(57)【要約】【課題】冷却対象部材を略均一に冷却することのできる冷却装置を提供する。【解決手段】真空処理装置１の真空室６の上部には、シャワープレート２が設けられ、シャワープレート２の近傍の上壁７内部には、冷媒通路３が設けられている。チラーユニット１０の冷凍回路１８には、コンデンサ１２と膨張弁１４との間に、２つの経路１８ｂ，１８ｃに分岐する分岐点１８ａが設けられている。一方の経路１８ｂは膨張弁１４に連通し、他方の経路１８ｃは真空処理装置１の冷媒通路３の一端と連通している。経路１８ｃには、開閉弁２１が設けられている。また、膨張弁１４及び蒸発器１５の間の合流点１８ｄと冷媒通路３の他端とが、経路１８ｅによって連通されている。経路１８ｅには、第１のアキュムレータ２２と定圧弁２３とが設けられている。【選択図】図１
2006308273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象部材と熱交換する冷媒が流通する冷媒通路と、
前記冷媒通路と連通し、前記冷媒通路に前記冷媒を供給する冷却手段と
を備え、
前記冷却手段は、
コンプレッサ、コンデンサ、減圧手段及び蒸発器を有し、前記冷媒が循環する冷凍回路と、
一端が前記冷凍回路の前記コンデンサ及び前記減圧手段間に接続され、他端が前記冷媒通路の入口に接続される冷媒供給経路と、
一端が前記冷媒通路の出口に接続され、他端が前記減圧手段より下流側で、前記減圧手段と前記コンプレッサとの間に接続される冷媒戻し経路と、
前記冷媒供給経路に設けられ、前記コンデンサと前記冷媒通路とを連通または遮断する冷媒制御手段と、
前記冷媒供給経路に設けられ、前記冷媒通路内の圧力を制御する圧力制御手段と
を備え、
前記冷媒制御手段が前記コンデンサと前記冷媒通路とを連通することによって、前記冷媒が、気液２相流を保つ流量で、前記冷媒通路を流通するオンモードと、
前記冷媒制御手段が前記コンデンサと前記冷媒通路とを遮断することによって、前記冷媒が前記冷媒通路を流通しないオフモードと
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却対象部材またはその近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以上になったときに前記オンモードとなり、
前記温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以下になったときに前記オフモードとなる
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却対象部材またはその近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以上になったときに、所定時間だけ前記オンモードとなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却対象部材またはその近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記冷却制御手段は、
前記オンモードの時間及び前記オフモードの時間の合計時間を一定として、前記合計時間に対する前記オンモードの時間の割合を表すデューティ比を設定すると共に、
前記温度検出手段によって検出された検出値に基づいて前記デューティ比を変更して、前記デューティ比に従って前記コンデンサと前記冷媒通路とを連通または遮断する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却制御手段は、
前記温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以上になったときに、前記検出値と前記所定値との差に基づいて前記デューティ比を上昇させ、
前記温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以下になったときに、前記検出値と前記所定値との差に基づいて前記デューティ比を低下させる
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷媒制御手段は、前記冷媒供給経路を流通及び遮断する開閉弁であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷媒制御手段は、前記コンデンサと、前記冷媒通路または前記減圧手段のいずれか一方とを連通する三方弁であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記冷媒供給経路の前記冷媒制御手段よりも上流側に、前記冷媒を液体と気体とに分離する気液分離手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記冷媒戻し経路における前記冷媒通路及び前記圧力制御手段間に、第１のアキュムレータを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記冷媒戻し経路の他端は、前記冷凍回路における前記減圧手段及び前記蒸発器間に接続されることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記冷媒戻し経路の他端は、前記冷凍回路における前記蒸発器及び前記コンプレッサ間に接続され、
前記冷媒戻し経路における前記圧力制御手段及び前記冷凍回路間に、第２のアキュムレータを備えることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記コンデンサにおいて冷媒と熱交換した冷却水は、前記蒸発器において冷媒と熱交換することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記圧力制御手段は、前記冷媒制御手段としても機能することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記冷媒戻し経路には、前記冷媒通路内の圧力を制御する定圧弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却装置に係り、特に、半導体製造装置等に用いられる冷却装置のように、厳しい温度管理が要求される冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却装置、例えば、半導体製造装置に用いられる従来のチラーユニットでは、一般に、冷凍回路を循環するフロン等の１次冷媒によって、水等の２次冷媒を冷却し、この２次冷媒を用いて冷却を行っている。この場合、冷却対象部材が冷凍回路によって直接冷却されず、２次冷媒を介して間接的に冷凍回路が冷却対象部材を冷却している。このため、冷却効率が悪くなっていた。
【０００３】
この問題点を解決するために、冷凍回路を循環するフロン等の冷媒のみによって、冷却対象部材を直接冷却するチラーユニットが、特許文献１に開示されている。このチラーユニットでは、冷凍回路の圧縮機によって圧縮された冷媒をコンデンサによって凝縮し、凝縮された冷媒は、冷媒の流量を調整する調整弁を介して、真空処理装置のサセプタ内に設けられた冷媒通路に流される。そして、サセプタ上に載置された被処理体を冷却する。つまり、冷媒通路自体が所謂冷凍回路の蒸発器としての機能を果たすこととなる。被処理体を冷却した冷媒は、圧縮機に戻り、再び冷凍回路中を循環することとなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７４０１６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に記載されるチラーユニットを、冷媒の沸点より高温な温度に達する冷却対象部材において、該冷却対象部材を冷媒の沸点より高温な温度で一定に保つような場合に適用すると、冷却対象部材の温度が冷媒の沸点と比較して非常に高温のため、従来と同様に冷媒の通路の開度を調整して流量を制御して冷却する方法を用いると、冷却対象部材のある位置については、温度を一定に保てたとしても、その他の位置では温度差が生じ、その結果、冷却対象部材の温度が不均一となる問題が生じていた。例えば、冷媒通路中を流れる流量が少なすぎると、冷媒通路の入口側では冷却することができても、冷媒通路の途中で冷媒がすべて気化（ドライアウト）してしまい、ドライアウト後の冷媒は、蒸発潜熱を利用した吸熱がなくなる。この場合、冷却対象部材の冷媒通路の出口側は入口側より高温となり、冷却対象部材上で温度が不均一となってしまう。逆に冷媒の流量が多すぎると、冷却対象部材の入口側で冷えすぎてしまい、温度制御ができず冷却対象部材を所定の温度に保つことができなくなる。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、冷却対象部材を略均一に所望の温度に冷却することのできる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る冷却装置は、冷却対象部材と熱交換する冷媒が流通する冷媒通路と、冷媒通路と連通し、冷媒通路に冷媒を供給する冷却手段とを備え、冷却手段は、コンプレッサ、コンデンサ、減圧手段及び蒸発器を有し、冷媒が循環する冷凍回路と、一端が冷凍回路のコンデンサ及び減圧手段間に接続され、他端が冷媒通路の入口に接続される冷媒供給経路と、一端が冷媒通路の出口に接続され、他端が減圧手段より下流側で、減圧手段とコンプレッサとの間に接続される冷媒戻し経路と、冷媒供給経路に設けられ、コンデンサと冷媒通路とを連通または遮断する冷媒制御手段と、冷媒供給経路に設けられ、冷媒通路内の圧力を制御する圧力制御手段とを備え、冷媒制御手段がコンデンサと冷媒通路とを連通することによって、冷媒が、気液２相流を保つ流量で、冷媒通路を流通するオンモードと、冷媒制御手段がコンデンサと冷媒通路とを遮断するオフモードとを備えることを特徴とする。
冷媒制御手段がコンデンサと冷媒通路とを連通することによって、冷媒が気液２相流を保つ流量で冷媒通路を流通し、さらに冷媒通路をオンモード及びオフモードにより制御することにより、冷却対象部材を所望の温度に冷却対象部材上で略均一に保つことができる。
冷却対象部材またはその近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以上になったときにオンモードとなり、温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以下になったときにオフモードとなるとなるようにしてもよい。
冷却対象部材またはその近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以上になったときに、所定時間だけオンモードとなるとなるようにしてもよい。
冷却対象部材またはその近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、冷却制御手段は、オンモードの時間及びオフモードの時間の合計時間を一定として、合計時間に対するオンモードの時間の割合を表すデューティ比を設定すると共に、温度検出手段によって検出された検出値に基づいてデューティ比を変更して、デューティ比に従ってコンデンサと冷媒通路とを連通または遮断するようにしてもよい。
冷却制御手段は、温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以上になったときに、検出値と所定値との差に基づいてデューティ比を上昇させ、温度検出手段によって検出された検出値が所定温度以下になったときに、検出値と所定値との差に基づいてデューティ比を低下させるようにしてもよい。
冷媒制御手段は、冷媒供給経路を流通及び遮断する開閉弁でもよい。
冷媒制御手段は、コンデンサと、冷媒通路または減圧手段のいずれか一方とを連通する三方弁でもよい。
冷媒供給経路の冷媒制御手段よりも上流側に、冷媒を液体と気体とに分離する気液分離手段を備えてもよい。
冷媒戻し経路における冷媒通路及び圧力制御手段間に、第１のアキュムレータを備えてもよい。
冷媒戻し経路の他端は、冷凍回路における減圧手段及び蒸発器間に接続されていてもよい。
冷媒戻し経路の他端は、冷凍回路における蒸発器及びコンプレッサ間に接続され、冷媒戻し経路における圧力制御手段及び冷凍回路間に、第２のアキュムレータを備えてもよい。
コンデンサにおいて冷媒と熱交換した冷却水は、蒸発器において冷媒と熱交換してもよい。
圧力制御手段は、冷媒制御手段としても機能してよい。
冷媒戻し経路には、前記冷媒通路内の圧力を制御する定圧弁が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、冷媒が気液２相流を保つ流量で冷媒通路を流通し、さらに冷媒通路をオンモード及びオフモードにより開閉弁を制御することにより、冷却対象部材を所望の温度に、冷却対象部材上で略均一に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る冷却装置を、図１に基づいて説明する。この実施の形態１において、チラーユニット１０及び冷媒通路３が、冷却装置を構成する。
真空処理装置１は、内部に真空室６を備えている。真空室６には、被処理体５を載置するサセプタ４が設けられている。真空室６の上部には、サセプタ４と対向するように、冷却対象部材であるシャワープレート２が設けられている。シャワープレート２の近傍の上壁７内部には、冷媒通路３が設けられている。また、上壁７内部には、温度検出手段である温度センサ８が設けられており、シャワープレート２近傍の上壁７の温度を検出するようになっている。
【００１０】
チラーユニット１０は、ダイヤフラム式のコンプレッサ１１、コンデンサ１２、減圧手段である膨張弁１４、及び蒸発器１５からなり、冷媒であるフロンＲ１３４ａ（以下フロンとする）が循環する冷凍回路１８を備えている。冷凍回路１８には、冷却水が流通する冷却水経路１６が設けられている。蒸発器１５及びコンデンサ１２において、この冷却水と冷凍回路１８内を循環するフロンとが熱交換を行う。冷却水経路１６には、蒸発器１５とコンデンサ１２との間に、弁１７が設けられている。冷凍回路１８中のコンデンサ１２と膨張弁１４との間の分岐点１８ａにおいて、冷凍回路１８が２つの経路１８ｂ，１８ｃに分岐している。一方の経路１８ｂは減圧手段としての膨張弁１４に連通して冷凍回路１８の一部を構成し、他方の経路１８ｃは冷媒通路３の入口３ａと連通している。ここで、経路１８ｃは、冷媒供給経路を構成する。経路１８ｃには、経路１８ｃを連通及び遮断する開閉弁２１が設けられている。ここで、開閉弁２１は、冷媒制御手段を構成し、さらに開弁状態では、冷媒供給経路上の圧力制御手段である膨張弁としても機能する。開閉弁２１は温度センサ８と共に、制御装置９に電気的に接続されている。制御装置９には、温度センサ８の検出値についての上限値及び下限値が設定されている。また、膨張弁１４及び蒸発器１５の間の合流点１８ｄと冷媒通路３の出口３ｂとが、経路１８ｅによって連通されている。ここで、経路１８ｅは、冷媒戻し経路を構成する。経路１８ｅには、液体のフロンを溜める第１のアキュムレータ２２と、冷媒通路３内の圧力を一定に調節するための冷媒戻し経路上の圧力制御手段である定圧弁２３とが設けられている。
【００１１】
次に、この実施の形態１に係る冷却装置の動作を図１に基づいて説明する。
真空処理装置１の真空室６内において被処理体５の処理を行うために、真空処理装置１を起動すると、コンプレッサ１１が起動すると共に冷却水経路１６に冷却水が流通して、チラーユニット１０の冷凍回路１８の運転が開始される。蒸発器１５において、フロンと冷却水とが熱交換することにより、気液２相流のフロンが蒸発してガスとなり、コンプレッサ１１に吸入される。フロンは、コンプレッサ１１によって圧縮され、高温高圧の気体の状態で吐出される。コンプレッサ１１から吐出された気体のフロンは、コンデンサ１２において、蒸発器１５で冷却された冷却水と熱交換することによって、冷却凝縮されて液体の状態となる。その後、分岐点１８ａにおいて、液体のフロンは経路１８ｂと経路１８ｃとに分岐して、それぞれの経路に流通する。後述するように、経路１８ｃに流通したフロンは、開閉弁２１の開閉動作によって、冷媒通路３に供給される。なお、経路１８ｃに流通したフロンは、開閉弁２１が開状態にあるときに、開閉弁２１の膨張弁の機能によって減圧されて気液２相流となって冷媒通路３に供給される。一方、経路１８ｂを流通するフロンは、膨張弁１４によって減圧されて気液２相流となり、後述する経路１８ｅを流通したフロンと合流点１８ｄにおいて合流する。その後、気液２相流のフロンが蒸発器１５に流入することで、前述したように冷却水経路１６の冷却水と熱交換を行い、冷却水を冷却する。そして再びコンプレッサ１１にフロンが帰還することで冷凍回路１８を循環する。
【００１２】
次に、分岐点１８ａにおいて、経路１８ｃに分配されたフロンについて説明する。
【００１３】
気液２相流では、冷媒の圧力が決まると温度も決まる。つまり、冷媒通路３を流通するフロンの圧力を調整することによって、気液２相流におけるフロンの温度を制御することができる。そこで、開閉弁２１及び定圧弁２３によって、開閉弁２１及び定圧弁２３間の圧力を、気液２相流におけるフロンの温度に対応する圧力に調整する。
【００１４】
真空処理装置１の真空室６内において被処理体５の処理が行われ、温度センサ８の検出値が上限値以上となったら、制御装置９が開閉弁２１を開いてオンモードとする。すると、気液２相流のフロンが冷媒通路３に流入する。そして、入口３ａから出口３ｂまでの間にフロンが気液２相流を保つ流量を流し、冷媒通路３内でドライアウトすることなく、入口３ａから出口３ｂまで通過することとなる。よって、冷媒通路３内でフロンは気液２相流を保っているため、気液の混合平均温度は入口３ａから出口３ｂまで一定温度である。気液二相流で出口３ｂを流通したフロンは、出口３ｂの下流に設置されている第１のアキュムレータ２２により、気液を分離され、アキュムレータ２２より下流側に液体が流通しないようにしている。また、アキュムレータ２２にフロンの液体を溜めることにより、仮に出口３ｂ近傍でドライアウトが生じそうになったとしても、アキュムレータ２２内に溜まったフロンの液体により、出口３ｂ近傍でのドライアウトを防ぐことができる。
