(57)【要約】【課題】タンクを小型化しても冷媒を高精度に温度調節できる冷凍装置用タンクおよびこれを備えた冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置用タンク３３は、予め定められた範囲の高さまで冷媒Ｒが貯留されるタンク本体４１と、タンク本体４１内に冷媒Ｒを供給する供給部４３ａと、タンク本体４１内の冷媒Ｒの温度を調節する加熱部４５ａを有するヒーター４５と、タンク本体４１内の冷媒Ｒを外部に吐出して循環させるポンプ４７と、を備えている。このタンク３３は、供給部４３ａ、ヒーター４５およびポンプ４７がタンク本体４１の幅方向にこの順に配置されており、ヒーター４５とポンプ４７との間にこれらを隔てる障壁４９をさらに備えている。障壁４９の上縁部４９ａは、ポンプ４７の流入口６８よりも上部に位置し、かつ、予め定められた範囲の高さよりも下部に位置している。【選択図】図３
2010112654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置に用いられる冷凍装置用タンクであって、
予め定められた範囲の高さまで冷媒（Ｒ）が貯留されるタンク本体（４１）と、
前記タンク本体（４１）内に前記冷媒（Ｒ）を供給する供給部（４３ａ）と、
前記タンク本体（４１）内の前記冷媒（Ｒ）の温度を調節する加熱部（４５ａ）を有するヒーター（４５）と、
前記タンク本体（４１）内の前記冷媒（Ｒ）を吸い込む流入口（６８）と前記流入口（６８）から吸い込まれた前記冷媒（Ｒ）を前記タンク本体（４１）から外部に吐出する吐出口とを有するポンプ（４７）と、を備え、
前記供給部（４３ａ）、前記ヒーター（４５）および前記ポンプ（４７）が前記タンク本体（４１）の幅方向にこの順に配置されており、
前記ヒーター（４５）と前記ポンプ（４７）との間にこれらを隔てる障壁（４９）をさらに備え、
前記障壁（４９）の上縁部（４９ａ）は、前記ポンプ（４７）の前記流入口（６８）よりも上部に位置し、かつ、前記予め定められた範囲の高さよりも下部に位置している、冷凍装置用タンク。
【請求項２】
前記タンク本体（４１）は、底面（４８）または側面に液抜き用の排液口（４１ａ）を有し、
前記障壁（４９）は、その下端部に、前記ヒーター（４５）側と前記ポンプ（４７）側が連通する液抜き用の貫通口（４９ｂ）を有している、請求項１に記載の冷凍装置用タンク。
【請求項３】
前記供給部（４３ａ）と前記ヒーター（４５）との間にこれらを隔てる供給部側障壁（５５）をさらに備えた、請求項１または２に記載の冷凍装置用タンク。
【請求項４】
前記供給部側障壁（５５）の上縁部（５５ａ）は前記予め定められた範囲の高さよりも上部に位置し、前記供給部側障壁（５５）の下縁部（５５ｂ）と前記タンク本体（４１）の底面（４８）との間には隙間が設けられている、請求項３に記載の冷凍装置用タンク。
【請求項５】
前記供給部側障壁（５５）は、前記冷媒（Ｒ）を前記供給部（４３ａ）側から前記ヒーター（４５）側に流通させる流通口（５６）を有している、請求項４に記載の冷凍装置用タンク。
【請求項６】
圧縮機（２３）と凝縮器（２５）と減圧機構（２７）と蒸発器（２９）とを有する冷凍回路（２１）と、
前記蒸発器（２９）から冷却対象へ前記冷媒（Ｒ）を送る供給側通路（３２）と前記冷却対象から前記蒸発器（２９）へ前記冷媒（Ｒ）を送る戻り側通路（３４）と前記供給側通路（３２）および前記戻り側通路（３４）のいずれかに配設された請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍装置用タンク（３３）とを有する冷媒回路（３１）と、を備えた冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造装置などの冷却対象に恒温の冷媒を供給して冷却対象の温度を調節する冷凍装置に用いられる冷凍装置用タンク、およびこれを備えた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷却対象の温度を調節するための冷凍装置が知られている。この冷凍装置は、冷凍サイクルからなる冷凍回路と、冷媒液（ブライン）が循環する冷媒回路とを備えている。冷凍回路は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを有し、これらがこの順に配管で接続されている。冷媒回路は、冷媒液を蒸発器から冷却対象へ送る供給側通路と、冷媒液を冷却対象から蒸発器へ送る戻り側通路とを有している。冷媒回路の冷媒液は、蒸発器において冷却されて温度調節される。
【０００３】
