(57)【要約】【解決手段】二相冷媒及び圧縮器／凝縮器ループを採用する温度制御システムが配置され、二相冷媒が負荷内で凝縮し、システムは、熱膨張弁を通って冷媒を流れさせると同時に、熱膨張弁の前の二相状態にある冷媒の温度を調整する熱膨張弁を備え、熱膨張弁を通る流れは、熱膨張弁の上流の圧力及び温度が最終温度及び圧力に達した後のみに起こる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端及び出力端、及び、既知の熱容量を有する負荷蒸発器に、及び、負荷蒸発器から冷媒を制御可能な温度で循環させるため、二相冷媒と、入力及び出力を有する圧縮器／凝縮器ループと、を採用する温度制御システムであって、前記温度制御システムは、前記温度制御システムの性能を高めるための補助流れ回路を備え、前記温度制御システムは、
前記圧縮器／凝縮器ループの出力から前記負荷蒸発器の入力への流れの間に接続された補助熱交換器であって、前記補助熱交換器は、前記負荷蒸発器の入力に接続された第１流路であって、前記圧縮器／凝縮器ループからの流れを受ける入力、及び、前記第１流路からの出力を備える第１流路を有し、前記補助熱交換器はまた、前記第１流路の長さに沿って平行な、熱交換関係を有した第２流路も備え、前記補助熱交換器からの出力は、前記圧縮器の入力に接続されている、補助熱交換器を備え、
前記システムはさらに、前記補助熱交換器と前記負荷蒸発器への入力との間の前記第１流路に配置された熱膨張弁と、前記熱膨張弁を通る流れを検知するための前記熱膨張弁の出力の流体検知装置と、前記熱膨張弁の上流で、凝縮された流体を収集するための容量と、を備え、
冷媒は、前記熱膨張弁が前記熱膨張弁を通って冷媒が流れるようにすると同時に、前記熱膨張弁の前の二相状態にある冷媒の温度を調整するまで、前記負荷内に凝縮し、前記熱膨張弁を通る流れは、前記熱膨張弁の上流の圧力及び温度が最終温度及び圧力に達した後のみ起こる、
温度制御システム。
【請求項２】
前記熱膨張弁は、入口温度の上昇時に開放する弁である、
請求項１に記載の温度制御システム。
【請求項３】
前記負荷と前記圧縮器との間の圧力弁であって、前記圧力弁は、ソレノイドと平行であり、前記圧力弁は、前記ソレノイドを通る流れが最大の時、前記ソレノイドを越える圧力降下より大きな圧力で開放する、圧力バルブをさらに備える、
請求項１に記載の温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年７月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／８４５，８１４号、及び、２０１４年７月９日に出願された米国非仮特許出願第１４／３２７，４０２号の優先権を主張し、それらの内容を参照により組み込む。
【背景技術】
【０００２】
加熱システムや冷却システムなどの温度制御装置（ＴＣＵ）は、選択された可変温度で、加工器具または他の装置を構築及び維持するのに広く用いられている。現代の熱制御装置または温度制御装置の一般的な例は、高度な資本集約半導体製造工場に見られる。ＴＣＵには、高価な床面積をできる限り失わないようにするため、厳しい空間要件が課せられている。多額の資本設備費用が必要とされ、有益な性能を得るために動作の故障時間を許容しないため、信頼性が確保されなければならない。目標温度は、製造工程ごとに変更してもよいが、特定の工程が完了するまでは、厳密に保たれなければならない。多くの工業用及び一般的な家庭用冷蔵システムにおいては、温度を選択されたレベルまで下げて、その後、あまり高精度ではない温度範囲内に温度を維持することが目的とされる。このように、これらの商用システムにおいては、信頼性のある、寿命の長い動作が達成されたとしても、高度な技術生産機械の要求まで性能が達していない。
【０００３】
