CN1261727C - 载冷剂供给装置 - Google Patents

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CN1261727C CNB021557780A CN02155778A CN1261727C CN 1261727 C CN1261727 C CN 1261727C CN B021557780 A CNB021557780 A CN B021557780A CN 02155778 A CN02155778 A CN 02155778A CN 1261727 C CN1261727 C CN 1261727C
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Abstract

一种载冷剂供给装置，将纯水等的载冷剂调整成适合于所述负荷的目标温度于循环地供给至少一个负荷，具有：设在流动有从所述负荷侧返回的载冷剂载冷剂冷却流路中的、利用工业用水冷却所述载冷剂用的热交换器；对所述载冷剂加热用的加热器；设在所述冷却流路与所述加热流路的连接部上的混合部；设在所述混合部的出口侧的混合部出口侧温度传感器；根据来自所述混合部出口侧温度传感器的输出来调整冷却后的载冷剂与加热后的载冷剂的混合比的混合调整装置；作为设在所述混合部与所述负荷之间的储罐、即构成使所述载冷剂以缓慢低速度地通过其中的、具有约10升以上容积的储罐，因此，可降低装置的运转成本且使装置小型化，并可稳定控制载冷剂的温度。

Description

载冷剂供给装置
技术领域
本发明涉及将纯水等的载冷剂调整成适合于所述负荷的目标温度后供给于至少一个负荷的载冷剂供给装置。
在本发明中，载冷剂是指进行热吸收传递的液体。
背景技术
以往使用由压缩机、冷凝器、膨胀阀及热交换器(蒸发器)构成的冷冻机的载冷剂供给装置是众所周知的。在具有这样的冷冻机的载冷剂供给装置中，用所述冷冻机将从负荷侧返回的载冷剂冷却至目标温度、再向所述负荷供给。
在具有所述的以往的冷冻机的载冷剂供给装置中，由于使用冷冻机而存在使装置的耗电等的运转成本增高、且由于冷冻机的存在而使装置大型化等的问题。但是，另一方面，以往若不使用冷冻机，就不能稳定地控制载冷剂的温度。
发明内容
本发明是着眼于这样的已有技术中的问题而作成的，其目的在于，提供降低装置的耗电等的运转成本且使装置小型化、并能稳定地控制载冷剂温度的载冷剂供给装置。
本发明是一种载冷剂供给装置，针对至少一个负荷，将载冷剂调整成适合于所述负荷的目标温度后循环地供给，其特征在于，具有热交换器、加热器、混合部、混合部出口侧温度传感器、控制装置、储罐，所述热交换器设在供从所述负荷侧返回的载冷剂流动的载冷剂冷却流路中，利用工业用水冷却所述载冷剂；所述加热器设在载冷剂加热流路中，用于对所述载冷剂进行加热，所述载冷剂加热流路供从所述负荷侧返回的载冷剂流动，并与所述载冷剂冷却流路并联形成；所述混合部设在所述载冷剂冷却流路与所述载冷剂加热流路的连接部上、并将用所述热交换器冷却后的载冷剂与用所述加热器加热后的载冷剂予以混合用；所述混合部出口侧温度传感器设在所述混合部的出口侧，用于检测来自所述混合部的载冷剂的温度；所述控制装置根据来自所述混合部出口侧温度传感器的输出来控制所述混合部，使在所述混合部中由所述热交换器冷却后的载冷剂与由所述加热器加热后的载冷剂之间的混合比达到能使来自所述混合部的载冷剂成为适当温度混合比；所述储罐设在所述混合部与所述负荷之间，为了缓和来自混合部的载冷剂温度的急剧变动，具有10升以上的容积，可使所述载冷剂以缓慢的低速度通过其中。
