JPH0455677A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野」 本発明は、ブライン等の流体を所定の低温度に調節して
冷却対象に供給する冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、プラズマエツチング装置のような半導体製造装
置では、半導体製造装置を経由して返ってくるブライン
を、冷凍機で所定の低温度に調節して半導体製造装置に
送り返す冷却装置で冷却が行われている。ここに使用さ
れる冷凍機としては、冷却能力が比較的小さい小容量の
ものが用いられているが、ブラインの送出温度は低く、
そのＭ　’＋Ｂ精度も高いことが必要とされる。

このような要求を実現するために、例えば冷凍機を一定
能力で運転すると共に、その冷凍機で冷却されたブライ
ンを逆負荷加熱ヒータで温度調節して冷却対象に送出す
ることか考えられる。冷却能力を安定させるために、圧
ｌｌｌｉ機の吸入側に吸入圧力調節弁を設けた冷凍機は
、例えば、新版「冷凍空調便覧コ第４版基礎績（社団法
人　日本冷凍協会発行）に開示されている。そして、こ
れに逆負荷電気ヒータを追加してブライン送出温度を制
御する考え方も従来からあった。

また、高精度な吸入圧力調節弁またはホットガスバイパ
ス弁で比例制御を行うことにより、逆負荷電気ヒータを
追加することなくブラインの送出温度を制御する冷却装
置も、非常に限られた分野ではあるが既に使用されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、吸入圧力ｉｆｆ節弁と逆負荷電気ヒータとの
組合せでは、吸入圧力調節弁の特性−ヒ、特に低温域の
場合に逆負荷電気ヒータの容量を大きく廿ざるを得ない
という問題がある。

すなわち、吸入圧力調節弁によると、圧ｌｌｉｉ機の吸
込圧力を一定値以上に上昇させないように弁開度が調節
されるわけであるが、吸入圧力調節弁の特性上、吸込圧
力は一定値にはならず、弁全開から最小弁開度までの間
で変動し、その変動幅は通常の簡易な自刃調節弁等では
２　ｋｇ　／　ｃｉ程度に達する。そして、吸込圧力が
２　ｋｇ　／　ｃｉも変動すると、冷却能力に目立った
変動が生し、その変動は低圧圧力の低い低温域はど顕著
になる。従って、逆負荷電気ヒータは、この冷却能力変
動を吸収し得る大容量のものが必要になる。

また、高精度な吸入圧力調節弁またはホットガスバイパ
ス弁で比例制御等の自動制御を行う場合には、逆負荷電
気ヒータが省略できるものの、制御装置が高コストとな
り、さらには温度上昇時の制御性の問題や、冷凍機の運
転条件の変動が激しいために、冷凍機の信転性に支障を
きたすといった問題も起こりやすい。

本発明の目的は、逆負荷電気ヒータと簡易な自刃調節弁
等とを組合せる構成でありながら、冷却能力変動が小さ
く、逆負荷電気ヒータの容量低下が可能な冷却装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の本発明冷却装置は、圧縮機、凝縮器、
膨張機構、蒸発器の１頃で冷媒が循環する冷媒回路を有
する冷凍機と、該冷凍機の蒸発器で冷却された流体を逆
負荷電気ヒータで温度調節して冷却対象に供給する循環
機とを具備し、前記冷凍機における圧縮機の吸入側配管
に吸入圧力調節弁を設けると共に、該吸入圧力調節弁の
全開から最小開度までの間で変動する圧力が、その変動
範囲内の所定圧力以上となったときに開放するホットガ
スバイパス弁をもつバイパスラインを、高圧ガス配管と
蒸発器を含む低圧液配管との間に設けたことを特徴とし
てなる。

請求項２に記載の本発明冷却装置は、圧縮機、ａ縮器、
膨張機構、蒸発器の順で冷媒が循環する冷媒回路を有す
る冷凍機と、該冷凍機の蒸発器で冷却されたブラインを
逆負荷電気ヒータで温度調節して冷却対象に供給する循
環機とを具備し、前記冷凍機における圧縮機の吸入側配
管に吸入圧力調節弁を設けると共に、該吸入圧力調節弁
の全開から最小開度までの間で変動する高圧圧力が、そ
の変動範囲内の所定圧力以上となったときに開放するホ
ットガスバイパス弁をもつバイパスラインを、高圧ガス
配管と蒸発器を含む低圧液配管との間に設けたことを特
徴としてなる。

