JP2006038386A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷が増大する前に、レシーバへ液冷媒を溜め込むことである。
【解決手段】冷媒回路（30）の蒸発器（35）で冷媒との熱交換によってブライン回路（20）のブラインが冷却される。冷媒回路（30）におけるレシーバ（33）と圧縮機（31）の吸入側との間には、ガス抜き弁（42）を有するガス抜き管（41）が設けられている。そして、蒸発器（35）におけるブラインの入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが低温側の所定値より低い場合、ガス抜き弁（42）を開いてレシーバ（33）内を減圧し、温度差Δが高温側の所定値より大きくなると、ガス抜き弁（42）を閉じてレシーバ（33）内の減圧を停止させる。これにより、冷却負荷が低下したときに、レシーバ（33）へ通常より多量の液冷媒が溜め込まれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却装置に関し、特に、被冷却物への高精度な温度制御対策に係るものである。

従来より、冷凍サイクルを利用し、空気やブラインなどの熱媒体を冷却して利用側へ供給する冷却装置が、いわゆるチリングユニットとして知られている（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、上記冷却装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されてなる冷媒回路を備えている。この冷媒回路では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。また、この冷媒回路の蒸発器には、熱媒体であるブラインが循環する利用側系統が接続されている。この利用側系統では、ブラインが蒸発器で冷媒と熱交換して冷却され、利用側である工作機械へ供給される。

上記冷却装置では、工作機械から蒸発器へ戻るブラインの温度に応じて冷媒回路の膨張弁を開度調整し、蒸発器へ流れる冷媒量を調節している。つまり、上記冷却装置では、利用側の負荷変動に応じて冷媒回路における冷媒循環量が変動し、蒸発器における冷却能力が制御される。

ところが、上記冷却装置において、冷媒回路に充填された一定の冷媒量のままでは利用側の負荷変動に応じて冷媒の過不足が生じてしまうので、所要の冷却能力を確保できなくなる。したがって、上記冷却装置においては、負荷変動に対応すべく余剰の冷媒量を貯留しておく手段が必要になる。そこで、この貯留手段としては、従来より知られているレシーバを用いることが考えられる。一般的に、このレシーバは凝縮器と膨張弁との間に設けられ、負荷が小さいときは過剰な冷媒がレシーバに貯留されて冷媒循環量が減少し、負荷が大きいときは不足分の冷媒がレシーバから流れて冷媒循環量が増大する。
特開２００２−１１５９２０号公報

しかしながら、上述した従来の冷却装置において、単にレシーバを設けるだけでは急激な負荷変動に対応できず、冷却能力の制御が安定しないという問題があった。この問題について、図４を参照しながら詳細に説明する。なお、本図は、上記冷却装置の冷媒回路にレシーバを設けて簡略的に示したものである。

この冷媒回路（100）は、圧縮機（101）、凝縮器（102）、レシーバ（103）、膨張弁（104）および蒸発器（105）が順次接続された閉回路に形成されている。そして、上記蒸発器（105）にはブラインが循環する利用側系統（110）が接続されている。この利用側系統（110）の戻り側には、ブラインの温度を検出する温度センサ（111）が設けられている。

先ず、温度センサ（111）の検出温度が変動しない、つまり利用側の負荷変動がない状態では、冷媒回路（100）において過不足のない適切な冷媒量が循環している（図４(ａ)の状態）。この状態から、温度センサ（111）の検出温度が低下した場合、つまり利用側の負荷が低下した場合、膨張弁（104）の開度を小さくして冷媒循環量を減少させる。これにより、凝縮器（102）では、一時的に凝縮した液冷媒が多量に生じ、その後徐々にレシーバ（103）へ流れ出す（図４(ｂ)の状態）。

さらに、この状態から、温度センサ（111）の検出温度が上昇した場合、つまり利用側の負荷が増大した場合、膨張弁（104）の開度を大きくして冷媒循環量を増大させる。ところが、膨張弁（104）を切り換えても直ぐには冷媒循環が安定しないので、それまでの間、レシーバ（103）内の液冷媒は膨張弁（104）により生じた高低圧差によって急速に蒸発器（105）へ流れ込むが、凝縮器（102）内の液冷媒は凝縮器（102）とレシーバ（103）との間に圧力差が殆ど生じないためにレシーバ（103）へゆっくり流れ込むことになる（図４(ｃ)の状態）。したがって、レシーバ（103）内の液冷媒が不足し、代わりにフラッシュガスが蒸発器（105）へ流れてしまうという恐れがあった。この結果、蒸発器（105）における冷却能力が低下し、制御が安定しないという問題があった。