冷媒回路には冷媒液を貯留する冷凍装置用タンクが設けられている。このタンクは、冷媒液を貯留するタンク本体と、タンク本体内に冷媒液を供給する供給配管と、タンク本体内の冷媒液の温度を調節する加熱部を有するヒーターと、タンク本体内の冷媒液をタンク本体の外部に吐出して冷媒液を冷媒回路内で循環させるポンプとを備えている。
【０００４】
特許文献１には、タンク本体内に、冷媒液を加熱して所定の温度とするヒーターと、冷媒液を負荷に供給して循環させるポンプとが配設された恒温冷媒液循環装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、タンク本体の内部ではなくタンク本体の外部にヒーターを配置した冷凍装置が開示されている。この装置では、ヒーターの下流側にタンク本体が設けられているので、例えば冷却対象の負荷が急激に変動することにより、ヒーターで温度調節された冷媒液の温度が設定温度からずれてしまったとしても、この温度の変動がタンク本体に貯留された冷媒液によって緩和される、とされている。
【特許文献１】特開平１０−１４１８３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２２３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、冷凍装置は、小型化することが求められているとともに、冷媒液の温度制御の精度を向上させることが求められている。特に、半導体業界では冷凍装置の小型化および温度制御の要求レベルが高い。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、ヒーターの加熱部を通過する冷媒液の流速が冷媒液の流量に応じて変化しやすく均一化されにくいので、冷媒液の温度制御の精度が必ずしも高いとは言えない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、タンク本体の外部に配置されたヒーターを収容し、冷媒液が通過するケーシングなどの部材が別途必要になるので、その分だけ装置が大型化する。しかも、ヒーターを収容するケーシング内の容積分だけ冷媒液の量も増えることになる。
【０００９】
また、タンク本体内に供給配管、ヒーターおよびポンプがタンク本体の幅方向にこの順に配置された従来の冷凍装置用タンクにおいて、冷凍装置を小型化するためにタンク本体の容積を小さくすると供給配管とヒーターとポンプの間隔がそれぞれ狭くなるので、冷媒の流速は冷媒の流量変化に応じてより変動しやすくなる。また、間隔が狭くなると冷媒の流れはポンプの吸引力の影響も受けやすくなるので、冷媒の流速がさらに変動しやすくなる。
【００１０】
そこで、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、タンクを小型化しても冷媒を精度よく温度調節できる冷凍装置用タンクおよびこれを備えた冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の冷凍装置用タンクは、予め定められた範囲の高さまで冷媒（Ｒ）が貯留されるタンク本体（４１）と、前記タンク本体（４１）内に前記冷媒（Ｒ）を供給する供給部（４３ａ）と、前記タンク本体（４１）内の前記冷媒（Ｒ）の温度を調節する加熱部（４５ａ）を有するヒーター（４５）と、前記タンク本体（４１）内の前記冷媒（Ｒ）を吸い込む流入口（６８）と前記流入口（６８）から吸い込まれた前記冷媒（Ｒ）を前記タンク本体（４１）から外部に吐出する吐出口とを有するポンプ（４７）と、を備えている。前記供給部（４３ａ）、前記ヒーター（４５）および前記ポンプ（４７）は前記タンク本体（４１）の幅方向にこの順に配置されている。この冷凍装置用タンクは、前記ヒーター（４５）と前記ポンプ（４７）との間にこれらを隔てる障壁（４９）をさらに備えている。前記障壁（４９）の上縁部（４９ａ）は、前記ポンプ（４７）の前記流入口（６８）よりも上部に位置し、かつ、前記予め定められた範囲の高さよりも下部に位置している。
【００１２】
この構成では、ヒーター（４５）とポンプ（４７）との間にこれらを隔てる障壁（４９）を備え、この障壁（４９）の上縁部（４９ａ）がポンプ（４７）の流入口（６８）よりも上部に位置しかつタンク本体（４１）内における予め定められた範囲の冷媒（Ｒ）の高さよりも下部に位置している。したがって、供給部（４３ａ）から供給された冷媒（Ｒ）は、障壁が設けられていない従来のタンクのようにヒーター（４５）の加熱部（４５ａ）を通過してそのままポンプ（４７）の流入口（６８）へ向かうのではなく、加熱部（４５ａ）を通過した後、障壁（４９）を乗り越えてポンプ（４７）の流入口（６８）へ向かう迂回路を流れる。
