DE102006000147A1

DE102006000147A1 - Kühleinheit

Info

Publication number: DE102006000147A1
Application number: DE102006000147A
Authority: DE
Inventors: Shinya Kariya Yamamoto; Hideyuki Kariya Ito; Ryosuke Kariya Koshizaka; Osamu Kariya Uchiyama; Mamoru Kariya Kuwahara; Takeshi Kariya Kawata; Satoru Kariya Kuramoto
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2006-11-02
Also published as: KR100734191B1; TW200702612A; JP2006308273A; US20060225447A1; KR20060105621A; TWI310450B

Abstract

Eine Kühleinheit, die Kühlmittel zum Austausch von Wärme mit einem zu kühlenden Gegenstand austauscht, hat einen Kühlmittelkanal und eine Kühleinrichtung. Der Kühlmittelkanal lässt zu, dass das Kühlmittel durch ihn hindurch zirkuliert. Die Kühleinrichtung kommuniziert mit dem Kühlmittelkanal, um den Kühlmittelkanal mit Kühlmittel zu versorgen. Die Kühleinrichtung hat einen Kühlkreislauf, einen Kompressor, einen Kondensator, eine Dekompressionseinrichtung, einen Verdampfer, einen Kühlmittelversorgungsweg, einen Kühlmittelrückführungsweg, eine Kühlmittelsteuereinrichtung und eine erste Drucksteuereinrichtung. Die Kühlmittelsteuereinrichtung hat einen eingeschalteten Modus, der zulässt, dass das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal bei einer Strömungsrate zirkuliert, die dem Kühlmittel ermöglicht, die zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung beizubehalten, indem zugelassen wird, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert, und einem ausgeschalteten Modus, der verhindert, dass das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal zirkuliert, indem verhindert wird, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinheit und insbesondere auf eine Kühleinheit, die für eine Verwendung in einer Halbleiterproduktionseinheit eine genaue Temperatursteuerung erfordert.

Bei einer herkömmlichen Kühleinheit wie beispielsweise einer Kältekompressoreinheit für eine Verwendung in einer Halbleiterproduktionseinheit kühlt ein primäres Kühlmittel wie beispielsweise Fluorkohlenwasserstoff, der durch einen Kühlkreislauf zirkuliert, ein sekundäres Kühlmittel wie beispielsweise Wasser, und das gekühlte sekundäre Kühlmittel kühlt einen zu kühlenden Gegenstand. In diesem Fall wird der Gegenstand nicht direkt durch den Kühlkreislauf gekühlt, sondern wird indirekt durch den Kühlkreislauf mittels des zweiten Kühlmittels gekühlt, wodurch die Kühleffizienz der Kältekompressoreinheit vermindert wird.

Um das vorstehende Problem zu lösen, ist durch die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2003-174016 eine Kältekompressoreinheit offenbart, in der ein zu kühlender Gegenstand ausschließlich direkt durch ein Kühlmittel wie beispielsweise Fluorkohlenwasserstoff gekühlt wird, das durch einen Kühlkreislauf zirkuliert. Bei dieser Kältekompressoreinheit wird das durch einen Kompressor des Kühlkreislaufs komprimierte Kühlmittel durch einen Kondensator des Kühlkreislaufs kondensiert, und dann wird das kondensierte Kühlmittel durch ein Regelventil, das die Strömungsrate des Kühlmittels regelt, in einen Kühlmittelkanal geleitet, der in einer Aufnahmevorrichtung einer Vakuumbehandlungseinheit ausgebildet ist, wodurch ein zu behandelnder Körper gekühlt wird, der an der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist. Das heißt, dass der Kühlmittelkanal selbst als das dient, was man einen Verdampfer des Kühlkreislaufs nennt. Das Kühlmittel, das den Körper gekühlt hat, wird zu dem Kompressor zurückgeführt, um erneut durch den Kühlkreislauf zu zirkulieren.

Wenn die Kältekompressoreinheit der vorstehend erwähnten Druckschrift in einem Fall angewendet wird, in dem ein zu kühlender Gegenstand, von dem erwartet wird, dass er eine Temperatur über einem Siedepunkt des Kühlmittels erreicht, bei einer konstanten Temperatur über dem Siedepunkt des Kühlmittels gehalten wird, kann allerdings das herkömmliche Kühlverfahren, bei dem das Regelventil der Kältekompressoreinheit die Strömungsrate des Kühlmittels steuert, den Gegenstand aufgrund der über dem Siedepunkt befindlichen Temperatur des Gegenstands des Kühlmittels nicht auf der konstanten Temperatur halten. Das heißt, dass sogar dann, wenn ein Teil des Gegenstands auf der konstanten Temperatur gehalten wird, der andere Teil des Gegenstands nicht auf der konstanten Temperatur gehalten wird. Folglich wird die Temperatur in dem Gegenstand ungleichmäßig. Insbesondere wenn die Strömungsrate des in dem Kühlmittelkanal strömenden Kühlmittels extrem klein ist, wird, sogar wenn das Kühlmittel dazu in der Lage ist, den Gegenstand in der Umgebung eines Einlasses des Kühlmittelkanals zu kühlen, das Kühlmittel in der Mitte des Kühlmittelkanals vollständig verdampft oder ausgetrocknet, so dass eine Wärmeabsorption unter Verwendung der latenten Wärme der Verdampfung nicht vollzogen wird. In diesem Fall steigt die Temperatur eines Teils des Gegenstands in der Nähe eines Auslasses des Kühlmittelkanals über die Temperatur in der Nähe eines Einlasses des Kühlmittelkanals. Das heißt, dass die Temperatur in dem Gegenstand ungleichmäßig wird. Andererseits wird, wenn die Strömungsrate des in dem Kühlmittelkanal strömenden Kühlmittels übermäßig groß ist, ein Teil des Gegenstands in der Nähe des Einlasses des Kühlmittelkanals zu stark gekühlt, so dass eine Temperatursteuerung verloren geht, und daher der Gegenstand nicht auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Kühleinheit gerichtet, die dazu in der Lage ist, einen zu kühlenden Gegenstand im Wesentlichen gleichförmig auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kühleinheit, die Kühlmittel zum Austausch von Wärme mit einem zu kühlenden Gegenstand enthält, einen Kühlmittelkanal und eine Kühleinrichtung. Der Kühlmittelkanal ermöglicht, dass das Kühlmittel durch ihn hindurch zirkuliert. Die Kühleinrichtung steht in Verbindung mit dem Kühlmittelkanal, um den Kühlmittelkanal mit dem Kühlmittel zu versorgen. Die Kühleinrichtung hat einen Kühlkreislauf, einen Kompressor, einen Kondensator, eine Dekomprimierungseinrichtung, einen Verdampfer, einen Kühlmittelversorgungsweg, einen Kühlmittelrückführweg, eine Kühlmittelsteuereinrichtung und eine erste Drucksteuereinrichtung. Der Kühlkreislauf ermöglicht, dass das Kühlmittel durch ihn hindurch zirkuliert. Der Kompressor ist in dem Kühlkreislauf angeordnet. Der Kondensator ist ebenfalls in dem Kühlkreislauf angeordnet. Die Dekompressionseinrichtung ist ebenfalls in dem Kühlkreislauf angeordnet. Der Verdampfer ist ebenfalls in dem Kühlkreislauf angeordnet. Ein Ende des Kühlmittelversorgungswegs ist mit einem Teil des Kühlkreislaufs zwischen dem Kondensator und der Dekompressionseinrichtung verbunden und sein anderes Ende ist mit einem Einlass des Kühlmittelkanals verbunden. Ein Ende des Kühlmittelrückführwegs ist mit einem Auslass des Kühlmittelkanals verbunden und sein anderes Ende befindet sich stromabwärtig der Dekompressionseinrichtung und ist mit einem Teil des Kühlkreislaufs zwischen der Dekompressionseinrichtung und dem Kompressor verbunden. Die Kühlmittelsteuereinrichtung ist so in dem Kühlmittelversorgungsweg angeordnet, dass sie dem Kondensator ermöglicht, mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung zu stehen, oder dass sie den Kondensator davon abhält, mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung zu stehen. Die erste Drucksteuereinrichtung ist auch in dem Kühlmittelversorgungsweg angeordnet, um den Druck in dem Kühlmittelkanal zu steuern. Die Kühlmittelsteuereinheit hat einen eingeschalteten Modus, der dem Kühlmittel ermöglicht, mit einer solchen Strömungsrate durch den Kühlmittelkanal zu zirkulieren, die dem Kühlmittel ermöglicht, eine zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung beizubehalten, indem dem Kondensator ermöglicht wird, mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung zu stehen. Die Kühlmittelsteuereinheit hat auch einen ausgeschalteten Modus, der das Kühlmittel davon abhält, durch den Kühlmittelkanal zu zirkulieren, indem der Kondensator davon abgehalten wird, mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung zu stehen.

