JP4157394B2 - チラー装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などで負荷の温度制御を行うチラー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造・加工工程では、製膜する半導体層の膜質や、半導体層に打ち込む不純物の濃度などを均一に保つために、基板であるウエハーの温度管理を厳密に行う必要がある。従来の半導体製造装置では、例えば図１１に示すチラー装置２００を用いて、各工程毎に温度管理を行っている（特許文献１参照）。
【０００３】
チラー装置２００は、冷却器２０１、および冷媒を循環するポンプ２０２を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器２０３を介して一次側回路Ｃ１の冷媒と熱交換する冷媒を循環するポンプ２０４、バッファタンク２０５、および抵抗流路２０６を備えた二次側回路Ｃ２と、負荷Ｗを冷却する負荷側の冷媒を循環するポンプ２０７、および抵抗流路２０８を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００４】
二次側回路Ｃ２と負荷側回路Ｃ３とは、連絡流路２０９、２１０により接続されている。連絡流路２１０には、この連絡流路２１０を流れる冷媒の流量を制御する制御バルブ２１１が設けられている。制御バルブ２１１の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度調節器２１２からの出力信号に応じて制御される。このようにすると、温度制御の精度が向上し、負荷Ｗの温度変動が大きな場合でも迅速に対応することができる。また、装置全体が小型化され、設置条件の自由度が増すという利点がある。
【０００５】
チラー装置２００では、二次側回路Ｃ２の冷媒温度を負荷側回路Ｃ３の冷媒の設定温度よりも僅かに低い一定温度（例えば設定温度−３℃±１〜０．５℃）に制御している。このため、冷却器２０１を常時運転して、一次側回路Ｃ１のホットガスバイパス制御、または冷却器２０１のインバータ制御により、熱交換器２０３へ供給される一次側回路Ｃ１の冷媒温度を制御するとともに、負荷側回路Ｃ３の冷媒温度が設定温度よりも下回らないように、負荷側回路Ｃ３の冷媒をヒータ２１３により頻繁に加熱する必要があり、膨大なエネルギーを消費していた。
【０００６】
上記のような問題点を解決するために、本発明者は、図１２に示すようなチラー装置３００を考案した。このチラー装置３００は、圧縮器３０１、凝縮器３０２、膨張弁３０３、および熱交換器３０４を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器３０４を介して一次側回路Ｃ１の冷媒と熱交換する冷媒を循環するポンプ３０５、バイパス流路３０６、温度センサ３２０、および供給流路３０７を備えた二次側回路Ｃ２と、負荷Ｗを冷却する負荷側の冷媒を循環するポンプ３０８、および混合タンク３０９を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００７】
供給流路３０７には、制御バルブ３１０が設けられている。この制御バルブ３１０の下流側は、混合タンク３０９に接続されている。混合タンク３０９は、流路３１１を介してメインタンク３１２に接続され、ポンプ３０８の吸い込み流路３１３と負荷Ｗの下流側の戻り流路３１４とに接続している。バイパス流路３０６には、バルブ３１５が設けられており、このバルブ３１５の下流側はメインタンク３１２に接続されている。
【０００８】
制御バルブ３１０の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度センサ３１６からの出力信号に応じて制御される。チラー装置３００では、温度センサ３２０からの検出信号に応じて、この温度が予め設定した下限設定温度に冷却されるまで一次側回路Ｃ１の冷却器（圧縮器３０１、凝縮器３０２、膨張弁３０３、および熱交換器３０４）を作動させ、下限設定温度まで下がった時点でこれらの作動を停止させる。これにより、装置の省エネルギー化を実現させることができる。
【０００９】
一次側回路Ｃ１の凝縮器３０２には、屋外冷却器３１７から導入した一次冷却水が供給される。この一次冷却水は、負荷Ｗの下流側に設けられた熱交換器３１８にも供給され、熱交換器３１８を介して負荷側回路Ｃ３の冷媒を冷却し、その粗熱を除去する。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３０９５３７７号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなチラー装置３００に用いられる屋外冷却器３１７は、凝縮器３０２や熱交換器３１８で加熱された一次冷却水を冷却するために、ある程度の冷却能力が必要となり、装置の省エネルギー化、小型化を促進する上で障害となっていた。
【００１２】
本発明は、屋外冷却器の消費エネルギーを必要最小限に抑えることで、装置の省エネルギー化を実現させることができるチラー装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数配列された負荷に配置され、冷媒を用いて負荷を冷却する複数のチラー装置と、複数のチラー装置内の冷媒と熱交換することにより冷媒を冷却する冷却水を、各チラー装置に循環させる冷却水循環回路とを備えたチラー装置において、前記冷却水を冷却するクーリングタワーと、クーリングタワーの冷却能力を補うように冷却水を冷却する補助冷却器と、クーリングタワー、補助冷却器、および冷却水循環回路に冷却水を供給するとともに、これらから戻された冷却水が貯留される冷却水タンクと、冷却水タンク内の冷却水温度に基づいて、クーリングタワーおよび補助冷却器に供給される冷却水の流量、並びに補助冷却器の動作を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、複数配列された負荷に配置され、冷媒を用いて負荷を冷却する複数のチラー装置と、複数のチラー装置内の冷媒と熱交換することにより冷媒を冷却する冷却水を、各チラー装置に循環させる冷却水循環回路とを備えたチラー装置において、前記冷却水循環回路を、冷却水を冷却する冷却水冷却器と、冷却水を複数のチラー装置に向けて供給する冷却水供給流路と、冷却水供給流路を経由した冷却水を前記冷却水冷却器に戻す冷却水戻り流路と、前記冷却水供給流路から分岐して、複数のチラー装置に冷却水を供給する分岐冷却水供給流路と、前記冷却水戻り流路から分岐して、複数のチラー装置から冷却水を戻す分岐冷却水戻り流路と、前記分岐冷却水供給流路から供給される冷却水のうち、熱交換に使用されない冷却水を、前記分岐冷却水戻り流路に戻す冷却水バイパス流路とから構成するとともに、前記複数のチラー装置の熱交換器に供給する直前で冷却水が戻されるように、前記冷却水バイパス流路を配置したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明のチラー装置を適用した半導体製造システムの構成を示す。半導体製造システム２は、半導体製造装置ｓ１〜ｓ９と、親チラー装置ｐ１、ｐ２と、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９とからなり、塵埃・温湿度管理されたクリーンルーム内に設置されている。半導体製造装置ｓ１〜ｓ９は、半導体膜を製膜するＣＶＤまたはＰＶＤ装置や、真空蒸着装置、半導体に不純物を打ち込むインプラント装置などから構成される。親チラー装置ｐ１、ｐ２には、それぞれ純水冷媒、フッ素系冷媒を用いたものを例示している。
【００１６】
子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９は、半導体製造装置ｓ１〜ｓ９の負荷Ｗ１〜Ｗ９（図５〜８参照）の温度が、各々の設定温度となるように温度制御する。親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９には、クリーンルーム外に設置された屋外冷却ユニット１０からの一次冷却水が循環する一次冷却水配管１１が接続されている。また、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ６には、親チラー装置ｐ１からの純水冷媒が循環する純水冷媒配管１２（破線で示す）が接続され、子チラー装置ｃｈ２、ｃｈ７には、親チラー装置ｐ２からのフッ素系冷媒が循環するフッ素系冷媒配管１３（一点鎖線で示す）が接続されている。
【００１７】
半導体製造システム２の配管系統を示す図２において、一次冷却水配管１１は、親チラー装置ｐ２、ｐ１、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９の近傍を経由して配管される冷却水供給流路１１ａと、この冷却水供給流路１１ａとは逆に、子チラー装置ｃｈ９〜ｃｈ１、親チラー装置ｐ１、ｐ２の順に一次冷却水が戻される冷却水戻り流路１１ｂとからなり、これらの流路１１ａ、１１ｂを介して一次冷却水が屋外冷却ユニット１０に循環されるように構成されている。冷却水戻り流路１１ｂを経由して屋外冷却ユニット１０に戻された一次冷却水は、屋外冷却ユニット１０で再度冷却され、流路１１ａ、１１ｂで再度循環される。
【００１８】
