KR20090107448A - Helium management control system - Google Patents

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게리 에스. 아쉬
알렌 제이. 바트레트
브루스 알. 앤딘
와이. 로베르토 단
조세프 주니어 초피
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Abstract

PURPOSE: A helium management control system is provided to detect and re-distribute excessiveness and extra helium refrigerant in each cryogenic pump by monitoring various parameters through a sensor. CONSTITUTION: A helium management control system includes a compressor storage(16) and a plurality of cryogenic pumps. The compressor storage has more than one compressor(16a-16n). In a cryogenic cooling system, a refrigerant is supplied from the supply line connected to the compressor storage. A method of system control is comprised of the steps: determining an operation parameter in considering the pressure difference between a feed line connected with the cooling system and the supply line; allotting a refrigerant to the cooling system based on the operation parameter; and re-allotting a refrigerant to the cooling system based on the operation parameter including a change of pressure difference.

Description

헬륨 관리 제어 시스템 {HELIUM MANAGEMENT CONTROL SYSTEM}Helium Management Control System {HELIUM MANAGEMENT CONTROL SYSTEM}

본 발명은 다수의 극저온 냉각장치를 포함하는 시스템 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system control method comprising a plurality of cryogenic chillers.

진공 처리 용기는 반도체 웨이퍼 제작, 전자 현미경 검사, 가스 크로마토그래피 등과 같은 작업을 위한 진공 환경을 제공하기 위하여 제조시 자주 적용된다. 통상적으로 이러한 용기는 밀폐된 장치 안에서 진공 처리 용기에 진공 펌프를 부착함에 의해서 제작된다. 진공 펌프는 작동되어 진공 처리 용기로부터 모든 분자를 충분히 제거하여서 진공 환경을 야기한다.Vacuum processing vessels are frequently applied in manufacturing to provide a vacuum environment for operations such as semiconductor wafer fabrication, electron microscopy, gas chromatography, and the like. Typically such vessels are manufactured by attaching a vacuum pump to a vacuum processing vessel in a closed apparatus. The vacuum pump is operated to sufficiently remove all molecules from the vacuum processing vessel, resulting in a vacuum environment.

진공 펌프의 한가지 형태는 극저온 펌프로, 이는 미국 특허 제 5,862,671호 (1999년 1월 26일에 등록)에서 공개되었고, 본 출원의 양수인에게 양도되었고 전체가 참고문헌으로 본원에 통합된다. 극저온 펌프는 표면을 냉각시켜서 절대온도 0에 도달함에 의해서 진공 처리 용기로부터 분자를 제거한다. 상기 온도에서, 대부분의 모든 기체는 극저온 어레이 (array)라고 불리는 냉각된 표면에서 응축되고, 이에 의하여 진공 처리 용기로부터 실질적으로 모든 분자를 제거한다. One form of vacuum pump is a cryogenic pump, which is published in US Pat. No. 5,862,671 (registered January 26, 1999), assigned to the assignee of the present application and incorporated herein by reference in its entirety. The cryogenic pump cools the surface to remove molecules from the vacuum vessel by reaching absolute zero. At this temperature, most of all the gas condenses on a cooled surface called a cryogenic array, thereby removing substantially all molecules from the vacuum processing vessel.

극저온 펌프는 필요한 절대온도 0에 근접하게 도달하기 위하여 헬륨-구동 냉 각장치를 사용한다. 압축기는 헬륨 냉각제를 압축하고 극저온 펌프에 의해 냉각장치로 펌핑(pumping)하고 , 극저온 냉각장치내의 냉각 핑거라고 불리는 원통모양 용기가 헬륨을 수용한다. 극저온 어레이는 냉각핑거에 부착되고, 이와 열적으로 연통하고, 이것과 함께 냉각된다. 여과기는 헬륨이 팽창함에 따라 냉각 핑거 내부에서 왕복운동하고, 여과기 구동모터에 의하여 구동되고, 이 여과기 구동 모터는 여과기를 왕복운동시키고 사용되는 헬륨양을 조절한다. 헬륨이 냉각 핑거내에서 팽창함에 따라, 극저온 어레이로부터 열을 빼앗아, 극저온 어레이에서 기체를 응축시키는데 필요한 절대 온도 0에 근접한 온도를 발생시킨다. Cryogenic pumps use helium-driven chillers to reach the required absolute zero. The compressor compresses the helium coolant and pumps it to the chiller by a cryogenic pump, and a cylindrical vessel called a cooling finger in the cryogenic chiller receives the helium. The cryogenic array is attached to, and in thermal communication with, a cooling finger and cooled with it. The filter reciprocates inside the cooling finger as helium expands, and is driven by a filter drive motor, which filters the filter and drives the amount of helium used. As helium expands in the cooling finger, it takes heat away from the cryogenic array, producing a temperature close to zero that is necessary for condensing the gas in the cryogenic array.

극저온 냉각장치에 유효한 헬륨 냉각제의 양은 냉각되는 속도를 결정한다. 헬륨의 공급이 증가할수록 냉각에 소요되는 시간은 감소하고, 이 냉각에 소요되는 시간은 극저온 펌핑 (pumping) 온도에 도달하기 위하여 필요한 시간이다. 또한, 헬륨 소비율은 극저온 냉각장치의 온도에 따라 다양하다. 극저온 냉각장치가 냉각될수록 냉각 처리를 지속하기 위하여 헬륨의 공급이 증가될 필요가 있다. 극저온 펌핑된 진공 처리 용기에서, 중단 시간은 제조 시간을 손실시키므로 실질적인 경제적 결점이 된다. 따라서, 극저온 펌핑 온도에 빠르게 도달하고 이를 유지할 수 있는 성능은 유용하다. The amount of helium coolant available for the cryogenic chiller determines the rate at which it cools. As the supply of helium increases, the time required for cooling decreases, which is the time required to reach the cryogenic pumping temperature. In addition, the helium consumption rate varies with the temperature of the cryogenic chiller. As the cryogenic chiller cools, the supply of helium needs to be increased to continue the cooling process. In cryogenic pumped vacuum processing vessels, downtime is a substantial economic drawback as it reduces manufacturing time. Thus, the ability to quickly reach and maintain cryogenic pumping temperatures is useful.

헬륨 분배에 관한 종래 기술 유형중 하나가 미국특허 제 5,775,109 (1997년 1월 2일에 출원)에 "공통 압축기에 의해 공급되는 복합 극저온 냉각장치의 향상된 냉각"이란 명칭으로 기술되어 있고, 본 발명의 양수인에게 양도되었고, 전체가 참고문헌으로 본원에 통합된다. 상기 특허는 극저온 펌프가 유인 온도 (triggering temperature)에 도달하는 경우에, 각 여과기 구동 모터의 속도를 조절하기 위하여 다수의 극저온 펌프 각각의 온도를 개별적으로 모니터링하는 것을 제안한다. 극저온 펌프가 현재 수행되는 작동에 따라 다양한 양의 헬륨을 요구하기 때문에, 구동 모터 속도를 조절하여 헬륨 공급을 적절하게 감소시키거나 증가시킬 수 있다. 이러한 시스템에서, 각 극저온 펌프는 온도를 모니터링하고, 이에 알맞게 구동 모터속도를 조절한다. One type of prior art relating to helium distribution is described in US Pat. No. 5,775,109 (filed Jan. 2, 1997) entitled "Enhanced Cooling of Complex Cryogenic Chillers Supplied by Common Compressors", the assignee of the present invention Is incorporated by reference in its entirety. The patent proposes to individually monitor the temperature of each of the cryogenic pumps in order to adjust the speed of each strainer drive motor when the cryogenic pump reaches the triggering temperature. Since cryogenic pumps require varying amounts of helium depending on the operation currently being performed, the drive motor speed can be adjusted to appropriately reduce or increase the helium supply. In such a system, each cryogenic pump monitors the temperature and adjusts the drive motor speed accordingly.

그러나, 다수의 극저온 펌프를 공급하는 공통 헬륨 공급 분기관은 자주 극저온 펌프 모두에 의해서 요구되는 것보다 많은 헬륨을 공급할 수 있다. 확인되지 않은 과잉 헬륨이 자주 활용되지 않아서 냉각에 요구되는 시간을 증가시키고 이는 극저온 냉각장치가 필요한 것보다 더 냉각되고 동력 및 헬륨 냉각장치 공급을 유지하는 데 필요한 다른 공급원을 낭비하게 한다. However, a common helium feed branch that supplies multiple cryogenic pumps can often supply more helium than required by both cryogenic pumps. Unidentified excess helium is not often utilized, increasing the time required for cooling, which causes the cryogenic chiller to cool more than is needed and waste other sources needed to maintain power and helium chiller supplies.

요약summary

냉각장치와 같은 다수의 소비자 사이에 냉각제 같은 공급원의 분배를 조절하는 방법을 냉각제의 입수가능한 양을 연산하고 다수의 냉각장치 각각에 의한 냉각제의 요구량을 연산함에 의하여 제공한다. 사용장치의 요구량을 합하고, 합한 요구량에 기초한 냉각제의 할당을 냉각장치 각각을 위해 결정한다. 주기적으로, 규칙적인 간격으로, 냉각제의 할당을 냉각장치 각각에 대한 현재 필요량을 재평가하 여 사용자 각각의 요구를 재연산하여 재분배한다. A method of adjusting the distribution of a source of coolant, such as a coolant, between a plurality of consumers, such as a chiller, is provided by calculating the available amount of coolant and calculating the required amount of coolant by each of the plurality of coolers. The requirements of the equipment used are summed and the allocation of coolant based on the combined requirements is determined for each of the chillers. Periodically, at regular intervals, the allocation of coolant is re-evaluated by re-evaluating each user's needs by re-evaluating the current needs for each of the chillers.

극저온 냉각 시스템과 같은 시스템에서, 제어 방법은 하나 이상의 압축기, 및 압축기 저장고로부터 냉각제를 공급받는 다수의 극저온 냉각장치를 구비한 압축기 저장고를 포함한다. 압축기로부터 극저온 냉각장치 각각으로의 냉각제 공급의 관리는 냉각장치 각각의 냉각 요구정도를 결정하고, 진공 네트워크 제어기로부터 결정된 요구정도에 따라 냉각장치로의 냉각제의 공급을 할당함에 의해 수행된다. In systems such as cryogenic cooling systems, the control method includes a compressor reservoir having one or more compressors and a plurality of cryogenic chillers that receive coolant from the compressor reservoir. The management of the coolant supply from the compressor to each of the cryogenic chillers is performed by determining the degree of cooling demand of each of the chillers and allocating the supply of coolant to the chiller according to the demand determined from the vacuum network controller.

공통 분기관으로부터 헬륨 냉각제 공급을 조절하기 위한 헬륨 관리 제어 시스템의 구체예는 다수의 극저온 냉각장치에 적절한 헬륨 공급량을 공급한다. 상기 시스템은 모든 극저온 냉각장치의 총 냉각 부하에 따라 극저온 냉각장치 각각에 냉각제 공급을 수행하기 위하여 전체 냉각제 공급을 모니터링하고 조절하는 다수의 센서를 사용한다. 극저온 냉각장치 각각에 대한 냉각제 요구량은 대응하는 극저온 펌프에 의해 연산된다. 헬륨 공급의 총 냉각 용량은 냉각제 전달을 최적화하기 위하여 극저온 냉각장치 각각에 할당된다. 헬륨의 적절한 공급은 헬륨 냉각제의 과잉 및 부족을 감지하고 이에 알맞게 냉각제를 분배함에 의해 각 극저온 펌프에 분배된다. 총 냉각제 공급량이 총 냉각제 요구량을 초과하는 경우에, 과잉 냉각제는 극저온 냉각장치로 이동되어 극저온 냉각장치가 과잉 헬륨을 사용한다. 유사하게, 총 냉각 요구량이 총 냉각 공급량을 초과하는 경우에, 이에 알맞게 극저온 냉각장치의 일부 또는 모두로의 냉각제 공급을 감소시켜서 불리하거나 늦추는 효과를 최소화한다. An embodiment of a helium management control system for regulating the helium coolant supply from a common branch pipe provides an adequate amount of helium supply to a number of cryogenic chillers. The system uses a number of sensors that monitor and regulate the total coolant supply to perform a coolant supply to each of the cryogenic chillers according to the total cooling load of all cryogenic chillers. The coolant demand for each cryogenic chiller is calculated by the corresponding cryogenic pump. The total cooling capacity of the helium supply is assigned to each cryogenic chiller to optimize coolant delivery. The proper supply of helium is distributed to each cryogenic pump by detecting excess and lack of helium coolant and distributing the coolant accordingly. If the total coolant supply exceeds the total coolant requirement, the excess coolant is transferred to the cryogenic chiller so that the cryogenic chiller uses excess helium. Similarly, if the total cooling demand exceeds the total cooling supply, then the coolant supply to some or all of the cryogenic chillers is appropriately minimized to minimize the adverse or slowing effect.

냉각제 공급은 하나 이상의 압축기 또는 공통 압축기 저장고로부터, 헬륨 공 급 분기관을 통해 다수의 극저온 냉각장치로 이루어진다. 공통 압축기 저장고를 포함하는 각 압축기로부터의 냉각제 공급은 냉각제 공급량을 결정하는데 사용된다. 또한, 극저온 냉각장치를 포함하는 극저온 펌프 각각에 부착된 센서로부터의 데이타에 기초하여 연산된 총 냉각제 요구량은, 극저온 냉각장치가 수행하는 특정 작동에 따라 연산된다. 특정 작업이 다른 작업보다 많은 냉각제를 소비하기 때문에 냉각제 공급은 극저온 냉각장치 각각에 대해 연산된다. 냉각 기능은 가장 많은 헬륨을 필요로 하고, 따라서 다른 극저온 냉각장치에 분배하지 않고 운반되는 최대의 냉각제 공급을 제공받을 수 있다. 재생 기능은 거의 냉각제를 필요로 하지 않거나 전혀 필요로 하지 않으므로, 다른 극저온 냉각장치를 위해 냉각제를 유리시킨다. 하나 이상의 극저온 냉각장치의 정상 작동동안, 헬륨은 극저온 냉각장치를 평형 상태로 유지하기 위하여 이동된다. 과잉 헬륨을 냉각상태의 극저온 냉각장치로 이동시키거나, 과잉 헬륨에 대한 요구가 없는 경우에는 총 냉각제 공급량을 감소시킨다. The coolant supply consists of a plurality of cryogenic chillers from one or more compressors or common compressor reservoirs through a helium feed branch. The coolant supply from each compressor including a common compressor reservoir is used to determine the coolant supply. In addition, the total coolant demand calculated based on the data from the sensors attached to each of the cryogenic pumps including the cryogenic chiller, is calculated according to the specific operation performed by the cryogenic chiller. The coolant supply is calculated for each cryogenic chiller because one job consumes more coolant than the other. The cooling function requires the most helium and thus can be provided with the maximum coolant supply that is transported without dispensing to other cryogenic chillers. The regeneration function requires little or no coolant, thus releasing the coolant for other cryogenic chillers. During normal operation of one or more cryogenic chillers, helium is moved to keep the cryogenic chillers in equilibrium. Excess helium is transferred to a chilled cryogenic chiller or the total coolant supply is reduced if there is no need for excess helium.

시스템은 각 극저온 냉각장치를 위한 적절한 냉각제 공급량을 연산하기 위하여 다양한 매개변수를 모니터링한다. 상기 매개 변수는 연산된 극저온 냉각장치를 통과하는 냉각제 유속, 구동 모터의 속도, 냉각제의 압력, 및 극저온 냉각장치의 온도를 포함한다. 상기 방식으로, 총 냉각제 부하 및 개별 극저온 냉각장치의 현재 냉각 기능에 따라, 적절한 냉각제 공급이 공통 압축기 저장고로부터 다수의 극저온 냉각장치로 운반될 수 있다. 따라서, 헬륨 관리 제어 시스템은 냉각제 공급의 부족으로부터 나타나는 불리하거나 늦추는 효과를 최소화하고 냉각제 공급이 과 잉한 경우에 성능을 증가시킨다. The system monitors various parameters to calculate the appropriate coolant supply for each cryogenic chiller. The parameters include the calculated coolant flow rate through the cryogenic chiller, the speed of the drive motor, the pressure of the coolant, and the temperature of the cryogenic chiller. In this way, depending on the total coolant load and the current cooling function of the individual cryogenic chillers, an appropriate coolant supply can be delivered from the common compressor reservoir to the multiple cryogenic chillers. Thus, the helium management control system minimizes the disadvantages or slowing effects resulting from the lack of coolant supply and increases performance when the coolant supply is excessive.

본 발명의 바람직한 구체예는 하기와 같다. Preferred embodiments of the present invention are as follows.

헬륨 관리 제어를 논의하기 전에, 극저온 펌프 (펌프) 작동을 논의하는 것이 유익하다. 극저온 펌프 및 물 펌프와 같은 진공 펌프는 진공 처리 용기를 약 0기압으로 하는데 사용된다. 10-6 내지 10-9 토르의 차수로 약 0기압, 또는 그 이하는 진공 처리 용기로부터 모든 분자를 실질적으로 제거함에 의해서 달성된다. 분자는 극저온 펌프의 극저온 냉각장치를 통해 진공 처리 용기로부터 제거된다. 극저온 냉각장치의 일부가 약 절대온도 0, 일반적으로 10 내지 20K로 냉각되고, 이는 처리용기의 모든 분자를 극저온 냉각장치에 의해 냉각된 극저온 어레이로 응결시킨다. 극저온 어레이는 일반적으로 조밀한 부피에 표면적을 제공하는 한 벌의 루버 및 배플이다. 따라서, 응축된 기체는 낮은 증기압을 가진 고체상태로 변하여 거의 진공상태가 된다. 또한, 극저온 어레이는 숯과 같은 흡수 물질을 포함하는데, 이는 응축되지 않는 분자, 예를 들어, 수소, 헬륨 및 네온을 흡수한다. 극저온 냉각장치는, 절대 온도 0에 가까운 온도에 이를 수 있는, 헬륨 가스와 같은 냉각 작업유체에 의해 동력이 공급된다. Before discussing helium management control, it is beneficial to discuss the cryogenic pump (pump) operation. Vacuum pumps, such as cryogenic pumps and water pumps, are used to bring the vacuum processing vessel to about zero atmospheres. About 0 atm, or less, on the order of 10 -6 to 10 -9 Torr is achieved by substantially removing all molecules from the vacuum processing vessel. Molecules are removed from the vacuum processing vessel through the cryogenic chiller of the cryogenic pump. A portion of the cryogenic chiller is cooled to about absolute zero, typically 10-20 K, which condenses all the molecules of the treatment vessel into the cryogenic array cooled by the cryogenic chiller. Cryogenic arrays are generally a set of louvers and baffles that provide surface area for dense volumes. Thus, the condensed gas turns into a solid state with low vapor pressure and becomes almost vacuum. Cryogenic arrays also include absorbing materials such as charcoal, which absorb molecules that do not condense, such as hydrogen, helium, and neon. Cryogenic chillers are powered by a cooling working fluid, such as helium gas, which can reach temperatures close to zero absolute.

극저온 펌프는 이들의 현재 작동 및 온도에 따라 다양한 헬륨의 양을 소비한다. 일련의 펌프를 하나 이상의 압축기의 공통 압축기 저장고에 연결하여 유효한 헬륨 공급을 최대화한다. 펌프에 의한 헬륨 소비는 제어기에 의해 모니터링되고 조절된다. 각 펌프의 다양한 작동 매개변수를 모니터링하여 헬륨의 적절한 공급량이 각 펌프에 공급된다. 과잉 헬륨은 이를 사용하는 펌프에 이용되도록 다시 이동된다. 부족 헬륨은 작동을 유지하고 해로운 효과를 최소화하기 위하여 공급이 제한된다. Cryogenic pumps consume varying amounts of helium depending on their current operation and temperature. A series of pumps are connected to the common compressor reservoir of one or more compressors to maximize the valid helium supply. Helium consumption by the pump is monitored and regulated by the controller. By monitoring the various operating parameters of each pump, an adequate supply of helium is supplied to each pump. Excess helium is moved back to be used for the pump using it. Lack of helium is limited in supply to maintain operation and to minimize harmful effects.

