JP4326353B2 - Ultra-low temperature refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、超低温冷凍装置に関し、特にそのバッファータンクの構成に関するものである。 The present invention relates to an ultra-low temperature refrigeration apparatus, and more particularly to the configuration of the buffer tank.
一般に、沸点の異なる二種類以上の冷媒を使用する混合冷媒方式の、この種の超低温冷凍装置では、装置の運転開始時等において、低沸点成分の冷媒が十分に凝縮しないために、吐出圧力が上昇して装置の耐圧を越える場合がある。 In general, in this type of ultra-low temperature refrigeration system that uses two or more types of refrigerants with different boiling points, the refrigerant with low boiling point components does not sufficiently condense at the start of operation of the apparatus, so the discharge pressure is low. It may rise and exceed the breakdown voltage of the device.
このため、別途バッファータンクを設け、このバッファータンクと冷媒回路とを、冷媒回路内の圧力が所定圧力(例えば設計耐圧)より高くなったときに作動する安全弁を備えたバイパス配管によって接続して、高圧の冷媒をバッファータンク内に一時的に逃がすことにより、吐出圧力を下げて運転できるようにしている。 For this reason, a separate buffer tank is provided, and this buffer tank and the refrigerant circuit are connected by a bypass pipe having a safety valve that operates when the pressure in the refrigerant circuit becomes higher than a predetermined pressure (for example, a design pressure resistance), By temporarily letting out the high-pressure refrigerant into the buffer tank, it is possible to operate with a lower discharge pressure.
さらに、バッファータンクと圧縮機の吸入側とを戻し管によって接続することで、バッファータンク内の冷媒を循環するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、近年、冷凍装置の冷却能力を上げるために、運転中及び停止中においても気相状態を保つ低沸点冷媒を使用することが多くなっており、このためバッファータンクの容量不足が問題となっている。 However, in recent years, in order to increase the cooling capacity of the refrigeration apparatus, a low-boiling point refrigerant that maintains a gas phase state during operation and stoppage is often used, and thus a lack of capacity in the buffer tank becomes a problem. ing.
このようなバッファータンクの容量不足を解消するためには、容積の大きいバッファータンクを用いればよい。しかし、タンク容積を単純に大きくしただけでは、タンクの設置スペースを確保するのが難しい。また、沸点の異なる冷媒はそれぞれ比重が異なるため、戻し管の接続位置によっては完全に循環することが困難な冷媒成分もあり、このため装置内の各部分での混合冷媒の成分比率が冷媒封入当初に比べて変動し、冷却性能が低下するおそれがある。 In order to solve such a shortage of the capacity of the buffer tank, a buffer tank having a large volume may be used. However, it is difficult to secure a tank installation space simply by increasing the tank volume. In addition, since refrigerants with different boiling points have different specific gravities, there are refrigerant components that are difficult to circulate completely depending on the connection position of the return pipe. There is a risk that the cooling performance will be reduced due to fluctuations compared to the initial one.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超低温冷凍装置の構成に改良を加えることにより、冷媒の低沸点化に伴うバッファータンクの大容量化を実現でき、且つバッファータンク内のガス冷媒を効率的に循環できるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to improve the configuration of the ultra-low temperature refrigeration apparatus, thereby realizing an increase in the capacity of the buffer tank accompanying the lowering of the boiling point of the refrigerant. In addition, an object is to efficiently circulate the gas refrigerant in the buffer tank.
本発明は、上記目的に対して、バッファータンクを複数設けて、それらバッファータンク同士を配管接続することでガス冷媒がタンク内をスムーズに循環するようにし、またタンク内でのガス冷媒の滞留を抑制してガス冷媒を効率的に循環できるようにした。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of buffer tanks and connects the buffer tanks to each other by piping so that the gas refrigerant circulates smoothly in the tank, and the gas refrigerant stays in the tank. The gas refrigerant can be circulated efficiently.
