KR102463130B1 - 팬필터유닛 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

팬필터유닛 제어 방법 및 장치를 개시한다.
본 실시예는 온습도 및 차압 측정 기능을 갖는 제어기를 이용하여 각 팬필터유닛 기준 상부와 하부의 환경변화를 실시간으로 측정하여 팬 모터(FAN Motor) 운전 가능 영역 내에서 자동으로 풍량(풍속)을 실시간으로 제어하여 다수의 팬필터유닛이 설치된 클린룸 시스템 전체의 기류 균형을 유지할 수 있도록 하는 팬필터유닛 제어 방법 및 장치를 제공한다.

Description

팬필터유닛 제어 방법 및 장치{Method And Apparatus for Controlling Fan Filter Unit}
본 발명의 일 실시예는 팬필터유닛 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
팬필터유닛의 제어를 위한 종래의 방식으로 크게 두 가지 방식으로 사용된다.
AC 모터(Alternating Current Motor)를 사용한 팬필터유닛은 개루프 제어를 이용하여 실제 회전하는 FAN의 상태를 상세하게 알 수 없다는 단점이 있다. BLDC 모터(Brushless Direct Current Motor)를 사용한 팬필터유닛은 폐루프 제어를 통하여 모터 회전 상태를 확인한다. BLDC 모터를 사용한 팬필터유닛은 홀 센서(Hall Sensor)를 이용하여 모터의 회전 상태를 확인하는 센서(Sensor) 기반의 제어와 모터 회전 시 발생하는 역기전력을 이용하여 모터의 회전상태를 확인하는 센서리스(Sensorless) 방식의 제어를 주로 사용한다.
팬필터유닛은 폐루프 제어를 이용하기 때문에 팬과 모터를 모두 이용하여 RPM을 유지하는 장점이 있다. 하지만, AC 모터 또는 BLDC 모터를 사용하는 팬필터유닛이 설치되는 환경(전단(흡기구), 후단(토출구)의 온도, 습도, 압력 등의 변화)의 환경 변화에 맞는 일정한 성능을 유지할 수 없는 단점이 있다.
팬필터유닛이 다수 설치된 클린룸 FAB 내에서는 설계 구조상이나 팬필터유닛 하단부의 설비나 생산공정의 배치 그리고 장비의 가동 조건 등에 따라 예상치 못한 기외 정압의 편차가 발생하여 영역별로 동일하거나 전체 영역에 있어 균형에 맞는 기외 정압을 유지하지 못하는 문제점이 있다.
기외 정압을 유지하지 못하는 문제점은 기준 기외 정압보다 높게 측정되는 영역에서 필요한 풍속보다 낮은 풍속(풍량)이 적용되어 기류 불균형을 야기한다. 또한 기준 기외 정압보다 낮게 측정되는 영역에서는 필요 이상의 풍속(풍량)이 적용되어 소비전력의 낭비와 클린룸 내부 기류 불균형을 초래하는 문제가 있다.
본 실시예는 온습도 및 차압 측정 기능을 갖는 제어기를 이용하여 각 팬필터유닛 하드웨어 기준 성능 데이터 기반과 측정되는 차압을 이용한 연산 방법으로 상부와 하부의 기류 환경 변화를 실시간으로 확인하여 팬 모터(FAN Motor)와 필터 세트 특성(성능)에 맞는 운전 가능 영역 내에서 자동으로 풍량(풍속)을 실시간으로 제어하여 다수의 팬필터유닛이 설치된 클린룸 시스템 전체의 기류 균형을 유지할 수 있도록 하는 팬필터유닛 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 외부 공기를 흡기하는 흡기구; 상기 흡기구로부터 흡기된 공기가 통과하는 공간을 갖는 덮개; 상기 덮개 내측에 형성되어 기 설정된 RPM으로 회전하는 모터; 상기 모터와 연결되어 팬의 회전으로 상기 흡기구로부터 흡기된 외부 공기를 외부로 배출하는 송풍팬; 상기 송풍팬으로부터 인입된 공기를 정화하는 공기정화 필터; 상기 공기정화 필터로부터 배출되는 정화된 공기를 배출하는 배기구; 상기 흡기구의 일측에 형성된 복수의 측정 위치에서 측정 데이터를 수집하는 측정부; 상기 측정 데이터를 기반으로 상기 모터의 RPM을 제어하여 상기 팬필터유닛의 정풍량 출력을 유지하도록 하는 정풍량 유지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛 제어 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 온습도 및 차압 측정 기능을 갖는 제어기를 이용하여 각 팬필터유닛 하드웨어 기준 성능 데이터 기반과 측정되는 차압을 이용한 연산 방법으로 상부와 하부의 기류 환경 변화를 실시간으로 확인하여 팬 모터(FAN Motor)와 필터 세트 특성(성능)에 맞는 운전 가능 영역 내에서 자동으로 풍량(풍속)을 실시간으로 제어하여 다수의 팬필터유닛이 설치된 클린룸 시스템 전체의 기류 균형을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 실시 예에 의하면, 온습도 및 차압 측정 기능을 갖는 제어기를 이용하여 각 팬필터유닛 기준 상부와 하부의 환경변화를 실시간으로 측정하여 팬 모터(FAN Motor) 운전 가능 영역 내에서 자동으로 풍량(풍속)을 실시간으로 연동제어하여 다수의 팬필터유닛이 설치된 클린룸 시스템 전체의 기류 균형을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 실시 예에 의하면, 정풍량 유지연동형 팬필터유닛이 현장에 적용될 경우 주변 환경조건(온도, 습도, 기외정압 등) 변화에 따라 FFU에서 토출되는 풍량이 달라지거나 클린룸 내 구간별 차압 및 기류 밸런스가 틀어지는 것을 감지하여 최적의 성능을 능동적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 팬필터유닛의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 팬필터유닛의 측정 포인트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 흡기구와 FAN의 결합시 오버랩 상태를 나타낸 도면이다.
