KR101543732B1 - 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치 - Google Patents

냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101543732B1
KR101543732B1 KR1020150024324A KR20150024324A KR101543732B1 KR 101543732 B1 KR101543732 B1 KR 101543732B1 KR 1020150024324 A KR1020150024324 A KR 1020150024324A KR 20150024324 A KR20150024324 A KR 20150024324A KR 101543732 B1 KR101543732 B1 KR 101543732B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
temperature
temperature control
load
Prior art date
Application number
KR1020150024324A
Other languages
English (en)
Inventor
김재건
서진용
박헌용
한민진
Original Assignee
(주)테키스트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)테키스트 filed Critical (주)테키스트
Priority to KR1020150024324A priority Critical patent/KR101543732B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101543732B1 publication Critical patent/KR101543732B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices

Abstract

냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치는, 설비의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 냉온 제어 및 순환시켜 상기 부하로 공급하는 온도제어장치로서, 상기 설비의 부하로부터 열매체를 회수하여 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크에 저장된 열매체를 상기 설비의 부하로 공급하도록 순환시키는 순환펌프와, 상기 저장탱크로 저장되는 열매체를 설정온도로 냉각시키는 메인 열교환기와, 상기 메인 열교환기와 냉각수(Process Cooling Water) 순환부 사이로 냉매가 순환하는 냉매 순환부를 포함하며, 상기 냉매 순환부 내에서, 상기 냉매는 상기 메인 열교환기를 통과하면서 열매체와 열교환 되어 기체 상태로 변화하고, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화하는 과정이 순환 도중 반복되며, 상 변화시의 잠열을 이용하여 열매체를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치{TEMPERATURE CONTROL APPARATUS USING HEAT EXCHANGER FOR COOLING PERFORMANCE IMPROVEMENT}
본 발명은 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉매의 순환을 이용하되, 상기 냉매의 상변화에 따른 잠열을 이용하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열교환기를 이용한 온도제어장치에 관한 것이다.
반도체 소자 기술이 점차 고도화되면서 반도체 제조 설비에 적용되는 장비의 제어정밀도 역시 중요해지고 있다.
특히, 반도체 제조 설비의 온도를 제어하는 장치를 칠러(chiller)라 한다.
상기 칠러는 냉매의 온도를 제어하도록 다양한 히터와 냉각 수단을 포함하여 구성되는데, 대표적인 예로서 열교환기를 이용하는 방식 등이 있다.
도 1은 종래의 열교환기를 이용한 반도체 제조 설비의 온도제어장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이에 도시된 종래의 온도제어장치는 설비(또는 설비의 부하)(10)에 연결되어 열매체(Coolant)를 공급하거나 회수하는 순환라인(2), 순환라인(2)에 설치되는 열교환기(3), 열매체를 저장하는 저장탱크(4), 그리고 순환펌프(5)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 저장탱크(4)에는 열매체가 저장된다. 그리고 상기 순환라인(2)을 따라 저장탱크(4)에서 설비(또는 설비의 부하)(10)로 열매체가 공급되며, 다시 설비(10)에서 열매체가 회수되어 상기 저장탱크(4)로 저장된다.
한편, 상기 저장탱크(4)의 내부에는 히터(4a)가 구비되어, 상기 저장탱크(4)에 저장된 열매체를 적정 온도로 가열한다. 예컨대, 상기 히터(4a)는 상기 저장탱크(4)의 내부에서 측정된 열매체의 온도에 따라 설정온도에 비해 열매체의 온도가 낮아질 경우 열매체를 기 설정온도에 맞게 가열할 수 있다.
상기 열교환기(3)에는 열매체에 비해 차갑게 냉각된 냉각수(PCW: Process Cooling Water)가 순환되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 상기 순환라인(2)을 따라 상기 열교환기(3)를 통과하는 열매체의 온도는 적절히 냉각될 수 있다.
