(57)【要約】【課題】冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量の変動を抑制して、安定稼動させることができ、冷却器の冷却効果を得るまでの起動時間を短縮することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】膨張タンク６５の容量を、冷媒回路１の内部温度が上昇した場合に第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７を開弁して最大にする一方、冷媒回路１の内部温度が低下した場合に第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７を閉弁して最小に変更することで回収させる混合冷媒の量を減少させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸点の異なる複数種類の冷媒を混合した混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された混合冷媒を冷却して一部を液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で一部が液化された混合冷媒のうち高沸点冷媒から低沸点冷媒へと順次液冷媒とガス冷媒とに分離する複数の気液分離器と、
前記各気液分離器で分離されたガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された液冷媒との間で熱交換させて冷却して少なくとも一部を液化させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器のうち最も低温側の熱交換器から流出し且つ減圧された低沸点冷媒を蒸発させて冷却対象を冷却する冷却器とが接続された冷媒回路を有する冷凍装置であって、
前記冷媒回路には、該冷媒回路の内部温度に応じて容量を変更可能な膨張タンクが接続されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記膨張タンクは、連通配管を介して直列に接続された複数のサブタンクを備え、
前記複数のサブタンクのうち最も上流側のサブタンクは、混合冷媒を吸入する冷媒吸入管を介して前記冷媒回路に接続される一方、混合冷媒を戻す冷媒戻し管を介して前記圧縮機の吸込側に接続され、
前記複数のサブタンクのうち残りのサブタンクは、混合冷媒を流出する冷媒流出管を介して前記冷媒戻し管に接続され、
前記連通配管には、上流側のサブタンクから下流側のサブタンクへ混合冷媒を流入させるか否かを切り替える切替手段が接続されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記膨張タンクは、メインタンクと、少なくとも１つのサブタンクとを備え、
前記メインタンクは、混合冷媒を吸入する冷媒吸入管を介して前記冷媒回路に接続される一方、混合冷媒を戻す冷媒戻し管を介して前記圧縮機の吸込側に接続され、
前記サブタンクは、前記冷媒吸入管から分岐して混合冷媒を吸入する分岐配管を介して前記メインタンクと並列に接続される一方、混合冷媒を流出する冷媒流出管を介して前記冷媒戻し管に接続され、
前記分岐配管には、前記サブタンクへ混合冷媒を流入させるか否かを切り替える切替手段が接続されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記膨張タンクは、少なくとも２つ設けられ且つ互いに並列に接続されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記冷却器は、真空成膜装置の水分捕捉用のクライオコイルとして用いられることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、沸点の異なる二種類以上の冷媒を使用する混合冷媒方式の、この種の超低温冷凍装置では、装置の運転開始時等において、低沸点成分の冷媒が十分に凝縮しないために、吐出圧力が上昇して装置の耐圧を越える場合がある。
【０００３】
このため、別途膨張タンクを設け、この膨張タンクと冷媒回路とを、冷媒回路内の圧力が所定圧力（例えば設計耐圧）より高くなったときに作動する安全弁を備えたバイパス配管によって接続して、高圧の冷媒を膨張タンク内に一時的に逃がすことにより、吐出圧力を下げて運転できるようにしている。さらに、膨張タンクと圧縮機の吸入側とを戻し管によって接続することで、膨張タンク内の冷媒を循環するようにしている。
【０００４】
ところで、近年、冷凍装置の冷却能力を上げるために、運転中及び停止中においても気相状態を保つ低沸点冷媒を使用することが多くなっており、このため膨張タンクの容量不足が問題となっている。このような膨張タンクの容量不足を解消するためには、容積の大きい膨張タンクを用いればよい。しかし、タンク容積を単純に大きくしただけでは、タンクの設置スペースを確保するのが難しい。
【０００５】
ここで、例えば特許文献１には、小容量の膨張タンクを複数接続した冷凍装置が開示されている。これによると、大容量の膨張タンクでは設置スペースの確保が困難な場合でも、各膨張タンクが小容量であるため、設置スペースを容易に確保できると記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２０７６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の冷凍装置では、各膨張タンク間を常時連通させているので、冷凍装置の稼働中に圧縮機の吐出圧力が上昇すると、その吐出圧力を低下させるのに必要な容量を上回るガス冷媒が膨張タンクに流入してしまい、冷媒回路内を循環するガス冷媒の流量が大きく変動して装置の稼働が不安定になって、冷却器による冷却効果が得られるまでの起動時間が遅延するという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量の変動を抑制して、安定稼動させることができ、冷却器の冷却効果を得るまでの起動時間を短縮することができる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】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明は、冷媒回路の内部温度に応じて容量を変更可能な膨張タンクを冷媒回路に接続するようにした。
【０００９】
具体的に、本発明は、沸点の異なる複数種類の冷媒を混合した混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された混合冷媒を冷却して一部を液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で一部が液化された混合冷媒のうち高沸点冷媒から低沸点冷媒へと順次液冷媒とガス冷媒とに分離する複数の気液分離器と、