도 4a,4b는 본 실시예에 따른 흡기구를 나타낸 도면이다.
도 5a,5b,5c는 본 실시예에 따른 흡기구의 측정 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 대응 되는 일반적이고 대중적인 풍량 측정을 위한 차압 측정 노즐 설치 방법을 나타낸 도면이다.
도 7a,7b는 본 실시예에 따라 측정된 데이터를 이용하여 표현 가능한 팬 성능 곡선(Fan Performance Curve)과 저항 곡선(Resistance Curve)를 나타낸 현재의 운전점을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 9a,9b,9c는 본 실시예에 따른 흡기구의 가변 측정 위치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 팬필터유닛의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 팬필터유닛 제어장치(100)는 팬필터유닛(110)을 제어한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 팬필터유닛(110)의 동작시 측정되는 데이터 기반의 연산을 통한 풍량 확인한 후 정풍량으로 유지하도록 제어한다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 운전 환경을 측정하기 위해 풍량 연산 수식(베르누이(Bernoulli) 방정식 수식, 연속(Continuity) 방정식 수식), 현재 적용된 송풍팬(140), 모터(130), 공기정화 필터(160)의 성능 파라메터, 흡기구(120)(벨마우스와 FAN의 구성 및 가동)의 전단과 흡기구(120)의 후단과의 압력 차이, 온도 및 습도의 실시간 측정 데이터를 기반으로 흡기구(120)로 흘러가는 풍량(기류흐름)을 계산한다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 흡기구(120) 상에 기 설정된 측정 위치(‘P1-1’, ‘P1-2’, ‘P2’)를 형성한다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 기 설정된 측정 위치(‘P1-1’, ‘P1-2’, ‘P2’)을 이용하여 온습도 및 차압 측정 데이터를 처리한 후 정풍량 제어 시스템과 연동하여 제어한다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 풍량 측정과 차압 측정을 위해 흡기구(120) 상에 기 설정된 측정 위치에 ‘P1-1’, ‘P1-2’, ‘P2’를 형성하는 기구적 구조를 갖는다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 차압 측정 데이터를 이용하여 모니터링 및 표현을 위해 정압(Static Pressure)과 풍량(Air Volume)의 관계를 출력한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 모니터링(기기)상에서 측정 데이터를 이용하여 팬 성능 곡선(Fan Performance Curve)과 저항 곡선(Resistance Curve)의 관계를 출력하기 위한 데이터를 제공한다.
도 2는 본 실시예에 따른 팬필터유닛의 측정 포인트를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 팬필터유닛 제어장치(100)는 흡기구(120), 모터(130), 송풍팬(140), 덮개(150), 압력 분산 부재(152), 공기정화 필터(160), 배기구(162), 측정부(170), 정풍량 유지부(180)를 포함한다. 팬필터유닛 제어장치(100)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
흡기구(120)는 양끝단이 뚫려 있는 형태로 공기를 흡기하는 구조를 갖는다. 흡기구(120)는 클린룸 상부 공기를 흡기한다.
모터(130)는 송풍팬(140)과 연결되어 흡기구(120)로 공기를 흡기하여 배기구=필터(162)로 배출하는 역할을 수행한다. 모터(130)는 내부 스페셜 하우징(150) 내측에 형성되어, 기 설정된 RPM으로 회전한다.
송풍팬(140)는 모터(130)와 연결되어, 모터(130)의 회전에 따라 흡기구(120)로부터 공기를 흡기하여 배기구(162)로 배출한다. 송풍팬(140)은 모터(130)의 회전력에 따라 팬을 회전시킨다. 송풍팬(140)은 모터(130)와 연결되어 팬의 회전으로 흡기구(120)로부터 흡기된 외부 공기를 외부로 배출한다. 송풍팬(140)은 팬을 회전시켜서 흡기구(120)로부터 흡기되는 공기로 팬필터유니트 내부 압력을 증가 시켜 필터 하단부로 하강 기류를 생성한다.
덮개(150)는 팬필터유닛(110)의 상판 내부 설치되는 스페셜하우징을 의미한다. 덮개(150)는 흡기구(120)로부터 흡기된 공기가 통과시 머무는 버퍼 공간을 갖는다. 덮개(150)와 흡기구(120)를 연통하는 빈 공간을 형성한다.
압력 분산 부재(152)는 송풍팬(140)과 공기정화 필터(160) 사이에 설치된다. 압력 분산 부재(152)는 송풍팬(140)을 통과한 공기가 기 설정된 가이드 방향 또는 소재의 특성에 따라 분산된 압력으로 균일하게 공기정화 필터(160)로 입력되도록 한다.
