超低温冷冻装置及真空装置的制作方法

专利名称：超低温冷冻装置及真空装置的制作方法
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
直ο
背景技术：
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)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。
(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。

发明内容
本发明是鉴于上述诸点而发明的。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。
本发明的第二目的是，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。
本发明的第三目的是，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。
本发明的第四目的是，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。
本发明的第五目的是，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，第一发明中，使流向主冷却器及过冷却器的液体冷媒 流量具有差异，让于过冷却器二次一侧流动的液体冷媒流量多于主冷却器。
具体而言，该第一发明的冷冻系统，以包括压缩冷媒的压缩机、冷却该压 缩机喷出冷媒至冷凝的冷凝器、具有自该冷凝器喷出冷媒的一次一侧，及自该一次一侧喷 出且由过冷却器用减压器减压的冷媒流淌的二次一侧，由一次一侧的冷媒与二次一侧的冷 媒之间热交换冷却的过冷却器、蒸发自该过冷却器一次一侧喷出且由主冷却器用减压器减 压的冷媒冷却冷却对象的主冷却器、使自上述过冷却器一次一侧喷出的冷媒中，流过过冷 却器二次一侧液体冷媒流量多于流向主冷却器液体冷媒流量的过冷却器冷媒流量增加器 为特征。
还有，第二发明的冷冻系统，以包括压缩混合沸点相互各异的复数种类 冷媒的混合冷媒的压缩机、冷却该压缩机喷出的混合冷媒中高沸点冷媒至冷凝的冷凝器、 按照自高沸点至低沸点的顺序分离自该压缩机喷出的混合冷媒中的液体冷媒及气体冷媒的复数级气液分离器、将该各气液分离器分离了的冷媒，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的分级热交换器、具有自最后一级该分级热交 换器喷出低沸点冷媒流淌的一次一侧，及自该一次一侧喷出且由过冷却器用减压器减压的 低沸点冷媒流淌的二次一侧，由一次一侧的低沸点冷媒与二次一侧的低沸点冷媒之间热交 换冷却的过冷却器、蒸发自该过冷却器一次一侧喷出且由主冷却器用减压器减压的低沸点 冷媒冷却冷却对象至超低温水准的主冷却器、使自上述过冷却器一次一侧喷出的冷媒中， 流过过冷却器二次一侧液体冷媒流量多于流向主冷却器液体冷媒流量的过冷却器冷媒流 量增加器为特征。
由该各发明的构成，因为流过过冷却器二次一侧的液体冷媒流量比流向主 冷却器的液体冷媒流量多，对该过冷却器一次一侧的气体冷媒保持有充分的冷却，增加由 该过冷却器液化了的液体冷媒流量提高主冷却器的冷却效果。由此，即便是主冷却器冷却 的冷却对象负荷变动的话，于可以安定地冷却该冷却对象的同时，可以缩短将冷却对象从 常温迅速冷却至超低温水准的降温时间。
第三发明中，上述过冷却器冷媒流量增加器，是以在包括设置了主冷却器 及主冷却器用减压器的主冷媒回路和、上流端分支连接在该主冷媒回路上端，设置了过冷 却器用减压器的副冷媒回路基础上，还具有上述副冷媒回路的最小断面面积比主冷媒回路 的最大断面面积还大的构造为特征。
如此，于过冷却器一次一侧喷出的冷媒分别流入主冷媒回路及副冷媒回路 的时候，因为副冷媒回路的最小断面面积比主冷媒回路的最大断面面积还大，从整体来看 气液混合状态冷媒流入副冷媒回路的流量就比流入主冷媒回路的冷媒增加，与其成正比流 入副冷媒回路的液体冷媒就比流入主冷媒回路的液体冷媒流量多。因此，对于过冷却器一 次一侧的气体冷媒而言能够得到充分的冷却，增加该过冷却器液化了的液体冷媒流量提高 主冷却器的冷却效率。
第四发明中，上述过冷却器冷媒流量增加器，是以在包括设置了主冷却器 及主冷却器用减压器的主冷媒回路和、上流端分支连接在该主冷媒回路上端，设置了过冷 却器用减压器的副冷媒回路基础上，还具有上述主冷媒回路和副冷媒回路分支部分的上述 副冷媒回路最高高度位置比主冷媒回路最低高度位置低的构造为特征。
如此做，当过冷却器一次一侧喷出的冷媒分别流入主冷媒回路及副冷媒回 路的时候，因为于其分支部分的上述副冷媒回路最高高度位置比主冷媒回路最低高度位置 低，所以，气液混合状态冷媒中的液体冷媒，流入相对高度低的副冷媒回路就多，流向副冷 媒回路液体冷媒流量就比流向主冷媒回路的流量增加。因此，对于过冷却器一次一侧的气 体冷媒而言能够得到充分的冷却，增加该过冷却器液化了的液体冷媒流量提高主冷却器的 冷却效率。
还有，只要使主冷媒回路及副冷媒回路高度具有差异既可，不形成断面面 积的不同亦可，所以能够用简单的构造得到上述的效果。
第五发明中，上述第三发明的过冷却器流量增加器，具有主冷媒回路和副 冷媒回路分支部分的副冷媒回路最高高度位置比主冷媒回路最低高度位置低的构造。由 此，就可以起到叠加上述第三及第四发明作用的效果，更进一步提高主冷却器的冷却效率。
第六发明，是以由上述第一至第五的发明的任何一个冷冻系统的主冷却器
7冷却真空容器内水分使其冷冻的真空装置为特征。由此，冻结真空装置中真空容器内的水 分，可得到安定的真空状态的同时，因冷却时间的缩短可在短时间内排空真空容器而提高 生产效率。
第七发明中，将防冻时使用的分油器，不是设置在压缩机喷出一侧至冷凝 器之间，而是设置在防冻回路中，从流入防冻回路的混合冷媒中除去冷冻机油。
具体而言，该第七发明，以包括压缩混合沸点相互各异的复数种类冷媒 的混合冷媒的压缩机、冷却该压缩机喷出的混合冷媒中高沸点冷媒至液化的冷凝器、从上 述压缩机喷出一侧至冷凝器的混合冷媒中除去混入的冷冻机油的第一分油器、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液体冷媒及气体冷媒 的复数级气液分离器、将该各气液分离器分离了的冷媒，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的分级热交换器、具有蒸发自这些复数级中最 后一级该分级热交换器喷出且减压了的低沸点冷媒冷却冷却对象至超低温水准的冷却器、 该冷却器除霜时，将上述压缩机喷出的混合冷媒提供给冷却器的除霜回路，且，该除霜回路 上，设置了从上述混合冷媒除去冷冻机油的第二分油器为特征。
由该发明，因为除霜回路上，设置了从上述混合冷媒除去冷冻机油的第二 分油器，所以，就可以防止除霜时上述混合冷媒中的冷冻机油从除霜回路提供给冷却器于 该冷却器内凝固。
并且，还能够防止将复数个分油器串联于压缩机喷出一侧到冷凝器之间排 设情况那样的压力损失的增加。由此，可以得到在使混合冷媒良好循环的同时，防止上述那 样的冷却效率下降。
再有，因为除霜回路上设置了第二分油器，所以，可以谋求与不在除霜回路 设置除霜回路的冷冻装置之间的零件共用化，于降低设备成本方面有利。还有，也可以容易 地进行交换等维修作业。
第八发明中，是以上述除霜回路中，设置了除霜时打开的开闭阀，上述第二 分油器，设置于上述除霜回路上流端到上述开闭阀之间为特征。
由该发明，因为第二分油器，设置于上述除霜回路上流端到上述开闭阀之 间，所以，由关闭上述开闭阀，可以防止压缩机吸入一侧和第二分油器之间前者比后者高的 压力差的发生。
亦即，于第二分油器与压缩机之间，采用了使分离的冷冻机油返回压缩机 吸入一侧的连接方式，若压缩机吸入一侧与第二分油器之间前者比后者高的压力差的话， 担心自压缩机流向第二分油器的冷冻机油逆流。但是，关闭配置于第二分油器下游一侧的 开闭阀，就可以防止由上述压力差所发生的冷冻机油的逆流，可使冷冻机油顺利地流回。
第九发明中，是以上述第二分油器，设置于到上述除霜回路上流端为止的 距离比到上述除霜回路下流端为止的距离短的位置为特征。