일반적인 극저온 펌프의 냉각장치에서, 작업유체는 압축되고; 압축기의 열은 공기-냉각 열 교환기에 의해 제거되고; 다시 유체는 재생 열 교환 기판에서 냉각되고; 다음, 기체는 팽창되어 주변 온도 이하로 냉각된다. 극저온 펌프는 진공 처리 용기로부터 기체 분자를 제거하기 위하여 20K미만으로 효과적으로 작동되어야 한다. 상기 저온에 도달하기 위해서는 매우 효율적인 열 교환기 및 절대 온도 0에 접근하는 온도에서 기체상태로 남아 있는 헬륨 가스와 같은 작업유체를 사용하여야 한다. In a typical cryogenic pump chiller, the working fluid is compressed; Heat in the compressor is removed by an air-cooled heat exchanger; The fluid is again cooled in the regenerative heat exchange substrate; The gas is then expanded and cooled to below ambient temperature. Cryogenic pumps must be operated effectively at less than 20K to remove gas molecules from the vacuum vessel. To reach the low temperature, a very efficient heat exchanger and a working fluid such as helium gas, which remains gaseous at temperatures approaching absolute zero, must be used.

펌프의 극저온 냉각장치에서 압축된 기체 냉각제의 흐름은 순환적이다. 극저온 냉각장치의 가장 기본적인 형태에서, 압축된 가스의 공급원, 예를 들어, 압축기는 유입구 밸브를 통해 실린더의 제 1단부로 연결된다. 배출 라인의 배출 밸브는 제 1단부로부터 압축기의 저압 유입구로 연결된다. 여과기는 실린더의 제 2, 냉각 단부에 위치한 냉각장치를 포함하고, 배출 밸브는 닫히고 유입 밸브가 열리는 경우에 실린더는 압축된 기체로 채워진다. 유입 밸브가 열려 있는 경우에, 여과기가 제 1단부로 이동하여 압축된 기체를 냉각장치를 통하여 제 2단부로 이동시키는데, 이때 기체는 냉각장치를 통과하면서 냉각된다. 유입 밸브가 닫히고 배출 밸브가 열리는 경우에, 기체는 저압 배출 라인으로 팽창되어 추가로 냉각된다. 이에 의한 제 2단부의 실린더 벽의 온도 구배는 열이 로드로부터 실린더 내의 기체로 흐르도록 한다. 배출 밸브가 열리고 유입 밸브가 닫히면, 여과기는 제 2단부로 이동하여, 열을 냉각 기체로 돌아가게 하는 축냉기를 통해 기체를 다시 교환하여, 축냉기를 냉각시키고, 순환이 완성된다. 일반적인 펌프에서, 실린더를 냉각 핑거라고 칭하며 제 1단계 및 제 2단계를 포함한다.In the cryogenic chiller of the pump, the flow of compressed gas coolant is circulating. In the most basic form of cryogenic chillers, a source of compressed gas, for example a compressor, is connected to the first end of the cylinder via an inlet valve. The discharge valve of the discharge line is connected from the first end to the low pressure inlet of the compressor. The filter includes a chiller located at the second, cooling end of the cylinder, the cylinder being filled with compressed gas when the discharge valve is closed and the inlet valve is opened. When the inlet valve is open, the filter moves to the first end and moves the compressed gas to the second end through the chiller, where the gas is cooled while passing through the chiller. When the inlet valve is closed and the outlet valve is opened, the gas is expanded to a low pressure outlet line for further cooling. The temperature gradient of the cylinder wall at the second end thereby causes heat to flow from the rod to the gas in the cylinder. When the discharge valve is opened and the inlet valve is closed, the filter moves to the second end and exchanges the gas again through a cooler that returns heat to the coolant gas, thereby cooling the cooler and the circulation is completed. In a typical pump, the cylinder is called a cooling finger and includes a first step and a second step.

극저온 펌프 작동을 위해 필요한 저온을 만들기 위하여, 유입되는 기체는 팽창전에 냉각되어야 한다. 축냉기는 유입되는 기체로부터 열을 얻고, 이를 저장하여 이를 배출 흐름에 방출한다. 축냉기는 역-흐름 열 교환기이고, 이를 통해 헬륨은 어느 한쪽 방향으로 선택적으로 이동한다. 축냉기는 높은 표면적, 높은 비열 및 낮은 열 전도성의 물질을 포함한다. 이와 같이, 축냉기는 헬륨의 온도가 더 높은 경우에는 헬륨으로부터 열을 수용할 것이다. 헬륨의 온도가 더 낮은 경우에는 축냉기는 열을 헬륨에 방출시킬 것이다. In order to produce the low temperatures required for cryogenic pump operation, the incoming gas must be cooled before expansion. The cooler obtains heat from the incoming gas, stores it, and releases it to the exhaust stream. The regenerator is a reverse-flow heat exchanger through which helium selectively moves in either direction. Refrigerant coolers include materials of high surface area, high specific heat and low thermal conductivity. As such, the cooler will receive heat from helium when the temperature of helium is higher. If the temperature of helium is lower, the cooler will release heat to helium.

도 1a는 극저온 냉각장치(10)의 블록도를 도시한다. 도 1a의 장치에서, 헬륨은 고압 밸브(46)를 통해 냉각장치의 냉각 핑거로 유입되고, 저압 밸브(48)을 통해 유출된다. 여과기 구동 모터(216)는 각각 극저온 냉각장치의 제 1단계 및 제 2단계에서 여과기(207) 및 (209)를 구동한다. 제 1단계 여과기(207)는 제 1 축냉기(211)을 포함하고, 제 2단계 여과기(209)는 제 2 축냉기(213)를 포함한다. 열은 제 1단계 열 로드(203), 예를 들어, 극저온 펌프 방사 차폐 및 정면 어레이, 및 제 2단계 로드(205), 예를 들어, 10K-20K 극저온 패널로부터 획득된다. 1A shows a block diagram of a cryogenic chiller 10. In the apparatus of FIG. 1A, helium enters the cooling fingers of the chiller through high pressure valve 46 and out through low pressure valve 48. The filter drive motor 216 drives the filters 207 and 209 in the first and second stages of the cryogenic chiller, respectively. The first stage filter 207 includes a first cold storage 211, and the second stage filter 209 includes a second cold storage 213. Heat is obtained from the first stage heat rod 203, eg, cryogenic pump radiation shielding and frontal array, and the second stage rod 205, eg, 10K-20K cryogenic panel.

도 1b는 극저온 냉각장치를 포함하는 극저온 펌프의 단면도를 도시한다. 도 1b에서, 펌프 하우징을 제거하여 여과기 구동장치(40) 및 크로스헤드 어셈블리(42)를 노출시킨다. 클로스헤드는 모터(40)의 회전 움직임을 2-단계 냉각 핑거(44)내의 여과기를 구동하는 왕복운동으로 전환시킨다. 각 순환내에서, 라인(46)을 통해 가압하에서 냉각 핑거로 도입되는 헬륨 기체는 팽창되고, 따라서 냉각되어 냉각핑거를 극저온으로 유지한다. 다음, 여과기에서 열 교환 기판에 의해 가온된 헬륨은 라인(48)을 통해 배출된다. 1B shows a cross-sectional view of a cryogenic pump that includes a cryogenic chiller. In FIG. 1B, the pump housing is removed to expose the strainer drive 40 and the crosshead assembly 42. The cloth head converts the rotational movement of the motor 40 into a reciprocating motion that drives the filter in the two-stage cooling finger 44. Within each circulation, helium gas, which is introduced into the cooling finger under pressure through line 46, expands and thus cools to keep the cooling finger at cryogenic temperatures. The helium warmed by the heat exchange substrate in the filter is then discharged through line 48.

제 1단계 열 스테이션(50)은 냉각장치의 제 1단계(52)의 냉각 단부에 장착된다. 유사하게, 열 스테이션(54)은 제 2단계(56)의 냉각 단부에 장착된다. 적절한 온도 센서 구성 요소 (58) 및 (60)은 열 스테이션 (50) 및 (54)의 뒷면에 장착된다. The first stage heat station 50 is mounted to the cooling end of the first stage 52 of the chiller. Similarly, heat station 54 is mounted to the cooling end of second step 56. Suitable temperature sensor components 58 and 60 are mounted to the back of the heat stations 50 and 54.

제 1 펌핑 표면은 열 싱크(54)에 장착된 극저온 어레이(62)이다. 상기 어레이는 미국특허 제 4,555,907호에 공개된 다수의 디스크를 포함하고, 이는 참고문헌으로 전체가 본원에 통합된다. 저온 흡수제는 압축될 수 없는 기체를 흡수하기 위하여 어레이(62)의 보호된 표면에 장착된다. The first pumping surface is cryogenic array 62 mounted to heat sink 54. The array includes a number of disks disclosed in US Pat. No. 4,555,907, which is incorporated herein by reference in its entirety. The cold absorbent is mounted to the protected surface of the array 62 to absorb gases that cannot be compressed.

컵-모양 방사 차폐(64)는 제 1단계 열 스테이션(50)에 장착된다. 냉각 핑거의 제 2단계는 방사 차폐의 개구부를 통해 연장된다. 상기 방사 차폐(64)는 제 1극저온 패널 어레이를 뒷면 및 옆면에서 둘러싸서 방사에 의한 제 1극저온 패널 어레이의 열 발생을 최소화한다. 방사 차폐의 온도는 열 싱크(50)의 40K와 같이 낮은 온도로부터 배출된 용기의 개구부(68)에 인접한 130K와 같은 높은 온도의 범위이다. The cup-shaped radiation shield 64 is mounted to the first stage heat station 50. The second stage of the cooling finger extends through the opening of the radiation shield. The radiation shield 64 surrounds the first cryogenic panel array on the back and side surfaces to minimize heat generation of the first cryogenic panel array by radiation. The temperature of the radiation shielding is in the range of high temperature, such as 130K, adjacent to the opening 68 of the vessel discharged from a low temperature, such as 40K of the heat sink 50.

정면 극저온 패널 어레이(70)은 제 1 극저온 패널 어레이를 위한 방사 차폐 및 수증기와 같은 높은 끓는점 기체를 위한 극저온 펌핑 표면으로서 역할한다. 상기 패널은 스포크-모양 플레이트(74)에 의해 결합된 중심이 같은 루버 및 쉐브론(72)의 원형 어레이를 포함한다. 상기 극저온 패널(70)의 형상은 원형, 중심이 같은 구성 요소에 한정될 필요는 없으나; 방사 열 차폐 및 고온 극저온 펌핑 패널로서 기능하도록 배열되어 제 1 극저온 패널로의 낮은 끓는점 기체를 위한 통로를 제공한다. The front cryogenic panel array 70 serves as a cryogenic pumping surface for high boiling point gases such as water vapor and radiation shielding for the first cryogenic panel array. The panel comprises a circular array of symmetrical louvers and chevrons 72 joined by spoke-shaped plates 74. The shape of the cryogenic panel 70 need not be limited to circular, centrally shaped components; It is arranged to function as a radiant heat shield and a high temperature cryogenic pumping panel to provide a passage for low boiling gas to the first cryogenic panel.

도 2는 일련의 펌프에 헬륨 냉각제를 공급하는데 사용되는 압축기의 저장고를 도시한다. 도 2와 관련하여, 공통 압축기 저장고(16)은 분기관(18)에 헬륨 냉각제를 공급하는 압축기(16a 내지 16n)를 포함한다. 분기관(18)은 종속기관 제어기(215a 내지 215n)와 결합되어 일련의 펌프(10a 내지 10n)에 연결된다. 종속기관 제어기는 각각 여과기 구동 모터(216)를 제어하고, 이는 헬륨 가스가 팽창됨에 따라 냉각 핑거에서 왕복운동하는 여과기를 구동한다. 여과기 구동 모터는 공급된 헬륨의 양에 의해 펌프의 냉각 속도를 조절하는 데 사용된다. 진공 네트워크 주 장치 제어기(12) (제어기) 또는 VNC는 여과기 구동 모터(216)을 제어하는 종속 장치 제어기 각각에 연결되고, 펌프(10)에 공급된 헬륨 냉각제의 양을 증가시키거나 감소시키는데 사용된다. 펌프(10) 각각은 하나 이상의 센서(14a-14n)을 구비하고, 이는 제어기(12)에 피드백을 제공한다. 따라서, 제어기(12)는, 하기에 보다 더 상세하게 기술된 바와 같이 센서(14)가 보낸 신호를 받아 센서(14)로부터 받은 신호 및 분기관으로부터 유효한 총 헬륨량에 기초하여 각 펌프(10)를 위한 헬륨양을 연 산하여 이에 연결된 모든 펌프(10)를 조절한다. 2 shows a reservoir of a compressor used to supply helium coolant to a series of pumps. 2, the common compressor reservoir 16 includes compressors 16a to 16n for supplying helium coolant to the branch pipe 18. Branch pipe 18 is coupled to slave engine controllers 215a through 215n and connected to a series of pumps 10a through 10n. The slave engine controllers each control the strainer drive motor 216, which drives the strainer reciprocating at the cooling finger as the helium gas expands. The filter drive motor is used to regulate the cooling rate of the pump by the amount of helium supplied. The vacuum network main unit controller 12 (controller) or VNC is connected to each of the slave unit controllers controlling the filter drive motor 216 and is used to increase or decrease the amount of helium coolant supplied to the pump 10. . Each of the pumps 10 has one or more sensors 14a-14n, which provide feedback to the controller 12. Accordingly, the controller 12 receives each signal 10 based on the signal received from the sensor 14 and the total amount of helium effective from the branch pipe as received from the sensor 14 as described in more detail below. Calculate the amount of helium for adjusting all the pump (10) connected thereto.

헬륨 관리 제어 시스템이 극저온 펌프에서 전형적인 극저온 냉각장치와 결합하여 기술된 것을 주지하여야 한다. 헬륨 관리 제어 시스템은 다양한 극저온 냉각장치를 구동하는 헬륨 공급과 관련하여 사용될 수 있다. 본원에서 기술된 극저온 펌프는, 예를 들어, 한 단계 극저온 냉각장치에 의해 냉각되는 물 펌프이고, "라인 극저온 물 펌프의 박형"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,887,438호에 공개되어 있고, 전체가 참고문헌으로 분원에 통합되고, 본원의 양수인에게 양도되었고, 또는 다른 헬륨 구동 극저온 장치이다. It should be noted that the helium management control system is described in combination with the cryogenic chiller typical of cryogenic pumps. Helium management control systems can be used in connection with the supply of helium to drive various cryogenic chillers. The cryogenic pumps described herein are, for example, water pumps cooled by one stage cryogenic chillers, and are disclosed in US Pat. No. 5,887,438, entitled "Thin Line Cryogenic Water Pumps," which is incorporated by reference in its entirety. As a helium-driven cryogenic device.

펌프의 냉각 작동에 따라, 헬륨 소비 속도는 다양하다. 냉각 작동은 펌프의 온도를 주변온도로부터 극저온에 이르게 하고, 대부분의 헬륨을 필요로 한다. 극저온이 달성되면, 정상 작동 모드는 온도를 유지하고 헬륨의 일반적으로 안정한 흐름을 필요로 한다. 재생 작동은 펌프를 가온시켜서 축적되고 응축된 기체를 방출하고, 헬륨을 거의 요구하지 않거나 전혀 요구하지 않는다. 다른 요인이 헬륨 소비 속도에 영향을 줄 수 있다. 냉각 기간동안, 펌프는 냉각될수록 점차로 더 많은 헬륨을 소비하여 정상 작동 온도에 도달한다. 정상 작동 온도에서, 부착된 진공 처리 용기에서 발생하는 진공 처리 활성은 열을 발생하여, 냉각 부하를 증가시키고 이는 헬륨 소비 속도를 증가시킨다. Depending on the cooling operation of the pump, the rate of helium consumption varies. Cooling operation brings the temperature of the pump from cryogenic to cryogenic and requires most of helium. If cryogenicity is achieved, the normal operating mode maintains the temperature and requires a generally stable flow of helium. Regenerative operation warms up the pump to release accumulated and condensed gas and requires little or no helium. Other factors can affect the rate of helium consumption. During the cooling period, the pump consumes more helium gradually to reach normal operating temperature as it cools. At normal operating temperatures, the vacuuming activity occurring in the attached vacuuming vessel generates heat, increasing the cooling load, which increases the rate of helium consumption.

공통 냉각제 공급기에 연결된 모든 펌프의 총 헬륨 운반 속도는 총 냉각 수요량을 결정하는데 사용된다. 유사하게, 공통 냉각제 공급에 기여하는 압축기 또는 압축기들의 냉각제 용량은 시스템의 냉각제 용량을 결정하는데 사용된다. 상기 에서 지적한 바와 같이, 각 펌프의 실제 소비율은 다양한 요인에 따라 다양하다. 특정 경우에는, 시스템의 냉각제 용량은 총 냉각 부하를 초과하고, 이는 시스템에 과잉 헬륨이 있음을 의미한다. 유사하게, 많은 펌프가 고 헬륨 소비 기간을 거치는 경우에, 총 냉각 부하는 냉각 용량을 초과하고 이는 헬륨 부족을 의미한다. The total helium transport rate of all pumps connected to the common coolant supply is used to determine the total cooling demand. Similarly, the coolant capacity of the compressor or compressors that contribute to the common coolant supply is used to determine the coolant capacity of the system. As pointed out above, the actual consumption rate of each pump varies with various factors. In certain cases, the coolant capacity of the system exceeds the total cooling load, which means that there is excess helium in the system. Similarly, if many pumps go through a high helium consumption period, the total cooling load exceeds the cooling capacity, which means helium deficiency.

모든 펌프의 현재 작동 및 총 냉각제 용량을 모니터링함에 의해, 과잉 헬륨을 확인하고 이를 사용할 수 있는 펌프로 전환된다. 유사하게, 부족 헬륨은 정상 작동을 유지하기 위하여 적절하게 할당되거나, 극한 상황에 해로운 효과를 완화시킨다. 예를 들어, 냉각 작동은 가장 많은 헬륨을 소비하고, 따라서, 과잉헬륨을 냉각중인 펌프에 전환시킴에 의해서 냉각에 요구되는 시간을 감소시킨다. 재생 작동의 펌프는 거의 헬륨을 필요로 하지 않거나 전혀 필요로 하지 않고, 따라서 과잉 헬륨이 존재하게 된다. 또한, 정상 작동의 펌프는 온도가 올라가기 시작한다. 극저온 펌핑 온도를 유지하기 위하여, 헬륨을 냉각중인 펌프로부터 전환시켜서, 냉각시간을 증가시키지만 가온되기 시작한 펌프에서 극저온 펌핑온도를 보전하여 계속적인 정상 작동을 하도록 한다. By monitoring the current operation and total coolant capacity of all pumps, excess helium is identified and converted to a pump that can use it. Similarly, insufficient helium is properly allocated to maintain normal operation, or mitigates harmful effects in extreme situations. For example, the cooling operation consumes the most helium and thus reduces the time required for cooling by converting excess helium into the pump being cooled. Pumps in regenerative operation require little or no helium, so excess helium is present. In addition, the pump in normal operation starts to rise in temperature. To maintain the cryogenic pumping temperature, helium is switched from the pump being cooled to increase the cooling time but to preserve the cryogenic pumping temperature in the pump that has started to warm up for continued normal operation.