上記問題の対応策として、負荷変動に伴う冷媒循環量の変動量に加え、急激な負荷増大時に必要な冷媒量を冷媒回路（100）内に充填しておくということが考えられるが、これでは通常状態においてレシーバ（103）で貯留しなければならない冷媒量が増大し、レシーバ（103）の容量が大きくなってコストアップに繋がってしまうという問題が生じる。

本発明は、斯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、レシーバの容量を増大させることなく、急激な負荷増大時において蒸発器に必要な液冷媒量を確保し、冷却能力の制御を安定させることである。

具体的に、第１の発明は、圧縮機（31）と凝縮器（32）とレシーバ（33）と膨張弁（34）と蒸発器（35）とが順に接続され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（30）を備え、上記蒸発器（35）で冷媒と利用側回路（20）の冷却液とを熱交換させて上記冷却液を冷却する冷却装置を前提としている。そして、上記蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが所定値より低くなると、上記レシーバ（33）内を減圧する減圧手段（40）が設けられている。

上記の発明では、冷媒回路（20）において、圧縮機（31）の吐出ガス冷媒が凝縮器（32）で凝縮して液冷媒となり、レシーバ（33）を介して膨張弁（34）で減圧された後、蒸発器（35）で蒸発してガス冷媒となり、再び圧縮機（31）へ戻る。また、上記膨張弁（34）は、蒸発器（35）における冷却負荷に応じて開度調節される。そして、上記利用側回路（20）では、蒸発器（35）で冷媒と熱交換して冷却されたブラインや冷却水などの冷却液が被冷却物（例えば、半導体製造装置）へ供給され、該被冷却物が一定温度に維持される。

ここで、上記蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが所定値より低くなると、被冷却物の冷却負荷が低下したとして、また半導体製造装置の稼動停止により無負荷になったとしてレシーバ（33）内が減圧されるので、凝縮器（32）や該凝縮器（32）およびレシーバ（33）間の液冷媒がレシーバ（33）へ流れ込んで溜め込まれる。つまり、上記レシーバ（33）には、通常より多量の液冷媒が貯留されることになる。

その後、上記冷媒回路（30）において、冷却負荷が増大した場合、膨張弁（34）の開度を急激に大きくすると、冷媒循環が安定するまでの間、レシーバ（33）より液冷媒が急速に蒸発器（35）へ流れ込む一方、凝縮器（32）側より液冷媒がほぼ通常の流速でレシーバ（33）へ流れ込むことになる。しかしながら、この時点では、レシーバ（33）に多量の液冷媒が貯留されているので、レシーバ（33）の液冷媒が不足してガス冷媒やフラッシュガスが蒸発器（35）へ流れることはない。したがって、上記蒸発器（35）における冷却能力の低下が防止される。さらに、この余剰分の液冷媒を予め装置の設置当初からレシーバ（33）に貯留させておく必要がないので、レシーバ（33）の容量アップが防止される。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記減圧手段（40）が、開閉弁（42）を有し、圧縮機（31）の吸入側とレシーバ（33）との間に接続されてガス冷媒が流通するガス抜き管（41）を備えている。一方、上記蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴに基づいて、減圧手段（40）の開閉弁（42）を開いてレシーバ（33）内を減圧する減圧運転と、減圧手段（40）の開閉弁（42）を閉じてレシーバ（33）内の減圧を停止した通常運転とに切り換える切換手段（52）が設けられている。

上記の発明では、冷却液の温度差ΔＴが低い場合、被冷却物の冷却負荷が低下したとして、開閉弁（42）が開状態となり、レシーバ（33）のガス冷媒がガス抜き管（41）を通じて圧縮機（31）へ吸入されることにより、レシーバ（33）内が減圧される。また、上記冷却液の温度差ΔＴが高い場合、被冷却物の冷却負荷が増大したとして、開閉弁（42）が閉状態となり、レシーバ（33）内の減圧が停止した状態になる。つまり、上記冷却液の温度差ΔＴに基づいて、減圧手段（40）の開閉弁（42）が開閉制御される。