すなわち、請求項1の発明は、沸点が互いに異なる複数種類の冷媒を混合した混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記圧縮機から吐出された上記混合冷媒のうち高沸点の冷媒を冷却して液化する凝縮器と、
上記凝縮器で液化された混合冷媒を高沸点冷媒から低沸点冷媒へと順次液冷媒とガス冷媒とに分離する複数段の気液分離器と、
上記各気液分離器で分離された1次側のガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された2次側の液冷媒との間で熱交換させて冷却する複数段のカスケード熱交換器と、
上記複数段のうちの最終段のカスケード熱交換器から流出し且つ減圧された低沸点冷媒を蒸発させて冷却対象を超低温レベルに冷却する冷却器とが冷媒回路により接続され、
上記冷媒回路に、上記圧縮機の吐出圧力の異常上昇を抑制する複数のバッファータンクが接続され、
上記複数のバッファータンクは、少なくとも1つの第1のバッファータンクと、少なくとも1つの第2のバッファータンクとからなり、
上記第1及び第2のバッファータンクは、上記ガス冷媒を該第1及び第2のバッファータンク間に流通させる連通回路によって互いに接続され、
上記第1のバッファータンクが上記圧縮機の吐出側の冷媒回路に接続され、
上記連通回路が途中で上記圧縮機の吸込側の冷媒回路に接続されていることを特徴とする。
That is, the invention of
A condenser that cools and liquefies a high-boiling refrigerant among the mixed refrigerant discharged from the compressor;
A multi-stage gas-liquid separator that sequentially separates the mixed refrigerant liquefied by the condenser from a high boiling point refrigerant into a low boiling point refrigerant into a liquid refrigerant and a gas refrigerant;
A plurality of stages in which the primary-side gas refrigerant separated by the gas-liquid separators is cooled by heat exchange with the secondary-side liquid refrigerant separated and decompressed by the gas-liquid separators. A cascade heat exchanger,
A refrigerant circuit is connected to the cooler that evaporates the low-boiling point refrigerant that has flowed out from the cascade heat exchanger at the final stage of the plurality of stages and cools the cooling target to an ultra-low temperature level,
A plurality of buffer tanks for suppressing an abnormal increase in the discharge pressure of the compressor is connected to the refrigerant circuit ,
The plurality of buffer tanks comprises at least one first buffer tank and at least one second buffer tank,
The first and second buffer tanks are connected to each other by a communication circuit that circulates the gas refrigerant between the first and second buffer tanks,
The first buffer tank is connected to a refrigerant circuit on the discharge side of the compressor;
The communication circuit is connected to a refrigerant circuit on the suction side of the compressor on the way .
従って、本発明によれば、冷媒回路に複数のバッファータンクが接続されているから、タンクの容量不足を解消するために大容量のタンクを一つだけ接続する場合に比べて、工場内等で設置スペースを確保しやすくなる。さらに、複数のバッファータンクによりタンク容量を増加させたから、圧縮機の吐出圧力の異常上昇を抑制することができ装置を安定稼動させる上で有利となる。 Therefore, according to the present invention, since a plurality of buffer tanks are connected to the refrigerant circuit, compared with a case where only one large-capacity tank is connected in order to solve the shortage of tank capacity, the inside of the factory or the like. It becomes easy to secure installation space. Further, since the tank capacity is increased by a plurality of buffer tanks, an abnormal increase in the discharge pressure of the compressor can be suppressed, which is advantageous for stable operation of the apparatus .
また、第1及び第2のバッファータンクが連通回路によって互いに接続されているから、両タンク間で冷媒が流通される。これにより、タンク内でのガス冷媒の滞留を抑制して比重の異なる冷媒成分を完全に循環することができ、装置内の混合冷媒の成分比率が冷媒封入当初に比べ変動して冷却性能が低下することを防止できる。 Further, since the first and second buffer tanks are connected to each other by the communication circuit, the refrigerant is circulated between the two tanks. As a result, it is possible to completely circulate refrigerant components having different specific gravities by suppressing the retention of gas refrigerant in the tank, and the component ratio of the mixed refrigerant in the device fluctuates compared to the beginning of the refrigerant charging, resulting in reduced cooling performance. Can be prevented.
さらに、上記連通回路が途中で圧縮機の吸込側の冷媒回路に接続されているから、冷媒回路からバッファータンクに流入して圧縮機の吸込側に戻るガス冷媒がタンク内をスムーズに循環する。これにより、タンク内でのガス冷媒の滞留をより確実に抑制することができる。 Further, since the communication circuit is connected to the refrigerant circuit on the suction side of the compressor, the gas refrigerant flowing from the refrigerant circuit into the buffer tank and returning to the suction side of the compressor circulates smoothly in the tank. Thereby, the residence of the gas refrigerant in the tank can be more reliably suppressed .
以上のように、請求項1に係る発明によれば、冷媒回路に複数のバッファータンクが接続されているから、設置スペースの確保を図りながら、バッファータンクの大容量化により圧縮機の吐出圧力の異常上昇を抑制して装置を安定稼動させる上で有利となる。また、複数のバッファータンクが第1及び第2のバッファータンクからなり、それら第1及び第2のバッファータンクが連通回路によって互いに接続され、その連通回路の途中が圧縮機の吸込側の冷媒回路に接続されているから、冷媒回路からバッファータンクに流入して圧縮機の吸込側に戻る冷媒がタンク内をスムーズに循環して、タンク内でのガス冷媒の滞留をより確実に抑制することができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, since the plurality of buffer tanks are connected to the refrigerant circuit, the discharge pressure of the compressor can be reduced by increasing the capacity of the buffer tank while securing the installation space. This is advantageous in suppressing abnormal rise and stable operation of the apparatus . Further, a plurality of buffer tanks comprising first and second buffer tank, which first and second buffer tank are connected to each other by a communicating circuit, halfway suction side of the refrigerant circuit of the compressor of the communication circuit Since the refrigerant that flows into the buffer tank from the refrigerant circuit and returns to the compressor suction side circulates smoothly in the tank, the retention of gas refrigerant in the tank can be more reliably suppressed. I can .