【００１３】
このように加熱部（４５ａ）からポンプ（４７）の流入口（６８）への直接的な冷媒（Ｒ）の流れを障壁（４９）によりあえて妨げることによって、加熱部（４５ａ）を通過した冷媒（Ｒ）は、障壁（４９）よりも加熱部（４５ａ）側の領域において冷媒（Ｒ）の流れにワンクッション置いた後、障壁（４９）の上縁部（４９ａ）と液面との間の迂回路を通ってポンプ（４７）の流入口（６８）へ流れることになる。
【００１４】
これにより、タンク本体（４１）の容積を小さくして供給部（４３ａ）とヒーター（４５）とポンプ（４７）の間隔をそれぞれ狭くなった場合であっても、冷媒（Ｒ）の流量変化の影響およびポンプ（４７）の吸引力の影響が緩和されるので、加熱部（４５ａ）を通過する冷媒（Ｒ）の流速が変動するのを抑制することができる。しかも、冷媒（Ｒ）の流量が変化したときには、それに応じて障壁（４９）の上縁部（４９ａ）から冷媒（Ｒ）の液面までの長さ（すなわち迂回路の高さ方向の幅）が自在に変化して、迂回路を通過する際に冷媒（Ｒ）が受ける抵抗がほとんど変化しないので、迂回路を通過する際の冷媒（Ｒ）の流速の変動がさらに抑制される。
【００１５】
その結果、タンク本体（４１）の容積を小さくしても加熱部（４５ａ）を通過する際の冷媒（Ｒ）の流速変動を抑制することができるので、タンクの小型化と精度の高い温度制御とを両立することができる。
【００１６】
前記タンク本体（４１）は、底面（４８）または側面に液抜き用の排液口（４１ａ）を有し、前記障壁（４９）は、その下端部に、前記ヒーター（４５）側と前記ポンプ（４７）側が連通する液抜き用の貫通口（４９ｂ）を有しているのが好ましい。
【００１７】
この構成では、障壁（４９）の下端部に液抜き用の貫通口（４９ｂ）が設けられているので、例えばタンク本体（４１）内から冷媒（Ｒ）を回収する際には、液抜き用の排液口（４１ａ）がタンク本体（４１）内において障壁（４９）よりもヒーター（４５）側に配設されている場合およびポンプ（４７）側に配設されている場合のどちらであっても、貫通口（４９ｂ）を通じて冷媒（Ｒ）を排液口（４１ａ）側に流すことができる。これにより、タンク本体（４１）内に冷媒（Ｒ）を残留させることなく冷媒（Ｒ）を回収することができる。
【００１８】
本発明の冷凍装置用タンクは、前記供給部（４３ａ）と前記ヒーター（４５）との間にこれらを隔てる供給部側障壁（５５）をさらに備えているのが好ましい。
【００１９】
タンク本体（４１）の容積を小さくして供給部（４３ａ）とヒーター（４５）との間隔を狭くした場合には、例えば冷媒（Ｒ）が供給部（４３ａ）からタンク本体（４１）内にある程度の勢いを持って供給されると、冷媒（Ｒ）の吐出圧の影響によりタンク本体（４１）内の冷媒（Ｒ）の流れに乱れが生じて加熱部（４５ａ）を通過する際の冷媒（Ｒ）の流速にも若干の変動が生じることがある。この構成では、供給部（４３ａ）とヒーター（４５）との間にも供給部側障壁（５５）を設けているので、吐出圧の影響による冷媒（Ｒ）の流れの乱れを緩和することができる。したがって、タンク本体（４１）の容積を小さくしても加熱部（４５ａ）を通過する冷媒（Ｒ）の流速が変動するのをさらに抑制することができる。
【００２０】
前記供給部側障壁（５５）の上縁部（５５ａ）は前記予め定められた範囲の高さよりも上部に位置し、前記供給部側障壁（５５）の下縁部（５５ｂ）と前記タンク本体（４１）の底面（４８）との間には隙間が設けられているのが好ましい。
【００２１】
タンク本体（４１）内の冷媒は液面付近のエネルギーレベルが最も低いので液面付近を流れようとする。その結果、タンク本体（４１）の底面（４８）付近では冷媒（Ｒ）の流れが滞りやすい。一方、この構成では、供給部側障壁（５５）の上縁部は冷媒（Ｒ）の液面よりも高い位置に配置されており、供給部側障壁（５５）の下縁部とタンク本体（４１）の底面（４８）との間には隙間が設けられているので、供給部（４３ａ）から供給された冷媒（Ｒ）は供給部側障壁（５５）に沿って下方へ移動し、供給部側障壁（５５）の下縁部とタンク本体（４１）の底面（４８）との間の隙間を通じてヒーター（４５）側に移動する。これにより、冷媒（Ｒ）がタンク本体（４１）の底面（４８）付近で滞るのを抑制することができるので、タンク本体（４１）の底面（４８）付近での圧力損失を低減することができる。
【００２２】
前記供給部側障壁（５５）は、前記冷媒（Ｒ）を前記供給部（４３ａ）側から前記ヒーター（４５）側に流通させる流通口（５６）を有しているのが好ましい。この場合、供給部（４３ａ）から供給された冷媒（Ｒ）は、供給部側障壁（５５）の下縁部（５５ｂ）とタンク本体（４１）の底面（４８）との間の隙間を流れるだけでなく、流通口（５６）をも通じてヒーター（４５）側に流れる。これにより、ヒーター（４５）側へ冷媒（Ｒ）をより均一に分配することができる。