공기정화 필터(160)는 송풍팬(140)으로부터 입력받은 공기를 정화하여 배기구(162)로 배출한다. 공기정화 필터(160)는 통과하는 공기에 의한 부유 입자가 일정한 수준의 기류 균일도를 가지도록 정화하여 하부로 배출한다. 공기정화 필터(160)는 송풍팬(140)으로부터 인입된 공기를 정화한다. 공기정화 필터(160)는 송풍팬(140)에 의해 생성된 하강 기류를 필터링하여 이물질을 제거한다.
배기구(162)는 공기정화 필터(160)로부터 정화된 공기가 배기되도록 한다. 배기구(162)는 공기정화 필터(160)로부터 배출되는 정화된 공기를 배출한다.
측정부(170)는 흡기구(120)의 복수의 측정 위치로부터 측정한 차압 데이터를 측정한다. 측정부(170)는 흡기구(120)의 일측에 형성된 복수의 측정 위치에서 측정 데이터를 수집한다. 측정부(170)는 흡기구(120) 상의 복수의 측정 위치로부터 온도, 습도, 압력 차이를 측정하여 온도 측정 데이터, 습도 측정 데이터, 차압 측정 데이터를 획득한다.
측정부(170)는 모터(130)의 회전으로 공기를 흡기하는 흡기구(120)의 전단(P1), 후단(P2)의 압력 변화와 팬필터유닛 내부의 온도, 습도를 측정한다. 측정부(170)는 흡기구(120)를 사이에 두고 흡기구(120)의 내부 압력과 흡기구(120)의 외부 압력인 기외 정압의 차압 측정 데이터를 생성한다.
측정부(170)는 내측 측정 포인트(P1)와 외측 측정 포인트(P2)의 압력에 대한 차이를 측정하여 차압 측정 데이터를 획득한다.
클린룸 상부(흡입구 전단)와 흡입구 초입의 압력차를 이용하여 차압측정 데이터를 생성한다.
정풍량 유지부(180)는 측정부(170)에서 측정한 온도, 습도, 압력 등의 변화에 따라 모터(130)를 제어하여 일정한 정풍압을 유지하도록 한다. 정풍량 유지부(180)는 설치 영역별로 흡기구(120)의 기외 정압의 편차가 발생하더라도 동일한 기외 정압을 유지하도록 한다. 정풍량 유지부(180)는 측정 데이터를 기반으로 모터(130)의 RPM을 제어하여 외부 환경의 변화에 따라 팬필터유닛의 정풍량 출력을 유지하도록 한다.
정풍량 유지부(180)는 기준 기외 정압보다 높게 측정되는 영역에서 필요한 풍속보다 높은 풍속(풍량)이 적용되어 기류 불균형을 발생하지 않도록 측정부(170)에서 측정한 차이값을 기반으로 기외 정압이 유지하도록 하여 모터(130)를 제어한다. 정풍량 유지부(180)는 기준 기외 정압보다 낮게 측정되는 영역에서 필요 이상의 높은 풍속(풍량)이 적용되어 소비전력의 낭비되지 않도록 측정부(170)에서 측정한 차이값을 기반으로 기외 정압이 유지하도록 하여 낮은 풍속(풍량)을 유지 할 수 있도록 모터(130)를 제어한다.
정풍량 유지부(180)는 측정 데이터를 기반으로 모터(130)의 RPM을 제어하여 기외 정압조건에 맞는 정풍량 출력을 유지하도록 한다. 정풍량 유지부(180)는 정상상태의 송풍팬 회전속도값을 기준값으로 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 차압 측정 데이터에 따라 송풍팬 회전속도가 정상상태의 팬 회전속도가 되도록 모터(130)를 제어한다.
정풍량 유지부(180)는 송풍팬(140)의 회전속도를 실시간으로 측정하면서 조절한다. 정풍량 유지부(180)는 클린룸 상부와 팬필터유니트 내부 압력의 차이 인 차압 측정 데이터를 확인한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 RPM을 획득한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 RPM과 실제 풍량을 변수로 설정한다.
정풍량 유지부(180)는 기 설정된 RPM 범위, 기 설정된 기외 정압 범위에 대응되는 내부 압력인 기준 압력을 변수의 변화에 따라 연속되는 복수 개의 구간으로 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 초기 RPM를 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 실시간 RPM을 제어한다. 정풍량 유지부(180)는 차압 측정 데이터가 임계 범위를 벗어나는 경우, 모터(130)의 RPM이 기준 압력에 대응되는 회전 속도가 되도록 모터(130)의 RPM을 조절한다.
정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 구동 시 팬필터유닛(110)의 실시간 온도와 소비전류를 측정한다. 정풍량 유지부(180)는 실시간 온도와 기준 평균 온도를 비교한 결과 또는 소비전류와 기준 소비전류를 비교한 결과가 임계치 이상으로 차이가 발생하는 경우 경고 신호를 발생한다.
정풍량 유지부(180)는 RPM에 따른 기준 풍량을 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 RPM에 근거하여 실시간 풍량을 확인한다. 정풍량 유지부(180)는 실시간 풍량과 기준 풍량을 비교한 비교 결과를 기반으로 실시간 풍량과 기준 풍량이 임계치 이상으로 차이가 발생하는 경우, 모터(130) 또는 송풍팬(140)의 기초 성능 데이터상 추종이 불가능한 경우 통신이나 디스플레이(LED, FND, LCD 등)로 경고 신호를 발생한다.
