KR20230071991A - 크라이오펌프시스템 및 크라이오펌프시스템의 운전방법 - Google Patents

크라이오펌프시스템 및 크라이오펌프시스템의 운전방법 Download PDF

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타카히로 야쓰
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

크라이오펌프시스템(10)은, 각 크라이오펌프(12)가, 크라이오패널(16)과, 냉매가스의 단열팽창을 이용하여 크라이오패널(16)을 냉각하는 냉동기(18)를 구비하는 적어도 1대의 크라이오펌프(12)와, 각 냉동기(18)에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되어 동시에 운전되는 N+1대의 압축기(단, N은 양의 정수)(14)와, 상기 N+1대의 압축기를 제어하는 제어부로서, 동시에 운전되는 압축기의 수가 N+1대로부터 N대로 감소될 때, 동시에 운전되는 N대의 압축기 각각의 냉매가스공급을 증가시키도록 각 압축기를 제어함과 함께, 경보를 발하는 제어부(100)를 구비한다. N+1대의 압축기(14) 중 어느 N대의 압축기(14)에 대해서도, 당해 N대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력의 합계가, 적어도 1대의 크라이오펌프(12)의 개개의 냉동기(18)에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있다.

Description

크라이오펌프시스템 및 크라이오펌프시스템의 운전방법{CRYOPUMP SYSTEM AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은, 크라이오펌프시스템 및 크라이오펌프시스템의 운전방법에 관한 것이다.
크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로제조프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프에는 크라이오패널을 냉각하는 극저온냉동기가 도입되어 있다. 냉동기는 압축기로부터의 냉매가스공급에 의하여 동작한다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2012-67633호
반도체제조프로세스를 위한 진공프로세스장치에는 다수의 크라이오펌프가 설치될 수 있다. 다수의 크라이오펌프의 동시운전 등, 비교적 대용량으로 냉매가스를 공급하는 것이 요망되는 경우에는, 병렬배치된 복수 대의 압축기를 갖는 크라이오펌프시스템이 사용되는 경우가 있다.
그러나, 그러한 크라이오펌프시스템의 가동 중에 어떠한 이유에 의하여 어느 하나의 압축기가 이상(異常)정지되었다고 한다면, 크라이오펌프로의 냉매가스의 공급능력이 저하된다. 예를 들면, 크라이오펌프시스템이 2대의 압축기를 갖고, 그 중 1대가 정지되었다고 한다면, 냉매가스의 공급능력은 약 절반으로 저하될 수 있다. 불충분한 냉매가스의 공급은 각 크라이오펌프의 냉동기의 냉동능력저하를 야기하며, 이것은 크라이오패널의 온도상승으로 이어질 수 있다. 크라이오패널온도의 현저한 상승은, 크라이오펌프의 기능을 손상시킨다. 예를 들면, 크라이오패널온도가 소정의 임계값온도(예를 들면, 약 20K)를 초과한 경우, 수소 등의 비응축성 가스의 흡착이 불가능해진다.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 크라이오펌프시스템에 용장성(冗長性)을 갖게 하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프시스템은, 각 크라이오펌프가, 크라이오패널과, 냉매가스의 단열팽창을 이용하여 상기 크라이오패널을 냉각하는 냉동기를 구비하는 적어도 1대의 크라이오펌프와, 각 냉동기에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되어 동시에 운전되는 N+1대의 압축기(단, N은 양의 정수)를 구비한다. 상기 N+1대의 압축기 중 어느 N대의 압축기에 대해서도, 당해 N대의 압축기의 냉매가스공급능력의 합계가, 상기 적어도 1대의 크라이오펌프의 개개의 냉동기에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프시스템의 운전방법이 제공된다. 상기 크라이오펌프시스템은, 각 크라이오펌프가, 크라이오패널과, 냉매가스의 단열팽창을 이용하여 상기 크라이오패널을 냉각하는 냉동기를 구비하는 적어도 1대의 크라이오펌프와, 각 냉동기에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되는 N+1대의 압축기(단, N은 양의 정수)를 구비한다. 상기 방법은, 상기 N+1대의 압축기를 동시에 운전하는 것과, 상기 N+1대의 압축기 중 어느 하나의 압축기가 이상정지되었을 때, 나머지의 N대의 압축기의 운전을 계속하는 것을 구비한다. 상기 N+1대의 압축기 중 어느 N대의 압축기에 대해서도, 당해 N대의 압축기의 냉매가스공급능력의 합계가, 상기 적어도 1대의 크라이오펌프의 개개의 냉동기에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 크라이오펌프시스템에 용장성을 갖게 할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템에 있어서의 냉매가스의 흐름을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템에 관한 제어블록도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 설명 및 도면에 있어서 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 도시되는 각부(各部)의 축척(縮尺)이나 형상은, 설명을 용이하게 하기 위하여 편의적으로 설정되어 있으며, 특별히 언급이 없는 한 한정적으로 해석되지 않는다. 실시형태는 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정되지 않는다.
도 1은, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)을 개략적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프시스템(10)은, 적어도 1대의 크라이오펌프(12)와, 복수 대의 압축기(14)를 구비한다. 여기에서는, 예시적인 구성으로서, 크라이오펌프시스템(10)이 2대의 크라이오펌프(12)와 2대의 압축기(14)를 갖는 경우를 나타낸다.
크라이오펌프(12)는, 예를 들면 스퍼터링장치 또는 증착장치의 진공챔버에 장착되고, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 진공프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다.
크라이오펌프(12)는, 크라이오패널(16)과, 냉매가스의 단열팽창을 이용하여 크라이오패널(16)을 냉각하는 냉동기(18)를 구비한다. 크라이오패널(16)은, 크라이오펌프(12)에 수용되어 있으며, 크라이오펌프(12)의 동작 중은 냉동기(18)에 의하여 극저온으로 냉각된다. 냉동기(18)는, 팽창기 또는 콜드헤드라고도 칭해지며, 압축기(14)와 함께 극저온냉동기를 구성한다. 크라이오펌프(12)의 흡기구로부터 진입하는 기체는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널(16)의 표면에 응축되거나, 또는 크라이오패널(16) 상에 마련된 흡착재에 흡착되어 포착된다. 크라이오패널(16)의 배치나 형상 등 크라이오펌프(12)의 구성은, 다양한 공지의 구성을 적절히 채용할 수 있으므로, 여기에서는 상세히 설명하지 않는다.
압축기(14)는, 냉동기(18)에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되어 동시에 운전된다. 압축기(14)는, 냉매가스를 냉동기(18)로부터 회수하고, 회수한 냉매가스를 승압하여, 다시 냉매가스를 냉동기(18)에 공급하도록 구성되어 있다.
