KR102536332B1 - 크라이오 펌프 시스템 - Google Patents

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KR102536332B1
KR102536332B1 KR1020220120810A KR20220120810A KR102536332B1 KR 102536332 B1 KR102536332 B1 KR 102536332B1 KR 1020220120810 A KR1020220120810 A KR 1020220120810A KR 20220120810 A KR20220120810 A KR 20220120810A KR 102536332 B1 KR102536332 B1 KR 102536332B1
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박주용
안경준
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크라이오에이치앤아이(주)
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Abstract

냉동기를 구비하고, 상기 냉동기를 이용하여 극저온 환경을 조성하는 복수의 크라이오 펌프; 및 헬륨 냉매를 고압으로 압축하고, 상기 압축된 고압의 헬륨 냉매를 상기 복수의 크라이오 펌프로 공급하도록 하는 복수의 압축기를 포함하는 크라이오 펌프 시스템은 상기 복수의 압축기로부터 압축된 헬륨 냉매를 상기 복수의 크라이오 펌프로 공급하는 복수의 헬륨 공급라인, 각 헬륨 회수라인 마다 체크 밸브가 설치되고, 상기 각 헬륨 회수라인 마다 설치된 각 체크 밸브의 개폐 여부에 기초하여 상기 복수의 크라이오 펌프로부터 저압의 헬륨 냉매를 상기 복수의 압축기로 회수하는 복수의 헬륨 회수라인 및 상기 복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인지 여부에 기초하여 상기 저압의 헬륨 냉매가 상기 복수의 압축기로 회수되도록 상기 체크 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