屋外冷却ユニット１０から供給される一次冷却水は、冷却水供給流路１１ａから分岐した分岐冷却水供給流路１４ａ〜１４ｎを介して親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に各々供給される。また、これら親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９からは、冷却水戻り流路１１ｂに一次冷却水を戻す分岐冷却水戻り流路１５ａ〜１５ｎが配設されている。ここで、子チラー装置ｃｈ３、ｃｈ５およびｃｈ８には、分岐冷却水供給流路および分岐冷却水戻り流路が２系統（ｃｈ３では１４ｅ、１５ｅおよび１４ｆ、１５ｆ、ｃｈ５では１４ｈ、１５ｈおよび１４ｉ、１５ｉ、ｃｈ８では１４ｌ、１５ｌおよび１４ｍ、１５ｍ）設けられており、子チラー装置ｃｈ３、ｃｈ５およびｃｈ８では、この２系統で一次冷却水の供給および戻り動作が行われる。
【００１９】
純水冷媒配管１２は、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ６の近傍を経由して配管される純水冷媒供給流路１２ａと、この純水冷媒供給流路１２ａとは逆に、子チラー装置ｃｈ６〜ｃｈ１の順に純水冷媒が戻される純水冷媒戻り流路１２ｂとからなり、これらの流路１２ａ、１２ｂを介して純水冷媒が親チラー装置ｐ１に循環されるように構成されている。純水冷媒戻り流路１２ｂを経由して親チラー装置ｐ１に戻された純水冷媒は、親チラー装置ｐ１で再度冷却され、流路１２ａ、１２ｂで再度循環される。
【００２０】
親チラー装置ｐ１から供給される純水冷媒は、純水冷媒供給流路１２ａから分岐した分岐純水冷媒供給流路１６ａ、１６ｂを介して子チラー装置ｃｈ１およびｃｈ６に供給される。また、これら子チラー装置ｃｈ１およびｃｈ６からは、純水冷媒戻り流路１２ｂに純水冷媒を戻す分岐純水冷媒戻り流路１７ａ、１７ｂが配設されている。
【００２１】
フッ素系冷媒配管１３は、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ７の近傍を経由して配管されるフッ素系冷媒供給流路１３ａと、このフッ素系冷媒供給流路１３ａとは逆に、子チラー装置ｃｈ７〜ｃｈ１の順に供給されたフッ素系冷媒が戻されるフッ素系冷媒戻り流路１３ｂとからなり、これらの流路１３ａ、１３ｂを介してフッ素系冷媒が親チラー装置ｐ２に循環されるように構成されている。フッ素系冷媒戻り流路１３ｂを経由して親チラー装置ｐ２に戻されたフッ素系冷媒は、親チラー装置ｐ２で再度冷却され、流路１３ａ、１３ｂで再度循環される。
【００２２】
親チラー装置ｐ２から供給されるフッ素系冷媒は、フッ素系冷媒供給流路１３ａから分岐した分岐フッ素系冷媒供給流路１８ａ、１８ｂを介して子チラー装置ｃｈ２およびｃｈ７に供給される。また、これら子チラー装置ｃｈ２およびｃｈ７からは、フッ素系冷媒戻り流路１３ｂにフッ素系冷媒を戻す分岐フッ素系冷媒戻り流路１９ａ、１９ｂが配設されている。
【００２３】
ここで、図２の配管系統例は、一次冷却水、純水冷媒およびフッ素系冷媒が、配管１１、１２および１３の各々を循環され、且つ一次冷却水、純水冷媒およびフッ素系冷媒が複数のチラー装置に供給可能となっていること（例えば、一次冷却水は親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に、純水冷媒は子チラー装置ｃｈ１およびｃｈ６に、フッ素系冷媒は子チラー装置ｃｈ２およびｃｈ７に各々供給され、戻されること）を示すものであって、親チラー装置ｐ１、ｐ２から、純水冷媒、フッ素系冷媒のどちらも供給されない子チラー装置（ｃｈ３〜ｃｈ５、ｃｈ８およびｃｈ９）も例示されているが、これらの子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９は、同タイプの子チラー装置（例えばｃｈ１、あるいはｃｈ３）であってもよく、その構成は半導体製造システム２の仕様に応じて適宜変更可能である。また、配管１１、１２および１３は、使用する子チラー装置に応じて変更すればよく、例えばｃｈ１、ｃｈ２タイプの子チラー装置のみで構成した場合、全子チラー装置を網羅するように配管１２、１３を配設し、全子チラー装置に対して冷媒を供給するように配設してもよい。さらに、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９が、純水冷媒、フッ素系冷媒のいずれか一方のみを必要とする構成であった場合は、親チラー装置ｐ１、ｐ２、および配管１２、１３のいずれか一方を省略してもよい。
【００２４】
図３に示すように、屋外冷却ユニット１０は、クーリングタワー２０、屋外冷却器２１、および一次冷却水タンク２２から構成される。この屋外冷却ユニット１０は、親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に供給される一次冷却水を、半導体製造工場の空調や各種温度制御に用いられるクーリングタワー２０で冷却し、クーリングタワー２０の冷却能力が不足した場合に屋外冷却器２１を作動させ、その不足分を補うように冷却水を冷却する。
【００２５】
クーリングタワー２０は、ポンプ２３で循環される冷却水を、図示しない送風機で取り込んだ外気（約５〜３２℃）と接触させることで冷却する。ポンプ２３の下流側には、Δｔ＝３〜５℃で熱交換効率が良好なプレート式の熱交換器２４が設けられている。クーリングタワー２０で冷却された冷却水は、この熱交換器２４を介して一次冷却水タンク２２からの一次冷却水を冷却する。
【００２６】
屋外冷却器２１は、圧縮器２５、凝縮器２６、膨張弁２７、および熱交換器２８からなる。屋外冷却器２１内の冷媒ガスは、圧縮器２５で圧縮されて高温・高圧状態となる。高温・高圧状態となった冷媒ガスは、凝縮器２６により液化された後、膨張弁２７によりガス化され、熱交換器２８を介して一次冷却水を冷却する。この屋外冷却器２１は、一次冷却水の温度が急激に変化したときや夏期使用時など、クーリングタワー２０の冷却能力が不足した場合にのみ作動する。
【００２７】
一次冷却水タンク２２には、一次冷却水配管１１の冷却水供給流路１１ａ、冷却水戻り流路１１ｂと、ポンプ２９を介してクーリングタワー２０、屋外冷却器２１へと一次冷却水を供給する供給流路３０と、熱交換器２４で冷却された一次冷却水の戻り流路３１と、熱交換器２８で冷却された一次冷却水の戻り流路３２と、一次冷却水タンク２２内の一次冷却水温度を検出する温度センサ３３とが接続されている。一次冷却水タンク２２内の一次冷却水は、所定の温度（例えば１５℃）に温度制御され、インバータ制御されたポンプ３４により親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に供給される。
【００２８】
供給流路３０は、ポンプ２９の下流側で流路３０ａと流路３０ｂとに分岐しており、流路３０ａは熱交換器２４に、流路３０ｂは熱交換器２８にそれぞれ一次冷却水を供給する。これらの流路３０ａ、３０ｂには、一次冷却水の流量を調節する制御バルブ３５、３６が設けられている。制御バルブ３５、３６の開度は、温度センサ３３に接続されたコントローラ３７からの出力信号に応じて制御される。
【００２９】
コントローラ３７は、温度センサ３３の出力が設定温度以上となった場合には、制御バルブ３５を開いて熱交換器２４に一次冷却水を導入する。一方、温度センサ３３の出力が設定温度に達した場合には、一次冷却水がそれ以上冷却されないように制御バルブ３５を閉じる。制御バルブ３５を通過した一次冷却水は、熱交換器２４でクーリングタワー２０の冷却水により冷却され、戻り流路３１を経由して一次冷却水タンク２２に戻る。
【００３０】
クーリングタワー２０の冷却能力が不足した場合、コントローラ３７は屋外冷却器２１を作動させるとともに、制御バルブ３６を開いて熱交換器２８に一次冷却水を導入する。制御バルブ３６を通過した一次冷却水は、熱交換器２８で屋外冷却器２１の冷媒により冷却され、戻り流路３２を経由して一次冷却水タンク２２に戻る。クーリングタワー２０のみで一次冷却水の温度制御が可能な場合には、制御バルブ３６を閉じて屋外冷却器２１の作動を停止させる。このように、クーリングタワー２０の冷却能力の不足分を補助する冷却器として屋外冷却器２１を作動させることで、屋外冷却器２１の消費エネルギーを必要最小限に抑えることができ、屋外冷却器２１の小型化が可能となる。
【００３１】
図４に示すように、親チラー装置ｐ１、ｐ２は、それぞれ一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂと二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂとから構成される。一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂには、圧縮器４０ａ、４０ｂ、凝縮器４１ａ、４１ｂ、膨張弁４２ａ、４２ｂ、および熱交換器４３ａ、４３ｂが設けられている。一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ内の冷媒ガスは、圧縮器４０ａ、４０ｂで圧縮されて高温・高圧状態となる。高温・高圧状態となった冷媒ガスは、凝縮器４１ａ、４１ｂにより液化された後、膨張弁４２ａ、４２ｂによりガス化され、熱交換器４３ａ、４３ｂを介して二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂの冷媒を冷却する。なお、これら圧縮器４０ａ、４０ｂ、凝縮器４１ａ、４１ｂ、膨張弁４２ａ、４２ｂ、および熱交換器４３ａ、４３ｂは、冷却器を構成している。
