KR100875287B1 - 반도체 제조장비용 잠열재 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잠열재 파이프에 관한 것으로, 내부에 잠열재가 충진되도록 소정의 내용적을 가지며, 폴리에틸렌 재질로 이루어진 몸체; 이 몸체의 상단에 돌출 마련되어 몸체 내부에 잠열재를 투입하기 위해 상면이 개구되고 외측에 나사산이 형성되는 입구부; 이 입구부에 삽입되어 몸체 내부를 밀폐하는 마개; 상기 입구부의 외측에 결합되고 내주면에는 상기 입구부의 외주면의 나사산에 대응하는 나사산이 형성되는 밀봉캡;을 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 잠열재 파이프에 따르면, 소정의 공정 진행시 축열 에너지를 저장 및 변환함으로써 에너지 이용 효율을 극대화할 수 있게 되고, 그 전체적인 형상에 있어서 각진 형상을 제거함으로써 잠열재의 상변화시 가해지는 압력에 의해 몸체에 변형이 발생되는 것을 최소화할 수 있도록 내구성이 강화된다.
잠열재, 파이프

Description

반도체 제조장비용 잠열재 파이프{PCM Pipe}
도 1은 본 발명에 의한 잠열재 파이프를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 따른 잠열재 파이프의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 따른 잠열재 파이프의 단면도.
도 4는 도 1의 잠열재 파이프가 적용된 일예를 보인 사용 상태도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 잠열재 파이프 11 ; 몸체
11a ; 입구부 11b ; 곡면부
12 ; 마개 13 ; 밀봉캡
본 발명은 축열조 등에 사용되어 열에너지를 저장 및 변환하는 잠열재 파이프에 관한 것이다.
근래, 대부분의 발전설비들이 부하 추종형으로 운전하기 곤란한 대용량화 및 원자력발전의 증가 추세인 반면, 산업의 발전 및 국민소득의 향상에 따른 하절기 냉방수요의 급격한 증가는 국가의 기간산업인 발전설비의 비효율적 운전을 초래하는 주된 원인이 되고 있는 상황에서, 주로 발전설비의 부하 조절용으로 즉, 하절기 주간의 첨두 부하를 심야 시간대로 전이하여 부하 평준화를 이룰 수 있는 축냉식 냉방시스템의 필요성이 증가하였다. 축냉식 냉방시스템은 상대적으로 전력수요가 적은 심야 시간대에 냉열을 축열하고, 주간에 심야에 축열된 냉열을 냉방에 이용하여 주간 시간대의 냉방용 전력수요를 낮춰 주는 방식의 냉방시스템으로, 국가 전력수급의 안정화 및 전력 피크부하의 평준화에 주 목적을 두고 개발 보급되기 시작하였다.
특히, 빙축열시스템은 PCM(Phase Change Material)으로 0℃의 상변화온도를 갖는 물을 사용하여 얼음이 녹을 때의 잠열을 냉방에 이용한다. 이때 물의 잠열량은 약 80kcal/kg이며 사용 온도대에서 고체-액체 상변화 열량으로는 여타 다른 물질에 비하여 매우 높은 특징을 갖고 있어, 축열조의 용량을 최소화할 수 있다. 또한 환경친화적인 물질로 주변에서 널리 접할 수 있어 거부감이 없고, 경제적인 장점을 갖고 있다. 그러나 축열된 열량과는 관계없이 사용하고자 하는 온도가 0℃ 이하 또는 이상인 경우에는 이에 적합한 상변화 온도를 갖는 PCM이 필요하며, 사용되는 PCM의 물리적, 화학적 특성을 고려한 시스템의 설계가 이루어져야 한다. 현재 일부 선진국을 중심으로 PCM을 이용하여 산업·상업분야는 물론 요즈음 각광받고 있는 IT, BT, ET 분야로의 응용이 활발하게 진행되고 있다.