도 3은 시간이 경과함에 따른 헬륨 분배 유속의 예를 도시한다. 4개의 펌프(301 내지 304)의 각각이 수평축에 의해 도시된 시간에 따라 도시된다. 초기에는 모든 펌프가 동일하게 소비한다. 점선(310)에 의해 도시된 시간에서, 펌프(303)은 재생 상태에 들어가고 가온된다. 따라서, 추가 헬륨이 펌프 (301), (302) 및 (304)에 제공된다. 선택적으로, 증가된 헬륨이 비효율적인 경우에, 펌프 (301), (302) 및 (304)의 구동 모터 속도는 공통 압축기 저장고로부터 모든 헬륨을 모으는 것을 감소시키기 위하여 감소된다. 점선(312)에 의해 도시된 시간에서 펌프(303)은 재생 가온을 완료하고 냉각상태에 들어간다. 따라서, 과잉 헬륨은 펌프(301), (302) 및 (304)로부터 전환되어 펌프(303)의 냉각을 가속화시킨다. 점선(314)에 의해 도시된 시간에서, 극저온 펌프(303)은 냉각을 완료하고, 모든 펌프는 점선(316)에 의해 도시된 시간에서 동일한 소비 속도로 돌아간다. 3 shows an example of the helium distribution flow rate over time. Each of the four pumps 301-304 is shown according to the time shown by the horizontal axis. Initially all pumps consume equally. At the time shown by dashed line 310, pump 303 enters a regeneration state and is warmed. Thus, additional helium is provided to the pumps 301, 302, and 304. Optionally, if the increased helium is inefficient, the drive motor speeds of the pumps 301, 302, and 304 are reduced to reduce the collection of all helium from the common compressor reservoir. At the time shown by dashed line 312, pump 303 completes regenerative warming and enters a cooling state. Thus, excess helium is diverted from pumps 301, 302, and 304 to accelerate cooling of pump 303. At the time shown by dashed line 314, cryogenic pump 303 completes cooling and all pumps return to the same rate of consumption at the time shown by dashed line 316.

일반적으로 극저온 펌프에 의해 소비된 헬륨은 질량 유속의 단위로 표현되는데, 예를 들어, 특정 온도 및 압력에서 표준 분당 3제곱 피트 (SCFM)이다. 또한, 다른 단위, 예를 들어, 그램/초가 질량 유속을 나타내기 위하여 사용된다. 소비된 헬륨은 여과기가 순환모드로 왕복운동하는 경우에, 냉각 핑거에 존재하는 최대 및 최소 헬륨 질량으로부터 결정된다. 도 4는 극저온 펌프의 극저온 냉각장치를 위한 헬륨 소비 속도를 연산할 때 냉각 핑거내의 최대 및 최소 헬륨 질량에 대한 여과기 위치를 도시한다. 제 1단계 및 제 2단계 (207 및 209)를 가지는 여과기는 냉각 핑거(44)의 내부를 통해 각각 왕복운동한다. 여과기가 구동 모터(215)에 의해 왕복운동할 때, 헬륨이 팽창되어 냉각 핑거를 냉각시킨다. 또한, 각 교환기 순환은 고압(46) (공급) 및 저압(48) (배출) 라인을 열어 팽창되지 않은 헬륨을 모으고 팽창된 헬륨을 소비한다. 소비된 헬륨의 양은 하기의 식에 의해 주어진다:In general, helium consumed by cryogenic pumps is expressed in units of mass flow rate, for example, three cubic feet per minute (SCFM) at a specific temperature and pressure. In addition, other units, such as grams per second, are used to represent mass flow rates. The helium consumed is determined from the maximum and minimum helium mass present in the cooling finger when the filter reciprocates in the circulation mode. 4 shows the filter position for the maximum and minimum helium mass in the cooling finger when calculating the helium consumption rate for the cryogenic chiller of the cryogenic pump. The filters having the first and second stages 207 and 209 reciprocate through the interior of the cooling finger 44, respectively. As the filter reciprocates by the drive motor 215, helium expands to cool the cooling fingers. In addition, each exchanger cycle opens high pressure 46 (feed) and low pressure 48 (exhaust) lines to collect unexpanded helium and consumes expanded helium. The amount of helium consumed is given by the formula:

유속 = (최대 유량 - 최소유량)*구동모터속도Flow rate = (maximum flow rate-minimum flow rate) * drive motor speed

따라서, 구동 모터의 속도가 증가함에 따라, 소비된 헬륨은 증가된 교환기 순환때문에 증가하고, 이에 의하여 로드로부터 추가의 열을 모은다. Thus, as the speed of the drive motor increases, the helium consumed increases due to increased exchanger circulation, thereby collecting additional heat from the load.

예를 들어, 공통 압축기 저장고가 헬륨 84 SCFM을 이동시키는 경우에, 압축 기 저장고는 헬륨 14 SCFM을 6개의 냉각장치에 공급한다: 84/6=14. 상기에서 지적한 바와 같이, 펌프에 의하여 소비된 헬륨은 다양하다. 냉각장치 4개가 단지 헬륨 12.5 SCFM을 소비하는 경우에, 상기 4개의 냉각장치로부터의 냉각장치 부하는 12.5*4, 즉 50 SCFM이다. 압축기가 84 SCFM를 공급하기 때문에, 나머지 2개의 냉각장치에 대해서는 84-50, 즉 34 SCFM이다. 나머지 2개의 냉각장치가 냉각 상태에 있는 경우에, 이들에 각각 시스템내의 과잉량으로 인해 34/2, 즉 헬륨 17 SCFM이 공급된다. 선택적인 구체예에서, 냉각된 냉각장치에 과잉 헬륨이 동일한 양으로 할당될 필요는 없다. For example, if a common compressor reservoir moves helium 84 SCFM, the compressor reservoir supplies helium 14 SCFM to six chillers: 84/6 = 14. As pointed out above, the helium consumed by the pump varies. If four chillers consume only helium 12.5 SCFM, the chiller load from the four chillers is 12.5 * 4, i.e. 50 SCFM. Since the compressor supplies 84 SCFM, the remaining two chillers are 84-50, or 34 SCFM. If the remaining two chillers are in a cooled state, they are each supplied with 34/2, or helium 17 SCFM, due to the excess in the system. In alternative embodiments, excess helium need not be allocated to the cooled chiller in the same amount.

도 5는 헬륨 관리 제어 시스템의 구체예의 데이타 흐름의 블록도를 나타낸다. 도 5에 관하여, 공통 압축기 저장고(16)의 압축기 각각은 각 압축기로부터 유효한 최대 헬륨의 표시를 제어기(12)에 송출하고, 이는 총 헬륨 공급의 연산을 가능하게 한다. 펌프(10)의 각각은 하기의 매개변수를 제어기에 보낸다: 최소 헬륨 양, 현재 연산된 헬륨 소비 속도, 작동 모드 및 헬륨 부족을 나타내는 헬륨 소비 상태. 제어기(12)는 할당된 헬륨 매개변수 또는 값을 펌프가 소비할 수 있는 최대 헬륨 속도를 나타내는 펌프에 보낸다. 최대 헬륨 소비 신호는 특정 극저온 냉각장치에 연결된 종속 장치 제어기(215)를 통해 교환기 구동 모터를 조절하는데 사용된다. 상기에서 지적한 바와 같이, 여과기 구동 모터의 속도는 펌프의 헬륨 소비를 조절한다. 5 shows a block diagram of a data flow of an embodiment of a helium management control system. With respect to FIG. 5, each of the compressors in the common compressor reservoir 16 sends an indication of the maximum helium available from each compressor to the controller 12, which allows calculation of the total helium supply. Each of the pumps 10 sends the following parameters to the controller: helium consumption state indicating the minimum amount of helium, the currently calculated rate of helium consumption, the mode of operation and the helium deficiency. The controller 12 sends the assigned helium parameter or value to the pump indicating the maximum helium speed that the pump can consume. The maximum helium consumption signal is used to regulate the exchanger drive motor through slave controller 215 connected to a particular cryogenic chiller. As pointed out above, the speed of the filter drive motor regulates the helium consumption of the pump.

도 6은 헬륨 관리 제어 시스템의 제어 흐름의 상부 흐름도를 도시한다. 시스템은 규칙적인 간격으로 폴링하여 임의의 극저온 펌프로의 헬륨 공급이 조절될 필요가 있는지를 결정한다. 선택적으로 시스템은 인터럽트 또는 사건 구동방식이다. 단계(100)에서 도시한 바와 같이 폴링 간격이 종료되는 경우에, 단계(102)에서 기술한 바와 같이 모든 극저온 펌프가 정상적으로 작동하는지를 검사한다. 모든 펌프가 정상적으로 작동하는 경우에, 단계(104)에서 기술한 바와 같이, 시스템은 다음 폴링 간격을 기다린다. 임의의 펌프 또는 시스템이 정상적으로 작동되지 않는 경우에, 즉, 하나 이상의 펌프가 허용된 소비의 한계에 도달한 경우, 또는 시스템 차압 (DP)이 임계값 미만으로 감소된 경우에, 단계(106)에 도시한 바와 같이, 헬륨 관리 제어가 수행되고 이는 하기에 추가로 기술된다. 헬륨 관리 제어의 2개의 구체예가 하기에 기술된다. 6 shows a top flow diagram of the control flow of the helium management control system. The system polls at regular intervals to determine if the helium supply to any cryogenic pump needs to be adjusted. Optionally, the system is interrupt or event driven. When the polling interval ends, as shown in step 100, it is checked that all cryogenic pumps are operating normally as described in step 102. If all pumps are operating normally, as described in step 104, the system waits for the next polling interval. If any pump or system is not operating normally, i.e. if one or more pumps have reached the limit of permitted consumption, or if the system differential pressure DP has been reduced below the threshold, step 106 As shown, helium management control is performed, which is further described below. Two embodiments of helium management control are described below.

도 7은 펌프(10a-10b)의 진공 네트워크 제어기 (VNC(12)) 또는 주 장치 제어기, 압축기(16) 및 종속 장치 제어기(215a-215d)사이의 데이타 흐름의 블록도를 도시한다. 압축기는 VNC(12)에 공급 압력 및 회귀 압력을 송출한다. 또한, 압축기는 표준 분 당 3제곱 피트 (SCFM)으로 공급하는 헬륨의 초기 값을 송출한다. 도 10에 관하여 하기에 추가로 기술된 VNC의 미달압력 검사 루틴(110)은 유효 헬륨 수정 값(112)을 연산한다. 유효 헬륨 수정값은 주기적으로 재연산되어 현재 소비량에 기초한 할당을 위해 유효한 헬륨의 양에 근사하게 된다. 이 값은 펌프(10) 및 압축기(16)의 소모 및 분열 및 효율과 같은 요인으로 인해 압축기 치환 및 속도에 기초한 정격 공급값 주위에서 다소 다양하다. 유효 헬륨 수정(112)값은 분배 루틴(114)에서 사용되고, 도 11에 관하여 하기에 추가로 기술된다. 7 shows a block diagram of the data flow between the vacuum network controller (VNC 12) or main unit controller, compressor 16 and slave unit controllers 215a-215d of the pumps 10a-10b. The compressor sends a supply pressure and a return pressure to the VNC 12. In addition, the compressor delivers an initial value of helium that is fed at standard square feet (SCFM) per minute. The underpressure checking routine 110 of the VNC, described further below with respect to FIG. 10, calculates an effective helium correction value 112. The effective helium correction value is periodically recomputed to approximate the amount of helium available for allocation based on the current consumption. This value varies somewhat around the rated feed value based on compressor displacement and speed due to factors such as the consumption and splitting and efficiency of pump 10 and compressor 16. The effective helium modification 112 value is used in the distribution routine 114 and is further described below with respect to FIG.

연산되고, 할당된 헬륨 값은, 화살표(116)에 의해 도시된 바와 같이 각 펌 프(10a-10d)를 제어하는 종속 장치 제어기(215a-215d)에 송출된다. 종속 장치 제어기는 여과기 모터가 할당된 헬륨 값을 초과하지 않고 가동하는 최대 여과기 모터 속도를 결정한다. 또한, 종속 장치 제어기의 펌프 속도 제어 루프는 극저온 펌프 온도의 작용으로 교환기 모터 속도를 제어하고 모터를 낮은 속도로 가동시키나, 할당된 헬륨 값에 해당하는 속도를 초과하지 못한다. 또한, 펌프 속도 제어 루프는 온도에 따라 VNC(12)에 의해 구동되지 않는 독립형 모드로 펌프가 디폴트 할당 값에 이르는 헬륨을 자유롭게 소비하도록 한다. 다음, 종속 장치 제어기(215)는 하기에 추가로 기술된 바와 같이, 실제 헬륨 소비를 나타내는 헬륨 소비 값을 연산한다. 총 유효 헬륨 값과 마찬가지로, 헬륨 소비 값은 현재 작동 조건 및 소모 및 분열과 같은 요인에 따라 펌프에 대한 정격 치환 값과 다르다. 헬륨 소비값은 화살표(118)에 의해 도시된 바와 같이, 연속적인 헬륨 할당값 연산 용도로 VNC(12)에 다시 송출된다.The calculated and assigned helium value is sent to slave device controllers 215a-215d that control each pump 10a-10d as shown by arrow 116. The slave device controller determines the maximum filter motor speed at which the filter motor runs without exceeding the assigned helium value. In addition, the pump speed control loop of the slave unit controller controls the exchanger motor speed and runs the motor at low speed under the action of the cryogenic pump temperature, but does not exceed the speed corresponding to the assigned helium value. The pump speed control loop also allows the pump to freely consume helium up to its default assigned value in a standalone mode that is not driven by the VNC 12 depending on the temperature. Subsequent device controller 215 then calculates a helium consumption value that represents the actual helium consumption, as described further below. Like the total effective helium value, the helium consumption value differs from the rated displacement value for the pump depending on current operating conditions and factors such as consumption and splitting. The helium consumption value is sent back to the VNC 12 for continuous helium allocation value calculation, as shown by arrow 118.

도 8은 VNC(12)의 상태 도표이다. 도 6,7 및 8에 관하여, 상태 전환은 각 폴링 간격(100)에서 시스템의 작동에 따라 일어난다. 유휴 (idle) 상태(120)는 시스템의 준비 및 맵핑 (mapping)시에 일어나고, 펌프(10) 및 압축기(16)을 시작하기 전에 초기 기록 및 디폴트 값을 수행한다. 또한, 초기 크기 검사는 압축기가 분기관에 연결된 펌프(10)에 적절하게 맞추어졌는지를 확인하기 위하여 수행된다. 하나 이상의 펌프(10) 및 한 개의 압축기(16)가 시작된 경우에, VNC(12)는 모니터 상태(122)로 변환된다. 8 is a state diagram of the VNC 12. 6, 7 and 8, state transitions occur with the operation of the system at each polling interval 100. The idle state 120 occurs at the preparation and mapping of the system and performs initial writing and default values before starting the pump 10 and compressor 16. In addition, an initial size check is performed to confirm that the compressor is properly fitted to the pump 10 connected to the branch pipe. When one or more pumps 10 and one compressor 16 are started, the VNC 12 transitions to the monitor state 122.

모니터 상태(122)에서, 펌프(10)는 임의의 펌프(10)가 한계 상태에서 작동하 는지를 결정하기 위하여 각 폴링 간격(100)에서 VNC에 의해 폴링되고 이는 하기에 추가로 기술된다. 한계 상태에서 작동하는 펌프(10)는 이의 최대 허용 소비량에서 또는 이에 근접하여 소비하고, 가온되는 것을 피하기 위하여 보다 많은 헬륨을 필요로 한다. 요구에 대한 분배 상태(124)로의 전환은 하나 이상의 펌프(10)가 한계상태를 보고하는 경우, 또는 DP가 임계값이하로 떨어지는 경우에 발생한다. 요구에 대한 분배(124)는 한계에서 펌프(10)에 보다 많은 헬륨을 제공하기 위하여 시스템의 과잉 헬륨을 재할당하려는 것이고, 이는 하기에 도 9에서 추가로 기술된다. 요구에 대한 분배(124)는 펌프(10)가 DP가 여전히 낮은 한계 상태에서 벗어나도록 하는 충분한 헬륨을 재할당할 수 없는 경우에, 시스템은 과부하 상태(126) 또는 계층에 대한 분배(128)상태로 전환된다. In the monitor state 122, the pump 10 is polled by the VNC at each polling interval 100 to determine if any pump 10 is operating in the limit state, which is further described below. The pump 10 operating in the critical state consumes at or near its maximum allowable consumption and needs more helium to avoid warming up. The transition to the dispense state 124 for the request occurs when one or more pumps 10 report a threshold condition or when the DP falls below the threshold. The distribution 124 on demand is to reallocate excess helium in the system to provide more helium to the pump 10 at the limit, which is further described in FIG. 9 below. If the distribution 124 for the request is not able to reallocate enough helium for the pump 10 to leave the DP still out of the lower limit, the system will either be overloaded or distribution 128 to the hierarchy. Is switched to.

과부하 상태(126)에서, 과도하게 소비하는 펌프에 가능한한 많은 헬륨이 이미 재할당되었기 때문에 VNC(12)는 각 펌프에 대한 현재 할당을 유지한다. 예를 들어, 6개의 펌프 중에서 5개가 적절하게 작동하지만, 여섯번째 펌프가 결함 있는 보조 밸브로 인해 과도하게 소비하는 경우에, 결함 있는 펌프에 더 많은 헬륨을 할당하는 것은 단지 다른 5개의 펌프에서 빼앗는 것이다. 계층에 대한 분배 상태(128)는, 반면에, 보다 공격적인 접근을 시도하고, 선택적으로 사용자-지정 계층에 따라 펌프(10)를 차단한다. 예를 들어, 펌프가 냉각상태인 경우에, 웨이퍼 페이로드(payload)로 현재 활성화된 다른 펌프를 절충하는 것을 피하기 위하여 냉각 작동을 종결시키고 페이로드를 절약하는 비가동시간으로 바꾸는 것이 이익이다. 그러나, 계층에 대한 분배는 VNC가 실제로 작동을 종결하도록 하기 때문에 사용자 는 이러한 특성이 허용되는 것을 원하지 않는다. In the overload condition 126, the VNC 12 maintains a current allocation for each pump because as much helium has already been reallocated as possible to the pump consuming excessively. For example, if five out of six pumps are working properly, but the sixth pump consumes excessively due to a defective auxiliary valve, allocating more helium to the defective pump will only take away from the other five pumps. will be. The distribution state 128 for the tier, on the other hand, attempts a more aggressive approach and optionally blocks the pump 10 according to the user-specified tier. For example, when the pump is cooled, it is beneficial to terminate the cooling operation and switch to downtime to save payload to avoid compromising other pumps currently active with wafer payload. However, because the distribution to the hierarchy causes VNC to actually terminate the operation, the user does not want this feature to be allowed.

도 9는 요구에 대한 분배 상태(124)에서 수행되는 연산의 흐름도이다. 도 9와 관련하여, 단계(130)에서 도시한 바와 같이, 요구에 대한 분배 상태가 시작된다. 펌프(10) 및 압축기(16) 각각은 단계(132)에 도시된 바와 같이, 폴링하여 현재 작동 매개변수를 결정한다. 공급 압력 및 회귀 압력이 수용되고, 공통 분기관에 연결된 모든 압축기에 동일하다. 펌프 작동 매개변수는 현재 연산된 헬륨 소비 값, 현재 헬륨 할당 값, 소비 상태 (위치), OK 또는 한계, 현재 냉각 모드, "온 (on)" (냉각장치 가동, 온도 제어 기능 온 또는 온도 제어 보조적 수동장치 운전됨), "냉각 (cooldown)" (목표 온도를 달성하기 위해 냉각장치 가동 상태), 또는 "오프 (off)" (냉각장치 가동, 헬륨을 소비하지 않음), 및 펌프가 작동되는데 필요한 최소 헬륨을 포함한다. 냉각 모드는 펌프에 의해 수행되는 현재 냉각 작동을 의미하고, 냉각되는 동안 냉각으로, 펌프가 VNC에 의해 제어되고 있는 때에 온도 제어로, 및 재생 작동과 같이 헬륨이 필요하지 않는 때에는 "넌 (none)"으로 지정된다. 9 is a flow diagram of the operations performed in the distribution state 124 for requests. With respect to FIG. 9, as shown in step 130, a distribution state for the request begins. Each of pump 10 and compressor 16 is polled to determine current operating parameters, as shown in step 132. Supply pressure and return pressure are accommodated and the same for all compressors connected to a common branch. The pump operating parameters are the currently calculated helium consumption value, current helium allocation value, consumption state (position), OK or limit, current cooling mode, "on" (cooler running, temperature control on or temperature control auxiliary). Manual operation), "cooldown" (cooler running to achieve the target temperature), or "off" (cooler running, do not consume helium), and the pump is required to operate Contains a minimum of helium. The cooling mode refers to the current cooling operation performed by the pump, which means "cooling while cooling," temperature control when the pump is being controlled by the VNC, and "none" when helium is not needed, such as regeneration operation. "Is specified.