前記各気液分離器で分離されたガス冷媒を、該各気液分離器で分離され且つ減圧された液冷媒との間で熱交換させて冷却して少なくとも一部を液化させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器のうち最も低温側の熱交換器から流出し且つ減圧された低沸点冷媒を蒸発させて冷却対象を冷却する冷却器とが接続された冷媒回路を有する冷凍装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明は、前記冷媒回路には、運転開始から所定時間が経過して冷媒回路の内部温度が低下してくることに応じて容量を変更可能な膨張タンクが接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、膨張タンクは、冷媒回路に接続されており、冷媒回路の内部温度に応じてその容量を変更することができるように構成されている。
【００１２】
ここで、冷凍装置を常温の状態から起動させた直後では、ガス状態の混合冷媒により圧縮機の吐出圧力が高い状態が続く。そのため、膨張タンクの容量を大きくして、膨張タンクに回収される混合冷媒の量を増加させることで、圧縮機の吐出圧力を低下させるようにしている。
【００１３】
一方、時間の経過とともに冷媒回路の内部温度が低下してくると、冷凍装置は安定した状態になっていく。ここで、冷凍装置の稼働中に圧縮機の吐出圧力が一瞬上昇したときに、その吐出圧力を低下させるために必要な混合冷媒の量は、冷凍装置の起動直後よりも少なくて済む。しかし、従来の冷凍装置では、複数の膨張タンクを常時連通させているので、圧縮機の吐出圧力が一瞬上昇すると、その吐出圧力を低下させるために必要な量を上回る混合冷媒が膨張タンクに回収されてしまい、冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量が大きく変動して冷凍装置が不安定になってしまう。
【００１４】
そこで、本発明では、冷媒回路の内部温度に応じて膨張タンクの容量を徐々に小さくして、膨張タンクに回収される混合冷媒の量を減少させるようにしている。このようにすれば、冷凍装置の稼働中に圧縮機の吐出圧力が一瞬上昇した場合でも、その吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンクに回収させることができる。
【００１５】
これにより、圧縮機の吐出圧力が上昇した場合に、その吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンクに回収させることができるので、冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量の変動が抑制されて冷凍装置を安定して稼動させることができ、冷却器の冷却効果を得るまでの起動時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１において、
前記膨張タンクは、連通配管を介して直列に接続された複数のサブタンクを備え、
前記複数のサブタンクのうち最も上流側のサブタンクは、混合冷媒を吸入する冷媒吸入管を介して前記冷媒回路に接続される一方、混合冷媒を戻す冷媒戻し管を介して前記圧縮機の吸込側に接続され、
前記複数のサブタンクのうち残りのサブタンクは、混合冷媒を流出する冷媒流出管を介して前記冷媒戻し管に接続され、
前記連通配管には、上流側のサブタンクから下流側のサブタンクへ混合冷媒を流入させるか否かを切り替える切替手段が接続されていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、膨張タンクは、連通配管を介して直列に接続された複数のサブタンクを備えている。そして、最も上流側のサブタンクは、冷媒吸入管を介して冷媒回路に接続される一方、冷媒戻し管を介して圧縮機の吸込側に接続されている。また、残りのサブタンクは、冷媒流出管を介して冷媒戻し管に接続されている。さらに、連通配管には、上流側のサブタンクから下流側のサブタンクへ混合冷媒を流入させる連通状態と、混合冷媒を流入させない非連通状態とを切り替える切替手段が接続されている。
【００１８】
ここで、冷凍装置を常温の状態から起動させた直後では、ガス状態の混合冷媒により圧縮機の吐出圧力が高い状態が続くため、連通配管は切替手段により連通状態にされる。そして、冷媒回路を循環する混合冷媒は、冷媒吸入管を流通して最も上流側のサブタンクに回収される。回収された混合冷媒は、連通配管を流通して下流側のサブタンクに流入される一方、冷媒戻し管を流通して圧縮機の吸込側に戻される。
【００１９】
つまり、膨張タンクの総容量は、切替手段により連通状態となった連通配管で接続されたサブタンクの合計容量となる。そして、下流側のサブタンクに回収された混合冷媒は冷媒流出管を流通した後、冷媒戻し管を流通して圧縮機の吸込側に戻される。
【００２０】
一方、時間の経過とともに冷媒回路の内部温度が低下してくると、連通配管は切替手段により非連通状態にされる。このとき、冷媒回路を循環する混合冷媒は、冷媒吸入管から最も上流側のサブタンクにのみ回収される。
【００２１】
つまり、膨張タンクの総容量は、最も上流側のサブタンクのみの容量となる。そして、回収された混合冷媒は冷媒戻し管を流通して圧縮機の吸込側に戻される。このようにすれば、冷媒回路の内部温度に応じて切替手段により上流側のサブタンクから下流側のサブタンクへ混合冷媒を流入させるか否かを切り替えて膨張タンクの容量を変更することができる。これにより、請求項１に係る発明と同様の効果を比較的簡単な構成で実現することができる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１において、
前記膨張タンクは、メインタンクと、少なくとも１つのサブタンクとを備え、
前記メインタンクは、混合冷媒を吸入する冷媒吸入管を介して前記冷媒回路に接続される一方、混合冷媒を戻す冷媒戻し管を介して前記圧縮機の吸込側に接続され、
前記サブタンクは、前記冷媒吸入管から分岐して混合冷媒を吸入する分岐配管を介して前記メインタンクと並列に接続される一方、混合冷媒を流出する冷媒流出管を介して前記冷媒戻し管に接続され、
前記分岐配管には、前記サブタンクへ混合冷媒を流入させるか否かを切り替える切替手段が接続されていることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項３に係る発明によれば、膨張タンクは、メインタンクと少なくとも１つのサブタンクとを備えている。メインタンクは、冷媒吸入管を介して冷媒回路に接続される一方、冷媒戻し管を介して圧縮機の吸込側に接続されている。また、サブタンクは冷媒吸入管から分岐した分岐配管を介してメインタンクと並列に接続される一方、冷媒流出管を介して冷媒戻し管に接続されている。さらに、分岐配管には、サブタンクへ混合冷媒を流入させる連通状態と、混合冷媒を流入させない非連通状態とを切り替える切替手段が接続されている。
【００２４】
ここで、冷凍装置を常温の状態から起動させた直後では、ガス状態の混合冷媒により圧縮機の吐出圧力が高い状態が続くため、分岐配管は切替手段により連通状態にされる。そして、冷媒回路を循環する混合冷媒は、冷媒吸入管を流通してメインタンクに回収されるとともに、分岐配管を流通してサブタンクに回収される。
【００２５】
つまり、膨張タンクの総容量は、メインタンクの容量と、切替手段により連通状態となった分岐配管で接続されたサブタンクとの合計容量となる。そして、メインタンクに回収された混合冷媒は冷媒戻し管を流通し、サブタンクに回収された混合冷媒は冷媒流出管を流通した後、冷媒戻し管を流通して圧縮機の吸込側に戻される。
【００２６】
一方、時間の経過とともに冷媒回路の内部温度が低下してくると、分岐配管は切替手段により非連通状態にされる。このとき、冷媒回路を循環する混合冷媒は、冷媒吸入管を流通してメインタンクにのみ回収される。
【００２７】
つまり、膨張タンクの総容量は、メインタンクのみの容量となる。そして、回収された混合冷媒は冷媒戻し管を流通して圧縮機の吸込側に戻される。このようにすれば、冷媒回路の内部温度に応じて切替手段によりサブタンクへ混合冷媒を流入させるか否かを切り替えて膨張タンクの総容量を変更することができる。これにより、請求項１に係る発明と同様の効果を比較的簡単な構成で実現することができる。
【００２８】
また、サブタンクはメインタンクに並列に接続されているから、連通状態の分岐配管に接続されているサブタンクには混合冷媒を直接回収させることができ、メインタンクが破損等した場合でも、サブタンクを一時的にメインタンクの代わりに使用できるので、冷凍装置を停止させることなく連続して稼働させることができる。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項１又は２において、
前記膨張タンクは、少なくとも２つ設けられ且つ互いに並列に接続されていることを特徴とするものである。
【００３０】
請求項４に係る発明によれば、少なくとも２つの膨張タンクが並列に接続されている。これにより、何れかの膨張タンクが破損等した場合でも、他の膨張タンクを使用して冷凍装置を稼動させることができるので、冷凍装置を停止させることなく連続して稼働させることができる。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記冷却器は、真空成膜装置の水分捕捉用のクライオコイルとして用いられることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項５に係る発明によれば、真空成膜装置の水分捕捉用のクライオコイルとして冷却器を用いるような冷凍装置にも適用することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、膨張タンクの容量を冷媒回路の内部温度に応じて変更することで、圧縮機の吐出圧力が上昇した場合に、その吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンクに回収させるようにしたから、冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量の変動が抑制されて冷凍装置を安定して稼動させることができ、冷却器の冷却効果を得るまでの起動時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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ない。
【００３５】
＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態１に係る真空成膜装置のレイアウトの一例を示し、Ａは真空成膜装置であり、１２０は内部が真空状態に保たれてウェハー（図示せず）が成膜される真空チャンバで、この真空チャンバ１２０には、開閉扉１２３により開閉される搬入出口（図示せず）が開口されており、開閉扉１２３を開いた状態で、成膜しようとするウェハーを真空チャンバ１２０内に搬入し或いは成膜後のウェハーを真空チャンバ１２０内から搬出する。真空チャンバ１２０には連通路１２２を介して真空ポンプ１２１が接続され、連通路１２２の真空チャンバ１２０との接続部には、開閉により両者を連通状態又は連通遮断状態に切り換えるゲートバルブ１２４が配設されており、開閉扉１２３を閉じかつゲートバルブ１２４を開いた状態で真空ポンプ１２１の作動により真空チャンバ１２０内を真空引きするようになっている。
【００３６】
図１に示すように、真空成膜装置Ａには本発明の冷凍システムを構成する冷凍装置１０が設けられており、この冷凍装置１０の後述する水分捕捉用のクライオコイル（冷却器）５２により、真空ポンプ１２１の真空引きの状態で真空チャンバ１２０内の冷却対象としての気体及び水分を直接に超低温レベルまで冷却することにより、その気体等を捕捉して真空チャンバ１２０内の真空レベルを上げるようになっている。
【００３７】
一方、図２は真空成膜装置のレイアウトの他の例を示し、前記冷凍装置１０のクライオコイル５２は真空チャンバ１２０内ではなくて連通路１２２の途中に配設されており、真空ポンプ１２１による真空引きの状態で冷凍装置１０により連通路１２２内の水分、つまり間接的に真空チャンバ１２０内の水分を冷却して捕捉することで、真空チャンバ１２０内の真空レベルを高めるようにしている。その他の構造は図１に示す真空成膜装置Ａと同じである。
【００３８】
前記冷凍装置１０は、冷媒として沸点温度が互いに異なる５種類又は６種類の冷媒を混合してなる非共沸混合冷媒を用いて−１００℃以下の超低温レベルの寒冷を発生させるものである。
【００３９】
図３は本発明の実施形態１に係る冷凍装置の全体構成を示す冷媒系統図であり、１は混合冷媒が封入された閉サイクルの冷媒回路で、この冷媒回路１は以下に説明する各種の機器を冷媒配管で接続してなる。２０はガス冷媒を圧縮する圧縮機で、この圧縮機２０の吐出側にはガス冷媒の吐出圧力を検出する圧力センサ８３が接続され、続いて第１の油分離器１５が接続されている。この第１の油分離器１５は、圧縮機２０から吐出されたガス冷媒中に混入されている圧縮機用潤滑油をガス冷媒から分離するものであり、この分離された潤滑油は潤滑油吐出側から油戻し管１８を経て圧縮機２０の吸込側に戻される。
【００４０】
前記第１の油分離器１５の冷媒吐出側には、圧縮機２０からの吐出ガス冷媒を冷却水通路１１の冷却水との熱交換により冷却して凝縮する水冷コンデンサ２１が接続されている。水冷コンデンサ２１の吐出側には、冷媒中の水分やコンタミネーションを除去するドライヤ１７を介して補助コンデンサ２２の１次側が接続されており、この補助コンデンサ２２において、水冷コンデンサ２１からのガス冷媒を圧縮機２０に吸入される低温度の２次側の還流冷媒と熱交換して冷却し凝縮する。この実施形態１では、水冷コンデンサ２１と補助コンデンサ２２とで凝縮器を構成しており、これら両コンデンサ２１，２２により、混合冷媒のうち沸点温度が最高温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようになっている。
【００４１】
前記補助コンデンサ２２における１次側の吐出側には第１気液分離器２４が接続され、この第１気液分離器２４で、前記補助コンデンサ２２からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第１気液分離器２４のガス冷媒吐出側にはカスケードタイプの第１熱交換器２５の１次側が、また液冷媒吐出側には、減圧手段としての第１キャピラリチューブ２６を介して同じ第１熱交換器２５の２次側がそれぞれ接続されており、第１気液分離器２４で分離された液冷媒を第１キャピラリチューブ２６で減圧させた後に第１熱交換器２５の２次側に供給して蒸発させ、この蒸発により１次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が２番目に高い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようになっている。
【００４２】
さらに、前記第１熱交換器２５における１次側の吐出側には第２気液分離器３０が接続されており、この第２気液分離器３０において、第１熱交換器２５からの気液混合の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。この第２気液分離器３０のガス冷媒吐出側にはカスケードタイプの第２熱交換器３１の１次側が、また液冷媒吐出側には、減圧手段としての第２キャピラリチューブ３２を介して同じ第２熱交換器３１の２次側がそれぞれ接続されており、第２気液分離器３０で分離された液冷媒を第２キャピラリチューブ３２で減圧させた後に第２熱交換器３１の２次側に供給して蒸発させ、この蒸発により１次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が３番目に高い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようにしている。
【００４３】
さらに、前記接続構造と同様にして、前記第２熱交換器３１における１次側の吐出側には、第３気液分離器３６、第３熱交換器３７及び第３キャピラリチューブ３８が、またこの第３熱交換器３７における１次側の吐出側には、第４気液分離器４２、第４熱交換器４３及び第４キャピラリチューブ４４がそれぞれ接続されており（これらの接続構造は前記第１気液分離器２４、第１熱交換器２５及び第１キャピラリチューブ２６の接続構造と同じであるので、その詳細な説明は省略する）、第３気液分離器３６で分離された液冷媒を第３キャピラリチューブ３８で減圧させた後に第３熱交換器３７の２次側に供給して蒸発させ、その蒸発により１次側のガス冷媒を冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が４番目に高い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するとともに、第４気液分離器４２で分離された液冷媒を第４キャピラリチューブ４４で減圧させた後に第４熱交換器４３の２次側に供給して蒸発させ、この蒸発により１次側のガス冷媒を熱交換により冷却して、混合冷媒のうち沸点温度が最も低い温度のガス冷媒を凝縮させて液化するようにしている。
【００４４】
そして、前記第４熱交換器４３における１次側の吐出側には、熱交換器からなる過冷却器（サブクーラ）４７の１次側が接続され、この過冷却器４７の１次側の吐出側に接続されている冷媒配管は、途中で主冷媒配管２ａと副冷媒配管２ｂとに分岐されている。
【００４５】
前記副冷媒配管２ｂの途中には第５キャピラリチューブ４８が接続されている。また、副冷媒配管２ｂの下流端は同じ過冷却器４７の２次側に接続され、この過冷却器４７の２次側は冷媒配管を介して前記第４熱交換器４３の２次側に接続されており、第４熱交換器４３から吐出された冷媒を、過冷却器４７の１次側に通過させた後、その一部を副冷媒配管２ｂの第５キャピラリチューブ４８で減圧させ、その液冷媒を過冷却器４７の２次側に供給して蒸発させ、その蒸発熱により１次側のガス冷媒を冷却するようにしている。
【００４６】
一方、前記主冷媒配管２ａは、その管路途中において第１及び第２の分岐配管８０，８１に分岐されている。
【００４７】
前記第１の分岐配管８０には、キャピラリチューブ８０ａが直列に接続されている。また、第２の分岐配管８１には、電磁開閉弁８１ｂとキャピラリチューブ８１ａとがこの順で接続されている。キャピラリチューブ８０ａ，８１ａは、本実施形態１では、互いに異なる減圧能力を有するキャピラリチューブとしている。しかしながら、キャピラリチューブ８０ａ，８１ａは、互いに同じ減圧能力を有するキャピラリチューブを用いてもよい。
【００４８】
前記第１及び第２の分岐配管８０，８１の下流端合流部よりも下流側の主冷媒配管２ａには、電磁開閉弁６２と主冷却器を構成するクライオコイル５２とがこの順で接続され、このクライオコイル５２の下流端は、前記第４熱交換器４３の２次側と過冷却器４７の２次側との間の冷媒回路に接続されている。
【００４９】
これにより、過冷却器４７の１次側から吐出された液冷媒の残部を第１の分岐キャピラリチューブ８０ａ、又は第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａで減圧させた後でクライオコイル５２に供給して蒸発させ、その蒸発熱により、例えば前記真空チャンバ１２０内の気体や水分を−１００℃以下の温度の超低温レベルに冷却し、その気体や水分を捕捉して真空レベルを高めるようにしている。
【００５０】
また、前記過冷却器４７の２次側（及びクライオコイル５２）と、第４熱交換器４３、第３熱交換器３７、第２熱交換器３１、第１熱交換器２５及び補助コンデンサ２２の各２次側とは記載順に直列に冷媒配管により接続され、補助コンデンサ２２の２次側は圧縮機２０の吸込側に接続されており、混合冷媒において蒸発によってガス化した各冷媒を圧縮機２０に吸入させるようにしている。
【００５１】
なお、前記クライオコイル５２を真空チャンバ１２０内に配置して、そのクライオコイル５２により真空チャンバ１２０内の気体等を直接冷却するようにしているが、クライオコイル５２に代えてブラインクーラを設け、このブラインクーラを真空チャンバ１２０内に位置する吸熱部とブライン回路により接続し、このブラインクーラにおいてブライン回路内のブラインを超低温レベルに冷却して、そのブラインにより真空チャンバ１２０内の吸熱部に同温度レベルの寒冷を付与するようにしてもよい。
【００５２】
また、前記コンデンサ２１，２２、熱交換器２５，３１，３７，４３及び過冷却器４７は、２重管構造のもの、プレート構造のもの、シェルアンドチューブ構造のもののいずれを用いてもよい。また、キャピラリチューブ２６，３２，３８，４４の代わりに他の減圧手段、例えば膨張弁等を用いることもできる。
【００５３】
さらに、前記第１気液分離器２４のガス冷媒吐出側と第１熱交換器２５の１次側との間の冷媒配管と、膨張タンク６５内の後述する第１のサブタンク６６の吸入ポート６６ａとの間には、ガス冷媒を吸入する冷媒吸入管７４が接続されている。また、第１のサブタンク６６の吐出ポート６６ｂと圧縮機２０の吸込側との間には、混合冷媒を戻す冷媒戻し管８２が接続されている。そして、冷媒吸入管７４の管路途中には、電磁開閉弁７６が接続されている。また、冷媒戻し管８２の管路途中にはキャピラリチューブ８４が接続されている。
【００５４】
前記膨張タンク６５は、冷凍装置１０の起動時又は稼働中に、凝縮が不十分な高圧のガス冷媒を一時的に逃がすことにより圧縮機２０の吐出圧力の異常上昇を抑制するためのものであり、冷媒回路１の内部温度に応じて容量を変更することができるようになっている。
【００５５】
具体的には、図４に示すように、前記膨張タンク６５は、連通配管７７を介して互いに直列に接続された第１〜第４のサブタンク６６〜６９を備えている。
【００５６】
そして、最も上流側に配設された前記第１のサブタンク６６の吐出ポート６６ｂは、連通配管７７を介して第２のサブタンク６７の吸入ポート６７ａに接続されるとともに、冷媒戻し管８２に接続されている。そして、第１のサブタンク６６と第２のサブタンク６７との間の連通配管７７の管路途中には、第２のサブタンク６７へガス冷媒を流入させる連通状態と、ガス冷媒を流入させない非連通状態とを切り替える切替手段としての第１の電磁開閉弁８５が接続されている。
【００５７】
そして、前記第２のサブタンク６７の吐出ポート６７ｂは、第２の電磁開閉弁８６が接続された連通配管７７を介して第３のサブタンク６８の吸入ポート６８ａに接続されるとともに、ガス冷媒を流出する冷媒流出管８８を介して第２の電磁開閉弁８６の上流側から冷媒戻し管８２に接続されている。
【００５８】
同様に、前記第３のサブタンク６８の吐出ポート６８ｂは、第３の電磁開閉弁８７が接続された連通配管７７を介して第４のサブタンク６９の吸入ポート６９ａに接続されるとともに、冷媒流出管８９を介して冷媒戻し管８２に接続されている。
【００５９】
そして、前記第４のサブタンク６９の吐出ポート６９ｂは、冷媒流出管９０を介して冷媒戻し管８２に接続されている。
【００６０】
ここで、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７の全てが開弁されると、第１〜第４のサブタンク６６〜６９が互いに連通状態になる。このとき、膨張タンク６５の総容量は第１のサブタンク６６〜第４のサブタンク６９の合計容量となり、その総容量が最大となる。
【００６１】
そして、第３の電磁開閉弁８７が閉弁されて第４のサブタンク６９が非連通状態になると、膨張タンク６５の総容量は、連通状態の第１〜第３のサブタンク６６〜６８の合計容量となる。さらに、第２の電磁開閉弁８６が閉弁されて第３のサブタンク６８が非連通状態になると、膨張タンク６５の総容量は、連通状態の第１及び第２のサブタンク６６，６７の合計容量となる。
【００６２】
そして、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７の全てが閉弁されると、第１〜第４のサブタンク６６〜６９が互いに非連通状態となる。このとき、膨張タンク６５の総容量は第１のサブタンク６６のみの容量となり、その総容量が最小となる。
【００６３】
つまり、前記膨張タンク６５の総容量は、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７を開閉することで、最大から最小の間で変更することが可能となっている。
【００６４】
また、図３において、６０は圧縮機２０から吐出された高温のガス冷媒（ホットガス）をそのままクライオコイル５２に供給するデフロスト回路であり、第１の油分離器１５及び水冷コンデンサ２１の間の冷媒配管と、電磁開閉弁６２とクライオコイル５２との間の主冷媒配管２ａとを接続している。このデフロスト回路６０には、第２の油分離器１６と電磁開閉弁６１とが第１の油分離器１５側からクライオコイル５２側に向かって順に接続されている。この第２の油分離器１６で分離された潤滑油は、前記第１の油分離器１５と同様に油戻し管１８を経て圧縮機２０の吸込側に戻される。
【００６５】
また、前記デフロスト回路６０の第２の油分離器１６よりも下流側と、主冷媒配管２ａにおける第１及び第２の分岐配管８０，８１の分岐位置よりも上流側と、クライオコイル５２の出口側と第４熱交換器４３の２次側との間の冷媒配管とに、それぞれ第１乃至第３の手動開閉弁７１，７２，７３が配設されている。これら第１乃至第３の手動開閉弁７１，７２，７３は、クライオコイル５２の交換やメンテナンス時に各々閉弁することで配管内に残存する混合冷媒が外部に漏れ出さないようにするものである。
【００６６】
さらに、前記クライオコイル５２の出口側と第４熱交換器４３の２次側との間の冷媒配管には、冷凍装置１０の冷媒回路１内に混合冷媒を供給するための冷媒供給管路７０が接続されている。また、この冷媒供給管路７０は、冷媒回路１内から混合冷媒を排出するための排出管路を兼ねている。そして、冷媒供給管路７０には、冷媒の供給又は排出時に開く供給開閉弁７５が設けられている。
【００６７】
次に、本発明の実施形態１に係る膨張タンク６５を備えた冷凍装置１０の動作について説明する。まず、予め冷媒回路１内には、超低温レベルの寒冷を発生させるために、冷媒供給管路７０から低沸点冷媒の割合が多い混合冷媒を供給し充填させておく。そして、常温の状態から冷凍装置１０を起動させると、真空成膜装置Ａの真空チャンバ１２０内でウェハーを成膜するときには、電磁開閉弁６１の閉弁によりデフロスト回路６０が閉じられ且つ電磁開閉弁６２の開弁により主冷媒配管２ａが開かれる。また、電磁開閉弁８１ｂの開弁により第２の分岐配管８１が開かれる。
【００６８】
ここで、冷凍装置１０を常温から起動させた直後では、冷媒回路１にはガス状態の混合冷媒が循環しているので圧縮機２０の吐出圧力は最も高くなっている。そのため、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７が開弁され、第１〜第４のサブタンク６６〜６９が連通状態となって膨張タンク６５の総容量が最大に設定される。
【００６９】
そして、圧縮機２０から吐出された混合冷媒は水冷コンデンサ２１により冷却された後に補助コンデンサ２２で圧縮機２０へ戻る２次側の冷媒により冷却され、混合冷媒のうち沸点温度が最高温度のガス冷媒が凝縮されて液化する。この冷媒は第１気液分離器２４においてガス冷媒と液冷媒とに分離される。
【００７０】
そして、低沸点冷媒を多く含むガス冷媒は第１気液分離器２４のガス冷媒吐出側から吐出され、その一部が冷媒吸入管７４を流通して膨張タンク６５に回収される。
【００７１】
具体的には、冷媒吸入管７４を流通してきたガス冷媒はまず、第１のサブタンク６６に回収される。その後、引き続きガス冷媒が第１のサブタンク６６に回収されて略満杯になると、回収されたガス冷媒の一部が連通配管７７を流通して第２のサブタンク６７に流入される一方、残りが冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【００７２】