【００３２】
二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂには、二次側ポンプ４４ａ、４４ｂ、メインタンク４５ａ、４５ｂ、および温度センサ４６ａ〜４８ａ、４６ｂ〜４８ｂが設けられている。メインタンク４５ａ、４５ｂには、所定量の純水冷媒およびフッ素系冷媒が貯留されており、純水冷媒戻り流路１２ｂ、フッ素系冷媒戻り流路１３ｂと、二次側ポンプ４４ａ、４４ｂの下流側とが接続されている。メインタンク４５ａ、４５ｂ内の冷媒は、二次側ポンプ４４ａ、４４ｂにより二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂを循環し、熱交換器４３ａ、４３ｂにより冷却された後、純水冷媒供給流路１２ａ、フッ素系冷媒供給流路１３ａを介して子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ６およびｃｈ２、ｃｈ７へと供給される。子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ６およびｃｈ２、ｃｈ７からの冷媒は、戻り流路１２ｂ、１３ｂを介してメインタンク４５ａ、４５ｂに戻される。
【００３３】
温度センサ４６ａ、４６ｂは、メインタンク４５ａ、４５ｂから流出する冷媒の温度を、温度センサ４７ａ、４７ｂは、熱交換器４３ａ、４３ｂにより冷却された冷媒の温度を、温度センサ４８ａ、４８ｂは、戻り流路１２ｂ、１３ｂを介してメインタンク４５ａ、４５ｂに還流される冷媒の温度をそれぞれ検出する。これらの温度センサ４６ａ〜４８ａ、４６ｂ〜４８ｂの出力信号は、温度調節器１４０（図９参照）に送信される。
【００３４】
親チラー装置ｐ１、ｐ２の冷媒の温度は、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ６、ｃｈ７により温度制御される負荷の設定温度よりも低く、且つ後述する制御バルブの開閉で制御することが可能な温度範囲に設定される（例えば子チラー装置の設定温度から−５〜−２０℃）。親チラー装置ｐ１、ｐ２は、メインタンク４５ａ、４５ｂから流出する冷媒の温度を検出する温度センサ４６ａ、４６ｂの出力が、設定温度範囲よりも高くなると、一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂの冷却器および二次側ポンプ４４ａ、４４ｂを作動させ、設定温度の下限値に達した時点でこれらの作動を停止させる。
【００３５】
図５に示すように、子チラー装置ｃｈ１は、冷媒循環回路Ｃｒ1 と、一次冷却水循環回路Ｃｗ1 と、負荷側回路Ｃ３1 とから構成される。冷媒循環回路Ｃｒ1 には、前述の分岐純水冷媒供給流路１６ａ、分岐純水冷媒戻り流路１７ａの他に、純水冷媒バイパス流路５０、温度センサ５１、制御バルブ５２、および抵抗バルブ５３、５４が設けられている。純水冷媒バイパス流路５０は、負荷側回路Ｃ３1 に供給する直前で純水冷媒が戻されるように、制御バルブ５２の直前に配置され、分岐純水冷媒供給流路１６ａと純水冷媒戻り流路１２ｂとを接続している。制御バルブ５２を通過しない純水冷媒は、この純水冷媒バイパス流路５０および純水冷媒戻り流路１２ｂを介してメインタンク４５ａに戻される。
【００３６】
温度センサ５１は、分岐純水冷媒供給流路１６ａを通過する冷媒の温度を検出する。制御バルブ５２は、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒温度および設定温度に応じて開度を調節し、負荷側回路Ｃ３1 に供給する冷媒の流量を制御する。すなわち、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒の温度を検出する温度センサ６１の出力に応じて、負荷側回路Ｃ３1 の設定温度となるように冷媒を供給する。したがって、制御バルブ５２は、全開または全閉となる場合がある。抵抗バルブ５３、５４は、冷媒の供給量に応じて分岐純水冷媒戻り流路１７ａに戻される冷媒、および純水冷媒バイパス流路５０を通過する制御バルブ５２に供給されなかった冷媒を戻すときの抵抗として作用する。なお、制御バルブ５２としては、微小流量から大流量まで高精度な制御が可能なニードル式のバルブ、例えば株式会社鷺宮製作所製の汎用型電子膨張弁ＰＫＶ形またはＥＫＶ形が用いられる。
【００３７】
一次冷却水循環回路Ｃｗ1 には、前述の分岐冷却水供給流路１４ｃ、分岐冷却水戻り流路１５ｃの他に、冷却水バイパス流路５５、温度センサ５６、制御バルブ５７、抵抗バルブ３８、および熱交換器３９が設けられている。制御バルブ５７は、温度センサ５６、６２により制御され、温度センサ６２の出力が温度センサ５６の出力よりも高温であることを条件として開き、その逆の場合は閉じられる。冷却水バイパス流路５５は、制御バルブ５７が閉じられたときに、負荷側回路Ｃ３1 に供給する直前で冷却水が戻されるように、制御バルブ５７の直前に配置され、分岐冷却水供給流路１４ｃと分岐冷却水戻り流路１５ｃとを接続している。制御バルブ５７を通過しない冷却水は、この冷却水バイパス流路５５、分岐冷却水戻り流路１５ｃ、および冷却水戻り流路１１ｂを介して屋外冷却ユニット１０に戻される。
【００３８】
温度センサ５６は、分岐冷却水供給流路１４ｃを通過する一次冷却水の温度を検出する。制御バルブ５７は、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒温度および設定温度に応じて開度を調節し、熱交換器５９に供給する一次冷却水の流量を制御する。抵抗バルブ５８は、冷却水バイパス流路５５を通過する一次冷却水の抵抗として作用する。負荷側回路Ｃ３1 の冷媒は、熱交換器５９を介して制御バルブ５７を通過した一次冷却水に冷却され、粗熱を除去される。これにより、二次側回路Ｃ２ａの冷媒温度が高くなることが少なくなり、延いては二次側回路Ｃ２ａの冷媒温度を設定温度範囲内に長時間保つことができる。したがって、一次側回路Ｃ１ａの冷却器が作動する時間をより短くすることができ、装置の省エネルギー化をさらに促進させることが可能となる。
【００３９】
負荷側回路Ｃ３1 には、負荷Ｗ１を冷却する負荷側の冷媒を循環する負荷側ポンプ６０、温度センサ６１〜６３、および混合タンク６４が設けられている。温度センサ６１は、負荷側ポンプ６０から流出する冷媒の温度を、温度センサ６２は、負荷Ｗ１の戻り側の冷媒の温度を、温度センサ６３は、熱交換器５９により冷却された冷媒の温度をそれぞれ検出する。これらの温度センサ６１〜６３の出力信号は、温度調節器１４０（図９参照）に送信される。
【００４０】
子チラー装置ｃｈ１は、温度センサ６１の出力（負荷側回路Ｃ３1 の冷媒温度）が予め設定された温度であるとき、または温度センサ６１および６３の出力が同一であるときには、制御バルブ５２を閉じて負荷側回路Ｃ３1 の冷媒がそれ以上冷却されないようにする。一方、温度センサ６１の出力が設定温度以上になった場合は、温度センサ５１の出力を考慮しながら制御バルブ５２を開き、二次側回路Ｃ２ａの冷媒を混合タンク６４に導入する。
【００４１】
一次冷却水循環回路Ｃｗ1 は、温度センサ６２の出力（負荷Ｗ１の戻り側の冷媒温度）が設定温度よりも高く、且つ温度センサ５６の出力（分岐冷却水供給流路１４ｃを通過する一次冷却水の温度）が温度センサ６２の出力よりも低い場合に、制御バルブ５７を開いて一次冷却水を熱交換器５９に導入する。
【００４２】
混合タンク６４は、制御バルブ５２を介して供給される冷媒と、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒とを混合して負荷側回路Ｃ３1 に供給する。なお、この混合タンク６４内には、温度センサ６１の出力が設定温度を下回ったときに作動する図示しないヒータが組み込まれている。
【００４３】
混合タンク６４には、予備タンク６５が接続されている。この予備タンク６５には、純水冷媒が貯留されており、運転開始時に負荷側回路Ｃ３1 に冷媒を供給するとともに、配管のガス抜きを行うために設けられている。また、必要に応じて制御バルブ５２を閉じた状態で使用すれば、後述する子チラー装置ｃｈ４、ｃｈ９と同様の構成となり、子チラー装置ｃｈ１を親チラー装置ｐ１と切り離して、単独のチラー装置として稼働させることができる。したがって、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒の種類を代える際に、極めて有用な構成であると言える。なお、予備タンク６５は、子チラー装置ｃｈ１よりも上側に配置することが好ましい。
【００４４】
次に、図４および図５を参照して、子チラー装置ｃｈ１の動作について説明する。半導体製造システム２の運転開始とともに、一次側回路Ｃ１ａの冷却器、二次側ポンプ４４ａ、および負荷側ポンプ６０が駆動される。冷却器により冷却された一次側回路Ｃ１ａの冷媒は、熱交換器４３ａを介して二次側回路Ｃ２ａの冷媒を冷却する。このとき、温度センサ６１で検出される冷媒の温度（負荷Ｗ１に供給される冷媒の温度）が設定温度以下であった場合、制御バルブ５２は閉じられ、冷媒は純水冷媒バイパス流路５０を経由してメインタンク４５ａに戻される。負荷側回路Ｃ３1 では、二次側回路Ｃ２ａの冷媒との熱交換は行われず、負荷側ポンプ６０により冷媒が循環した状態となる。
【００４５】
