超低温冷冻装置及真空装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超低温冷冻装置，于使用混合沸点相互各异复数种冷媒的混合冷媒的超低温冷冻装置（Ｒ）中，为确保对于过冷却器（３１）的液体冷媒流量，增大低温盘管（３２）的冷却效率，对于设置了低温盘管（３２）及毛细管（２９）的主冷媒回路（３８）、上流端连接于上述主冷媒回路（３８）的上流端，设置了毛细管（２８）的副冷媒回路（３９），使副冷媒回路（３９）的高度位置低于主冷媒回路（３８）的高度位置。使自过冷却器（３１）一次一侧（３１ａ）喷出的气液混合状态冷媒流入副冷媒回路（３９）的流量比流入主冷媒回路（３８）的流量多，流向副冷媒回路（３９）的液体冷媒流量比流入主冷媒回路（３８）的流量增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术，关于一种为产生超低温冷量的超低温冷冻装置、冷冻系统及真空直ο
技术介绍
迄今为止，作为为产生-100°C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°c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)技术登录第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(专利技术所要解决的课题)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。 (2)其次，停止冷冻装置的通常运转，使压缩机喷出气体通过除霜回路提供 给冷却器进行冷却器的除霜的除霜运转时，如果在该除霜运转开始时没有由上述分油器除 去冷冻机油的话，就会产生冷冻机油流入除霜回路，提供给超低温状态的冷却器，在冷冻器 中凝固的问题。 (3)再次，如此若冷冻机油等提供给冷却器在冷却器中凝固的话，其后，即 便是于冷却器升温时冷冻机油通过冷却器，由自该冷却器流出的冷冻机油等于同等超低温 状态下提供给热交换器，于热交换器内冷冻机油也会凝固，为消除该冷冻机油等凝固需要 时间，产生除霜运转时间加长的问题。因此，为了解决这个冷冻机油等在冷却器中凝固的问题，从压缩机的喷出 一侧到冷凝器为止的之间考虑串联设置复数个油分离器。但是，这个方法中，由于混合冷媒 的流动阻抗产生了压力损失，又产生了冷却效率降低的另外的问题。 (4)还有，近年，为了提高冷冻装置的冷却能力，较多地使用于运转中及停 止中保持为气相状态的低沸点冷媒，为此，产生了缓冲罐容量不足的问题。W016]为解决如此的缓冲罐容量不足的问题，可以使用大容量的缓冲罐。但是，只是简单地加大缓冲罐容积，确保缓冲罐设置空间就又很困难。还有，沸点不同的冷媒各自的 比重不同，由缓冲罐将冷媒回流至冷媒回路的冷媒回流管的连接位置要达到完全循环的位 置是困难的。为此，冷冻装置内各部分支混合冷媒的成份比率与冷媒封入当初相比发生变 动，就有降低冷却性能的担忧。 (5)再有，上述超低温冷冻装置中，最好的是能够使冷却器在短时间内从常 温状态冷却至超低温状态，就可以提高真空装置的工作效率。在此，作为上述减压器使用毛 细管的情况下，缩短毛细管的整体长度减小管道的阻力，如此，就可以于短时间内冷却冷却 器至低温状态满足上述要求就成为可能。与此相反，加长毛细管的整体长度，可以将低沸点冷媒的蒸发温度冷却到 使冷媒降压至可充分达到的低压使冷却对象达到超低温水准。如此，于以前减压器回路构成中，将冷却器于短时间内冷却至超低温水准 是困难的。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述诸点而专利技术的。其第一目的是由对上述主冷却器和过冷 却器二次一侧适当地调整各冷媒的流量，安定且充分确保过冷却器的液体冷媒流量，增大 主冷却器冷却效率，针对负荷变动安定地冷却冷却对象，缩短冷却对象从常温冷却至低温 水平的冷却时间。本专利技术的第二目的是，如上述的设置了除霜回路超低温冷冻装置中，于不 损失冷却效率情况下确实进行冷冻机油的除去，使冷冻机油不提供给冷却器。本专利技术的第三目的是，如上述的设置了除霜回路超低温冷冻装置中，特别 是热交换器控制了冷冻机油等的凝固可得到除霜运转的效果。本专利技术的第四目的是，伴随着冷媒的低沸点化可实现缓冲罐的大容量化， 且可使缓冲罐内的气体冷媒有效地循环。本专利技术的第五目的是，于超低温冷冻装置中，不损失其冷却能力而短时间 地使冷却器冷却到超低温水准。(为解决课题的方法)为达成上述的目的，第一专利技术中，使流向主冷却器及过冷却器的液体冷媒 流量具有差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低温冷冻装置，其特征为：包括由冷媒回路连接的以下部分：压缩机，压缩混合沸点相互各异的复数种类冷媒的混合冷媒；冷凝器，冷却上述压缩机喷出的混合冷媒中高沸点冷媒至液化；复数级气液分离器，按照混合冷媒中自高沸点冷媒至低沸点冷媒的顺序分离由上述冷凝器液化了的混合冷媒为液体冷媒及气体冷媒；复数级分级热交换器，将上述各气液分离器分离了的气体冷媒，与由该各气液分离器分离后再由减压器减压了的液体冷媒的热交换进行冷却；和冷却器，具有蒸发自上述复数级中最后一级的分级热交换器喷出的且减压了的低沸点冷媒对冷却对象进行冷却至超低温水准，上述冷媒回路上，连接了防止上述压缩机喷出压力异常上升的复数个缓冲罐，上述复数个缓冲罐，是由至少包括一个第一缓冲罐，与位于比该第一缓冲罐更低位置的至少一个第二缓冲罐组成，上述第一及第二缓冲罐，由使气体冷媒于第一及第二缓冲罐之间流通的连通管相互连接，上述第二缓冲罐上连接着压缩机喷出一侧及吸入一侧的冷媒回路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高桥正幸，八木昌文，清水宽正，友泽章，池田昌彦，盐野真士，
申请(专利权)人：新明和工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]