Es ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung hier voll umfänglich zusammengefasst wird. Vielmehr werden andere Aspekte und Vorteile der Erfindung aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die exemplarisch die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.

Die als neu erachteten Merkmale der vorliegenden Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung ist zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, von denen:
1 eine schematische Darstellung ist, das eine Kühleinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Graph ist, der eine Schaltsteuerung der Kühleinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt;
3 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Strömungsrate von Fluorkohlenwasserstoff R134, der durch einen Kühlkreislauf 3 zirkuliert, und einer Temperaturschwankung, die eine Temperaturdifferenz zwischen einer Maximaltemperatur und einer Minimaltemperatur in einer Beregnungsplatte 2 der Kühleinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, darstellt;
4 eine schematische Darstellung ist, das eine Kühleinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine schematische Darstellung ist, das eine Kühleinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine schematische Darstellung ist, das eine Kühleinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen einem Zyklusverhältnis und einem Zirkulieren von Fluorkohlenwasserstoff in einer Kühleinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt.
Im Folgenden sind die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine Kühleinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel bilden eine Kältekompressoreinheit 10, die als Kühleinrichtung dient, und ein Kühlmittelkanal 3 die Kühleinheit.
In einer Vakuumbehandlungseinheit 1 befindet sich eine Vakuumkammer 6. In der Vakuumkammer 6 ist eine Aufnahmevorrichtung 4 vorgesehen, an dem ein zu behandelnder Körper 5 angeordnet ist. In dem oberen Teil der Vakuumkammer 6 ist eine Beregnungsplatte 2, die als ein zu kühlender Gegenstand dient, so vorgesehen, dass sie der Aufnahmevorrichtung 4 zugewandt ist. In einer oberen Wand 7 der Vakuumbehandlungseinheit 1 ist in der Nähe der Beregnungsplatte 2 ein Kühlmittelkanal 3 vorgesehen. Ebenfalls in einer oberen Wand 7 ist ein Temperatursensor 8 vorgesehen, der als Temperaturermittlungseinrichtung dient, um die Temperatur der oberen Wand 7 in der Nähe der Beregnungsplatte 2 zu ermitteln.
Die Kältekompressoreinheit 10 hat einen Membrankompressor 11, einen Kondensator 12, ein Expansionsventil 14, das als Dekomprimierungseinrichtung dient, einen Verdampfer 15 und einen Kühlkreislauf 18, durch den Fluorkohlenwasserstoff R134a (nachstehend als Fluorkohlenwasserstoff bezeichnet) zirkuliert, das als Kühlmittel dient. Der Kompressor 11, der Kondensator 12, das Expansionsventil 14 und der Verdampfer 15 sind in dem Kühlkreislauf 18 angeordnet. Der Kühlkreislauf 18 hat einen Kühlwasserweg 16, durch den Kühlwasser zirkuliert. In dem Verdampfer 15 und dem Kondensator 12 wird der Wärmeaustausch zwischen dem in dem Kühlwasserweg 16 befindlichen Kühlwasser und dem in dem Kühlkreislauf 18 befindlichen Fluorkohlenwasserstoff durchgeführt. In dem Kühlwasserweg 16 ist ein Ventil 17 zwischen dem Verdampfer 15 und dem Kondensator 12 zwischengeschaltet. In dem Kühlkreislauf 18 ist zwischen dem Kondensator 12 und dem Expansionsventil 14 einen Verzweigungspunkt 18a vorhanden, an dem der Kühlkreislauf 18 in zwei Wege geteilt wird. Ein Weg 18b steht so in Verbindung mit dem Expansionsventil 14, das als die Dekomprimierungseinrichtung dient, dass es einen Teil des Kühlkreislaufs 18 ausbildet, und der andere Weg 18c steht in Verbindung mit einem Einlass 3a des Kühlmittelkanals 3. Der Weg 18c bildet einen Kühlmittelversorgungsweg. In dem Weg 18c ist ein Schaltventil 21 vorgesehen. Wenn das Schaltventil 21 geöffnet ist, ermöglicht das Schaltventil 21 dem Kühlmittel, durch den Weg 18c in den Kühlmittelkanal 3 zugeführt zu werden. Wenn das Schaltventil 21 geschlossen ist, hält das Schaltventil 21 das Kühlmittel davon ab, durch den Weg 18c in den Kühlmittelkanal 3 zugeführt zu werden. Das Schaltventil 21 bildet eine Kühlmittelsteuereinrichtung. In dem Zustand, in dem das Schaltventil 21 geöffnet ist, dient das Schaltventil 21 auch als ein Expansionsventil, das eine erste Drucksteuereinrichtung in dem Kühlmittelversorgungsweg darstellt. Das Schaltventil 21 ist zusammen mit dem Temperatursensor 8 elektrisch mit einer Steuervorrichtung 9 verbunden. In der Steuervorrichtung 9 sind ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert um den Ermittlungswert des Temperatursensors herum festgelegt. Der obere Grenzwert dient als erste vorbestimmte Temperatur und der untere Grenzwert dient als zweite vorbestimmte Temperatur. Das Expansionsventil 14 und der Verdampfer 15 haben auch einen Zusammenführungspunkt 18d zwischen sich, der durch einen Weg 18e, der einen Kühlmittelrückführweg bildet, mit einem Auslass 3b des Kühlmittelkanals 3 in Verbindung steht. In dem Weg 18e sind eine erste Speichervorrichtung 22 und ein Gleichdruckventil 23 vorgesehen. Die Speichervorrichtung 22 speichert flüssigen Fluorkohlenwasserstoff. Das Gleichdruckventil 23 ist eine zweite Drucksteuereinrichtung in dem Kühlmittelrückführweg, um den Druck in dem Kühlmittelkanal 3 auf einen konstanten Wert einzustellen.
Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf die 1 die Funktion der Kühleinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Wenn die Vakuumbehandlungseinheit 1 damit beginnt, den Körper 5 in der Vakuumkammer 6 der Vakuumbehandlungseinheit 1 zu behandeln, wird der Kompressor 11 gestartet, und zur selben Zeit zirkuliert das Kühlwasser so durch den Kühlwasserweg 16, dass der Betrieb des Kühlkreislaufs 18 der Kältekompressoreinheit 10 gestartet wird. Wenn der Fluorkohlenwasserstoff Wärme mit dem in dem Verdampfer 15 befindlichen Kühlwasser austauscht, wird der Fluorkohlenwasserstoff mit der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung verdampft, der in den Kompressor 11 eingeführt wird. Der Fluorkohlenwasserstoff wird durch den Kompressor 11 komprimiert und wird von diesem bei hohen Temperaturen und Drücken in Form von Gas abgegeben. Wenn der von dem Kompressor 11 abgegebene gasförmige Fluorkohlenwasserstoff in dem Kondensator 12 Wärme mit dem Kühlwasser austauscht, das durch den Verdampfer 15 gekühlt wurde, wird der gasförmige Fluorkohlenwasserstoff dadurch so gekühlt, dass der gasförmige Fluorkohlenwasserstoff zu flüssigem Fluorkohlenwasserstoff kondensiert. Im Anschluss an die Kondensation des Fluorkohlenwasserstoffs in dem Kondensator 12 wird der flüssige Fluorkohlenwasserstoff an dem Verzweigungspunkt 18a geteilt, so dass er durch die Wege 18b, 18c zirkuliert. Wie dies im Folgenden beschrieben ist, wird, wenn das Schaltventil 21 geöffnet ist, der Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Weg 18c zirkuliert ist, in den Kühlmittelkanal 3 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Weg 18c zirkuliert ist, durch das Schaltventil 21 dekomprimiert, das als das Expansionsventil dient, und wird in Form einer zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung in den Kühlmittelkanal 3 eingeführt. Andererseits wird der Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Weg 18b zirkuliert ist, durch das Expansionsventil 14 so dekomprimiert, dass er den Fluorkohlenwasserstoff mit der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung bildet, und trifft dann in dem Zusammenführungspunkt 18d mit dem Fluorkohlenwasserstoff zusammen, der so durch den Weg 18e zirkuliert ist, wie dies im Folgenden beschrieben ist. Wenn der Fluorkohlenwasserstoff mit der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung anschließend in den Verdampfer 15 strömt, tauscht der Fluorkohlenwasserstoff mit der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung Wärme mit dem in dem Kühlwasserweg 16 befindlichen Kühlwasser aus, wie dies vorstehend beschrieben ist, wodurch das Kühlwasser gekühlt wird. Dann wird der Fluorkohlenwasserstoff zu dem Kompressor 11 zurückgeführt, wodurch er durch den Kühlkreislauf 18 zirkuliert.
Im Folgenden ist der Fluorkohlenwasserstoff beschrieben, der an dem Verzweigungspunkt 18a in den Weg 18c abgezweigt wurde.
In der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung wird die Temperatur des Kühlmittels gemäß dem Druck des Kühlmittels bestimmt. Das heißt, dass die Temperatur des Fluorkohlenwasserstoffs in der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung durch Einstellen eines Drucks des durch den Kühlmittelkanal 3 zirkulierenden Fluorkohlenwasserstoffs gesteuert wird. Daher wird der Druck zwischen dem Schaltventil 21 und dem Gleichdruckventil 23 durch das Schaltventil 21 und das Gleichdruckventil 23 so eingestellt, dass die Temperatur des Fluorkohlenwasserstoffs in der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung erreicht wird.
Wenn der in der Vakuumkammer 6 der Vakuumbehandlungseinheit 1 befindliche Körper 5 behandelt wird, öffnet, falls der Ermittlungswert des Temperatursensors 8 auf einen oder über einen oberen Grenzwert ansteigt, die Steuervorrichtung 9 das Schaltventil 21, so dass das Schaltventil 21 in einen eingeschalteten Modus gebracht wird, wodurch dem Fluorkohlenwasserstoff mit der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung ermöglicht wird, in den Kühlkreislauf 3 zu strömen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Fluorkohlenwasserstoff in zweiphasiger Gas/Flüssigkeits-Strömung bei einer solchen Strömungsrate von dem Einlass 3a zu dem Auslass 3b geleitet, die dem Fluorkohlenwasserstoff ermöglicht, seine zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung von dem Einlass 3a bis zu dem Auslass 3b zu behalten. Da der Fluorkohlenwasserstoff in dem Kühlmittelkanal 3 die zweiphasige Gas/Flüssigkeits- Strömung behält, wird eine Durchschnittstemperatur einer Mischung von Gas und Flüssigkeit von dem Einlass 3a bis zu dem Auslass 3b auf einem konstanten Wert gehalten. Der Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Auslass 3b in der Form einer zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung zirkuliert ist, wird durch die stromabwärtig von dem Auslass 3b angebrachte erste Speichervorrichtung 22 in Fluorkohlenwasserstoffgas und flüssigem Fluorkohlenwasserstoff getrennt. Dadurch wird verhindert, dass flüssiger Fluorkohlenwasserstoff stromabwärtig der ersten Speichervorrichtung 22 zirkuliert. Sogar wenn der Fluorkohlenwasserstoff in der Nähe des Auslasses 3b fast austrocknet, da der flüssige Fluorkohlenwasserstoff in der ersten Speichervorrichtung 22 gespeichert wird, hält der in der Speichervorrichtung 22 gespeicherte flüssige Fluorkohlenwasserstoff den Fluorkohlenwasserstoff in der Nähe des Auslasses 3b vom Austrocknen ab.
Wenn der Fluorkohlenwasserstoff in der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung durch den Kühlmittelkanal 3 strömt, um die Beregnungsplatte 2 zu kühlen, fällt der Ermittlungswert des Temperatursensors 8. Wenn der Ermittlungswert des Temperatursensors 8 auf den oder unter den unteren Grenzwert fällt, schließt die Steuervorrichtung 9 das Schaltventil 21, um das Schaltventil 21 in einen ausgeschalteten Modus zu bringen. Dadurch wird verhindert, dass Fluorkohlenwasserstoff dem Kühlmittelkanal 3 zugeführt wird. Somit wird das Schaltventil 21 gemäß dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 geöffnet und geschlossen, und der eingeschaltete Modus, in dem das Kühlmittel bei einer Strömungsrate M_opt durch den Kühlmittelkanal 3 strömt, und der ausgeschalteten Modus, in dem das Kühlmittel nicht durch den Kühlmittelkanal 3 strömt, werden wiederholt, so wie dies in 2 gezeigt ist. Das heißt eine Schaltsteuerung wird durchgeführt.
