JP4236477B2

JP4236477B2 - Chiller device

Info

Publication number: JP4236477B2
Application number: JP2003039858A
Authority: JP
Inventors: 一喜岩元; 芳男大河原; 恭史三宅
Original assignee: イノテック株式会社
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP2004251485A

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１０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１１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、冷却器３０１、および冷媒を循環するポンプ３０２を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器３０３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３０４、バイパス流路３０５、および供給流路３０６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３０７、および混合タンク３０８を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００７】
供給流路３０６には、制御バルブ３０９が設けられている。この制御バルブ３０９の下流側は、混合タンク３０８に接続されている。混合タンク３０８は、流路３１０を介してメインタンク３１１に接続され、ポンプ３０７の吸い込み流路３１２と負荷Ｗの下流側の戻り流路３１３とに接続している。バイパス流路３０５には、バルブ３１４が設けられており、このバルブ３１４の下流側はメインタンク３１１に接続されている。
【０００８】
制御バルブ３０９の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度センサ３１５が接続されたコントローラ３１６からの出力信号に応じて制御される。コントローラ３１６には、温度センサ３１５の他に、メインタンク３１１から流出する冷媒の温度を検出する温度センサ３１７、一次側回路Ｃ１の冷却器３０１、およびポンプ３０２が接続されている。このコントローラ３１６は、温度センサ３１７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冷却器３０１およびポンプ３０２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】
【特許文献１】
特許第３０９５３７７号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなチラー装置３００で複数の負荷を冷却する場合、異なった設定温度をもつ複数の負荷側回路に対して、これらの設定温度の全てよりも低い温度に二次側回路Ｃ２の冷媒温度を冷却すれば、バルブ制御により各々の負荷側回路に流入する冷媒の流量を調節することによって温度制御が可能となる。この場合、負荷側回路Ｃ３の冷媒が設定温度にあるときには、負荷側回路Ｃ３の冷媒をこれ以上冷却しないために、制御バルブを閉じ、冷媒をバイパス流路からメインタンクに戻す必要がある。しかしながら、チラー装置３００では、二次側回路Ｃ２にバイパス流路３０５が設けられているため、複数の負荷を冷却する際の各負荷側回路の温度追随性を考慮すると、好ましい態様とは言い難い。
【００１１】
本発明は、複数の負荷を冷却する際、各々の設定温度に各負荷側回路の冷媒温度を速やかに追随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。
【００１２】
【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、冷却器と、冷却器により冷却された一次側冷媒が循環される一次側回路と、一次側冷媒と熱交換する二次側冷媒が貯留されるタンクと、二次側冷媒が循環される二次側回路と、負荷を冷却する負荷側冷媒が循環される複数の負荷側回路とを備えたチラー装置において、前記二次側回路を、前記タンクから負荷側回路に向けて二次側冷媒を供給する冷媒供給流路と、冷媒供給流路を経由した二次側冷媒を前記タンクに戻す冷媒戻り流路と、前記冷媒供給流路から分岐して、負荷側回路に二次側冷媒を供給する分岐冷媒供給流路と、前記冷媒戻り流路から分岐して、負荷側回路から二次側冷媒を戻す分岐冷媒戻り流路と、負荷側回路で使用されない二次側冷媒を、前記分岐冷媒供給流路から冷媒戻り流路に戻す冷媒バイパス流路とから構成するとともに、前記負荷側回路に供給する直前で二次側冷媒が戻されるように、前記冷媒バイパス流路を配置したことを特徴とする。
【００１３】
また、前記複数の負荷側回路の少なくとも一部に、冷却水と熱交換することにより負荷側冷媒を冷却する熱交換手段を設け、前記熱交換手段を、冷却水冷却器と、この冷却水冷却器から前記複数の負荷側回路に向けて冷却水を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冷却水冷却器に戻す冷却水戻り流路と、冷却水供給流路から分岐して、前記複数の負荷側回路の少なくとも一部に冷却水を供給する分岐冷却水供給流路と、冷却水戻り流路から分岐して、前記複数の負荷側回路の少なくとも一部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し、前記負荷側回路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。
【００１４】
【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。
【００１５】
子チラー装置ｃｈ１〜ｃｈ９は、半導体製造装置ｓ１〜ｓ９の負荷Ｗ１〜Ｗ９（図４〜７参照）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器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。
【００１６】
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器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器１０に戻された一次冷却水は、屋外冷却器１０で再度冷却され、流路１１ａ、１１ｂで再度循環される。
【００１７】
屋外冷却器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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図３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２０ａ、２０ｂ、凝縮器２１ａ、２１ｂ、膨張弁２２ａ、２２ｂ、および熱交換器２３ａ、２３ｂ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２０ａ、２０ｂ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２１ａ、２１ｂにより液化された後、膨張弁２２ａ、２２ｂによりガス化され、熱交換器２３ａ、２３ｂ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２０ａ、２０ｂ、凝縮器２１ａ、２１ｂ、膨張弁２２ａ、２２ｂ、および熱交換器２３ａ、２３ｂは、冷却器を構成している。
【００２４】
二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂには、二次側ポンプ２４ａ、２４ｂ、メインタンク２５ａ、２５ｂ、および温度センサ２６ａ〜２８ａ、２６ｂ〜２８ｂが設けられている。メインタンク２５ａ、２５ｂ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２４ａ、２４ｂの上流側とが接続されている。メインタンク２５ａ、２５ｂ内の冷媒は、二次側ポンプ２４ａ、２４ｂにより二次側回路Ｃ２ａ、Ｃ２ｂを循環し、熱交換器２３ａ、２３ｂ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、各戻り流路１２ｂ、１３ｂを介してメインタンク２５ａ、２５ｂに戻される。
【００２５】
温度センサ２６ａ、２６ｂは、メインタンク２５ａ、２５ｂから流出する冷媒の温度を、温度センサ２７ａ、２７ｂは、熱交換器２３ａ、２３ｂにより冷却された冷媒の温度を、温度センサ２８ａ、２８ｂは、各戻り流路１２ｂ、１３ｂを介してメインタンク２５ａ、２５ｂに戻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２６ａ〜２８ａ、２６ｂ〜２８ｂの出力信号は、温度調節器１２０（図８参照）に送信される。
【００２６】
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３２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２５ａ、２５ｂから流出する冷媒の温度を検出する温度センサ２６ａ、２６ｂ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２４ａ、２４ｂ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。
【００２７】
図４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３０、温度センサ３１、制御バルブ３２、および抵抗バルブ３３、３４が設けられている。純水冷媒バイパス流路３０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３２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３２を通過しない純水冷媒は、この純水冷媒バイパス流路３０および純水冷媒戻り流路１２ｂを介してメインタンク２５ａに戻される。
【００２８】
温度センサ３１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３２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４１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３２は、全開または全閉となる場合がある。抵抗バルブ３３、３４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３０を通過する制御バルブ３２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３２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。
【００２９】
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３５、温度センサ３６、制御バルブ３７、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３７は、温度センサ３６、４２により制御され、温度センサ４２の出力が温度センサ３６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３５は、制御バルブ３７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３７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３７を通過しない冷却水は、この冷却水バイパス流路３５、分岐冷却水戻り流路１５ｃ、および冷却水戻り流路１１ｂを介して屋外冷却器１０に戻される。
