JP2003222427A - Temperature adjusting system - Google Patents

Temperature adjusting system

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JP2003222427A
JP2003222427A JP2002024139A JP2002024139A JP2003222427A JP 2003222427 A JP2003222427 A JP 2003222427A JP 2002024139 A JP2002024139 A JP 2002024139A JP 2002024139 A JP2002024139 A JP 2002024139A JP 2003222427 A JP2003222427 A JP 2003222427A
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JP
Japan
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refrigerant
temperature control
container
control system
heat
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Withdrawn
Application number
JP2002024139A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Kubota
和彦 久保田
Isao Shibata
勲 柴田
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature adjusting system capable of efficiently performing cooling operation and heating operation in a wide scope of temperature adjustment using an inexpensive and safe refrigerant without causing noise. <P>SOLUTION: This temperature adjusting system is provided with a refrigerant vessel 4 for sealing the refrigerant, a thermoelectric conversion unit 3 whose one end is thermally connected with an object whose temperature is adjusted and whose other end is thermally connected with the refrigerant vessel to cause phase change of the refrigerant in order to cool or heat the object whose temperature is adjusted, and a pressure adjusting means 8 for adjusting pressure in the refrigerant vessel. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、温調システムに関
し、特に、熱電変換ユニットを用いて加熱動作及び冷却
動作を交互に繰り返し行うことができる温調システムに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature control system, and more particularly to a temperature control system capable of alternately repeating a heating operation and a cooling operation using a thermoelectric conversion unit.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、CVD(気相成長法)、コーテ
ィング、露光、エッチング、スパッタリング等を行うた
めの半導体製造装置は、サセプタと呼ばれるウエハの設
置台を備えている。例えば、ウエハ上に形成されたシリ
コン酸化膜の上に、さらにCVD法を用いて多結晶シリ
コン膜を形成する工程においては、ウエハが加熱されて
ウエハの温度が変化する。このようなウエハの温度変化
により、多結晶シリコン膜の形成に使用されるガスの反
応スピードも変化してしまうため、温調システムを用い
てサセプタの温度調節を行うことによって、ウエハの温
度を一定にする必要がある。
2. Description of the Related Art Generally, a semiconductor manufacturing apparatus for performing CVD (vapor deposition method), coating, exposure, etching, sputtering, etc., is equipped with a wafer mount called a susceptor. For example, in the step of forming a polycrystalline silicon film on the silicon oxide film formed on the wafer by using the CVD method, the wafer is heated and the temperature of the wafer changes. Such a temperature change of the wafer also changes the reaction speed of the gas used for forming the polycrystalline silicon film. Therefore, by adjusting the temperature of the susceptor using a temperature control system, the temperature of the wafer can be kept constant. Need to

【0003】図5に、従来の機械式温調システムの構成
を示す。図5に示すように、この温調システムは、0次
冷媒配管51内に冷却水等の0次冷媒52を循環させる
0次冷媒循環手段53と、1次冷媒配管54内にフロン
等の1次冷媒55を循環させると共に1次冷媒55を加
圧する1次冷媒循環手段(圧縮器)56と、1次冷媒5
5を液化させる凝縮器57と、熱交換器58によって供
給された熱で1次冷媒55を蒸発させる蒸発器59と、
1次冷媒55を減圧する膨張弁60と、2次冷媒配管6
1内にガルデンやフロリナート等の不活性で沸点が高い
2次冷媒62を循環させる2次冷媒循環手段63と、サ
セプタ等の温調対象物65との間で熱交換を行う熱交換
部64とを備えている。
FIG. 5 shows the configuration of a conventional mechanical temperature control system. As shown in FIG. 5, this temperature control system includes a 0th-order refrigerant circulating means 53 for circulating a 0th-order refrigerant 52 such as cooling water in a 0th-order refrigerant pipe 51, and a 1st refrigerant such as CFC in a primary refrigerant pipe 54. Primary refrigerant circulating means (compressor) 56 for circulating the secondary refrigerant 55 and pressurizing the primary refrigerant 55, and the primary refrigerant 5
A condenser 57 for liquefying 5 and an evaporator 59 for evaporating the primary refrigerant 55 with the heat supplied by the heat exchanger 58,
Expansion valve 60 for decompressing the primary refrigerant 55 and the secondary refrigerant pipe 6
A secondary refrigerant circulating means 63 for circulating an inert secondary refrigerant 62 having a high boiling point such as Galden and Fluorinert in 1 and a heat exchange section 64 for exchanging heat between a temperature control object 65 such as a susceptor. Is equipped with.

【0004】2次冷媒62は、2次冷媒循環手段63の
働きにより2次冷媒配管61内を循環し、温調対象物6
5と熱的に結合している熱交換部64において、温調対
象物65から熱を奪う。2次冷媒62はさらに循環し、
1次冷媒55と熱的に結合している熱交換器58におい
て1次冷媒55に熱を放出する。
The secondary refrigerant 62 is circulated in the secondary refrigerant pipe 61 by the function of the secondary refrigerant circulating means 63, and the temperature controlled object 6
In the heat exchange section 64 that is thermally coupled to the heat exchanger 5, heat is taken from the temperature control target object 65. The secondary refrigerant 62 is further circulated,
Heat is released to the primary refrigerant 55 in the heat exchanger 58 that is thermally coupled to the primary refrigerant 55.