Die Strömungsrate M_opt des Fluorkohlenwasserstoffs, der durch den Kühlmittelkanal 3 strömt, ist im Folgenden beschrieben. Um die Strömungsrate M_opt des Fluorkohlenwasserstoffs zu untersuchen, die dem durch den Kühlmittelkanal 3 zirkulierenden Fluorkohlenwasserstoff ermöglicht, die zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung beizubehalten, wird die Öffnungszeit des Schaltventils 21 pro eingeschaltetem Modus so geändert, dass die Strömungsrate des Fluorkohlenwasserstoffs per eingeschaltetem Modus geändert wird. Dabei wird die Temperaturschwankung gemessen, die eine Temperaturdifferenz zwischen einer Maximaltemperatur und einer Minimaltemperatur in der Beregnungsplatte 2 ist. Das Ergebnis der Messung ist in der 3 schematisch gezeigt.
Wenn die Strömungsrate M des Fluorkohlenwasserstoffs geringer als die Strömungsrate M₁ des Fluorkohlenwasserstoffs ist, wird eine Temperaturdifferenz verursacht, die größer als eine gewünschte Temperaturdifferenz ist. Dies rührt von der Tatsache her, dass der gesamte Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Kühlmittelkanal 3 zirkuliert, in einem Teil des Kühlmittelkanals 3 in der Nähe des Auslasses 3b aufgrund der geringen Strömungsrate M austrocknet. Mit anderen Worten geschieht dies, da der Fluorkohlenwasserstoff in dem Kühlmittelkanal 3 verdampft wird und eine Wärmeabsorption von der Beregnungsplatte 2, die die latente Wärme der Verdampfung des Fluorkohlenwasserstoffs verwendet, nicht durchgeführt wird. Dies führt dazu, dass die Temperatur des verdampften Fluorkohlenwasserstoffs ansteigt.
Wenn andererseits die Strömungsrate M des Fluorkohlenwasserstoffs auf eine oder über eine Strömungsrate M₁ ansteigt, behält der Fluorkohlenwasserstoff eine konstante Wärmeabsorptionsrate, ohne dass er zwischen dem Einlass 3a und dem Auslass 3b austrocknet, so dass die Beregnungsplatte 2 gekühlt wird. Dadurch wird die Temperaturdifferenz auf Δt₀ minimiert.
Wenn die Strömungsrate des Fluorkohlenwasserstoffs größer als die Strömungsrate M₂ des Fluorkohlenwasserstoffs ist, wird die Temperaturdifferenz gemäß dem Anstieg der Strömungsrate M erhöht. Obwohl der Fluorkohlenwasserstoff in diesem Fall die Beregnungsplatte 2 kühlt, ohne dass er zwischen dem Einlass 3a und dem Auslass 3b austrocknet, kühlt eine zu große Strömungsrate M die Beregnungsplatte 2 über eine vorbestimmte Temperatur pro eingeschaltetem Modus hinaus. Folglich erhöht sich die Temperaturdifferenz.
Daher wird die Strömungsrate M_opt des Fluorkohlenwasserstoffs pro eingeschaltetem Modus so eingestellt, dass sie von der Strömungsrate M₁ bis einschließlich zu der Strömungsrate M₂ reicht. Die Strömungsrate M_opt entspricht der Strömungsrate des Fluorkohlenwasserstoffs, die ermöglicht, dass der Fluorkohlenwasserstoff die zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung beibehält. Zusätzlich ermöglicht die Strömungsrate M_opt, dass die Temperaturschwankung in der Beregnungsplatte 2 minimiert wird. Es wird angemerkt, dass die Strömungsraten M₁ und M₂ nicht durch die Arten der Kühlmittel allein bestimmt sind, sondern durch eine Wärmeaustauschmenge zwischen der Beregnungsplatte 2 der Vakuumbehandlungseinheit 1 und dem Fluorkohlenwasserstoff bestimmt sind. Daher muss die optimale Strömungsrate des Fluorkohlenwasserstoffs durch Durchführen derselben Untersuchung für jeden einzelnen Gegenstand bestimmt werden.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat das Schaltventil 21 den eingeschalteten Modus, um dem Kondensator 12 zu ermöglichen, dass er mit dem Kühlmittelkanal 3 kommuniziert, und den ausgeschalteten Modus, um zu verhindern, dass der Kondensator 12 mit dem Kühlmittelkanal 3 kommuniziert. Wenn das Schaltventil 21 in den eingeschalteten Modus gebracht wird, wird der Fluorkohlenwasserstoff bei der Strömungsrate M_opt dem Kühlmittelkanal 3 rasch zugeführt, was es dem Fluorkohlenwasserstoff erschwert, in dem Kühlmittelkanal 3 auszutrocknen. Wenn sich das Schaltventil 21 in dem eingeschalteten Modus befindet, zirkuliert der Fluorkohlenwasserstoff durch den Kühlmittelkanal 3 in der Form einer zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung. Dadurch tauscht er während der Zirkulation des Fluorkohlenwasserstoffs durch den Kühlmittelkanal 3 im Wesentlichen in der gleichen Weise Wärme mit jeder Stelle der Beregnungsplatte 2 aus. Da das Schaltventil 21 von dem eingeschalteten Modus in den ausgeschalteten Modus geschaltet wird, zirkuliert zudem der Fluorkohlenwasserstoff in der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung nicht durchgehend durch den Einlass 3a, was den Fluorkohlenwasserstoff davon abhält, den Einlass 3a allein zu stark zu kühlen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Schalten zwischen dem eingeschalteten Modus und dem ausgeschalteten Modus basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 ausgeführt. Dadurch wird eine genaue Temperatursteuerung der Beregnungsplatte 2 ermöglicht.
Da die Kühleinheit das Gleichdruckventil 23 besitzt, das als die zweite Drucksteuereinrichtung zusätzlich zu dem Schaltventil 21 dient, das als die erste Drucksteuereinrichtung dient, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Drucksteuerung in dem Kühlmittelkanal 3 genau durchgeführt.
In dem Verdampfer 15 wird das in dem Kühlwasserweg 16 befindliche Kühlwasser gekühlt, das den Kondensator 12 kühlt. Daher wird der Fluorkohlenwasserstoff in der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung mit zusätzlicher Kühlkapazität effizient verwendet.
Eine Kühleinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die selben Bezugszeichen der 1 für die selben oder ähnliche Bauteile der 4 verwendet, und auf eine Beschreibung dieser wird verzichtet.