【００３０】
温度センサ３６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３７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３９に供給する一次冷却水の流量を制御する。抵抗バルブ３８は、冷却水バイパス流路３５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３９を介して制御バルブ３７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。
【００３１】
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４０、温度センサ４１〜４３、および混合タンク４４が設けられている。温度センサ４１は、負荷側ポンプ４０から流出する冷媒の温度を、温度センサ４２は、負荷Ｗ１の戻り側の冷媒の温度を、温度センサ４３は、熱交換器３９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４１〜４３の出力信号は、温度調節器１２０（図８参照）に送信される。
【００３２】
子チラー装置ｃｈ１は、温度センサ４１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４１および４３の出力が同一であるときには、制御バルブ３２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４１の出力が設定温度以上になった場合は、温度センサ３１の出力を考慮しながら制御バルブ３２を開き、二次側回路Ｃ２ａの冷媒を混合タンク４４に導入する。
【００３３】
一次冷却水循環回路Ｃｗ₁は、温度センサ４２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３６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４２の出力よりも低い場合に、制御バルブ３７を開いて一次冷却水を熱交換器３９に導入する。
【００３４】
混合タンク４４は、制御バルブ３２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４４内には、温度センサ４１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。
【００３５】
混合タンク４４には、予備タンク４５が接続されている。この予備タンク４５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３２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４５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。
【００３６】
次に、図３および図４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２４ａ、および負荷側ポンプ４０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２３ａ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４１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３２は閉じられ、冷媒は純水冷媒バイパス流路３０を経由してメインタンク２５ａ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４０により冷媒が循環した状態となる。
【００３７】
一方、温度センサ４１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１２１（図８参照）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３２の開度が調節される。制御バルブ３２が開くと、その開度に応じた流量の冷媒が混合タンク４４に流入する。制御バルブ３２を通過しない冷媒は、純水冷媒バイパス流路３０を経由してメインタンク２５ａに戻される。
【００３８】
混合タンク４４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４４から負荷側ポンプ４０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４４、分岐純水冷媒戻り流路１７ａを経由してメインタンク２５ａに戻される。
【００３９】
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。
【００４０】
図５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５０、温度センサ５１、制御バルブ５２、抵抗バルブ５３、および熱交換器５４が設けられている。冷却水バイパス流路５０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５２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５２を通過しない冷却水は、この冷却水バイパス流路５０、分岐冷却水戻り流路１５ｅ、および冷却水戻り流路１１ｂを介して屋外冷却器１０に戻される。
【００４１】
温度センサ５１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５２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５１、６１の出力を比較することにより）開度を調節し、熱交換器５４に供給する一次冷却水の流量を制御する。抵抗バルブ５３は、冷却水バイパス流路５０を通過する一次冷却水の抵抗として作用する。熱交換器５４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。
【００４２】
図６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３２を閉じて使用した状態と同様で、ペルチェ素子８１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８１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。
【００４３】
図７に示す子チラー装置ｃｈ５は、一次冷却水循環回路Ｃｗ₅、Ｃｗ₅´が設けられている以外は、図１１に示すチラー装置３００と同様の構成で、メインタンク９９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９０、１１０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９０、１１０により屋外冷却器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。
【００４４】
図８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１２０に入力される。シーケンサ１２１は、温度調節器１２０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。
【００４５】
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９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１３７の抵抗に抗して供給流路１３１から供給される冷媒が、ポンプ１３０により循環される。バイパス流路１３３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１３７の直前に配置されている。抵抗バルブ１３７を通過しない冷却水は、このバイパス流路１３３および戻り流路１３２を介して冷媒供給源に戻される。
【００４６】
制御バルブ１３５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１３５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１３１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１３０の前後に配置すればよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のチラー装置によれば、負荷側回路に供給する直前で二次側冷媒が戻されるように冷媒バイパス流路を配置したので、複数の負荷を冷却する際に、各々の設定温度に各負荷側回路の冷媒温度を速やかに追随させることができる。したがって、温度制御の精度が向上するとともに、装置の省エネルギー化に寄与することができる。
【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】親チラー装置の構成を示す回路図である。
【図４】子チラー装置ｃｈ１の構成を示す回路図である。
【図５】子チラー装置ｃｈ３の構成を示す回路図である。
【図６】子チラー装置ｃｈ４の構成を示す回路図である。
【図７】子チラー装置ｃｈ５の構成を示す回路図である。
【図８】チラー装置の制御手順を示すブロック図である。
【図９】負荷側回路の別の実施形態を示す回路図である。
【図１０】従来のチラー装置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。
【符号の説明】
２半導体製造システム
１０屋外冷却器
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
２５ａ、２５ｂメインタンク
３０純水冷媒バイパス流路
３２、３７制御バルブ
３５冷却水バイパス流路
４４混合タンク
８１ペルチェ素子
１２０温度調節器
１２１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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chiller device that controls temperature of a load in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor manufacturing / processing processes, it is necessary to strictly control the temperature of a wafer as a substrate in order to keep the film quality of a semiconductor layer to be formed, the concentration of impurities implanted into the semiconductor layer, and the like. In a conventional semiconductor manufacturing apparatus, for example, a chiller apparatus 200 shown in FIG. 10 is used to perform temperature management for each process (see Patent Document 1).