정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 RPM과 출력 풍량을 각 변수로 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 특정 RPM 범위와 특정 기외 정압 범위에 대응되는 팬필터유닛(110)의 흡입구 압력인 기준 압력을 변수의 변화에 따라 연속되는 복수 개의 구간으로 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 초기 RPM를 설정한다. 정풍량 유지부(180)는 모터(130)의 실시간 RPM를 제어한다. 정풍량 유지부(180)는 팬필터유닛(110) 흡입구 단 차압을 실시간으로 모니터링한다. 정풍량 유지부(180)는 실시간 RPM에 대한 기준 차압과 실시간 차압이 차이가 발생될 경우, 모터(130)의 RPM이 실시간 압력과 동일한 기준 압력에 대응되는 회전 속도가 되도록 모터(130)의 RPM을 조절한다.
정풍량 유지부(180)는 측정부(170)로부터 획득한 차압 측정 데이터와 모터(130)의 측정 RPM을 기반으로 모터(130)의 RPM을 조절한다.
도 3은 본 실시예에 따른 흡기구(팬과 벨마우스)의 오버랩 상태를 나타낸 도면이다.
팬필터유닛 제어장치(100) 상에 흡기구(120)는 외접 형태로 오버랩되거나 내접 형태로 오버랩 될 수 있다.
팬필터유닛 제어장치(100) 상의 흡기구(120)는 벨마우스(Bell Mouth)의 구조를 유지하면서, 커버 형태의 구조물을 갖는다. 커버 형태의 구조물은 도 3에 도시된 바와 같다.
흡기구(120)는 끝단이 외부로 오버랩되는 형태로 외접된다. 흡기구(120)는 끝단이 내부로 오버랩되는 형태로 내접된다.
도 4a,4b는 본 실시예에 따른 흡기구를 나타낸 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 내접되며, 측벽(410), 제1 내측홀(412), 내접 버퍼 공간(420), 내접면(430), 내측홀 튜브 삽입관(440), 제2 내측홀(442), 외측홀 튜브 삽입관(450), 외측홀(452)을 포함한다. 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 내접될 때, 흡기구(120)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
측벽(410)은 일측에 제1 내측홀(412)을 형성한다. 제1 내측홀(412)은 측벽(410)의 일측에서 고정된 위치가 아닌 가변되는 위치에 설치 가능하다. 내접면(430)은 측벽(410)에 대칭되는 형태로 흡기구(120)의 내측에 형성된다. 내접면(430)이 흡기구(120)의 내측에 형성되면서, 측벽(410)과 내접면(430) 사이에 내접 버퍼 공간(420)이 형성된다. 내접 버퍼 공간(420)은 제1 내측홀(412)과 제2 내측홀(442) 사이의 튜브 역할을 수행한다. 내접면(430)은 일측에 내측홀 튜브 삽입관(440)가 형성되며, 내측홀 튜브 삽입관(440)의 양방향으로 뚫려 있는 제2 내측홀(442)이 형성된다.
내측홀 튜브 삽입관(440)의 일측은 내접 버퍼 공간(420)에 연결된다. 내측홀 튜브 삽입관(440)의 타측은 튜브가 삽입되어 측정부(170)에 연결된다. 제2 내측홀(442)은 내접면(430)의 일측에서 고정된 위치가 아닌 가변되는 위치에 설치 가능하다. 외측홀(452)은 흡기구(120)의 상단부에 고정된 위치에 형성된다.
외측홀 튜브 삽입관(450)의 양방향으로 뚫려 있는 외측홀(452)이 형성된다. 외측홀 튜브 삽입관(450)의 일측은 흡기구(420)의 겉면에 연결된다. 외측홀 튜브 삽입관(450)의 타측은 튜브가 삽입되어 측정부(170)에 연결된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 외접되며, 외접면(460), 제1 내측홀(462), 외접 버퍼 공간(470), 측벽(410), 내측홀 튜브 삽입관(440), 제2 내측홀(442), 외측홀 튜브 삽입관(450), 외측홀(452)을 포함한다. 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 외접될 때, 흡기구(120)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
측벽(410)은 일측에 내측홀 튜브 삽입관(440)가 형성되며, 내측홀 튜브 삽입관(440)의 양방향으로 뚫려 있는 제2 내측홀(442)이 형성된다. 제2 내측홀(442)은 측벽(410)의 일측에서 고정된 위치가 아닌 가변되는 위치에 설치 가능하다. 외접면(460)은 측벽(410)에 대칭되는 형태로 흡기구(120)의 외측에 형성된다. 외접면(460)이 흡기구(120)의 외측에 형성되면서, 외접면(460)과 측벽(410) 사이에 외접 버퍼 공간(470)이 형성된다. 외접 버퍼 공간(470)은 제1 내측홀(462)과 제2 내측홀(442) 사이의 튜브 역할을 수행한다. 외접면(460)은 일측에 제1 내측홀(462)을 형성한다.
제1 내측홀(462)은 외접면(460)의 일측에서 고정된 위치가 아닌 가변되는 위치에 설치 가능하다. 내측홀 튜브 삽입관(440)의 일측은 외접 버퍼 공간(470)에 연결된다. 내측홀 튜브 삽입관(440)의 타측은 튜브가 삽입되어 측정부(170)에 연결된다.