Die Kühleinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass die Schaltsteuerung durch das Vorsehen eines Drei-Wege-Ventils an dem Verzweigungspunkt 18a des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bilden eine Kältekompressoreinheit 30, die als Kühleinrichtung dient, und der Kühlmittelkanal 3 die Kühleinheit. Die Kältekompressoreinheit 30 hat ein Dreiwegeventil 13 an dem Verzweigungspunkt 18a des Kühlkreislaufs 18 so vorgesehen, dass dem Kondensator 12 ermöglicht wird, mit entweder dem Kühlmittelkanal 3 oder dem Expansionsventil 14 zu kommunizieren. Das Dreiwegeventil 13 ist zusammen mit dem Temperatursensor 8 elektrisch mit der Steuervorrichtung 9 verbunden. Es wird angemerkt, dass das Dreiwegeventil 13 die Kühlmittelsteuereinrichtung und die erste Drucksteuereinrichtung bildet, die in dem Kühlmittelversorgungsweg vorgesehen sind. Das heißt das Dreiwegeventil 13 steuert die Zirkulation des Kühlmittels in den Weg 18c so, dass das Kühlmittel in dem Weg 18c dekomprimiert wird. Der übrige Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
Wenn die Beregnungsplatte 2 nicht gekühlt werden muss, setzt die Steuervorrichtung 9 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Richtung des Dreiwegeventils 13 so fest, dass dem Kondensator 12 ermöglicht wird, mit dem Expansionsventil 14 zu kommunizieren. Wenn der in der Vakuumkammer 6 der Vakuumbehandlungseinheit 1 befindliche Körper 5 behandelt wird, schaltet, falls der Ermittlungswert des Temperatursensors 8 auf den oder über den oberen Grenzwert ansteigt, die Steuervorrichtung 9 die Richtung des Dreiwegeventils 13 so, dass dem Kondensator 12 ermöglicht wird, mit dem Kühlmittelkanal 3 zu kommunizieren. Dadurch wird der Kühlmittelkanal 3 mit Fluorkohlenwasserstoff versorgt. Zu dieser Zeit wird der in dem Kühlmittelkanal 3 befindliche Fluorkohlenwasserstoff bei einer solchen Strömungsrate zugeführt, die dem Fluorkohlenwasserstoff ermöglicht, von dem Einlass 3a bis zu dem Auslass 3b seine zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung zu behalten, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall war. Falls die Beregnungsplatte 2 so gekühlt wird, dass der Ermittlungswert des Temperatursensors 8 auf den oder unter den unteren Grenzwert fällt, schaltet die Steuervorrichtung 9 die Richtung des Dreiwegeventils 13 so, dass dem Kondensator 12 ermöglicht wird, wieder mit dem Expansionsventil 14 zu kommunizieren. Der übrige Betrieb ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Schaltsteuerung durch das Schalten der Richtung des Dreiwegeventils 13 basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 durchgeführt. Daher werden im Wesentlichen dieselben Effekte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt.
Eine Kühleinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die selben Bezugszeichen der 1 für die selben oder ähnliche Bauteile der 5 verwendet, und auf eine Beschreibung dieser wird verzichtet. Die Kühleinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass in dem Weg 18c des ersten Ausführungsbeispiels eine Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung vorgesehen ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden eine Kältekompressoreinheit 50, die als Kühleinrichtung dient, und der Kühlmittelkanal 3 die Kühleinheit. Die Kältekompressoreinheit 50 hat eine Aufnahmevorrichtung 41, die als Gas/Flüssigkeits-Trenneinrichtung dient, die zwischen dem Schaltventil 21 und dem Verzweigungspunkt 18a vorgesehen ist. Die Aufnahmevorrichtung 41 hat einen Behälter 41a, in dem der Fluorkohlenwasserstoff mit der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung aufgenommen wird, eine Gasphasenleitung 41b, die mit der Gasphase in dem Behälter 41a in Verbindung steht, und eine Flüssigkeitsphasenleitung 41c, die mit der Flüssigphase in dem Behälter 41a in Verbindung steht. Die Gasphasenleitung 41b ist mit einem Ende eines Weges 18c1 verbunden, dessen anderes Ende der Verzweigungspunkt 18a ist. Andererseits ist die Flüssigphasenleitung 41c mit einem Ende eines Weges 18c2 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Einlass 3a des Kühlmittelkanals 3 verbunden ist. Die Wege 18c1 und 18c2 bilden den Kühlmittelversorgungsweg. Der übrige Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
Wenn das Schaltventil 21 geöffnet ist, zirkuliert bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mindestens ein Teil des Fluorkohlenwasserstoffs, der durch den Kühlkreislauf 18 zirkuliert, von dem Verzweigungspunkt 18a in den Weg 18c1. Der Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Weg 18c1 zirkuliert, wird von der Gasphasenleitung 41a der Aufnahmevorrichtung in die in dem Behälter 41a befindliche Gasphase freigegeben.
Wenn der in dem Kondensator 12 befindliche Fluorkohlenwasserstoff aufgrund einer ungenügenden Kühlung nicht vollständig zu flüssigem Fluorkohlenwasserstoff kondensiert wird, wird in dem Kühlkreislauf 18 an dem Verzweigungspunkt 18a eine Gaskomponente wie beispielsweise verdampfter Fluorkohlenwasserstoff mit dem flüssigen Fluorkohlenwasserstoff gemischt. Wenn solch ein flüssiger Fluorkohlenwasserstoff, der die Gaskomponente enthält, in den Behälter 41a freigegeben wird, wird der flüssige Fluorkohlenwasserstoff von der Gaskomponente getrennt.
Der Fluorkohlenwasserstoff, der durch die Flüssigkeitsphasenleitung 41c dem Weg 18c2 zugeführt wird, ist ein Fluorkohlenwasserstoff, der keine Gaskomponente enthält. Wenn solch ein flüssiger Fluorkohlenwasserstoff, der keine Gaskomponente enthält, in Form der zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Strömung durch den Kühlmittelkanal 3 zirkuliert, wird der Fluorkohlenwasserstoff nicht durch die enthaltene Gaskomponente beeinflusst. Daher zirkuliert der Fluorkohlenwasserstoff durch den Kühlmittelkanal 3 bei einer vollständig konstanten Temperatur, wodurch eine Verringerung der Kühleffizienz verhindert wird. Dadurch wird die Temperatur der Beregnungsplatte 2 noch genauer gesteuert. Der übrige Ablauf ist im Wesentlichen derselbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels und daher werden im Wesentlichen die selben Effekte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt.