【００１５】
気液２相流のフロンが冷媒通路３内を流通し、シャワープレート２を冷却すると、温度センサ８の検出値が低下する。温度センサ８の検出値が下限値以下になったら、制御装置９が開閉弁２１を閉めてオフモードとして、フロンの冷媒通路３への供給を停止する。このように、温度センサ８の検出値に基づいて開閉弁２１の開閉を行い、図２に示されるように、冷媒が流量Ｍｏｐｔで冷媒通路３を流通するオンモードと、冷媒が冷媒通路３を流通しないオフモードとを繰り返す、オン／オフ制御が行われる。
【００１６】
次に、冷媒通路３内を流通するフロンの流量Ｍｏｐｔについて説明する。冷媒通路３内を流通するフロンが気液２相流を保つような、フロンの流量を検討するため、１回のオンモードにおける開閉弁２１の開弁する時間を変化させて、１回のオンモードにおけるフロンの流量を変化させて、シャワープレート２における最高温度と最低温度との温度差である温度変動を測定した。その結果を、図３に模式的に示す。
フロンの流量Ｍが流量Ｍ１よりも小さい場合には、所望以上の温度差が生じてしまう。これは、フロンの流量Ｍが少なすぎるために、冷媒通路３内を流れるフロン全てが出口３ｂ側でドライアウトしていることに起因する。すなわち、冷媒通路３内で全て気体状態となり、フロンの蒸発潜熱を利用したシャワープレート２からの吸熱がなくなり、気体状態のフロンの温度が上昇しているためである。
一方、フロンの流量Ｍが増加して流量Ｍ１以上になると、フロンが入口３ａから出口３ｂまでの間でドライアウトせずに、一定の吸熱量を保って、シャワープレート２を冷却しているため、温度差を最も小さく（Δｔ０）できる。
【００１７】
さらにフロンの流量Ｍを増加させて、流量Ｍが流量Ｍ２よりも大きくなると、流量Ｍの増加にともなって温度差が拡大する。この場合、フロンが入口３ａから出口３ｂまでの間でドライアウトすることなく、シャワープレート２を冷却することとなるが、流量Ｍが多すぎて、１回のオンモードによりシャワープレート２が所定の温度に対して余計に冷えすぎてしまう。その結果、温度差が拡大してしまうこととなる。
【００１８】
したがって、１回のオンモードにおけるフロンの流量Ｍｏｐｔを、Ｍ１≦Ｍｏｐｔ≦Ｍ２となるように調整する。この流量Ｍｏｐｔが、気液２相流を保つ流量に相当し、かつシャワープレート２上での温度変動を最も小さく抑えることが可能となる。ただし、Ｍ１及びＭ２は、冷媒の種類によって一義的に決まるものではなく、真空処理装置１におけるシャワープレート２とフロンとの熱交換量に基づいて決まる値である。したがって、冷却対象部材ごとに、同様の検討を行って、フロンの最適流量を決定する必要がある。
【００１９】
このように、開閉弁２１がコンデンサ１２と冷媒通路３とを連通するオンモードと、開閉弁２１がコンデンサ１２と冷媒通路３とを遮断するオフモードとを備え、オンモードの時に、フロンを流量Ｍｏｐｔで一気に冷媒通路３へ供給することにより、フロンが冷媒通路３内でドライアウトしにくくすることができる。オンモードの間は、フロンが気液２相流で冷媒通路３内を流通することにより、フロンが冷媒通路３内を流通している間は、シャワープレート２のいずれの位置においても略同様に熱交換が行なわれることとなる。さらにオンモードからオフモードへの切り替えによって、気液２相流のフロンが入口３ａを常時流通することがないため、入口３ａだけが冷えすぎるということが生じない。
また、本実施形態においては、オンモード及びオフモードの切り替えを、温度センサ８の検出値に基づいて行うようにしたので、シャワープレート２の温度管理を厳密に行うことができる。
さらに本実施形態においては、圧力制御手段として開閉弁２１に加えて、定圧弁２３を設けているので、冷媒通路３中の圧力制御を厳密に行なうことができる。
蒸発器１５においてコンデンサ１２を冷却する冷却水通路１６中の冷却水を冷却する。よって、余分に冷却能力を持った気液２相流のフロンを効率良く利用することができる。
【００２０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る冷却装置を、図４に基づいて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態２に係る冷却装置は、実施の形態１に対して、分岐点１８ａに設けた三方弁によってオン／オフ制御を行うようにしたものである。