이와 같이 구성된 종래의 온도제어장치는 18~20℃ 정도의 냉각수(PCW: Process Cooling Water)를 이용하여 설비의 부하로부터 회수된 열매체(coolant)의 온도를 낮추는 방식이 이용되었다.
그런데 냉각수의 온도를 손쉽게 낮출 수 있다면 이러한 종래의 온도제어장치의 냉각성능을 대폭 향상시킬 수 있다. 그러나 현재로서는 냉각수의 온도를 낮추기에는 많은 제약이 따른다.
따라서, 열교환기를 이용한 온도제어장치의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 기술적 해결 방안이 요청된다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1367086호(2014.02.14. 공고일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 반도체 제조 설비를 위한 온도제어 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉각수와 별도로 순환되는 냉매를 이용하되, 상기 냉매의 순환 시, 냉매의 상 변화를 통해 나타나는 잠열을 이용하여 열매체의 온도를 더욱 폭 넓게 제어할 수 있어 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열교환기를 이용한 온도제어장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 설비의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 냉온 제어 및 순환시켜 상기 부하로 공급하는 온도제어장치로서, 상기 설비의 부하로부터 열매체를 회수하여 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크에 저장된 열매체를 상기 설비의 부하로 공급하도록 순환시키는 순환펌프; 상기 저장탱크로 저장되는 열매체를 설정온도로 냉각시키는 메인 열교환기; 및 상기 메인 열교환기와 냉각수(Process Cooling Water) 순환부 사이로 냉매가 순환하는 냉매 순환부를 포함하며, 상기 냉매 순환부 내에서, 상기 냉매는 상기 메인 열교환기를 통과하면서 열매체와 열교환 되어 기체 상태로 변화하고, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화하는 과정이 순환 도중 반복되며, 상 변화시의 잠열을 이용하여 열매체를 냉각시키는 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치를 제공한다.
상기 냉매 순환부는, 상기 메인 열교환기와 상기 냉각수 순환부 사이에서 냉매가 순환하는 경로를 제공하는 냉매 순환라인을 포함한다.
또한, 상기 냉매 순환부는, 상기 냉매 순환라인에 구비되며, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화된 냉매를 저장하는 냉매 저장탱크; 상기 냉매 저장탱크의 출측에 형성되며 냉매를 순환시키는 냉매 펌프; 상기 냉매 순환라인을 통해 상기 메인 열교환기로 공급되는 냉매의 공급량을 조절하며, 액체 상태인 냉매의 증발이 용이하도록 냉매를 분무형태로 공급하는 팽창밸브; 및 상기 메인 열교환기로부터 회수된 기체 상태로 변화된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 서브 열교환기를 포함한다.
또한, 상기 냉매 순환라인을 통해 연결된 분기라인을 통해 비례제어밸브가 구비되며, 상기 비례제어밸브는, 상기 메인 열교환기로 순환되는 냉매의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 설비의 부하와 상기 메인 열교환기 사이에 설치되어, 상기 설비의 부하로부터 회수되어 상기 메인 열교환기로 도입되는 열매체의 온도를 검출하는 제1온도센서를 포함한다.
또한, 상기 저장탱크로부터 상기 순환펌프에 의해 인출되어 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 온도를 검출하는 제2온도센서를 포함한다.
또한, 상기 제1온도센서와 상기 메인 열교환기 사이에 설치되어 상기 메인 열교환기로 도입되는 열매체의 유량을 측정하는 유량계를 포함한다.
또한, 상기 순환펌프와 상기 제2온도센서 사이에 설치되어 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 압력을 측정하는 압력계를 포함한다.
또한, 상기 냉매는, 프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 의하면, 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉각수와 별도로 순환되는 냉매를 이용하되, 상기 냉매의 순환 시, 냉매의 상 변화를 통해 나타나는 잠열을 이용하여 열매체의 온도를 더욱 폭 넓게 제어할 수 있어 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 상기 냉매가 순환하는 도중에, 냉매가 기체에서 액체로 상 변화되는 과정 중 나타나는 잠열을 이용하여 열매체의 온도를 더욱 폭 넓게 제어할 수 있어 냉각성능의 향상에 도움을 줄 수 있다.