후술하는 바와 같이, 크라이오펌프시스템(10)의 동작 중, 복수 대의 압축기(14)는 정상적인 상태(常態)로서 동시에 운전된다. 어느 하나의 압축기(14)가 어떠한 요인에 의하여 정지된 경우, 나머지의 압축기(14)는 계속해서 운전된다.
압축기(14)와 냉동기(18)의 사이의 냉매가스의 순환이 냉동기(18) 내에서의 냉매가스의 적절한 압력변동과 용적변동의 조합을 갖고 행해짐으로써, 한랭을 발생시키는 열역학적 사이클이 구성되고, 냉동기(18)의 냉각스테이지가 원하는 극저온으로 냉각된다. 그로써, 냉동기(18)의 냉각스테이지에 열적으로 결합된 크라이오패널(16)을 목표냉각온도로 냉각할 수 있다. 냉매가스는, 통례는 헬륨가스이지만, 적절한 다른 가스가 이용되어도 된다. 이해를 위하여, 냉매가스가 흐르는 방향을 도 1에 화살표로 나타낸다.
냉동기(18)는, 일례로서, 단단식(單段式) 또는 이단식(二段式)의 기포드·맥마흔(Gifford-McMahon; GM) 냉동기이지만, 펄스관냉동기, 스털링냉동기, 또는 그 외의 타입의 극저온냉동기여도 된다. 냉동기(18)는, 극저온냉동기의 타입에 따라 다른 구성을 갖는다. 압축기(14)는, 극저온냉동기의 타입에 상관없이, 동일한 구성을 이용할 수 있다.
다만, 일반적으로, 압축기(14)로부터 냉동기(18)에 공급되는 냉매가스의 압력과, 냉동기(18)로부터 압축기(14)에 회수되는 냉매가스의 압력은, 모두 대기압보다 상당히 높아, 각각 제1 고압 및 제2 고압이라고 부를 수 있다. 설명의 편의상, 제1 고압 및 제2 고압은 각각 간단히 고압 및 저압이라고도 불린다. 전형적으로는, 고압은 예를 들면 약 2~3MPa의 범위에 있으며, 저압은 예를 들면 약 0.5~1.5MPa의 범위에 있다.
압축기(14)는, 토출포트(20)와 흡입포트(21)를 갖는다. 토출포트(20)는, 압축기(14)에 의하여 고압으로 승압된 냉매가스를 압축기(14)로부터 송출하기 위하여 압축기(14)에 마련된 냉매가스의 출구이며, 흡입포트(21)는, 저압의 냉매가스를 압축기(14)에 수용하기 위하여 압축기(14)에 마련된 냉매가스의 입구이다.
냉동기(18)는, 고압포트(22)와 저압포트(23)를 갖는다. 고압포트(22)는, 냉동기(18)의 내부에 고압의 작동가스를 수용하기 위하여 냉동기(18)에 마련된 냉매가스의 입구이다. 저압포트(23)는, 냉동기(18)의 내부에서의 냉매가스의 팽창에 의하여 감압된 저압의 냉매가스를 냉동기(18)로부터 배출하기 위하여 냉동기(18)에 마련된 냉매가스의 출구이다.
또, 크라이오펌프시스템(10)은, 압축기(14)와 냉동기(18)의 사이에서 냉매가스를 순환시키기 위하여 이들을 접속하는 배관시스템(24)을 구비한다. 배관시스템(24)은, 고압라인(26)과 저압라인(28)을 구비한다. 고압라인(26)은, 압축기(14)의 토출포트(20)로부터 고압합류부(25)를 거쳐 냉동기(18)의 고압포트(22)로 냉매가스가 흐를 수 있도록 구성되어 있다. 저압라인(28)은, 냉동기(18)의 저압포트(23)로부터 저압합류부(27)를 거쳐 압축기(14)의 흡입포트(21)에 냉매가스가 흐를 수 있도록 구성되어 있다. 배관시스템(24)은, 압축기(14)마다 토출측 역지(逆止)밸브(29)와 흡입측 역지밸브(30)를 구비한다.
고압라인(26)은, 압축기고압서브라인(31)과 냉동기고압서브라인(32)을 갖는다. 압축기고압서브라인(31)은, 압축기(14)의 토출포트(20)를 고압합류부(25)에 접속시키고, 냉동기고압서브라인(32)은, 냉동기(18)의 고압포트(22)를 고압합류부(25)에 접속시킨다. 고압라인(26)은 압축기(14)로부터 냉동기(18)로의 냉매가스의 유로이므로, 압축기(14)로부터 냉동기(18)를 향하는 흐름방향을 고압라인(26)의 순방향이라고 부르며, 그 반대방향을 고압라인(26)의 역방향이라고 부를 수 있다. 순방향은, 도시되어 있는 화살표의 방향에 해당한다. 토출측 역지밸브(29)는, 순방향의 냉매가스흐름을 허용하고, 역방향의 냉매가스흐름을 차단하도록, 압축기고압서브라인(31)에 배치되어 있다.
저압라인(28)은, 압축기저압서브라인(33)과 냉동기저압서브라인(34)을 갖는다. 압축기저압서브라인(33)은, 압축기(14)의 흡입포트(21)를 저압합류부(27)에 접속시키고, 냉동기저압서브라인(34)은, 냉동기(18)의 저압포트(23)를 저압합류부(27)에 접속시킨다. 저압라인(28)은, 냉동기(18)로부터 압축기(14)로의 냉매가스의 유로이므로, 냉동기(18)로부터 압축기(14)를 향하는 흐름방향을 저압라인(28)의 순방향이라고 부르며, 그 반대방향을 저압라인(28)의 역방향이라고 부를 수 있다. 흡입측 역지밸브(30)는, 순방향의 냉매가스흐름을 허용하고, 역방향의 냉매가스흐름을 차단하도록, 압축기저압서브라인(33)에 배치되어 있다.
