CN103184996B

CN103184996B - 低温泵系统、超低温系统、压缩机单元的控制装置及其控制方法

Info

Publication number: CN103184996B
Application number: CN201210576016.8A
Authority: CN
Inventors: 木村敏之
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: KR20130075688A; CN103184996A; TW201344133A; KR101428315B1; US20130160468A1; JP2013134020A; US9759467B2; TWI521179B; JP5738174B2

Abstract

本发明提供一种低温泵系统、超低温系统、压缩机单元的控制装置及其控制方法，其能够通过用于超低温系统的压缩机单元的作用来有助于系统运行持续性的控制。本发明的压缩机控制器（168）具备：控制量运算部（176），运算包括第1控制量和第2控制量在内的至少2个控制量，所述第1控制量用于控制与用于使超低温装置产生寒冷的工作气体量相关联的第1控制对象的控制量，所述第2控制量用于控制与工作气体量相关联且不同于第1控制对象的第2控制对象并且与第1控制量通用的控制量；及选择部（186），基于至少2个控制量的比较，从包括第1控制对象和第2控制对象在内的至少2个控制对象中选择应控制的控制对象。

Description

低温泵系统、超低温系统、压缩机单元的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种低温泵系统、超低温系统、压缩机单元的控制装置及其控制方法。

背景技术

已知具备超低温制冷机和用于将工作气体供给于该制冷机的压缩机单元的超低温系统。作为超低温系统的一例，还已知具备将超低温制冷机作为冷却源的超低温装置（例如低温泵）的系统。超低温系统中，有时控制压缩机单元，以使制冷机的工作气体的高压侧与低压侧的差压同设定值一致。这种压缩机单元的差压恒定控制有助于降低系统的消耗电力（例如，参考专利文献1）。

专利文献1：日本特开2004-3792号公报

最近关于低温泵系统或超低温系统，提供高节能性能成为最重要的要求之一。压缩机单元的差压恒定控制是用于满足该要求的有用技术之一。

在其一方面，还要求提供高节能性能的同时，提高制冷能力或运行持续性之类的系统的基本性能。例如，在具有某一制冷机的系统中不变更该制冷机的设计而提高制冷能力的1种对策为，提高压缩机单元的工作气体的封入压力。作为其代替方案，当执行差压恒定控制时，能够通过提高差压的设定值来得到提高制冷能力的效果。

压缩机单元上大体上预先具备有用于对从规格上的动作范围脱离进行警告的设定。例如，电性或机械性地设定有用于警告工作气体的过度高压的高压设定值。通过上述对策提高制冷机的制冷能力的结果，工作气体压在系统运行中达到该高压设定值的可能性变高。压缩机单元有时构成为，为了控制工作气体压以免超过高压设定值，而断续地变更压缩机单元的运行状态。还有时在工作气体压达到高压设定值时自动停止压缩机单元。压缩机单元的运行停止确实大幅度变更系统状态。

冷却温度的稳定对超低温装置很重要。例如在低温泵中为了持续提供其功能，要求低温板温度的稳定。超低温系统中包括压缩机单元的突然停止在内的运行状态的突变有对冷却温度的稳定性带来不良影响的可能性。

发明内容

本发明的某一方式的例示性目的之一在于，关于用于超低温系统的压缩机单元，提供可有助于系统的运行持续性的控制。

本发明的某一形态的低温泵系统具备：低温泵，具备低温板和用于冷却该低温板的制冷机；压缩机单元，用于将工作气体供给于制冷机；及控制部，用于选择性执行利用通用控制量的压缩机单元的至少2种运行控制中的任一种。所述至少2种运行控制包括：第1运行控制，以控制与供给气体量相关联的第1控制对象的方式，利用通用控制量来运行压缩机单元；及第2运行控制，以控制与供给气体量相关联且与所述第1控制对象不同的第2控制对象的方式，利用通用控制量来运行压缩机单元。控制部根据至少2个通用控制量的值的比较，来从所述至少2种运行控制之中选择应执行的运行控制，所述至少2个通用控制量的值包括用于第1运行控制的通用控制量的值和用于第2运行控制的通用控制量的值。

运行控制的控制量能够看作为，深度反应作为由该控制量导致的控制结果的压缩机单元的运行状态的参数。从一种控制过渡到另一种控制时，压缩机单元的运行状态根据过渡前后控制量变化的大小而发生变化。例如从第1运行控制过渡到第2运行控制时，若该时刻的2种运行控制的控制量的背离较大，则压缩机单元的运行状态也伴随其过渡而发生较大的变化。因此，能够通过比较各控制量来评价根据过渡对运行状态带来的影响。

