冷却水のチラーについて

Question

現在、スパッタリング装置（油拡散ポンプ）を冷却するためにチラーを使っています。しかし、装置を使っているとチラーの温度も上がってしまい、冷却の効果がなくなってしまいます。もちろん、チラーが壊れているわけではありません。冷却ランプもついています。設定温度は20℃です。
　これはチラーが装置の冷却についていけないからでしょうか?それともホースが長いことに影響するのでしょうか（装置とチラーのホースの距離3[m]）？

inara · Accepted Answer

ANo.3 です。
水温が90℃とかにならければ、拡散ポンプの性能は水温が多少変わっても変わらないと思いますので、普通は、ANo.2 さんのコメントにあるように、チラーでなくて水道水で良いと思いますが、問題は水圧のようで、ちょっと厄介ですね（個人的にはそういう経験はありませんでした）。

>装置が止まってしまうという欠点がありました。

以前、そのチラーで大丈夫だったスパッタ装置は水圧を監視しているものだったんですね。今のスパッタ装置も水圧が下がるとアラームが出るようなタイプなんでしょうか。だとしたら、水圧は大丈夫なんでしょうね。そうであれば、ホースが長すぎて水圧が下がっているわけではないので、ホースの長さは問題ないでしょう。さらに、チラーの揚程も問題ない（チラーの吐出圧力も十分ある）ということになります。とすれば、チラーの冷却能力不足と思われます。

>ホースの長さで冷却が間に合わなくなってしまうのかが知りたかったのです。

ホースの長さで間に合わないということはないです。ホースが長くなると流路抵抗が増えて流量が下がりますが、チラーの冷却能力が十分ならば、チラーの出口の水温は設定温度通りになっているので、拡散ポンプに入る水温は一定です。ただし、ホースの流路抵抗によって水量が下がっていると、拡散ポンプの冷却水出口での水温が上がってしまうため、ポンプの排気能力は多少下がりますが、よほど真空度が悪化しない限り、普通は気がつかないはずです。

問題なのはチラーの冷却能力が十分でない場合です。拡散ポンプで暖められた冷却水（温水）がチラーで十分冷却されないまま再び拡散ポンプに戻ると、拡散ポンプから出た温水の温度がさらに上がっていってしまい、チラーはますます水を冷却できなくなってしまい、最終的には温度は一定値になるでしょうが、常に高温の水が循環することになります（そのためにチラーの設定温度と実際の水温が大きく違ってくる）。ホースの長さに問題がなく、冷却水の流量が十分であっても、チラーの冷却能力が拡散ポンプの発熱量よりも小さい場合はそういうことが起こります。そのチラーで大丈夫だったスパッタ装置の拡散ポンプの消費電力は、たぶん、今のスパッタ装置の拡散ポンプの消費電力より小さかったと思われます。

以前のスパッタ装置と今の装置で、拡散ポンプのヒータ電力を比較して、それとチラーの冷却能力を比較してみてください。

inara · Answer

私も某メーカの半導体エンジニアでした。
チラーの設定値（ＳＶ）と実際の水温値（ＰＶ）に隔たりがあるのは冷却能力不足です。
そのチラーは以前からその拡散ポンプ用に使っていて、今までは問題なく動作していたのですか？

【Yes】　以下の２つの原因が考えられます。
　　　（１）冷媒の流量が何らかの原因で落ちている
　　　（２）チラーが空冷なら、
　　　　　　・空冷ファンの風量が落ちている
　　　　　　・放熱フィンがホコリだらけになっている
　　　　　　・放熱口が塞がれている
（１）　チラーが運べる熱量は、冷媒の密度と比熱と体積流量の積ですが、冷却水に空気が混ざっていない限り、密度と比熱は変わっていないでしょうから、流量が落ちていることが考えられます。注意深い人は、流量計をつけて流量を確認して使っていますが、最初からついていなければ流量が低下したのかどうか分かりません。私も拡散ポンプを使っていたことがあり、冷却に使っていたのは普通の市水（水道水）でしたが、フィルターでろ過していました（石灰分とかが付着してくるので）。拡散ポンプの冷却管の内部は調べられませんが、送水圧力が異常になっていないか調べたほうが良いかと思います。チラーの仕様書には送水ポンプの揚程が出ていると思いますが、それに相当する圧力より送水圧力は上がらないので、流路抵抗が増えると流量が低下します。（２）については目視で確認できると思います。

【No】　初めてそのチラーを使うのであれば以下の確認をしてください。
　　（１）　送水ポンプの揚程、送水ホースと拡散ポンプの冷却管の流路抵抗の確認
　　（２）　チラーの冷却能力と、拡散ポンプのヒータの消費電力の確認
　　（３）　チラーが空冷ならチラーの設置場所

（１）　チラーの送水ポンプの揚程（何ｍまで水を持ち上げられるか）は十分でしょうか（1m程度のものはまずダメです）。チラーが低い位置にありませんか？拡散ポンプのマニュアルに冷却水ホースの内径や長さについて書かれていませんか。ホースの長さが3m程度ならたぶん問題ないと思いますが、ホースの内径は、拡散ポンプの送排水パイプの外径よりも極端に細くなっていないですね？
（２）　チラーの冷却能力（Ｗ）＜拡散ポンプのヒータの消費電力（Ｗ）では、設定温度にまで冷却できません。２倍程度の余裕が必要かと思います。
（３）　放熱口が塞がれていたり、高温の場所には置かれていないですね？

BACKHAND · Answer

某メーカ　半導体エンジニアです。
回答と言うより、疑問点をいくつか・・・
1.なぜ、チラーを使っているのでしょうか？設定温度20℃だと、
一般の水とあまり変わらないですよね？スパッタ特性に影響が
ありますか？あるいは、異物か何かでしょうか？
2.チラーの温度とは、どこの温度を指すのでしょうか？
　もし、装置壁の温度を指すのならば、変化するのは当然だと思う
のですが、そこの温度をコントロールする必要性はどの程度でしょうか？

とにかく、チラーによって、どの部分をどのくらいの温度範囲で、
コントロールしたいのか？その目的は何か？によって回答が変わる
と思います。

outerlimit · Answer

チラーは空冷ですか水冷ですか
水冷の場合冷却水は循環ですか垂れ流し式ですか

どちらにしてもチラーの冷却不足です、
熱を消滅させるのではなく、移動させるだけですから、チラーから放熱される熱量分しか冷却できません

冷却水のチラーについて

ANo.3 です。

私も某メーカの半導体エンジニアでした。

某メーカ 半導体エンジニアです。

この回答への補足

チラーは空冷ですか水冷ですか

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