[STEP 한국기술대학] 반도체 장비 시설 운영 Part 2. - (2) PCW 장치 / Process Cooling Water

반도체 장비 시설 운영 Part 2.
(2) PCW 장치

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PCW 장치 특징 및 구조

 

1. 냉동과 PCW의 개념

 

• 냉동(Refrigeration)

어떤 물체의 온도를 인위적으로 주위온도보다 낮게 유지시켜서 차갑게(Chilled) 하거나 얼리는 것(Freeze)

 

• 냉동기(Chiller)

 

• PCW(Process Cooling Water) 

PCW 장치는 공정 냉각수를 만들어 주는 냉동기의 한 종류

 

2. 냉동 사이클과 냉동기의 동작원리

 

1) 냉동 사이클(Cycle)

• 냉동 사이클을 이용하여 다양한 용도로 냉각 효과 활용

• 공조설비나 다양한 냉동기 장비들을 다룰 때 기본적으로 다루어짐 

냉동 사이클에 의해서 용도에 맞게 각 장비들의 내부 부품 구성 

냉동기 장비들의 내부 구성도 및 동작원리 확인 시 매우 중요한 성분

 

• 냉매가 압축(Compression) → 응축(Condensation) → 팽창 (Expansion) → 증발(Evaporation) 과정을 반복하는 것

 

• 냉매는 반복적으로 압력과 온도가 변화하면서 목표 주위를 차갑게 하거나 냉각시킴

 

• 냉매(Refrigerant) 

냉동장치의 냉동 사이클에 사용되는 증발하기 쉬운 액체 

저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체로 운반해 줌

 

• 냉동기용 냉매 

프레온 냉매(®), 암모니아, 아황산가스, 클로로메틸

 

① 압축(Compression)

• 저온·저압의 냉매기체를 응축이 잘 될 수 있도록 압축기를 이용하여 응축 압력시점까지 고온·고압의 형태로 압축

 

② 응축(Condensation)

• 고온·고압의 냉매기체가 응축기의 열교환기에서 외부의 공기 또는 물과 접촉,

열교환을 통해 자신의 열을 방출하고 외부 공기 또는 물의 찬 기운 을 흡수하여 액체화됨

 

③ 팽창(Expansion)

• 중온·고압의 냉매액체를 증발이 잘 될 수 있도록 압력을 감압하여 저온·저압의 냉매액체로 변화시킴

 

④ 증발(Evaporation)

• 저온·저압의 냉매액체가 증발기의 열교환기에서 목표공간(물질)로부터 열을 흡수하여

저온 상태로 기화하면서 냉각효과 발생

 

 

2) 냉동기의 동작원리

① 1단계

• 저온·저압의 냉매기체를 고온·고압으로 압축하여 응축기로 보냄

② 2단계

• 고온·고압의 기체냉매에 공기 또는 물을 접촉시켜서 액체화 하여 팽창 밸브로 보내는 동시에 발생된 냉매의 열은 외부로 방출

③ 3단계

• 응축기로부터 온 중온·고압의 액체냉매를 저온·저압의 액체로 감압시킴

④ 4단계

• 저온·저압의 액체냉매를 외부의 열을 흡입 또는 접촉하여 기화되면서 차가운 공기를 외부로 배출하여

  냉동 완료, 저온·저압으로 변한 기체냉 매는 다시 압축기로 보내져 고온·고압으로 됨

• 찬 공기가 공기 중으로 배출되면 냉방 또는 냉동 기능, 증발기가 물탱크 에 있으면 물을 냉각하는 기능을 함

 

3. 냉동기의 구조 및 기능 

 

1) 냉동기의 구조 – 공냉식 PCW 장치 구조

• 응축기(Condenser) • 팽창밸브(Exp. Valve) • 증발기(Evaporator) • 압축기(Compressor)

• 물탱크 • 펌프(Pump) • 제어반(Controller) • 팬 + 모터(Fan + Motor)