由本发明，因为第二分油器设置于到上述除霜回路上流端为止的距离比到 上述除霜回路下流端为止的距离短的位置，可以分离温度高粘度低的状态下的冷冻机油， 可以更确实地进行冷冻机油的除去。
第十发明中，复数个设置了缓冲罐，由该缓冲罐之间的配管连接，气体冷 媒于缓冲罐内顺利循环，还能够有效地防止气体冷媒于缓冲罐内滞留使气体冷媒有效地循环。
具体而言，该第十发明中，压缩混合沸点相互各异的复数种类冷媒的混合 冷媒的压缩机、冷却该压缩机喷出的混合冷媒中高沸点冷媒至液化的冷凝器、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该冷凝器液化了的液体冷媒及气体冷媒的 复数级气液分离器、将该各气液分离器分离了的冷媒，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的分级热交换器、具有蒸发自这些复数级中最后 一级该分级热交换器喷出且减压了的低沸点冷媒冷却冷却对象至超低温水准的冷却器是 由冷媒回路连接。
并且，是以上述冷媒回路上，连接了防止上述压缩机喷出压力异常上升的 复数个缓冲罐为特征。
由该发明，因为于冷媒回路上连接了复数个缓冲罐，与为解决罐容量不足 采用一个大容量罐的情况相比，确保工厂内等放置罐的空间变得容易。再有，由复数个罐增 加了罐的容量，可以防止压缩机喷出压力异常上升，对冷冻装置安定地运转有利。
第十一发明，于上述第十发明的超低温冷冻装置中，是以上述复数个缓冲 罐，是由至少包括一个第一缓冲罐，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。该第一及第二缓冲罐，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。并且，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为特征。
由该发明，因为第一及第二缓冲罐由连通管相互连接，所以于两缓冲罐之 间流通着冷媒。由此，可以防止罐内气体冷媒的滞留使比重不同的冷媒成份完全循环，防止 装置内的混合冷媒成份比率与冷媒封入时相比发生变动而导致冷却性能的降低。
第十二发明，于上述第十发明的超低温冷冻装置中，是以上述复数个缓冲 罐，是由至少包括一个第一缓冲罐，至少一个第二缓冲罐组成。该第一及第二缓冲罐，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，上述第一缓冲罐连接于压缩机 喷出一侧的冷媒回路上。并且，上述连通管中间与压缩机吸入一侧冷媒回路连接为特征。
由该发明，因为第一及第二缓冲罐由连通管相互连接，所以于两缓冲罐之 间流通着冷媒。由此，可以防止罐内气体冷媒的滞留使比重不同的冷媒成份完全循环，防止 装置内的混合冷媒成份比率与冷媒封入时相比发生变动而导致冷却性能的降低。
还有，因为上述连通管于中间与压缩机吸入一侧的冷媒回路连接，自冷媒 回路流入缓冲罐返回压缩机吸入一侧的气体冷媒顺利地于罐内循环。由此，能够更确实地 防止罐内气体冷媒的滞留。
第十三发明，于上述第十发明的超低温冷冻装置中，是以上述复数个缓冲 罐，是由至少包括一个第一缓冲罐，至少一个第二缓冲罐组成。该第一及第二缓冲罐，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。并且，上述第一缓冲罐与压缩 机喷出一侧的冷媒回路连接，第二缓冲罐与压缩机吸入一侧冷媒回路连接为特征。
由该发明，因为第一及第二缓冲罐由连通管相互连接，所以于两缓冲罐之 间流通着冷媒。由此，可以防止罐内气体冷媒的滞留使比重不同的冷媒成份完全循环，防止 装置内的混合冷媒成份比率与冷媒封入时相比发生变动而导致冷却性能的降低。
还有，因为形成了上述那样的回路构成，能够更确实地防止罐内气体冷媒 的滞留。
9
第十四发明中，将除霜回路下流端部分支为二，使冷却器和热交换器同时升温。
具体而言，该第十四发明中，以包括压缩混合沸点相互各异的复数种类 冷媒的混合冷媒的压缩机、冷却该压缩机喷出的混合冷媒中高沸点冷媒至液化的冷凝器、 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该冷凝器液化了的液体冷媒及 气体冷媒的复数级气液分离器、将该各气液分离器分离了的冷媒，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的分级热交换器、具有蒸发自这些复 数级中最后一级该分级热交换器喷出且减压了的低沸点冷媒冷却冷却对象至超低温水准 的冷却器是由冷媒回路连接的同时，上述冷却器除霜时，将自上述压缩机喷出的混合冷媒 提供给冷却器的除霜回路的超低温冷冻装置为前提。
并且，是以将除霜回路下流端部分支为主分支回路和副分支回路。还有，上 述主分支回路下流端连接冷却器入口一侧冷媒回路的同时，副分支回路下流端连接冷却器 出口一侧冷媒回路为特征。
由该发明，除霜回路下流端部分支为主、副分支回路中，因为主分支回路下 流端连接冷却器入口一侧冷媒回路，副分支回路下流端连接冷却器出口一侧冷媒回路，因 此，将流过主分支回路的冷媒提供给冷却器使该冷却器与将流过副分支回路的冷媒提供给 连接于冷却器出口一侧冷媒回路的热交换器的该热交换器能够同时升温。由此，可以防止 通过上述冷却器的冷冻机油等再次于热交换器内凝固。如此防止了由冷冻机油等凝固导致 的冷媒回路堵塞，确保冷媒回路内混合冷媒的良好循环，缩短了除霜运转时间。
第十五发明中，于第十四发明的超低温冷冻装置中上述副分支回路上设置 了开闭阀为特征。
由该发明，用开闭阀的开阀如上所述使冷却器及热交换器同时升温，热交 换器中将冷冻机油等升温到能够顺畅地流动的流动点以上的温度后由关闭开闭阀，使到此 时为止分流到主分支回路及副分支回路的混合冷媒只流入主分支回路升温冷却器，使除霜 运转更加缩短。
第十六发明中，将至冷却器的相互并列连接冷媒回路作为复数个分支回路 与各个分支减压器连接，使冷媒有选择地流过这些复数分支减压器。
具体而言，该第十六发明中，以包括压缩混合沸点相互各异的复数种类 冷媒的混合冷媒的压缩机、冷却该压缩机喷出的混合冷媒中高沸点冷媒至液化的冷凝器、 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该冷凝器液化了的液体冷媒及 气体冷媒的复数级气液分离器、将该各气液分离器分离了的冷媒，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的分级热交换器、减压自该复数级中 最后一级该分级热交换器喷出的低沸点冷媒的减压器、蒸发由该减压器减压了的低沸点冷 媒至超低温水准冷却冷却对象的冷却器由冷媒回路连接的超低温冷冻装置为前提。
并且，是以将自上述最终级分级热交换器至上述冷却器提供给冷媒的冷媒 回路，由相互并列连接的复数分支回路构成。还有，上述减压器，由上述复数分支回路各个 串联连接的复数分支减压器构成。再有，上述复数分支回路中设置了至少一个使分支回路 流过冷媒的切换器为特征。
由该发明，于相互并列连接的复数分支回路上各自连接了分支减压器，并且设置了切换为上述复数分支回路中至少一个分支回路流过冷媒的切换器，所以，由该切 换器的切换能够使冷媒于复数分支回路中分支流量增加。因此，由冷媒的管路阻力变化于 确保使冷却对象冷却至所规定冷却温度为止的减压能力，同时亦可缩短到达冷却温度为止 的冷却时间。
第十七发明中，于第十六的超低温冷冻装置，是以上述切换器，为设置于上 述复数分支回路中至少一个中的开闭阀为特征。
由该发明，由有选择地打开开闭阀，可以调整复数分支回路分流的冷媒流 量。由此，在冷却器中既可任意调整冷却温度及冷却时间。
第十八发明中，于第十六或者是第十七发明的超低温冷冻装置，是以上述 复数分支减压器，具有各自不同的减压能力为特征。
由该发明，因为复数分支减压器各自具有不同的减压能力，所以与复数分 支减压器各自具有相同减压能力的情况相比，可于冷却器中增大冷却温度及冷却时间的调 整幅度。
第十九发明中，于上述第十六至第十八的发明中任何一个超低温冷冻装 置，是以上述分支减压器，为毛细管为特征。
由该发明，因为作为减压器使用了毛细管，于超低温区域确实能够进行低 沸点冷媒的减压。由此，与使用膨胀阀作为减压器的情况相比信赖性高，于使装置安定运转 上有利。还有，毛细管与膨胀阀相比价格低，所以，大幅度地削减设备费成为可能。