如此，为了将必要量的工作气体供给于制冷机并对低温泵给予所希望的冷却，而能够从至少2种压缩机单元运行控制中选择并执行从系统的运行持续性考虑时适当的运行控制。例如，能够从超低温系统的稳定运行的持续这一观点，来决定是持续进行当前的运行控制还是过渡到其他运行控制。

第1运行控制为当前所选择的运行控制，第2运行控制为当前未被选择的运行控制中的任一种，当用于第1运行控制的通用控制量的值与用于第2运行控制的通用控制量的值的大小关系发生变化时，控制部可将第1运行控制切换为第2运行控制。

用于各种运行控制的控制量的大小关系的变化能够看作为，与压缩机单元的状态变化相关联。并且，期望在大小关系发生变化之前，一方的控制量的值稍微大于另一方，大小关系发生变化之后，一方的控制量的值微小于另一方。此时，伴随大小关系发生变化时从当前的运行控制过渡到其它运行控制的控制量的变化变小。由此，能够通过将大小关系的变化当做运行控制过渡的契机，而避免压缩机单元的运行状态伴随过渡而发生突变。

第1运行控制可以为作为常态而选择的运行控制，第2运行控制可以为基于目标值与第2控制对象的偏差来确定通用控制量的压缩机保护控制，该目标值是为了保护压缩机单元而对第2控制对象设定的值。

此时，能够考虑由压缩机单元的通常运行控制与保护控制之间的切换对运行状态带来的影响来决定是否进行切换，例如，能够避免用于保护的切换动作而引起的运行状态的突变。

所述第1控制对象可以为所述压缩机单元的吐出侧压力与吸入侧压力的差压，所述第1运行控制可以为根据关于该差压的目标值与该差压的偏差来确定所述通用控制量的差压控制，所述第2控制对象可以为所述压缩机单元的吐出侧压力，所述第2运行控制可以为根据关于该吐出侧压力的目标值与该吐出侧压力的偏差来确定所述通用控制量的吐出压控制。

差压控制对超低温系统的消耗电力的降低有效。并且，吐出压控制能够使吐出侧压力保留在目标值附近，因此作为用于抑制过度高压的压缩机保护控制的一例是有效的。

所述至少2种运行控制可进一步包括第3运行控制，所述第3运行控制，以控制与供给气体量相关联的第3控制对象的方式利用通用控制量来运行压缩机单元。控制部根据至少3个通用控制量的值，来从所述至少2种运行控制中选择应执行的运行控制，所述至少3个通用控制量的值包括用于第1运行控制的通用控制量的值和用于第2运行控制的通用控制量的值和用于第3运行控制的通用控制量的值，第3控制对象为压缩机单元的吸入侧压力，第3运行控制为，根据关于该吸入侧压力的目标值与该吸入侧压力的偏差来决定通用控制量的吸入压控制即可。

通过设定除第1运行控制和第2运行控制之外的第3运行控制，能够基于状况选择适当的运行控制。

本发明的另一形态为超低温系统。该超低温系统具备：至少1个超低温制冷机；至少1个压缩机单元，用于将工作气体供给于至少1个超低温制冷机；及控制部，根据用于评价运行状态的通用的评价参数，来选择性执行至少2种控制中的任一种，其中所述运行状态为由压缩机单元的至少2种控制所分别形成的运行状态。

根据该形态，利用用于评价运行状态的通用的评价参数，因此可轻松地比较由各控制对运行状态带来的影响。基于比较结果能够选择并执行压缩机单元的控制。

所述至少1个压缩机单元可为多个压缩机单元，控制部对多个压缩机单元的每一个单独执行所述至少2种控制的选择。若如此设定，则能够不依赖于其他压缩机单元的运行状态而选择对于超低温系统的多个压缩机单元的每一个所适当的控制。

本发明的又一形态为压缩机单元的控制装置。该装置为用于将用于使超低温装置产生寒冷的工作气体供给于该超低温装置的压缩机单元的控制装置，其具备：控制量运算部，对包括第1控制量和与所述第1控制量共用的第2控制量在内的至少2个控制量进行运算，其中，所述第1控制量用于控制与从所述压缩机单元向所述超低温装置供给的气体量相关联的第1控制对象，所述第2控制量用于控制与所述供给气体量相关联且与第1控制对象不同的第2控制对象；及选择部，根据所述至少2个控制量的比较，从包括第1控制对象和第2控制对象在内的至少2个控制对象中选择应控制的控制对象。