[0003]
The chiller device 200 includes a cooler 201 and a primary circuit C1 provided with a pump 202 for circulating refrigerant, a pump 204 that circulates refrigerant that exchanges heat with the refrigerant in the primary circuit C1 via a heat exchanger 203, and a buffer. A secondary circuit C2 having a tank 205 and a resistance channel 206, a pump 207 for circulating a load-side refrigerant for cooling the load W, and a load-side circuit C3 having a resistance channel 208 are configured. .
[0004]
The secondary side circuit C2 and the load side circuit C3 are connected by communication channels 209 and 210. The communication channel 210 is provided with a control valve 211 that controls the flow rate of the refrigerant flowing through the communication channel 210. The opening degree of the control valve 211 is controlled according to an output signal from the temperature regulator 212 that detects the temperature of the load W. In this way, the accuracy of temperature control is improved, and it is possible to respond quickly even when the temperature fluctuation of the load W is large. In addition, there is an advantage that the entire apparatus is downsized and the degree of freedom in installation conditions is increased.
[0005]
In the chiller device 200, the refrigerant temperature of the secondary side circuit C2 is controlled to a constant temperature (for example, a set temperature of −3 ° C. ± 1 to 0.5 ° C.) slightly lower than the set temperature of the refrigerant of the load side circuit C3. . Therefore, the cooler 201 is always operated, and the refrigerant temperature of the primary circuit C1 supplied to the heat exchanger 203 is controlled by hot gas bypass control of the primary circuit C1 or inverter control of the cooler 201. The refrigerant in the load side circuit C3 needs to be frequently heated by the heater 213 so that the refrigerant temperature in the load side circuit C3 does not fall below the set temperature, which consumes enormous energy.
[0006]
In order to solve the above problems, the present inventor has devised a chiller device 300 as shown in FIG. The chiller device 300 includes a cooler 301 and a primary side circuit C1 including a pump 302 that circulates a refrigerant, and a pump 304 that circulates a refrigerant that exchanges heat with the refrigerant of the primary side circuit C1 through a heat exchanger 303. A secondary side circuit C2 having a bypass flow path 305 and a supply flow path 306, a pump 307 for circulating a load side refrigerant for cooling the load W, and a load side circuit C3 having a mixing tank 308 are configured. The
[0007]
A control valve 309 is provided in the supply channel 306. The downstream side of the control valve 309 is connected to the mixing tank 308. The mixing tank 308 is connected to the main tank 311 via the flow path 310 and is connected to the suction flow path 312 of the pump 307 and the return flow path 313 on the downstream side of the load W. The bypass channel 305 is provided with a valve 314, and the downstream side of the valve 314 is connected to the main tank 311.
[0008]
The opening degree of the control valve 309 is controlled according to an output signal from a controller 316 to which a temperature sensor 315 that detects the temperature of the load W is connected. In addition to the temperature sensor 315, the controller 316 is connected to a temperature sensor 317 that detects the temperature of the refrigerant flowing out of the main tank 311, the cooler 301 of the primary circuit C1, and the pump 302. In response to the detection signal from the temperature sensor 317, the controller 316 operates the cooler 301 and the pump 302 until the temperature is cooled to a preset lower limit set temperature. Stop operation. Thereby, the energy saving of an apparatus is realizable.
[0009]
[Patent Document 1]
Patent No. 3095377
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a plurality of loads are cooled by the chiller device 300 as described above, the secondary side circuit C2 is set to a temperature lower than all of these set temperatures with respect to a plurality of load side circuits having different set temperatures. If the refrigerant temperature is cooled, the temperature can be controlled by adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into each load side circuit by valve control. In this case, when the refrigerant in the load side circuit C3 is at the set temperature, it is necessary to close the control valve and return the refrigerant from the bypass flow path to the main tank in order not to further cool the refrigerant in the load side circuit C3. However, in the chiller device 300, since the bypass channel 305 is provided in the secondary side circuit C2, it is difficult to say that it is a preferable mode in consideration of the temperature followability of each load side circuit when cooling a plurality of loads. .
[0011]
An object of the present invention is to provide a chiller device capable of quickly following the refrigerant temperature of each load side circuit to each set temperature when cooling a plurality of loads.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cooler, a primary circuit in which a primary refrigerant cooled by the cooler is circulated, and a tank in which a secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant is stored. And a chiller device comprising: a secondary circuit in which the secondary refrigerant is circulated; and a plurality of load circuits in which the load-side refrigerant that cools the load is circulated. A refrigerant supply passage for supplying a secondary refrigerant toward the load side circuit, a refrigerant return passage for returning the secondary refrigerant via the refrigerant supply passage to the tank, and a branch from the refrigerant supply passage. A branch refrigerant supply flow path for supplying secondary refrigerant to the load side circuit, a branch refrigerant return flow path for branching from the refrigerant return flow path and returning the secondary side refrigerant from the load side circuit, and a load side circuit. Secondary refrigerant that is not used is transferred from the branched refrigerant supply channel to the refrigerant return channel. Together consist and to the refrigerant bypass flow path such that said secondary side refrigerant just before being fed to the load side circuit is returned, characterized in that a said refrigerant bypass flow path.