一方、温度センサ６１で検出される冷媒の温度が、設定温度以上になった場合、シーケンサ１４１（図９参照）から検出温度に応じたパルス信号が出力され、制御バルブ５２の開度が調節される。制御バルブ５２が開くと、その開度に応じた流量の冷媒が混合タンク６４に流入する。制御バルブ５２を通過しない冷媒は、純水冷媒バイパス流路５０を経由してメインタンク４５ａに戻される。
【００４６】
混合タンク６４内では、二次側回路Ｃ２ａから流入した冷媒と負荷側回路Ｃ３1 の冷媒とが合流して混合される。混合された冷媒は、混合タンク６４から負荷側ポンプ６０に吸い込まれ、負荷Ｗ１を設定温度となるように冷却する。負荷Ｗ１を冷却した冷媒は、一次冷却水循環回路Ｃｗ1 で粗熱を除去された後、二次側回路Ｃ２ａから流入した冷媒の流量に相当する流量で再び混合タンク６４、分岐純水冷媒戻り流路１７ａを経由してメインタンク４５ａに戻される。
【００４７】
ここで、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ６、およびｃｈ７は同様の構成であり、ｃｈ１、ｃｈ６は純水冷媒を、ｃｈ２、ｃｈ７はフッ素系冷媒を用いている点が異なるだけであるので、ｃｈ１のみを図示し、その他の装置の説明および図示は省略する。
【００４８】
図６に示すように、子チラー装置ｃｈ３の一次冷却水循環回路Ｃｗ3 には、前述の分岐冷却水供給流路１４ｅ、分岐冷却水戻り流路１５ｅの他に、冷却水バイパス流路７０、温度センサ７１、制御バルブ７２、抵抗バルブ７３、および熱交換器７４が設けられている。冷却水バイパス流路７０は、負荷側回路Ｃ３3 に供給する直前で冷却水が戻されるように、制御バルブ７２の直前に配置され、分岐冷却水供給流路１４ｅと分岐冷却水戻り流路１５ｅとを接続している。制御バルブ７２を通過しない冷却水は、この冷却水バイパス流路７０、分岐冷却水戻り流路１５ｅ、および冷却水戻り流路１１ｂを介して屋外冷却ユニット１０に戻される。
【００４９】
温度センサ７１は、分岐冷却水供給流路１４ｅを通過する一次冷却水の温度を検出する。制御バルブ７２は、負荷側回路Ｃ３3 の冷媒温度および設定温度に応じて（温度センサ７１、８１の出力を比較することにより）開度を調節し、熱交換器７４に供給する一次冷却水の流量を制御する。抵抗バルブ７３は、冷却水バイパス流路７０を通過する一次冷却水の抵抗として作用する。熱交換器７４は、一次冷却水と負荷側回路Ｃ３3 の冷媒との熱交換を行い、負荷側回路Ｃ３3 の冷媒を冷却する。なお、子チラー装置ｃｈ３は、一次冷却水循環回路Ｃｗ3 を用いて負荷側回路Ｃ３3 の冷媒を冷却する点のみがｃｈ１と異なり、その他の構成および作用はｃｈ１と同一であるので、構成部品には符号のみを付し、説明を省略する。また、子チラー装置ｃｈ３およびｃｈ８は、負荷側回路で使用する冷媒（ｃｈ３は純水冷媒、ｃｈ８はフッ素系冷媒）が異なるだけであるので、子チラー装置ｃｈ８の図示および説明は省略する。
【００５０】
図７に示す子チラー装置ｃｈ４は、前述のように子チラー装置ｃｈ１で制御バルブ５２を閉じて使用した状態と同様で、ペルチェ素子１０１を用いて負荷側回路Ｃ３4 の冷媒の温度調節を行う点のみが異なる。子チラー装置ｃｈ４では、一次冷却水循環回路Ｃｗ4 で負荷側回路Ｃ３4 の冷媒を設定温度にある程度温度制御し、ペルチェ素子１０１で負荷側回路Ｃ３4 の冷媒を冷却または加熱して、僅かな温度誤差を補正する。なお、子チラー装置ｃｈ４およびｃｈ９は、子チラー装置ｃｈ３の場合と同様に、負荷側回路で使用する冷媒（ｃｈ４は純水冷媒、ｃｈ９はフッ素系冷媒）が異なるだけであるので、子チラー装置ｃｈ９の図示および説明は省略する。
【００５１】
図８に示す子チラー装置ｃｈ５は、図１２に示すチラー装置３００と同様の構成で、メインタンク１１９に貯留されたフッ素系冷媒により負荷側回路Ｃ３5 の冷媒を冷却する。一次冷却水循環回路Ｃｗ5 、Ｃｗ5 ´には、一次冷却水バイパス流路１１０、１３０が設けられている。一次側回路Ｃ１5 の冷媒を冷却する必要がないとき、あるいは負荷側回路Ｃ３5 の冷媒の粗熱を除去する必要がないときには、一次冷却水がこれらのバイパス流路１１０、１３０により屋外冷却ユニット１０に戻される。このようにすると、高価なフッ素系冷媒を親チラー装置ｐ１で全て賄う必要がなくなり、且つ半導体製造システム２の仕様に応じて、温度制御の精度が高い単独のチラー装置を用いることができる。
【００５２】
図９に示すように、親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に取り付けられた温度センサの出力は、温度調節器１４０に入力される。シーケンサ１４１は、温度調節器１４０から送信される各部の温度情報に基づいて、冷却器、制御バルブ、ヒータ、およびペルチェ素子に対して前述のような制御を行う。
【００５３】
なお、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ５、ｃｈ６、およびｃｈ７の負荷側回路として、図１０に示す負荷側回路Ｃ３10を用いてもよい。この負荷側回路Ｃ３10では、抵抗バルブ１５７の抵抗に抗して供給流路１５１から供給される冷媒が、ポンプ１５０により循環される。バイパス流路１５３は、負荷側回路Ｃ３10に供給する直前で冷媒が戻されるように、抵抗バルブ１５７の直前に配置されている。抵抗バルブ１５７を通過しない冷却水は、このバイパス流路１５３および戻り流路１５２を介して冷媒供給源に戻される。
【００５４】
制御バルブ１５５は、負荷Ｗ１０の下流側に配置されている。負荷側回路Ｃ３10では、この制御バルブ１５５の開度に応じて負荷Ｗ１０で加熱された冷媒を引き抜き、引き抜いた分の冷媒を供給流路１５１から供給する。このようにすると、二次側冷媒と負荷側冷媒とを合流させて混合する混合タンクが不要になり、混合タンクによって負荷側回路の温度追随性を阻害されることが抑制される。なお、この場合、上記実施形態で混合タンクに組み込まれるヒータは、ポンプ１５０の前後に配置すればよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のチラー装置によれば、冷却水を冷却するクーリングタワーと、クーリングタワーの冷却能力を補うように冷却水を冷却する補助冷却器と、クーリングタワー、補助冷却器、および冷却水循環回路に冷却水を供給するとともに、これらから戻された冷却水が貯留される冷却水タンクと、冷却水タンク内の冷却水温度に基づいて、クーリングタワーおよび補助冷却器に供給される冷却水の流量、並びに補助冷却器の動作を制御する制御手段とを設けたので、屋外冷却器の消費エネルギーを必要最小限に抑えることができ、装置の省エネルギー化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチラー装置を適用した半導体製造システムの概略図である。
【図２】半導体製造システムの配管系統を示すブロック図である。
【図３】屋外冷却ユニットの構成を示す回路図である。
【図４】親チラー装置の構成を示す回路図である。
【図５】子チラー装置ｃｈ１の構成を示す回路図である。
【図６】子チラー装置ｃｈ３の構成を示す回路図である。
【図７】子チラー装置ｃｈ４の構成を示す回路図である。
【図８】子チラー装置ｃｈ５の構成を示す回路図である。
【図９】チラー装置の制御手順を示すブロック図である。
【図１０】負荷側回路の別の実施形態を示す回路図である。
【図１１】従来のチラー装置を示す回路図である。
【図１２】従来のチラー装置を示す回路図である。
【符号の説明】
２ 半導体製造システム
１０ 屋外冷却ユニット
１１ 一次冷却水配管
１１ａ 冷却水供給流路
１１ｂ 冷却水戻り流路
１２ 純水冷媒配管
１２ａ 純水冷媒供給流路
１２ｂ 純水冷媒戻り流路
１３ フッ素系冷媒配管
１３ａ フッ素系冷媒供給流路
１３ｂ フッ素系冷媒戻り流路
１４ａ〜１４ｎ 分岐冷却水供給流路
１５ａ〜１５ｎ 分岐冷却水戻り流路
１６ａ、１６ｂ 分岐純水冷媒供給流路
１７ａ、１７ｂ 分岐純水冷媒戻り流路
１８ａ、１８ｂ 分岐フッ素系冷媒供給流路
１９ａ、１９ｂ 分岐フッ素系冷媒戻り流路
２０ クーリングタワー
２１ 屋外冷却器
２２ 一次冷却水タンク
３３ 温度センサ
３５、３６、５２、５７ 制御バルブ
３７ コントローラ
６４ 混合タンク
１０１ ペルチェ素子
１４０ 温度調節器
１４１ シーケンサ
ｐ１、ｐ２ 親チラー装置
ｃｈ１〜ｃｈ９ 子チラー装置
Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１5 、Ｃ１10 一次側回路
Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２5 、Ｃ２10 二次側回路
Ｃ３1 、Ｃ３3 、Ｃ３4 、Ｃ３5 、Ｃ３10 負荷側回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などで負荷の温度制御を行うチラー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造・加工工程では、製膜する半導体層の膜質や、半導体層に打ち込む不純物の濃度などを均一に保つために、基板であるウエハーの温度管理を厳密に行う必要がある。従来の半導体製造装置では、例えば図１１に示すチラー装置２００を用いて、各工程毎に温度管理を行っている（特許文献１参照）。
【０００３】