この実施の形態２において、チラーユニット３０及び冷媒通路３が、冷却装置を構成する。チラーユニット３０には、冷凍回路１８内の分岐点１８ａに、コンデンサ１２と冷媒通路３及び膨張弁１４のいずれか一方とを連通する三方弁１３が設けられている。三方弁１３は温度センサ８と共に、制御装置９に電気的に接続されている。ここで、三方弁１３は、冷媒制御手段及び冷媒供給経路中に設けられた圧力制御手段を構成する。すなわち、三方弁１３により経路１８ｃへの流通が制御され、三方弁１３により減圧する。その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００２１】
この実施の形態２において、シャワープレート２の冷却が必要ない場合には、コンデンサ１２と膨張弁１４とを連通するように、制御装置９が三方弁の向きを設定する。真空処理装置１において被処理体５の処理を行い、温度センサ８の検出値が上昇して上限値以上になったら、制御装置９が三方弁１３の向きを切り替えて、コンデンサ１２と冷媒通路３とが連通するようにし、フロンＲ１３４ａを冷媒通路３に供給する。この際、実施の形態１と同様にして、入口３ａから出口３ｂまでの間、フロンが気液２相流を保つ流量で冷媒通路３へ供給するようにする。シャワープレート２が冷却されて温度センサ８の検出値が下限値以下になったら、制御装置９が三方弁１３の向きを切り替えて、コンデンサ１２と膨張弁１４とが再び連通するようにする。その他の動作については、実施の形態１と同じである。
このように、温度センサ８の検出値に基づいて三方弁２１の向きを切り替えることにより、オン／オフ制御を行うようにしたので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る冷却装置を、図５に基づいて説明する。この実施の形態３に係る冷却装置は、実施の形態１における経路１８ｃに、気液分離装置を設けたものである。
この実施の形態３において、チラーユニット５０及び冷媒通路３が、冷却装置を構成する。チラーユニット５０には、開閉弁２１及び分岐点１８ａ間に、気液分離手段であるレシーバー４１が設けられている。レシーバー４１は、気液２相流でフロンを貯留するタンク部４１ａと、タンク部４１ａ内の気相部に連通する気相管４１ｂと、タンク部４１ａ内の液相部に連通する液相管４１ｃとから構成されている。気相管４１ａは、一端を分岐点１８ａとする経路１８ｃ１の他端に接続されている。一方、液相管４１ｃは、一端が冷媒通路３の入口３ａに接続された経路１８ｃ２の他端に接続されている。ここで、経路１８ｃ１及び１８ｃ２は、冷媒供給経路を構成する。その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００２３】
この実施の形態３において、開閉弁２１が開くと、冷凍回路１８を循環するフロンＲ１３４ａの少なくとも一部が、分岐点１８ａから経路１８ｃ１を流通するようになる。経路１８ｃ１を流通するフロンは、レシーバー４１の気相管４１ｂから、タンク部４１ａ内の気相部に放出される。
冷凍回路１８において、コンデンサ１２におけるフロンの冷却凝縮が不完全であると、分岐点１８ａにおける液体のフロン中には、一部が気化したフロンや空気等のガス成分が混入する。このようなガス成分を含む液体のフロンがタンク部４１ａに放出されると、液体のフロンとその他のガス成分とに分離される。液相管４１ｃを介して経路１８ｃ２に供給されるフロンは、ガス成分を含まない液体のフロンである。このようなガス成分を含まない液体のフロンが気液２相流で冷媒通路３内を流通すると、含有ガス成分の影響がなくなるため、完全に一定温度で冷媒通路３内をフロンが流通するようになり、効率の低下を防止できる。これにより、シャワープレート２の温度をさらに厳密に制御することができる。
その他の動作については実施の形態１と同じであるため、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００２４】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る冷却装置を、図６に基づいて説明する。この実施の形態４に係る冷却装置は、実施の形態１に対して、経路１８ｅと冷凍回路１８との合流点１８ｄを、蒸発器１５とコンプレッサ１１との間に位置するようにしたものである。