[0013]
Further, at least a part of the plurality of load-side circuits is provided with heat exchange means for cooling the load-side refrigerant by exchanging heat with cooling water, and the heat exchange means includes a cooling water cooler and the cooling water cooling A cooling water supply channel for supplying cooling water from the cooler toward the plurality of load side circuits, a cooling water return channel for returning the cooling water via the cooling water supply channel to the cooling water cooler, and a cooling water supply A branch cooling water supply channel that branches from the flow channel and supplies cooling water to at least a part of the plurality of load side circuits, and a branch from the cooling water return channel, and at least one of the plurality of load side circuits. A cooling water return flow path for returning cooling water from the section, and a cooling water bypass for returning cooling water not used for heat exchange to the branch cooling water return flow path among the cooling water supplied from the branch cooling water supply flow path To the heat exchanger of the load side circuit. As the cooling water is returned just before feeding, characterized in that a said cooling water bypass flow path.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor manufacturing system to which the chiller device of the present invention is applied. The semiconductor manufacturing system 2 includes semiconductor manufacturing devices s1 to s9, parent chiller devices p1 and p2, and child chiller devices ch1 to ch9, and is installed in a clean room in which dust / temperature / humidity is controlled. The semiconductor manufacturing apparatuses s1 to s9 are configured by a CVD or PVD apparatus for forming a semiconductor film, a vacuum deposition apparatus, an implant apparatus for implanting impurities into a semiconductor, or the like. As the parent chiller devices p1 and p2, those using pure water refrigerant and fluorine-based refrigerant are illustrated.
[0015]
The child chiller devices ch1 to ch9 perform temperature control so that the temperatures of the loads W1 to W9 (see FIGS. 4 to 7) of the semiconductor manufacturing devices s1 to s9 become the respective set temperatures. A primary cooling water pipe 11 through which primary cooling water from the outdoor cooler 10 installed outside the clean room circulates is connected to the parent chiller devices p1 and p2 and the child chiller devices ch1 to ch9. The child chiller devices ch1 and ch6 are connected to a pure water refrigerant pipe 12 (shown by a broken line) through which pure water refrigerant from the parent chiller device p1 circulates, and the child chiller devices ch2 and ch7 are connected to the parent chiller device p2. A fluorine-based refrigerant pipe 13 (indicated by a one-dot chain line) through which the fluorine-based refrigerant from is circulated is connected.
[0016]
In FIG. 2 which shows the piping system of the semiconductor manufacturing system 2, the primary cooling water pipe 11 includes a cooling water supply flow path 11a piped through the vicinity of the parent chiller devices p2 and p1 and the child chiller devices ch1 to ch9, Contrary to the cooling water supply flow path 11a, the cooling water return flow path 11b returns the primary cooling water in the order of the child chiller devices ch9 to ch1 and the parent chiller devices p1 and p2, and these flow paths 11a and 11b. The primary cooling water is circulated to the outdoor cooler 10 via the. The primary cooling water returned to the outdoor cooler 10 via the cooling water return flow path 11b is cooled again by the outdoor cooler 10 and circulated again through the flow paths 11a and 11b.
[0017]
The primary cooling water supplied from the outdoor cooler 10 is respectively supplied to the parent chiller devices p1 and p2 and the child chiller devices ch1 to ch9 via the branched cooling water supply channels 14a to 14n branched from the cooling water supply channel 11a. Supplied. Further, branch cooling water return channels 15a to 15n for returning the primary cooling water to the cooling water return channel 11b are disposed from the parent chiller devices p1 and p2 and the child chiller devices ch1 to ch9. Here, the child chiller devices ch3, ch5, and ch8 have two branch cooling water supply channels and branch cooling water return channels (14e, 15e and 14f, 15f for ch3, 14h, 15h and 14i, 15i for ch5). , Ch8 are provided 14l, 15l and 14m, 15m), and the secondary chiller devices ch3, ch5 and ch8 supply and return the primary cooling water in these two systems.
[0018]
The pure water refrigerant pipe 12 is connected to the pure water refrigerant supply channel 12a that is routed through the vicinity of the sub chiller devices ch1 to ch6, and the pure water refrigerant supply channel 12a is opposite to the sub chiller devices ch6 to ch1. The pure water refrigerant return flow path 12b returns the pure water refrigerant in this order, and the pure water refrigerant is circulated to the parent chiller device p1 through these flow paths 12a and 12b. The pure water refrigerant returned to the parent chiller device p1 via the pure water refrigerant return channel 12b is cooled again by the parent chiller device p1, and is circulated again through the channels 12a and 12b.
[0019]
The pure water refrigerant supplied from the parent chiller device p1 is supplied to the child chiller devices ch1 and ch6 via the branched pure water refrigerant supply channels 16a and 16b branched from the pure water refrigerant supply channel 12a. In addition, branch pure water refrigerant return channels 17a and 17b for returning the pure water refrigerant to the pure water refrigerant return channel 12b are provided from the child chiller devices ch1 and ch6.
[0020]
The fluorine-based refrigerant pipe 13 includes a fluorine-based refrigerant supply channel 13a that is piped through the vicinity of the child chiller devices ch1 to ch7, and the child-chiller devices ch7 to ch1 opposite to the fluorine-based refrigerant supply channel 13a. The fluorine-based refrigerant return flow path 13b to which the fluorine-based refrigerant supplied in this order is returned, and the fluorine-based refrigerant is circulated to the parent chiller device p2 through these flow paths 13a and 13b. . The fluorine-based refrigerant returned to the parent chiller device p2 via the fluorine-based refrigerant return channel 13b is cooled again by the parent chiller device p2, and is circulated again through the channels 13a and 13b.