【0005】1次冷媒55は、1次冷媒循環手段56の
働きにより1次冷媒配管54内を循環し、2次冷媒62
と熱的に結合している蒸発器59において、2次冷媒6
2から気化熱を奪って蒸発する。蒸発した1次冷媒55
はさらに循環し、圧縮器57内で加圧されて沸点が上昇
する。さらに、1次冷媒55は、冷却水等の0次冷媒5
2と熱的に結合している凝縮器57において、0次冷媒
52に熱を奪われて凝縮する。
The primary refrigerant 55 circulates in the primary refrigerant pipe 54 by the action of the primary refrigerant circulating means 56, and the secondary refrigerant 62.
In the evaporator 59 that is thermally coupled to the secondary refrigerant 6
It takes the heat of vaporization from 2 and evaporates. Evaporated primary refrigerant 55
Is further circulated and pressurized in the compressor 57 to raise the boiling point. Furthermore, the primary refrigerant 55 is the 0th-order refrigerant 5 such as cooling water.
In the condenser 57, which is thermally coupled to the No. 2, heat is taken by the zero-order refrigerant 52 and condensed.

【0006】この温調システムにおいては、1次冷媒の
蒸気に圧力を印加して蒸発温度を上昇させることによ
り、0次冷媒に放出する熱量を増加させて、冷却能力の
向上を図っている。しかしながら、コンプレッサー等の
圧縮器56の騒音及びサイズの点や、広い温度範囲で相
変化を起こさない高価な2次冷媒62が必要である点や
(フロンは廃止の方向)、冷却動作のみで加熱動作がで
きない点に問題がある。
In this temperature control system, pressure is applied to the vapor of the primary refrigerant to raise the evaporation temperature, thereby increasing the amount of heat released to the zero-order refrigerant and improving the cooling capacity. However, the noise and size of the compressor 56 such as a compressor, the point that an expensive secondary refrigerant 62 that does not cause a phase change in a wide temperature range is necessary (the CFC is abolished), and heating is performed only by the cooling operation. There is a problem in that it cannot operate.

【0007】一方、特開平5−315293号公報に
は、被処理体を載置する載置台と、一端が載置台に接触
されて、内部に被処理体の温熱を他端に運ぶための作動
流体が充填されたヒートパイプと、ヒートパイプの他端
に接触されて、運ばれた温熱を排出する冷媒を有する冷
却手段とを備えた被処理体の載置装置(温調システム)
が開示されている。
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-315293, an operation for carrying the temperature of the object to be processed to the other end by placing the object on which the object is to be processed and one end of which is brought into contact with the table. Placement device (temperature control system) for an object to be processed, including a heat pipe filled with a fluid, and a cooling means having a refrigerant that is in contact with the other end of the heat pipe and discharges the carried heat
Is disclosed.

【0008】この温調システムにおいては、冷媒が毛細
管現象によりパイプの壁面に形成されたウィックを介し
て蒸発部に供給され、気化熱として温調対象物の熱を奪
う。冷媒は、蒸気流となって、凝縮部において液化窒素
により熱を奪われ、再度凝縮液化する。このサイクルに
よって、温調対象物の熱を液化窒素に移動することによ
り冷却を行っている。この温調システムにおいては、圧
縮器の問題及び冷媒の問題は解決しているが、冷却動作
のみで加熱動作はできない。さらに、温度の設定を行う
ことができない点に問題がある。
In this temperature control system, the refrigerant is supplied to the evaporation section through the wick formed on the wall surface of the pipe by the capillary phenomenon, and deprives the heat of the temperature control object as the heat of vaporization. The refrigerant becomes a vapor flow, and heat is taken away by the liquefied nitrogen in the condensing part, and condensed and liquefied again. By this cycle, the heat of the temperature controlled object is transferred to the liquefied nitrogen to perform cooling. In this temperature control system, the problem of the compressor and the problem of the refrigerant are solved, but the heating operation cannot be performed but only the cooling operation. Further, there is a problem in that the temperature cannot be set.

【0009】また、特開平6−268053号公報に
は、緻密質セラミックスからなる基材内に熱電変換素子
が埋設されている半導体ウエハ用サセプタ(温調システ
ム)が開示されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 6-268053 discloses a susceptor for semiconductor wafers (temperature control system) in which a thermoelectric conversion element is embedded in a base material made of dense ceramics.

【0010】この温調システムにおいては、熱電変換ユ
ニットが直接温調対象物に埋め込まれており、電気エネ
ルギーを熱エネルギーに変換するための電流の向きによ
り加熱・冷却を行うことができる。しかしながら、温調
対象物と冷媒との温度差が大きい場合には、熱電変換素
子にかかる温度差も大きくなるので、熱応力により熱電
変換素子が破壊されてしまう。そのため、温調範囲が限
られてしまう点に問題がある。
In this temperature control system, the thermoelectric conversion unit is directly embedded in the temperature control target, and heating / cooling can be performed depending on the direction of the electric current for converting electric energy into heat energy. However, when the temperature difference between the temperature controlled object and the refrigerant is large, the temperature difference applied to the thermoelectric conversion element also becomes large, and the thermoelectric conversion element is destroyed by thermal stress. Therefore, there is a problem in that the temperature control range is limited.