多くの現代のＴＣＵにおいて、器具またはプロセスの実際の温度制御は、閉循環において、ＴＣＵから機器を通って再び戻って循環する中間熱伝達流体を使用して行われる。熱伝達流体としては、流体の最小動作圧力において、沸点より低い所望の動作範囲で安定している流体が選択される。熱伝達流体はまた、その動作範囲内において適切な粘度及び流動特性を有していなければならない。ＴＣＵ自体は、通常、現在は、生態学的に条件を満たした種類の冷媒を採用して、選択された温度を維持するのに必要とされるあらゆる冷却を提供する。ＴＣＵは、従来の液相／気相サイクルを介して冷媒を循環させてもよい。このようなサイクルにおいて、冷媒は、まず、高圧レベルにおいて高温ガスに圧縮され、その後、加圧された液体に凝縮される。ガスは、冷却液と緊密に熱的に接触して通ることで、周囲の液体によって液体冷却されるか、または、環境大気によって直接冷却されて、凝縮器で液体に凝縮される。液体冷媒は、その後、弁を介して選択された圧力レベルに膨張されることで、温度が下がる。この膨張により、液体の一部が蒸発することで、冷媒は冷却され、それにより、液体はより低い飽和圧力と平衡を保たれる。この膨張冷却の後、冷媒は、熱伝達流体と熱交換関係となり、対象機器を目標温度レベルに維持するため、熱伝達流体を冷却する。その後、冷媒は、加圧段階の気相に戻る。循環された熱伝達流体の温度を必要に応じて上げる必要がある場合、通常、熱源を熱伝達流体に供給しなければならない。これは、ほとんどの場合、循環流体と熱交換するように配置され、必要に応じて電力が供給された電熱器である。
【０００４】
このようなＴＣＵは、多くの変形例とともに非常に広く使用されてきており、当該技術の発展により、コストが下がり、多くの用途において信頼性が改善されてきた。大量生産された冷蔵庫において、例えば、数万時間の稼働及び比較的低い保守コストが期待される。しかし、このような冷蔵システムは、広い温度範囲にわたって動作することはほとんど不可能で、低コスト版のシステムでは、空気の流れが冷蔵物の直接的な熱交換媒体として使用されることが多い。
【０００５】
工業用途の現代のＴＣＵは、正確に動作しなければならず、一般的な要件としては、選択された温度レベルにおいて、＋／−＜１℃であり、広範囲内（例えば、特有の設置に対し、−４０℃から＋６０℃）で異なるレベルに推移する。このような用途の一般的な熱伝達流体は、エチレン・グリコールと水（ほとんどの場合、脱イオン水）の混合物、または、商標「Ｇａｌｄｅｎ」または「Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ」として販売されている独自の含フッ素流体を含む。これらの流体及び他の物質は、これらの高信頼性、可変温度システムにおいて広く使用されてきた。しかし、これら、特に、含フッ素流体は、熱伝達効率が高くなく、ＴＣＵに多少の設計要求を課す。例えば、熱交換器（ＨＥＸ）を介して熱伝達流体を循環させるポンプシステム、及び、制御された器具または他の機器のためのエネルギー及び空間が必要となる。これらのエネルギー損失要因に伴って、熱伝達に必要な温度差による熱交換におけるエネルギー損失、及び、ＴＣＵと制御された機器とを連結する導管に起こる損失もある。冷却する装置を直接囲む空間は、高品質でかなりの長さの導管を必要とすることが多く、エネルギー損失を招くだけでなく、加工器具の温度を安定化させるのにかかる時間を増加させる。一般的に、ＴＣＵの容積が大きくなればなるほど、ＴＣＵは、制御する装置からより遠くに配置される必要がある。流路に沿った流体の大部分は、それらが失った損失を補償するためにエネルギーだけでなく時間も必要とする。制御する装置の温度のいかなる変化も、ＴＣＵと制御された装置とを接続する導管、及び、導管に含まれる熱伝達流体にも影響を与えなければならない。なぜなら、熱伝達流体は、導管の壁と密接に熱的に接触しているからである。このため、制御された装置に最も近い導管端部に現れる流体は、導管の壁の温度と略等しい温度で装置に到着し、制御された装置が温度において同様に変化する前に、これらの壁の温度は変化しなければならない。