[0021]
The fluorine-based refrigerant supplied from the parent chiller device p2 is supplied to the child chiller devices ch2 and ch7 via the branched fluorine-based refrigerant supply channels 18a and 18b branched from the fluorine-based refrigerant supply channel 13a. Further, branch fluorinated refrigerant return channels 19a and 19b for returning the fluorinated refrigerant to the fluorinated refrigerant return channel 13b are disposed from these child chiller devices ch2 and ch7.
[0022]
Here, in the piping system example of FIG. 2, primary cooling water, pure water refrigerant, and fluorine-based refrigerant are circulated through each of the pipes 11, 12, and 13, and there are a plurality of primary cooling water, pure water refrigerant, and fluorine-based refrigerant. (For example, the primary cooling water is supplied to the parent chiller devices p1 and p2 and the child chiller devices ch1 to ch9, the pure water refrigerant is supplied to the child chiller devices ch1 and ch6, and the fluorine-based refrigerant is supplied to the chiller device. Child chiller devices ch2 and ch7 are respectively supplied and returned), and neither the pure water refrigerant nor the fluorine-based refrigerant is supplied from the parent chiller devices p1 and p2 (ch3 to ch5, ch8 and ch9) are also exemplified, but these child chiller devices ch1 to ch9 may be the same type of child chiller devices (for example, ch1 or ch3). Its configuration can be appropriately changed according to the specifications of the semiconductor manufacturing system 2. Further, the pipes 11, 12 and 13 may be changed according to the child chiller device to be used. For example, in the case where only the ch1 and ch2 type child chiller devices are configured, the pipe 12, 13 may be disposed so as to supply the refrigerant to the whole child chiller device. Furthermore, when the child chiller devices ch1 to ch9 are configured to require only one of pure water refrigerant and fluorine-based refrigerant, the parent chiller devices p1 and p2 and the pipes 12 and 13 are connected. It may be omitted.
[0023]
As shown in FIG. 3, the parent chiller devices p1 and p2 are respectively composed of primary side circuits C1a and C1b and secondary side circuits C2a and C2b. The primary circuits C1a and C1b are provided with compressors 20a and 20b, condensers 21a and 21b, expansion valves 22a and 22b, and heat exchangers 23a and 23b. The refrigerant gas in the primary side circuits C1a and C1b is compressed by the compressors 20a and 20b to be in a high temperature / high pressure state. The refrigerant gas that has reached a high temperature / high pressure state is liquefied by the condensers 21a and 21b, and then gasified by the expansion valves 22a and 22b, and is then supplied to the refrigerant in the secondary circuits C2a and C2b via the heat exchangers 23a and 23b. Cool down. The compressors 20a and 20b, the condensers 21a and 21b, the expansion valves 22a and 22b, and the heat exchangers 23a and 23b constitute a cooler.
[0024]
Secondary circuits C2a and C2b are provided with secondary pumps 24a and 24b, main tanks 25a and 25b, and temperature sensors 26a to 28a and 26b to 28b. Predetermined amounts of pure water refrigerant and fluorine-based refrigerant are stored in the main tanks 25a and 25b, and the pure water refrigerant return flow path 12b, the fluorine-based refrigerant return flow path 13b, and the upstream side of the secondary pumps 24a and 24b. Side is connected. The refrigerant in the main tanks 25a and 25b is circulated through the secondary circuits C2a and C2b by the secondary pumps 24a and 24b and cooled by the heat exchangers 23a and 23b, and then the pure water refrigerant supply channel 12a and fluorine It is supplied to the child chiller devices ch1, ch6 and ch2, ch7 through the system refrigerant supply flow path 13a. The refrigerant from the child chiller devices ch1, ch6 and ch2, ch7 is returned to the main tanks 25a, 25b via the return flow paths 12b, 13b.
[0025]
The temperature sensors 26a and 26b are the temperatures of the refrigerant flowing out of the main tanks 25a and 25b, the temperature sensors 27a and 27b are the temperatures of the refrigerant cooled by the heat exchangers 23a and 23b, and the temperature sensors 28a and 28b are The temperature of the refrigerant returned to the main tanks 25a and 25b via the return flow paths 12b and 13b is detected. Output signals of these temperature sensors 26a to 28a and 26b to 28b are transmitted to the temperature regulator 120 (see FIG. 8).
[0026]
The temperature of the refrigerant in the parent chiller devices p1, p2 is lower than the set temperature of the load controlled by the child chiller devices ch1, ch2, ch6, ch7, and can be controlled by opening / closing a control valve 32 described later. The temperature range is set (for example, −5 to −20 ° C. from the set temperature of the child chiller device). When the outputs of the temperature sensors 26a and 26b that detect the temperature of the refrigerant flowing out from the main tanks 25a and 25b become higher than the set temperature range, the parent chiller devices p1 and p2 are connected to the coolers and secondarys of the primary side circuits C1a and C1b. The side pumps 24a and 24b are operated, and when the lower limit value of the set temperature is reached, these operations are stopped.
[0027]
As shown in FIG. 4, the child chiller device ch1 has a refrigerant circulation circuit Cr. ₁ And primary cooling water circulation circuit Cw ₁ And load side circuit C3 ₁ It consists of. Refrigerant circuit Cr ₁ In addition to the branched pure water refrigerant supply channel 16a and the branched pure water refrigerant return channel 17a, a pure water refrigerant bypass channel 30, a temperature sensor 31, a control valve 32, and resistance valves 33 and 34 are provided. It has been. The pure water refrigerant bypass channel 30 is connected to the load side circuit C3. ₁ The pure water refrigerant is disposed immediately before the control valve 32 so that the pure water refrigerant is returned immediately before being supplied to the pipe, and connects the branched pure water refrigerant supply flow path 16a and the pure water refrigerant return flow path 12b. The pure water refrigerant that does not pass through the control valve 32 is returned to the main tank 25a via the pure water refrigerant bypass passage 30 and the pure water refrigerant return passage 12b.