【0011】さらに、これら従来の温調システムにおい
ては、温調対象物の温度が設定温度に対して高ければ冷
媒に排熱し、温調対象物の温度が設定温度に対して低け
れば新たに加熱する。そのため、排熱分のエネルギーは
全て無駄となる。
Further, in these conventional temperature control systems, when the temperature of the temperature controlled object is higher than the set temperature, heat is discharged to the refrigerant, and when the temperature of the temperature controlled object is lower than the set temperature, new heating is performed. To do. Therefore, all the energy of the waste heat is wasted.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の点に鑑
み、本発明は、騒音等の心配がなく、安価かつ安全な冷
媒を用いて、広い温調範囲において冷却動作及び加熱動
作を効率良く行うことができる温調システムを提供する
ことを目的とする。
Therefore, in view of the above points, the present invention uses a cheap and safe refrigerant which is free from noise and the like, and efficiently performs a cooling operation and a heating operation in a wide temperature control range. An object is to provide a temperature control system that can be performed.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段及び作用効果】以上の課題
を解決するため、本発明の第1の観点に係る温調システ
ムは、冷媒を封入するための冷媒容器と、一端が温調対
象物と熱的に結合すると共に他端が冷媒容器と熱的に結
合し、温調対象物を冷却又は加熱するために冷媒の相変
化を生じさせる熱電変換ユニットと、冷媒容器内の圧力
を調節する圧力調節手段とを具備する。
In order to solve the above-mentioned problems, a temperature control system according to a first aspect of the present invention is a refrigerant container for enclosing a refrigerant and an object whose temperature is controlled at one end. And a thermoelectric conversion unit that causes the phase change of the refrigerant to cool or heat the object to be temperature-controlled, and the pressure inside the refrigerant container. And a pressure adjusting means.

【0014】本発明の第1の観点に係る温調システムに
よれば、冷媒循環系を簡略化できると共に、冷媒の相変
化を利用することにより温調範囲が拡大し、冷却動作及
び加熱動作を効率良く行うことができる。また、電変換
ユニットにかかる熱応力が緩和される。冷媒としては、
フッ素系冷却液でなくても良く、水を使用することも可
能である。
According to the temperature control system of the first aspect of the present invention, the refrigerant circulation system can be simplified and the temperature control range can be expanded by utilizing the phase change of the refrigerant, so that the cooling operation and the heating operation can be performed. It can be done efficiently. Further, the thermal stress applied to the electric conversion unit is relieved. As a refrigerant,
It is not necessary to use a fluorine-based cooling liquid, and it is possible to use water.

【0015】ここで、温調システムが、冷媒容器の内壁
との間に所定のギャップが形成されるように冷媒容器内
に配置され、該ギャップにおける毛細管現象により液化
冷媒を移動させると共に、気化冷媒を通過させる複数の
孔が形成された冷媒供給・還流手段をさらに具備するよ
うにしても良い。あるいは、温調システムが、冷媒容器
の内部を第1の空間と第2の空間とに分離し、気化冷媒
を通過させる複数の孔が形成された隔壁と、冷媒容器内
の第1の空間と第2の空間との間で液化冷媒を移動させ
る冷媒供給・還流手段とをさらに具備するようにしても
良い。それらの場合には、冷媒の蒸発・凝縮を効率良く
行うことができる。
Here, the temperature control system is arranged in the refrigerant container so that a predetermined gap is formed between the temperature control system and the inner wall of the refrigerant container, the liquefied refrigerant is moved by the capillary phenomenon in the gap, and the vaporized refrigerant is generated. You may make it further equipped with the refrigerant supply / recirculation means in which the several hole which allows passage was formed. Alternatively, the temperature control system separates the inside of the refrigerant container into a first space and a second space, and a partition wall having a plurality of holes through which the vaporized refrigerant passes, and a first space inside the refrigerant container. You may make it further provide with the refrigerant supply / reflux means which moves a liquefied refrigerant between the 2nd space. In those cases, the refrigerant can be efficiently evaporated and condensed.

【0016】また、温調システムが、冷媒容器内に配置
され、冷媒容器内の冷媒を加熱するための加熱手段をさ
らに具備するようにしても良い。その場合には、予め適
切な量の冷媒を気化させておき、温調動作の開始時にお
いて迅速な温度調節を行うことができる。
Further, the temperature control system may be arranged in the refrigerant container and may further include heating means for heating the refrigerant in the refrigerant container. In that case, an appropriate amount of refrigerant can be vaporized in advance, and the temperature can be quickly adjusted at the start of the temperature adjustment operation.

【0017】また、本発明の第2の観点に係る温調シス
テムは、冷媒を封入するための冷媒容器と、温調対象物
を冷却又は加熱するために冷媒の相変化を生じさせる熱
電変換ユニットと、熱電変換ユニットを格納し、冷媒容
器内を移動可能なケースと、熱電変換ユニットと温調対
象物との間の距離を調整するために用いられる距離調節
手段とを具備する。
A temperature control system according to a second aspect of the present invention is a refrigerant container for enclosing a refrigerant, and a thermoelectric conversion unit for causing a phase change of the refrigerant for cooling or heating an object to be temperature controlled. And a case that stores the thermoelectric conversion unit and is movable in the refrigerant container, and a distance adjusting unit used to adjust the distance between the thermoelectric conversion unit and the temperature control target.

【0018】本発明の第2の観点によれば、本発明の第
1の観点による効果に加えて、冷却動作における熱電変
換ユニットの高温側の温度を低下させることができる。
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, the temperature on the high temperature side of the thermoelectric conversion unit in the cooling operation can be lowered.

