JP2016044834A - 流体循環装置、荷電粒子線装置、および流体循環方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を供給することができる流体循環装置を提供する。【解決手段】本発明に係る流体循環装置１００は、熱負荷１０１０，１０２０に流体を供給する流体循環装置であって、流体の温度を調整する温度調整部４０と、温度調整部４０から熱負荷１０１０，１０２０に向かう流体を流通させる第１流体流路２と、熱負荷１０１０，１０２０から温度調整部４０に戻る流体を流通させる第２流体流路４と、流体を熱負荷１０１０，１０２０に送るポンプ１０と、熱負荷１０１０，１０２０に送られる流体の圧力を測定する圧力センサー２０と、圧力センサー２０の測定結果に基づいて、ポンプ１０の回転数を制御するポンプ制御部３０と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、流体循環装置、荷電粒子線装置、および流体循環方法に関する。

電子顕微鏡や荷電粒子ビーム描画装置等の荷電粒子線装置では、高精度の温度管理が必要である。例えば、電子顕微鏡や荷電粒子ビーム描画装置に用いられる電子レンズは、コイルに流れる電流による発熱を伴うため冷却の必要がある。

例えば、特許文献１には、走査電子顕微鏡の油拡散ポンプ、および電子レンズを冷却する冷却水循環装置が開示されている。特許文献１の冷却水循環装置は、温度制御された水槽の循環水を、循環水パイプに介挿された圧送ポンプにより電子レンズおよび油拡散ポンプに圧送し循環水パイプを介して水槽に還流するように構成されている。すなわち、循環水は、電子レンズおよび油拡散ポンプを兼用して冷却している。

特開２００７−４０６３１号公報

上述したように２つの熱負荷（特許文献１の例では電子レンズと油拡散ポンプ）を兼用して冷却している冷却水循環装置では、２つの熱負荷に循環水を送る状態と、１つの熱負荷にのみ循環水を送る状態と、を切り替えて用いられる場合がある。例えば、電子レンズがＯＦＦになった場合には、電子レンズに循環水を送る必要がなく、油拡散ポンプにのみ循環水を送る状態となり、電子レンズがＯＮとなった場合には、電子レンズおよび油拡散ポンプの両方に循環水が送られる。

ここで、２つの熱負荷に循環水を送る状態と、一方の熱負荷にのみ循環水を送る状態と、では、必要な循環水の流量が異なる。そのため、一方の状態から他方の状態に切り替えた際に、循環水ポンプにかかる負荷が増大したり、十分な量の循環水を送ることができなくなったりする場合がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を供給することができる流体循環装置、および流体循環方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記流体循環装置を含む荷電粒子線装置を提供することにある。

（１）本発明に係る流体循環装置は、
熱負荷に流体を供給する流体循環装置であって、
前記流体の温度を調整する温度調整部と、
前記温度調整部から前記熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、
前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、
前記流体を前記熱負荷に送るポンプと、
前記熱負荷に送られる前記流体の圧力を測定する圧力センサーと、
前記圧力センサーの測定結果に基づいて、前記ポンプの回転数を制御するポンプ制御部
と、
を含む。

このような流体循環装置では、ポンプ制御部は熱負荷に送られる流体の圧力を測定する圧力センサーの測定結果に基づいてポンプの回転数を制御するため、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（２）本発明に係る流体循環装置において、
前記ポンプ制御部は、
前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、前記ポンプの回転数を第１回転数とし、
前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、前記ポンプの回転数を前記第１回転数よりも大きい第２回転数としてもよい。

このような流体循環装置では、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（３）本発明に係る流体循環装置において、
前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
を含んでいてもよい。

このような流体循環装置では、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（４）本発明に係る流体循環装置は、
熱負荷に流体を供給する流体循環装置であって、
前記流体の温度を調整する温度調整部と、
前記温度調整部から前記熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、
前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、
前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
前記熱負荷に送られる前記流体の圧力を測定する圧力センサーと、
前記圧力センサーの測定結果に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御するバイパス弁制御部と、
を含む。

このような流体循環装置では、バイパス弁制御部は熱負荷に送られる流体の圧力を測定する圧力センサーの測定結果に基づいてバイパス弁の開度を制御するため、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（５）本発明に係る流体循環装置において、
前記バイパス弁制御部は、
前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、前記バイパス弁の開度を第１開度とし、
前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、前記バイパス弁の開度を前記第１開度よりも小さい第２開度としてもよい。

このような流体循環装置では、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（６）本発明に係る流体循環装置は、
熱負荷に流体を供給する流体循環装置であって、
前記流体の温度を調整する温度調整部と、
前記温度調整部から前記熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、
前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、
前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回する複数のバイパス流路と、
複数の前記バイパス流路の各々に設けられたバイパス弁と、
前記熱負荷に送られる前記流体の圧力を測定する圧力センサーと、
前記圧力センサーの測定結果に基づいて、複数の前記バイパス流路の各々に設けられた前記バイパス弁のうちの少なくとも１つの前記バイパス弁の開閉を行うバイパス弁制御部と、
を含む。

このような流体循環装置では、バイパス弁制御部は熱負荷に送られる流体の圧力を測定する圧力センサーの測定結果に基づいて複数のバイパス流路の各々に設けられたバイパス弁のうちの少なくとも１つのバイパス弁の開閉を行うため、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（７）本発明に係る流体循環装置において、
前記バイパス弁制御部は、
前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、前記バイパス弁を開き、
前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、前記バイパス弁を閉じてもよい。

このような流体循環装置では、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（８）本発明に係る流体循環装置において、
前記流体を前記熱負荷に送るポンプを含んでいてもよい。

（９）本発明に係る荷電粒子線装置は、
本発明に係る流体循環装置を含む。

このような荷電粒子線装置では、流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる流体循環装置を含むことができる。

（１０）本発明に係る荷電粒子線装置は、
複数の前記熱負荷を含み、
複数の前記熱負荷に前記流体を供給する複数の流体経路が並列に設けられ、
複数の前記流体経路の各々には、開閉弁が設けられていてもよい。

（１１）本発明に係る流体循環方法は、
流体の温度を調整する温度調整部と、前記温度調整部から熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、を備えた流体循環装置における流体循環方法であって、
前記熱負荷に送られる前記流体の圧力の情報を取得する工程と、
取得した前記流体の圧力の情報に基づいて、前記熱負荷に送る前記流体の流量を調整する工程と、
を含む。

このような流体循環方法では、取得した流体の圧力の情報に基づいて熱負荷に送る流体の流量を調整するため、例えば流体を送るポンプに過負荷を与えることなく、適切な流量の流体を熱負荷に供給することができる。

（１２）本発明に係る流体循環方法において、
前記流体の流量を調整する工程では、前記流体を前記熱負荷に送るポンプの回転数を制御することで前記流体の流量を調整してもよい。

（１３）本発明に係る流体循環方法において、
前記流体循環装置は、
前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
を含み、
前記流体の流量を調整する工程では、前記バイパス弁の開度を制御することで前記流体の流量を調整してもよい。

