KR102290401B1 - Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor - Google Patents

Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor Download PDF

Info

Publication number
KR102290401B1
KR102290401B1 KR1020200003463A KR20200003463A KR102290401B1 KR 102290401 B1 KR102290401 B1 KR 102290401B1 KR 1020200003463 A KR1020200003463 A KR 1020200003463A KR 20200003463 A KR20200003463 A KR 20200003463A KR 102290401 B1 KR102290401 B1 KR 102290401B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
brine
evaporator
main equipment
liquid nitrogen
Prior art date
Application number
KR1020200003463A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210090355A (en
Inventor
권진한
유욱진
이병찬
반윤식
방진영
Original Assignee
유니셈 주식회사
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 유니셈 주식회사 filed Critical 유니셈 주식회사
Priority to KR1020200003463A priority Critical patent/KR102290401B1/en
Publication of KR20210090355A publication Critical patent/KR20210090355A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102290401B1 publication Critical patent/KR102290401B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/06Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/068Expansion valves combined with a sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/01Heaters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D29/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25D29/001Arrangement or mounting of control or safety devices for cryogenic fluid systems

Abstract

냉동기를 적용하지 않고 초저온을 구현할 수 있는 칠러 장치가 개시된다. 상기 칠러 장치는, 냉매로 액체 질소를 이용해서 온도를 하강시켜주는 냉동사이클, 상기 냉동사이클과 증발기를 통하여 열 교환하여 상기 하강된 온도를 브라인을 통해 메인 장비로 전달해주는 냉매사이클을 구비하며, 상기 액체 질소는, 상기 증발기에서 흡열 반응에 의해 상기 브라인의 열을 빼앗아 기체 상태로 증발하고, 상기 브라인은 초저온 상태로 상기 메인 장비에 공급된다.Disclosed is a chiller device capable of implementing ultra-low temperature without applying a refrigerator. The chiller device includes a refrigeration cycle for lowering the temperature using liquid nitrogen as a refrigerant, a refrigerant cycle for transferring heat through the refrigeration cycle and the evaporator to transfer the lowered temperature to the main equipment through a brine, Liquid nitrogen is evaporated in a gaseous state by taking heat from the brine by an endothermic reaction in the evaporator, and the brine is supplied to the main equipment in a cryogenic state.

Description

초저온을 구현하는 칠러 장치{Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor}TECHNICAL FIELD [0002] Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor

본 발명은 초저온을 구현하는 칠러 장치에 관한 것으로, 특히 냉동기를 적용하지 않고 초저온을 구현할 수 있는 기술에 관련한다.The present invention relates to a chiller device for implementing an ultra-low temperature, and more particularly, to a technology capable of implementing an ultra-low temperature without applying a refrigerator.

종래의 반도체나 디스플레이 패널 일반 제조공정에서는 열 매체(브라인)를 최저 -20℃ 정도로 사용하였으나, 최근 에치-옥사이드 공정에서 식각의 효율을 높이는 방안으로 메인 챔버를 초저온으로 냉각시키는 방식이 연구되고 있고, 이에 따라 초저온 칠러에 대한 개발 요구가 늘어나고 있다.In the conventional semiconductor or display panel general manufacturing process, a thermal medium (brine) was used at a minimum of -20°C, but recently, a method of cooling the main chamber to a very low temperature as a way to increase the etching efficiency in the etch-oxide process is being studied, Accordingly, there is an increasing demand for development of cryogenic chillers.

해당 요구에 의해 기개발된 초저온 칠러 장치는 압축기와 응축기를 포함하는 냉동기를 이용하여 초저온을 얻는 방식인데, 이는 1개 이상의 냉동기에 여러 종류의 냉매가스로 구성되며, 특히 -100℃에 도달하기 위해서는 최소 2개 이상의 냉동기가 필요하다.The cryogenic chiller device, which has been developed according to the request, is a method to obtain cryogenic temperature using a refrigerator including a compressor and a condenser, which is composed of several types of refrigerant gas in one or more refrigerators. At least two refrigerators are required.