【０００６】
単純な冷蔵システムにおいて過去に別の熱伝達流体なしの冷媒が採用されてきたという点で、冷蔵サイクル中に起こる相変化は、サイクル外で、物理的距離において冷媒を直接的に使用することを妨げると考えられてきた。従来の冷媒は、本質的に、エネルギー保存及び変換について相変化に依存しており、圧縮器及び他の構成要素の安定した信頼性のある動作のため、冷蔵サイクルの各ポイントで液相及び気相の適切な状態になる、または、混合される必要がある。冷媒などの可飽和流体を可変熱負荷と直接熱交換するのに用いることで、厄介なシステム問題を起こす。
【０００７】
従来の二相蒸気サイクルからは離れた温度制御のための様々なシステムが、発明者ケネスＷコワンズ等による米国特許第７，１７８，３５３号及び米国特許第７，４１５，８３５号に記載されたものを含めて、提案されてきた。二相蒸気サイクルから離れることで、高温ガス加圧モードの冷媒の流れと、膨張蒸気／液体モードの同じ冷媒とを混合する新しい温度制御システムを目指している。本システムは、膨張冷媒の流れの一部と、閉回路の蒸気サイクル冷蔵システムの適切な割合の加圧された高温ガスとを混合する。混合されて生成された冷媒の流れは、熱交換機（ＨＥＸ）のように、負荷と熱エネルギーとを直接交換することができる。このようなシステムは、熱伝達効率及び経済性を改善する、及び、急速で正確な温度レベル変化を可能にするという大きなメリットを提供する。これらは、中間冷却剤を必要とせず、圧力は急速に変化することができるため、このアプローチは、簡潔に、しばしば、「飽和流体の直接伝達」を略してＴＤＳＦと呼ばれるが、多くの温度制御用途に際立った動作上及び経済上の効果を提供する。
【０００８】
本願と同一出願人に譲渡された米国特許第７，４１５，８３５号は、その内容を参照により組み込むが、非常に高速な温度変化応答が可能なシステムにおいて、高熱伝達効率を有する液体と蒸気の冷媒混合物を採用するシステムを紹介した。このシステムのメリットは、制御されている装置において、導管及び熱交換器における大きなエネルギー損失をなくすだけでなく、温度レベルを修正するために必要な多くの遅延時間をなくし、異なるレベルにおいて目標温度間で推移するのに必要な多くの時間遅延をなくすことである。
【０００９】
トラップランプシステムは、動作に、ランプアップ、調整、スタンバイ及びランプダウンの４つのモードを採用する。ランプアップモードでは、静電チャックが、ある調整された温度からより高い温度に急速に加熱される。調整段階では、大量の無線周波（ＲＦ）エネルギーが処理中に冷却される。静電チャックは、スタンバイ段階では温度が調整されるが、システムは、熱供給を要求されている。ランプダウン段階では、静電チャックは、ある調整された温度からより低い温度に急速に冷却される。
【００１０】
コワンズ等による米国特許出願第１３／６５１，６３１号は、参照により組み込むが、圧縮されて凝縮された冷媒（図３）の膨張後に、更なる熱交換工程を組み込むように、従来の蒸気サイクル（図２）を改良することで、冷蔵または熱交換に用いられる蒸気サイクルの改善を論じている。この熱エネルギー交換は、その後、制御された圧力降下を伴って、膨張された冷媒と蒸発器からの戻り流との間で起こり、改善された後凝縮（ＥＰＣ）が起こる。後凝縮により、蒸発器に運ばれる冷媒の品質レベル（全質量に対する蒸気質量の割合）が下がり、負荷とのエネルギー交換の間、有効熱伝達係数が上がる。この手段により、蒸発器を通って移動する塊りのかさ密度が上がり、引き起こされる圧力降下が下がることで、蒸発器の低効率領域における熱伝達損失が最小限になる。圧力降下装置によってもたらされた制御された圧力降下は、実質的に、一定の圧力差を招き、最大加熱が求められる際に膨張された蒸気及び液体の流れを確実になくす。
