JP2009174739A - Mixed refrigerant cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混合冷媒冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a mixed refrigerant cooling device.
一般に、混合冷媒を用いる超低温域の冷却装置には、常温では高圧のガス状態で存在する低沸点冷媒成分が一定の割合で封入されている。そのため、冷却装置を常温の状態から起動させた場合、ある程度の時間が経過して冷媒回路の内部(特に多段気液分離サイクルの最終段付近)が低温になるまでは、多量のガス冷媒が冷媒回路内を循環することになり圧縮機の吐出圧力が異常上昇する。 In general, a low-boiling refrigerant component that exists in a high-pressure gas state at normal temperature is sealed in a cooling device in an ultra-low temperature region using a mixed refrigerant at a certain ratio. Therefore, when the cooling device is started from a normal temperature state, a large amount of gas refrigerant is stored in the refrigerant circuit until a certain amount of time passes and the inside of the refrigerant circuit (especially near the final stage of the multistage gas-liquid separation cycle) becomes low temperature. Circulation in the circuit causes the compressor discharge pressure to rise abnormally.
特許文献1には、ガス冷媒を膨張タンクに回収するようにした冷却装置が開示されている。この冷却装置では、圧縮機の吐出圧力が所定のレベルに達するたびに高圧のガス冷媒をこの膨張タンクに一時的に回収させて、圧縮機の吐出圧力が冷却装置の耐圧限界に達しないようにしている。そして、膨張タンクに回収されたガス冷媒を減圧手段(通常はキャピラリチューブ)により流量を抑制しながら圧縮機の吸込側へ戻すようにしている。
このようにすれば、圧縮機の吐出圧力の異常上昇を抑制することができ、冷却装置を安定稼働させることができる。
ところで、冷却装置に大きな冷却能力が要求される場合、低沸点冷媒を多く封入する必要があり、冷却装置を常温の状態から起動させると低沸点冷媒はガス状態として存在している。 By the way, when a large cooling capacity is required for the cooling device, it is necessary to enclose a large amount of low-boiling point refrigerant. When the cooling device is started from a normal temperature state, the low-boiling point refrigerant exists as a gas state.
しかしながら、従来の冷却装置では、ガス冷媒を膨張タンクに回収させてもすぐに圧縮機の吸込側に戻すようにしているので、圧縮機の吐出圧力が高い状態が続き膨張タンクへのガス冷媒回収が頻繁に発生してしまう。そのため、高沸点冷媒から低沸点冷媒へと順次熱交換を効率良く行い、冷媒回路の内部温度をより早く常温から低温状態にする必要があるが、冷媒回路内を循環する混合冷媒中の低沸点冷媒の割合が多いと熱交換時における高沸点冷媒の冷却効果を妨げることになる。 However, in the conventional cooling device, even if the gas refrigerant is recovered in the expansion tank, it is immediately returned to the suction side of the compressor, so that the discharge pressure of the compressor remains high and the gas refrigerant is recovered into the expansion tank. Will occur frequently. Therefore, it is necessary to efficiently exchange heat sequentially from a high-boiling refrigerant to a low-boiling refrigerant, and the internal temperature of the refrigerant circuit needs to be quickly changed from room temperature to a low temperature state, but the low-boiling point in the mixed refrigerant circulating in the refrigerant circuit When the ratio of the refrigerant is large, the cooling effect of the high boiling point refrigerant at the time of heat exchange is hindered.
その結果、冷媒回路が、高沸点冷媒から低沸点冷媒へと順次冷却されて常温から低温状態になり、低沸点冷媒の蒸発により冷却器の冷却効果が得られるまでの起動時間が長くなってしまうという問題がある。また、冷媒回路内を循環するガス冷媒が多いので、圧縮機の吐出圧力が高い状態で稼動させ続けなければならず、消費電力が大きくなってしまうという問題がある。 As a result, the refrigerant circuit is sequentially cooled from the high-boiling point refrigerant to the low-boiling point refrigerant to change from the normal temperature to the low-temperature state, and the startup time until the cooling effect of the cooler is obtained by evaporation of the low-boiling point refrigerant becomes long. There is a problem. Further, since there are many gas refrigerants circulating in the refrigerant circuit, there is a problem in that power consumption increases because the compressor must continue to operate with a high discharge pressure.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒回路の内部温度を常温から低温状態にさせて冷却器による冷却効果が得られるまでの起動時間を短縮するとともに、消費電力を低減できる混合冷媒冷却装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is to reduce the startup time until the cooling effect is obtained by the cooler by reducing the internal temperature of the refrigerant circuit from the normal temperature to the low temperature state, and consumption. An object of the present invention is to provide a mixed refrigerant cooling device capable of reducing electric power.
上述した目的を達成するため、本発明は、吸入ポートと吐出ポートとを有する冷媒分離タンクを吸入側開閉弁及び吐出側開閉弁を介して冷媒回路に接続するようにした。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention connects a refrigerant separation tank having a suction port and a discharge port to a refrigerant circuit via a suction side on-off valve and a discharge side on-off valve.