외측홀(452)은 흡기구(120)의 상단부에 고정된 위치에 형성된다. 외측홀 튜브 삽입관(450)의 양방향으로 뚫려 있는 외측홀(452)이 형성된다. 외측홀 튜브 삽입관(450)의 일측은 흡기구(420)의 겉면에 연결된다. 외측홀 튜브 삽입관(450)의 타측은 튜브가 삽입되어 측정부(170)에 연결된다.
본 실시예에 따른 흡기구(120)는 기본적으로 송풍팬(140)과 벨 마우스 내외접 여부와 관계없이 도 4a를 기본으로 하되, 기구적인 문제가 발생하는 경우 도 4b와 같은 예로 구성할 수 있다.
도 5a,5b,5c는 본 실시예에 따른 흡기구의 측정 위치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 흡기구(120)는 내측 홀, 내측홀과 튜브를 연결하는 보조튜브, 메인 링튜브, 외측홀을 모두 포함하는 구조를 갖는다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 팬(FAN)과의 오버랩 구조에 맞추어 링 형태의 에어갭을 갖는다. 측정부(170)는 ‘P1’ 포인트의 측정에 있어 ‘P1-1’ 탭의 개구부는 공기 흐름에 수직이어야 하므로 벨마우스 흡입단 링 테두리에 형성되어 정압을 측정한다.
측정부(170)는 측정을 위한 개구부의 개수는 오측정 방지를 위하여 측정 위치를 복수 개로 형성한 후 평균치를 사용한다(P1-1). ‘P1-1’ 탭의 복수 개구부는 진동이나 외란의 간섭에 안전한 구조로 되어 측정오차를 줄여주는 역할을 한다. ‘P1-2’ 탭은 측정부(170)로 튜브 방향을 쉽게 바꾸어 가공 및 사용이 가능한 구조를 갖는다.
측정부(170)는 ‘P2’ 포인트 측정의 경우 벨마우스의 입구 주변에 위치하며 도 4에 도시된 바와 같이, 기본 적으로 개구부(홀)만 있는 구조를 사용하나 용도에 따라 특수한 커버 구조를 옵션으로 제공하여 외부 외란에 대한 측정 오류를 줄이는 구조를 갖는다.
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풍압 유지부(180)는 운전시의 정풍량을 유지할 수 있도록 PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 이용하여 풍량의 SV(Set Value), PV(Present Value), FAN 모터(Motor)의 구동 RPM의 SV, PV의 관계를 이용하여 연동 운전을 지속한다.
측정부(170)는 베르누이 방정식의 기본 개념에 따라 공기가 흐를 때 넓은 통로에서 좁은 통로를 통과하면서 발생하는 원리(공기의 흐름 속도 증가, 내부의 압력은 낮아짐)를 이용하여 ‘P1’과 ‘P2’의 차압을 측정하여 풍량을 유추한다. ‘P1-1’은 원 형태의 입구에서 측정 포인트를 복수 개로 편차나 측정 오차를 줄일 수 있도록 평균을 내어 주는 역할을 수행한다.
측정부(170)는 ‘P1-2’와 ‘P2’ 간의 압력 차이를 실제 측정한다. 주입구 링 홀(Inlet Ring Hole)(‘P1-1’)의 개수를 성능에 맞게 변화하여 적용 가능하다.
흡기구(120)는 공기를 흡기하는 전단에 P1, 공기를 토출하는 후단에 P2를 형성한다. P1-1은 흡기구(120) 전단의 개구부 상에 공기 흐름의 수직이되도록 벨마우스(Bell Mouth) 흡입단 링 테두리 외측(바깥쪽)에 형성된다. P1-1는 흡기구(120) 전단의 개구부 상에 공기 흐름의 수직이되도록 벨마우스(Bell Mouth) 흡입단 링 테두리 내측(안쪽)에 형성된다.
측정부(170)는 P1-1과 P2의 압력에 대한 차이를 측정하여 차압 측정 데이터를 획득한다. 측정부(170)는 P1-2과 P2의 압력에 대한 차이를 측정하여 차압 측정 데이터를 획득한다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 내접되면, 제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 측벽(410)의 일측에 형성된 제1 내측홀(412) 내부에 형성된다.
제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 외부로부터 공기를 흡기한다. 제1 내측 측정 포인트(P1-1)에서 흡기한 공기는 내접 버퍼 공간(420)에 머무르다가 제2 내측 측정 포인트(P1-2)를 경유하여 외측홀(452)로 토출된다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 내접면(430)의 일측에 형성된 제2 내측홀(442) 내부에 형성된다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 내접 버퍼 공간(420)으로부터 공기를 흡기한다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)에서 흡기한 공기는 흡기구(120) 내부를 경유하여 외측홀(452)로 토출된다. 외측 측정 포인트(P2)는 외측홀(452) 내부에 형성된다. 외측 측정 포인트(P2)는 공기를 토출한다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 외접되면, 제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 외접면(460)의 일측에 형성된 제1 내측홀(462) 내부에 형성된다.
제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 외부로부터 공기를 흡기한다. 제1 내측 측정 포인트(P1-1)에서 흡기한 공기는 외접 버퍼 공간(470)에 머무르다가 제2 내측 측정 포인트(P1-2)를 경유하여 외측홀(452)로 토출된다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 측벽(410)의 일측에 형성된 제2 내측홀(442) 내부에 형성된다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 외접 버퍼 공간(470)으로부터 공기를 흡기한다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)에서 흡기한 공기가 흡기구(120) 내부를 경유하여 외측홀(452)로 토출된다. 외측 측정 포인트(P2)는 외측홀(452) 내부에 형성된다. 외측 측정 포인트(P2)는 공기를 토출한다.
