KR20240005425A - Cryogenic cooling system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템은, 제 1 혼합냉매가 순환하는 1차 저온 사이클; 제 2 혼합냉매가 순환하는 2차 저온 사이클; 상기 1차 저온 사이클의 제 1 혼합냉매와 상기 2차 저온 사이클의 제 2 혼합냉매가 열 교환되도록 형성하는 브릿지 열교환기; 및 상기 2차 저온 사이클에 병렬적으로 연결되며, 각각 작동을 요구하는 서로 다른 최저온도를 가지는 다수의 채널부를 포함할 수 있다.A cryogenic cooling system according to an embodiment of the present invention includes a first low-temperature cycle in which a first mixed refrigerant circulates; A second low-temperature cycle in which a second mixed refrigerant circulates; a bridge heat exchanger configured to exchange heat between the first mixed refrigerant of the first low-temperature cycle and the second mixed refrigerant of the second low-temperature cycle; and a plurality of channel units connected in parallel to the secondary low temperature cycle, each having a different minimum temperature required for operation.
Description
본 발명은 극저온 냉각 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to cryogenic cooling systems.
일반적으로, 반도체 공정용 설비는 반도체의 제조과정에서 열적 부하를 받아 온도가 상승하게 된다. 여기서, 상기 열적 부하를 회수하기 위해 저온의 냉각 유체가 순환하는 냉각 시스템을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 시스템은 반도체 공정용 설비에서 발생되는 열을 제거하면서 상기 반도체 공정용 설비가 요구하는 온도로 제어되도록 구비될 수 있다. Generally, the temperature of semiconductor processing equipment increases due to thermal load during the semiconductor manufacturing process. Here, a cooling system in which low-temperature cooling fluid circulates can be provided to recover the thermal load. Accordingly, the cooling system can be provided to control the temperature required by the semiconductor processing equipment while removing heat generated from the semiconductor processing equipment.
상기 냉각 시스템은, 냉각 유체를 목표 온도만큼 냉각시키기 위한 냉동 사이클을 구현하는 방식에 따라, 종류가 구분될 수 있다. 일례로, 상기 냉각 시스템은, 이원(二原) 냉동시스템, 삼원(三原) 냉동시스템 또는 캐스케이드(cascade) 냉동시스템, 제이티(J-T) 냉동시스템 등으로 구분될 수 있다.The cooling system can be classified into types depending on the method of implementing a refrigeration cycle to cool the cooling fluid to the target temperature. For example, the cooling system may be divided into a two-way refrigeration system, a three-way refrigeration system, a cascade refrigeration system, a J-T refrigeration system, etc.
상기 이원 냉동시스템은 냉매 종류에 따라 압축, 응축, 팽창 및 증발 과정을 수행하는 개별 냉동 사이클을 2개로 형성할 수 있다. 일반적으로 제 1 압축기를 순환하는 제 1 냉매는, 제 2 압축기를 순환하는 제 2 냉매로 열을 전달하여 응축된다. 그리고, 상기 제 1 냉매는 반도체 공정용 설비를 순환하는 유체(예를 들어, 브라인)의 열을 흡수하여 증발할 수 있다. 그리고 상기 제 2 냉매는 상기 제 1 냉매와 열 교환되어 증발할 수 있다. The binary refrigeration system can form two individual refrigeration cycles that perform compression, condensation, expansion, and evaporation processes depending on the type of refrigerant. Generally, the first refrigerant circulating in the first compressor transfers heat to the second refrigerant circulating in the second compressor and is condensed. Additionally, the first refrigerant may evaporate by absorbing heat from a fluid (eg, brine) circulating in semiconductor processing equipment. And the second refrigerant may exchange heat with the first refrigerant and evaporate.
반도체 공정에서 요구하는 온도가 -70도씨(°C) 보다 낮은 극한의 저온을 요구하는 경우, 상술한 일반적인 이원 냉동시스템은 냉매의 특성 등에 의해 극한의 저온 형성이 어렵고, 저압이 매우 낮아 사이클이 불안정해지기 때문에, 상기한 요구 온도를 만족시키기 어려운 문제가 있다. When the semiconductor process requires an extremely low temperature lower than -70 degrees Celsius (°C), the general binary refrigeration system described above has difficulty in forming extremely low temperatures due to the characteristics of the refrigerant, and the low pressure is very low, so the cycle is difficult. Because it becomes unstable, there is a problem that it is difficult to satisfy the above-mentioned required temperature.
여기서, 상기 반도체 공정상 요구되는 극한의 저온을 만족시킬 수 있는 냉각 시스템을 “극저온 냉각 시스템”으로 이름할 수 있다. Here, a cooling system that can satisfy the extremely low temperature required in the semiconductor process may be called a “cryogenic cooling system.”
일반적인 삼원 냉동시스템은, 냉매 종류에 따라 압축, 응축, 팽창 및 증발 과정을 수행하는 개별 냉동사이클을 3개로 형성할 수 있다. 즉, 삼원 냉동시스템은, 개별 냉동사이클을 이원 냉동시스템 보다 더 형성하기 때문에 부피가 커지고 구성이 많아지는 문제가 있다. 이와 같은 삼원 냉동시스템의 복잡성은, 반도체 공정용 설비에 제공되기 부적합하며, 냉매 간에 열적 균형을 맞추기 힘들어 온도 제어가 어려운 한계가 있다. 결국, 삼원 냉동시스템도 응축의 한계에 의해 극저온을 형성하기 어려운 문제가 있다. A typical three-way refrigeration system can form three individual refrigeration cycles that perform compression, condensation, expansion, and evaporation processes depending on the type of refrigerant. In other words, the three-way refrigeration system has the problem of increasing the volume and configuration because it forms more individual refrigeration cycles than the binary refrigeration system. The complexity of such a three-way refrigeration system makes it unsuitable for use in semiconductor processing equipment, and it has limitations in temperature control due to difficulty in maintaining thermal balance between refrigerants. Ultimately, the three-way refrigeration system also has the problem of forming extremely low temperatures due to limitations in condensation.
하나의 압축기에 다수의 증발기가 캐스케이드(cascade) 방식으로 연결되는 캐스케이드 냉동시스템은, 일반적으로 냉매 종류가 3개 이상으로 사용되는 혼합 냉매가 하나의 압축기에서 함께 압축된 후, 각 냉매 특성에 따라 각각의 증발기에서 분리되도록 구성된다. 하지만, 이러한 캐스케이드 냉동시스템은, 하나의 압축기로부터 압축된 후 각각의 냉매 종류 별로 분리하기 때문에 사이즈가 매우 커지는 문제가 있다. A cascade refrigeration system, in which multiple evaporators are connected to one compressor in cascade, generally involves compressing mixed refrigerants of three or more types of refrigerants together in one compressor and then refrigerating them separately according to the characteristics of each refrigerant. It is configured to be separated in the evaporator. However, this cascade refrigeration system has the problem of becoming very large in size because each type of refrigerant is separated after being compressed by a single compressor.
더욱이, 기존의 캐스케이드 냉동시스템은 용량이 큰 압축기를 구비해야 되므로 전기 소모량이 상대적으로 크고 냉매 간의 열적 균형 형성 및 극저온이라는 목표 온도 달성이 불안정한 문제가 있다.Moreover, the existing cascade refrigeration system requires a compressor with a large capacity, so electricity consumption is relatively high, and there is an unstable problem of forming thermal balance between refrigerants and achieving the target temperature of cryogenic temperature.
또한, 단일 냉매를 이용하여 극저온을 형성하고자 하는 경우, 상대적으로 흡입 온도가 낮아져 이를 보상해줄 수 있는 방법이 필요해지고, 이러한 원인으로 냉각 시스템 구성이 복잡해지고 사이즈가 증가되는 문제가 있다. In addition, when trying to create extremely low temperatures using a single refrigerant, the intake temperature is relatively low, so a method to compensate for this is needed, which causes the problem of complicating the cooling system configuration and increasing the size.
한편, 반도체 공정이 갈수록 세밀화 및 집적화 됨에 따라, 각 개별적인 공정(“채널”)에서의 제어 온도 특성은 극고온부터 극저온까지 넓은 범위로 다양하게 요구된다. Meanwhile, as semiconductor processes become increasingly detailed and integrated, control temperature characteristics in each individual process (“channel”) are required to vary over a wide range from extremely high temperatures to extremely low temperatures.
그러나 상술한 바와 같이 기존의 냉각 시스템 방식은, 극저온 형성에서도 불리하며, 하나의 개별적인 공정만을 위해 이용되었기 때문에, 각 개별적인 공정 마다 서로 다르게 요구되는 제어 온도 특성(고온 내지 저온의 범위)를 모두 만족시킬 수 있는 냉각 유체를 제공하기에 한계가 있으며, 구조상 다수의 공정(“채널”)에 동시에 활용하기에 매우 어려운 문제가 있다.However, as mentioned above, the existing cooling system method is disadvantageous in forming cryogenic temperatures and is used only for one individual process, so it cannot satisfy all the control temperature characteristics (range from high temperature to low temperature) required differently for each individual process. There are limitations in providing a cooling fluid that can be used, and due to its structure, it is very difficult to use it for multiple processes (“channels”) simultaneously.
더하여, 종래의 냉각 시스템(또는 냉동기)이 하나의 개별적인 공정(“채널”)만을 위해 이용되는 경우, 전체 반도체 공정 관점에서 여러 개의 독립된 공정마다 저온을 형성하는 사이클이 추가되기 때문에 전체 사이즈를 커지게 하는 문제가 있다. 즉, 상대적으로 경제성과 효율성이 떨어지는 문제가 있다. In addition, when a conventional cooling system (or refrigerator) is used for only one individual process (“channel”), from the perspective of the entire semiconductor process, a cycle to generate low temperature is added for each of several independent processes, increasing the overall size. There is a problem. In other words, there is a problem of relatively low economy and efficiency.
