KR20090017180A - 열전소자를 이용한 팬 필터 유닛의 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자모듈을 이용한 팬 필터 유닛의 냉각장치에 관한 것으로서, 클린 룸에서 구획프레임으로 형성된 시스템 천장의 구획프레임에 탑재된 각각의 팬 하우징에 팬 및 필터를 조합하여 일체화한 팬필터유닛에 있어서, 상기 팬에 의해 유동하는 기류의 흡열을 위해 상기 기류의 유동측에, 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 배치되는 열전소자모듈 및 방열핀을 구비한 전자냉각수단이 배열됨에 있어, 기류가 지그재그로 유동되도록 구성하여, 팬필터유닛 내로 도입되는 외부 공기를 효과적으로 냉각 및 방열시키는 구조를 달성함으로써, 클린룸 내의 공기 내의 수분을 재함유하는 상황이 극력 규제됨과 아울러 항시 일정 온도로 유지되는 보다 청정화된 공기의 공급에 의해 열변형 등을 방지하여 반도체 제조 수율 향상을 도모할 수 있도록 하였다.

Description

열전소자를 이용한 팬 필터 유닛의 냉각 장치{Cooling apparatus for Fan Filter Unit using theremoelectric element}

본 발명은 무진을 요구하는 전자기기조립실, 반도체조립실, 병원의 수술실, 무균실, 세균배양실등 항상 청정을 유지해야만 되는 클린 룸에 정화된 공기를 송풍하여 주는 클린 룸(Clean Room)용 팬필터유닛의 항온냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 병원이나 반도체 제조 공장 등의 클린 룸에서，종래 팬필터유닛(FFU) 방식 및 가압 천장 챔버 방식이 주로 사용되고 있다．도 1은종래의 팬필터유닛 방식의 구성도이다．건물(1) 내의 클린 룸(2)은, 구획프레임(5)으로 형성된 시스템 천장(3)을 구비하고 있다. 이 시스템 천장(3)의 구획프레임(5)으로 형성된 방형(方形)의 있는 팬 하우징(15)에 필터(14)와 송풍팬(13)을 조합하여 일체화한 팬필터유닛(16)이 장착되어 있다.

이러한 팬필터유닛(16)의 송풍팬(13)에 의해, 천장 내부(17)의 공기를 흡인하고 필터(14)를 통하여 클린 룸(2) 내에 공급한다. 클린 룸(2) 내의 공기는, 프리 액세스 플로어(4)를 통하여 마루 하부로 유동하여, 또한 드라이 코일(9)을 통하여 제습되고、리턴 스페이스(12)를 흐르고 천장 내부(17)로 돌아와 순환한다. 이 FFU 방식으로는 천장에 마련한 각 송풍팬(13)에 의해 천장 내부(17)의 공기를 흡인하므로, 천장 내부(17)는 주위에 대하고 부압이 된다.

이와 같은 FFU 방식에 있어서는, 천장 내부(17)가 부압이기 때문에, 각 팬 하우징(15, …)의 구획프레임(5)　부분의 리크 등에 의해 천장 내의 공기가 필터를 통과하지 않고 클린 룸(2) 안으로 유입되는 것이 없도록 함으로써, 클린 룸(2) 안의 청정도가 확실하게 유지된다. 따라서, 필터(14)와 구획프레임(5)과의 사이의 밀봉성에 관해서는, 다소의 틈이 있더라도 클린룸(2) 측으로 누설되는 등의 문제는 없다.

또, 각 팬 하우징(15) 마다 팬이 마련되기 때문에, 필터 교환의 경우 등에 클린 룸(2) 전체의 운전을 정지하는 일이 없이, 개별 송풍팬(13) 만을 정지하고 필터(14)를 교환한 것이 가능하여, 클린 룸(2)의 가동율이 높아지며 사용성이 향상된다.

그러나, 상술한 바와 같이, 클린 룸(2)에 대해 천장 내가 부압이 되기 때문에, 클린 룸(2)의 청정도의 유지를 확실히 할 수 있고, 또 클린 룸 전체의 운전을 정지하지 않고도, 개별적으로 필터(14) 교환을 수행할 수 있는 등의 이점을 보유한 반면, 송풍팬(13)을 다수개 사용하기 때문에, 에너지 효율이 나쁘고, 전체적으로 볼 때, 큰 전력을 소비함과 함께 다수의 팬이 천장 내에 마련되기 때문에 필터(14)내로 유입되는 외부의 더운 공기로 인해, 클린룸 내 에너지 손실이 발생함과 동시 에, 일예로 반도체 제조 수율을 일정하게 유지하지 못하는 등의 단점을 내포하고 있었다.