最好载冷剂供给装置包含：设在所述热交换器的出口侧的、检测来自所述热交换器的载冷剂温度用的热交换器出口侧温度传感器；根据来自所述热交换器出口侧温度传感器的输出来调整供给于所述热交换器的工业用水流量的阀。
最好载冷剂供给装置具有：设在所述载冷剂加热流路的出口侧的、检测来自所述载冷剂加热流路的载冷剂温度用的加热流路出口侧温度传感器；根据来自所述加热流路出口侧温度传感器的输出来调整供给于所述加热器的电力的电力调整装置。
最好载冷剂供给装置具有设在所述储罐的出口侧的、检测来自所述储罐的载冷剂的温度用的储罐出口侧温度传感器，所述控制装置根据来自所述混合部出口侧温度传感器的输出和来自所述储罐出口侧温度传感器的输出来控制所述混合部。
最好载冷剂供给装置的所述载冷剂为纯水，所述储罐，是设于所述混合部与所述负荷之间的离子交换器，是构成将所述纯水的导电率维持在规定值以下、并构成为了缓和来自所述纯水温度的急剧变动而以缓慢低速度地使所述纯水通过其中的、具有10升以上容积的离子交换器。
附图说明
图1是本发明的实施形态的载冷剂供给装置的配管方框的图。
图2是用于本发明所使用的离子交换器结构的示图。
发明的实施形态
以下，说明本发明的实施形态。图1是用于向半导体制造装置等的负荷供给作为载冷剂的纯水的、表示利用本实施形态的载冷剂供给装置的配管方框图。在图1中，1是半导体制造装置等的负荷，2是用于将结束对所述负荷1的功能的纯水(载冷剂)从所述负荷1侧返回到载冷剂供给装置侧的返回流路，3是设在所述返回流路2上的、用于检测所述纯水的电阻值(导电率)的电阻率计，4是设在所述返回流路2上的、准备检测纯水温度的温度传感器，5是将来自所述返回流路2的纯水暂时积蓄的纯水储罐，6是用于将所述纯水储罐5内的纯水向下一个流路7送出的泵，6a是用于将驱动所述泵6的电力的频率予以变换的变频器，6b是用于控制所述变频器6a的控制部(CPU)，7是用于使所述泵6排出的纯水向后述的热交换器13或加热器26侧流动的流路，8是用于准备检测在所述流路7中流动的纯水温度的温度传感器，9是用于检测在所述流路7中流动的纯水流量的流量传感器，10是用于检测在所述流路7中流动的纯水压力并在检测出管道堵塞等的异常时使装置整体停止的压力开关，11是从所述流路7内的纯水的流动准备检测所述泵6的排出压力用的泵排出压力计。
另外，在图1中，12是作为从流路7分支成2个的一方流路的纯水冷却流路，13是设在所述纯水冷却流路12途中的、用于冷却纯水的热交换器，14是设在所述纯水冷却流路12途中的、用于检测在所述热交换器13中冷却的纯水温度的温度传感器。
在所述热交换器13中，始终供给平均温度被保持例如约为20-28℃的工业用水(工厂循环水)。所述热交换器13，利用所述工业用水而冷却在所述纯水冷却流路12中流动的纯水。
另外，在图1中，15是用于从外部导入工业用水而向所述热交换器13供给的冷却水导入管，16是用于将在所述热交换器13中为了进行热交换所使用的工业用水向外部排出的冷却水排出管，17是设在所述冷却水排出管上的流量传感器，18是设在所述冷却水排出管16途中的电动阀，19是根据对来自所述热交换器13的纯水温度进行检测的温度传感器14的输出而对所述电动阀18的开度进行控制、并调整供给于所述热交换器13的工业用水的流量(并且，由此使所述热交换器13的冷却能力可变)用的控制部(CPU)，20是检测所述冷却水导入管15与所述冷却水排出管16的水压差、并在检测出管子堵塞等异常时用于使装置整体停止的冷却水差压开关，21是用于准备检测在所述冷却水导入管15中流动的纯水压力的冷却水压力计，22是用于检测在冷却水导入管15内的工业用水温度的温度传感器。