토출측 역지밸브(29) 및 흡입측 역지밸브(30)는 모두, 순방향상류측(즉 역지밸브로의 입구측)에서의 냉매가스압력이 순방향하류측(즉 역지밸브의 출구측)에서의 냉매가스압력을 초과하는 경우에 개방되고, 반대로 순방향상류측에서의 냉매가스압력이 순방향하류측에서의 냉매가스압력을 초과하지 않는 경우에 폐쇄되도록 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 각 역지밸브(29, 30)는, 그 역지밸브를 흐르는 순방향의 냉매가스흐름이 있을 때에는, 역지밸브가 순방향흐름에 발생시키는 압력손실에 의하여 자연스럽게 개방된다. 한편, 각 역지밸브(29, 30)는, 그 역지밸브의 출입구간에 냉매가스의 역류를 발생시킬 수 있는 압력차(즉 출구압이 입구압보다 높음)가 발생하면, 폐쇄된다. 이와 같이 상류측과 하류측의 사이의 차압의 작용에 의하여 개폐하는 역지밸브는 일반적으로 입수 가능하고, 각 역지밸브(29, 30)는, 그러한 범용의 역지밸브를 적절히 채용할 수 있다.
일례로서, 고압라인(26) 및 저압라인(28)은, 플렉시블관에 의하여 구성되지만, 리지드관으로 구성되어도 된다. 또, 고압합류부(25) 및/또는 저압합류부(27)는, 단일부품(예를 들면 매니폴드)으로서 구성되어도 된다. 이 단일부품에 토출측 역지밸브(29) 및/또는 흡입측 역지밸브(30)가 도입되어 있어도 된다.
배관시스템(24)은, 토출측 역지밸브(29)의 양측에 마련된 1세트의 탈착 가능한 이음매(35)와, 흡입측 역지밸브(30)의 양측에 마련된 또 다른 1세트의 탈착 가능한 이음매(35)를 구비한다. 탈착 가능한 이음매(35)는, 예를 들면 셀프시일링·커플링이다.
다만, 탈착 가능한 이음매(35)는, 토출측 역지밸브(29)의 편측(즉, 토출측 역지밸브(29)와 토출포트(20)의 사이, 또는 토출측 역지밸브(29)와 고압합류부(25)의 사이)에만 마련되어 있어도 된다. 동일하게, 탈착 가능한 이음매(35)는, 흡입측 역지밸브(30)의 편측에만 마련되어 있어도 된다. 토출측 역지밸브(29)는, 토출포트(20)에 일체적으로 도입되어 있어도 된다. 흡입측 역지밸브(30)는, 흡입포트(21)에 일체적으로 도입되어 있어도 된다.
복수의 압축기(14)는 상태로서, 크라이오펌프시스템(10)의 동작 중에 동시에 운전된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 각 압축기(14)에 있어서 압축된 고압의 냉매가스는, 압축기(14)의 토출포트(20)로부터 압축기고압서브라인(31)에 송출된다. 냉매가스는 고압라인(26)의 순방향으로 흐르고 있으므로, 토출측 역지밸브(29)를 통하여 흐를 수 있다. 복수의 압축기(14)로부터의 냉매가스흐름은 고압합류부(25)에서 한 번 합류하고, 냉동기고압서브라인(32)으로 다시 분류된다. 냉매가스는 냉동기고압서브라인(32)으로부터 냉동기(18)의 고압포트(22)를 거쳐 냉동기(18)에 공급된다. 이렇게 하여, 크라이오펌프시스템(10)은, 복수의 압축기(14)로부터 크라이오펌프(12)로 고압의 냉매가스를 공급할 수 있다.
각 냉동기(18)로부터 배출되는 저압의 냉매가스는, 냉동기(18)의 저압포트(23)로부터 냉동기저압서브라인(34)을 흐른다. 냉매가스흐름은 저압합류부(27)에서 한 번 합류하고, 압축기저압서브라인(33)으로 다시 분류된다. 냉매가스는 저압라인(28)의 순방향으로 흐르고 있으므로, 흡입측 역지밸브(30)를 통하여 흐를 수 있다. 냉매가스는 압축기저압서브라인(33)으로부터 압축기(14)의 흡입포트(21)를 거쳐 압축기(14)에 회수된다. 이렇게 하여, 크라이오펌프시스템(10)은, 크라이오펌프(12)로부터 복수의 압축기(14)로 저압의 냉매가스를 회수할 수 있다.
도 2는, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)에 있어서의 냉매가스의 흐름을 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1에 나타나는 크라이오펌프시스템(10)의 정상동작과는 달리, 도 2에는, 복수 대의 압축기(14) 중 소정의 압축기(14)가 어떠한 요인에 의하여 정지된 이상 시에 있어서의 냉매가스의 흐름을 나타낸다. 압축기(14)는, 정전, 냉각설비의 문제, 혹은 기온이나 습도, 기압 등 주위환경의 이상변동 등, 크라이오펌프시스템(10) 자체에서는 제어불가능 또는 대처곤란한 다양한 외부적 요인에 의하여 이상정지될 수 있다.
어떤 압축기(14)가 이상정지된 경우, 나머지의 압축기(14)가 계속해서 운전되며, 그로써 크라이오펌프시스템(10)의 정지를 회피하는 것이 가능해진다. 도 2에는 크라이오펌프시스템(10)이 2대의 압축기(14)를 갖는 예를 나타내고 있으므로, 일방의 압축기(14)가 정지하고, 타방의 압축기(14)는 정상적으로 운전을 계속하고 있다.
설명의 편의상, 정지되어 있는 압축기를 제1 압축기(14a)라고 칭하고, 동작하고 있는 압축기를 제2 압축기(14b)라고 칭하는 것으로 한다. 또, 제1 압축기(14a)에 부수(付隨)하는 토출측 역지밸브(29) 및 흡입측 역지밸브(30)를 각각, 제1 토출측 역지밸브(29a) 및 제1 흡입측 역지밸브(30a)라고 칭한다. 동일하게, 제2 압축기(14b)에 부수하는 토출측 역지밸브(29) 및 흡입측 역지밸브(30)를 각각, 제2 토출측 역지밸브(29b) 및 제2 흡입측 역지밸브(30b)라고 칭한다.
이 경우, 도 2에 나타나는 바와 같이, 제1 압축기(14a)에 의하여 압축된 고압의 냉매가스는, 제1 압축기(14a)의 토출포트(20)로부터 고압라인(26)에 송출된다. 냉매가스는, 압축기고압서브라인(31)으로부터 고압합류부(25)를 거쳐 냉동기고압서브라인(32)에 분기하고, 각 냉동기(18)의 고압포트(22)로 유입된다. 냉매가스는 고압라인(26)의 순방향으로 흐르고 있기 때문에, 제1 토출측 역지밸브(29a)를 통하여 흐를 수 있다.