具体的に、本発明は、沸点の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、
前記圧縮機で圧縮された混合冷媒を冷却して一部を液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で一部が液化された混合冷媒のうち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の気液分離器と、
前記各気液分離器で分離されたガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された液冷媒との間で熱交換させて冷却して少なくとも一部を液化させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器のうち最も低温側の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冷却する冷却器とが接続された冷媒回路を有する混合冷媒冷却装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
Specifically, the present invention includes a compressor that compresses a mixed refrigerant obtained by mixing a plurality of types of refrigerants having different boiling points,
A condenser that cools the mixed refrigerant compressed by the compressor and liquefies a part thereof;
A plurality of gas-liquid separators that sequentially separate a liquid refrigerant and a gas refrigerant from a high-boiling refrigerant to a low-boiling refrigerant among the mixed refrigerant partially liquefied in the condenser;
A plurality of heat exchanges in which the gas refrigerant separated by each gas-liquid separator is heat-exchanged with the liquid refrigerant separated and decompressed by each gas-liquid separator and cooled to at least partially liquefy. And
A mixed refrigerant cooling device having a refrigerant circuit connected to a cooler that evaporates a low-boiling-point refrigerant that has flowed out from the lowest temperature heat exchanger out of the plurality of heat exchangers and that cools a cooling target. Targeted the following solutions.
すなわち、請求項1の発明は、吸入ポートと吐出ポートとを有する少なくとも1つの冷媒分離タンクを備え、
前記冷媒分離タンクの前記吸入ポートは、吸入側開閉弁を介して前記気液分離器のガス冷媒吐出側に接続される一方、前記吐出ポートは、吐出側開閉弁を介して前記圧縮機の吸込側に接続されていることを特徴とするものである。
That is, the invention of
The suction port of the refrigerant separation tank is connected to the gas refrigerant discharge side of the gas-liquid separator via a suction side on-off valve, while the discharge port is connected to the compressor suction via a discharge side on-off valve. It is connected to the side.
請求項1に係る発明によれば、冷媒分離タンクの吸入ポートは吸入側開閉弁を介して気液分離器で分離されたガス冷媒の吐出側に接続され、吐出ポートは吐出側開閉弁を介して圧縮機の吸込側に接続されている。そして、吐出側開閉弁を閉じる一方、吸入側開閉弁を開いて混合冷媒を冷媒分離タンクに吸入させ、所定量の混合冷媒が吸入された後に吸入側開閉弁を閉じることで冷媒分離タンク内に混合冷媒を回収させる。このようにすると、常温の状態から起動させた混合冷媒冷却装置において、冷媒回路の内部温度の低下に直接寄与しない低沸点冷媒を冷媒分離タンクに回収させて冷媒回路内の混合冷媒中の低沸点冷媒の割合を減少させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the suction port of the refrigerant separation tank is connected to the discharge side of the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator via the suction side on / off valve, and the discharge port is connected to the discharge side on / off valve. Connected to the suction side of the compressor. Then, while closing the discharge-side on-off valve, the suction-side on-off valve is opened to suck the mixed refrigerant into the refrigerant separation tank, and after the predetermined amount of mixed refrigerant has been drawn in, the suction-side on-off valve is closed to enter the refrigerant separation tank. The mixed refrigerant is recovered. In this way, in the mixed refrigerant cooling device activated from the normal temperature state, the low boiling point refrigerant in the mixed refrigerant in the refrigerant circuit is recovered by collecting the low boiling point refrigerant that does not directly contribute to the decrease in the internal temperature of the refrigerant circuit in the refrigerant separation tank. The ratio of the refrigerant can be reduced.
その結果、混合冷媒冷却装置を常温の状態から起動させても、圧縮機の吐出圧力が高くなることが抑制され負荷が軽減されるので、比較的低い消費電力で稼働でき、混合冷媒中の沸点の高い冷媒から順に冷却されて効率良く冷媒回路の内部温度の低下が促進され、冷却器の冷却効果が得られるまでの起動時間を短縮することができる。 As a result, even if the mixed refrigerant cooling device is started from a normal temperature state, it is possible to operate with relatively low power consumption because the discharge pressure of the compressor is suppressed and the load is reduced, and the boiling point in the mixed refrigerant It is possible to reduce the startup time until the cooling effect of the cooler is obtained by efficiently reducing the internal temperature of the refrigerant circuit by cooling in order from the higher refrigerant.
そして、所定時間が経過して冷媒回路の内部温度が低下した後は、吐出側開閉弁のみを開くことで低沸点冷媒を圧縮機の吸込側に戻して、最も低温側の熱交換器で熱交換させて液化した低沸点冷媒を冷却器で蒸発させて超低温冷却を実現することができる。 After the predetermined time has elapsed and the internal temperature of the refrigerant circuit has decreased, the low-boiling point refrigerant is returned to the suction side of the compressor by opening only the discharge-side on-off valve, and is heated by the heat exchanger on the coldest side. The low-boiling point refrigerant that has been exchanged and liquefied can be evaporated by a cooler to achieve ultra-low temperature cooling.
請求項2の発明は、吸入ポートと吐出ポートとを有する冷媒分離タンクと、
吸入ポートと吐出ポートとを有する膨張タンクとを備え、
前記膨張タンクの前記吸入ポートは、冷媒吸入弁を介して前記気液分離器のガス冷媒吐出側に接続される一方、該膨張タンクの前記吐出ポートは、前記圧縮機の吸込側に接続され、
前記冷媒分離タンクの前記吸入ポートは吸入側開閉弁を介して、該冷媒分離タンクの前記吐出ポートは吐出側開閉弁を介してそれぞれ前記膨張タンクに接続されていることを特徴とするものである。
The invention of
An expansion tank having a suction port and a discharge port;
The suction port of the expansion tank is connected to the gas refrigerant discharge side of the gas-liquid separator via a refrigerant suction valve, while the discharge port of the expansion tank is connected to the suction side of the compressor,
The suction port of the refrigerant separation tank is connected to the expansion tank via a suction-side on / off valve, and the discharge port of the refrigerant separation tank is connected to the expansion tank via a discharge-side on / off valve. .