另外，在图1中，25是所述流路7分支成与纯水冷却流路12并联的另一条流路的纯水加热流路，26是设在所述纯水加热流路25途中的加热器，27是用于检测在所述加热器26中被加热的纯水的温度的温度传感器，28是根据来自所述温度传感器27的输出来控制所述加热器26的加热用的控制部(CPU)。
另外，在图1中，30是电动机驱动的三通阀，该三通阀设在使所述纯水冷却流路12与所述纯水加热流路25合流并与下一个进给流路31连接的位置。所述三通阀30，通过分别调整各阀的开度，而能用于改变使来自纯水冷却流路12的纯水在所述进给流路31中流动的流量和使来自所述纯水加热流路25的纯水在所述进给流路31中流动的流量。
另外，在图1中，32是设在所述三通阀30的出口侧的、用于检测在所述三通阀30中被混合的纯水的温度的温度传感器，33是根据来自所述温度传感器32的输出(对来自后述的离子交换器35的纯水温度进行检测的温度传感器36的输出)来控制所述三通阀30用的控制部(CPU)。
在本实施形态中，通过所述控制部(CPU)33控制所述三通阀30来调整来自所述纯水冷却流路12的被冷却的纯水与来自所述纯水加热流路25的被加热的纯水的混合比，并将调整成适当温度的纯水供给到所述进给流路31。
在图1中，35是设在所述进给流路31途中的、构成将在所述三通阀30中混合后的纯水的导电率维持在规定值以下的离子交换器。该离子交换器35如图2所示，由设在筒状容器35a的下方的圆板状网35b与设在所述容器35a的上方的圆板状网35c之间充填颗粒状的离子交换树脂35d而构成。
另外，在图2中，35e是用于使来自所述进给流路31的纯水流入所述容器35a内、形成于所述容器35a的底面与所述网35b之间的入口孔。另外，35f是用于使从所述入口孔35e流入并通过所述离子交换树脂35d的纯水返回到所述进给流路31、形成在所述容器35a的上面与所述35c之间的出口孔。
这样，在本实施形态的所述容器35a内，在除了形成所述入口孔35e和出口孔35f所必需的空间外的绝大部分空间中都充填有所述离子交换树脂35d。
在本实施形态中，从所述三通阀30向所述进给流路31供给的纯水，通过形成于所述容器35a的底面附近的入口孔35e向容器35a内流入，然后，使缓慢地通过充填于所述2个网35b与35c之间的所述离子交换树脂35d中，再通过形成于所述容器35a的上面附近的出口孔35f，返回至所述进给流路31。在所述纯水缓慢地通过离子交换树脂35d期间，纯水的温度逐渐收敛成适当的温度。
因此，在本实施形态中，即使如果在来自所述三通阀30的纯水的温度产生急剧变动的场合，所述纯水的急剧的温度变动在缓慢地通过所述离子交换树脂35d中的期间慢慢得到缓和，所述纯水的温度就被收敛成适当的温度。
所述离子交换器35的容器35a，形成例如具有直径220mm、高度365mm的14升的容积。本实施形态中，之所以将所述离子交换器35的容积作成14升(10升以上)，是由于所述纯水能在所述离子交换器35的内部缓慢地移动，由此，在所述三通阀30中混合的纯水温度急剧地变动时，在使所述纯水在所述离子交换器35的内部缓慢的移动期间使所述纯水的急剧的温度变动逐渐得到缓和，并在使所述纯水收敛成适当的温度后、能送向所述负荷1侧的缘故。
这样，在本实施形态中，在所述离子交换器35中，具有使来自所述三通阀30的纯水的急剧的温度变动得到缓和的所谓缓冲器的功能。
如此，在本实施形态中，就可不使用以往的载冷剂供给装置中那样的冷冻机。
也就是说，在使用以往冷冻机的载冷剂供给装置中，一般认为，载冷剂的温度控制由于利用冷冻机而能稳定地进行，送往负荷1侧的载冷剂的温度不会急剧地变动，但是，在不使用冷冻机的状态下，要由使用工业用水的热交换器13和加热器26调整纯水(载冷剂)的温度时，会很大概率地产生供给到负荷1侧的纯水温度急剧变动。
尤其，如本实施形态那样，在将来自所述纯水冷却流路12的被冷却的纯水与来自所述纯水加热流路25的被加热的纯水使用所述三通阀30进行机械混合时，由于例如所述三通阀30的阀开度调整用电动机的动作定时变慢等原因，可以预想，从所述三通阀30供给的纯水温度急剧变动的情况不少。
在如此纯水温度产生急剧变动的场合，必需夹设大容量的纯水储罐等的缓冲器(是用于使纯水温度的急剧变动得到缓和的构件)，但若特别夹设纯水储罐等的缓冲器就存在装置大型化的问题。因此，在本实施形态中，在所述三通阀30与所述负荷1之间夹设用于将纯水的导电率维持在规定值以下的离子交换器35，将该离子交换器35作成14升(10升以上)的容积，在该离子交换器35中，通过使不仅具有维持纯水的导电率的功能、还具有作为缓冲器的功能，就可避免所述装置大型化的问题。
另外，本发明者进行了实验，在每分钟5升的流量向负荷1侧供给纯水的场合中的所述离子交换器35内的纯水的移动速度为0.0022m/s，在每分钟10升的流量向负荷1侧供给纯水的场合中的所述离子交换器35内的纯水的移动速度为0.0044m/s，在每分钟20升的流量向负荷1侧供给纯水的场合中的所述离子交换器35内的纯水的移动速度为0.0088m/s，在每分钟25升的流量向负荷1侧供给纯水的场合中的所述离子交换器35内的纯水的移动速度为0.011m/s。
在本实施形态中，即使在所述纯水中产生急剧的温度变动的场合，该纯水也以约0.2m/s以下的低速度、例如以0.011m/s程度的缓慢的速度进行移动，由于在该移动时间内所述急剧的温度变动能得到缓和，故所述离子交换器35可充分地起到所述缓冲器的功能。
另外，在图1中，36是用于检测来自所述离子交换器35的纯水温度的温度传感器，37是用于检测被送往所述负荷1侧的纯水的电阻率(导电率)的电阻率计，38是用于检测被送往所述负荷1侧的纯水的压力的载冷剂出口压力计。
在本实施形态中，来自所述温度传感器36的信号，向用于控制所述三通阀30的控制部(CPU)33输入。所述控制部(CPU)33，根据来自所述三通阀30的纯水的温度(从所述温度传感器32的输出)和来自所述离子交换器35的纯水的温度(从所述温度传感器36的输出)来控制所述三通阀30，并调整在所述热交换器13中被冷却的纯水与在所述加热器26中被加热的纯水的混合比。
以下，对本实施形态的动作进行补充说明。
在本实施形态中，负荷1的载冷剂的目标温度(例如30℃)在比工业用水(工厂循环水)的温度高2℃以上时，将作成载冷剂的纯水利用工业用水(不象以往那样使用冷冻机)冷却成适合于所述目标温度的状态，向所述负荷1进行供给。也就是说，本实施形态，在所述负荷1的载冷剂的目标温度与工业用水的温度相比不高于2℃以上时，就不需要使用工业用水。
另外，在本实施形态中，所述控制部(CPU)19，根据从检测出来自所述热交换器13的纯水的温度的温度传感器14的输出来控制所述电动阀18的开度，由此调整向所述热交换器13供给的工业用水的通水量，可使所述热交换器13的冷却能力适当改变。
另外，在本实施形态中，从负荷1返回的纯水，向所述纯水冷却流路12和所述纯水加热流路25的2个流路分水。在所述纯水冷却流路12中，所述纯水的温度，利用所述热交换器35被控制成比所述负荷1的载冷剂的目标温度稍低的温度。另外，在所述纯水加热流路25中，所述纯水的温度，利用所述加热器26被控制成比所述负荷1的目标温度稍高的温度。
另外，在本实施形态中，在所述三通阀30中，通过将来自所述纯水冷却流路12的被冷却的纯水与来自所述纯水加热流路25的被加热的纯水以最适当的混合比进行混合，并将调整成所述负荷1的载冷剂目标温度后的纯水向所述负荷1侧进行供给。
