KR101533696B1 - Temperature control apparatus using thermoelectric element for cooling performance improvement - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉매의 순환을 이용하되, 상기 냉매의 상변화에 따른 잠열을 이용하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열전소자를 이용한 온도제어장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a temperature control apparatus using a thermoelectric element having improved cooling performance, and more particularly, to a temperature control apparatus using a circulation of a refrigerant for controlling a temperature of a heating medium supplied to a semiconductor manufacturing facility, And more particularly, to a temperature control apparatus using a thermoelectric element capable of improving the cooling performance.
반도체 소자 기술이 점차 고도화되면서 반도체 제조 설비에 적용되는 장비의 제어정밀도 역시 중요해지고 있다. As the semiconductor device technology becomes more sophisticated, the control precision of the equipment applied to the semiconductor manufacturing facility is also becoming important.
특히, 반도체 제조 설비의 온도를 제어하는 장치를 칠러(chiller)라 한다. In particular, a device for controlling the temperature of a semiconductor manufacturing facility is called a chiller.
이러한 칠러는 열매체의 온도를 제어하도록 다양한 히터와 냉각 수단을 포함하여 구성되는데, 최근에는 열전소자를 이용하는 방식이 소개되고 있다. Such a chiller includes various heaters and cooling means for controlling the temperature of the heating medium. Recently, a method using a thermoelectric element has been introduced.
한편, 상기 열전소자는 열에너지를 전기에너지로 변환하거나 전기에너지를 열에너지로 직접 변환할 수 있어, 비교적 간단한 구성으로도 냉각 효과가 우수한 소자를 말하며, 펠티에(Peltier) 소자가 이에 해당될 수 있다.
On the other hand, the thermoelectric element is a device which can convert heat energy into electric energy or directly convert electric energy into heat energy, and thus has a cooling effect even in a relatively simple configuration, and a Peltier element may be applied thereto.
도 1은 열전소자를 이용한 반도체 제조설비의 온도제어장치의 종래의 구성을 간략히 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view schematically showing a conventional configuration of a temperature control apparatus for a semiconductor manufacturing facility using a thermoelectric element.
도 1을 참조하면, 이에 도시된 종래의 온도제어시스템(1)은 제어부(20)와, 극성전환부(50)와, 열전소자블록(50)과, 저장탱크(60)로 구성되어 있다. Referring to FIG. 1, the conventional
제어부(20)는 전압공급 여부 및 극성전환 여부에 대한 제어신호를 인가한다.The
극성전환부(30)는 상기 제어부(20)의 제어신호에 따라 공급되는 전류를 변환 및 필터링하고, 극성을 정 또는 역으로 전환시켜 열전소자블록(50)으로 전류를 공급한다. The
열전소자블록(50)은 상기 극성전환부(30)를 통해 공급되는 전류를 공급받아 열전소자(51)를 이용하여 열매체를 냉각 또는 가열시킨다. The
저장탱크(60)는 상기 열전소자블록(50)에 의해 냉각 또는 가열된 열매체를 저장하며, 상기 저장탱크(60)에 저장된 열매체는 순환펌프(65)를 통해 설비의 부하(10)로 공급된다.The
한편, 상기 제어부(20)는 설비의 부하(10)의 온도와 기 설정온도를 비교하여 설비의 부하(10)에 대한 냉각 또는 가열 여부를 판단한다. 그리고 판단 결과에 따라 전압의 공급 여부 및 전압의 정/역 여부에 대한 제어신호를 극성전환부(30)로 인가한다. Meanwhile, the
극성전환부(30)는 상기 제어부(20)에서 인가된 제어신호에 따라, 열전소자(51)에 제공할 전력을 생성하여 제공하는 데, DC 전원부(31), 전압 제어부(33), 전압 인가부(35)를 포함한다. The
상기 DC 전원부(31)는 내부적인 구동에 필요한 DC 전압을 제공한다. 그리고 상기 전압 제어부(33)는 상기 DC 전원부(31)의 전원을 상기 제어부(20)의 제어에 따라 소정의 크기와 극성으로 생성한다. 그리고 상기 전압 인가부(35)는 상기 전압 제어부(33)가 제공하는 크기와 극성의 전압을 열전소자블록(50)에 제공하도록 이루어져 있었다. The
하지만, 이와 같은 종래의 온도제어장치의 경우, 18~20℃ 정도의 냉각수(PCW: Process Cooling Water)를 이용하여 설비의 부하로부터 회수된 열매체(coolant)의 온도를 낮추는 방식이 사용되었다. 이러한 연유로 냉각수의 온도를 낮출 수 있다면, 온도제어장치의 냉각성능을 대폭 향상시킬 수 있게 된다. However, in such a conventional temperature control apparatus, a method of lowering the temperature of the coolant recovered from the load of the facility by using cooling water (PCW: about 18 to 20 ° C) is used. If the temperature of the cooling water can be lowered by this condensation, the cooling performance of the temperature control device can be greatly improved.