【0019】ここで、温調システムが、ケースで隔てら
れた冷媒容器内の2つの空間の間で液化冷媒を移動させ
る冷媒供給・還流手段をさらに具備するようにしても良
い。また、温調システムが、冷媒容器内の冷媒の圧力を
調節する圧力調節機構をさらに具備するようにしても良
い。これにより、冷媒の沸点の制御を行うことができ
る。
Here, the temperature control system may further include a refrigerant supply / reflux means for moving the liquefied refrigerant between the two spaces in the refrigerant container separated by the case. The temperature control system may further include a pressure adjusting mechanism that adjusts the pressure of the refrigerant in the refrigerant container. Thereby, the boiling point of the refrigerant can be controlled.

【0020】以上において、冷媒容器が、冷媒に蓄積さ
れた熱を再利用のために保持する断熱手段を含むように
しても良い。これにより、冷却動作と加熱動作とを繰り
返す場合に、省エネルギーを実現することができる。
In the above, the refrigerant container may include heat insulating means for holding the heat accumulated in the refrigerant for reuse. Thereby, energy saving can be realized when the cooling operation and the heating operation are repeated.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発
明の第1の実施形態に係る温調システムの構成を示す一
部断面図である。この温調システム1は、熱電変換ユニ
ット3の上面(第1の端)に置かれた温調対象物2の温
度を調節する。熱電変換ユニット3の底面(第2の端)
は、冷媒5が封入された冷媒容器4の上面に接触してお
り、冷媒容器4の側面及び底面には、断熱手段としての
断熱材7が含まれている。あるいは、冷媒容器4を魔法
瓶のような構造としても良い。このように、冷媒5と外
部との熱接触は熱電変換ユニット3を介してのみ行い、
その他の熱接触を遮断している。冷媒5の有する熱量を
保持して再利用するため、断熱手段の断熱能力が重要と
なる。また、冷媒容器4内の圧力は、圧力調節機構8に
よって調節される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the temperature control system according to the first embodiment of the present invention. The temperature adjustment system 1 adjusts the temperature of the temperature adjustment object 2 placed on the upper surface (first end) of the thermoelectric conversion unit 3. Bottom surface of thermoelectric conversion unit 3 (second end)
Is in contact with the upper surface of the refrigerant container 4 in which the refrigerant 5 is enclosed, and the side surface and the bottom surface of the refrigerant container 4 include a heat insulating material 7 as heat insulating means. Alternatively, the refrigerant container 4 may have a structure like a thermos. Thus, the thermal contact between the refrigerant 5 and the outside is performed only through the thermoelectric conversion unit 3,
It blocks other thermal contacts. Since the heat quantity of the refrigerant 5 is retained and reused, the heat insulating capacity of the heat insulating means is important. The pressure in the refrigerant container 4 is adjusted by the pressure adjusting mechanism 8.

【0022】冷媒容器4内には、冷媒供給・還流手段6
が配置されている。冷媒供給・還流手段6の側面と冷媒
容器4の内壁との間には、僅かなギャップが形成されて
おり、このギャップにおける毛細管現象を利用して、液
化している冷媒5を蒸発・凝縮部9に供給する。また、
冷媒供給・還流手段6の上面から底面へと貫通する多数
の細孔が形成されており、蒸発・凝縮部9において気化
された冷媒は、冷媒供給・還流手段6を通過して、冷媒
供給・還流手段6の下方の冷媒溜まりに移動する。
A refrigerant supply / reflux means 6 is provided in the refrigerant container 4.
Are arranged. A slight gap is formed between the side surface of the coolant supply / reflux means 6 and the inner wall of the coolant container 4, and the liquefied coolant 5 is evaporated / condensed by utilizing the capillary action in this gap. Supply to 9. Also,
A large number of pores penetrating from the upper surface to the bottom surface of the refrigerant supply / reflux unit 6 are formed, and the refrigerant vaporized in the evaporation / condensation unit 9 passes through the refrigerant supply / reflux unit 6 to supply the refrigerant. It moves to the refrigerant pool below the reflux means 6.

【0023】圧力調節機構8は、冷媒容器4内の冷媒の
圧力を調節することにより、冷媒5が蒸発又は凝縮する
際の圧力変化を抑制すると共に、冷媒5の沸点を制御す
る。設定温度が変更された場合には、圧力調節機構8
は、冷媒容器4内を加圧又は減圧することにより、冷媒
5の沸点を変化させる。
By adjusting the pressure of the refrigerant in the refrigerant container 4, the pressure adjusting mechanism 8 suppresses the pressure change when the refrigerant 5 evaporates or condenses, and controls the boiling point of the refrigerant 5. When the set temperature is changed, the pressure adjusting mechanism 8
Changes the boiling point of the refrigerant 5 by pressurizing or depressurizing the inside of the refrigerant container 4.

【0024】本実施形態においては、冷媒の蒸発・凝縮
を効率良く行うために、細孔が形成された冷媒供給・還
流手段6を設けているが、冷媒供給・還流手段6を省略
して、冷媒容器を単なるタンク状のものにしても良い。
また、冷媒容器の外に蒸気溜まりを設けても良い。
In the present embodiment, in order to efficiently evaporate and condense the refrigerant, the refrigerant supply / reflux means 6 having pores is provided, but the refrigerant supply / reflux means 6 is omitted. The refrigerant container may have a simple tank shape.
Also, a vapor reservoir may be provided outside the refrigerant container.