한편, 제2 압축기(14b)는 정지되어 있기 때문에, 제2 압축기(14b)의 토출포트(20)로부터 냉매가스는 토출되지 않는다. 그 때문에, 제2 토출측 역지밸브(29b)에 대해서는, 그 순방향상류측에서의 냉매가스압력이 순방향하류측에서의 냉매가스압력을 하회하여, 제2 토출측 역지밸브(29b)는 폐쇄된다. 따라서, 제2 토출측 역지밸브(29b)는, 압축기고압서브라인(31)을 통한 제2 압축기(14b)로의 냉매가스의 역류를 차단한다.
이와 같이 하여, 고압라인(26)을 통하여 제1 압축기(14a)로부터 냉동기(18)로 고압의 냉매가스를 공급할 수 있다. 또, 제1 압축기(14a)로부터 제2 압축기(14)로의 고압라인(26)을 통한 역류가 방지된다.
냉동기(18)로부터 배출되는 저압의 냉매가스는, 냉동기(18)의 저압포트(23)로부터 저압라인(28)에 송출된다. 냉매가스는, 냉동기저압서브라인(34)으로부터 저압합류부(27) 및 압축기저압서브라인(33)을 거쳐 제1 압축기(14a)의 흡입포트(21)로 유입된다. 냉매가스는 저압라인(28)의 순방향으로 흐르고 있기 때문에, 제1 흡입측 역지밸브(30a)를 통하여 흐를 수 있다.
한편, 제2 압축기(14b)는 정지되어 있기 때문에, 제2 압축기(14b)의 흡입포트(21)로부터 냉매가스는 흡입되지 않는다. 그 때문에, 제2 흡입측 역지밸브(30b)에 대해서는, 그 순방향하류측에서 순방향상류측보다 압력이 높아져, 제2 흡입측 역지밸브(30b)는 폐쇄된다. 따라서, 제2 흡입측 역지밸브(30b)는, 압축기저압서브라인(33)을 통한 제2 압축기(14b)로의 냉매가스의 역류를 차단한다.
이와 같이 하여, 저압라인(28)을 통하여 냉동기(18)로부터 제1 압축기(14a)로 저압의 냉매가스를 회수할 수 있다. 또, 제2 압축기(14)로부터 제1 압축기(14a)로의 저압라인(28)을 통한 역류가 방지된다.
다만, 압축기(14)에 있어서는 통례, 정지되어 있을 때 토출포트(20)와 흡입포트(21)는 균압화되어 있다. 즉, 토출포트(20)와 흡입포트(21)는 모두 고압과 저압의 평균압이 되어 있다(예를 들면 고압이 2MPa이며 저압이 0.6MPa이면 평균압은 1.3MPa이다). 따라서, 제2 토출측 역지밸브(29b)와 제2 흡입측 역지밸브(30b)는 모두, 출구압이 입구압보다 현저하게 높아지고, 이 압력차에 의하여 확실히 폐쇄된다.
도 3은, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)에 관한 제어블록도이다. 도 3은, 크라이오펌프시스템(10)의 관련부분을 나타내고, 복수의 크라이오펌프(12) 중 하나에 대하여 내부의 상세를 나타내며, 다른 크라이오펌프(12)에 대해서는 동일하므로 도시를 생략한다. 동일하게, 복수의 압축기(14)에 대하여 상세를 나타내고, 다른 압축기(14)는 그와 동일하므로 내부의 도시를 생략한다.
다만, 이러한 크라이오펌프시스템(10)의 제어구성은, 하드웨어구성으로서는 컴퓨터의 CPU나 메모리를 비롯한 소자나 회로로 실현되며, 소프트웨어구성으로서는 컴퓨터프로그램 등에 의하여 실현되지만, 도 3에서는 적절히, 그들의 연계에 의하여 실현되는 기능블록으로서 그리고 있다. 이들의 기능블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 모습으로 실현될 수 있다는 것은, 당업자에게는 이해되는 바이다.
크라이오펌프시스템(10)은, 크라이오펌프컨트롤러(이하에서는 CP컨트롤러라고도 칭함)(100)를 구비한다. CP컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(12)(즉 냉동기(18)) 및 압축기(14)를 제어한다. CP컨트롤러(100)는, 각종 연산처리를 실행하는 CPU, 각종 제어프로그램을 저장하는 ROM, 데이터 저장이나 프로그램 실행을 위한 워크에어리어로서 이용되는 RAM, 입출력인터페이스, 메모리 등을 구비한다. 또, CP컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(12)가 장착되는 진공프로세스장치를 제어하기 위한 상위(上位)컨트롤러(200)와도 통신 가능하게 구성되어 있다.
CP컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(12) 및 압축기(14)와는 별체로서 설치되어 있다. CP컨트롤러(100)는, 크라이오펌프(12) 및 압축기(14)와 서로 통신 가능하게 접속되어 있다. 크라이오펌프(12)는 각각, CP컨트롤러(100)와 통신하는 입출력을 처리하기 위한 IO모듈(50)을 구비한다. 다만 CP컨트롤러(100)는, 어느 하나의 크라이오펌프(12) 또는 압축기(14)와 일체로 탑재되어 있어도 된다.
CP컨트롤러(100)는 상술한 바와 같이, 각 크라이오펌프(12)의 IO모듈(50)에 통신 가능하게 접속되어 있다. IO모듈(50)은, 냉동기인버터(52) 및 신호처리부(54)를 포함한다. 냉동기(18)는, 냉동기(18)의 열역학적 사이클을 구동하는 구동원으로서의 냉동기모터(56)를 구비한다. 냉동기인버터(52)는 외부전원 예를 들면 상용(商用)전원으로부터 공급되는 규정의 전압 및 주파수의 전력을 조정하여 냉동기모터(56)에 공급한다. 냉동기모터(56)에 공급되어야 할 전압 및 주파수는 CP컨트롤러(100)에 의하여 제어된다. 크라이오펌프(12)는, 크라이오패널온도센서(58)를 구비한다. 크라이오패널온도센서(58)는, 냉동기(18)의 냉각스테이지 및/또는 크라이오패널(16)(도 1 참조)의 온도를 측정한다.
CP컨트롤러(100)는 센서출력신호에 근거하여 지령제어량을 결정한다. 신호처리부(54)는, CP컨트롤러(100)로부터 송신된 지령제어량을 냉동기인버터(52)로 중계한다. 예를 들면, 신호처리부(54)는 CP컨트롤러(100)로부터의 지령신호를 냉동기인버터(52)에서 처리 가능한 신호로 변환하여 냉동기인버터(52)에 송신한다. 지령신호는 냉동기(18)의 운전주파수를 나타내는 신호를 포함한다. 또, 신호처리부(54)는, 크라이오펌프(12)의 각종 센서의 출력을 CP컨트롤러(100)로 중계한다. 예를 들면, 신호처리부(54)는 센서출력신호를 CP컨트롤러(100)에서 처리 가능한 신호로 변환하여 CP컨트롤러(100)에 송신한다.
