KR101525560B1 - 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크라이오 압축기를 포함한 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크라이오 펌프의 재생 과정과 냉각운전 단계에서의 설정 온도 및 압력에 따라 상기 크라이오 펌프로 공급되는 냉매 유량을 조절해줌으로써 크라이오 펌프시스템의 전력을 절감하는 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 가스 및 수분을 흡착, 응축, 응고하여 고진공을 실현하는 크라이오 펌프와 헬륨냉매를 고압으로 압축하는 크라이오 압축기; 이 크라이오 압축기로부터 압축된 헬륨냉매를 크라이오 펌프로 공급하는 헬륨 공급라인과 저압의 헬륨 냉매를 압축기로 회수하는 헬륨 회수라인으로 구성된 크라이오 펌프시스템에는, 시스템 전력절감을 위하여 크라이오 펌프의 온도 및 압력을 모니터링하고 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부를 제어하는 제어부와; 고압의 헬륨냉매를 저장하는 스토리지탱크, 이 스토리지탱크에 헬륨의 충진 및 방출을 제어하는 밸브들과, 크라이오 압축기에서 공급되는 고압의 헬륨냉매를 저압의 헬륨 회수라인으로 바이패스시키는 바이패스밸브로 구성되는 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부를 포함하는 크라이오 압축기 전력절감장치가 구비되고 있는 것을 그 특징으로 한다.

Description

크라이오 펌프시스템의 전력절감장치{POWER SAVE APPARATUS OF CRYO PUMP SYSTEM}
본 발명은 크라이오 압축기를 포함한 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크라이오 펌프의 재생 과정과 냉각운전 단계에서의 설정 온도 및 압력에 따라 상기 크라이오 펌프로 공급되는 냉매 유량을 조절해줌으로써 크라이오 펌프시스템의 전력을 절감하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 진공 용기 속에 극저온냉각면(cryo panel)을 만들고 그 위에 기체를 응축시켜 용기 속의 압력을 감소하기 위한 크라이오 펌프는 상당히 넓은 온도범위에서 동작한다. 진공 배기를 위해서 극저온으로 냉각되는 한편 재생에 있어서는 실온 또는 그보다 다소 고온까지 가열되고, 크라이오 펌프의 운전온도에 따라 작동가스 온도가 바뀌게 된다.
상기 크라이오 펌프와 크라이오 압축기는 보통 폐쇄된 작동가스회로로 접속되어 있고, 거기에 수용되어 있는 작동가스량은 일정하다. 따라서, 작동가스온도가 낮아지면 크라이오 압축기의 운전압력도 저하되고 있는 바, 상기 운전압력은 소비전력에 관련되고 있다. 그러므로, 크라이오 펌프시스템에 있어서는 높은 에너지절약 성능을 제공하는 것은 가장 중요한 요구의 하나이다.
이와 같이 작동가스온도가 높아지면 크라이오 압축기의 운전압력도 높아지며, 크라이오 압축기에는 사양 상의 동작 범위로부터의 일탈을 경고하기 위한 설정이 미리 구비되어 있다. 예컨대, 작동가스의 과도한 고압을 경고하기 위한 고압 설정치가 전기적으로, 또는 기계적으로 정해져 있다. 따라서, 작동가스온도가 높을 때, 운전압력이 그 고압 설정치에 달할 가능성이 높아진다.
종래 기술로써 특허 공개번호 10-2013-102507 에서는, 실온으로부터 극저온으로의 쿨다운을 포함한 준비운전과 극저온의 진공배기운전을 실행하기 위한 크라이오펌프와, 상기 크라이오펌프를 위한 작동가스의 압축기와, 상기 크라이오 펌프와 상기 압축기를 접속하는 가스라인과, 상기 진공배기운전에 있어서의 상기 가스라인의 작동가스량을 상기 준비운전에 비해 증가시키도록 구성되어 있는 가스볼륨조정부와, 상기 가스라인에 압력제어를 제공하도록 상기 압축기를 제어하기 위한 제어장치를 구비한다.
종래 크라이오 펌프시스템에 의하면, 준비운전에 있어 작동가스가 냉각되고, 가스라인을 순환하는 작동가스의 압력, 즉 압축기의 운전압력이 저하된다. 그러므로, 작동가스량을 증가시킴으로써 진공 배기운전을 위해서 운전압력을 적정하게 회복시킬 수 있다.