【００１１】
膨張された液体／蒸気の混合物は、蒸発器の前に、二相熱交換器の一方に加圧されて供給され、熱交換器もまた負荷を供給した後、蒸発器から引き出された流れを受ける。圧力降下弁は、熱膨張弁で冷却温度を調整するのに用いられる塊りの過熱と同程度の温度降下を二相混合物に引き起こす。この温度降下は、ひいては、熱交換器のある流れから別の流れへ伝達する熱を起こす。結果的に、所与の温度制御装置に比較的小さな熱交換器及び圧力降下装置を設けることで、全体的なゲインｈが達成される。これにより、効率性の純益が得られる。
【００１２】
この原理をＴＤＳＦシステムに適用する際、負荷よりも一般的に比較的に小さな補助熱交換器を介した流体の流れが用いられ、また、さらなる凝縮を起こすために補助熱交換器を越えて熱を起こすのに利用可能な温度差を引き起こす圧力降下弁も用いられる。この組み合わせは、システム効率を高めるだけでなく、温度変化の偏差を制限及びならすように作用することで、ＴＤＳＦシステム動作に独自の効果をもたらす。混合物への高温ガスの流れを精密に弁調整することで、温度レベルの小さな変化を起こすことができる。
【００１３】
わずかに高い温度が必要とされる場合、及び／または、動作が低い流れレベルまたは電力レベルで行われる場合、加圧された高温ガス源は、（膨張後の凝縮された液体蒸気のエネルギーよりも）ずっと大きなポテンシャルエネルギーを示し、温度が比較的小さな量、上げられると、安定性及び正確さが問題となるため、状況は異なる。この状況において、改善された後凝縮を採用することは、高圧の純気体媒質の流量を変えるのに有効であり、特に、温度を制御するために加熱及び冷却を交互に行う必要がある、より高い温度において、温度制御がより正確になる。流路の熱交換器及び圧力降下弁は、温度上昇の変化率をならし、熱力学的バランスを確保することで、熱エネルギー交換における非線形性を補償する。従って、ＴＤＳＦにＥＰＣを採用することで、変化の増加及び関連する電力レベルに関わらず、確実に、より高く、安定した温度レベルにより急速に到達することができる。
【００１４】
図３は、逆止弁と、蒸気サイクルシステムの蒸発器の入力と出力との間に配管されたポンプとから成るリポンプ機構を示す。ポンプは、蒸発器内の熱伝達係数を上げたい時、あるいは、上げる必要がある時に用いられる。ポンプが作動されていない場合、蒸気サイクルシステムは、リポンプシステムが設置されていないかのように機能する。図４において、両方のリポンプシステムが改善された後凝縮とともに用いられる。組み合わされたシステムにおいて、蒸発器における出力がある温度から別の温度に急速に変化している場合、リポンプが、作動される。このランププロセスにおいて、特に、より小さな圧縮器を備えるＥＰＣシステムが取り付けられた蒸気サイクルシステムにおいて、改善された後凝縮の効率の改善により、ランプスピードが上がることはないだろう。なぜなら、より小さな圧縮器は、特に、負荷温度が変化している間、蒸発器を越えて流す塊りが少ないので、熱伝達係数がより小さくなる。
【００１５】
図５は、他の冷媒を代表する冷媒Ｒ２２を用いて、蒸気サイクル冷蔵庫または熱ポンプの蒸発器内の熱伝達係数についてのグラフ立証データを示す。データは、改善された後凝縮がどのように蒸気サイクル効率を高めるかを示す。ＥＰＣの機能は、約８０％以上の二相品質により熱伝達係数の急激な降下をなくすことである。図５から分かるように、熱伝達係数は、蒸発器内の質量速度に非常に敏感である。図５に示す曲線の特徴は、速度の効果を示す。液体が沸騰して気体になるにつれて、気相の密度がかなり低くなることにより、速度が上がる。結果として、図５は、液体が沸騰して気体になることによって品質が約８０％を超えるまで上がるにつれて、漸増する熱伝達係数を示す。その後、熱伝達品質は、急峻に降下して、従来の蒸発器の出口における純ガスの品質と同等になる。