현재 국내의 PCM 이용 기술현황을 살펴보면 앞서 언급한 빙축열시스템 외에도 소규모 형태의 잠열축열식 보일러가 보급되고 있고, 상당한 기간을 거쳐 심야전기, 태양열 또는 히트 펌프와 연계한 바닥난방, 온실난방 및 건축소재로서 단열패널 이용 등의 연구결과도 제출되었다. 그러나 이러한 상용화 또는 연구결과 등이 현재까지도 활성화되지 못하고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 축열 에너지를 저장 및 변환하여 반도체 제조공정에 이용함으로써 에너지 이용 효율을 극대화할 수 있도록 한 반도체 제조장비용 잠열재 파이프를 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적은, 고온 저압의 기체 냉매로 변화시키는 증발기, 냉매에 기계적 에너지를 가하여 압축시키는 압축기, 기체 냉매를 차갑게 냉각된 저온의 액체 냉매로 변화시키는 응축기 및 상기 증발기의 일측에 연결 설치되어 공정온도 변화시 열교환된 에너지를 내부에 저장하는 축열조가 하나의 사이클을 이루는 반도체 제조장비에 있어서, 상기 축열조 내에 설치되고, 내부에 잠열재가 충진되도록 소정의 내용적을 가지며, 원통형으로 형성되되 상부 및 하부에는 상호 대향되는 방향으로 볼록하게 곡면부가 형성된 폴리에틸렌 재질의 몸체; 상기 몸체의 상단에 돌출 마련되어 몸체 내부에 잠열재를 투입하기 위해 상면이 개구되고 내주면에 나사산이 형성되는 입구부; 상기 입구부에 삽입되어 몸체 내부를 밀폐하는 마개; 상기 입구부의 외측에 결합되고 내주면에는 상기 입구부의 외주면의 나사산에 대응하는 나사산이 형성되는 밀봉캡;을 포함하는 반도체 제조장비용 잠열재 파이프에 의해 달성된다.
이하, 본 발명에 의한 잠열재 파이프를 첨부 도면을 참고하여 설명하면 다음 과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 잠열재 파이프를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 잠열재 파이프의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 따른 잠열재 파이프의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 잠열재 파이프(10)는 내부에 적정량의 잠열재(P) 즉, 상변화물질(PCM)이 충진될 수 있는 몸체(11)를 가진다. 상기 몸체에는 잠열재가 총체적의 80%가 충진되고, 나머지 20%는 공기가 채워지는데, 이는 잠열재가 상변화할 때 생기는 체적변화를 감당하기 위함이다.
한편, 상기 몸체(11)는 열전도율이 높은 재질로 이루어지며, 이에 따라 서스, 구리 또는 알루미늄 계열의 금속재로 형성될 수 있으나, 금속재질을 사용할 경우 용접이 불가피하고 경제성이 떨어지며 질량이 무거워 작업성 저하를 일으킬 수 있다. 따라서, 열전도율이 높고 가격이 저렴하면서도 변형의 가능성이 작은 폴리에틸렌으로 제작되는 것이 경제성 및 작업성을 고려했을 때 바람직하다.
상기 몸체(11)는 원통형으로 이루어지며, 더불어 그 상부 및 하부에는 서로 대향되는 방향으로 볼록하게 곡면부(11b)가 형성되어 전체적으로 각이 형성되지 않도록 제작된다. 각진 부분이 있을 경우 PCM이 수축-팽창을 반복하면서 균열이 생길 수 있다. 따라서, 원통형의 몸체(11) 및 상기 곡면부(11b)는 상변화물질의 상변화시 몸체(11)의 부피 및 전열면적에 가해지는 압력에 의해 몸체(11)에 변형이나 파손이 발생하는 것을 방지해 준다.
그리고 상기 몸체(11)의 상면에는 내부로 잠열재를 투입할 수 있도록 입구부(11a)가 돌출 형성되어 있고, 이 입구부(11a)의 내부에는 마개(12)가 삽입되어 몸체(11)를 외부와 밀폐하고 있다. 이때, 상기 마개(12)는 몸체(11) 내부의 압력변화에 대응될 수 있도록 실리콘 또는 코르크 재질로 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 입구부(11a)의 외측에는 마개(12)에 더하여 몸체(11)를 보다 확실히 밀봉하기 위해 밀봉캡(13)이 결합된다. 이때, 상기 입구부(11a)의 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 밀봉캡(13)의 내부면에도 이와 대응 결합되도록 나사산이 형성된다. 따라서, 상기 밀봉캡(13)은 입구부(11a)에 간편하고 견고하게 결합 및 분리가 가능하다.