이와 같이, 크라이오 펌프시스템에서는 주기적인 재생과정이 필요하게 되는 바, 상기 재생과정을 통하여 크라이오 펌프는 제 1 크라이오 패널 및 제 2 크라이오 패널에 흡착 또는 응축, 응고되어 있는 수분 및 가스를 탈착 및 증발시켜 펌핑 능력을 회복할 수 있다.
이러한 재생 과정은 웜업(warm up), 퍼지(purge), 러핑(roughing), 그리고 쿨다운(cool down)으로 이루어지는 데, 상기 재생과정은 위에서 언급한 것처럼 주기적으로 시행하여야 하므로 생산성을 저하시키는 요인이 되고 있다. 그래서, 재생과정은 크라이오 펌프의 크기 및 종류에 따라 약 2 시간에서 4 시간 정도가 소요되며, 쿨다운 과정이 절반 정도의 시간이 소요된다.
종래의 크라이오 압축기를 포함한 크라이오 펌프시스템은 쿨다운 시간을 단축하기 위하여, 냉매 유량이 큰 크라이오 압축기를 사용하고 있어 쿨다운 후 냉각 운전시에도 필요 이상의 헬륨 냉매를 공급하기 때문에 소비 전력의 낭비가 발생한다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반사정을 감안하여 절력절감장치를 발명한 것으로, 주기적인 재생과정을 가지는 크라이오 펌프시스템에서 재생과정 및 냉각 운전상태인 크라이오 펌프의 온도 및 압력을 모니터링하여 재생과정중에 정상적인 냉매유량을 공급하고, 재생 과정이 완료되어 냉각 운전상태에 이르면 크라이오 펌프의 온도 및 압력을 모니터링하는 제어부가 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부의 밸브들을 작동시켜 크라이오 펌프로 공급되는 헬륨 냉매유량을 감소시킴으로 크라이오 압축기가 소비하는 소비전력을 감소시킬 수 있는 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가스 및 수분을 흡착, 응축, 응고하여 고진공을 실현하는 크라이오 펌프와 헬륨냉매를 고압으로 압축하는 크라이오 압축기; 이 크라이오 압축기로부터 압축된 헬륨냉매를 크라이오 펌프로 공급하는 헬륨 공급라인과 저압의 헬륨 냉매를 압축기로 회수하는 헬륨 회수라인으로 구성된 크라이오 펌프시스템에는, 시스템 전력절감을 위하여 크라이오 펌프의 온도 및 압력을 모니터링하고 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부를 제어하는 제어부와; 고압의 헬륨냉매를 저장하는 스토리지탱크, 이 스토리지탱크에 헬륨의 충진 및 방출을 제어하는 밸브들과, 크라이오 압축기에서 공급되는 고압의 헬륨냉매를 저압의 헬륨 회수라인으로 바이패스시키는 바이패스밸브로 구성되는 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부를 포함하는 크라이오 압축기 전력절감장치가 구비되고 있는 것을 그 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 크라이오 펌프의 재생과정과 냉각운전 단계에서의 설정 온도 및 압력에 따라 상기 크라이오 펌프로 공급되는 냉매 유량을 조절해줌으로써 크라이오 펌프시스템에서 크라이오압축기의 전력을 절감하는 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치을 설명하기 위한 구성도,
도 2 는 크라이오 펌프시스템에서 크라이오펌프의 재생과정을 도시해 놓은 특성그래프,
도 3 은 본 발명의 크라이오압축기 전력절감장치를 포함한 크라이오 펌프시스템의 재생과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치을 설명하기 위한 구성도이고, 본 발명은 크라이오 압축기(20)를 포함한 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치인 바, 이는 크라이오 펌프(10)의 재생 과정과 냉각운전 단계에서의 설정 온도 및 압력에 따라 상기 크라이오 펌프(10)로 공급되는 냉매 유량을 조절해줌으로써 크라이오 펌프시스템의 전력을 절감하는 장치인 것이다.
상기 크라이오 펌프시스템은 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30) 및 이를 제어하는 제어부(50)를 포함하는 크라이오 압축기 전력절감장치(03)가 설치되도록 구성하고 있다.