再有，第二十发明中，是以于上述第六至第十九发明的任何一项中由超低 温冷冻装置的冷却器冷却真空容器内水分使其冻结构成的真空装置为特征。由此，可以求 得真空装置的生产效率及动作安定性的提高。(发明的效果)
如以上的说明，第一或第二发明中，对于包含冷却冷却对象的主冷却器、将 一次一侧的冷媒由二次一侧的冷媒冷却的过冷却器的冷冻系统，由流过过冷却器二次一侧 的液体冷媒流量比流向主冷却器的液体冷媒流量多，确保对过冷却器一次一侧的气体冷媒 保持有充分的冷却，可提高主冷却器的冷却效果，可以求得冷却对象冷却的安定化及缩短 将冷却对象冷却至超低温水准的降温时间。
由第三发明，对于包括设置了主冷却器及主冷却器用减压器的主冷媒回 路、分支连接于该主冷媒回路，设置了过冷却器用减压器的副冷媒回路，由副冷媒回路的最 小断面面积比主冷媒回路的最大断面面积还大，于过冷却器一次一侧喷出的冷媒分别流入 主冷媒回路及副冷媒回路的时候，由使流入副冷媒回路的流量多于流入主冷媒回路的冷 媒，可以比主冷媒回路增加流入副冷媒回路的液体冷媒的流量，亦就具体化了上述过冷却 器冷媒流量增加器。
由第四发明，对于设置了主冷却器及主冷却器用减压器的主冷媒回路、分 支连接于该主冷媒回路，设置了过冷却器用减压器的副冷媒回路，由使主冷媒回路及副冷 媒回路分支部分的副冷媒回路最高高度位置比主冷媒回路最低高度位置低，当过冷却器一 次一侧喷出的冷媒分别流入主冷媒回路及副冷媒回路的时候，使气液混合状态冷媒中的液 体冷媒，流入相对高度低的副冷媒回路，就可以使流向副冷媒回路液体冷媒流量比流向主 冷媒回路的流量增加，所以用简单的构造，得到具体化了上述过冷却器冷媒流量增加器。
由第五发明，于第三发明的冷冻系统，由主冷媒回路和副冷媒回路分支部 分的副冷媒回路最高高度位置比主冷媒回路最低高度位置低的构造，就可以起到叠加上述 第三及第四发明作用的效果，更进一步提高主冷却器的冷却效率。
由第六发明，由上述冷冻系统的主冷却器冷却真空容器内水分使其冷冻， 求得安定的真空状态，及缩短冷却排空、时间，提高生产效率。
由第七发明，于超低温冷冻装置的除霜回路上，设置了自混合冷媒除去冷 冻机油的分油器，就可以防止除霜时上述混合冷媒中的冷冻机油从除霜回路提供给冷却器 于该冷却器内凝固的同时，还能够防止将复数个分油器串联于压缩机喷出一侧到冷凝器之 间排设情况那样的压力损失的增加。由此，可以得到在使混合冷媒良好循环的同时，防止上 述那样的冷却效率下降。
由第八的发明，于除霜回路到开闭阀之间设置了分油器，关闭开闭阀防止 发生压缩机的吸入一侧与分油器之间前者后者高的压力差，防止了由上述压力差所发生的 自压缩机的吸入一侧向分油器的冷冻机油倒流，可使得冷冻机油顺利地流回压缩机。
由第九发明，由将分油器设置于除霜回路的上流，可以回收温度高粘度低 的冷冻机油，更确实地进行冷冻机油的除去。
由第十发明，于冷媒回路的上连接了复数个缓冲罐，求得缓冲罐设置空间 的确保，还由缓冲罐的大容量化防止压缩机喷出压力异常上升使冷冻装置安定地运转。
由第十一发明，第一及第二缓冲罐由连通管相互连接，使冷媒于两缓冲罐 之间流通，防止罐内气体冷媒的滞留，可防止装置内的混合冷媒成份比率与冷媒封入时相 比发生变动而导致冷却性能的降低。
由第十二发明，连通管中间与压缩机吸入一侧的冷媒回路连接，自冷媒回 路流入缓冲罐返回压缩机吸入一侧的气体冷媒顺利地于罐内循环，能够更确实地防止罐内 气体冷媒的滞留。
由第十三发明，使气体冷媒自压缩机喷出一侧流入，再由压缩机吸入一侧 返回的回路构成，能够确实地防止罐内气体冷媒的滞留。
由第十四发明，将超低温冷冻装置中除霜回路下流端部分支为主分支回路 和副分支回路并各自连接到冷却器入口一侧及出口一侧，使冷却器和热交换器能够同时升 温，可以防止通过上述冷却器的冷冻机油等于热交换器内凝固，确保冷媒回路内混合冷媒 的良好循环缩短了除霜运转时间。
由第十五发明，于上述副分支回路中设置了开闭阀，热交换器中将冷冻机 油等升温到能够顺畅地流动的流动点以上的温度后由关闭开闭阀使到此时为止分流到主 分支回路及副分支回路的混合冷媒只流入主分支回路升温冷却器，使除霜运转更加缩短。
由第十六发明，使自超低温冷冻装置的最终级分级热交换器一次一侧至冷 却器提供给冷媒的冷媒回路分支为复数分支回路，将该复数分支回路连接减压器，再由切 换器的切换，能够增加冷媒的流量，既可确保使冷却对象冷却至所规定冷却温度为止的减 压能力，亦可求得缩短到达冷却温度为止的冷却时间。
由第十七发明，将切换器，于分支回路中设置至少一个开闭阀，于冷却器中 可任意调整冷却温度及冷却时间。
由第十八发明，使复数分支减压器各自具有不同的减压能力，可于冷却器中增大冷却温度及冷却时间的调整幅度。
由第十九发明，上述减压器，为毛细管，于超低温区域确实能够进行低沸点 冷媒的减压，于使装置安定运转上有利，可求得信赖性的提高和大幅度地削减设备费。
由第二十发明，上述超低温冷冻装置的冷却器冷却真空装置的真空容器内 水分使其冻结，可以求得真空装置的生产效率及动作安定性的提高。


图1，是概略表示本发明实施方式所关于的真空成膜装置的布置平面图。图2，是概略表示真空成膜装置的其他布置平面图。图3，是表示本发明实施方式1所关于的低温冷冻装置整体构成的冷媒系统图。图4，是扩大表示超低温冷冻装置主要部位的平面图。图5，是图4的V方向视图。图6，是表示实施方式2与图4相当的图。图7，是表示实施方式3与图4相当的图。图8，是图7VIII方向视图。图9，是表示本发明实施方式4所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系统 图。图10，是表示本发明实施方式5所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系统 图。图11，是表示本发明实施方式6所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系统 图。图12，是表示本发明实施方式7所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系统 图。图13，是表示本发明实施方式8所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系统 图。图14，是表示本发明实施方式9所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系统 图。图15，是表示本发明实施方式10所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系 统图。图16，是表示本发明实施方式11所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系 统图。图17，是表示本发明实施方式12所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系 统图。图18，是表示本发明实施方式13所关于的超低温冷冻装置的全体构成的冷媒系 统图。(符号说明)
A 真空成膜装置R 超低温冷冻装置1 冷媒回路
13
2 冷媒配管2a 主冷媒配管2b 副冷媒配管4 压缩机5 分油器6 回油管8水冷凝器9干燥机10辅助冷凝器12第一气液分离器13第二气液分离器14第三气液分离器15第四气液分离器18第一热交换器19第二热交换器20第三热交换器21第四热交换器24第一毛细管(减压器)25第二毛细管(减压器)26第三毛细管(减压器)27第四毛细管(减压器)28第五毛细管(过冷却器用减压器)29第六毛细管30 (主冷却器用减压器)31过冷却器31a一次一侧31b二次一侧32低温盘管(主冷却器)35分支管35b主侧分支管35c副侧分支管h高度38主冷媒回路39副冷媒回路
0157]44电磁开关阀45防冻回路45a主分支回路45b副分支回路46电磁开关阀50第二分油器
59压力计
60缓冲罐
61冷媒流入管
62冷媒回流管
63第一缓冲罐
64第二缓冲罐
65连通管
66电磁开关阀
68电磁开关阀
80第一分支回路
80a第一分支毛细
80b电磁开关阀
81第二分支回路
81a第二分支毛细
81b电磁开关阀
82第三分支回路
82a第三分支毛细
82b电磁开关阀
83第四分支回路
83a第四分支毛细
83b电磁开关阀
100真空容器
具体实施例方式
以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。以下最好的实施方式，从本质 上不超过示例，然而，本发明亦不为该适用物或该用途所限制。WO97](实施方式 1)图1，是概略表示本发明实施方式所关于的真空成膜装置的真空成膜装置A的布 置平面图一例。100是内部保持真空状态未图示衬底(亦称晶片)成膜了的真空容器。该 真空容器100上，开设了由开闭门101开关的出入口(图中未示)，于开闭门101打开的状 态，将要成膜的衬底送入真空容器100，或者是将成膜后的衬底从真空容器100内取出。于 该连通管102与真空容器100的连接部分，设置了由开闭使两者处于连通或者是截断状态 的切换滑门阀104，关闭开闭门101且打开滑门阀104的状态下由真空泵103的工作使真空 容器100内成为真空状态。
于上述真空成膜装置A中设置了构成本发明的实施方式1所关于的冷冻系 统的超低温冷冻装置R。由该超低温冷冻装置R的后述的低温盘管32，于真空泵103抽真 空的状态直接将真空容器100内的冷却对象的水分冷却至超低温水准，由此，捕捉该冻结 水分提高真空容器100内的真空度。
另一方面，图2，表示真空成膜装置A的其他例的布置平面图，超低温冷冻
15装置R的低温盘管32不是配置于真空容器100内而是配置于连通管102的中途。于真空 泵103抽真空的状态下由超低温冷冻装置R捕捉连通管102内的水分，亦就是间接地冷却 真空容器100内的水分支冷冻，提高真空容器100内的真空度。其他的构造与图1所示真 空成膜装置A相同。
上述超低温冷冻装置R，是使用混合沸点相互不同的数种冷媒形成的非共 沸点冷媒为冷媒产生-100°C以下的超低温水准冷量的装置。
也就是，如图3所示超低温冷冻装置R的全体构成，1是封入上述混合冷媒 的封闭循环冷媒回路，该冷媒回路1连接于以下说明的连接各种机器的冷媒配管2。4是压 缩气体冷媒的压缩机，该压缩机4的喷出部分连接着分油器5。该分油器5，是自气体冷媒 分离压缩机4喷出的气体冷媒中混入的压缩机用润滑油等冷冻机油的分油器，该分离的冷 冻机油经过回油管6返回到压缩机4的吸入一侧。于上述分油器5的冷媒喷出部分，连接 着将自压缩机4的喷出气体冷媒与冷却水管7的冷却水的热交换进行冷却至冷凝的水冷凝 器8。于水冷凝器8的喷出部分，介于除去冷媒中的水分杂质的干燥机9连接着辅助冷凝器 10的一次一侧，于该辅助冷凝器10，将来自水冷凝器8的气体冷媒，与压缩机4吸入的低温 二次一侧回流冷媒热交换使的冷却凝聚。该实施方式中，由水冷凝器8和辅助冷凝器10构 成冷凝器，由这两个冷凝器8和10凝聚混合冷媒中沸点较高的高温气体冷媒使的液化。
上述辅助冷凝器10的一次一侧喷出部分连接着第一气液分离器12，由该 第一气液分离器12将来自上述辅助冷凝器10的气液混合冷媒分离为液体冷媒和气体冷 媒。该第一气液分离器12的气体冷媒喷出部分连接着分级式第一热交换器18的一次一侧， 还有于液体冷媒喷出部分介于作为减压器的第一毛细管24与相同的第一热交换器18的二 次一侧相连。并且，将第一气液分离器12分离的液体冷媒由第一毛细管24减压后提供给 第一热交换器18的二次一侧进行蒸发，由该蒸发冷却一次一侧气体冷媒，冷凝混合冷媒中 沸点温度下一个高的气体冷媒至液化。
再有，上述第一热交换器18中一次一侧喷出部分连接着第二气液分离器 13，于该第二气液分离器13，将来自第一热交换器18的气液混合状态冷媒分离为液体冷媒 和气体冷媒。于该第二气液分离器13的气体冷媒喷出部分连接着分级式第二热交换器19 的一次一侧，于液体冷媒喷出部分介于作为减压器的第二毛细管25连接着同一个第二热 交换器19的二次一侧。并且，将第二气液分离器13分离的液体冷媒由第二毛细管25减压 后提供给第二热交换器19的二次一侧进行蒸发，由该蒸发冷却一次一侧气体冷媒，冷凝混 合冷媒中沸点温度下一个高的气体冷媒至液化。
再有，与上述连接构造同样的做法，上述第二热交换器19中一次一侧喷出 部分连接着第三气液分离器14、第三热交换器20及第三毛细管26，还有，于该第三热交换 器20 —次一侧喷出部分，连接着第四气液分离器15、第四热交换器21及第四毛细管27 (这 些连接构造与上述第一气液分离器12、第一热交换器18及第一毛细管24的连接构造相同， 省略其详细说明)。并且，将第三气液分离器14分离的液体冷媒由第三毛细管26减压后提 供给第三热交换器20的二次一侧进行蒸发，由该蒸发冷却来自第三气液分离器14的一次 一侧气体冷媒，冷凝混合冷媒中沸点温度下一个高的气体冷媒至液化。还有，将第四气液分 离器15分离的液体冷媒由第四毛细管27减压后提供给第四热交换器21的二次一侧进行 蒸发，由该蒸发冷却来自第四气液分离器15的一次一侧气体冷媒，冷凝混合冷媒中沸点温
16度下一个高的气体冷媒至液化。
并且，于上述第四热交换器21的一次一侧喷出部分连接着由热交换器形 成的过冷却器31 (第二空调)一次一侧31a，连接于该过冷却器31的一次一侧31a的喷出 部分的冷媒配管2，由中途的分支管35分支为主冷媒配管2a和副冷媒配管2b。
于上述副冷媒配管2b的中途连接着第五毛细管28 (过冷却器用减压器)。 还有，副冷媒配管2b的下流端连接着同一个过冷却器31的二次一侧31b，该过冷却器31的 二次一侧31b介于冷媒配管2连接于上述第四热交换器21的二次一侧。并且，将自第四热 交换器21喷出的冷媒通过过冷却器31的一次一侧31a后，使其一部分于副冷媒配管2b的 第五毛细管28减压，并将该冷媒提供给过冷却器31的二次一侧31b蒸发，由该蒸发冷却一 次一侧31a的气体冷媒。
另一方面，于上述主冷媒配管2a中途，作为主冷却器用减压器的第六毛细 管29和低温盘管32从各自的上流一侧串联连接。上述低温盘管32是构成主冷却器的，如 图1及图2所示，冷却作为上述真空容器100内的冷却对象的水分。主冷媒配管2a的下流 端，连接于上述第四热交换器21的二次一侧和过冷却器31的二次一侧之间的冷媒配管2， 将过冷却器31的一次一侧31a喷出的冷媒剩余部分由主冷媒配管2a的第六毛细管29减压 后提供给低温盘管32蒸发，由该蒸发使真空容器100内的水分(冷却对象)冷却至-100°C 以下的超低温水准的温度，由冻结和捕捉该水分提高真空度。
还有，上述过冷却器31的二次一侧(及低温盘管32)和第四热交换器21、 第三热交换器20、第二热交换器19、第一热交换器18及辅助冷凝器10的各二次一侧按照 记载的顺序由冷媒配管2串联连接，辅助冷凝器10的二次一侧连接于压缩机4的吸入一 侧，混合冷媒由于蒸发气化了的各冷媒吸入压缩机4。
本发明的特征在于上述分支管35的配置构造。也就是如图4及图5的扩 大表示，分支管35是由集合部分35a和自该集合部分35a分支成两股状的主侧和副侧的一 对分支部分35b、35c组成。于集合部分35，由连接于过冷却器31的一次一侧31a喷出部分 的冷媒配管2下流端由密封连接结合为气密状态。还有，于主侧分支管35b上述主冷媒配 管2a的上流端，还有于副侧分支管35c副冷媒配管2b的上流端各自由密封连接为气密状 态。这些主冷媒配管2a及副冷媒配管2b基本都是沿水平延伸，各自形成了主侧分支管35b 内部及主冷媒配管2a内部的主冷媒回路38，还有副侧分支管35c内部及副冷媒配管2b的 副冷媒回路39。
上述分支管35主侧分支管35b和副侧分支管35c具有同样的直径(内外 径均相同)，与主侧分支管35b连接的主冷媒配管2a和与副侧分支管35c连接的副冷媒配 管2b亦为具有相同内经的配管形成。并且，主侧分支管35b及副侧分支管35c，配置为副侧 分支管35c位于主侧分支管35b的下侧沿近似垂直的面上下并列配置，副侧分支管35c及 其连接的副冷媒配管2b，位于比主侧分支管35b及其连接的主冷媒配管2a低的所规定高 度h的位置。因此，上述副冷媒回路39整体高度设定为比主冷媒回路38的整体位置低的 位置。
再有，图3中，44为上述第六毛细管29和低温盘管32之间连接于主冷媒 配管2a的电磁开关阀，45为该电磁开关阀44及低温盘管32间主冷媒配管2a和分油器5 及水冷凝器8间冷媒配管2之间的除霜回路，46为连接于该除霜回路45中途的电磁开关阀。并且，于使真空成膜装置A的真空容器100处于真空状态成膜衬底的通常运转时，由关 闭电磁开关阀46关闭除霜回路45且打开电磁开关阀44开通主冷媒配管2a，由此，由低温 盘管32蒸发低沸点冷媒，冷却真空容器100内的水分捕捉冻结。另一方面，打开开闭门101 使真空容器100向大气开放于不进行衬底成膜状态的除霜运转时，由打开电磁开关阀46开 通除霜回路45且由关闭电磁开关阀44关闭主冷媒配管2a，自压缩机4喷出的高温气体冷 媒(热气)径直通过除霜回路45提供给低温盘管32，于低温盘管32进行水分的冷冻捕捉 使其回覆。
还有，60为缓冲罐，该缓冲罐60和第一气液分离器12的气体冷媒喷出部 分及第一热交换器18的一次一侧间的冷媒配管2由冷媒流入管61连接。还有，缓冲罐60 和压缩机4吸入一侧的冷媒配管2，由使缓冲罐60内的气体冷媒返回压缩机4吸入一侧的 冷媒回流管62连接，缓冲罐60中，防止因超低温冷冻装置R开始启动时冷凝不充分的气体 冷媒导致压缩机4喷出压力的异常升高。
还有，于上述除霜回路45的电磁开关阀46附近，第六毛细管29及低温盘 管32间的电磁开关阀44附近，低温盘管32出口一侧及第四热交换器21 二次一侧间冷媒 配管2上，分别设置了第一至第三手动开关阀71至73。这些手动开关阀71至73，于更换 低温盘管32或者是维修的时候，分别关闭这些关闭阀不使配管中的残存混合冷媒外泄。
再有，低温盘管32出口一侧和第四热交换器21 二次一侧间冷媒配管2上， 连接着为向冷媒回路1内提供给冷媒的冷媒供给管路70。还有，该冷媒供给管路70，兼有 自冷媒回路1内向外排除混合冷媒的排出管的作用。并且，于冷媒供给管路70，设置有冷媒 的提供及排出时打开的供给开闭阀75。
且，图4中，42为分支管35副侧分支管35c和第五毛细管28间串联连接 过滤器(图3未示)。
因此，该实施方式中，于真空成膜装置A的真空容器100内成膜衬底时，使 超低温冷冻装置R运转，真空容器100内部(或连通路102内部)的水分冷却到-100°C以 下的超低温水准由冷冻捕捉，使真空容器100内达到真空状态。
具体而言，该超低温冷冻装置R运转时，由关闭电磁开关阀46关闭除霜回 路45且由打开电磁开关阀44开通主冷媒配管2a。由此，自压缩机4喷出的混合冷媒由水 冷凝器8冷却后再于辅助冷凝器10由返回压缩机4 二次一侧的冷媒冷却，以混合冷媒中沸 点温度最高的冷媒为中心冷凝液化气体冷媒。该冷媒于第一气液分离器12分离为气体冷 媒和液体冷媒，液体冷媒于第一毛细管24减压后再于第一热交换器18 —次一侧蒸发，由该 蒸发热冷却第一气液分离器12的气体冷媒，以混合冷媒中沸点温度最高的冷媒为中心冷 凝液化气体冷媒。以后，同样的做法，第二至第四热交换器19至21中按照混合冷媒中沸点 温度自高起的顺序冷凝液化气体冷媒。
自上述第四热交换器21 —次一侧喷出的冷媒成为气液混合状态冷媒，该 气液混合状态冷媒，通过过冷却器31 —次一侧31a后于分支管35分离为主冷媒回路38 (主 冷媒配管2a)和副冷媒回路39 (副冷媒配管2b)两路。并且，于副冷媒回路39流动的冷媒 于第五毛细管28减压后提供给过冷却器31的二次一侧31b蒸发，由该蒸发热自上述第四 热交换器21提供给过冷却器31的一次一侧31a的气液混合状态冷媒进一步冷却增加液体 冷媒的量。
还有，自过冷却器31的一次一侧31a喷出后于主冷媒配管2a流动，气液混 合状态冷媒的残留部分于第六毛细管29减压，减压后于低温盘管32蒸发给真空容器100 内的水分提供-100°C以下的冷量。由该-100°C以下的冷量冻结真空容器100内的水分而 捕捉提高真空容器100内的真空度。
并且，自上述第四热交换器21经过过冷却器31的一次一侧31a的气液混 合状态冷媒分流于分支管35的主冷媒回路38 (主冷媒配管2a)及副冷媒回路39 (副冷媒配 管2b)时，由上述副冷媒回路39的高度位置低于主冷媒回路38的高度位置，气液混合状态 冷媒的液体冷媒较多地流入高度较低的副冷媒回路39，流向该副冷媒回路39的液体冷媒 流量比流向主冷媒回路38的流量增加。因此，对于过冷却器31的一次一侧31a的气体冷 媒能够进行充分地冷却，增加该过冷却器31液化了的液体冷媒流量可以提高低温盘管32 的冷却效率。并且，即便是于成膜状态时真空容器100内的热负荷发生变动，可安定地保持 真空容器100内的冷却，可求得衬底成膜品质的提高。
另一方面，将成膜装置A的真空容器100向大气开放而不进行成膜的除霜 运行时，由打开电磁开关阀46开通除霜回路45且由关闭电磁开关阀44关闭主冷媒配管 2a。由此，自压缩机4喷出的高温气体冷媒经过除霜回路45提供给低温盘管32，于低温盘 管32解除水分的冻结。并且，于该除霜运转后，再度使真空容器100进入真空状态，与上述 同样做法，由关闭电磁开关阀46关闭除霜回路45且由打开电磁开关阀44开通主冷媒配管 2a,过冷却器31的一次一侧31a流出的低沸点冷媒于分支管35分流为主冷媒回路38及副 冷媒回路39。这种情况也是，因为主冷媒回路38与副冷媒回路39的高度差h，流入过冷却 器31的二次一侧31b液体冷媒流量多于流入低温盘管32的流量，使真空容器100内从常 温迅速冷却到超低温水准，就可以缩短降温时间，也就可以求得真空容器100内排空时间 或成膜处理时间的工序时间的缩短及提高效率。
再有，如此地提高低温盘管32的冷却效率，因为只是设定了主冷媒回路38 及副冷媒回路39的高差，所以简单地构造就能够得到上述效果。
且，该实施方式中，由主冷媒配管2a及副冷媒配管2b均为沿水平面延伸， 副冷媒回路39的整体高度位置低于主冷媒回路38的整体高度，但是并没有必要设定副冷 媒回路39及主冷媒回路38的整体高差。至少于主冷媒回路38及副冷媒回路39的分支部 分，副冷媒回路39的最高位置低于主冷媒回路38的最低位置既可。W124](实施方式 2)图6表示本发明实施方式2(且，以下各实施方式中，与图1至图5相同的部分标 注相同的符号并省略其详细说明)。上述实施方式1中以副冷媒回路39的高度位置低于主 冷媒回路38，使流入过冷却器31的二次一侧31b的液体冷媒比流入低温盘管32的液体冷 媒多。对此，本实施方式，在副冷媒回路39及主冷媒回路38的高度位置同高时，使副冷媒 回路39的断面面积大于主冷媒回路38。
也就是，该实施方式中，与实施方式1不同，分支管35的集合部分35a、主 侧分支管35b及连接与它的主冷媒配管2a、分支管35的副侧分支管35c及连接与它的副冷 媒配管2b位于同一水平面上，配置于同高位置。
并且，分支管35的主侧分支管35b及副侧分支管35c，与实施方式1相同 具有同样的直径，但是，连接于该主侧分支管35b的主冷媒配管2a，使用的是比连接于该副侧分支管35c的副冷媒配管2b直径小的管线。由此，副侧分支管35c的内部及形成于副冷 媒配管2b内部的副冷媒回路39的断面面积，大于主侧分支管35b的内部及形成于主冷媒 配管2a内部的主冷媒回路38的断面面积。
其他的构成与实施方式1相同。且，图6中没有表示过滤器42及第五毛细 管28，但是与实施方式1具有相同的构造(参照图4)。
该实施方式的情况，作为主冷媒配管2a，使用的是管径小于副冷媒配管2b 的管线，副冷媒回路39的断面面积比主冷媒回路38的断面面积大。由此，过冷却器31的 一次一侧31a喷出的冷媒分流于主冷媒回路38及副冷媒回路39的时候，从整体来讲，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，与此成正比流入 副冷媒回路39的冷媒流量比流入主冷媒回路38的流量增加。为此，对于过冷却器31的一 次一侧31a的气体冷媒保持充分的冷却，增加该过冷却器31液化了的液体冷媒流量就可以 提高主冷却器的冷却效率，所以，能够得到与上述实施方式1同样的效果。
且，该实施方式2中，副冷媒配管2b使用的是与实施方式1同样的通常管 径的物，由使用比它小直径的管线做主冷媒配管2a，使副冷媒配管2b的直径大于主冷媒配 管2a的直径，相反，主冷媒配管2a使用通常的管径，使用比它直径大的管线做副冷媒配管 2b，达成同样的目的亦可。
还有，于该实施方式2中，也是将副冷媒回路39整体断面面积大于主冷媒 回路38整体断面面积，但是并不需要设置副冷媒回路39及主冷媒回路38整体的断面面积 差，只要副冷媒回路39的最小断面面积大于主冷媒回路38的最大断面面积既可。
