(57)【要約】【課題】ブラインとの熱交換を抑制できる冷媒循環用ポンプ、冷凍装置用タンクおよび冷凍装置を提供する。【解決手段】冷媒循環用ポンプは、モーター６１と、モーター６１から下方に延設されたシャフト６３と、シャフト６３の下端側に支持された羽根車と、シャフト６３および羽根車を収容し、冷媒が流入する流入口６８および冷媒が流出する流出口６６を有するケーシング６７と、基端部が流出口６６につながり、ケーシング６７から外部に延設されてケーシング６７と離隔して配置され、上方に向かって冷媒を送る流路を有する吐出配管６９と、を備えている。【選択図】図３
2010116860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーター（６１）と、
前記モーター（６１）から下方に延設されたシャフト（６３）と、
前記シャフト（６３）の下端側に支持された羽根車と、
前記シャフト（６３）および前記羽根車を収容し、冷媒が流入する流入口（６８）および前記冷媒が流出する流出口（６６）を有するケーシング（６７）と、
基端部（６９ａ）が前記流出口（６６）につながり、前記ケーシング（６７）から外部に延設されて前記ケーシング（６７）と離隔して配置され、上方に向かって前記冷媒を送る流路を有する吐出配管（６９）と、を備えた冷媒循環用ポンプ。
【請求項２】
天板（４２）を有するタンク本体（４１）と、請求項１に記載の冷媒循環用ポンプ（４７）と、を備えた冷凍装置用タンクであって、
少なくとも前記流入口（６８）および前記流出口（６６）が前記タンク本体（４１）の内部に配置され、前記吐出配管（６９）の先端部（６９ｂ）が前記天板（４２）よりも上方まで延設されている、冷凍装置用タンク。
【請求項３】
前記天板（４２）は、前記冷媒循環用ポンプ（４７）を前記タンク本体（４１）外から前記タンク本体（４１）内に挿入可能な開口部（４２ｂ）を有し、
前記冷媒循環用ポンプ（４７）は、前記ケーシング（６７）の上端部から側方に延設されて前記吐出配管（６９）の前記先端部（６９ｂ）を支持するとともに前記開口部（４２ｂ）を塞ぐ支持部材（４７ｃ）をさらに有している、請求項２に記載の冷凍装置用タンク。
【請求項４】
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２または３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媒循環用ポンプ、これを備えた冷凍装置用タンクおよび冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば半導体の製造装置などの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、一次冷媒が循環する冷凍回路と、二次冷媒としての冷媒液（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、冷凍回路の蒸発器から冷却対象へブラインを送る供給側通路と冷却対象から蒸発器へブラインを送る戻り側通路とブラインを一時的に貯留するとともにブラインを送液するためのタンクとを有している。
【０００３】
このタンクは、ブラインを貯留するタンク本体と、タンク本体内のブラインの温度を調節するヒーターと、タンク本体内のブラインをタンク本体の外部に吐出してブライン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、液中に浸漬して使用する浸漬型ポンプが開示されている。このポンプは、モーターと、このモーターから下方に延設されたシャフトと、シャフトの下端側に支持された羽根車と、シャフトおよび羽根車を収容するケーシングとを備えている。このポンプでは、液体は、ケーシングの下部に設けられた吸込口からケーシング内に流入し、吐出流路を通り、吐出口から吐出される。
【特許文献１】特開平１−２４７７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のポンプでは、吸込口からケーシング内に流入した液体が吐出口から吐出されるまでの過程において、ポンプと液体との間で熱交換が生じやすい。このように液体（ブライン）とポンプとの間で熱交換が生じると、以下のような問題がある。
【０００６】
まず、熱交換によりブラインがポンプの熱の影響を受けると液体の温度が変動しやすい。例えば冷凍装置の冷却対象が半導体製造装置である場合には、ブラインの温度を例えば±１℃以内という非常に高い精度で調節する必要があるので、特許文献１に記載のポンプを用いると温度制御の精度が低下する原因となる。
【０００７】
また、冷却対象が半導体製造装置である場合には、ブラインの設定温度範囲が例えば−３０℃〜１００℃程度の広範囲となることもある。ブラインの設定温度が高温であるときには、ポンプのモーターの温度よりもブラインの温度の方が高くなるので、モーター、軸受けなどのポンプを構成する部品がブラインの熱により加熱されることによって部品の寿命が短縮されてしまい、信頼性が低下する原因となることがある。特に、軸受の寿命はブラインによる加熱の影響を受けやすい。一方、ブラインの設定温度が低温であるときには、ブラインがポンプの熱を吸収する分、冷凍装置の冷却能力を余分に使用することになるので、ランニングコストが増加するという観点および省エネルギーの観点で問題がある。
【０００８】
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、ブラインとの熱交換を抑制できる冷媒循環用ポンプ、冷凍装置用タンクおよび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】
【０００９】