도 6은 본 실시예에 대응 되는 일반적이고 대중적인 풍량 측정을 위한 차압 측정 노즐 설치 방법을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 흡기구(120)는 내측 홀, 내측홀과 튜브를 연결하는 보조튜브, 메인 링튜브, 외측홀을 모두 포함하는 구조를 갖는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 6에 도시된 바와 같은 차압 측정 노즐(510,520,530)과 연결될 수 있다. 차압 측정 노즐(510,520,530)은 용접 또는 실리콘 부착으로 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같은 차압 측정 노즐(510,520,530)은 흡기구(120) 상에 기 설정된 측정 위치에 설치되어 차압을 측정한다. 차압 측정 노즐(510,520,530)은 ‘P1’에 해당하는 포인트를 벨마우스에 1 ~ 4개 정도의 압력 탭을 형성하여 측정을 위한 구조물로 설치될 수 있다.
제1 차압 측정 노즐(510)은 복수의 측정 위치마다 벨마우스 형상을 가진다. 제1 차압 측정 노즐(510)은 벨마우스 형상의 중앙이 뚫려 있는 제1 원통형(512) 형태 외부에 제1 원통형(512) 내부의 압력을 측정하기 위한 제1 압력 측정 노즐(514)을 구비한다. 제1 압력 측정 노즐(514)과 측정부(170)가 튜브로 연결된다.
제2 차압 측정 노즐(520)은 복수의 측정 위치마다 벨마우스 형상을 가진다. 벨마우스 형상의 중앙이 뚫려 있는 제2 원통형(522) 형태 외부에 제2 원통형(522) 내부의 압력을 측정하기 위한 별도의 외부 튜브(524)가 설치된다. 제2 차압 측정 노즐(520)은 외부 튜브(524)의 일측에 제2 차압 측정 노즐(520)을 구비한다. 제2 압력 측정 노즐(526)과 측정부(170)가 튜브로 연결된다.
제3 차압 측정 노즐(530)은 원통 내부에 튜브(550)을 포함하며, 튜브(550)의 내측과 외측에 제3 압력 측정 노즐(540)이 구비된다.
도 7a,7b는 본 실시예에 따라 측정된 데이터를 이용하여 표현 가능한 팬 성능 곡선(Fan Performance Curve)과 저항 곡선(Resistance Curve)를 나타낸 현재의 운전점을 나타내는 그래프이다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 실시간으로 측정되는 데이터를 제공하여 모니터링과 디스플레이(GUI)시 6a에 도시된 바와 같이 팬필터유닛(110)의 실제 운전점을 성능 그래프의 위의 점으로 표시 및 출력한다. 팬필터유닛 성능은 정압(Static Pressure)과 풍량(Air Volume)을 X, Y축 기준으로 그래프를 출력한다.
본 제안의 팬필터유닛 제어장치(100)는 팬필터유닛 모니터링시 팬 성능 곡선(Fan Performance Curve)과 저항 곡선(Resistance Curve)의 관계를 도식화 가능하게 한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 팬 성능 곡선(Fan Performance Curve)과 저항 곡선(Resistance Curve)의 교차점을 현재 가동하고 있는 운전점으로 추가 표시한다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 팬필터유닛(110)이 운전되고 있는 운전점을 도 6b에 도시된 그래프와 같이 도식화하여 모니터링할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타낸 도면이다.
팬필터유닛 제어장치(100)에서 제어를 위해 동작하는 알고리즘은 도 7에 도시된 바와 같다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 토출 풍량(공기 속도(Air Speed), 공기 볼륨(Air Volume))을 설정한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 백그라운드 데이터(팬 성능 데이터(FAN Performance Data), 모터 성능 데이터(Motor Performance Data), 필터 성능 데이터(Filter Performance Data))를 사전 설정으로 획득 한다.
팬필터유닛 제어장치(100)는 백그라운드 데이터를 기반으로 SV(Set Value) DP(Differential Pressure)를 설정한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 DP(Differential Pressure) PID(Proportional Integral Derivative) 제어한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 SV(Set Value) RPM을 설정한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 모터(130)의 RPM PID(Proportional Integral Derivative) 제어한다.
풍압 유지부(180)는 모터(130)를 제어하여 송풍팬(140)으로 인한 공기 속도(Air Speed), 공기 볼륨(Air Volume)을 설정한다. 풍압 유지부(180)는 측정부(170)로부터 팬 성능 데이터(FAN Performance Data), 모터 성능 데이터(Motor Performance Data), 필터 성능 데이터(Filter Performance Data)를 포함하는 백그라운드 데이터를 획득이 가능하다. 풍압 유지부(180)는 백그라운드 데이터를 기반으로 SV(Set Value) DP(Differential Pressure)를 설정한다. 풍압 유지부(180)는 SV DP를 기반으로 DP(Differential Pressure) PID(Proportional Integral Derivative) 제어한다. 풍압 유지부(180)는 DP PID를 기반으로 SV(Set Value) RPM을 설정한다. 풍압 유지부(180)는 SV RPM을 기반으로 모터(130)의 RPM PID(Proportional Integral Derivative) 제어한다.