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
<参考形態1>
図1は参考形態又は本発明の実施形態に係る真空成膜装置Aのレイアウトの一例を示し、120は内部が真空状態に保たれてウェハー(図示せず)が成膜される真空チャンバで、この真空チャンバ120には、開閉扉123により開閉される搬入出口(図示せず)が開口されており、開閉扉123を開いた状態で、成膜しようとするウェハーを真空チャンバ120内に搬入し或いは成膜後のウェハーを真空チャンバ120内から搬出する。真空チャンバ120には連通路122を介して真空ポンプ121が接続され、連通路122の真空チャンバ120との接続部には、開閉により両者を連通状態又は連通遮断状態に切り換えるゲートバルブ124が配設されており、開閉扉123を閉じかつゲートバルブ124を開いた状態で真空ポンプ121の作動により真空チャンバ120内を真空引きするようになっている。
<
FIG. 1 shows an example of a layout of a vacuum film forming apparatus A according to a reference embodiment or an embodiment of the present invention, and 120 is a vacuum chamber in which a wafer (not shown) is formed while the inside is kept in a vacuum state. The
上記真空成膜装置Aには冷凍システムを構成する超低温冷凍装置10が設けられており、この超低温冷凍装置10の後述するクライオコイル(冷却器)52により、真空ポンプ121の真空引きの状態で真空チャンバ120内の冷却対象としての気体及び水分を直接に超低温レベルまで冷却することにより、その気体等を捕捉して真空チャンバ120内の真空レベルを上げるようになっている。
The above vacuum deposition apparatus A and ultra-low
一方、図2は真空成膜装置Aのレイアウトの他の例を示し、冷凍装置10のクライオコイル52は真空チャンバ120内ではなくて連通路122の途中に配設されており、真空ポンプ121による真空引きの状態で超低温冷凍装置10により連通路122内の水分、つまり間接的に真空チャンバ120内の水分を冷却して捕捉することで、真空チャンバ120内の真空レベルを高めるようにしている。その他の構造は図1に示す真空成膜装置Aと同じである。
On the other hand, FIG. 2 shows another example of the layout of the vacuum film-forming apparatus A. The
上記超低温冷凍装置10は、冷媒として沸点温度が互いに異なる5種類又は6種類の冷媒を混合してなる非共沸混合冷媒を用いて−100℃以下の超低温レベルの寒冷を発生させるものである。
The ultra-low
図3は参考形態1に係る超低温冷凍装置10の全体構成を示し、1は上記混合冷媒が封入された閉サイクルの冷媒回路で、この冷媒回路1は以下に説明する各種の機器を冷媒配管で接続してなる。20はガス冷媒を圧縮する圧縮機で、この圧縮機20の吐出部にはガス冷媒の吐出圧力を検出する圧力センサ81が接続され、続いて第1の油分離器15が接続されている。この第1の油分離器15は、圧縮機20から吐出されたガス冷媒中に混入されている圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離するものであり、この分離された潤滑油は油戻し管18を経て圧縮機20の吸込側に戻される。上記第1の油分離器15の冷媒吐出部には、圧縮機20からの吐出ガス冷媒を冷却水通路11の冷却水との熱交換により冷却して凝縮する水冷コンデンサ21が接続されている。水冷コンデンサ21の吐出部には、冷媒中の水分やコンタミネーションを除去するドライヤ17を介して補助コンデンサ22の1次側が接続されており、この補助コンデンサ22において、水冷コンデンサ21からのガス冷媒を圧縮機20に吸入される低温度の2次側の還流冷媒と熱交換して冷却し凝縮する。この参考形態では、水冷コンデンサ21と補助コンデンサ22とで凝縮器を構成しており、これら両コンデンサ21,22により、混合冷媒のうち沸点温度が最高温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようになっている。
FIG. 3 shows the overall configuration of the ultra-low
上記補助コンデンサ22における1次側の吐出部には第1気液分離器24が接続され、この第1気液分離器24で、上記補助コンデンサ22からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第1気液分離器24のガス冷媒吐出部にはカスケードタイプの第1熱交換器25の1次側が、また液冷媒吐出部には、減圧手段としての第1キャピラリチューブ26を介して同じ第1熱交換器25の2次側がそれぞれ接続されており、第1気液分離器24で分離された液冷媒を第1キャピラリチューブ26で減圧させた後に第1熱交換器25の2次側に供給して蒸発させ、この蒸発により1次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が2番目に高い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようになっている。
A first gas-
