(57)【要約】【課題】  バッファタンク（34）での熱媒体の温度変動を考慮して、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上できるようにする。【解決手段】  制御部（52）によって、出口温度センサ（46）で検出された出口温度Ｔ２が所定の目標温度となるように蒸発器（40）の冷却能力を調節し、さらに補正部（53）によって、供給温度センサ（47）で検出された供給温度Ｔ３が設定温度となるように上記目標温度を補正する。【選択図】  図１
2005345003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、
上記冷媒回路（20）の蒸発器（40）から冷却対象へ熱媒体を送る供給側通路（30a）と、該冷却対象から蒸発器（40）へ熱媒体を送る戻り側通路（30b）とで構成された熱媒体循環路（30）と、
上記供給側通路（30a）に設けられて上記熱媒体を一時的に貯留するバッファタンク（34）とを備え、
上記冷却対象へ供給される熱媒体が予め設定された設定温度となるように該熱媒体を温度調節する冷凍装置であって、
上記供給側通路（30a）では、上記バッファタンク（34）の上流側に熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段（46）が、該バッファタンク（34）の下流側に熱媒体の温度を検出する第２温度検出手段（47）がそれぞれ設置される一方、
上記第１温度検出手段（46）の検出値が所定の目標温度となるように上記蒸発器（40）での冷却能力を調節する制御手段（52）と、
上記第２温度検出手段（47）の検出値が上記設定温度となるように上記目標温度を補正する補正手段（53）とを備えている冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載された冷凍装置において、
上記バッファタンク（34）には、上記熱媒体を上記熱媒体循環路（30）内で循環させるポンプ（35）が設けられている冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された冷凍装置において、
上記熱媒体循環路（30）には、一端が上記供給側通路（30a）に接続され、他端が上記バッファタンク（34）に接続されるバイパス通路（60）が設けられ、
上記バイパス通路（60）には、上記熱媒体中の不純物を取り除く浄化手段（61）が設けられている冷凍装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載された冷凍装置において、
上記制御手段（52）は、上記冷媒回路（20）に設けられた膨張弁（23）の開度を調節するように構成されている冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路の蒸発器で冷却された熱媒体を冷却対象に供給する冷凍装置に関し、特に、冷却対象へ供給する熱媒体の温度精度の向上策に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば冷媒回路の蒸発器で冷却された熱媒体を半導体製造装置等の冷却対象に供給する冷凍装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている冷凍装置は、図４に示すように、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（70）と、該冷媒回路（70）と冷却対象との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環路（71）と、該冷媒回路（70）に設けられて熱媒体を冷却する蒸発器（72）とを備えている。
【０００４】
また、この冷凍装置には、熱媒体循環路（71）における蒸発器（72）の上流側に戻り温度センサ（74）が設けられている一方、熱媒体循環路（71）における蒸発器（72）の下流側に出口温度センサ（75）が設けられている。上記戻り温度センサ（74）は、冷却対象から蒸発器（72）へ向かう熱媒体の戻り温度Ｔ１を検出する。一方、上記出口温度センサ（75）は、蒸発器（72）の出口温度Ｔ２を検出する。そして、この冷凍装置は、両温度センサ（74,75）の検出温度に基づいて冷媒回路（70）の圧縮機容量や膨張弁開度を調整し、蒸発器（72）の冷却能力を調整するようにしている。
【０００５】