도 1은 종래의 열교환기를 이용한 반도체 제조 설비의 온도제어장치를 간략히 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 이용한 온도제어장치를 간략히 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 이용한 온도제어장치 중에서 냉매 순환부를 도시한 부분개념도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기를 이용한 온도제어장치 중에서 냉매 순환부의 작용 효과를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치의 변형예로서 도 4에 도시된 냉매 순환부에 비례제어밸브를 추가한 모습을 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치의 실시예에 관하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치(이하, 간략히 '온도제어장치'라 함)는 저장탱크(110), 순환펌프(120), 메인 열교환기(130), 냉각수 순환부(140), 그리고 냉매 순환부(200)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치는, 설비(예컨대, 반도체 제조 설비)의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 열교환기, 즉 메인 열교환기(130)를 이용하여 냉온 제어하고 순환펌프(120)를 이용하여 순환시켜 설비의 부하(10)로 공급하는 장치에 해당한다.
저장탱크(110)는 상기 설비의 부하(10)로부터 열매체를 회수하여 저장하도록 구성될 수 있으며, 특정 형태로 제한되지 않으며 다양한 형상 및 구조를 가질 수 있다.
바람직한 예로서, 상기 저장탱크(110)의 내부에는 상기 저장탱크(110)의 내부에 저장된 열매체의 온도를 조절하기 위해 가열 동작을 수행하는 히터(111)가 더 구비될 수 있다. 일 예로서, 상기 히터(111)는 전기 히터 등으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
메인 열교환기(130)는 상기 설비의 부하(10)로부터 상기 저장탱크(110)를 향해 회수되는 열매체의 온도를 설정온도로 냉각시켜주는 역할을 담당한다.
기존의 경우, 상기 메인 열교환기(130)는 냉각수 순환부(140)를 통해 공급되는 냉각수(PCW: Process Cooling Water)와의 열교환을 통해 열매체의 온도를 냉각시키는 방식이 이용되었으나, 본 발명에서는 냉각성능을 더욱 더 향상시키기 위하여 잠열을 이용할 수 있도록 순환되는 냉매를 이용할 수 있다.
즉, 상기 메인 열교환기(130)의 내부에서는 하나의 채널을 통해 열매체가 이동하는 동시에, 또 하나의 채널을 통해서는 액체 상태(더 구체적으로는 분무 상태)의 냉매가 공급되어 열매체와 열교환 된다.
그리고 이 냉매가 메인 열교환기(130)를 통과하여 빠져나올 때에는 기체 상태로 변화한다
즉, 냉매의 상 변화 시 잠열을 이용함으로써 기존에 비해 높은 냉각성능을 가질 수 있다. 이와 같이 냉매를 순환시키는 구성으로서, 냉매 순환부(200)가 구비될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 냉매 순환부(200)는 냉매 순환라인(201)을 포함할 수 있다.
상기 냉매 순환라인(201)은 상기 기체 또는 액체 상태의 냉매가 순환되는 경로를 제공하는 배관 등의 부재로 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 냉매 순환라인(201)은 상기 냉매가 상기 메인 열교환기(130)와 상기 냉각수 순환부(140) 사이를 순환할 수 있는 형태로 배치될 수 있다.
여기서, 냉매라 함은, 프레온 가스 등이 이용될 수 있는데, 프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 구체적인 예로서, R404a, R407C, R507, R134a 등이 이용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
더 나아가, 상기 냉매 순환부(200)는 냉매 저장탱크(210), 냉매 펌프(220), 팽창밸브(230), 서브 열교환기(240)를 포함할 수 있다.