請求項2に係る発明によれば、膨張タンクの吸入ポートは、冷媒吸入弁を介して気液分離器のガス冷媒吐出側に接続され、膨張タンクの吐出ポートは、圧縮機の吸込側に接続されている。また、冷媒分離タンクの吸入ポートは吸入側開閉弁を介し、冷媒分離タンクの吐出ポートは吐出側開閉弁を介して膨張タンクにそれぞれ接続されている。
According to the invention of
そして、冷媒分離タンクの吐出側開閉弁を閉じる一方、膨張タンクの冷媒吸入弁及び冷媒分離タンクの吸入側開閉弁を開いて混合冷媒を膨張タンクを介して冷媒分離タンクに吸入させ、所定量の混合冷媒が吸入された後に吸入側開閉弁を閉じることで冷媒分離タンク内に混合冷媒を回収させる。このようにすると、常温の状態から起動させた混合冷媒冷却装置において、冷媒回路の内部温度の低下に直接寄与しない低沸点冷媒を冷媒分離タンクに回収させて冷媒回路内の混合冷媒中の低沸点冷媒の割合を減少させることができる。 Then, the discharge side opening / closing valve of the refrigerant separation tank is closed, while the refrigerant suction valve of the expansion tank and the suction side opening / closing valve of the refrigerant separation tank are opened, and the mixed refrigerant is sucked into the refrigerant separation tank through the expansion tank. After the mixed refrigerant is sucked, the mixed refrigerant is recovered in the refrigerant separation tank by closing the suction side on-off valve. In this way, in the mixed refrigerant cooling device activated from the normal temperature state, the low boiling point refrigerant in the mixed refrigerant in the refrigerant circuit is recovered by collecting the low boiling point refrigerant that does not directly contribute to the decrease in the internal temperature of the refrigerant circuit in the refrigerant separation tank. The ratio of the refrigerant can be reduced.
さらに、所定時間が経過して冷媒回路の内部温度が低下した後は、冷媒分離タンクの吸入側開閉弁を閉じたまま膨張タンクの冷媒吸入弁を閉じる一方、冷媒分離タンクの吐出側開閉弁を開くことで低沸点冷媒を膨張タンクを介して圧縮機の吸込側に戻して、最も低温側の熱交換器で熱交換させて液化した低沸点冷媒を冷却器で蒸発させて超低温冷却を実現することができるので、請求項1に係る発明と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, after the predetermined time has passed and the internal temperature of the refrigerant circuit has decreased, the refrigerant intake tank of the expansion tank is closed while the intake side open / close valve of the refrigerant separation tank is closed, while the discharge side open / close valve of the refrigerant separation tank is closed. Opening returns the low-boiling point refrigerant to the compressor suction side through the expansion tank, and heat-exchanges with the heat exchanger at the lowest temperature side to evaporate the liquefied low-boiling point refrigerant with the cooler to realize ultra-low temperature cooling Therefore, the same effect as that of the invention according to
また、冷媒分離タンクを膨張タンクに接続したので、冷媒回路と冷媒分離タンクとの間の配管を冷媒回路と膨張タンクとの間の配管と共有することができ、冷媒回路と冷媒分離タンクとの間の配管が不要となるため、省スペース化を図ることができる。 In addition, since the refrigerant separation tank is connected to the expansion tank, the pipe between the refrigerant circuit and the refrigerant separation tank can be shared with the pipe between the refrigerant circuit and the expansion tank. Since no intervening piping is required, space can be saved.
請求項3の発明は、請求項1又は2において、
前記吐出側開閉弁の代わりに、全閉から全開の間で開度を調整可能な調整弁を備えていることを特徴とするものである。
The invention of claim 3 is the invention according to
Instead of the discharge-side on-off valve, an adjustment valve capable of adjusting the opening degree from fully closed to fully open is provided.
請求項3に係る発明によれば、冷媒分離タンクの吐出ポートと圧縮機の吸込側との間には、開度を調整可能な調整弁が接続されている。このため、調整弁の開度を調整することで、冷媒分離タンクに回収していた低沸点冷媒を少量ずつ冷媒回路に戻すことができる。その結果、冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量の変化を少なくすることができ、混合冷媒冷却装置を安定して稼働させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 3, the adjustment valve which can adjust an opening degree is connected between the discharge port of a refrigerant separation tank, and the suction side of a compressor. For this reason, the low boiling point refrigerant | coolant collect | recovered by the refrigerant | coolant separation tank can be returned to a refrigerant circuit little by little by adjusting the opening degree of an adjustment valve. As a result, the change in the flow rate of the mixed refrigerant circulating in the refrigerant circuit can be reduced, and the mixed refrigerant cooling device can be operated stably.
請求項4の発明は、請求項3において、前記冷媒回路内における所定位置を流通する混合冷媒の圧力及び温度のうち少なくとも一方を検出する検出手段を備え、
前記調整弁は、前記検出手段の検出結果に基づいてその開度を調整するように構成されていることを特徴とするものである。
Invention of Claim 4 is provided with the detection means which detects at least one among the pressure and temperature of the mixed refrigerant which distribute | circulates the predetermined position in the said refrigerant circuit in Claim 3,
The said adjustment valve is comprised so that the opening degree may be adjusted based on the detection result of the said detection means.