즉, 가스 및 수분을 흡착, 응축, 응고하여 고진공을 실현하는 크라이오 펌프(10)와 헬륨냉매를 고압으로 압축하는 크라이오 압축기(20), 이 크라이오 압축기(20)로부터 압축된 헬륨냉매를 크라이오 펌프(10)로 공급하는 헬륨 공급라인 (41)과 저압의 헬륨 냉매를 압축기로 회수하는 헬륨 회수라인(42)으로 구성된 크라이오 펌프시스템에는 시스템 전력절감을 위하여 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력을 모니터링하고 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)를 제어하는 제어부(50)와 고압의 헬륨냉매를 저장하는 스토리지탱크(32), 이 스토리지탱크(32)에 헬륨의 충진 및 방출을 제어하는 밸브(33, 34), 크라이오 압축기(20)에서 공급되는 고압의 헬륨냉매를 저압의 헬륨 회수라인(42)으로 바이패스시키는 바이패스 밸브(35)로 구성되는 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)를 포함하는 크라이오 압축기 전력 절감 장치(3)가 구비되고 있다.
상기 크라이오 펌프(10)에는 크라이오 냉동기(11)와 크라이오 쿨러모터(12)가 구성되고 있으면서, 또 제 1 크라이오 패널(17)과 제 2 크라이오 패널(18)이 구성됨으로 제 2 크라이오 패널 온도센서(13)와 제 1 크라이오 패널 온도센서(14) 및 압력 센서(15)가 각기 취부되고 있다.
이와 같이 본 발명은 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)와 이를 제어하기 위한 제어부(50)를 가지는 크라이오 압축기 전력절감장치(3)를 포함하는 크라이오 펌프시스템인 것이다. 상기 제어부(50)로부터 크라이오 펌프 온도/ 압력 데이터 통신선(16)과 밸브 제어 통신선(51)이 각기 연결되어져 있다.
그러므로, 본 발명의 크라이오 펌프시스템은 주기적인 재생과정을 가지는 크라이오 펌프시스템에서 재생과정 및 냉각 운전(105)상태인 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력을 모니터링하여 재생 과정중에는 정상적인 냉매 유량을 공급하고, 재생 과정이 완료되어 냉각 운전(105) 상태에 이르면 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력을 모니터링하고 있는 제어부(50)가 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)를 구성하는 밸브(33, 34, 35)들을 작동시켜 크라이오 펌프(10)로 공급되는 헬륨 냉매 유량을 감소시킴으로 크라이오 압축기(20)가 소비하는 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 제어부(50)는 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력을 연속적으로 모니터링하면서 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력이 설정온도 및 압력 이상으로 올라가거나 내려갈 때, 상기 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 밸브(33, 34, 35)들을 작동시켜 크라이오 펌프(10)로 공급되는 헬륨 냉매 유량을 증가시키거나 감소시킴으로 크라이오 펌프(10)가 안정적으로 운전될 수 있도록 제어한다.
상기 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)와 크라이오 펌프시스템의 온도 및 압력을 모니터링하고 상기 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)를 제어하는 제어부(50)를 가지는 크라이오 압축기 전력 절감 장치(3)를 제공한다.
따라서, 상기 크라이오 압축기(20)를 포함한 크라이오 펌프시스템에서 크라이오 펌프(10)가 재생과정을 종료하고, 냉각운전을 시작할 때 크라이오 펌프(10)가 필요로 하는 헬륨 냉매유량이 감소한다는 점을 이용하여, 크라이오 압축기(20)로부터 크라이오 펌프(10)로 고압의 헬륨 냉매를 공급하는 헬륨 공급라인(41)과 크라이오 펌프(10)에서 크라이오 압축기(20)로 회수되는 헬륨 회수라인(42)에 연결된 크라이오 압축기 전력절감장치(3)내에 설치된 스토리지 탱크(32)에 고압의 헬륨 냉매를 저장함으로, 크라이오 펌프시스템의 전체적인 압력을 감소시킴으로 크라이오 압축기(20) 내부의 헬륨냉매 압축기의 토출 부하를 경감시켜 크라이오 압축기(20)가 소비하는 전력을 감소시킨다.