さらに、上記第1熱交換器25における1次側の吐出部には第2気液分離器30が接続されており、この第2気液分離器30において、第1熱交換器25からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第2気液分離器30のガス冷媒吐出部にはカスケードタイプの第2熱交換器31の1次側が、また液冷媒吐出部には、減圧手段としての第2キャピラリチューブ32を介して同じ第2熱交換器31の2次側がそれぞれ接続されており、第2気液分離器30で分離された液冷媒を第2キャピラリチューブ32で減圧させた後に第2熱交換器31の2次側に供給して蒸発させ、この蒸発により1次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が3番目に高い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようにしている。
Further, a second gas-
さらに、上記接続構造と同様にして、上記第2熱交換器31における1次側の吐出部には、第3気液分離器36、第3熱交換器37及び第3キャピラリチューブ38が、また当該第3熱交換器37における1次側の吐出部には、第4気液分離器42、第4熱交換器43及び第4キャピラリチューブ44がそれぞれ接続されており(これらの接続構造は上記第1気液分離器24、第1熱交換器25及び第1キャピラリチューブ26の接続構造と同じであるので、その詳細な説明は省略する)、第3気液分離器36で分離された液冷媒を第3キャピラリチューブ38で減圧させた後に第3熱交換器37の2次側に供給して蒸発させ、その蒸発により1次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が4番目に高い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するとともに、第4気液分離器42で分離された液冷媒を第4キャピラリチューブ44で減圧させた後に第4熱交換器43の2次側に供給して蒸発させ、この蒸発により1次側のガス冷媒を熱交換により冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が最も低い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようにしている。
Further, in the same manner as in the connection structure, a third gas-
そして、上記第4熱交換器43における1次側の吐出部には、熱交換器からなる過冷却器(サブクーラ)47の1次側が接続され、この過冷却器47の1次側の吐出部に接続されている冷媒配管は、途中で主冷媒配管2aと副冷媒配管2bとに分岐されている。
And the primary side of the subcooler (subcooler) 47 which consists of a heat exchanger is connected to the primary side discharge part in the said
上記副冷媒配管2bの途中には第5キャピラリチューブ48が接続されている。また、副冷媒配管2bの下流端は同じ過冷却器47の2次側に接続され、この過冷却器47の2次側は冷媒配管を介して上記第4熱交換器43の2次側に接続されており、第4熱交換器43から吐出された冷媒を、過冷却器47の1次側に通過させた後、その一部を副冷媒配管2bの第5キャピラリチューブ48で減圧させ、その液冷媒を過冷却器47の2次側に供給して蒸発させ、その蒸発熱により1次側のガス冷媒を冷却するようにしている。
A fifth
一方、上記主冷媒配管2aの途中には、第6キャピラリチューブ53とクライオコイル52とがそれぞれ上流側から直列に接続されている。上記クライオコイル52は主冷却器を構成するもので、図1又は図2に示すように、上記真空チャンバ120内の冷却対象としての水分を冷却する。主冷媒配管2aの下流端は、上記第4熱交換器43の2次側と過冷却器47の2次側との間の冷媒配管に接続されており、過冷却器47の1次側から吐出された冷媒の残部を主冷媒配管2aの第6キャピラリチューブ53で減圧させた後にクライオコイル52に供給して蒸発させ、その蒸発熱により真空チャンバ120内の水分(冷却対象)を−100℃以下の温度の超低温レベルに冷却し、その水分を捕捉して真空レベルを高めるようにしている。
On the other hand, in the middle of the main
また、上記過冷却器47の2次側(及びクライオコイル52)と、第4熱交換器43、第3熱交換器37、第2熱交換器31、第1熱交換器25及び補助コンデンサ22の各2次側とは記載順に直列に冷媒配管により接続され、補助コンデンサ22の2次側は圧縮機20の吸込側に接続されており、混合冷媒において蒸発によってガス化した各冷媒を圧縮機20に吸入させるようにしている。
In addition, the secondary side (and the cryocoil 52) of the
なお、上記クライオコイル52を真空チャンバ120内に配置して、そのクライオコイル52により真空チャンバ120内の気体等を直接冷却するようにしているが、クライオコイル52に代えてブラインクーラを設け、このブラインクーラを真空チャンバ120内に位置する吸熱部とブライン回路により接続し、このブラインクーラにおいてブライン回路内のブラインを超低温レベルに冷却して、そのブラインにより真空チャンバ120内の吸熱部に同温度レベルの寒冷を付与するようにしてもよい。
The