本发明的再一形态为压缩机单元的控制方法。该方法为用于将用于使超低温装置产生寒冷的工作气体供给于该超低温装置的压缩机单元的控制方法，其包括：判定压缩机单元的通常控制是否对压缩机单元给予比用于所述压缩机单元的保护控制更大的负载；及当判定为通常控制对压缩机单元给予比保护控制更大的负载时，过渡到保护控制。

根据该形态，在压缩机单元的通常控制对压缩机单元给予较大负载时，能够从通常控制过渡到保护控制。如此，能够保护压缩机单元的同时持续运行。

可包括如下步骤：当判定为在保护控制的期间保护控制对压缩机单元给予比通常控制更大的负载时，从保护控制恢复到通常控制。若如此设定，则能够在持续的保护控制反而对压缩机单元给予较大负载时自动恢复到通常控制。

另外，将以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表达在方法、装置、系统、程序等之间相互置换的形态也作为本发明的形态而有效。

发明效果

根据本发明，提供一种能够通过用于低温泵系统或超低温系统的压缩机单元的作用来有助于系统的运行持续性的控制。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵系统的整体结构的图。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵的截面图。

图3是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元的图。

图4是有关本实施方式所涉及的低温泵系统的控制块图。

图5是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元运行控制的控制流程的图。

图6是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元运行控制的控制流程的图。

图7是本发明的一实施方式所涉及的概括表示控制量的变化的图。

图中：10-低温泵，12-制冷机，14-板构造体，16-热护罩，22-第1冷却台，23-第1温度传感器，24-第2冷却台，25-第2温度传感器，26-制冷机马达，28-闭塞部，31-开口部，32-挡板，100-CP控制器，102-第1压缩机单元，104-第2压缩机单元，140-压缩机主体，164-第1压力传感器，166-第2压力传感器，168-压缩机控制器，172-压缩机马达，1000-低温泵系统。

具体实施方式

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵系统1000的整体结构的图。低温泵系统1000为了进行真空装置300的真空排气而使用。真空装置300是在真空环境下对物体进行处理的真空处理装置，例如是在离子注入装置或溅射装置等半导体制造工序中使用的装置。

低温泵系统1000包含多台低温泵10。这些低温泵10安装于真空装置300的1个或多个真空腔内（未图示），为了将真空腔内部的真空度提高至所希望的工艺所需的水平而使用。低温泵10按照低温泵控制器（以下还称CP控制器）100所确定的控制量运行。例如可以在真空腔实现10^-5Pa～10^-8Pa左右的高真空度。在图示的例子中，低温泵系统1000中包含11台低温泵10。多个低温泵10可以是均具有相同的排气性能的低温泵，也可以是具有不同排气性能的低温泵。

低温泵系统1000具备CP控制器100。CP控制器100控制低温泵10及压缩机单元102、104。CP控制器100具备：执行各种运算处理的CPU、储存各种控制程序的ROM、作为用于储存数据或执行程序的作业区而利用的RAM、输入输出界面、储存器等。另外，CP控制器100构成为还能够与用于控制真空装置300的主控制器（未图示）通信。真空装置300的主控制器也可以说是总括控制包含低温泵系统1000在内的真空装置300的各构成要件的上级控制器。

CP控制器100与低温泵10及压缩机单元102、104分体地构成。CP控制器100能够与低温泵10及压缩机单元102、104相互通信地连接。低温泵10分别具备用于对与CP控制器100通信的输入输出进行处理的IO模块50（参考图4）。CP控制器100和各IO模块50通过控制通信线连接。图1中，用虚线表示低温泵10与CP控制器100的控制通信线及压缩机单元102、104与CP控制器100的控制通信线。另外，CP控制器100可与任一低温泵10或压缩机单元102、104构成为一体。

CP控制器100可由单一的控制器构成，也可包括分别发挥相同或不同功能的多个控制器。例如，CP控制器100可具备设置于各压缩机单元并决定各压缩机单元的控制量的压缩机控制器及总括控制低温泵系统的低温泵控制器。

低温泵系统1000具备至少包含第1压缩机单元102及第2压缩机单元104的多个压缩机单元。压缩机单元为了使工作气体在包含低温泵10的封闭的流体回路上循环而设置。压缩机单元从低温泵10回收工作气体并进行压缩并再次向低温泵10送出。压缩机单元远离真空装置300而设置，或者设置于真空装置300的附近。压缩机单元按照压缩机控制器168（参考图4）所确定的控制量运行。或者按照CP控制器100所确定的控制量运行。