【0025】温調システム1が冷却動作を行う場合に
は、熱電変換ユニット3が、温調対象物2から吸収した
熱を蒸発・凝縮部9に排出する。そのため、熱電変換ユ
ニット3の第2の端の温度が上がる。蒸発・凝縮部9に
おいては、冷媒供給・還流手段6によって供給された液
化冷媒がその熱を奪って気化することにより圧力が高ま
り、気化冷媒は、蒸発・凝縮部9から冷媒供給・還流手
段6に形成された多数の細孔を通過して、冷媒供給・還
流手段6の下方の冷媒溜まりに移動する。
When the temperature control system 1 performs the cooling operation, the thermoelectric conversion unit 3 discharges the heat absorbed from the temperature control object 2 to the evaporation / condensation section 9. Therefore, the temperature of the second end of the thermoelectric conversion unit 3 rises. In the evaporation / condensing unit 9, the liquefied refrigerant supplied by the refrigerant supply / reflux means 6 takes heat of the liquefied refrigerant to be vaporized, and the pressure is increased. After passing through the large number of pores formed in the above, it moves to the refrigerant pool below the refrigerant supply / reflux means 6.

【0026】このように、冷却動作においては、液化冷
媒の蒸発気化による潜熱を利用して、熱電変換ユニット
3の第2の端から出力される熱を吸熱・蓄熱することに
より、温調対象物の冷却を行っている。温調対象物から
吸収した熱は、顕熱又は潜熱として冷媒に蓄積され、温
調対象物を昇温する際に再利用することができる。
As described above, in the cooling operation, the latent heat generated by the evaporation and vaporization of the liquefied refrigerant is used to absorb and store the heat output from the second end of the thermoelectric conversion unit 3 to thereby control the temperature control object. Is cooling. The heat absorbed from the temperature control target is accumulated in the refrigerant as sensible heat or latent heat, and can be reused when the temperature control target is heated.

【0027】温調システム1が加熱動作を行う場合に
は、熱電変換ユニット3が、蒸発・凝縮部9から奪った
熱を温調対象物2に供給する。そのため、熱電変換ユニ
ット3の第2の端の温度が下がる。蒸発・凝縮部9にお
いては、気化冷媒が液化することにより凝縮熱が放出さ
れる。その放出された凝縮熱が、温調対象物2を加熱す
るために使用される。また、蒸発・凝縮部9において、
気化冷媒が液化することにより圧力が低下する。これに
より、気化冷媒は、冷媒供給・還流手段6の下方の冷媒
溜まりから冷媒供給・還流手段6に形成された多数の細
孔を通過して、蒸発・凝縮部9に移動する。
When the temperature control system 1 performs a heating operation, the thermoelectric conversion unit 3 supplies the heat removed from the evaporation / condensation section 9 to the temperature control target 2. Therefore, the temperature of the 2nd end of the thermoelectric conversion unit 3 falls. In the evaporating / condensing unit 9, the vaporized refrigerant is liquefied to release heat of condensation. The released heat of condensation is used to heat the temperature controlled object 2. In the evaporation / condensation section 9,
The pressure drops due to the liquefaction of the vaporized refrigerant. As a result, the vaporized refrigerant moves from the refrigerant reservoir below the refrigerant supply / reflux means 6 through the large number of pores formed in the refrigerant supply / reflux means 6 and moves to the evaporation / condensation section 9.

【0028】このように、加熱動作においては、蒸気と
なった冷媒が液化する際の凝縮熱を熱源として、温調対
象物の加熱を行っている。液化した冷媒は、温調対象物
を降温する際に再び気化させることにより、再利用でき
る。
As described above, in the heating operation, the object to be temperature-controlled is heated by using the heat of condensation when the vaporized refrigerant is liquefied as a heat source. The liquefied refrigerant can be reused by being vaporized again when the temperature control target object is cooled.

【0029】本実施形態によれば、冷媒循環系を簡略化
できると共に、冷媒の相変化を利用することにより温調
範囲が拡大し、冷却動作及び加熱動作を効率良く交互に
繰り返し行うことができる。また、熱電変換素子の両端
の温度差を減少させ、熱応力による熱電変換素子の破損
を防ぐことが可能になる。例えば、冷却動作において、
冷媒を減圧し、冷媒の沸点を下降させることにより、熱
電変換素子の両端の温度差が減少する。一方、加熱動作
においては、冷媒を加圧し、冷媒の沸点を上昇させるこ
とにより、熱電変換素子の両端の温度差が減少する。冷
媒としては、フッ素系冷却液でなくても良く、水を使用
することも可能である。
According to this embodiment, the refrigerant circulation system can be simplified, the temperature control range can be expanded by utilizing the phase change of the refrigerant, and the cooling operation and the heating operation can be efficiently and alternately repeated. . Further, it becomes possible to reduce the temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion element and prevent damage to the thermoelectric conversion element due to thermal stress. For example, in the cooling operation,
By reducing the pressure of the refrigerant and lowering the boiling point of the refrigerant, the temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion element is reduced. On the other hand, in the heating operation, by pressurizing the refrigerant and raising the boiling point of the refrigerant, the temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion element is reduced. The coolant need not be a fluorine-based cooling liquid, but water can also be used.