Eine Kühleinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 6 beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die selben Bezugszeichen der 1 für die selben oder ähnliche Bauteile der 6 verwendet und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet. Die Kühleinheit gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass sich der zwischen dem Weg 18e und dem Kühlkreislauf 18 befindliche Zusammenführungspunkt 18d des ersten Ausführungsbeispiels zwischen dem Verdampfer 15 und dem Kompressor 11 befindet.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel bilden eine Kältekompressoreinheit 70, die als Kühleinrichtung dient, und der Kühlmittelkanal 3 die Kühleinheit. In der Kältekompressoreinheit 70 befindet sich der Zusammenführungspunkt 18d für den Weg 18e und den Kühlkreislauf 18 zwischen dem Verdampfer 15 und dem Kompressor 11. Die Kältekompressoreinheit 70 hat eine zweite Aufnahmevorrichtung 24, die zwischen dem Zusammenführungspunkt 18d und dem Kompressor 11 vorgesehen ist, um den flüssigen Fluorkohlenwasserstoff davon abzuhalten, in den Kompressor 11 zu strömen. Der übrige Aufbau des vierten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
Der Fluorkohlenwasserstoff, der die Beregnungsplatte 2 gekühlt hat, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist, wird durch das Schaltventil 21 so gesteuert, dass er seine zweiphasige Gas/Flüssigkeitsströmung zwischen dem Einlass 3a und dem Auslass 3b beibehält. Nachdem der Fluorkohlenwasserstoff durch die erste Aufnahmevorrichtung 22 geführt wurde, wird der Fluorkohlenwasserstoff normalerweise verdampft und an dem Zusammenführungspunkt 18d so mit dem Fluorkohlenwasserstoff gemischt, der durch den Kühlkreislauf 18 zirkuliert, dass er in den Kompressor 11 gesaugt wird. Wenn die Strömungsrate des durch den Weg 18e zirkulierenden Fluorkohlenwasserstoffs zu groß ist oder wenn die Temperatur der Kältekompressoreinheit 70 relativ niedrig ist, besteht allerdings die Möglichkeit, dass der flüssige Fluorkohlenwasserstoff von der ersten Aufnahmevorrichtung 22 in stromabwärtige Richtung strömt. Falls der flüssige Fluorkohlenwasserstoff noch immer in den Kompressor 11 gesaugt wird, nachdem der flüssige Fluorkohlenwasserstoff an dem Zusammenführungspunkt 18d mit dem Fluorkohlenwasserstoff gemischt wurde, der durch den Kühlkreislauf 18 zirkuliert, wird befürchtet, dass der Kompressor 11 nicht funktioniert. Aus diesem Grund wird der flüssige Fluorkohlenwasserstoff in der zweiten Speichervorrichtung 24 gespeichert, so dass der stromabwärtig der zweiten Speichervorrichtung 24 befindliche Fluorkohlenwasserstoff vollständig verdampft wird. Dadurch wird der Kompressor 11 geschützt. Der übrige Ablauf ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels, und daher werden im Wesentlichen die selben Effekte wie die des ersten Ausführungsbeispiels erzielt.
Obwohl sich bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Zusammenführungspunkt 18d des ersten Ausführungsbeispiels für den Weg 18e und den Kühlkreislauf 18 zwischen dem Verdampfer 15 und dem Kompressor 11 befindet, kann der Ort jedes Zusammenführungspunkts 18d der Kühleinheiten gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel auf das vierte Ausführungsbeispiel angewendet werden. In diesem Fall ist die zweite Speichervorrichtung 24 zwischen dem Verdampfer 15 und dem Kompressor 11 angeordnet.
Im Folgenden ist eine Kühleinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Kühleinheit gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass ein Zyklusverhältnis, die ein Verhältnis zwischen der Dauer eines eingeschalteten Modus zu einer Gesamtdauer des eingeschalteten Modus und des ausgeschalteten Modus darstellt, basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 eingestellt wird. Dadurch wird die Zirkulation des Fluorkohlenwasserstoffs in dem Kühlmittelkanal 3 gesteuert. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Ein-Modus-Zeitdauer eine Zeitdauer des eingeschalteten Modus, und die Aus-Modus- Zeitdauer bedeutet eine Zeitdauer des ausgeschalteten Modus. Der Aufbau der Kühleinheit gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen der selbe wie der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, wird der Körper 5 wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels in der Vakuumkammer 6 der Vakuumbehandlungseinheit 1 behandelt. Während der Behandlung des Körpers 5 öffnet und schließt die Steuervorrichtung 9 das Schaltventil 21 so, dass das Schaltventil 21 wechselweise in den eingeschalteten Modus, in dem der Fluorkohlenwasserstoff mit der Strömungsrate M_opt zirkuliert, und den ausgeschalteten Modus gebracht wird, in dem der Fluorkohlenwasserstoff nicht zirkuliert, wie dies in der 7 gezeigt ist. Dadurch wird der Fluorkohlenwasserstoff dem Kühlmittelkanal 3 zugeführt. Es wird angemerkt, dass die Gesamtdauer der Ein-Modus-Dauer und der sich an die Ein-Modus-Dauer anschließenden Aus-Modus-Dauer konstant als eine konstante Zeitdauer ΔT festgelegt ist. Wenn die Zirkulation des Fluorkohlenwasserstoffs in dem Kühlmittelkanal 3 zum Beispiel durch ein Zyklusverhältnis oder Tastverhältnis R₀ gesteuert wird und die Ein-Modus-Dauer Δt₁ ist und die Aus-Modus-Dauer Δt₂ ist, ist das Zyklusverhältnis R₀ durch Δt₁/(Δt₁ + Δt₂) dargestellt, wobei ΔT = Δt₁ + Δt₂ gilt. Während die Zirkulation des in dem Kühlmittelkanal 3 befindlichen Fluorkohlenwasserstoffs bei dem Zyklusverhältnis R₀ gesteuert wird, erhöht die Steuervorrichtung 9, falls der Ermittlungswert des Temperatursensors 8 über den oberen Grenzwert ansteigt, der als die erste vorbestimmte Temperatur dient, das Zyklusverhältnis R₀ auf R₁ (> R₀) basierend auf der Temperaturdifferenz zwischen dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 und dem oberen Grenzwert. Die Steuervorrichtung 9 öffnet und schließt das Schaltventil 21 gemäß dem Zyklusverhältnis R₁. Dadurch wird dem Kühlmittelkanal 3 ermöglicht, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren, oder der Kühlmittelkanal 3 wird davon abgehalten, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren. Somit wird die Kühlkapazität für die Beregnungsplatte 2 erhöht, wodurch die Temperatur der Beregnungsplatte 2 verringert wird. Während die Zirkulation des in dem Kühlmittelkanal 3 befindlichen Fluorkohlenwasserstoffs dann bei dem Zyklusverhältnis R₁ gesteuert wird, verringert die Steuervorrichtung 9, falls der Ermittlungswert des Temperatursensors 8 unter den unteren Grenzwert fällt, der als die zweite vorbestimmte Temperatur dient, das Zyklusverhältnis R₁ auf R₂ (< R₀) basierend auf der Temperaturdifferenz zwischen dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 und dem unteren Grenzwert. Die Steuervorrichtung 9 öffnet und schließt das Schaltventil 21 gemäß dem Zyklusverhältnis R₂. Dadurch wird dem Kühlmittelkanal 3 ermöglicht, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren, oder der Kühlmittelkanal 3 wird davon abgehalten, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren. Somit ist die Kühlkapazität für die Beregnungsplatte 2 verringert und daher steigt die Temperatur der Beregnungsplatte 2 an. Der übrige Ablauf ist im Wesentlichen der selbe wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
Es wird angemerkt, dass die Steuervorrichtung 9 ein Kennfeld zur Darstellung eines Anstiegs oder eines Abfalls des Zyklusverhältnisses gemäß der Temperaturdifferenz zwischen dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 und dem oberen Grenzwert oder dem unteren Grenzwert hat, um das Zyklusverhältnis zu ändern.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ändert die Steuervorrichtung 9 das Zyklusverhältnis basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 so, dass das Schaltventil 21 gemäß dem Zyklusverhältnis geöffnet und geschlossen wird, wodurch dem Kühlmittelkanal 3 ermöglicht wird, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren, oder wodurch der Kühlmittelkanal 13 davon abgehalten wird, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren. Somit steuert die Steuervorrichtung 9 die Zirkulation des Fluorkohlenwasserstoffs in dem Kühlmittelkanal 3. Demzufolge wird die Kühlkapazität für die Beregnungsplatte 2 sensibel gesteuert. Zusätzlich wird, da die Kühlkapazität sensibel gesteuert wird, die Temperaturstreuung der Beregnungsplatte 2 verringert.
Das fünfte Ausführungsbeispiel ist so aus dem ersten Ausführungsbeispiel abgewandelt, dass das Zyklusverhältnis des ersten Ausführungsbeispiels basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 so geändert wird, dass das Schaltventil 21 gemäß dem Zyklusverhältnis gesteuert wird. Dadurch wird dem Kühlmittelkanal 3 ermöglicht, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren, oder der Kühlmittelkanal 3 wird davon abgehalten, mit dem Kondensator 12 zu kommunizieren. Dies steuert die Zirkulation des Fluorkohlenwasserstoffs in dem Kühlmittelkanal 3. Allerdings ist das fünfte Ausführungsbeispiel nicht auf die vorstehende Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels beschränkt. Das fünfte Ausführungsbeispiel kann aus dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel so abgewandelt werden, dass das Dreiwegeventil 13 oder das Schaltventil 21 gemäß dem Zyklusverhältnis gesteuert wird.
Obwohl bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel Fluorkohlenwasserstoff als Kühlmittel verwendet wird, ist das Kühlmittel nicht auf Fluorkohlenwasserstoff beschränkt. Kohlenwasserstoffe wie Beispielsweise Propan oder Isobutan können verwendet werden. Neben Fluorkohlenwasserstoff und Kohlenwasserstoff können auch gemischte Kühlmittel verwendet werden. Zum Beispiel kann das gemischte Kühlmittel 407C als ein gemischtes Kühlmittel verwendet werden.
Obwohl bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel diese Kühleinheiten für die Halbleiterproduktionseinheiten verwendet werden, sind die Kühleinheiten nicht auf die obige Verwendung beschränkt. Jede Kühleinheit kann als Einheit zum Kühlen jedes zu kühlenden Gegenstands verwendet werden, insbesondere als Kühleinheit, die eine genaue Temperatursteuerung erfordert.
Obwohl bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel ein Membrankompressor 11 als Kompressor verwendet wird, ist der Kompressor nicht auf diesen Typ beschränkt. Wenn der Kompressor für die Kühleinheit verwendet wird, die für die Halbleiterproduktionseinheit verwendet wird, ist zum Beispiel ein ölfreier Membrankompressor vorzuziehen, bei dem das Öl nicht mit dem Kühlmittel gemischt wird. Wenn der Kompressor für die Kühleinheit verwendet wird, um einen anderen zu kühlenden Gegenstand zu kühlen, ist der Kompressor nicht auf den ölfreien Kompressor beschränkt, sondern es kann ein bekannter Kolbenkompressor oder ein Schraubenkompressor verwendet werden.
Obwohl bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel sowohl ein Schaltvorgang von dem eingeschalteten Modus in den ausgeschalteten Modus und ein Schaltvorgang von dem ausgeschalteten Modus in den eingeschalteten Modus basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 durchgeführt werden, sind beide Schaltvorgänge nicht auf die voran stehende Ausführung beschränkt. Das Schaltventil 21 kann so ausgebildet sein, dass es für eine vorbestimmte Zeitdauer in den eingeschalteten Modus geschaltet wird und nach der vorbestimmten Zeitdauer dann automatisch von dem eingeschalteten Modus in den ausgeschalteten Modus geschaltet wird.
In diesem Fall wird das Schaltventil 21 in der vorbestimmten Zeitdauer zuverlässig von dem eingeschalteten Modus in den ausgeschalteten Modus geschaltet. Verglichen mit dem Fall, in dem das Schaltventil 21 basierend auf dem Ermittlungswert des Temperatursensors 8 von dem eingeschalteten Modus in den ausgeschalteten Modus geschaltet wird, wird eine Verzögerung der Steuerung verhindert, die durch eine Verzögerung der Reaktion des Temperatursensors 8 verursacht wird, was man Übersteuern nennt.
Obwohl das Expansionsventil 14 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in dem Kühlkreislauf 18 angeordnet ist, kann auch das Dreiwegeventil 13 mit den Dekompressionsfunktionen des Expansionsventils 14 vorgesehen sein. In diesem Fall wird der Fluorkohlenwasserstoff, der durch den Verdampfer 15 zirkuliert, durch das Dreiwegeventil 13 dekomprimiert. Dies ermöglicht, dass bei der Kühleinheit die Anzahl der Teile verringert wird, was verhindert, dass der Kühlkreislauf kompliziert wird.
Obwohl bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel das Gleichdruckventil 23 in dem Weg 18e angeordnet ist, kann der Druck in dem Kühlmittelkanal 3 auch nur durch das Schaltventil 21 und das Dreiwegeventil 13 ohne das Gleichdruckventil 23 gesteuert werden.
Obwohl veranschaulichende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und zahlreiche Abwandlungen von diesen hier im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsbeispiele und die beschriebenen Abwandlungen beschränkt und zahlreiche Veränderungen und weitere Abwandlungen können durch den Fachmann ausgeführt werden, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Eine Kühleinheit, die Kühlmittel zum Austausch von Wärme mit einem zu kühlender Gegenstand austauscht, hat einen Kühlmittelkanal und eine Kühleinrichtung. Der Kühlmittelkanal ermöglicht dem Kühlmittel, durch diesen hindurch zu zirkulieren. Die Kühleinrichtung kommuniziert mit dem Kühlmittelkanal, um den Kühlmittelkanal mit Kühlmittel zu versorgen. Die Kühleinrichtung hat einen Kühlkreislauf, einen Kompressor, einen Kondensator, eine Dekompressionseinrichtung, einen Verdampfer, einen Kühlmittelversorgungsweg, einen Kühlmittelrückführweg, eine Kühlmittelsteuereinrichtung und eine erste Drucksteuereinrichtung. Die Kühlmittelsteuereinrichtung hat einen eingeschalteten Modus, der dem Kühlmittel ermöglicht, durch den Kühlmittelkanal bei einer Strömungsrate zu zirkulieren, die dem Kühlmittel ermöglicht, die zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung beizubehalten, indem dem Kondensator ermöglicht wird, mit dem Kühlmittelkanal zu kommunizieren, und einem ausgeschalteten Modus, der das Kühlmittel davon abhält, durch den Kühlmittelkanal zu zirkulieren, indem der Kondensator davon abgehalten wird, mit dem Kühlmittelkanal zu kommunizieren.