또한, 크라이오 압축기 전력절감장치(3)는 크라이오 압축기(20) 내부에 설치된 헬륨냉매 압축기의 압축비(흡입압력에 대한 토출 압력비)를 낮추어 크라이오 압축기(20)의 소비 전력을 감소시키기 위한 바이패스밸브(35)를 가지고 있다. 이 바이패스밸브(35)는 크라이오 압축기(20)에서 크라이오 펌프(10)로 헬륨 냉매를 공급하고 회수하는 헬륨 공급 라인(41)과 헬륨 회수 라인(42)에 각각 연결되어 있으며, 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)에도 연결되어진 헬륨 유입라인(43)과 헬륨 유출라인(44)에 설치되어 있다.
상기 크라이오 펌프(10)의 냉각 운전시 고압의 헬륨냉매를 저장하는 스토리지 탱크(32)와 크라이오 압축기(20)내의 헬륨냉매 압축기의 압축비를 낮추기 위한 바이패스밸브(35)로 구성된 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30), 크라이오 펌프의 온도, 압력데이터를 모니터링하고 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)를 제어하는 제어부(50)를 포함한 크라이오 압축기 전력절감장치(3)는 아래와 같이 동작한다.
주기적인 재생과정을 실시하는 크라이오 펌프(10)가 쿨다운(Cooldown)운전을 완료하고 냉각 운전상태로 운전될 때, 크라이오 펌프내의 온도센서(13, 14) 및 압력센서(15)를 통하여 온도 및 압력에 대한 정보를 모니터링하는 제어부(50)가 크라이오 펌프(10)가 냉각 운전상태임을 판단하고, 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 헬륨 유입 밸브(33)를 열어 스토리지 탱크(32)에 고압의 헬륨 냉매를 저장하며, 헬륨이 스토리지탱크(32)를 채우게 되면 헬륨 유입 밸브(33)는 닫힌다. 이 과정을 통하여, 크라이오 펌프시스템 전체의 헬륨 압력은 감소된다.
따라서, 상기 크라이오 펌프시스템 전체의 헬륨 압력의 감소는 크라이오 압축기(20)내부 헬륨 냉매 압축기의 토출부하를 경감시킴으로, 헬륨 냉매 압축기가 소비하는 전력을 감소시킨다. 이때, 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 헬륨 유출밸브(34)와 바이패스밸브(35)는 닫힌 상태로 있게 된다.
이와 같이 스토리지탱크(32)에 고압의 헬륨 냉매를 저장한 상태에서 제어부(50)는 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력을 계속적으로 모니터링하고 크라이오 펌프(10)의 냉각 운전이 안정적인 상태를 유지하면, 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 바이패스 밸브(35)을 열어 헬륨 유입 라인(43)에서 헬륨 유출 라인(44)으로 헬륨 냉매를 바이패스시킨다. 이와 같은 헬륨 냉매의 바이패스는 크라이오 압축기(20)의 압축비를 낮추어 헬륨 냉매 압축기의 압축 부하를 경감시킴으로써 크라이오 압축기(20)의 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한, 크라이오 펌프(10)가 냉각운전상태에서 지속적인 운전을 하고 있을 때, 크라이오 펌프(10)가 설치된 공정챔버로부터 크라이오 펌프(10)로 유입되는 공정 가스 및 기타 아웃 개생(Out gassing)에 의하여 발생하는 과부하에 의하여 발생할 수 있는 크라이오 펌프(10)의 온도 및 압력 상승에 대하여, 제어부(50)는 크라이오 펌프(10) 내에 설치된 온도센서(13, 14) 및 압력 센서(15)등의 정보를 모니터링하여 스토리지탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 바이패스 밸브(35)를 닫거나, 헬륨유출 밸브(34)를 열어 크라이오 압축기(20)의 압축비를 높이거나 스토리지탱크(30)에 저장되어있는 헬륨을 크라이오 펌프 전체시스템으로 환원하여 크라이오 펌프 전체 시스템의 헬륨 냉매압력을 상승시켜 크라이오 펌프(10)로 공급되는 헬륨 냉매 유량을 증가시킴으로 크라이오 펌프(10)의 냉각운전을 안정적으로 지속 가능케 한다.