以下，作为代表例，对具有2台压缩机单元102、104的低温泵系统1000进行说明，但本发明并不限定于此。可以以与这些压缩机单元102、104相同的方式构成3台以上的压缩机单元并列连接于多个低温泵10的低温泵系统1000。另外，图1所示的低温泵系统1000分别具备有多个低温泵10及压缩机单元102、104，但是也可将低温泵10或压缩机单元102、104设为1台。

多个低温泵10和多个压缩机单元102、104通过工作气体配管系统106连接。配管系统106如下构成，即相互并列连接多个低温泵10和多个压缩机单元102、104，并使工作气体在多个低温泵10与多个压缩机单元102、104之间流通。通过配管系统106，1台低温泵10上分别并列连接有多个压缩机单元，1台压缩机单元上分别并列连接有多个低温泵10。

配管系统106包含内部配管108及外部配管110而构成。内部配管108形成于真空装置300的内部，且包括内部供给管路112及内部返回管路114。外部配管110设置于真空装置300的外部，且包括外部供给管路120及外部返回管路122。外部配管110连接真空装置300与多个压缩机单元102、104。

内部供给管路112连接于各低温泵10的气体供给口42（参考图2），内部返回管路114连接于各低温泵10的气体排出口44（参考图2）。并且，内部供给管路112通过真空装置300的气体供给端口116连接于外部配管110的外部供给管路120的一端，内部返回管路114通过真空装置300的气体排出端口118连接于外部配管110的外部返回管路122的一端。

外部供给管路120的另一端连接于第1歧管124，外部返回管路122的另一端连接于第2歧管126。第1歧管124上连接有第1压缩机单元102的第1吐出配管128及第2压缩机单元104的第2吐出配管130的一端。第1吐出配管128及第2吐出配管130的另一端分别连接于所对应的各压缩机单元102、104的吐出端口148（参考图3）。第2歧管126上连接有第1压缩机单元102的第1吸入配管132及第2压缩机单元104的第2吸入配管134的一端。第1吸入配管132及第2吸入配管134的另一端分别连接于所对应的各压缩机单元102、104的吸入端口146（参考图3）。

如此，由内部供给管路112及外部供给管路120来构成用于汇集分别从多个压缩机单元102、104送出的工作气体并供给至多个低温泵10的共同的供给管路。另外，由内部返回管路114及外部返回管路122来构成用于汇集从多个低温泵10排出的工作气体并返回至多个压缩机单元102、104的共同的返回管路。并且，多个压缩机单元分别经各压缩机单元附带的个别配管而连接于共同管路上。个别配管与共同管路的连接部上设有用于使个别配管合流的歧管。第1歧管124在供给侧使个别配管合流，第2歧管126在回收侧使个别配管合流。

根据使用低温泵系统1000的场所（例如半导体制造工厂）中的各种装置的布局设计，上述共同管路（与图示不同）有时还成为较长的长度。通过将工作气体汇集至共同管路中，比将多个压缩机的每一个分别连接于真空装置时更能够缩短总体配管长度。并且，由于采取按每个工作气体的供给对象（例如，在低温泵系统1000中为各个低温泵10）连接多个压缩机的配管结构，因此也有冗余性。通过将多个压缩机并列配置于各个对象（例如低温泵）来运行，由此分担向多个压缩机的负载。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的截面图。低温泵10具备被冷却至第1冷却温度水平的第1低温板、及被冷却至比第1冷却温度水平更低温的第2冷却温度水平的第2低温板。在第1低温板上，在第1冷却温度水平下蒸汽压较低的气体通过凝结被捕捉并被排气。例如，蒸汽压低于基准蒸汽压（例如10^-8Pa）的气体被排气。在第2低温板上，在第2冷却温度水平下蒸汽压较低的气体通过凝结被捕捉并被排气。在第2低温板上，为了捕捉由于蒸汽压较高而在第2冷却温度水平下也不凝结的非凝结性气体，而在其表面上形成吸附区域。吸附区域例如通过在板表面上设置吸附剂来形成。非凝结性气体被吸附于冷却至第2冷却温度水平的吸附区域而被排气。