（作　　用） 請求項１に記載の本発明冷却装置では、冷凍機で冷却さ
れた流体が逆負荷電気ヒータで温度調節されて冷却対象
へ送出される。このとき、冷凍機では吸入圧力調節弁が
閉しるに連れて圧縮機の冷却能力が上昇するが、最小開
度になるまでの所定開度のところでホ・ノドガスバイパ
ス弁が開放するので、それ以上に吸入圧力調節弁が閉し
ても、冷却能力は上昇しない。その結果、吸入圧力調節
弁の開閉に伴う圧力変動に対して冷却能力の変動幅が小
さくなる。

請求項２に記載の本発明冷却装置では、冷凍機で冷却さ
れたブラインが逆負荷温度ヒータで温度調節されて冷却
対象へ送出される。冷凍機では、吸入圧力調節弁が閉し
るに連れて高圧圧力が上昇するが、その高圧圧力が、最
小開度になるまでの途中の圧力になったときに、ホット
ガスバイパス弁が開放するので、それ以上に吸入圧力調
節弁が閉じても冷却能力は上昇しない。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
回は本発明の一実施例を示す冷却装置の系統図である。

この冷却装置は、冷凍機ｌＯと、該冷凍機ｌＯにて冷却
されたブライン等の流体を冷却対象に供給する循環機２
０とを備えている。

冷凍機１０は、冷凍サイクルを実行する圧縮機１１、凝
縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４およびアキュムレー
タ１５と、さらに、冷却能力の安定化を図るための吸入
圧力調節弁１６およびホ・ットガスバイパスライン１７
を有する。凝縮器１２を通過する冷媒は、冷却水と熱交
換されて冷却される。

吸入圧力調節弁１６は、−圧縮機１１の吸入側に位置す
る蒸発器１４の出口配管に介装されている。

この吸入圧力調節弁１６は、通常に使用すると例えば２
ｋｇ／−程度の吸込圧力変動を生しる簡易な自刃調節弁
等であって、必要な冷却能力を出すことのできる最小圧
力が最小弁開度で得ろれるような設定になっている。

バイパスライン１７は、圧縮機１１と凝縮器１２との間
の高圧ガス配管から膨張弁１３と芸発器１４との間の低
圧液配管（蒸発器１４内の配管でも可）にかけて設けら
れている。該バイパスライン１７に介装されたホットガ
スバイパス弁１７ａは、凝！ｉｉ器１２に所定量および
所定温度の冷却水が通流された状態で、吸入圧力調節弁
１６が全開から最小開度へ変化したときに生しる凝縮圧
力変動の途中の圧力で弁が開放して、凝縮圧力をこの圧
力以上に大幅上昇させないようにするもので、ａ線圧力
または凝縮温度に基づいて開閉される簡易弁（例えば、
圧力上昇時に開状態となる定圧弁や、圧力スイツチで作
動する電磁弁等）とされ、凝縮圧力を常に所定値にコン
トロールするような高精度な弁は用いられていない。

凝縮器１２と膨張弁１３との間の高圧液配管から、蒸発
器１４とアキュムレータ１５との間の低圧ガス配管にか
けては、リキッドインジェクションライン１８が設けら
れている。これは、吸入ガスへのホットガスバイパスに
伴って吸入ガスの過熱−が上がることにより、吐出ガス
温度が上昇して圧縮機１１の潤滑油粘度が低下するのを
抑制するためのもので、吐出ガス温度を検出し、その上
昇時に吸入ガスへりキンドインジエクションを行う構成
になっており、ホットガスバイパスに伴う潤滑油粘度の
低下が問題にならない場合は、省略することができる。

