상기체 상수 = PV/(nR)=760 torr * 22.414 m3/ (1 kg-mole*273 K)

이상기체법칙 nRT = PV의 양변을 시간로 미분( R,T,V는 상수) --> dn/dt = (V/RT) dP/dt ........................(4)
위의 (1)식에 (3)식, (4)식을 대입하여 정리하면 dt = dP/(L*RT/V - v*P).................................................(5)

(4) 위의 (5)식에서 시스템의 초기압력 P1에서 최종압력 P2가 될 때까지 적분하면 소요시간 t (= ∫dt)가 구해집니다. 직접해 보세요. L은 진공누설(몰)유량인데 엄밀하게는 진공도의 함수입니다. 진공펌프의 역류량을 포함할 수가 있지만 값을 모를경우 0이라고 가정하고 해볼 수 있지만 10^-9 torr처럼 초진공도라면 무시할 수 없는 경우가 대부분입니다.

(1) 배관 후단에서의 "Pumping"이라는 용어는 진공펌프로 뽑아낸다는 의미로 받아드립니다.   그러나 Pumping 이 10-9 torr이라고 되어 있는데 이는 진공펌프의 용량은 아닙니다.  목표 진공도인지 펌프의 최고 도달진공도인지 불분명합니다.

(2) 진공펌프로 가스를 뽑아 낼 때, 대기압으로부터 목표도달 진공도에 이르는데 소요되는 시간은 진공 펌프의 용량과 시스템의 누설량에 의해 결정됩니다.  진공 장치의 특성을 개략 요약하면 다음과 같습니다. 
1) 누설량이 많으면 도달시간이 "크게" 늘어납니다.  대략  15~20분 이상 펌프를 돌려도 떨어지는 같지 않으면 우선 누설되고 있는 곳이 없는가 찾아볼 필요가 있습니다.    
2) 누설량은 배관, 기기장치간의 연결 Joint의 형태에 따라 크게 달라집니다.  고진공 장치는 그에 걸맞는 Joint의 선택이 중요합니다.   
3) 진공이 걸릴수록 가스의 부피가 늘어나기 때문에 처음에는 진공도가 급격히 내려가는 것 같지만 시간이 지나면서 진공도가 떨어지는 속도가 줄어들게 됩니다.   
4) 소요시간과 도달진공도를 로그-로그 그래프로 그리면 직선 모양이 됩니다.
5) 도달 진공도는 진공펌프의 도달 진공도를 초과할 수 없습니다.

(3) 진공도달시간 계산은 물질수지와 이상기체법칙으로 계산할 수있습니다.

(시스템내의 가스 몰수 증가율, dn/dt ) = (누설로 유입되는 몰 유량, L) - (진공펌프가 배출하는 몰 유량, q)....(1) 
(시스템 내의 몰수 증가율, dn/dt) = (시스템내 절대압력 변화 dP/dt)*(시스템 부피 V)/(기체상수*시스템내 절대온도 T)..............(2)

n = System내 기체(공기)몰수, kg-mole
L = Vacuum Leak Rate, kg-mole/min
q = Vacuum Pump Discharge Rate, kg-mole/min = v*P/RT,   v=Vacuum Pump Volume Rate, m3/min .......(3)
P = System 내 기체의 압력, 시간의 함수, torr
T = System 내 기체의 온도, 상수 가정, K
R = 이상기체 상수 = PV/(nR)=760 torr * 22.414 m3/ (1 kg-mole*273 K)

이상기체법칙 nRT = PV의 양변을 시간로 미분( R,T,V는 상수)  -->  dn/dt = (V/RT) dP/dt ........................(4)
위의 (1)식에 (3)식, (4)식을 대입하여 정리하면  dt = dP/(L*RT/V - v*P).................................................(5)

(4) 위의 (5)식에서 시스템의 초기압력 P1에서 최종압력 P2가 될 때까지 적분하면 소요시간 t (= ∫dt)가 구해집니다.   직접해 보세요.  L은 진공누설(몰)유량인데 엄밀하게는 진공도의 함수입니다.  진공펌프의 역류량을 포함할 수가 있지만 값을 모를경우 0이라고 가정하고 해볼 수 있지만  10^-9 torr처럼 초진공도라면 무시할 수 없는 경우가 대부분입니다.