請求項4に係る発明によれば、調整弁は冷媒回路内における所定位置を流通する混合冷媒の圧力及び温度のうち少なくとも一方を検出する検出手段の検出結果に基づいて開度を調整するように構成されている。つまり、検出手段で冷媒回路内の所定位置を流通する混合冷媒の圧力が所定の圧力よりも低下したことを検出した場合、又は混合冷媒の温度が所定の温度よりも低下したことを検出した場合には、調整弁の開度を広げながら、冷媒分離タンクから冷媒回路に戻す低沸点冷媒の量を徐々に増加させるようにしている。 According to the invention of claim 4, the adjustment valve adjusts the opening based on the detection result of the detection means for detecting at least one of the pressure and temperature of the mixed refrigerant flowing through the predetermined position in the refrigerant circuit. It is configured. That is, when it is detected by the detection means that the pressure of the mixed refrigerant flowing through the predetermined position in the refrigerant circuit is lower than the predetermined pressure, or when it is detected that the temperature of the mixed refrigerant is lower than the predetermined temperature For this purpose, the amount of low-boiling-point refrigerant returned from the refrigerant separation tank to the refrigerant circuit is gradually increased while increasing the opening of the regulating valve.
一方、冷媒回路内の所定位置を流通する混合冷媒の圧力が所定の圧力よりも上昇したことを検出した場合、又は混合冷媒の温度が所定の温度よりも上昇したことを検出した場合には、調整弁の開度を絞りながら、冷媒分離タンクから冷媒回路に戻す低沸点冷媒の量を徐々に減少させるようにしている。 On the other hand, when it is detected that the pressure of the mixed refrigerant flowing through the predetermined position in the refrigerant circuit is higher than the predetermined pressure, or when it is detected that the temperature of the mixed refrigerant is higher than the predetermined temperature, The amount of low-boiling-point refrigerant returned from the refrigerant separation tank to the refrigerant circuit is gradually reduced while reducing the opening of the regulating valve.
このようにすると、調整弁の開度を冷媒回路内の混合冷媒の圧力及び温度に応じて適切に調整することができるので、冷媒分離タンクから低沸点冷媒の流量を調整しながら冷媒回路に戻すことができる。その結果、開閉弁を用いた場合に比べて冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量、圧力及び温度の変化を少なくすることができ、混合冷媒冷却装置を安定して稼働させることができる。 If it does in this way, since the opening degree of an adjustment valve can be adjusted appropriately according to the pressure and temperature of the mixed refrigerant in a refrigerant circuit, it returns to a refrigerant circuit, adjusting the flow of a low boiling point refrigerant from a refrigerant separation tank. be able to. As a result, changes in the flow rate, pressure, and temperature of the mixed refrigerant circulating in the refrigerant circuit can be reduced compared to the case where the on-off valve is used, and the mixed refrigerant cooling device can be operated stably.
本発明によれば、常温の状態から混合冷媒冷却装置を起動させたときに、冷媒回路の内部温度の低下に直接寄与しない低沸点冷媒を冷媒分離タンクに回収させて冷媒回路内の混合冷媒中の低沸点冷媒の割合を減少させるようにしたから、圧縮機の吐出圧力が高くなることが抑制され負荷が軽減されるので、比較的低い消費電力で装置を稼働できる。さらに、混合冷媒中の沸点の高い冷媒から順に冷却されて効率良く冷媒回路の内部温度の低下が促進され、冷却器の冷却効果が得られるまでの起動時間を短縮することができる。 According to the present invention, when the mixed refrigerant cooling device is started from a normal temperature state, the low-boiling point refrigerant that does not directly contribute to the decrease in the internal temperature of the refrigerant circuit is collected in the refrigerant separation tank, and the mixed refrigerant in the refrigerant circuit Since the ratio of the low boiling point refrigerant is reduced, the discharge pressure of the compressor is suppressed from increasing and the load is reduced, so that the apparatus can be operated with relatively low power consumption. Furthermore, it is cooled in order from the refrigerant having the highest boiling point in the mixed refrigerant, and the decrease in the internal temperature of the refrigerant circuit is promoted efficiently, and the startup time until the cooling effect of the cooler is obtained can be shortened.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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ない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
<実施形態1>
図1は本発明の実施形態に係る真空成膜装置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 according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、真空成膜装置Aには本発明の冷凍システムを構成する混合冷媒冷却装置10が設けられており、この混合冷媒冷却装置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。
As shown in FIG. 1, the vacuum film forming apparatus A is provided with a mixed
一方、図2は真空成膜装置のレイアウトの他の例を示し、前記混合冷媒冷却装置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混合冷媒冷却装置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. The
前記混合冷媒冷却装置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 mixed
図3は本発明の実施形態1に係る混合冷媒冷却装置の全体構成を示す冷媒系統図であり、1は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の吐出側にはガス冷媒の吐出圧力を検出する圧力センサ81(検出手段)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潤滑油吐出側から油戻し管18を経て圧縮機20の吸込側に戻される。
FIG. 3 is a refrigerant system diagram showing the overall configuration of the mixed refrigerant cooling device according to the first embodiment of the present invention.