循環機２０は、冷却対象から返流されたブライン等の流
体を冷凍機１０の蒸発器１４で冷媒と熱交換させて冷却
した後、タンク２１に一時貯留するようになっている。

タンク２１内の流体は、ポンプ２２により加圧されて冷
却対象に送出される。

タンク２１には、タンク２１内の流体を加熱する逆負荷
電気ヒータ２３が設けられている。逆負荷電気ヒータ２
３は、所定温度の流体が冷却対象へ送出されるように、
ポンプ２１出口側の配管に設けられた温度センサ２４の
信号に基づいて温度調節器２５が制御されることにより
出力調節される。

このような構成の冷却装置では、冷凍機１０および循環
機２０を運転することにより、所定温度の流体が冷却対
象−・循環される。このときの冷凍機１０における圧縮
Ｉｌｌの冷却能力Ｑと蒸発温度Ｔｅ（吸込圧力Ｐｅ）と
の関係を第２図に示す。

圧縮機１１の冷却能力Ｑは、蒸発温度ＴＣ（吸込圧力Ｐ
ｅ）の変化によって、凝縮温度Ｔｃをパラメータとした
変動を示す。凝縮器１２に供給される冷却水の量および
温度を一定とすると、第２図に大実線で示す曲線に沿っ
て冷却能力Ｑが変化し、吸入圧力調節弁１６の全開点を
ｒｅｌ（Ｐｅ１）、最小開度点をＴｅ２　（Ｐｅ２）と
すると、ホットガスバイパスが実施されない場合は、冷
却能力ＱはＱ１〜Ｑ２の範囲で変動することになる。

前述したように、この変動の原因になる吸込圧カＰｅの
変動△Ｐｅ　（Ｐｅ２−Ｐｅ　１）は、通常−般の吸入
圧力調節弁では２．０ｋｇ／ｃ１１程度に達し、これに
よる冷却能力Ｑの変動△Ｑ　（Ｑ２−Ｑｌ）は小さくな
く、とりわけ低温域で大きくなる。

しかるに、ホットガスバイパスが併用される第１図の冷
却装置では、そのホットガスバイパスにより、冷却能力
Ｑの変動は△ＱからΔＱ′に抑制される。すなわち、吸
入圧力調節弁１６の全開点における凝縮温度Ｔｅｌと、
最小開度点における凝縮温度Ｔｃ２との間にある凝縮温
度Ｔｃ３または対応する凝縮圧力Ｐｃ３をホントガスバ
イパス弁ＩＴａの動作点とすれば、Ｔｃ３またはＰｃ３
（実際は、これより若干大きい）以上に凝縮温度または
凝縮圧力が上昇しないようにホントガスバイパス弁ＩＴ
ａが開放するので、冷却能力Ｑは、Ｔｃ３およびＰｃ３
　（実際は、これより若干大きい）に対応するＱ３以下
に抑制され、冷却能力Ｑの変動は△Ｑ（Ｑ：２−Ｑｌ）
から△Ｑ’　　（Ｑ３Ｑｌ）へと小さくなる。

その結果、循環機２０に備わる逆負荷電気ヒータの容量
は、ΔＱ−△Ｑ′に見合う分だけ低減され、しかも、そ
の小容量の逆負荷電気ヒータ２３により、ブラインの送
出温度が高精度に制御される。また、吸入圧力５Ｊｉｌ
ｉｉ弁１６が全開のときにも必要な冷却能力Ｑが確保さ
れる設定になっているので、冷却能力Ｑの不足を生しる
おそれがない。

さらに、吸入圧力調節弁１６およびホットガスバイパス
弁１７ａは、いずれも所定の圧力範囲内で開閉する簡易
な自刃調節弁とし得るので、装置コストも安い。

また、吸入圧力調節弁１６の使用で圧縮機１１の過負荷
がなくなり、その信転性が向上すると共に、冷却能力の
制御のほとんどがこの吸入圧力調節弁１６で行われるの
で圧縮機１１の動力も節約される。さらに、ホントガス
バイパスにより、高圧圧力の上昇が抑えられ、省エネル
ギー運転および圧縮機１１の軸受荷重の軽減が可能にな
ると共に、凝縮器１２に供給される吐出ガス量が減少し
、吐出ガス量が減った分、冷却水量が節約されるので、
半導体製造装置の如き冷却水量が制限される箇所での使
用に対応しやすいという利点もある。

