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公開番号2025088952
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2023203816
出願日2023-12-01
発明の名称温度制御装置
出願人株式会社ディスコ
代理人弁理士法人愛宕綜合特許事務所
主分類F25B 1/00 20060101AFI20250605BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】液圧縮を防止しつつ、成績係数および冷却効率を高めることができる温度制御装置を提供する。
【解決手段】温度制御装置2は、圧縮機4と、圧縮機4からCO₂冷媒が流出する側に配設された第一の圧力センサー6と、圧縮機4にCO₂冷媒が流入する側に配設された第二の圧力センサー8と、圧縮機4から流出するCO₂冷媒を第一の順路10および第二の順路12に分岐する分岐部14と、制御手段16とを備える。第一の順路10は、第一のCO₂冷媒制御弁18と、第一の熱交換器20と、第一の内部熱交換器22と、可変膨張弁24と、第二の内部熱交換器26と、第二の熱交換器と28、第一の補助経路30と、第一の戻り経路32とを備える。第二の順路12は、第二のCO₂冷媒制御弁58と、第二の熱交換器28と、第二の内部熱交換器26と、可変膨張弁24と、第一の内部熱交換器22と、第一の熱交換器20と、第二の補助経路60と、第二の戻り経路62とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
機能水を冷却または加熱して機能水の温度をコントロールする温度制御装置であって、
ＣＯ
２
冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機からＣＯ
２
冷媒が流出する側に配設された第一の圧力センサーと、
該圧縮機にＣＯ
２
冷媒が流入する側に配設された第二の圧力センサーと、
該圧縮機から流出するＣＯ
２
冷媒を第一の順路および第二の順路に分岐する分岐部と、
制御手段と、を備え、
該第一の順路は、
ＣＯ
２
冷媒の流量を調整する第一のＣＯ
２
冷媒制御弁と、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁を通過したＣＯ
２
冷媒から機能水に熱を与える第一の熱交換器と、
該第一の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる第一の内部熱交換器と、
該第一の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を膨張させる可変膨張弁と、
該可変膨張弁を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる第二の内部熱交換器と、
該第二の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒が工業用水から熱を奪う第二の熱交換器と、
該第二の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を該第一の内部熱交換器に導き該第一の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒から熱を奪い該第二の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒に残留する液体のＣＯ
２
冷媒を気化させる第一の補助経路と、
該第一の補助経路からＣＯ
２
冷媒を該圧縮機に導く第一の戻り経路と、を備え、
該第二の順路は、
ＣＯ
２
冷媒の流量を調整する第二のＣＯ
２
冷媒制御弁と、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁を通過したＣＯ
２
冷媒から工業用水に熱を与える前記第二の熱交換器と、
該第二の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる前記第二の内部熱交換器と、
該第二の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を膨張させる前記可変膨張弁と、
該可変膨張弁を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる前記第一の内部熱交換器と、
該第一の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒が機能水から熱を奪う前記第一の熱交換器と、
該第一の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を該第二の内部熱交換器に導き該第二の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒から熱を奪い該第一の熱交換器を通過したＣＯ
２
続きを表示（約 3,600 文字）【請求項２】
該第一の補助経路は、該第二の熱交換器の後の該第一の順路を開閉する第一の開閉弁と、該第一の開閉弁を挟むように配設された第二の開閉弁および第三の開閉弁と、を備え、
該第二の補助経路は、該第一の熱交換器の後の該第二の順路を開閉する第四の開閉弁と、該第四の開閉弁を挟むように配設された第五の開閉弁および第六の開閉弁と、を備え、
該制御手段は、
該第一の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にし、該第四の開閉弁を開にし、該第五の開閉弁および該第六の開閉弁を閉にし、該第一の開閉弁を閉にし、該第二の開閉弁および該第三の開閉弁を開にし、
該第二の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にし、該第一の開閉弁を開にし、該第二の開閉弁および該第三の開閉弁を閉にし、該第四の開閉弁を閉にし、該第五の開閉弁および該第六の開閉弁を開にする請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
該第一の戻り経路には第三のＣＯ
２
冷媒制御弁が配設され、該第二の戻り経路には第四のＣＯ
２
冷媒制御弁が配設され、
該制御手段は、
該第一の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にし、
該第二の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にする請求項２記載の温度制御装置。
【請求項４】
該制御手段は、該第一の順路を採用して機能水を加熱する場合、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁と該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁を全開とし、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁と該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁を全閉とし、
該第一の熱交換器をガスクーラーとして機能させてＣＯ
２
冷媒により機能水を加熱し、
該第二の熱交換器を蒸発器として機能させてＣＯ