예를 들어, 본 발명의 출원인에 의해 출원되어 공개된 공개특허 2019-0125892는, 냉매를 이용해서 온도를 하강시켜주는 냉동사이클과 상기 냉동사이클에서 하강된 온도를 냉매를 통해 메인 장비로 전달해주는 냉매사이클을 구비하며, 상기 냉동사이클은 캐스케이드(cascade) 연결된 1차 및 2차 냉동사이클로 구성되고, 상기 1차 및 2차 냉동사이클 각각은 팽창밸브와 열교환기로 구성되는 V-I(Vapor-Injection) 모듈을 구비하고, 상기 V-I 모듈에서, 상기 팽창밸브의 후단이 상기 열교환기로 연결되고 상기 팽창밸브의 전단에서 분기되어 상기 열교환기로 연결되어 상기 열교환기에서 이들이 서로 열교환 하여 냉매 온도를 하강시키는 것을 특징으로 하는 초저온 반도체 칠러 장치를 개시한다.For example, Patent Publication 2019-0125892 applied and published by the applicant of the present invention discloses a refrigeration cycle that lowers the temperature using a refrigerant and a refrigerant that transfers the temperature lowered in the refrigeration cycle to the main equipment through the refrigerant. and a cycle, wherein the refrigeration cycle is composed of cascade-connected primary and secondary refrigeration cycles, and each of the primary and secondary refrigeration cycles includes a VI (Vapor-Injection) module composed of an expansion valve and a heat exchanger. and, in the VI module, a rear end of the expansion valve is connected to the heat exchanger, branched from a front end of the expansion valve and connected to the heat exchanger, so that they exchange heat with each other in the heat exchanger to lower the refrigerant temperature. A chiller device is started.

이 칠러 장치에서도 1차 및 2차 냉동사이클을 구성하는 2개의 냉동기를 필요로 하고 있다.This chiller device also requires two refrigerators constituting the primary and secondary refrigeration cycles.

그 결과, 칠러 장치의 크기가 커짐은 물론이고, 전력비 등의 유지비용과 냉동기 등의 보수비용도 그만큼 증가하게 되며, 소음과 진동의 문제가 발생될 여지도 있다. As a result, not only the size of the chiller device increases, but also the maintenance cost such as electric power cost and the maintenance cost of the refrigerator are increased as much, and there is a possibility that the problem of noise and vibration may occur.

또한, 지구 온난화 지수(Global Warming Potential, GWP)가 높은 냉매 가스를 사용할 수밖에 없어 지구 온난화에도 기여한다고 볼 수 있다.In addition, it can be seen that the refrigerant gas having a high global warming potential (GWP) has no choice but to contribute to global warming.

따라서, 본 발명의 목적은 냉동기를 적용하지 않고 초저온까지 냉매의 온도를 하강시키고 유지시킬 수 있는 칠러 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a chiller device capable of lowering and maintaining the temperature of a refrigerant to a very low temperature without applying a refrigerator.

상기의 목적은, 냉매로 액체 질소를 이용해서 온도를 하강시켜주는 냉동사이클, 상기 냉동사이클과 증발기를 통하여 열 교환하여 상기 하강된 온도를 브라인을 통해 메인 장비로 전달해주는 냉매사이클을 구비하며, 상기 액체 질소는, 상기 증발기에서 흡열 반응에 의해 상기 브라인의 열을 빼앗아 기체 상태로 증발하고, 상기 브라인은 초저온 상태로 상기 메인 장비에 공급되는 것을 특징으로 하는 초저온을 구현하는 칠러 장치에 의해 달성된다.The above object is provided with a refrigeration cycle for lowering the temperature using liquid nitrogen as a refrigerant, a refrigerant cycle for transferring heat through the refrigeration cycle and the evaporator to transfer the lowered temperature to the main equipment through a brine, Liquid nitrogen, in the evaporator, takes heat from the brine by an endothermic reaction and evaporates in a gaseous state, and the brine is supplied to the main equipment in a cryogenic state. It is achieved by a chiller device implementing a cryogenic temperature.