IO모듈(50)의 신호처리부(54)에는, 크라이오패널온도센서(58)를 포함하는 각종 센서가 접속되어 있다. 크라이오패널온도센서(58)는, 크라이오패널(16)의 온도를 주기적으로 측정하고, 측정온도값을 나타내는 신호를 출력한다. 크라이오패널온도센서(58)의 측정온도신호는, 소정 시간간격으로 CP컨트롤러(100)로 입력되고, 온도측정값은 CP컨트롤러(100)의 소정의 기억영역에 저장유지된다.
냉동기(18)의 운전주파수(운전속도라고도 함)란, 냉동기모터(56)의 운전주파수 또는 회전수, 냉동기인버터(52)의 운전주파수, 냉동기(18)의 열역학적 사이클(예를 들면 GM사이클 등의 냉동사이클)의 주파수, 또는 이들 중 어느 하나를 나타낸다. 열역학적 사이클의 주파수란, 냉동기(18)에 있어서 행해지는 열역학적 사이클의 단위시간당 횟수이다.
CP컨트롤러(100)는, 목표냉각온도와 크라이오패널의 측정온도의 편차의 함수로서(예를 들면 PID제어에 의하여) 냉동기(18)의 운전주파수를 결정하도록 구성되어 있다. CP컨트롤러(100)는, 결정된 운전주파수를 냉동기인버터(52)에 출력한다. 냉동기인버터(52)는, 입력전력을, CP컨트롤러(100)로부터 입력된 운전주파수를 갖도록 변환한다. 냉동기인버터(52)로의 입력전력은, 냉동기전원(도시하지 않음)으로부터 공급된다. 냉동기인버터(52)는, 변환된 전력을 냉동기모터(56)에 출력한다. 이렇게 하여 냉동기모터(56)는, CP컨트롤러(100)에 의하여 결정되고 냉동기인버터(52)로부터 출력된 운전주파수로 구동된다.
크라이오펌프(12)로의 열부하가 증가했을 때 크라이오패널(16)의 온도가 높아질 수 있다. 크라이오패널온도센서(58)의 측정온도가 목표온도보다 고온인 경우에는, CP컨트롤러(100)는, 냉동기(18)의 운전주파수를 증가시킨다. 그 결과, 냉동기(18)에 있어서의 열역학적 사이클의 주파수도 증가되고(즉 냉동기(18)의 냉동능력은 높아지고), 크라이오패널(16)은 목표온도를 향하여 냉각된다. 반대로 크라이오패널온도센서(58)의 측정온도가 목표온도보다 저온인 경우에는, 냉동기(18)의 운전주파수는 감소되고 냉동능력은 저하되어, 크라이오패널(16)은 목표온도를 향하여 승온된다. 이렇게 하여, 크라이오패널(16)의 온도를 목표온도의 근방의 온도범위에 유지시킬 수 있다. 열부하에 따라 냉동기(18)의 운전주파수를 적절히 조정할 수 있으므로, 이러한 제어는 크라이오펌프(12)의 소비전력의 저감에 도움이 된다.
이와 같이, 냉동기(18)에서의 크라이오패널냉각에 사용되는 냉매가스유량은, 크라이오펌프(12)로의 열부하에 따라 크라이오패널(16)의 온도를 목표온도로 유지하도록 변화한다. 만일, 압축기(14)로부터 냉동기(18)에 공급되는 냉매가스유량이 부족했다고 한다면, 냉동기(18)의 운전주파수가 증가했다고 해도, 냉동기(18)의 냉동능력은 충분히 증가되지 않는다. 그래서, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)은, 압축기(14)로부터의 냉매가스토출유량을 가변으로 하도록 구성되어 있다. 그러한 압축기제어의 일례를 다음에 설명한다.
또, 압축기(14)는, 압축기컨트롤러(60)와, 압축기인버터(62)와, 압축기모터(64)와, 제1 압력센서(66)와, 제2 압력센서(68)를 구비한다. 압축기(14)는, 예를 들면 스크롤방식, 로터리식, 또는 냉매가스를 승압하는 그 외의 펌프로서 구성되며, 압축기모터(64)는 이를 구동하는 구동원으로서 마련되어 있다.
냉동기(18)의 경우와 동일하게, 압축기컨트롤러(60)는, 압축기(14)의 운전주파수를 결정하고, 결정된 운전주파수를 압축기인버터(62)에 출력한다. 압축기인버터(62)는, 압축기컨트롤러(60)로부터 입력된 운전주파수에 따라 입력전력을 변환하고, 변환된 전력을 압축기모터(64)에 출력한다. 이렇게 하여 압축기모터(64)는, 압축기컨트롤러(60)에 의하여 결정되어 압축기인버터(62)로부터 출력된 운전주파수로 구동된다. 여기에서, 압축기(14)의 운전주파수란 예를 들면, 압축기인버터(62)의 운전주파수, 압축기모터(64)의 운전주파수 또는 회전수를 가리킨다.
제1 압력센서(66)는 크라이오펌프시스템(10)의 고압(예를 들면 고압라인(26)의 압력)을 측정하고, 제2 압력센서(68)는 크라이오펌프시스템(10)의 저압(예를 들면 저압라인(28)의 압력)을 측정하도록 압축기(14)의 내부에 마련되어 있다. 제1 압력센서(66) 및 제2 압력센서(68)는 각각, 냉매가스의 압력을 주기적으로 측정하고, 측정압력값을 나타내는 신호를 압축기컨트롤러(60)에 출력한다. 압축기컨트롤러(60)는, 측정압력신호 및/또는 압축기(14)의 운전주파수 등 압축기(14)의 운전상황을 CP컨트롤러(100)에 송신한다. 상위컨트롤러(200)는, CP컨트롤러(100)에 대해서 압축기(14)의 운전상황을 정기적으로 문의한다. CP컨트롤러(100)는, 상위컨트롤러(200)의 문의에 대해서 압축기컨트롤러(60)로부터 수신된 운전상황을 회답한다. CP컨트롤러(100)는, 압축기(14)가 정지되어 있는 경우에는, 상위컨트롤러(200)에 대해서 경고를 발신한다.