도 9a,9b,9c는 본 실시예에 따른 흡기구의 가변 측정 위치를 나타낸 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 팬필터유닛 제어장치(100)는 흡기구(120) 상에서 공기를 흡기하는 전단인 P1-1, 공기를 토출하는 후단인 P2를 고정한 상태에서 P1-2의 위치만을 가변하면서 압력에 대한 차이를 측정한다.
다시 말해, 측정부(170)는 고정된 P1-1, P2와 가변 가능한 P1-2의 위치를 기반으로 압력에 대한 차이를 측정하여 차압 측정 데이터를 획득한다. 팬필터유닛 제어장치(100)는 P1-2의 측정 위치를 측정 방향, 측정 거리, 측정 편의성에 따라 측정 위치를 변형할 수 있는 구조를 갖는다.
측정부(170)는 고정된 위치인 P1-1, P2 간의 측정 차이값(차압 측정 데이터)을 산출한다.
측정부(170)가 가변 위치인 P1-2과 고정된 위치인 P2 간의 측정 차이값(차압 측정 데이터)이 일정한 값을 가지도록 측정 방향, 측정 거리에 따라 P1-2의 측정 위치를 결정할 수 있다.
측정부(170)는 측정 방향, 측정 거리에 따라 P1-2의 후보 위치를 결정한다. 측정부(170)는 P1-2의 후보 위치를 결정할 때, 1차적으로 측정 방향 및 측정 거리까지의 영역 중 일부를 n개의 분할 영역으로 분할한다. 측정부(170)는 n개의 분할 영역 각각의 형태를 인식한 후 2차적으로 형태에 따라 m개의 형태로 구분한다. 측정부(170)는 m개의 형태로 구분할 때, 3차원 공간상에서 이루어지는 구조로서 다양한 형태(직사각형 형태, 타원형 형태, 직선 형태, 곡선 형태, 기 설정된 두께 등)로 구분 가능하다. 측정부(170)는 m개의 형태로 구분한 영역을 P1-2의 후보 위치로 결정한다. 측정부(170)는 P2와의 측정 방향 및 측정 거리에 따라 결정된 m개의 형태로 구분한 영역 중 하나 P1-2의 위치로 결정한다. 측정부(170)는 m개의 형태로 구분한 영역을 P1-2의 후보 위치로 결정하여 보다 빠르게 P1-2의 위치를 결정할 수 있다.
측정부(170)는 고정된 위치인 P1-1과 P2 간의 측정 차이값(차압 측정 데이터)을 산출한다. 측정부(170)는 가변 위치인 P1-2와 고정된 위치인 P2 간의 측정 차이값(차압 측정 데이터)을 산출한다.
측정부(170)는 P1-1과 P2 간의 측정 차이값과 P1-2와 P2 간의 측정 차이값을 비교한 비교 결과가 기 설정된 임계 범위 내에 해당하도록 P1-2의 후보 위치 중 하나를 결정 가능하다.
측정부(170)는 P1-2의 후보 위치가 복수 개인 경우, 이상 상황을 가장 빠르게 감지할 수 있는 위치를 최종 위치로 결정한다.
측정부(170)는 P1-2의 복수의 후보 위치 각각과 P2 간의 측정 차이값을 산출한다. 측정부(170)는 P1-1, P2 간의 측정 차이값을 산출한다. 측정부(170)는 P1-2의 복수의 후보 위치 각각과 P2 간의 측정 차이값 중 P1-1, P2 간의 측정 차이값과 가장 크게 차이가 발생하는 위치를 최종 P1-2의 위치로 결정한다.
P1-2의 복수의 후보 위치 중 최종 위치를 팬필터가 설치된 위치에 따라 적응적으로 다른 위치로 결정할 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 내접되면, 제1 내측 측정 포인트(P1-1)가 측벽(410)의 일측에 형성된 제1 내측홀(412) 내부의 가변되는 위치에 형성된다. 제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 복수의 홀이 형성되거나 하나의 홀이 가변적인 위치에 형성 가능하다.
제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 내접면(430)의 일측에 형성된 제2 내측홀(442) 내부의 가변되는 위치에 형성된다. 외측 측정 포인트(P2)는 외측홀(452) 내부의 고정된 위치에 형성된다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 하나의 홀이 가변적인 위치에 형성 가능하다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 흡기구(120)는 끝단이 타원 형태로 내접되면, 제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 외접면(460)의 일측에 형성된 제1 내측홀(462) 내부의 가변되는 위치에 형성된다. 제1 내측 측정 포인트(P1-1)는 복수의 홀이 형성되거나 하나의 홀이 가변적인 위치에 형성 가능하다.