크라이오 펌프 시스템{CRYOGENIC PUMP SYSTEM}
본 발명은 크라이오 펌프 시스템에 관한 것이다.
초저온 냉각은 반도체 제조 및 테스트 분야 등과 같은 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 여기서, 초저온은 -200℃이하의 온도를 의미할 수 있으며, 초저온을 획득하기 위한 냉각 과정은 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 포함하는 것이 통상적이며, 증발기에서 냉매가 증발되어 초저온 환경이 조성되게 된다.
이러한 초저온 환경을 조성하는 기술과 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2020-0079062호는 초저온 냉동고를 개시하고 있다.
초저온 환경을 조성하기 위해서 고진공 크라이오 펌프용 냉동기인 GM(Gifford0McMahon) 냉동기가 주로 이용되며, 크라이오 펌프용 냉동기는 압축기에 의해 압축된 고압 상태의 헬륨을 공급받고, 고압 상태의 헬륨을 이용하여 초저온 환경을 조성할 수 있게 된다.
고압 상태의 헬륨은 크라이오 펌프용 냉동기를 거치면서 압력 손실이 발생되어 저압 상태로 전환됨에 따라, 저압 상태의 헬륨이 압축기로 회수된다.
이 때, 압축기가 단일 압축기가 아닌 복수의 압축기로 구성되는 경우, 복수의 압축기로 회수되는 헬륨은 저압 상태가 됨에 따라, 균일하지 못한 압력의 헬륨이 회수된다는 문제점을 가지고 있다.
복수의 헬륨 공급라인을 통해 복수의 압축기로부터 압축된 헬륨 냉매를 복수의 크라이오 펌프로 공급하고, 복수의 헬륨 회수라인을 통해 각 헬륨 회수라인마다 체크 밸브가 설치되고, 각 헬륨 회수라인 마다 설치된 각 체크 밸브의 개폐 여부에 기초하여 복수의 크라이오 펌프로부터 저압의 헬륨 냉매를 복수의 압축기로 회수하는 크라이오 펌프 시스템을 제공하고자 한다.
복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인지 여부에 기초하여 저압의 헬륨 냉매가 복수의 압축기로 회수되도록 체크 밸브의 개폐를 제어하는 크라이오 펌프 시스템을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 냉동기를 구비하고, 상기 냉동기를 이용하여 극저온 환경을 조성하는 복수의 크라이오 펌프; 및 헬륨 냉매를 고압으로 압축하고, 상기 압축된 고압의 헬륨 냉매를 상기 복수의 크라이오 펌프로 공급하도록 하는 복수의 압축기를 포함하는 크라이오 펌프 시스템에 있어서, 상기 복수의 압축기로부터 압축된 헬륨 냉매를 상기 복수의 크라이오 펌프로 공급하는 복수의 헬륨 공급라인, 각 헬륨 회수라인 마다 체크 밸브가 설치되고, 상기 각 헬륨 회수라인 마다 설치된 각 체크 밸브의 개폐 여부에 기초하여 상기 복수의 크라이오 펌프로부터 저압의 헬륨 냉매를 상기 복수의 압축기로 회수하는 복수의 헬륨 회수라인 및 상기 복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인지 여부에 기초하여 상기 저압의 헬륨 냉매가 상기 복수의 압축기로 회수되도록 상기 체크 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 크라이오 펌프 시스템을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 헬륨 회수라인별로 압력을 측정하는 압력 측정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 복수의 헬륨 회수라인별로 측정된 압력이 상기 기설정된 압력 이상인 경우, 상기 체크 밸브를 개방시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기설정된 압력은 상기 각 헬륨 회수라인의 호스 길이 및 상기 복수의 압축기의 위치 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 상기 체크 밸브를 개방함으로써, 상기 각 헬륨 회수라인을 통해 동일한 냉매량의 상기 저압의 헬륨 냉매가 상기 복수의 압축기로 회수되도록 할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 각 헬륨 회수라인마다 체크 밸브가 설치되고, 각 헬륨 회수라인마다 설치된 각 체크 밸브의 개폐 여부에 기초하여 복수의 크라이오 펌프로부터 저압의 헬륨 냉매가 복수의 압축기로 회수되도록 하는 크라이오 펌프 시스템을 제공할 수 있다.
복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인지 여부에 기초하여 저압의 헬륨 냉매가 복수의 압축기로 회수되도록 체크 밸브의 개폐를 제어함으로써, 저압의 헬륨 냉매가 특정 헬륨 회수라인에 집중되지 않도록 하면서, 복수의 헬륨 회수라인을 통해 모두 동일한 냉매량이 복수의 압축기로 회수되도록 하는 크라이오 펌프 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크라이오 펌프 시스템을 도시한 예시적인 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크라이오 펌프 시스템을 도시한 예시적인 도면이다. 도 1을 참조하면, 크라이오 펌프 시스템(100)은 복수의 크라이오 펌프(110), 복수의 압축기(120), 복수의 헬륨 공급라인(130), 복수의 헬륨 회수라인(140), 압력 측정부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
복수의 크라이오 펌프(110)는 각 크라이오 펌프(110) 마다 냉동기(115)를 구비하고, 냉동기(115)를 이용하여 극저온 환경을 조성할 수 있다. 이 때, 복수의 크라이오 펌프(110)는 극저온 환경을 조성하기 위해 복수의 압축기(120)로부터 고압으로 압축된 헬륨 냉매를 복수의 헬륨 공급라인(130)을 통해 공급받을 수 있다.
복수의 크라이오 펌프(110) 각각은 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부를 포함할 수 있으며, 냉각 공정에서 냉동기(115)를 이용하여 1단 스테이지부 및 2단 스테이지부가 실린더 내를 왕복 운동하면서 내부의 헬륨 냉매를 팽창시키도록 하는 냉각 원리를 이용하여 초저온 환경을 조성할 수 있다. 여기서, 복수의 크라이오 펌프(110)에 의해 초저온 환경을 조성하기 위해 이용된 고압의 헬륨 냉매는 저압 상태로 상태가 변환될 수 있다.
복수의 압축기(120)는 헬륨 냉매를 고압으로 압축하고, 압축된 고압의 헬륨 냉매를 복수의 크라이오 펌프(110)로 공급하도록 할 수 있다.
복수의 헬륨 공급라인(130)은 복수의 압축기(120)로부터 압축된 헬륨 냉매를 복수의 크라이오 펌프(110)로 공급할 수 있다.
복수의 압축기(120)는 복수의 크라이오 펌프(110)로부터 복수의 크라이오 펌프(110)에 의해 고압에서 상태 변환된 저압의 헬륨 냉매를 회수하고, 저압의 헬륨 냉매를 고압의 헬륨 냉매로 재압축시킬 수 있다.
복수의 헬륨 회수라인(140)은 각 헬륨 회수라인마다 체크 밸브(145)가 설치될 수 있다. 여기서, 체크 밸브(145)는 각 헬륨 회수라인(140)에서 유체가 반대방향으로 흐르는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 체크 밸브(145)는 흐르던 유체의 방향이 변경되거나, 압력이 저하되면 자동으로 폐쇄될 수 있다. 이러한 체크 밸브(145)는 예를 들어, 스윙체크밸브, 더블플레이트 웨이퍼 체크밸브, 싱글 웨이퍼 체크밸브, 디스크 체크밸브, 볼 체크밸브, 리프트 체크밸브, 스모렌스키 체크밸브 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이러한 복수의 헬륨 회수라인(140)은 각 헬륨 회수라인 마다 설치된 각 체크 밸브의 개폐 여부에 기초하여 복수의 크라이오 펌프(110)로부터 저압의 헬륨 냉매를 복수의 압축기(120)로 회수할 수 있다.
압력 측정부(150)는 복수의 헬륨 회수라인(140)별로 압력을 측정할 수 있다.
제어부(160)는 복수의 헬륨 회수라인(140)의 압력이 기설정된 압력 이상인지 여부에 기초하여 저압의 헬륨 냉매가 복수의 압축기(120)로 회수되도록 체크 밸브(145)의 개폐를 제어할 수 있다.
제어부(160)는 복수의 헬륨 회수라인(140)별로 측정된 압력이 기설정된 압력 이상인 경우, 체크 밸브(145)를 개방시킬 수 있다. 여기서, 기설정된 압력은 각 헬륨 회수라인의 호스 길이 및 복수의 압축기(120)의 위치 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 헬륨 회수라인(141) 및 제 2 헬륨 회수라인(142)에 설정된 압력은 제 1 헬륨 회수라인(141) 및 제 2 헬륨 회수라인(142) 각각의 호스 길이 및 제 1 헬륨 회수라인(141) 및 제 2 헬륨 회수라인(142)과 복수의 압축기(120)와의 위치에 기초하여 각각 다르게 설정될 수 있다.
제어부(160)는 복수의 헬륨 회수라인(140)의 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 체크 밸브(145)를 개방함으로써, 각 헬륨 회수라인을 통해 동일한 냉매량의 저압의 헬륨 냉매가 복수의 압축기(120)로 회수되도록 할 수 있다.
만약, 저압의 헬륨 냉매를 다시 압축기로 회수 시, 1대의 압축기로 구성된 크라이오 펌프 시스템의 경우 문제가 발생되지 않는다.
그러나, 본 발명과 같이 복수대의 압축기로 구성된 크라이오 펌프 시스템의 경우, 균일한 압력인 고압의 헬륨 냉매를 복수의 크라이오 펌프(130)로 공급한 후, 다시 저압의 헬륨 냉매를 복수의 압축기(140)로 회수할 시, 압축기마다 압력이 다른 냉매가 회수될 수 있다는 문제가 발생된다. 즉, 특정 압축기로 저압의 헬륨 냉매가 집중 회수되게 되는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 복수의 압축기(120)로 불균일한 압력 상태로 헬륨 냄매가 회수될 경우, 상대적으로 과압의 헬륨 냉매를 회수한 압축기와 저압의 헬륨을 회수한 압축기가 존재하게 되어, 압축기(120)에서 헬륨 냉매에 대해 고압의 압축을 수행하더라도, 이후 크라이오 펌프(110)로 고압의 헬륨 냉매의 공급 시, 복수의 크라이오 펌프(110)의 균일한 성능 발휘에 영향을 끼치게 된다.
따라서, 본 발명은 각 헬륨 회수라인(140)마다 체크 밸브(145)가 설치되고, 기설정된 압력 이상 시에만 저압의 헬륨 냉매가 복수의 압축기(120)로 회수되도록 하여, 모든 압축기로 균일한 압력의 저압의 헬륨 냉매가 회수되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 각 헬륨 회수라인(140)마다 체크 밸브(145)가 설치됨으로써, 각 압축기(120)에서 공급받는 냉매의 양이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
이러한 과정을 통해, 압축기(120)로 회수되는 저압의 헬륨 냉매의 양이 일정해지면, 크라이오 펌프(120)로 공급되는 헬륨 냉매의 유량이 동일하게 됨에 따라, 모든 크라이오 펌프(110)가 동일한 성능을 유지할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 크라이오 펌프 시스템
110: 복수의 크라이오 펌프
115: 냉동기
120: 복수의 압축기
130: 복수의 헬륨 공급라인
140: 복수의 헬륨 회수라인
141: 제 1 헬륨 회수라인
142: 제 2 헬륨 회수라인
145: 체크 밸브
150: 압력 측정부
160: 제어부