(实施方式 3)图7及图8表示实施方式3，是组合了实施方式1及实施方式2的技术事项的产 物。也就是，该实施方式中，与上述实施方式1 一样，分支管35的主侧分支管35b及副侧分 支管35c，副侧分支管35c配置为位于主侧分支管35b下侧位置沿近似垂直面上下延伸并列 配置，副侧分支管35c及连接于它的副冷媒配管2b，配置于低于主侧分支管35b及连接于它 的主冷媒配管2a的高度位置。与此同时，实施方式2中，连接于分支管35主侧分支管35b 的主冷媒配管2a，使用比连接于副侧分支管35c的副冷媒配管2b直径小的管线，副冷媒回 路39的断面面积大于形成于主侧分支管35b及形成于主冷媒配管2a内的主冷媒回路38 的断面面积。其他与实施方式1及实施方式2具有同样构成。
因此，该实施方式中，可以奏效实施方式1及实施方式2作用效果的叠加， 可以进一步提高低温盘管32的冷却效果。
且，该情况下，也同实施方式1 一样，至少于主冷媒回路38和副冷媒回路 39的分支部分，副冷媒回路39的最高位置低于主冷媒回路38的最低位置既可。
且，上述实施方式1至3，是适用于用混合复数中冷媒的非共沸点混合冷媒 的冷冻系统，对于不使用混合冷媒的冷冻系统亦可适用本发明，主要是具有主冷却器和其 他过冷却器既可。
(实施方式 4)图9，表示本发明实施方式4所关于超低温冷冻装置R的整体构成。且，以下所述 实施方式4至13中，上述实施方式1至3所说明的分支管35的构造并非必须要件。
该实施方式4中，是以除霜回路45的回路构成为特征。也就是，如图9所
20示，于除霜回路45的上流端与电磁开关阀46之间，配置了将压缩机用润滑油等冷冻机油自 气体冷媒分离的第二分油器50 (连接于压缩机4的喷出部分的分油器5作为第一分油器)。 由该第二分油器50分离的冷冻机油，与上述第一分油器5 —样经过回油管6返回到压缩机 4的吸入一侧。在此，第二分油器50，由分离温度高粘度低的冷冻机油，确实可以除去冷冻 机油，配置于自分油器50至除霜回路45上流端为止的距离短于至除霜回路45下流端为止 的位置(除霜回路45上流一侧一半的处)。其他构成与实施方式1相同。
因此，该实施方式中，除霜回路45上，设置了从混合冷媒除去冷冻机油的 第二分油器50，于成膜装置A的真空容器100不进行衬底成膜状态的除霜运转时，关闭电磁 开关阀44且打开电磁开关阀46，自压缩机4喷出的混合冷媒由除霜回路45提供给低温盘 管32时，即便是第一分油器5未除去冷冻机油，还可以由第二分油器50除去。由此，可以 抑制冷冻机油自除霜回路45提供给低温盘管32。特别是除霜运转开始时，还没有达到超低 温水准的低温盘管32内冷却冷冻机油至凝固，可以确保混合冷媒的良好循环。还可以求得 真空容器100内排空时间或成膜处理工序时间的缩短及高效化。
还有，上述第二分油器50，配置于到除霜回路45上流端为止的距离比到除 霜回路45下流端为止的距离短的位置。由此，对分离温度高粘度低的冷冻机油有利，也就 可以更确切低除去冷冻机油。
并且，于该除霜运转后，再度使真空容器100处于真空状态时，打开电磁开 关阀44关闭电磁开关阀46，由第二分油器50分离的冷冻机油自压缩机4吸入一侧回收。 这时，因为除霜回路45的上流端和电磁开关阀46之间配置了上述第二分油器50，所以，就 可以抑制压缩机4吸入一侧和第二分油器50之间前者比后者高的压力差的发生。由此，可 以防止自压缩机4吸入一侧向第二分油器50的冷冻机油倒流，可求得顺利地冷冻机油返回 压缩机4。
(实施方式 5)图10，表示本发明实施方式5的超低温冷冻装置R整体构成，该实施方式中，以缓 冲罐的构成为特征。也就是，图10中，压缩机4喷出部分连接了检测气体冷媒的喷出压力 的压力计59。63为第一缓冲罐，64为位于第一缓冲罐63下侧的第二缓冲罐，由该第一及第 二缓冲罐63、64，于超低温冷冻装置R启动时暂时放过冷凝不充分的高压气体冷媒，控制压 缩机4喷出压力异常上升。
上述第一及第二缓冲罐63、64，由为使气体冷媒于两罐63、64之间流通的 连通路65(连通管)相互连接。还有，第二缓冲罐64和第一气液分离器12的气体冷媒喷 出部分及第一热交换器18的一次一侧之间的冷媒配管2由冷媒流入管61连接。该冷媒流 入管61的中途，连接着控制流向第一及第二缓冲罐63、64的电磁开关阀66。还有，上述冷 媒流入管61的中途(电磁开关阀66与第二缓冲罐64之间的部分)，连接着使第一及第二 缓冲罐63、64内的气体冷媒返回压缩机4吸入一侧的冷媒配管2的冷媒回流管62。
还有，第一缓冲罐63下侧连接着可熔拴67。该可熔拴67，是由火灾等热量 自熔开放第一缓冲罐63降低罐内压力的保险拴。其他构成与上述实施方式4相同。
因此，该实施方式中，于超低温冷冻装置R开始运转时，由冷凝不充分气体 冷媒使压缩机4喷出压力异常上升，这由压力计59检测。伴随着该检测打开电磁开关阀 66，由上述第一气液分离器12分离的气体冷媒的一部分通过冷媒流入管61流入第二缓冲罐64。还有，当气体冷媒流入多的时候，再由连通管65流入第一缓冲罐63。并且，解除了 上述喷出一侧的异常上升，同样由压力计59检测到，关闭电磁开关阀66，自第一及第二缓 冲罐63、64通过冷媒回流管62将气体冷媒返回压缩机4吸入一侧冷媒配管2。
该情况，如上所述，因为于冷媒回路1上连接了第一及第二两个缓冲罐63、 64，与为消除缓冲容量不足设置一个大的罐相比，确保罐的设置空间变得容易。
再有，第一及第二缓冲罐63、64由连通管65相互连接，两罐63、64间气体 冷媒流通防止了各缓冲罐63、64内气体冷媒的滞留。由此，可以使比重不同的冷媒完全循 环，可以防止由冷冻装置R内混合冷媒成份变化导致冷却效果降低。
且，不只是上述冷媒流入管61，冷媒回流管62也连接电磁开关阀，由对应 压缩机4喷出压力异常上升开闭各电磁开关阀，控制流入第一及第二缓冲罐63、64的气体 冷媒量，以及自第一及第二缓冲罐63、64返回冷媒回路1的气体冷媒量均可。这与以下的 实施方式6、7亦同。W147](实施方式 6)图11，表示本发明的实施方式6所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。与上述实 施方式5不同的，因为只有第一及第二缓冲罐63、64的回路构成，所以与实施方式5相同的 部分标注同样符号，只说明不同的处(实施方式7也一样)。
第一及第二缓冲罐63、64，与实施方式5相同，由为使气体冷媒于两罐63、 64间流通的连通管65相互连接。另一方面，与实施方式5不同的是，第一缓冲罐63和第一 气液分离器12的气体冷媒喷出部分及第一热交换器18的一次一侧间的冷媒配管2由冷媒 流入管61连接。还有，上述连通管65的中途，连接着将第一及第二缓冲罐63、64内的气体 冷媒返回压缩机4吸入一侧冷媒配管2的冷媒回流管62。还有，可熔拴67连接于第二缓冲 罐64。其他的构成与实施方式5相同。
该实施方式的情况，于超低温冷冻装置R开始运转时，由冷凝不充分气体 冷媒使压缩机4喷出压力异常上升，压力计59检测到该情况，打开电磁开关阀66，由第一气 液分离器12分离的气体冷媒的一部分通过冷媒流入管61流入第一缓冲罐63。并且，流入 该第一缓冲罐63的气体冷媒的一部分通过连通管65流入第二缓冲罐64，剩余部分通过冷 媒回流管62返回压缩机4吸入一侧的冷媒配管2。
还有，上述喷出一侧的异常上升情况解除的信息由压力计59检测到后，关 闭电磁开关阀66，第一及第二缓冲罐63、64内的冷媒通过冷媒回流管62返回压缩机4吸入 一侧冷媒配管2。
如此，因为上述连通管65中途连接了压缩机4吸入一侧冷媒配管2 (冷媒 回路1)，自冷媒回路1流入第一缓冲罐63后返回压缩机4吸入一侧的冷媒于第一及第二 缓冲罐63、64内顺畅地流动。由此，防止了第一及第二缓冲罐63、64内气体冷媒的滞留，还 可以使比重不同的冷媒完全循环，防止由冷冻装置R内混合冷媒成份变化导致冷却效果降 低。W152]且，该实施方式6的第一及第二缓冲罐63、64的位置关于，如上述实施方式 5那样，并不限制于第一缓冲罐63的下侧配置第二缓冲罐64的方式，例如变换一下它们的 上下位置，横向并列配置亦可。这一点与以下的实施方式7相同。
(实施方式 7)
22
图12，表示本发明的实施方式7所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。与上述实 施方式5或者6不同的，只有第一及第二缓冲罐63、64的回路构成。