また、上記コンデンサ21,22、熱交換器25,31,37,43及び過冷却器47は、2重管構造のもの、プレート構造のもの、シェルアンドチューブ構造のもののいずれを用いてもよい。また、キャピラリチューブ26,32,38,44の代わりに他の減圧手段、例えば膨張弁等を用いることもできる。
The
次に、バッファータンクの回路構成について説明する。図3に示すように、65は第1のバッファータンク、66は第1のバッファータンク65の下側に位置する第2のバッファータンクであり、これら第1及び第2のバッファータンク65,66は、超低温冷凍装置10の運転開始時に凝縮が不十分な高圧のガス冷媒を一時的に逃がすことにより圧縮機20の吐出圧力の異常上昇を抑制するためのものである。
Next, a description will be given of a circuit configuration of the bus Tsu fur tank. As shown in FIG. 3, 65 is a first buffer tank, 66 is a second buffer tank located below the
上記第1及び第2のバッファータンク65,66は、ガス冷媒を両タンク65,66間に流通させるための連通回路68によって互いに接続されている。そして、第2のバッファータンク66と、第1気液分離器24のガス冷媒吐出部及び第1熱交換器25の1次側の間の冷媒配管とが冷媒流入管67によって接続されている。この冷媒流入管67の途中には、第1及び第2のバッファータンク65,66へのガス冷媒の流入を制御する電磁開閉弁82が接続されている。また、上記冷媒流入管67の途中は、第1及び第2のバッファータンク65,66内のガス冷媒を圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻す冷媒戻し管69に接続されている。
The first and
また、第1のバッファータンク65の下側に可溶栓80が接続されている。この可溶栓80は、火災等の熱により自ら溶融して第1のバッファータンク65内を開放してタンク内圧を低下させるものである。
In addition, a
また、図3において、60は圧縮機20から吐出された高温のガス冷媒(ホットガス)をそのままクライオコイル52に供給するデフロスト回路であり、第1の油分離器15及び水冷コンデンサ21の間の冷媒配管と、第6キャピラリチューブ53及びクライオコイル52の間の冷媒配管とを接続している。61はデフロスト回路60の途中に接続された電磁開閉弁、62は第6キャピラリチューブ53とクライオコイル52との間の冷媒配管において上記デフロスト回路60の下流端との接続位置よりも上流側(第6キャピラリチューブ53側)に接続された電磁開閉弁である。
In FIG. 3,
また、上記デフロスト回路60の上流端と電磁開閉弁61との間には、圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離する第2の油分離器16が配設されている。この第2の油分離器16で分離された潤滑油は、上記第1の油分離器15と同様に油戻し管18を経て圧縮機20の吸込側に戻される。
A
また、デフロスト回路60の電磁開閉弁61近傍と、第6キャピラリチューブ53とクライオコイル52との間の電磁開閉弁62近傍と、クライオコイル52の出口側と第4熱交換器43の2次側との間の冷媒配管とに、それぞれ第1乃至第3の手動開閉弁71,72,73が配設されている。これら第1乃至第3の手動開閉弁71,72,73は、クライオコイル52の交換やメンテナンス時に各々閉弁することで配管内に残存する混合冷媒が外部に漏れ出さないようにするものである。
The vicinity of the electromagnetic on-off
さらに、クライオコイル52の出口側と第4熱交換器43の2次側との間の冷媒配管には、超低温冷凍装置10の冷媒回路1内に混合冷媒を供給するための冷媒供給管路70が接続されている。また、この冷媒供給管路70は、冷媒回路1内から混合冷媒を排出するための排出管路を兼ねている。そして、冷媒供給管路70には、冷媒の供給又は排出時に開く供給開閉弁75が設けられている。
Further, a
以上のように構成された参考形態においては、真空成膜装置Aの真空チャンバ120内でウェハーを成膜するときには、超低温冷凍装置10が運転されて、真空チャンバ120内部(又は連通路122内部)の気体等が−100℃以下の超低温レベルまで冷却されて捕捉され、真空チャンバ120内が真空状態にされる。すなわち、この超低温冷凍装置10の運転時、電磁開閉弁61の閉弁によりデフロスト回路60が閉じられかつ電磁開閉弁62の開弁により主冷媒配管2aが開かれる。このことで、圧縮機20から吐出された混合冷媒は水冷コンデンサ21により冷却された後に補助コンデンサ22で圧縮機20へ戻る2次側の冷媒により冷却され、混合冷媒のうち沸点温度が最高温度のガス冷媒が凝縮されて液化する。この冷媒は第1気液分離器24においてガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒は第1キャピラリチューブ26で減圧された後に第1熱交換器25の2次側で蒸発し、この蒸発熱により第1気液分離器24からのガス冷媒が冷却され、混合冷媒のうち沸点温度が2番目に高い温度のガス冷媒が凝縮されて液化する。以後、同様にして、第2乃至第4熱交換器31,37,43でそれぞれ混合冷媒のうちの沸点温度が高い温度から順にガス冷媒が凝縮されて液化し、この第4熱交換器43では沸点温度が最も低いガス冷媒が凝縮されて液化する。
Oite the configured reference embodiment as described above, when forming the wafer in a
