반도체 공정용 칠러의 동특성 시뮬레이션
Dynamic simulation of a chiller in the use of semiconductor fabrication process
- 주제(키워드) 도움말 chiller modeling , dynamic simulation , energy saving
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 정시영
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000054069
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
반도체 공정에 사용되는 칠러는 일반 칠러와 다르게 반도체 공정 특유의 냉각 사이클을 처리하고 있다. 반도체 공정의 냉각 사이클은 공정 장비에서 반도체를 제작하는 동안 발생한 열을 제거하는 냉각 과정과 웨이퍼를 교체하는 비냉각 과정으로 구성된다. 냉각 과정 동안 발생한 열을 제거하기 위해 칠러가 적절히 작동해야 하지만 비냉각 과정에서 요구 냉각 부하가 거의 없기 때문에 칠러의 냉각 능력이 감소되야 한다. 이러한 상황에서 칠러는 항상 정격 부하가 아닌 부분 부하를 처리해야 하는 경우가 훨씬 많다. 하지만 기존의 반도체 공정용 칠러의 압축기는 회전수를 변화시키는 것이 불가능하기 때문에 기존의 칠러가 소모하는 에너지는 항상 일정했다. 또한 칠러에서 소모하는 전력 에너지의 대부분은 압축기가 소모하기 때문에 칠러의 에너지 효율이 낮았다. 이러한 단점을 극복하기 위해 가변 압축기를 적용하여 칠러의 에너지 효율을 높이는 방법이 제시되었다. 하지만 기존의 시스템에 압축기의 회전수를 적절히 제어해야 했기 때문에 가변 시 문제를 예측할 수 있는 시뮬레이션 개발과 적절한 제어방법을 찾는 연구가 필요했다. 본 논문에서는 에너지 효율이 높은 칠러를 설계하는데 도움을 주기 위해 칠러의 반응을 확인할 수 있는 칠러의 동특성 시뮬레이션을 개발하였다. 이를 위해 열교환기를 물리적 의미를 갖는 영역으로 나누어서 각 영역에 질량 방정식과 에너지 방정식을 적용하여 수학적 모델링을 구하였다. 열교환기 모델과 나머지 다른 구성품의 수학적 모델을 통합하여 EES에서 수행 가능한 칠러의 동특성 시뮬레이션을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션을 이용하여 여러 변수에 대해 압축기를 제어하는 방법을 연구하였고 가장 안정적이고 에너지 절감 구현이 가능한 제어 방법을 도출하였다. 그리고 개발된 시뮬레이션과 도출된 제어 방법에 의한 에너지 절감을 실험으로 검증하였다. 실험 결과 개발된 동특성 시뮬레이션이 실험 결과를 잘 묘사하고 있었고 도출된 제어 방법으로 안정적인 회전수 제어와 에너지 절감 구현이 가능했다.
more초록/요약 도움말
A chiller used in semiconductor fabrication process works with a cooling cycle which consists of a cooling process and idling process. The cooling cycle occurs when heat is generated during fabrication process. The idling cycle occurs when no heat is generated during replacing the used wafer with a new wafer. The chiller has to eliminate the heat during the cooling process. During the idling process, the cooling ability of the chiller has to be reduced. In this circumstance, the chiller used in fabrication mostly operates under part cooling load. But the consumed energy of the chiller isn’t almost changed because the rotation speed of the compressor is constant. Also, the energy efficiency of the chiller is low because the compressor has most of the energy consumed by the chiller. To solve this disadvantage, it was suggested to apply BLDC to the chiller for improvement of the chiller efficiency. So, dynamic simulation was needed to predict problems when applying the varying speed compressor and to find a proper control method which can control the compressor rotation speed adequately. This paper is for the dynamic simulation of the chiller in semiconductor fabrication to check the response of the chiller which helps design a high energy efficiency chiller. To do this, the heat exchangers were divided by regions which have a physical meaning. Each region was modeled by mass and energy balance equations. Heat exchanger models and other models were integrated in EES program to develop the dynamic simulation of the chiller. Using the simulation, the many control methods were tried to find a proper control method which can control the chiller safely and save the consumed energy. And the experiments were carried to check the simulation and energy saving. The results show that the dynamic simulation describes the chiller very well and energy saving was realized.
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