압축기컨트롤러(60)는, 제1 압력센서(66) 및/또는 제2 압력센서(68)의 측정압력에 근거하여 압축기(14)의 운전주파수를 제어하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 압축기컨트롤러(60)는, 압축기(14)의 토출측과 흡입측의 차압과 목표차압의 편차의 함수로서(예를 들면 PID제어에 의하여) 압축기(14)의 운전주파수를 결정하도록 구성되어 있다. 이와 같은 압축기(14)의 제어는, "차압일정제어"라고 불리는 경우가 있다. 다만 필요에 따라, 차압의 목푯값은 차압일정제어의 실행 중에 변경되어도 된다. 차압일정제어에 있어서, 압축기컨트롤러(60)는, 제1 압력센서(66)의 측정압력과 제2 압력센서(68)의 측정압력의 차압을 구한다. 압축기컨트롤러(60)는, 그 측정차압을 차압목푯값에 일치시키도록 압축기(14)의 운전주파수를 결정한다. 압축기컨트롤러(60)는, 측정차압이 차압목푯값보다 크면 운전주파수를 저하시키고, 측정차압이 차압목푯값보다 작으면 운전주파수를 증가시킨다.
냉동기(18)에서의 크라이오패널냉각에 사용되는 냉매가스유량은, 냉동기(18)의 운전주파수에 비례하고, 예를 들면 냉동기(18)의 내부용적과 냉동기(18)의 운전주파수의 곱으로 구해진다. 냉동기(18)의 운전주파수가 증가할수록, 압축기(14)로부터 냉동기(18)에 공급해야 할 냉매가스유량은 증가한다. 이때 압축기(14)의 운전주파수가 낮아, 압축기(14)로부터의 냉매가스공급이 불충분했다고 한다면, 압축기(14)의 토출측의 압력은 저하된다. 냉동기(18)의 운전주파수가 증가할 때 냉동기(18)로부터 압축기(14)에 회수해야 할 냉매가스유량도 증가한다. 이때 압축기(14)의 운전주파수가 낮으면, 냉동기(18)로부터 배기되는 냉매가스를 압축기(14)는 충분히 회수하지 않으므로, 압축기(14)의 흡입측의 압력은 높아진다. 이렇게 하여, 냉동기(18)의 운전주파수의 증가는, 압축기(14)의 토출측과 흡입측의 차압을 작게 하는 경향을 야기한다. 반대로, 냉동기(18)의 운전주파수의 감소는, 압축기(14)의 토출측과 흡입측의 차압을 크게 하는 경향을 야기한다.
압축기(14)의 차압일정제어에 의하면, 크라이오펌프(12)로의 부하가 증가하여 냉동기(18)의 운전주파수가 증가할 때에는, 압축기(14)의 토출측과 흡입측의 차압저하를 억제하도록 압축기(14)의 운전주파수가 증가되고, 압축기(14)로부터 냉동기(18)로의 냉매가스공급도 증가된다. 한편, 크라이오펌프(12)로의 부하가 저하되어 냉동기(18)의 운전주파수가 감소될 때에는, 압축기(14)의 운전주파수가 감소되고 압축기(14)로부터 냉동기(18)로의 냉매가스공급도 억제된다. 크라이오펌프시스템(10)으로의 부하에 따라 압축기(14)의 운전주파수를 적절히 조정할 수 있으므로, 차압일정제어는 크라이오펌프시스템(10)의 소비전력의 저감에 도움이 된다.
그런데, 전형적인 크라이오펌프시스템은, 압축기를 1대만 갖도록 구성될 수 있다. 이에 대하여, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)은, 압축기(14)가 1대뿐만 아니라, 또 다른 1대의 압축기(14)가 추가되어 있다. 크라이오펌프시스템(10)은, 압축기(14)에 관하여 용장성을 갖는다. 이들 2대의 압축기(14)는, 크라이오펌프(12)로의 냉매가스공급원으로서 크라이오펌프시스템(10)의 동작 중에 동시에 운전된다.
2대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력의 합계가, 크라이오펌프(12)의 개개의 냉동기(18)에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있다. 여기에서, 압축기(14)의 냉매가스공급능력은, 예를 들면 압축기(14)가 최대의 운전주파수로 운전될 때에 실현되는 압축기(14)의 최대토출유량을 가리킨다. 냉동기(18)에 필요한 냉매가스유량은, 예를 들면 냉동기(18)가 최대의 운전주파수로 운전될 때에 냉동기(18)에 사용되는 냉매가스유량을 가리킨다. 따라서, 2대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력을 Qc1, Qc2로 나타내고, 2대의 냉동기(18)의 필요냉매가스유량을 qr1, qr2로 나타낼 때, 다음의 관계가 성립된다.
Qc1+Qc2≥qr1+qr2
압축기(14)의 냉매가스공급능력이 이와 같이 정해짐으로써, 2대의 압축기(14)의 동시운전에 의하여 2대의 냉동기(18)에 냉매가스를 충분히 공급할 수 있다. 냉동기(18)에 있어서의 냉매가스의 부족을 회피할 수 있으므로, 크라이오패널(16)을 목표온도로 유지하여, 크라이오펌프시스템(10)의 운전을 계속할 수 있다.
또한, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)에 있어서는, 2대의 압축기(14) 중 어느 압축기(14)에 대해서도, 당해 압축기(14)의 냉매가스공급능력이, 각 크라이오펌프(12)의 냉동기(18)에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있다. 즉, 크라이오펌프시스템(10)은, 다음의 관계도 충족시킨다.
Qc1≥qr1+qr2 또한 Qc2≥qr1+qr2
도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 어떠한 원인에 의하여 편방(片方)의 압축기(14)가 정지되는 상황이 상정된다. 그러나, 크라이오펌프시스템(10)은, 정지되어 있지 않은 타방의 압축기(14)에 의하여 2대의 냉동기(18)에 냉매가스를 충분히 공급할 수 있다. 동시에, CP컨트롤러(100)는, 상위컨트롤러(200)에 대해서 편방의 압축기(14)가 정지되어 있는 것을 나타내는 경고를 발신한다. 이와 같이 하여, 만일 1대의 압축기(14)가 운전하지 않는 상황에 있어도, 크라이오펌프시스템(10)은, 각 크라이오펌프(12)의 크라이오패널(16)을 목표온도로 유지하고, 크라이오펌프시스템(10)의 운전을 계속할 수 있다.