この実施の形態４において、チラーユニット７０及び冷媒通路３が、冷却装置を構成する。チラーユニット７０において、経路１８ｅと冷凍回路１８との合流点１８ｄは、蒸発器１５とコンプレッサ１１との間に位置している。また、チラーユニット７０には、合流点１８ｄとコンプレッサ１１との間に、液体状態のフロンのコンプレッサ１１への流入を防止するための第２のアキュムレータ２４が設けられている。その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００２５】
実施の形態１と同様にして、シャワープレート２を冷却したフロンは、開閉弁２１の制御により入口３ａから出口３ｂまでの間で気液２相流を維持している。第１のアキュムレータ２２を通過した後は通常、フロンは気体のみとなり、合流点１８ｄにおいて、冷凍回路１８内を循環するフロンと混合して、コンプレッサ１１に吸入される。しかしながら、経路１８ｅを流れるフロンの流量が大きすぎる場合や、チラーユニット７０の温度が低い場合等では、第１のアキュムレータ２２以降に液体が第１のアキュムレータより下流に流れ出す可能性がある。合流点１８ｄにおいて冷凍回路を循環するフロンと混合したあとも尚、フロンの液体がコンプレッサ１１に吸入されてしまうと、コンプレッサ１１の故障につながるおそれがある。そこで、第２のアキュムレータ２４において、液体を溜めて、第２アキュムレータ２４より下流で、フロンを完全に気相状態にさせる。これにより、コンプレッサ１１を保護することができる。
その他の動作については実施の形態１と同じであるため、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００２６】
実施の形態４では、実施の形態１に対して、経路１８ｅと冷凍回路１８との合流点１８ｄを、蒸発器１５とコンプレッサ１１との間に位置するようにしたが、これに限定するものではない。実施の形態２及び３に係る冷却装置４０，６０に対して、合流点１８ｄを同様の位置にしてもよい。その場合、第２のアキュムレータ２４を蒸発器１５とコンプレッサ１１との間に配置すればよい。
【００２７】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る冷却装置を説明する。この実施の形態５に係る冷却装置は、実施の形態１に対して、温度センサ８の検出値に基づき、オンモードの時間及びオフモードの時間の合計時間に対するオンモードの時間の割合を表すデューティ比を調整することにより、冷媒通路３内におけるフロンの流通を制御するようにしたものである。尚、実施の形態５に係る冷却装置の構成は、実施の形態１と同じである。
図１に示されるように、真空処理装置１の真空室６内において、被処理体５の処理が実施の形態１と同様の動作で行われる。被処理体５の処理中、制御装置９は開閉弁２１を開閉させることにより、図７に示されるように、フロンが流量Ｍｏｐｔで流通するオンモードと、フロンが流通しないオフモードとが交互に行われるようにして、フロンを冷媒通路３内に流通させる。ここで、あるオンモードの時間とそれに続いて行われるオフモードの時間との合計時間は、常に一定の時間ΔＴとなっている。例えば、デューティ比Ｒ０で制御している場合、オンモードの時間がΔｔ１、オフモードの時間がΔｔ２であるとすると、デューティ比Ｒ０はΔｔ１／（Δｔ１＋Δｔ２）と表され、ΔＴ＝Δｔ１＋Δｔ２である。デューティ比Ｒ０で制御中に、温度センサ８の検出値が上限値を越えた場合には、制御装置９は、温度センサ８の検出値と上限値との差に基づいてデューティ比をＲ１（＞Ｒ０）に上昇させる。制御装置９は、このデューティ比Ｒ１に従って開閉弁２１の開閉を行い、冷媒通路３とコンデンサ１２とを連通または遮断する。これにより、シャワープレート２に対する冷却能力が上昇するので、シャワープレート２の温度が低下する。その後、デューティ比Ｒ１で制御中に温度センサ８の検出値が下限値を下回った場合には、制御装置９は、温度センサ８の検出値と下限値との差に基づいてデューティ比をＲ２（＜Ｒ０）に低下させる。制御装置９は、このデューティ比Ｒ２に従って開閉弁２１の開閉を行い、冷媒通路３とコンデンサ１２とを連通または遮断する。これにより、シャワープレート２に対する冷却能力が低下するので、シャワープレート２の温度が上昇する。その他の動作については、実施の形態１と同じである。
尚、制御装置９がこのようなデューティ比の変更を行うために、制御装置９には予め、温度センサ８の検出値と上限値または下限値との差に対するデューティ比の増減量を表すマップ等が組み込まれている。
【００２８】
このように、制御装置は、温度センサ８の検出値に基づいてデューティ比を変更し、このデューティ比に従って開閉弁２１を開閉することにより、冷媒通路３とコンデンサ１２とを連通または遮断して冷媒通路３内におけるフロンの流通を制御するので、シャワープレート２に対する冷却能力を細かく制御することができる。また、冷却能力を細かく制御することにより、シャワープレート２の温度のばらつきを少なくすることができる。