同様に、ガス冷媒が第２及び第３のサブタンク６７，６８に順次回収されて略満杯になると、ガス冷媒の一部が連通配管７７を流通して第４のサブタンク６９に流入される一方、残りが冷媒流出管８８，８９を介して冷媒戻し管８２に流通し、キャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【００７３】
そして、ガス冷媒が第４のサブタンク６９に回収されて略満杯になると、冷媒流出管９０を介して冷媒戻し管８２に流通し、キャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。そして、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力の低下が検出されると、電磁開閉弁７６が閉弁されて、ガス冷媒の膨張タンク６５への吸入が完了する。
【００７４】
これにより、圧縮機２０の吐出圧力を低下させるために必要な量のみを第１〜第４のサブタンク６６〜６９に回収させることができる。
【００７５】
ここで、時間が経過するとともに、冷媒回路１の内部温度が低下してくると、冷凍装置１０が安定した状態になっていく。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、電磁開閉弁７６が開弁されて、膨張タンク６５にガス冷媒が回収される。
【００７６】
しかし、圧縮機２０から吐出される低沸点冷媒の割合は冷凍装置１０の起動直後よりも低下しているので、圧縮機２０の吐出圧力を低下させるために必要な量は、起動直後に膨張タンク６５に回収させたガス冷媒の量よりも少なくなっている。そのため、膨張タンク６５の容量を徐々に減少させることで、圧縮機２０の吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンク６５に回収させるようにしている。
【００７７】
具体的には、所定の時間が経過して、冷媒回路１の内部温度が低下すると、まず第３の電磁開閉弁８７が閉弁されて、膨張タンク６５の総容量は冷凍装置１０の起動直後よりも小さく設定される。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、電磁開閉弁７６が開弁されてガス冷媒が冷媒吸入管７４を流通して、第１のサブタンク６６に回収される。
【００７８】
その後、ガス冷媒は第２及び第３のサブタンク６７，６８に順次回収され、冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。そして、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力の低下が検出されると、電磁開閉弁７６は閉弁されて、ガス冷媒の膨張タンク６５への吸入が完了する。
【００７９】
さらに、時間の経過とともに第２及び第１の電磁開閉弁８６，８５が順次閉弁されていくと、膨張タンク６５の総容量は最終的に第１のサブタンク６６のみの容量となり最小に設定される。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、ガス冷媒は第１のサブタンク６６にのみ回収される。
【００８０】
その後、回収されたガス冷媒は、冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。そして、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力の低下が検出されると、電磁開閉弁７６は閉弁されて、ガス冷媒の膨張タンク６５への吸入が完了する。
【００８１】
このようにすれば、冷媒回路１の内部温度に応じて膨張タンク６５の容量を変更することができる。これにより、圧縮機２０の吐出圧力が上昇した場合に、その吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンク６５に回収させることができるので、冷媒回路１内を循環する混合冷媒の流量の変動が抑制されて冷凍装置１０を安定して稼動させることができる。さらに、冷凍装置１０の安定稼働により、クライオコイル５２の冷却効果を得るまでの起動時間を短縮することができる。
【００８２】
そして、第１気液分離器２４で分離されて、液冷媒吐出側から吐出された液冷媒は第１キャピラリチューブ２６で減圧された後に第１熱交換器２５の２次側で蒸発し、この蒸発熱により第１気液分離器２４からのガス冷媒が冷却され、混合冷媒のうち沸点温度が２番目に高い温度のガス冷媒が凝縮されて液化する。以後、同様にして、第２乃至第４熱交換器３１，３７，４３でそれぞれ混合冷媒のうちの沸点が高い温度から順にガス冷媒が凝縮されて液化し、この第４熱交換器４３では沸点温度が最も低いガス冷媒が凝縮されて液化する。
【００８３】
そして、第４熱交換器４３の１次側から吐出された冷媒は気液混合状態となり、この気液混合の冷媒は、過冷却器４７の１次側を通過した後に主冷媒配管２ａと副冷媒配管２ｂとに分離される。そして、副冷媒配管２ｂに流れた冷媒は第５キャピラリチューブ４８で減圧された後に過冷却器４７の２次側に供給されて蒸発し、この蒸発熱により上記第４熱交換器４３から過冷却器４７の１次側に供給された気液混合状態の冷媒がさらに冷却される。
【００８４】
また、過冷却器４７の１次側から吐出された後に主冷媒配管２ａに流れる気液混合状態の冷媒の残部は、電磁開閉弁６２，８１ｂの開弁により第１及び第２の分岐キャピラリチューブ８０ａ，８１ａにそれぞれ分岐して減圧される。その減圧後にクライオコイル５２において蒸発して、真空チャンバ１２０内の気体や水分に、例えば−１００℃以下の寒冷を付与する。この−１００℃以下の温度の寒冷により真空チャンバ１２０内の水分を捕捉して真空チャンバ１２０内の真空レベルが上昇する。
【００８５】
そして、前記クライオコイル５２及び過冷却器４７を流出した冷媒は、各キャピラリチューブ４４，３８，３２，２６で減圧された冷媒が順次合流すると共に、第４熱交換器４３から第１熱交換器２５に流入し、更には補助コンデンサ２２に流入して上述の如くそれぞれ外管を流れる混合冷媒を冷却する。そして、この冷媒は、補助コンデンサ２２を流出した後、圧縮機２０に戻される。
【００８６】
これに対し、真空成膜装置Ａの真空チャンバ１２０でウェハーの成膜を行わない状態のデフロスト起動時には、電磁開閉弁６１の開弁によりデフロスト回路６０が開かれかつ電磁開閉弁６２の閉弁により主冷媒配管２ａが閉じ、このことで、圧縮機２０から吐出された高温のガス冷媒がデフロスト回路６０を経てクライオコイル５２に供給されて、クライオコイル５２での気体等の捕捉が解除される。
【００８７】
そして、このデフロスト起動の後に、再度真空チャンバ１２０内を真空状態にするときには、前記と同様にして、電磁開閉弁６１の閉弁によりデフロスト回路６０が閉じられかつ電磁開閉弁６２の開弁により主冷媒配管２ａが開かれ、過冷却器４７の１次側から出た低沸点冷媒がクライオコイル５２内で蒸発し真空チャンバ１２０内を常温から超低温レベルに迅速に冷却する。