上記第4熱交換器43の1次側から吐出された冷媒は気液混合状態となり、この気液混合の冷媒は、過冷却器47の1次側を通過した後に主冷媒配管2aと副冷媒配管2bとに分離される。そして、副冷媒配管2bに流れた冷媒は第5キャピラリチューブ48で減圧された後に過冷却器47の2次側に供給されて蒸発し、この蒸発熱により上記第4熱交換器43から過冷却器47の1次側に供給された気液混合状態の冷媒がさらに冷却される。
The refrigerant discharged from the primary side of the
また、過冷却器47の1次側から吐出された後に主冷媒配管2aに流れる気液混合状態の冷媒の残部は第6キャピラリチューブ53で減圧され、その減圧後にクライオコイル52において蒸発して真空チャンバ120内の水分に例えば−100℃以下の寒冷を付与する。この−100℃以下の温度の寒冷により真空チャンバ120内の水分を捕捉して真空チャンバ120内の真空レベルが上昇する。
Further, the remaining refrigerant in the gas-liquid mixed state that flows into the main
上述の如き超低温冷凍装置10の運転開始時に、凝縮が不十分なガス冷媒によって圧縮機20の吐出圧力の異常上昇が発生したことが圧力センサ81により検出されると、電磁開閉弁82が開弁され、上記第1気液分離器24で分離されたガス冷媒の一部が冷媒流入管67を通って第2のバッファータンク66に流入される。また、ガス冷媒の流入量が多い場合には連通回路68を通って第1のバッファータンク65にも流入される。そして、上記吐出圧力の異常上昇が解消されたことが圧力センサ81により検出されると、電磁開閉弁82が閉弁され、第1及び第2のバッファータンク65,66から冷媒戻し管69を通って圧縮機20の吸込側の冷媒配管にガス冷媒が戻される。
When the operation of the ultra-low
これに対し、成膜装置Aの真空チャンバ120でウェハーの成膜を行わない状態のデフロスト運転時には、電磁開閉弁61の開弁によりデフロスト回路60が開かれかつ電磁開閉弁62の閉弁により主冷媒配管2aが閉じ、このことで、圧縮機20から吐出された高温のガス冷媒がデフロスト回路60を経てクライオコイル52に供給されて、クライオコイル52での気体等の捕捉が解除される。
On the other hand, during the defrost operation in which the wafer is not formed in the
次に、このデフロスト運転の後に、再度真空チャンバ120内を真空状態にするときには、上記と同様にして、電磁開閉弁61の閉弁によりデフロスト回路60が閉じられかつ電磁開閉弁62の開弁により主冷媒配管2aが開かれ、過冷却器47の1次側から出た低沸点冷媒がクライオコイル52内で蒸発し真空チャンバ120内を常温から超低温レベルに迅速に冷却する。
Next, when the inside of the
従って、上述したように冷媒回路1に第1及び第2のバッファータンク65,66が接続されているから、タンクの容量不足を解消するために大容量のタンクを一つだけ接続する場合に比べてタンクの設置スペースを確保しやすくなる。
Therefore, since the first and
さらに、第1及び第2のバッファータンク65,66が連通回路68によって互いに接続されているから、両タンク65,66間でガス冷媒が流通して第1及び第2のバッファータンク65,66内でのガス冷媒の滞留が抑制され、比重の異なる冷媒成分を完全に循環することができ、冷凍装置10内の混合冷媒の成分比率の変動による冷却性能の低下を防止できる。
Furthermore, since the first and
なお、冷媒流入管67及び冷媒戻し管69のそれぞれに電磁開閉弁を接続して、圧縮機20の吐出圧力の異常上昇に応じて電磁開閉弁を開閉させ、第1及び第2のバッファータンク65,66に流入させるガス冷媒又は第1及び第2のバッファータンク65,66から冷媒回路1に戻すガス冷媒の量を制御するようにしても構わない。これは、以下の参考形態や実施形態についても同様である。
In addition, an electromagnetic on-off valve is connected to each of the
なお、本参考形態では、第1乃至第4熱交換器25,31,37,43においてクライオコイル52に向かう冷媒を1次側に、またクライオコイル52から圧縮機20に還流する冷媒を2次側に導入する構成としたが、これとは逆にクライオコイル52に向かう冷媒を2次側に、またクライオコイル52から圧縮機20に還流する冷媒を1次側に導入する構成としてもよいのは勿論である。また、これらを個別に組み合わせた構成としてもよい。
In this reference embodiment, in the first to
また、本参考形態では気液分離を4段階行うシステムを示したが、これに代え、気液分離を3段階以下又は5段階以上行うシステムでも可能である。 Further, in this preferred embodiment has been described a system for gas-liquid separation four steps, instead of this, it is possible even systems that perform gas-liquid separation three steps or less or five steps or more.