本発明の冷媒循環用ポンプは、モーター（６１）と、前記モーター（６１）から下方に延設されたシャフト（６３）と、前記シャフト（６３）の下端側に支持された羽根車と、前記シャフト（６３）および前記羽根車を収容し、冷媒が流入する流入口（６８）および前記冷媒が流出する流出口（６６）を有するケーシング（６７）と、基端部（６９ａ）が前記流出口（６６）につながり、前記ケーシング（６７）から外部に延設されて前記ケーシング（６７）と離隔して配置され、上方に向かって前記冷媒を送る流路を有する吐出配管（６９）と、を備えている。
【００１０】
従来のポンプでは吐出流路がケーシング内に設けられているので、ブラインが吐出流路を通過する過程でポンプとの間で熱交換が生じやすく、しかも、吐出流路がモーターの近傍まで延設されているので、ブラインがモーターの熱の影響を受けやすい構造となっている。
【００１１】
一方、本構成では、ケーシング（６７）とは離隔して配置され、上方に向かって冷媒を送る流路を有する吐出配管（６９）を備えているので、ブラインとポンプとの間の熱交換を効果的に抑制することができる。これにより、ブラインの温度制御の精度を高めることができるとともに、ポンプの信頼性の低下を抑制でき、しかも余分な冷却能力の使用を抑制できるのでランニングコストの増加を抑制でき、省エネルギーの観点でも有効である。
【００１２】
本発明の冷凍装置用タンクは、天板（４２）を有するタンク本体（４１）と、上記の冷媒循環用ポンプ（４７）と、を備え、少なくとも前記流入口（６８）および前記流出口（６６）が前記タンク本体（４１）の内部に配置され、前記吐出配管（６９）の先端部（６９ｂ）が前記天板（４２）よりも上方まで延設されている。
【００１３】
この冷凍装置用タンクでは、前記天板（４２）は、前記冷媒循環用ポンプ（４７）を前記タンク本体（４１）外から前記タンク本体（４１）内に挿入可能な開口部（４２ｂ）を有し、前記冷媒循環用ポンプ（４７）は、前記ケーシング（６７）の上端部から側方に延設されて前記吐出配管（６９）の前記先端部（６９ｂ）を支持するとともに前記開口部（４２ｂ）を塞ぐ支持部材（４７ｃ）をさらに有しているのが好ましい。
【００１４】
この構成では、ポンプ（４７）をタンク本体（４１）の天板（４２）に設けられた開口部（４２ｂ）から挿入することができるとともに、ポンプ（４７）に設けられた支持部材（４７ｃ）によりタンク本体（４１）の開口部（４２ｂ）を塞ぐことができるので、ポンプ（４７）を簡単にタンク本体（４１）に装着でき、しかもタンク本体（４１）の開口部（４２ｄ）を塞いでタンクを密閉することができる。
【００１５】
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２または３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】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、ブラインとポンプとの間の熱交換を効果的に抑制することができるので、ブラインの温度制御の精度を高めることができるとともに、ポンプの信頼性の低下を抑制でき、しかも余分な冷却能力の使用を抑制できるのでランニングコストの増加を抑制でき、省エネルギーの観点でも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態にかかる冷媒循環用ポンプ、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。
【００１８】
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回路２１と、二次冷媒としての冷媒液（以下、ブラインという。）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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との間で熱交換してブラインの温度調節を行う熱交換器である。
【００２１】
冷媒回路３１は、蒸発器２９から冷却対象へブラインを送る供給側通路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。
【００２２】
図１および図２に示すように、タンク３３は、ブラインが貯留されたタンク本体４１と、このタンク本体４１内にブラインを供給する供給配管４３と、タンク本体４１内のブラインの温度を調節するヒーター４５と、タンク本体４１内のブラインを吸い込み、このブラインをタンク本体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。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。
【００２３】
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。ブラインは、供給配管４３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、冷却対象につながる第１の戻り側通路３４ａが接続される。
【００２４】
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。
【００２５】
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図略の加熱部と、この加熱部からタンク本体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。
【００２６】
加熱部は、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中に浸漬されている。この加熱部によりブラインが所定の温度に調節される。
【００２７】
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。
【００２８】
図３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の下端側には上記した羽根車が支持されている。
【００２９】