바람직하게, 상기 액체 질소의 증발온도는 최저 -196℃일 수 있다.Preferably, the evaporation temperature of the liquid nitrogen may be at least -196 ℃.

바람직하게, 상기 냉동사이클에서, 상기 액체 질소의 유량은 상기 증발기의 전단에 설치된 팽창밸브에 의해 조절될 수 있다.Preferably, in the refrigeration cycle, the flow rate of the liquid nitrogen may be adjusted by an expansion valve installed at a front end of the evaporator.

바람직하게, 상기 냉매사이클에서, 상기 증발기의 후단에 브라인 탱크와 히터가 설치되고, 상기 브라인은 상기 히터에 의해 온도 보상될 수 있다.Preferably, in the refrigerant cycle, a brine tank and a heater are installed at the rear end of the evaporator, and the brine may be temperature compensated by the heater.

바람직하게, 상기 증발기의 후단에 순환펌프가 설치되고, 상기 브라인의 압력과 유량의 제어는 상기 순환펌프의 회전수를 제어하여 조절될 수 있다.Preferably, a circulation pump is installed at the rear end of the evaporator, and the control of the pressure and flow rate of the brine can be adjusted by controlling the rotation speed of the circulation pump.

본 발명에 의하면, 냉동기 없이 초저온을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement an ultra-low temperature without a refrigerator.

또한, 냉동기를 사용하지 않기 때문에, 장비 크기를 축소할 수 있고, 제작비, 유지비 및 보수비를 절감할 수 있으며, 소음과 진동을 줄일 수 있다.In addition, since the refrigerator is not used, the size of the equipment can be reduced, the production cost, maintenance cost, and maintenance cost can be reduced, and noise and vibration can be reduced.

또한, 냉매가스를 사용하지 않아 지구 온난화에 기여하지 않는다.In addition, since refrigerant gas is not used, it does not contribute to global warming.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 계통도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 칠러 장치를 이용하여 브라인을 냉각시킨 과정을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 칠러 장치를 이용하여 브라인을 냉각시키고 유지하는 보여주는 그래프이다.
1 shows a system schematic diagram according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing a process of cooling the brine using the chiller device of the present invention.
3 is a graph showing cooling and maintaining the brine using the chiller device of the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be interpreted as meanings generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in particular in the present invention, and excessively comprehensive It should not be construed in the meaning of a human being or in an excessively reduced meaning. In addition, when the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood by being replaced with a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted as defined in advance or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced meaning.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 계통도를 나타낸다.1 shows a system schematic diagram according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 칠러 장치(100)는 냉동사이클(110)과 냉매사이클(120)을 구비하며, 사이클 별로 각기 다른 냉매를 사용한다.The chiller device 100 according to the present invention includes a refrigeration cycle 110 and a refrigerant cycle 120, and uses different refrigerants for each cycle.

냉동사이클(110)은 질소를 냉매로 이용해서 온도를 하강시켜주고, 냉매사이클(120)은 냉동사이클(110)에서 하강된 온도를 브라인(brine) 냉매를 통해 반도체 또는 디스플레이 패널의 제조설비의 메인 장비로 전달하여 열 부하를 제거하는 역할을 한다.The refrigeration cycle 110 lowers the temperature by using nitrogen as a refrigerant, and the refrigerant cycle 120 transfers the temperature lowered in the refrigeration cycle 110 to the main of the semiconductor or display panel manufacturing facility through a brine refrigerant. It serves to remove the heat load by transferring it to the equipment.

양 사이클 모두 냉매를 이용하지만, 이하에서는 구별의 편의를 위해 냉동사이클과 냉매사이클로 구분하여 사용한다. Both cycles use a refrigerant, but hereinafter, for convenience of distinction, a refrigeration cycle and a refrigerant cycle are used separately.