前記第1の油分離器15の冷媒吐出側には、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の吐出側には、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。この実施形態では、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。
Connected to the refrigerant discharge side of the
前記補助コンデンサ22における1次側の吐出側には第1気液分離器24が接続され、この第1気液分離器24で、前記補助コンデンサ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のガス冷媒吐出側にはカスケードタイプの第1熱交換器25の1次側が、また液冷媒吐出側には、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、前記第1熱交換器25における1次側の吐出側には第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のガス冷媒吐出側にはカスケードタイプの第2熱交換器31の1次側が、また液冷媒吐出側には、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、前記接続構造と同様にして、前記第2熱交換器31における1次側の吐出側には、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、またこの第3熱交換器37における1次側の吐出側には、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前記第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, similarly to the connection structure, the third gas-
そして、前記第4熱交換器43における1次側の吐出側には、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次側の吐出側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 discharge side of the primary side in the said
前記副冷媒配管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前記第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、前記主冷媒配管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。前記クライオコイル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、前記真空チャンバ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、前記第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、前記過冷却器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。
Further, the secondary side (and the cryocoil 52) of the
なお、前記クライオコイル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、前記コンデンサ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
さらに、前記第1気液分離器24のガス冷媒吐出側と第1熱交換器25の1次側との間の冷媒配管と、冷媒分離タンク65の吸入ポート65aとの間には、冷媒流入管67が接続されている。また、冷媒流入管67の途中と膨張タンク66の吸入ポート66aとの間には、分岐配管68が接続されている。
Further, refrigerant flows between the refrigerant piping between the gas refrigerant discharge side of the first gas-
前記冷媒分離タンク65は、混合冷媒冷却装置10を常温の状態で起動させた直後から冷媒回路1の内部温度が所定の温度に低下するまでの間、冷媒回路1内を循環する低沸点冷媒を回収するためのものである。そして、冷媒流入管67及び分岐配管68の接続部と、冷媒分離タンク65の吸入ポート65aとの間には、吸入側開閉弁76が接続されている。
The
また、前記冷媒分離タンク65の吐出ポート65bには、低沸点冷媒を圧縮機20の吸込側に戻す冷媒戻し管82が接続されている。さらに、冷媒戻し管82の管路途中には、吐出側開閉弁79と、低沸点冷媒を減圧するキャピラリチューブ80とが圧縮機20の吸込側に向かって順に接続されている。つまり、吸入側開閉弁76及び吐出側開閉弁79を閉弁すると、冷媒分離タンク65内に低沸点冷媒を密封させることができるようになっている。
Further, a
前記膨張タンク66は、混合冷媒冷却装置10の起動時、又は稼働中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。また、分岐配管68の管路途中には、冷媒吸入弁77が接続されている。そして、前記膨張タンク66の吐出ポート66bには、ガス冷媒を圧縮機20の吸込側に戻す冷媒戻し管69が接続されている。さらに、冷媒戻し管69の管路途中にはガス冷媒を減圧するキャピラリチューブ78が接続されている。
The
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。このデフロスト回路60には、第2の油分離器16と電磁開閉弁61とが第1の油分離器15側からクライオコイル52側に向かって順に接続されている。この第2の油分離器16で分離された潤滑油は、前記第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。また、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前記デフロスト回路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、前記デフロスト回路60の第2の油分離器16よりも下流側と、第6キャピラリチューブ53と過冷却器47の2次側との間と、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。
Further, the fourth heat exchange with the downstream side of the
さらに、前記クライオコイル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、混合冷媒冷却装置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 refrigerant supply pipe for supplying mixed refrigerant into the
次に、本発明の実施形態1に係る混合冷媒冷却装置10の動作について説明する。まず、予め冷媒回路1内には、超低温レベルの寒冷を発生させるために、冷媒供給管路70から低沸点冷媒の割合が多い混合冷媒を供給し充填させておく。そして、常温の状態から混合冷媒冷却装置10を起動させると、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、電磁開閉弁61の閉弁によりデフロスト回路60が閉じられ且つ電磁開閉弁62の開弁により主冷媒配管2aが開かれる。このとき、吸入側開閉弁76が開弁され且つ吐出側開閉弁79が閉弁される。
Next, the operation of the mixed
そして、圧縮機20で圧縮された混合冷媒は、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。
The mixed refrigerant compressed by the