상기 냉매 저장탱크(210)는 상기 냉매 순환라인(201)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉매 저장탱크(210)는 상기 냉각수(즉, PCW)와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화된 냉매를 저장할 수 있다.
상기 냉매 펌프(220)는 상기 냉매 저장탱크(210)와 마찬가지로 상기 냉매 순환라인(201)에 구비될 수 있다.
한편, 상기 팽창밸브(230)는 상기 냉매 펌프(220)에 의해 상기 메인 열교환기(130)로 공급되는 냉매의 공급량을 조절할 수 있다. 이와 함께, 상기 팽창밸브(230)는 액체 상태인 냉매의 증발이 용이하도록 냉매를 분무형태로 공급하는 역할을 담당할 수 있다. 바람직하게는 상기 팽창밸브(230)는 상기 메인 열교환기(130)에 근접한 위치상에 설치될 수 있다. 이와 같은 팽창밸브(230)는 특정 형태로 제한되지 않으며, 온도식 팽창밸브, 전자식 팽창밸브가 모두 이용 가능하다.
그리고 상기 서브 열교환기(240)는 상기 메인 열교환기(130)로부터 회수된 기체 상태의 냉매를 냉각수(즉, PCW)와 열교환 시켜, 냉매를 액체 상태로 상 변화시키는 역할을 담당한다. 이로써, 서브 열교환기(240)를 통과한 액체 상태의 냉매는 상기 냉매 저장탱크(210)에 저장될 수 있다.
한편, 순환펌프(120)는 상기 저장탱크(110)에 저장된 열매체(C)를 상기 설비의 부하(10)로 공급하도록 열매체를 순환시키는 역할을 담당한다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치는 다수의 온도센서(181, 183)를 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 제1온도센서(183)와 제2온도센서(181)가 구비될 수 있다.
상기 제1온도센서(183)는 상기 설비의 부하(10)와 상기 메인 열교환기(130) 사이에 설치되어, 상기 메인 열교환기(130)로 도입되는 열매체의 온도를 검출할 수 있다. 그리고 상기 제2온도센서(181)는 상기 순환펌프(120)와 상기 설비의 부하(10) 사이에 설치되어, 상기 순환펌프(120)의 동작에 의해 상기 설비의 부하(10)로 공급되는 열매체의 온도를 검출할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치는 유량계, 압력계를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예로서, 유량계(193)는 상기 제1온도센서(183)와 상기 메인 열교환기(130) 사이에 설치되어, 상기 메인 열교환기(130)로 공급되는 열매체의 유량을 측정할 수 있도록 되어 있으며, 이에 한정되지 않는다.
그리고 압력계(191)는 상기 순환펌프(120)와 상기 제2온도센서(181) 사이에 설치되어, 상기 순환펌프(120)의 작동에 의해 상기 설비의 부하(10) 쪽으로 공급되는 열매체의 압력을 측정할 수 있도록 되어 있으며, 이에 한정되지 않는다.
한편, 미 설명된 도면부호 11은 설비의 부하(10)로 설정온도의 열매체가 공급되는 열매체 공급용 연결포트이며, 도면부호 13은 설비의 부하(10)로부터 열매체를 회수하는 열매체 회수용 연결포트를 의미한다.
그리고 도면부호 141은 냉각수(즉, PCW)를 공급하는 냉각수 공급포트이며, 도면부호 143은 냉각수(즉, PCW)를 회수하는 냉각수 회수포트를 의미한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부(200)의 세부 구성 및 작용 효과에 관하여 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부를 도시한 부분개념도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부의 작용 효과를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 냉매 순환부(200)의 일측에는 냉각수(W, 도 4 참조)가 공급 및 회수되는 냉각수 순환부(140, 도 3 참조)가 구비된다. 더 구체적으로는 상기 냉매 순환부(200)는 서브 열교환기(240)를 통해 냉각수 순환부(140, 도 3 참조)와 연결될 수 있다. 그리고 상기 냉각수 순환부(130)는 냉각수가 공급되는 냉각수 공급포트(141)와, 냉각수를 회수하는 냉각수 회수포트(143)를 포함할 수 있다.