본 발명의 목적은, 상술한 종래 냉동시스템의 문제를 해결할 수 있는 극저온 냉각 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a cryogenic cooling system that can solve the problems of the conventional refrigeration system described above.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 공정 상의 개별적인 공정(이하, “채널”이라고 할 수 있다.) 마다 서로 다르게 요구되는 고온 내지 저온의 범위를 하나의 냉각 유체 사이클로 만족시킬 수 있는, 극저온 냉각 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cryogenic cooling system that can satisfy the high to low temperature ranges differently required for each individual process (hereinafter referred to as “channel”) in the semiconductor process with one cooling fluid cycle. It is done.
본 발명의 또 다른 목적은, 다수의 채널에 사용되는 동시에 전체 시스템의 사이즈를 상대적으로 축소시킬 수 있는 극저온 냉각 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cryogenic cooling system that can be used in multiple channels and at the same time relatively reduce the size of the overall system.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템은, 제 1 혼합냉매가 순환하는 1차 저온 사이클; 제 2 혼합냉매가 순환하는 2차 저온 사이클; 상기 1차 저온 사이클의 제 1 혼합냉매와 상기 2차 저온 사이클의 제 2 혼합냉매가 열 교환되도록 형성하는 브릿지 열교환기; 및 상기 2차 저온 사이클에 병렬적으로 연결되며, 각각 작동을 요구하는 서로 다른 최저온도를 가지는 다수의 채널부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a cryogenic cooling system according to an embodiment of the present invention includes a first low-temperature cycle in which a first mixed refrigerant circulates; A second low-temperature cycle in which a second mixed refrigerant circulates; a bridge heat exchanger configured to exchange heat between the first mixed refrigerant of the first low-temperature cycle and the second mixed refrigerant of the second low-temperature cycle; and a plurality of channel units connected in parallel to the secondary low temperature cycle, each having a different minimum temperature required for operation.
또한, 상기 2차 저온 사이클은 직렬 연결되어 상기 2차 혼합냉매가 순차적으로 통과하는 다수의 증발기를 포함할 수 있다.Additionally, the secondary low-temperature cycle may include a plurality of evaporators connected in series through which the secondary mixed refrigerant sequentially passes.
또한, 상기 다수의 채널부 각각은, 상기 다수의 증발기 중 어느 하나와 열 교환되도록 일대일 연결되며, 상기 2차 혼합냉매와 상기 다수의 채널부 각각을 순환하는 쿨런트는 상기 일대일 연결된 증발기에서 열 교환할 수 있다.In addition, each of the plurality of channel parts is connected one to one to exchange heat with one of the plurality of evaporators, and the secondary mixed refrigerant and the coolant circulating through each of the plurality of channel parts are connected one to one to exchange heat in the evaporator connected one to one. You can.
또한, 상기 직렬 연결된 증발기 중 첫번째 증발기는, 상기 다수의 채널부 중 가장 낮은 최저온도를 가지는 채널부와 연결될 수 있다.Additionally, the first evaporator among the series-connected evaporators may be connected to the channel portion having the lowest minimum temperature among the plurality of channel portions.
또한, 상기 직렬 연결된 증발기 중 마지막 증발기는, 상기 다수의 채널부 중 가장 높은 최저온도를 가지는 채널부와 열 교환 가능하게 연결될 수 있다.Additionally, the last evaporator among the series-connected evaporators may be connected to enable heat exchange with the channel portion having the highest minimum temperature among the plurality of channel portions.
또한, 상기 다수의 채널부는, 상기 다수의 증발기를 순차적으로 통과하면서 변화되는 2차 혼합냉매의 증발 온도가 상기 다수의 채널부 각각의 작동 요구 최저온도와 매칭되도록, 상기 다수의 증발기에 일대일 연결될 수 있다.In addition, the plurality of channel units may be connected one-to-one to the plurality of evaporators so that the evaporation temperature of the secondary mixed refrigerant, which changes as it sequentially passes through the plurality of evaporators, matches the minimum temperature required for operation of each of the plurality of channel parts. there is.
상기 브릿지 열교환기는, 열 교환을 통해 상기 제 1 혼합냉매의 적어도 일부가 증발되고 상기 제 2 혼합냉매의 적어도 일부가 응축될 수 있다.In the bridge heat exchanger, at least a portion of the first mixed refrigerant may be evaporated and at least a portion of the second mixed refrigerant may be condensed through heat exchange.
또한, 상기 1차 저온 사이클은, 상기 제 1 혼합냉매가 순환하는 제 1 압축기; 상기 제 1 압축기에서 토출된 제 1 혼합냉매가 응축되는 제 1 응축기; 상기 제 1 응축기에서 토출된 제 1 혼합냉매와 상기 브릿지 열교환기에서 토출된 제 1 혼합냉매가 열 교환되도록 형성되는 레큐퍼레이터; 및 상기 레큐퍼레이터에서 토출되어 상기 브릿지 열교환기로 도입되는 냉매를 팽창시키기 위해 상기 브릿지 열교환기와 상기 레큐퍼레이터 사이에 설치되는 제 1 팽창밸브를 포함할 수 있다. Additionally, the first low-temperature cycle includes a first compressor through which the first mixed refrigerant circulates; a first condenser in which the first mixed refrigerant discharged from the first compressor is condensed; a recuperator configured to exchange heat between the first mixed refrigerant discharged from the first condenser and the first mixed refrigerant discharged from the bridge heat exchanger; And it may include a first expansion valve installed between the bridge heat exchanger and the recuperator to expand the refrigerant discharged from the recuperator and introduced into the bridge heat exchanger.
또한, 상기 제 1 응축기로 유입된 1차 혼합냉매는, 냉각수 또는 상온냉매가 순환하는 1차 냉각배관을 통해 열 교환되며, 상기 1차 냉각배관에 상온냉매가 순환하는 경우, 상기 1차 냉각배관은 상기 상온냉매의 냉동 사이클의 증발 영역인 것을 특징으로 한다.In addition, the primary mixed refrigerant flowing into the first condenser exchanges heat through the primary cooling pipe through which cooling water or room temperature refrigerant circulates, and when room temperature refrigerant circulates through the primary cooling pipe, the primary cooling pipe is characterized in that it is an evaporation area of the refrigeration cycle of the room temperature refrigerant.
또한, 상기 2차 저온 사이클은, 상기 제 2 혼합냉매가 순환하는 제 2 압축기; 상기 제 2 압축기에서 토출된 냉매가 응축되는 제 2 응축기; 및 상기 브릿지 열교환기에서 토출된 냉매를 팽창시키며, 상기 직렬 연결된 다수의 증발기 중 첫번째 증발기와 상기 브릿지 열교환기 사이 설치되어 상기 2차 혼합냉매를 팽창시키는 제 2 팽창밸브를 더 포함할 수 있다.In addition, the second low-temperature cycle includes a second compressor through which the second mixed refrigerant circulates; a second condenser in which the refrigerant discharged from the second compressor is condensed; And it may further include a second expansion valve that expands the refrigerant discharged from the bridge heat exchanger and is installed between the first evaporator among the plurality of evaporators connected in series and the bridge heat exchanger to expand the secondary mixed refrigerant.
또한, 상기 브릿지 열교환기는, 상기 제 2 응축기를 통과한 2차 혼합냉매와 상기 제 1 팽창밸브를 통과한 1차 혼합냉매가 열 교환되도록 형성할 수 있다.Additionally, the bridge heat exchanger may be configured to exchange heat between the secondary mixed refrigerant that has passed through the second condenser and the primary mixed refrigerant that has passed through the first expansion valve.
또한, 상기 제 2 응축기로 유입된 2차 혼합냉매는, 냉각수, 상온냉매 또는 상대적으로 비등점이 2차 혼합냉매보다 높은 혼합냉매가 순환하는 냉각배관을 통해 열 교환될 수 있다.Additionally, the secondary mixed refrigerant flowing into the second condenser may be heat exchanged through cooling pipes through which cooling water, room temperature refrigerant, or a mixed refrigerant with a relatively higher boiling point than the secondary mixed refrigerant circulates.
또한, 상기 다수의 증발기는 상기 제 2 팽창밸브를 통과한 2차 혼합냉매를 유입하여 어느 한 채널부의 쿨런트와 열 교환하는 제 1 증발기; 상기 제 1 증발기와 직렬 연결되고 상기 제 1 증발기에서 토출된 2차 혼합냉매를 유입하여 다른 한 채널부의 쿨런트와 열 교환하는 제 2 증발기; 및 상기 제 2 증발기와 직렬 연결되고 상기 제 2 증발기에서 토출된 2차 혼합냉매를 유입하여 또 다른 한 채널부의 쿨런트와 열 교환하는 제 3 증발기를 포함할 수 있다.In addition, the plurality of evaporators include a first evaporator that introduces the secondary mixed refrigerant that has passed through the second expansion valve and exchanges heat with the coolant of one channel portion; a second evaporator connected in series with the first evaporator and receiving the secondary mixed refrigerant discharged from the first evaporator to exchange heat with the coolant of the other channel; And it may include a third evaporator connected in series with the second evaporator and introducing the secondary mixed refrigerant discharged from the second evaporator to exchange heat with the coolant of another channel portion.
또한, 상기 2차 저온 사이클은, 상기 제 1 증발기에서 상기 제 2 증발기로 연장되어 상기 2차 혼합냉매의 순차적 증발을 가이드하는 제 1 연결배관; 및 상기 제 2 증발기에서 상기 제 3 증발기로 연장되어 상기 2차 혼합냉매의 순차적 증발을 가이드하는 제 2 연결배관을 더 포함할 수 있다.In addition, the secondary low-temperature cycle includes a first connection pipe extending from the first evaporator to the second evaporator to guide sequential evaporation of the secondary mixed refrigerant; And it may further include a second connection pipe extending from the second evaporator to the third evaporator to guide sequential evaporation of the secondary mixed refrigerant.
