JPWO2007040033A1 - 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム - Google Patents
冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2007040033A1 JPWO2007040033A1 JP2007538682A JP2007538682A JPWO2007040033A1 JP WO2007040033 A1 JPWO2007040033 A1 JP WO2007040033A1 JP 2007538682 A JP2007538682 A JP 2007538682A JP 2007538682 A JP2007538682 A JP 2007538682A JP WO2007040033 A1 JPWO2007040033 A1 JP WO2007040033A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- refrigerant
- buffer tank
- gas
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
冷却システムにおいては、コンプレッサ(1)、熱源(2)、熱交換器(3)、およびバッファタンク(4)が、この順番で、閉回路を構成するように、配管(5)によって接続されている。閉回路においては、冷媒としての窒素が外気に触れずに循環する。冷媒は、空気以外の気体冷媒であり、かつ、閉回路を循環するときに液化することなく、熱源(2)から熱を吸収し、その熱を熱交換器(3)において外部へ放出するものでありさえすればよい。
Description
本発明は、冷媒によって熱源を冷却する冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム
に関するものである。
に関するものである。
従来から、ヒートポンプが用いられている。ヒートポンプとは、冷却または加熱を行なうシステムである。ヒートポンプにおいては、気化熱が利用されている。気化熱とは、冷媒が液体から気体に変化するときに、冷媒が周囲から吸収する熱である。また、ヒートポンプにおいては、凝縮熱も利用されている。凝縮熱とは、冷媒が気体から液体へ変化するときに、冷媒が周囲へ放出する熱である。なお、ヒートポンプにおいては、前述の気化熱および凝縮熱を利用するためにコンプレッサおよび熱交換器等が利用されている。
より具体的には、前述のヒートポンプは、内燃機関または冷蔵庫等に用いられている。これらにおいては、通常、閉回路からなる冷却システムが内蔵されている。冷却システムにおいては、フロンガス等の液体冷媒が断熱膨張によって気化する。それにより、吸熱作用が生じる。また、コンプレッサは、気化した冷媒を断熱状態で圧縮する。それにより、気化した冷媒は凝縮して液体冷媒に戻る。このような熱交換サイクルが繰り返される。前述のような熱交換サイクルによれば、大きな熱量の交換を効率的に行なうことができる。
一方、大型プラントにおける炉、槽、および煙突などの表面積は非常に大きい。この大きな表面を有する大型プラントの冷却においては、その表面に沿って蛇行するように設けられた冷媒配管内を流れる冷媒の気化熱が用いられる。この場合、冷媒配管の入口に近い位置においては、気化熱による急激な冷却が行なわれるが、冷媒配管の出口に近い位置においては、既に液体冷媒が気化しているため、気化熱による冷却が行なわれない。そのため、大型プラント等は、前述のような液体と気体との相変化を伴う熱交換サイクルを用いて冷却されると、その表面温度の分布に極端なばらつきが生じてしまう。したがって、特定の大型プラント設備を冷却するためのヒートポンプの冷媒としては、比熱が小さい窒素または不活性ガスのアルゴンなど気体が用いられている。
特開平1−193561号公報
特開2003−329355号公報
上記のような気体が冷媒として使用される従来の気化熱および凝縮熱を利用するヒートポンプは、次のようないくつかの問題点を有している。
まず、ヒートポンプの閉回路において気体が熱源を冷却するための冷媒として用いられる場合を考える。この場合には、気化熱および凝縮熱を利用して冷却が行なわれると、冷却管の入口から出口まで間において、気体がすべて液体に変化してしまうことがある。この場合には、冷却管の位置によって冷媒の吸熱能力が大きく異なってしなう。そのため、冷却管内の温度分布に大きなむらが生じてしまう。したがって、熱源を均一に冷却することができない。
次に、気体が、閉回路を循環するのではなく、開回路を流れた後、順次排出される方式によって、熱源を冷却する場合を考える。一般に、気体は水のような液体に比べて極めて比熱が小さい。そのため、前述の場合には、開回路の形態によっては、大量の気体を排出することが必要になる。したがって、気体の消費量が極めて大きくなる。その結果、ヒートポンプのランニングコストが大幅に増加してしまう。なお、この気体を他の用途のために再利用すること可能であるが、気体の再利用のための設備は大規模であるため、コスト面での不利益が大きい。
次に、通常の冷却水を冷媒として用いて熱源を冷却する場合を考える。この場合には、水の比熱が大きいため、大型の熱源の表面温度の分布のばらつきが大きくなる。したがって、このような冷媒として水を用いる冷却システムは、熱源を均一に冷却する冷却システムとしては適さない。また、熱源が真空雰囲気内に設置されている場合および周辺雰囲気に水と反応し易い物質が存在する場合には、冷却管から水が漏れると、真空槽が大気圧以上に加圧されるために生じる水蒸気爆発および漏洩した水と周辺雰囲気との反応による冷却システムの周辺部の破損などが発生するおそれがある。
また、金型保温器のように、加圧水を用いて温度制御する場合を考える。この場合、160℃以上の温度の熱源を冷却することは原理的に不可能である。また、上記と同様に、水蒸気爆発および冷却システムの周辺部の破損などのおそれがある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型の熱源を均一に冷却することができる冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システムを提供することである。
本発明の冷却システムは、空気以外の気体冷媒を液化しない程度に圧縮して送り出すコンプレッサと、コンプレッサから送り出されてきた気体冷媒が通過するときに、気体冷媒によって冷却される熱源とを備えている。また、そのシステムは、熱源から熱を吸収した後の気体冷媒が外部へ熱を放出する熱交換器と、熱交換器において熱を外部へ放出した後の気体冷媒を一時的に貯留するバッファタンクと、コンプレッサ、熱源、熱交換器、およびバッファタンクをこの順番で連結し閉回路を構成し、気体冷媒を循環させるための配管とを備えている。
上記の構成によれば、比熱が小さな気体冷媒を用いて熱源を冷却するため、大きな表面を有する熱源を冷却する場合に、比熱が大きな液体冷媒を用いて熱源を冷却する冷却システムまたは冷媒の相変化によって熱源を冷却する冷却システムに比較して、熱源の表面の温度分布のむらが生じる度合いを低減することできる。また、冷媒として気体が用いられると、気体と他の物質とが反応することに起因する不具合が生じるおそれがある。しかしながら、上記の構成によれば、気体冷媒は閉回路内を循環するため、前述の不具合が生じるおそれがない。
また、冷却システムがコンプレッサと熱源との間に気体冷媒を一時的に貯留する他のバッファタンクをさらに備えていれば、熱源に供給される気体の流量が安定する。
また、前述のバッファタンクの容量が、気体冷媒が閉回路を1回循環するために要する時間内にコンプレッサが吐出する気体冷媒の量以上であれば、コンプレッサが吐出する気体冷媒がなくってしまうおそれが低減される。
また、冷却システムは、気体冷媒を外部から補充し得るようにバッファタンクに接続された補充用配管と、気体冷媒を外部へ排出し得るようにバッファタンクに接続された排出用配管とをさらに備えていることが望ましい。
上記の構成によれば、バッファタンク内の気体冷媒の量が少な過ぎる場合には、補充用配管を介して、外部からバッファタンクへ気体冷媒を補充することができ、バッファタンク内の気体冷媒の量が多過ぎる場合には、排出用配管を介して、バッファタンクから外部へ気体冷媒を排出することができる。
また、コンプレッサが、熱源を目標とする温度まで冷却するために必要な気体冷媒の循環量よりも大きな量の気体冷媒を吐出する能力を有していれば、熱源への気体冷媒の供給が不足するという事態が生じない。
また、気体冷媒が、窒素、酸素、二酸化炭素または不活性ガスを含んでいることが望ましい。これらの気体冷媒は、他の物質と反応するおそれが低いため、気体冷媒が閉回路の外部に漏れた場合に、気体冷媒が周囲環境へ悪影響を与えるおそれが低い。
また、配管は、熱源においては冷却管として機能し、冷却管の表面積が熱源1m3あたり20cm2以上かつ750cm2以下であれば、十分な熱交換を行なうことができる。
また、熱交換器における気体冷媒の圧力損失が閉回路全体における気体冷媒の圧力損失の1/10以下であれば、熱交換器が熱源の冷却のために必要な気体冷媒の流れを阻害することはない。
また、本発明の冷却システムが、閉回路とは別に、コンプレッサが起動された後、気体冷媒が閉回路内を1回循環するまでの間にコンプレッサが吐出する量の気体冷媒をコンプレッサに供給し得る冷媒供給経路をさらに備えていれば、コンプレッサの起動直後の運転が安定する。
また、本発明の冷却システムは、バッファタンク内の気体冷媒の圧力がコンプレッサの吸い込み圧力のほぼ上限値の圧力である場合に、バッファタンク内の気体冷媒を自動的に排気する排気弁と、バッファタンク内の気体冷媒の圧力がコンプレッサの吸い込み圧力のほぼ下限値の圧力である場合に、バッファタンク内へ気体冷媒を自動的に吸気する吸気弁とをさらに備えていることが望ましい。これによれば、バッファタンクの安全性およびコンプレッサの適正な運転状態を自動的に確保することができる。
本発明のプラズマ処理システムは、空気以外の気体冷媒を液化しない程度に圧縮して送り出すコンプレッサと、プラズマ処理用の気体を用いて所定の処理を行なうときに熱を発する装置であって、コンプレッサから送り出されてきた気体冷媒が通過するときに、気体冷媒によって冷却されるプラズマ処理装置とを備えている。また、そのシステムは、プラズマ処理装置から熱を吸収した後の前記気体冷媒が外部へ熱を放出する熱交換器と、熱交換器において熱を外部へ放出した後の前記気体冷媒を一時的に貯留するバッファタンクとを備えている。さらに、そのシステムは、コンプレッサ、熱源、熱交換器、およびバッファタンクをこの順番で連結する閉回路を構成し、その閉回路において気体冷媒を循環させるための配管を備えている。また、気体冷媒は、プラズマ処理用の気体とは反応しない1または2以上の気体からなっている。
本発明の冷却システムの運転方法は、前述の冷却システムの運転方法であって、コンプレッサが起動されたときに、バッファタンク内の気体冷媒の圧力が低下した分だけ、バッファタンク内へ気体冷媒を吸引するステップと、閉回路において気体冷媒が1回循環するために必要な時間以上の時間が経過した後、バッファタンク内の気体冷媒の圧力をコンプレッサが損傷しない程度の値に維持するステップとを備えている。これによれば、コンプレッサに気体冷媒が供給されない状態が発生しないため、コンプレッサが損傷することが防止される。
本発明によれば、冷媒として比熱が小さい気体が用いられるため、熱源の温度表面のばらつきが生じ難い。また、閉回路内を気体冷媒が循環するため、ランニングコストの増加を抑制することができる。また、気体の種類は任意に選択され得るものであるため、熱源の周囲の雰囲気に応じて、危険性が低い気体を使用すれば、安全に熱源を冷却することができる。さらに、本発明の冷却システムは、気体と液体との相変化を利用するものではないため、比較的簡単に冷却能力を調整することができる。
この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
1 コンプレッサ、2 熱源(大型ヒータ)、3 熱交換器、4 バッファタンク。
図面を参照しながら、本発明の実施の形態の冷却システムを説明する。
実施の形態の冷却システムは、表面の温度分布を均一に維持しながら冷却することが必要な熱源、たとえば、大型ヒータの冷却のために用いられる。また、実施の形態においては、冷却される熱源は、酸素と反応し易い雰囲気中に設置されているものとする。そのため、この冷却システムの冷媒としては、窒素またはアルゴン等が考えられる。しかしながら、冷媒は、熱源の周囲の雰囲気に応じて適宜選択されるものであり、気体であれば、前述の冷媒に限定されるものではない。また、本実施の形態の冷却システムにおいて用いられる各機器は一例であって、本発明の冷却システムに用いられる各機器は、以下説明されるものに限定されない。
実施の形態の冷却システムは、表面の温度分布を均一に維持しながら冷却することが必要な熱源、たとえば、大型ヒータの冷却のために用いられる。また、実施の形態においては、冷却される熱源は、酸素と反応し易い雰囲気中に設置されているものとする。そのため、この冷却システムの冷媒としては、窒素またはアルゴン等が考えられる。しかしながら、冷媒は、熱源の周囲の雰囲気に応じて適宜選択されるものであり、気体であれば、前述の冷媒に限定されるものではない。また、本実施の形態の冷却システムにおいて用いられる各機器は一例であって、本発明の冷却システムに用いられる各機器は、以下説明されるものに限定されない。
図1を用いて、実施の形態の冷却システム100の全体構成を説明する。
本実施の形態の冷却システム100は、図1に示すように、バッファタンク4内に貯留されている冷媒を吸い込み、その冷媒を圧縮して送り出すコンプレッサ1を備えている。コンプレッサ1が送り出す冷媒としては、価格および熱伝導率を考慮して、窒素が用いられている。窒素は、熱源2を通過するときに、熱源2から熱を奪い、熱源2を冷却する。熱源2から熱を奪った窒素は、熱交換器3へ至る。熱交換器3において、窒素は、外部へ熱を放出する。それにより、窒素の温度は低下する。その後、窒素は、バッファタンク4に至り、一時的に貯留される。
本実施の形態の冷却システム100は、図1に示すように、バッファタンク4内に貯留されている冷媒を吸い込み、その冷媒を圧縮して送り出すコンプレッサ1を備えている。コンプレッサ1が送り出す冷媒としては、価格および熱伝導率を考慮して、窒素が用いられている。窒素は、熱源2を通過するときに、熱源2から熱を奪い、熱源2を冷却する。熱源2から熱を奪った窒素は、熱交換器3へ至る。熱交換器3において、窒素は、外部へ熱を放出する。それにより、窒素の温度は低下する。その後、窒素は、バッファタンク4に至り、一時的に貯留される。
また、本実施の形態においては、コンプレッサ1、熱源2、熱交換器3、およびバッファタンク4が、この順番で、窒素が流れる配管5によって接続されて、窒素が外気に触れずに循環する閉回路が構成されている。なお、閉回路内を循環する冷媒は、空気以外の気体であって、閉回路を循環するときに、液化することなく、熱源から熱を吸収し、その熱を外部へ放出する気体でれば、いかなる気体であってもよい。
前述のような本実施の形態の冷却システムによれば、比熱が小さな窒素を用いて表面積が大きな熱源2を冷却するため、比熱が大きな液体を用いる場合、または、冷媒の相変化によって熱源を冷却する場合に比較して、熱源2の表面の温度分布のむらが生じる度合いを低減することできる。また、窒素と反応する雰囲気中で窒素が用いられると、窒素と他の物質とが反応することに起因する不具合が生じるおそれがあるが、本実施の形態においては、窒素は閉回路内を循環するため、前述の不具合が生じるおそれがない。
たとえば、コンプレッサ1においては、図2に示すように、モータ(図示せず)等によって回転する回転体1cの回転がクランク等によってピストン1aに伝達される。それにより、シリンダ1e内では、ピストン1aが往復運動する。また、図1において矢印で示すように、配管5を流れる窒素が、吸込口1fからシリンダ1e内へ吸い込まれる。シリンダ1e内では、窒素がピストン1aによって圧縮される。その結果、圧力が高まった窒素によって板バネ弁1dが開放される。それにより、図2において矢印で示すように、シリンダ1e内の窒素が吐出口1gから配管5へ吐き出される。コンプレッサ1が吐き出す窒素は、気体である。つまり、コンプレッサ1は、気体の窒素を液化させない程度に圧縮して吐き出す。
また、コンプレッサ1は、熱源2を目標とする温度まで冷却するために必要な気体の循環量よりも大きな量の気体を吐出する能力を有している。したがって、熱源2への窒素の供給が不足するという事態が生じない。
また、本実施の形態の冷却システムは、閉回路とは別に、コンプレッサ1が起動された後、窒素が閉回路内を1回循環する間にコンプレッサ1が吐出する量の窒素をコンプレッサ1に供給するための他の窒素供給経路を備えている。具体的には、他の窒素供給経路は、図1に示すように、バッファタンク4に接続されている窒素補充用配管8aである。したがって、コンプレッサ1の起動直後においては、窒素補充制御バルブ80aが開かれて、バッファタンク4内に窒素が窒素タンク200から供給され、コンプレッサ1に順次窒素が送り込まれる。そのため、コンプレッサ1の起動直後の運転が安定する。なお、図1に示される閉回路内において1m3/minの速度で窒素が1回循環するための時間は6秒である。
本実施の形態においては、熱源2としての大型ヒータから、約50Kcal/cm2/hの熱量を均一に取り除く必要があるものとする。そのため、大型ヒータと冷媒である窒素との温度差(Δt)が150℃であるとすると、1m3/minの速度で窒素を閉回路内において常時循環させる必要がある。したがって、コンプレッサ1としては1m3/min以上の吐出量で窒素を循環させることができるものが選択される。ただし、コンプレッサ1の吐出量は、配管5全体の圧力損失も考慮して決定される必要がある。したがって、コンプレッサ1の窒素の吐出量は、少なくとも窒素の必要循環量の1.2倍以上であることが好ましいが、その値は、1.5倍以上であればより好ましい。これによれば、配管5の曲部および配管5に設けられたバルブ等に起因する圧力損失分も考慮して、十分な窒素の循環流量を確保することができる。
なお、負荷変動に応じたコンプレッサ1の稼働率の変動を緩和するために、図3に示すように、コンプレッサ1と熱源2との間に気体が一時的に溜まりかつ高圧に耐え得る他のバッファタンク6が設けられていてもよい。これによれば、熱源2に供給される気体の流量が安定する。ただし、バッファタンク6は、必要に応じて設けられるものであり、本発明に必須の構成ではない。
また、熱源2は、その表面積が大きなものであるため、図4に示すように、窒素が循環する配管5が蛇行するように設けられている。コンプレッサ1から熱源2内の蛇行する配管5へ入口2aを介して窒素が送り込まれる。また、熱源2内を通過した窒素は、出口2bを介して、配管5へ送り出される。本実施の形態の冷却システム100によれば、冷媒として比熱が小さな窒素が用いられているため、熱源2の入口2a付近の窒素の熱交換能力と熱源2の出口2b付近の窒素の熱交換能力とにほとんど差はない。したがって、熱源2の表面の温度分布にむらが生じない。
また、熱交換器3には、図5に示すように、配管5が蛇行するように設けられている。熱源2を通過した窒素は、入口3aを介して、熱交換器3内を蛇行する配管5へ送り込まれ、蛇行する配管5内を流れる間に、熱を外部へ放出する。熱交換器3内において、窒素の熱は、入口配管7aから出口配管7bへ向かって流れる冷却水に伝達される。また、熱交換器3内を流れる窒素は、出口3bを介して、配管5へ排出される。
また、冷却水は、図1に示すように、冷却水タンク300に貯留されており、冷却水ポンプ310によって、冷却水タンク300と熱交換器3との間を循環している。したがって、熱交換器3を通過した窒素は、温度が低下しており、再び、熱源2を通過するときに、熱源2から熱を奪うことができる程度の温度になっている。なお、冷却水ポンプ310の制御は、制御装置30によって行なわれている。また、冷却水タンク300においては、冷却ファンが設けられており、大気と冷却水との間で熱交換が行なわれている。
また、熱交換器3における窒素の圧力損失が閉回路全体における窒素の圧力損失の1/10以下である。したがって、熱交換器3が熱源2の冷却のために必要な窒素の流れを阻害することはない。
また、熱源2内の冷却管としての配管5の表面積は、熱源1m3あたり20cm2以上かつ750cm2以下である。したがって、熱源2は、十分な熱交換能力を有している。
一般に、熱交換器3は、配管5における窒素の放熱量を除いた量の熱交換を行なう必要がある。ただし、本実施の形態においては、配管5の放熱量が無視され得る場合にも、熱交換器3は、約50Kcal/cm2/h以上の熱交換を行なうことができる必要がある。また、多量の窒素ガスが熱交換器3内の配管5を流れる必要があるため、配管5の圧力損失を低減することも必要である。さらに、熱交換をスムーズに行なう必要がある。そのため、配管5は、熱伝導率の大きな銅またはアルミニウム等の材料によって構成されていることが望ましい。これによって、熱交換器3のサイズを小さくすることができる。
また、図6に示すように、バッファタンク4にも配管5が接続され、熱交換器3で熱交換を終えた窒素が、入口4aを介して、バッファタンク4へ導入され、バッファタンク4内で貯留される。その後、コンプレッサ1のピストン1aの往復運動によって、シリンダ1e内の空間が負圧になるごとに、バッファタンク4からコンプレッサ1へ窒素が吸い込まれる。また、バッファタンク4内の窒素は、出口4bを介して、配管5へ送り出される。
また、前述のバッファタンク4の容量が、窒素が閉回路を1回循環するために要する時間内にコンプレッサ1が吐出する窒素の量以上である。より具体的には、バッファタンク4の容量は100L以上である。また、このバッファタンク4の容量は、閉回路の安定性に大きく影響するため、その安全率は高いことが望ましい。具体的には、バッファタンク4の安全率は、2以上であることが好ましい。なお、安全率が2とは、必要容量100Lに対して200Lの容量が確保されることを意味する。前述の構成によれば、コンプレッサ1が吐出する窒素がバッファタンク4内になくなることがない。そのため、コンプレッサ1に供給される窒素がないにもかかわらず、コンプレッサ1が駆動し続ける状態が発生しない。そのため、コンプレッサ1が損傷するおそれが低減されている。
また、バッファタンク4が、図6に示すように、窒素を外部から補充するための窒素補充用配管8aおよび気体を外部へ排出するための窒素排出用配管8bに接続されている。また、窒素補充用配管8aおよび窒素排出用配管8bは、図1に示すように、窒素タンク200に接続されている。窒素補充用配管8aには、窒素補充用ポンプ210が設けられている。窒素排出用配管8bには、窒素排出用ポンプ220が設けられている。
また、窒素補充用配管8aおよび窒素排出用配管8bには、それぞれ、窒素補充制御バルブ80aおよび窒素排出制御バルブ80bが設けられている。窒素補充制御バルブ80a、窒素排出制御バルブ80b、窒素補充用ポンプ210、および窒素排出用ポンプ220は、それぞれ、制御装置30によって制御される。制御装置30は、バッファタンク4内に設けられた圧力センサ20の測定値を特定可能な信号を受信し、その信号に基づいて、窒素補充制御バルブ80a、窒素排出制御バルブ80b、窒素補充用ポンプ210、および窒素排出用ポンプ220を制御する。なお、制御装置30は、コンプレッサ1の制御も行なっている。
本実施の形態の冷却システムの運転時には、制御装置30は、コンプレッサ1を起動した直後においては、コンプレッサ1の起動に起因してバッファタンク4内の気体の圧力が低下した分だけ、バッファタンク4内へ窒素を供給するために、窒素補充制御バルブ80aを開くとともに、窒素補充用ポンプ210を駆動する。また、制御装置30は、閉回路において窒素が1回循環するために必要な時間以上の時間が経過した後、バッファタンク4内の気体の圧力が、コンプレッサ1が損傷しない程度の値、たとえば、正圧0.5気圧以下に設定されるように、窒素補充制御バルブ80aおよび窒素排出制御バルブ80bの開閉、ならびに、窒素補充用ポンプ210および窒素排出用ポンプ220の駆動状態を制御する。
つまり、バッファタンク4内の窒素の量が少な過ぎる場合には、制御装置30は、窒素補充制御バルブ80aを開き、かつ、窒素補充用ポンプ210を駆動して、窒素補充用配管8aを介して、窒素タンク200からバッファタンク4へ窒素を補充する。また、バッファタンク4内の窒素の量が多過ぎる場合には、制御装置30は、窒素排出制御バルブ80bを開き、かつ、窒素排出用ポンプ220を駆動して、窒素排出用配管8bを介して、バッファタンク4から窒素タンク200へ窒素を排出する。したがって、コンプレッサ1に窒素が供給されない状態が発生しないため、コンプレッサ1が損傷することが防止される。
また、制御装置30は、圧力センサ20から受ける信号よって、バッファタンク4内の窒素の圧力がコンプレッサ1の吸い込み圧力のほぼ上限値の圧力であることを検出した場合に、窒素補充制御バルブ80aを閉じかつ窒素排出制御バルブ80bを開くとともに、窒素排出用ポンプ220を駆動して、バッファタンク4内の窒素を自動的に排出することができる。また、制御装置30は、圧力センサ20から受ける信号によって、バッファタンク4内の窒素の圧力がコンプレッサ1の吸い込み圧力のほぼ下限値の圧力であることを検出した場合に、窒素排出制御バルブ80bを閉じかつ窒素補充制御バルブ80aを開くとともに、窒素補充用ポンプ210を駆動して、バッファタンク4内へ窒素を自動的に吸気することができる。なお、前述の上限値および下限値とは、コンプレッサ1の種類ごとに決まる値であって、それらの値によって規定される範囲内の量の窒素がバッファタンク4内へ供給されていれば、コンプレッサ1およびバッファタンク4が損傷しない。したがって、上記の構成によれば、バッファタンク4の安全性およびコンプレッサ1の適正な運転状態を自動的に確保することができる。
なお、本実施の形態においては、冷媒として、窒素が用いられているが、窒素の代わりに、酸素、二酸化炭素または不活性ガス(たとえば、アルゴン)が用いられてもよい。これらの気体は、他の物質と反応するおそれが低いため、気体が閉回路の外部に漏れた場合に、周囲環境へ悪影響を与えるおそれが低い。
特に、温度が高い真空雰囲気中に設置された熱源を液体冷媒を用いて冷却すると、液体が沸騰して爆発するおそれ、たとえば、水蒸気爆発が発生するおそれがある。そのため、この場合においては、冷却システムにおいて液体冷媒を使用することはできない。また、たとえば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置のように、反応性が高いかまたは毒性が強い気体がわずかに含まれた真空雰囲気を形成する装置がある。このようなプラズマ処理装置は、所定の気体を用いて所望の処理を行なう過程で、熱を発する。このようなプラズマ処理装置が熱源2として組み込まれている冷却システムが使用される場合には、冷却効率を考慮することとともに、プラズマ処理装置内において使用されている気体とは反応しない気体冷媒を使用することが望ましい。これによれば、プラズマ処理装置内においてプラズマ処理のために使用されている気体がプラズマ処理装置から漏れ出すとともに、冷却システムの配管5から気体冷媒が漏れ出しても、それらの気体同士が反応(たとえば、化学反応)して、不具合が発生することはない。したがって、前述の冷却システムが用いられたプラズマ処理システムの安全性が向上する。なお、気体冷媒は、1種類の気体からなっているものであっても、複数種類の気体からなっているものであってもよい。
上述の実施の形態の冷却システム100によれば、大型の熱源2を冷却する場合において、大規模な構造を採用することなく、高い温度の熱源2を冷却することが可能であり、安全性が確保され、かつ、周辺部を損傷させずに、熱源を均一に冷却することができる。
次に、実施の形態の冷却システムの運転方法を説明する。
まず、制御装置30は、コンプレッサ1を始動した後、図1に示すバッファタンク4とコンプレッサ1との間に設けられたバルブ10を開く。このとき、コンプレッサ1が負圧状態で動作することを防止するために窒素が窒素補充用配管8aからバッファタンク4へ供給される。特に、窒素が循環して冷却システム100が定常状態になるまでの間(6秒以内)においては、コンプレッサ1は負圧状態で動作し易いため、バッファタンク4へ窒素の供給することが必要である。
まず、制御装置30は、コンプレッサ1を始動した後、図1に示すバッファタンク4とコンプレッサ1との間に設けられたバルブ10を開く。このとき、コンプレッサ1が負圧状態で動作することを防止するために窒素が窒素補充用配管8aからバッファタンク4へ供給される。特に、窒素が循環して冷却システム100が定常状態になるまでの間(6秒以内)においては、コンプレッサ1は負圧状態で動作し易いため、バッファタンク4へ窒素の供給することが必要である。
この後、窒素が閉回路の配管5を循環すると、バッファタンク4内の圧力が安定し、コンプレッサ1は、負荷が生じない程度の正圧状態で動作する。また、コンプレッサ1のシリンダ1e内の空間が過度に正圧になった場合には、窒素排出制御バルブ80bを開いて、バッファタンク4内の窒素が排出される。これによって、コンプレッサ1を安定して動作させることができる。
上記本実施の形態の冷却システムによれば、冷媒としての窒素が循環して使用され、冷媒を新たに供給する必要がない。そのため、ランニングコストはコンプレッサ1の消費電力のコストのみであるため、窒素を順次排出する冷却システムに比較して、大幅なコストダウンを図ることができる。
この発明を詳細に説明し示してきたが、これは例示のためのみであって、限定ととってはならず、発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定されることが明らかに理解されるであろう。
Claims (12)
- 空気以外の気体冷媒を液化しない程度に圧縮して送り出すコンプレッサ(1)と、
前記コンプレッサ(1)から送り出されてきた気体冷媒が通過するときに、前記気体冷媒によって冷却される熱源(2)と、
前記熱源(2)から熱を吸収した後の前記気体冷媒が外部へ熱を放出する熱交換器(3)と、
前記熱交換器(3)において熱を外部へ放出した後の前記気体冷媒を一時的に貯留するバッファタンク(4)と、
前記コンプレッサ(1)、前記熱源(2)、前記熱交換器(3)、および前記バッファタンク(4)をこの順番で連結する閉回路を構成し、該閉回路において前記気体冷媒を循環させるための配管(5)とを備えた、冷却システム。 - 前記コンプレッサ(1)と前記熱源(2)との間に前記気体冷媒を一時的に貯留する他のバッファタンク(200)をさらに備えた、請求項1に記載の冷却システム。
- 前記バッファタンク(4)の容量は、前記気体冷媒が前記閉回路を1回循環するために要する時間内に前記コンプレッサ(1)が吐出する前記気体冷媒の量以上である、請求項1に記載の冷却システム。
- 前記気体冷媒を外部から補充し得るように前記バッファタンク(4)に接続された補充用配管(8a)と、
前記気体冷媒を外部へ排出し得るように前記バッファタンク(4)に接続された排出用配管(8b)とをさらに備えた、請求項1に記載の冷却システム。 - 前記コンプレッサ(1)は、前記熱源(2)を目標とする温度まで冷却するために必要な前記気体冷媒の循環量よりも大きな量の前記気体冷媒を吐出する能力を有する、請求項1に記載の冷却システム。
- 前記気体冷媒が、窒素、酸素、二酸化炭素または不活性ガスを含む、請求項1に記載の冷却システム。
- 前記配管(5)は、前記熱源(2)においては冷却管として機能し、
前記冷却管の表面積が熱源1m3あたり20cm2以上かつ750cm2以下である、請求項1に記載の冷却システム。 - 前記熱交換器(3)における気体の圧力損失が前記閉回路全体における気体の圧力損失の1/10以下である、請求項1に記載の冷却システム。
- 前記閉回路とは別に、前記コンプレッサ(1)が起動された後、前記気体が前記閉回路内を1回循環するまでの間に前記コンプレッサ(1)が吐出する量の前記気体冷媒を前記コンプレッサ(1)に供給し得る冷媒供給経路(200,210,8a)をさらに備えた、請求項1に記載の冷却システム。
- 前記バッファタンク(4)内の前記気体冷媒の圧力が前記コンプレッサ(1)の吸い込み圧力のほぼ上限値の圧力である場合に、前記バッファタンク(4)内の前記気体冷媒を自動的に排気する排気弁(80b)と、
前記バッファタンク(4)内の前記気体冷媒の圧力が前記コンプレッサ(1)の吸い込み圧力のほぼ下限値の圧力である場合に、前記バッファタンク(4)内へ前記気体冷媒を自動的に吸気する吸気弁(80a)とをさらに備えた、請求項1に記載の冷却システム。 - 空気以外の気体冷媒を液化しない程度に圧縮して送り出すコンプレッサ(1)と、
プラズマ処理用の気体を用いて所定の処理を行なうときに熱を発する装置であって、前記コンプレッサ(1)から送り出されてきた気体冷媒が通過するときに、前記気体冷媒によって冷却されるプラズマ処理装置(2)と、
前記プラズマ処理装置(2)から熱を吸収した後の前記気体冷媒が外部へ熱を放出する熱交換器(3)と、
前記熱交換器(3)において熱を外部へ放出した後の前記気体冷媒を一時的に貯留するバッファタンク(4)と、
前記コンプレッサ(1)、前記熱源(2)、前記熱交換器(3)、および前記バッファタンク(4)をこの順番で連結する閉回路を構成し、該閉回路において前記気体冷媒を循環させるための配管(5)とを備え、
前記気体冷媒は、前記プラズマ処理用の気体とは反応しない1または2以上の気体からなる、プラズマ処理システム。 - 請求項1に記載の冷却システムの運転方法であって、
前記コンプレッサ(1)が起動されたときに、前記バッファタンク(4)内の気体冷媒の圧力が低下した分だけ、前記バッファタンク(4)内へ前記気体冷媒を吸引するステップと、
前記閉回路において前記気体冷媒が1回循環するために必要な時間以上の時間が経過した後、前記バッファタンク(4)内の前記気体の圧力を前記コンプレッサ(1)が損傷しない程度の値に維持するステップとを備えた、冷却システムの運転方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005287921 | 2005-09-30 | ||
JP2005287921 | 2005-09-30 | ||
PCT/JP2006/318385 WO2007040033A1 (ja) | 2005-09-30 | 2006-09-15 | 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2007040033A1 true JPWO2007040033A1 (ja) | 2009-04-16 |
Family
ID=37906077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007538682A Pending JPWO2007040033A1 (ja) | 2005-09-30 | 2006-09-15 | 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20090113912A1 (ja) |
JP (1) | JPWO2007040033A1 (ja) |
TW (1) | TW200726949A (ja) |
WO (1) | WO2007040033A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9874077B2 (en) * | 2008-04-30 | 2018-01-23 | Altarock Energy Inc. | Method and cooling system for electric submersible pumps/motors for use in geothermal wells |
JP2011003464A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用冷却装置 |
JP5862249B2 (ja) * | 2011-12-01 | 2016-02-16 | いすゞ自動車株式会社 | 熱音響冷凍装置 |
KR20180086669A (ko) * | 2017-01-23 | 2018-08-01 | 에드워드 코리아 주식회사 | 질소 산화물 감소 장치 및 가스 처리 장치 |
KR102646623B1 (ko) * | 2017-01-23 | 2024-03-11 | 에드워드 코리아 주식회사 | 플라즈마 발생 장치 및 가스 처리 장치 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000274852A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ヘリウム液化装置の制御方法及び装置 |
JP2001196321A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Ohkura Electric Co Ltd | ガス冷却式縦型ウェーハ処理装置 |
JP2004193307A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜製造装置 |
JP2005096329A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Mitsubishi Engineering Plastics Corp | 金型組立体、及び、中空部を有する成形品の射出成形方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4175400A (en) * | 1977-02-18 | 1979-11-27 | The Rovac Corporation | Air conditioning system employing non-condensing gas with accumulator for pressurization and storage of gas |
JP2609327B2 (ja) * | 1989-05-26 | 1997-05-14 | 三菱電機株式会社 | 冷凍機 |
JPH04147615A (ja) * | 1990-10-09 | 1992-05-21 | Mitsubishi Electric Corp | Mocvd装置 |
JPH04242926A (ja) * | 1991-01-08 | 1992-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体基板の温度制御方法、半導体基板の温度制御装置および各種真空装置 |
JPH0927459A (ja) * | 1995-07-10 | 1997-01-28 | Canon Inc | 半導体素子の製造装置 |
JPH0992624A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-04-04 | Semitsukusu Eng Kk | 熱処理炉 |
US6986382B2 (en) * | 2002-11-01 | 2006-01-17 | Cooligy Inc. | Interwoven manifolds for pressure drop reduction in microchannel heat exchangers |
JP2005079539A (ja) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
US7024883B2 (en) * | 2003-12-19 | 2006-04-11 | Carrier Corporation | Vapor compression systems using an accumulator to prevent over-pressurization |
-
2006
- 2006-09-15 JP JP2007538682A patent/JPWO2007040033A1/ja active Pending