チラー装置２００は、冷却器２０１、および冷媒を循環するポンプ２０２を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器２０３を介して一次側回路Ｃ１の冷媒と熱交換する冷媒を循環するポンプ２０４、バッファタンク２０５、および抵抗流路２０６を備えた二次側回路Ｃ２と、負荷Ｗを冷却する負荷側の冷媒を循環するポンプ２０７、および抵抗流路２０８を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００４】
二次側回路Ｃ２と負荷側回路Ｃ３とは、連絡流路２０９、２１０により接続されている。連絡流路２１０には、この連絡流路２１０を流れる冷媒の流量を制御する制御バルブ２１１が設けられている。制御バルブ２１１の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度調節器２１２からの出力信号に応じて制御される。このようにすると、温度制御の精度が向上し、負荷Ｗの温度変動が大きな場合でも迅速に対応することができる。また、装置全体が小型化され、設置条件の自由度が増すという利点がある。
【０００５】
チラー装置２００では、二次側回路Ｃ２の冷媒温度を負荷側回路Ｃ３の冷媒の設定温度よりも僅かに低い一定温度（例えば設定温度−３℃±１〜０．５℃）に制御している。このため、冷却器２０１を常時運転して、一次側回路Ｃ１のホットガスバイパス制御、または冷却器２０１のインバータ制御により、熱交換器２０３へ供給される一次側回路Ｃ１の冷媒温度を制御するとともに、負荷側回路Ｃ３の冷媒温度が設定温度よりも下回らないように、負荷側回路Ｃ３の冷媒をヒータ２１３により頻繁に加熱する必要があり、膨大なエネルギーを消費していた。
【０００６】
上記のような問題点を解決するために、本発明者は、図１２に示すようなチラー装置３００を考案した。このチラー装置３００は、圧縮器３０１、凝縮器３０２、膨張弁３０３、および熱交換器３０４を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器３０４を介して一次側回路Ｃ１の冷媒と熱交換する冷媒を循環するポンプ３０５、バイパス流路３０６、温度センサ３２０、および供給流路３０７を備えた二次側回路Ｃ２と、負荷Ｗを冷却する負荷側の冷媒を循環するポンプ３０８、および混合タンク３０９を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００７】
供給流路３０７には、制御バルブ３１０が設けられている。この制御バルブ３１０の下流側は、混合タンク３０９に接続されている。混合タンク３０９は、流路３１１を介してメインタンク３１２に接続され、ポンプ３０８の吸い込み流路３１３と負荷Ｗの下流側の戻り流路３１４とに接続している。バイパス流路３０６には、バルブ３１５が設けられており、このバルブ３１５の下流側はメインタンク３１２に接続されている。
【０００８】
制御バルブ３１０の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度センサ３１６からの出力信号に応じて制御される。チラー装置３００では、温度センサ３２０からの検出信号に応じて、この温度が予め設定した下限設定温度に冷却されるまで一次側回路Ｃ１の冷却器（圧縮器３０１、凝縮器３０２、膨張弁３０３、および熱交換器３０４）を作動させ、下限設定温度まで下がった時点でこれらの作動を停止させる。これにより、装置の省エネルギー化を実現させることができる。
【０００９】
一次側回路Ｃ１の凝縮器３０２には、屋外冷却器３１７から導入した一次冷却水が供給される。この一次冷却水は、負荷Ｗの下流側に設けられた熱交換器３１８にも供給され、熱交換器３１８を介して負荷側回路Ｃ３の冷媒を冷却し、その粗熱を除去する。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３０９５３７７号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなチラー装置３００に用いられる屋外冷却器３１７は、凝縮器３０２や熱交換器３１８で加熱された一次冷却水を冷却するために、ある程度の冷却能力が必要となり、装置の省エネルギー化、小型化を促進する上で障害となっていた。
【００１２】
本発明は、屋外冷却器の消費エネルギーを必要最小限に抑えることで、装置の省エネルギー化を実現させることができるチラー装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数配列された負荷に配置され、冷媒を用いて負荷を冷却する複数のチラー装置と、複数のチラー装置内の冷媒と熱交換することにより冷媒を冷却する冷却水を、各チラー装置に循環させる冷却水循環回路とを備えたチラー装置において、前記冷却水を冷却するクーリングタワーと、クーリングタワーの冷却能力を補うように冷却水を冷却する補助冷却器と、クーリングタワー、補助冷却器、および冷却水循環回路に冷却水を供給するとともに、これらから戻された冷却水が貯留される冷却水タンクと、冷却水タンク内の冷却水温度に基づいて、クーリングタワーおよび補助冷却器に供給される冷却水の流量、並びに補助冷却器の動作を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、複数配列された負荷に配置され、冷媒を用いて負荷を冷却する複数のチラー装置と、複数のチラー装置内の冷媒と熱交換することにより冷媒を冷却する冷却水を、各チラー装置に循環させる冷却水循環回路とを備えたチラー装置において、前記冷却水循環回路を、冷却水を冷却する冷却水冷却器と、冷却水を複数のチラー装置に向けて供給する冷却水供給流路と、冷却水供給流路を経由した冷却水を前記冷却水冷却器に戻す冷却水戻り流路と、前記冷却水供給流路から分岐して、複数のチラー装置に冷却水を供給する分岐冷却水供給流路と、前記冷却水戻り流路から分岐して、複数のチラー装置から冷却水を戻す分岐冷却水戻り流路と、前記分岐冷却水供給流路から供給される冷却水のうち、熱交換に使用されない冷却水を、前記分岐冷却水戻り流路に戻す冷却水バイパス流路とから構成するとともに、前記複数のチラー装置の熱交換器に供給する直前で冷却水が戻されるように、前記冷却水バイパス流路を配置したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明のチラー装置を適用した半導体製造システムの構成を示す。半導体製造システム２は、半導体製造装置ｓ１〜ｓ９と、親チラー装置ｐ１、ｐ２と、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９とからなり、塵埃・温湿度管理されたクリーンルーム内に設置されている。半導体製造装置ｓ１〜ｓ９は、半導体膜を製膜するＣＶＤまたはＰＶＤ装置や、真空蒸着装置、半導体に不純物を打ち込むインプラント装置などから構成される。親チラー装置ｐ１、ｐ２には、それぞれ純水冷媒、フッ素系冷媒を用いたものを例示している。
【００１６】
子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９は、半導体製造装置ｓ１〜ｓ９の負荷Ｗ１〜Ｗ９（図５〜８参照）の温度が、各々の設定温度となるように温度制御する。親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９には、クリーンルーム外に設置された屋外冷却ユニット１０からの一次冷却水が循環する一次冷却水配管１１が接続されている。また、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ６には、親チラー装置ｐ１からの純水冷媒が循環する純水冷媒配管１２（破線で示す）が接続され、子チラー装置ｃｈ２、ｃｈ７には、親チラー装置ｐ２からのフッ素系冷媒が循環するフッ素系冷媒配管１３（一点鎖線で示す）が接続されている。
【００１７】
半導体製造システム２の配管系統を示す図２において、一次冷却水配管１１は、親チラー装置ｐ２、ｐ１、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９の近傍を経由して配管される冷却水供給流路１１ａと、この冷却水供給流路１１ａとは逆に、子チラー装置ｃｈ９〜ｃｈ１、親チラー装置ｐ１、ｐ２の順に一次冷却水が戻される冷却水戻り流路１１ｂとからなり、これらの流路１１ａ、１１ｂを介して一次冷却水が屋外冷却ユニット１０に循環されるように構成されている。冷却水戻り流路１１ｂを経由して屋外冷却ユニット１０に戻された一次冷却水は、屋外冷却ユニット１０で再度冷却され、流路１１ａ、１１ｂで再度循環される。
【００１８】
屋外冷却ユニット１０から供給される一次冷却水は、冷却水供給流路１１ａから分岐した分岐冷却水供給流路１４ａ〜１４ｎを介して親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に各々供給される。また、これら親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９からは、冷却水戻り流路１１ｂに一次冷却水を戻す分岐冷却水戻り流路１５ａ〜１５ｎが配設されている。ここで、子チラー装置ｃｈ３、ｃｈ５およびｃｈ８には、分岐冷却水供給流路および分岐冷却水戻り流路が２系統（ｃｈ３では１４ｅ、１５ｅおよび１４ｆ、１５ｆ、ｃｈ５では１４ｈ、１５ｈおよび１４ｉ、１５ｉ、ｃｈ８では１４ｌ、１５ｌおよび１４ｍ、１５ｍ）設けられており、子チラー装置ｃｈ３、ｃｈ５およびｃｈ８では、この２系統で一次冷却水の供給および戻り動作が行われる。