【0030】次に、本発明の第2の実施形態に係る温調
システムについて説明する。温調動作の開始時において
必要な熱量を蓄積するために、第1の実施形態における
ように熱電変換素子を利用しても良いが、本実施形態に
おいては、予め適切な量の冷媒を気化させるために、冷
媒容器内に補助加熱手段を設けている。
Next, a temperature control system according to the second embodiment of the present invention will be described. The thermoelectric conversion element may be used as in the first embodiment in order to store the necessary amount of heat at the start of the temperature control operation, but in the present embodiment, an appropriate amount of refrigerant is vaporized in advance. Therefore, an auxiliary heating means is provided in the refrigerant container.

【0031】図2は、本発明の第2の実施形態に係る温
調システムの構成を示す一部断面図である。図2に示す
ように、冷媒容器4内に、補助加熱手段としてのヒータ
21が設けられている。ヒータ21を用いることによ
り、温調動作の開始に先立って、予め適切な量の冷媒5
を気化させて、適切な熱量を冷媒5に蓄積することがで
きる。このようにすれば、温調動作の開始時において、
良好な温度調節を行うことができる。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of the temperature control system according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a heater 21 as an auxiliary heating means is provided in the refrigerant container 4. By using the heater 21, an appropriate amount of the refrigerant 5 is previously prepared before starting the temperature control operation.
Can be vaporized and an appropriate amount of heat can be accumulated in the refrigerant 5. By doing this, at the start of the temperature control operation,
Good temperature control can be performed.

【0032】次に、本発明の第3の実施形態に係る温調
システムについて説明する。図3は、本発明の第3の実
施形態に係る温調システムの構成を示す一部断面図であ
る。この温調システムにおいては、気化冷媒を通過させ
る多数の細孔が形成された隔壁31を冷媒容器4内に設
けて、冷媒容器4の内部を熱電変換ユニット3側の第1
の空間と圧力調節機構8側の第2の空間とに分離してい
る。また、冷媒供給・還流手段32を用いて、冷媒容器
4内の第2の空間から第1の空間に冷媒5を供給してい
る。なお、隔壁31に細孔を形成する替わりに、冷媒容
器4の外に蒸気溜まりを設けても良い。
Next, a temperature control system according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the temperature control system according to the third embodiment of the present invention. In this temperature control system, a partition wall 31 in which a large number of pores through which vaporized refrigerant passes is formed is provided in the refrigerant container 4, and the inside of the refrigerant container 4 is provided on the thermoelectric conversion unit 3 side.
Is separated from the second space on the pressure adjusting mechanism 8 side. Further, the coolant supply / reflux means 32 is used to supply the coolant 5 from the second space in the coolant container 4 to the first space. Instead of forming pores in the partition wall 31, a vapor pool may be provided outside the refrigerant container 4.

【0033】温調システムが冷却動作を行う場合には、
冷媒供給・還流手段32によって第2の空間から第1の
空間に供給された液化冷媒5が、熱電変換ユニット3が
放出する熱により気化する。第1の空間において、液化
冷媒が気化することにより圧力が高まり、気化した冷媒
は、第1の空間から隔壁31の細孔を通過して、第2の
空間に移動する。
When the temperature control system performs the cooling operation,
The liquefied refrigerant 5 supplied from the second space to the first space by the refrigerant supply / reflux means 32 is vaporized by the heat released by the thermoelectric conversion unit 3. In the first space, the pressure increases due to the vaporization of the liquefied refrigerant, and the vaporized refrigerant passes through the pores of the partition wall 31 from the first space and moves to the second space.

【0034】温調システムが加熱動作を行う場合には、
熱電変換ユニット3が、第1の空間において気化してい
る冷媒5を冷却し、気化冷媒が液化することにより凝縮
熱が放出される。第1の空間において凝縮した冷媒は、
冷媒供給・還流手段32によって第2の空間に戻され
る。また、第1の空間において、気化冷媒が液化するこ
とにより圧力が低下する。これにより、気化冷媒は、第
2の空間から隔壁31の細孔を通過して、第1の空間に
移動する。
When the temperature control system performs the heating operation,
The thermoelectric conversion unit 3 cools the refrigerant 5 vaporized in the first space, and the vaporized refrigerant is liquefied to release the heat of condensation. The refrigerant condensed in the first space is
It is returned to the second space by the refrigerant supply / reflux means 32. Further, in the first space, the vaporized refrigerant is liquefied to reduce the pressure. As a result, the vaporized refrigerant passes through the pores of the partition wall 31 from the second space and moves to the first space.

【0035】次に、本発明の第4の実施形態に係る温調
システムについて説明する。図4は、本発明の第4の実
施形態に係る温調システムの構成を示す一部断面図であ
る。この温調システムにおいては、冷媒が封入された冷
媒容器4の上面に温調対象物2が直接的に接触してお
り、温調対象物2が接触していない冷媒容器4の側面及
び底面には、断熱手段としての断熱材7が含まれてい
る。冷媒容器4内には、熱電変換ユニット3を格納する
ケース41が移動可能に配置されており、冷媒容器4の
内部が、ケース41より上側の第1の空間と、ケース4
1より下側の第2の空間とに分けられている。
Next, a temperature control system according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the temperature control system according to the fourth embodiment of the present invention. In this temperature control system, the temperature control object 2 is in direct contact with the upper surface of the refrigerant container 4 in which the refrigerant is sealed, and the side surface and bottom surface of the refrigerant container 4 with which the temperature control object 2 is not in contact Includes a heat insulating material 7 as heat insulating means. A case 41 that stores the thermoelectric conversion unit 3 is movably arranged in the refrigerant container 4, and the inside of the refrigerant container 4 includes a first space above the case 41 and a case 4
It is divided into a second space below 1.