２
冷媒によって工業用水から熱を奪わせ、
該第一の熱交換器より流出したＣＯ
２
冷媒が該第一の内部熱交換器を通過するようにして該第二の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒に熱を与え、該第二の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒に残留する液体のＣＯ
２
冷媒を気化させて該圧縮機の負荷を軽減し、
該第一の熱交換器に流入する機能水の温度を検出する第一の温度センサーまたは該第一の熱交換器から流出する機能水の温度を検出する第二の温度センサーの温度が所定の温度となるように、該圧縮機の回転数を増減させて機能水の加熱量を増減させることに加え、該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値になるように該可変膨張弁の開度を変化させることによって成績係数を高めるようにし、
該第二の熱交換器に流入する工業用水の温度を検出する第三の温度センサーの温度と、該第二の熱交換器から流出する工業用水の温度を検出する第四の温度センサーの温度との温度差が一定になるように、該第二の熱交換器に流入する工業用水の量を制御する制水弁を制御して工業用水の無駄を抑制する請求項３記載の温度制御装置。
【請求項５】
該制御手段は、機能水の加熱量を低下させる場合、
該圧縮機の回転数を下げていき、該圧縮機の回転数が最低回転数に達した際、さらに加熱量を下げるために該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を全閉から徐々に大きくし、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を大きくすることで該第二の圧力センサーの検出値を上昇させ、このとき該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値に維持されるように該可変膨張弁の開度を小さくし、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度が最大開度に達した際、続いて該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を全閉から徐々に大きくし、該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値に維持されるように該可変膨張弁の開度をさらに小さくする請求項４記載の温度制御装置。
【請求項６】
該制御手段は、機能水の加熱量を０にする場合、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度が最大開度に達した際、続いて該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を全閉から徐々に大きくし、該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値に維持されるように該可変膨張弁の開度をさらに小さくして全閉にし、
該第一の順路および該第二の順路にＣＯ
２
冷媒が循環しないため、機能水は加熱も冷却もされない状態となる請求項５記載の温度制御装置。
【請求項７】
該制御手段は、該第二の順路を採用して機能水を冷却する場合、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁と該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁を全開とし、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁と該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁を全閉とし、
該第二の熱交換器をガスクーラーとして機能させて工業用水によってＣＯ
２
冷媒から熱を奪わせ、
該第一の熱交換器を蒸発器として機能させてＣＯ
２
冷媒により機能水から熱を奪わせ、
該第二の熱交換器より流出したＣＯ
２
冷媒が該第二の内部熱交換器を通過するようにして該第一の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒に熱を与え、該第一の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒に残留する液体のＣＯ
２
冷媒を気化させて該圧縮機の負荷を軽減し、
該第一の熱交換器に流入する機能水の温度を検出する第一の温度センサーまたは該第一の熱交換器から流出する機能水の温度を検出する第二の温度センサーの温度が所定の温度となるように、該圧縮機の回転数を増減させて機能水の冷却量を増減させることに加え、該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値になるように該可変膨張弁の開度を変化させることによって冷却効率を高めるようにし、
該第二の熱交換器から流出するＣＯ
２
冷媒の温度を検出する第五の温度センサーの温度が所定の温度となるように、該第二の熱交換器に流入する工業用水の温度を検出する第三の温度センサーの温度に基づいて、該第二の熱交換器に流入する工業用水の量を制御する制水弁を制御して工業用水の流量を調整する請求項３記載の温度制御装置。
【請求項８】
該制御手段は、機能水の冷却量を低下させる場合、
該圧縮機の回転数を下げていき、該圧縮機の回転数が最低回転数に達した際、さらに冷却量を下げるために該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を全閉から徐々に大きくし、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を大きくすることで該第二の圧力センサーの検出値を上昇させ、このとき該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値に維持されるように該可変膨張弁の開度を小さくし、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度が最大開度に達した際、続いて該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を全閉から徐々に大きくし、該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値に維持されるように該可変膨張弁の開度をさらに小さくする請求項７記載の温度制御装置。
【請求項９】
該制御手段は、機能水の冷却量を０にする場合、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度が最大開度に達した際、続いて該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁の開度を全閉から徐々に大きくし、該第一の圧力センサーの検出値が所定の圧力値に維持されるように該可変膨張弁の開度をさらに小さくして全閉にし、
該第一の順路および該第二の順路にＣＯ
２