하지만, 현재로선 냉각수의 온도를 낮추기에는 많은 제약이 따르므로, 이러한 제약을 극복하여 냉각성능을 향상시킬 수 있는 새로운 방안이 모색되고 있다.
However, since there are many restrictions for lowering the temperature of the cooling water, there is a new method for improving the cooling performance by overcoming these limitations.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1367086호(2014.02.14. 공고일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 반도체 제조 설비를 위한 온도제어 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다.
Prior art relating to the present invention is Korean Patent Registration No. 10-1367086 (published on Apr. 14, 2014), which discloses a technology related to a temperature control system for a semiconductor manufacturing facility.
본 발명은 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉매의 순환을 이용하되, 상기 순환하는 냉매의 상 변화에 따른 잠열을 이용하여 열매체의 온도를 낮출 수 있어 냉각성능을 향상시킬 수 있는 열전소자를 이용한 온도제어장치를 제공하고자 한다.
The present invention relates to a method and apparatus for controlling the temperature of a heating medium supplied to a semiconductor manufacturing facility by utilizing the circulation of the refrigerant and reducing the temperature of the heating medium by using the latent heat corresponding to the phase change of the circulating refrigerant, And to provide a temperature control device using the device.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned here will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 설비의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 냉온 제어 및 순환시켜 상기 부하로 공급하는 온도제어장치로서, 상기 설비의 부하로부터 열매체를 회수하여 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크에 저장된 열매체를 상기 설비의 부하로 공급하도록 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프에 의해 순환되는 열매체를 설정온도로 냉각시키는 열전소자블록; 상기 열전소자블록과 냉각수(Process Cooling Water) 순환부 사이로 냉매가 순환하는 냉매 순환부를 포함하며, 상기 냉매 순환부 내에서, 상기 냉매는 상기 열전소자블록을 통과하며 기체 상태로 변화하고, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화하는 과정이 순환 도중 반복되며, 상 변화시의 잠열을 이용하여 열매체를 냉각시키는 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a temperature control apparatus for controlling a coolant recovered from a load of a facility by cold-temperature control and circulation and supplying the coolant to the load, the storage tank comprising: a storage tank for recovering and storing a heating medium from a load of the facility; A circulation pump circulating the heat medium stored in the storage tank to supply the load of the facility; A thermoelectric element block for cooling the heat medium circulated by the circulation pump to a set temperature; And a coolant circulation unit for circulating the coolant between the thermoelectric element block and the cooling water circulation unit. In the coolant circulation unit, the coolant passes through the thermoelectric element block and changes into a gaseous state, The present invention provides a temperature control apparatus using a thermoelectric element in which a cooling process for cooling a heating medium by using latent heat at the time of phase change is repeated during a cycle of changing into a liquid state through heat exchange of heat.
상기 냉매 순환부는, 상기 열전소자블록과 상기 냉각수 순환부 사이에서 냉매가 순환하는 경로를 제공하는 냉매 순환라인을 포함한다. The refrigerant circulation unit includes a refrigerant circulation line for providing a path through which the refrigerant circulates between the thermoelectric element block and the cooling water circulation unit.
또한, 상기 냉매 순환부는, 상기 냉매 순환라인에 구비되며, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화된 냉매를 저장하는 냉매 저장탱크; 상기 냉매 저장탱크의 출측에 형성되며 냉매를 순환시키는 냉매 펌프; 상기 냉매 순환라인을 통해 상기 열전소자블록으로 공급되는 냉매의 공급량을 조절하며, 액체 상태인 냉매의 증발이 용이하도록 냉매를 분무형태로 공급하는 팽창밸브; 및 상기 열전소자블록으로부터 회수된 기체 상태로 변화된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 열교환기를 포함한다. The refrigerant circulation unit may include a refrigerant storage tank provided in the refrigerant circulation line and storing the refrigerant changed into a liquid state through heat exchange with the cooling water; A refrigerant pump formed on an outlet side of the refrigerant storage tank and circulating the refrigerant; An expansion valve that adjusts a supply amount of the refrigerant supplied to the thermoelectric element block through the refrigerant circulation line and supplies the refrigerant in a spray form to facilitate evaporation of the refrigerant in a liquid state; And a heat exchanger for heat-exchanging refrigerant, which is recovered from the thermoelectric element block, in the gaseous state with the cooling water.
또한, 상기 냉매 순환라인을 통해 연결된 분기라인을 통해 비례제어밸브가 구비되며, 상기 비례제어밸브는, 상기 열전소자블록으로 순환되는 냉매의 양을 제어하도록 구성될 수 있다. In addition, a proportional control valve may be provided through a branch line connected through the refrigerant circulation line, and the proportional control valve may be configured to control the amount of refrigerant circulated to the thermoelectric element block.
또한, 상기 설비의 부하로부터 회수되는 열매체의 온도를 검출하는 제1온도센서를 포함한다. And a first temperature sensor for detecting the temperature of the heating medium recovered from the load of the facility.
또한, 상기 열전소자블록을 통과하여 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 온도를 검출하는 제2온도센서를 포함한다. And a second temperature sensor for detecting the temperature of the heating medium passing through the thermoelectric element block and supplied to the load of the facility.
또한, 상기 제1온도센서로부터 상기 저장탱크 쪽에 근접하여 설치되며, 상기 설비의 부하로부터 회수되는 열매체의 유량을 측정하는 유량계를 포함한다. And a flow meter installed near the storage tank from the first temperature sensor for measuring a flow rate of the heat medium recovered from the load of the facility.
또한, 상기 열전소자블록과 상기 제2온도센서 사이에 설치되어 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 압력을 측정하는 압력계를 포함한다. And a pressure gauge installed between the thermoelectric element block and the second temperature sensor for measuring the pressure of the heating medium supplied to the load of the facility.
상기 냉매는, 프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
It is preferable that the refrigerant is any one of a CFC series, a HCFC series, and an HFC series which are freon refrigerants.
본 발명에 의하면, 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 열전소자블럭에 냉매를 순환시키는 방식을 이용하되, 상기 순환되는 냉매의 상 변화에 따른 잠열을 이용하여, 기존 냉각수의 현열을 이용하는 방식에 비해 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, a method of circulating a refrigerant in a thermoelectric element block for controlling a temperature of a heating medium supplied to a semiconductor manufacturing facility is used, and a method of utilizing sensible heat of a conventional cooling water by using latent heat corresponding to a phase change of the circulated refrigerant The cooling performance can be improved as compared with the system.
또한, 본 발명에 의하면, 냉매의 순환과정을 통해 냉매가 기체에서 액체로 상 변화하게 됨에 따라 냉매의 잠열을 이용할 수 있다. 이로써, 기존의 방식에 비해 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
Further, according to the present invention, as the refrigerant is phase-changed from the gas to the liquid through the circulation process of the refrigerant, the latent heat of the refrigerant can be utilized. As a result, the cooling performance can be improved as compared with the conventional method.
도 1은 종래의 반도체 제조 설비의 온도제어장치를 간략히 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치를 간략히 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부를 도시한 부분개념도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부의 작용 효과를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치의 변형예로서 도 4에 도시된 냉매 순환부에 비례제어밸브를 추가한 모습을 나타낸 도면. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram schematically showing a temperature control device of a conventional semiconductor manufacturing facility. FIG.
2 is a conceptual view schematically showing a temperature control device according to an embodiment of the present invention;
3 is a partial conceptual view showing a refrigerant circulation unit in a temperature control device according to an embodiment of the present invention;
4 is a view for explaining an operation effect of a refrigerant circulation unit in a temperature control device according to an embodiment of the present invention;
5 is a modification of the temperature control apparatus according to the embodiment of the present invention, in which a proportional control valve is added to the refrigerant circulation unit shown in FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치의 실시예에 관하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, an embodiment of a temperature control apparatus using a thermoelectric element with improved cooling performance of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치를 간략히 도시한 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram briefly showing a temperature control device using a thermoelectric element with improved cooling performance according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치(이하, 간략히 '온도제어장치'라 함)는 저장탱크(110), 순환펌프(120), 열전소자블록(130), 냉각수 순환부(140), 그리고 냉매 순환부(200)를 포함한다. Referring to FIG. 2, a temperature control device (hereinafter briefly referred to as a 'temperature control device') using a thermoelectric element with improved cooling performance according to the present invention includes a
본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치는, 설비(예컨대, 반도체 제조 설비)의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 냉온 제어 및 순환시켜 상기 설비의 부하(10)로 공급하는 온도제어장치에 해당한다. The temperature control device according to the embodiment of the present invention is applicable to a temperature control device that supplies coolant, which is recovered from the load of a facility (for example, semiconductor manufacturing facility), to the
저장탱크(110)는 상기 설비의 부하(10)로부터 열매체를 회수하여 저장하도록 구성될 수 있으며, 특정 형태로 제한되지 않으며 다양한 형상 및 구조를 가질 수 있다. The
순환펌프(120)는 상기 저장탱크(110)에 저장된 열매체(C)를 상기 설비의 부하(10)로 공급하도록 열매체를 순환시키는 역할을 담당한다. The
열전소자블록(130)은 상기 순환펌프(120)에 의해 순환되는 열매체를 설정온도로 냉각시킬 수 있다.The
이때, 기존의 방식에 따르면, 열전소자블록(130)으로 냉각수(PCW: Process Cooling Water)가 직접 공급되었는데, 본 발명의 실시예에 따르면 기존의 방식과 달리 열전소자블록(130)과 냉각수 순환부(140) 사이에 냉매가 순환하는 냉매 순환부(200)가 구비될 수 있다. 이로써, 냉각성능이 향상될 수 있다. In this case, according to the conventional method, PCW (Process Cooling Water) is directly supplied to the
구체적인 예로서, 상기 냉매 순환부(200) 내에서, 순환되는 냉매는 상기 열전소자블록(130)을 통과하며 기체 상태로 변화한다. 그리고 상기 냉각수(즉, PCW)와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화한다. As a specific example, in the
이와 같이 상기 냉매는 냉매 순환부(200)를 순환하는 동안 기체 및 액체 상태로 반복적으로 변화되며, 이러한 상 변화시의 잠열을 이용하여 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있다. As described above, the refrigerant is repeatedly changed in the gas and liquid states while circulating in the
상기 냉매 순환부(200)는 냉매 순환라인(201)을 포함할 수 있다. The
냉매 순환라인(201)은 상기 기체 또는 액체 상태의 냉매가 순환되는 경로를 제공하는 배관 등의 부재로 구성될 수 있다. The
예컨대, 상기 냉매 순환라인(201)은 상기 냉매가 상기 열전소자블록(130)과 상기 냉각수 순환부(140) 사이를 순환할 수 있는 형태로 배치될 수 있다.For example, the
그리고 여기서, 냉매라 함은, 프레온 가스 등이 이용될 수 있는데, 프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 구체적인 예로서, R404a, R407C, R507, R134a 등이 이용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. Here, the refrigerant may be freon gas or the like, and any of freon refrigerant CFC, HCFC, and HFC may be used. Specific examples thereof include, but are not limited to, R404a, R407C, R507, R134a, and the like.
나아가, 상기 냉매 순환부(200)는 냉매 저장탱크(210), 냉매 펌프(220), 팽창밸브(230), 열교환기(240)를 포함할 수 있다. The
상기 냉매 저장탱크(210)는 상기 냉매 순환라인(201)에 구비될 수 있다. The
또한, 상기 냉매 저장탱크(210)는 상기 냉각수(즉, PCW)와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화된 냉매를 저장할 수 있다. In addition, the
상기 냉매 펌프(220)는 상기 냉매 저장탱크(210)와 마찬가지로 상기 냉매 순환라인(201)에 구비될 수 있다. The
한편, 상기 팽창밸브(230)는 상기 냉매 펌프(220)에 의해 상기 열전소자블록(130)으로 공급되는 냉매의 공급량을 조절할 수 있다. 그리고 상기 팽창밸브(230)는 액체 상태인 냉매의 증발이 용이하도록 냉매를 분무형태로 공급하는 역할을 담당할 수 있다. 바람직하게는 상기 팽창밸브(230)는 상기 열전소자블록(130)에 근접한 위치상에 설치될 수 있다. 이와 같은 팽창밸브(230)는 특정 형태로 제한되지 않으며, 온도식 팽창밸브, 전자식 팽창밸브가 모두 이용 가능하다. Meanwhile, the
그리고 상기 열교환기(240)는 상기 열전소자블록(130)으로부터 회수된 기체 상태로 변화된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 역할을 담당한다. 그 결과 기체 상태의 냉매는 상기 열교환기(240)를 통과하면서 액체 상태로 상 변화될 수 있다. The
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치는 다수의 온도센서(181, 183)를 포함할 수 있다. Furthermore, the temperature control apparatus according to the embodiment of the present invention may include a plurality of
구체적인 예로서, 제1온도센서(183)와 제2온도센서(181)가 구비될 수 있다. As a specific example, a
상기 제1온도센서(183)는 상기 설비의 부하(10)로부터 저장탱크(110)로 회수되는 열매체의 온도를 검출할 수 있다. 그리고 상기 제2온도센서(181)는 상기 열전소자블록(130)에 의해 냉각된 후 상기 설비의 부하(10)로 공급되는 열매체의 온도를 검출할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. The
더 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치는 유량계, 압력계를 더 포함할 수 있다. Furthermore, the temperature control apparatus according to the embodiment of the present invention may further include a flow meter and a pressure gauge.
구체적인 예로서, 유량계(193)는 상기 제1온도센서(183)로부터 상기 저장탱크(110) 쪽으로 근접한 위치상에 설치될 수 있으며, 설비의 부하(10)로부터 회수되는 열매체의 유량을 측정할 수 있다. 그리고, 압력계(191)는 상기 열전소자블록(130)과 상기 제2온도센서 (181) 사이에 설치될 수 있으며, 설비의 부하(10)를 향해 공급되는 열매체의 압력을 측정할 수 있다. As a specific example, the
한편, 미 설명된 도면부호 11은 설비의 부하(10)로 열전소자블록(130)에서 냉각된 열매체를 공급하는 열매체 공급용 연결포트이며, 도면부호 13은 설비의 부하(10)로부터 열매체를 회수하는 열매체 회수용 연결포트를 의미한다.
그리고 도면부호 141은 냉각수(즉, PCW)를 공급하는 냉각수 공급포트이며, 도면부호 143은 냉각수(즉, PCW)를 회수하는 냉각수 회수포트를 의미한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부(200)의 세부 구성 및 작용 효과에 관하여 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다. Next, the detailed configuration and operation effects of the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부를 도시한 부분개념도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치 중에서 냉매 순환부의 작용 효과를 설명하기 위해 도시한 도면이다. FIG. 3 is a partial conceptual view illustrating a refrigerant circulation unit in a temperature control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining an operation effect of a refrigerant circulation unit in a temperature control device according to an embodiment of the present invention .
도 3 및 도 4를 참조하면, 냉매 순환부(200)의 일측에는 냉각수(W, 도 4 참조)가 공급 및 회수되는 냉각수 순환부(140, 도 3 참조)가 구비된다. 냉각수 순환부(130)는 냉각수가 공급되는 냉각수 공급포트(141)와, 냉각수를 회수하는 냉각수 회수포트(143)를 포함할 수 있다. 3 and 4, a coolant circulation unit 140 (see FIG. 3) in which coolant W (see FIG. 4) is supplied and recovered is provided at one side of the
한편, 냉매 순환부(200)의 타측에는 열전소자블록(130)이 구비된다. 이때, 설비의 부하 쪽으로 공급되는 열매체(C, 도 4 참조)는 상기 열전소자블록(130)을 통과하며 설정온도로 온도 조절될 수 있다. On the other hand, a
기존의 경우, 상기 열전소자블록(130)으로 열매체(C, 도 4 참조)와 냉각수(W, 도 4 참조)가 유입되어, 대략 18~20℃ 정도의 냉각수의 현열을 이용하였다. 하지만, 전체적인 온도제어장치의 냉각성능을 향상시키기 위하여 냉각수의 온도를 낮추는 데에는 많은 제약이 따랐다. In the conventional case, the heating medium C (see FIG. 4) and the cooling water W (see FIG. 4) are introduced into the
이와 같은 불편을 해소하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각수 순환부(140, 도 3 참조)와 열전소자블록(130) 사이에 냉매 순환부(200)를 구성하였다. In order to solve this inconvenience, according to the embodiment of the present invention, the
도 4에 도시된 바와 같이, 냉매 순환부(200)는 프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나(구체적인 예로서, R404a, R407C, R507, R134a 등)의 냉매를 이용할 수 있으며, 이러한 냉매를 상기 열교환기(240)와, 상기 열전소자블록(130) 사이로 순환시킬 수 있도록 구성된다. As shown in FIG. 4, the
상기 냉매 저장탱크(210)에는 액체 상태의 냉매(R)을 저장하고, 저장된 액체 상태의 냉매(R)는 냉매 펌프(220)에 의해 열전소자블록(130)로 공급되는 방향으로 순환된다. 상기 순환되는 액체 상태의 냉매(R)는 상기 팽창밸브(230)를 통해 증발이 용이한 형태, 즉 분무형태로 만들어진 후 열전소자블록(130)으로 공급될 수 있다. 상기 열전소자블록(130)을 통과하면서, 열매체(C)는 설정온도로 냉각되어 온도가 조절된다. 그리고 상기 열전소자블록(130)을 거쳐 냉매는 기체 상태의 냉매(R')로 변화된다. 즉, 냉매의 상 변화에 따른 잠열을 이용하여 냉각성능이 높아지는 효과를 얻을 수 있다. 이후, 기체 상태의 냉매(R')는 열교환기(240) 쪽으로 순환하여 냉각수(W)와의 열교환에 의해 액체 상태의 냉매(R)로 상 변화될 수 있다. 이 같은 냉매의 순환 과정은 반복적으로 이루어질 수 있다.The refrigerant R in the liquid state is stored in the
즉, 기존의 방식에 따르면 냉각수는 온도 차에 의한 현열을 이용하는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매의 경우 상 변화를 통한 잠열을 이용하게 되어, 냉각성능의 향상을 도모할 수 있다. 그리고 설비의 높은 부하에 대응이 가능한 장점이 있다. That is, according to the conventional method, the sensible heat due to the temperature difference is used for the cooling water, whereas the latent heat through the phase change is used for the refrigerant according to the embodiment of the present invention, thereby improving the cooling performance. And it has the advantage of being able to cope with high load of equipment.
이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따른 온도제어장치의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 냉매 순환부에 비례제어밸브가 추가 구성된 변형예를 가질 수 있다. In addition, in the case of the temperature control apparatus according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the refrigerant circulation unit may have a modification in which a proportional control valve is additionally provided.
도 5를 참조하면, 상기 냉매 순환라인(200)을 통해 연결된 분기라인을 통해 비례제어밸브(270)가 구비될 수 있다. Referring to FIG. 5, a
여기서, 상기 비례제어밸브(270)는, 상기 열전소자블록(130)으로 순환되는 냉매의 양을 제어하도록 구성될 수 있다. Here, the
만일, 설비의 부하로부터 회수되는 열매체의 온도가 공급되는 열매체의 온도보다 높을 경우, 온도 편차에 따라 상기 팽창밸브(230)의 개도가 증가하고, 상기 비례제어밸브(270)의 개도는 감소하여 열전소자블록(130)으로 순환되는 냉매(R)의 양을 제어할 수 있다. If the temperature of the heat medium recovered from the load of the equipment is higher than the temperature of the heat medium to be supplied, the opening degree of the
반대의 경우로서, 설비로부터 회수되는 열매체의 온도가 공급되는 열매체의 온도보다 낮을 경우, 온도 편차에 따라 상기 팽창밸브(230)의 개도가 감소하고, 상기 비례제어밸브(270)의 개도가 증가하여 열전소자블록(130)으로 순환되는 냉매(R)의 양을 제어할 수 있다. In the opposite case, when the temperature of the heat medium recovered from the equipment is lower than the temperature of the heat medium supplied, the opening degree of the
한편, 상기 비례제어밸브(270)가 설치되는 분기라인의 일단부는 상기 냉매 펌프(220)로부터 상기 팽창밸브(230)로 냉매가 공급되는 냉매 순환라인의 경로 상에 결합될 수 있으며, 분기라인의 타단부는 열전소자블록(130)으로부터 상기 열교환기(240)로 냉매가 공급되는 냉매 순환라인의 경로 상에 결합될 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
One end of the branch line where the
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 반도체 제조 설비에 공급되는 열매체의 온도 조절을 위해 냉매를 순환시키는 방식을 이용하되, 상기 순환되는 냉매의 상 변화에 따른 잠열을 이용하여, 기존 냉각수의 현열을 이용하는 방식에 비해 냉각성능을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the structure and operation of the present invention, a method of circulating a refrigerant to regulate the temperature of a heating medium supplied to a semiconductor manufacturing facility is used. By using the latent heat corresponding to the phase change of the circulated refrigerant, The cooling performance can be improved as compared with the system using the sensible heat of the heat exchanger.
또한, 냉매의 순환과정을 통해 냉매가 기체에서 액체로 상 변화하게 됨에 따라 냉매의 잠열을 이용할 수 있다. 이로써, 기존의 방식인 냉각수의 현열을 단순히 이용하였던 방식에 비해 많은 열량을 이용할 수 있는 장점이 있다. Further, as the refrigerant is phase-changed from the gas to the liquid through the circulation process of the refrigerant, the latent heat of the refrigerant can be utilized. As a result, it is possible to use a larger amount of heat than the conventional method in which the sensible heat of the cooling water is simply used.
예컨대, 액화된 냉매는 냉각수와의 열교환 과정을 거쳐 액체 상태로 변화될 수 있다. 액체 상태의 냉매는 냉매 탱크, 냉매 펌프, 그리고 팽창밸브를 차례로 거친 후 열전소자블록으로 공급되어 열매체를 설정온도로 냉각시킬 수 있다. 이어서, 냉매는 열전소자블록을 통과하면서 기체 상태로 변화되며, 이와 같은 상 변화에 따른 잠열을 이용하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
For example, the liquefied refrigerant may be changed into a liquid state through heat exchange with the cooling water. The refrigerant in the liquid state flows through the refrigerant tank, the refrigerant pump, and the expansion valve in order, and then supplied to the thermoelectric element block to cool the heating medium to the set temperature. Subsequently, the refrigerant passes through the thermoelectric conversion block and changes to a gaseous state. The cooling performance can be improved by using the latent heat according to the phase change.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치에 관하여 살펴보았다. As described above, the temperature control apparatus using the thermoelectric elements with improved cooling performance according to the preferred embodiments of the present invention has been described.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the present invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing detailed description. It is intended that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.
10: 설비의 부하 11: 제1연결포트
13: 제2연결포트 110: 저장탱크
120: 순환펌프 130: 열전소자블록
140: 냉각수 순환부 181: 제2온도센서
183: 제1온도센서 191: 압력계
193: 유량계 200: 냉매 순환부
201: 냉매 순환라인 210: 냉매 저장탱크
220: 냉매 펌프 230: 팽창밸브
240: 열교환기 10: load of equipment 11: first connection port
13: second connection port 110: storage tank
120: Circulation pump 130: Thermoelectric element block
140: cooling water circulation unit 181: second temperature sensor
183: first temperature sensor 191: pressure gauge
193: Flowmeter 200: Refrigerant circulation part
201: refrigerant circulation line 210: refrigerant storage tank
220: Refrigerant pump 230: Expansion valve
240: heat exchanger
Claims (9)
상기 설비의 부하로부터 열매체를 회수하여 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크에 저장된 열매체를 상기 설비의 부하로 공급하도록 순환시키는 순환펌프;
상기 순환펌프에 의해 순환되는 열매체를 설정온도로 냉각시키는 열전소자블록;
상기 열전소자블록과 냉각수(Process Cooling Water) 순환부 사이로 냉매가 순환하는 냉매 순환부를 포함하며,
상기 냉매 순환부 내에서, 상기 냉매는 상기 열전소자블록을 통과하며 기체 상태로 변화하고, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화하는 과정이 순환 도중 반복되며, 상 변화시의 잠열을 이용하여 열매체를 냉각시키는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
A temperature control device for cooling and circulating a cooling medium, which is recovered from a load of a facility,
A storage tank for recovering and storing the heating medium from a load of the facility;
A circulation pump circulating the heat medium stored in the storage tank to supply the load of the facility;
A thermoelectric element block for cooling the heat medium circulated by the circulation pump to a set temperature;
And a coolant circulation unit in which the coolant circulates between the thermoelectric element block and the circulation part of the cooling water (process cooling water)
In the refrigerant circulation part, the refrigerant passes through the thermoelectric element block and changes to a gaseous state, and a process of changing into a liquid state through heat exchange with the cooling water is repeated during circulation. Using latent heat at the time of phase change Cooling the heating medium,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 냉매 순환부는,
상기 열전소자블록과 상기 냉각수 순환부 사이에서 냉매가 순환하는 경로를 제공하는 냉매 순환라인을 포함하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
The method according to claim 1,
The refrigerant circulation unit includes:
And a refrigerant circulation line for providing a path through which the refrigerant circulates between the thermoelectric element block and the cooling water circulation part,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 냉매 순환부는,
상기 냉매 순환라인에 구비되며, 상기 냉각수와의 열교환을 통해 액체 상태로 변화된 냉매를 저장하는 냉매 저장탱크;
상기 냉매 저장탱크의 출측에 형성되며 냉매를 순환시키는 냉매 펌프;
상기 냉매 순환라인을 통해 상기 열전소자블록으로 공급되는 냉매의 공급량을 조절하며, 액체 상태인 냉매의 증발이 용이하도록 냉매를 분무형태로 공급하는 팽창밸브; 및
상기 열전소자블록으로부터 회수된 기체 상태로 변화된 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
3. The method of claim 2,
The refrigerant circulation unit includes:
A refrigerant storage tank provided in the refrigerant circulation line and storing a refrigerant changed into a liquid state through heat exchange with the cooling water;
A refrigerant pump formed on an outlet side of the refrigerant storage tank and circulating the refrigerant;
An expansion valve that adjusts a supply amount of the refrigerant supplied to the thermoelectric element block through the refrigerant circulation line and supplies the refrigerant in a spray form to facilitate evaporation of the refrigerant in a liquid state; And
And a heat exchanger for heat-exchanging refrigerant, which has been recovered from the thermoelectric element block, in the gaseous state with the cooling water,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 냉매 순환라인을 통해 연결된 분기라인을 통해 비례제어밸브가 구비되며,
상기 비례제어밸브는,
상기 열전소자블록으로 순환되는 냉매의 양을 제어하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
The method of claim 3,
A proportional control valve is provided through a branch line connected through the refrigerant circulation line,
The proportional control valve includes:
And controlling the amount of refrigerant circulated to the thermoelectric element block,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 설비의 부하로부터 회수되는 열매체의 온도를 검출하는 제1온도센서를 포함하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
The method according to any one of claims 1 to 4,
And a first temperature sensor for detecting the temperature of the heating medium recovered from the load of the facility,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 열전소자블록을 통과하여 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 온도를 검출하는 제2온도센서를 포함하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And a second temperature sensor for detecting the temperature of the heating medium passing through the thermoelectric element block and supplied to the load of the facility,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 제1온도센서로부터 상기 저장탱크 쪽에 근접하여 설치되며, 상기 설비의 부하로부터 회수되는 열매체의 유량을 측정하는 유량계를 포함하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
6. The method of claim 5,
And a flow meter installed near the storage tank side from the first temperature sensor and measuring a flow rate of the heat medium recovered from the load of the facility,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 열전소자블록과 상기 제2온도센서 사이에 설치되어 상기 설비의 부하로 공급되는 열매체의 압력을 측정하는 압력계를 포함하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치.
The method according to claim 6,
And a pressure gauge installed between the thermoelectric element block and the second temperature sensor for measuring a pressure of a heating medium supplied to a load of the facility,
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
상기 냉매는,
프레온냉매인 CFC계열, HCFC계열, HFC계열 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
냉각성능이 향상된 열전소자를 이용한 온도제어장치. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The refrigerant,
Wherein the refrigerant is a CFC refrigerant, a HCFC refrigerant, and a HFC refrigerant.
Temperature control device using thermoelectric device with improved cooling performance.
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