【0036】また、この温調システムにおいては、冷却
動作において、冷媒容器4内の第2の空間から第1の空
間に冷媒5を供給する冷媒供給・還流手段42と、第1
の空間において気化された冷媒を第2の空間に送る蒸気
通路が形成されている。さらに、ケース41と温調対象
物2との間の距離を機械的に調節する距離調節機構43
が設けられている。なお、冷媒供給・還流手段42の替
わりに、ケース41と冷媒容器4の内側面との間に毛細
管現象を生じる程度の微小な隙間を設けるようにしても
良い。また、ケース41と温調対象物2との間の距離
は、電気的若しくは磁気的に調節するようにしても良
い。
Further, in this temperature control system, in the cooling operation, the refrigerant supply / reflux means 42 for supplying the refrigerant 5 from the second space in the refrigerant container 4 to the first space, and the first
A vapor passage for sending the vaporized refrigerant to the second space is formed. Further, a distance adjusting mechanism 43 that mechanically adjusts the distance between the case 41 and the temperature control target 2.
Is provided. Instead of the refrigerant supply / reflux means 42, a minute gap may be provided between the case 41 and the inner surface of the refrigerant container 4 to the extent that a capillary phenomenon occurs. The distance between the case 41 and the temperature control target 2 may be adjusted electrically or magnetically.

【0037】温調システムが冷却動作を行う場合には、
冷媒容器4内の第1の空間に冷媒の薄い層ができるよう
に、ケース41と温調対象物2との間の距離が調節され
る。冷媒供給・還流手段42によって冷媒容器4内の第
1の空間に冷媒を供給すると、冷媒は、温調対象物2か
らの熱によって蒸発し、潜熱を吸収する。これにより、
温調対象物2が急激に冷却される。気化した冷媒は、蒸
気通路を通って第2の空間に移動する。一方、液化冷媒
は、ケース41と冷媒容器4の内側面との間の微小な隙
間における毛細管現象により、第2の空間から第1の空
間に移動する。このようにして、冷却動作が連続的に行
われる。
When the temperature control system performs the cooling operation,
The distance between the case 41 and the temperature control target 2 is adjusted so that a thin layer of the refrigerant is formed in the first space inside the refrigerant container 4. When the coolant is supplied to the first space in the coolant container 4 by the coolant supply / reflux means 42, the coolant evaporates by the heat from the temperature control target 2 and absorbs the latent heat. This allows
The temperature controlled object 2 is rapidly cooled. The vaporized refrigerant moves to the second space through the vapor passage. On the other hand, the liquefied refrigerant moves from the second space to the first space due to the capillary phenomenon in the minute gap between the case 41 and the inner surface of the refrigerant container 4. In this way, the cooling operation is continuously performed.

【0038】精密な温度調節を行う場合には、熱電変換
ユニット3により冷媒の蒸発量・凝縮量が制御される。
また、ケース41と温調対象物2との間の距離を調節す
ることによって熱負荷を変化させ、冷媒の蒸発量・凝縮
量を制御しても良い。その際に温調対象物から吸収した
熱は、顕熱又は潜熱として冷媒に蓄積され、温調対象物
を昇温する際に再利用することができる。
When the temperature is precisely adjusted, the thermoelectric conversion unit 3 controls the evaporation amount / condensation amount of the refrigerant.
Further, the heat load may be changed by adjusting the distance between the case 41 and the temperature control target 2 to control the evaporation amount / condensation amount of the refrigerant. At that time, the heat absorbed from the temperature control target is accumulated in the refrigerant as sensible heat or latent heat and can be reused when the temperature control target is heated.

【0039】温調システムが加熱動作を行う場合には、
冷媒容器4内でケース41を最大に上昇させ、冷媒容器
4の内壁に密着させる。その後、ケース41の下側の液
化冷媒又は冷却時から残存している蒸気を熱源として利
用しながら、熱電変換ユニット3により温調対象物2を
加熱する。
When the temperature control system performs the heating operation,
The case 41 is raised to the maximum in the refrigerant container 4 and brought into close contact with the inner wall of the refrigerant container 4. After that, the temperature control target 2 is heated by the thermoelectric conversion unit 3 while using the liquefied refrigerant on the lower side of the case 41 or the steam remaining after cooling as a heat source.

