플랜지 접속 방법

 

 

 

 

 

9.3.1 플랜지 접속

(1) O-ring 접속 플랜지

탄성 중합체를 이용한 O-ring 플랜지의 가장 일반적인 방식이 KF 플랜지이다. 그림 9-9는 두 개의 플랜지를 결합하기 위해 센터링(center ring)에 O-ring을 끼우고 플랜지의 연결 접촉면에 있는 오링 홈에 넣어 고정한 후에 클램프로 밀봉하는 구조를 나타낸다. 플랜지 내부의 접촉면은 평평하고 오링 홈이 있지만 바깥면은 경사지게 구성되어 플랜지를 결합하기 위해 클램프를 두르고 조이게 되면 클램프의 경사면을 따라 밀리면서 두 플랜지의 접촉면을 누르며 밀봉하는 유용한 구조이다. 그림 9-10에서는 한 개의 클램프를 이용하여 밀봉하는 플랜지 이외에, 여러 개의 볼트와 나사를 이용하여 플랜지를 결합하는 방식을 나타내고 있다. 그림 9-11은 KF 플랜지를 이용하여 접속한 배기관이며, 이와 같은 KF 플랜지는 특별한 도구 없이 클램프로 조립할 수 있다는 장점을 가진다. 일반적으로 KF 플랜지는 러핑 혹은 고진공 영역에서 사용할 수 있으며, 접속 작업을 하면서 주의할 사항을 살펴보도록 한다.

 

1. 플랜지의 접촉면과 오링 홈을 깨끗이 세척하고 건조한다.
2. O-ring을 세척하고 진공 그리스를 이용하여 O-ring이 유연해지도록 바른 후에 오링 홈에 끼운다.
3. 누설을 확인하기 위해 너무 많은 헬륨을 O-ring에 사용하지 않는 것이 좋다.
4. O-ring의 상태를 확인하고 결함이 없는지를 살피고, 이상이 있다면 교체하는 것이 바람직하다.
5. 용해액(solvent)을 사용하는 것은 O-ring에 영향을 주어 탈가스 문제를 일으키고, 또한 O-ring은 물을 흡수하여 탈가스의 원인을 발생할 수 있기 때문에 주의하여야 한다.

 

 

 

(2) 금속 개스킷 접속 플랜지

금속 개스킷을 이용하여 결합하는 기술은 탄성 중합체인 O-ring을 이용하는 결합 방식보다 많은 장점을 가지는데, 우선 고온으로 베이킹하는 것이 용이하고, 탈가스 비율이 낮아진다. 그러나 O-ring을 이용하는 것보다 금속 개스킷의 설치비용이 높다. 그림 9-12는 CF 플랜지를 이용하여 결합하는 기술을 나타내고 있다. CF(con flat) 플랜지는 Varian 사가 개발한 것으로 금속 개스킷으로 연한 무산소 구리(OFHC)를 이용하고, 스테인레스강의 플랜지 접촉면에 칼날 (knife edge)을 가공한 것이다. 그림에서와 같이 플랜지를 조이게 되면 날카로운 칼날이 개스킷을 눌러 밀봉하고, 또한 동시에 금속 개스킷을 누르면 밖으로 밀어 플랜지의 안쪽을 밀봉하기 때문에 이중으로 밀봉하게 된다. 이처럼 금속 개스킷은 매우 신뢰성이 우수하기 때문에 초고진공 영역에서 사용할 수 있으며, 450~500°C 정도의 고온용 진공을 요구할 경우에도 사용한다. 금속 개스킷을 사용하는 금속 플랜지의 사용에 있어 주의하여야 할 사항을 살펴보면 다음과 같다.

 

1. 그림에서와 같이 플랜지의 칼날은 손상이 되지 않도록 주의하여야 하고, 노출할 경우에는 플라스틱 캡을 씌워 보호하여야 한다.
2. 플랜지 결합 표면에 홈은 유용하게 사용할 수 있는데, 플랜지 접촉으로 인한 누설을 확인할 경우에 사용하며, 또한 개스킷을 고정하기 위해 개스킷 클립(gasket clip)을 사용할 수도 있다.
3. 무산소 구리 개스킷은 한번 사용하면 교체하는 것이 바람직하다.
4. 플랜지의 칼날에는 결함이 있는지를 잘 살피고 약간의 할퀸 자국은 잘 닦아 사용하는 것이 좋다.
5. 신뢰할만한 플랜지의 밀봉을 위해서는 불일치하는 힘을 개스킷에 가하지 않는 것이 바람직하다.

 

 

 

용어정리

1. 베이킹(baking): 진공 용기 전체나 진공 부품 일부에 열을 가하여 흡착된 기체를 제거하는 방식이다.
2. 피드쓰루(feed through): 진공 용기의 내부와 외부를 연결하는 진공 부품으로 전기적 신호, 액체 및 기체를 연결하며, 일반적으로 플랜지에 부착된 구조로 사용하게 된다.
3. KF 플랜지(KF flange): 보통 quick flange라고 부르며, clamp를 조여 빨리 조이거나 풀 수 있는 구조이다. 고진공 영역까지 사용할 수 있으며, 가운데에 탄성체인 O-ring을 끼워 사용하기 때문에 약간의 누설이나 기체 방출을 고려하여야 한다.
4. OFHC(oxygen free high conductivity copper): 무산소 구리이다.
5. 벤트(vent): 진공 용기의 압력을 대기압으로 만들어주기 위해 외부로부터 공기나 질소 등을 주입하는 것을 의미한다.