제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 측벽(410)의 일측에 형성된 제2 내측홀(442) 내부의 가변되는 위치에 형성된다. 외측 측정 포인트(P2)는 외측홀(452) 내부의 고정된 위치에 형성된다. 외측 측정 포인트(P2)는 외측홀(452) 내부의 고정된 위치에 형성된다. 제2 내측 측정 포인트(P1-2)는 하나의 홀이 가변적인 위치에 형성 가능하다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 팬필터유닛 제어장치
110: 팬필터유닛
120: 흡기구
130: 모터
140: 송풍팬
150: 덮개
152: 압력 분산 부재
160: 공기정화 필터
162: 배기구
170: 측정부
180: 정풍량 유지부

Claims (5)

  1. 클린룸 상부 공기를 흡기하는 흡기구;
    상기 흡기구로부터 흡기된 공기가 통과하는 공간을 갖는 덮개;
    상기 덮개 내측에 형성되어 기 설정된 RPM으로 회전하는 모터;
    상기 모터와 연결되어 팬의 회전으로 상기 흡기구로부터 흡기된 클린룸 상부 공기를 팬필터유닛 내부로 공급하는 송풍팬;
    상기 송풍팬으로부터 인입된 공기를 정화하여 클린룸 내부로 공급하는 공기정화 필터;
    상기 흡기구의 일측에 형성된 복수의 측정 위치에서 측정 데이터를 수집하는 측정부;
    상기 측정 데이터를 기반으로 상기 모터의 RPM을 제어하여 외부 환경의 변화에 따라 상기 팬필터유닛의 정풍량 출력을 유지하도록 하는 정풍량 유지부;
    를 포함하되, 상기 흡기구는 끝단이 타원 형태로 내접되면서 오버랩되는 내접 구조를 형성하거나 끝단이 타원 형태로 외접되면서 오버랩되는 외접 구조를 가지며,
    상기 내접 구조로서, 측벽, 제1 내측홀, 내접 버퍼 공간, 내접면, 내측홀 튜브 삽입관, 제2 내측홀, 외측홀 튜브 삽입관, 외측홀을 포함하며, 상기 측벽은 일측에 상기 제1 내측홀을 형성하며, 상기 내접면은 상기 측벽에 대칭되는 형태로 상기 흡기구의 내측에 형성되며, 상기 내접면이 상기 흡기구의 내측에 형성되면서, 상기 측벽과 상기 내접면 사이에 상기 내접 버퍼 공간이 형성하며, 상기 내접 버퍼 공간은 상기 제1 내측홀과 상기 제2 내측홀 사이의 튜브 역할을 수행하며, 상기 내접면은 일측에 상기 내측홀 튜브 삽입관이 형성되며, 상기 내측홀 튜브 삽입관의 양방향으로 뚫려 있는 상기 제2 내측홀이 형성되며, 상기 내측홀 튜브 삽입관의 일측은 상기 내접 버퍼 공간에 연결되며, 상기 내측홀 튜브 삽입관의 타측은 튜브가 삽입되어 상기 측정부에 연결되며, 상기 외측홀은 상기 흡기구의 상단부에 고정된 위치에 형성되며, 상기 외측홀 튜브 삽입관의 양방향으로 뚫려 있는 상기 외측홀이 형성되며, 상기 외측홀 튜브 삽입관의 일측은 상기 흡기구의 겉면에 연결되며, 상기 외측홀 튜브 삽입관의 타측은 튜브가 삽입되어 상기 측정부에 연결되며,
    상기 외접 구조로서, 상기 측벽, 상기 제1 내측홀, 외접 버퍼 공간, 외접면, 상기 내측홀 튜브 삽입관, 상기 제2 내측홀, 상기 외측홀 튜브 삽입관, 상기 외측홀을 포함하며, 상기 측벽은 일측에 상기 내측홀 튜브 삽입관이 형성되며, 상기 내측홀 튜브 삽입관의 양방향으로 뚫려 있는 상기 제2 내측홀이 형성되며, 상기 외접면은 상기 측벽에 대칭되는 형태로 상기 흡기구의 외측에 형성되며, 상기 외접면이 상기 흡기구의 외측에 형성되면서, 상기 외접면과 상기 측벽 사이에 외접 버퍼 공간이 형성되며, 상기 외접 버퍼 공간은 상기 제1 내측홀과 상기 제2 내측홀 사이의 튜브 역할을 수행하며, 상기 외접면은 일측에 제1 내측홀을 형성하며, 상기 내측홀 튜브 삽입관의 일측은 외접 버퍼 공간에 연결되며, 상기 내측홀 튜브 삽입관의 타측은 튜브가 삽입되어 측정부에 연결되며, 상기 외측홀은 상기 흡기구의 상단부에 고정된 위치에 형성되며, 상기 외측홀 튜브 삽입관의 양방향으로 뚫려 있는 상기 외측홀이 형성되며, 상기 외측홀 튜브 삽입관의 일측은 상기 흡기구의 겉면에 연결되며, 상기 외측홀 튜브 삽입관의 타측은 튜브가 삽입되어 상기 측정부에 연결되는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는
    상기 흡기구 상의 상기 복수의 측정 위치로부터 압력에 대한 차이를 측정하여 차압 측정 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡기구는,
    상기 내접 구조 상에 내측 측정 포인트와 외측 측정 포인트를 형성하며, 상기 외접 구조 상에 내측 측정 포인트와 외측 측정 포인트를 형성하는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내접 구조 상에 상기 측벽의 일측에 형성된 상기 제1 내측홀 내부에 형성되는 제1 내측 측정 포인트(P1-1); 상기 내접면의 일측에 형성된 제2 내측홀 내부에 형성되는 제2 내측 측정 포인트(P1-2); 상기 외측홀 내부에 형성되는 외측 측정 포인트(P2);를 형성하며,
    상기 외접 구조 상에 상기 외접면의 일측에 형성된 상기 제1 내측홀 내부에 형성되는 제1 내측 측정 포인트(P1-1); 상기 측벽의 일측에 형성된 상기 제2 내측홀 내부에 형성되는 제2 내측 측정 포인트(P1-2); 상기 외측홀 내부에 형성되는 외측 측정 포인트(P2);를 형성하는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛 제어 장치.
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