냉동사이클(110)의 열매체인 질소는 증발기(130)에서 냉동사이클(120)의 열매체인 브라인과 열 교환을 하여 액체 상태에서 기체 상태로 변화되고, 브라인은 초저온으로 온도가 하강하게 된다.Nitrogen, the heating medium of the refrigeration cycle 110, is changed from a liquid state to a gas phase by heat exchange with brine, a heating medium of the refrigeration cycle 120, in the evaporator 130, and the temperature of the brine is lowered to a very low temperature.

냉동사이클(110)에서 증발기(130)의 전단과 후단을 구성하는 입력라인과 출력라인에 각각 냉매의 온도와 압력을 측정하는 온도센서 T1, T2와 압력센서 P1 - P3가 설치되고, 팽창밸브(112)의 전단에 유량센서 F1이 설치된다.Temperature sensors T1 and T2 and pressure sensors P1 - P3 for measuring the temperature and pressure of the refrigerant, respectively, are installed in the input line and the output line constituting the front and rear ends of the evaporator 130 in the refrigeration cycle 110, and the expansion valve ( 112), a flow sensor F1 is installed at the front end.

액체 질소의 유량은 팽창밸브(112)를 조절하여 설정할 수 있으며, 액체 질소의 유량은 유량센서 F1에서 확인할 수 있다.The flow rate of liquid nitrogen may be set by adjusting the expansion valve 112 , and the flow rate of liquid nitrogen may be confirmed by the flow sensor F1.

또한, 공급측 온도센서 T1과 회수측 온도센서 T2의 온도 차이가 클수록 질소가 증발기(130) 내부에서 완전 증발했다는 것을 의미하며, 이들의 온도 차이가 적거나 나지 않으면 액체 질소의 유량이 지나치게 많을 가능성이 있다.In addition, as the temperature difference between the supply-side temperature sensor T1 and the recovery-side temperature sensor T2 is large, it means that the nitrogen has completely evaporated inside the evaporator 130, and if there is little or no temperature difference between them, there is a possibility that the flow rate of liquid nitrogen is too large. have.

냉동사이클(110)에서, 액체 질소가 팽창밸브(112)를 통과하는데, 팽창밸브(112)를 통과하는 과정에서 팽창밸브(112)의 개도 조절을 통해 유량을 조절할 수 있다.In the refrigeration cycle 110 , liquid nitrogen passes through the expansion valve 112 , and in the process of passing through the expansion valve 112 , the flow rate may be adjusted by adjusting the opening degree of the expansion valve 112 .

다시 말해, 팽창밸브(112)가 많이 열리게 되면 브라인이 과냉될 수 있고, 팽창밸브(112)가 적게 열리면 브라인 온도가 상승할 수 있다.In other words, when the expansion valve 112 is opened a lot, the brine may be supercooled, and when the expansion valve 112 is opened a little, the brine temperature may rise.

액체 질소는 온도센서 T1과 압력센서 P2를 통과하여 증발기(130)에 유입되고, 증발기(130)에서 열교환에 의한 흡열반응이 일어난다. 즉, 액체 상태의 질소는 브라인의 열을 빼앗아 기체 상태로 증발하기 시작하며, 이때 질소의 증발온도는 최저 -196℃ 정도에 이른다. Liquid nitrogen passes through the temperature sensor T1 and the pressure sensor P2 and flows into the evaporator 130 , and an endothermic reaction occurs by heat exchange in the evaporator 130 . That is, the nitrogen in the liquid state takes heat from the brine and starts to evaporate into a gaseous state, and the evaporation temperature of nitrogen at this time reaches a minimum of about -196°C.

증발된 기체 질소는 온도 센서 T2와 압력 센서 P3을 통과하여 회수된다.The evaporated gaseous nitrogen passes through the temperature sensor T2 and the pressure sensor P3 and is recovered.

한편, 냉매사이클(120)에서, 메인 챔버(200)에서 회수된 브라인은 회수라인의 온도 센서 T3과 유량 센서 F2를 거쳐 증발기(130)에 도달하게 된다. Meanwhile, in the refrigerant cycle 120 , the brine recovered from the main chamber 200 reaches the evaporator 130 through the temperature sensor T3 and the flow rate sensor F2 of the recovery line.