상기와 같은 크라이오 압축기 전력절감장치(3)를 포함하는 크라이오 펌프시스템에서 크라이오 펌프(10)의 펌핑능력이 현저히 감소하여 재생 과정을 진행 할 때, 특히 크라이오 압축기(20)가 운전되는 쿨다운 과정에서 제어부(50)는 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 바이패스 밸브(35)를 닫아 크라이오 압축기(20)의 압축비를 높이고, 스토리지탱크(32)에 연결된 헬륨 유출밸브(34)를 열어 스토리지 탱크(32)에 저장되어있던 헬륨냉매를 크라이오 펌프 전체시스템으로 환원함으로, 크라이오 펌프 전체시스템의 헬륨 냉매 압력을 상승시켜 크라이오 압축기(20)가 크라이오 펌프(10)로 공급하는 헬륨 냉매 유량을 증가시켜, 정상적인 쿨다운 과정을 가능케 하여 정상적인 크라이오 재생과정을 완료하게 한다.
상기 크라이오 압축기 전력 절감 장치(3)는 크라이오 펌프(10)가 냉각 운전중일 때 크라이오 압축기(20)을 포함하는 크라이오 펌프 전체 시스템에서 고압의 헬륨 냉매를 저장하여 크라이오 펌프 전체 시스템의 헬륨 냉매 압력을 감소시켜 크라이오 압축기(20)내의 헬륨 냉매 압축기의 토출 부하을 경감하여 크라이오 압축기(20)의 소비 전력을 절감하는 스토리지 탱크(32)와 헬륨 냉매을 유입 또는 유출 시키는 밸브, 이들을 제어하는 제어부(50)로 구성되어 있다.
그리고, 본 발명의 시스템은 크라이오 펌프(10)가 냉각 운전중일 때 크라이오 압축기(20)의 압축비를 감소시켜 헬륨 냉매압축기의 압축 부하를 경감시켜 크라이오 압축기(20)의 소비 전력을 절감하는 바이패스 밸브(35)와 이를 제어하는 제어부(50)로 구성되어 있다.
본 발명의 스토리지탱크(32)와 헬륨 유입밸브(33), 헬륨 유출밸브(34)는 여러 개의 탱크 및 밸브들을 설치하는 구조도 포함하고, 상기 바이패스밸브(35)는 1 개 이상을 설치하는 구조도 포함한다.
본 발명의 시스템은 1 대 이상의 크라이오 펌프(10)가 조합된 크라이오 펌프시스템을 포함하고, 상기 시스템의 제어부는 상기 시스템에서 단독적으로 외부에 설치된 것도 포함한다.
상기 시스템에서 제어부(50)의 제어를 위한 데이터는 크라이오 펌프(10)의 제 1 크라이오 패널 온도, 제 2 크라이오 패널 온도 및 크라이오 펌프 압력, 공정 챔버 내의 압력을 비롯해 게이트 밸브의 온/오프(on/off) 신호 등 공정 챔버 및 주변 기기의 신호와 정보를 이용하는 것을 포함한다.
또한, 크라이오 압축기(20)의 헬륨 등의 냉매의 공급 압력 및 회수 압력, 두 압력차등도 포함하고, 크라이오 펌프(10)를 구동하는 모터(12)의 회전수에 대한 정보를 이용하는 것도 포함한다.
도 2 에 도시된 특성그래프는 크라이오 펌프시스템이 재생을 진행할 때 크라이오 펌프(10)의 제 1 크라이오 패널 온도(111)와 제 2 크라이오 패널 온도(112)에 대한 데이터를 시간에 따라 표현한 것이고, 여기서 웜업(Warm up)과정(101), 퍼지 (Purge)과정(102), 러핑(Roughing)과정(103), 쿨다운(Cool down)과정(104), 냉각 운전(105)인 것이다.
도 3 은 크라이오 압축기 전력절감장치(3)를 포함하는 크라이오 펌프 시스템에 대한 재생 과정 절차이고, 크라이오 펌프(10)의 펌핑 성능이 저하되면 크라이오 압축기(20)를 포함하는 크라이오 펌프시스템은 다음과 같은 재생 과정을 수행한다.
제 1 과정 크라이오 재생시작으로 크라이오 펌프 스템은 재생과정을 시작하고, 이때 크라이오 압축기(20) 및 크라이오 펌프(10)의 크라이오 냉동기(11)는 정지된다.
재생과정의 2 단계의 웜업은 크라이오 펌프(10)내의 제 1 크라이오 패널(17)과 제 2 크라이오 패널(18)의 온도를 상승시키기 위하여 퍼지가스를 펌프내로 주입시킨다. 이 과정은 도 2 와 같이 각각의 크라이오 패널의 온도가 320 K에 도달할 때까지 진행된다.