【００８８】
なお、本実施形態１では、第１乃至第４熱交換器２５，３１，３７，４３においてクライオコイル５２に向かう冷媒を１次側に、またクライオコイル５２から圧縮機２０に還流する冷媒を２次側に導入する構成としたが、これとは逆にクライオコイル５２に向かう冷媒を２次側に、またクライオコイル５２から圧縮機２０に還流する冷媒を１次側に導入する構成としてもよいのは勿論である。また、これらを個別に組み合わせた構成としてもよい。
【００８９】
また、本実施形態１では、膨張タンク６５内に第１〜第４のサブタンク６６〜６９を備えた構成について説明したが、少なくとも２つのサブタンクを備えた構成であればよい。ここで、冷凍装置１０を停止させて常温になると、ガス状態の混合冷媒により圧力が上昇するので、サブタンクの容量や個数を適切に設定してその圧力を抑えることができる容量を確保するのが好ましい。
【００９０】
＜実施形態２＞
図５は、本発明の実施形態２に係る膨張タンクの構成図である。前記実施形態１との違いは、膨張タンク６５内のサブタンクをそれぞれ並列に接続した点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００９１】
図５に示すように、前記膨張タンク６５は、メインタンク９６と、第１〜第３のサブタンク９７〜９９とを備えている。前記メインタンク９６の吸入ポート９６ａは、冷媒吸入管７４に接続される一方、吐出ポート９６ｂは、冷媒戻し管８２に接続されている。そして、冷媒吸入管７４の管路途中には、電磁開閉弁７６が接続されている。また、冷媒戻し管８２の管路途中にはキャピラリチューブ８４が接続されている。
【００９２】
前記第１〜第３のサブタンク９７〜９９は、冷媒吸入管７４から分岐して混合冷媒を吸入する分岐配管９１〜９３を介して、メインタンク９６とそれぞれ並列に接続されている。
【００９３】
具体的には、前記第１のサブタンク９７の吸入ポート９７ａは、分岐配管９１に接続されている。そして、分岐配管９１の管路途中には、第１の電磁開閉弁８５が接続されている。また、吐出ポート９７ｂは、冷媒流出管８８を介して冷媒戻し管８２に接続されている。
【００９４】
前記第２のサブタンク９８の吸入ポート９８ａは、第２の電磁開閉弁８６が接続された分岐配管９２に接続されている。また、吐出ポート９８ｂは、冷媒流出管８９を介して冷媒流出管８８と合流するように冷媒戻し管８２に接続されている。
【００９５】
前記第３のサブタンク９９の吸入ポート９９ａは、第３の電磁開閉弁８７が接続された分岐配管９３に接続されている。また、吐出ポート９９ｂは、冷媒流出管９０を介して、冷媒流出管８８，８９と合流するように冷媒戻し管８２に接続されている。
【００９６】
ここで、前記第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７の全てが開弁されると、分岐配管９１〜９３は連通状態になる。このとき、膨張タンク６５の総容量はメインタンク９６と、第１〜第３のサブタンク９７〜９９との合計容量となり、その総容量が最大となる。
【００９７】
そして、前記第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７のうち、何れか１つ又は２つが閉弁されると、その閉弁された第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７が接続されている分岐配管９１〜９３が非連通状態になる。このとき、膨張タンク６５の総容量はメインタンク９６と、連通状態の第１〜第３のサブタンク９７〜９９の何れかとの合計容量となる。
【００９８】
また、前記第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７の全てが閉弁されると、分岐配管９１〜９３は非連通状態となる。このとき、膨張タンク６５の総容量はメインタンク９６のみの容量となり、その総容量が最小となる。
【００９９】
次に、本実施形態２に係る膨張タンク６５を備えた冷凍装置１０の動作について説明する。まず、冷凍装置１０を起動させると、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７が開弁され、分岐配管９１〜９３は連通状態となって膨張タンク６５の総容量が最大に設定される。
【０１００】
そして、冷媒回路１から冷媒吸入管７４を流通してきたガス冷媒は、メインタンク９６に回収される一方、第１〜第３のサブタンク９７〜９９に分岐して回収される。その後、メインタンク９６に回収されたガス冷媒は、冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１０１】
また、第１〜第３のサブタンク９７〜９９に回収されたガス冷媒は、冷媒流出管８８〜９０を介してそれぞれ合流されて冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１０２】
そして、所定の時間が経過して、冷媒回路１の内部温度が低下すると、 第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７のうち、何れか１つ又は２つが閉弁されて、膨張タンク６５の総容量は冷凍装置１０の起動直後よりも小さく設定される。ここでは、第３の電磁開閉弁８７が閉弁されるものとして説明する。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、ガス冷媒はメインタンク９６と、第１及び第２のサブタンク９７，９８に分岐して回収される。その後、前述と同様にキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１０３】
さらに時間が経過して、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７の全てが閉弁されると、膨張タンク６５の総容量は最終的にメインタンク９６のみの容量となり最小に設定される。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、ガス冷媒はメインタンク９６にのみ回収される。その後、冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１０４】
このようにすると、冷媒回路１の内部温度に応じて膨張タンク６５の容量を変更することができるので、実施形態１と同様に圧縮機２０の吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンク６５に回収させることができる。
【０１０５】
さらに、第１〜第３のサブタンク９７〜９９はメインタンク９６とそれぞれ並列に接続されているので、第１〜第３の電磁開閉弁８５〜８７の開弁により、連通状態となった分岐配管９１〜９３を流通させてガス冷媒を直接回収させることができる。