【００２３】
本発明の冷凍装置は、圧縮機（２３）と凝縮器（２５）と減圧機構（２７）と蒸発器（２９）とを有する冷凍回路（２１）と、前記蒸発器（２９）から冷却対象へ前記冷媒（Ｒ）を送る供給側通路と前記冷却対象から前記蒸発器（２９）へ前記冷媒（Ｒ）を送る戻り側通路と前記供給側通路および前記戻り側通路のいずれかに配設された上記のいずれかに記載の冷凍装置用タンク（３３）とを有する冷媒回路（３１）と、を備えている。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、ヒーターとポンプとの間にこれらを隔てる障壁をさらに備え、この障壁の上縁部がポンプの流入口よりも上部に位置しかつタンク本体内における予め定められた範囲の冷媒の高さよりも下部に位置しているので、タンク本体の容積を小さくしても加熱部を通過する際の冷媒の流速変動を抑制することができる。これにより、タンクの小型化と精度の高い温度制御とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態にかかる冷凍装置用タンクおよびこれを備えた冷凍装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態にかかる冷凍装置１１は、一次冷媒が循環する冷凍サイクルからなる冷凍回路２１と、二次冷媒としての冷媒液（以下、ブラインという。）Ｒが循環する冷媒回路３１とを備えている。この冷凍装置１１は、温度調節されたブラインＲを冷却対象に供給してこの冷却対象の温度調節を行うためのものである。本実施形態では、冷却対象が半導体製造装置である場合を例に挙げて説明する。
【００２７】
冷凍回路２１は、圧縮機２３と凝縮器２５と膨張弁２７と蒸発器２９とを有し、これらがこの順に配管により接続されている。一次冷媒は、この冷凍回路２１内において相変化しながら循環する。
【００２８】
蒸発器２９は、冷凍回路２１を循環する一次冷媒が流れる流路と、冷媒回路３１を循環するブラインＲが流れる流路とが区画されている。この蒸発器２９は、一次冷媒とブラインＲとの間で熱交換してブラインＲの温度調節を行う熱交換器である。
【００２９】
冷媒回路３１は、蒸発器２９から冷却対象へブラインＲを送る供給側通路３２と、冷却対象から蒸発器２９へブラインＲを送る戻り側通路３４と、戻り側通路３４に配設された冷凍装置用タンク３３とを有している。戻り側通路３４は、第１の戻り側通路３４ａと第２の戻り側通路３４ｂとからなり、これらの間にタンク３３が配置されている。蒸発器２９において温度調節されたブラインＲは、供給側通路３２を通じて冷却対象へ送られて、冷却対象の温度を調節する。
【００３０】
図２および図３に示すように、タンク３３は、ブラインＲが貯留されたタンク本体４１と、このタンク本体４１内にブラインＲを供給する供給配管４３と、タンク本体４１内のブラインＲの温度を調節するヒーター４５と、タンク本体４１内のブラインＲを吸い込み、このブラインＲをタンク本体４１の外部に吐出して蒸発器２９に送液するポンプ４７とを備えている。
【００３１】
供給配管４３、ヒーター４５およびポンプ４７は、タンク本体４１の幅方向にこの順に配置されている。ヒーター４５とポンプ４７との間には、略鉛直方向に立設された平板状の障壁（流速調整板）４９が配設されている。
【００３２】
タンク本体４１は、略直方体の形状を有しており、上部には天板４２が配設されて密閉されている。
【００３３】
図２および図３に示すように、供給配管４３は、タンク本体４１の側部の外側面からタンク本体４１内に挿通されており、さらにタンク本体４１の内側面に沿って下方に延設されている。ブラインＲは、供給配管４３の下流側の端部である供給部４３ａからタンク本体４１内に供給される。供給配管４３の上流側の端部４３ｂには、冷却対象（半導体製造装置）につながる第１の戻り側通路３４ａが接続される。
【００３４】
タンク本体４１の天板４２には２つの開口部４２ａ，４２ｂが形成されている。一方の開口部４２ａにはヒーター４５が挿通され、他方の開口部４２ｂにはポンプ４７が挿通される。
【００３５】
ヒーター４５は、電気ヒーターであり、通電により発熱するコイル状の加熱部４５ａと、この加熱部４５ａからタンク本体４１の天板４２よりも上部まで延設された電力供給用の配管４５ｂとを備えている。配管４５ｂの上部には、この配管４５ｂを支持するとともにタンク本体４１の開口部４２ａを塞ぐフランジ部４５ｃが設けられている。
【００３６】