（１４）本発明に係る流体循環方法において、
前記流体循環装置は、
前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回する複数のバイパス流路と、
複数の前記バイパス流路の各々に設けられたバイパス弁と、
を含み、
前記流体の流量を調整する工程では、複数の前記バイパス流路の各々に設けられた前記バイパス弁のうちの少なくとも１つの前記バイパス弁の開閉を行うことで前記流体の流量を調整してもよい。

第１実施形態に係る流体循環装置を含む荷電粒子線装置の構成を模式的に示す図。 第１実施形態に係る流体循環装置における流体循環方法の一例を示すフローチャート。 第１実施形態に係る流体循環装置における循環水の送水量の切替シーケンスを示す図。 参考例に係る、ポンプ制御部を有さない流体循環装置の構成を示す図。 第２実施形態に係る流体循環装置を含む荷電粒子線装置の構成を模式的に示す図。 第２実施形態に係る流体循環装置における循環水の送水量の切替シーケンスを示す図。 第２実施形態の変形例に係る流体循環装置を含む荷電粒子線装置の構成を模式的に示す図。 第３実施形態に係る流体循環装置を含む荷電粒子線装置の構成を模式的に示す図。 第３実施形態に係る流体循環装置における循環水の送水量の切替シーケンスを示す図。 第３実施形態の変形例に係る流体循環装置を含む荷電粒子線装置の構成を模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． 流体循環装置
まず、第１実施形態に係る流体循環装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る流体循環装置１００を含む荷電粒子線装置１０００の構成を模式的に示す図である。

荷電粒子線装置１０００は、図１に示すように、装置本体１１００と、流体循環装置１００と、を含んで構成されている。

流体循環装置１００は、荷電粒子線装置１０００に組み込まれている。荷電粒子線装置１０００は、例えば、電子顕微鏡である。当該電子顕微鏡は、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等である。装置本体１１００は、例えば、電子顕微鏡の電子レンズや、電子レンズを制御するための制御装置、電源、鏡筒内を真空排気するための排気系等を含む。

流体循環装置１００は、装置本体１１００の熱負荷１０１０，１０２０を冷却するための循環水を供給する。熱負荷１０１０，１０２０は、例えば、電子顕微鏡の電子レンズや、当該電子レンズの電源、熱拡散ポンプ等である。荷電粒子線装置１０００は、図示の例では、２つの熱負荷１０１０，１０２０を有しているが、熱負荷の数は３つ以上であってもよい。

流体循環装置１００では、温度調整部４０で温度調整された（冷却された）循環水は、送水ポンプ１０によって送水流路２から熱負荷１０１０，１０２０に送られる。熱負荷１０１０，１０２０を通り温められた循環水（リターン水）は、戻水流路４を通って温度調整部４０に戻る。図示の例では、熱負荷１０１０，１０２０から戻った循環水は、リザーバータンク８０に一時的に収容された後、送水ポンプ１０を介して温度調整部４０に戻り、温度調整される（冷却される）。そして、冷却された循環水は、送水流路２から、熱負荷１０１０，１０２０に送られる。このように流体循環装置１００は、装置本体１１００との間で循環水を循環させて熱負荷１０１０，１０２０に循環水を供給し、熱負荷１０１０，１０２０を冷却する。

流体循環装置１００は、図１に示すように、送水流路（第１流体流路）２と、戻水流路（第２流体流路）４と、送水ポンプ１０と、圧力センサー２０と、ポンプ制御部３０と、温度調整部４０と、温度センサー５０と、バイパス流路６０と、バイパス弁７０と、リザーバータンク（流体収容容器）８０と、を含む。

送水流路２は、循環水を熱負荷１０１０に送るための流路である。送水流路２は、温度調整部４０で温度調整（冷却）された循環水が流れる。送水流路２は、装置本体１１００の、熱負荷１０１０，１０２０に循環水を流通させるための流路１００２に接続されている。すなわち、送水流路２は、温度調整部４０と流路１００２とを接続している。装置本体１１００において、流路１００２を通って熱負荷１０１０，１０２０に供給された循環水は、流路１００４を通って流体循環装置１００に戻る。

戻水流路４は、熱負荷１０１０，１０２０に供給されて流体循環装置１００に戻った循環水を、温度調整部４０に導くための流路である。戻水流路４は、熱負荷１０１０，１０２０を流通した循環水を、流路１００４からリザーバータンク８０、送水ポンプ１０を介して、温度調整部４０に導く。戻水流路４は、装置本体１１００の流路１００４と温度調整部４０とを接続している。

荷電粒子線装置１０００では、送水流路２、流路１００２、流路１００４、および戻水流路４によって、循環水を循環させるための循環流路が構成されている。循環流路は、循環水を、流体循環装置１００（温度調整部４０）と装置本体１１００（熱負荷１０１０，１０２０）との間で循環させるための流路である。

送水ポンプ１０は、循環水を熱負荷１０１０，１０２０に送る。荷電粒子線装置１０００では、送水ポンプ１０によって、送水流路２、流路１００２、流路１００４、および戻水流路４からなる循環流路に循環水を循環させることができる。送水ポンプ１０は、インバーターなどによって、回転数が制御可能である。送水ポンプ１０は、例えば、回転数の大きい「Ｈｉｇｈ」の状態と、回転数の少ない「Ｌｏｗ」の状態と、を切り替えて使用することができる。

圧力センサー２０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力（送水圧力）を測定する。圧力センサー２０は、戻水流路４に設けられている。圧力センサー２０は、送水ポンプ１０の下流側に設けられている。図示の例では、圧力センサー２０は、送水ポンプ１０と温度調整部４０との間の戻水流路４に設けられているが、温度調整部４０の下流側の送水流路２に設けられていてもよい。圧力センサー２０は、測定した循環水の圧力の情報を、ポンプ制御部３０に送る。

ポンプ制御部３０は、圧力センサー２０の測定結果に基づいて、送水ポンプ１０の回転数を制御する。具体的には、ポンプ制御部３０は、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、送水ポンプ１０の回転数を第１回転数（Ｌｏｗ）とし、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、送水ポンプ１０の回転数を第１回転数よりも大きい第２回転数（Ｈｉｇｈ）とする。

ポンプ制御部３０は、専用回路により実現して上述した送水ポンプ１０の回転数の制御を行うようにしてもよい。また、ポンプ制御部３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部（図示せず）等に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、送水ポンプ１０の回転数の制御を行うようにしてもよい。

温度調整部４０は、熱負荷１０１０，１０２０を流通して戻った循環水の温度を調整する。熱負荷１０１０，１０２０から戻った循環水は、リザーバータンク８０で一時的に収容された後、リザーバータンク８０から送水ポンプ１０を介して、温度調整部４０に送られる。温度調整部４０は熱交換器４２を含んで構成されている。熱交換器４２では、冷媒を介して循環水と熱交換を行う。これにより、循環水を冷却することができる。