실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)의 구성은, 다음과 같이 일반화할 수 있다. 크라이오펌프시스템(10)은, M대의 크라이오펌프(12)와, 각 크라이오펌프(12)의 냉동기(18)에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되어 동시에 운전되는 N+1대의 압축기(14)를 구비한다. 단, M, N은 각각 양의 정수이다. 일례로서, 양의 정수 M은, 예를 들면 1 또는 그보다 크고, 2 또는 그보다 크며, 3 또는 그보다 크고, 5 또는 그보다 크며, 또는 10 또는 그보다 커도 된다. 양의 정수 M은, 예를 들면 20 또는 그보다 작고, 10 또는 그보다 작으며, 5 또는 그보다 작고, 또는 3 또는 그보다 작아도 된다. 양의 정수 N은, 예를 들면 1 또는 그보다 크고, 2 또는 그보다 크며, 3 또는 그보다 크고, 5 또는 그보다 크며, 또는 10 또는 그보다 커도 된다. 양의 정수 N은, 예를 들면 20 또는 그보다 작고, 10 또는 그보다 작으며, 5 또는 그보다 작고, 또는 3 또는 그보다 작아도 된다.
N+1대의 압축기(14) 중 어느 N대의 압축기(14)에 대해서도, 당해 N대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력의 합계가, 각 크라이오펌프(12)의 냉동기(18)에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있다. 따라서, N+1대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력을 Qc1, Qc2, …, QcN, QcN+1로 나타내고, M대의 냉동기(18)의 필요냉매가스유량을 qr1, qr2, …, qrM으로 나타낼 때, 크라이오펌프시스템(10)은, 다음의 관계의 전부를 충족시킨다.
ΣQc-Qc1≥Σqr
ΣQc-Qc2≥Σqr
…
ΣQc-QcN≥Σqr
ΣQc-QcN+1≥Σqr
여기에서, ΣQc=Qc1+Qc2+…+QcN+QcN+1(즉, N+1대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력의 합계), Σqr=qr1+qr2+…+qrM(즉, M대의 냉동기(18)의 필요냉매가스유량의 합계)을 나타낸다. 따라서, 상기의 각 식의 좌변은, N+1대의 압축기(14) 중 임의의 N대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력의 합계를 나타낸다.
이와 같이 하면, 만일 어떠한 원인에 의하여 어느 하나의 압축기(14)가 정지되었다고 해도, 크라이오펌프시스템(10)은, 정지되어 있지 않은 나머지의 압축기(14)에 의하여 M대의 크라이오펌프(12)의 냉동기(18)에 냉매가스를 충분히 공급할 수 있다. 크라이오펌프시스템(10)은, 어느 하나의 압축기(14)가 정지되어 있는 동안에도, 각 크라이오펌프(12)의 크라이오패널(16)을 목표온도로 유지하여, 크라이오펌프시스템(10)의 운전을 계속할 수 있다.
또, N+1대의 압축기(14)의 모두가 운전하고 있는 정상적인 상황에서는, 크라이오펌프시스템(10)이 1대의 잉여의 압축기(14)를 포함하게 된다. 그 때문에, N+1대의 압축기(14)의 각각이 공급해야 할 냉매가스유량은, 크라이오펌프시스템(10)이 N대의 압축기(14)만을 포함하는 경우에 비하여 적어도 된다. 따라서, 실시형태에 관한 크라이오펌프시스템(10)에 의하면, 각 압축기(14)를 비교적 낮은 부하(즉 운전주파수)로 운전할 수 있으며, 이것은 압축기(14)의 수명을 늘리는 것에 도움이 된다.
또, 크라이오펌프시스템(10)은, N+1대의 압축기(14)를 제어하는 제어부(예를 들면, 압축기컨트롤러(60), 또는 CP컨트롤러(100))를 구비한다. 제어부는, 동시에 운전되는 압축기(14)의 수가 N+1대로부터 N대로 감소될 때, 동시에 운전되는 N대의 압축기(14) 각각의 냉매가스공급을 증가시키도록 각 압축기(14)를 제어함과 함께 경보를 발하도록 구성되어 있다.
이와 같은 압축기제어에 적합한 일례는, 상술한 차압일정제어이다. 복수 대의 압축기(14) 중 어느 하나의 압축기(14)가 정지된 상황을 생각하면, 정지된 1대의 압축기(14)의 분만큼 합계의 냉매가스공급유량이 저하되기 때문에, 고압라인(26)의 압력은 저하되고 저압라인(28)의 압력은 높아질 수 있다. 즉, 어느 하나의 압축기(14)가 정지되면, 나머지의 압축기(14)의 각각의 토출측과 흡입측의 차압이 저하되는 경향이 된다. 차압일정제어에 의하면, 이러한 차압의 저하가 목표차압으로 회복하도록 각 압축기(14)의 운전주파수가 증가된다. 이와 같이 하여, 크라이오펌프시스템(10)은, 동시에 운전되는 압축기(14)의 수가 N+1대로부터 N대로 감소될 때, 동시에 운전되는 N대의 압축기(14) 각각의 냉매가스공급을 증가시키도록 각 압축기(14)를 제어할 수 있다.
또한, 크라이오펌프시스템(10)의 배관시스템(24)은, 압축기(14)마다 토출측 역지밸브(29)와 흡입측 역지밸브(30)를 구비한다. 이와 같이 하면, 복수 대의 압축기(14) 중 어느 하나의 압축기(14)가 정지되었다고 해도, 운전하고 있는 나머지의 압축기(14)로부터 정지 중의 압축기(14)로의 냉매가스의 역류를 방지할 수 있다. 토출측 역지밸브(29)와 흡입측 역지밸브(30)는 차압에 의하여 기계적으로 폐쇄되므로, 전기적인 제어를 필요로 하지 않고 크라이오펌프시스템(10)으로부터 정지된 압축기(14)를 자연스럽게 분리할 수 있다.
특히, 토출측 역지밸브(29)와 흡입측 역지밸브(30)는 출입구간의 차압으로 동작하는 범용의 역지밸브를 채용할 수 있고, 이러한 역지밸브는 비교적 단순한 구성을 가지며 저가이다. 분리를 위한 전기적인 제어밸브를 배관시스템(24)에 마련하는 것에 비하여, 배관시스템(24)을 간소하게 구성할 수 있고, 이것은 크라이오펌프시스템(10)의 제조비용의 저감에 도움이 될 수 있다. 다만, 필요에 따라, 배관시스템(24)은, 토출측 역지밸브(29) 및/또는 흡입측 역지밸브(30) 대신에, 정지된 압축기(14)로의 냉매가스역류를 차단하도록 구성된 제어밸브를 구비해도 된다.