【００１９】
純水冷媒配管１２は、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ６の近傍を経由して配管される純水冷媒供給流路１２ａと、この純水冷媒供給流路１２ａとは逆に、子チラー装置ｃｈ６〜ｃｈ１の順に純水冷媒が戻される純水冷媒戻り流路１２ｂとからなり、これらの流路１２ａ、１２ｂを介して純水冷媒が親チラー装置ｐ１に循環されるように構成されている。純水冷媒戻り流路１２ｂを経由して親チラー装置ｐ１に戻された純水冷媒は、親チラー装置ｐ１で再度冷却され、流路１２ａ、１２ｂで再度循環される。
【００２０】
親チラー装置ｐ１から供給される純水冷媒は、純水冷媒供給流路１２ａから分岐した分岐純水冷媒供給流路１６ａ、１６ｂを介して子チラー装置ｃｈ１およびｃｈ６に供給される。また、これら子チラー装置ｃｈ１およびｃｈ６からは、純水冷媒戻り流路１２ｂに純水冷媒を戻す分岐純水冷媒戻り流路１７ａ、１７ｂが配設されている。
【００２１】
フッ素系冷媒配管１３は、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ７の近傍を経由して配管されるフッ素系冷媒供給流路１３ａと、このフッ素系冷媒供給流路１３ａとは逆に、子チラー装置ｃｈ７〜ｃｈ１の順に供給されたフッ素系冷媒が戻されるフッ素系冷媒戻り流路１３ｂとからなり、これらの流路１３ａ、１３ｂを介してフッ素系冷媒が親チラー装置ｐ２に循環されるように構成されている。フッ素系冷媒戻り流路１３ｂを経由して親チラー装置ｐ２に戻されたフッ素系冷媒は、親チラー装置ｐ２で再度冷却され、流路１３ａ、１３ｂで再度循環される。
【００２２】
親チラー装置ｐ２から供給されるフッ素系冷媒は、フッ素系冷媒供給流路１３ａから分岐した分岐フッ素系冷媒供給流路１８ａ、１８ｂを介して子チラー装置ｃｈ２およびｃｈ７に供給される。また、これら子チラー装置ｃｈ２およびｃｈ７からは、フッ素系冷媒戻り流路１３ｂにフッ素系冷媒を戻す分岐フッ素系冷媒戻り流路１９ａ、１９ｂが配設されている。
【００２３】
ここで、図２の配管系統例は、一次冷却水、純水冷媒およびフッ素系冷媒が、配管１１、１２および１３の各々を循環され、且つ一次冷却水、純水冷媒およびフッ素系冷媒が複数のチラー装置に供給可能となっていること（例えば、一次冷却水は親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に、純水冷媒は子チラー装置ｃｈ１およびｃｈ６に、フッ素系冷媒は子チラー装置ｃｈ２およびｃｈ７に各々供給され、戻されること）を示すものであって、親チラー装置ｐ１、ｐ２から、純水冷媒、フッ素系冷媒のどちらも供給されない子チラー装置（ｃｈ３〜ｃｈ５、ｃｈ８およびｃｈ９）も例示されているが、これらの子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９は、同タイプの子チラー装置（例えばｃｈ１、あるいはｃｈ３）であってもよく、その構成は半導体製造システム２の仕様に応じて適宜変更可能である。また、配管１１、１２および１３は、使用する子チラー装置に応じて変更すればよく、例えばｃｈ１、ｃｈ２タイプの子チラー装置のみで構成した場合、全子チラー装置を網羅するように配管１２、１３を配設し、全子チラー装置に対して冷媒を供給するように配設してもよい。さらに、子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９が、純水冷媒、フッ素系冷媒のいずれか一方のみを必要とする構成であった場合は、親チラー装置ｐ１、ｐ２、および配管１２、１３のいずれか一方を省略してもよい。
【００２４】
図３に示すように、屋外冷却ユニット１０は、クーリングタワー２０、屋外冷却器２１、および一次冷却水タンク２２から構成される。この屋外冷却ユニット１０は、親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に供給される一次冷却水を、半導体製造工場の空調や各種温度制御に用いられるクーリングタワー２０で冷却し、クーリングタワー２０の冷却能力が不足した場合に屋外冷却器２１を作動させ、その不足分を補うように冷却水を冷却する。
【００２５】
クーリングタワー２０は、ポンプ２３で循環される冷却水を、図示しない送風機で取り込んだ外気（約５〜３２℃）と接触させることで冷却する。ポンプ２３の下流側には、Δｔ＝３〜５℃で熱交換効率が良好なプレート式の熱交換器２４が設けられている。クーリングタワー２０で冷却された冷却水は、この熱交換器２４を介して一次冷却水タンク２２からの一次冷却水を冷却する。
【００２６】
屋外冷却器２１は、圧縮器２５、凝縮器２６、膨張弁２７、および熱交換器２８からなる。屋外冷却器２１内の冷媒ガスは、圧縮器２５で圧縮されて高温・高圧状態となる。高温・高圧状態となった冷媒ガスは、凝縮器２６により液化された後、膨張弁２７によりガス化され、熱交換器２８を介して一次冷却水を冷却する。この屋外冷却器２１は、一次冷却水の温度が急激に変化したときや夏期使用時など、クーリングタワー２０の冷却能力が不足した場合にのみ作動する。
【００２７】
一次冷却水タンク２２には、一次冷却水配管１１の冷却水供給流路１１ａ、冷却水戻り流路１１ｂと、ポンプ２９を介してクーリングタワー２０、屋外冷却器２１へと一次冷却水を供給する供給流路３０と、熱交換器２４で冷却された一次冷却水の戻り流路３１と、熱交換器２８で冷却された一次冷却水の戻り流路３２と、一次冷却水タンク２２内の一次冷却水温度を検出する温度センサ３３とが接続されている。一次冷却水タンク２２内の一次冷却水は、所定の温度（例えば１５℃）に温度制御され、インバータ制御されたポンプ３４により親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に供給される。
【００２８】
供給流路３０は、ポンプ２９の下流側で流路３０ａと流路３０ｂとに分岐しており、流路３０ａは熱交換器２４に、流路３０ｂは熱交換器２８にそれぞれ一次冷却水を供給する。これらの流路３０ａ、３０ｂには、一次冷却水の流量を調節する制御バルブ３５、３６が設けられている。制御バルブ３５、３６の開度は、温度センサ３３に接続されたコントローラ３７からの出力信号に応じて制御される。
【００２９】
コントローラ３７は、温度センサ３３の出力が設定温度以上となった場合には、制御バルブ３５を開いて熱交換器２４に一次冷却水を導入する。一方、温度センサ３３の出力が設定温度に達した場合には、一次冷却水がそれ以上冷却されないように制御バルブ３５を閉じる。制御バルブ３５を通過した一次冷却水は、熱交換器２４でクーリングタワー２０の冷却水により冷却され、戻り流路３１を経由して一次冷却水タンク２２に戻る。
【００３０】
クーリングタワー２０の冷却能力が不足した場合、コントローラ３７は屋外冷却器２１を作動させるとともに、制御バルブ３６を開いて熱交換器２８に一次冷却水を導入する。制御バルブ３６を通過した一次冷却水は、熱交換器２８で屋外冷却器２１の冷媒により冷却され、戻り流路３２を経由して一次冷却水タンク２２に戻る。クーリングタワー２０のみで一次冷却水の温度制御が可能な場合には、制御バルブ３６を閉じて屋外冷却器２１の作動を停止させる。このように、クーリングタワー２０の冷却能力の不足分を補助する冷却器として屋外冷却器２１を作動させることで、屋外冷却器２１の消費エネルギーを必要最小限に抑えることができ、屋外冷却器２１の小型化が可能となる。
【００３１】
図４に示すように、親チラー装置ｐ１、ｐ２は、それぞれ一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂと二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂとから構成される。一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂには、圧縮器４０ａ、４０ｂ、凝縮器４１ａ、４１ｂ、膨張弁４２ａ、４２ｂ、および熱交換器４３ａ、４３ｂが設けられている。一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ内の冷媒ガスは、圧縮器４０ａ、４０ｂで圧縮されて高温・高圧状態となる。高温・高圧状態となった冷媒ガスは、凝縮器４１ａ、４１ｂにより液化された後、膨張弁４２ａ、４２ｂによりガス化され、熱交換器４３ａ、４３ｂを介して二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂの冷媒を冷却する。なお、これら圧縮器４０ａ、４０ｂ、凝縮器４１ａ、４１ｂ、膨張弁４２ａ、４２ｂ、および熱交換器４３ａ、４３ｂは、冷却器を構成している。
【００３２】
二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂには、二次側ポンプ４４ａ、４４ｂ、メインタンク４５ａ、４５ｂ、および温度センサ４６ａ〜４８ａ、４６ｂ〜４８ｂが設けられている。メインタンク４５ａ、４５ｂには、所定量の純水冷媒およびフッ素系冷媒が貯留されており、純水冷媒戻り流路１２ｂ、フッ素系冷媒戻り流路１３ｂと、二次側ポンプ４４ａ、４４ｂの下流側とが接続されている。メインタンク４５ａ、４５ｂ内の冷媒は、二次側ポンプ４４ａ、４４ｂにより二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂを循環し、熱交換器４３ａ、４３ｂにより冷却された後、純水冷媒供給流路１２ａ、フッ素系冷媒供給流路１３ａを介して子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ６およびｃｈ２、ｃｈ７へと供給される。子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ６およびｃｈ２、ｃｈ７からの冷媒は、戻り流路１２ｂ、１３ｂを介してメインタンク４５ａ、４５ｂに戻される。