冷媒は、冷却器４４によって循環流路４１を循環する。冷媒の流量は、電子膨張弁４３の開度を制御部（図示せず）で制御することで調整される。制御部は、温度センサー５０によって測定された循環水の温度に基づいて、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の温度が所望の温度となるように電子膨張弁４３の開度を制御する。これにより、送水流路２を流れる循環水の温度を所望の温度に調整することができる。冷却器４４は、さら
に、コンプレッサーや、熱交換器等を含んで構成されていてもよい。

温度調整部４０は、図示はしないが、さらに、循環水を加熱するためのヒーターを含んで構成されていてもよい。この場合、前記制御部は、温度センサー５０の測定結果に基づいて、電子膨張弁４３およびヒーターの少なくとも一方を制御して、循環水の温度を調整する。

温度センサー５０は、送水流路２に設けられており、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の温度を測定する。温度センサー５０は、例えば、金属の電気抵抗値が温度変化によって変動することを利用したセンサーである。温度センサー５０は、測定した循環水の温度の情報を前記制御部に送る。

バイパス流路６０は、送水流路２と戻水流路４とを接続し、熱負荷１０１０，１０２０を迂回するための流路である。すなわち、バイパス流路６０を通った循環水は、流路１００２，１００４を通ることなく、送水流路２から戻水流路４に流れる。図示の例では、バイパス流路６０は、送水流路２の温度センサー５０の下流側と、戻水流路４のリザーバータンク８０よりも上流側と、を接続している。

バイパス弁７０は、バイパス流路６０に設けられている。バイパス弁７０によって、バイパス流路６０に流れる循環水の流量を調整することができる。バイパス弁７０は、開度に応じて循環水の流量を調整することができる。バイパス弁７０は、例えば、手動弁である。

リザーバータンク８０は、熱負荷１０１０，１０２０から戻った循環水を一時的に収容する容器である。リザーバータンク８０は、戻水流路４に設けられている。リザーバータンク８０には、熱負荷１０１０，１０２０で温められた循環水（リターン水）が導入される。リザーバータンク８０に収容された循環水は、送水ポンプ１０を介して温度調整部４０に送られる。

装置本体１１００は、図１に示すように、流路１００２，１００４と、第１流量調整弁１０１２と、第１開閉弁１０１４と、第２流量調整弁１０２２と、第２開閉弁１０２４と、を含んで構成されている。

流路１００２には、熱負荷１０１０に循環水を供給する流体経路１００２ａと、熱負荷１０２０に循環水を供給する流体経路１００２ｂと、が並列に設けられている。

流路１００２の流体経路１００２ａには、第１流量調整弁１０１２と、第１開閉弁１０１４と、が設けられている。第１流量調整弁１０１２は、熱負荷１０１０に供給される循環水の流量を調整するための弁である。第１開閉弁１０１４は、熱負荷１０１０の上流側に設けられている。第１開閉弁１０１４が開くと熱負荷１０１０に循環水が供給され、第１開閉弁１０１４が閉じると熱負荷１０１０には循環水が供給されない。

流路１００２の流体経路１００２ｂには、第２流量調整弁１０２２と、第２開閉弁１０２４と、が設けられている。第２流量調整弁１０２２は、熱負荷１０２０に供給される循環水の流量を調整するための弁である。第２開閉弁１０２４は、熱負荷１０２０の上流側に設けられている。第２開閉弁１０２４が開くと熱負荷１０２０に循環水が供給され、第２開閉弁１０２４が閉じると熱負荷１０２０には循環水が供給されない。

流路１００４は、熱負荷１０１０，１０２０を流通した循環水を流体循環装置１００に戻すための流路である。流路１００４は、戻水流路４に接続されている。

１．２． 流体循環装置における流体循環方法
次に、流体循環装置１００における流体循環方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、流体循環装置１００における流体循環方法の一例を示すフローチャートである。

まず、ポンプ制御部３０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力（送水圧力）の情報を取得する（ステップＳ１０）。ポンプ制御部３０は、圧力センサー２０から出力された送水圧力の情報を受け取り、送水圧力の情報を取得する。

次に、ポンプ制御部３０は、取得した送水圧力の情報に基づいて、送水ポンプ１０の回転数を制御する（ステップＳ１２）。具体的には、ポンプ制御部３０は、送水圧力が所与の上限圧力（切替上限圧力）よりも高くなった場合に、送水ポンプ１０の回転数を第１回転数（Ｌｏｗ）とし、送水圧力が所与の下限圧力（切替下限圧力）よりも低くなった場合に、送水ポンプ１０の回転数を第２回転数（Ｈｉｇｈ）とする。

次に、ポンプ制御部３０は、熱負荷１０１０，１０２０に循環水の供給を中止する命令が入力されたか否かの判定を行う（ステップＳ１４）。循環水の供給を中止する命令は、例えば、オペレーターによって流体循環装置１００の操作部（図示せず）を介して入力される。

ポンプ制御部３０は、循環水の供給を中止する命令が入力されなかった場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）、再びステップＳ１０、ステップＳ１２の処理を行う。すなわち、ポンプ制御部３０は、循環水の供給を中止する命令が入力されるまで、ステップＳ１０、ステップＳ１２の処理を繰り返し行う。

ポンプ制御部３０は、循環水の供給を中止する命令が入力された場合（ステップＳ１４でＹｅｓの場合）、処理を終了する。

図３は、流体循環装置１００における循環水の送水量の切替シーケンスを示す図である。図３に示すグラフの縦軸は、それぞれ、第１開閉弁１０１４の開閉状態、第２開閉弁１０２４の開閉状態、圧力センサー２０で測定された送水圧力の値、および送水ポンプ１０の回転数を表している。また、図３に示すグラフの横軸は、時間を表している。図３では、開閉弁１０１４，１０２４の開閉状態の組み合わせにより、状態１から状態６までを示している。

なお、ここでは、送水ポンプ１０は、回転数が「Ｈｉｇｈ」の状態と回転数が「Ｌｏｗ」の状態とが切替可能となっている。また、熱負荷１０１０が必要とする循環水の流量は、熱負荷１０２０が必要とする循環水の流量よりも多いものとし、第１流量調整弁１０１２および第２流量調整弁１０２２は、熱負荷１０１０に流通する循環水の流量が、熱負荷１０２０に流通する循環水の流量よりも多くなるように設定されている。

流体循環装置１００において、循環水の流量が望ましい状態は、以下の通りである。第１開閉弁１０１４と第２開閉弁１０２４がともに開いているとき、および、必要流量の少ない熱負荷１０２０の冷却のみを停止、すなわち、第２開閉弁１０２４のみが閉じているときには、送水ポンプ１０の回転数は「Ｈｉｇｈ」であることが望ましい。また、第１開閉弁１０１４と第２開閉弁１０２４がともに閉じているとき、および、より必要流量の多い熱負荷１０１０の冷却のみを停止、すなわち、第１開閉弁１０１４のみが閉じているときには、送水ポンプ１０の回転数は「Ｌｏｗ」であることとが望ましい。