Claims (5)

  1. 냉동기를 구비하고, 상기 냉동기를 이용하여 극저온 환경을 조성하는 복수의 크라이오 펌프; 및 헬륨 냉매를 고압으로 압축하고, 상기 압축된 고압의 헬륨 냉매를 상기 복수의 크라이오 펌프로 공급하도록 하는 복수의 압축기를 포함하는 크라이오 펌프 시스템에 있어서,
    상기 복수의 압축기로부터 압축된 헬륨 냉매를 상기 복수의 크라이오 펌프로 공급하는 복수의 헬륨 공급라인;
    각 헬륨 회수라인 마다 체크 밸브가 설치되고, 상기 각 헬륨 회수라인 마다 설치된 각 체크 밸브의 개폐 여부에 기초하여 상기 복수의 크라이오 펌프로부터 저압의 헬륨 냉매를 상기 복수의 압축기로 회수하는 복수의 헬륨 회수라인; 및
    상기 복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인지 여부에 기초하여 상기 저압의 헬륨 냉매가 상기 복수의 압축기로 회수되도록 상기 체크 밸브의 개폐를 제어하는 제어부
    를 포함하는, 크라이오 펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 헬륨 회수라인별로 압력을 측정하는 압력 측정부를 더 포함하는 것인, 크라이오 펌프 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 헬륨 회수라인별로 측정된 압력이 상기 기설정된 압력 이상인 경우, 상기 체크 밸브를 개방시키는 것인, 크라이오 펌프 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기설정된 압력은 상기 각 헬륨 회수라인의 호스 길이 및 상기 복수의 압축기의 위치 중 적어도 하나에 기초하여 설정되는 것인, 크라이오 펌프 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 헬륨 회수라인의 압력이 기설정된 압력 이상인 경우 상기 체크 밸브를 개방함으로써, 상기 각 헬륨 회수라인을 통해 동일한 냉매량의 상기 저압의 헬륨 냉매가 상기 복수의 압축기로 회수되도록 하는 것인, 크라이오 펌프 시스템.
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KR20060066103A (ko) * 2003-08-20 2006-06-15 라이볼트 바쿰 게엠베하 진공 장치
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