【００１６】
蒸気サイクルは、上述したように温度制御装置において駆動システムとして用いられる。上述した米国特許第７，１７８，３５３号及び米国特許第７，４１５，８３５号に記載された原理に基づく温度制御システムは、飽和流体の直接伝達またはＴＤＳＦである。ＴＤＳＦは次に、（上述した）米国特許出願第１３／６５１，６３１号に記載されたトラップランプ（ＴＲ）システムの基礎となる。すなわち、トラップランプシステムは、静電チャックを急速に高温に加熱するために、ＴＤＳＦに基づいており、静電チャック内で凝縮する高温高圧ガスの流れを用いており、当該高温高圧ガスの流れは、入力温度を上昇させ、その後、静電チャックの温度を調整する弁（ＯＲＩＴ弁または「ＯＲＩＴ」）を介して静電チャックから流れるガスである。飽和流体の固有の性質により圧力を制御することで温度が調整される。
【００１７】
トラップランプシステムは、負荷を急速に加熱（ランプアップ）するのに用いられるため、凝縮ガスは、ＯＲＩＴの前の圧力が調整された温度に達するまで流れない。これにより、流体を負荷内に後退させ、それにより、ガスを凝縮するのに利用可能な領域を減少させる。結果として、加熱速度が遅くなる。リポンプシステムは、この減速を妨げる。リポンプのポンプが起動すると、流れが、強制的に、負荷、この場合、静電チャックを通る。次に、この作用により、入ってくる高温ガスを、静電チャックを通る際に凝縮することができ、これにより、より急速な加熱が可能となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
なお、低温から高温にランプ（ランプアップ）するトラップランプシステムを試験する際、初期ランプ速度は、算出された速度（冷蔵能力＋測定されたＥＳＣを加熱する圧縮器能力、約５℃／秒）に近似し、速度はすぐに遅くなり、説明しがたい方法で動作した。ランプアップは、入口温度の上昇時に開放する（ＯＲＩＴ）弁により、冷媒がＯＲＩＴを介して流れることを可能にすると同時に、ＯＲＩＴの前にその二相状態の冷媒の温度を調整するまで、負荷ＥＳＣ内で凝縮する冷媒により行われることが判定された。ＯＲＩＴを通る流れは、ＯＲＩＴの前の圧力／温度が設計最終高温及び高圧に達した後のみに起こる。上述した内容は、この流れの停止がランプ速度の低下の原因となることを示唆した。静電チャック内の流体の集積は、どこで液体が流れを妨害したとしても凝縮を止めた。本発明は、静電チャックの下流に体積容量を追加して、液体をその容量に収集可能にする。圧力が目標値に達した後、ＯＲＩＴを通る流れが設計された通りに構築される。好適な実施形態において、液体サーミスタ及びデルタ圧力弁がシステムに備えられている。
【００１９】
システムにおける流体集積を避けるため、ＯＲＩＴを、加熱段階の間、徐々に開放して、流体が容量に徐々に入るように制御しなければならない。本発明は、ＯＲＩＴ弁の動作に制御可能な傾斜を取り入れ、加熱段階の間の液体冷媒の集積を防ぐ。例えば、ＯＲＩＴ弁は、開始温度の冷媒の圧力と最終温度の冷媒の圧力との間で直線的に開放するようにプログラムされる。加熱段階の間、圧力範囲にわたって、ＯＲＩＴ弁を徐々に連続して開放することで、ランプアップまたはランプダウンモードのいずれにおいても、塊りが蓄積されない。
【００２０】
本発明の他の特徴および改善点が、図面と、以下に記載する好適な実施形態の詳細な記載と合わせることでよく理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】トラップランプ温度制御システムの概略図である。
【図２】蒸気サイクルの概略図である。
【図３】リポンプを含む蒸気サイクルの概略図である。
【図４】リポンプ及び改善された後凝縮を含む蒸気サイクルの概略図である。
【図５】熱伝達係数の性質を示すグラフである。
【図６】ＯＲＩＴ弁の上流での流体収集及びＯＲＩＴ弁の出口での液体検出を含む温度制御システムの概略図である。
【図７】トラップランプシステムにおける流体収集及び液体検出を含む、トラップランプ温度制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、トラップランプ技術を特徴とする温度制御システムを示す。本システムは、ランプアップ、調整、スタンバイ及びランプダウンの４つのモードを利用する。これらのモードをそれぞれ、図１について以下により詳細に記載する。動作の完全な記載は、米国特許出願公開第２０１３／００３６７５３号に記載されており、その内容を参照により組み込むが、本発明に関する詳細を以下に記載する。
【００２３】
図１において、システムは、加圧ガスとして高圧、高温の出力を凝縮器１３０に供給する従来の圧縮器１５０を有する蒸気サイクル冷蔵システムを備える。凝縮器１３０は、周囲温度または周囲温度に近い温度の当初の液体状態に冷媒温度を下げる。凝縮器１３０は、冷却された液体または気体でもよく、調整された冷却材制御装置を使用するか、または、調整されていなくてもよい。凝縮器１３０からの液化した加圧生成物は、外部の等化された熱膨張弁（以下、ＴＸＶ）１２５に投入される。ＴＸＶ１２５は、（図示しない）従来の内部隔壁を有し、その内部隔壁の位置によりＴＸＶ１２５を通る流量が決定される。
【００２４】
ＴＸＶ１２５の膨張された出力は、負荷１００である蒸発器につながる冷媒路で補助ＨＥＸ１３５の入力に運ばれる。補助ＨＥＸ１３５において、ＴＸＶからの膨張された流体は、圧縮器１５０への吸引投入ラインに最終的に送りこまれるシステム負荷（蒸発器）１００からの戻り冷媒と熱交換されながら流れる。従って、ＨＥＸ１３５を介した負荷１００から圧縮器１５０の入力へのこの戻りラインは、改善された熱伝達を提供するように構築され、動作する補助熱交換ループの一部を形成する。蒸発器１００へのこの補助ループにおいて、ＴＸＶ１２５からの流出は、まず、ＨＥＸ１３５、その後、圧力弁１４５を通る。蒸発器１００の過熱は、安定した動作に絶対不可欠な要因であるため、圧力弁１４５は、蒸発冷媒と冷却されている負荷との差に近似する温度降下を誘発する。
【００２５】
動作において、図１のシステムは、蒸気サイクルシステムの基本的な圧縮及び凝縮機能を提供し、液化した加圧冷媒をＴＸＶ１２５に供給し、その後、ＴＸＶ１２５は、膨張、その結果として、冷媒の冷却の大部分を制御する。固定開口部及び圧力降下を有するキャピラリを代わりに使用してもよいが、ＴＸＶ１２５は、高効率のために設計されたシステムにおいて、より機能的である。
【００２６】
ＥＰＣ  ＨＥＸ１３５において、熱力学サイクルは、通常のサイクルから根本的に変形されており、蒸発器１００からの戻り流れと蒸発器１００への入力流れとの間で熱エネルギーを交換する。入力流れの温度は、その後、冷媒が隣接した圧力弁１４５を通過する際に、降下する。この補助熱交換ループ内において、出ていく流れ及び戻り流れにおけるポイントの熱エネルギーは、効果的に、実質的に等しい。しかし、これにより、改善された後凝縮が可能となる。液体が沸騰する際の冷媒は、ＨＥＸ１３５の別の一方で液体を凝縮するのに十分な冷却を提供して、投入冷媒のエンタルピーを下げる。この熱伝達は、圧力降下弁１４５の効果によって生まれる温度差によって引き起こされる。弁１４５における圧力降下により、温度が下がる。ＨＥＸ１３５と弁１４５との組み合わされた効果により、負荷１００に送られる冷媒の品質（全質量パーセントに対する蒸気質量パーセント）が下がる。
【００２７】
１．ランプアップモード