다시 말해서, 일반적으로 같은 중량의 공기라도 온도가 다르면 함유할 수 있는 수분의 양이 달라지고 온도가 높을수록 많은 수분을 함유하기 때문에, 수분이 많이 함유된 공기가 클린룸 내로 도입되게 되어 그만큼 반도체 제조 수율을 저감시키는 등의 문제가 발생하는 것이다.

더욱이, 클린룸으로 제공되는 공기의 온도가 일정치 못할 경우에는, 반도체 소자 등의 열변형을 야기하게 되어 그만큼 반도체 제조 수율을 저감시키게 되는 단점을 내포하고 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 우려를 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 팬필터유닛 내로 도입되는 외부 공기를 1차적으로 냉각시켜 공급시킴으로써, 클린룸 내의 공기 내의 수분을 재함유하는 상황이 극력 규제됨과 아울러, 클린룸으로 제공되는 공기의 온도가 일정하게 유지되게 되어 보다 청정화된 공기의 공급에 기인한 반도체 제조 수율 향상을 도모할 수 있도록 한 팬필터유닛의 냉각장치를 제공함에 주된 기술적 해결과제가 있는 것이다.

이를 실현하기 위해 본 발명은,

클린 룸에서 구획프레임으로 형성된 시스템 천장의 구획프레임에 탑재된 각각의 팬 하우징에 팬 및 필터를 조합하여 일체화한 팬필터유닛에 있어서,

상기 팬에 의해 유동하는 기류의 흡열을 위해 상기 기류의 유동측에, 냉각측 면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 배치되는 열전소자모듈 및 방열핀을 구비한 전자냉각수단이 배열된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 팬 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면을 갖도록 배치된 팬가이드의 내벽면에, 흡열을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 배치되는 열전소자모듈 및 방열핀을 구비한 전자냉각수단이 착접 배열되도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 팬 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면을 갖도록 배치된 팬가이드의 토출측에서 이격되어 상기 팬 하우징의 단부측 내벽을 구획하도록 기립 고정된 격벽에, 상기 팬측 방향으로 흡열을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 열전소자모듈, 냉각핀 및 방열핀을 구비한 전자냉각수단이 기립 배열되도록 구성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에서 종래와 동일 또는 동등한 부분은 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 클린룸용 팬필터유닛의 내부구조를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2에서의 팬필터유닛의 내부구조를 측방에서 바라보아 예시하기 위한 개략적인 종단면 구조도이며, 도 4는 도 3에서의 팬필터유닛 종단면 구조에서의 요부 확대 단면 구조도이다.

본원에 따른 팬필터유닛(20)은, 클린 룸(2)의 천장에 설치하여 클린 룸(2)으로 정화된 공기를 공급하는 클린 룸(2)의 필터링 유닛의 일환으로, 팬필터유닛(20)에서의 공기흐름 경로 내외에서의 공기 냉각 기능을 효율적으로 수행할 수 있도록 구성되어 있다.

또, 상기 팬필터유닛(20)은, 클린 룸(2) 천장에 바둑판과 같이 격자상으로 설치된 구획프레임(5)에 팬하우징(15), 그릴(22), 필터(14), 팬(25) 및 모터(M)와 함께 설치되어 있다.

또, 클린 룸 팬필터유닛(20) 내에는 팬(25)에 의해 토출되는 공기의 흐름을 저항을 최소로 하면서 가이드하기 위해 팬가이드(30)가 팬(25)을 둘러싸도록 설치되어 있다.

또한, 상기 팬가이드(30)는 상기 팬(25) 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면(31)을 갖도록 구성되어 있다.

또, 상기 팬필터유닛(20) 내부에는, 상기 팬(25)에 의해 유동하는 기류의 흡열을 위해 상기 기류의 유동측에 냉각측면이 배치되고, 그 반대편에 방열을 위한 방열측면이 배치되는 제1 냉각핀(43), 제1 열전소자모듈(41) 및 제2 방열핀(45)을 구비한 제1 전자냉각수단(40)이 배열되어 있다.

여기에서, 상기 팬가이드(30)의 토출측으로부터 토출되는 공기가 상기 제1 격벽(61)에 결합된 상기 제1 전자냉각수단(41)의 하방에서 상방향으로 유동하여 상기 제1 격벽(61)의 제1 개구부(61a)를 타고넘은 후 재차 하강하여 상기 하우징(15) 측벽(15a)의 하측 배기구(15b)를 지그재그로 유동하도록 상기 제1 개구부(61a)와 상기 배기구(15b)가 상하로 교대로 개방형성되어 있다.