【００３３】
温度センサ４６ａ、４６ｂは、メインタンク４５ａ、４５ｂから流出する冷媒の温度を、温度センサ４７ａ、４７ｂは、熱交換器４３ａ、４３ｂにより冷却された冷媒の温度を、温度センサ４８ａ、４８ｂは、戻り流路１２ｂ、１３ｂを介してメインタンク４５ａ、４５ｂに還流される冷媒の温度をそれぞれ検出する。これらの温度センサ４６ａ〜４８ａ、４６ｂ〜４８ｂの出力信号は、温度調節器１４０（図９参照）に送信される。
【００３４】
親チラー装置ｐ１、ｐ２の冷媒の温度は、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ６、ｃｈ７により温度制御される負荷の設定温度よりも低く、且つ後述する制御バルブの開閉で制御することが可能な温度範囲に設定される（例えば子チラー装置の設定温度から−５〜−２０℃）。親チラー装置ｐ１、ｐ２は、メインタンク４５ａ、４５ｂから流出する冷媒の温度を検出する温度センサ４６ａ、４６ｂの出力が、設定温度範囲よりも高くなると、一次側回路Ｃ１ａ、Ｃ１ｂの冷却器および二次側ポンプ４４ａ、４４ｂを作動させ、設定温度の下限値に達した時点でこれらの作動を停止させる。
【００３５】
図５に示すように、子チラー装置ｃｈ１は、冷媒循環回路Ｃｒ1 と、一次冷却水循環回路Ｃｗ1 と、負荷側回路Ｃ３1 とから構成される。冷媒循環回路Ｃｒ1 には、前述の分岐純水冷媒供給流路１６ａ、分岐純水冷媒戻り流路１７ａの他に、純水冷媒バイパス流路５０、温度センサ５１、制御バルブ５２、および抵抗バルブ５３、５４が設けられている。純水冷媒バイパス流路５０は、負荷側回路Ｃ３1 に供給する直前で純水冷媒が戻されるように、制御バルブ５２の直前に配置され、分岐純水冷媒供給流路１６ａと純水冷媒戻り流路１２ｂとを接続している。制御バルブ５２を通過しない純水冷媒は、この純水冷媒バイパス流路５０および純水冷媒戻り流路１２ｂを介してメインタンク４５ａに戻される。
【００３６】
温度センサ５１は、分岐純水冷媒供給流路１６ａを通過する冷媒の温度を検出する。制御バルブ５２は、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒温度および設定温度に応じて開度を調節し、負荷側回路Ｃ３1 に供給する冷媒の流量を制御する。すなわち、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒の温度を検出する温度センサ６１の出力に応じて、負荷側回路Ｃ３1 の設定温度となるように冷媒を供給する。したがって、制御バルブ５２は、全開または全閉となる場合がある。抵抗バルブ５３、５４は、冷媒の供給量に応じて分岐純水冷媒戻り流路１７ａに戻される冷媒、および純水冷媒バイパス流路５０を通過する制御バルブ５２に供給されなかった冷媒を戻すときの抵抗として作用する。なお、制御バルブ５２としては、微小流量から大流量まで高精度な制御が可能なニードル式のバルブ、例えば株式会社鷺宮製作所製の汎用型電子膨張弁ＰＫＶ形またはＥＫＶ形が用いられる。
【００３７】
一次冷却水循環回路Ｃｗ1 には、前述の分岐冷却水供給流路１４ｃ、分岐冷却水戻り流路１５ｃの他に、冷却水バイパス流路５５、温度センサ５６、制御バルブ５７、抵抗バルブ３８、および熱交換器３９が設けられている。制御バルブ５７は、温度センサ５６、６２により制御され、温度センサ６２の出力が温度センサ５６の出力よりも高温であることを条件として開き、その逆の場合は閉じられる。冷却水バイパス流路５５は、制御バルブ５７が閉じられたときに、負荷側回路Ｃ３1 に供給する直前で冷却水が戻されるように、制御バルブ５７の直前に配置され、分岐冷却水供給流路１４ｃと分岐冷却水戻り流路１５ｃとを接続している。制御バルブ５７を通過しない冷却水は、この冷却水バイパス流路５５、分岐冷却水戻り流路１５ｃ、および冷却水戻り流路１１ｂを介して屋外冷却ユニット１０に戻される。
【００３８】
温度センサ５６は、分岐冷却水供給流路１４ｃを通過する一次冷却水の温度を検出する。制御バルブ５７は、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒温度および設定温度に応じて開度を調節し、熱交換器５９に供給する一次冷却水の流量を制御する。抵抗バルブ５８は、冷却水バイパス流路５５を通過する一次冷却水の抵抗として作用する。負荷側回路Ｃ３1 の冷媒は、熱交換器５９を介して制御バルブ５７を通過した一次冷却水に冷却され、粗熱を除去される。これにより、二次側回路Ｃ２ａの冷媒温度が高くなることが少なくなり、延いては二次側回路Ｃ２ａの冷媒温度を設定温度範囲内に長時間保つことができる。したがって、一次側回路Ｃ１ａの冷却器が作動する時間をより短くすることができ、装置の省エネルギー化をさらに促進させることが可能となる。
【００３９】
負荷側回路Ｃ３1 には、負荷Ｗ１を冷却する負荷側の冷媒を循環する負荷側ポンプ６０、温度センサ６１〜６３、および混合タンク６４が設けられている。温度センサ６１は、負荷側ポンプ６０から流出する冷媒の温度を、温度センサ６２は、負荷Ｗ１の戻り側の冷媒の温度を、温度センサ６３は、熱交換器５９により冷却された冷媒の温度をそれぞれ検出する。これらの温度センサ６１〜６３の出力信号は、温度調節器１４０（図９参照）に送信される。
【００４０】
子チラー装置ｃｈ１は、温度センサ６１の出力（負荷側回路Ｃ３1 の冷媒温度）が予め設定された温度であるとき、または温度センサ６１および６３の出力が同一であるときには、制御バルブ５２を閉じて負荷側回路Ｃ３1 の冷媒がそれ以上冷却されないようにする。一方、温度センサ６１の出力が設定温度以上になった場合は、温度センサ５１の出力を考慮しながら制御バルブ５２を開き、二次側回路Ｃ２ａの冷媒を混合タンク６４に導入する。
【００４１】
一次冷却水循環回路Ｃｗ1 は、温度センサ６２の出力（負荷Ｗ１の戻り側の冷媒温度）が設定温度よりも高く、且つ温度センサ５６の出力（分岐冷却水供給流路１４ｃを通過する一次冷却水の温度）が温度センサ６２の出力よりも低い場合に、制御バルブ５７を開いて一次冷却水を熱交換器５９に導入する。
【００４２】
混合タンク６４は、制御バルブ５２を介して供給される冷媒と、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒とを混合して負荷側回路Ｃ３1 に供給する。なお、この混合タンク６４内には、温度センサ６１の出力が設定温度を下回ったときに作動する図示しないヒータが組み込まれている。
【００４３】
混合タンク６４には、予備タンク６５が接続されている。この予備タンク６５には、純水冷媒が貯留されており、運転開始時に負荷側回路Ｃ３1 に冷媒を供給するとともに、配管のガス抜きを行うために設けられている。また、必要に応じて制御バルブ５２を閉じた状態で使用すれば、後述する子チラー装置ｃｈ４、ｃｈ９と同様の構成となり、子チラー装置ｃｈ１を親チラー装置ｐ１と切り離して、単独のチラー装置として稼働させることができる。したがって、負荷側回路Ｃ３1 の冷媒の種類を代える際に、極めて有用な構成であると言える。なお、予備タンク６５は、子チラー装置ｃｈ１よりも上側に配置することが好ましい。
【００４４】
次に、図４および図５を参照して、子チラー装置ｃｈ１の動作について説明する。半導体製造システム２の運転開始とともに、一次側回路Ｃ１ａの冷却器、二次側ポンプ４４ａ、および負荷側ポンプ６０が駆動される。冷却器により冷却された一次側回路Ｃ１ａの冷媒は、熱交換器４３ａを介して二次側回路Ｃ２ａの冷媒を冷却する。このとき、温度センサ６１で検出される冷媒の温度（負荷Ｗ１に供給される冷媒の温度）が設定温度以下であった場合、制御バルブ５２は閉じられ、冷媒は純水冷媒バイパス流路５０を経由してメインタンク４５ａに戻される。負荷側回路Ｃ３1 では、二次側回路Ｃ２ａの冷媒との熱交換は行われず、負荷側ポンプ６０により冷媒が循環した状態となる。
【００４５】
一方、温度センサ６１で検出される冷媒の温度が、設定温度以上になった場合、シーケンサ１４１（図９参照）から検出温度に応じたパルス信号が出力され、制御バルブ５２の開度が調節される。制御バルブ５２が開くと、その開度に応じた流量の冷媒が混合タンク６４に流入する。制御バルブ５２を通過しない冷媒は、純水冷媒バイパス流路５０を経由してメインタンク４５ａに戻される。
【００４６】
混合タンク６４内では、二次側回路Ｃ２ａから流入した冷媒と負荷側回路Ｃ３1 の冷媒とが合流して混合される。混合された冷媒は、混合タンク６４から負荷側ポンプ６０に吸い込まれ、負荷Ｗ１を設定温度となるように冷却する。負荷Ｗ１を冷却した冷媒は、一次冷却水循環回路Ｃｗ1 で粗熱を除去された後、二次側回路Ｃ２ａから流入した冷媒の流量に相当する流量で再び混合タンク６４、分岐純水冷媒戻り流路１７ａを経由してメインタンク４５ａに戻される。
【００４７】