また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記切換手段（52）は、蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが低温側の所定値より低い場合、上記減圧運転に切り換え、その後、上記温度差ΔＴが高温側の所定値より高くなると、上記通常運転に切り換えるように構成されている。

上記の発明では、冷却負荷が増大する前に、つまり冷却負荷が小さいときに、確実にレシーバ（33）へ多量の液冷媒が溜め込まれる。これにより、冷却負荷が増大した場合にレシーバ（33）の液冷媒不足による冷却能力の低下が確実に防止される。

また、第４の発明は、上記第３の発明において、上記切換手段（52）は、減圧運転に切り換えた後、蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが高温側の所定値以下で、且つ、減圧運転に切り換えてから所定時間が経過すると、通常運転に切り換えるように構成されている。

上記の発明では、温度差ΔＴが高温側の所定値以下であっても、レシーバ（33）には液冷媒が所定時間の間だけ溜め込まれるので、レシーバ（33）に適量の液冷媒が貯留される。これにより、液冷媒がレシーバ（33）に過剰に溜め込まれないので、冷媒回路（30）における冷媒の循環量不足が防止される。

また、第５の発明は、上記第２〜４の何れか１の発明において、上記減圧手段（40）のガス抜き管（41）に接続され、該ガス抜き管（41）のガス冷媒と凝縮器（32）より流れる液冷媒とが熱交換して液冷媒が過冷却される過冷却熱交換器（44）が凝縮器（32）とレシーバ（33）との間に設けられている。

上記の発明では、減圧運転時において、過冷却状態の液冷媒、すなわちエンタルピの増大した液冷媒がレシーバ（33）へ溜め込まれることになる。これにより、通常運転時において、蒸発器（35）で必要な冷媒量は少なくてすむので、レシーバ（33）より流れ出る液冷媒量が減少する。したがって、減圧運転時にレシーバ（33）へ溜め込む液冷媒量を減らすことができるので、レシーバ（33）の容量が小さくなる。

したがって、第１の発明によれば、蒸発器（35）の入口と出口の冷却液の温度差ΔＴが所定値より低くなると、レシーバ（33）内を減圧する減圧手段（40）を設けるようにしたので、被冷却物の冷却負荷が低下したとき、また無負荷となったときにレシーバ（33）に通常より多量の液冷媒を溜め込むことができる。これにより、温度差ΔＴが高くなった際、すなわち冷却負荷が大きくなった際に、レシーバ（33）から蒸発器（35）へ液冷媒が急激に流れ込んでも、レシーバ（33）の液冷媒が不足することはない。したがって、蒸発器（35）へフラッシュガスやガス冷媒が流れ込んで、冷却能力が低下するのを防止することができる。さらに、設置当初から予めレシーバ（33）に余分な冷媒を貯留させておく必要がないため、レシーバ（33）の容量を大きくしなくてもすむ。この結果、装置のコンパクト化を図ることができる。

また、第２の発明によれば、減圧手段（40）は、開閉弁（42）を有するガス抜き管（41）を備えるようにしたので、開閉弁（42）を開状態とするだけで、圧縮機（31）によってレシーバ（33）のガス冷媒が吸入されてレシーバ（33）内を容易に減圧することができる。

また、上記温度差ΔＴに基づいて、開閉弁（42）を開いてレシーバ（33）内を減圧する減圧運転と、開閉弁（42）を閉じてレシーバ（33）内の減圧を停止する通常運転とに切り換えるようにしたので、確実に冷却負荷が小さいときに、レシーバ（33）へ液冷媒を溜め込むことができる。

特に、第３の発明によれば、温度差ΔＴが低温側の所定値より低い場合、減圧運転に切り換え、その後温度差ΔＴが高温側の所定値より大きくなると通常運転に切り換えるようにしたので、冷却負荷が大きくなる前に、確実にレシーバ（33）へ液冷媒を多量に溜めておくことができる。

さらに、第４の発明によれば、減圧運転において、温度差ΔＴが高温側の所定値以下であっても、減圧運転時間が所定時間に達すると、通常運転に切り換えるようにしたので、液冷媒がレシーバ（33）に過剰に溜め込まれるのを防止することができる。これにより、冷媒回路（30）において冷媒循環量が不足することはなくなるので、冷却能力の低下を防止することができる。