또한, 상기 팬필터유닛(20)의 내부에는, 상기 팬(25) 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면을 갖도록 배치된 팬가이드(30)의 토출측에서 이격되어 상기 팬 하우징(15)의 단부측 내벽을 구획하도록 기립 고정된 제1 격벽(61)에, 상기 팬(25)측 방향으로 냉각을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 제1 열전소자모듈(41), 제1 냉각핀(43) 및 제2 방열핀(45)을 구비한 제1 전자냉각수단(40)이 기립 배열되어 있다.

또한, 상기 팬필터유닛(20)의 내부에는, 상기 팬(25) 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면을 갖도록 배치된 팬가이드(30)의 토출측에서 이격되어 상기 팬 하우징(15)의 단부측 내벽을 구획하도록 상기 제1 격벽(61)과 일정 거리 이격되어 기립 고정된 병렬 배열형 제2 격벽(63)에, 상기 팬(25)측 방향으로 냉각을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 제2 열전소자모듈(51), 제2 냉각핀(53) 및 제2 방열핀(55)을 구비한 제2 전자냉각수단(50)이 각각 기립 배열되어 있다.

물론, 도시하지는 않았으나, 팬필터유닛(20) 내부나 외부에 온도 센서가 배치되어, 룸내의 적절한 설정 온도를 관리하여 항시 최적화된 환경을 유지토록 하기 위해 상기 전자냉각수단(40, ‥)의 제어를 행하기 위한 온도 조절기와 전기적 접속하도록 구성해도 좋다.

또한, 상기 팬가이드(30)의 토출측으로부터 토출되는 공기가 상기 제1 전자 냉각수단(40)의 거쳐 상기 제1 격벽(61)의 상부측의 제1 개구부(61a)를 타고넘은 후 재차 하강하여 상기 제2 전자냉각수단(50)이 기립 고정된 제2 격벽(63)의 하부측 제2 개구부(61)를 통해 지그재그로 유동하도록 상기 제1 및 제2 격벽(61, 63)들에서의 개구들이 상하로 교대로 개방형성되어 있다.

또, 상기 팬 주위에 대하여 팬하우징(15)의 유입구측에, 상기 팬(25)측 방향으로 흡열을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 열전소자모듈(41) 및 방열핀을 구비한 상기 제1 또는 제2 전자냉각수단(40, 50)이 수평 배열되도록 제1 또는 제2 고정계합부(70, 80)를 매개로 고정결합됨이 바람직하다.

일예로, 상기 제1 고정계합부(70)는 상기 제1 또는 제2 열전소자모듈(41, 51)의 양단부면에 오목형성된 요홈(41a, 51a)과 판상의 제1 걸림부(61b, 63b)를 포함하여 구성되어 있다.

또, 상기 제1 고정계합부의 다른 실시예로서의 상기 제2 고정계합부(80)는 상기 제1 또는 제2 열전소자모듈(41, 51)의 양단을 상하로 감싸는 단면이 ㄷ자 형상의 제2 걸림부(80a)를 포함하여 구성되어 있다.

다음에, 본원 발명에 따른 팬필터유닛의 작동을 설명한다.

먼저, FFU에 전원을 인가하여 팬(25)을 구동시키면, 공기 흡입 및 토출 유동이 발생하게 된다.

또, 상기 팬(25)의 회전축과 직교방향으로 공기의 토출이 발생하면, 이 팬(25)을 둘러싸고 있는 팬가이드(30)의 벽면(31)을 따라 회전유동하면서 팬가이 드(30)의 방출부측으로 유동하게 되는 공기 흐름이 발생된다.

여기에서, 상기 팬필터유닛(20)의 양단측의, 상기 팬(25) 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면을 갖도록 배치된 팬(25)가이드의 토출측에서 이격되어 상기 팬(25) 하우징의 단부측 내벽을 구획하도록 기립 고정된 격벽에, 상기 팬(25)측 방향으로 흡열을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 제1 열전소자모듈(41), 제1 냉각핀(43) 및 제2 방열핀(45)을 구비한 제1 전자냉각수단(40)이 배치되어 있기 때문에, 수분이 많이 함유된 공기가 클린룸 내로 도입되게 되더라도 이를 격벽에서 냉각시켜 하부 필터(14)측으로 유동되어 클린룸(2) 내부로 항시 일정 온도로 열교환되어 도입되기 때문에, 클린룸(2) 내의 공기 내의 수분을 재함유하거나, 또는 열변형을 야기할 정도의 온도 변동이 발생되는 상황이 소거되게 됨으로써, 보다 청정화된 공기의 공급이 가능케 되는 것이다.

