JP4324934B2 - 自動回収機構付き冷却液循環装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱負荷に冷却液を循環的に供給するための冷却液循環装置に関するものであり、更に詳しくは、運転終了時や保守点検時等に熱負荷及び外部配管中に充満している冷却液を自動的に回収できるようにした自動回収機構付き冷却液循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の冷却液循環装置は、一般に、タンク内に温度調節された冷却液を収容し、この冷却液をポンプで熱負荷に循環的に供給することによって該熱負荷を冷却するように構成されており、熱負荷の冷却により昇温してタンクに還流してくる上記冷却液は、熱交換器において冷媒と熱交換することにより温度調節されるようになっている。
【０００３】
このような冷却液循環装置が例えば半導体の処理工程に用いられる場合は、上記冷却液として非常に高価な完全フッ素化液が使用されるため、その使用量が多いとイニシアルコストが高くなる。このため、できるだけ少量の冷却液を使用して熱負荷を効率よく冷却できるようにすることが望まれている。
【０００４】
また、上記熱負荷は通常、ユーザー側が用意する外部配管によって循環装置に接続されているが、この熱負荷の種類や熱容量、設置場所等は常に同じであるとは限らず、ユーザーによって様々に異なっている。このため、外部配管の長さや口径等も異なり、それらが大きい場合には該外部配管を含めた熱負荷の容積が大きくなり、循環装置の運転が始まってこの外部配管及び熱負荷に冷却液が供給されるとタンク内の液位がそれだけ大きく低下することになる。従って、タンクに収容する冷却液の量を単に減らしただけでは、タンク内の液位の低下によってポンプの運転に支障を来す場合がある。
【０００５】
一方、上記液循環装置の運転終了時や保守点検時等には、熱負荷及び外部配管中に充満している冷却液をタンクに全量回収することが望ましいが、これまでこのような熱負荷及び外部配管中の冷却液を簡単かつ効率よく自動回収することができる手段は提案されていない。また、このように冷却液を回収する場合、タンク内に運転状態で適正な液位となるような量の冷却液を入れておいた場合、冷却液の回収によってタンク内の液位が上昇して溢れ出すおそれがあるため、回収時に液位が上昇し過ぎないようにすることが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、少量の冷却液を使用して熱負荷を効率よく冷却することができると共に、熱負荷及び外部配管中の冷却液を簡単かつ効率よく自動回収することができ、しかも熱負荷への冷却液の循環時及び熱負荷からの冷却液の回収時にタンク内の液位が大きく変化することのない、経済的かつ合理的で取り扱いも容易な自動回収機構付き冷却液循環装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の冷却液循環装置は、温度管理された冷却液を収容するための密閉式タンク、上記タンクに送り管と戻り管とを介して接続された熱負荷、上記タンク内の冷却液を上記送り管及び戻り管を通じて熱負荷に循環的に供給するためのポンプ、底部で上記タンクの内部と連通する液位調整室、圧縮ガスを供給するための圧縮ガス供給源、上記圧縮ガス供給源と液位調整室とを結ぶ管路とこの管路中に接続された電磁弁とを有し、この電磁弁を切り換えて上記液位調整室に圧縮ガスを供給し又は排出することにより、冷却液を該液位調整室からタンク内に流出させ又はタンクから該液位調整室内に流入させてタンク内の冷却液の液位を調整する液位調整用ガス管路、上記圧縮ガス供給源と送り管とを結ぶ管路とこの管路中に接続された電磁弁とを有し、この電磁弁を切り換えて上記送り管へ圧縮ガスを供給することにより、該送り管と熱負荷及び戻り管の内部に滞留している冷却液を上記タンク内に還流させる回収用ガス管路、上記タンクの気相部に接続され、冷却液の液位調整時にこの気相部を外部に開放する電磁弁、上記タンク内に設けられて冷却液の液位を検出するレベルスイッチ、上記戻り管に接続されて該戻り管を流れる冷却液の流量を検出する流量計、上記ポンプ及び各電磁弁を制御する制御装置、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