[0028]
The temperature sensor 31 detects the temperature of the refrigerant passing through the branched pure water refrigerant supply channel 16a. The control valve 32 is a load side circuit C3. ₁ The opening degree is adjusted according to the refrigerant temperature and the set temperature of the load circuit C3. ₁ The flow rate of the refrigerant supplied to is controlled. That is, the load side circuit C3 ₁ Depending on the output of the temperature sensor 41 for detecting the temperature of the refrigerant, the load side circuit C3 ₁ The refrigerant is supplied so that the set temperature becomes. Therefore, the control valve 32 may be fully open or fully closed. The resistance valves 33 and 34 return the refrigerant returned to the branched pure water refrigerant return flow path 17a according to the supply amount of the refrigerant and the refrigerant not supplied to the control valve 32 passing through the pure water refrigerant bypass flow path 30. Acts as a resistance. In addition, as the control valve 32, a needle type valve capable of highly accurate control from a minute flow rate to a large flow rate, for example, a general-purpose electronic expansion valve PKV type or EKV type manufactured by Kinomiya Seisakusho Co., Ltd. is used.
[0029]
Primary cooling water circuit Cw ₁ In addition to the branch cooling water supply flow path 14c and the branch cooling water return flow path 15c described above, a cooling water bypass flow path 35, a temperature sensor 36, a control valve 37, a resistance valve 38, and a heat exchanger 39 are provided. It has been. The control valve 37 is controlled by the temperature sensors 36 and 42, and is opened on condition that the output of the temperature sensor 42 is higher than the output of the temperature sensor 36, and vice versa. The cooling water bypass channel 35 is connected to the load side circuit C3 when the control valve 37 is closed. ₁ The branch cooling water supply flow path 14c and the branch cooling water return flow path 15c are connected to each other so that the cooling water is returned immediately before being supplied to the control valve 37. The cooling water that does not pass through the control valve 37 is returned to the outdoor cooler 10 through the cooling water bypass flow path 35, the branch cooling water return flow path 15c, and the cooling water return flow path 11b.
[0030]
The temperature sensor 36 detects the temperature of the primary cooling water that passes through the branch cooling water supply flow path 14c. The control valve 37 is connected to the load side circuit C3. ₁ The opening degree is adjusted in accordance with the refrigerant temperature and the set temperature, and the flow rate of the primary cooling water supplied to the heat exchanger 39 is controlled. The resistance valve 38 acts as a resistance of the primary cooling water that passes through the cooling water bypass passage 35. Load side circuit C3 ₁ The refrigerant is cooled to the primary cooling water that has passed through the control valve 37 via the heat exchanger 39, and the crude heat is removed. As a result, the refrigerant temperature of the secondary side circuit C2a is less likely to increase, and as a result, the refrigerant temperature of the secondary side circuit C2a can be kept within the set temperature range for a long time. Therefore, the time for which the cooler of the primary side circuit C1a operates can be shortened, and the energy saving of the apparatus can be further promoted.
[0031]
Load side circuit C3 ₁ Are provided with a load-side pump 40 that circulates a load-side refrigerant that cools the load W1, temperature sensors 41 to 43, and a mixing tank 44. The temperature sensor 41 indicates the temperature of the refrigerant flowing out of the load-side pump 40, the temperature sensor 42 indicates the temperature of the refrigerant on the return side of the load W1, and the temperature sensor 43 indicates the temperature of the refrigerant cooled by the heat exchanger 39. Detect each. The output signals of these temperature sensors 41 to 43 are transmitted to the temperature controller 120 (see FIG. 8).
[0032]
The child chiller device ch1 outputs the output of the temperature sensor 41 (load side circuit C3 ₁ When the temperature of the refrigerant is a preset temperature, or when the outputs of the temperature sensors 41 and 43 are the same, the control valve 32 is closed and the load side circuit C3 is closed. ₁ Prevent further cooling of the refrigerant. On the other hand, when the output of the temperature sensor 41 is equal to or higher than the set temperature, the control valve 32 is opened while taking the output of the temperature sensor 31 into consideration, and the refrigerant in the secondary side circuit C2a is introduced into the mixing tank 44.
[0033]
Primary cooling water circuit Cw ₁ The output of the temperature sensor 42 (the refrigerant temperature on the return side of the load W1) is higher than the set temperature, and the output of the temperature sensor 36 (the temperature of the primary cooling water passing through the branch cooling water supply flow path 14c) is the temperature sensor. When the output is lower than 42, the control valve 37 is opened to introduce the primary cooling water into the heat exchanger 39.
[0034]
The mixing tank 44 includes a refrigerant supplied via the control valve 32, and a load side circuit C3. ₁ The load side circuit C3 ₁ To supply. The mixing tank 44 incorporates a heater (not shown) that operates when the output of the temperature sensor 41 falls below a set temperature.
[0035]
A spare tank 45 is connected to the mixing tank 44. The reserve tank 45 stores pure water refrigerant, and loads the circuit C3 at the load side at the start of operation. ₁ It is provided to supply the refrigerant to the pipe and degas the piping. Further, if the control valve 32 is used with the control valve 32 closed as necessary, the configuration becomes the same as that of the child chiller devices ch4 and ch9, which will be described later, and the child chiller device ch1 is separated from the parent chiller device p1 as a single chiller device. Can be operated. Therefore, the load side circuit C3 ₁ It can be said that this configuration is extremely useful when changing the type of the refrigerant. In addition, it is preferable to arrange | position the reserve tank 45 above the child chiller apparatus ch1.