그리고 냉매 순환부(200)의 타측은 메인 열교환기(130)와 연결될 수 있다. 이때, 설비의 부하로부터 회수되는 열매체(C)는 상기 메인 열교환기(130)를 통과하며 설정온도로 냉각된 후 미 도시된 저장탱크(110, 도 2 참조)에 저장될 수 있다.
기존의 경우, 상기 메인 열교환기(130)에서는 열매체(C)의 온도를 냉각시키기 위하여, 열매체(C)를 냉각수(W, 도 4 참조)와 열교환 시키는 방식이 이용되었다.
다시 말해, 대략 18~20℃ 정도의 냉각수의 현열을 직접적으로 이용하여 열매체(C)의 온도를 냉각시켰다. 하지만, 전체적인 온도제어장치의 냉각성능을 향상시키기 위하여 냉각수의 온도를 낮추는 데에는 많은 제악이 따랐다.
이 같은 불편을 해소하기 위해서, 냉각수(W, 도 4 참조)와 열교환 되어 액체 상태로 상 변화하며, 메인 열교환기 내에서 열매체(C)와 열교환 되어 기체 상태로 상 변화하며, 이 때의 잠열을 이용하여 상기 열매체(C)를 보다 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 냉매 순환부(200)를 구성하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 냉매 순환부(200)는 프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나(구체적인 예로서, R404a, R407C, R507, R134a 등)의 냉매를 이용할 수 있으며, 이러한 냉매를 메인 열교환기(130)와 서브 열교환기(240) 사이로 순환시킬 수 있도록 형성된다.
다시 말해, 상기 서브 열교환기(240)에서 냉각수(W)와 열교환 되어 냉매는 액체 상태의 냉매(R)로 냉매 저장탱크(210)에 저장된다. 이어서, 냉매 펌프(220)에 의해 메인 열교환기(130) 쪽으로 순환된다.
상기 순환되는 액체 상태의 냉매(R)는 팽창밸브(230)를 통해 증발이 용이한 형태, 즉 분무형태로 만들어진 후 메인 열교환기(130)로 공급될 수 있다.
한편, 상기 메인 열교환기(130) 내부에서 분무형태의 냉매와 열교환이 이루어진 열매체(C)는 설정온도로 냉각될 수 있다. 그리고 상기 메인 열교환기(130)를 거친 냉매는 기체 상태의 냉매(R')로 변화되어 배출된다. 즉, 냉매가 액체 상태(즉, 분무형태)에서 기체 상태로 상 변화할 때 발생되는 잠열을 이용할 수 있어 냉각성능이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
이후, 기체 상태의 냉매(R')는 열교환기(240) 쪽으로 순환하여 냉각수(W)와의 열교환에 의해 액체 상태의 냉매(R)로 다시 변화될 수 있다. 이 같은 냉매의 순환 및 상 변화 과정은 반복적으로 이루어질 수 있다.
즉, 기존의 방식에 따르면 냉각수는 온도 차에 의한 현열을 이용하는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매의 경우 상 변화를 통한 잠열을 이용하게 되어, 냉각성능의 향상을 도모할 수 있다. 그리고 설비의 높은 부하에 대응이 가능한 장점이 있다.
이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 냉매 순환부에 비례제어밸브가 추가 구성된 변형예를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 냉매 순환라인(200)을 통해 연결된 분기라인을 통해 비례제어밸브(270)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 비례제어밸브(270)는, 상기 메인 열교환기(130)로 순환되는 냉매의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
만일, 설비의 부하로부터 회수되는 열매체의 온도가 공급되는 열매체의 온도보다 높을 경우, 온도 편차에 따라 상기 팽창밸브(230)의 개도가 증가하고, 상기 비례제어밸브(270)의 개도는 감소하여 메인 열교환기(130)로 순환되는 냉매(R)의 양을 제어할 수 있다.