브라인이 증발기(130)에 도달하면 액체 질소의 흡열작용에 의해 열을 빼앗기게 되며, 이를 통해 브라인이 초저온 상태로 된다. 여기서, 브라인의 최저 온도는 약 -120℃이다.When the brine reaches the evaporator 130, heat is taken away by the endothermic action of liquid nitrogen, and through this, the brine is in a cryogenic state. Here, the lowest temperature of the brine is about -120 °C.

증발기(130)를 통과한 브라인은 브라인 탱크(122)를 거쳐 히터(124)를 통해 온도 보상을 받는다. The brine that has passed through the evaporator 130 is subjected to temperature compensation through the heater 124 through the brine tank 122 .

이후, 순환펌프(125)를 통해 온도센서 T5와 압력센서 P4를 통과하여 메인 챔버(200)로 공급된다.Then, it is supplied to the main chamber 200 through the circulation pump 125 through the temperature sensor T5 and the pressure sensor P4.

제어부는, 냉매사이클(120)의 회수라인의 온도센서 T3과 공급라인 온도센서 T5에서 각각 감지한 브라인 온도의 차이를 비교하고 회수라인의 유량센서 F2를 참조하여 메인 챔버(200)의 부하 처리량을 계산한다.The control unit compares the difference between the temperature sensor T3 of the recovery line of the refrigerant cycle 120 and the temperature sensor T5 of the supply line respectively detected by the temperature sensor T5 of the brine and refers to the flow rate sensor F2 of the recovery line to determine the load throughput of the main chamber 200 Calculate.

공급 제어의 경우 공급라인의 온도센서 T5를 메인 챔버(200)에서 요구하는 온도로 맞춰서 유체를 공급하고, 회수 제어의 경우 회수라인의 온도센서 T3을 메인 챔버(200)에서 요구하는 온도로 맞춰서 유체를 공급한다.In the case of supply control, the fluid is supplied by adjusting the temperature sensor T5 of the supply line to the temperature required by the main chamber 200 , and in the case of recovery control, the temperature sensor T3 of the recovery line is adjusted to the temperature required by the main chamber 200 to supply the fluid. to supply

상기한 것처럼, 브라인이 열교환기(130)를 통과하여 설정온도 이하로 냉각되고, 히터(124)를 통해 설정온도 수준으로 맞춰진 후 공급하는데, 순환펌프(125)나 배관 등에서의 열손실을 고려하여 제어하게 된다.As described above, the brine passes through the heat exchanger 130 and is cooled below the set temperature, and is supplied after being adjusted to the set temperature level through the heater 124. Considering the heat loss from the circulation pump 125 or the pipe, etc. will take control

압력과 유량의 제어는 순환펌프(125)의 회전수를 제어함으로써 맞출 수 있다. 순환펌프(125)의 회전수는 인버터를 사용하여 헤르츠를 제어하는 방식으로, 압력센서 P4 및 유량센서 F2와 연동되어 설정값으로 맞춰진다.The pressure and flow rate can be controlled by controlling the rotation speed of the circulation pump 125 . The rotation speed of the circulation pump 125 is set to a set value in conjunction with the pressure sensor P4 and the flow rate sensor F2 in a manner of controlling hertz using an inverter.

도 2는 본 발명의 칠러 장치를 이용하여 브라인을 냉각시킨 과정을 보여주는 그래프이다. 여기서, 브라인은 3M사의 제품인 HFE-7200을 사용하였다.2 is a graph showing a process of cooling the brine using the chiller device of the present invention. Here, as the brine, HFE-7200 manufactured by 3M was used.

그래프에서 보여준 것처럼, 20℃에서 -100℃까지 냉각하느데 대략 12분 정도 소요된다.As shown in the graph, it takes about 12 minutes to cool from 20℃ to -100℃.