また、本参考形態では水冷コンデンサ21を用いた水冷システムを示したが、これに代え、空冷コンデンサを用いたシステムに構成してもよい。
Moreover, although the water cooling system using the
<実施形態>
図4は、本発明の実施形態に係る超低温冷凍装置10の冷媒回路である。上記参考形態1との違いは、第1及び第2のバッファータンク65,66の回路構成のみであるため、以下、参考形態1と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する(参考形態2も同様とする)。
<Implementation-shaped state>
Figure 4 is a refrigerant circuit
第1及び第2のバッファータンク65,66は、ガス冷媒を両タンク65,66間に流通させるための連通回路68によって互いに接続されている。そして、第1のバッファータンク65と、第1気液分離器24のガス冷媒吐出部及び第1熱交換器25の1次側の間の冷媒配管とが冷媒流入管67によって接続されている。また、上記連通回路68の途中は、第1及び第2のバッファータンク65,66内のガス冷媒を圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻す冷媒戻し管69に接続されている。また、可溶栓80は第1のバッファータンク65に接続されている。
The first and
この実施形態の場合、上記超低温冷凍装置10の運転開始時に、凝縮が不十分なガス冷媒によって圧縮機20の吐出圧力の異常上昇が発生したことが圧力センサ81により検出されると、電磁開閉弁82が開弁され、上記第1気液分離器24で分離されたガス冷媒の一部が冷媒流入管67を通って第1のバッファータンク65に流入する。そして、このガス冷媒が連通回路68を通ってその一部が第2のバッファータンク66に流入し、残りが冷媒戻し管69を通って圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻される。また、上記吐出圧力の異常上昇が解消されたことが圧力センサ81により検出されると、電磁開閉弁82が閉弁され、第1及び第2のバッファータンク65,66内のガス冷媒が冷媒戻し管69を通って圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻される。
In the case of this embodiment, when the
このように、上記連通回路68の途中が圧縮機20の吸込側の冷媒回路1に接続されているから、冷媒回路1から第1のバッファータンク65に流入し圧縮機20の吸込側に戻るガス冷媒が第1及び第2のバッファータンク65,66内をスムーズに流通する。このことで、第1及び第2のバッファータンク65,66内でのガス冷媒の滞留を抑制して比重の異なる冷媒成分を完全に循環することができ、冷凍装置10内の混合冷媒の成分比率の変動による冷却性能の低下を防止できる。
In this way, since the middle of the
なお、この実施形態における第1及び第2のバッファータンク65,66の位置関係は、上記参考形態1のように第1のバッファータンク65の下側に第2のバッファータンク66を配置したものに限定されず、例えば上下を入れ替えて配置したり、横方向に並べて配置しても構わない。この点は、以下の参考形態についても同様である。
In this embodiment, the positional relationship between the first and
<参考形態2>
図5は、参考形態2に係る超低温冷凍装置10の冷媒回路である。上記参考形態1又は実施形態との違いは、第1及び第2のバッファータンク65,66の回路構成のみである。
< Reference form 2 >
FIG. 5 is a refrigerant circuit of the ultra-low
第1及び第2のバッファータンク65,66は、ガス冷媒を両タンク65,66間に流通させるための連通回路68によって互いに接続されている。そして、第1のバッファータンク65と、第1気液分離器24のガス冷媒吐出部及び第1熱交換器25の1次側の間の冷媒配管とが冷媒流入管67によって接続されている。また、第2のバッファータンク66と圧縮機20の吸込側の冷媒配管とが冷媒戻し管69によって接続されている。また、第1のバッファータンク65に可溶栓80が接続されている。
The first and
この参考形態の場合、上記超低温冷凍装置10の運転開始時に、凝縮が不十分なガス冷媒によって圧縮機20の吐出圧力の異常上昇が発生したことが圧力センサ81により検出されると、電磁開閉弁82が開弁され、上記第1気液分離器24で分離されたガス冷媒の一部が冷媒流入管67を通って第1のバッファータンク65に流入する。そして、このガス冷媒が連通回路68を通って第2のバッファータンク66に流入し、冷媒戻し管69を通って圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻される。また、上記吐出圧力の異常上昇が解消されたことが圧力センサ81により検出されると、電磁開閉弁82が閉弁され、第1及び第2のバッファータンク65,66内のガス冷媒が冷媒戻し管69を通って圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻される。
In the case of this reference form , when the
このように、上記ガス冷媒が、冷媒流入管67から第1のバッファータンク65に流入し、連通回路68を通って第2のバッファータンク66に流通し、冷媒戻し管69を通って圧縮機20の吸込側の冷媒配管に戻るようになっているから、両タンク65,66間でガス冷媒がスムーズに流通する。これにより、第1及び第2のバッファータンク65,66内でのガス冷媒の滞留を抑制して比重の異なる冷媒成分を完全に循環することができ、冷凍装置10内の混合冷媒の成分比率の変動による冷却性能の低下を防止できる。
As described above, the gas refrigerant flows into the