또한, 상기한 열교환에 이은 추가의 2중 열교환을 위해, 상기 팬가이드(30)의 토출측으로부터 토출되는 공기가 상기 제1 전자냉각수단(40) 및 제2 전자냉각수단(50)을 거쳐 유동함에 있어, 상술한 바와 같이, 1차적으로 상기 제1 격벽(61)의 상부측의 제1 개구부(61a)를 타고넘은 후 2차적인 열교환을 위해, 여기에서 재차 하강하면서 상기 제2 전자냉각수단(50)이 기립 고정된 제2 격벽(63)의 하부측 제2 개구부(61)를 통해 지그재그로 유동함으로써 추가적인 열교환이 이루어지게 되는 것이다.

이로써, 청정화된 일정한 온도를 유지하는, 저수분 함유의 도입 공기의 제공 에 기인한 반도체 제조 수율 향상을 도모할 수 있게 되는 장점을 구가할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 팬필터유닛(20) 내로 도입되는 외부 공기를 1차적으로 냉각시켜 공급시킴으로써, 클린룸 내의 공기 내의 수분을 재함유하는 상황이 극력 규제된 보다 청정화된 공기의 공급에 기인한 반도체 제조 수율 향상을 도모할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 열전소자를 이용한 팬(25) 필터 유닛의 냉각 시스템에 의하면, 모터에 의해 구동하는 팬(25)을 회전시키면서 동시에 이송채널 내에서 전자냉각수단을 매개로 하여, 냉기로 전열되도록 하는 냉각장치를 구성함으로써 팬필터유닛(20)에서의 공기이송경로 내에서의 냉각 작동을 수행할 수 있도록 하는 효과를 내재하고 있는 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시 예가 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 클린룸용 팬필터유닛 및 룸 내부의 개략적인 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 클린룸용 팬필터유닛의 내부구조를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 3은 도 2에서의 열전소자모듈을 이용한 팬필터유닛의 내부구조를 측방에서 바라보아 예시하기 위한 개략적인 종단면 구조도,

도 4는 도 3에서의 팬필터유닛 종단면 구조에서의 요부 확대 단면 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 팬필터유닛 15 : 팬하우징

22 : 그릴 14 : 필터

25 : 팬 30 : 팬가이드

31 : 벽면 40 : 전자냉각수단

41 : 열전소자모듈 43 : 냉각핀

45 : 방열핀

Claims (7)

1. 클린 룸에서 구획프레임으로 형성된 시스템 천장의 구획프레임에 탑재된 각각의 팬 하우징에 팬 및 필터를 조합하여 일체화한 팬필터유닛에 있어서,

   상기 팬에 의해 유동하는 기류의 흡열을 위해 상기 기류의 유동측에, 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 배치되는 제1 냉각핀, 제1 열전소자모듈 및 제1 방열핀을 구비한 제1 전자냉각수단이 결합된 제1 격벽이 기립 배열된 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 팬가이드의 토출측으로부터 토출되는 공기가 상기 제1 격벽에 결합된 상기 전자냉각수단의 하방에서 상방향으로 유동하여 상기 제1 격벽의 제1 개구부를 타고넘은 후 재차 하강하여 상기 하우징 측벽의 하측 배기구를 지그재그로 유동하도록 상기 제1 개구부와 상기 배기구가 상하로 교대로 개방형성된 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 팬 주위에 대하여 그의 원주방향으로 갈수록 멀어지도록 이격되는 벽면 을 갖도록 배치된 팬가이드의 토출측에서 이격되어 상기 팬 하우징의 단부측 내벽을 구획하도록 상기 제1 격벽에 병렬로 기립 고정된 제2 격벽에, 상기 팬측 방향으로 흡열을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 제2 냉각핀, 제2 열전소자모듈 및 제2 방열핀을 구비한 제2 전자냉각수단이 기립 배열된 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 팬가이드의 토출측으로부터 토출되는 공기가 상기 제1 전자냉각수단을 거쳐 상기 제1 격벽의 제1 개구부를 타고넘은 후 재차 하강하여 상기 제2 전자냉각수단의 하부의 상기 제2 격벽의 제2 개구부를 통해 지그재그로 유동하도록 상기 격벽들에서의 제1 개구부들이 상하로 교대로 개방형성된 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 팬 주위에 대하여 팬하우징의 유입구측에, 상기 팬측 방향으로 흡열을 위한 냉각측면이 배치되고 반대편에 방열을 위한 방열측면이 기립 배치되는 열전소자모듈 및 방열핀을 구비한 전자냉각수단이 수평 배열되도록 제1 또는 제2 고정계합부를 매개로 고정결합된 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 고정계합부는 상기 열전소자모듈의 양단부면에 오목형성된 요홈과 판상의 제1 걸림부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2 고정계합부는 상기 열전소자모듈의 양단을 상하로 감싸는 단면이 ㄷ자 형상의 제2 걸림부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팬필터유닛의 냉각장치.

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