도 3은 본 발명의 칠러 장치를 이용하여 브라인을 냉각시키고 유지하는 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing cooling and maintaining the brine using the chiller device of the present invention.

브라인을 -100℃에서 유지시키려면, 액체 질소의 증발온도는 그보다 낮으므로, 상기한 것처럼, 단일 사이클 시스템으로는 히터를 사용해서 온도를 상승하여 맞춰야 한다.To keep the brine at -100°C, the vaporization temperature of liquid nitrogen is lower than that, and, as described above, in a single cycle system, a heater must be used to raise the temperature.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 청구범위에 의해 해석되어야 한다.Although the above description has been focused on the embodiments of the present invention, it goes without saying that various changes may be made at the level of those skilled in the art. Accordingly, the scope of the present invention cannot be construed as being limited to the above-described embodiments, and should be construed by the claims described below.

100: 칠러 장치
110: 냉동사이클
112: 팽창밸브
130: 증발기
120: 냉매사이클
122: 브라인 탱크
124: 히터
125: 순환펌프
200: 메인 챔버
100: chiller device
110: refrigeration cycle
112: expansion valve
130: evaporator
120: refrigerant cycle
122: brine tank
124: heater
125: circulation pump
200: main chamber

Claims (5)

냉매로 액체 질소를 이용해서 온도를 하강시켜주는 냉동사이클, 상기 냉동사이클과 증발기를 통하여 열 교환하여 상기 하강된 온도를 브라인을 통해 메인 장비로 전달해주는 냉매사이클을 구비하며,
상기 냉동사이클은 상기 증발기를 기준으로 입력라인과 출력라인을 구비하고, 상기 냉매사이클은 상기 증발기를 기준으로 공급라인과 회수라인을 구비하고,
상기 입력라인에는 상기 액체 질소의 유량을 조절하는 팽창밸브가 설치되고, 상기 공급라인에는 브라인 탱크와 순환펌프가 설치되고,
상기 메인 장비로 공급되는 브라인의 압력과 유량은 상기 순환펌프의 회전수에 의해 제어되고,
상기 액체 질소는, 상기 증발기에서 흡열 반응에 의해 상기 브라인의 열을 빼앗아 기체 상태로 증발하고, 상기 브라인은 초저온 상태로 상기 메인 장비에 공급되는 것을 특징으로 하는 초저온을 구현하는 칠러 장치.
A refrigeration cycle for lowering the temperature using liquid nitrogen as a refrigerant, a refrigerant cycle for transferring heat through the refrigeration cycle and an evaporator to transfer the lowered temperature to the main equipment through a brine,
The refrigeration cycle includes an input line and an output line based on the evaporator, and the refrigerant cycle includes a supply line and a recovery line based on the evaporator,
An expansion valve for controlling the flow rate of the liquid nitrogen is installed in the input line, and a brine tank and a circulation pump are installed in the supply line,
The pressure and flow rate of the brine supplied to the main equipment is controlled by the rotation speed of the circulation pump,
The liquid nitrogen is evaporated in a gaseous state by taking heat from the brine by an endothermic reaction in the evaporator, and the brine is supplied to the main equipment in a cryogenic state.
청구항 1에서,
상기 회수라인의 온도센서와 상기 공급라인의 온도센서에서 각각 감지한 브라인 온도의 차이를 비교하고 상기 회수라인의 유량센서를 참조하여 상기 메인 장비의 부하 처리량을 계산하는 것을 특징으로 하는 초저온을 구현하는 칠러 장치.
In claim 1,
Comparing the difference between the temperature of the brine detected by the temperature sensor of the recovery line and the temperature sensor of the supply line, and calculating the load throughput of the main equipment with reference to the flow sensor of the recovery line chiller device.
청구항 1에서,
공급 제어의 경우 상기 공급라인의 온도센서를 상기 메인 장비에서 요구하는 온도로 맞춰서 유체를 공급하고, 회수 제어의 경우 상기 회수라인의 온도센서를 상기 메인 장비에서 요구하는 온도로 맞춰서 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 초저온을 구현하는 칠러 장치.
In claim 1,
In the case of supply control, the temperature sensor of the supply line is adjusted to the temperature required by the main equipment to supply the fluid, and in the case of recovery control, the temperature sensor of the recovery line is adjusted to the temperature required by the main equipment to supply the fluid. Chiller device that implements the cryogenic temperature characterized.
청구항 1에서,
상기 액체 질소의 증발온도는 최저 -196℃인 것을 특징으로 하는 초저온을 구현하는 칠러 장치.
In claim 1,
The evaporation temperature of the liquid nitrogen is a chiller device implementing an ultra-low temperature, characterized in that the lowest -196 ℃.
청구항 1에서,
상기 냉매사이클에서, 상기 증발기의 후단에 히터가 더 설치되고, 상기 브라인은 상기 히터에 의해 온도 보상되는 것을 특징으로 하는 초저온을 구현하는 칠러 장치.
In claim 1,
In the refrigerant cycle, a heater is further installed at the rear end of the evaporator, and the brine is temperature compensated by the heater.
KR1020200003463A 2020-01-10 2020-01-10 Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor KR102290401B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200003463A KR102290401B1 (en) 2020-01-10 2020-01-10 Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200003463A KR102290401B1 (en) 2020-01-10 2020-01-10 Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210090355A KR20210090355A (en) 2021-07-20
KR102290401B1 true KR102290401B1 (en) 2021-08-18