第３図は本発明の別の実施例を示す冷却装置の系統口で
ある。

この冷却装置は、第１図の冷却装置とは冷ａ機ｌＯが異
なった構成乙こなっている。この冷凍＠１０は高段冷凍
＠１０ａと低段冷凍機１０ｂとを組合せた２元冷凍機で
、高段冷凍機１０ａが蒸発器として使用するカスケード
コンデンサ１９を低段冷凍機１９ｂが凝縮器として使用
する構成になっている。ｌｌａおよびｌｌｂは圧縮機、
１２ａは凝縮器、１３ａおよび１３ｂは膨張弁、１４ｂ
は蒸発器、１５ａおよび１５ｂはアキュムレータ、１９
’は油分離器である。吸入圧力調節弁１６、ホットガス
バイパス用のバイパスライン１７およびリキンドインジ
エクションライン１８は、いずれもブライン等の流体を
冷却する低段冷凍機１０ｂの側に設けられている。

この冷却装置は、第１図の冷却装置に比してさらに低温
のブラインを送出でき、しかも、その低温域で第１図の
冷却装置と同様に高精度な温度制御を行うことができる
。さらに、吸入圧力調節弁１６およびホットガスバイパ
ス弁ＩＴａに簡易弁の使用が可能なことも第１図の冷却
装置と同様である。

循環Ｉ！２０から冷却対象へ送給される流体は、ブライ
ンに限らず、空気、水等であってもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の本発
明冷却装置は、冷却能力変動を小さく抑えることができ
るので、逆負荷電気ヒータの容量を小さくできる。また
、吸入圧力調節弁およびホットガスバイパス弁を使用す
るものの、高精度な比例制御等を行わないので、簡易弁
が使用でき装置コストが安い。

請求項２に記載の本発明冷却装置は、逆負荷電気ヒータ
の容量を小さくできることに加え、ホットガスバイパス
弁が高圧圧力を検出して開放動作を行う構成になってい
るので、バネ式の自刃調節弁といった特に簡易な弁を使
用できる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す冷却装置の系統図、第
２図はその作動を説明するための冷却特性Ｖ、第３図は
本発明の別の実施例を示す冷却装置の系統図である。 ｌＯ：冷凍機、１６：吸入圧力調節弁、１７バイパスラ
イン、１７ａ−ホットガスバイパス弁、２０；循環機、
２３：逆負荷電気ヒータ。 ・′三り丁 −〜−じコ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器の順で冷媒が
   循環する冷媒回路を有する冷凍機と、該冷凍機の蒸発器
   で冷却された流体を逆負荷電気ヒータで温度調節して冷
   却対象に供給する循環機とを具備し、前記冷凍機におけ
   る圧縮機の吸入側配管に吸入圧力調節弁を設けると共に
   、該吸入圧力調節弁の全開から最小開度までの間で変動
   する圧力が、その変動範囲内の所定圧力以上となったと
   きに開放するホットガスバイパス弁をもつバイパスライ
   ンを、高圧ガス配管と蒸発器を含む低圧液配管との間に
   設けたことを特徴とする冷却装置。
2. （２）圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器の順で冷媒が
   循環する冷媒回路を有する冷凍機と、該冷凍機の蒸発器
   で冷却されたブラインを逆負荷電気ヒータで温度調節し
   て冷却対象に供給する循環機とを具備し、前記冷凍機に
   おける圧縮機の吸入側配管に吸入圧力調節弁を設けると
   共に、該吸入圧力調節弁の全開から最小開度までの間で
   変動する高圧圧力が、その変動範囲内の所定圧力以上と
   なったときに開放するホットガスバイパス弁をもつバイ
   パスラインを、高圧ガス配管と蒸発器を含む低圧液配管
   との間に設けたことを特徴とする冷却装置。