【0040】本実施形態によれば、温調システムが冷却
動作を行う場合に熱電変換ユニット3と温調対象物2と
の間に冷媒が介在するので、熱電変換素子の高温側の温
度を低下させると共に、熱電変換素子における温度差を
減少させ、熱応力による熱電変換素子の破損をさらに良
く防止できる。
According to this embodiment, since the refrigerant is interposed between the thermoelectric conversion unit 3 and the temperature control object 2 when the temperature control system performs the cooling operation, the temperature on the high temperature side of the thermoelectric conversion element is lowered. At the same time, the temperature difference in the thermoelectric conversion element can be reduced, and damage to the thermoelectric conversion element due to thermal stress can be better prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る温調システムの
構成を示す一部断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a temperature control system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係る温調システムの
構成を示す一部断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a temperature control system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態に係る温調システムの
構成を示す一部断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a temperature control system according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態に係る温調システムの
構成を示す一部断面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a temperature control system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の機械式温調システムの構成を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional mechanical temperature control system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 温調システム 2 温調対象物 3 熱電変換ユニット 4 冷媒容器 5 冷媒 6、32、42 冷媒供給・還流手段 7 断熱材 8 圧力調節機構 9 蒸発・凝縮部 21 ヒータ 31 隔壁 41 ケース 43 距離調節機構 51 0次冷媒配管 52 0次冷媒 53 0次冷媒循環手段 54 1次冷媒配管 55 1次冷媒 56 1次冷媒配管手段(圧縮器) 57 凝縮器 58 熱交換器 59 蒸発器 60 膨張弁 61 2次冷媒配管 62 2次冷媒 63 2次冷媒循環手段 64 熱交換部 65 温調対象物 1 Temperature control system 2 Temperature control target 3 Thermoelectric conversion unit 4 Refrigerant container 5 Refrigerant 6, 32, 42 Refrigerant supply / reflux means 7 insulation 8 Pressure adjustment mechanism 9 Evaporation / condensation section 21 heater 31 partitions 41 cases 43 Distance adjustment mechanism 51 0th refrigerant pipe 52 0th order refrigerant 53 0th-order refrigerant circulation means 54 Primary Refrigerant Piping 55 Primary Refrigerant 56 Primary refrigerant piping means (compressor) 57 condenser 58 heat exchanger 59 Evaporator 60 expansion valve 61 Secondary refrigerant piping 62 Secondary refrigerant 63 Secondary Refrigerant Circulation Means 64 heat exchange section 65 Temperature control target

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 冷媒を封入するための冷媒容器と、一端
が温調対象物と熱的に結合すると共に他端が前記冷媒容
器と熱的に結合し、前記温調対象物を冷却又は加熱する
ために冷媒の相変化を生じさせる熱電変換ユニットと、 前記冷媒容器内の圧力を調節する圧力調節手段と、を具
備する温調システム。
1. A cooling medium container for enclosing a cooling medium, one end of which is thermally coupled to the temperature control target and the other end of which is thermally coupled to the cooling medium container to cool or heat the temperature control target. In order to achieve this, a temperature control system including a thermoelectric conversion unit that causes a phase change of the refrigerant, and a pressure adjusting unit that adjusts the pressure inside the refrigerant container.
【請求項2】 前記冷媒容器の内壁との間に所定のギャ
ップが形成されるように前記冷媒容器内に配置され、該
ギャップにおける毛細管現象により液化冷媒を移動させ
ると共に、気化冷媒を通過させる複数の孔が形成された
冷媒供給・還流手段をさらに具備する請求項1記載の温
調システム。
2. A plurality of units arranged in the refrigerant container such that a predetermined gap is formed between the refrigerant container and an inner wall of the refrigerant container, and moving the liquefied refrigerant by capillarity in the gap and allowing the vaporized refrigerant to pass therethrough. The temperature control system according to claim 1, further comprising a refrigerant supply / reflux means having holes formed therein.
【請求項3】 前記冷媒容器の内部を第1の空間と第2
の空間とに分離し、気化冷媒を通過させる複数の孔が形
成された隔壁と、 前記冷媒容器内の第1の空間と第2の空間との間で液化
冷媒を移動させる冷媒供給・還流手段と、をさらに具備
する請求項1記載の温調システム。
3. A first space and a second space are provided inside the refrigerant container.
And a partition for forming a plurality of holes through which the vaporized refrigerant passes, and a refrigerant supply / reflux means for moving the liquefied refrigerant between the first space and the second space in the refrigerant container. The temperature control system according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 前記冷媒容器内に配置され、前記冷媒容
器内の冷媒を加熱するための加熱手段をさらに具備する
請求項1〜3のいずれか1項記載の温調システム。
4. The temperature control system according to claim 1, further comprising a heating unit that is arranged in the refrigerant container and that heats the refrigerant in the refrigerant container.
【請求項5】 冷媒を封入するための冷媒容器と、 前記温調対象物を冷却又は加熱するために冷媒の相変化
を生じさせる熱電変換ユニットと、 前記熱電変換ユニットを格納し、前記冷媒容器内を移動
可能なケースと、 前記熱電変換ユニットと温調対象物との間の距離を調整
するために用いられる距離調節手段と、を具備する温調
システム。
5. A refrigerant container for enclosing a refrigerant, a thermoelectric conversion unit for causing a phase change of the refrigerant in order to cool or heat the temperature control target, a thermoelectric conversion unit, and the refrigerant container. A temperature control system, comprising: a case movable inside; and a distance adjusting unit used to adjust a distance between the thermoelectric conversion unit and an object to be temperature controlled.
【請求項6】 前記ケースで隔てられた前記冷媒容器内
の2つの空間の間で液化冷媒を移動させる冷媒供給・還
流手段をさらに具備する請求項5記載の温調システム。
6. The temperature control system according to claim 5, further comprising a refrigerant supply / reflux means for moving the liquefied refrigerant between two spaces in the refrigerant container separated by the case.
【請求項7】 前記冷媒容器内の冷媒の圧力を調節する
圧力調節手段をさらに具備する請求項5又は6記載の温
調システム。
7. The temperature control system according to claim 5, further comprising pressure adjusting means for adjusting the pressure of the refrigerant in the refrigerant container.
【請求項8】 前記冷媒容器が、冷媒に蓄積された熱を
再利用のために保持する断熱手段を含む、請求項1〜7
のいずれか1項記載の温調システム。
8. The refrigerant container includes heat insulating means for retaining heat accumulated in the refrigerant for reuse.
The temperature control system according to any one of 1.
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