KR20070073842A - 온도 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20070073842A
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티오 에이. 엠. 루일
랄프 티. 에이치. 마에센
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

프레임(20)에 대한 온도 제어 시스템은 제1면(34)과 제2면(36)을 갖는 열 전기 냉각(TEC) 요소(32)로서, 제1면(34)과 프레임(20) 사이의 갭(50)을 형성하기 위해 배치된 TEC 요소(32)와, 제2면(36)에 열적으로 연결된 유체 열 전달 요소(38)를 포함한다. 온도 제어 시스템은 또한 열 그룹, 가드 찰 수 있는 저장소, 및/또는 바람직하게 상 변화 요소를 사용한다.

Description

온도 제어 시스템 및 방법{TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 도량 및 제조 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로 도량 및 제조 시스템 온도 제어에 관한 것이다.
도량 시스템은 성분 크기가 감소하고 정밀도 요구가 증가할 수록 점점 중요하다. 테스트 하의 성분은 정확한 측정을 제공하기 위한 측정을 통해 고정적으로 유지되어야만 한다. 성분은 도량 프레임 상에 놓이는데, 이는 물리적 측정을 위해 안정적인 기하학 기준을 제공하기 위해 진동이 없어야 하고 치수적으로 안정적이어야 한다. 그러나, 도량 프레임이 도량 프레임 내의 열 팽창을 야기하는 열원과 접촉하거나 열원을 포함할 때, 또는 도량 프레임이 진동원과 접촉하거나 진동원을 포함할 때, 문제가 발생한다.
열 팽창 문제를 해결하려는 시도는 진동 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 도량 프레임의 온도를 유지하기 위한 한 접근은, 도량 프레임 내의 구멍을 통해 정확하게 제어된 온도로 유체를 펌핑하는 것이다. 유체 흐름은 정확성을 감소시키는 도량 시스템의 진동을 유발한다. 따라서, 진동 제어를 위해서 온도 제어와 교환하는 것이 필요하다.
다른 문제점은 도량 프레임 상에 또는 안에서 열원에 발생한다. 하나 이상의 열원은 도량 프레임 상에 또는 안에 있을 수 있다. 이것은 도량 프레임의 복잡한 왜곡을 야기하는데, 이는 단순한 후-측정의 보정을 통해 설명될 수 없다. 열원의 열 생산은 또한 시간의 함수일 수 있다. 예를 들어, 열원이 구동 모터일 때, 구동 모터는 구동될 때 가장 많은 열을 생산하고, 꺼지고 켜질 때 온도가 변화한다. 냉각 유체 온도를 통한 도량 프레임 온도 제어는 이러한 변화 조건을 적응하기 위한 가능성을 제한한다. 냉각 유체 온도는 또한 불확실성이 야기되는 것을 피하기 위해 측정을 통해 정확하게 제어되어야만 한다.
유사한 문제는 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)를 이용한 광학 반도체 처리와 정교한 밀링 머신을 이용한 정확한 기계 가공과 같은, 진동이 없고 치수적으로 안정한 작업 프레임을 필요로 하는 다른 정확한 제조 작업에 발생한다.
상기 단점을 극복한 도량 시스템 온도 제어를 구비한 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 한 양상은 제1면 및 제2면을 가진 열 전기 냉각(TEC) 요소로서, 제1면과 프레임 사이의 갭을 형성하도록 배치된 TEC 요소와, 제2면과 열적으로 연결된 유체 열 전달 요소를 포함하는 프레임에 대한 온도 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 양상은 제1면 및 제2면을 가진 열 전기 냉각(TEC) 요소와, 열 디바이스와 유체 열(heat) 전달 요소를 포함하는 열 그룹을 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템을 제공하며, 상기 열 디바이스는 유체 열 전달 요소와 열적으로 연결되고, 제1면은 프레임과 열적으로 연결되며 제2면은 열 그룹과 열적으로 연결된다.
본 발명의 다른 양상은 제1면 및 제2면을 가진 열 전기 냉각(TEC) 요소와, 가득 찰 수 있는(flushable) 저장소를 갖는 유체 열 전달 요소를 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템을 제공하며, 제1면은 프레임에 열적으로 연결되며 제2면은 유체 열 전달 요소에 열적으로 연결된다.
본 발명의 다른 양상은 열 전기 냉각(TEC) 요소와 TEC 요소와 열적으로 연결된 유체 열 전달 요소를 제공하는 단계와, 갭을 형성하기 위해 프레임 근처에 TEC 요소를 위치하는 단계와, 갭을 가로지르는 열을 전달하기 위한 TEC 요소를 제어하는 단계를 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 양상은 제1면 및 제2면을 갖는 열 전기 냉각(TEC) 요소와, 상 변화 요소 및 유체 열 전달 요소를 포함하는 프레임에 대한 온도 제어 시스템을 제공하며, 제1면은 프레임에 열적으로 연결되고 제2면은 상 변화 요소에 열적으로 연결되며, 상 변화 요소는 유체 열 전달 요소에 열적으로 연결된다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은 첨부된 도면과 함께, 다음의 본 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다. 상세한 설명과 도면은 본 발명을 제한하기보다는 단지 예시하고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 동등물에 의해 한정된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 만들어진 갭을 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따라 만들어진 열 그룹을 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 7은 본 발명에 따라 만들어진 가득 찰 수 있는 저장소를 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 8은 본 발명을 따라 만들어진 상 변화 요소를 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 9는 본 발명에 따라 만들어진 온도 제어 시스템에 대한 작동 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 만들어진 갭을 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면이다. 온도 제어 시스템은 갭에 의해 프레임으로부터 분리되는데, 프레임에 전달되는 온도 제어 시스템으로부터 진동을 피한다. 열은 온도 제어 시스템과 방사형 및/또는 전도형 열 전달에 의한 갭 양단의 프레임 사이에서 교환된다.
도 1을 참조하여, 프레임(20)은 열원 또는 냉각원과 같은, 열 디바이스(22)를 포함한다. 온도 제어 시스템(30)은 열 전기 냉각(TEC) 요소(32)와 유체 열 전달 요소(38)를 포함한다. TEC 요소(32) 각각은 프레임(20)을 향해 배치된 제1면(34)과 유체 열 전달 요소(38)에 열적으로 연결된 제2면(36)을 갖는다. 온도 제어기(미도시)는 TEC 요소(32) 양단의 열 전달을 제어하기 위한 TEC 요소(32)에 TEC 제어 신호를 제공한다. 프레임(20)에 열적으로 연결된 온도 센서(68)는 작동 제어 시스템에 측정된 프레임 온도 신호를 제공한다. 유체 열 전달 요소(38)는 밸브(72)에 의해 제어되는, 온도 제어 유체의 흐름을 허용하는 유체 통로(40)를 포함한다. 프레 임(20)은 갭(50)에 의해 온도 제어 시스템(30)으로부터 분리된다. 한 실시예에서, TEC 방사 코팅(52) 및/또는 프레임 방사 코팅(54)은 갭(50) 양단에 열 전달을 촉진시키기 위해서, TEC 요소(32) 및/또는 프레임(20) 각각의 제1면(34) 상에 배치된다. 대안적인 실시예에서, 어떠한 방사 코팅도 사용되지 않는다.
프레임(20)은 도량 프레임, 반도체 웨이퍼 스테퍼, 정교한 밀링 머신 스테이지 등과 같은, 치수 안정성 및 진동이 없어야 하는, 임의의 프레임이다. 열 디바이스(22)는 모터, 구동 시스템, 수압 라인 등과 같은 프레임(20)의 제어와 작동에 관련될 수 있다. 열 디바이스(22)는 또한 프레임(20) 상에 작동되거나 검사되는 표본 또는 작업물 또는 표본 또는 작업물에 관련된, 가열, 냉각, 운동 또는 제어 기구일 수 있다. 열 디바이스(22)는 프레임(20)과 직접 접촉할 수 있으며 전도에 의해 프레임(20)과 열을 교환할 수 있고, 또는 프레임(20) 주변에 있을 수 있으며 방사 및/또는 대류에 의해 프레임(20)과 열을 교환할 수 있다.
TEC 요소(32)는 펠티에(Peltier) 냉각기로 알려진 바와 같이, 열전기 냉각기이다. TEC 요소(32)는 열 펌프로 작동하고, DC 전류 TEC 제어 신호에 응답하여 한 면에서 다른 면으로 열을 이동시킨다. TEC 요소(32)를 통한 열 흐름의 방향은 DC 전류 TEC 제어 신호의 극성을 전환하여 전환될 수 있고, 정교한 온도 제어를 제공한다. 일반적인 TEC 요소는 면을 형성하는 플레이트 사이에 반도체 물질을 포함한다. TEC 요소(32)는 많은 개별적인 TEC 요소 또는 단일 TEC 요소일 수 있다.
갭(50)은 프레임(20)과 온도 제어 시스템(30) 사이에 방사형 열 전달을 허용하는 임의의 폭이다. 프레임(20)과 온도 제어 시스템(30) 사이의 접촉을 피하는 것 은 유체 열 전달 요소(38)를 통해 유체 흐름으로부터의 진동과 갚은 온도 제어 시스템(30)으로부터의 진동을 방지하고, 프레임(20)에 진동이 전달되는 것을 방지한다. 갭(50)은 원한다면 크거나 작을 수 있다. 한 실시예에서, 갭(50)은 약 4mm 이상이다.
유체 열 전달 요소(38)는 TEC(32) 요소와 열을 교환하고 유체 통로(40)를 통해 흐르는 온도 제어 유체에 열을 전달한다. 유체 열 전달 요소(38)는 온도 제어 유체로부터 유체 열 전달 요소(38)까지 또는 유체 열 전달 요소(38)로부터 주변 환경까지 열 전달을 더 촉진하기 위해서 내부 및/또는 외부 핀(fin)을 포함할 수 있다. 유체 통로(40)를 통해 흐르는 온도 제어 유체는 물, 기름 또는 의도된 사용 목적의 온도 범위에 맞는 임의의 다른 유체 일 수 있다. 정지 밸브 또는 흐름 제어 밸브와 같은 밸브(72)는 유체 통로(40)를 통해 온도 제어 유체의 흐름을 제어한다. 한 실시예에서, 유체 통로(40)는 가득 찰 수 있는 저장소 내의 온도 제어 유체의 빠른 교환을 허용하는 가득 찰 수 있는 저장소를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 유체 통로(40) 내의 온도 제어 유체의 흐름은 프레임(20) 근처의 어떤 방해를 더 감소하기 위해서 프레임(20) 상의 측정 또는 제어 공정 동안 차단될 수 있다.
선택적인 TEC 방사 코팅(52) 및 프레임 방사 코팅(54)은 프레임(20)과 갭(50)을 가로지르는 온도 제어 시스템(30) 사이의 방사형 열 전달을 촉진시키기 위한 높은 방사율 코팅, 높은 열 전도율 코팅이다. 코팅은 진공 또는 태양 광선 응용에 사용된 코팅과 같은 임의의 높은 방사율 코팅, 높은 전도율 코팅일 수 있고, 금속 산화물 코팅, 유리(SiO2) 코팅, 또는 세라믹 코팅을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 코팅은 프레임(20)과 유체 열 전달 요소(38)의 각각의 면에 직접적으로 적용된다. 대안적인 실시예에서, 코팅은 구리 플레이트와 같은 추가층에 적용되며, 추가층은 프레임(20)과 유체 열 전달 요소(38)의 각각의 면에 적용된다.
도 2를 참조하여, 동일한 요소는 도 1과 동일한 도면 번호를 공유하며, 온도 제어 시스템(30)은 열 디바이스(22)와의 직접적인 열 교환으로 인해 온도를 부분적으로 제어한다. 갭(50)은 열 디바이스(22)에 대해 형성된다. 한 실시예에서, TEC 방사형 코팅(52) 및/또는 프레임 방사형 코팅(54)은 갭(50)을 가로질러 열 전달을 촉진하기 위해서, 각각의 TEC 요소(32) 및/또는 열 디바이스(22)의 제1면(43)에 배치된다.
작동 중에, 온도 제어 시스템(30)은 일정 온도에서 프레임(20)을 유지하기 위해서 열 디바이스(22) 및/또는 프레임(20)과 열을 교환한다. 도량의 적용을 위해서, 프레임(20)의 온도는 프레임(20)의 일정한 기하학적 부분을 유지하기 위해서 안정적으로 고정되고: 프레임(20)의 절대 온도는 임계값이 아니다. 제조 및 생물학적 적용을 위해서, 프레임(20)의 온도는 공정에 의해 필요한 바람직한 온도에 고정된다. 프레임(20)에 열적으로 연결된 온도 센서(68)는 프레임 온도의 표시를 제공한다. 온도 센서(68)는 작동 제어 시스템에 대한 알맞은 온도 측정을 제공하는 유체 열 전달 요소(38) 또는 프레임(20) 상의 어느 곳에 물리적으로 위치될 수 있다. 아래의 도 8에 관해 논의되는 바와 같이, TEC 요소(32)를 통한 열 흐름의 제어는 온도 에러의 피드백 제어를 사용할 수 있고 열 디바이스(22)로부터 열 하중을 예상하는 피드 포워드(feed forward) 제어를 선택적으로 사용할 수 있다. 한 실시예에서, 유체 열 전달 요소(38)를 통한 온도 제어 유체의 온도 및/또는 흐름율은 추가 온도 제어를 제공하기 위해서 변화될 수 있다.
동일한 요소는 도 1과 서로 동일한 도면 부호를 공유하는 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따라 만들어진 열 그룹을 사용하여 온도 제어 시스템의 개략적인 도면이다. 온도 제어 시스템은 프레임과 관련된 열 디바이스와 유체 열 전달 요소를 포함하는 열 그룹을 사용한다.
도 3을 참조하여, 온도 제어 시스템(30)은 열 전기 냉각 (TEC) 요소(32) 및 열 그룹(60)을 포함한다. TEC 요소(32) 각각은 프레임(20)에 열적으로 연결된 제1면(34)과 열 그룹(60)에 열적으로 연결된 제2면(36)을 갖는다. 열 그룹(60)은 프레임(20)과 관련된, 열원 또는 냉각원과 같은, 열 디바이스(22)와 유체 열 전달 요소(38)를 포함한다. 열 디바이스(22)는 프레임(20)에 기계적으로 연결되고, TEC 요소(32)는 도시된 실시예에서 열 디바이스(22)와 프레임(20) 사이에 배치된다. 한 실시예에서, 열 디바이스(22)는 TEC 요소(32)에 인접하며, 유체 열 전달 요소(38)는 열 디바이스(22)보다 프레임(20)으로부터 더 멀리에 있고, 열 디바이스(22)는 제2면(36)에 열적으로 연결된다. 대안적인 실시예에서, 유체 열 전달 요소(38)는 TEC 요소(32)에 인접하며, 열 디바이스(22)는 유체 열 전달 요소(38)보다 프레임(20)으로부터 더 멀리에 있고, 유체 열 전달 요소(38)는 제2면(36)에 열적으로 연결된다. 온도 제어기(미도시)는 프레임(20)과 열 그룹(60) 사이의 TEC 요소(32) 를 가로질러 열 전달을 제어하기 위해서 TEC 요소(32)에 TEC 제어 신호를 제공한다. TEC 요소(32)는 프레임(20)과 열 전달이 없게 하여 프레임(20)의 완벽한 절연을 제공한다.
도 4를 참조하여, 온도 제어 시스템(30)은 TEC 요소(32)와 평행한, 열 그룹(60)과 프레임(20) 사이에 위치된 마운팅 패드(mounting pad)(62)를 포함한다. 마운팅 패드(62)는 열 그룹(60)과 프레임(20) 사이의 단단한 기계적 연결을 허용하는 한편, TEC 요소(32)는 열 그룹(60)과 프레임(20) 사이의 열 전달을 관리한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 프레임(20)은 절연층(64)과 전도층(66)을 포함하는데, 이때 전도층(66)은 절연층(64) 상에 배치된다. 전도층(66)은 TEC 요소(32)의 제1면(34)에 열적으로 연결된다. 전도층(66)은 측정된 프레임 온도 신호를 생성하기 위해서 전도층(66)에 열적으로 연결된 온도 센서(68)를 포함한다. 전도층(66)은 높은 전도율과 부분적인 온도 변화를 더 고르게 하여, 프레임 온도의 동일한 표시를 제공한다. 전도층(66)은 알루미늄, 구리 등과 같은, 높은 열 전도율을 가진 임의의 물질일 수 있다. 절연층(64)은 플라스틱, 세라믹, 거품 등과 같은, 낮은 열 전도율을 가진 임의의 물질일 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 프레임(20)은 절연층(64)과 전도층(66)을 포함하며, TEC 요소(32)와 평행한 열 그룹(60)과 전도층(66) 사이에 마운팅 패드(62)에 의해 위치된다. 마운팅 패드(62)는 열 그룹(60)과 프레임(20) 사이의 단단한 기계적인 연결을 허용하는 한편, TEC 요소(32)는 열 그룹(60)과 프레임(20) 사이의 열 전달을 관리한다.
도 7은 본 발명에 따라 만들어진 가득 찰 수 있는 저장소를 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면이다. 가득 찰 수 있는 저장소는 새로운 열 전달 능력을 제공하기 위해 온도 제어 유체의 빠른 대체를 허용한다.
온도 제어 시스템(30)은 열 전기 냉각(TEC) 요소(32)와 유체 열 전달 요소(38)를 포함한다. 유체 열 전달 요소(38)는 바디(74)와 유체 통로(40)를 포함한다. 가득 찰 수 있는 저장소(70)는 유체 열 전달 요소(38)의 유체 통로(40)에 포함되며 온도 제어 유체(미도시)를 수용한다. 밸브(72)는 유체 통로(40)를 통해 흐름을 제어한다. 일반적으로, 가득 찰 수 있는 저장소(70)에서 온도 제어 유체의 열 용량은 유체 열 전달 요소(38)의 바디(74)의 열 용량보다 커서, 가득 찰 수 있는 저장소(70)에서 온도 제어 유체는 TEC 요소(32)에 대한 열원 또는 열 흡수 장치로 작용한다. 온도 제어 유체는 가득 찰 수 있는 저장소(70)로부터 가득 차고 새로운 온도 제어 유체로 대체되어서, 열원 또는 열 흡수 장치는 다음 사용을 위해 다시 채워진다.
작동 중에, 가득 찰 수 있는 저장소(70)가 채워지며 밸브(72)는 프레임(20)에 전달될 수 있는 유체 열 전달 요소(38)로부터 임의의 흐름 진동을 피하기 위해 닫혀진다. 온도 제어 시스템(30)은 TEC 요소(32)를 통해 프레임(20)과 열을 교환한다. 온도 제어 유체의 온도는 가득 찰 수 있는 저장소(70)가 열원 또는 열 흡수 장치인지 아닌지에 따라 증가되거나 감소된다. 온도 제어 유체의 온도가 한계에 도달할 때, 또는 최소의 진동이 요구되는 측정 또는 모니터링 작동이 끝날 때, 밸브(72)는 가득 찰 수 있는 저장소(70)로부터 온도 제어 유체를 빠르게 채우고 새로 운 온도 제어 유체를 제공하기 위해서 개방된다. 밸브(72)는 폐쇄되고 유체 열 전달 요소(30)는 다음 사용을 위해 준비된다. 당업자는 가득 찰 수 있는 저장소(70)가 본 명세서에 기술된 임의의 온도 제어 시스템과 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 만들어진 상 변화 요소를 사용하는 온도 제어 시스템의 개략적인 도면이다. 상 변화 요소는 열 저장소로서 작용하고, 최소한의 프레임 진동이 필요할 때, 유체 열 전달 요소를 통한 흐름이 차단되도록 한다.
온도 제어 시스템(30)은 열 전기 냉각(TEC) 요소(32), 상 변화 요소(76), 및 유체 열 전달 요소(38)를 포함한다. TEC 요소(32)는 프레임(20)과 상 변화 요소(76)에 열적으로 연결된다. 상 변화 요소(76)는 유체 열 전달 요소(38)에 열적으로 연결되는데, 상기 유체 열 전달 요소는 온도 제어 유체의 흐름을 위한 유체 통로(40)를 포함한다. 밸브(72)는 유체 통로(40)를 통하는 흐름을 제어한다. 상 변화 요소(76)는 TEC 요소(32)의 작동 온도에서 또는 근처에서 상이 변하는 상 변화 물질을 포함한다. 한 실시예에서, 유체 열 전달 요소(38)는 상 변화 물질과 온도 제어 유체 사이의 열 전달을 증가시키는 상 변화 요소(76)의 일부로서 포함되며 상 변화 요소(76) 내에 통합된다.
상 변화 요소(76)에서 상 변화는 고체-액체 변이(용해 열), 액체-가스 변이(증발 열), 또는 고체-가스 변이(승화 열)와 같은, 특정 적용에 대해서 원하는 바와 같이 열을 흡수하거나 방출하는 임의의 상 변화일 수 있다. 상 변화 요소(76)에서 사용될 수 있는 상 변화 물질의 예는 물; 칼륨 플로라이드 테트라하이드레이 트(KF·4H2O) 또는 칼슘 클로라이드 헥사하이드레이트(CaCl2·6H2O)와 같은 염류 하이드레이트; 또는 나트륨 클로라이드(NaCl)-물 혼합물과 비슷한, 염-물 혼합물과 같은, 공융 혼합물을 포함한다. 당업자는 많은 상 변화 물질이 원하는 특정 상 변화 온도에 따라 좌우되는 상 변화 요소(76)의 사용을 위해 적당하다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 염류 하이드레이트는 실온 주변에 사용될 수 있고 염-물 공융 혼합물은 약 -20℃의 낮은 온도 주변에 사용될 수 있다.
작동 중에, 밸브(72)는 프레임(20)에 전달될 수 있는 유체 열 전달 요소(38)로부터 임의의 흐름 진동을 피하기 위해 닫혀진다. 온도 제어 시스템(30)은 TEC 요소(32)를 통해 프레임(20)과 열을 교환한다. 상 변화 요소(76)에서 상 변화 물질은 TEC 요소(32)와 열 교환에 응답하여 상이 변화한다. 최소한의 진동이 필요한 측정 또는 모니터링 작동이 끝날 때, 밸브(72)는 유체 통로(40)를 통해 온도 제어 유체를 제공하기 위해 개방된다. 상 변화 물질은 그들의 처음 상태로 되돌아가고 상 변화 요소(76)는 다음 사용을 위해 준비된다. 당업자는 상 변화 요소(76)가 본 명세서에 기재된 임의의 온도 제어 시스템과 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
동일한 요소가 도 1과 동일한 도면 번호를 공유하는 도 9는 본 발명에 따라 만들어진 온도 제어 시스템에 대한 작동 제어 시스템의 개략적인 도면이다. 작동 제어 시스템은 TEC 요소를 가로질러 열 전달을 제어하기 위한 TEC 성분에 TEC 제어 신호를 제공한다.
작동 제어 시스템(100)은 프레임에 열적으로 연결되며 측정된 프레임 온도 신호(102)를 생성하는 온도 센서(68)를 포함한다. 한 실시예에서, 많은 온도 센서는 측정 프레임 온도 신호가 평균 또는 가중된 평균 프레임 온도를 나타내도록 프레임과 조합된 그들의 출력에 열적으로 연결될 수 있다. 바람직한 온도, T_set (104)는 수동적으로 설정되거나 다른 제어 시스템 및 생성된 바람직한 온도 신호(106)에 의해 결정된다. 측정된 프레임 온도 신호(102) 및 바람직한 온도 신호(106)는 비교기(108)에서 비교되며 온도 차 신호(110)가 생성된다. 온도 제어기(112)는 온도 차 신호(110)에 반응하며 TEC 요소(32)를 통해 열 흐름을 제어하는, TEC 제어 신호(114)를 생성한다.
한 실시예에서, 온도 제어기(112)는 열 디바이스 신호(118)에 추가적으로 반응하며, 피드 포워드 제어를 제공한다. 열 디바이스 제어기(116)는 모터 또는 구동 시스템과 같은, 열 디바이스(22)를 제어한다. 열 디바이스 제어기(116)는 열 디바이스(22)와 온도 제어기(112)에 제공되는, 열 디바이스 신호(118)를 생성한다. 온도 제어기(112)는 열 디바이스(22)의 동작의 임의의 변화로부터 프레임에 열 하중의 변화를 예상하기 위하여 TEC 제어 신호(114)를 조절한다. 온도 제어기(112)는 제어 신호와 열 응답 사이의 지체량(108)을 계산하기 위해서 프레임과 열 디바이스(22)의 열 과도 응답의 모델링을 포함할 수 있다. 당업자는 작동 제어 신호(100)가 본 명세서에 기술된 임의의 온도 제어 시스템과 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예가 현재 바람직하게 고려되고 있지만, 다양한 변화와 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 생길 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에서 나타나고, 동등물의 의미와 범위에서 오는 모든 변화는 본 명세서에 포함되도록 의도된다.
본 발명은 일반적으로 도량 및 제조 시스템에 사용되는데, 더 구체적으로 도량 및 제조 시스템 온도 제어에 사용된다.

Claims (29)

  1. 프레임(20)에 대한 온도 제어 시스템으로서,
    열 전기 냉각(TEC) 요소(32)로서, 제1면(34)과 제2면(36)을 가지며, 제2면(34)과 프레임(20) 사이에 갭(50)을 형성하기 위해 배치된 TEC 요소(32)와,
    제2면(36)과 열적으로 연결된 유체 전달 요소(38)를 포함하는,
    프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1면(34) 상에 배치된 TEC 방사형 코팅(52)을 더 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프레임(20)은 프레임 방사형 코팅(54)을 갖는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프레임(20)은 열 디바이스(22)를 갖고, 갭(50)은 열 디바이스(22)에 대해 형성되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    온도 센서(68)로서, 상기 프레임(20)에 열적으로 연결되고 측정된 프레임 온도 신호(102)를 생성하는 온도 센서(68)와,
    비교기로서(108), 측정된 프레임 온도 신호(102)와 바람직한 온도 신호(106) 사이의 차를 결정하고, 온도 차 신호(110)를 생성하는 비교기(108)와,
    온도 제어기(112)로서, 온도 차 신호(110)에 반응하고 TEC 제어 신호(114)를 생성하는, 온도 제어기(112)를 더 포함하고,
    상기 TEC 요소(32)는 TEC 제어 신호(114)에 반응하는,
    프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프레임(20)은 열 디바이스(22)를 갖고,
    열 디바이스 제어기(116)로서, 열 디바이스(22)를 제어하기 위해서 작동적으로 연결되며, 열 디바이스 신호(118)를 생성하는 열 디바이스(116)를 더 포함하고,
    온도 제어기(112)는 열 디바이스 신호(118)에 추가적으로 반응하는,
    프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 가득 찰 수 있는 저장소(70)를 갖는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 유체 통로(40)와 유체 통로(40)를 통해 흐름을 제어하기 위해 연결된 밸브(72)를 갖고, 상기 밸브(72)는 정지 밸브와 흐름 제어 밸브로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  9. 프레임(20)에 대한 온도 제어 시스템으로서,
    제1면(34)과 제2면(36)을 갖는 TEC 요소(32)와,
    열 그룹(60)으로서, 열 디바이스(22)와 유체 열 전달 요소(38)를 갖고, 상기 열 디바이스(22)는 유체 열 전달 요소(38)에 열적으로 연결되는, 열 그룹(60)을 포함하고,
    제1면(34)은 프레임(20)에 열적으로 연결되고 제2면(36)은 열 그룹(60)에 열적으로 연결되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열 디바이스(22)는 제2면(36)에 열적으로 연결되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 제2면(36)에 열적으로 연결되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  12. 제9항에 있어서, TEC 요소(32)에 평행한 열 그룹(60)과 프레임(20) 사이의 마운팅 패드(mounting pad)를 더 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 프레임(20)은 절연층(64)과 전도층(66)을 갖고, 전도층(66)은 절연층(64) 상에 배치되고 전도층(66)은 제1면(34)에 열적으로 연결되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, TEC 요소(32)와 평행한 제1면(34)과 프레임(20) 사이의 마운팅 패드(62)를 더 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 전도층(66)에 열적으로 연결된 온도 센서(68)로서, 측정된 프레임 온도 신호를 생성하는 온도 센서(68)를 더 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    온도 센서(68)로서, 프레임에 열적으로 연결되고 측정된 프레임 온도 신호(102)를 생성하는 온도 센서(68)와,
    비교기(108)로서, 측정된 프레임 온도 신호(102)와 바람직한 온도 신호(106) 사이의 차를 결정하고, 온도 차 신호(110)를 생성하는 비교기(108) 및,
    온도 제어기(112)로서, 온도 차 신호(110)에 반응하고 TEC 제어 신호(114)를 생성하는 온도 제어기(112)를 더 포함하고,
    TEC 요소(32)는 TEC 제어 신호(114)에 반응하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 프레임(20)은 열 디바이스(22)를 갖고,
    상기 온도 제어 시스템은 열 디바이스 제어기(116)로서, 열 디바이스(22)를 제어하기 위해서 작동적으로 연결되고, 열 디바이스 신호(118)를 생성하는 열 디바이스 제어기(116)를 더 포함하고,
    온도 제어기(112)는 열 디바이스 신호(118)에 추가적으로 반응하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  18. 제9항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 가득 찰 수 있는 저장소(70)를 갖는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  19. 제9항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 유체 통로(40)와 유체 통로(40)를 통하는 흐름을 제어하기 위해서 연결된 밸브(72)와 갖고, 상기 밸브(72)는 정지 밸브와 흐름 제어 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  20. 프레임(20)에 대한 온도 제어 시스템으로서,
    제1면(34)과 제2면(36)을 갖는 열 전기 냉각(TEC) 요소(32)와,
    가득 찰 수 있는 저장소(70)를 갖는 유체 열 전달 요소(38)를 포함하고,
    제1면(34)은 프레임(20)에 열적으로 연결되고 제2면(36)은 유체 열 전달 요소(38)에 열적으로 연결되는,
    프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    프레임(20)에 열적으로 연결되고 측정된 프레임 온도 신호(102)를 생성하는 온도 센서(68)와,
    측정된 프레임 온도 신호(102)와 바람직한 온도 신호(106) 사이의 차를 결정하고, 온도 차 신호(110)를 생성하는 비교기(108) 및,
    온도 차 신호(110)에 반응하고 TEC 제어 신호(114)를 생성하는 온도 제어기(112)를 더 포함하고,
    TEC 요소(32)는 TEC 제어 신호(114)에 반응하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 프레임(20)은 열 디바이스(22)를 갖고,
    상기 온도 제어 시스템은, 열 디바이스 제어기(116)로서, 열 디바이스(22)를 제어하기 위해 작동적으로 연결되고, 열 디바이스 신호(118)를 생성하는 열 디바이스 제어기(116)를 더 포함하고,
    온도 제어기(112)는 열 디바이스 신호(118)에 추가적으로 반응하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  23. 제20항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 가득 찰 수 있는 저장소(70)를 통해 흐름을 제어하기 위해 연결된 밸브(72)를 갖고, 상기 밸브(72)는 정지 밸브와 흐름 제어 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  24. 프레임에 대한 온도 제어의 방법으로서,
    열 전기 냉각(TEC) 요소와 TEC 요소에 열적으로 연결된 유체 열 전달 요소를 제공하는 단계와,
    갭을 형성하기 위해서 프레임 근처에 TEC 요소를 위치시키는 단계와,
    갭을 가로질러서 열을 전달하기 위해 TEC 요소를 제어하는 단계를 포함하는,
    프레임에 대한 온도 제어 방법.
  25. 프레임(20)에 대한 온도 제어 시스템으로서,
    열 전기 냉각(TEC) 요소(32)로서, 제1면(34)과 제2면(36)을 갖는 TEC 요소(32)와,
    상 변화 요소(76)와,
    유체 열 전달 요소(38)를 포함하고,
    제1면(34)은 프레임(20)에 열적으로 연결되고 제2면(36)은 상 변화 요소(76)에 열적으로 연결되고, 상 변화 요소(76)는 유체 열 전달 요소(38)에 열적으로 연결되는,
    프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    프레임(20)에 열적으로 연결되고 측정된 프레임 온도 신호(102)를 생성하는 온도 센서(68)와,
    측정된 프레임 온도 신호(102)와 바람직한 온도 신호(106) 사이의 차를 결정하고, 온도 차 신호(110)를 생성하는 비교기(108)와,
    온도 차 신호(112)에 반응하고 TEC 제어 신호(114)를 생성하는 온도 제어기(112)를 더 포함하고,
    TEC 요소(32)는 TEC 제어 신호(114)에 반응하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 프레임(20)은 열 디바이스(22)를 갖고,
    상기 온도 제어 시스템은, 열 디바이스 제어기(116)로서, 열 디바이스(22)를 제어하기 위해서 작동적으로 연결되고, 열 디바이스 신호(118)를 생성하는 열 디바이스 제어기(116)를 더 포함하고,
    온도 제어기(112)는 열 디바이스 신호(118)에 추가적으로 반응하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 유체 열 전달 요소(38)는 가득 찰 수 있는 저장소(70)를 통하는 흐름을 제어하기 위해 연결된 밸브(72)를 갖고, 상기 밸브(72)는 정지 밸브와 흐름 제어 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 상 변화 요소(76)는 물, 염화 하이드레이트, 포타슘 플로라이드 테트라하이드레이트, 칼슘 클로라이드 헥사하이드레이트, 공융 혼합물, 염-물 혼합물, 및 나트륨 클로라이드-물 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상 변화 물질을 포함하는, 프레임에 대한 온도 제어 시스템.
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