단계(134)에서 기술한 바와 같이, 안정화 기간이 마지막 재분배이후로 종료되었는지를 검사한다. 안정화 타이머는 전 재분배가 유효한지를 결정하는데 걸리는 시간을 의미하며, 일반적으로 1분이다. 안정화 타이머가 종결되지 않은 경우에, 제어는 다음 폴링 간격을 기다리기 위하여 단계(130)으로 전환된다. 안정화 타이머가 종결되거나 안정화 타이머가 지정되지 않은 경우에, 단계(136)에 기술된 바와 같이 과부하 또는 계층에 대한 분배 (DPH) 상태가 시작되어야 하는지를 검사 한다. 미달압력 상태가 존재하고, 시스템이 계속 과도하게 소비하고, 냉각중인 보든 펌프가 최소헬륨 분배 값에서 작동되고 있는 경우에, 과부하 또는 DPH가 시작된다. 단계(132)에서 획득된 DP가 특정 목표 임계값미만인 경우, 일반적으로 190lbs/in2미만인 경우에 미달압력 조건이 존재한다. 상기에 기술된 바와 같이, 일반적인 작동 DP는 약 200lbs/in2이고, 이는 공급 및 회귀 압력 각각 400 및 200lbs/in2에 대응한다. As described in step 134, it is checked whether the stabilization period has ended since the last redistribution. The stabilization timer refers to the time taken to determine whether full redistribution is valid and is typically one minute. If the stabilization timer is not terminated, control returns to step 130 to wait for the next polling interval. If the stabilization timer is terminated or if no stabilization timer is specified, then it is checked whether an overload or distribution to layer (DPH) state should be started as described in step 136. If an underpressure condition exists, the system continues to consume excessively and all the cooling pumps are running at the minimum helium dispense value, an overload or DPH is started. If the DP obtained in step 132 is less than a certain target threshold, underpressure conditions exist when it is generally less than 190 lbs / in 2 . As described above, a typical operational DP is about 200 lbs / in 2 , which corresponds to 400 and 200 lbs / in 2 , respectively, for supply and return pressures.

시스템은 모든 펌프로부터 연산된 헬륨 소비의 합이 현재 또는 가장 최근에 연산된 수정된 유효 헬륨(112) (도 7) 값보다 큰 경우에 과도하게 소비한다. 특정 구체예에서, 펌프는 연산된 헬륨 소비 합이 수정된 유효 헬륨(112)를 5% 초과하는 경우에 과도하게 소비한다. The system consumes excessively when the sum of the helium consumptions calculated from all pumps is greater than the current or most recently calculated modified effective helium 112 (FIG. 7) value. In certain embodiments, the pump consumes excessively when the calculated sum of helium consumption exceeds 5% of the modified effective helium 112.

제 3 조건은 냉각 모드를 보고하는 모든 펌프가 이미 단계(132)에서 보고한 바와 같이 최소 헬륨 할당에 있는 것이다. 시스템은, 최소 헬륨 할당량에 도달할 때까지 온도 제어중인 펌프를 위해 더 많은 헬륨을 허용하기 위하여 냉각중인 펌프를 위한 할당된 헬륨 매개변수를 낮추고자 한다. 모든 펌프가 최소 헬륨 할당량에 도달하는 경우에, 다른 펌프에 할당하기 위한 과잉 헬륨이 없게 된다. The third condition is that all pumps reporting the cooling mode are already at the minimum helium allocation as reported in step 132. The system attempts to lower the assigned helium parameter for the cooling pump to allow more helium for the pump under temperature until the minimum helium quota is reached. If all pumps reach the minimum helium quota, there will be no excess helium to allocate to other pumps.

냉각중인 펌프가 모두 최소 헬륨 상태이고, 미달압력 및 과도소비 검사가 양성인 경우에, 단계(138)에서 도시한 바와 같이, DPH가 시작되고 허가되는지를 검사한다. DPH가 시작되고 허가된 경우에 DPH 상태(128)에 들어가고 그렇지 않으면 과부하 상태(126)에 들어간다. If the pumps being cooled are all in the minimum helium state and the underpressure and overconsumption tests are positive, then as shown in step 138, it is checked whether the DPH is started and allowed. If DPH is started and allowed, it enters the DPH state 128 and otherwise enters the overload state 126.

시스템이 아직 과부하(126) 또는 DPH(128)로 전환될 필요가 없는 경우에, 압력 불충분 검사 루틴(140)은 수정된 유효 헬륨에 대한 신규 값을 연산하기 시작하고, 이는 도 10과 관련하여 하기에 기술된다. 다음, 하기에 추가로 기술된 분배 루틴이 단계(142)에 기술된 바와 같이 시작된다. 분배 루틴은 또한, 펌프(10) 각각에 대한 신규의 할당된 헬륨 값을 재연산한다. 시스템이 단계(144)에 도시된 바와 같이, 상태가 모니터(122)로 전환되는 것을 허용하기에 충분하게 헬륨을 재분배하는지 여부를 검사한다. 안정화 타이머가 경과하고 펌프가 한계 조건을 보고하지 않는 경우에, 펌프의 어느 것도 충분한 헬륨을 빼앗기지 않았기 때문에 VCN은 모니터 상태(122)로 전환된다. 다음, 단계(146)에 기술된 바와 같이, 모든 압축기 또는 모든 펌프가 폐쇄되었는지 여부를 검사한다. 압축기 또는 펌프가 어느 것도 켜지지 않은 경우에 시스템은 유휴 상태(120)로 전환된다. 마지막으로, 단계(148)에 기술된 바와 같이, 헬륨 할당을 위해 새롭게 연산된 값을 펌프(10)에 송출한다. If the system does not yet need to be switched to overload 126 or DPH 128, the pressure insufficient test routine 140 begins to calculate a new value for the modified effective helium, which is described below with reference to FIG. Is described. Next, a dispensing routine, further described below, begins as described in step 142. The dispensing routine also recalculates the new assigned helium value for each of the pumps 10. The system checks whether redistribute helium is sufficient to allow the state to transition to the monitor 122, as shown in step 144. If the stabilization timer has elapsed and the pump does not report a threshold condition, the VCN transitions to monitor state 122 because none of the pumps has been deprived of sufficient helium. Next, as described in step 146, it is checked whether all compressors or all pumps are closed. If none of the compressors or pumps are turned on, the system transitions to idle state 120. Finally, as described in step 148, the newly calculated value for helium allocation is sent to the pump 10.

도 10은 단계(140)의 미달압력 검사 루틴을 보다 상세하게 도시한다. 도 10와 관련하여, 단계(150)에 도시된 바와 같이 미달압력 검사 루틴(140)이 시작된다. 시스템이 단계(152)에 기술된 바와 같이 미달압력으로 작동되는지를 검사한다. 검사는 상기 단계(136)에서 플래그 세트를 읽는 것을 포함하거나, 이는 DP를 재연산하고 이를 DP 목표값과 비교한다. 시스템이 여전히 미달압력 상태에서 작동되고 있는 경우에, 단계(154)에 기술된 바와 같이 흐름 정정 인자는 사전에 결정된 값, 예를 들어 0.01에 의해 감소된다. 다음, 단계(158)에 도시한 바와 같이, 흐름 정정 인자는 수정된 현재 유효 헬륨값(112)으로 곱해져서, 새로운 수정 유효 헬륨 값(112)을 평가하고, 단계(162)에 도시한 바와 같이 제어는 요구에 대한 분배 흐름도로 전환한다. 상기 방식으로, 연산된 유효 헬륨은 하기에 추가로 기술된 바와 같이, 분배 루틴을 허용하기 위해 감소되고, 보다 적은 공급으로부터 헬륨 할당을 연산한다. 따라서, 연속적인 반복은 시스템이 안정되거나 과부하(126) 또는 DPH(128)로 전환될 때까지 연산된 유효 헬륨을 낮추는 효과를 가진다. 10 shows in more detail the underpressure inspection routine of step 140. With reference to FIG. 10, underpressure inspection routine 140 begins as shown in step 150. Check that the system is operated at underpressure as described in step 152. The check may include reading the flag set in step 136 above, or it may recompute the DP and compare it with the DP target value. If the system is still operating under underpressure, the flow correction factor is reduced by a predetermined value, for example 0.01, as described in step 154. Next, as shown in step 158, the flow correction factor is multiplied by the modified current effective helium value 112 to evaluate the new modified effective helium value 112, as shown in step 162. Control switches to the distribution flow chart for the request. In this way, the computed effective helium is reduced to allow a dispensing routine, as described further below, and calculates the helium allocation from fewer supplies. Thus, successive iterations have the effect of lowering the calculated effective helium until the system is stable or switched to overload 126 or DPH 128.

미달압력 상태가 존재하지 않는 경우에, 단계(156)에 도시된 바와 같이, 모든 펌프에 대한 총 연산된 헬륨 소비량이 수정된 유효 헬륨값(112)의 임의의 임계값을 초과하거나 그 이내인지를 검사한다. 단계(160)에 도시된 바와 같이, 총 연산된 헬륨 소비량이 임의의 임계값내인 경우에 헬륨 흐름은 충분하고, 흐름 수정 인자는 사전에 결정된 값, 예를 들어 0.01까지 증가되고, 연산된 유효 헬륨을 증가시킨다. 다음, 단계(158)에 도시된 바와 같이 수정된 유효 헬륨 값이 다시 연산되고 제어가 단계(162)에 기술된 바와 같이 DPD 루틴으로 전환된다. If there is no underpressure condition, as shown in step 156, the total calculated helium consumption for all pumps is above or below any threshold of the modified effective helium value 112. Check it. As shown in step 160, if the total calculated helium consumption is within any threshold, the helium flow is sufficient, the flow modification factor is increased to a predetermined value, for example 0.01, and the calculated effective helium To increase. Next, the corrected valid helium value is recalculated as shown in step 158 and control returns to the DPD routine as described in step 162.

도 11은 단계(142)의 분배 루틴 (도 9)을 보다 상세하게 도시한다. 도 11과 관련하여, 단계(164)에 도시된 바와 같이 분배 루틴이 시작된다. 온도 제어 모드에서 펌프에 대한 새로운 할당 헬륨 값이 단계(166)에 도시된 바와 같이 연산된다. 각 펌프에 의해 보고된 연산된 헬륨 소비값은 상기 단계(156)의 델타 헬륨인자와 곱해져서 온도 제어중인 펌프에 보다 많은 헬륨을 제공한다. 특정 구체예에서, 델타 헬륨 인자는 1.08이다. 다음, 단계(168)에 도시된 바와 같이 냉각중인 냉각시에 펌프에 할당하기에 유효한 헬륨을 연산한다. 단계(166)에서 연산된 헬륨 소비값은 온도 제어 중인 모든 펌프를 위하여 합산되고, 수정된 유효 헬륨의 현재 값에 서 이를 빼서 냉각을 위해 유효한 헬륨을 평가한다. 따라서, 온도 제어중인 모든 펌프가 먼저 고려되고, 나머지가 냉각중인 펌프사이에 할당된다. 단계(170)에서 기술한 바와 같이 냉각을 위해 유효한 헬륨을 냉각중인 펌프의 수로 나누고, 크기가 다르게 분기관에 현재 부착된 경우에 가중치를 주어 펌프의 상대적인 크기에 맞춘다. 또한, 연산된 헬륨 할당량이 특정 펌프에 대한 최소 헬륨 할당량보다 보다 적은 경우에, 최소 헬륨 할당량이 사용된다. 따라서, 시스템은 온도 제어에 있어서 펌프에 추가의 헬륨을 재분배하고자 하는데, 이는 상기 상태를 보고하는 하나 이상의 펌프의 한계 상태를 완화하기 위함이다. 다음, 제어는 단계(172)에 도시한 바와 같이, 분배 루틴으로 전환된다. 11 shows in more detail the dispensing routine of step 142 (FIG. 9). With regard to FIG. 11, a dispensing routine begins as shown in step 164. The new assigned helium value for the pump in the temperature control mode is calculated as shown in step 166. The calculated helium consumption value reported by each pump is multiplied by the delta helium factor of step 156 to provide more helium to the pump under temperature control. In certain embodiments, the delta helium factor is 1.08. Next, as shown in step 168, helium is computed that is valid for allocation to the pump upon cooling during cooling. The helium consumption values calculated in step 166 are summed for all pumps under temperature control and subtracted from the current value of the modified effective helium to evaluate the helium available for cooling. Therefore, all pumps under temperature control are considered first and the remainder is allocated between the pumps being cooled. As described in step 170, the helium available for cooling is divided by the number of pumps being cooled, and weighted to match the relative size of the pumps if they are currently attached to the branch with different sizes. Also, if the calculated helium quota is less than the minimum helium quota for a particular pump, the minimum helium quota is used. Thus, the system seeks to redistribute additional helium to the pump in temperature control to mitigate the threshold condition of one or more pumps reporting the condition. Control then passes to a dispensing routine, as shown in step 172.

도 12는 펌프 제어 흐름의 상부 도표를 도시한다. 상기에 지적된 바와 같이, 펌프는 3개의 모드중 하나로 작동된다: 온도 제어, 냉각 및 넌, 및 두가지 상태: OK 및 한계. 또한, 펌프는 VNC에 보고하기 위하여 헬륨 소비값을 연산한다. 펌프 종속 장치 제어기는 VNC에 의해 요구되는 경우에 주기적으로 상기 정보를 송출하고, VNC로부터 할당된 헬륨 값을 받는다. 다음, 펌프 속도 제어 루프 흐름은 그에 알맞게 최대 여과기 속도 (RPMs)을 맞춘다. 펌프 속도 조절 루프가 작동되고 동시에 여과기 모터 속도를 펌프 제어 흐름에 의해 연산된 RPM 범위내에서 제 1상태 온도에 따라 조절한다. 특정 구체예에서, 펌프 속도 조절 루프는 폐쇄 루프 비례-적분-미분 (PID) 루프이다. 12 shows a top diagram of a pump control flow. As noted above, the pump is operated in one of three modes: temperature control, cooling and non, and two states: OK and limit. The pump also calculates the helium consumption value to report to the VNC. The pump slave device controller periodically sends this information when required by the VNC and receives an assigned helium value from the VNC. The pump speed control loop flow then adjusts the maximum filter speeds (RPMs) accordingly. The pump speed regulation loop is activated and simultaneously adjusts the filter motor speed according to the first state temperature within the RPM range calculated by the pump control flow. In certain embodiments, the pump speed control loop is a closed loop proportional-integral-differential (PID) loop.

도 12와 관련하여, 단계(174)에 도시된 바와 같이, 펌프 종속 장치 제어기의 펌프 제어 흐름 루프가 시작된다. 시작은 VNC(12)에 의해서 시작되나, 또한, 인터 럽트 구동 메카니즘과 같은 비동시성 수단으로부터 시작된다. 단계(176)에 기술된 바와 같이 DP를 연산하는데 사용되는 압축기 공급 및 회귀 압력의 현재값이 유효한지를 검사한다. 유효하지 않은 압축기 값의 원인은 펌프, 압축기, 및 VNC간의 연락 고장, 변환기 고장, 또는 압축기의 꺼짐을 포함한다. 단계(178)에 기술된 바와 같이, 압축기 값이 가능한 문제점을 나타내는 경우에, 압축기 검사 루틴이 시작되고 이는 하기에 추가로 기술된다. 압축기 값이 유효하게 나타내는 경우에, 펌프가 단계(180)에 기술된 바와 같이 압축기 검사 루틴에 의해 폐쇄되었는지 여부를 검사한다. 펌프가 사전에 압축기 검사 루틴에 의하여 폐쇄된 경우에, 단계(182)에서 도시된 바와 같이, 동력 고장 회복이 수행되어 초기화되고, 단계(194)에 도시된 바와 같이 펌프 제어 루프를 나간다. 펌프가 사전에 폐쇄되지 않은 경우에, 단계(184)에 기술된 바와 같이 현재 작동 매개변수가 펌프에 대하여 연산된다. With reference to FIG. 12, as shown in step 174, the pump control flow loop of the pump slave device controller is started. The start is started by the VNC 12, but also from asynchronous means such as an interrupt drive mechanism. As described in step 176, it is checked whether the present values of the compressor supply and return pressure used to calculate DP are valid. Causes of invalid compressor values include communication failures between the pump, compressor, and VNC, transducer failure, or the compressor turning off. As described in step 178, if the compressor value indicates a possible problem, the compressor check routine is initiated and is further described below. If the compressor value is valid, it is checked whether the pump is closed by the compressor check routine as described in step 180. If the pump was previously closed by the compressor check routine, power failure recovery is performed and initialized, as shown in step 182, and exits the pump control loop, as shown in step 194. If the pump has not been previously closed, the current operating parameters are calculated for the pump as described in step 184.

작동 매개변수는 하기와 같이 연산된다: 헬륨 소비 매개변수를 연산하여 제 1단계 온도, 제 2단계 온도, 현재 제어기 속도 (RPM), 공급 압력, 회귀 압력, 및 펌프의 교환에 기초한 펌프 상수 (Cpumpconst)에 기초하여 현재 헬륨 소비 속도를 결정한다:The operating parameters are calculated as follows: Pump constant (Cpumpconst) based on the first stage temperature, the second stage temperature, the current controller speed (RPM), the supply pressure, the return pressure, and the exchange of the pump by calculating the helium consumption parameter. Determine the current helium consumption rate based on

헬륨 소비 = F(T1, T2, RPM, P공급, P회귀, C펌프상수).Helium consumption = F (T1, T2, RPM, P feed , P regression , C pump constant ).

헬륨 소비 값에 대응하는 새로운 할당 RPM 값을 VNC로부터 받은 현재 할당 헬륨 값을 사용하여 연산한다:The new assigned RPM value corresponding to the helium consumption value is calculated using the current allocated helium value received from VNC:

할당 RPM = (할당 헬륨*RPM)/헬륨 소비량.RPM assigned = (assigned helium * RPM) / helium consumption.

헬륨 소비 값은 또한 상기 기술된 바와 같이 VNC에 다시 송출되어 할당 헬륨 값에 대한 새로운 값을 연산하는 것을 주목하여야 한다. OK 또는 한계의 펌프 상태, 및 냉각시의 펌프 작동 모드, 온도 제어 및 넌이 또한 연산되고 VNC로 송출된다. It should be noted that the helium consumption value is also sent back to the VNC as described above to compute a new value for the assigned helium value. The pump status of OK or limit, and the pump operating mode, the temperature control and the non-cooling are also calculated and sent to the VNC.

펌프 작동 매개변수를 연산한 후에, 단계(186)에 도시한 바와 같이, 펌프가 냉각 모드인지 여부를 검사한다. 펌프가 냉각모드인 경우에 냉각 루틴이 단계(188)에 도시된 바와 같이 시작되고 이는 하기에 추가로 기술된다. 펌프가 냉각모드가 아닌 경우에, 단계(190)에 기술된 바와 같이, (온도 제어에 있어) 켜지거나 꺼져야 하고, 최대 RPM이 할당 RPM, 본 펌프에 대한 최대 RPM 또는 전체 최대 RPM 상수중 작은 것, 일반적으로 100rpm에 맞추어지며 최소 RPM 이상이고, 단계(194)에 도시된 바와 같이 펌프 제어 루프를 나간다. After calculating the pump operating parameters, it is checked whether the pump is in cooling mode, as shown in step 186. If the pump is in the cooling mode, the cooling routine begins as shown in step 188, which is further described below. If the pump is not in cooling mode, as described in step 190, it must be turned on or off (for temperature control) and the maximum RPM is the smaller of the assigned RPM, the maximum RPM for this pump, or the total maximum RPM constant. , Typically set at 100 rpm and above the minimum RPM, exit the pump control loop as shown in step 194.