제 3 과정 퍼지는 각각의 크라이오 패널에 잔존하는 수분 및 가스를 제거하기 위하여 일정시간 동안 퍼지가스를 계속적으로 주입한다. 제 4 과정 러핑은 퍼지가스의 주입을 중단하고, 저진공 펌프와 연결된 밸브를 개방하여 크라이오 펌프내의 초기 진공을 형성한다. 초기 진공은 1.0 e-3 ~ 1.0 e-2 토르(torr) 범위내에서 이루어진다.
제 5 과정 쿨다운은 초기 진공 상태에서 시작하며, 이때 저진공 펌프와 연결된 밸브는 폐쇄되고 크라이오 압축기(20) 및 크라이오 펌프(10)의 크라이오 냉동기 (11)는 운전을 시작한다. 제 6 과정은 제 5 과정 쿨다운이 완료되어 크라이오 펌프(10)가 냉각 운전을 시작하는 과정이다.
제 7 과정은 크라이오 압축기 전력절감장치(3)의 제어부(50)가 크라이오 펌프(10)내의 제 1 크라이오 패널 온도센서(13) 및 제 2 크라이오 패널 온도 센서(14), 크라이오 펌프 진공센서(15)의 데이터를 전달받아 제 7 과정에서 제 6 과정 냉각 운전을 시작하였는지의 여부를 판단하고, 만약 제 6 과정 냉각 운전을 시작하였다면 제 8 과정에서 크라이오 압축기 전력절감장치(3)의 제어부(50)는 스토리지 탱크 및 밸브부(30)의 헬륨 유입밸브(33)를 개방하여 스토리지 탱크(32)에 고압의 헬륨을 충진하고, 바이패스밸브(35)을 개방하여 크라이오 펌프 시스템에 포함된 크라이오 압축기의 소비 전력을 절감한다.
제 9 과정에서는 크라이오 압축기 전력 절감 장치(3)의 제어부(50)는 크라이오 펌프(10)내의 제 1 크라이오 패널 온도센서(13) 및 제 2 크라이오 패널 온도센서(14), 크라이오 펌프 진공센서(15) 의 데이터를 전달받아, 제 8 과정 상태에서 크라이오 펌프(10)의 냉각 운전이 안정적인지의 여부를 판단하고, 만약 불안정한 운전 상태인 경우 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30)의 바이패스 밸브(35)을 폐쇄하거나 스토리지 탱크(32)에 충진된 헬륨 냉매를 방출하여 크라이오 펌프가 안정적인 냉각 운전을 할 수 있도록 제어한다.
한편, 크라이오 펌프시스템은 크라이오 펌프(10)의 펌핑 능력의 저하를 막기 위하여 주기적인 재생과정을 시행한다. 재생과정은 크라이오 펌프(10)의 크기 및 종류에 따라서 약 2 시간에서 4 시간 정도 소요되며, 쿨다운과정(104)에 전체 재생 과정의 절반 정도에 시간이 소요된다.
따라서, 크라이오 압축기(20)를 포함한 크라이오 펌프시스템은 쿨다운 과정(104)시간을 단축하기 위하여 냉매 유량이 큰 크라이오 압축기(20)를 사용하고 있어서 쿨다운 과정(104) 후 냉각운전(105)시에도 필요 이상의 헬륨 냉매를 공급하기 때문에 많은 전력을 소비한다.
이와 같이 크라이오 압축기(20)를 포함한 크라이오 펌프시스템에서 크라이오 펌프(10)가 재생과정을 종료하고, 냉각 운전(105)을 시작할 때 크라이오 펌프(10)가 필요로 하는 헬륨 냉매 유량이 감소한다는 점을 이용하여, 본 발명은 크라이오 압축기(20)로부터 크라이오 펌프(10)로 고압의 헬륨 냉매를 공급하는 헬륨 공급라인(41)과 크라이오 펌프에서 크라이오 압축기로 헬륨을 회수하는 헬륨 회수라인(42)에 연결된 크라이오 압축기 전력 절감 장치(3)의 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부(30) 설치된 스토리지 탱크(32)에 고압의 헬륨 냉매을 저장하여, 크라이오 펌프 시스템의 전체적인 압력을 감소시킴으로써 크라이오 압축기(20) 내부의 헬륨 냉매 압축기의 토출 부하를 경감시키고, 바이패스 밸브를 개방하여 크라이오 압축기의 압축 부하를 감소시켜, 크라이오 펌프 시스템의 크라이오 압축기(20)가 소비하는 소비 전력을 감소시켜 크라이오 펌프 시스템의 운전 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치는 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다.