さらに、冷凍装置には、熱媒体循環路（71）における出口温度センサ（75）の下流側にバッファタンク（73）が設けられている。そして、このバッファタンク（73）に蒸発器（72）で冷却された熱媒体を一時的に貯留することにより、冷却対象に供給される熱媒体の温度変動を抑制し、この熱媒体の温度精度を向上できるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１１５９２０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、半導体製造装置における半導体製造工程においては、製品の品質の向上を図るため、特に高い温度精度での温度制御が要求されている。このため、特許文献１に開示されているような冷凍装置によって、冷却対象である半導体製造装置の温度を一定に保持する場合、バッファタンク（73）による温度変動の抑制効果のみでは、上記温度精度の要求に対応できないという問題が生じている。
【０００７】
例えば、熱媒体がバッファタンク（73）に貯留されている間に外部からの入熱により熱媒体が温度変動したり、さらにバッファタンク（73）にポンプが設けられている場合には、運転中のポンプにおける発熱によってバッファタンク内の熱媒体の温度が上昇してしまい、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度が損なわれてしまうという問題があった。
【０００８】
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、バッファタンクでの熱媒体の温度変動を考慮して、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的に対して、バッファタンク下流側の熱媒体の温度に基づいてバッファタンク上流側の熱媒体の温度を補正するようにした。
【００１０】
すなわち、第１の発明は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、冷媒回路（20）の蒸発器（40）から冷却対象へ熱媒体を送る供給側通路（30ａ）と、該冷却対象から蒸発器（40）へ熱媒体を送る戻り側通路（30b）とで構成された熱媒体循環路（30）と、供給側通路（30a）に設けられて熱媒体を一時的に貯留するバッファタンク（34）とを備え、冷却対象へ供給される熱媒体が予め設定された設定温度となるように該熱媒体を温度調節する冷凍装置を対象としている。そして、この冷凍装置は、供給側通路（30a）では、バッファタンク（34）の上流側に熱媒体の温度を検出する第１温度検出手段（46）が、該バッファタンク（34）の下流側に熱媒体の温度を検出する第２温度検出手段（47）がそれぞれ設置される一方、第１温度検出手段（46）の検出値が所定の目標温度となるように蒸発器（40）での冷却能力を調節する制御手段（52）と、第２温度検出手段（47）の検出値が設定温度となるように目標温度を補正する補正手段（53）とを備えているものである。
【００１１】
上記第１の発明では、バッファタンク（34）の上流側に第１温度検出手段（46）を、下流側に第２温度検出手段（47）をそれぞれ設置している。そして、制御手段（52）によって第１温度検出手段（46）の検出値が所定の目標温度となるように蒸発器（40）での冷却能力が調節され、さらに補正手段（53）によって第２温度検出手段（47）の検出値が設定温度となるように上記目標温度が補正される。
【００１２】
ここで、例えばバッファタンク（34）の下流側の第２温度検出手段（47）の検出値のみに基づいて蒸発器（40）の冷却能力を調節する場合には、蒸発器（40）の冷却能力を変化させてから第２温度検出手段（47）の検出値がそれに起因して変動するまでに要する時間が長くなり、制御入力に対する応答の遅れが大きくなって蒸発器（40）の冷却能力を適切に制御できなくなるおそれがある。
【００１３】
これに対し、本発明では、バッファタンク（34）の上流側に位置する第１温度検出手段（46）の検出値に基づいて蒸発器（40）の冷却能力を調節しており、制御入力に対する応答の遅れを短縮して蒸発器（40）の冷却能力を適切に制御することが可能となる。さらに、本発明では、バッファタンク（34）の下流側に位置する第２温度検出手段（47）の検出値に基づいて制御手段（52）の目標温度を補正しており、バッファタンク（34）内で熱媒体の温度が変化しても冷却対象へ供給される熱媒体の温度精度を高く保つことができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明の冷凍装置において、バッファタンク（34）には、熱媒体を熱媒体循環路（30）内で循環させるポンプ（35）が設けられているものである。
【００１５】
上記第２の発明では、バッファタンク（34）内に一時的に貯留された熱媒体がポンプ（35）によって汲み上げられ、熱媒体循環路（30）内を循環する。