Family

ID=77127424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200003463A KR102290401B1 (en) 2020-01-10 2020-01-10 Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102290401B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102652924B1 (en) * 2022-02-08 2024-04-01 유니셈 주식회사 Chiller apparatus using peak cut technology

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253454A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Tokyo Electron Ltd Temperature control system and substrate processor
JP2019535981A (en) * 2016-12-06 2019-12-12 日本エア・リキード株式会社 Hydrogen fuel supply system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253454A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Tokyo Electron Ltd Temperature control system and substrate processor
JP2019535981A (en) * 2016-12-06 2019-12-12 日本エア・リキード株式会社 Hydrogen fuel supply system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210090355A (en) 2021-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9599395B2 (en) Refrigerating apparatus
Jensen et al. Optimal operation of simple refrigeration cycles: Part I: Degrees of freedom and optimality of sub-cooling
KR102290401B1 (en) Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor
Li et al. Experimental study on reliable operation strategy for multi-split backplane cooling system in data centers
JPH02195130A (en) Heat pump capable of supplying both cold and hot fluids simultaneously
KR20100027353A (en) Refrigerating and freezing apparatus
KR101262927B1 (en) Apparatus for dual heat pump
JP5615686B2 (en) Supercritical cycle heat pump equipment
JPH0473556A (en) Absorption type heat pump
CN110579370A (en) Dryness blending type heat exchanger comprehensive test system
KR100884319B1 (en) Chiller apparatus for decreasing power consumption
KR20180082724A (en) temperature compensated cooling system high efficiency
JP7174502B2 (en) Temperature control device using multi-stage refrigeration cycle and temperature control method using the same
JP6320897B2 (en) Temperature control method
KR100986253B1 (en) Temperature control method for chiller apparatus
KR100927391B1 (en) Chiller device for semiconductor process equipment and its control method
KR102070455B1 (en) Chiller apparatus for semiconductor process and Method for controlling temperature thereof
JP6978242B2 (en) Refrigerant circuit equipment
JP2001133060A (en) Heat recovery system for batch plant
KR20090077568A (en) Apparatus preventing from crystallizing of absorption chiller and method thereof
KR100997762B1 (en) Temperature control unit having precooling and preheating function
JP2003004330A (en) Exhaust heat recovery air conditioner
KR20150133966A (en) Cooling system
KR102417161B1 (en) Vapor compression cycle apparatus and water treatment system having the same
JP2000274860A (en) Heat pump cycle type absorption refrigerating and heating simultaneously taking-out machine and method

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant