帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
流體機械囊括製程排/抽氣 提升真空系統節能效率
 

【作者: 陳念舜】   2020年01月13日 星期一

瀏覽人次:【4686】
  

在近年來受到中美貿易戰波及,造成台灣製造業哀鴻遍野,唯有半導體和面板設備產業因受惠於5G、AI所需次世代先進製程驅動成長。部份台商也趁機回流擴廠,帶動周邊廠務及製程設備需求,卻仍有長期缺水、電及土地等疑慮未消。工研院則自2014年起積極輔導台灣產業節能有成,建議高科技產業可針對真空泵等流體機械的馬達動力系統改善節能效率。


根據工研院產科國際所指出,台灣含半導體和平面顯示器為主的高科技產業向來居全球領先地位,又以掌握先進製程技術、產能和設備為影響該產業興衰的關鍵因素,當近年來全球保護主義興起,各國對於關鍵設備、技術的保護、重視與管制更甚以往。


尤其展望2020年當5G基礎建設日益完善後,將會創造,如5G手機、穿戴型裝置、車用電子、AI高效能運算等越來越多終端產品需求,可望引領下一波先進製程技術演進,帶動半導體產業景氣回溫,相關製程設備、零組件及關鍵元件的重要性亦將水漲船高;各顯示器設備大廠也看好下一波投資,將聚焦於AMOLED與次世代顯示技術Micro/Mini LED等,良率、量產效益和成本將是最大挑戰。



圖1 : 目前在高科技產業的半導體與光電廠務設施中,均由多部大小不同馬力的真空泵組成,並藉由多機聯鎖系統,保持系統真空壓力在特定合理範圍內使用。(source:rqg.no)
圖1 : 目前在高科技產業的半導體與光電廠務設施中,均由多部大小不同馬力的真空泵組成,並藉由多機聯鎖系統,保持系統真空壓力在特定合理範圍內使用。(source:rqg.no)

但由於台灣高科技設備廠商多為營收約新台幣100億元以下的中小企業,又以後段封裝測試設備與零組件廠商居多,亟待整合產業鏈上中游廠商自製關鍵元件,才能有效提升出口競爭力。其中乾式真空泵即為現今高科技製程設備必備的關鍵元件,且隨著業者投入製程產能愈來愈大,對於真空泵排氣量要求也與日俱增。


根據金屬工業研究發展中心(MIRDC)指出,與以往開發小型真空泵有別,現今業者開發大排量魯氏真空泵首要之務,在於須完成真空泵在高度抽真空壓力下,恐造成變形的強度分析;以及因為真空泵腔體體積放大後,或將大幅拉高在鑄造上的失敗率,對於鑄造技術的模擬分析也變得十分重要,以避免因此浪費投資昂貴的模具失敗。


目前台灣雖然受高科技產業發達之賜,於乾式真空泵使用量居全球市場首位,但相關製程設備廠商卻幾乎全倚賴自國外進口,而歐日系真空泵大廠又為了降低成本,均將生產基地移往南韓或中國大陸,對於台灣高科技產業發展十分不利。


所幸拜該中心近年來積極參與經濟部工業局平面顯示器自製率倍增計畫支持下,除已能提供完整的模流分析,以確保開模製造的成功率之外;並加入台灣空壓機大廠多年來自主研發經驗,終於成功開發出符合市場需求的大排量魯氏真空泵,至今已取得國內外買主下單,陸續導入台灣半導體、平面顯示器、太陽能與LED等高科技光電產業應用。


此外,回顧經濟部自2014年8月公告《能源用戶訂定節約能源目標和執行計畫規定》以來,由於要求契約用電容量超過800kW的法人及自然人,均須於2019年達到平均年節電率1%以上目標,已促使相關業者為符合政策要求及實際降低運轉電力成本,而不斷改善節能效率,於廠務導入製程真空系統產業,更是短期內可立竿見影的良好指標。


到了2016年7月經濟部正式宣告,禁止進口或製造未符合國際IE3規範的低壓三相鼠籠式感應馬達在台灣銷售使用之後,除已成功推動高效率馬達替代,而提高2%~8%節能效率,就連藉此驅動真空泵、空壓機等流體機械的動力系統,更是重點節能對象。


依負載導入變頻控制 真空系統節能立竿見影

根據工研院機械所對於「真空(vacuum)」定義,係指在任一處空間裡的氣體壓力須小於一大氣壓,又可依壓力從大到小不等區別真空度,分為:粗略真空、中度真空、高真空、超高真空,壓力越低越耗電kW。


其中目前在高科技產業的半導體與光電廠務設施中,均由多部大小不同馬力的真空泵組成,再經過PLC依空氣瓶壓力感測器的反饋信號控制,將粗略真空導入製程使用。倘若真空抽氣量需求(demand)夠大時,便起動多部真空泵,並在需求量降低時循序停止,保持系統真空壓力在特定合理範圍內使用。


然而,由於業者在廠務真空系統設計之初,通常會採取最大抽氣量需求,加上備用抽氣量計算,使得一般設置皆大於實際運轉時需求,可利用節能改善措施包含:適當保養維護、採用高效/變頻真空泵、多機聯控等。其中添購變頻真空泵比起定頻機種更節能的主因,除了藉此汰舊換新,取代長年使用的舊機,原本就可提高能源使用效率之外;一旦達到預定真空壓力需求時,還能經過變頻或多機聯控來降低抽氣負載,以確保真空系統穩定,不會過度耗電。


在早期變頻技術尚未普及,傳統真空泵未達到預訂壓力前,只能以定頻(速)全力運轉,即使接下來抽氣量需求降低,仍會造成極大能量損失。直到近年來隨著變頻技術成熟與降價趨勢,導致變頻真空泵日漸普及。


當使用者抽氣需求量低於真空泵最大抽氣能力時,即可考慮將定頻真空泵改為變頻機種,再透過其中變頻控制與專利轉子設計製造技術,依前端製程需求增減抽氣量需求時調控負載;並配合小馬力高轉速馬達降速,節省保養費用;以及進氣調控閥於真空泵起動時微開,讓啟動電流最小化,得以在不同負載條件下,比起傳統定速真空泵節省耗電量約20~50%。


Atlas Copco強化節能減碳優勢 融入變頻與最佳化結構設計

因應5G、AI等領域的創新產品需求和全球減緩氣候變遷潮流趨勢下,來自瑞典的流體機械大廠Atlas Copco則致力打造在同等或較小輸出功率情況下,可提供比起市面上同級產品更高能效的空壓機、真空泵和氮/氧氣製造設備。所推出的新一代變頻驅動油潤滑/乾式螺桿真空泵,適用於廠務中央真空系統。



圖2 : Atlas Copco最新推出的變頻螺桿真空泵,既融入VSD變頻驅動技術,並內建Elektronikon圖形化控制器,比起其他真空技術約節能50%。(攝影/陳念舜)
圖2 : Atlas Copco最新推出的變頻螺桿真空泵,既融入VSD變頻驅動技術,並內建Elektronikon圖形化控制器,比起其他真空技術約節能50%。(攝影/陳念舜)

既融入了該公司強項的VSD變頻驅動技術,在20~100%流量範圍內比起其他抽速>300m3/hr的真空技術節能約50%、性價比更高;並加入設定點控制功能,可讓使用者用來最佳化,維持製程真空度所需能耗,僅須與真空度或抽速匹配的最小流量而不會浪費,從而提高生產效率。且因為採用即插即用設計原理,將所有部件都安裝於一個整潔外罩內,占地面積不超過標準托盤,且能大幅減少客戶維護需求、拉長平均回收時間,使之生命周期成本約可削減50%左右,加快投資回報周期。


同時將Atlas Copco在空壓機領域高效的雙螺桿結構設計移轉到真空泵,加上真空系統可承受空氣撞擊力道從7~8kg降至約0.1kg,只要5~6年定期保養一次真空泵即可,幾乎未曾發生重大故障事件。加上該公司特別為真空泵設計的Elektronikon圖形化控制器串連監控系統節能,並與工廠管理系統整合遠端監控,還能從操作面板上監控真空泵實際耗電、油溫等數據;或透過智聯星監控程序SMARTLINK呈現於行動裝置,隨時檢視抽氣效率是否衰退,或維持設定真空壓力,從而得知轉子效能。



圖3 : 透過Atlas Copco智聯星監控程序SMARTLINK呈現於行動裝置,可隨時檢視抽氣效率是否衰退,或維持設定真空壓力,從而得知轉子效能。(攝影/陳念舜)
圖3 : 透過Atlas Copco智聯星監控程序SMARTLINK呈現於行動裝置,可隨時檢視抽氣效率是否衰退,或維持設定真空壓力,從而得知轉子效能。(攝影/陳念舜)

Atlas Copco Taiwan Ltd.公司總經理John Demers進一步表示:「面對當今工業4.0、智慧機械主流,該公司其實早在15年前開始導入自家工廠的生產線應用,先做好準備。」目前除了可讓客戶藉機上控制器顯示,即時監控產品製程外;還能用來蒐集製造關鍵數據,使之創造更高價值,唯有讓客戶可長期持有產品15~20年並穩定生產才是重點。


值得一提的是,由於該公司變頻式螺桿真空泵具備最佳化專利創新設計的回油系統技術,得以避免油氣分離器不致過載,而延長使用壽命。且即使在最大負荷下的排氣含油量仍維持3mg/m3以下,避免發生傳統定速油式真空泵油分離器過載常導致的噴油現象;以及在全壓力段運行時排氣含油量極低,將大幅優化廢氣排放品質,有利於維護環境與操作人員的健康。


John Demers強調:「Atlas Copco至今仍以正確的思考方式來維持成長,特別針對空壓機與真空泵市場,更強調與客戶密切互動,再將改善資訊反饋技術與RD研發部門。」也因為在台灣具有優質團隊和職能訓練,樂於傾聽客戶心聲,讓產品更有效益,已成為目前少數同時符合工研院、經濟部台灣綠色生產力基金會節能補助標準者。現也透過擴大投資台灣團隊相關技術與服務,確實掌握台商回流商機,未來除了持續開發更有效率產品,協助客戶打造解決方案之外,還將兼顧環境和企業社會責任,致力於潔淨、減碳與高效能方向發展。


**刊頭照(source:sterne-silicone-rubber.com)


相關文章
手機晶片大廠毫米波技術專利分析
以人為本的智慧空間開發
現況正在改變 5G NR開啟毫米波應用新契機
解決5G複雜性挑戰 需從根本最佳化平台
5G與邊緣互為體用 體現完美分散式運算
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新聞
» 智慧光製造為電子業升溫 台灣國際雷射展盛大登場
» TPCA Show 2020擴大聯展 PCB全年產值挾5G成長1.5%
» 工研院串起臺灣產業鏈 國產雷射搶攻國際智慧商機
» 產研合作成效高 工研院攜手產業實現AI落地創新商機
» 網路資安業者首發工業級叢集式IPS 智慧工廠防護更上層樓
  相關產品
» 循環鋁材新應用 靠真空壓鑄技術翻身加值
» 中美萬泰推出醫用電腦電源內裝設計WMP-24G-PIS
» 中美萬泰推出新款Intel第八代Whisky Lake工業級觸控電腦
» 安勤觸控雙螢幕AIO POS終端機RiVar模組化擴充快速
» 三菱日立J系列燃氣渦輪機商業運轉達到100萬小時

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw