KR20120087803A

KR20120087803A - 정밀 공조기

Info

Publication number: KR20120087803A
Application number: KR1020117028332A
Authority: KR
Inventors: 카쯔노리 후지이
Original assignee: 가부시키가이샤 아사히 코교샤
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-08-07
Also published as: CN102803858A; TWI431230B; KR101272088B1; TW201226813A; WO2012090511A1; CN102803858B; JP4712910B1; JP2012137271A

Abstract

본 발명은, 냉동 사이클의 부하를 일정하게 유지하면서 제어 대상의 공조 부하에 대응하여 배열량을 제어할 수 있는 정밀 공조기를 제공한다.
크린 룸(10)에 설치된 챔버(12) 내의 공기를 도입하고, 이것을 설정 온도로 하여 챔버(12)로 순환하는 정밀 공조기에 있어서, 압축기(29)의 토출 쪽에서 흡입 쪽에 걸쳐, 응축기(31), 팽창밸브(35), 증발기(26)가 차례로 접속됨과 동시에, 압축기(29)의 토출 쪽의 핫가스를 증발기(26)로 흘리는 핫가스 바이패스 회로(40)를 갖는 냉동 사이클(25)과, 냉동 사이클(25)의 증발기(26)가 수용되고, 챔버(12)로부터의 공기를 도입하고, 증발기(26)로 설정 온도로 공조하여 챔버(12)로 순환하는 열 회수부(28)와, 크린 룸(10) 내에 설치됨과 동시에 냉동 사이클(25)의 응축기(31)가 수용되고, 그리고 그 응축기(31)를 크린 룸(10) 내의 공기로 공냉하는 능력 가변 팬(32)을 갖춘 방열부(33)를 갖춘 것이다.

Description

정밀 공조기{Accurate Air Conditioner}

본 발명은, 크린 룸 내에 설치된 노광장치 등을 수용하는 공조 대상인 챔버에 정밀 온도조절된 공기를 공급 순환하는 정밀 공조기에 관한 것이다.

액정 유리기판의 노광장치의 주변 환경은, 온도 변화에 의해 유리기판이 열팽창하기 때문에, 공조 온도를 정밀(정밀도 ±0.01?±0.1 ℃)하게 컨트롤할 필요가 있다.

이와 같은 노광장치 등은, 크린 룸 내에 격벽 등으로 형성한 챔버 내에 설치되어 있고, 크린 룸용 공조기와는 별도의 정밀 공조기를 크린 룸의 마루 아래에 설치하여, 그 정밀 공조기로부터 공조 대상인 챔버로, 정밀 온도 제어된 공조 공기를 공급 순환하도록 하고 있다.

상기 정밀 공조기는, 냉동 사이클로 구성되고, 챔버로부터의 공기를 증발기로 설정 온도보다 낮은 온도(예를 들어 17 ℃)로 냉각하고, 이것을 재열 전기 히터로 설정 온도(예를 들어 23 ℃)로 가열하여, 공조 공기로서 챔버에 공급 순환하도록 하고 있다.

여기에서, 냉동 사이클의 증발기인 흡열부는, 챔버 내를 공조하기 위해 크린 룸 내에 설치되지만, 방열부가 되는 응축기는, 압축기와 함께 실외기로서 크린 룸 바깥에 설치하고, 방열부와 실외기를 냉매 배관으로 접속하여 공냉형 공조기로 된다. 또는 방열부가 되는 응축기를 수냉식으로 하여 크린 룸의 마루 아래에 설치하는 경우에는, 크린 룸 바깥에 냉각수 공급장치를 설치하고, 방열부와 냉각수 공급장치를 수냉 배관으로 접속한 수냉식 공조기가 되는 등, 각종 타입이 제안되어 있다(특허문헌 1).

그러나, 증발기로 설정 온도보다 낮은 온도로 냉각한 공조 공기를 재열 전기 히터로, 설정 온도로 가열하는 정밀 온도 제어는, 전기 히터의 러닝코스트가 많이 드는 문제가 있다.

그래서, 특허문헌 2에 제안되어 있듯이 냉동 사이클의 핫가스를 이용하고, 그것을 증발기로 흘려 증발 온도를 제어하는 핫가스 바이패스에 더하여, 증발기의 공기 취출(吹出) 쪽에 별도 재열용 응축기를 설치하여 그 재열용 응축기에 핫가스를 흘려, 증발기로 냉각된 공기를, 그 재열용 응축기로 가열하고, 그 후 재열 전기 히터로 정밀 온도 제어하는 것이 제안되어 있다.

이 특허문헌 2에서는, 증발기에 핫가스를 흘려 증발 온도를 제어하고, 재열용 응축기로 공조 공기를 온도 제어하기 때문에, 재열 전기 히터의 러닝코스트를 어느 정도 낮출 수 있지만, 핫가스 바이패스로, 냉동 사이클의 응축 온도나 증발 온도를, 응답성 좋고 게다가 정밀하게 제어하는 것은 불가능하여, 재열 전기 히터의 설치는 불가결하다.

한편, 특허문헌 3에서는, 증발기의 취출 쪽에 재열용 응축기를 설치하고, 핫가스를, 공기압으로 작동하는 삼방 비례 제어 밸브로 핫가스의 바이패스량을 제어함으로써, 재열용 응축기로 응답성이 좋은 온도 제어를 실현할 수 있고, 이에 의해 재열 전기 히터를 불필요로 하는 것이 제안되어 있다.

이 특허문헌 3은, 챔버로부터의 공기를, 증발기로 설정 온도보다 5 ℃ 낮은 온도로 냉각한 후 재열용 응축기로 설정 온도로 가열하는 것이고, 재열 전기 히터가 불필요하기 때문에, 러닝코스트를 억제할 수 있게 된다.

특허문헌 1: 일본 특개2000-283500호 공보 특허문헌 2: 일본 특개2009-216332호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 제3283245호 공보

그러나, 특허문헌 1?3에서는, 배열(排熱) 회수용 응축기에 냉각수를 이용하고 있고, 냉각수 공급장치를 크린 룸 바깥에 별도 설치함과 동시에 냉수 배관으로, 냉각수 공급장치와 응축기쪽 방열부를 접속하는 작업을 필요로 한다.

특히, 최근의 크린 룸은 대형화가 진행되고 있고, 노광장치 등의 프로세스 기기가 설치되는 크린 존의 높이는 10 m 가까이이고, 또 마루 아래의 리턴 챔버의 높이도 5?6 m 정도로 높아져 있고, 게다가 그 연장 마루 면적도 수만 ㎡로 되어 있어, 크린 존 내에는 다수의 프로세스 기기를 덮는 챔버가 각각 설치되게 된다. 이 각 챔버의 열을 방열하는 방열부는, 리턴 챔버에 각각 설치되고, 다른 쪽 크린 룸 바깥에는 냉각수 공급장치가 설치되기 때문에, 이 냉각수 공급장치와 각 방열부를 접속하는 냉수 배관은 필연적으로 길어지고, 접속에는 고소(高所) 작업도 필요로 함과 동시에, 냉수 배관의 보온이나 누수대책 등 많은 노력을 필요로 한다.

또, 특허문헌 1?3에서, 냉동 사이클의 부하는, 최대 공조 부하에 대응한 능력으로 설정되고, 압축기의 냉매 토출압은 일정하게 하여 운전되기 때문에, 증발기로 흡열한 냉매열의 배열은, 응축기에 흐르는 냉각수의 순환량을 제어하여, 흡열량과 배열량의 매칭을 도모하고 있다. 그러나, 냉각수로 응축기를 냉각하는 수냉식은, 공조 부하가 큰 경우에는, 응축기에서의 방열량을 적정하게 제어할 수 있지만, 공조 부하가 적은 경우에는, 응축기 쪽에 공급하는 냉각수 유량이 극단적으로 적어져, 냉각수 유량의 제어 범위 이하가 되어 안정 운전이 곤란해질 가능성이 있다.

즉, 제어 대상인 챔버의 온도 제어는, 흡입공기와 취출 온도의 온도 차는 ±2 ℃ 이하로 공조 부하가 작은 케이스가 많다. 다른 한편, 응축기로 공급하는 냉각수 온도는 18 ℃ 정도의 냉각수가 이용되고, 냉매의 응축 온도(70 ℃ 전후)에 대하여 냉각수 온도가 낮기 때문에, 공조 부하가 작아지는 만큼, 냉각수량의 제어는 곤란해지고, 냉동 사이클을 안정하여 운전하고, 게다가 공조 부하에 맞추어, 응축기쪽 배열량을 조정하는 것은 곤란해진다.

그래서, 본 발명의 목적은, 상기 과제를 해결하고, 냉동 사이클의 부하를 일정하게 유지하면서 제어 대상인 챔버의 공조 부하에 대응하여 배열량을 제어할 수 있는 정밀 공조기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 크린 룸에 설치된 공조 대상인 챔버 내의 공기를 도입하고, 그것을 설정 온도로 하여 상기 챔버로 순환하기 위한 정밀 공조기에 있어서,

압축기의 토출 쪽에서 흡입 쪽에 걸쳐, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 순차 접속됨과 동시에, 상기 압축기의 토출(吐出)쪽 핫가스를 상기 증발기로 흘리는 핫가스 바이패스 회로를 갖는 냉동 사이클과,

상기 냉동 사이클의 증발기가 수용되고, 상기 챔버로부터의 공기를 도입하여, 상기 증발기에서 설정 온도로 공조하여 상기 챔버로 순환하는 열 회수부와,

상기 크린 룸 내에 설치됨과 동시에 상기 냉동 사이클의 응축기가 수용되고, 그리고 그 응축기를 크린 룸 내의 공기로 공냉하는 능력 가변 팬을 갖춘 방열부,

를 갖춘 정밀 공조기이다.

본 발명에 있어서, 상기 냉동 사이클과 상기 열 회수부와 상기 방열부가 동일한 케이싱 내에 수용되는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 핫가스 바이패스 회로는 비례 제어 밸브를 갖추고, 상기 열 회수부에는, 상기 증발기로 냉각된 공조 공기의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되고, 그 온도 센서의 검출 값으로, 상기 비례 제어 밸브가 제어되고, 이에 의해, 증발기로 냉각되는 공조 공기가 정밀 온도 제어되는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 증발기의 냉매 출구와 압축기의 흡입 쪽을 잇는 냉매 배관에는, 압축기의 냉매 흡입 압력을 일정하게 유지하는 흡입 압력 조정 밸브가 접속되고, 상기 팽창밸브가 온도식 팽창밸브로 이루어지고, 상기 흡입 압력 조정 밸브의 상류쪽 배관에는, 상기 온도식 팽창밸브의 감온통(感溫筒)이 설치되고, 이에 의해 상기 증발기에서의 냉매 증발 압력이 일정하게 유지되는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 응축기에서 상기 온도식 팽창밸브에 이르는 고압쪽 냉매 배관에는 고압 센서가 설치되고, 다른 쪽 상기 방열부의 능력 가변 팬이 인버터 장치로 구동되고, 상기 고압 센서로 검출되는 냉매의 응축 압력이 일정해지도록 인버터 장치로 상기 능력 가변 팬의 회전을 제어하고, 이에 의해 응축기에서의 냉매 응축 압력이 일정하게 유지되는 것이다.

상기 응축기와 상기 고압 센서 사이의 고압쪽 냉매 배관에는, 수액 탱크가 접속되면 좋다.

상기 열 회수부와 상기 방열부를 수용하는 케이싱은, 상기 크린 룸의 리턴 챔버에 설치되면 좋다.

본 발명에 의하면, 공조 대상인 챔버 내의 공기를 정밀 온도 조절할 때, 챔버의 공기를 공조하는 증발기에 핫가스를 흘림으로써, 공조 공기를 정밀 온도 제어하고, 증발기로 열 회수한 열의 상당분을, 크린 룸 내에 설치한 방열부의 응축기로 공냉에 의해 배열함으로써, 안정한 정밀 온도 제어가 가능해짐과 동시에, 크린 룸 바깥에 실외기나 냉수원을 설치하는 것이 불필요해질 수 있는 우수한 효과를 발휘하는 것이다.

도1은 본 발명의 한 실시형태를 나타내는 전체도이다.
도2는 도1에 나타낸 정밀 공조기의 냉동 사이클의 상세도이다.
도3은 도2에서의 냉동 사이클을 모리엘선도 상에서 나타낸 설명도이다.

이하, 본 발명의 적절한 한 실시형태를 첨부도면에 기초하여 상술한다.

먼저 도1에 의해, 크린 룸(10)과, 크린 룸(10) 내에 설치되는 노광장치 등의 프로세스 기기(11)를 덮는, 공조 대상으로서의 챔버(12)를 공조하는 정밀 공조기(13)를 설명한다.

크린 룸(10)은, 노광장치 등의 프로세스 기기(11)가 설치됨과 동시에 이것을 덮는 챔버(12)가 설치된 크린 존(16)과, 크린 존(16)의 천정(17)의 위쪽에 형성되고, 크린 존(16)에 청정공기를 공급하는 급기 챔버(18)와, 크린 존(16)의 마루(19) 아래에 형성되어 크린 존(16)으로부터의 공기를 흡인하는 리턴 챔버(20)로 구성된다. 리턴 챔버(20)와 급기 챔버(18)는 순환로(21)로 연결되고, 그 순환로(21)에 크린 룸용 공조기(22)가 설치되고, 급기 챔버(18) 내의 천정(17)에는, 크린 존(16)에 청정공기를 불어내는, HEPA와 팬을 갖는 팬 필터 유닛(23)이 복수개 설치된다. 리턴 챔버(20)로부터의 공기는, 순환로(21)를 통하여 공조기(22)로 도입되고, 공조기(22)에서 설정 온도로 공조되어, 그 공조 공기가 급기 챔버(18)로부터 팬 필터 유닛(23) 내의 고성능 필터를 통하여 청정화되어 크린 존(16)에 다운 플로우로 불어져 나온다.

크린 존(16)에는, 마루(19) 위에 프로세스 기기(11)를 덮는 챔버(12)가 설치되고, 챔버(12) 내를 정밀 공조기(13)로 공조함으로써, 프로세스 기기(11) 및 프로세스 기기(11)의 주위 환경을 정밀 온도 제어하도록 되어 있다.

본 발명에 있어서, 상기 정밀 공조기(13)를, 크린 룸(10) 내, 특히 리턴 챔버(20) 내에 설치한 것이다. 즉 정밀 공조기(13)는, 챔버(12) 내의 공기를 환기(RA)로서 도입하고, 이것을 정밀 공조하여 급기(SA)로서 챔버(12)에 공급 순환하는 증발기(26) 및 순환 팬(27)을 갖춘 열 회수부(28)와, 압축기(29) 등을 갖춘 기기부(30)와, 응축기(31) 및 공냉용 능력 가변 팬(32)을 갖춘 방열부(33)로 구성한다. 여기에서 방열부(33)는 적어도 크린 룸(10), 특히 리턴 챔버(20)에 설치되는 것이다. 또, 도시한 바와 같이, 열 회수부(28)와 압축기(29) 등을 갖춘 기기부(30)와 방열부(33)는, 하나의 케이싱(14) 내에 수용하여 정밀 공조기(13)로 한다. 상기 정밀 공조기(13)는, 크린 룸(10) 내의 크린 존(16)이나 리턴 챔버(20)에 설치하지만, 특히 리턴 챔버(20)에 설치하면 좋다.

이어서, 도2에 의해, 정밀 공조기(13)를 구성하는 냉동 사이클(25)을 설명한다.

냉동 사이클(25)은, 압축기(29)의 토출 쪽부터 흡입 쪽에 걸쳐, 방열부(33)의 응축기(31), 수액 탱크(34), 팽창밸브로서의 온도식 팽창밸브(35), 열 회수부(28)의 증발기(26), 어큐물레이터(36)가 냉매 배관(37)으로 순차 접속되고, 게다가 압축기(29)의 토출 쪽에서 응축기(31)에 이르는 고압쪽 냉매 배관(37a)에서 분지하여, 핫가스를 증발기(26)로 흘리는 핫가스 바이패스 회로(40)가 설치되어 주로 구성된다.

이 냉동 사이클(25)을 더 상세하게 설명한다.

압축기(29)의 토출 쪽의 고압쪽 냉매 배관(37a)에는, 압축기(29)의 과부하를 검출하는 압력 스위치(41)가 설치되고, 그 고압쪽 냉매 배관(37a)이 응축기(31)의 입구쪽에 접속된다. 응축기(31)의 입구 쪽의 고압쪽 냉매 배관(37a)에는 응축 압력 조정밸브(50)가 접속된다. 응축기(31)는, 핀 ＆ 튜브로 형성되고, 그 응축기(31)에 능력 가변 팬(32)이 설치되어 방열부(33)가 형성된다. 응축기(31)의 출구 쪽의 고압쪽 냉매 배관(37a)은, 수액 탱크(34)의 상부에 접속되고, 수액 탱크(34)의 저부에 고압쪽 냉매 배관(37b)이 접속된다. 상기 수액 탱크(34)에서 온도식 팽창밸브(35)에 이르는 고압쪽 냉매 배관(37b)에는, 고압 센서(42)가 접속되고, 게다가 그 하류의 고압쪽 냉매 배관(37b)에는, 수분량을 검출하는 사이트글라스(43), 냉매 중의 수분을 제거하는 필터 드라이어(44), 스톱 밸브로서의 백리스 밸브(45)가 접속된다.

온도식 팽창밸브(35)로부터의 저압쪽 냉매 배관(37c)은, 증발기(26)의 입구 쪽에 접속된다. 증발기(26)는, 핀 ＆ 튜브로 형성되고, 그 증발기(26)의 출구 쪽에 순환 팬(27)이 설치되어 열 회수부(28)가 형성된다.

증발기(26)의 출구 쪽에서 어큐물레이터(36)에 이르는 저압쪽 냉매 배관(37c)에는, 압력계(46), 외균압(外均壓) 도입밸브(47), 스트레이너(48), 흡입 압력 조정밸브(49)가 차례로 접속된다.

온도식 팽창밸브(35)는, 다이어그램 밸브로 이루어지고, 상세는 도시하지 않았지만, 한쪽 다이어그램실이 캐필러리관(51)을 통하여 감온통(52)에 접속되고, 다른쪽 다이어그램실이 외균관(外均管)(53)에 접속되어 구성된다. 감온통(52)은, 증발기(26)의 출구 쪽의 저압쪽 냉매 배관(37c)을 따라 설치되고, 외균관(53)은, 외균압 도입밸브(47)에 접속된다. 온도식 팽창밸브(35)는, 감온통(52)으로부터 캐필러리관(51)을 통하여 다이어그램의 한쪽에 작용하는 압력(증발기(26)의 증발 온도에 근거하는 압력)과, 외균관(53)으로부터 다이어그램의 다른 쪽에 작용하는 압력(증발기(26)의 증발 압력)과의 차압(差壓)으로, 밸브 개도(開度)(감압도)가 제어된다.

또한, 도시한 예에서는, 외균식(外均式)의 온도식 팽창밸브(35)의 예로 설명했으나, 내균식(內均式)의 온도식 팽창밸브를 이용해도, 또는 전동식 팽창밸브를 이용하도록 해도 좋다.

흡입 압력 조정밸브(49)는, 그 하류쪽의 냉매 압력이 입력되고, 그 냉매 압력이 일정해지도록 압축기(29)의 흡입압이 조정된다.

핫가스 바이패스 회로(40)는, 압축기(29)의 토출 쪽에서 응축기(31)에 이르는 고압쪽 냉매 배관(37a)과 증발기(26)의 입구를 접속하는 바이패스 배관(54)과, 그 바이패스 배관에 접속한 비례 제어 밸브(55)로 구성된다. 또, 비례 제어 밸브(55)의 상류쪽 바이패스 배관(54)에 스트레이너(56)가 접속된다.

열 회수부(28)에는, 증발기(26)로 공조되어 순환 팬(27)으로 챔버(12)에 공급되는 급기(SA)의 온도를 검출하는 온도 센서(58)가 설치되고, 이 온도 센서(58)의 검출 값으로, 핫가스 바이패스 회로(40)의 비례 제어 밸브(55)가 제어되도록 되어 있다.

또, 방열부(33)의 능력 가변 팬(32)은, 인버터 장치(60)로 회전수 가변으로 구동되고, 그 인버터 장치(60)에 고압 센서(42)의 검출 값이 입력되고, 고압 센서(42)의 검출 값이 일정해지도록 인버터 장치(60)가 능력 가변 팬(32)의 풍량을 제어하게 되어 있다.

상기 도2의 냉동 사이클(25)에 있어서, 압축기(29)로 압축된 냉매 가스(핫가스)는, 응축 압력 조정밸브(50)로 압력 제어되어 주로 응축기(31)를 지나고, 그곳에서 능력 가변 팬(32)의 회전으로 송풍되는 리턴 챔버(20) 내의 공기(23?25 ℃ 정도)와 열교환하여 응축하고, 온도식 팽창밸브(35)로 감압되어 증발기(26)로 흐른다. 다른 한편, 압축기(29)로부터의 핫가스의 일부는, 핫가스 바이패스 회로(40)로부터 비례 제어 밸브(55)로 유량 제어되고, 온도식 팽창밸브(35)로 감압된 기액혼상(氣液混相) 냉매와 함께 증발기(26)로 흐른다. 열 회수부(28)에서는, 챔버(12)로부터의 환기(RA)가 도입되고, 이것을 증발기(26)로 냉각하여 설정 온도 ±0.01?±0.1 ℃로 하고, 정밀 온도 제어한 급기(SA)로서 챔버(12)에 공급한다.

증발기(26)로 열 회수한 냉매는, 증발 냉매로서 흡입 압력 조정밸브(49)로, 압축기(29)의 흡입 압력으로 조정되고, 어큐물레이터(36)를 통하여 압축기(29)로 흡입되고 다시 압축되어 핫가스로 되어 순환된다.

먼저 본 발명에서는, 압축기(29)는, 흡입 압력 조정밸브(49)로 흡입 압력으로 조정되고, 그리고 슈퍼히트(포화가스선보다 5 ℃ 높은 온도)가 된 증발 냉매를 소정의 압력으로 압축하여 핫가스로 한다. 상기 핫가스는, 방열부(33)의 응축기(31)와 핫가스 바이패스 회로(40)를 통하여 증발기(26)의 쌍방에 공급된다. 이때, 응축기(31)의 출구쪽 압력을 고압 센서(42)가 검출하고, 이에 기초하여 인버터 장치(60)가 능력 가변 팬(32)의 송풍량을 제어함과 동시에, 응축 압력 조정밸브(50)는 응축기(31)로 유입하는 압력을 조정한다. 이에 의해, 응축기(31)에서의 열교환량(배열량)이 조정되어, 핫가스 바이패스량의 변동에 상관없이, 응축기(31)에서의 응축 압력이 일정하게 유지된다. 이 응축기(31)에서의 응축은 리턴 챔버(20) 내의 공기(23 ℃?25 ℃ 정도)와 열교환하기 때문에, 응축 냉매 온도와 공기와의 온도 차가 작고, 방열량이 적은 경우에도 능력 가변 팬(32)의 송풍량으로 적정하게 방열량을 제어할 수 있다.

계속해서, 열 회수부(28)에서의 급기(SA)의 정밀 온도 제어는, 온도 센서(58)에 의해 비례 제어 밸브(55)의 개도를 제어하고, 핫가스 바이패스 회로(40)에서 증발기(26)로 유입하는 핫가스량을 제어함으로써 행해진다.

상기 온도 센서(58)는, 도면에서는 열 회수부(28)의 증발기(26)의 출구 쪽의 급기(SA)의 온도를 검출하는 예를 나타내고 있으나, 증발기(26)의 입구 쪽의 환기(RA)의 온도를 검출하는 온도 센서를 별도로 설치하고, 그 출입구의 온도 센서로 비례 제어 밸브(55)를 제어하도록 해도 좋다.

다른 한편, 온도식 팽창밸브(35)는, 핫가스 바이패스량에 상관없이, 감압도를 조정하여 증발기(26)의 증발 압력을 일정하게 유지하는 것이다. 즉, 증발기(26)의 출구쪽 온도가, 감온통(52) 내에 봉입(封入)된 냉매의 압력으로 변환되고, 그것이 캐필러리관(51)을 통하여 온도식 팽창밸브(35)의 다이어그램실의 한쪽에 도입되고, 동시에 증발기(26)로 증발된 냉매의 증발 압력을 외균관(53)을 통하여 온도식 팽창밸브(35)의 다이어그램실의 다른 쪽에 도입되어, 양 다이어그램실의 차압으로 온도식 팽창밸브(35)의 감압도가 조정된다.

이에 의해, 증발기(26)에서는, 증발 압력이 일정하게 유지되고, 그 증발기(26)에서의 냉매 증발량, 즉 환기(RA)와 냉매의 열교환량이 핫가스 유입량으로 제어되기 때문에, 공조 부하에 따른 정밀 온도 제어가 행해진다.

상기 냉동 사이클(25)에 있어서는, 열 회수부(28)의 증발기(26)로 회수한 열을, 방열부(33)의 응축기(31)에서 리턴 챔버(20)의 공기로 배열(排熱)하지만, 그 배열량은, 크린 룸(10)의 공조기(13)에서 처리하는 열량에 대하여 충분히 작기 때문에, 공조기(13)의 공조로 충분히 처리할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 배열을 위한 실외기나 냉수 공급장치를 크린 룸(10) 바깥에 설치하고, 냉매 배관으로 접속하는 수고가 불필요해진다.

또, 정밀 온도 제어할 때에는, 핫가스 바이패스 회로(40)에서는, 비례 제어 밸브(55)로, 그 핫가스 유량을, 리턴 챔버(20)의 공조 부하에 맞추어 제어하여 증발기(26)로 흘린다. 이때, 고압 센서(42)의 검출 값으로 응축기(31)가 응축 압력을 일정하게 제어하고, 동시에 온도식 팽창밸브(35)가 증발 압력을 일정하게 제어하고, 그 위에 흡입 압력 조정밸브(49)가 압축기(29)의 흡입 압력을 조정함으로써 냉동 사이클(25)이 안정하여 운전된다.

또, 비례 제어 밸브(55)는, 리턴 챔버(20)의 공조 부하 변동에 따라 핫가스량을 제어하고, 증발기(26)로 공조 부하에 따라, 냉매가 열 회수한다. 그 후, 압축기(29)로 압축한 핫가스가 방열부(33)의 응축기(31)로 도입하여 방열된다. 이와 같이 열 회수 후에 방열하기 때문에, 공조 부하가 급격하게 변동할 때에는, 냉동 사이클(25)에서의 열 회수량과 방열량의 매칭이 나빠지기 쉽지만, 냉동 사이클(25)에는, 수액 탱크(34)를 설치하고 있기 때문에, 냉동 사이클(25)은 안정한 운전이 가능해진다.

계속해서, 상기 냉동 사이클(25)을 도3의 모리엘선도 상에서 설명한다.

도3은, 냉매로 R407C를 이용했을 때의 모리엘선도 상의 냉동 사이클을 나타내고, 가로축은 비엔탈피(kJ/kg), 세로축은 절대압력(MPa), Lg는 R407C의 포화가스선, Ll은 포화액선을 나타내고 있다.

먼저, 압축기(29)의 흡입 냉매는, 흡입 압력 조정밸브(49)로 점 A(12 ℃, 0.5 MPa)로 압축기(29)에 도입된다. 이 점 A는, 포화가스선(Lg)보다 충분히 높은(+5 ℃) 가스상(相) 쪽에서, 슈퍼히트 상태에 있고, 그 냉매 가스가 압축기(29)로 점 B(75 ℃, 2.0 MPa)로 압축된다. 이 점 B의 핫가스는, 응축기(31) 쪽과 핫가스 바이패스 회로(40) 쪽에 공급되고, 그 분기점에서, 점 C(1.7 MPa)로 내려간 압력이 된다. 응축기(31)에 도입된 핫가스는, 방열에 의해, 점 C의 응축 압력을 유지한 채 포화액선(Ll)을 지나, 기액혼상 상태에서 과냉각액이 되는 점 D(31 ℃)까지 냉각된다.

상기 점 D의 과냉각도는, 온도식 팽창밸브(35)로 제어할 수 있고, 온도식 팽창밸브(35)로 점 E(11 ℃, 0.8 MPa)까지 감압된다. 증발기(26)에서는, 이 점 E의 압력으로 증발 압력이 유지된다. 다른 한편 점 C로부터의 핫가스는, 증발기(26)로 도입됨으로써, 점 F(0.8 MPa)까지 압력이 내려가 증발기(26)의 증발 압력이 된다. 증발기(26)에는, 점 F의 핫가스와 온도식 팽창밸브(35)로 점 E까지 감압된 냉매가 유입하고, 그 냉매가, 챔버(12)로부터의 공기(환기(RA))와 열교환한다. 이에 의해 냉매는, 점 G의 상태가 되어, 증발기(26)의 출구에서 흡입 압력 조정밸브(49)의 입구 쪽으로 유입하고, 그 흡입 압력 조정밸브(49)로, 점 G에서 점 A로 감압 조정되어, 압축기(29)로 도입된다.

상기 모리엘선도 상의 냉동 사이클에서 점 C에서 점 D의 열량은, 응축기(31)의 방열량이고, 점 E에서 점 G의 열량은, 증발기(26)에서의 열량 변화이고, 응축기(31)의 방열량은, 압축기(29)의 열량분(점 G에서 점 F의 열량)과 증발 열량분의 합계 열량이 된다.

여기에서, 핫가스 바이패스량이 0%인 경우는 증발기(26)의 증발 열량은, 점 E에서 점 G의 열량이 되고, 공조 부하가 없고 핫가스 바이패스량이 100%인 때는, 압축기(29)의 열량분을 응축기(26)에서 방열하게 되어, 증발기(26)의 입구의 냉매의 비엔탈피는, 점 G에서 압축기(29)의 열량분을 뺀 점 H가 된다. 따라서, 핫가스 바이패스량 0%?100%에 대하여, 증발기(26)의 입구의 냉매의 비엔탈피는 점 E?점 H의 어느 한 점 H'가 되고, 점 H'?점 G의 열량이 공조 부하에 따른 증발 열량, 즉 증발기(26)에서 공기(환기(RA))와 열교환한 열량이 된다.

따라서 챔버(12)의 공조 부하 상태에 맞추어, 핫가스 바이패스량 0%?100%의 범위에서 제어함으로써, 도면에 나타낸 점 E에서 점 H의 사이에서, 공조 부하에 맞춘 열교환량을 조정할 수 있다.

상기 핫가스 바이패스 회로(40)에 흐르는 핫가스 바이패스량은, 냉동 사이클(25)의 냉매의 순환량을 100%로 했을 때, 압축기에서의 발생 열량을 방열할 수 있는 양까지 가능하고, 최대로 70% 정도까지 흘려도 냉동 사이클(25)은 안정하여 운전이 가능하다. 따라서, 비례 제어 밸브(55)로의 유량 제어를 적정하게 함으로써, 설정 온도(예를 들어 23 ℃)에 대하여, ±0.01 ℃?±0.1 ℃로 정밀 온도 제어할 수 있다.

이상 본 발명의 실시형태를 설명했으나, 본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 각종 변경이 가능하다. 즉 팽창밸브로서 온도식 팽창밸브를 예로 설명했으나, 전동식 팽창밸브로 행하도록 해도, 또 도3에서는 냉매로서 R407을 이용했을 때의 냉매 응축 압력, 증발 압력, 압축기 흡입 압력의 일례를 나타내었으나, 공조 부하나 처리 풍량에 따라, 압축기의 압축 능력이나 응축 압력, 증발 압력을 변경해도 좋은 것은 물론이다.

10: 크린 룸 12: 챔버
14: 케이싱 25: 냉동 사이클
26: 증발기 28: 열 회수부
29: 압축기 31: 응축기
32: 능력 가변 팬 33: 방열부
40: 핫가스 바이패스 회로

Claims

크린 룸에 설치된 공조 대상인 챔버 내의 공기를 도입하고, 그것을 설정 온도로 하여 상기 챔버로 순환하기 위한 정밀 공조기에 있어서,
압축기의 토출 쪽부터 흡입 쪽에 걸쳐, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 차례로 접속됨과 동시에, 상기 압축기의 토출 쪽의 핫가스를 상기 증발기로 흘리는 핫가스 바이패스 회로를 갖는 냉동 사이클;
상기 냉동 사이클의 증발기가 수용되고, 상기 챔버로부터의 공기를 도입하고, 상기 증발기에서 설정 온도로 공조하여 상기 챔버로 순환하는 열 회수부; 및
상기 크린 룸 내에 설치됨과 동시에 상기 냉동 사이클의 응축기가 수용되고, 그리고 그 응축기를 크린 룸 내의 공기로 공냉하여 상기 응축기의 응축 압력을 일정하게 유지하는 능력 가변 팬을 갖춘 방열부;
를 갖춘 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.
제1항에 있어서, 상기 냉동 사이클과 상기 열 회수부와 상기 방열부가 동일한 케이싱 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 핫가스 바이패스 회로는, 비례 제어 밸브를 갖추고, 상기 열 회수부에는, 상기 증발기로 냉각된 공조 공기의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되고, 그 온도 센서의 검출 값으로, 상기 비례 제어 밸브가 제어되고, 이에 의해, 증발기로 냉각되는 공조 공기는 정밀 온도 제어되는 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.
제3항에 있어서, 상기 증발기의 냉매 출구와 압축기의 흡입 쪽을 잇는 냉매 배관에는, 압축기의 냉매 흡입 압력을 일정하게 유지하는 흡입 압력 조정밸브가 접속되고, 상기 팽창밸브가 온도식 팽창밸브로 이루어지고, 상기 흡입 압력 조정밸브의 상류쪽 배관에는, 상기 온도식 팽창밸브의 감온통이 설치되고, 이에 의해 상기 증발기에서의 냉매 증발 압력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.
제4항에 있어서, 상기 응축기에서 상기 온도식 팽창밸브에 이르는 고압쪽 냉매 배관에는 고압 센서가 설치되고, 다른 한편 상기 방열부의 능력 가변 팬이 인버터 장치로 구동되고, 상기 고압 센서로 검출되는 냉매의 응축 압력이 일정해지도록 인버터 장치로 상기 능력 가변 팬의 회전을 제어하고, 이에 의해 응축기에서의 냉매 응축 압력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.
제5항에 있어서, 상기 응축기와 상기 고압 센서 사이의 고압쪽 냉매 배관에는, 수액 탱크가 접속되는 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.
제2항에 있어서, 상기 열 회수부와 상기 방열부를 수용하는 케이싱은, 상기 크린 룸의 리턴 챔버에 설치되는 것을 특징으로 하는 정밀 공조기.