まず、状態１は、開閉弁１０１４，１０２４がともに開いている状態である。このとき送水ポンプ１０の回転数は「Ｈｉｇｈ」である。なお、状態１において、送水ポンプ１０の連続運転に支障がないように、あらかじめバイパス弁７０の開度は送水圧力が図３に示す使用上限圧力よりも低くなるように調整されている。

状態２は、必要流量の大きい熱負荷１０１０の冷却を停止、すなわち、第１開閉弁１０１４のみを閉じた状態である。状態１から状態２に切り替わったとき、流路２，４，１００２，１００４全体の抵抗が急激に増加するため、送水圧力が上昇する。そして、送水圧力があらかじめ設定された切替上限圧力（所与の上限圧力）を超えたときに、ポンプ制御部３０は送水ポンプ１０の回転数を「Ｌｏｗ」に切り替える。これにより、送水圧力は図３に示すように所定の値まで減少する。

状態３は、熱負荷１０１０の冷却を停止した状態から、さらに熱負荷１０２０の冷却も停止、すなわち、第１開閉弁１０１４に加えて第２開閉弁１０２４も閉じた状態である。状態２から状態３に切り替わったとき、循環水の経路は、バイパス流路６０を通る経路のみとなるため、流路抵抗がさらに増加し、送水圧力は上昇する。

状態４は、開閉弁１０１４，１０２４をともに閉じた状態から開閉弁１０１４，１０２４をともに開いたときの状態である。状態３から状態４に切り替わったとき、送水ポンプ１０の回転数が「Ｌｏｗ」の状態で急激に流路抵抗が減少するため、送水圧力が低下する。そして、送水圧力があらかじめ設定した切替下限圧力を下回ったときに、ポンプ制御部３０は、送水ポンプ１０の回転数を「Ｈｉｇｈ」に切り替える。その結果、状態１と同じ運転状態に流体循環装置１００は復帰する。

状態５は、第２開閉弁１０２４のみが閉じた状態である。状態４から状態５に切り替わったとき、流路抵抗が増加することによって送水圧力は上昇するが、第１開閉弁１０１４が閉じたときほどには送水圧力は上昇しない。そこで、あらかじめ切替上限圧力を第１開閉弁１０１４が開いて第２開閉弁１０２４が閉じた状態のときの到達圧力よりも高く設定しておくことにより、状態５において、送水ポンプ１０の切り替えが起こらないようにすることができる。図３に示すように、送水ポンプ１０の使用上限圧力は、切替上限圧力よりも高い圧力であるため、状態５において、送水ポンプ１０の回転数が「Ｈｉｇｈ」の状態で連続運転することができる。

状態６は、再び状態１に復帰させた状態、すなわち、第１開閉弁１０１４および第２開閉弁１０２４がともに開いた状態である。状態５から状態６に切り替わった場合、送水ポンプ１０の回転数の切り替えは起こらず、送水圧力も状態１と等しい値に復帰する。

以上の動作により、熱負荷１０１０，１０２０の必要冷却水量が変化しても、送水ポンプ１０が過負荷で運転されることを抑制することができ、かつ、熱負荷１０１０，１０２０に適切な流量の循環水を供給することができる。

流体循環装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

流体循環装置１００では、ポンプ制御部３０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力を測定する圧力センサー２０の測定結果に基づいて、送水ポンプ１０の回転数を制御する。そのため、流体循環装置１００では、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

さらに、流体循環装置１００では、ポンプ制御部３０は、圧力センサー２０の測定結果
に基づいて送水ポンプ１０の回転数を制御することができるため、装置本体１１００（被冷却装置）側からの必要流量の変化の情報を必要としない。以下、この効果について、詳細に説明する。

参考例として、ポンプ制御部３０を有さない流体循環装置を考える。図４は、参考例に係る、ポンプ制御部３０を有さない流体循環装置１の構成を示す図である。なお、流体循環装置１の構成は、ポンプ制御部３０を有さない点を除いて、上述した図１に示す流体循環装置１００の構成と同じである。

例えば、流体循環装置１において、熱負荷１０１０および熱負荷１０２０のそれぞれが必要とする循環水の流量が、熱負荷１０１０の必要流量：熱負荷１０２０の必要流量＝４：１であった場合を考える。なお、装置本体１１００では、熱負荷１０１０，１０２０がそれぞれ独立して冷却の必要があるときと冷却の必要がないときと、が存在し、冷却の必要がないときには、開閉弁１０１４，１０２４が閉じられる状況を想定する。

開閉弁１０１４，１０２４がともに開いている場合と、第１開閉弁１０１４のみが閉じた場合と、では、必要な冷却水量は（４＋１）：１となり、５倍の差がある。まず、熱負荷１０１０，１０２０の両方に必要な流量が得られ、かつ、送水ポンプ１０に過負荷がかからないようにバイパス弁７０を調整する。この状態で第１開閉弁１０１４のみを閉じると、必要流量が１／５となるため送水ポンプ１０にかかる負荷が増大し、送水ポンプ１０の寿命への影響が出たり、過負荷で送水ポンプ１０が停止したりする場合がある。

一方、第１開閉弁１０１４のみが閉じた状態で送水ポンプ１０に過負荷がかからないようにバイパス弁７０を調整したとする。この状態で、第１開閉弁１０１４が開かれると、必要な冷却水量は５倍となるために熱負荷１０１０，１０２０の入口に十分な圧力がかからず、それぞれの熱負荷１０１０，１０２０に必要な冷却水量を供給することが困難になる場合がある。

このような問題に対して、装置本体１１００側の開閉弁１０１４，１０２４の状態をモニターして、送水ポンプ１０の送水量を変化させることで問題を解決できるが、装置本体１１００側からの情報が得られない場合にはこれらの方法を採ることはできない。

これに対して、第１実施形態に係る流体循環装置１００では、ポンプ制御部３０が、圧力センサー２０の測定結果に基づいて、送水ポンプ１０の回転数を制御することができる。したがって、流体循環装置１００では、装置本体１１００側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

流体循環装置１００では、ポンプ制御部３０は、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、送水ポンプ１０の回転数を「Ｌｏｗ」（第１回転数）とし、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、送水ポンプ１０の回転数を「Ｈｉｇｈ」（第２回転数）とする。そのため、流体循環装置１００では、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

流体循環装置１００における流体循環方法は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力の情報を取得する工程（ステップＳ１０）と、取得した循環水の圧力の情報に基づいて、熱負荷１０１０，１０２０に送る循環水の流量を調整する工程（ステップＳ１２）と、を含む。また、循環水の流量を調整する工程（ステップＳ１０）では、送水ポンプ１０の回転数を制御することで循環水の流量を調整する。そのため、装置本体１１００
側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