반대의 경우로서, 설비로부터 회수되는 열매체의 온도가 공급되는 열매체의 온도보다 낮을 경우, 온도 편차에 따라 상기 팽창밸브(230)의 개도가 감소하고, 상기 비례제어밸브(270)의 개도가 증가하여 메인 열교환기(130)로 순환되는 냉매(R)의 양을 제어할 수 있다.
한편, 상기 비례제어밸브(270)가 설치되는 분기라인의 일단부는 상기 냉매 펌프(220)로부터 상기 팽창밸브(230)로 냉매가 공급되는 냉매 순환라인의 경로 상에 결합될 수 있으며, 분기라인의 타단부는 메인 열교환기(130)으로부터 상기 서브 열교환기(240)로 냉매가 공급되는 냉매 순환라인의 경로 상에 결합될 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉각수와 별도로 순환되는 냉매를 이용하되, 상기 냉매의 순환 시, 냉매의 상 변화를 통해 나타나는 잠열을 이용하여 열매체의 온도를 더욱 폭 넓게 제어할 수 있어 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 상기 냉매가 순환하는 도중에, 냉매가 기체에서 액체로 상 변화되는 과정 중 나타나는 잠열을 이용하여 열매체의 온도를 더욱 폭 넓게 제어할 수 있어 냉각성능의 향상에 도움을 줄 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치에 관하여 살펴보았다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 설비(또는 설비의 부하) 11: 제1연결포트
13: 제2연결포트 110: 저장탱크
120: 순환펌프 130: 메인 열교환기
140: 냉각수 순환부 181: 제2온도센서
183: 제1온도센서 191: 압력계
193: 유량계 200: 냉매 순환부
201: 냉매 순환라인 210: 냉매 저장탱크
220: 냉매 펌프 230: 팽창밸브
240: 서브 열교환기

Claims (9)

  1. 설비의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 냉온 제어 및 순환시켜 상기 부하로 공급하는 온도제어장치로서,
    상기 설비의 부하로부터 열매체를 회수하여 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크에 저장된 열매체를 상기 설비의 부하로 공급하도록 순환시키는 순환펌프;
    상기 저장탱크로 저장되는 열매체를 설정온도로 냉각시키는 메인 열교환기; 및
    상기 메인 열교환기와 냉각수(Process Cooling Water) 순환부 사이로 냉매가 순환하는 냉매 순환부를 포함하며,
    상기 냉매 순환부 내에서, 상기 냉매는 상기 메인 열교환기를 통과하면서 열매체와 열교환 되어 기체 상태로 변화하고, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화하는 과정이 순환 도중 반복되며, 상 변화시의 잠열을 이용하여 열매체를 냉각시키며,
    상기 냉매 순환부는, 상기 메인 열교환기와 상기 냉각수 순환부 사이에서 냉매가 순환하는 경로를 제공하는 냉매 순환라인과, 상기 냉매 순환라인에 구비되며, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화된 냉매를 저장하는 냉매 저장탱크와, 상기 냉매 저장탱크의 출측에 형성되며 냉매를 순환시키는 냉매 펌프와, 상기 냉매 순환라인을 통해 상기 메인 열교환기로 공급되는 냉매의 공급량을 조절하며, 액체 상태인 냉매의 증발이 용이하도록 냉매를 분무형태로 공급하는 팽창밸브와, 상기 메인 열교환기로부터 회수된 기체 상태로 변화된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 서브 열교환기를 포함하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인을 통해 연결된 분기라인을 통해 비례제어밸브가 구비되며,
    상기 비례제어밸브는,
    상기 메인 열교환기로 순환되는 냉매의 양을 제어하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 설비의 부하와 상기 메인 열교환기 사이에 설치되어, 상기 설비의 부하로부터 회수되어 상기 메인 열교환기로 도입되는 열매체의 온도를 검출하는 제1온도센서를 포함하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 상기 순환펌프에 의해 인출되어 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 온도를 검출하는 제2온도센서를 포함하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1온도센서와 상기 메인 열교환기 사이에 설치되어 상기 메인 열교환기로 도입되는 열매체의 유량을 측정하는 유량계를 포함하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 순환펌프와 상기 제2온도센서 사이에 설치되어 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 압력을 측정하는 압력계를 포함하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 냉매는,
    프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치.