また、第５の発明によれば、凝縮器（32）から流れる液冷媒がガス抜き管（41）のガス冷媒と熱交換して過冷却される過冷却熱交換器（44）を設けるようにしたため、減圧運転において、レシーバ（33）に過冷却されて冷却能力が増大した液冷媒を溜め込むことができる。したがって、通常運転において、レシーバ（33）より蒸発器（35）へ供給する液冷媒量を減少させることができるので、減圧運転時にレシーバ（33）へ溜め込む液冷媒量が少なくてすむ。この結果、レシーバ（33）の容量を小さくすることができ、装置のコンパクト化を一層図ることができる。

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。

《発明の実施形態１》
本実施形態の冷却装置（10）は、冷却したブラインを被冷却物である半導体製造装置に供給し、この半導体製造装置の温度を一定に保持する、いわゆるチリングユニットである。図１に示すように、この冷却装置（10）は、利用側回路であるブライン回路（20）と熱源側回路である冷媒回路（30）とを備えている。

上記冷媒回路（30）は、圧縮機（31）、凝縮器（32）、レシーバ（33）、膨張機構である膨張弁（34）および蒸発器（35）が順に配管接続されて閉回路に形成されている。この冷媒回路（30）は、充填された冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うように構成されている。

上記圧縮機（31）は、例えば、全密閉型の高圧ドーム型スクロール圧縮機で構成されている。この圧縮機（31）は、電動機がインバータ制御されて容量が段階的又は連続的に可変となる可変容量型圧縮機である。

上記凝縮器（32）は、いわゆるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。この凝縮器（32）は、圧縮機（31）で圧縮された高温高圧のガス冷媒が流れ、図示しないファンによって取り込まれた空気と熱交換して凝縮する空冷式の熱交換器に構成されている。なお、上記凝縮器（32）は、これに限らず、ガス冷媒が冷却水と熱交換して凝縮する水冷式の熱交換器に構成されていてもよい。

上記膨張弁（34）は、開度が調整自在に構成されている。そして、この膨張弁（34）は、開度調整によって蒸発器（35）への冷媒供給量を調節することにより、冷却能力を制御している。

上記蒸発器（35）は、いわゆるプレート式熱交換器により構成されている。この蒸発器（35）には、共に図示しない、膨張弁（34）で減圧された冷媒が流れる冷媒通路とブラインが流れるブライン通路とが形成されている。そして、この蒸発器（35）は、冷媒通路の冷媒がブライン通路のブラインと熱交換して蒸発し、ブラインを冷却する冷却熱交換器を構成している。

また、上記冷媒回路（30）には、ホットガスバイパス管（37）が設けられている。このホットガスバイパス管（37）は、一端が圧縮機（31）の吐出側と凝縮器（32）との間に接続され、他端が圧縮機（31）の吸入側と蒸発器（35）との間に接続されている。そして、上記ホットガスバイパス管（37）には、上述の膨張弁により構成されたホットガス弁（36）が設けられている。

上記ブライン回路（20）は、蒸発器（35）のブライン通路に接続されている。このブライン回路（20）は、被冷却物と蒸発器（35）との間で冷却液としてのブラインが循環するように構成されている。つまり、上記ブライン回路（20）では、ブラインが蒸発器（35）へ流れて冷却された後、被冷却物へ供給されて被冷却物を冷却し、再び蒸発器（35）へ戻る循環を繰り返す。また、上記ブライン回路（20）には、ブラインの温度検出手段としての入口温度センサ（21）および出口温度センサ（22）が設けられている。上記入口温度センサ（21）は蒸発器（35）へ流入するブラインの温度を検出し、出口温度センサ（22）は蒸発器（35）より流出するブラインの温度を検出している。