[0036]
Next, the operation of the child chiller device ch1 will be described with reference to FIG. 3 and FIG. With the start of operation of the semiconductor manufacturing system 2, the cooler of the primary side circuit C1a, the secondary side pump 24a, and the load side pump 40 are driven. The refrigerant of the primary circuit C1a cooled by the cooler cools the refrigerant of the secondary circuit C2a through the heat exchanger 23a. At this time, when the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor 41 (the temperature of the refrigerant supplied to the load W1) is equal to or lower than the set temperature, the control valve 32 is closed, and the refrigerant passes through the pure water refrigerant bypass passage 30. And returned to the main tank 25a. Load side circuit C3 ₁ Then, heat exchange with the refrigerant of the secondary side circuit C2a is not performed, and the refrigerant is circulated by the load-side pump 40.
[0037]
On the other hand, when the temperature of the refrigerant detected by the temperature sensor 41 becomes equal to or higher than the set temperature, a pulse signal corresponding to the detected temperature is output from the sequencer 121 (see FIG. 8), and the opening degree of the control valve 32 is adjusted. The When the control valve 32 is opened, a refrigerant having a flow rate corresponding to the opening degree flows into the mixing tank 44. The refrigerant that does not pass through the control valve 32 is returned to the main tank 25 a via the pure water refrigerant bypass passage 30.
[0038]
In the mixing tank 44, the refrigerant flowing from the secondary circuit C2a and the load circuit C3 ₁ Are mixed and mixed. The mixed refrigerant is sucked into the load-side pump 40 from the mixing tank 44 and cools the load W1 so as to reach the set temperature. The refrigerant that has cooled the load W1 is the primary coolant circulation circuit Cw. ₁ After the rough heat is removed, the flow returns to the main tank 25a via the mixing tank 44 and the branched pure water refrigerant return channel 17a again at a flow rate corresponding to the flow rate of the refrigerant flowing in from the secondary circuit C2a.
[0039]
Here, the child chiller devices ch1, ch2, ch6, and ch7 have the same configuration, except that ch1 and ch6 use pure water refrigerant, and ch2 and ch7 use fluorine-based refrigerant. Only the description of the other devices and the illustration thereof will be omitted.
[0040]
As shown in FIG. 5, the primary cooling water circulation circuit Cw of the child chiller device ch3 _Three Includes a cooling water bypass flow channel 50, a temperature sensor 51, a control valve 52, a resistance valve 53, and a heat exchanger 54 in addition to the branched cooling water supply flow channel 14e and the branched cooling water return flow channel 15e. It has been. The cooling water bypass channel 50 is connected to the load side circuit C3. _Three The branch cooling water supply flow path 14e and the branch cooling water return flow path 15e are connected to each other so that the cooling water is returned immediately before being supplied to the control valve 52. The cooling water that does not pass through the control valve 52 is returned to the outdoor cooler 10 through the cooling water bypass flow path 50, the branch cooling water return flow path 15e, and the cooling water return flow path 11b.
[0041]
The temperature sensor 51 detects the temperature of the primary cooling water that passes through the branch cooling water supply flow path 14e. The control valve 52 is connected to the load side circuit C3. _Three The opening degree is adjusted according to the refrigerant temperature and the set temperature (by comparing the outputs of the temperature sensors 51 and 61), and the flow rate of the primary cooling water supplied to the heat exchanger 54 is controlled. The resistance valve 53 acts as a resistance of the primary cooling water that passes through the cooling water bypass passage 50. The heat exchanger 54 includes primary cooling water and a load side circuit C3. _Three Heat exchange with the refrigerant of the load side circuit C3 _Three Cool the refrigerant. The child chiller device ch3 has a primary coolant circulation circuit Cw. _Three Using the load side circuit C3 _Three Only the point of cooling the refrigerant is different from that of ch1, and other configurations and operations are the same as those of ch1, and therefore, only the reference numerals are given to the components and the description thereof is omitted. Further, since the child chiller devices ch3 and ch8 are different only in the refrigerant (ch3 is a pure water refrigerant and ch8 is a fluorine-based refrigerant) used in the load side circuit, the illustration and description of the child chiller device ch8 are omitted.
[0042]
The child chiller device ch4 shown in FIG. 6 is similar to the state in which the control valve 32 is closed and used in the child chiller device ch1 as described above. _Four The only difference is that the temperature of the refrigerant is adjusted. In the child chiller device ch4, the primary cooling water circulation circuit Cw _Four Load side circuit C3 _Four The refrigerant is controlled to some extent at the set temperature, and the load side circuit C3 is controlled by the Peltier element 81. _Four Cool or heat the refrigerant to correct slight temperature errors. The child chiller devices ch4 and ch9 are similar to the child chiller device ch3 in that only the refrigerant (ch4 is pure water refrigerant and ch9 is a fluorine-based refrigerant) used in the load side circuit is different. Illustration and description of ch9 are omitted.
[0043]
The child chiller device ch5 shown in FIG. 7 has a primary coolant circulation circuit Cw. _Five , Cw _Five Except that 'is provided, the load-side circuit C3 is configured by the fluorine-based refrigerant stored in the main tank 99 with the same configuration as the chiller device 300 shown in FIG. _Five Cool the refrigerant. Primary cooling water circuit Cw _Five , Cw _Five The primary cooling water bypass passages 90 and 110 are provided at '. Primary side circuit C1 _Five When it is not necessary to cool the refrigerant or the load side circuit C3 _Five When it is not necessary to remove the rough heat of the refrigerant, the primary cooling water is returned to the outdoor cooler 10 through these bypass passages 90 and 110. In this way, it is not necessary to cover all of the expensive fluorine-based refrigerant with the parent chiller device p1, and a single chiller device with high temperature control accuracy can be used according to the specifications of the semiconductor manufacturing system 2.
[0044]
As shown in FIG. 8, the outputs of the temperature sensors attached to the parent chiller devices p <b> 1 and p <b> 2 and the child chiller devices ch <b> 1 to ch <b> 9 are input to the temperature regulator 120. The sequencer 121 performs the above-described control on the cooler, the control valve, the heater, and the Peltier element based on the temperature information of each part transmitted from the temperature controller 120.