또한, 상기 다수의 채널부는, 상기 제 1 증발기와 열 교환되는 제 1 채널부; 상기 제 1 채널부 보다 높은 최저온도를 가지며, 상기 제 2 증발기와 열 교환하는 제 2 채널부; 및 상기 제 2 채널부 보다 높은 최저온도를 가지며, 상기 제 3 증발기와 열 교환하는 제 3 채널부를 포함할 수 있다. Additionally, the plurality of channel units include: a first channel unit that exchanges heat with the first evaporator; a second channel unit having a higher minimum temperature than the first channel unit and exchanging heat with the second evaporator; And it may include a third channel unit that has a higher minimum temperature than the second channel unit and exchanges heat with the third evaporator.
또한, 상기 제 1 채널부 내지 제 3 채널부는, 작동을 요구하는 최고온도가 동일한 온도로 설정될 수 있다. Additionally, the maximum temperature required for operation of the first to third channel units may be set to the same temperature.
또한, 상기 다수의 채널부는, 각각, 증발기를 통과한 쿨런트를 유입하도록 상기 증발기의 쿨런트 출구로부터 채널부의 입구까지 연장되는 도입관; 상기 쿨런트가 저장되는 저장탱크; 상기 채널부의 출구로부터 상기 저장탱크로 연장되어 쿨런트를 회수하는 회수관; 상기 쿨런트를 순환시키기 위한 펌프; 상기 펌프로부터 배출된 쿨런트의 유동 방향을 제어하는 채널밸브; 상기 채널밸브의 일측 출구단으로부터 상기 증발기의 쿨런트 입구로 연장되는 채널 분지관; 및 상기 채널밸브의 타측 출구단으로부터 상기 도입관의 일 지점으로 곧장 연장되는 채널 합지관을 포함할 수 있다.In addition, the plurality of channel units each include an inlet pipe extending from the coolant outlet of the evaporator to the inlet of the channel unit to introduce the coolant that has passed through the evaporator; a storage tank in which the coolant is stored; a recovery pipe extending from the outlet of the channel unit to the storage tank to recover coolant; a pump for circulating the coolant; A channel valve that controls the flow direction of coolant discharged from the pump; a channel branch pipe extending from one outlet end of the channel valve to the coolant inlet of the evaporator; And it may include a channel combination pipe extending straight from the other outlet end of the channel valve to a point of the introduction pipe.
또한, 상기 제 1 혼합 냉매 및 상기 제 2 혼합냉매는, R116, R23 및 R508B 중 적어도 어느 하나의 1차 저온냉매; 및 R1150, R14 및 R50 중 적어도 어느 하나의 2차 저온 냉매를 포함할 수 있다. In addition, the first mixed refrigerant and the second mixed refrigerant include at least one primary low-temperature refrigerant selected from R116, R23, and R508B; And it may include at least one secondary low-temperature refrigerant among R1150, R14, and R50.
본 발명을 따르면, 초저온 혼합 냉매가 레큐퍼레이터를 통과하는 1차 저온 사이클과 별도의 초저온 혼합 냉매가 순환하는 2차 저온 사이클이 본 발명에서 정의하는 브릿지 열교환기에 의해 열교환 됨으로써, 상기 2차 저온사이클의 응축온도를 대략 -70도씨(°C)로 도달시킬 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, the first low-temperature cycle in which the ultra-low temperature mixed refrigerant passes through the recuperator and the second low-temperature cycle in which a separate cryogenic mixed refrigerant circulates are heat exchanged by the bridge heat exchanger defined in the present invention, thereby forming the second low-temperature cycle. It has the advantage of being able to reach a condensation temperature of approximately -70 degrees Celsius (°C).
본 발명을 따르면, 동일한 성능에 도달하기 위해 구성되는 기존의 저온 냉각 시스템 보다 상대적으로 사이클 수가 줄어들어 부품 수가 감소하기 때문에, 경제성과 효율성이 향상되며 전체 시스템의 사이즈를 축소시킬 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, the number of cycles is relatively reduced and the number of parts is reduced compared to the existing low-temperature cooling system configured to achieve the same performance, so there is an advantage in that economics and efficiency are improved and the size of the overall system can be reduced.
본 발명을 따르면, 상대적으로 적은 부품 및 저온 사이클로 극저온이 요구되는 다수의 채널을 동시에 운용 가능하게 하는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage of enabling simultaneous operation of multiple channels that require extremely low temperatures with relatively few components and a low-temperature cycle.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 냉매 및 쿨런트(coolant)가 순환하는 운전 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 2차 저온사이클(SC)에 대한 P-h선도를 보여주는 도면이다. 1 is a diagram showing the configuration of a cooling system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating an operation in which refrigerant and coolant circulate in a cooling system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a Ph diagram for the second low temperature cycle (SC) of the cooling system according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing embodiments of the present invention, if detailed descriptions of related known configurations or functions are judged to impede understanding of the embodiments of the present invention, the detailed descriptions will be omitted.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected," "coupled," or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is no need for another component between each component. It should be understood that may be “connected,” “combined,” or “connected.”
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구성을 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 냉매 및 쿨런트(coolant)가 순환하는 운전 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a cooling system according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a diagram showing an exemplary operation of the refrigerant and coolant circulating in the cooling system according to an embodiment of the present invention. am.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템은, 제 1 혼합냉매가 순환하는 1차 저온 사이클(FC). 제 2 혼합냉매가 순환하는 2차 저온 사이클(SC) 및 상기 1차 저온 사이클(FC)과 상기 2차 저온 사이클(SC)이 열 교환되는 브릿지 열교환기(300)를 포함할 수 있다. Referring to Figures 1 and 2, the cryogenic cooling system according to an embodiment of the present invention is a first low temperature cycle (FC) in which a first mixed refrigerant circulates. It may include a secondary low temperature cycle (SC) in which a second mixed refrigerant circulates, and a
여기서, 상기 제 1 혼합냉매와 상기 제 2 혼합냉매는, 극저온을 형성할 수 있는 냉매로 정의된다. 일례로, 상기 제 1 혼합 냉매 및/또는 상기 제 2 혼합냉매는, 상온냉매의 증발온도에서 응축될 수 있는 R116, R23, R508B 등의 1차 저온냉매 중 적어도 어느 하나와, 상기 1차 저온냉매의 증발온도에서 응축될 수 있는 R1150, R14, R50 등의 2차 저온 냉매 중 적어도 어느 하나를 혼합한 냉매일 수 있다. Here, the first mixed refrigerant and the second mixed refrigerant are defined as a refrigerant capable of forming extremely low temperatures. For example, the first mixed refrigerant and/or the second mixed refrigerant may include at least one of primary low-temperature refrigerants such as R116, R23, and R508B that can be condensed at the evaporation temperature of the room temperature refrigerant, and the primary low-temperature refrigerant. It may be a refrigerant mixed with at least one of secondary low-temperature refrigerants such as R1150, R14, and R50 that can be condensed at an evaporation temperature of.
상기 상온냉매는 공기 또는 냉각수로 응축시킬 수 있는 냉매로써, R134a, R404a, R410a, R32 등을 포함할 수 있다.The room temperature refrigerant is a refrigerant that can be condensed into air or cooling water and may include R134a, R404a, R410a, R32, etc.
상기 1차 저온냉매는, 상기 상온냉매가 공기 또는 냉각수에 의하여 응축된 후 팽창과정을 거쳐 상기 소정의 구간의 증발온도에 도달하였을 때, 상기 상온냉매에 의해 응축될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 극저온 냉각 시스템은, 레큐퍼레이터(30) 및 브릿지 열교환기(300)를 구비하기 때문에, 상온냉매에 의해 응축되는 1차 저온냉매 및 상기 1차 저온냉매에 의해 응축되는 2차 저온냉매가 혼합된 냉매(상기 제 1 혼합냉매 및 상기 제 2 혼합냉매)가 1차 저온 사이클(FC)과 2차 저온 사이클(SC)를 순환하도록 형성할 수 있다.The primary low-temperature refrigerant may be condensed by the room-temperature refrigerant when the room-temperature refrigerant is condensed by air or cooling water and then goes through an expansion process and reaches the evaporation temperature of the predetermined section. Therefore, since the cryogenic cooling system according to an embodiment of the present invention is provided with a
한편, 상기 1차 저온 사이클(FC)은, 제 1 혼합냉매가 순환하는 제 1 압축기(10), 상기 제 1 압축기에서 토출된 냉매가 응축되는 제 1 응축기(20), 상기 제 1 응축기에서 토출된 냉매와 상기 브릿지 열교환기(300)에서 토출된 냉매가 열교환되는 레큐퍼레이터(30, Recuperator) 및 제 1 팽창밸브(40)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the first low temperature cycle (FC) includes a
상기 제 1 압축기(10)는 상술한 제 1 혼합냉매를 압축시킬 수 있다. 상기 제 1 압축기(10)에서 압축된 냉매는 제 1 배관(15)을 통해 상기 제 1 응축기(20)로 유입될 수 있다. 상기 제 1 압축기에서 압축된 냉매는 상대적으로 고온, 고압의 기상 상태일 수 있다.The
상기 제 1 배관(15)은 상기 제 1 압축기(10)의 토출측으로부터 상기 제 1 응축기(20)의 냉매입구로 연장될 수 있다. The
그리고, 상기 제 1 배관(15)을 통해 제 1 응축기로 유입된 냉매는, 상기 제 1 응축기(20)에서 1차 냉각배관(5)을 통해 유입된 유체와 열 교환되어 응축할 수 있다. In addition, the refrigerant flowing into the first condenser through the
여기서, 상기 1차 냉각배관(5)을 순환하는 유체는 냉각수 또는 상온냉매 일 수 있다. 일례로, 상기 1차 냉각배관(5)은 상술한 상온냉매가 순환하는 냉동 사이클의 증발 영역일 수도 있다. Here, the fluid circulating in the
상기 제 1 응축기(30)에서, 상기 제 1 혼합냉매 중 1차 저온냉매는, 상기 1차 냉각배관(5)을 순환하는 유체의 증발온도 구간에서 응축될 수 있다. 즉, 상기 제 1 혼합냉매 중 1차 저온냉매는, 제 1 응축기(20)를 통과하면서 액상으로 될 수 있다. 이때, 상기 제 1 혼합냉매 중 2차 저온냉매는 상기 제 1 응축기(20)를 통과하여도 기상 상태(기상)를 유지할 수 있다. In the
상기 액상 상태의 1차 저온냉매와 상기 기상 상태의 2차 저온냉매는, 상기 제 1 응축기(20)에서 레큐퍼레이터(30)로 연장되는 제 2 배관(25)으로 유입되어 유동할 수 있다. 일례로, 상기 제 2 배관(25)은 상기 제 1 응축기(30)의 냉매출구(미도시)로부터 상기 레큐퍼레이터(30)의 입구포트(미도시)로 연장될 수 있다. The primary low-temperature refrigerant in the liquid state and the secondary low-temperature refrigerant in the gaseous state may flow into the second pipe 25 extending from the
상기 레큐퍼레이터(30)는, 상기 제 2 배관(25)을 통해 유입된 냉매와 상기 브릿지 열교환기(300)를 통과한 냉매가 열 교환되도록 형성할 수 있다. The
일례로, 상기 레큐퍼레이터(30)는 상기 제 2 배관(25)이 연결되는 입구포트 및 상기 제 1 팽창밸브(40)가 설치된 제 3 배관(35)이 연결되는 토출포트(미도시)를 형성할 수 있다 또한, 상기 레큐퍼레이터(30)는 브릿지 열교환기(300)를 통과한 냉매가 유입되는 회수입구포트(미도시) 및 제 1 압축기(10)로 배출을 위한 회수토출포트(미도시)도 형성할 수 있다. For example, the
즉, 상기 제 2 배관(25)을 통해 유입된 냉매는, 상기 입구포트로부터 상기 토출포트로 형성되는 유로를 따라 상기 레큐퍼레이터(30)의 내부를 유동하면서 상기 회수입구포트와 회수출구포트를 유동하는 냉매와 열 교환될 수 있다. That is, the refrigerant flowing in through the second pipe 25 flows through the recovery inlet port and the recovery outlet port while flowing inside the
상세히, 상기 입구포트로 유입되는 1차 혼합냉매 중 응축된 1차 저온냉매는, 브릿지 열교환기(3000)를 통과하여 증발된 1차 혼합냉매와 열 교환하여 응축 온도가 더욱 낮아질 수 있고, 상기 입구포트로 유입되는 1차 혼합냉매 중 기상 상태를 유지하는 2차 저온냉매는, 상기 브릿지 열교환기(30)를 통과하여 증발된 1차 혼합냉매와 열 교환하면서 응축 온도 구간에 도달하게 되어 응축될 수 있다. In detail, the condensed primary low-temperature refrigerant among the primary mixed refrigerants flowing into the inlet port may exchange heat with the evaporated primary mixed refrigerant through the
상기 제 1 팽창밸브(40)가 설치된 제 3 배관(35)은, 상기 레큐퍼레이터(30)와 브릿지 열교환기(300)를 연결할 수 있다. 일례로, 상기 제 3 배관(35)은 상기 토출포트로부터 상기 브릿지 열교환기(300)의 제 1 혼합냉매입구(미도시)까지 연장될 수 있다. 그리고 상기 제 3 배관(35)은 상기 레큐퍼레이터(30)를 통과한 냉매가 상기 브릿지 열교환기(300)로 유입되도록 가이드 할 수 있다. The third pipe 35 on which the
상기 제 1 팽창밸브(40)는 전자팽창밸브(EEV)를 포함할 수 있다.The
상기 레큐퍼레이터(30)를 통과하여 상기 제 3 배관(35)으로 유입된 제 1 혼합냉매, 즉, 응축된 1차 및 2차 저온냉매는 상기 제 1 팽창밸브(40)를 통과하면서 팽창할 수 있다. 그리고 상기 팽창된 제 1 혼합냉매는, 상기 제 1 혼합냉매입구를 통해 상기 브릿지 열교환기(300)로 유입될 수 있다.The first mixed refrigerant, that is, the condensed primary and secondary low-temperature refrigerant, which passes through the
상기 브릿지 열교환기(300)는, 상기 제 3 배관(35)이 연결되는 제 1 혼합냉매입구 및 제 4 배관(45)이 연결되는 제 1 혼합냉매출구(미도시)를 형성할 수 있다.The
상기 브릿지 열교환기(300)는 상기 제 3 배관(35)을 통해 유입된 1차 혼합냉매와 후술할 2차 저온 사이클(SC)의 제 2 응축기(200)를 통과한 2차 혼합냉매가 열 교환되도록 형성할 수 있다.The
이때, 제 3 배관(35)을 통해 브릿지 열교환기(300)로 유입된 제 1 혼합냉매는, 상기 제 1 혼합냉매의 열을 받아 증발할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 혼합냉매 중 2차 저온냉매는 기상 상태로 제 4 배관(45)에 유입될 수 있다. 한편, 제 1 혼합냉매 중 1차 저온냉매는 상기 2차 저온냉매 보다 상대적으로 증발 온도가 높기 때문에, 상기 제 2 혼합냉매와 열 교환을 통해 일부만 증발하거나 또는 액상 상태를 유지한 채 상기 제 4 배관(45)으로 유입될 수 있다.At this time, the first mixed refrigerant flowing into the
상기 제 4 배관(45)은 상기 브릿지 열교환기(300)의 제 1 혼합냉매출구에서 상기 레큐퍼레이터(30)의 회수입구포트로 연장될 수 있다. The
상술한 바와 같이, 상기 제 4 배관(45)으로 유입된 냉매 중 일부는 액상 상태를 유지하기 때문에 상기 제 2 배관(25)을 통해 레큐퍼레이터(30)로 유입된 냉매 보다 온도가 낮다. 따라서, 상기 제 4 배관(45)을 통해 상기 레큐퍼레이터(30)로 유입된 냉매는 상기 제 2 배관(25)을 통해 상기 레큐퍼레이터(30)로 유입된 냉매와 열 교환하면서 증발할 수 있다. 일례로, 상기 브릿지 열교환기(300)에서 증발되지 않은 1차 저온냉매는, 상기 레큐퍼레이터(30)에서 열 교환되어 증발할 수 있다.As described above, some of the refrigerant flowing into the
결국, 상기 제 4 배관(45)을 통해 상기 레큐퍼레이터(30)로 유입된 1차 혼합냉매는, 기상 상태로 제 5 배관(55)으로 토출?? 상기 제 1 압축기(10)로 회수될 수 있다. 일례로, 상기 제 5 배관(55)은 상기 레큐퍼레이터(30)의 회수출구포트에서 제 1 압축기(10)까지 연장될 수 있다.In the end, the primary mixed refrigerant flowing into the recuperator (30) through the fourth pipe (45) is discharged to the fifth pipe (55) in a gaseous state?? It can be recovered to the
상기 2차 저온 사이클(SC)은, 제 2 혼합냉매가 순환하는 제 2 압축기(100), 상기 제 2 압축기에서 토출된 냉매가 응축되는 제 2 응축기(200), 상기 브릿지 열교환기(300)에서 토출된 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창밸브(400), 상기 제 2 팽창밸브(400)를 통과한 냉매를 다수의 채널 사이클을 순환하는 쿨런트와 열 교환하도록 직렬 연결되는 다수의 증발기(500,600,700)를 포함할 수 있다. The second low temperature cycle (SC) is performed in a
상기 제 2 압축기(100)는 상술한 제 2 혼합냉매를 압축시킬 수 있다. 상기 제 2 압축기(100)에서 압축된 냉매는 제 1 안내배관(110)을 통해 상기 제 2 응축기(200)로 유입될 수 있다. 상기 제 2 압축기에서 압축된 냉매는 상대적으로 고온, 고압의 기상 상태일 수 있다.The
상기 제 1 안내배관(110)은 상기 제 2 압축기(100)의 토출측으로부터 상기 제 2 응축기(200)의 냉매입구로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 안내배관(110)을 통해 제 2 응축기로 유입된 냉매는, 상기 제 2 응축기(200)에서 2차 냉각배관(6)을 통해 유입된 유체와 열 교환되어 응축할 수 있다. The
여기서, 2차 냉각배관(6)을 순환하는 유체는 냉각수, 상온냉매 또는 상대적으로 비등점이 2차 혼합냉매보다 높은 혼합냉매 일 수 있다. 일례로, 상기 2차 냉각배관(6)은 상술한 상온냉매가 순환하는 냉동 사이클의 증발 영역일 수도 있다. Here, the fluid circulating in the
상기 제 2 응축기(200)에서, 상기 제 2 혼합냉매 중 1차 저온냉매는, 상기 2차 냉각배관(6)을 순환하는 유체의 증발온도 구간에서 응축될 수 있다. 즉, 상기 제 2 혼합냉매 중 1차 저온냉매는, 제 2 응축기(200)를 통과하면서 액상으로 될 수 있다. 이때, 상기 제 2 혼합냉매 중 2차 저온냉매는 상기 제 2 응축기(200)를 통과하여도 기상 상태(기상)를 유지할 수 있다. In the
상기 액상 상태의 1차 저온냉매와 상기 기상 상태의 2차 저온냉매는, 상기 제 2 응축기(200)에서 상기 브릿지 열교환기(300)로 연장되는 제 2 안내배관(210)으로 유입되어 유동할 수 있다. 일례로, 상기 제 2 안내배관(210)은 상기 제 2 응축기(200)의 냉매출구(미도시)로부터 상기 브릿지 열교환기(300)의 제 2 혼합냉매입구(미도시)로 연장될 수 있다. The primary low-temperature refrigerant in the liquid state and the secondary low-temperature refrigerant in the gaseous state may flow into the
상기 브릿지 열교환기(300)로 유입된 2차 혼합냉매는, 상술한 바와 같이 1차 저온 사이클(SC)의 제 1 혼합냉매와 열 교환하여 응축될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 혼합냉매 중 2차 저온냉매는, 상기 브릿지 열교환기(300)에서 액상으로 응축될 수 있다. The secondary mixed refrigerant flowing into the
상기 브릿지 열교환기(300)에서 응축된 제 2 혼합냉매는, 제 2 팽창밸브(400)가 설치된 제 3 안내배관(310)으로 유입될 수 있다. 일례로, 상기 제 3 안내배관(310)은 상기 브릿지 열교환기(300)의 2차 혼합냉매출구(미도시)로부터 다수의 증발기(500,600,700) 중 첫 번째 증발기(500)의 입구포트까지 연장될 수 있다. The second mixed refrigerant condensed in the
상기 제 2 팽창밸브(400)는 상기 제 3 안내배관(310)상에 설치되어 상기 2차 혼합냉매를 팽창시킬 수 있다. 일례로, 상기 제 2 팽창밸브(400)는 전자팽창밸브(EEV)를 포함할 수 있다. The
상기 다수의 증발기(500,600,700)는 상기 제 2 팽창밸브(400)를 통과한 2차 혼합냉매가 직렬적으로 또는 순차적으로 통과하도록 형성될 수 있다.The plurality of evaporators (500, 600, and 700) may be formed so that the secondary mixed refrigerant that has passed through the second expansion valve (400) passes serially or sequentially.