以上説明したように、本発明は、超低温冷凍装置に対し、バッファータンクを複数設けるとともに、タンク同士を連通回路で接続することによりタンク内のガス冷媒をスムーズに循環させてタンク内でのガス冷媒の滞留を抑制し、冷媒の成分比率を良好に保つことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。 As described above, the present invention provides a plurality of buffer tanks for the ultra-low temperature refrigeration apparatus, and connects the tanks with a communication circuit to smoothly circulate the gas refrigerant in the tank, thereby allowing the gas refrigerant in the tank to be circulated. Is highly useful and has high industrial applicability because it is possible to suppress the stagnation of the refrigerant and to maintain a good component ratio of the refrigerant.
10 超低温冷凍装置
20 圧縮機
21 水冷コンデンサ(凝縮器)
22 補助コンデンサ(凝縮器)
24 第1気液分離器
25 第1熱交換器
30 第2気液分離器
31 第2熱交換器
36 第3気液分離器
37 第3熱交換器
42 第4気液分離器
43 第4熱交換器
52 クライオコイル(冷却器)
65 第1のバッファータンク
66 第2のバッファータンク
68 連通回路
10 Ultra-low
22 Auxiliary condenser (condenser)
24 1st gas-
65
Claims (1)
上記圧縮機から吐出された上記混合冷媒のうち高沸点の冷媒を冷却して液化する凝縮器と、
上記凝縮器で液化された混合冷媒を高沸点冷媒から低沸点冷媒へと順次液冷媒とガス冷媒とに分離する複数段の気液分離器と、
上記各気液分離器で分離された1次側のガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された2次側の液冷媒との間で熱交換させて冷却する複数段のカスケード熱交換器と、
上記複数段のうちの最終段のカスケード熱交換器から流出し且つ減圧された低沸点冷媒を蒸発させて冷却対象を超低温レベルに冷却する冷却器とが冷媒回路により接続され、
上記冷媒回路に、上記圧縮機の吐出圧力の異常上昇を抑制する複数のバッファータンクが接続され、
上記複数のバッファータンクは、少なくとも1つの第1のバッファータンクと、少なくとも1つの第2のバッファータンクとからなり、
上記第1及び第2のバッファータンクは、上記ガス冷媒を該第1及び第2のバッファータンク間に流通させる連通回路によって互いに接続され、
上記第1のバッファータンクが上記圧縮機の吐出側の冷媒回路に接続され、
上記連通回路が途中で上記圧縮機の吸込側の冷媒回路に接続されていることを特徴とする超低温冷凍装置。 A compressor that compresses a mixed refrigerant in which a plurality of types of refrigerants having different boiling points are mixed;
A condenser that cools and liquefies a high-boiling refrigerant among the mixed refrigerant discharged from the compressor;
A multi-stage gas-liquid separator that sequentially separates the mixed refrigerant liquefied by the condenser from a high boiling point refrigerant into a low boiling point refrigerant into a liquid refrigerant and a gas refrigerant;
A plurality of stages in which the primary-side gas refrigerant separated by the gas-liquid separators is cooled by heat exchange with the secondary-side liquid refrigerant separated and decompressed by the gas-liquid separators. A cascade heat exchanger,
A refrigerant circuit is connected to the cooler that evaporates the low-boiling point refrigerant that has flowed out from the cascade heat exchanger at the final stage of the plurality of stages and cools the cooling target to an ultra-low temperature level,
A plurality of buffer tanks for suppressing an abnormal increase in the discharge pressure of the compressor is connected to the refrigerant circuit ,
The plurality of buffer tanks comprises at least one first buffer tank and at least one second buffer tank,
The first and second buffer tanks are connected to each other by a communication circuit that circulates the gas refrigerant between the first and second buffer tanks,
The first buffer tank is connected to a refrigerant circuit on the discharge side of the compressor;
The ultra-low temperature refrigeration apparatus, wherein the communication circuit is connected to a refrigerant circuit on the suction side of the compressor in the middle .
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