图2所示的低温泵10具备制冷机12、板结构体14及热护罩16。制冷机12通过吸入工作气体并使其在内部膨胀并吐出的热循环产生寒冷。板结构体14包括多个低温板，这些板通过制冷机12冷却。在板表面形成用于通过凝结或吸附来捕捉气体并排气的超低温面。在低温板的表面（例如背面）通常设置用于吸附气体的活性碳等吸附剂。热护罩16为了从周围的辐射热保护板结构体14而设置。

低温泵10为所谓立式低温泵。立式低温泵是指，沿热护罩16的轴向插入配置有制冷机12的低温泵。另外，本发明也可以同样地适用于所谓卧式低温泵。卧式低温泵是指，在与热护罩16的轴向交叉的方向（通常为正交方向）上插入配置有制冷机的第2级冷却台的低温泵。另外，图1中示意地示出有卧式低温泵10。

制冷机12是吉福德-麦克马洪式制冷机（所谓GM制冷机）。另外，制冷机12是2级式制冷机，且具有第1级缸18、第2级缸20、第1冷却台22、第2冷却台24及制冷机马达26。第1级缸18与第2级缸20串联连接，分别内置有相互连结的第1级置换器及第2级置换器（未图示）。第1级置换器及第2级置换器的内部组装有蓄冷材料。另外，制冷机12也可以是2级GM制冷机以外的制冷机，例如可以利用单级GM制冷机，也可以利用脉冲管制冷机或苏尔威制冷机。

制冷机12包括流道切换机构，所述流道切换机构为了周期性地反复进行工作气体的吸入和吐出而周期性地切换工作气体的流道。流道切换机构例如包括阀部及驱动阀部的驱动部。阀部例如为回转阀，驱动部为用于使回转阀旋转的马达。马达例如可以是AC马达或DC马达。并且，流道切换机构可以是通过直线马达驱动的直动式机构。

第1级缸18的一端设置有制冷机马达26。制冷机马达26被设置在形成于第1级缸18的端部的马达用壳体27的内部。制冷机马达26被连接于第1级置换器及第2级置换器，以便第1级置换器及第2级置换器分别能够在第1级缸18及第2级缸20的内部往复移动。另外，制冷机马达26以使设置于马达用壳体27内部的可动阀（未图示）能够正反旋转的方式连接于该阀。

第1冷却台22设置于第1级缸18的靠第2级缸20侧的端部即第1级缸18与第2级缸20的连结部。另外，第2冷却台24设置于第2级缸20的末端。第1冷却台22及第2冷却台24例如通过钎焊被分别固定于第1级缸18及第2级缸20。

制冷机12经设置于马达用壳体27的外侧的气体供给口42及气体排出口44而连接于压缩机单元102或104。对低温泵10与压缩机单元102、104的连接关系如参考图1而进行说明的那样。

制冷机12使从压缩机单元102、104供给的高压工作气体（例如氦等）在内部膨胀而在第1冷却台22及第2冷却台24产生寒冷。压缩机单元102、104回收在制冷机12中膨胀后的工作气体并再次加压而供给至制冷机12。

具体而言，首先从压缩机单元102、104向制冷机12供给高压工作气体。此时，制冷机马达26将马达用壳体27内部的可动阀驱动为连通气体供给口42和制冷机12的内部空间的状态。若制冷机12的内部空间被高压工作气体填满，则通过制冷机马达26切换可动阀而使制冷机12的内部空间与气体排出口44连通。由此，工作气体膨胀而被回收至压缩机单元102、104。第1级置换器及第2级置换器分别与可动阀的动作同步而在第1级缸18及第2级缸20的内部往复移动。通过反复这种热循环，制冷机12在第1冷却台22及第2冷却台24上产生寒冷。

第2冷却台24被冷却成低于第1冷却台22的温度。第2冷却台24例如被冷却至10K～20K左右，第1冷却台22例如被冷却至80K～100K左右。第1冷却台22上安装有用于测定第1冷却台22的温度的第1温度传感器23，第2冷却台24上安装有用于测定第2冷却台24的温度的第2温度传感器25。

在制冷机12的第1冷却台22上以热连接的状态固定有热护罩16，在制冷机12的第2冷却台24上以热连接的状态固定有板结构体14。因此，热护罩16被冷却成与第1冷却台22相同程度的温度，板结构体14被冷却成与第2冷却台24相同程度的温度。热护罩16形成为在一端具有开口部31的圆筒状形状。开口部31由热护罩16的筒状侧面的端部内表面划分形成。