另外，在本实施形态中，尤其，为了调整来自所述纯水冷却流路12的纯水与来自所述纯水加热流路25的纯水的混合比，由于利用所述三通阀30的阀开度调整用电动机的驱动对双方的流量机械地进行调整，会存在由所述三通阀30混合后的纯水的温度急剧变动的情况。因此，在本实施形态中，在将所述三通阀30与所述负荷1之间进行连接的进给流路31的途中通过作成使具有约14升容积并在其内部使所述纯水缓慢地移动的结构、设有还具有作为用于缓和所述纯水的温度的急剧变动的缓冲器的离子交换器35。而且，利用该离子交换器35，就可避免向所述负荷1供给的所述纯水的温度急剧地变动。
另外，在采用本实施形态的载冷剂供给装置中，具备有下述的连锁功能。
(1)在本实施形态的启动时，测定工业用水的温度，并仅将可设定的温度设成“工业用水的温度+2℃”以上的温度。另外，在本实施形态的启动后、当工业用水的温度上升至“设定结束温度-2℃”以上时，使发出警报或使装置处于停止状态。
(2)在本实施形态的纯水的、向负荷1的出口和从负荷1的入口(返回)的双方的位置上，测定纯水的比电阻。而且，所述出口侧的比电阻在低于控制值时，使发出警报或使装置停止。另外，所述入口侧的比电阻在低于控制值时，使发出警报或使装置停止。
(3)在所述纯水冷却流路12中，始终监视工业用水的所述热交换器13的入口侧的压力和出口侧的压力，“入口侧压力-出口侧压力”在低于控制值时，由于可预测管子堵塞的异常，故能发出警报或使装置停止。
在以上说明的本实施形态中，作为离子交换器35，使用具有14升容积的离子交换器，但本发明不限于此。只要是具有至少约10升以上容积的离子交换器，就能充分起到在本实施形态中所述的所谓“纯水在离子交换器的内部以缓慢的低速度移动的期间，可使纯水温度的急剧变动得到缓和”的缓冲器的功能。另外，本发明的离子交换器，不限于图2所示的结构。另外，在本发明中，在不使用纯水作为载冷剂时，例如可以使用具有10升以上容积的、以缓慢的低速度通过载冷剂的结构的储罐来替代图1的离子交换器35。
另外，在以上的本实施形态中，将从负荷1返回的纯水分水成纯水冷却流路12和纯水加热流路25，夹设于所述纯水冷却流路12中的热交换器13与夹设在所述纯水加热流路25中的加热器26互相并联地连接着。但是，从所述负荷1返回的纯水首先在热交换器中冷却，当用加热器加热该冷却后的纯水时，也就是说，也能使热交换器与加热器串联地连接(另外，该场合，虽然不需要三通阀30，但是为了缓和因加热器加热引起纯水温度的急剧变动，仍有必要设置起到前述那样缓冲器功能的离子交换器35)。
如以上说明的那样，在本发明的载冷剂供给装置中，由于不是使用冷冻机来冷却载冷剂，而是使用利用工业用水的热交换器来进行冷却，故与使用以往那样的耗电大的冷冻机来冷却载冷剂的情况相比，可以使耗电等的运转成本大幅度降低、并能使装置大幅度地小型化。
如本发明所述，在不使用冷冻机而使用利用工业用水的热交换器进行冷却并用加热器进行加热的场合，所述载冷剂的温度往往会急剧地变动。但是，在本发明中，即使如前述那样在载冷剂温度有急剧变动的场合，在向负荷供给所述载冷剂前，由于所述载冷剂在所述储罐中缓慢地通过，故在该期间所述载冷剂温度的急剧变动能得到缓和(所述储罐的缓冲器功能)。因此，在本发明中，即使如前述那样所述载冷剂温度有急剧变动的场合，也能使所述载冷剂在收敛成适当的温度之后向所述负荷侧供给。