즉, 직렬로 연결된 다수의 증발기(500,600,700)는, 반도체 공정용 설비 및/또는 개별적인 반도체 공정(이하 채널부)에서 필요한 쿨런트가 병렬적으로 통과하며 열교환 되도록 형성할 수 있다. 여기서, 상기 쿨런트는 브라인(brine)을 포함할 수 있다. That is, the plurality of
상세히, 다수의 증발기(500,600,700)는 상기 제 3 안내배관(310)이 냉매입구에 결합되어 팽창된 2차 혼합냉매를 유입하여 어느 한 채널 사이클(1000)의 쿨런트와 열 교환하는 제 1 증발기(500), 상기 제 1 증발기(500)와 직렬 연결되고 상기 제 1 증발기(500)에서 토출된 2차 혼합냉매를 유입하여 다른 한 채널 사이클(2000)의 쿨런트와 열 교환하는 제 2 증발기(600) 및 상기 제 2 증발기(600)와 직렬 연결되고 상기 제 2 증발기(600)에서 토출된 2차 혼합냉매를 유입하여 또 다른 한 채널 사이클(3000)의 쿨런트와 열 교환하는 제 3 증발기(700)를 포함할 수 있다. In detail, the plurality of evaporators (500, 600, 700) are a first evaporator (310), which is coupled to the refrigerant inlet and introduces the expanded secondary mixed refrigerant to exchange heat with the coolant of one channel cycle (1000). 500), a second evaporator (600) connected in series with the first evaporator (500) and introducing the secondary mixed refrigerant discharged from the first evaporator (500) to exchange heat with the coolant of another channel cycle (2000) ) and a third evaporator (700) connected in series with the second evaporator (600) and introducing the secondary mixed refrigerant discharged from the second evaporator (600) to exchange heat with the coolant of another one channel cycle (3000). ) may include.
이에 의하면, 2차 혼합냉매는 제 1 내지 제 3 증발기(500,600,700)를 통과하면서 온도가 변화하며 증발하게 되는데, 요구되는 온도 특성이 서로 다른 다수의 채널 사이클이 상기 2차 혼합냉매의 증발과정에서 변화하는 온도와 순차적으로 매칭되도록 각각의 최저온도구간에 맞춘 증발기(500,600,700)와 연결될 수 있다. According to this, the secondary mixed refrigerant evaporates as its temperature changes as it passes through the first to third evaporators (500, 600, and 700), and a plurality of channel cycles with different required temperature characteristics change during the evaporation process of the secondary mixed refrigerant. It can be connected to an evaporator (500, 600, 700) tailored to each lowest temperature section to sequentially match the temperature.
따라서, 직렬 연결되는 증발기(500,600,700)를 통과하는 2차 혼합냉매의 온도 변화를 활용 하여 각각의 채널 사이클을 순환하는 쿨런트와 열 교환을 함으로써, 채널 사이클 별 쿨런트 냉각을 위한 별개의 독립적인 냉각 사이클을 추가할 필요가 없으며, 반도체 공정의 냉각 시스템 크기를 최소화할 수 있고, 효율성을 극대화 시킬 수 있다. Therefore, by utilizing the temperature change of the secondary mixed refrigerant passing through the evaporators (500, 600, 700) connected in series to exchange heat with the coolant circulating in each channel cycle, separate and independent cooling for coolant cooling for each channel cycle is achieved. There is no need to add cycles, the size of the cooling system in the semiconductor process can be minimized, and efficiency can be maximized.
더하여, 상기 2차 저온 사이클(SC)은 상기 제 1 증발기(500)와 상기 제 2 증발기(600)를 직렬 연결하는 제 1 연결배관(550) 및 상기 제 2 증발기(600)와 상기 제 3 증발기(700)를 직렬 연결하는 제 2 연결배관(650)을 더 포함할 수 있다. In addition, the second low temperature cycle (SC) is a
상기 제 1 연결배관(550)은 상기 제 1 증발기(500)의 냉매출구에서 상기 제 2 증발기(600)의 냉매입구까지 연장될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 증발기(500)를 통과한 냉매는 상기 제 2 증발기(600)로 도입되어 다른 한 채널 사이클(2000)의 쿨런트와 열 교환할 수 있다. The
상기 제 2 연결배관(650)은 상기 제 2 증발기(600)의 냉매출구에서 상기 제 3 증발기(700)의 냉매입구까지 연장될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 증발기(600)를 통과한 냉매는 상기 제 3 증발기로 도입되어 또 다른 한 채널 사이클(3000)의 쿨런트와 열 교환할 수 있다. The
한편, 상기 다수의 증발기(500,600,700)를 통과하여 증발된 2차 혼합냉매는, 제 4 안내배관(750)으로 유입될 수 있다. Meanwhile, the secondary mixed refrigerant evaporated after passing through the plurality of evaporators (500, 600, and 700) may flow into the fourth guide pipe (750).
상기 제 4 안내배관(750)은 상기 증발기(500,600,700)를 통과한 2차 혼합냉매가 상기 제 2 압축기(100)로 회수되도록 마지막 증발기(700)의 출구포트로부터 제 2 압축기(100)까지 연장될 수 있다. 일례로, 상기 제 4 안내배관(750)은 상기 제 3 증발기(700)의 출구포트로부터 제 2 압축기(100)의 흡입포트까지 연장될 수 있다. 따라서, 마지막 증발기(700)를 통과한 2차 혼합냉매는 증발된 상태에서 상기 제 2 압축기(100)로 회수 될 수 있다. The
더하여, 상기 2차 압축기(100)로 회수되는 2차 혼합냉매는 상기 다수의 증발기를 통과하면서 과열상태로 흡입될 수 있다. (도 3 참조) In addition, the secondary mixed refrigerant recovered from the
상기 극저온 냉각 시스템은, 상기 2차 저온 사이클(SC)에서 직렬적으로 연결되는 다수의 증발기(500,600,700)에 대응되도록 형성되어 상기 각각의 증발기(500,600,700) 마다 순환하는 쿨런트가 열 교환하는 다수의 채널사이클을 더 포함할 수 있다. The cryogenic cooling system is formed to correspond to a plurality of evaporators (500, 600, 700) connected in series in the secondary cold cycle (SC), and has a plurality of channels through which coolant circulating in each evaporator (500, 600, 700) exchanges heat. Additional cycles may be included.
상기 다수의 채널사이클은 각각 작동을 요구하는 서로 다른 최저온도를 가질 수 있다. 그리고 상기 다수의 채널사이클 중 가장 낮은 최저온도를 가지는 채널사이클은 상기 2차 저온 사이클(SC)의 첫번째 증발기(500)와 일대일 연결되어 열 교환 될 수 있다. 그리고 상기 다수의 채널사이클 중 가장 높은 최저온도를 가지는 채널사이클은 상기 2차 저온 사이클(SC)의 마지막 증발기(700)와 일대일 연결되어 열 교환 될 수 있다. Each of the multiple channel cycles may have a different minimum temperature required for operation. And, among the plurality of channel cycles, the channel cycle with the lowest minimum temperature may be connected one-to-one with the
또한, 상기 다수의 채널사이클은 상기 직렬 연결되는 증발기(500,600,700)의 수에 일대일 대응 연결되도록 구비될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 채널사이클은 3개의 직렬 연결된 증발기(500,600,700) 마다 대응 형성되는 3개의 채널사이클을 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Additionally, the plurality of channel cycles may be connected in a one-to-one correspondence with the number of evaporators (500, 600, 700) connected in series. Meanwhile, the channel cycle according to the embodiment of the present invention describes three channel cycles correspondingly formed for each of the three series-connected evaporators (500, 600, and 700), but is not limited thereto.