- 2006-09-15 US US12/064,703 patent/US20090113912A1/en not_active Abandoned
- 2006-09-15 WO PCT/JP2006/318385 patent/WO2007040033A1/ja active Application Filing
- 2006-09-28 TW TW095136088A patent/TW200726949A/zh unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000274852A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ヘリウム液化装置の制御方法及び装置 |
JP2001196321A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Ohkura Electric Co Ltd | ガス冷却式縦型ウェーハ処理装置 |
JP2004193307A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜製造装置 |
JP2005096329A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Mitsubishi Engineering Plastics Corp | 金型組立体、及び、中空部を有する成形品の射出成形方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007040033A1 (ja) | 2007-04-12 |
TW200726949A (en) | 2007-07-16 |
US20090113912A1 (en) | 2009-05-07 |
TWI323330B (ja) | 2010-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9064913B2 (en) | Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and non-transitory computer-readable recording medium | |
US10634011B2 (en) | System and method for controlling a closed loop working on a rankine cycle with a tank and a pressure regulating device | |
CN102192626B (zh) | 使用液态冷冻剂的冷冻器及方法 | |
JP6738642B2 (ja) | ガス供給設備と冷却設備とを融合したシステム | |
JP2005517288A (ja) | キャビネット冷却 | |
JPWO2007040033A1 (ja) | 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム | |
US20240011492A1 (en) | Fluid-path switching apparatus and method of preventing idling rotation of submersible pump | |
RU2437037C1 (ru) | Термокомпрессионное устройство | |
JP2007309184A (ja) | クライオポンプ及びその再生方法 | |
RU2526505C1 (ru) | Способ создания потока газа в гиперзвуковой аэродинамической трубе и аэродинамическая труба | |
JP6124003B2 (ja) | 温泉熱発電システム | |
JP4628898B2 (ja) | 加熱冷却装置 | |
CN105650924A (zh) | 提供空气冷却的系统和方法,以及相关的功率生成系统 | |
JP4958888B2 (ja) | 真空解凍装置 | |
JP5269006B2 (ja) | 液体空気を再利用する発電装置 | |
CN116499143A (zh) | 冷凝器冷却设备及冷却方法、空调器及其控制方法和存储介质 | |
JP2006200821A (ja) | 太陽光発電装置搭載冷温熱利用装置 | |
JP2002372397A (ja) | 冷却装置 | |
JPH06157027A (ja) | アンモニアガス回収液化装置 | |
RU2432522C1 (ru) | Термокомпрессионное устройство (варианты) | |
KR200394749Y1 (ko) | 가스운반선용 컴프레셔룸의 냉각제습장치 | |
JP4978361B2 (ja) | 余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステム | |
JPH0674393A (ja) | 液化ガスボンベ冷却装置 | |
KR100572555B1 (ko) | 가스운반선용 컴프레셔룸의 냉각제습장치 | |
JP2013122323A (ja) | 炉における熱利用方法およびその方法を利用した燃焼設備 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100511 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100701 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100907 |