另外，在不使用冷冻机而使用利用工业用水来冷却并用加热器加热作为载冷剂的纯水时，所述纯水的温度往往会急剧地变动。但是，在本发明中，即使如前述那样在载冷剂温度有急剧变动的场合，在向负荷供给所述纯水前，由于所述纯水在所述离子交换器中缓慢地通过，故在该期间所述纯水温度的急剧变动得到缓和(所述离子交换器的缓冲器功能)。因此，采用本发明，即使如前述那样在所述纯水温度急剧变动的场合，也能使所述纯水在收敛成适当的温度之后向所述负荷侧供给。
另外，在本发明中，在将设置所述热交换器后的载冷剂冷却流路与设置所述加热器后的载冷剂加热流路的连接部分设置三通阀时，可稳定地进行来自所述载冷剂冷却流路的载冷剂与来自所述载冷剂加热流路的载冷剂的双方的流量调整。
另外，在本发明中，根据来自温度传感器所检测出的、来自具有所述缓冲器功能的离子交换器的纯水的温度的信号，在对利用所述热交换器冷却后的纯水与利用所述加热器加热后的纯水的混合比进行调整时，还能依据所述离子交换器具有的缓冲器功能对所述冷却后的纯水与所述加温后的纯水的混合进行最适当的调整。
另外，在本发明中，根据来自温度传感器所检测出的、来自具有所述缓冲器功能的离子交换器的纯水的温度的信号，在对利用所述热交换器冷却后的纯水用于加热的所述加热器的加热力进行调整时，还能依据所述离子交换器具有的缓冲器功能对利用所述热交换器冷却后的纯水进行最适当的加温控制。

Claims (5)

1.一种载冷剂供给装置，针对至少一个负荷，将载冷剂调整成适合于所述负荷的目标温度后循环地供给，
其特征在于，具有热交换器、加热器、混合部、混合部出口侧温度传感器、控制装置、储罐，
所述热交换器设在供从所述负荷侧返回的载冷剂流动的载冷剂冷却流路中，利用工业用水冷却所述载冷剂；
所述加热器设在载冷剂加热流路中，用于对所述载冷剂进行加热，所述载冷剂加热流路供从所述负荷侧返回的载冷剂流动，并与所述载冷剂冷却流路并联形成；
所述混合部设在所述载冷剂冷却流路与所述载冷剂加热流路的连接部上、并将用所述热交换器冷却后的载冷剂与用所述加热器加热后的载冷剂予以混合用；
所述混合部出口侧温度传感器设在所述混合部的出口侧，用于检测来自所述混合部的载冷剂的温度；
所述控制装置根据来自所述混合部出口侧温度传感器的输出来控制所述混合部，使在所述混合部中由所述热交换器冷却后的载冷剂与由所述加热器加热后的载冷剂之间的混合比达到能使来自所述混合部的载冷剂成为适当温度混合比；
所述储罐设在所述混合部与所述负荷之间，为了缓和来自混合部的载冷剂温度的急剧变动，具有10升以上的容积，可使所述载冷剂以缓慢的低速度通过其中。
2、如权利要求1所述的载冷剂供给装置，其特征在于，包含：
设在所述热交换器的出口侧的、检测来自所述热交换器的载冷剂温度用的热交换器出口侧温度传感器；
根据来自所述热交换器出口侧温度传感器的输出来调整供给于所述热交换器的工业用水流量的阀。
3、如权利要求1所述的载冷剂供给装置，其特征在于，具有：
设在所述载冷剂加热流路的出口侧的、检测来自所述载冷剂加热流路的载冷剂温度用的加热流路出口侧温度传感器；
根据来自所述加热流路出口侧温度传感器的输出来调整供给于所述加热器的电力的电力调整装置。
4、如权利要求1所述的载冷剂供给装置，其特征在于，
具有设在所述储罐的出口侧的、检测来自所述储罐的载冷剂的温度用的储罐出口侧温度传感器，
所述控制装置根据来自所述混合部出口侧温度传感器的输出和来自所述储罐出口侧温度传感器的输出来控制所述混合部。
5、如权利要求1所述的载冷剂供给装置，其特征在于，
所述载冷剂为纯水，
所述储罐，是设于所述混合部与所述负荷之间的离子交换器，是构成将所述纯水的导电率维持在规定值以下、并构成为了缓和来自所述纯水温度的急剧变动而以缓慢低速度地使所述纯水通过其中的、具有10升以上容积的离子交换器。
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