본 발명의 실시예에 따른 채널사이클은, 반도체 공정 상의 개별적인 공정이 수행되는 채널부(1000,2000,3000), 상기 증발기(500,600,700)를 통과한 쿨런트를 상기 채널부(1000,2000,3000)로 유입되도록 상기 증발기(500,600,700)의 쿨런트 출구로부터 상기 채널부(1000,2000,3000)의 입구까지 연장되는 도입관(1400,2400,3400), 상기 채널부를 순환하는 쿨런트가 저장되는 저장탱크(1100,2100,3100), 상기 채널부의 출구로부터 상기 저장탱크로 연장되어 쿨런트를 회수하는 회수관, 상기 쿨런트를 순환시키기 위한 펌프(1200,2200,3200), 상기 저장탱크에서 배출된 쿨런트를 상기 펌프로 안내하는 탱크 배출관(1150,2150,3150), 상기 펌프로부터 배출된 쿨런트를 안내하는 펌프 배출관(1250,2250,3250), 상기 펌프 배출관과 결합되어 상기 펌프 배출관으로부터 유입되는 쿨런트의 유동 방향을 제어하는 채널밸브(1300,2300,3300), 상기 채널밸브의 일측 출구단으로부터 상기 증발기(500,600,700)의 쿨런트 입구로 연장되어 쿨런트를 증발기로 안내하는 채널 분지관(1350,2350,3350) 및 상기 채널밸브의 타측 출구단으로부터 상기 도입관(1400,2400,3400)의 일 지점으로 곧장 연장되는 채널 합지관(1360,2360,3360)을 포함할 수 있다.The channel cycle according to an embodiment of the present invention transfers the coolant that has passed through the channel parts (1000, 2000, 3000), where individual processes in the semiconductor process are performed, and the evaporators (500, 600, 700) to the channel parts (1000, 2000, 3000). Introducing pipes (1400, 2400, 3400) extending from the coolant outlet of the evaporator (500, 600, 700) to the inlet of the channel section (1000, 2000, 3000) so that the coolant flowing through the channel section is stored, and a storage tank in which the coolant circulating in the channel section is stored. (1100, 2100, 3100), a recovery pipe extending from the outlet of the channel unit to the storage tank to recover the coolant, a pump (1200, 2200, 3200) for circulating the coolant, and a coolant discharged from the storage tank. A tank discharge pipe (1150, 2150, 3150) that guides the coolant discharged from the pump, a pump discharge pipe (1250, 2250, 3250) that guides the coolant discharged from the pump, and a coolant that is coupled to the pump discharge pipe and flows in from the pump discharge pipe. Channel valves (1300, 2300, 3300) that control the flow direction of the coolant, and a channel branch pipe (1350) that extends from one outlet end of the channel valve to the coolant inlet of the evaporator (500, 600, 700) and guides the coolant to the evaporator. 2350, 3350) and a channel combination pipe (1360, 2360, 3360) extending straight from the other outlet end of the channel valve to a point of the introduction pipe (1400, 2400, 3400).
상기 채널부(1000,2000,3000)는 다수로 제공될 수 있고, 상기 다수의 채널부 즉, 다수의 채널사이클은 상기 2차 저온 사이클(SC)과 병렬적으로 연결될 수 있다. The
상세히, 상기 직렬 연결된 다수의 증발기(500,600,700) 중 어느 하나는 상기 다수의 채널부 중 어느 하나를 순환하는 쿨런트와 열 교환되도록 형성될 수 있다.In detail, any one of the plurality of evaporators (500, 600, and 700) connected in series may be configured to exchange heat with the coolant circulating in one of the plurality of channel parts.
상기 채널밸브(1300,2300,3300)는 삼방(3-Way) 밸브로 구비될 수 있다. The
상기 저장탱크(1100,2100,3100)는 쿨러트를 가열할 수 있는 히터를 포함할 수 있다. The
한편, 상기 채널밸브(1300,2300,3300) 및 상기 히터는, 상기 채널부(1000,2000,3000) 마다 설정된 작동 최저온도와 최고온도의 범위 내에서 요구되는 특정 온도로 쿨런트를 제어하도록 동작할 수 있다.Meanwhile, the channel valves (1300, 2300, 3300) and the heater operate to control the coolant to a specific temperature required within the range of the lowest and highest operating temperatures set for each channel unit (1000, 2000, 3000). can do.
상기 채널분지관(1350,2350,3350)을 통해 각각의 증발기(500,600,700)로 각각 유입된 쿨런트는, 제 2 팽창밸브(400)를 통과하여 증발기(500,600,700)를 직렬적으로 통과하는 2차 혼합냉매에 열을 방출하여 냉각될 수 있다. The coolant flowing into each of the evaporators (500, 600, and 700) through the channel branch pipes (1350, 2350, and 3350) is a secondary mixed refrigerant that passes through the second expansion valve (400) and serially passes through the evaporators (500, 600, and 700). It can be cooled by dissipating heat.
그리고 상기 2차 혼합냉매와 열 교환을 통해 냉각된 쿨런트는 상기 도입관(1400,2400,3400)으로 토출되어 다시 각각의 채널부(1000,2000,3000)로 회수될 수 있다. And the coolant cooled through heat exchange with the secondary mixed refrigerant can be discharged to the introduction pipes (1400, 2400, and 3400) and returned to each channel portion (1000, 2000, and 3000).
상기 채널부(1000,2000,3000)는, 제 1 증발기(500)와 열 교환 가능한 쿨런트가 순환하는 제 1 채널부(1000), 제 2 증발기(600)와 열 교환 가능한 쿨런트가 순환하는 제 2 채널부(2000), 제 3 증발기(700)와 열 교환 가능한 쿨런트가 순환하는 제 3 채널부(3000)를 포함할 수 있다. The
따라서, 상기 제 1 채널부(1000)로 도입 및 회수되는 쿨런트가 순환하는 채널사이클은, 제 1 저장탱크(1100), 제 1 증발기(500)로부터 제 1 채널부(1000)로 쿨런트를 가이드하는 제 1 도입관(1400), 제 1 회수관, 제 1 탱크 배출관(1150), 제 1 펌프(1200), 제 1 펌프 배출관(1250), 제 1 채널밸브(1300), 상기 제 1 증발기(500)로 쿨런트를 가이드하는 제 1 채널 분지관(1350) 및 제 1 채널 합지관(1360) 을 포함할 수 있다.Therefore, the channel cycle in which the coolant introduced and recovered from the
일례로, 상기 제 1 채널부(1000)의 작동 요구온도의 최저온도는 -90도(°C)이고, 최고온도는 50도(°C)로 설정될 수 있다. 그리고 상기 제 1 채널부(1000)에서 상황 별 요구되는 특정온도는 제 1 저장탕크(1100)에 구비된 히터 및/또는 제 1 채널밸브(1300)의 개도 제어를 통해 조절할 수 있다. For example, the minimum required operating temperature of the
즉, 상기 제 1 채널밸브(1300)의 개도 제어를 통해, 제 1 채널부(1000)를 순환하는 쿨런트가 제 1 채널 분지관(1350)과 제 1 채널 합지관(1360)을 분기하여 또는 선택적으로 유동되도록 할 수 있다. That is, through control of the opening degree of the
상기 제 1 채널 분지관(1350)으로 유동하는 쿨런트는 제 1 증발기(500)의 2차 혼합냉매와 열 교환할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 채널부(1000)의 작동 요구온도에 대응하기 위해, 상기 제 1 증발기(500)의 냉매입구로 유입되는 2차 혼합냉매의 온도는 -100도(°C)로 형성될 수 있다. 이때, 제 2 팽창밸브(400)를 통과하기 전 2차 혼합냉매의 온도는 -60도(°C )로 설정될 수 있다. The coolant flowing through the first
또한, 상기 제 1 증발기(500)의 냉매출구로 토출되는 2차 혼합냉매의 온도는 -75도(°C)로 형성되도록 할 수 있다, 여기서, 제 1 증발기(500)의 출구 온도는 제 2 채널부(2000)의 작동 요구온도를 고려하여 조절될 수 있다. In addition, the temperature of the secondary mixed refrigerant discharged from the refrigerant outlet of the
마찬가지로, 상기 제 2 채널부(2000)로 도입 및 회수되는 쿨런트가 순환하는 채널사이클은, 제 2 저장탱크(2100), 제 2 증발기(600)로부터 제 2 채널부(2000)로 쿨런트를 가이드하는 제 2 도입관(2400), 제 2 회수관, 제 2 탱크 배출관(2150), 제 2 펌프(2200), 제 2 펌프 배출관(2250), 제 2 채널밸브(2300), 상기 제 2 증발기(600)로 쿨런트를 가이드하는 제 2 채널 분지관(2350) 및 제 2 채널 합지관(2360) 을 포함할 수 있다.Likewise, the channel cycle in which the coolant introduced and recovered from the
일례로, 상기 제 2 채널부(2000)의 작동 요구온도의 최저온도는 -60도(°C)이고, 최고온도는 50도(°C)로 설정될 수 있다. 그리고 상기 제 2 채널부(2000)에서 상황 별 요구되는 특정온도는 제 2 저장탕크(2100)에 구비된 히터 및/또는 제 2 채널밸브(2300)의 개도 제어를 통해 조절할 수 있다. For example, the minimum required operating temperature of the
상기 제 2 채널 분지관(2350)으로 유동하는 쿨런트는 제 2 증발기(600)의 2차 혼합냉매와 열 교환할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 채널부(2000)의 작동 요구온도에 대응하기 위해, 상기 제 2 증발기(600)의 냉매입구로 유입되는 2차 혼합냉매의 온도는 상기 제 1 증발기(500)의 냉매출구 온도와 동일하게 -75도(°C)로 형성될 수 있고, 상기 제 2 증발기(600)의 냉매출구로 토출되는 2차 혼합냉매의 온도는 -50도(°C)로 형성되도록 할 수 있다, 여기서, 제 2 증발기(600)의 출구 온도는 제 3 채널부(3000)의 작동 요구온도를 고려하여 조절될 수 있다. The coolant flowing into the second