ここで、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ６、およびｃｈ７は同様の構成であり、ｃｈ１、ｃｈ６は純水冷媒を、ｃｈ２、ｃｈ７はフッ素系冷媒を用いている点が異なるだけであるので、ｃｈ１のみを図示し、その他の装置の説明および図示は省略する。
【００４８】
図６に示すように、子チラー装置ｃｈ３の一次冷却水循環回路Ｃｗ3 には、前述の分岐冷却水供給流路１４ｅ、分岐冷却水戻り流路１５ｅの他に、冷却水バイパス流路７０、温度センサ７１、制御バルブ７２、抵抗バルブ７３、および熱交換器７４が設けられている。冷却水バイパス流路７０は、負荷側回路Ｃ３3 に供給する直前で冷却水が戻されるように、制御バルブ７２の直前に配置され、分岐冷却水供給流路１４ｅと分岐冷却水戻り流路１５ｅとを接続している。制御バルブ７２を通過しない冷却水は、この冷却水バイパス流路７０、分岐冷却水戻り流路１５ｅ、および冷却水戻り流路１１ｂを介して屋外冷却ユニット１０に戻される。
【００４９】
温度センサ７１は、分岐冷却水供給流路１４ｅを通過する一次冷却水の温度を検出する。制御バルブ７２は、負荷側回路Ｃ３3 の冷媒温度および設定温度に応じて（温度センサ７１、８１の出力を比較することにより）開度を調節し、熱交換器７４に供給する一次冷却水の流量を制御する。抵抗バルブ７３は、冷却水バイパス流路７０を通過する一次冷却水の抵抗として作用する。熱交換器７４は、一次冷却水と負荷側回路Ｃ３3 の冷媒との熱交換を行い、負荷側回路Ｃ３3 の冷媒を冷却する。なお、子チラー装置ｃｈ３は、一次冷却水循環回路Ｃｗ3 を用いて負荷側回路Ｃ３3 の冷媒を冷却する点のみがｃｈ１と異なり、その他の構成および作用はｃｈ１と同一であるので、構成部品には符号のみを付し、説明を省略する。また、子チラー装置ｃｈ３およびｃｈ８は、負荷側回路で使用する冷媒（ｃｈ３は純水冷媒、ｃｈ８はフッ素系冷媒）が異なるだけであるので、子チラー装置ｃｈ８の図示および説明は省略する。
【００５０】
図７に示す子チラー装置ｃｈ４は、前述のように子チラー装置ｃｈ１で制御バルブ５２を閉じて使用した状態と同様で、ペルチェ素子１０１を用いて負荷側回路Ｃ３4 の冷媒の温度調節を行う点のみが異なる。子チラー装置ｃｈ４では、一次冷却水循環回路Ｃｗ4 で負荷側回路Ｃ３4 の冷媒を設定温度にある程度温度制御し、ペルチェ素子１０１で負荷側回路Ｃ３4 の冷媒を冷却または加熱して、僅かな温度誤差を補正する。なお、子チラー装置ｃｈ４およびｃｈ９は、子チラー装置ｃｈ３の場合と同様に、負荷側回路で使用する冷媒（ｃｈ４は純水冷媒、ｃｈ９はフッ素系冷媒）が異なるだけであるので、子チラー装置ｃｈ９の図示および説明は省略する。
【００５１】
図８に示す子チラー装置ｃｈ５は、図１２に示すチラー装置３００と同様の構成で、メインタンク１１９に貯留されたフッ素系冷媒により負荷側回路Ｃ３5 の冷媒を冷却する。一次冷却水循環回路Ｃｗ5 、Ｃｗ5 ´には、一次冷却水バイパス流路１１０、１３０が設けられている。一次側回路Ｃ１5 の冷媒を冷却する必要がないとき、あるいは負荷側回路Ｃ３5 の冷媒の粗熱を除去する必要がないときには、一次冷却水がこれらのバイパス流路１１０、１３０により屋外冷却ユニット１０に戻される。このようにすると、高価なフッ素系冷媒を親チラー装置ｐ１で全て賄う必要がなくなり、且つ半導体製造システム２の仕様に応じて、温度制御の精度が高い単独のチラー装置を用いることができる。
【００５２】
図９に示すように、親チラー装置ｐ１、ｐ２、および子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９に取り付けられた温度センサの出力は、温度調節器１４０に入力される。シーケンサ１４１は、温度調節器１４０から送信される各部の温度情報に基づいて、冷却器、制御バルブ、ヒータ、およびペルチェ素子に対して前述のような制御を行う。
【００５３】
なお、子チラー装置ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ５、ｃｈ６、およびｃｈ７の負荷側回路として、図１０に示す負荷側回路Ｃ３10を用いてもよい。この負荷側回路Ｃ３10では、抵抗バルブ１５７の抵抗に抗して供給流路１５１から供給される冷媒が、ポンプ１５０により循環される。バイパス流路１５３は、負荷側回路Ｃ３10に供給する直前で冷媒が戻されるように、抵抗バルブ１５７の直前に配置されている。抵抗バルブ１５７を通過しない冷却水は、このバイパス流路１５３および戻り流路１５２を介して冷媒供給源に戻される。
【００５４】
制御バルブ１５５は、負荷Ｗ１０の下流側に配置されている。負荷側回路Ｃ３10では、この制御バルブ１５５の開度に応じて負荷Ｗ１０で加熱された冷媒を引き抜き、引き抜いた分の冷媒を供給流路１５１から供給する。このようにすると、二次側冷媒と負荷側冷媒とを合流させて混合する混合タンクが不要になり、混合タンクによって負荷側回路の温度追随性を阻害されることが抑制される。なお、この場合、上記実施形態で混合タンクに組み込まれるヒータは、ポンプ１５０の前後に配置すればよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のチラー装置によれば、冷却水を冷却するクーリングタワーと、クーリングタワーの冷却能力を補うように冷却水を冷却する補助冷却器と、クーリングタワー、補助冷却器、および冷却水循環回路に冷却水を供給するとともに、これらから戻された冷却水が貯留される冷却水タンクと、冷却水タンク内の冷却水温度に基づいて、クーリングタワーおよび補助冷却器に供給される冷却水の流量、並びに補助冷却器の動作を制御する制御手段とを設けたので、屋外冷却器の消費エネルギーを必要最小限に抑えることができ、装置の省エネルギー化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチラー装置を適用した半導体製造システムの概略図である。
【図２】半導体製造システムの配管系統を示すブロック図である。
【図３】屋外冷却ユニットの構成を示す回路図である。
【図４】親チラー装置の構成を示す回路図である。
【図５】子チラー装置ｃｈ１の構成を示す回路図である。
【図６】子チラー装置ｃｈ３の構成を示す回路図である。
【図７】子チラー装置ｃｈ４の構成を示す回路図である。
【図８】子チラー装置ｃｈ５の構成を示す回路図である。
【図９】チラー装置の制御手順を示すブロック図である。
【図１０】負荷側回路の別の実施形態を示す回路図である。
【図１１】従来のチラー装置を示す回路図である。
【図１２】従来のチラー装置を示す回路図である。
【符号の説明】
２ 半導体製造システム
１０ 屋外冷却ユニット
１１ 一次冷却水配管
１１ａ 冷却水供給流路
１１ｂ 冷却水戻り流路
１２ 純水冷媒配管
１２ａ 純水冷媒供給流路
１２ｂ 純水冷媒戻り流路
１３ フッ素系冷媒配管
１３ａ フッ素系冷媒供給流路
１３ｂ フッ素系冷媒戻り流路
１４ａ〜１４ｎ 分岐冷却水供給流路
１５ａ〜１５ｎ 分岐冷却水戻り流路
１６ａ、１６ｂ 分岐純水冷媒供給流路
１７ａ、１７ｂ 分岐純水冷媒戻り流路
１８ａ、１８ｂ 分岐フッ素系冷媒供給流路
１９ａ、１９ｂ 分岐フッ素系冷媒戻り流路
２０ クーリングタワー
２１ 屋外冷却器
２２ 一次冷却水タンク
３３ 温度センサ
３５、３６、５２、５７ 制御バルブ
３７ コントローラ
６４ 混合タンク
１０１ ペルチェ素子
１４０ 温度調節器
１４１ シーケンサ
ｐ１、ｐ２ 親チラー装置
ｃｈ１〜ｃｈ９ 子チラー装置
Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１5 、Ｃ１10 一次側回路
Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２5 、Ｃ２10 二次側回路
Ｃ３1 、Ｃ３3 、Ｃ３4 、Ｃ３5 、Ｃ３10 負荷側回路
Claims (1)
- 複数配列された負荷に配置された複数のチラー装置と、
冷却水を冷却する冷却ユニットと、
前記複数のチラー装置と前記冷却ユニットとの間で冷却水を循環させる冷却水循環回路とを備え、
前記複数のチラー装置は、負荷が要求する温度となるように温度調節された冷媒を、負荷に対して循環させる冷媒循環回路と、
前記冷媒循環回路を循環される冷媒と前記冷却水循環回路を循環される冷却水との熱交換を行う熱交換器とを有し、
前記冷却ユニットは、前記冷却水循環回路に冷却水を供給するとともに、前記冷却水循環回路から冷却水が戻される冷却水タンクと、
前記冷却水タンク内の冷却水を空冷するクーリングタワーと、
前記クーリングタワーによる冷却で冷却水が要求する温度に達しないとき、前記冷却水タンク内の冷却水と熱交換してこれを冷却する補助冷却器とを有し、
前記冷却水循環回路は、前記複数のチラー装置の前記熱交換器を経由して、冷却水により冷媒を冷却した後、当該熱交換に使用された冷却水を前記冷却ユニットに向けて戻すための冷却水供給流路と、
前記冷却水供給流路と切換え可能とされ、前記熱交換器を経由せずに熱交換に使用されない冷却水を、前記冷却ユニットに向けて戻す冷却水バイパス流路とを有し、前記複数のチラー装置のうち、前記冷媒循環回路を循環される冷媒が負荷の要求温度に対して所定温度以上高いことが検出されたとき、前記一次冷却水を前記冷却水供給流路に通して前記冷媒の粗熱を除去可能な構成としたことを特徴とするチラー装置。
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