次に、気液混合状態となった混合冷媒は、第1気液分離器24に流入しガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、低沸点冷媒を含むガス冷媒は第1気液分離器24のガス冷媒吐出側から吐出され、その一部が冷媒流入管67を流通して冷媒分離タンク65に吸入される。その後、所定量の低沸点冷媒が冷媒分離タンク65内に吸入されると吸入側開閉弁76は閉弁され、冷媒回路1内を循環する混合冷媒中の低沸点冷媒の一部を冷媒分離タンク65に回収させる。
Next, the mixed refrigerant in a gas-liquid mixed state flows into the first gas-
これにより、混合冷媒冷却装置10の起動直後の常温状態において、冷媒回路1の内部温度の低下に直接寄与しない低沸点冷媒を冷媒分離タンク65内に回収させて冷媒回路1内の混合冷媒中の低沸点冷媒の割合を減少させることができる。
Thereby, in the normal temperature state immediately after the start of the mixed
その結果、圧縮機20の吐出圧力が高くなることが抑制され負荷が軽減されるので、比較的低い消費電力で混合冷媒冷却装置10を稼働させることができる。
As a result, since the discharge pressure of the
また、第1気液分離器24において分離された液冷媒は、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のガス冷媒吐出側から吐出されて第1熱交換器25の1次側に流入した混合冷媒が冷却され、その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。
Further, the liquid refrigerant separated in the first gas-
以後、同様にして、第2乃至第4熱交換器31,37,43で低沸点冷媒の割合が減少した混合冷媒のうちの沸点の高い順にガス冷媒がそれぞれ凝縮して液化される。
Thereafter, in the same manner, the gas refrigerants are condensed and liquefied in descending order of the boiling point among the mixed refrigerants in which the ratio of the low-boiling point refrigerant is reduced in the second to
その結果、混合冷媒中の沸点の高い冷媒から順に冷却されるので、効率良く冷媒回路1の内部温度の低下が促進され、クライオコイル52の冷却効果が得られるまでの起動時間を短縮することができる。
As a result, since the refrigerant is cooled in order from the refrigerant having the highest boiling point in the mixed refrigerant, the decrease in the internal temperature of the
そして、所定時間が経過して冷媒回路1の内部温度が低下すると、吸入側開閉弁76を閉じたまま吐出側開閉弁79のみを開弁し、冷媒膨張タンクに回収させていた低沸点冷媒を冷媒戻し管82に流通させて、キャピラリチューブ80で減圧しながら圧縮機20の吸込側に戻して冷媒回路1内を循環させる。そして、冷媒回路1に戻されて低沸点冷媒の割合が多くなった混合冷媒が、前述したように第2乃至第4熱交換器31,37,43で順次凝縮され、最も沸点の低いガス冷媒が第4熱交換器43で熱交換により凝縮されて液化する。
Then, when the internal temperature of the
さらに、前記第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、この蒸発熱により前記第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。
Furthermore, 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低沸点冷媒の残部は第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。そして、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。
Further, the remainder of the low-boiling refrigerant in the gas-liquid mixed state that flows into the main
ここで、混合冷媒冷却装置10の稼働中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、冷媒吸入弁77が開弁され、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を通って膨張タンク66に吸入される。そして、圧縮機20の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、冷媒吸入弁77が閉弁され、膨張タンク66から冷媒戻し管69を流通させて、キャピラリチューブ78で減圧されながら圧縮機20の吸込側にガス冷媒が戻される。
Here, when the
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起動時には、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, when defrosting is started in a state where no wafer is formed in the
そして、このデフロスト起動の後に、再度真空チャンバ120内を真空状態にするときには、前記と同様にして、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。
When the
なお、本実施形態では、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 the present embodiment, in the first to
なお、本実施形態では、膨張タンク66と冷媒分離タンク65とがそれぞれ1つずつ並列に接続された構成について説明したが、複数の膨張タンクを直列又は並列、もしくは直列と並列とを組み合わせて接続させた構成としてもよく、複数の冷媒分離タンクを直列又は並列、もしくは直列と並列とを組み合わせて接続させた構成としてもよい。
In the present embodiment, the configuration in which each of the
また、本実施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にも本発明の適用が可能である。 Moreover, although the system which performs gas-liquid separation 4 steps | paragraphs was shown in this embodiment, it replaces with this and this invention is applicable also to the system which performs gas-liquid separation 3 steps | paragraphs or 5 steps | paragraphs or more.
また、本実施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。
In the present embodiment, the water cooling system using the
<実施形態2>
図4は、本発明の実施形態2に係る混合冷媒冷却装置の全体構成を示す冷媒系統図である。前記実施形態1との違いは、吐出側開閉弁79とキャピラリチューブ80に代えて調整弁85を備えている点であるため、実施形態1と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
<
FIG. 4 is a refrigerant system diagram illustrating the overall configuration of the mixed refrigerant cooling device according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that an
図4に示すように、本実施形態2に係る混合冷媒冷却装置100において、冷媒分離タンク65の吐出ポート65bには、低沸点冷媒を圧縮機20の吸込側に戻す冷媒戻し管82が接続されている。また、冷媒戻し管82の管路途中には、全閉から全開の間で開度を調整可能な調整弁85が接続されている。そして、調整弁85と調整弁コントローラ86とは信号線89を介して接続されている。
As shown in FIG. 4, in the mixed
さらに、圧縮機20の吐出側には、混合冷媒の圧力を検出する圧力センサ81(検出手段)が接続されている。また、第4気液分離器42のガス冷媒吐出側には、混合冷媒の温度を検出する温度センサ83(検出手段)が接続されている。
Furthermore, a pressure sensor 81 (detection means) for detecting the pressure of the mixed refrigerant is connected to the discharge side of the
そして、前記調整弁コントローラ86と圧力センサ81とは、信号線87を介して接続されている。また、調整弁コントローラ86と温度センサ83とは、信号線88を介して接続されている。
The regulating
ここで、前記圧力センサ81は、混合冷媒の圧力の検出結果を調整弁コントローラ86に出力するように構成されている。また、温度センサ83は、混合冷媒の温度の検出結果を調整弁コントローラ86に出力するように構成されている。
Here, the
そして、前記調整弁コントローラ86は、圧力センサ81及び温度センサ83の検出結果に基づいて、調整弁85の開度を調整する開度調整信号を調整弁85に出力するように構成されている。
The
具体的に、混合冷媒の圧力が所定の圧力よりも低下したことが前記圧力センサ81により検出された場合、又は混合冷媒の温度が所定の温度よりも低下したことが前記温度センサ83により検出された場合には、調整弁コントローラ86は、調整弁85の開度を広げるように開度調整信号を調整弁85に出力する。すると、調整弁85は、開度を広げながら冷媒分離タンク65から冷媒回路1に戻す低沸点冷媒の量を徐々に増加させるようになっている。
Specifically, when the
一方、混合冷媒の圧力が所定の圧力よりも上昇したことが前記圧力センサ81により検出された場合、又は混合冷媒の温度が所定の温度よりも上昇したことが前記温度センサ83により検出された場合には、調整弁コントローラ86は、調整弁85の開度を絞るように開度調整信号を調整弁85に出力する。すると、調整弁85は、開度を絞りながら冷媒分離タンク65から冷媒回路1に戻す低沸点冷媒の量を徐々に減少させるようになっている。
On the other hand, when the
このように、調整弁85の開度を冷媒回路1内の圧力及び温度に応じて適切に調整することができるので、冷媒分離タンク65から低沸点冷媒の流量を調整しながら冷媒回路1に戻すことができる。その結果、実施形態1の構成に比べて冷媒回路1内を循環する混合冷媒の流量、圧力及び温度の変化を少なくすることができるので、混合冷媒冷却装置100を安定して稼働させることができる。
As described above, the opening degree of the regulating
なお、図示しないが、圧力センサを冷媒分離タンク65と圧縮機20の吸込側とにそれぞれ設け、それらの差圧を調整弁85の開度調整に用いてもよい。
Although not shown, pressure sensors may be provided on the
<実施形態3>
図5は、本発明の実施形態3に係る混合冷媒冷却装置の全体構成を示す冷媒系統図である。前記実施形態1との違いは、冷媒分離タンク65と膨張タンク66とを接続した点であるため、実施形態1と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
<Embodiment 3>
FIG. 5 is a refrigerant system diagram illustrating the overall configuration of the mixed refrigerant cooling device according to the third embodiment of the present invention. Since the difference from the first embodiment is that the
図5に示すように、本実施形態3に係る混合冷媒冷却装置110において、膨張タンク66の吸入ポート66aと第1気液分離器24のガス冷媒吐出側と第1熱交換器25の1次側との間の冷媒配管との間には、冷媒流入管67が接続されている。また、膨張タンク66の吐出ポート66bには、混合冷媒を圧縮機20の吸込側に戻す冷媒戻し管69が接続されている。そして、冷媒流入管67の管路途中には冷媒吸入弁77が接続されており、冷媒戻し管69の管路途中には、キャピラリチューブ78が接続されている。
As shown in FIG. 5, in the mixed
また、冷媒分離タンク65の吸入ポート65aと膨張タンク66とは連結配管90を介して接続され、吐出ポート65bと膨張タンク66とは連結配管91を介して接続されている。そして、連結配管90の管路途中には吸入側開閉弁76が接続され、連結配管91の管路途中には吐出側開閉弁79とキャピラリチューブ80とが膨張タンク66に向かって順に接続されている。
Further, the
次に、本実施形態3に係る混合冷媒冷却装置110の動作について説明する。まず、常温の状態で混合冷媒冷却装置110を起動させると、吸入側開閉弁76及び冷媒吸入弁77はともに開弁される一方、吐出側開閉弁79は閉弁される。
Next, the operation of the mixed
そして、冷媒回路1内を循環する混合冷媒が冷媒流入管67を流通して膨張タンク66に吸入され、膨張タンク66内の混合冷媒中の低沸点冷媒の一部が、連結配管90を介して冷媒分離タンク65に吸入される。その後、所定量の低沸点冷媒が冷媒分離タンク65内に吸入されると吸入側開閉弁76は閉弁され、冷媒回路1内を循環する混合冷媒中の低沸点冷媒の一部が冷媒分離タンク65に回収される。
Then, the mixed refrigerant circulating in the
そして、所定時間が経過して冷媒回路1の内部温度が低下した後は、吸入側開閉弁76を閉じたまま冷媒吸入弁77を閉じる一方、吐出側開閉弁79を開くことで低沸点冷媒を膨張タンク66を介して圧縮機20の吸込側に戻すことができるので、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
Then, after the predetermined time has passed and the internal temperature of the
さらに、冷媒分離タンク65を膨張タンク66に接続したので、冷媒流入管67と冷媒戻し管69とを膨張タンク66と共有でき、冷媒分離タンク65と冷媒回路1との間の配管が不要となるため、省スペース化を図ることができる。
Furthermore, since the
以上説明したように、本発明は、冷媒回路の内部温度を常温から低温状態にさせて冷却器による冷却効果が得られるまでの起動時間を短縮するとともに、消費電力を低減できる混合冷媒冷却装置を提供する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 mixed refrigerant cooling device capable of reducing the power consumption while shortening the start-up time until the cooling effect by the cooler is obtained by changing the internal temperature of the refrigerant circuit from room temperature to a low temperature state. Since a highly practical effect that it can be provided is obtained, it is extremely useful and has high industrial applicability.