【０１０６】
これにより、メインタンク９６が破損等した場合でも、第１〜第３のサブタンク９７〜９９の何れかを一時的にメインタンク９６の代わりに使用できるので、冷凍装置１０を停止させることなく連続して稼働させることができる。
【０１０７】
＜実施形態３＞
図６は、本発明の実施形態３に係る膨張タンクの構成図である。前記実施形態１との違いは、２つの膨張タンク６５，６５を並列に接続した点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【０１０８】
図６に示すように、２つの膨張タンク６５，６５は互いに並列に接続されている。ここで、各膨張タンク６５の構成は同じであるため、以下１つの膨張タンク６５の構成について説明する。
【０１０９】
前記膨張タンク６５は、連通配管７７を介して互いに直列に接続された第１及び第２のサブタンク６６，６７を備えている。そして、上流側に配設された前記第１のサブタンク６６の吸入ポート６６ａは、冷媒吸入管７４に接続される一方、吐出ポート６６ｂは、第１の電磁開閉弁８５が接続された連通配管７７を介して第２のサブタンク６７の吸入ポート６７ａに接続されるとともに、冷媒戻し管８２に接続されている。また、第２のサブタンク６７の吐出ポート６７ｂは、冷媒流出管８８を介して冷媒戻し管８２に接続されている。
【０１１０】
ここで、前記２つの膨張タンク６５の第１の電磁開閉弁８５が開弁されると、第１と第２のサブタンク６６，６７が連通状態になる。このとき、２つの膨張タンク６５の総容量は、各膨張タンク６５の第１と第２のサブタンク６６，６７の合計容量となり、その総容量が最大となる。
【０１１１】
そして、何れか一方の膨張タンク６５の第１の電磁開閉弁８５が閉弁されると、第１と第２のサブタンク６６，６７は非連通状態となる。このとき、２つの膨張タンク６５の総容量は、第１の電磁開閉弁８５が閉弁された膨張タンク６５の第１のサブタンク６６と、他方の膨張タンク６５の第１及び第２のサブタンク６６，６７との合計容量となる。
【０１１２】
さらに、他方の膨張タンク６５の第１の電磁開閉弁８５が閉弁されると、第１と第２のサブタンク６６，６７は非連通状態となる。このとき、２つの膨張タンク６５の総容量のは、各膨張タンク６５の第１のサブタンク６６のみの合計容量となり、その総容量が最小となる。
【０１１３】
次に、本実施形態３に係る膨張タンク６５を備えた冷凍装置１０の動作について説明する。まず、冷凍装置１０を起動させると、各膨張タンク６５の第１の電磁開閉弁８５が開弁され、第１と第２のサブタンク６６，６７が連通状態となって各膨張タンク６５の総容量が最大に設定される。
【０１１４】
そして、冷媒回路１から冷媒吸入管７４を流通してきたガス冷媒は、各膨張タンク６５の第１のサブタンク６６に回収される。その後、引き続きガス冷媒が第１のサブタンク６６に回収されて略満杯になると、回収されたガス冷媒の一部が連通配管７７を流通して第２のサブタンク６７に流入される一方、残りが冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１１５】
次に、第２のサブタンク６７に回収されたガス冷媒は、冷媒流出管８８を介して冷媒戻し管８２に流通し、キャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１１６】
そして、所定の時間が経過して、冷媒回路１の内部温度が低下すると、何れか一方の膨張タンク６５の第１の電磁開閉弁８５が閉弁されて、各膨張タンク６５の総容量は冷凍装置の起動直後よりも小さく設定される。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、ガス冷媒は第１の電磁開閉弁８５が閉弁された膨張タンク６５の第１のサブタンク６６に回収される一方、他方の膨張タンク６５の第１と第２のサブタンク６６，６７に回収される。その後、前述と同様に冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１１７】
さらに時間が経過して、他方の膨張タンク６５の第１の電磁開閉弁８５が閉弁されると、各膨張タンク６５の総容量は最終的に各膨張タンク６５の第１のサブタンク６６のみの合計容量となり最小に設定される。この状態において、圧力センサ８３により圧縮機２０の吐出圧力が一瞬上昇したことが検出されると、ガス冷媒は各膨張タンク６５の第１のサブタンク６６に回収される。その後、前述と同様に冷媒戻し管８２を流通してキャピラリチューブ８４で減圧されながら圧縮機２０の吸込側に戻される。
【０１１８】
このようにすると、冷媒回路１の内部温度に応じて膨張タンク６５の総容量を変更することができるので、実施形態１と同様に圧縮機２０の吐出圧力を低下させるために必要な量のみを膨張タンク６５に回収させることができる。
【０１１９】
さらに、各膨張タンク６５は、互いに並列に接続されているので、何れか一方が破損等した場合でも、他方のみを使用して冷凍装置１０を停止させることなく連続して稼働させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上説明したように、本発明は、冷媒回路内を循環する混合冷媒の流量の変動を抑制して、安定稼動させることができ、冷却器の冷却効果を得るまでの起動時間を短縮することができる冷凍装置を提供することが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】
【０１２１】
【図１】本発明の実施形態１に係る真空成膜装置の概略説明図である。
【図２】真空成膜装置の他の概略説明図である。
【図３】本実施形態１に係る冷凍装置の全体構成を示す冷媒系統図である。
【図４】本実施形態１に係る膨張タンクの構成図である。
【図５】本実施形態２に係る膨張タンクの構成図である。
【図６】本実施形態３に係る膨張タンクの構成図である。
【符号の説明】
【０１２２】
Ａ  真空成膜装置
１  冷媒回路
１０  冷凍装置
２０  圧縮機
２１  水冷コンデンサ（凝縮器）
２４  第１気液分離器
２５  第１熱交換器
３０  第２気液分離器
３１  第２熱交換器
３６  第３気液分離器
３７  第３熱交換器
４２  第４気液分離器
４３  第４熱交換器
５２  クライオコイル（冷却器）
６５  膨張タンク
６６〜６９  第１〜第４のサブタンク
７４  冷媒吸入管
７７  連結配管
８２  冷媒戻し管
８５〜８７  第１〜第３の電磁開閉弁（切替手段）
８８〜９０  冷媒流出管
９１〜９３  分岐配管
９６  メインタンク
９７〜９９  第１〜第３のサブタンク
【図１】
2009180442.tif 000003
【図２】
2009180442.tif 000004
【図３】
2009180442.tif 000005
【図４】
2009180442.tif 000006
【図５】
2009180442.tif 000007
【図６】
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