加熱部４５ａは、ヒーター４５の下端側に位置し、タンク本体４１内の底面４８近傍に配置されてブラインＲ中に浸漬されている。この加熱部４５ａによりブラインＲが所定の温度に調節される。
【００３７】
フランジ部４５ｃは、開口部４２ａよりも少し大きな寸法に設計されており、開口部４２ａを塞ぐようにタンク本体４１の天板４２の上面にパッキン８１を介して配置される。フランジ部４５ｃの四隅には挿通口が形成されている。これらの挿通口には、開口部４２ａの四隅に立設されたボルト８３がそれぞれ挿通され、これらのボルト８３に図略のナットがそれぞれ螺合される。これにより、ヒーター４５がタンク本体４１に固定される。
【００３８】
図２〜図４に示すように、ポンプ４７は、モーター６１と、このモーター６１から下方に延設されたケーシング６７と、このケーシング６７の内部に収容されたシャフト６３および図略の羽根車とを備えている。シャフト６３は、モーター６１に接続され、モーター６１の駆動により回転する。このシャフト６３の下端側には、前記羽根車が支持されている。
【００３９】
ケーシング６７は、シャフト６３の下端側と羽根車を収容する羽根車収容部６７１と、この羽根車収容部６７１とモーター６１との間に位置するシャフト６３の上端側を収容するシャフト収容部６７２とからなる。羽根車収容部６７１とシャフト収容部６７２は、連通しておらず区画されている。羽根車収容部６７１は、タンク本体４１内のブラインＲを羽根車収容部６７１内に吸い込む流入口６８と、羽根車収容部６７１の下端部に設けられてブラインＲの出口となる図略の流出口とを有し、ブラインＲ中に浸漬されている。羽根車収容部６７１の前記流出口には、吐出配管６９が接続されている。
【００４０】
吐出配管６９は、ケーシング６７とは離隔して配設されており、その基端部６９ａが羽根車収容部６７１の前記流出口につながり、先端部６９ｂがタンク本体４１の天板４２よりも上部に配置されている。吐出配管６９の先端部６９ｂは、図略の管状継手を介して第２の戻り側通路３４ｂに接続される。
【００４１】
モーター６１の下部には、吐出配管６９を支持するとともにタンク本体４１の開口部４２ｂを塞ぐフランジ部４７ｃが設けられている。フランジ部４７ｃは、開口部４２ｂよりも少し大きな寸法に設計されており、開口部４２ｂを塞ぐようにタンク本体４１の天板４２の上面にパッキン８２を介して配置される。フランジ部４７ｃの周囲には複数の挿通口が形成されている。これらの挿通口には、開口部４２ｂの周囲に立設された複数のボルト８４がそれぞれ挿通され、これらのボルト８４に図略のナットがそれぞれ螺合される。これにより、ポンプ４７がタンク本体４１に固定される。
【００４２】
ブラインＲは、タンク本体４１内の予め定められた高さの範囲内で貯留される。ブラインＲの高さは、タンク本体４１の側部に設けられた液面計４６により判別できる。この液面計４６は、透明ないし半透明の樹脂製のチューブであり、一端がタンク本体４１の下方に他端がタンク本体４１の上方にそれぞれ連通している。
【００４３】
液面Ｌの下限高さは、ポンプ４７の流入口６８および後述する障壁４９の上縁部４９ａよりも高い位置に設定されている。これにより、ブラインＲの液面Ｌは、ポンプ４７が空気を吸い込まない位置で、かつ、障壁４９の上縁部４９ａよりも高い位置に保たれる。ブラインＲの液面Ｌの調節は、液面計４６を目視で確認して手動で行ってもよく、液面を検知するセンサなどを用いて自動で行ってもよい。
【００４４】
上述したように、タンク本体４１は密閉されている。このようにタンク本体４１が密閉されると、ブラインＲの温度が上昇した際にタンク本体４１の内圧が増加し、万が一急激な内圧の増加が生じた場合にはタンク本体４１に不具合が生じることがある。そのため、タンク本体４１には、図略のリリーフ弁が設けられている。これにより、ブラインＲの温度が上昇してタンク本体４１の内圧が所定値以上になったときには、リリーフ弁を通じてタンク本体４１の内部の空気がタンク本体４１外に出されてタンク本体４１内が適正な圧力となる。
【００４５】
図４および図５に示すように、障壁４９は、ヒーター４５の加熱部４５ａとポンプ４７の羽根車収容部６７１との間を仕切るようにタンク本体４１内の下方に配置された矩形状の平板である。この障壁４９は鉛直方向にほぼ平行に配置されている。
【００４６】
障壁４９の上縁部４９ａは、ポンプ４７の流入口６８よりも上部に位置し、かつ、ブラインＲの液面Ｌよりも下部に位置している。また、障壁４９の上縁部４９ａは、ヒーター４５の加熱部４５ａの上端部４５ｅよりも上部に位置している。これにより、ブラインＲは、ヒーター４５の加熱部４５ａを通過した後、そのまま水平方向に移動するのではなく、上昇して障壁４９の上縁部４９ａと液面Ｌとの間の迂回路を通過してポンプ４７側に移動する。
【００４７】
ここで、本実施形態のように障壁４９を配置するのではなく、障壁の上縁部がブラインＲの液面Ｌよりも高い位置となるように障壁を配置し、障壁とタンク本体４１の底面４８との間に隙間をあけて冷媒の通路となる開口部を設けるという形態も考えられる。しかし、この形態の場合、開口部の大きさは一定であるので、冷媒の流量が変化したときには、開口部を通過する際に冷媒が受ける抵抗も変動する。したがって、ヒーター４５の加熱部４５ａを通過する冷媒の流速も変動することになるとともに、ポンプ４７のエネルギーロスも大きくなる。また、開口部を通過する際に冷媒が受ける抵抗を小さくするために開口部を大きくすることも対策の一つとして考えられるが、そうすると流量の少ないときに流路の一部によどみができて冷媒の流速のばらつきが大きくなる。
【００４８】
一方、本実施形態のように障壁４９を配置してブラインＲを障壁４９の上縁部４９ａと液面Ｌとの間の迂回路を通過させることにより、加熱部４５ａを通過する際のブラインＲの流速の変動を抑制できる。
【００４９】
なお、本実施形態のように障壁４９の上縁部４９ａと液面Ｌとの間にブラインＲの迂回路を設けた上で、さらに、障壁４９とタンク本体４１の底面４８および／または側面との間に隙間をあけて開口部を設ける構成であってもよい。この構成では、ブラインＲは、その大半が障壁４９の上縁部４９ａと液面Ｌとの間の迂回路を通ってポンプ４７側へ流れるので、加熱部４５ａを通過するブラインＲの流速が冷媒の流量変化に起因して変動するのを抑制できるのに加え、上記のような開口部を設けることにより、障壁４９よりもヒーター４５側の領域のうちで冷媒が滞留しやすいタンク本体４１の底面４８付近および／または側面付近の流れを円滑にすることができる。
【００５０】
タンク本体４１は液抜き用の排液口４１ａを有している。この排液口４１ａは、障壁４９よりもヒーター４５側の底面４８に設けられている。排液口４１ａには図略のボールバルブが取り付けられている。タンク本体４１からブラインＲを回収する際にはボールバルブが開かれる。
【００５１】
図５に示すように、障壁４９はその下端部に貫通口４９ｂを有している。この貫通口４９ｂは、タンク本体４１からブラインＲを回収する際に、タンク本体４１のポンプ４７側に残留したブラインＲを障壁４９の貫通口４９ｂを通じてヒーター４５側に移動させるためのものである。したがって、この貫通口４９ｂは、ブラインＲの回収時に冷媒を通過させることができる程度の小さな径を有する穴である。冷凍装置１１の運転時には、タンク本体４１内のブラインＲの大半が障壁４９の上縁部４９ａと液面Ｌとの間の迂回路を通ってヒーター４５側からポンプ４７側に流れ、貫通口４９ｂがブラインＲの流れにほとんど影響を及ぼさないように、貫通口４９ｂの大きさが設定されている。
【００５２】
図６〜８に示すように、タンク本体４１内には、供給部４３ａとヒーター４５の加熱部４５ａとの間にこれらを隔てる供給部側障壁（流速調整板）５５がさらに配設されていてもよい。
【００５３】
供給部側障壁５５の上縁部５５ａは液面Ｌよりも上部に位置している。供給部側障壁５５の下縁部５５ｂとタンク本体４１の底面４８との間には隙間が設けられている。
【００５４】
また、供給部側障壁５５は、水平方向に沿って設けられたスリット状の流通口５６が設けられている。流通口５６は、供給部４３ａの側方に設けられた第１の流通口５６ａと、この第１の流通口５６ａと下縁部５５ｂとの間に設けられた第２の流通口５６ｂとからなる。このように流通口５６が供給部４３ａの側方とそれよりも下方の２カ所に設けられていることにより、供給部４３ａから供給されたブラインＲは、下縁部５５ｂと底面４８との間の隙間だけでなく、第１の流通口５６ａおよび第２の流通口５６ｂをも通じてヒーター４５側に流れるので、ヒーター４５側により均一に分配される。
【００５５】
第１の流通口５６ａおよび第２の流通口５６ｂは、これら開口部の下端に爪部５８をそれぞれ備えている。これらの爪部５８は、流通口５６ａ，５６ｂの下端から供給部４３ａ側に略水平方向に延設されており、流通口５６ａ，５６ｂの水平方向一端から他端にわたって形成されている。
【００５６】
供給部４３ａから供給されたブラインＲは、タンク本体４１の底面４８に向かってある程度の勢いで供給されるので、爪部５８が設けられていない場合には流通口５６ａ，５６ｂを通過する割合が少なくなる。一方、本実施形態のように流通口５６ａ，５６ｂの下端に爪部５８がそれぞれ設けられていることによって、供給部４３ａから供給されたブラインＲの流通口５６ａ，５６ｂを通過する割合を増加させることができる。