도 13은 펌프 냉각 루틴을 도시한다. 도 12 및 13과 관련하여, 펌프가 냉각 모드인 경우에, 단계(188)에 도시된 바와 같이, 제어는 냉각 루틴으로 넘어간다. 단계(400)에서 도시한 바와 같이, 냉각 루틴을 시작하여, 제 2단계 온도가 17K미만인지 여부를 검사한다. 온도가 17K미만인 경우에, 제 1단계 온도가 T1목표값인 0.5K이내, 일반적으로 100K인지를 검사한다. T1 (제 1단계)이 목표 정상 작동 온도에 지정된다. T1 (제 1단계)이 충분하게 냉각된 경우에, 단계(406)에 기술된 바와 같이 냉각이 완료되고, 단계(422)에 도시된 바와 같이 냉각 루틴을 나간다. 13 shows a pump cooling routine. 12 and 13, when the pump is in the cooling mode, control passes to the cooling routine, as shown in step 188. As shown in step 400, a cooling routine is started to check whether the second stage temperature is less than 17K. If the temperature is less than 17K, it is checked whether the first stage temperature is within 0.5K, which is the T1 target value, generally 100K. T1 (step 1) is assigned to the target normal operating temperature. If T1 (first step) is sufficiently cooled, cooling is complete as described in step 406 and exits the cooling routine as shown in step 422.

제 2단계 온도가 17K이상인 경우에 제 2 단계 온도가 40K미만인지 여부를 검사한다. 제 2단계가 40이하인 경우, 또는 제 1단계가 단계(404)의 목표값내의 0.5K이상인 경우에, 단계(408)에 도시된 바와 같이 할당 RPM이 72rpm을 초과하는지 여부를 검사한다. 할당 RPM이 72를 초과하는 경우에, 단계(410)에 도시된 바와 같이 이를 72rpm으로 맞춘다. 따라서, 제 2단계가 40K미만인 경우 또는 제 2단계가 17K미만인 경우에 할당 RPM이 72에 한정되나, 제 1 단계는 T1 목표값 +0.5K로 떨어져서는 안된다. If the second stage temperature is more than 17K, it is checked whether the second stage temperature is less than 40K. If the second step is less than or equal to 40, or if the first step is greater than or equal to 0.5K within the target value of step 404, then it is checked whether the allocated RPM exceeds 72 rpm as shown in step 408. If the allocation RPM exceeds 72, set it to 72 rpm as shown in step 410. Therefore, if the second stage is less than 40K or the second stage is less than 17K, the allocation RPM is limited to 72, but the first stage should not drop to the T1 target value + 0.5K.

단계(412)에 도시된 바와 같이 연산된 할당 RPM이 최대 RPM을 초과하는지를 검사한다. 초과하는 경우에, 단계(414)에 기술된 바와 같이 현재 RPM이 최대 RPM에 지정되고 단계(422)에 도시된 바와 같이 냉각루틴을 나간다. 할당 RPM이 최대 RPM 이하인 경우에, 단계(416)에 도시된 바와 같이 이것이 최소 RPM 미만인지를 검사한다. 단계(420)에 도시된 바와 같이 최소 RPM 미만인 경우, RPM을 최소 RPM에 맞추고, 그렇지 않으면 단계(418)에 도시된 바와 같이 할당 RPM에 맞춘다. 다음, 단계(422)에 도시한 바와 같이, 냉각 루틴을 나간다. It is checked whether the calculated RPM calculated as shown in step 412 exceeds the maximum RPM. If exceeded, the current RPM is assigned to the maximum RPM as described in step 414 and exits the cooling routine as shown in step 422. If the allocated RPM is less than or equal to the maximum RPM, then check that it is less than the minimum RPM as shown in step 416. If less than the minimum RPM as shown in step 420, the RPM is adjusted to the minimum RPM, otherwise it is adjusted to the assigned RPM as shown in step 418. Next, as shown in step 422, exit the cooling routine.

도 12로 돌아와서, 단계(178)은 압축기 검사 루틴이다. 도 14는 압축기 검사 루틴을 보다 더 상세하게 도시한다. 도 12 및 도 14와 관련하여, 단계(430)에서 도시한 바와 같이 압축기 검사 루틴을 시작한다. 압축기 검사 루틴의 주요 목적은 압축기가 기능을 하는지를 결정하여 이들이 작동하지 않는다면 펌프를 폐쇄하는 것이다. 공급 압력, 회귀 압력 및 헬륨 할당에 대한 디폴트 값이 단계(432)에서 도시된 바와 같이 지정된다. 일반적으로, 펌프가 냉각중인 경우에 이들 값은 공급압력=400psi, 회귀 압력=200psi, 및 헬륨 할당=최소 헬륨인 디폴트이고, 온도 제어중인 경우에 헬륨 할당에 대한 사전 값이다. Returning to FIG. 12, step 178 is a compressor check routine. 14 shows the compressor check routine in more detail. With reference to FIGS. 12 and 14, the compressor check routine begins as shown in step 430. The main purpose of the compressor inspection routine is to determine if the compressor is functioning and close the pump if they do not work. Default values for supply pressure, return pressure, and helium assignment are specified as shown in step 432. In general, these values are the default when the pump is cooling, supply pressure = 400 psi, return pressure = 200 psi, and helium assignment = minimum helium, and are pre-values for helium assignment when temperature controlled.

단계(434)에 기술된 바와 같이, 펌프 제어 흐름 루프를 통해 사전 반복기간동안 압축기 검사 루틴을 시작되었는지 여부를 검사한다. 압축기 검사는 펌프 제어 루틴으로부터 동시에 가동되는 시험 타이머를 시작하게 한다. 따라서, 압축기 검사 루틴을 통한 다중 반복은 일반적으로 펌프가 시험 간격에 걸쳐 모니터링되는 경우에 일어난다. 압축기 검사 루틴이 사전에 수행되지 않는 경우에, 단계(436)에 도시된 바와 같이 펌프 모터가 켜져있는지 여부를 검사한다. 켜져 있지 않다면 단계(454)에 기술된 바와 같이 압축기 검사 루틴을 나간다. 펌프 모터가 켜져 있다면, 단계(438)에 도시된 바와 같이 펌프가 재생 모드에 있는지를 검사한다. 재생모드에 있다면 단계(454)에 기술된 바와 같이 압축기 검사 루틴을 나간다.As described in step 434, it is checked via the pump control flow loop whether the compressor check routine has been started for a pre-repetition period. Compressor check causes the test timer to be started simultaneously from the pump control routine. Thus, multiple iterations through the compressor check routine generally occur when the pump is monitored over the test interval. If the compressor check routine is not performed in advance, it is checked whether the pump motor is on as shown in step 436. If not, exit the compressor check routine as described in step 454. If the pump motor is on, check whether the pump is in regeneration mode as shown in step 438. If in regeneration mode, exit the compressor check routine as described in step 454.

펌프가 재생 모드에 있지 않은 경우에, 현재 작동 모드, 냉각 또는 온 (온도 제어상의)을 기록하고, 시험 타이머가 단계(440)에 도시된 바와 같이 지정된다. 단계(434)에 도시된 바와 같이, 압축기 검사 루틴을 통한 하기의 반복은 압축기 검사 루틴이 가동되고 있음을 나타내고, 테스트 타이머가 종결되었는지 여부를 단계(422)에 도시된 바와 같이 검사한다. 테스트 타이머는 정상적인 작동을 위한 시스템을 모니터링하는데 걸리는 사전에 결정된 휴지 간격 시간을 허용한다. 시험 타이머가 아직 종결되지 않은 경우에, 단계(454)에 기술된 바와 같이 압축기 검사 루틴을 나가서, 다음 반복을 기다린다. 시험 타이머가 종결된 경우에, 단계(444)에 기술된 바와 같이 냉각 모드를 위한 검사가 수행된다. 펌프가 냉각 모드에 있지 않은 경우에, 단계(448)에 도시된 바와 같이 제 2단계 온도가 사전에 결정된 임계값을 초과하는지를 결정한다. 특정 구체예에서, 입계값은 25K이다. 펌프가 사 전에 결정된 임계값을 지나 가온되지 않은 경우에, 단계(450)에 기술된 바와 같이 압축기가 켜지고, 펌프는 계속하여 작동된다. 다음, 펌프가 냉각상태가 아닌 경우에, 단계(446)에 기술된 바와 같이 시험 타이머 간격에 걸쳐 냉각속도가 사전에 결정된 속도, 예를 들어 분당 1K를 초과하는지 여부를 결정한다. 냉각 속도가 1K/min을 초과하지 않는 경우, 또는 제 2단계 온도가 25K를 초과하는 경우에, 단계(452)에 도시된 바와 같이 압축기는 꺼지고, 펌프는 폐쇄된다. 다음, 제어는 단계(454)를 거쳐 다음 반복까지 압축기 검사 루틴을 나간다. If the pump is not in regeneration mode, it records the current operating mode, cooling or on (temperature controlled), and a test timer is specified as shown in step 440. As shown in step 434, the following iteration through the compressor check routine indicates that the compressor check routine is running and checks as shown in step 422 whether the test timer has expired. The test timer allows a predetermined idle interval time taken to monitor the system for normal operation. If the test timer has not yet terminated, exit the compressor check routine as described in step 454 and wait for the next iteration. If the test timer is terminated, a check for cooling mode is performed as described in step 444. If the pump is not in cooling mode, it is determined whether the second stage temperature exceeds a predetermined threshold as shown in step 448. In certain embodiments, the grain boundary is 25K. If the pump has not warmed past a predetermined threshold, the compressor is turned on as described in step 450 and the pump continues to run. Next, if the pump is not cooled, it is determined whether the cooling rate exceeds a predetermined rate, eg 1K per minute, over the test timer interval as described in step 446. If the cooling rate does not exceed 1 K / min, or if the second stage temperature exceeds 25 K, the compressor is turned off and the pump is closed as shown in step 452. Control then passes to step 454 to exit the compressor check routine until the next iteration.

도 8과 관련하여, 계층에 대한 분배 (DPH) 상태(128)는 또한 정상적인 작동 상태를 넘어선 상태를 다루는데 사용된다. 이는 진공 시스템내의 과잉 열부하 또는 펌프 또는 압축기의 손상에 의해 야기된다. 계층에 대한 분배의 주된 목적은 헬륨을 시스템에서 상부 펌프에 할당하고 덜 중요한 펌프에는 이를 할당하지 않는 것이다. 상기 경우에, 펌프는 완전히 차단되어 헬륨을 다른 곳에서 사용되는 것을 허용하여야 한다. With regard to FIG. 8, the distribution (DPH) state 128 for the layer is also used to handle states beyond normal operating conditions. This is caused by excessive heat load in the vacuum system or damage to the pump or compressor. The main purpose of distribution to the tier is to assign helium to the upper pump in the system and not to less important pumps. In this case, the pump should be completely shut off to allow helium to be used elsewhere.

시스템 사용자는 계층에 대한 분배 (DPH) 기능을 가능하게 하고 각 펌프의 상대적인 중요도를 규정하여야 한다. 예를 들어, 특정 구체예의 경우에, 스퍼터 시스템은 두개의 부하-잠금 용기, 버퍼 용기, 전달 용기, 및 전달 용기에 연결된 4개 이상의 처리 용기로 구성된다. 처리 용기 펌프는 우선 순위 3을 받고, 전달 용기 펌프는 순위 2이고, 버퍼 용기 펌프는 순위 1이다. 웨이퍼를 내부에 포함하지 않은 처리 용기에는 우선 순위 4가 할당된다. 헬륨 소비가 요구량을 초과하게 하는 시스템의 결함의 경우에 장치 제어기는 임의의 처리 용기가 그 안에 웨이퍼를 갖지 않는지 여부를 결정하여 이들에게 순위 3 또는 4를 할당한다. 웨이퍼가 없는 처리 용기는 할당된 헬륨을 감소되게 하거나, 펌프를 꺼서 다른 용기가 작동을 계속하도록 한다. 계층 시스템의 부분은 시스템이 "가벼운 고장"을 일으키도록 하는 것이다. 다시 말해서, 손상 시스템에서, 웨이퍼는 처리를 끝내고, 처리 용기로부터 전달 용기를 통하여 버퍼 용기로, 다시 펌프가 이들 뒤에서 꺼지는 부하 잠금으로 이동되는 시간을 가진다. 상기 처리를 위한 전달 시간은 1 내지 3분이다. DPH 상태(128)은 먼저 동시에 순위 4펌프를 끄고, 다음 순위 3순으로 끈다. 결함 상태가 끝나면 펌프는 다시 켜진다. The system user should enable the Distribution to Tier (DPH) function and define the relative importance of each pump. For example, in certain embodiments, the sputter system consists of two load-lock containers, a buffer container, a delivery container, and four or more processing containers connected to the delivery container. The process vessel pump receives priority 3, the delivery vessel pump is rank 2, and the buffer vessel pump is rank 1. Priority 4 is assigned to the processing container which does not contain a wafer inside. In the case of a fault in the system that causes helium consumption to exceed the required amount, the device controller determines whether any processing vessel has no wafer in it and assigns them a rank 3 or 4. The wafer-less processing vessel causes the allocated helium to be reduced, or the pump is turned off to allow the other vessel to continue operation. Part of the hierarchical system is to cause the system to cause a "light failure." In other words, in the damage system, the wafer has time to finish processing and move from the processing vessel through the transfer vessel to the buffer vessel and back to the load lock which the pump is turned off behind them. The delivery time for this treatment is 1 to 3 minutes. The DPH state 128 first turns off the rank 4 pump at the same time and then turns off the rank 3 order. At the end of the fault condition, the pump is turned on again.

*DPH 상태(128)이 시작되기 전에 가정은 시스템에 유효한 과잉 헬륨 흐름이 존재하지 않아서 시스템이 요구에 대한 분배(124) 상태 이상이라는 것이다. 일부 펌프는 헬륨의 할당량에 적절하게 작동되나, 하나 이상의 펌프가 보다 많은 헬륨을 요구하는 경우에 어느 것도 유효하지 않다. 계속된 작동은 하나 이상의 펌프를 가온시킨다. DPH에 의해 부과된 사전 결정된 계층의 사용은, VNC가 상부 펌프가 냉각되고 다른 펌프는 희생하도록하는 "선별"을 수행하도록 한다. 3 내지 5의 우선 순위는 특정 구체예에 일반적이고, DPH 상태(128)은 사용자가 분기관의 각 펌프에 대한 순위를 포함하여 우선순위를 규정하는 것을 허용한다. Before the * DPH state 128 begins, the assumption is that there is no valid excess helium flow in the system and the system is above the distribution 124 state for the request. Some pumps work properly with a quota of helium, but none is valid if one or more pumps require more helium. Continued operation warms up one or more pumps. The use of a predetermined layer imposed by the DPH allows the VNC to perform "screening" such that the upper pump cools and the other pumps sacrifice. Priorities of 3 to 5 are common to certain embodiments, and the DPH state 128 allows the user to define priorities, including the rank for each pump in the branch.

도구 호스트 제어기는 동력학적으로 웨이퍼의 유무와 같은 결과에 기초하여 우선 순위를 할당한다. 또한 사용자는 매우 뜨거운 설치물을 냉각시키는 것과 같이, 일정 상태가 될 때까지 특정 용기내부에 진공을 유지하기를 바란다. 사용자는 펌프가 완전히 차단되는 것이 허용되거나 헬륨의 약 최소량을 할당받아야 하는지를 미리 프로그래밍 하여야 한다. 펌프가 동일한 우선 순위를 가지는 경우에, VNC는 독단적으로 이 순위에 있는 하나의 펌프를 선택하여 헬륨을 차단하거나 재할당한다. 동일하거나 보다 높은 순위에 있는 다른 펌프에 대한 동작은 시스템 안정화가 달성될 때까지 요구된다. The tool host controller dynamically assigns priorities based on results such as the presence or absence of a wafer. The user also wants to maintain a vacuum inside a particular container until it is in constant condition, such as cooling a very hot installation. The user must program in advance whether the pump will be allowed to shut off completely or should be assigned a minimum amount of helium. If the pumps have the same priority, VNC arbitrarily selects one pump in this rank to block or reallocate helium. Operation for other pumps of the same or higher rank is required until system stabilization is achieved.

또한, VNC는 펌프 냉각 동안 DPH 상태를 시작한다. 어떤 도구에서, 하나 이상의 펌프가 먼저 온도를 작동하는지를 확인하는 것이 바람직하다. 우선 순위는, 지도에 있는 다른 펌프에 비해 냉각동안 이들 펌프에 보다 높게 할당하는 논리를 사용하여 이들 펌프에 주어진다. The VNC also enters the DPH state during pump cooling. In some tools, it is desirable to verify that at least one pump is operating temperature first. Priority is given to these pumps using logic to assign them higher during cooling compared to other pumps in the map.

VNC는 도구 호스트 컴퓨터로부터 계층 할당을 수용하고 이들을 저장한다. DPH가 유효하게 되는 경우에, VNC는 현재 할당된 우선 순위를 사용하여 펌프를 제어한다. 도구 호스트에 의한 우선 순위의 반복은 VNC에 의해 받아들여져야 하고 DPH는 빠르게 변화하는 상황을 다루며 작동된다. VNC accepts and stores layer assignments from the tool host computer. If DPH is enabled, the VNC controls the pump using the currently assigned priority. Repetition of priorities by the tool host should be accepted by VNC and DPH works to handle rapidly changing situations.

다른 특정예에서, 헬륨 관리 제어 시스템은 도 15에 기술된 바와 같이 3가지 제어 모드를 적용한다. 상기 시스템은 제어 모드를 결정하기 위하여 압력차 DP를 사용한다. 도 1b 및 15와 관련하여, 압력차는 고압 공급(46) 라인 및 저압 배출(48) 라인간의 압력 차이이다. 일반적인 극저온 펌프에서, 고압 공급(46) 라인은 약 400psi이고, 저압 배출(48) 라인은 약 200psi이다. 압력차는 두 라인 간의 차이이고 일반적으로 약 200psi이다. 극단적인 경우에, 많은 극저온 펌프가 높은 속도로 헬륨을 소비하는 경우에, 압력차는 임계값 (critical threshold) 미만으로 떨어지고 이에 의하여 냉각 용량은 급격하게 감소하기 시작한다. 본 시스템의 한가지 목적은 압력차가 임계값으로 떨어지는 것을 방지하는 것이다. In another particular example, the helium management control system applies three control modes as described in FIG. 15. The system uses the pressure difference DP to determine the control mode. With respect to FIGS. 1B and 15, the pressure difference is the pressure difference between the high pressure supply 46 line and the low pressure discharge 48 line. In a typical cryogenic pump, the high pressure supply 46 line is about 400 psi and the low pressure discharge 48 line is about 200 psi. The pressure difference is the difference between the two lines and is typically about 200 psi. In extreme cases, when many cryogenic pumps consume helium at high speeds, the pressure differential drops below the critical threshold, whereby the cooling capacity begins to decrease rapidly. One purpose of the system is to prevent the pressure difference from dropping to a threshold.

도 15에 기술된 시스템에서, 제어 모드는 하기와 같이 결정된다: 정상 모드는 압력차가 190 내지 205psi인 경우에 발생하고; 미달 압력은 압력차가 190psi미만인 경우에 발생하고; 초과 압력 모드는 압력차가 205psi 초과인 경우에 발생한다. 상기 범위는 대략적인 것이고, 실제 시스템에서 조정되어 제어 모드에 대응한 압력차의 선택적인 범위를 제공한다. In the system described in FIG. 15, the control mode is determined as follows: The normal mode occurs when the pressure difference is 190 to 205 psi; Underpressure occurs when the pressure difference is less than 190 psi; The overpressure mode occurs when the pressure difference is greater than 205 psi. The range is approximate and adjusted in the actual system to provide an optional range of pressure differentials corresponding to the control mode.