荷電粒子線装置１０００では、装置本体１１００側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる流体循環装置１００を含むことができる。そのため、荷電粒子線装置１０００では、例えば、装置本体１１００側から流体循環装置１００に必要流量の変化の情報を送るための手段を備える必要がなく、装置の簡略化を図ることができる。

２． 第２実施形態
２．１． 流体循環装置
次に、第２実施形態に係る流体循環装置について図面を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る流体循環装置２００を含む荷電粒子線装置２０００の構成を模式的に示す図である。以下、第２実施形態に係る流体循環装置２００および荷電粒子線装置２０００において、第１実施形態に係る流体循環装置１００および荷電粒子線装置１０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した流体循環装置１００では、図１に示すように、ポンプ制御部３０が圧力センサー２０の測定結果に基づいて送水ポンプ１０の回転数を制御することで、熱負荷１０１０，１０２０に供給する循環水の流量を制御していた。

これに対して、流体循環装置２００では、図５に示すように、バイパス弁制御部２１０が圧力センサー２０の測定結果に基づいてバイパス弁７０の開度を制御することで、熱負荷１０１０，１０２０に供給する循環水の流量を制御する。

バイパス弁７０は、例えば、モーター式の開閉弁である。バイパス弁７０は、モーターによって弁の開度を変更することができる。バイパス弁７０の開度は、バイパス弁制御部２１０によって制御される。

圧力センサー２０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力（送水圧力）を測定し、測定された送水圧力の情報をバイパス弁制御部２１０に送る。

バイパス弁制御部２１０は、圧力センサー２０の測定結果に基づいて、バイパス弁７０の開度を制御する。具体的には、バイパス弁制御部２１０は、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、バイパス弁７０の開度を第１開度（開度大）とし、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、バイパス弁７０の開度を第１開度よりも小さい第２開度（開度小）とする。

バイパス弁制御部２１０は、専用回路により実現して上述したバイパス弁７０の開度の制御を行うようにしてもよい。また、バイパス弁制御部２１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部（図示せず）等に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、バイパス弁７０の開度の制御を行うようにしてもよい。

２．２． 流体循環装置における流体循環方法
次に、流体循環装置２００における流体循環方法について、図面を参照しながら説明す
る。なお、流体循環装置２００における流体循環方法を示すフローチャートは、図２に示す流体循環装置１００における流体循環方法の一例を示すフローチャートと同様であり、図示を省略する。以下、流体循環装置２００における流体循環方法において、流体循環装置１００における流体循環方法との相違点について説明し、同様の点については説明を省略する。

まず、バイパス弁制御部２１０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力（送水圧力）の情報を取得する（ステップＳ１０）。バイパス弁制御部２１０は、圧力センサー２０から出力された送水圧力の情報を受け取り、送水圧力の情報を取得する。

次に、バイパス弁制御部２１０は、取得した送水圧力の情報に基づいて、バイパス弁７０の開度を制御する（ステップＳ１２）。具体的には、バイパス弁制御部２１０は、送水圧力が所与の上限圧力（切替上限圧力）よりも高くなった場合に、バイパス弁７０の開度を第１開度（開度大）とし、送水圧力が所与の下限圧力（切替下限圧力）よりも低くなった場合に、バイパス弁７０の開度を第２開度（開度小）とする。

次に、バイパス弁制御部２１０は、熱負荷１０１０，１０２０に循環水の供給を中止する命令が入力されたか否かの判定を行う（ステップＳ１４）。

バイパス弁制御部２１０は、循環水の供給を中止する命令が入力されなかった場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）、再びステップＳ１０、ステップＳ１２の処理を行う。

バイパス弁制御部２１０は、循環水の供給を中止する命令が入力された場合（ステップＳ１４でＹｅｓの場合）、処理を終了する。

図６は、流体循環装置２００における循環水の送水量の切替シーケンスを示す図である。図６に示すグラフの縦軸は、それぞれ、第１開閉弁１０１４の開閉状態、第２開閉弁１０２４の開閉状態、圧力センサー２０で測定された送水圧力の値、およびバイパス弁７０の開度を表している。また、図６に示すグラフの横軸は、時間を表している。図６では、開閉弁１０１４，１０２４の開閉状態の組み合わせにより、状態１から状態６までを示している。

なお、ここでは、バイパス弁７０は、「開度大」の状態と「開度小」の状態とが切替可能となっている。また、熱負荷１０１０が必要とする循環水の流量は、熱負荷１０２０が必要とする循環水の流量よりも多いものとし、第１流量調整弁１０１２および第２流量調整弁１０２２は、熱負荷１０１０に流通する循環水の流量が、熱負荷１０２０に流通する循環水の流量よりも多くなるように設定されている。

流体循環装置２００では、循環水の流量が望ましい状態は、以下の通りである。第１開閉弁１０１４、第２開閉弁１０２４がともに開いているとき、および、第２開閉弁１０２４のみが閉じているときには、バイパス弁７０の開度は「開度小」であることが望ましい。また、第１開閉弁１０１４、第２開閉弁１０２４がともに閉じているとき、および、第１開閉弁１０１４のみが閉じているときには、バイパス弁７０の開度は「開度大」であることが望ましい。

まず、状態１は、開閉弁１０１４，１０２４がともに開いている状態である。このときバイパス弁７０の開度は「開度小」である。なお、状態１において、送水ポンプ１０の連続運転に支障がないように、あらかじめ送水ポンプ１０の回転数は送水圧力が図６に示す使用上限圧力よりも低くなるように調整されている。

状態２は、第１開閉弁１０１４のみを閉じた状態である。状態１から状態２に切り替わったとき、流路２，４，１００２，１００４全体の抵抗が急激に増加するため、送水圧力が上昇する。そして、送水圧力があらかじめ設定された切替上限圧力（所与の上限圧力）を超えたときに、バイパス弁制御部２１０はバイパス弁７０の開度を「開度大」に切り替える。これにより、送水圧力は図６に示すように所定の値まで減少する。

状態３は、第１開閉弁１０１４に加えて第２開閉弁１０２４も閉じた状態である。状態２から状態３に切り替わったとき、循環水の経路は、バイパス流路６０を通る経路のみとなるため、流路抵抗がさらに増加し、送水圧力は上昇する。

状態４は、開閉弁１０１４，１０２４を閉じた状態から開閉弁１０１４，１０２４をともに開いたときの状態である。状態３から状態４に切り替わったとき、バイパス弁７０の開度が「開度大」の状態で急激に流路抵抗が減少するため、送水圧力が低下する。そして、送水圧力があらかじめ設定した切替下限圧力を下回ったときに、バイパス弁制御部２１０は、バイパス弁７０の開度を「開度小」に切り替える。その結果、状態１と同じ運転状態に流体循環装置２００は復帰する。