Claims

Kühleinheit, die Kühlmittel zum Austauschen von Wärme mit einem zu kühlenden Gegenstand enthält, mit einem Kühlmittelkanal und einer Kühleinrichtung, wobei der Kühlmittelkanal zulässt, dass das Kühlmittel durch ihn hindurch zirkuliert, wobei die Kühleinrichtung so mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert, dass der Kühlmittelkanal mit Kühlmittel versorgt wird, wobei die Kühleinrichtung einen Kühlkreislauf, einen Kompressor, einen Kondensator, eine Dekompressionseinrichtung, einen Verdampfer, einen Kühlmittelversorgungsweg, einen Kühlmittelrückführweg, eine Kühlmittelsteuereinrichtung und eine erste Drucksteuereinrichtung hat, wobei der Kühlkreislauf zulässt, dass das Kühlmittel durch ihn hindurch zirkuliert, wobei der Kompressor in dem Kühlkreislauf angeordnet ist, der Kondensator ebenfalls in dem Kühlkreislauf angeordnet ist, die Dekompressionseinrichtung ebenfalls in dem Kühlkreislauf angeordnet ist, der Verdampfer ebenfalls in dem Kühlkreislauf angeordnet ist, wobei ein Ende des Kühlmittelversorgungswegs mit einem Teil des Kühlkreislaufs zwischen dem Kondensator und der Dekompressionseinrichtung verbunden ist und sein anderes Ende mit einem Einlass des Kühlmittelkanals verbunden ist, wobei ein Ende des Kühlmittelrückführwegs mit einem Auslass des Kühlmittelkanals verbunden ist und sein anderes Ende sich stromabwärtig der Dekompressionseinrichtung befindet und mit einem Teil des Kühlkreislaufs zwischen der Dekompressionseinrichtung und dem Kompressor verbunden ist, wobei die Kühlmittelsteuereinrichtung so in dem Kühlmittelversorgungsweg angeordnet ist, dass sie zulässt, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert, oder dass sie verhindert, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert, wobei die erste Drucksteuereinrichtung ebenfalls in dem Kühlmittelversorgungsweg angeordnet ist, um den Druck in dem Kühlmittelkanal zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelsteuereinrichtung einen eingeschalteten Modus hat, der zulässt, dass das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal mit einer Strömungsrate zirkuliert, die dem Kühlmittel ermöglicht, die zweiphasige Gas/Flüssigkeits-Strömung beizubehalten, indem zugelassen wird, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert, und einem ausgeschalteten Modus, der verhindert, dass das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal zirkuliert, indem verhindert wird, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert.
Kühleinheit gemäß Anspruch 1, die des weiteren eine Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Temperatur des Gegenstands oder der Umgebung des Gegenstands aufweist, wobei, wenn der durch die Temperaturermittlungseinrichtung ermittelte Ermittlungswert auf eine oder über eine erste vorbestimmte Temperatur ansteigt, die Kühlmittelsteuereinrichtung in den eingeschalteten Modus gebracht wird, und wobei, wenn der durch die Temperaturermittlungseinrichtung ermittelte Ermittlungswert unter eine oder auf eine zweite vorbestimmte Temperatur abfällt, die niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur ist, die Kühlmittelsteuereinrichtung in den ausgeschalteten Modus gebracht wird.
Kühleinheit gemäß Anspruch 1, die des weiteren eine Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur des Gegenstands oder der Umgebung des Gegenstands aufweist, wobei, wenn der durch die Temperaturermittlungseinrichtung ermittelte Ermittlungswert auf eine oder über eine erste vorbestimmte Temperatur ansteigt, die Kühlmittelsteuereinrichtung eine vorbestimmte Zeitdauer lang in den eingeschalteten Modus gebracht wird.
Kühleinheit gemäß Anspruch 1, die des weiteren eine Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur des Gegenstands oder der Umgebung des Gegenstands aufweist, wobei die Kühlmittelsteuereinrichtung ein Zyklusverhältnis festlegt, das ein Verhältnis einer Dauer des eingeschalteten Modus zu einer Gesamtdauer des eingeschalteten Modus und des ausgeschalteten Modus darstellt, bei der die Gesamtdauer bei einer konstanten Dauer gehalten wird und zur selben Zeit das Zyklusverhältnis basierend auf dem durch die Temperaturermittlungseinrichtung ermittelten Ermittlungswert ändert, wodurch gemäß dem Zyklusverhältnis zugelassen wird, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert, oder verhindert wird, dass der Kondensator mit dem Kühlmittelkanal kommuniziert.
Kühleinheit gemäß Anspruch 4, wobei, wenn der durch die Temperaturermittlungseinrichtung ermittelte Ermittlungswert auf eine oder über eine erste vorbestimmte Temperatur ansteigt, die Kühlmittelsteuereinrichtung das Zyklusverhältnis basierend auf einer Differenz zwischen dem Ermittlungswert und der ersten vorbestimmten Temperatur anhebt, und wenn der durch die Temperaturermittlungseinrichtung ermittelte Ermittlungswert auf eine oder unter eine zweite vorbestimmte Temperatur abfällt, die niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur ist, die Kühlmittelsteuereinrichtung das Zyklusverhältnis basierend auf einer Differenz zwischen dem Ermittlungswert und der zweiten vorbestimmten Temperatur verringert.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlmittelsteuereinrichtung ein Schaltventil ist, das ermöglicht, dass das Kühlmittel durch den Kühlmittelversorgungsweg zirkuliert, oder verhindert, dass das Kühlmittel durch den Kühlmittelversorgungsweg zirkuliert.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlmittelsteuereinrichtung ein Dreiwegeventil ist, um dem Kondensator zu ermöglichen, mit entweder dem Kühlmittelkanal oder der Dekompressionseinrichtung zu kommunizieren.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die des weiteren eine Gas/Flüssigkeits-Trenneinrichtung stromaufwärtig der Kühlmittelsteuereinrichtung in dem Kühlmittelversorgungsweg aufweist zum Trennen des Kühlmittels in flüssiges Kühlmittel und Kühlmittelgas.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die des weiteren eine zweiten Drucksteuereinrichtung aufweist, die in dem Kühlmittelrückführweg angeordnet ist, wobei eine erste Speichervorrichtung stromaufwärtig der zweiten Drucksteuereinrichtung in dem Kühlmittelrückführweg angeordnet ist.
Kühleinheit gemäß Anspruch 9, wobei das andere Ende des Kühlmittelrückführwegs mit einem Teil des Kühlkreislaufes zwischen der Dekompressionseinrichtung und dem Verdampfer verbunden ist.
Kühleinheit gemäß Anspruch 9, wobei das andere Ende des Kühlmittelrückführwegs mit einem Teil des. Kühlkreislaufs zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor verbunden ist, und wobei eine zweite Speichervorrichtung in einem Teil des Kühlmittelrückführwegs und des Kühlkreislaufs zwischen der zweiten Drucksteuereinrichtung und dem Kompressor angeordnet ist.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, die des weiteren Kühlwasser aufweist zum Austauschen von Wärme mit dem in dem Kondensator befindlichen Kühlmittel, wobei das Kühlwasser Wärme mit dem in dem Verdampfer befindlichen Kühlmittel austauscht.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Drucksteuereinrichtung auch als die Kühlmittelsteuereinrichtung dient.
Kühleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die des weiteren ein Gleichdruckventil aufweist, das in dem Kühlmittelrückführweg für die Steuerung des Drucks in dem Kühlmittelkanal angeordnet ist.