上記冷媒回路（30）には、減圧手段（40）が設けられている。この減圧手段（40）は、圧縮機（31）の吸入側とレシーバ（33）との間に接続されるガス抜き管（41）を備えている。このガス抜き管（41）は、開閉弁であるガス抜き弁（42）と、該ガス抜き弁（42）より圧縮機（31）側に設けられる膨張機構としてのキャピラリチューブ（43）とを有している。上記減圧手段（40）は、ガス抜き弁（42）が開状態になると、レシーバ（33）のガス冷媒がガス抜き管（41）を通って圧縮機（31）へ吸入されることにより、レシーバ（33）内を減圧するように構成されている。そして、上記減圧手段（40）は、レシーバ（33）内を減圧することにより、凝縮器（32）側からレシーバ（33）へ液冷媒を強制的に吸い込ませて溜め込むように構成されている。

上記冷却装置（10）は、コントローラ（50）を備えている。このコントローラ（50）には、入力部（51）、切換部（52）およびタイマ（53）が設けられている。

上記入力部（51）は、ブライン回路（20）の入口温度センサ（21）および出口温度センサ（22）のそれぞれの検出温度である入口温度（Tin）および出口温度（Tout）が常時入力される。そして、上記入力部（51）は、入力された入口温度（Tin）から出口温度（Tout）を引いた値、すなわち両検出温度の温度差ΔＴを算出するように構成されている。この算出した温度差ΔＴは、切換部（52）に入力される。

上記切換部（52）は、入力された温度差ΔＴが予め設定した低温側の所定値（t1）より低いか否かを判定し、所定値（t1）より低い場合、ガス抜き管（41）のガス抜き弁（42）を開いてレシーバ（33）内を減圧する減圧運転に切り換えるように構成されている。また、上記切換部（52）は、減圧運転において、入力された温度差ΔＴが予め設定された高温側の所定値（t2）より高いか否かを判定し、所定値（t2）より高いと、ガス抜き管（41）のガス抜き弁（42）を閉じてレシーバ（33）内の減圧を停止する通常運転に切り換えるように構成されている。すなわち、上記切換部（52）は、温度差ΔＴに基づいてガス抜き弁（42）の開閉を行うことにより、減圧運転と通常運転とに切り換える切換手段を構成している。なお、本実施形態では、低温側の所定値（t1）が１℃に、高温側の所定値（t2）が３℃にそれぞれ設定されており、これら所定値（t1,t2）は、適宜、変更可能である。

ここで、上記温度差ΔＴが低温側の所定値（t1）より低いと、被冷却物の冷却負荷が小さいことを表し、温度差ΔＴが高温側の所定値（t2）より高くなると、冷却負荷が増大したことを表している。つまり、上記冷却装置（10）では、冷却負荷が小さくなると、レシーバ（33）内が減圧されて凝縮器（32）側から液冷媒がレシーバ（33）へ通常より大量に流れ込んで溜め込まれることになる。

上記タイマ（53）は、減圧運転に切り換えてからの経過時間を計測し、その経過時間を切換部（52）に入力するように構成されている。上記切換部（52）は、減圧運転において、入力された経過時間が予め設定された所定時間に達すると、入力部（51）の温度差ΔＴが高温側の所定値（t2）以下であっても、通常運転に切り換えるように構成されている。これにより、減圧運転が長時間に亘って継続された場合でも、適量の液冷媒をレシーバ（33）に溜め込むことができる。なお、本実施形態では、上記所定時間が３分に設定されており、この所定時間は、適宜、変更可能である。

−運転動作−
次に、本実施形態の冷却装置（10）の運転動作について説明する。

この冷却装置（10）の運転時には、ホットガス弁（36）が閉状態に、膨張弁（34）が所定開度に設定されている。そして、この冷却装置（10）は、減圧手段（40）のガス抜き弁（42）が閉状態に設定されて通常運転が行われる。この状態で、圧縮機（31）を駆動すると、冷媒回路（30）内を冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。一方、上記ブライン回路（20）では、ブラインが蒸発器（35）と半導体製造装置（被冷却物）との間を循環する。ここで、半導体製造装置は通常の稼動状態である。

具体的に、上記冷媒回路（30）では、圧縮機（31）から吐出されたガス冷媒が凝縮器（32）へ流れ、ファンによって取り込まれた空気と熱交換して凝縮する。この凝縮した液冷媒は、レシーバ（33）を経た後、膨張弁（34）で減圧される。この減圧された液冷媒は、蒸発器（35）へ流れ、ブライン回路（20）のブラインと熱交換して蒸発し、ブラインが冷却される。上記蒸発器（35）で蒸発したガス冷媒は、再び圧縮機（31）へ戻って吐出され、この循環を繰り返す。

一方、上記ブライン回路（20）では、蒸発器（35）で冷却されたブラインが被冷却物へ供給される。このブラインは、被冷却物に冷熱を供給して加熱され、被冷却物が所定温度に維持される。被冷却物で加熱されたブラインは、再び蒸発器（35）へ流れて冷却され、この循環を繰り返す。そして、この運転の間に亘って、入口温度センサ（21）の検出した入口温度（Tin）と、出口温度センサ（22）の検出した出口温度（Tout）とがコントローラ（50）の入力部（51）へ入力され、入口温度（Tin）から出口温度（Tout）を引いた温度差ΔＴが算出される。

次に、上述した通常運転時における減圧手段（40）の制御方法について、図２を参照しながら説明する。

先ず、制御がスタートすると、ステップＳＴ１において、コントローラ（50）の切換部（52）が入力部（51）より入力された温度差ΔＴが１℃より低いか否かを判定し、１℃より低い場合、ステップＳＴ２へ移る。一方、上記切換部（52）において、温度差ΔＴが１℃以上である場合は、ステップＳＴ１で待機する。また、温度差ΔＴが１℃より低い場合、冷却負荷が減少したとして、膨張弁（34）の開度が小さく設定される。

上記ステップＳＴ２では、切換部（52）により減圧手段（40）のガス抜き弁（42）を開いて減圧運転に切り換えられる。これにより、レシーバ（33）内が減圧され、凝縮器（32）や該凝縮器（32）およびレシーバ（33）間の液冷媒がレシーバ（33）へ強制的に溜め込まれる。そして、この切換部（52）が減圧運転に切り換えると、ステップＳＴ３へ移る。

このステップＳＴ３では、切換部（52）が入力部（51）より入力された温度差ΔＴが３℃より高いか否かを判定し、３℃より高い場合、ステップＳＴ４へ移る。このステップＳＴ４では、切換部（52）により減圧手段（40）のガス抜き弁（42）を閉じて通常運転に切り換えられる。その際、冷却負荷が増大したとして、膨張弁（34）の開度が大きく設定される。

ここで、膨張弁（34）の開度が大きくなると、冷媒循環が安定するまでの間、レシーバ（33）の液冷媒が急速に蒸発器（35）へ流れる一方、凝縮器（32）の液冷媒は殆ど通常速度でレシーバ（33）へ流れ込む。ところが、上記レシーバ（33）には減圧運転によって通常より多量の液冷媒が溜め込まれているので、レシーバ（33）の液冷媒が不足することはない。したがって、上記蒸発器（35）へフラッシュガスやガス冷媒が流れることはないので、蒸発器（35）における冷却能力の低下を防止することができる。

また、上記ステップＳＴ３において、温度差ΔＴが３℃以下であると判定した場合は、ステップＳＴ５へ移る。このステップＳＴ５では、タイマ（53）より入力された減圧運転の経過時間が３分に到達したか否かを判定し、到達していない場合、ステップＳＴ３へ戻り、到達している場合、ステップＳＴ４へ移り、通常運転に切り換えられる。これにより、冷却負荷が減少した状態が長時間に亘って継続した場合でも、レシーバ（33）に液冷媒が過剰に溜め込まれないため、冷媒回路（30）における冷媒循環量が不足状態になるのを回避することができる。この結果、冷却能力の低下を防止することができる。そして、上記ステップＳＴ４において、通常運転に切り換えられた後は、スタートに戻って再びこの制御を繰り返す。

−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態１によれば、上記蒸発器（35）におけるブラインの入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが所定値より低くなると、レシーバ（33）内を減圧する減圧手段（40）を設けるようにしたので、冷却負荷が小さいときにレシーバ（33）に通常より多量の液冷媒を溜め込むことができる。これにより、温度差ΔＴが高くなった際、すなわち冷却負荷が大きくなった際に、レシーバ（33）から蒸発器（35）へ液冷媒が急激に流れ込んでも、レシーバ（33）の液冷媒が不足することはない。したがって、上記蒸発器（35）へフラッシュガスやガス冷媒が流れ込んで、冷却能力が低下するのを防止することができる。

さらに、設置当初から予めレシーバ（33）に余分な冷媒を貯留させておく必要がないため、レシーバ（33）の容量を大きくしなくてもすむ。したがって、装置のコンパクト化を図ることができる。

また、上記減圧手段（40）は、ガス抜き弁（42）を有するガス抜き管（41）を備えるようにしたので、ガス抜き弁（42）を開状態とするだけで、圧縮機（31）によってレシーバ（33）のガス冷媒が吸入されてレシーバ（33）内を容易に減圧することができる。

また、上記温度差ΔＴに基づいて、ガス抜き弁（42）を開いてレシーバ（33）内を減圧する減圧運転と、ガス抜き弁（42）を閉じてレシーバ（33）内の減圧を停止する通常運転とに切り換えるようにしたので、確実に冷却負荷が小さいときに、レシーバ（33）へ液冷媒を溜め込むことができる。

特に、上記温度差ΔＴが低温側の所定値（t1）より低い場合、減圧運転に切り換え、その後温度差ΔＴが高温側の所定値（t2）より大きくなると通常運転に切り換えるようにしたので、確実に冷却負荷が大きくなる前に、レシーバ（33）へ液冷媒を多量に溜めておくことができる。

さらに、上記減圧運転において、温度差ΔＴが高温側の所定値（t2）以下であっても、減圧運転時間が所定時間に達すると、通常運転に切り換えるようにしたので、液冷媒がレシーバ（33）に過剰に溜め込まれるのを防止することができる。これにより、冷媒回路（30）において冷媒循環量が不足することはなくなるので、冷却能力の低下を防止することができる。

《発明の実施形態２》
本実施形態２の冷却装置（10）は、図３に示すように、上記実施形態１の冷媒回路（30）における凝縮器（32）とレシーバ（33）との間に過冷却熱交換器（44）を設けるようにしたものである。この過冷却熱交換器（44）は、減圧手段（40）のガス抜き管（41）が接続され、キャピラリチューブ（43）の下流に位置している。

上記過冷却熱交換器（44）は、いわゆるプレート式熱交換器であり、凝縮器（32）より流れる液冷媒とガス抜き管（41）におけるキャピラリチューブ（43）によって減圧されたガス冷媒とが熱交換し、液冷媒が過冷却されるように構成されている。つまり、上記冷却装置（10）では、ガス抜き弁（42）が開状態となる減圧運転時に、過冷却熱交換器（44）で液冷媒が過冷却されることになる。

このように、減圧運転において、レシーバ（33）へ溜め込まれる液冷媒は、過冷却されてエンタルピが増大したものとなり、冷却能力が増大する。これにより、通常運転時に蒸発器（35）で必要な冷媒量が減少するので、つまりレシーバ（33）より流れ出る液冷媒量が減少するので、減圧運転時にレシーバ（33）へ溜め込む液冷媒量を減らすことができる。この結果、レシーバ（33）の容量を小さくすることができる。その他の構成、作用および効果は、実施形態１と同様である。

《発明の実施形態３》
本実施形態３の冷却装置（10）は、上記実施形態１における減圧手段（40）の制御が半導体製造装置が常時稼動している場合のものであったのに代えて、半導体製造装置が稼動停止してから再稼働する場合の制御としたものである。つまり、上記実施形態１における温度差ΔＴが低温側の所定値（t1）より低いと、半導体製造装置が稼動停止したこととし、その後温度差ΔＴが高温側の所定値（t2）より高くなると、半導体製造装置が再稼働したこととして、減圧手段（40）の制御を行うものである。

具体的に、上記制御フローのステップＳＴ１において、温度差ΔＴが１℃より低い場合、ステップＳＴ２へ移って減圧運転に切り換えられる。その際、本実施形態では、上記膨張弁（34）が全閉状態またはほぼ全閉状態に設定されると共に、ホットガスバイパス管（37）のホットガス弁（36）が開状態に設定される。このホットガス弁（36）は、圧縮機（31）より吐出されたガス冷媒の殆ど（例えば、約９５％）がホットガスバイパス管（37）へ流れ、残りが凝縮器（32）へ流れるように開度調節される。これは、いわゆる無負荷時の運転であり、蒸発器（35）へ冷媒を殆ど流すことなく、レシーバ（33）へ液冷媒を溜め込むように行っている。