「負荷ＥＳＣ」１００は、電磁弁１ＳＣ、２ＳＣ及び６ＳＣの開放及び３ＳＯ，４ＳＯ及び７ＳＯの閉鎖により、高温にランプされる。これにより、圧縮器の出力がＥＳＣ１００に直接向かい、ＥＳＣ１００で、圧縮器の出力が凝縮される。「Ｅ−ＯＲＩＴ」１１０は、ランプアップの開始と同時にＥＳＣ１００に向けて高温に設定された。容量１２０は、前回の調整段階の間、冷媒凝縮の熱を吸収することにより「凝縮器」１３０からの冷却水が加熱された後、当該冷却水を受け入れることで通常調整モードの間、加熱された。容量１２０において、液体は、冷媒がＥ−ＯＲＩＴ１１０を流れた後に容量に溜められた熱によって蒸発される。高温ガスバイパス弁１４０は、本例の圧縮器１５０において安全に許容する最大入力圧力である、４．９バールの圧力で圧縮器１５０に流れるようにする。高温ガスバイパス弁（「ＨＧＢＶ」）１４０は、圧縮器への入力圧力が４．９バール未満であるとＨＧＢＶへの検知ラインが検出した場合、ガスを供給するように促される。負荷ＥＳＣ１００が設定温度に達すると、温度センサ１６０は制御器１７０に信号伝達し、制御器１７０は、その後、弁１ＳＣを閉鎖し、弁３ＳＯを開放し、システムをより高温の調整モードに切り替える。弁２ＳＣは、Ｅ−ＯＲＩＴ１１０を介して負荷ＥＳＣ１００から現れる全ての液体が容量１２０を流れるまで、開放したままである。その後、弁４ＳＯが解放し、弁２ＳＣが閉鎖する。過熱防止装置（「ＤＳＶ」）１８０は、必要に応じて、圧縮器の入力を冷却する。レシーバ１９０が、ＨＧＢＶ１４０とＤＳＶ１８０の両方への全ての接続部の後のラインに配置される。レシーバ１９０は、液体冷媒をＤＳＶ１８０に供給する。
【００２８】
２．処理モード中の調整
１ＳＣの閉鎖に続いて、弁２ＳＣが閉鎖され、弁３ＳＯが開放され、負荷ＥＳＣ１００に印加されたＲＦエネルギーによる処理の後、システムは、Ｅ−ＯＲＩＴ１１０によってもたらされた温度の一次制御機能を有する高度ＴＤＳＦとして動作する。冷蔵回路の出力によってＥＳＣの冷蔵の要求のバランスが釣り合うまで、圧縮器の入力において圧力を降下させるＥ−ＯＲＩＴ１１０の動作によって冷蔵は最低限に減少される。１５℃未満の低い温度で、ＥＳＣ１００による調整が起こると、電磁弁７ＳＯが開放される。この動作により、冷却水が凝縮器を５０℃まで冷却する。このような動作は、圧縮器１５０を保護するのに必要とされる。１．７バールまで下がった入力圧力のみが、４．９バールまで安全に圧縮可能である。
【００２９】
３．スタンバイモード
ＥＳＣが調整モードの間、負荷ＥＳＣ１００に熱が供給されなければならない状況が、ランプアップのすぐ後に続いて起こり得る。この状況は、ＥＳＣにＲＦエネルギーが印加されず、ＥＳＣがスタンバイモードで保たれる場合に起こり得る。この場合、温度センサ１６０は、制御器１７０に、ＥＳＣ１００が所望の調整温度より低く冷却していることを信号伝達する。制御器１７０は、その後、このことを温度制御器２００に信号伝達し、温度制御器２００は、その後、ＥＳＣ１００に適切な量の熱を供給するために、弁１ＳＣにパルスを発する。この動作は、システムが調整モードであり、設定温度において、ＥＳＣ１００を維持するのに十分なＲＦ電力が存在しない場合はいつでも起こる。上述したように、これは、一般的に、ＥＳＣプロセスが、スタンバイモードである場合に起こる。
【００３０】
４．ランプダウンモード
高温での調整の後、Ｅ−ＯＲＩＴ１１０をより低温に調整することにより、ランプダウンが容易に開始される。Ｅ−ＯＲＩＴ弁の動作により、ランプダウンに続いて調整が起こる。所望の低温が１５℃未満である場合、システムの設定に何かしらの更なる修正が必要である。弁６ＳＯが閉鎖される必要があり、この動作により、高温ガスバイパス弁２１０が冷媒の温度を２．９３バールの絶対圧において、Ｒ１３４Ａに対して起こる０℃に到達するようにすることができる。１．７バールゲージの設定により、ＥＳＣ１００と圧縮器１５０の入力との間のある程度の圧力降下が可能となる。５０℃の冷却水弁が制御可能でなければならない。一般的に、圧縮器は、Ｒ１３４Ａを０℃から＞７０℃まで圧縮することはできない。