이와 같이 구성된 잠열재 파이프를, 반도체 제조장비에 적용된 상태를 일예로 그 작용을 설명하면 다음과 같다.(도 4 참고)
우선, 본 발명의 잠열재 파이프가 적용되는 반도체 제조장비는, 저온 저압의 액체 냉매가 유입되어 주위로부터 열을 흡수하여 고온 저압의 기체 냉매로 변화시키는 증발기(1), 증발기(1)를 거친 냉매에 기계적 에너지를 가하여 압축시키는 압축기(2) 및 압축기(2)를 거쳐나온 고온 고압의 기체 냉매를 차갑게 냉각된 저온의 액체 냉매로 변화시키는 응축기(3) 및 상기 증발기(1)의 일측에 연결 설치되어 공정온도 변화시 열교환된 에너지를 내부에 저장하는 축열조(4)가 하나의 사이클을 이룬다.
이때, 상기 축열조(4)의 내부에는 열교환된 에너지가 잠열재로 저장되도록 내부에 상변화물질(PCM; Phase Change Material)이 구비된 본 발명의 잠열재 파이프(10)가 구비된다.
그리고 상기 축열조(4)의 일측에는 웨이퍼척(도시 생략)이 설치되며, 상기 축열조(4)와 웨이퍼척은 냉매 공급라인(L1)과 냉매 회수라인(L2)에 의해 각각 사이클을 이루도록 연결되며, 상기 냉매 공급라인(L1)에는 펌프(5) 및 히터(6)가 설치된다. 따라서, 상기 축열조(4)의 잠열재 파이프(10)는 증발기(1)에 의해 열교환된 냉매를 소정 시간 동안 축열하게 되고, 그 축열된 에너지를 이용하여 필요할 때 웨이퍼척에 적정 온도의 냉매를 제공함으로써 웨이퍼척의 온도를 신속하고 정밀하게 제어할 수 있게 된다.
즉, 압축기(2)에서 압축된 냉매가스가 응축기(3)를 통과하면서 냉각되고, 증발기(1)에서 기체로 변하는데 이때 열을 대량으로 빼앗아 축열조(4)로부터 공급되는 냉매의 온도를 급격히 떨어뜨리는 것이다. 냉매 가스는 다시 압축기(3)로 되돌아가면서 이 동작을 되풀이하여 냉매의 온도를 일정하게 유지하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서는 반도체 웨이퍼척의 온도 조절에 따른 일예를 설명하였으나, 본 발명의 잠열재 파이프는 이에 국한되지 않고 다양한 형태의 에너지(미활용 및 폐기에너지)를 상변화물질의 잠열을 이용하여 고농도로 저장하여 사용분야, 시기 및 목적에 적합하게 변환 및 이용할 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 잠열재 파이프에 따르면 소정의 공정 진행시 축열 에너지를 저장 및 변환함으로써 에너지 이용 효율을 극대화할 수 있게 되고, 그 전체적인 형상에 있어서 각진 형상을 제거함으로써 잠열재의 상변화시 가해지는 압력에 의해 몸체에 변형이 발생되는 것을 최소화할 수 있도록 내구성이 강화된다.

Claims (5)

  1. 고온 저압의 기체 냉매로 변화시키는 증발기, 냉매에 기계적 에너지를 가하여 압축시키는 압축기, 기체 냉매를 차갑게 냉각된 저온의 액체 냉매로 변화시키는 응축기 및 상기 증발기의 일측에 연결 설치되어 공정온도 변화시 열교환된 에너지를 내부에 저장하는 축열조가 하나의 사이클을 이루는 반도체 제조장비에 있어서,
    상기 축열조 내에 설치되고, 내부에 잠열재가 충진되도록 소정의 내용적을 가지며, 원통형으로 형성되되 상부 및 하부에는 상호 대향되는 방향으로 볼록하게 곡면부가 형성된 폴리에틸렌 재질의 몸체;
    상기 몸체의 상단에 돌출 마련되어 몸체 내부에 잠열재를 투입하기 위해 상면이 개구되고 외주면에 나사산이 형성되는 입구부;
    상기 입구부에 삽입되어 몸체 내부를 밀폐하는 마개;
    상기 입구부의 외측에 결합되고 내주면에는 상기 입구부의 외주면의 나사산에 대응하는 나사산이 형성되는 밀봉캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 잠열재 파이프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 마개는 실리콘 또는 코르크 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 잠열재 파이프.
  5. 삭제
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