진공의 기초 4. Conductance란 [의미/계산/단위]

앞서 공부했지만 단순히 개념만 설명한것같아서 추가로 더 작성합니다. 일단 컨덕턴스(conductance)란 펌프에서 주어진 시간동안 기체를 통과시킬 수 있는 파이프(배관)의 능력을 말합니다.

 

어느 관이 더 물(기체)을 잘 흘려보낼까?

위의 그림처럼 오른쪽에 있는 배관이 더 기체를 잘 흘려보낼겁니다. 우리는 오른쪽이 왼쪽보다 컨덕턴스가 좋다고 말할 수 있지요. 이러한 컨덕턴스를 나타내는 방법은

 

l/sec, ft-3/min, m-3/hour 입니다. 즉 시간당 지나간 양(면적)을 의미합니다.

 

여기서 보다시피 컨덕턴스란 개념은 펌프랑 맞물려서 사용합니다. 만약 챔버와 연결된 펌프의 용량이 500l/sec의 용량을 가졌다 하더라도 챔버에서 펌프로 나갈 수 있는 컨덕턴스가 100l/sec 라면 그 챔버의 진공배기 용량은 100l/sec가 될 수 밖에 없습니다. 

 

여기서

 

Viscous flow에서는 컨덕턴스가 파이프의 길이에 반비례하고 직경에는 네제곱에 비례한다.

 

Molecular flow에서는 길이에 반비례하고 직경의 세제곱에 비례한다. 

 

이제 컨덕턴스를 계산하는 방법에 대해 알아보려 하는데 일반적으로 직렬연결된 파이프와 병렬연결된 파이프로 나뉜다.

 

직렬연결된 경우, Conductance의 기호는 C를 사용합니다. 그리고 계산은

 

1/Ct(total)=1/C1+1/C2 를 따른다. 여기서 200l/sec의 파이프와 200l/sec의 펌프가 직렬로 연결된것을 계산해보면

 

1/Ct=1/200+1/200 이므로

 

Ct=100l/sec 이 나오게 된다. 여기서 Ct는 역수의 모습을 가지고있어 어떤 컨덕턴스라 할지라도 직렬로 연결할 경우에 항상 펌프던 파이프던 어떤 컨덕턴스보다 더 작은값을 가진다. 그렇다면 여기서 Pump의 배기용량을 10배로 늘리면 어떨까? 계산해보면 1/200+1/2000의 역수이므로 약 181l/sec가 나오게된다. 즉 10배로 펌프를 증가시켜도 배관이 같다면 큰 효율의 증가는 찾기 어렵습니다.

 

병렬로 된 컨덕턴스는 단순히 두개의 컨덕턴스값을 더해주면 됩니다.

 

Ct=C1+C2 이거는 더 설명할 필요가 없겠지요 다만 그림을 추가하여 설명을 돕습니다.

 

허접한 그림이지만 간단히 이해하는 직렬과 병렬 컨덕턴스

 

 

다만 병렬로 연결할 경우에는 C1과 C2의 용량이 큰 차이가 난다면 약한쪽의 PUMP가 고장 날 수 있음을 인지해야합니다. 펌프가 수집해 나가야 할 기체대신 오히려 역압이 걸려 펌프가 파손되는 경우가 있습니다. 즉 병렬로 연결하는 경우는 거의 없고 병렬로 연결하는 경우는 저진공->고진공으로 넘어가기위해 펌프를 2대 사용하여 저진공ON->챔버 저진공->저진공 배관 CLOSE->고진공 배관 ON인 경우입니다. 고진공 펌프는 일반적인 대기압의 챔버와 바로 연결시킬경우 큰 압력차로 인해 모터의 손상이 일어납니다. 그래서 저진공->고진공으로 펌프를 변경하여 사용합니다. 

 

또한 나중에 자세히 설명하겠지만 고진공 펌프는 단독으로는 사용이 불가능합니다. 그래서 저진공 영역의 펌프를 고진공 펌프에 연결시켜 고진공펌프에서 밀어낸 기체를 저진공 펌프를 통하여 내보내는 방식으로 사용합니다.

 

오늘은 여기까지 공부했습니다. 질문 있으시면 댓글로 부탁드리겠습니다. 감사합니다.