【００３１】
図６は、本明細書に記載する基本的なＴＲシステムの改善の詳細を示す。上部に入口、底部に出口を有する容量２２０は、図示されるように搭載される。容量２２０は、サイクルのランプアップ段階の間、ＯＲＩＴ弁で逆流した流体を収集する。液体サーミスタ２３０は、ＯＲＩＴ弁の出口に配置され、ＯＲＩＴ１１０のライン出力に液体がないことを検出する。サーミスタ２３０は、調整モードが起動された際、弁４ＳＯが開放することを防ぐ。流体が容量２２０に存在する場合、流体は、ＯＲＩＴ弁１１０を通って圧力弁２４０を越えて容量１２０まで流れる。液体が容量１２０から完全になくなると、弁４ＳＯは、開放可能となる。配管が最大の流れを受けると、新しいΔＰ弁２４０が弁４ＳＯを含む配管に亘って圧力降下以上になるように設定される。
【００３２】
図７は、図６の改善されたトラップランプシステム全体を示す。メリットは、動作を通して加熱の迅速性が維持されるように静電チャック１００を流れる冷媒のより高温での加熱が維持されることである。本発明は、静電チャック１００を０℃から７０℃に加熱した後、約２．５リットルの冷媒を収集する。これにより、液体は連続的に沸騰されないため、塊り処理の問題が起こり得る。塊り処理は、加熱中、加熱している二相冷媒が、設定された温度及びＯＲＩＴが開放されるようにプログラムされた圧力に達するまで、ＯＲＩＴ弁１１０が開放しないため、起こる。
【００３３】
上述した問題に対する解決策は、ＯＲＩＴの動作圧力を予測可能に変更するようにＯＲＩＴの設定をプログラムすることである。例えば、動作圧力は、時間０において０℃でのＲ１３４Ａ（２．９３バールまたは２８．４ｐｓｉｇ）の場合、７０℃圧力（２１．１７バールまたは２９６．５ｐｓｉｇ）まで次の２５秒にわたって線形にランプする。これにより、トラップランプシステムは、ランプアップ及びランプダウンの両方において安定状態で容易に動作し、それにより、いずれのモードにおいても塊りは蓄積されない。
【００３４】
冷媒が液体状で蓄積されると、液体が蓄積されないサイクルの部分において、システム内で冷媒を気体状に保存しなければならず、関わる体積は、膨大になり、使用可能なシステム内の体積を許容することができない。基本的な熱力学的観点で、基本ＴＤＳＦシステムは、圧縮器の全機能を使用して温度において熱負荷を急速に上げる及び下げることができる。さらに、安定状態の温度処理の間、悪影響なく、圧縮器の機能のほんの一部を使用することができる。この組み合わされた可能性が、ＴＤＳＦシステムの基本的な効果である。この基本的な特徴は、基本ＴＲシステムの効果に使用される。本開示は、トラップランプシステムの加熱段階の間、液体が蓄積される問題を回避する。
【００３５】
傾斜ＯＲＩＴ制御（ＳＯＣ）システムは、温度が高温に変化する間、急速で予測可能な傾斜を得るというメリットがある。冷媒は、負荷において凝縮及び収集できず、ボトルネックが発生し、流れを予測可能に継続させることができる。ＯＲＩＴ弁を通る流れは、ＯＲＩＴの前の圧力及び温度が設計された最終高温及び高圧に達した後のみ、起こる。
【００３６】
様々な改善及び改良を図示し、上述したが、本発明は、それらに限定されず、添付の特許請求の範囲内の全ての概念及び手段を含む。
【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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【国際調査報告】
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