冷媒が循環しないため、機能水は冷却も加熱もされない状態となる請求項８記載の温度制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能水を冷却または加熱して機能水の温度をコントロールする温度制御装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩなどの複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、裏面が研削装置によって研削され所定の厚みに形成された後、ダイシング装置、レーザー加工装置などによって個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、パソコンなどの電気機器に利用される。
【０００３】
ウエーハに加工を施している際に、研削装置またはダイシング装置を構成する加工具が装着されたスピンドルユニットが発熱して熱膨張すると、高精度な研削または切削ができなくなる。そのため、冷却装置によって、スピンドルユニットの温度を一定するための制御が行われている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－４０３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されている冷却装置は、ＣＯ
２
を冷媒として使用するタイプの装置であり、高い冷却効率を得ることができる。しかし、加工装置で使用する機能水（切削水などの使い捨て加工水およびスピンドルの冷却などで使用する循環水を含む）の水温を低く設定すると、圧縮機の吸入冷媒が完全に気化せず、液圧縮を生じる可能性があり、圧縮機の寿命を縮めてしまうおそれがある。
【０００６】
他方、研削装置やダイシング装置が寒冷地で使用される場合、機能水の温度が所定の温度よりも低くなってしまう場合がある。このような場合には、電気ヒーターによって機能水を所定の温度まで加熱する必要がある。しかし、電気ヒーターの加熱能力は、消費電力に対応しており、成績係数（加熱能力／消費電力）が１と小さいという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、液圧縮を防止しつつ、成績係数および冷却効率を高めることができる温度制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記課題を解決する以下の温度制御装置が提供される。すなわち、
「機能水を冷却または加熱して機能水の温度をコントロールする温度制御装置であって、
ＣＯ
２
冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機からＣＯ
２
冷媒が流出する側に配設された第一の圧力センサーと、
該圧縮機にＣＯ
２
冷媒が流入する側に配設された第二の圧力センサーと、
該圧縮機から流出するＣＯ
２
冷媒を第一の順路および第二の順路に分岐する分岐部と、
制御手段と、を備え、
該第一の順路は、
ＣＯ
２
冷媒の流量を調整する第一のＣＯ
２
冷媒制御弁と、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁を通過したＣＯ
２
冷媒から機能水に熱を与える第一の熱交換器と、
該第一の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる第一の内部熱交換器と、
該第一の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を膨張させる可変膨張弁と、
該可変膨張弁を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる第二の内部熱交換器と、
該第二の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒が工業用水から熱を奪う第二の熱交換器と、
該第二の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を該第一の内部熱交換器に導き該第一の熱交換器から流出したＣＯ
２
冷媒から熱を奪い該第二の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒に残留する液体のＣＯ
２
冷媒を気化させる第一の補助経路と、
該第一の補助経路からＣＯ
２
冷媒を該圧縮機に導く第一の戻り経路と、を備え、
該第二の順路は、
ＣＯ
２
冷媒の流量を調整する第二のＣＯ
２
冷媒制御弁と、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁を通過したＣＯ
２
冷媒から工業用水に熱を与える前記第二の熱交換器と、
該第二の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる前記第二の内部熱交換器と、
該第二の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を膨張させる前記可変膨張弁と、
該可変膨張弁を通過したＣＯ
２
冷媒を通過させる前記第一の内部熱交換器と、
該第一の内部熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒が機能水から熱を奪う前記第一の熱交換器と、
該第一の熱交換器を通過したＣＯ
２
冷媒を該第二の内部熱交換器に導き該第二の熱交換器から流出したＣＯ
２
【０００９】
好ましくは、該第一の補助経路は、該第二の熱交換器の後の該第一の順路を開閉する第一の開閉弁と、該第一の開閉弁を挟むように配設された第二の開閉弁および第三の開閉弁と、を備え、
該第二の補助経路は、該第一の熱交換器の後の該第二の順路を開閉する第四の開閉弁と、該第四の開閉弁を挟むように配設された第五の開閉弁および第六の開閉弁と、を備え、
該制御手段は、
該第一の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、
該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にし、該第四の開閉弁を開にし、該第五の開閉弁および該第六の開閉弁を閉にし、該第一の開閉弁を閉にし、該第二の開閉弁および該第三の開閉弁を開にし、
該第二の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、
該第二のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第一のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にし、該第一の開閉弁を開にし、該第二の開閉弁および該第三の開閉弁を閉にし、該第四の開閉弁を閉にし、該第五の開閉弁および該第六の開閉弁を開にする。
【００１０】
該第一の戻り経路には第三のＣＯ
２
冷媒制御弁が配設され、該第二の戻り経路には第四のＣＯ
２
冷媒制御弁が配設され、
該制御手段は、
該第一の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にし、
該第二の順路にＣＯ
２
冷媒を導く際は、該第四のＣＯ
２
冷媒制御弁を開にし、該第三のＣＯ
２
冷媒制御弁を閉にするのが望ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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