也就是，第一及第二缓冲罐63、64，与实施方式5或者6相同，由为使气体 冷媒于两罐63、64间流通的连通管65相互连接。并且，与实施方式6相同，第一缓冲罐63 和第一气液分离器12的气体冷媒喷出部分及第一热交换器18的一次一侧间的冷媒配管2 由冷媒流入管61连接。还有，与实施方式6不同的，第二缓冲罐64与压缩机4吸入一侧冷 媒配管2由冷媒回流管62连接。且，可熔拴67连接于第二缓冲罐64。其他的构成与实施 方式6相同。
该实施方式的情况，于超低温冷冻装置R开始运转时，由冷凝不充分气体 冷媒使压缩机4喷出压力异常上升，压力计59检测到该情况，打开电磁开关阀66，由第一气 液分离器12分离的气体冷媒的一部分通过冷媒流入管61流入第一缓冲罐63。并且，该气 体冷媒通过连通管65流入第二缓冲罐64，通过冷媒回流管62返回压缩机4吸入一侧的冷 媒配管2。
还有，上述喷出一侧的异常上升情况解除的信息由压力计59检测到后，关 闭电磁开关阀66，第一及第二缓冲罐63、64内的冷媒通过冷媒回流管62返回压缩机4吸入 一侧冷媒配管2。
如此，该气体冷媒，通过冷媒回路1流入第一缓冲罐63，通过连通管65流 入第二缓冲罐64，通过冷媒回流管62返回压缩机4吸入一侧冷媒配管，如此，两罐63、64内 气体冷媒能够更顺畅地流动。由此，可以使第一及第二缓冲罐63、64内比重不同的冷媒完 全循环，防止由冷冻装置R内混合冷媒成份变化导致冷却效果降低。
(实施方式 8)图13，表示本发明的实施方式8所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。该实施方 式中，除霜回路45，将自压缩机4喷出的高温气体冷媒提供给包括低温盘管32的第四热交 换器21。也就是，该除霜回路45上流端连接于第一分油器5及水冷凝器8之间的冷媒配 管2。另一方面，除霜回路45下流端分支为主分支回路45a和副分支回路45b。主分支回 路45a下流端，连接于低温盘管32入口一侧与第六毛细管29之间的主冷媒配管2a上，副 分支回路45b下流端，连接于低温盘管32出口一侧与第四热交换器21的二次一侧之间的 冷媒配管2上。
且，电磁开关阀46，连接于主分支回路45a及副分支回路45b上流一侧的 除霜回路45上，电磁开关阀44，连接于第六毛细管29和低温盘管32之间主冷媒配管2a的 上述主分支回路45a下流端的连接位置上流一侧(第六毛细管29—侧)。其他的构成与实 施方式4相同。
该实施方式中，成膜装置A真空容器100中不进行衬底(晶片)成膜状态 的除霜运行时，由打开电磁开关阀46开通除霜回路45且关闭电磁开关阀44关闭主冷媒配 管2a。由此，自压缩机4喷出的高温气体冷媒自除霜回路45的主分支回路45a经过该入口 侧提供给低温盘管32的同时，亦经过副分支回路45b提供给第四热交换器21，同时进行低 温盘管32及第四至第二热交换器21至19中的水分捕捉的解除。
也就是，除霜回路45下流端分支为主分支回路45a和副分支回路45b，主 分支回路45a下流端与低温盘管32入口侧的冷媒配管2连接，副分支回路45b下流端与低温盘管32出口侧冷媒配管2连接，所以，流过主分支回路45a的冷媒提供给低温盘管32，并 将该低温盘管32、流过副分支回路45b的冷媒，提供给连接于低温盘管32出口一侧冷媒配 管2的第四至第二热交换器21至19可使该第四至第二热交换器21至19同时升温。由此， 抑制了特别是除霜运转开始时还有超低温水准时通过低温盘管32的冷冻机油于第四至第 二热交换器21至19内再次凝固，可确保混合冷媒良好的循环的同时，亦可缩短除霜运转时 间。而且，可求得真空容器100内的排空时间或成膜处理工序时间的缩短和高效率。
(实施方式 9)图14，表示本发明的实施方式9所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。与上述实 施方式8不同的，除霜回路45副分支回路45b中途连接了电磁开关阀68。其他构成与实施 方式8相同。
该实施方式中，真空成膜装置A真空容器100中不进行衬底(晶片)成膜 状态的除霜运行时，由打开电磁开关阀68开通副分支回路45b，与上述实施方式8 —样打开 电磁开关阀46开通除霜回路45且关闭电磁开关阀44关闭主冷媒配管2a，自压缩机4喷 出的高温气体冷媒自除霜回路45的主分支回路45a经过该入口侧提供给低温盘管32的同 时，亦经过副分支回路45b提供给第四热交换器21，同时进行低温盘管32及第四至第二热 交换器21至19中的水分捕捉的解除。
并且，当第四热交换器21升温到冷冻机油流动点(如-50°C )以上时，关 闭上述电磁开关阀68关闭副分支回路45b。由此，除霜回路45内高温气体冷媒，从至此为 止的主分支回路45a和副分支回路45b分流的状态变为只于主分支回路45a流动提供给低 温盘管32，可进行其升温，进一步缩短除霜运转时间。
且，该实施方式9中，副分支回路45b下流端不连接第四热交换器21，而是 连接更高温一侧热交换器的二次一侧亦无关。也就是，连接为向冷媒配管2中冷冻机油等 可顺利流动的流动点(如_50°C )以下温度的部位提供高温气体冷媒(热气)亦可。
(实施方式 10)图15表示本发明实施方式10，改变了主冷媒配管2a内主冷媒回路38构成的图。 也就是，该实施方式中，主冷媒回路38中途，分支为相互并列连接的第一及第二分支回路 80,81,比该两分支回路80、81下流端合流部分更靠下流一侧与主冷媒回路38上串联着低 温盘管32。
上述第一分支回路80上，串联着第一分支毛细管80a。还有，上述第二分 支回路81上，电磁开关阀81b和第二分支毛细管81a各自从上流一侧串联连接。上述电磁 开关阀81b，构成为切换向第二分支回路81提供冷媒的切换器。还有，第一及第二分支毛 细管80a、81a上，使用了具有相互不同减压能力的毛细管。还有，未图示，超低温冷冻装置 R上，设置了检测低温盘管32温度的温度检测器。其他构造与实施方式4相同。
因此，该实施方式中，超低温冷冻装置R通常运转时，关闭电磁开关阀46 关闭除霜回路45且打开电磁开关阀44开通主冷媒回路38。再有，打开电磁开关阀81b开 通第二分支回路81。由此，自第四热交换器21的一次一侧喷出的通过过冷却器31的一次 一侧后的气液混合状态冷媒中，流过主冷媒回路38的冷媒，分支到第一及第二分支毛细管 80a、81a各自减压，减压后于低温盘管32中蒸发向真空容器100内的水分提供冷量。
这时，由打开电磁开关阀81b使冷媒于第一及第二分支回路80、81分支的第一及第二分支毛细管80a、81a中减压，可增加冷媒的流量。
并且，由超低温冷冻装置R的上述温度检测器检测的检测值，达到预先设 定的温度(如-100°C)时，关闭电磁开关阀81b，冷媒只于第一分支毛细管80a中流过。
因此，该实施方式中，由增大冷媒的管路阻力，于确保对冷却对象冷却到超 低温水准的冷却能力，还可求得缩短到达超低温水准的冷却时间。
再有，作为减压器使用了第一及第二分支毛细管80a、81a，于超低温区域 确实能够进行冷媒的减压，与使用作为减压器的膨胀阀的情况相比可信度高，在使装置安 定工作上有利。还有，由毛细管比膨胀阀廉价，所以大幅度削减设备费用成为可能。
且，本实施方式中，第一及第二分支毛细管80a、81a中，使用了具有不同减 压能力的毛细管，但使用具有同样减压能力的亦可。W174](实施方式 11)图16，表示本发明的实施方式11所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。与上述实 施方式10不同的，只于过冷却器31的一次一侧至低温盘管32入口一侧之间连接了毛细管 的回路构成。
也就是，该实施方式中，主冷媒回路38中途，形成相互并列连接的第一至 第四分支回路80至83，比该分支回路80至83下流端合流部分更靠下流一侧与主冷媒回路 38上串联着低温盘管32。
再有，上述第一分支回路80上，串联着第一分支毛细管80a。还有，第二分 支回路81上，电磁开关阀81b和第二分支毛细管81a、第三分支回路82上，电磁开关阀81b 和第三分支毛细管82a、再有第四分支回路83上，电磁开关阀83b和第四分支毛细管83a各 自从上流一侧串联连接。在此，第一至第四分支毛细管80a至83a上，使用了相互具有不同 减压能力的毛细管。其他构造与实施方式10相同。