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の出口となる流出口６６とを有し、ブライン中に浸漬されている。羽根車収容部６７１の流出口６６には、吐出配管６９が接続されている。
【００３０】
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の流出口６６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。
【００３１】
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。
【００３２】
吐出配管がケーシングと一体化した構造である従来のポンプは、鋳型に材料を流し込んで製造する鋳物であるので、材料の使用量が多くなり、製品の重量が重くなるとともに、コストアップにつながりやすい。一方、本実施形態にかかるポンプ４７は、鋳物として製造する必要はなく、ケーシング６７と吐出配管６９とを別体で成型した後、連結させればよいので、コストアップを抑制できる。
【００３３】
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。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。
【００３４】
蒸発器２９は、上述したように冷媒回路３１のブラインの温度調節を行う。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から熱を奪って蒸気になり、ブラインが冷却される。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。
【００３５】
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がタンク３１から吐出されて第２の戻り側通路３４ｂを通じて蒸発器２９に送られる。この蒸発器２９においてブライン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は、供給側通路３２を通じて冷却対象に送られる。
【００３６】
冷却対象に送られたブラインは、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、ポンプ４７とブラインとの間での熱交換を抑制してブラインの温度調節精度を向上させることは重要である。
【００３７】
冷却対象の温度を調節したブラインは、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は、必要に応じてヒーター４５により加熱されて温度調節される。
【００３８】
ヒーター４５を通過したブラインは、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、ブラインは、羽根車収容部６７１の流出口６６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。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態にかかる冷媒循環用ポンプ４７は、モーター６１と、モーター６１から下方に延設されたシャフト６３と、シャフト６３の下端側に支持された羽根車と、シャフト６３および羽根車を収容し、冷媒が流入する流入口６８および冷媒が流出する流出口６６を有するケーシング６７と、基端部６９ａが流出口６６につながり、ケーシング６７から外部に延設されてケーシング６７と離隔して配置され、上方に向かって前記冷媒を送る流路を有する吐出配管６９と、を備えているので、ブラインとポンプとの間の熱交換を効果的に抑制することができる。これにより、ブラインの温度制御の精度を高めることができるとともに、ポンプの信頼性の低下を抑制でき、しかも余分な冷却能力の使用を抑制できるのでコストアップを抑制できる。
【００４０】
また、本実施形態にかかる冷凍装置用タンク３３では、天板４２は、冷媒循環用ポンプ４７をタンク本体４１外からタンク本体４１内に挿入可能な開口面積を有する開口部４２ｂを有し、冷媒循環用ポンプ４７は、ケーシング６７の上端部から側方に延設されて吐出配管６９の先端部６９ｂを支持するとともに開口部４２ｂを塞ぐフランジ４７ｃをさらに有しているので、ポンプ４７をタンク本体４１の天板４２に設けられた開口部４２ｂから挿入することができるとともに、ポンプ４７に設けられたフランジ４７ｃによりタンク本体４１の開口部４２ｂを塞ぐことができる。このようにポンプ４７を簡単にタンク本体４１に装着でき、しかもタンク本体４１の開口部４２ｄを塞いでタンクを密閉することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
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】
【００４３】
【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】本発明の一実施形態にかかる冷凍装置用タンクを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる冷媒循環用ポンプを示す正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
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
４１  タンク本体
４２  天板
４２ｂ  天板の開口部
４７  ポンプ
４７ｃ  フランジ（支持部材）
６１  モーター
６３  シャフト
６６  流出口
６７  ケーシング
６８  流入口
６９  吐出配管
６９ｂ  吐出配管の先端部
【図１】
2010116860.tif 000003
【図２】
2010116860.tif 000004
【図３】
2010116860.tif 000005