【００１６】
第３の発明は、第１又は第２の発明の冷凍装置において、熱媒体循環路（30）には、一端が供給側通路（30a）に接続され、他端がバッファタンク（34）に接続されるバイパス通路（60）が設けられ、バイパス通路（60）には、熱媒体中の不純物を取り除く浄化手段（61）が設けられているものである。
【００１７】
上記第３の発明では、供給側通路（30a）を流通する熱媒体の一部がバイパス通路（60）で分岐され、分岐された熱媒体中の不純物が浄化手段（61）によって取り除かれた後、バッファタンク（34）に貯留される。
【００１８】
第４の発明は、第１乃至第３の発明のうち何れか１つの発明の冷凍装置において、制御手段（52）は、冷媒回路（20）に設けられた膨張弁（23）の開度を調節するように構成されているものである。
【００１９】
この第４の発明において、制御手段（52）によって膨張弁（23）の開度が変更されると、蒸発器（40）へ流入する冷媒の状態が変化し、その結果、蒸発器（40）での冷却能力が変化する。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明では、バッファタンク（34）上流側の熱媒体の温度が所定の目標温度となるように冷却能力を調節し、さらにバッファタンク（34）下流側の熱媒体の温度が設定温度となるように上記目標温度を補正している。このため、外部からの入熱によってバッファタンク（34）内で熱媒体の温度が変化しても、バッファタンク（34）から冷却対象へ送られる熱媒体の温度を設定温度に保持することができ、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上させることができる。
【００２１】
上記第２の発明によれば、運転中のポンプ（35）における発熱によってバッファタンク（34）内の熱媒体の温度が上昇しても、その温度変動を補正することができ、ポンプ（35）からの入熱に起因する温度精度の低下を防止することができる。
【００２２】
上記第３の発明によれば、熱媒体が浄化手段（61）で浄化されてバッファタンク（34）に流入することによりバッファタンク（34）内の熱媒体が温度変動する場合でも、それに起因する温度精度の低下を防止することができる。
【００２３】
上記第４の発明によれば、バッファタンク（34）での熱媒体の温度変動に追随して膨張弁（23）の開度調節を行うことで、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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全くない。
【００２５】
＜実施形態＞
図１に示すように、本発明の実施形態に係る冷凍装置（10）は、蒸発器（40）によって熱媒体の冷却を行い、この熱媒体を冷却対象に供給することで、冷却対象の温度を一定に制御するものである。なお、本実施形態の冷凍装置（10）は、冷却対象としての半導体製造装置に熱媒体を供給している。
【００２６】
冷凍装置（10）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）と、上記熱媒体を冷媒回路（20）の蒸発器（40）と冷却対象との間で循環する熱媒体循環路（30）とを備えている。
【００２７】
上記冷媒回路（20）は、圧縮機（21）、凝縮器（22）、膨張弁（23）、及び蒸発器（40）が順に接続された閉回路となっており、冷媒回路（20）内の冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うものである。なお、蒸発器（40）は、例えばプレート型熱交換器で構成されている。そして、蒸発器（40）は、冷媒回路（20）内の冷媒が流通する冷媒用流路（40a）と、熱媒体循環路（30）を流れる熱媒体が流通する熱媒体用流路（40b）とを備え、上記冷媒と熱媒体とを熱交換させることで熱媒体を冷却するように構成されている。
【００２８】
熱媒体循環路（30）は、上記蒸発器（40）と冷却対象とを接続する閉回路である。この熱媒体循環路（30）には、熱媒体が充填されている。さらに、この熱媒体循環路（30）は、蒸発器（40）で冷却された熱媒体を冷却対象に供給する供給側通路（30a）と、冷却対象に供給された熱媒体を蒸発器（40）に戻す戻り側通路（30b）とで構成されている。上記供給側通路（30a）は、その流入端が蒸発器（40）の熱媒体用流路（40b）に接続されている一方、その流出端が冷却対象に接続される。また、上記戻り側通路（30b）は、その流入端が冷却対象に接続される一方、その流出端が蒸発器（40）の熱媒体用流路（40b）に接続されている。
【００２９】
供給側通路（30a）には、蒸発器（40）の下流側より順に出口温度センサ（46）、バッファタンク（34）、供給温度センサ（47）が接続されている。
【００３０】
上記出口温度センサ（46）は、蒸発器（40）を通過した後の熱媒体の出口温度Ｔ２を検出するものである。この出口温度センサ（46）は、第１温度検出手段を構成している。
【００３１】
上記バッファタンク（34）は、冷却対象へ供給する熱媒体を一時的に貯留するものである。このバッファタンク（34）にはポンプ（35）が設けられており、このポンプ（35）は、バッファタンク（34）内に貯留する熱媒体を汲み上げて熱媒体循環路（30）内で循環させるように構成されている。なお、ポンプ（35）は一定流量の熱媒体を吐出する構成となっており、通常運転時において、熱媒体循環路（30）内で循環する熱媒体の流量も一定となる。
【００３２】
上記供給温度センサ（47）は、バッファタンク（34）の下流側に位置し、バッファタンク（34）より流出して冷却対象に供給される熱媒体の供給温度Ｔ３を検出するものである。この供給温度センサ（47）は、第２温度検出手段を構成している。
【００３３】
一方、戻り側通路（30b）における冷却対象の下流側には、戻り温度センサ（45）が接続されている。この戻り温度センサ（45）は、冷却対象の熱を吸熱して加熱された熱媒体の戻り温度Ｔ１を検出するものである。
【００３４】
また、この冷凍装置（10）には、コントローラ（50）が設けられている。このコントローラ（50）は、各温度センサ（45,46,47）からの検出信号を受信し、この検出信号に基づいて蒸発器（40）の冷却能力を調整するように構成されている。
【００３５】
具体的に、上記コントローラ（50）は、戻り温度センサ（45）の検出温度（戻り温度Ｔ１）に基づいて蒸発器（40）の冷却能力を調整する調整部（51）と、出口温度センサ（46）の検出温度（出口温度Ｔ２）が所定の目標温度となるように蒸発器（40）の冷却能力を調整する制御部（52）と、供給温度センサ（47）の検出温度（供給温度Ｔ３）が設定温度となるように上記目標温度を補正する補正部（53）とを備えている。
【００３６】
上記調整部（51）は、戻り温度Ｔ１が所定温度よりも上昇すると、上述した冷媒回路（20）の膨張弁（23）の開度を調節し、蒸発器（40）の冷却能力を増大させる一方、戻り温度Ｔ１が所定温度よりも低下すると、蒸発器（40）の冷却能力を低減させるように構成されている。
【００３７】
上記制御部（52）は、制御手段を構成している。この制御部（52）は、出口温度センサ（46）が検出した出口温度Ｔ２と所定の目標温度との差に応じて、上述した冷媒回路（20）の膨張弁（23）の開度を調節する。具体的に、出口温度Ｔ２が目標温度を上回っている状態において、制御部（52）は、膨張弁（23）の開度を拡大して蒸発器（40）の冷却能力を増大させる。一方、出口温度Ｔ２が目標温度を下回っている状態において、制御部（52）は、膨張弁（23）の開度を縮小して蒸発器（40）の冷却能力を低減させる。
【００３８】
上記補正部（53）は、補正手段を構成している。この補正部（53）は、供給温度センサ（47）が検出した供給温度Ｔ３と設定温度との差に応じて上記目標温度を補正する。具体的に、供給温度Ｔ３が設定温度を上回っている状態において、補正部（53）は、上記目標温度を引き下げる。一方、供給温度Ｔ３が設定温度を下回っている状態において、補正部（53）は、上記目標温度を引き上げる。
【００３９】
−運転動作−
次に、本発明の実施形態に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。冷媒回路（20）では、圧縮機（21）の運転により冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。一方、熱媒体循環路（30）では、バッファタンク（34）に設けられたポンプ（35）の運転により熱媒体が熱媒体循環路（30）内を循環する。
【００４０】
以上の状態において、冷却対象から戻り側通路（30b）に返送された熱媒体は、戻り温度センサ（45）を流通する。このとき、コントローラ（50）の調整部（51）は、上記戻り温度センサ（45）で検出された戻り温度Ｔ１を検出し、蒸発器（40）の冷却能力を調節する。
【００４１】
このようにして、蒸発器（40）によって所定温度に冷却された熱媒体は、供給側通路（30a）に流入して出口温度センサ（46）を通過する。このとき、コントローラ（50）の制御部（52）は、出口温度センサ（45）で検出された出口温度Ｔ２が所定の目標温度となるように、蒸発器（40）の冷却能力を調節する。
【００４２】