 

2) PCW 장치의 기능 흐름도

3) PCW 장치의 내부 구성도

• 공냉식 냉동기(Air Cooled Chiller)

반도체 설비에서 사용

 

• 수냉식 냉동기(Water Cooled Chiller)

건물이나 대형 설비에서 사용

 

4) PCW 장치의 세부 기능

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PCW 장치 운전 및 관리

 

1. PCW 장치 제어반 조작

• 자동제어 형태 

냉동기 본체에 붙어 있는 제어반(Controller) 조작을 통하여 운전, 정지, 다양한 환경 설정 가능

한 제품의 제어반에 익숙하면 다른 냉동기 제어 가능

 

1) 제어반 조작 메뉴

• LCD 화면

• 운전/정지 스위치

 누를 때마다 운전과 정지가 반복됨

• 부저/정지 스위치

 에러 발생시 발생하는 부저음을 정지시킴

• 이동 스위치

 설정값 또는 설정메뉴 이동

• 내림 스위치

설정값을 내림

• 설정 스위치

메인화면에서 설정화면으로 전환

• 올림 스위치

설정값을 올림

• 운전 LED

운전 중일 때 녹색 LED 켜짐

• 정지 LED

정지 중일 때 빨간 LED 켜짐

•  경보 LED

에러 발생 시 빨간 LED 점멸

 

2) 초기 화면

• 냉동기 초기 화면

정지 LED에 붉은색으로 표시됨

 

3) 정상 동작 화면

• 냉동기 정상 동작 화면

운전 LED에 녹색으로 표시됨

 

4) 정지 화면

냉동기 정지 화면: 응축기 팬과 급수 공급 밸브는 입력신호에 따라 정상 가동

 

2. PCW 장치 관리

1) 제어반 조작을 통한 관리

• 냉동기의 주요 설정 항목

① 설정온도

• 사용하고자 하는 냉수의 온도 설정

② 온도편차

• 사용하고자 하는 냉수의 온도의 일정한 편차를 유지하는 설정

• 설정온도가 10℃일 때 온도편차가 ±0.5℃이면 압축기는 10.5℃에서 작동하고 9.5℃에서 멈춤

 

③ 온도보정

• 현재 냉각수 표시 온도가 실제 낭각수 측정 온도와 편차가 생겼을 때 보정하는 설정

 

④ 상한온도

• 사용하고자 하는 냉수 온도가 현재 온도보다 현저히 높을 때 정지시키는 설정

 

⑤ 하한온도

• 사용하는 냉수 온도가 현재 온도보다 현저히 낮을 때 정지시키는 설정

 

⑥ 압축기 지연시간

• 압축기의 잦은 발동을 방지하기 위한 지연시간 설정

 

⑦ 트립시간

• 냉각기 모든 경보동작을 즉시 동작할지, 아니면 설정시간 이후 동작 할지에 대한 설정

 

⑧ 압축기 제어방식

• 압축기의 잦은 발동을 방지하기 위한 지연시간 설정

 

⑨ 전류보정

• 냉각기 전체 출력전류 값이 실제 값보다 높거나 낮을 때 보정해 주는 설정

⑩ 원격제어

• 외부에서 직접 스위치를 이용하여 냉각기까지 오지 않고 외부에서 운전, 정지할 수 있는 설정

(원격제어 시 별도의 제어 시스템 설치) (이동 스위치 9번 누름)

 

⑪ 밸브지연

• 설정된 시간만큼 기다렸다가 밸브를 동작시키는 설정 (이동 스위치 10번 누름)

 

⑫ 동파방지

• 외부에서 직접 스위치를 이용하여 냉각기까지 오지 않고 외부에서 운전, 정지할 수 있는 설정

(원격제어 시 별도의 제어 시스템 설치)(이동 스위치 11번 누름)

 

2) 경보 내용 및 조치사항 • 냉동기의 주요 경보 내용 및 조치사항

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