【００２９】
実施の形態５では、実施の形態１において、温度センサ８の検出値に基づきデューティ比を変更し、このデューティ比に従って開閉弁２１の開閉を制御することにより、冷媒通路３とコンデンサ１２とを連通または遮断して冷媒通路３内におけるフロンの流通を制御するようにしたが、この形態に限定するものではない。実施の形態２〜４それぞれの構成において、デューティ比に従って三方弁１３または開閉弁２１を制御するようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態１〜５では、冷媒としてフロンを使用したが、これに限定するものではない。プロパンやイソブタン等の炭化水素を使用してもよい。また、これらの他に、混合冷媒を使用することもできる。混合冷媒としては、例えば、混合冷媒４０７Ｃを使用してもよい。
【００３１】
実施の形態１〜５では、半導体製造装置に使用される冷却装置として説明を行ったが、これに限定するものではない。あらゆる冷却対象部材を冷却する冷却装置として使用することができる。特に、厳しい温度管理が要求される冷却装置として使用することができる。
【００３２】
実施の形態１〜５では、コンプレッサ１１にダイヤフラム式のコンプレッサを使用したが、これに限定するものではない。例えば、半導体製造装置に使用される冷却装置に用いる場合は、冷媒にオイルが混入しないオイルフリータイプであるダイヤフラム式のコンプレッサが好ましく、その他の冷却対象部材を冷却する冷却装置の場合は、オイルフリータイプのコンプレッサに限定されず、周知のピストン式やスクロール式のコンプレッサを用いても良い。
【００３３】
実施の形態１〜５では、オンモードからオフモードへの切り替え及びオフモードからオンモードへの切り替えの両方を、温度センサ８の検出値に基づいて行うようにしたが、これに限定するものではない。オンモードの時間を所定時間に設定し、この所定時間が経過した後は自動的にオフモードに切り替えるようにしてもよい。
このようにすることにより、オンモードから所定時間で確実にオフモードに切り替えることが可能となり、温度センサ８の検出値に基づいてオフモードに切り替える場合と比較して、温度センサ８の反応遅延による制御遅れ、いわゆるオーバーシュートを防止することができる。
【００３４】
実施の形態２では、膨張弁１４を配置していたが、膨張弁１４の減圧機能を三方弁１３にもたして、三方弁１３により蒸発器１５に流通するフロンを減圧してもよい。
こうすることにより、部品点数を低減でき、冷凍回路の複雑化を防ぐことができる。
【００３５】
実施の形態１〜５では、定圧弁２３を設けていたが、配置せずに、開閉弁２１、三方弁１３のみにより冷媒通路３における圧力を制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る冷却装置のオン／オフ制御を説明するための図である。
【図３】実施の形態１に係る冷却装置において、冷媒通路３に流通するフロンＲ１３４ａの流量とシャワープレート２上における最高温度と最低温度との温度差である温度変動との関係を示す模式図である。
【図４】実施の形態２に係る冷却装置の構成図である。
【図５】実施の形態３に係る冷却装置の構成図である。
【図６】実施の形態４に係る冷却装置の構成図である。
【図７】実施の形態５に係る冷却装置において、デューティ比とフロンの流通との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
２  シャワープレート（冷却対象部材）、３  冷媒通路、８  温度センサ（温度検出手段）、１１  コンプレッサ、１２  コンデンサ、１３  三方弁（冷媒制御手段及び圧力制御手段）、１４  膨張弁（減圧手段）、１５  蒸発器、１８  冷凍回路、１８ｃ，１８ｃ１，１８ｃ２  経路（冷媒供給経路）、１８ｅ  経路（冷媒戻し経路）、１０，３０，５０，７０  チラーユニット（冷却手段）、２１  開閉弁（冷媒制御手段）、２２  第１のアキュムレータ、２３  定圧弁（圧力制御手段）、２４  第２のアキュムレータ、４１  レシーバー（気液分離手段）。
【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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