[发明专利]超低温冷冻装置及真空装置

说明书

本申请是针对2009年3月2日递交的发明名称为“超低温冷冻装置及真空装置”的分案申请200910118136.1的分案申请

技术领域

本发明，关于一种为产生超低温冷量的超低温冷冻装置、冷冻系统及真空装置。

背景技术

迄今为止，作为为产生-100℃以下的超低温冷量的冷冻系统，如专利文献1、2、3所示，混合沸点温度不同的复数种冷媒形成的非共沸点混合冷媒封入冷媒回路的混合冷媒方式超低温冷冻装置已为所知。该种超低温冷冻装置，如设置于衬底(晶片)等制造用真空成膜装置真空罐内的水分由冷冻去除从而提高真空水准。

该冷冻系统的冷媒回路，其基本构成为包括如：压缩机、冷凝器、复数级气液分离器、复数级的气液分离器、复数级的分级热交换器、复数个减压器及冷却器(蒸发器)。从上述压缩机喷出的混合冷媒中，主要是把高沸点冷媒由冷凝器冷凝后，在第一气液分离器分离液体冷媒和气体冷媒，将该气体冷媒在第一级分级热交换器的一次一侧，与上述分离后并减压后的液体冷媒热交换并冷却。还有，第二级以后的分级热交换器亦进行同样的热交换。也就是，各级的气液分离器中，分离由上一级分级热交换器冷凝的冷媒的气体冷媒和液体冷媒。该分离后的冷媒由减压器减压后，于对应的上述各级热交换器蒸发，由该蒸发热冷凝来自上述气液分离器的气体冷媒。并且，在复数级的分级热交换器上按照混合冷媒从高沸点到低沸点的顺序各自冷凝上述冷媒。再将从最后一级分级热交换器一次一侧流出的冷媒由毛细管等减压器减压后，将该冷媒在冷却器蒸发。由此，产生-100℃以下的超低温冷量，由此冷却部的冷量冷却欲冷却的物体，如捕捉真空罐中的水分。再有，将在此冷却器进行了冷却作用蒸发后的气体冷媒返回到最终一级的分级热交换器，然后在使其经过各级的分级热交换器二次一侧回到压缩机。

再有，上述减压器及冷却器设置了的主冷媒回路并列连接着副冷媒回路，在该副冷媒回路上设置了过冷却器用减压器。在上述冷凝器和冷却器之间，具有流淌从上述冷凝器喷出的冷媒的一次一侧，与该一次一侧的冷媒能够进行热交换的二次一侧的由热交换器形成的过冷却器，将一次一侧的冷媒与二次一侧的冷媒进行热交换使的冷却。另一方面，过冷却器用减压器，是为减压上述过冷却器与二次一侧热交换所提供的液体冷媒的器具。

还有，上述混合冷媒中，为防止压缩机内轴承等磨损混入冷冻机油，在压缩机喷出一侧到冷凝器之间，设置了从混合冷媒除去冷冻机油的分油器，防止由于冷冻机油提供给冷却器而凝固降低冷却效率。

再有，这种混合冷媒式超低温冷冻装置中，在其开始启动等时，因为低温沸点成份冷媒没有充分凝结，出现喷出压力上升超过冷冻装置的耐压情况。为此，另外设置缓冲罐，通过使这个缓冲罐与冷媒回路由包括当冷媒回路中的压力超过所规定的压力(如比设计耐压稍稍低一些的压力)时而动作的阀门的管线连接，使高压冷媒暂时进入缓冲罐，可以使降低了喷出压力的运行继续。

再有，专利文献4所示中，缓冲罐与压缩机吸入一侧由回流管连接，使缓冲罐内的冷媒循环。

还有，上述真空成膜装置中，是由冷却器(主冷却器)捕捉水分，在不成膜时停止冷冻装置的平常运转，冷却器的除霜就成为必要了。为此，对上述冷冻装置，将压缩机喷出口与冷却器用防冻回路连接，通过将压缩机喷出气体进行供给冷却器的防冻运转，进行冷却器的除霜。

(专利文献1)实用新型登录第2559220号公报

(专利文献2)特开平2-67855号公报

(专利文献3)特开平6-347112号公报

(专利文献4)特开平6-159831号公报

(发明所要解决的课题)

但是，上述以前的冷冻系统中，存在下述的问题。

(1)首先，如上所述在连接了过冷却器的冷冻系统中，通常设定为主冷却器和过冷却器二次一侧所流过冷媒的流量相互相同。

但是，通过主冷媒回路及副冷媒回路的分支部分流向主冷却器和过冷却器的二次一侧的冷媒并不全由液体冷媒构成，提供的是包含着一部分气体冷媒的气液混合状态冷媒。为此，如上所述流向主冷却器及过冷却器的冷媒流量设定为相互相等，尽管如此，流向过冷却器二次一侧的液体冷媒少的情况下，出现对其一次一侧气体冷媒的冷却不足，这就招致由过冷却器液化了的液体冷媒流量减少使主冷却器的冷却效率降低。其结果，就产生了由主冷却器冷却的冷却对象负荷变动，或者是无法安定地冷却该负荷变动的冷却对象，再或者是由主冷却器将冷却对象从常温冷却至超低温状态所需要的冷却时间加长的问题。