状態５は、第２開閉弁１０２４のみが閉じた状態である。状態４から状態５に切り替わったとき、流路抵抗が増加することによって送水圧力は上昇するが、第１開閉弁１０１４が閉じたときほどには送水圧力は上昇しない。そこで、あらかじめ切替上限圧力を第１開閉弁１０１４が開いて第２開閉弁１０２４が閉じた状態のときの到達圧力よりも高く設定しておくことにより、状態５において、バイパス弁７０の開度の切り替えが起こらないようにすることができる。図６に示すように、送水ポンプ１０の使用上限圧力は、切替上限圧力よりも高い圧力であるため、状態５において、バイパス弁７０の開度が「開度小」の状態で連続運転することができる。

状態６は、再び状態１に復帰させた状態、すなわち、第１開閉弁１０１４および第２開閉弁１０２４がともに開いた状態である。状態５から状態６に切り替わった場合、バイパス弁７０の開度の切り替えは起こらず、送水圧力も状態１と等しい値に復帰する。

以上の動作により、熱負荷１０１０，１０２０の必要冷却水量が変化しても、送水ポンプ１０が過負荷で運転されることを抑制することができ、かつ、熱負荷１０１０，１０２０に適切な流量の循環水を供給することができる。

流体循環装置２００は、例えば、以下の特徴を有する。

流体循環装置２００では、バイパス弁制御部２１０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力を測定する圧力センサー２０の測定結果に基づいて、バイパス弁７０の開度を制御する。そのため、流体循環装置２００では、流体循環装置１００と同様に、装置本体１１００（被冷却装置）側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

流体循環装置２００では、バイパス弁制御部２１０は、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、バイパス弁７０の開度を第１開度とし、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の下限圧力よりも小さくなった場合に、バイパス弁７０の開度を第１開度よりも小さい第２開度とする。そのため、流体循環装置２００では、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

流体循環装置２００における流体循環方法では、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の流量を調整する工程（ステップＳ１２）では、バイパス弁７０の開度を制御することで循環水の流量を調整する。そのため、装置本体１１００（被冷却装置）側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

２．３． 変形例
次に、第２実施形態に係る流体循環装置の変形例について、図面を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態の変形例に係る流体循環装置２０１を含む荷電粒子線装置２００１の構成を模式的に示す図である。以下、第２実施形態の変形例に係る流体循環装置２０１および荷電粒子線装置２００１において、第２実施形態に係る流体循環装置２００および荷電粒子線装置２０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

流体循環装置２０１は、図７に示すように、２つのユニット２０１ａ、２０１ｂで構成されている。

第１ユニット２０１ａは、送水ポンプ１０と、温度調整部４０と、温度センサー５０と、リザーバータンク８０と、を含んで構成されている。第２ユニット２０１ｂは、圧力センサー２０と、バイパス流路６０と、バイパス弁７０と、バイパス弁制御部２１０と、を含んで構成されている。

例えば、流体循環装置２０１の第１ユニット２０１ａと、装置本体１１００と、からなる荷電粒子線装置があった場合に、第２ユニット２０１ｂを組み込むことで、流体循環装置２０１は、装置本体１１００（被冷却装置）側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

３． 第３実施形態
３．１． 流体循環装置
次に、第３実施形態に係る流体循環装置について図面を参照しながら説明する。図８は、第３実施形態に係る流体循環装置３００を含む荷電粒子線装置３０００の構成を模式的に示す図である。以下、第３実施形態に係る流体循環装置３００および荷電粒子線装置３０００において、第１実施形態に係る流体循環装置１００および荷電粒子線装置１０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した流体循環装置１００では、図１に示すように、ポンプ制御部３０が圧力センサー２０の測定結果に基づいて送水ポンプ１０の回転数を制御することで、熱負荷１０１０，１０２０に供給する循環水の流量を制御していた。

これに対して、流体循環装置３００では、図８に示すように、バイパス弁制御部３１０が圧力センサー２０の測定結果に基づいて複数のバイパス流路６０，３６０の各々に設けられたバイパス弁７０，３７０のうちの少なくとも１つのバイパス弁の開閉を行うことで、熱負荷１０１０，１０２０に供給する循環水の流量を制御する。

流体循環装置３００には、複数のバイパス流路６０，３６０と、複数のバイパス流路６０，３６０の各々に設けられたバイパス弁７０，３７０と、を含む。図示の例では、流体循環装置３００は、２つのバイパス流路６０，３６０と、２つのバイパス弁７０，３７０と、を含んで構成されているが、バイパス流路およびバイパス弁の数は３つ以上であって
もよい。

バイパス弁７０は、例えば、電磁弁である。バイパス弁７０は、電磁石の磁力を用いて、弁の開閉を行うことができる。なお、バイパス弁７０は、電磁弁に限定されず、例えば、空圧弁であってもよい。バイパス弁７０の開閉は、バイパス弁制御部３１０によって制御される。

バイパス流路３６０は、送水流路２と戻水流路４とを接続し、熱負荷１０１０，１０２０を迂回するための流路である。すなわち、バイパス流路３６０を通った循環水は、流路１００２，１００４を通ることなく、送水流路２から戻水流路４に向かう。バイパス流路３６０は、バイパス流路６０と並列に設けられている。

バイパス弁３７０は、バイパス流路３６０に設けられている。バイパス弁３７０によって、バイパス流路３６０に流れる循環水の流量を調整することができる。バイパス弁３７０では、例えば、開度に応じて循環水の流量を調整することができる。バイパス弁３７０は、例えば、手動式の弁である。バイパス弁３７０は、バイパス弁７０が閉じた状態で、かつ、開閉弁１０１４，１０２４が開いた状態において、適正な送水圧力となるように開度が調整されている。

圧力センサー２０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力（送水圧力）を測定し、測定された送水圧力の情報をバイパス弁制御部３１０に送る。

バイパス弁制御部３１０は、圧力センサー２０の測定結果に基づいて、バイパス弁７０の開度を制御する。具体的には、バイパス弁制御部３１０は、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、バイパス弁７０を開き、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、バイパス弁７０を閉じる。

バイパス弁制御部３１０は、専用回路により実現して上述したバイパス弁７０の開閉制御を行うようにしてもよい。また、バイパス弁制御部３１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部（図示せず）等に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、バイパス弁７０の開閉制御を行うようにしてもよい。

３．２． 流体循環装置における流体循環方法
次に、流体循環装置３００における流体循環方法について、図面を参照しながら説明する。なお、流体循環装置３００における流体循環方法を示すフローチャートは、図２に示す流体循環装置１００における流体循環方法の一例を示すフローチャートと同様であり、図示を省略する。以下、流体循環装置３００における流体循環方法において、流体循環装置１００における流体循環方法との相違点について説明し、同様の点については説明を省略する。

まず、バイパス弁制御部３１０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力（送水圧力）の情報を取得する（ステップＳ１０）。バイパス弁制御部３１０は、圧力センサー２０から出力された送水圧力の情報を受け取り、送水圧力の情報を取得する。