上記液位調整室は、タンクの内部に冷却液収容スペースの一部を占有するように設置することが望ましく、また、この液位調整室の容積は、上記送り管と熱負荷及び戻り管中の冷却液を収容可能な大きさであることが望ましい。
【０００９】
上記構成を有する本発明の循環装置において、その運転開始によってタンク内の冷却液が送り管から熱負荷及び戻り管内に流入すると、該タンク内の冷却液の液位は低下し、逆に、運転終了後に上記送り管から熱負荷及び戻り管内に充満している冷却液がタンクに回収されると、該タンク内の冷却液の液位は上昇する。そこで、運転中は、液位調整室内に液位調整用ガス管路を通じて圧縮ガス供給源からの圧縮ガスを供給し、該液位調整室内の冷却液をタンク内に押し出すことにより、冷却液の減少分を補ってその液位をポンプの運転に支承のない高さに維持し、冷却液の回収時には、上記液位調整室内の圧縮ガスを排出して該液位調整室内にタンク内の冷却液の一部を流入させることにより、該タンク内の液位の上昇分を吸収させるようにする。これにより、少量の冷却液を使用して、運転開始時や回収時における液位の変化を液位調整室で吸収、調整させながら、効率よく熱負荷を冷却することができる。
【００１０】
また、上記冷却液の回収は、上記送り管へ回収用ガス管路を通じて圧縮ガスを供給し、この圧縮ガスで上記送り管から熱負荷及び戻り管の内部に滞留している冷却液を上記タンク内に圧送することにより行われる。
【００１１】
そして、上記液位調整用ガス管路及び回収用ガス管路に接続された電磁弁を制御装置で開閉制御して、上記液位の調整と冷却液の回収とを連動させて自動的に行わせることにより、熱負荷及び配管中の冷却液を簡単かつ効率よく自動回収することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る冷却液循環装置の好ましい一つの実施形態を概略的に示すもので、この冷却液循環装置Ａは、設定温度となるように温度管理された冷却液１を収容するための密閉式のタンク２を有している。上記冷却液１としては、例えば完全フッ素化液や純水あるいはエチレングリコールなどが使用される。
【００１３】
上記タンク２には、送り管４と戻り管５とを介して熱負荷３が接続されると共に、ポンプ６がその吐出口６ａを上記送り管４に連通させた状態で設けられ、このポンプ６で上記熱負荷３に送り管４及び戻り管５を通じてタンク２内の冷却液１を循環的に供給することにより、この冷却液１で熱負荷３を冷却するように構成されている。
【００１４】
熱負荷３の冷却により昇温してタンク２に還流する上記冷却液１は、該タンク２内に設けた熱交換器７において冷媒と熱交換することにより冷却され、設定温度となるように温度調節される。上記熱交換器７は冷凍回路８に接続され、この冷凍回路８から管路８ａを通じて上記冷媒が循環的に供給されるようになっているが、このような冷凍回路８を利用する冷却液１の温度調節システムは既に公知であるから、ここでのこれ以上の説明は省略する。また、上記熱交換器７による冷却によって冷却液１の温度が下がりすぎた場合には、タンク２内に設けたヒーターによって冷却液１が加熱昇温されるようにもなっているが、このようなヒーター手段も公知の技術であって、本発明の要旨とも直接関係がないため、その図示は省略されている。
【００１５】
上記送り管４及び戻り管５はそれぞれ、循環装置の内部に位置する内部送り管４ａ及び内部戻り管５ａと、これらの内部送り管４ａ及び内部戻り管５ａの端部の接続ポート１０に接続されて装置外に延びる外部送り管４ｂ及び外部戻り管５ｂとに分かれており、これらの外部送り管４ｂ及び外部戻り管５ｂに上記熱負荷３が接続されている。上記内部送り管４ａには、該内部送り管４ａからタンク２へと向かう冷却液１の逆流を防止するためのチェック弁１１が接続され、内部戻り管５ａには、タンク２へ還流する冷却液１の流量を測定するための流量計１２が接続されている。
【００１６】
また、上記タンク２の内部には、冷却液収容スペースの一部を占有するように液位調整室１５が設置されている。この液位調整室１５は、その底部すなわち下端部か又は下端部の近くに隙間や孔等からなる連通部１６を有していて、この連通部１６でタンク２の内部と連通している。この液位調整室１５の容積は、上記熱負荷３と送り管４及び戻り管５に充満している冷却液１の量と実質的に同じか又はそれよりやや多い量の冷却液を収容可能な大きさであり、また、上記タンク２の液位調整室１５分を除いた容積は、冷却液１の全量のうち上記熱負荷３及び配管中の冷却液を除いた残りの量の冷却液を若干の余裕をもって収容できるような大きさに形成されている。
【００１７】
上記液位調整室１５は、装置外に設けられた圧縮ガス供給源１８に、供給用ガス管路１９及び液位調整用ガス管路２０を通じて接続されている。この液位調整用ガス管路２０は、上記液位調整室１５に対して高圧の圧縮ガスを供給し又は排出して該液位調整室１５内の冷却液１をタンク２内に流出させたり又はタンク２内の冷却液１を該液位調整室１５内に流入させたりすることにより、タンク２内の冷却液１の液位を調整するためのもので、管路２０中に直列に接続された３ポート式の第１電磁弁Ｖ１と２ポート式の第２電磁弁Ｖ２とを有している。このうち第２電磁弁Ｖ２は、オフの切換状態のときに一方向の流れだけを止めて逆向きの流れは許容するチェック機能付きの電磁弁であって、この電磁弁Ｖ２が、オフの切換状態のときに圧縮ガス供給源１８から液位調整室１５に向かう圧縮ガスの流れを止めることができる向きに接続されている。
【００１８】
また上記供給用ガス管路１９中には、ガス圧力を一定に保つためのレギュレーター２４と、該ガス管路１９中の圧縮ガスを検出することによって循環装置が圧縮ガス供給源１８に接続されているか否かと、ガス圧力が上記レギュレーター２４で所要の圧力に調節されているか否かを確認する圧力スッチなどのセンサー２５，２６が接続されている。図中２７は、上記液位調整室１５内の冷却液１の有無を検出するための液位センサーで、上記液位調整用ガス管路２０とタンク２の底部に接続されたドレン管２８との間の管路２９中に接続されている。
【００１９】
一方、上記送り管４と圧縮ガス供給源１８との間には、該送り管４内へ圧縮ガスを供給することによって該送り管４と熱負荷３及び戻り管５内に滞留している冷却液を上記タンク２内に還流させる回収用ガス管路３１が接続されている。この回収用ガス管路３１は、内部送り管４ａに設けたチェック弁１１より下流側の位置と、上記供給用ガス管路１９に設けた圧力センサー２５，２６より下流側の位置との間に接続されていて、この管路３１中には、２ポート式の第４電磁弁Ｖ４と、送り管４側から供給用ガス管路１９側に向かうガスや冷却液の逆流を防止するチェック弁３３とが接続されている。上記第４電磁弁Ｖ４は、オフの切換状態のときに一方向の流れだけを止めて逆向きの流れは許容するチェック機能付きの電磁弁であって、この電磁弁が、オフの切換状態のときに圧縮ガス供給源１８から送り管４に向かう圧縮ガスの流れを止めることができる向きに接続されている。
【００２０】
また、上記タンク２には、冷却液１の液位を検出する複数のレベルスイッチ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが異なる高さに設けられると共に、内部圧力を検出するための圧力スイッチなどからなるセンサー３５が接続され、さらに、該タンク２の気相部には、冷却液１の液位調整時及び回収時に該タンク２の気相部を外部に開放するための第３電磁弁Ｖ３が接続されている。３７はタンク２の内部圧力が一定の大きさを越えた時にその圧力を外部にリリースする安全用のチェック弁である。上記第３電磁弁Ｖ３は、オフの切換状態のときに一方向の流れだけを止めて逆向きの流れは許容するチェック機能付きの電磁弁であって、この電磁弁が、オフの切換状態のとき、タンク２から外部に向かう排気の流れを止める向きに接続されている。
【００２１】
上記ポンプ６と各電磁弁Ｖ１〜Ｖ４、流量計１２、圧力センサー２５，２６，３５、レベルスイッチ３４ａ〜３４ｃ、及び液位センサー２７はそれぞれ、制御装置１３に接続されている。そして、この制御装置１３で各電磁弁を切換制御することにより、上記液位調整用ガス管路２０によるタンク２内の冷却液１の液位の調整と、上記回収用ガス管路３１による熱負荷３と送り管４及び戻り管５内にある冷却液１の回収とが行われるようになっている。
【００２２】
上記構成を有する循環装置において、その通常運転中にタンク２内の冷却液１は、図１に示すように、ポンプ６の吸込口６ｂから吸い込まれ、送り管４を通じて熱負荷３に供給されることによりこの熱負荷３を冷却したあと、戻り管５を通じてタンク２内に還流するといったように、タンク２と熱負荷３との間を循環している。このとき液位調整室１５内には、圧縮ガス供給源１８から液位調整用ガス管路２０を通じて高圧の圧縮ガスが供給された状態になっていて、その内部に充満しているため、この液位調整室１５内の冷却液１はほぼ全てがタンク２内に押し出された状態になっている。従ってタンク２内の冷却液１の液位は、ポンプ６の運転に支承がない高さにまで上昇している。上記圧縮ガスとしては、窒素ガスのような不活性のガスを使用することが望ましいが、空気であっても良い。
そして、熱負荷３の冷却により昇温してタンク２に還流する上記冷却液１は、熱交換器７において冷媒と熱交換することにより冷却され、設定温度となるように温度調節される。
【００２３】
また、上記回収用ガス管路３１においては、第４電磁弁Ｖ４がオフとなって供給用ガス管路１９から送り管４へ向かうガスの流れを遮断しているため、該送り管４へ圧縮ガスは供給されていない。
【００２４】
上記運転が終了すると循環装置は停止し、送り管４と熱負荷３及び戻り管５の内部に充満している冷却液１がタンク２に回収されるが、その回収は次のようにして自動的に行われる。すなわち、制御装置１３に設けた自動回収スタートボタンが押されると、先ず第３電磁弁Ｖ３がオンに切り換わってタンク２の気相部が外部に開放され、そのあと液位調整用ガス管路２０中の第１電磁弁Ｖ１と第２電磁弁Ｖ２とがオンに切り換わり、液位調整室１５が外部に開放される。このため図２Ａに示すように、タンク２内の冷却液１の一部が液位調整室１５内に流入して該タンク２内の液位は低下する。
【００２５】
続いて、図２Ｂに示すように、回収用ガス管路３１中の第４電磁弁Ｖ４がオンとなり、圧縮ガス供給源１８からの圧縮ガスがこの回収用ガス管路３１を通じて送り管４に供給されることにより、該送り管４と熱負荷３及び戻り管５の内部に残留している冷却液１はこの高圧のガスに圧送されてタンク２内に還流し、回収される。これによってタンク２内の液位は上昇し、それに伴って液位調整室１５内の液位も上昇する。なお、上記送り管４内に供給された圧縮ガスは、タンク２との間に設けられたチェック弁１１によってこの送り管４から直接タンク２内に向けて逆流するのが防止される。
【００２６】
そして、冷却液１の回収が進行し、図２Ｃに示す状態を経て図２Ｄに示す状態に達すると、上記戻り管５を通じて還流する冷却液がなくなったことを流量計１２が検知するか、あるいは、液位調整室１５内の冷却液１の液位が上限まで達したことを液位センサー２７が検知し、それらの検出信号が制御装置１３に送られる。そこで、何れかの検出信号により制御装置１３が作動して、先ず第１電磁弁Ｖ１と第２電磁弁Ｖ２とがオフに切り換えられて液位調整室１５が圧縮ガス供給源１８から遮断され、第３電磁弁Ｖ３がオフになってタンク２の気相部が外気から遮断されて回収作業が終了する。このとき、回収用ガス管路３１中の第４電磁弁Ｖ４も同時にオフにしても良い。
【００２７】