该实施方式中，超低温冷冻装置R的真空容器100内成膜衬底时的超低温 冷冻装置R通常运转时，自过冷却器31的一次一侧喷出后于主冷媒回路38流动的气液混 合状态冷媒，于第一分支回路80的第一分支毛细管80a减压。还有，为了短时间冷却冷却 对象，有选择地打开第二至第四分支回路81至83的各开关阀81b至83b。由此，于第二至 第四分支毛细管81a至83a上有选择地分支减压，其减压后于低温盘管32蒸发给真空容器 100内的水分冷量。
并且，温度检测器检测的检测值达到设定的温度(如-100°C )时，关闭电 磁开关阀81b至83b，冷媒只于第一分支毛细管80a中流过。
由本实施方式，有选择地打开第二至第四分支回路81至83的各开关阀 81b至83b，可将冷媒选择地分支到第二至第四分支毛细管81a至83a上，就可以于真空容 器100内任意调整冷却温度或者是到达冷却温度的时间。
且，本实施方式中，形成了将主冷媒回路38分支成为第一至第四分支毛细 管80a至83a的四条回路构成，但是并不只限于此，例如分支成三条回路，或者五条回路均 可(参照图16的设想线)。这点上，以下的实施方式13亦相同。
(实施方式 12)图17表示本发明实施方式12所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。与上述实施 方式10不同的，只于过冷却器31的一次一侧至低温盘管32入口一侧之间连接了毛细管的
25回路构成。
也就是，该实施方式中，主冷媒回路38中途，形成相互并列连接的第一及 第二分支回路80、81，比该分支回路80、81下流端合流部分更靠下流一侧与主冷媒回路38 上串联着低温盘管32。
上述第一分支回路80上，串联着第一分支毛细管80a和电磁开关阀80b， 还有第二分支回路81上，串联着第二分支毛细管81a和电磁开关阀81b，各自从上流一侧串 联连接。第一及第二分支毛细管80a、81a上，使用了具有相互不同减压能力的毛细管。还 有，因为第一分支毛细管80a的电磁开关阀80b，第二分支毛细管81a的电磁开关阀81b同 时关闭主冷媒回路38就被关闭，省略了实施方式10中的电磁开关阀44(参照图15)。其他 构造与实施方式10相同。
该实施方式中，真空成膜装置A的真空容器100内成膜衬底时超低温冷冻 装置R通常运转时，过冷却器31的一次一侧喷出后于主冷媒回路38流动的气液混合状态 冷媒中的残留部分，由打开第一及第二分支回路80、81的电磁开关阀80b、81b分支到第一 及第二分支毛细管80a、81a中减压，其减压后于低温盘管32蒸发给真空容器100内的水分冷量。
并且，由温度检测器或者压力检测器检测的检测值达到设定温度 (如-100°C以下)或者达到设定压力时，关闭第一及第二分支回路80、81的电磁开关阀 80b,81b,使冷媒只于第一或者第二分支毛细管80a、81a其中之一流过。
该实施方式中，由选择开关第一及第二分支回路80、81的电磁开关阀80b、 81b，可以有选择地分支第一或者第二分支毛细管80a、81a，就可以于真空容器100内任意 调整冷却温度或者是到达冷却温度的时间。
且，不同时打开两个电磁开关阀80b、81b，只打开其中之一电磁开关阀 80b,81b 亦可。
(实施方式 13)图18表示本发明实施方式13所关于的超低温冷冻装置R冷媒回路。与上述实施 方式12不同的，只于过冷却器31至低温盘管32之间连接了毛细管的回路构成。
也就是，该实施方式中，主冷媒回路38中途，形成相互并列连接的第一至 第四分支回路80至83，比该分支回路80至83合流部分更靠下流一侧与主冷媒回路38上 串联着低温盘管32。
再有，上述第一分支回路80上串联着第一分支毛细管80a和电磁开关阀 80b，还有第二分支回路81上串联着第二分支毛细管81a和电磁开关阀81b，再有第三分支 回路82上串联着第二分支毛细管82a和电磁开关阀82b，再有第四分支回路83上串联着第 四分支毛细管83a和电磁开关阀83b，各自均从上流一侧串联连接。第一至第四分支毛细管 80a至83a上，使用了具有相互不同减压能力的毛细管。其他构造与实施方式12相同。
该实施方式中，真空成膜装置A的真空容器100内成膜衬底时超低温冷冻 装置R通常运转时，为短时间内冷却冷却对象有选择地打开第一至第四分支回路80至83 的电磁开关阀80b至83b，过冷却器31的一次一侧喷出后于主冷媒回路38流动的气液混合 状态冷媒中的残留部分，于选择分支的第一至第四分支毛细管80a至83a中流动减压，其减 压后于低温盘管32蒸发给真空容器100内的水分冷量。
并且，由温度检测器的检测值达到设定温度(如-100°C以下)时，适当地 关闭第一至第四分支回路80至83的电磁开关阀80b至83b，使冷媒于第一至第四分支毛细 管80a至83a中选择流过。
该实施方式中，由选择开关第一至第四分支回路80至83的电磁开关阀 80b至83b，可以有选择地分支第一至第四分支毛细管80a至83a，于真空容器100内任意调 整冷却温度或者是到达冷却温度的时间。W194](其他实施方式)上述各实施方式中，是将低温盘管32配置于真空容器100内，由该低温盘管32直 接冷却真空容器100内的水分，但是，代替低温盘管32设置盐水空调，使该盐水空调连接于 位于真空容器100内的吸热部分和盐水回路，于该盐水空调冷却盐水回路中的盐水至超低 温水准，由该盐水向真空容器100内的吸热部分提供同温度水准的冷量。
还有，上述水冷凝器8、10，热交换器18至21及过冷却器31，是两重管构 造、板式构造、毛细管构造中的任何一种均可。还有，代替毛细管24至29的其他减压器，可 采用如膨胀阀等。
还有，上述各实施方式中，使用了 5种或是6种冷媒混合的混合冷媒，但是， 使用与5种或是6种不同种类数的冷媒混合的混合冷媒于冷冻系统当然也是可以的。还有， 上述各实施方式中，为冷却其他冷却对象的冷冻系统亦可。
还有，上述实施方式中，表示了四阶层进行气液分离的系统，而本发明适用 于三阶层以下、五阶层以上进行气液分离的系统亦为可能。
还有，本实施方式中表示了使用水冷凝器21的水冷系统，但是，使用空气 冷凝器系统的构成亦可。
(产业上利用可能性)本发明，即便是负荷发生变化也可以安定地冷却冷却对象的同时，可对冷却对象 从常温降低至超低温水准迅速冷却缩短冷却时间，包括除霜回路超低温冷冻装置除霜运转 时，良好地确保混合冷媒的循环且提高冷却效率，使超低温冷冻装置的缓冲罐内气体冷媒 顺利地循环抑制罐内气体冷媒的滞留，良好地保持冷媒成份比例，缩短除霜运转时间，确保 为将冷却对象冷却至所规定的冷却温度的冷却能力，缩短到达该冷却温度的冷却时间，得 到实用性高的各种各样效果，于产业上的利用性极高。
2权利要求
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。
2.一种超低温冷冻装置，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，上述第一缓冲罐连接于压缩机喷出一侧的冷媒回路上， 上述连通管中间与压缩机吸入一侧冷媒回路连接。
3.一种超低温冷冻装置，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2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，包括至少一个第一缓冲罐，至少一个第二缓冲罐， 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，上述第一缓冲罐与压缩机喷出一侧的冷媒回路连接， 上述第二缓冲罐与压缩机吸入一侧的冷媒回路连接。
4. 一种真空装置，其特征为是由权利要求1至3任何一项的超低温冷冻装置的冷却器冷却真空容器内的水分至冻 结的构成。
全文摘要
本发明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。
文档编号F25B9/00GK101963409SQ201010503388
公开日2011年2月2日 申请日期2005年1月5日 优先权日2004年1月7日
发明者八木昌文, 友泽章, 池田昌彦, 清水宽正, 盐野真士, 高桥正幸 申请人:新明和工业株式会社