따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10 : 크라이오펌프
20 : 크라이오압축기
30 : 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부
50 : 제어부

Claims (5)

  1. 가스 및 수분을 흡착, 응축, 응고하여 고진공을 실현하는 크라이오 펌프와 헬륨냉매를 고압으로 압축하는 크라이오 압축기;
    이 크라이오 압축기로부터 압축된 헬륨냉매를 크라이오 펌프로 공급하는 헬륨 공급라인과 저압의 헬륨 냉매를 압축기로 회수하는 헬륨 회수라인으로 구성된 크라이오 펌프시스템에는,
    시스템 전력절감을 위하여 크라이오 펌프의 온도 및 압력을 모니터링하고 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부를 제어하는 제어부와;
    고압의 헬륨냉매를 저장하는 스토리지탱크, 이 스토리지탱크에 헬륨의 충진 및 방출을 제어하는 헬륨 유출밸브와 헬륨 유입밸브, 크라이오 압축기에서 공급되는 고압의 헬륨냉매를 저압의 헬륨 회수라인으로 바이패스시키는 바이패스밸브로 구성되는 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부를 포함하는 크라이오 압축기 전력절감장치가 구비된 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부가 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부의 밸브들을 작동시켜 크라이오 펌프로 공급되는 헬륨 냉매 유량을 감소시킨 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 1 대 이상의 크라이오 펌프가 조합된 크라이오 펌프시스템을 포함하고, 상기 제어부는 상기 시스템에서 단독적으로 외부에 설치된 것도 포함한 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치.
  4. 스토리지 탱크 및 바이패스 밸브부와 이를 제어하기 위한 제어부를 가지는 크라이오 압축기 전력절감장치를 포함하는 크라이오 펌프시스템에서,
    크라이오 재생시작으로 크라이오 펌프시스템은 재생과정을 시작하고, 이때 크라이오 압축기 및 크라이오 펌프의 크라이오 냉동기가 정지되고;
    재생과정의 웜업이 크라이오 펌프내의 제 1 크라이오 패널과 제 2 크라이오 패널의 온도를 상승시키기 위하여 퍼지가스가 펌프내로 주입되며;
    퍼지는 각각의 크라이오 패널에 잔존하는 수분 및 가스를 제거하기 위해 일정시간 동안 퍼지가스를 계속적으로 주입하게 되고;
    러핑은 퍼지가스의 주입을 중단하고 저진공 펌프와 연결된 밸브를 개방하여 크라이오 펌프내의 초기 진공을 형성하게 되며;
    쿨다운은 초기 진공 상태에서 시작하며, 이때 저진공 펌프와 연결된 밸브가 폐쇄되고 크라이오 압축기 및 크라이오 펌프의 크라이오 냉동기가 운전을 시작하게 되며;
    상기 쿨다운이 완료되어 크라이오 펌프가 냉각 운전을 시작하고, 그 다음은 제어부가 크라이오 펌프내의 제 1 크라이오패널 온도센서 및 제 2 크라이오패널 온도 센서, 크라이오 펌프 진공센서의 데이터를 전달받아 냉각운전 과정에서 냉각 운전을 시작하였는지의 여부를 판단하고, 만약 냉각 운전을 시작하였다면 제어부가 헬륨 유입밸브를 개방하여 스토리지 탱크에 고압의 헬륨을 충진하고 바이패스밸브을 개방한 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 제 1 크라이오 패널 온도센서 및 제 2 크라이오 패널 온도센서, 크라이오 펌프 진공센서의 데이터를 전달받아, 이전 과정상태에서 크라이오 펌프의 냉각 운전이 안정적인지의 여부를 판단하고, 만약 불안정한 운전 상태인 경우 바이패스 밸브을 폐쇄하거나 스토리지탱크에 충진된 헬륨 냉매를 방출하여 크라이오 펌프가 안정적인 냉각 운전을 행하도록 제어함을 더 포함한 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프시스템의 전력절감장치.
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