上記図２Ｄに示す洗浄液の回収終了後の状態は、図１の運転状態に比べ、液位調整室１５内にタンク２と同じ液位の冷却液１が収容されている点で相違する。すなわち、回収された冷却液１は、実質的にそれが上記液位調整室１５内に収容されたことになる。また、上記送り管４と熱負荷３及び戻り管５内には圧縮ガスが封じ込められている。
何らかの事情でタンク２内の圧力が異常上昇すると、安全用のチェック弁３７が開いて圧力をリリースする。
【００２８】
また、図２Ｄに示す回収終了状態から循環装置の運転を再び開始するときは、次のようにして冷却液１が熱負荷３に自動的に供給される。すなわち、運転開始前の装置の状態が正常であることが確認されたあと、液位調整用ガス管路２０中の第２電磁弁Ｖ２とタンク２の気相部に接続された第３電磁弁Ｖ３とがオンに切り換わり、図３Ａに示すように、液位調整室１５内に上記液位調整用ガス管路２０から圧縮ガスが供給される。このため、液位調整室１５内の冷却液１がタンク２内に徐々に押し出されて該タンク２内の液位がその分だけ上昇する。続いて、ポンプ６が起動し、図３Ｂに示すようにタンク２内の冷却液１が送り管４を通じて熱負荷３に供給され始める。このとき、熱負荷３への冷却液の供給と液位調整室１５からタンク２内への冷却液の押し出しとが同時に行われるため、該タンク２内の冷却液１の液位の低下は基本的には生じないが、上記供給量と押し出し量とが完全に同じでない場合にはその差に応じて液位は変動することになる。
【００２９】
冷却液が送り管４から熱負荷３及び戻り管５内に完全に充満し、液位調整室１５内の冷却液１の液位が下限位置まで低下したことを液位センサー２７が検知すると、図３Ｃに示すように、液位調整用ガス管路２０中の第２電磁弁Ｖ２がオフに切り換わると共に、第３電磁弁Ｖ３がオフに切り換わることにより、供給工程が終了して循環装置は通常の運転状態になる。従ってこの図３Ｃの状態は、実質的に図１の状態と同じである。
なお、冷却液回収後の保守・点検時に、熱負荷や配管中に残留している冷却液が別容器に回収されるなどしてタンク２内の冷却液１が減少した場合には、運転再開時に不足分の冷却液を適宜補充すれば良い。
【００３０】
また、循環装置が通常の運転状態にあるときに何らかの原因で上記液位調整室１５内に冷却液１が流入すると、液位センサー２７が作動して制御装置１３に信号を発し、第３電磁弁Ｖ３と第２電磁弁Ｖ２とが順次オンに切り換わり、液位調整室１５内に圧縮ガスが供給されることによって該液位調整室１５内の冷却液１がタンク２内に排出される。その排出が終了すると、上記第２電磁弁Ｖ２と第３電磁弁Ｖ３はオフに切り換わる。
【００３１】
かくして、液位調整室１５を備えたタンク２に少量の冷却液１を収容し、運転開始時や回収時における液位の変化をこの液位調整室１５で吸収、調整させながら、効率よく熱負荷３を冷却することができる。
また、上記冷却液１の回収は、上記送り管４へ回収用ガス管路３１を通じて圧縮ガスを供給し、この圧縮ガスで上記送り管４と熱負荷３及び戻り管５内に滞留している冷却液１を上記タンク２内に圧送することにより行うことができ、その際この冷却液１の回収と上記タンク２内の液位の調整とを、液位調整用ガス管路２０及び回収用ガス管路３１に接続された各電磁弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４を制御装置１３で開閉制御することによって連動的かつ自動的に行わせることにより、熱負荷３及び配管中の冷却液１を簡単かつ効率よく自動回収することができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、第２〜第４電磁弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４として、オフの切換状態のとき一方向の流れだけを止めて逆向きの流れは許容するチェック機能付きの電磁弁を使用しているが、これらの電磁弁に代えて、オフの切換状態のとき往復両方向の流れを止める通常の電磁弁を使用しても良い。
【００３３】