마찬가지로, 상기 제 3 채널부(3000)로 도입 및 회수되는 쿨런트가 순환하는 채널사이클은, 제 3 저장탱크(3100), 제 3 증발기(700)로부터 제 3 채널부(3000)로 쿨런트를 가이드하는 제 3 도입관(3400), 제 3 회수관, 제 3 탱크 배출관(3150), 제 3 펌프(3200), 제 3 펌프 배출관(3250), 제 3 채널밸브(3300), 상기 제 3 증발기(500)로 쿨런트를 가이드하는 제 3 채널 분지관(3350) 및 제 3 채널 합지관(3360) 을 포함할 수 있다.Likewise, the channel cycle in which the coolant introduced and recovered from the
일례로, 상기 제 3 채널부(3000)의 작동 요구온도의 최저온도는 -40도(°C)이고, 최고온도는 50도(°C)로 설정될 수 있다. 그리고 상기 제 3 채널부(3000)에서 상황 별 요구되는 특정온도는 제 3 저장탱크(3100)에 구비된 히터 및/또는 제 3 채널밸브(3300)의 개도 제어를 통해 조절할 수 있다. For example, the minimum required operating temperature of the
상기 제 3 채널 분지관(3350)으로 유동하는 쿨런트는 제 3 증발기(700)의 2차 혼합냉매와 열 교환할 수 있다. 여기서, 상기 제 3 채널부(3000)의 작동 요구온도에 대응하기 위해, 상기 제 3 증발기(700)의 냉매입구로 유입되는 2차 혼합냉매의 온도는 상기 제 2 증발기(600)의 냉매출구 온도와 동일하게 -50도(°C)로 형성될 수 있고, 상기 제 3 증발기(700)의 냉매출구로 토출되는 2차 혼합냉매의 온도는 -25도(°C)로 형성되도록 할 수 있다, The coolant flowing through the third
이때, 제 2 압축기(100)로 과열되어 흡입되는 2차 혼합냉매의 온도는 -25도(°C) 로 설정될 수 있다. At this time, the temperature of the secondary mixed refrigerant that is overheated and sucked into the
한편, 다수의 채널부(1000,2000,3000) 마다 순환되는 쿨런트(coolant)는, HFE 7200을 포함할 수 있다. 상기 HFE 7200은 끓는점이 약 76도씨(°C)이다. 따라서, 상술한 제 1 내지 제 3 채널부(1000,2000,3000)에서 최대 요구온도를 50도씨(°C)로 제한할 수 있고, 상기 제한된 최대 요구온도를 기준으로 설명될 수 있다. Meanwhile, coolant circulated through each of the plurality of
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 2차 저온사이클(SC)에 대한 P-h선도를 보여주는 도면이다. Figure 3 is a diagram showing a P-h diagram for the second low temperature cycle (SC) of the cooling system according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 1차 저온 사이클(FC)에서 1차 혼합냉매와 브릿지 열교환기(300)를 통해 열 교환된 후, 제 1 내지 제 3 증발기(500,600,700)를 순차적으로 통과하며 제 2 압축기(100)로 회수되는 2차 혼합냉매의 사이클을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, in the first low temperature cycle (FC), heat is exchanged with the first mixed refrigerant through the
상세히, 제 2 압축기(100)에서 압축(S100)된 2차 혼합냉매는, 제 2 응축기(200)에서 1차적으로 응축(S200)되고, 브릿지 열교환기(300)에서 1차 혼합냉매와 열 교환을 함으로서 극저온 상태까지 2차적으로 응축(S300)될 수 있다. 일례로, 상기 브릿지 열교환기(300)를 통과한 2차 혼합 냉매는 약 -60 ~ -80도 사이까지 응축될 수 있다. In detail, the secondary mixed refrigerant compressed (S100) in the second compressor (100) is primarily condensed (S200) in the second condenser (200) and exchanges heat with the primary mixed refrigerant in the bridge heat exchanger (300). By doing so, it can be secondaryly condensed to a cryogenic state (S300). For example, the secondary mixed refrigerant that has passed through the
그리고 상기 제 2 팽창밸브(400)에 의해 팽창되는 2차 혼합냉매는, 약 -100도 까지 냉각되어 극저온을 형성할 수 있다. And the secondary mixed refrigerant expanded by the
그리고 상기 극저온까지 팽창된 2차 혼합냉매는, 상기 제 1 내지 제 3 증발기(500,600,700)를 차례로 통과하면서 증발되고 제 2 압축기(100)로 회수될 수 있다. And the secondary mixed refrigerant expanded to the cryogenic temperature may be evaporated while sequentially passing through the first to third evaporators (500, 600, and 700) and recovered to the second compressor (100).
여기서, 제 1 증발기(500)에서 제 1 채널부(1000)와 열 교환(S500)을 통해 제 1 채널부의 쿨런트를 냉각시키고, 상기 제 1 채널부(1000) 보단 높은 작동 요구온도를 가지는 제 2 채널부(2000)와는 제 2 증발기(600)를 통해 열 교환(S600)하여 제 2 채널부의 쿨런트를 냉각시키고, 상기 제 2 채널부(2000) 보단 높은 작동 요구온도를 가지는 제 3 채널부(3000)와는 제 3 증발기(700)를 통해 열 교환(S700)하여 제 3 채널부의 쿨런트를 냉각시킬 수 있다.Here, the coolant of the first channel part is cooled through heat exchange (S500) with the
10: 제 1 압축기 20: 제 1 응축기
30: 레큐퍼레이터 40: 제 1 팽창밸브
100: 제 2 압축기 200: 제 2 응축기
300: 브릿지 열교환기 400: 제 2 팽창밸브
500: 제 1 증발기 600: 제 2 증발기
700: 제 3 증발기 10: first compressor 20: first condenser
30: Recuperator 40: First expansion valve
100: second compressor 200: second condenser
300: Bridge heat exchanger 400: Second expansion valve
500: first evaporator 600: second evaporator
700: Third evaporator
Claims (15)
제 2 혼합냉매가 순환하는 2차 저온 사이클;
상기 1차 저온 사이클의 제 1 혼합냉매와 상기 2차 저온 사이클의 제 2 혼합냉매가 열 교환되도록 형성하는 브릿지 열교환기; 및
상기 2차 저온 사이클에 병렬적으로 연결되며, 각각 작동을 요구하는 서로 다른 최저온도를 가지는 다수의 채널부를 포함하며,
상기 2차 저온 사이클은 직렬 연결되어 상기 2차 혼합냉매가 순차적으로 통과하는 다수의 증발기를 포함하고,
상기 다수의 채널부 각각은, 상기 다수의 증발기 중 어느 하나와 열 교환되도록 일대일 연결되며,
상기 2차 혼합냉매와 상기 다수의 채널부 각각을 순환하는 쿨런트는 상기 일대일 연결된 증발기에서 열 교환하며,
상기 직렬 연결된 증발기 중 첫번째 증발기는, 상기 다수의 채널부 중 가장 낮은 최저온도를 가지는 채널부와 연결되는 극저온 냉각 시스템.
A first low-temperature cycle in which the first mixed refrigerant circulates;
A second low-temperature cycle in which a second mixed refrigerant circulates;
a bridge heat exchanger configured to exchange heat between the first mixed refrigerant of the first low-temperature cycle and the second mixed refrigerant of the second low-temperature cycle; and
connected in parallel to the secondary low temperature cycle, comprising a plurality of channel sections each having a different minimum temperature required for operation;
The secondary low-temperature cycle includes a plurality of evaporators connected in series through which the secondary mixed refrigerant sequentially passes,
Each of the plurality of channel units is connected one to one to exchange heat with one of the plurality of evaporators,
The secondary mixed refrigerant and the coolant circulating through each of the plurality of channel parts exchange heat in the one-to-one connected evaporator,
A cryogenic cooling system in which the first evaporator among the series-connected evaporators is connected to the channel portion having the lowest minimum temperature among the plurality of channel portions.
상기 직렬 연결된 증발기 중 마지막 증발기는, 상기 다수의 채널부 중 가장 높은 최저온도를 가지는 채널부와 열 교환 가능하게 연결되는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 1,
A cryogenic cooling system in which the last evaporator among the series-connected evaporators is connected to enable heat exchange with the channel portion having the highest minimum temperature among the plurality of channel portions.
상기 다수의 채널부는,
상기 다수의 증발기를 순차적으로 통과하면서 변화되는 2차 혼합냉매의 증발 온도가 상기 다수의 채널부 각각의 작동 요구 최저온도와 매칭되도록, 상기 다수의 증발기에 일대일 연결되는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 2,
The plurality of channel units,
A cryogenic cooling system connected one-to-one to the plurality of evaporators so that the evaporation temperature of the secondary mixed refrigerant, which changes as it sequentially passes through the plurality of evaporators, matches the minimum temperature required for operation of each of the plurality of channel parts.
상기 브릿지 열교환기는, 열 교환을 통해 상기 제 1 혼합냉매의 적어도 일부가 증발되고 상기 제 2 혼합냉매의 적어도 일부가 응축되는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 3,
The bridge heat exchanger is a cryogenic cooling system in which at least a portion of the first mixed refrigerant is evaporated and at least a portion of the second mixed refrigerant is condensed through heat exchange.