또, 배관시스템(24)은, 토출측 역지밸브(29)의 양측에 마련된 1세트의 탈착 가능한 이음매(35)를 구비한다. 배관시스템(24)은, 흡입측 역지밸브(30)의 양측에 마련된 또 다른 1세트의 탈착 가능한 이음매(35)를 구비한다. 이와 같이 하면, 작업자는, 정지된 압축기(14)를 크라이오펌프시스템(10)으로부터 분리하여 메인터넌스를 실시할 수 있다. 혹은, 작업자는, 압축기(14)를 크라이오펌프시스템(10)으로부터 분리하여, 신품(新品) 또는 메인터넌스가 완료된 다른 압축기와 교환할 수 있다. 이와 같은 메인터넌스 작업을 크라이오펌프시스템(10)의 운전을 계속하면서 행할 수 있기 때문에, 편리하다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 다양한 설계변경이 가능하고, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다. 또, 일 실시형태에 관련하여 설명한 다양한 특징은, 다른 실시형태에도 적용 가능하다. 조합에 의하여 발생하는 새로운 실시형태는, 조합되는 실시형태 각각의 효과를 겸비한다.
상술한 실시형태에 있어서는, 냉동기(18)에 필요한 냉매가스유량은, 예를 들면 냉동기(18)가 최대의 운전주파수로 운전될 때에 냉동기(18)에 사용되는 냉매가스유량을 가리킨다고 설명하고 있다. 현실에는, 냉동기(18)의 최대운전주파수가 요구되는 경우는, 크라이오펌프시스템(10)의 기동 시(이때 냉동기(18)는 실온으로부터 극저온으로 고속으로 냉각하는 것이 요망됨) 등등 한정적이며, 드물다. 그와 같이 하여 크라이오펌프시스템(10)이 기동되어 안정적으로 가동하고 있는 상태에서는, 냉동기(18)에 필요한 냉매가스유량은 그만큼 많을 필요는 없다. 그래서, 냉동기(18)에 필요한 냉매가스유량은, 냉동기(18)가 소정의 운전주파수임계값으로 운전될 때에 냉동기(18)에 사용되는 냉매가스유량을 가리켜도 된다. 이 운전주파수임계값은, 최대의 운전주파수보다 작다. 이와 같이 하면, 압축기(14)의 냉매가스공급능력을 보다 낮게 설계하는 것이 가능해지므로, 개개의 압축기(14)의 소형화나 크라이오펌프시스템(10)의 제조비용의 저감으로 이어질 수 있다.
크라이오펌프시스템(10)은, 적어도 1대의 크라이오펌프(12)와, 동시에 운전되는 N+1대보다 많은 압축기(14)(예를 들면 N+2대 또는 N+3대의 압축기(14))를 구비해도 된다. N+1대보다 많은 압축기(14) 중 어느 N대의 압축기(14)에 대해서도, 당해 N대의 압축기(14)의 냉매가스공급능력의 합계가, 적어도 1대의 크라이오펌프(12)의 개개의 냉동기(18)에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있어도 된다. 이와 같이 하면, 크라이오펌프시스템(10)은, 압축기(14)에 관하여 더 용장화되어 있으며, 예를 들면 2대 또는 3대의 압축기(14)가 정지되었다고 해도 크라이오펌프시스템(10)의 운전을 계속할 수 있다.
혹은, N+1대를 초과하는 잉여의 압축기(14)는, 상태로서는 다른 압축기(14)와 동시에 운전되지 않는 예비의 압축기로서 크라이오펌프시스템(10)에 마련되어 있어도 된다.
본 발명은, 크라이오펌프시스템 및 크라이오펌프시스템의 운전방법의 분야에 있어서의 이용이 가능하다.
10 크라이오펌프시스템
12 크라이오펌프
14 압축기
16 크라이오패널
18 냉동기
24 배관시스템
29 토출측 역지밸브
30 흡입측 역지밸브
35 탈착 가능한 이음매

Claims (6)

  1. 각 크라이오펌프가, 크라이오패널과, 냉매가스의 단열팽창을 이용하여 상기 크라이오패널을 냉각하는 냉동기를 구비하는 적어도 1대의 크라이오펌프와,
    각 냉동기에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되어 동시에 운전되는 N+1대의 압축기(단, N은 양의 정수)와,
    상기 N+1대의 압축기를 제어하는 제어부로서, 동시에 운전되는 압축기의 수가 N+1대로부터 N대로 감소될 때, 동시에 운전되는 N대의 압축기 각각의 냉매가스공급을 증가시키도록 각 압축기를 제어함과 함께, 경보를 발하는 제어부를 구비하고,
    상기 N+1대의 압축기 중 어느 N대의 압축기에 대해서도, 당해 N대의 압축기의 냉매가스공급능력의 합계가, 상기 적어도 1대의 크라이오펌프의 개개의 냉동기에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 적어도 1대의 크라이오펌프가 장착되는 진공프로세스장치를 제어하기 위한 상위컨트롤러와 통신가능하게 구성되어 있고, 상기 경보는 상기 상위컨트롤러에 발신되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 N대의 압축기 각각의 토출측과 흡입측의 차압을 일정하게 하도록, 상기 N대의 압축기 각각의 냉매가스공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 크라이오펌프의 냉동기와 상기 N+1대의 압축기를 접속하는 배관시스템으로서, 압축기마다 토출측 역지밸브와 흡입측 역지밸브를 구비하는 배관시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배관시스템은, 상기 토출측 역지밸브의 양측에 마련된 1세트의 탈착 가능한 이음매와, 상기 흡입측 역지밸브의 양측에 마련된 또 다른 1세트의 탈착 가능한 이음매를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템.
  6. 크라이오펌프시스템의 운전방법으로서, 상기 크라이오펌프시스템은,
    각 크라이오펌프가, 크라이오패널과, 냉매가스의 단열팽창을 이용하여 상기 크라이오패널을 냉각하는 냉동기를 구비하는 적어도 1대의 크라이오펌프와,
    각 냉동기에 냉매가스를 공급하도록 병렬접속되는 N+1대의 압축기(단, N은 양의 정수)를 구비하고, 상기 크라이오펌프시스템의 운전방법은,
    상기 N+1대의 압축기를 동시에 운전하는 것과,
    상기 N+1대의 압축기 중 어느 하나의 압축기가 이상정지되었을 때, 경보를 발함과 함께 나머지의 N대의 압축기의 운전을 계속하는 것을 구비하며,
    상기 N+1대의 압축기 중 어느 N대의 압축기에 대해서도, 당해 N대의 압축기의 냉매가스공급능력의 합계가, 상기 적어도 1대의 크라이오펌프의 개개의 냉동기에 의한 크라이오패널냉각에 필요한 냉매가스유량의 합계를 하회하지 않도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프시스템의 운전방법.
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