KR1020150024324A 2015-02-17 2015-02-17 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치 KR101543732B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150024324A KR101543732B1 (ko) 2015-02-17 2015-02-17 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150024324A KR101543732B1 (ko) 2015-02-17 2015-02-17 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101543732B1 true KR101543732B1 (ko) 2015-08-11

Family

ID=54060834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150024324A KR101543732B1 (ko) 2015-02-17 2015-02-17 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101543732B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101949490B1 (ko) * 2018-10-19 2019-05-21 주식회사 삼정이엔씨 수소가스충전기용 냉각장치
KR20210061281A (ko) * 2019-11-18 2021-05-27 제주대학교 산학협력단 이젝터를 이용한 냉동장치
KR102290890B1 (ko) * 2020-07-06 2021-08-20 주식회사 에프에스티 반도체 공정 설비에 사용되는 혼합형 칠러 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012163246A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 E's Inc 水の潜熱を利用した熱交換器及びそれを用いた空調機

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012163246A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 E's Inc 水の潜熱を利用した熱交換器及びそれを用いた空調機

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101949490B1 (ko) * 2018-10-19 2019-05-21 주식회사 삼정이엔씨 수소가스충전기용 냉각장치
KR20210061281A (ko) * 2019-11-18 2021-05-27 제주대학교 산학협력단 이젝터를 이용한 냉동장치
KR102388766B1 (ko) * 2019-11-18 2022-04-22 제주대학교 산학협력단 이젝터를 이용한 냉동장치
KR102290890B1 (ko) * 2020-07-06 2021-08-20 주식회사 에프에스티 반도체 공정 설비에 사용되는 혼합형 칠러 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101200897B1 (ko) 열펌프의 성능시험장치
JP4956672B2 (ja) 半導体製造装置の温度調節システム
KR101109730B1 (ko) 반도체 공정용 칠러 장치 및 이의 온도제어 방법
KR101543732B1 (ko) 냉각성능이 향상된 열교환기를 이용한 온도제어장치
CN106403175B (zh) 冷水机组的控制方法及冷水机组
KR101533696B1 (ko) 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치
JP6168958B2 (ja) 温水装置及び温水装置における異常通知方法
KR101425989B1 (ko) 히트펌프 성능평가 시스템
KR20130116360A (ko) 이원 냉동 사이클 장치
JP2012172869A (ja) ヒートポンプ装置
KR101456878B1 (ko) 히트펌프 성능평가 시스템의 제어방법
JP2017075761A (ja) 水加熱装置
TWI675263B (zh) 液體溫控裝置和方法
JP6192610B2 (ja) 温水装置及び温水装置における異常通知方法
US11506435B2 (en) Water regulator
KR20200007771A (ko) 냉동 장치 및 온도 제어 장치
JP6072670B2 (ja) ヒートポンプ式給湯暖房システム
KR101438182B1 (ko) 브라인 온도 및 유량 제어용 부가 장치
KR101766466B1 (ko) 무성에 고성능 공기열 히트펌프 시스템
KR102246406B1 (ko) 분리형 반도체 공정용 칠러 장치
JP3651370B2 (ja) 冷凍装置
JP2004232905A (ja) 冷凍装置
JP2014145522A (ja) 温調システム
CN109341126A (zh) 一种制冷系统和控制方法
CN106989534A (zh) 热泵系统内的传感器布置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180806

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190805

Year of fee payment: 5