その後、上記ステップＳＴ３において、温度差ΔＴが３℃より高くなると、通常運転に切り換えられる。その際、上記膨張弁（34）は通常開度に設定されると共に、ホットガスバイパス管（37）のホットガス弁（36）は全閉状態に設定される。この場合も、膨張弁（34）が急激に開いてレシーバ（33）の液冷媒が蒸発器（35）へ急速に流れ込むが、レシーバ（33）には多量の液冷媒が溜め込まれているので、液冷媒が不足することはない。このように、本実施形態は、半導体製造装置が稼動停止から再稼働する際の急激な冷却負荷の増大に備えてレシーバ（33）への液冷媒の溜め込みを行っている。その他の構成、作用および効果は、実施形態１と同様である。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記各実施形態では、被冷却物へブラインを供給するブライン回路（20）に代えて、純水を供給する純水回路としてもよい。

また、上記冷媒回路（30）の凝縮器（32）を冷媒と空気とを熱交換させる空冷式の熱交換器で構成するようにしたが、冷却水回路が接続されて冷媒と冷却水とが熱交換する水冷式の熱交換器で構成するようにしてもよい。

また、上記実施形態１における減圧手段（40）の制御に、実施形態３の半導体製造装置が稼動停止してから再稼働する場合の制御を加えるようにしてもよい。その場合、低温側の所定値（t1）として、装置の稼働中における冷却負荷の低下を表す所定値と、装置の稼動停止による冷却負荷の低下を表す所定値の２種類設ける必要がある。

以上説明したように、本発明は、冷媒回路を用いて冷却したブラインや純水を利用側へ供給する冷却装置として有用である。

実施形態１に係る冷却装置の全体構成を示す配管系統図である。 冷却装置の制御を示すフローチャート図である。 実施形態２に係る冷却装置の全体構成を示す配管系統図である。 従来の冷却装置における冷媒回路の冷媒循環について説明するための回路図である。

符号の説明

10 冷却装置
20 ブライン回路（利用側回路）
30 冷媒回路
31 圧縮機
32 凝縮器
33 レシーバ
34 膨張弁（膨張機構）
35 蒸発器
40 減圧手段
41 ガス抜き管
42 ガス抜き弁（開閉弁）
44 過冷却熱交換器
52 切換部（切換手段）

Claims (5)

1. 圧縮機（31）と凝縮器（32）とレシーバ（33）と膨張弁（34）と蒸発器（35）とが順に接続され、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（30）を備え、
   上記蒸発器（35）で冷媒と利用側回路（20）の冷却液とを熱交換させて上記冷却液を冷却する冷却装置であって、
   上記蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが所定値より低くなると、上記レシーバ（33）内を減圧する減圧手段（40）が設けられている
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１において、
   上記減圧手段（40）は、開閉弁（42）を有し、圧縮機（31）の吸入側とレシーバ（33）との間に接続されてガス冷媒が流通するガス抜き管（41）を備える一方、
   上記蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴに基づいて、減圧手段（40）の開閉弁（42）を開いてレシーバ（33）内を減圧する減圧運転と、減圧手段（40）の開閉弁（42）を閉じてレシーバ（33）内の減圧を停止した通常運転とに切り換える切換手段（52）が設けられている
   ことを特徴とする冷却装置。
3. 請求項２において、
   上記切換手段（52）は、蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが低温側の所定値より低い場合、上記減圧運転に切り換え、その後、上記温度差ΔＴが高温側の所定値より高くなると、上記通常運転に切り換えるように構成されている
   ことを特徴とする冷却装置。
4. 請求項３において、
   上記切換手段（52）は、減圧運転に切り換えた後、蒸発器（35）における冷却液の入口温度（Tin）と出口温度（Tout）の温度差ΔＴが高温側の所定値以下で、且つ、減圧運転に切り換えてから所定時間が経過すると、通常運転に切り換えるように構成されている
   ことを特徴とする冷却装置。
5. 請求項２〜４の何れか１項において、
   上記減圧手段（40）のガス抜き管（41）に接続され、該ガス抜き管（41）のガス冷媒と凝縮器（32）より流れる液冷媒とが熱交換して液冷媒が過冷却される過冷却熱交換器（44）が凝縮器（32）とレシーバ（33）との間に設けられている
   ことを特徴とする冷却装置。

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