상기 1차 저온 사이클은,
상기 제 1 혼합냉매가 순환하는 제 1 압축기;
상기 제 1 압축기에서 토출된 제 1 혼합냉매가 응축되는 제 1 응축기;
상기 제 1 응축기에서 토출된 제 1 혼합냉매와 상기 브릿지 열교환기에서 토출된 제 1 혼합냉매가 열 교환되도록 형성되는 레큐퍼레이터; 및
상기 레큐퍼레이터에서 토출되어 상기 브릿지 열교환기로 도입되는 냉매를 팽창시키기 위해 상기 브릿지 열교환기와 상기 레큐퍼레이터 사이에 설치되는 제 1 팽창밸브를 포함하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 3,
The first low temperature cycle is,
a first compressor through which the first mixed refrigerant circulates;
a first condenser in which the first mixed refrigerant discharged from the first compressor is condensed;
a recuperator configured to exchange heat between the first mixed refrigerant discharged from the first condenser and the first mixed refrigerant discharged from the bridge heat exchanger; and
A cryogenic cooling system comprising a first expansion valve installed between the bridge heat exchanger and the recuperator to expand the refrigerant discharged from the recuperator and introduced into the bridge heat exchanger.
상기 제 1 응축기로 유입된 1차 혼합냉매는, 냉각수 또는 상온냉매가 순환하는 1차 냉각배관을 통해 열 교환되며,
상기 1차 냉각배관에 상온냉매가 순환하는 경우, 상기 1차 냉각배관은 상기 상온냉매의 냉동 사이클의 증발 영역인, 극저온 냉각 시스템.
According to claim 5,
The primary mixed refrigerant flowing into the first condenser exchanges heat through the primary cooling pipe through which cooling water or room temperature refrigerant circulates,
When room temperature refrigerant circulates in the primary cooling pipe, the primary cooling pipe is an evaporation area of the refrigeration cycle of the room temperature refrigerant.
상기 2차 저온 사이클은,
상기 제 2 혼합냉매가 순환하는 제 2 압축기;
상기 제 2 압축기에서 토출된 냉매가 응축되는 제 2 응축기; 및
상기 브릿지 열교환기에서 토출된 냉매를 팽창시키며, 상기 직렬 연결된 다수의 증발기 중 첫번째 증발기와 상기 브릿지 열교환기 사이에 설치되어 상기 2차 혼합냉매를 팽창시키는 제 2 팽창밸브를 더 포함하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 5,
The second low temperature cycle is,
a second compressor through which the second mixed refrigerant circulates;
a second condenser in which the refrigerant discharged from the second compressor is condensed; and
A cryogenic cooling system further comprising a second expansion valve that expands the refrigerant discharged from the bridge heat exchanger and is installed between the first evaporator of the plurality of series-connected evaporators and the bridge heat exchanger to expand the secondary mixed refrigerant.
상기 브릿지 열교환기는,
상기 제 2 응축기를 통과한 2차 혼합냉매와 상기 제 1 팽창밸브를 통과한 1차 혼합냉매가 열 교환되도록 형성하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 7,
The bridge heat exchanger,
A cryogenic cooling system configured to exchange heat between the secondary mixed refrigerant that passed through the second condenser and the primary mixed refrigerant that passed through the first expansion valve.
상기 제 2 응축기로 유입된 2차 혼합냉매는, 냉각수, 상온냉매 또는 상대적으로 비등점이 2차 혼합냉매보다 높은 혼합냉매가 순환하는 냉각배관을 통해 열 교환되는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 7,
The secondary mixed refrigerant flowing into the second condenser is a cryogenic cooling system in which heat is exchanged through cooling pipes through which coolant, room temperature refrigerant, or a mixed refrigerant with a relatively higher boiling point than the secondary mixed refrigerant circulates.
상기 다수의 증발기는 상기 제 2 팽창밸브를 통과한 2차 혼합냉매를 유입하여 어느 한 채널부의 쿨런트와 열 교환하는 제 1 증발기;
상기 제 1 증발기와 직렬 연결되고 상기 제 1 증발기에서 토출된 2차 혼합냉매를 유입하여 다른 한 채널부의 쿨런트와 열 교환하는 제 2 증발기; 및
상기 제 2 증발기와 직렬 연결되고 상기 제 2 증발기에서 토출된 2차 혼합냉매를 유입하여 또 다른 한 채널부의 쿨런트와 열 교환하는 제 3 증발기를 포함하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 7,
The plurality of evaporators include a first evaporator that introduces the secondary mixed refrigerant that has passed through the second expansion valve and exchanges heat with the coolant of one channel portion;
a second evaporator connected in series with the first evaporator and receiving the secondary mixed refrigerant discharged from the first evaporator to exchange heat with the coolant of the other channel; and
A cryogenic cooling system comprising a third evaporator connected in series with the second evaporator and receiving the secondary mixed refrigerant discharged from the second evaporator to exchange heat with the coolant of another channel.
상기 2차 저온 사이클은,
상기 제 1 증발기에서 상기 제 2 증발기로 연장되어 상기 2차 혼합냉매의 순차적 증발을 가이드하는 제 1 연결배관; 및
상기 제 2 증발기에서 상기 제 3 증발기로 연장되어 상기 2차 혼합냉매의 순차적 증발을 가이드하는 제 2 연결배관을 더 포함하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 10,
The second low temperature cycle is,
a first connection pipe extending from the first evaporator to the second evaporator to guide sequential evaporation of the secondary mixed refrigerant; and
A cryogenic cooling system further comprising a second connection pipe extending from the second evaporator to the third evaporator to guide sequential evaporation of the secondary mixed refrigerant.
상기 다수의 채널부는,
상기 제 1 증발기와 열 교환되는 제 1 채널부;
상기 제 1 채널부 보다 높은 최저온도를 가지며, 상기 제 2 증발기와 열 교환하는 제 2 채널부; 및
상기 제 2 채널부 보다 높은 최저온도를 가지며, 상기 제 3 증발기와 열 교환하는 제 3 채널부를 포함하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 10,
The plurality of channel units,
a first channel portion that exchanges heat with the first evaporator;
a second channel unit having a higher minimum temperature than the first channel unit and exchanging heat with the second evaporator; and
A cryogenic cooling system comprising a third channel unit having a higher minimum temperature than the second channel unit and exchanging heat with the third evaporator.
상기 제 1 채널부 내지 제 3 채널부는, 작동을 요구하는 최고온도가 동일한 온도로 설정되는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 12,
A cryogenic cooling system in which the first to third channel units are set to the same maximum temperature required for operation.
상기 다수의 채널부는, 각각,
증발기를 통과한 쿨런트를 유입하도록 상기 증발기의 쿨런트 출구로부터 채널부의 입구까지 연장되는 도입관;
상기 쿨런트가 저장되는 저장탱크;
상기 채널부의 출구로부터 상기 저장탱크로 연장되어 쿨런트를 회수하는 회수관;
상기 쿨런트를 순환시키기 위한 펌프;
상기 펌프로부터 배출된 쿨런트의 유동 방향을 제어하는 채널밸브;
상기 채널밸브의 일측 출구단으로부터 상기 증발기의 쿨런트 입구로 연장되는 채널 분지관; 및
상기 채널밸브의 타측 출구단으로부터 상기 도입관의 일 지점으로 곧장 연장되는 채널 합지관을 포함하는 극저온 냉각 시스템.
According to claim 1,
The plurality of channel units, respectively,
an inlet pipe extending from the coolant outlet of the evaporator to the inlet of the channel portion to introduce the coolant that has passed through the evaporator;
a storage tank in which the coolant is stored;
a recovery pipe extending from the outlet of the channel unit to the storage tank to recover coolant;
a pump for circulating the coolant;
A channel valve that controls the flow direction of coolant discharged from the pump;
a channel branch pipe extending from one outlet end of the channel valve to the coolant inlet of the evaporator; and
A cryogenic cooling system comprising a channel combination pipe extending straight from the other outlet end of the channel valve to a point of the introduction pipe.
상기 제 1 혼합 냉매 및 상기 제 2 혼합냉매는,
R116, R23 및 R508B 중 적어도 어느 하나의 1차 저온냉매; 및
R1150, R14 및 R50 중 적어도 어느 하나의 2차 저온 냉매를 포함하는 극저온 냉각 시스템.According to claim 1,
The first mixed refrigerant and the second mixed refrigerant,
At least one primary low-temperature refrigerant among R116, R23, and R508B; and
A cryogenic cooling system comprising at least one secondary low-temperature refrigerant among R1150, R14, and R50.
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---|---|---|---|
KR1020220082503A KR20240005425A (en) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | Cryogenic cooling system |
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KR101923433B1 (en) | 2018-09-19 | 2018-11-29 | (주)본씨앤아이 | Dual cooling system for semiconductor parts cooling |
KR20190125892A (en) | 2018-04-30 | 2019-11-07 | 유니셈(주) | Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor |
KR102153016B1 (en) | 2019-07-17 | 2020-09-07 | 주식회사 에프에스티 | Cryogenic chiller |
KR102341074B1 (en) | 2020-11-17 | 2021-12-20 | 주식회사 에프에스티 | Cryocooler |
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2022
- 2022-07-05 KR KR1020220082503A patent/KR20240005425A/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190125892A (en) | 2018-04-30 | 2019-11-07 | 유니셈(주) | Extremely low temperature chiller apparatus for semiconductor |
KR101923433B1 (en) | 2018-09-19 | 2018-11-29 | (주)본씨앤아이 | Dual cooling system for semiconductor parts cooling |
KR102153016B1 (en) | 2019-07-17 | 2020-09-07 | 주식회사 에프에스티 | Cryogenic chiller |
KR102341074B1 (en) | 2020-11-17 | 2021-12-20 | 주식회사 에프에스티 | Cryocooler |
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