次に、バイパス弁制御部３１０は、取得した送水圧力の情報に基づいて、バイパス弁７０の開閉を制御する（ステップＳ１２）。具体的には、バイパス弁制御部３１０は、送水圧力が所与の上限圧力（切替上限圧力）よりも高くなった場合に、バイパス弁７０を開き、送水圧力が所与の下限圧力（切替下限圧力）よりも小さくなった場合に、バイパス弁７
０を閉じる。

次に、バイパス弁制御部３１０は、熱負荷１０１０，１０２０に循環水の供給を中止する命令が入力されたか否かの判定を行う（ステップＳ１４）。

バイパス弁制御部３１０は、循環水の供給を中止する命令が入力されなかった場合（ステップＳ１４でＮｏの場合）、再びステップＳ１０、ステップＳ１２の処理を行う。

バイパス弁制御部３１０は、循環水の供給を中止する命令が入力された場合（ステップＳ１４でＹｅｓの場合）、処理を終了する。

図９は、流体循環装置３００における循環水の送水量の切替シーケンスを示す図である。図９に示すグラフの縦軸は、それぞれ、第１開閉弁１０１４の開閉状態、第２開閉弁１０２４の開閉状態、圧力センサー２０で測定された送水圧力の値、およびバイパス弁７０の開閉状態を表している。また、図９に示すグラフの横軸は、時間を表している。図９では、開閉弁１０１４，１０２４の開閉状態の組み合わせにより、状態１から状態６までを示している。

なお、ここでは、バイパス弁７０は、「閉」（弁が閉じた）状態と「開」（弁が開いた）状態とが切替可能となっている。また、熱負荷１０１０が必要とする循環水の流量は、熱負荷１０２０が必要とする循環水の流量よりも多いものとし、第１流量調整弁１０１２および第２流量調整弁１０２２は、熱負荷１０１０に流通する循環水の流量が、熱負荷１０２０に流通する循環水の流量よりも多くなるように設定されている。

流体循環装置３００において、循環水の流量が望ましい状態は、以下の通りである。第１開閉弁１０１４、第２開閉弁１０２４がともに開いているとき、および、第２開閉弁１０２４のみが閉じているときには、バイパス弁７０の状態は「閉」であることが望ましい。また、第１開閉弁１０１４、第２開閉弁１０２４がともに閉じているとき、および、第１開閉弁１０１４のみが閉じているときには、バイパス弁７０は「開」であることが望ましい。

まず、状態１は、開閉弁１０１４，１０２４がともに開いている状態である。このときバイパス弁７０は「閉」である。なお、状態１において、送水ポンプ１０の連続運転に支障がないように、あらかじめバイパス弁３７０の開度は送水圧力が図９に示す使用上限圧力よりも低くなるように調整されている。

なお、バイパス弁３７０を用いずに、送水ポンプ１０の回転数を下げることで、状態１において、送水圧力が使用上限圧力よりも低くなるように調整されてもよい。

状態２は、第１開閉弁１０１４のみを閉じた状態である。状態１から状態２に切り替わったとき、流路２，４，１００２，１００４全体の抵抗が急激に増加するため、送水圧力が上昇する。そして、送水圧力があらかじめ設定された切替上限圧力（所与の上限圧力）を超えたときに、バイパス弁制御部３１０はバイパス弁７０の状態を「開」に切り替える。これにより、送水圧力は図９に示すように所定の値まで減少する。

状態３は、第１開閉弁１０１４に加えて第２開閉弁１０２４も閉じた状態である。状態２から状態３に切り替わったとき、循環水の経路は、バイパス流路６０およびバイパス流路３６０を通る経路のみとなるため、流路抵抗がさらに増加し、送水圧力は上昇する。

状態４は、開閉弁１０１４，１０２４を閉じた状態から開閉弁１０１４，１０２４をと
もに開いたときの状態である。状態３から状態４に切り替わったとき、バイパス弁７０が「開」の状態で急激に流路抵抗が減少するため、送水圧力が低下する。そして、送水圧力があらかじめ設定した切替下限圧力を下回ったときに、バイパス弁制御部３１０は、バイパス弁７０の状態を「閉」に切り替える。その結果、状態１と同じ運転状態に流体循環装置３００は復帰する。

状態５は、第２開閉弁１０２４のみが閉じた状態である。状態４から状態５に切り替わったとき、流路抵抗が増加することによって送水圧力は上昇するが、第１開閉弁１０１４が閉じたときほどには送水圧力は上昇しない。そこで、あらかじめ切替上限圧力を第１開閉弁１０１４が開いて第２開閉弁１０２４が閉じた状態のときの到達圧力よりも高く設定しておくことにより、状態５において、バイパス弁７０の開閉の切り替えが起こらないようにすることができる。図９に示すように、送水ポンプ１０の使用上限圧力は、切替上限圧力よりも高い圧力であるため、状態５において、バイパス弁７０が「閉」の状態で連続運転することができる。

状態６は、再び状態１に復帰させた状態、すなわち、第１開閉弁１０１４および第２開閉弁１０２４がともに開いた状態である。状態５から状態６に切り替わった場合、バイパス弁７０の開閉の切り替えは起こらず、送水圧力も状態１と等しい値に復帰する。

以上の動作により、熱負荷１０１０，１０２０の必要冷却水量が変化しても、送水ポンプ１０が過負荷で運転されることを抑制することができ、かつ、熱負荷１０１０，１０２０に適切な流量の循環水を供給することができる。

流体循環装置３００は、例えば、以下の特徴を有する。

流体循環装置３００では、バイパス弁制御部３１０は、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の圧力を測定する圧力センサー２０の測定結果に基づいて、バイパス弁７０の開閉を行う。そのため、流体循環装置３００では、流体循環装置１００と同様に、装置本体１１００（被冷却装置）側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

流体循環装置３００では、バイパス弁制御部３１０は、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合にバイパス弁７０を開き、圧力センサー２０で測定された循環水の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合にバイパス弁７０を閉じる。そのため、流体循環装置３００では、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。また、流体循環装置３００では、バイパス弁７０の開閉で循環水の流量を調整することができるため、例えばバイパス弁７０の開度で循環水の流量を調整する場合と比べて、制御が容易である。

流体循環装置３００における流体循環方法では、熱負荷１０１０，１０２０に送られる循環水の流量を調整する工程（ステップＳ１２）では、複数のバイパス流路６０，３６０の各々に設けられたバイパス弁７０，３７０のうちの少なくとも１つのバイパス弁７０の開閉を行うことで循環水の流量を調整する。そのため、装置本体１１００側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

３．３． 変形例
次に、第３実施形態に係る流体循環装置の変形例について、図面を参照しながら説明す
る。図１０は、第３実施形態の変形例に係る流体循環装置３０１を含む荷電粒子線装置３００１の構成を模式的に示す図である。以下、第３実施形態の変形例に係る流体循環装置３０１および荷電粒子線装置３００１において、第３実施形態に係る流体循環装置３００および荷電粒子線装置３０００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