また、冷却液１の回収終了を、上記戻り管５内を還流する冷却液の有無か、あるいは液位調整室１５内の液位の変化によって検知するようにしているが、送り管４と熱負荷３及び戻り管５の内部に存在する冷却液の量とその回収速度との関係から回収に必要な時間を制御装置１３に設定し、その設定時間の経過によって回収終了を検知することもできる。
更に、上記液位調整室１５は、実施例ではタンク２の中に設けられているが、タンク２の外に設けて該タンク２と底部で連通させることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、少量の冷却液を使用して熱負荷を効率よく冷却することができると共に、熱負荷及び外部配管中の冷却液を簡単かつ効率よく自動回収することができ、しかも熱負荷への冷却液の循環時及び熱負荷からの冷却液の回収時にタンク内の液位が大きく変化することのない、経済的かつ合理的で取り扱いも容易な自動回収機構付き冷却液循環装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却液循環装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、冷却液が回収される過程を順番に説明するための説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、冷却液が供給される過程を順番に説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ａ 冷却液循環装置
１ 冷却液
２ タンク
３ 熱負荷
４ 送り管
５ 戻り管
６ ポンプ
１２ 流量計
１３ 制御装置
１５ 液位調整室
１８ 圧縮ガス供給源
２０ 液位調整用ガス管路
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 電磁弁
３１ 回収用ガス管路
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ レベルスイッチ

Claims (3)

1. 温度管理された冷却液を収容するための密閉式タンク、
   上記タンクに送り管と戻り管とを介して接続された熱負荷、
   上記タンク内の冷却液を上記送り管及び戻り管を通じて熱負荷に循環的に供給するためのポンプ、
   底部で上記タンクの内部と連通する液位調整室、
   圧縮ガスを供給するための圧縮ガス供給源、
   上記圧縮ガス供給源と液位調整室とを結ぶ管路と、この管路中に接続された電磁弁とを有し、該電磁弁を切り換えて上記液位調整室に圧縮ガスを供給し又は排出することにより、冷却液を該液位調整室からタンク内に流出させ又はタンクから該液位調整室内に流入させてタンク内の冷却液の液位を調整する液位調整用ガス管路、
   上記圧縮ガス供給源と送り管とを結ぶ管路と、この管路中に接続された電磁弁とを有し、該電磁弁を切り換えて上記送り管へ圧縮ガスを供給することにより、該送り管と熱負荷及び戻り管の内部に滞留している冷却液を上記タンク内に還流させる回収用ガス管路、
   上記タンクの気相部に接続され、冷却液の液位調整時にこの気相部を外部に開放する電磁弁、
   上記タンク内に設けられて冷却液の液位を検出するレベルスイッチ、
   上記戻り管に接続されて該戻り管を流れる冷却液の流量を検出する流量計、
   上記ポンプ及び各電磁弁を制御する制御装置、
   を有することを特徴とする自動回収機構付き冷却液循環装置。
2. 請求項１に記載の冷却液循環装置において、上記液位調整室が、タンクの内部に冷却液収容スペースの一部を占有するように設置されていることを特徴とするもの。
3. 請求項１又は２に記載の冷却液循環装置において、上記液位調整室の容積が、上記送り管と熱負荷及び戻り管中の冷却液を収容可能な大きさであることを特徴とするもの。

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