도 15와 계속하여 관련하여, 흐름도는 세 가지 제어모드인 정상, 초과압력, 미달 압력을 사용하여 헬륨 관리 제어 시스템의 작동을 도시한다. 압력차가 190psi 내지 205psi의 범위 밖이거나 정상모드가 아닌 경우에, 여과기 구동 모터의 속도를 제어하여 시스템을 다시 정상 모드로 회복시킨다. 극저온 펌프의 각각은 온도 목표값을 가진다. 극저온 펌프의 목표값은 여과기 구동 모터가 정상 극저온 펌핑 온도 동안 달성하려는 온도이다. 목표값을 감소시키는 것은 여과기 구동 모터의 온도를 증가시키는 효과를 가져서 보다 많은 헬륨을 소비하고 극저온 펌프의 온도를 낮추는 경향을 가진다. 유사하게, 목표값을 증가시키는 것은 극저온 냉각장치가 가온되는 것을 허용하여, 여과기 구동 모터의 속도를 낮추고, 따라서 헬륨을 보다 덜 소비하도록 하는 경향을 가진다. 목표값은 극저온 펌프에 의하여 내부적으로 사용되어, 여과기 구동 모터의 속도를 다양하게 하여 극저온 펌프에 폐쇄 루프 제어 또는 다른 전자 제어 메카니즘을 사용하여 냉각 핑거의 제 1 단계의 온도를 목표값에 일치시킨다. 추가로, 목표값 및 여과기 구동 모터 속도는 둘 다 작 동 범위를 가지고, 이를 초과하여 모터 속도 및 목표값을 추가로 수정하지 않는다. Continuing with FIG. 15, the flowchart illustrates the operation of the helium management control system using three control modes: normal, overpressure and underpressure. If the pressure differential is outside the range of 190 psi to 205 psi or not in normal mode, the speed of the filter drive motor is controlled to return the system to normal mode. Each of the cryogenic pumps has a temperature target. The target value of the cryogenic pump is the temperature the filter drive motor is trying to achieve during the normal cryogenic pumping temperature. Reducing the target has the effect of increasing the temperature of the filter drive motor, consuming more helium and lowering the temperature of the cryogenic pump. Similarly, increasing the target value tends to allow the cryogenic chiller to warm up, slowing down the strainer drive motor and thus consuming less helium. The target value is used internally by the cryogenic pump to vary the speed of the filter drive motor to match the temperature of the first stage of the cooling finger to the target value using closed loop control or other electronic control mechanism in the cryogenic pump. In addition, both the target value and the strainer drive motor speed have an operating range and do not further modify the motor speed and target value beyond this.

보다 더 상세하게는, 폴링 간격이 단계(300)에 기술된 바와 같이 종결되고 시스템이 또 다른 검사 순환을 시작한다. 단계(302)에 도시된 바와 같이, 시스템이 현재 초과 압력 모드인지를 검사한다. 시스템이 초과 압력 모드가 아닌 경우에는 단계(304)에 기술된 바와 같이, 시스템이 미달 압력 모드인지를 검사한다. 시스템이 미달 압력 모드에 있지 않은 경우에, 단계(306)에 기술된 바와 같이, 압력차가 205psi를 초과하는 경우인지를 검사한다. 압력차가 205psi를 초과하지 않는 경우에, 단계(308)에 도시된 바와 같이, 압력차가 190psi미만인지를 검사한다. 압력차가 190psi이상인 경우에, 제어는 다음 폴링 간격이 종결될 때까지 단계(310)으로 다시 전환된다. 점선(312)는 기술된 바와 같이 정상 모드 작동을 기술하는 단계의 순서를 약술한다. 이러한 반복은 압력차가 190 내지 205psi의 범위 밖이 될 때까지 반복되고 하기에 추가로 기술된다. More specifically, the polling interval is terminated as described in step 300 and the system starts another inspection cycle. As shown in step 302, it is checked whether the system is currently in an overpressure mode. If the system is not in the over pressure mode, then check whether the system is in under pressure mode, as described in step 304. If the system is not in underpressure mode, check if the pressure difference is greater than 205 psi, as described in step 306. If the pressure difference does not exceed 205 psi, check that the pressure difference is less than 190 psi, as shown in step 308. If the pressure difference is greater than 190 psi, control returns back to step 310 until the next polling interval ends. Dotted line 312 outlines the sequence of steps that describe normal mode operation as described. This repetition is repeated until the pressure difference is outside the range of 190 to 205 psi and further described below.

도 15의 시스템은, 압력차가 205psi를 초과하는 경우에 하기의 단계(314)에서 온도 목표값을 낮추고 모터 속도를 증가시키는 역할을 한다. 압력차가 190psi 미만의 경우에, 하기의 단계(322)에서 온도 목표값은 증가되고 모터 속도는 감소된다. 변화 후에, 시스템은 한동안 초과 압력 또는 미달 압력 모드에 놓여지고, 이러한 동안 시스템을 안정화시키기 위하여 추가의 변화는 허가되지 않는다. The system of FIG. 15 serves to lower the temperature target value and increase motor speed in step 314 below when the pressure difference exceeds 205 psi. If the pressure difference is less than 190 psi, the temperature target value is increased and the motor speed is decreased in step 322 below. After the change, the system is placed in overpressure or underpressure mode for a while, during which no further changes are allowed to stabilize the system.

단계(306)에서, 압력차가 205를 초과하는 경우에 잠재적인 초과 압력 상태가 발생한다. 초과 압력 상태는 시스템에 헬륨이 과도하게 존재함을 의미한다. 점 선(314)는 일반적으로 초과 압력 수정 동작을 기술한다. 과잉 헬륨을 이용하기 위하여, 모든 냉각되지 않고 가동되는 극저온 펌프의 목표값은 단계(316)에 기술된 바와 같이 2K가 감소된다. 냉각중인 임의의 극저온 펌프의 구동 모터 속도는 단계(318)에 기술된 바와 같이 15rpm이 증가된다. 시스템 모드는 단계(320)에 기술된 바와 같이 초과 압력 모드가 되고, 이는 이용될 수 있는 과잉 헬륨 냉각제 용량이 있음을 의미한다. 하기에 추가로 기술된 최소 및 최대 구동 속도 임계값이 있고, 이는 구동 모터 속도를 사전에 결정된 작동 범위 내에 유지시킨다는 것을 주목하여야 한다. In step 306, a potential excess pressure condition occurs if the pressure difference exceeds 205. An overpressure condition means that helium is present in the system excessively. Dotted line 314 generally describes the excess pressure correction action. To take advantage of excess helium, the target value of all uncooled cryogenic pumps is reduced by 2K as described in step 316. The drive motor speed of any cryogenic pump under cooling is increased by 15 rpm as described in step 318. The system mode is in over pressure mode as described in step 320, which means that there is excess helium coolant capacity available. It should be noted that there are minimum and maximum drive speed thresholds described further below, which keep the drive motor speed within a predetermined operating range.

상기로부터 계속하여 단계(308)에서, 압력차가 190미만인 경우에, 잠재적인 미달 압력 상태가 발생한다. 미달 압력 상태는 시스템내에 헬륨이 부족함을 의미한다. 점선(322)는 일반적으로 미달 압력 상태를 수정하는 단계를 기술한다. 헬륨을 보전하기 위하여, 단계(324)에 기술된 바와 같이, 냉각되지 않은 모든 극저온 펌프의 목표값은 2K가 낮아진다. 단계(326)에 기술된 바와 같이, 냉각중인 극저온 펌프의 구동 모터 속도는 15rpm까지 감소한다. 냉각 상태의 극저온 펌프의 속도를 감소시키는 것은 냉각 시간은 연장되나 과잉 헬륨을 유리시켜 미달 압력 상태를 수정하고, 정상 극저온 펌핑 온도에서 작동되는 펌프가 작동을 계속하도록 하려는 것이다. 다음, 단계(328)에 기술된 바와 같이, 시스템 모드가 미달압력으로 되는데, 이것은 미달 압력 상태가 존재함을 의미한다.Continuing from above, in step 308, if the pressure difference is less than 190, a potential underpressure condition occurs. Underpressure conditions indicate a lack of helium in the system. Dotted line 322 generally describes the steps of correcting underpressure conditions. To conserve helium, as described in step 324, the target value of all uncooled cryogenic pumps is 2K lower. As described in step 326, the drive motor speed of the cryogenic pump under cooling decreases to 15 rpm. Reducing the speed of the chilled cryogenic pump is intended to extend the cooling time but to release excess helium to correct underpressure conditions and to allow pumps operating at normal cryogenic pumping temperatures to continue operating. Next, as described in step 328, the system mode goes to underpressure, meaning that underpressure exists.

상기 단계(304)로부터 계속하여, 미달 압력 상태가 이미 존재하는 경우에, 단계(330)에 기술된 바와 같이, 미달 압력 모드가 1분을 초과하여 계속되는지를 검 사하여야 한다. 현재 미달 압력 모드가 1분을 초과하여 존재하지 않는 경우에 제어는 단계(310)으로 전환되어 시스템 스레싱 (thrashing)을 피하기 위하여 다음 폴링 간격을 기다린다. 현재 미달 압력 모드가 1분을 초과하여 계속되는 경우에, 현재 압력 차 DP가 단계(332)에 기술된 바와 같이 미달 압력 모드가 시작되도록 하는 압력 차 미만인지를 검사한다. 미달 압력 모드가 사전에 시작된 경우에, 시스템은 압력차를 올리기 시작하고, 그렇지 않으면 보다 더 공격적인 헬륨 관리가 필요하다. 압력차 DP가 미달 압력 모드가 시작하도록 하는 값 이상인 경우에, 단계(334)에 기술된 바와 같이, 현재 미달 압력 모드가 10분 동안 지속되는지를 검사한다. 그렇지 않다면, 제어는 단계(310)으로 전환하여 다음 폴링 간격을 기다린다. 따라서, 시스템은 시스템이 보다 공격적인 헬륨 관리를 따르기 전에 정상적인 압력차 범위로 돌아가도록 10 분의 시간을 준다. Continuing from step 304 above, if an underpressure condition already exists, it should be checked if the underpressure mode continues for more than one minute, as described in step 330. If the current under pressure mode is not present for more than one minute, control returns to step 310 to wait for the next polling interval to avoid system thrashing. If the current under pressure mode continues for more than one minute, it is checked whether the current pressure difference DP is less than the pressure difference that causes the under pressure mode to start as described in step 332. If the underpressure mode has been started beforehand, the system will start to raise the pressure differential, otherwise more aggressive helium management is needed. If the pressure difference DP is greater than or equal to the value that causes the under pressure mode to start, it is checked whether the current under pressure mode lasts for 10 minutes, as described in step 334. If not, control transitions to step 310 to wait for the next polling interval. Thus, the system gives 10 minutes to return to the normal pressure differential range before the system follows more aggressive helium management.

압력차가 계속하여 떨어지는 경우, 또는 미달 압력 모드가 시작되고 10분이 경과된 경우에, 단계(336)에 기술된 바와 같이, 시스템은 미달 압력 모드를 종결한다. 미달 압력 모드를 종결하여 추가의 수정 작동이 다음 폴링 간격을 시작하고 이는 하기에 추가로 기술된다. 제어가 단계(310)으로 전환되고, 단계(300)에 도시된 바와 같이, 다음 폴링 간격에서 단계(304)의 검사는 시스템이 미달 압력 모드에 있지 않음을 의미한다. 따라서, 단계(308)의 압력차 검사는 압력차가 여전히 190 미만이고, 미달 압력 작용 (324), (326) 및 (328)이 상기에 기술된 바와 같이 반복된다. If the pressure differential continues to fall, or 10 minutes have elapsed since the underpressure mode began, the system terminates the underpressure mode, as described in step 336. By ending the underpressure mode, further corrective action starts the next polling interval, which is further described below. Control is transferred to step 310, and as shown in step 300, inspection of step 304 at the next polling interval means that the system is not in underpressure mode. Thus, the pressure difference check of step 308 is that the pressure difference is still less than 190, and the underpressure action 324, 326, and 328 are repeated as described above.

상기 단계(302)로부터 계속하여, 초과 압력 상태가 이미 존재하는 경우에, 단계(338)에 기술된 바와 같이, 현재 초과 압력 모드가 10분을 초과하여 계속되는지를 검사한다. 그렇지 않다면, 제어는 적은 압력차 검사를 위하여 단계(308)로 전환된다. 현재 초과 압력 모드가 10분을 초과하여 지속되는 경우에, 단계(340)에 기술된 바와 같이 시스템은 초과 압력 모드를 종결하고 제어는 단계(300)으로 전환되어 다음 폴링 간격을 기다린다. 시스템이 초과 압력 모드를 종결하고 초과 압력 수정 검사를 시작한다. 단계(300)에 도시된 바와 같이, 다음 폴링 간격에서, 초과 압력 모드가 더 이상 지정되지 않기 때문에, 단계(302)의 초과 압력 모드 검사제어를 단계(306)으로 진행시킨다. 압력차가 여전히 205를 초과하는 경우에, 단계(316), (318) 및 (320)의 초과 압력 동작은 상기에 기술된 바와 같이 반복된다. Continuing from the step 302 above, if an excess pressure condition already exists, it is checked if the current excess pressure mode continues for more than 10 minutes, as described in step 338. If not, control returns to step 308 for a small pressure differential check. If the current over pressure mode lasts more than 10 minutes, the system terminates the over pressure mode and control returns to step 300 to wait for the next polling interval, as described in step 340. The system terminates the over pressure mode and begins the over pressure correction test. As shown in step 300, at the next polling interval, the excess pressure mode check control of step 302 proceeds to step 306 because the excess pressure mode is no longer specified. If the pressure difference still exceeds 205, the excess pressure operation of steps 316, 318, and 320 is repeated as described above.

또 다른 특정 구체예에서, 하기에 추가로 기술되는 제어기에서 헬륨 관리의 4개의 제어 상태 및 3개의 모드가 있다. 간단히 말해서, 모드는 준비, 정상 및 냉각이다. 준비는 초기 시스템 준비기간동안 어느 압축기 및 극저온 펌프가 시스템에 연결되는지를 결정하기 위한 것이다. 냉각 모드는 하나 이상의 극저온 펌프가 냉각 작동을 수행하고 있음을 의미한다. 정상 모드는 시스템이 시작되고 모든 극저온 펌프가 초기 냉각을 완료한 경우이다. In another particular embodiment, there are four control states and three modes of helium management in the controller further described below. In short, the modes are Ready, Normal and Cool. Preparation is to determine which compressor and cryogenic pump are connected to the system during the initial system preparation. Cooling mode means that one or more cryogenic pumps are performing a cooling operation. Normal mode is when the system is started and all cryogenic pumps have completed initial cooling.

또한, 시스템에 부착된 극저온 펌프의 각각은 제어기에 보고되는 3개의 헬륨 관리 작동 모드를 가진다. 온도 제어 (TC) 모드는 극저온 펌프가 제어기에 의하여 제어되고 있음을 의미한다. 냉각 (CD) 모드는 극저온 펌프가 냉각 작동을 수행하고 있음을 의미한다. 넌 (NONE) 모드는 펌프가 헬륨을 자유롭게 소비할 수 있어 구동 모터가 최대 속도로 가동될 수 있음을 의미한다. In addition, each of the cryogenic pumps attached to the system has three helium management operating modes reported to the controller. Temperature control (TC) mode means that the cryogenic pump is being controlled by a controller. Cooling (CD) mode means that the cryogenic pump is performing a cooling operation. NONE mode means that the pump can consume helium freely and the drive motor can run at full speed.

헬륨 관리 제어 시스템의 4개 제어 상태는 각각 일반적으로 보다 공격적인 헬륨 관리를 필요로 함을 의미한다. 작동 상태는 상기 구체예에서 기술한 제어 모드와 유사하다. 정상 상태는 시스템에서 모든 극저온 펌프(10)에 의한 헬륨 소비가 조절되지 않도록 한다. 한계 검사 상태는 펌프가 제어기에 의해서 연산된 최대 소비값과 동일하게 소비하는 경우이다. 요구에 대한 분배 상태는 최소 공급을 보고하는 펌프가 사전에 결정된 임계 시간 후에 계속하여 부족한 경우에 발생한다. 요구에 대한 분배는 시스템의 과잉 헬륨을 재분배하도록 하거나, 과잉 헬륨이 없는 경우에 각 극저온 펌프에 대한 최대 헬륨 공급 매개변수가 감소되도록 한다. 모든 펌프가 헬륨 부족을 보고하는 경우에, 계층에 대한 분배상태는, 가온되어도 되는 보다 덜 중요한 펌프로의 헬륨을 감소시켜서 사전에 결정된 계층에 따라 중요한 극저온 펌프에 헬륨을 할당한다. The four control states of the helium management control system generally mean that they require more aggressive helium management. The operating state is similar to the control mode described in the above embodiments. Steady state ensures that the helium consumption by all cryogenic pumps 10 in the system is not regulated. The limit test condition is when the pump consumes the same value as the maximum consumption value calculated by the controller. The distribution status for the request occurs when the pump reporting the minimum supply continues to run short after a predetermined threshold time. The distribution of demands causes the system to redistribute excess helium or, in the absence of excess helium, to reduce the maximum helium supply parameter for each cryogenic pump. If all pumps report helium deficiency, the distribution to the bed reduces helium to the less important pump that may be warmed, thereby allocating helium to the critical cryogenic pump according to a predetermined bed.

또한, 극저온 펌프는 헬륨 소비 상태를 가진다. OK 상태는 극저온 펌프가 최대 헬륨 공급 매개변수의 95% 미만을 소비하는 것을 의미한다. APPROCHING 상태는 극저온 펌프가 최대 헬륨 공급 매개변수의 95%를 초과하여 소비하는 것을 의미한다. LIMIT 상태는 극저온 펌프가 최대 헬륨 소비 매개변수와 동일한 헬륨을 소비하는 것을 의미한다. 헬륨 소비 상태는 극저온펌프가 극저온 펌핑 온도를 유지하는데 필요한 헬륨의 최대양을 소비하여, 가온의 임계값에 있는지를 결정하는데 이용된다. 어프로칭 상태는 헬륨 관리 제어를 결정하는데 사용되지 않으나, 오퍼레이터에 의하여 정보 항목으로서 질문될 수 있다. The cryogenic pump also has a helium consumption state. The OK state means that the cryogenic pump consumes less than 95% of the maximum helium supply parameter. The APPROCHING state means that the cryogenic pump consumes more than 95% of the maximum helium supply parameter. The LIMIT state means that the cryogenic pump consumes helium equal to the maximum helium consumption parameter. The helium consumption state is used to determine if the cryogenic pump consumes the maximum amount of helium needed to maintain the cryogenic pumping temperature, and thus is at the threshold of warming. The approaching state is not used to determine helium management control, but may be queried by the operator as an information item.

도 16a 내지 16c는 도 2에 기술된 제어기(12)의 헬륨 관리 제어의 흐름도를 보다 상세하게 도시한다. 도 16a와 관련하여, 초기 준비 및 맵핑 (mapping)은 단계(610)에 기술된 바와 같이 시작된다. 초기 준비 및 맵핑은 공통 분기관(18)에 연결된 모든 압축기(16) 및 극저온 펌프(10)를 결정한다. 상기 단계(610)에 기술된 바와 같이, 각 극저온 펌프는 극저온 냉각장치 크기, 최소 헬륨 공급, 헬륨 소비 속도 및 냉각 완료 시간을 송출하여 제어기에 저장한다. 또한, 제어기는 각 압축기(16)으로부터 유효한 헬륨 공급을 받는다. 각 펌프에 최소한 최소 헬륨 공급을 지지하기에 불충분한 유효 헬륨이 있는 경우에, 작동은 종료된다. 초기 헬륨 분배가 극저온 펌프 크기에 따라 비례 분배에 기초하여 연산되고, 최대 헬륨 소비 시그날을 각 극저온 펌프에 송출한다. 또한, 제어기는 하기에 추가로 기술된 분배 계층, 다른 작동 매개변수 및 디폴트를 표시하는 초기 준비 매개변수를 판독한다. 16A-16C show a flow chart of the helium management control of the controller 12 described in FIG. 2 in more detail. With regard to FIG. 16A, initial preparation and mapping begins as described in step 610. Initial preparation and mapping determines all compressors 16 and cryogenic pumps 10 connected to the common branch pipe 18. As described in step 610, each cryogenic pump sends and stores the cryogenic chiller size, minimum helium supply, helium consumption rate and cooling completion time in the controller. The controller also receives a valid helium supply from each compressor 16. If each pump has sufficient helium insufficient to support at least the minimum helium supply, the operation is terminated. The initial helium distribution is calculated based on the proportional distribution depending on the cryogenic pump size and sends a maximum helium consumption signal to each cryogenic pump. In addition, the controller reads initial preparation parameters indicating the distribution layer, other operating parameters and defaults, which are further described below.