【００５７】
また、供給部４３ａの位置と、加熱部４５ａの上端部４５ｅと、最上部の流通口５６である第１の流通口５６ａの開口位置とがほぼ同じ高さに設定されている。これにより、第１の流通口５６ａを通過したブラインＲは加熱部４５ａの上端部４５ｅ付近を通過する。また、第２の流通口５６ｂは加熱部４５ｂの高さ方向の中央付近に設けられているので、第２の流通口５６ｂを通過したブラインＲは加熱部４５ａの中央付近を通過する。そして、下縁部５５ａと底面４８との間の隙間を通過したブラインＲは加熱部４５ａの下端部付近を通過する。このように供給部側障壁５５を設けることによって、ブラインＲを加熱部４５ａに満遍なく送ることができる。
【００５８】
次に、本実施形態にかかる冷凍装置１１の運転動作について説明する。
【００５９】
冷凍回路２１において圧縮機２３を運転すると、圧縮されたガス状の一次冷媒が圧縮機２３から吐出される。この一次冷媒は、配管を通って凝縮器２５に導入される。凝縮器２５では、導入された一次冷媒が冷却水に放熱して凝縮する。凝縮した一次冷媒は、凝縮器２５から排出される。排出された一次冷媒は、膨張弁２７で減圧された後に、蒸発器２９に導入される。
【００６０】
蒸発器２９は、上述したように冷媒回路３１のブラインＲの温度調節を行う。蒸発器２９では、一次冷媒が流れる流路と、冷媒回路３１を循環するブラインＲが流れる流路とが区画されており、この蒸発器２９内において一次冷媒がブラインＲから熱を奪って蒸気になり、ブラインＲが冷却される。蒸発器２９でガス状になった一次冷媒は、再び圧縮機２３に送られて圧縮される。
【００６１】
一方、冷媒回路３１においてポンプ４７を駆動すると、タンク３１内で温度調節されたブラインＲがタンク３１から吐出されて蒸発器２９に送られる。この蒸発器２９においてブラインＲの温度が所定の設定温度に調節される。その後、蒸発器２９を通過したブラインＲは、供給側通路を通じて冷却対象に送られる。
【００６２】
冷却対象に送られたブラインＲは、冷却対象を冷却して温度調節する。本実施形態では、冷却対象が半導体製造装置であり、例えば−３０℃〜１００℃程度の幅広い温度域で冷却対象を温度調節することが要求される。また、半導体製造装置においては、負荷が短い周期で変動しても設定温度からの誤差が例えば±１℃を超えてしまうと製造工程に不具合が生じるという場合もあるので、それ以上の温度調節精度が要求されることもある。このように冷却対象が半導体製造装置の場合には、空調などの場合と違って高い精度の温度調節が要求されるので、タンク本体４１内でのブラインの流速変動を抑制してブラインＲの温度調節精度を向上させることは重要である。
【００６３】
冷却対象の温度を調節したブラインＲは、第１の戻り側通路３４ａを通じて再びタンク３３に送られ、供給配管４３を通じてタンク本体４１に供給される。タンク本体４１内に供給されたブラインＲは、ヒーター４５の加熱部４５ａを通過する。このとき、必要に応じてブラインＲが加熱部４５ａにより加熱されて温度調節される。
【００６４】
加熱部４５ａを通過したブラインＲは、障壁４９の上縁部４９ａと液面Ｌとの間の迂回路と経て、ポンプ４７の流入口６８から羽根車収容部６７１内に吸い込まれる。吸い込まれたブラインＲは、モーター６１の駆動によりシャフト６３とともに回転する羽根車によって羽根車収容部６７１内を下方に移動する。ついで、ブラインＲは、羽根車収容部６７１の流出口から延設された吐出配管６９を通じて上方に送られ、第２の戻り側通路３４ｂを通じて蒸発器２９に送られる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の冷凍装置用タンク３３は、供給部４３ａ、ヒーター４５およびポンプ４７がタンク本体４１の幅方向にこの順に配置され、ヒーター４５とポンプ４７との間にこれらを隔てる障壁４９を備え、障壁４９の上縁部４９ａは、ポンプ４７の流入口６８よりも上部に位置し、かつ、予め定められた範囲の高さよりも下部に位置しているので、タンク本体４１の容積を小さくしても加熱部４５ａを通過する際のブラインＲの流速変動を抑制することができる。これにより、タンク３３の小型化と精度の高い温度制御とを両立することができる。
【００６６】