1 冷媒回路
10 混合冷媒冷却装置
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 冷媒分離タンク
65a 吸入ポート
65b 吐出ポート
66 膨張タンク
66a 吸入ポート
66b 吐出ポート
76 吸入側開閉弁
77 冷媒吸入弁
79 吐出側開閉弁
81 圧力センサ(検出手段)
83 温度センサ(検出手段)
85 調整弁
DESCRIPTION OF
22 Auxiliary condenser (condenser)
24 1st gas-
65
83 Temperature sensor (detection means)
85 Regulating valve
Claims (4)
前記圧縮機で圧縮された混合冷媒を冷却して一部を液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で一部が液化された混合冷媒のうち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の気液分離器と、
前記各気液分離器で分離されたガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された液冷媒との間で熱交換させて冷却して少なくとも一部を液化させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器のうち最も低温側の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冷却する冷却器とが接続された冷媒回路を有する混合冷媒冷却装置であって、
吸入ポートと吐出ポートとを有する少なくとも1つの冷媒分離タンクを備え、
前記冷媒分離タンクの前記吸入ポートは、吸入側開閉弁を介して前記気液分離器のガス冷媒吐出側に接続される一方、前記吐出ポートは、吐出側開閉弁を介して前記圧縮機の吸込側に接続されていることを特徴とする混合冷媒冷却装置。 A compressor that compresses a mixed refrigerant obtained by mixing a plurality of types of refrigerants having different boiling points;
A condenser that cools the mixed refrigerant compressed by the compressor and liquefies a part thereof;
A plurality of gas-liquid separators that sequentially separate a liquid refrigerant and a gas refrigerant from a high-boiling refrigerant to a low-boiling refrigerant among the mixed refrigerant partially liquefied in the condenser;
A plurality of heat exchanges in which the gas refrigerant separated by each gas-liquid separator is heat-exchanged with the liquid refrigerant separated and decompressed by each gas-liquid separator and cooled to at least partially liquefy. And
A mixed refrigerant cooling apparatus having a refrigerant circuit connected to a cooler that evaporates a low-boiling-point refrigerant that has flowed out from the heat exchanger on the lowest temperature side among the plurality of heat exchangers and evaporates a decompressed low-boiling-point refrigerant to cool a cooling target There,
Comprising at least one refrigerant separation tank having a suction port and a discharge port;
The suction port of the refrigerant separation tank is connected to the gas refrigerant discharge side of the gas-liquid separator via a suction side on-off valve, while the discharge port is connected to the compressor suction via a discharge side on-off valve. A mixed refrigerant cooling device connected to the side.
前記圧縮機で圧縮された混合冷媒を冷却して一部を液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で一部が液化された混合冷媒のうち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の気液分離器と、
前記各気液分離器で分離されたガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された液冷媒との間で熱交換させて冷却して少なくとも一部を液化させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器のうち最も低温側の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冷却する冷却器とが接続された冷媒回路を有する混合冷媒冷却装置であって、
吸入ポートと吐出ポートとを有する膨張タンクと、
吸入ポートと吐出ポートとを有する冷媒分離タンクとを備え、
前記膨張タンクの前記吸入ポートは、冷媒吸入弁を介して前記気液分離器のガス冷媒吐出側に接続される一方、該膨張タンクの前記吐出ポートは、前記圧縮機の吸込側に接続され、
前記冷媒分離タンクの前記吸入ポートは吸入側開閉弁を介して、該冷媒分離タンクの前記吐出ポートは吐出側開閉弁を介してそれぞれ前記膨張タンクに接続されていることを特徴とする混合冷媒冷却装置。 A compressor that compresses a mixed refrigerant obtained by mixing a plurality of types of refrigerants having different boiling points;
A condenser that cools the mixed refrigerant compressed by the compressor and liquefies a part thereof;
A plurality of gas-liquid separators that sequentially separate a liquid refrigerant and a gas refrigerant from a high-boiling refrigerant to a low-boiling refrigerant among the mixed refrigerant partially liquefied in the condenser;
A plurality of heat exchanges in which the gas refrigerant separated by each gas-liquid separator is heat-exchanged with the liquid refrigerant separated and decompressed by each gas-liquid separator and cooled to at least partially liquefy. And
A mixed refrigerant cooling apparatus having a refrigerant circuit connected to a cooler that evaporates a low-boiling-point refrigerant that has flowed out from the heat exchanger on the lowest temperature side among the plurality of heat exchangers and evaporates a decompressed low-boiling-point refrigerant to cool a cooling target There,
An expansion tank having a suction port and a discharge port;
A refrigerant separation tank having a suction port and a discharge port;
The suction port of the expansion tank is connected to the gas refrigerant discharge side of the gas-liquid separator via a refrigerant suction valve, while the discharge port of the expansion tank is connected to the suction side of the compressor,
The mixed refrigerant cooling, wherein the suction port of the refrigerant separation tank is connected to the expansion tank via a suction-side on-off valve, and the discharge port of the refrigerant separation tank is connected to the expansion tank via a discharge-side on-off valve. apparatus.
前記吐出側開閉弁の代わりに、全閉から全開の間で開度を調整可能な調整弁を備えていることを特徴とする混合冷媒冷却装置。 In claim 1 or 2,
Instead of the discharge-side on-off valve, a mixed refrigerant cooling device is provided with an adjustment valve capable of adjusting the opening between fully closed and fully open.
前記冷媒回路内における所定位置を流通する混合冷媒の圧力及び温度のうち少なくとも一方を検出する検出手段を備え、
前記調整弁は、前記検出手段の検出結果に基づいてその開度を調整するように構成されていることを特徴とする混合冷媒冷却装置。 In claim 3,
Detecting means for detecting at least one of the pressure and temperature of the mixed refrigerant flowing through a predetermined position in the refrigerant circuit;
The said adjusting valve is comprised so that the opening degree may be adjusted based on the detection result of the said detection means, The mixed refrigerant cooling device characterized by the above-mentioned.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
- 2008-01-22 JP JP2008011654A patent/JP2009174739A/en active Pending
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