다음, 제어기는 제어 루프를 시작하여, 각 극저온 펌프로부터 주기적인 입력 (input)을 받는다. 작동 매개변수 데이타를 표시하는 매개변수 신호를 센서(14) 각각으로부터 받아 단계(612)에 도시된 바와 같이, 유효한지를 결정하기 위하여 받은 데이타를 검사한다. 제어는 유효한 판독이 획득될 때까지 단계(612)로 전환된다. 단계(614)에 기술된 바와 같이, 요구에 대한 분배상태가 활성화되는지를 보기 위하여 검사한다. 도 16c에 관하여 하기에 기술된 바와 같이, 요구에 대한 분배 상태가 전 요구에 대한 분배 상태가 시작된 경우에 활성화된다. The controller then starts a control loop, receiving periodic inputs from each cryogenic pump. A parameter signal representing the operational parameter data is received from each of the sensors 14 and the received data is examined to determine if it is valid, as shown in step 612. Control transitions to step 612 until a valid read is obtained. As described in step 614, a check is made to see if the distribution status for the request is activated. As described below with respect to FIG. 16C, the distribution status for the request is activated when the distribution status for the previous request has begun.

요구에 대한 분배 상태가 활성화되지 않는 경우에, 단계(616)에 도시된 바와 같이 한계 검사 상태가 활성화되었는지를 검사한다. 한계 검사 상태는 전 한계 검사가 양성인 경우에 활성화된다. 한계 검사 상태가 활성화된 경우에, 도 16b와 관련하여 하기에 추가로 기술된 제어가 단계(620)로 전환된다. 한계 검사 상태가 활성화되지 않은 경우에, 각 극저온 펌프에 대한 현재 소비 상태가 단계(618)에 기술된 바와 같이 검사된다. 냉각 상태에 있지 않은 임의의 펌프에 대하여, 한계에 도달했는지를 결정하기 위하여 극저온 펌프를 위한 최대 헬륨 소비에 대한 현재 소비 속도를 검사한다. 선택적으로, 시스템을 보다 보전적인 방식으로 가동시키기 위하여, 한계는 최대 헬륨 소비의 백분율, 예를 들어 95%이다. 하나 이상의 극저온 펌프가 한계에 도달하는 경우에 제어는 단계(620)으로 전환되고, 이는 도 16b와 관련하여 하기에 추가로 기술된다. If the distribution status for the request is not activated, it is checked whether the limit check status is activated as shown in step 616. The limit test state is activated when the full limit test is positive. When the limit check state is activated, control further described below in connection with FIG. 16B is shifted to step 620. If the limit check state is not activated, then the current consumption state for each cryogenic pump is checked as described in step 618. For any pump that is not in the cold state, the current consumption rate for maximum helium consumption for the cryogenic pump is checked to determine if the limit has been reached. Optionally, to run the system in a more conservative manner, the limit is the percentage of maximum helium consumption, for example 95%. If one or more cryogenic pumps reach the limit, control transitions to step 620, which is further described below with respect to FIG. 16B.

한계에 도달하지 않은 경우에, 단계(622)에 기술된 바와 같이 임의의 극저온 펌프가 냉각상태에 있는지 여부를 검사한다. 극저온 펌프의 어느 것도 냉각 상태에 있지 않은 경우에, 단계(626)에 도시된 바와 같이, 시스템 상태는 정상으로 지정되고 제어는 다음 제어 루프 반복을 위한 단계(612)로 전환된다. If the limit has not been reached, it is checked whether any cryogenic pump is in the cool state as described in step 622. If none of the cryogenic pumps are in the cooled state, as shown in step 626, the system state is designated normal and control returns to step 612 for the next control loop iteration.

임의의 극저온 펌프가 냉각상태에 있는 경우에, 시스템 모드는 단계(624)에 도시된 바와 같이 냉각에 지정된다. 냉각 작동은 재생 또는 초기 시스템 준비시에 시작되고, 극저온 냉각장치가 가온된 후에, 이를 정상 작동 온도로 다시 감소시킨다. 냉각 상태는 정상 상태보다 많은 헬륨을 소비한다. 따라서, 시스템을 헬륨 재분배 상태에서처럼 과잉 헬륨에 대해서 검사한다. 냉각 모드가 아닌 모든 펌프에 대한 헬륨 여분을 연산하고 합하여 단계(686)에 기술된 바와 같이 과잉 헬륨 값 을 결정한다. 임시 최대 헬륨 소비값은 단계(688)에 기술된 바와 같이, 냉각중인 극저온 펌프에서 연산된다. 다중 극저온 펌프가 냉각 상태에 있는 경우에, 임시 최대 헬륨 소비값은 도 17b와 관련하여 하기에 추가로 기술된 식에 따라, 각 극저온 냉각장치의 크기에 비례하여 분배된다. 다음, 제어는 다음 제어 루프 반복을 위한 단계(612)로 전환된다. If any cryogenic pump is in the cooled state, the system mode is assigned to cooling as shown in step 624. The cooling operation starts during regeneration or initial system preparation and after the cryogenic cooler has warmed up, reduces it back to normal operating temperature. The cooled state consumes more helium than the normal state. Therefore, the system is checked for excess helium as in the helium redistribution state. The helium surplus for all pumps that are not in cooling mode is calculated and summed to determine the excess helium value as described in step 686. The temporary maximum helium consumption value is calculated at the cryogenic pump being cooled, as described in step 688. In the case where multiple cryogenic pumps are in the cooled state, the temporary maximum helium consumption value is distributed in proportion to the size of each cryogenic chiller, according to the equations further described below in connection with FIG. 17B. Control then passes to step 612 for the next control loop iteration.

상기로부터 계속하여 단계(620)에서, 한계 검사 상태를 시작한다. 도 16b와 관련하여, 단계(630)에 도시한 바와 같이, 한계 검사 상태가 현재 활성화되었는지를 검사한다. 전에 활성화되지 않았다면, 시간은 단계(632)에 도시된 바와 같이, 현재 한계 검사의 초기 시간으로서 기록되고, 단계(634)에 기술된 바와 같이 시스템 상태가 한계 검사에 지정된다. 시스템이 이미 한계 검사 상태에 있었음을 나타내는, 한계 검사 상태가 이미 수행되고 있는 경우에, 타임스탬프는 단계(636)에 기술된 바와 같이 계속되는 한계 검사 상태로서 기록된다. 도 16a로 돌아가서, 현재 한계 검사가 미리 결정된 한계 검사 임계값을 초과하여 지속되는지를 검사한다. 특정 구체예에서, 단계(638)에 도시된 바와 같이, 현재 한계 검사 임계값이 4분을 초과하여 지속되는 지를 검사한다. 시스템이 4분을 초과하여 한계 검사 상태에 있지 않은 경우에, 단계(638)에 도시된 바와 같이 한계 검사 상태를 나가서 제어는 단계(622)에 기술된 바와 같이 냉각 검사로 진행된다. 시스템이 4분을 초과하여 한계 검사 상태에 있는 경우에, 단계(650)에 기술된 바와 같이, 제어는 하기에 추가로 기술된 헬륨 재분배 루틴으로 진행된다. 상기 방식으로, 시스템은 한계 검사 조건에 대한 4 분 임계값이 보다 더 공격적인 헬륨 관리를 수행하기 전에 수정되게 한다. Continuing from above, in step 620, a limit check state is started. With regard to FIG. 16B, as shown in step 630, it is checked whether the limit check state is currently active. If not previously activated, the time is recorded as the initial time of the current limit check, as shown in step 632, and the system state is assigned to the limit check, as described in step 634. If a limit check state is already being performed, indicating that the system has already been in a limit check state, the timestamp is recorded as a continuing limit check state as described in step 636. Returning to FIG. 16A, it is checked whether the current limit check continues beyond the predetermined limit check threshold. In certain embodiments, as shown in step 638, it is checked whether the current limit check threshold lasts more than four minutes. If the system is not in the threshold test state for more than 4 minutes, exit the threshold test state as shown in step 638 and control proceeds to the cold test as described in step 622. If the system is in the limit check state for more than 4 minutes, control proceeds to a helium redistribution routine, described further below, as described in step 650. In this way, the system allows the four minute threshold for the threshold check condition to be modified before performing more aggressive helium management.

상기, 도 16a 단계(614) 및 (638)로부터 계속하여, 헬륨 재분배가 단계(650)에 도시된 바와 같이 표시된 경우, 제어가 도 16c에 도시된 헬륨 재분배상태 루틴으로 이전된다. 도 16a 및 16c에 관하여, 단계(652)에 도시한 바와 같이, 헬륨 재분배 상태가 시작된 이유를 검사한다. 헬륨 재분배 상태가 아직 활성화되지 않은 경우에, 전 한계 검사 상태가 4분내에 그 자신을 수정하지 않기 때문에 새로운 헬륨 재분배 연산이 수행되어야 한다. 임의의 펌프가 단계(662)에 기술된 바와 같이 OK의 헬륨 소비 상태를 보고하는지를 검사한다. 하나 이상의 펌프가 OK를 보고하고 LIMIT가 아님을 보고하는 경우에, 보다 덜 공격적인 요구에 대한 분배 연산을 사용하여 헬륨 재분배를 수행한다. 이러한 관계에 있어서, 극저온 펌프중 하나는 최대 헬륨 소비값과 동일한 헬륨을 소비하고, 조치가 취해지지 않는다면 가온된다. 시스템 상태가 단계(664)에 도시된 바와 같이 요구에 대한 분배에 지정되고, 제어기는 각 극저온 펌프에 대한 일련의 작동 매개 변수를 검사한다. 작동 매개변수는 현재 헬륨 소비, 최대 헬륨 소비, 헬륨 소비 상태 (OK, APPROACHING, 또는 LIMIT), 및 극저온 작동 모드 TC (온도 제어), CD (냉각 또는 넌), 및 작동 모드가 CD인 경우의 냉각 완료 시간을 포함한다. 16A, steps 614 and 638, if helium redistribution is indicated as shown in step 650, control transfers to the helium redistribution state routine shown in FIG. 16C. 16A and 16C, as shown in step 652, the reason for the helium redistribution state started is examined. If the helium redistribution state is not yet activated, a new helium redistribution operation must be performed because the full limit check state does not modify itself within 4 minutes. Check if any pumps report a helium consumption state of OK as described in step 662. If one or more pumps report OK and not LIMIT, helium redistribution is performed using a distribution operation for less aggressive demands. In this relationship, one of the cryogenic pumps consumes helium equal to the maximum helium consumption value and is warmed if no action is taken. System status is assigned to the distribution of requests as shown in step 664, and the controller checks a set of operating parameters for each cryogenic pump. Operating parameters are current helium consumption, maximum helium consumption, helium consumption status (OK, APPROACHING, or LIMIT), and cryogenic operating mode TC (temperature control), CD (cooling or non), and cooling when operating mode is CD Includes completion time.

평균 헬륨 여분은 단계(666)에 기술된 바와 같이 헬륨의 현재 소비량 및 각 펌프에 대해 허용되는 최대 소비량간의 차이를 의미하는, 각 펌프에 대한 작동 매개변수로부터 연산된다. 시스템내의 과잉 헬륨을 표시하는 평균 헬륨 여분은 단계(668)에 기술된 바와 같이 하기 식에 따라 각 펌프에 대한 새로운 최대 추정값을 연산하는데 사용된다: The average helium surplus is calculated from the operating parameters for each pump, which means the difference between the current consumption of helium and the maximum allowed for each pump as described in step 666. The average helium margin, which indicates excess helium in the system, is used to calculate a new maximum estimate for each pump according to the following equation as described in step 668:

각 극저온 펌프에 대하여:For each cryogenic pump:

헬륨 여분 = 최대 소비량 - 현재 소비량Helium Spare = Maximum Consumption-Current Consumption

평균 여분 계산:Average spare calculation:

평균 여분 = 합 (헬륨 여분) / 극저온 펌프의 #Average Spare = Sum (Helium Spare) / # of Cryogenic Pumps

각 극저온 펌프에 대하여:For each cryogenic pump:

최대 헬륨 = 현재 소비량 + 평균 여분Max Helium = Current Consumption + Average Spare

새로운 시스템 총 헬륨 최대 소비량 계산: New system total helium maximum consumption calculation:

총 시스템 최대값 = 합 (헬륨 최대값)Total System Maximum = Sum (Helium Maximum)

각 극저온 펌프에 대하여: For each cryogenic pump:

새로운 최대 소비량 = 최대 소비량 + (총 시스템 유효 헬륨 - 총 시스템 최대값)/극저온 펌프의 #.New maximum consumption = maximum consumption + (total system effective helium-total system maximum) / # of cryogenic pump.

따라서, 과잉 헬륨은 공통 분기관으로부터의 총 유효 헬륨 및 모든 극저온 펌프에 대한 최대 총 현재 소비량에 기초하여 각 극저온 펌프에 대한 새로운 최대 소비량을 지정함에 의하여 분배된다. 재할당 시간을 표시하는 타임 스탬프가 단계(670)에 도시된 바와 같이 기재된다. 다음, 제어는 단계(658)에 도시된 바와 같이, 도 16a의 단계(622)의 냉각 검사로 전환된다. Thus, excess helium is dispensed by specifying a new maximum consumption for each cryogenic pump based on the total effective helium from the common branch and the maximum total current consumption for all cryogenic pumps. A time stamp indicating the reallocation time is described as shown in step 670. Control then passes to the cooling check of step 622 of FIG. 16A, as shown in step 658.

요구에 대한 분배 상태가 이미 활성화 된 경우에, 타임 스탬프는 단계(654)에 기술된 바와 같이, 계속되는 헬륨 재분배 작동으로서 기록된다. 현재 요구에 대한 분배 상태가 시작된 이후로 미리 결정된 재분배 임계값을 초과하여 경과되는 지를 결정하여야 한다. 특정 구체예에서, 미리 결정된 재분배 임계값은 10분이다. 10분 이상 요구에 대한 분배 상태가 효력이 없는 경우에, 제어는 단계(658)에서 도시된 바와 같이, 냉각 검사(622) (도 16a)의 주요 제어 루프로 다시 전환된다. 헬륨 재분배 모드가 10분 이상 효력이 유지되는 경우에, 재분배는 헬륨을 효과적으로 재분배하는 것으로 추정되고, 단계(660)에서 기술된 바와 같이, 시스템 상태는 정상으로 지정되어서, 도 16a의 주요 루프는 규칙적인 간격으로 계속하여 모니터링한다. 이러한 방식으로, 헬륨 재분배 루틴을 통한 각 반복은 재분배가 시스템에 효력을 나타내기 위한 10분을 제공한다. 재분배가 충분히 공격적이지 않은 경우에, 헬륨 재분배 상태가 다시 시작되고, 재계산되어 시스템이 평형 상태에 도달할 때까지 보다 공격적인 헬륨 관리를 제공한다. If the distribution status for the request has already been activated, the time stamp is recorded as a subsequent helium redistribution operation, as described in step 654. It should be determined whether the distribution status for the current request has elapsed beyond the predetermined redistribution threshold. In certain embodiments, the predetermined redistribution threshold is 10 minutes. If the distribution state for the request for more than 10 minutes is ineffective, control returns back to the main control loop of cooling check 622 (FIG. 16A), as shown in step 658. If the helium redistribution mode remains in effect for more than 10 minutes, the redistribution is estimated to effectively redistribute helium, and as described in step 660, the system state is designated normal so that the main loop of FIG. Monitoring at regular intervals. In this way, each iteration through the helium redistribution routine provides 10 minutes for the redistribution to take effect in the system. If redistribution is not aggressive enough, the helium redistribution state is restarted and recalculated to provide more aggressive helium management until the system reaches equilibrium.

어느 펌프도 단계(662)의 OK의 헬륨 소비 상태를 보고하지 않는 경우에, 모든 펌프는 이들의 최대 헬륨 소비 한계에 도달하고, 보다 공격적인 계층에 대한 분배 연산을 사용하여 헬륨 재분배를 수행한다. 이러한 관계에 있어서, 어느 펌프도 OK 상태를 보고하지 않고, 따라서 모든 펌프가 시스템에 과잉 헬륨이 없음을 나타내는 LIMIT 상태에 있다. 상기 열거된 작동 매개변수를 각 극저온 펌프로부터 읽고, 새로운 최대 헬륨 소비량을 결정하는데 사용되고, 하나 이상의 극저온 펌프를 폐쇄시킬 수 있다. If neither pump reports the helium consumption status of OK in step 662, all pumps reach their maximum helium consumption limit and perform helium redistribution using a distribution operation for the more aggressive layer. In this relationship, none of the pumps reported an OK condition, and therefore all pumps are in the LIMIT state, indicating that there is no excess helium in the system. The operating parameters listed above can be read from each cryogenic pump, used to determine the new maximum helium consumption, and one or more cryogenic pumps can be closed.

시스템 상태는 단계(672)에 기술된 바와 같이, 계층에 대한 분배에 지정된다. 각 펌프의 현재 작동 모드를 단계(674)에 도시된 바와 같이 검사한다. 단계(676)에 기술된 바와 같이, 임의의 펌프가 온도 제어 또는 냉각상태에 있지 않음 을 발견했는지를 검사한다. 임의의 펌프가 TC (온도 제어) 또는 CD (냉각)상태에 있지 않은 경우에, 단계(678)에 기술된 바와 같이 이들 상태 중의 하나에 놓여지고, 도 16a의 단계 612로 전환되어 단계(680)에 도시된 바와 같이 다음 제어 간격을 기다린다. The system state is assigned to the distribution for the hierarchy, as described in step 672. The current mode of operation of each pump is checked as shown in step 674. As described in step 676, it is checked whether any pump is found to be not in temperature control or cooling. If any pump is not in the TC (temperature control) or CD (cooling) state, it is placed in one of these states as described in step 678 and is switched to step 612 in FIG. 16A to step 680. Wait for the next control interval as shown in.

모든 펌프가 온도 제어 또는 냉각상태에 있는 경우에, 극저온 펌프는 가온시키거나 이들의 냉각속도를 감소시키는 것으로 선택되어야 한다. 극저온 펌프 계층을 단계(682)에 도시한 바와 같이 읽어서, 어느 극저온 펌프가 가장 중요하고, 따라서 헬륨의 공급을 계속하여 받는지를 결정한다. 극저온 펌프 게층은 극저온 펌프 온도를 유지해야 하는 우선적인 극저온 펌프의 부위-특이적인 조직이다. 계층은 극저온 펌프의 각각에 연결된 진공 처리 용기에서 발생하는 활성에 기초하여 역학적으로 수정된다. 중요 처리, 예를 들어 비싼 반도체 페이로드와 관련된 극저온 펌프에는 일반적으로 헬륨이 계속하여 공급된다. 계층에서 지정된 보다 덜 중요한 극저온 펌프는 가온되거나 이들의 냉각 속도를 감소시키게 된다. 계층에 기초하여, 단계(684)에 도시된 바와 같이, 새로운 최대 헬륨 소비값은 각 극저온 펌프에 대해서 연산된다. 다음, 단계(658)에 도시된 바와 같이, 제어는 냉각 검사를 위한 단계(622)로 전환된다. If all pumps are in temperature control or cooling conditions, the cryogenic pumps should be selected to warm up or reduce their cooling rate. The cryogenic pump hierarchy is read as shown in step 682 to determine which cryogenic pump is the most important and thus continues to receive the supply of helium. Cryogenic pump strata are site-specific tissues of preferential cryogenic pumps that must maintain cryogenic pump temperatures. The bed is modified mechanically based on the activity occurring in the vacuum processing vessel connected to each of the cryogenic pumps. Cryogenic pumps associated with critical processing, such as expensive semiconductor payloads, are generally continuously supplied with helium. Less critical cryogenic pumps designated in the bed will either warm up or reduce their cooling rate. Based on the hierarchy, as shown in step 684, a new maximum helium consumption value is calculated for each cryogenic pump. Next, as shown in step 658, control transfers to step 622 for cooling inspection.