また、本実施形態におけるタンク本体４１は、底面４８または側面に液抜き用の排液口４１ａを有し、障壁４９は、その下端部に、ヒーター４５側とポンプ４７側が連通する液抜き用の貫通口４９ｂを有しているので、例えばタンク本体４１内からブラインＲを回収する際には、排液口４１ａがタンク本体４１内において障壁４９よりもヒーター４５側に配設されている場合およびポンプ４７側に配設されている場合のどちらの場合であっても、貫通口４９ｂを通じてブラインＲを排液口４１ａ側に流すことができる。これにより、タンク本体４１内にブラインＲを残留させることなくブラインＲを回収することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、供給部４３ａとヒーター４５との間にこれらを隔てる供給部側障壁５５をさらに備えているので、供給部４３ａから供給されたブラインＲは、吐出圧の影響によるブラインＲの流れの乱れを緩和することができる。したがって、タンク本体４１の容積をさらに小さくしても加熱部４５ａを通過するブラインＲの流速が変動するのをさらに抑制することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、供給部側障壁５５の上縁部５５ａは予め定められた範囲の高さよりも上部に位置し、供給部側障壁５５の下縁部５５ｂとタンク本体４１の底面４８との間には隙間が設けられているので、冷媒Ｒがタンク本体４１の底面４８付近で滞るのを抑制することができ、タンク本体４１の底面４８付近での圧力損失を低減することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、供給部側障壁５５は、冷媒Ｒを供給部４３ａ側からヒーター４５側に流通させる流通口５６を有しているので、ヒーター４５側へ冷媒Ｒをより均一に分配することができる。
【００７０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、冷凍装置用タンクが蒸発器よりも上流側で冷却対象よりも下流側に配置されている場合を例に挙げて説明したが、冷凍装置用タンクは、蒸発器よりも下流側で冷却対象よりも上流側に配置されていてもよい。
【００７１】
上記実施形態では、障壁がタンク本体とは別の部材で構成されている場合を例に挙げて説明したが、障壁は、例えばタンク本体の底面を隆起させて形成したタンク本体の一部で構成されていてもよい。
【００７２】
上記実施形態では、障壁が、その上縁部が水平方向に延びる矩形状の平板である場合を例に挙げて説明したが、例えば障壁の上縁部は、両サイドが高く中心部が低い下方に湾曲した形状、両サイドが低く中央部が高い上方に湾曲した形状、階段状の段差を有する形状などの種々の形状であってもよい。また、障壁は平板ではなく、例えばヒーター側またはポンプ側に凹む面を有する形状であってもよい。
【００７３】
上記実施形態では、障壁が鉛直方向に立設されている場合を例に挙げて説明したが、障壁は鉛直方向に対して傾斜して配設されていてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、冷却対象が半導体製造装置である場合を例に挙げて説明したが、冷却対象は半導体製造装置に限定されるものではなく、本発明の冷凍装置用タンクおよびこれを備えた冷凍装置は種々の冷却対象の温度調節に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる冷凍装置を示す構成図である。
【図２】図１の冷凍装置に用いられた本発明の一実施形態にかかる冷凍装置用タンクを示す分解立体図である。
【図３】図２の冷凍装置用タンクを示す断面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線断面図である。
【図５】図３におけるV−V線断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる冷凍装置用タンクを示す断面図である。
【図７】図６におけるVII−VII線断面図である。
【図８】（ａ）は図７におけるVIIIA−VIIIA線断面図であり、（ｂ）は図７におけるVIIIB−VIIIB線断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１  冷凍装置
２１  冷凍回路
２３  圧縮機
２５  凝縮器
２７  膨張弁
２９  蒸発器
３１  冷媒回路
３２  供給側通路
３３  冷凍装置用タンク
３４  戻り側通路
３４ａ  第１の戻り側通路
３４ｂ  第２の戻り側通路
４１  タンク本体
４１ａ  排液口
４３  供給配管
４３ａ  供給部
４５  ヒーター
４５ａ  加熱部
４７  ポンプ
４９  障壁
４９ａ  障壁の上縁部
４９ｂ  貫通口
５５  供給部側障壁
６８  流入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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