そして、出口温度センサ（46）を通過した熱媒体は、バッファタンク（34）内に流入する。バッファタンク（34）内に貯留された熱媒体は、ポンプ（35）によって汲み上げられ、供給温度センサ（47）を通過した後、冷却対象に供給される。このとき、コントローラ（50）の補正部（53）は、供給温度センサ（47）で検出された供給温度Ｔ３が設定温度となるように上記目標温度を補正する。
【００４３】
このような目標温度の補正手順について、以下、図２に示すフローチャートを用いて説明する。図２において、ステップＳ１０１で供給温度Ｔ３が設定温度（ＳＴ）となるように、（１）式により出口温度Ｔ２の目標温度（ＳＶ）に対する温度補正値（ΔＡ）を算出する。
【００４４】
ΔＡ＝ＳＴ−Ｔ３        ・・・（１）
ステップＳ１０２で、（２）式により補正後の目標温度（ＲＳＶ）を算出する。
【００４５】
ＲＳＶ＝ＳＶ＋ΔＡ      ・・・（２）
ステップＳ１０３で、出口温度Ｔ２が上記補正後の目標温度（ＲＳＶ）となるように蒸発器（40）の冷却能力を制御する。
【００４６】
以上のように、冷凍装置（10）では、蒸発器（40）によって冷却された熱媒体を冷却対象に供給し、冷却対象によって加熱された熱媒体を再び蒸発器（40）で冷却して循環させることで、冷却対象の温度を一定に保持できるようにしている。
【００４７】
上記実施形態では、出口温度センサ（46）で検出された出口温度Ｔ２が所定の目標温度となるように冷却能力を調節し、さらに供給温度センサ（47）で検出された供給温度Ｔ３が設定温度となるように上記目標温度を補正しているから、例えば、運転中のポンプ（35）における発熱によってバッファタンク（34）内の熱媒体の温度が上昇しても、その温度変動を補正してバッファタンク（34）から冷却対象へ送られる熱媒体の温度を設定温度に保持することができ、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上させることができる。
【００４８】
＜変形例＞
次に、上述した実施形態に係る冷凍装置（10）の変形例について図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、上述の実施形態と異なる点のみについて説明する。
【００４９】
本変形例では、熱媒体循環路（30）にバイパス通路（60）が設けられている。このバイパス通路（60）は、その一端が供給側通路（30a）に、他端がバッファタンク（34）にそれぞれ接続される。また、バイパス通路（60）には、熱媒体中の不純物を取り除く浄化部（61）が設けられている。なお、浄化手段を構成する浄化部（61）としては、熱媒体に溶け込んだガスを脱気する脱気ユニットや、熱媒体中のイオンを除去するイオン交換樹脂等を用いることができる。
【００５０】
以上の構成において、この変形例では、浄化部（61）で浄化された熱媒体の流入によりバッファタンク（34）内の熱媒体の温度が上昇しても、その温度変動を補正してバッファタンク（34）から冷却対象へ送られる熱媒体の温度を設定温度に保持することができ、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明は、冷却対象の温度を一定温度に保持するための冷凍装置に対し、バッファタンクでの熱媒体の温度変動を考慮して、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷凍装置の温度補正手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の変形例に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図４】従来の冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
（10）    冷凍装置
（20）    冷媒回路
（23）    膨張弁
（30）    熱媒体循環路
（30a）   供給側通路
（30b）   戻り側通路
（34）    バッファタンク
(35）    ポンプ
(40)     蒸発器
(45)     戻り温度センサ
（46）    出口温度センサ（第１温度検出手段）
（47）    供給温度センサ（第２温度検出手段）
（52)     制御部（制御手段）
（53）    補正部（補正手段）
（60）    バイパス通路
（61）    浄化部（浄化手段）
【図１】
2005345003.tif 000003
【図２】
2005345003.tif 000004
【図３】
2005345003.tif 000005
【図４】
2005345003.tif 000006