도 17a 내지 17b는 극저온 펌프 작동의 흐름도를 도시한다. 도 17a와 관련하여, 극저온 펌프 제어 루프는 단계(500)에서 시작된다. 단계(500)에서 도시된 바와 같이, 압축기로부터 송출된 정보가 정당성을 확인하기 위하여 검사된다. 압축기로부터 송출된 정보는 정상 값의 범위에 필적한다. 송출된 정보가 정상 값의 범위 밖인 경우에, 단계(502)에 도시된 바와 같이, 압축기 검사 상태를 시작하고 압축기 진단을 수행한다. 압축기가 이것이 공급하는 헬륨에 의해 냉각되기 때문에, 과잉 판독은 잠재적으로 손상된 상태, 예를 들어 헬륨의 부족을 의미한다. 압축기 검사 루틴은 극저온 펌프가 폐쇄될 필요가 있는지를 결정한다. 극저온 펌프는 사전에 압축기 검사 루틴에 의해 폐쇄되는 경우에, 단계(504)에 기술된 바와 같이 시스템이 극저온 펌프가 작동을 재개하는지를 표시할 때까지 제어는 단계(500)으로 전환된다. 압축기로부터 송출된 정보가 정당한 경우에, 극저온 펌프는 단계(506)에 도시된 바와 같이 압축기 검사 루틴에 의해 폐쇄되는 것으로 표시되지 않았음을 검증한다. 압축기 검사 루틴이 압축기가 헬륨 없이 가동되는 작동의 손상을 막기 위해서 사용되나, 또한 보다 더 양호한 문제, 예를 들어 결함 있는 센서와 같은 문제에 기인하여 펌프를 폐쇄하는 것을 막는데 사용된다. 펌프가 전에 압축기 검사 루틴에 의하여 폐쇄된 경우에, 단계(508)에 도시된 바와 같이, 동력 부족 회복 루틴이 펌프를 재시작하도록 한다. 17A-17B show flow charts of cryogenic pump operation. With regard to FIG. 17A, the cryogenic pump control loop begins at 500. As shown in step 500, the information sent from the compressor is checked to verify its validity. The information sent out from the compressor is comparable to the range of normal values. If the information sent is outside the range of normal values, as shown in step 502, the compressor test condition is started and compressor diagnostics are performed. Since the compressor is cooled by the helium it supplies, excess reading means a potentially damaged condition, for example a lack of helium. The compressor check routine determines if the cryogenic pump needs to be closed. If the cryogenic pump is previously closed by the compressor check routine, control returns to step 500 until the system indicates whether the cryogenic pump resumes operation as described in step 504. If the information sent from the compressor is justified, the cryogenic pump verifies that it has not been marked as closed by the compressor inspection routine as shown in step 506. Compressor inspection routines are used to prevent damage to the operation of the compressor running without helium, but also to prevent the pump from closing due to better problems, such as a faulty sensor. If the pump was previously closed by the compressor check routine, the low power recovery routine causes the pump to restart, as shown in step 508.

극저온 펌프는 현재 소비 속도 및 제어기로부터 송출된 최대 헬륨 소비량 사이의 차이를 결정함에 의해 헬륨 여분을 계산한다. 다음, 극저온 펌프는 여분에 기초하여 헬륨 소비 상태를 결정하고, 또한, 단계(510)에서 기술한 바와 같이, 현재 극저온 작동 모드를 결정한다. 다음, 극저온 펌프는 단계(512)에 도시된 바와 같이 냉각상태에 놓여졌는지를 검사한다. 극저온 펌프가 냉각상태에 있지 않은 경우에, 단계(516)에 도시된 바와 같이 펌프 작동 상태가 LIMIT인지를 검사한다. LIMIT 작동 상태는 펌프가 제어기로부터 송출된 최대 헬륨 소비 매개변수와 동일한 헬륨을 소비하는 경우에 발생한다. 펌프 작동 상태가 LIMIT인 경우에, 새로운 최대 헬륨 소비 매개변수가 연산되고, 상기 기술된 바와 같이 제어기로부터 송출된다. 극저온 펌프는 단계(518)에 기술된 바와 같이 최대 헬륨 소비 매개변수에 해당하는 구동 모터 속도를 연산하고 지정한다. 선택적으로, 각 극저온 펌프는 최소 및 최대 작동 범위를 가지고, 이는 연산된 구동 모터 속도가 범위 밖인 경우에 우선한다. The cryogenic pump calculates the helium surplus by determining the difference between the current consumption rate and the maximum helium consumption sent out from the controller. The cryogenic pump then determines the helium consumption state based on the redundancy and also determines the current cryogenic operating mode, as described in step 510. Next, the cryogenic pump is checked to see if it is in a cooled state as shown in step 512. If the cryogenic pump is not in a cooled state, it is checked if the pump is in a LIMIT as shown in step 516. The LIMIT operating state occurs when the pump consumes the same helium as the maximum helium consumption parameter sent out from the controller. If the pump operating state is LIMIT, a new maximum helium consumption parameter is calculated and sent out from the controller as described above. The cryogenic pump computes and specifies the drive motor speed corresponding to the maximum helium consumption parameter as described in step 518. Optionally, each cryogenic pump has a minimum and maximum operating range, which takes precedence when the calculated drive motor speed is out of range.

단계(512)에 도시된 바와 같이 펌프가 냉각 모드에 있는 경우에, 단계(514)에 기술된 바와 같이 펌프 냉각 루틴이 유발된다. 도 17b는 냉각 작동의 흐름도를 도시한다. 도 17b와 관련하여, 단계(520)에 기술된 바와 같이, 제 2단계 온도가 17k 미만이지를 결정한다. 미만이라면, 단계(522)에 기술된 바와 같이 제 1단계 온도가 목표값인 0.5K 이내 인지를 결정한다. 제 1 단계 온도가 목표값인 0.5K이내라면, 단계(524)에 도시된 바와 같이 냉각은 완결되고 제어는 다음 폴링 간격까지 단계(500)으로 전환된다. If the pump is in the cooling mode as shown in step 512, a pump cooling routine is triggered as described in step 514. 17B shows a flowchart of the cooling operation. With regard to FIG. 17B, as described in step 520, it is determined whether the second stage temperature is less than 17k. If less, it is determined as described in step 522 whether the first stage temperature is within the target value of 0.5K. If the first stage temperature is within the target value of 0.5K, cooling is completed and control returns to stage 500 until the next polling interval, as shown in stage 524.

제 2단계 온도가 17K를 초과하는 경우 또는 제 1단계 온도가 목표값의 0.5K 이내가 아닌 경우에, 냉각은 계속되고 극저온 펌프는 과잉 헬륨으로부터 이득을 얻는다. 임시 헬륨 최대값은 하기 식에 따라 과잉 헬륨을 할당하기 위하여 연산된다.If the second stage temperature exceeds 17K or if the first stage temperature is not within 0.5K of the target value, cooling continues and the cryogenic pump benefits from excess helium. The temporary helium maximum is calculated to allocate excess helium according to the following equation.

시스템 과잉 = 합 (모든 극저온 펌프의 여분)System excess = sum (extra of all cryogenic pumps)

온도 최대값 = 현재 최대 소비량 + 시스템 과잉량*(극저온 펌프 크기/합(극저온 펌프 크기)Maximum Temperature = Current Maximum Consumption + System Excess * (Cryogenic Pump Size / Sum (Cryogenic Pump Size)

따라서, 상기에서 연산된 총 과잉량은 극저온 펌프간에 이들의 크기에 기초하여 나누어지고, 단계(526)에 기술된 바와 같이 현재 최대 헬륨 소비 매개변수에 첨가된다. 모든 극저온 펌프가 과잉량의 일부를 할당 받는 동안에 선택적인 구체예는 예를 들어, 냉각중인 극저온 펌프에만 과잉 헬륨을 할당하는 것과 같이 선택적인 식에 따라 헬륨을 할당한다. 임시 구동 모터 속도는 단계(526)에서 또한 도시된 바와 같이, 새로운 임시의 최대 헬륨 소비 매개변수에 일치하도록 연산된다. Thus, the total excess calculated above is divided based on their size between the cryogenic pumps and added to the current maximum helium consumption parameter as described in step 526. While all cryogenic pumps are allocated a portion of the excess, an alternative embodiment assigns helium according to an optional formula, such as assigning excess helium to only the cryogenic pump being cooled. The temporary drive motor speed is calculated to match the new temporary maximum helium consumption parameter, as also shown in step 526.

다음, 새롭게 연산된 구동 모터 속도는 상기 단계(518)과 유사하게 최소 및 최대구동 모터 속도에 필적한다. 단계(530)에 기술된 바와 같이, 제 2단계 온도가 40K를 초과하는지를 검사한다. 제 2단계가 40K이상인 경우에, 단계(530)에 도시된 바와 같이 새로운 임시 구동 모터 속도가 최대 rpm, 일반적으로 144rpm을 초과하는 지를 검사한다. 임시 구동 모터 속도가 최대 rpm을 초과하는 경우에, 구동 모터 속도는 단계(532)에 기술된 바와 같이 최대 rpm으로 지정된다. 단계(536)에서 검사된 바와 같이 임시 구동 모터 속도가 최대 rpm을 초과하지 않는 경우에, 구동 모터 속도는 단계(538)에 기술된 바와 같이 임시의 구동 모터 속도에 지정된다. 임시 구동 모터 속도가 최소 rpm 미만인 경우에, 구동 모터 속도가 단계(540)에 기술된 바와 같이 최소 구동 모터 속도에 지정된다. Next, the newly calculated drive motor speed is comparable to the minimum and maximum drive motor speed similarly to step 518 above. As described in step 530, it is checked whether the second stage temperature exceeds 40K. If the second stage is more than 40K, then check whether the new temporary drive motor speed exceeds the maximum rpm, typically 144 rpm, as shown in step 530. If the temporary drive motor speed exceeds the maximum rpm, the drive motor speed is designated as the maximum rpm as described in step 532. If the temporary drive motor speed does not exceed the maximum rpm as checked in step 536, the drive motor speed is assigned to the temporary drive motor speed as described in step 538. If the temporary drive motor speed is less than the minimum rpm, the drive motor speed is assigned to the minimum drive motor speed as described in step 540.

제 2단계 온도가 40K 미만인 경우에, 단계(534)에 기술된 바와 같이 임시 구동 모터 속도가 72rpm을 초과하는지를 검사한다. 임시 구동 모터 속도가 72rpm 이하인 경우에 단계(536)에 기술된 바와 같이, 임시 구동 모터 속도 또는 최소 rpm중 낮은 것에 지정된다. 임시 구동 모터 속도가 72K를 초과하는 경우에, 구동 모터 속도는 단계(542)에 도시된 바와 같이, 72rpm에 지정된다. 이러한 방식으로, 구동 모터는 제 2단계가 40K로 냉각될 때까지 임시 구동 모터 속도 또는 최대 속도로 가동되려는 경향이 있고, 냉각이 완료될 때까지 임시 구동 모터 속도 또는 72로 가동되려는 경향이 있다. If the second stage temperature is less than 40K, then check whether the temporary drive motor speed exceeds 72 rpm as described in step 534. If the temporary drive motor speed is 72 rpm or less, it is designated as the lower of the temporary drive motor speed or the minimum rpm, as described in step 536. If the temporary drive motor speed exceeds 72K, the drive motor speed is specified at 72 rpm, as shown in step 542. In this way, the drive motor tends to run at a temporary drive motor speed or maximum speed until the second stage cools to 40K and tends to run at a temporary drive motor speed or 72 until cooling is complete.

당업자들은 작동을 규정하는 프로그램 및 본원에서 규정된 방법이 여러 방식으로 헬륨 관리 제어 시스템에 적용될 수 있고, 이는 a) ROM 장치와 같은 기록불가능 저장 매체에 영구적으로 저장되는 정보, b) 플로피 디스크, 자기 테이프, CD, RAM 장치, 및 다른 자기 및 광학 매체와 같은 기록가능 저장 매체에 변경가능하게 저장되는 정보, 또는 c) 인터넷 또는 전화 모뎀 라인과 같은 전자 네트워크통신 매체, 예를 들어, 기저대 신호 또는 광대역 신호 기술을 통하여 컴퓨터에 전달되는 정보를 포함하고 이에 한정되지 않는다는 것을 용이하게 인정해야 한다. 작동 및 방법은 처리기에 의해 메모리가 없는 소프트웨어 실행가능 객체에서 수행되거나 반송파에 포함된 한 벌의 명령으로서 수행된다. 선택적으로, 작동 및 방법은 전체 또는 부분으로서 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 응용 규격 집적회로 (ASICs), 상태 기계, 제어기 또는 다른 하드웨어 구성요소 또는 장치, 또는 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소의 조합을 사용하여 구체화된다. Those skilled in the art can apply the helium management control system in a number of ways to the program that defines its operation and that the methods defined herein include: a) information permanently stored on non-writable storage media, such as ROM devices, b) floppy disks, magnetic Information variably stored on recordable storage media such as tapes, CDs, RAM devices, and other magnetic and optical media, or c) electronic network communications media, such as baseband signals or It should be readily appreciated that this information includes, but is not limited to, information transmitted to a computer via broadband signal technology. The operations and methods are performed by a processor on a software executable object without memory or as a set of instructions contained in a carrier. Optionally, the operations and methods are embodied in whole or in part using hardware components such as application specific integrated circuits (ASICs), state machines, controllers or other hardware components or devices, or combinations of hardware and software components. do.

헬륨 분배를 제어하는 시스템 및 방법은 특히 이들의 구체예를 참조하여 도시되고 기술되어, 형태 및 세목에 대한 다양한 변화가 하기의 청구범위에 포함되는 발명의 범위를 벗어남 없이 가능하다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라 서, 본 발명은 하기의 청구 범위에 의해 제한되지 않는다. The systems and methods for controlling helium distribution are particularly shown and described with reference to these embodiments, and it is understood by those skilled in the art that various changes in form and details are possible without departing from the scope of the invention as defined in the following claims. Will be. Accordingly, the invention is not limited by the following claims.

공통 분기관으로부터의 헬륨 냉각제 공급을 제어하기 위한 헬륨 관리 제어 시스템은 센서를 통하여 다양한 매개변수를 모니터링함으로서, 과잉 및 여분의 헬륨 냉각제를 감지하고 적절하게 재분배함으로서 각 극저온 펌프에 분배된다. 이렇게 과잉 헬륨이 존재하는 경우에 이를 요구하는 다른 극저온 냉각장치로 전환되고, 총 냉각 요구량이 총 냉각 공급량을 초과하는 경우에 극저온 냉각장치로의 냉각제 공급은 적절하게 감소됨으로서, 냉각제 공급의 부족으로 나타나는 불리하거나 늦추는 효과를 최소화하고 냉각제 활용을 최대화한다. A helium management control system for controlling the supply of helium coolant from a common branch pipe is distributed to each cryogenic pump by monitoring various parameters through sensors to detect and properly redistribute excess and excess helium coolant. This excess helium is switched to another cryogenic chiller that requires it, and when the total cooling demand exceeds the total cooling supply, the coolant supply to the cryogenic chiller is adequately reduced, resulting in a lack of coolant supply. Minimize adverse or slowing effects and maximize coolant utilization.

본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특성 및 이점은 다른 관점에서 본 동일한 부분에 관한 특성에 대한 도면에 기술된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구체예의 하기의 보다 상세한 설명으로부터 명백하다. 도면은 반드시 일정한 비례로 된 것은 아니며, 본 발명의 원칙을 기술한다.The above and other objects, features and advantages of the present invention are apparent from the following more detailed description of the preferred embodiments of the present invention, as described in the drawings for the properties relating to the same parts from a different perspective. The drawings are not necessarily to scale, describing the principles of the invention.

도 1a는 통상적인 종래 극저온 냉각장치의 개략도이고;1A is a schematic diagram of a conventional conventional cryogenic chiller;

도 1b는 도 1의 극저온 냉각장치를 포함하는 통상적인 종래 극저온 펌프의 단면도를 도시하고,FIG. 1B shows a cross-sectional view of a conventional conventional cryogenic pump including the cryogenic chiller of FIG. 1,

도 2는 다수의 극저온 펌프 및 압축기에 연결된 극저온 냉각장치 시스템 주 장치 제어기의 블록도를 도시하고,2 shows a block diagram of a cryogenic chiller system main unit controller connected to a number of cryogenic pumps and compressors,

도 3은 시간에 대한 헬륨 냉각제 유속의 예를 도시하고,3 shows an example of helium coolant flow rate over time,

도 4는 극저온 냉각장치가 소비하는 헬륨의 양을 결정하는데 사용되는 헬륨 소비 모델의 도표를 도시하고, 4 shows a plot of the helium consumption model used to determine the amount of helium consumed by the cryogenic chiller,

도 5는 데이타 및 조절 흐름의 블록도를 도시하고,5 shows a block diagram of data and regulatory flow,

도 6은 시스템 주 장치 제어기의 상부 흐름도를 도시하고,6 shows a top flow diagram of the system main unit controller,

도 7은 주 장치 제어기, 압축기 및 극저온 펌프사이의 데이타 흐름의 블록도를 도시하고,7 shows a block diagram of the data flow between the main unit controller, the compressor and the cryogenic pump,

도 8은 주 장치 제어기의 상태도를 도시하고,8 shows a state diagram of the main device controller,

도 9는 요구에 대한 분배 상태의 작동 흐름도를 도시하고, 9 shows an operational flow diagram of a distribution state for a request,

도 10은 미달압력 검사 루틴의 흐름도를 도시하고, 10 shows a flowchart of the underpressure inspection routine,

도 11은 분배 루틴의 흐름도를 도시하고,11 shows a flowchart of a dispensing routine,

도 12는 극저온 펌프의 종속 장치 제어기의 흐름도를 도시하고, 12 shows a flow diagram of a slave device controller of a cryogenic pump,

도 13은 냉각 루틴의 흐름도를 도시하고,13 shows a flow chart of a cooling routine,

도 14는 압축기 검사 루틴의 흐름도를 도시하고, 14 shows a flowchart of a compressor check routine,

도 15는 3가지 제어 상태를 사용하는 추가의 특정 구체예의 헬륨 관리 제어의 흐름도를 도시하고, 15 shows a flowchart of a helium management control in a further specific embodiment using three control states,

도 16a-16c는 4가지 제어 상태 또는 모드를 사용하는 특정 구체예의 헬륨 관리 제어의 흐름도를 도시하고,16A-16C illustrate a flow diagram of helium management control in a particular embodiment using four control states or modes,

도 17a-17b는 도 16a-16c의 제어기에 연결된 극저온 펌프의 헬륨 관리 제어의 흐름도를 도시한다.17A-17B illustrate a flow chart of helium management control of a cryogenic pump connected to the controller of FIGS. 16A-16C.

Claims (3)

하나 이상의 압축기를 가지는 압축기 저장고; A compressor reservoir having one or more compressors; 압축기 저장고에 연결된 공급 라인으로 부터 냉각제가 공급되는 다수의 극저온 냉각장치를 포함하는 시스템 제어 방법으로서, A system control method comprising a plurality of cryogenic chillers supplied with coolant from a supply line connected to a compressor reservoir. 냉각장치에 연결된 회귀 라인 및 공급 라인 사이의 압력차를 결정하는 것을 포함하여 냉각장치와 관련되는 작동 매개변수를 결정하는 단계;Determining operating parameters associated with the chiller, including determining a pressure difference between the return line and the supply line connected to the chiller; 압력차를 포함하는 작동 매개변수에 기초하여 냉각장치에 냉각제의 공급을 할당하는 단계;Assigning a supply of coolant to the chiller based on an operating parameter comprising the pressure difference; 압력차에 대한 변화를 포함하는 작동 매개변수에 대한 변화에 대응하여 냉각제의 공급을 재할당하는 단계를 포함하는 시스템 제어 방법.Reassigning a supply of coolant in response to a change in operating parameters including a change in pressure differential. 제 1항에 있어서, 냉각장치에 할당되는 냉각제의 공급이 압축기의 속도에 기초하여 변화하는 시스템 제어 방법.The system control method according to claim 1, wherein the supply of coolant assigned to the cooling device is changed based on the speed of the compressor. 제 1항에 있어서, 냉각장치가 극저온 펌프(Cryopump) 내에 포함되는 시스템 제어 방법.The method of claim 1, wherein the chiller is included in a cryopump.
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