流体循環装置３０１は、図１０に示すように、２つのユニット３０１ａ、３０１ｂで構成されている。

第１ユニット３０１ａは、送水ポンプ１０と、温度調整部４０と、温度センサー５０と、リザーバータンク８０と、を含んで構成されている。第２ユニット３０１ｂは、圧力センサー２０と、バイパス流路６０，３６０と、バイパス弁７０，３７０と、バイパス弁制御部３１０と、を含んで構成されている。

例えば、流体循環装置３０１の第１ユニット３０１ａと、装置本体１１００と、からなる荷電粒子線装置があった場合に、第２ユニット３０１ｂを組み込むことで、流体循環装置３０１は、装置本体１１００（被冷却装置）側からの必要流量の変化の情報を必要とせずに、循環水を送る送水ポンプ１０に過負荷を与えることなく、適切な流量の循環水を熱負荷１０１０，１０２０に供給することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した第１〜第３実施形態では、本発明に係る流体循環装置が組み込まれる荷電粒子線装置として電子顕微鏡を挙げて説明したが、本発明に係る流体循環装置は熱負荷を有するその他の荷電粒子線装置にも適用できる。このような荷電粒子線装置としては、例えば、荷電粒子ビーム描画装置などが挙げられる。

また、上述した第１〜第３実施形態では、本発明に係る流体循環装置が水を循環させる例について説明したが、本発明に係る流体循環装置では、水以外の液体、気体等の流体を循環させてもよい。

また、上述した第１〜第３実施形態では、本発明に係る流体循環装置は熱交換器で循環水を冷却する例について説明したが、本発明に係る流体循環装置では流体をヒーター等で所望の温度に加熱してもよい。このような流体循環装置は、例えば、熱負荷に室温以上の流体を提供する場合に用いることができる。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…流体循環装置、２…送水流路、４…戻水流路、１０…送水ポンプ、２０…圧力センサー、３０…ポンプ制御部、４０…温度調整部、４１…循環流路、４２…熱交換器、４３…
電子膨張弁、４４…冷却器、５０…温度センサー、６０…バイパス流路、７０…バイパス弁、８０…リザーバータンク、１００，２００，２０１…流体循環装置、２０１ａ…第１ユニット、２０１ｂ…第２ユニット、２１０…バイパス弁制御部、３００，３０１…流体循環装置、３０１ａ…第１ユニット、３０１ｂ…第２ユニット、３１０…バイパス弁制御部、３６０…バイパス流路、３７０…バイパス弁、１０００…荷電粒子線装置、１００２…流路、１００２ａ…流体経路、１００２ｂ…流体経路、１００４…流路、１０１０…熱負荷、１０１２…第１流量調整弁、１０１４…第１開閉弁、１０２０…熱負荷、１０２２…第２流量調整弁、１０２４…第２開閉弁、１１００…装置本体、２０００，２００１，３０００，３００１…荷電粒子線装置

Claims (14)

1. 熱負荷に流体を供給する流体循環装置であって、
   前記流体の温度を調整する温度調整部と、
   前記温度調整部から前記熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、
   前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、
   前記流体を前記熱負荷に送るポンプと、
   前記熱負荷に送られる前記流体の圧力を測定する圧力センサーと、
   前記圧力センサーの測定結果に基づいて、前記ポンプの回転数を制御するポンプ制御部と、
   を含む、流体循環装置。
2. 請求項１において、
   前記ポンプ制御部は、
   前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、前記ポンプの回転数を第１回転数とし、
   前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、前記ポンプの回転数を前記第１回転数よりも大きい第２回転数とする、流体循環装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
   を含む、流体循環装置。
4. 熱負荷に流体を供給する流体循環装置であって、
   前記流体の温度を調整する温度調整部と、
   前記温度調整部から前記熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、
   前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、
   前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
   前記熱負荷に送られる前記流体の圧力を測定する圧力センサーと、
   前記圧力センサーの測定結果に基づいて、前記バイパス弁の開度を制御するバイパス弁制御部と、
   を含む、流体循環装置。
5. 請求項４において、
   前記バイパス弁制御部は、
   前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、前記バイパス弁の開度を第１開度とし、
   前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、前記バイパス弁の開度を前記第１開度よりも小さい第２開度とする、流体循環装置。
6. 熱負荷に流体を供給する流体循環装置であって、
   前記流体の温度を調整する温度調整部と、
   前記温度調整部から前記熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、
   前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、
   前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回する複数のバイパ
   ス流路と、
   複数の前記バイパス流路の各々に設けられたバイパス弁と、
   前記熱負荷に送られる前記流体の圧力を測定する圧力センサーと、
   前記圧力センサーの測定結果に基づいて、複数の前記バイパス流路の各々に設けられた前記バイパス弁のうちの少なくとも１つの前記バイパス弁の開閉を行うバイパス弁制御部と、
   を含む、流体循環装置。
7. 請求項６において、
   前記バイパス弁制御部は、
   前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の上限圧力よりも高くなった場合に、前記バイパス弁を開き、
   前記圧力センサーで測定された前記流体の圧力が所与の下限圧力よりも低くなった場合に、前記バイパス弁を閉じる、流体循環装置。
8. 請求項４ないし７のいずれか１項において、
   前記流体を前記熱負荷に送るポンプを含む、流体循環装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の流体循環装置を含む、荷電粒子線装置。
10. 請求項９において、
    複数の前記熱負荷を含み、
    複数の前記熱負荷に前記流体を供給する複数の流体経路が並列に設けられ、
    複数の前記流体経路の各々には、開閉弁が設けられている、荷電粒子線装置。
11. 流体の温度を調整する温度調整部と、前記温度調整部から熱負荷に向かう前記流体を流通させる第１流体流路と、前記熱負荷から前記温度調整部に戻る前記流体を流通させる第２流体流路と、を備えた流体循環装置における流体循環方法であって、
    前記熱負荷に送られる前記流体の圧力の情報を取得する工程と、
    取得した前記流体の圧力の情報に基づいて、前記熱負荷に送る前記流体の流量を調整する工程と、
    を含む、流体循環方法。
12. 請求項１１において、
    前記流体の流量を調整する工程では、前記流体を前記熱負荷に送るポンプの回転数を制御することで前記流体の流量を調整する、流体循環方法。
13. 請求項１１において、
    前記流体循環装置は、
    前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回するバイパス流路と、
    前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
    を含み、
    前記流体の流量を調整する工程では、前記バイパス弁の開度を制御することで前記流体の流量を調整する、流体循環方法。
14. 請求項１１において、
    前記流体循環装置は、
    前記第１流体流路と前記第２流体流路とを接続し、前記熱負荷を迂回する複数のバイパス流路と、
    複数の前記バイパス流路の各々に設けられたバイパス弁と、
    を含み、
    前記流体の流量を調整する工程では、複数の前記バイパス流路の各々に設けられた前記バイパス弁のうちの少なくとも１つの前記バイパス弁の開閉を行うことで前記流体の流量を調整する、流体循環方法。

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