[0045]
Note that the load side circuit C3 shown in FIG. 9 is used as the load side circuit of the child chiller devices ch1, ch2, ch5, ch6, and ch7. _Ten May be used. This load side circuit C3 _Ten Then, the refrigerant supplied from the supply flow path 131 against the resistance of the resistance valve 137 is circulated by the pump 130. The bypass flow path 133 is connected to the load side circuit C3. _Ten It arrange | positions just before the resistance valve 137 so that a refrigerant | coolant may be returned just before supplying it. Cooling water that does not pass through the resistance valve 137 is returned to the refrigerant supply source via the bypass flow path 133 and the return flow path 132.
[0046]
The control valve 135 is disposed on the downstream side of the load W10. Load side circuit C3 _Ten Then, the refrigerant heated by the load W10 is extracted according to the opening degree of the control valve 135, and the extracted refrigerant is supplied from the supply flow path 131. If it does in this way, the mixing tank which joins and mixes a secondary side refrigerant | coolant and a load side refrigerant | coolant will become unnecessary, and it will be suppressed that the temperature tracking property of a load side circuit is inhibited by a mixing tank. In this case, the heater incorporated in the mixing tank in the above embodiment may be disposed before and after the pump 130.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the chiller device of the present invention, since the refrigerant bypass flow path is arranged so that the secondary refrigerant is returned immediately before being supplied to the load side circuit, when cooling a plurality of loads, It is possible to quickly follow the refrigerant temperature of each load side circuit to the set temperature. Therefore, the accuracy of temperature control can be improved and the apparatus can contribute to energy saving.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor manufacturing system to which a chiller device of the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing a piping system of a semiconductor manufacturing system.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the parent chiller device.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the child chiller device ch1.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a child chiller device ch3.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a child chiller device ch4.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a child chiller device ch5.
FIG. 8 is a block diagram showing a control procedure of the chiller device.
FIG. 9 is a circuit diagram showing another embodiment of a load side circuit.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional chiller device.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a conventional chiller device.
[Explanation of symbols]
2 Semiconductor manufacturing system
10 Outdoor cooler
11 Primary cooling water piping
11a Cooling water supply flow path
11b Cooling water return flow path
12 Pure water refrigerant piping
12a Pure water refrigerant supply flow path
12b Pure water refrigerant return flow path
13 Fluorine refrigerant piping
13a Fluorine refrigerant supply channel
13b Fluorine refrigerant return flow path
14a-14n Branch cooling water supply flow path
15a-15n branch cooling water return flow path
16a, 16b Branch pure water refrigerant supply flow path
17a, 17b Branch pure water refrigerant return flow path
18a, 18b Branched fluorine refrigerant supply channel
19a, 19b Branched fluorine-based refrigerant return flow path
25a, 25b main tank
30 Pure water refrigerant bypass flow path
32, 37 Control valve
35 Cooling water bypass flow path
44 Mixing tank
81 Peltier element
120 Temperature controller
121 Sequencer
p1, p2 Parent chiller device
ch1-ch9 Child chiller device
C1a, C1b, C1 _Five , C1 _Ten Primary circuit
C2a, C2b, C2 _Five , C2 _Ten Secondary circuit
C3 ₁ , C3 _Three , C3 _Four , C3 _Five , C3 _Ten Load side circuit

Claims

A cooler, and a primary circuit in which a primary refrigerant cooled by the cooler is circulated;
A secondary circuit having a tank in which a secondary refrigerant that exchanges heat with the primary refrigerant is stored, and in which the secondary refrigerant is circulated;
In a chiller device comprising a plurality of load-side circuits in which a load-side refrigerant for cooling a plurality of loads is circulated,
A refrigerant supply flow path for supplying a secondary refrigerant from the secondary circuit toward a plurality of load circuits;
A refrigerant return flow path for returning the secondary side refrigerant via the refrigerant supply flow path to the secondary side circuit;
A plurality of branch refrigerant supply channels that branch from the refrigerant supply channel and supply secondary refrigerant to a plurality of load-side circuits;
A plurality of branch refrigerant return flow paths for returning the secondary side refrigerant from the plurality of load side circuits to the refrigerant return flow path;
When a command that the load side circuit does not need to supply the secondary side refrigerant is issued from any one of the plurality of load side circuits, the branch refrigerant supply channel and the branch refrigerant return channel are bypassed, A refrigerant bypass flow path controlled by the first valve so as to return the secondary side refrigerant from the refrigerant supply flow path to the refrigerant return flow path without supplying the secondary side refrigerant to the load side circuit;
A primary cooling water supply flow path for supplying primary cooling water from the primary cooling water cooler toward the plurality of load side circuits;
A primary cooling water return flow path for returning primary cooling water via the primary cooling water supply flow path to the primary cooling water cooler;
A plurality of branched primary cooling water supply channels that branch from the primary cooling water supply channel and supply the primary cooling water to the heat exchangers provided in the plurality of load-side circuits to cool the load-side refrigerant;
A plurality of branched primary cooling water return flow paths for returning the primary cooling water from the plurality of load side circuits to the primary cooling water return flow path;
A first temperature sensor for measuring the refrigerant temperature in the load side circuit, and a second temperature sensor for measuring the temperature of the primary cooling water supplied to the heat exchanger;
A second valve for adjusting the flow rate of the primary cooling water supplied to the heat exchanger according to the refrigerant temperature and the set temperature by the first temperature sensor of the plurality of load side circuits and the temperature of the primary cooling water by the second temperature sensor; ,
The primary cooling water is not supplied to the heat exchanger, the branch primary cooling water supply passage back to Ku primary cooling water return channel such that subjected fed to the heat exchanger from Suyo is valve controlled by a second valve It was composed of a cooling water bypass flow path chiller and wherein the kite.