另一方面，在与热护罩16的开口部31的相反侧，即泵底部侧的另一端上形成有闭塞部28。闭塞部28由在热护罩16的圆筒状侧面的泵底部侧端部朝向径向内侧延伸的突缘部形成。由于图2所示的低温泵10是立式低温泵，因此该突缘部安装于制冷机12的第1冷却台22上。由此，在热护罩16的内部形成圆柱状的内部空间30。制冷机12沿热护罩16的中心轴向内部空间30突出，第2冷却台24呈插入于内部空间30的状态。

另外，当为卧式低温泵时，闭塞部28通常完全闭塞。制冷机12从形成于热护罩16的侧面的制冷机安装用开口部沿与热护罩16的中心轴正交的方向，向内部空间30突出地配置。制冷机12的第1冷却台22安装于热护罩16的制冷机安装用开口部，制冷机12的第2冷却台24被配置于内部空间30。第2冷却台24上安装有板结构体14。由此，板结构体14配置于热护罩16的内部空间30内。板结构体14可通过适当形状的板安装部件安装于第2冷却台24。

另外，热护罩16的开口部31上设置有挡板32。挡板32在热护罩16的中心轴方向上与板结构体14隔开间隔而设置。挡板32安装于热护罩16的开口部31侧的端部，被冷却成与热护罩16相同程度的温度。从真空腔80侧观察时，挡板32例如可形成为同心圆状，或者也可形成为格子状等其他形状。另外，挡板32与真空腔80之间设置有闸阀（未图示）。该闸阀例如在再生低温泵10时被关闭，在通过低温泵10对真空腔80进行排气时被打开。真空腔80例如设置于图1所示的真空装置300内。

热护罩16、挡板32、板结构体14及制冷机12的第1冷却台22和第2冷却台24被容纳于泵壳34的内部。泵壳34是将不同直径的2个圆筒串联连接而形成。泵壳34的大径圆筒侧端部开放，并且向径向外侧延伸而形成与真空腔80的连接用突缘部36。另外，泵壳34的小径圆筒侧端部固定于制冷机12的马达用壳体27。低温泵10通过泵壳34的突缘部36被气密地固定于真空腔80的排气用开口，且形成与真空腔80的内部空间一体的气密空间。泵壳34及热护罩16均形成为圆筒状，并同轴配设。由于泵壳34的内径稍微大于热护罩16的外径，因此热护罩16在与泵壳34的内表面之间保持若干间隔而配置。

当低温泵10工作时，首先在其工作前利用其他适当的粗抽泵将真空腔80内部粗抽至1Pa～10Pa左右。之后使低温泵10工作。通过制冷机12的驱动来冷却第1冷却台22及第2冷却台24，与它们热连接的热护罩16、挡板32及板结构体14也被冷却。

被冷却的挡板32对从真空腔室80朝向低温泵10内部飞来的气体分子进行冷却，并在该冷却温度下使蒸汽压充分降低的气体（例如水分）凝结于表面而进行排气。在挡板32的冷却温度下蒸汽压不会充分降低的气体则穿过挡板32进入到热护罩16内部。进入的气体分子中蒸汽压在板构造体14的冷却温度下充分降低的气体（例如氩气等）凝结于板构造体14的表面而被排气。即使在该冷却温度下蒸汽压也不会充分降低的气体（例如氢气等）则通过粘结于板构造体14表面的被冷却的吸附剂吸附而被排气。如此，低温泵10能够使真空腔室80内部的真空度达到所希望的水平。

图3是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的第1压缩机单元102的图。在本实施例中，第2压缩机单元104也具有与第1压缩机单元102相同的结构。压缩机单元102构成为包括：使气体升压的压缩机主体140、用于向压缩机主体140供给从外部供给的低压气体的低压配管142、及用于向外部送出通过压缩机主体140压缩的高压气体的高压配管144。

如图1所示，低压气体经过第1吸入配管132而供给至第1压缩机单元102。第1压缩机单元102在吸入端口146接受来自低温泵10的返回气体，工作气体被送至低压配管142。吸入端口146在低压配管142的末端被设置于第1压缩机单元102的箱体。低压配管142连接吸入端口146和压缩机主体140的吸入口。

低压配管142在中途具备作为用于去除返回气体中所包含的脉动的容积的储罐150。储罐150设置于吸入端口146与向后述的旁通机构152的分支之间。在储罐150中被去除脉动的工作气体经过低压配管142被供给至压缩机主体140。储罐150的内部可设置有用于从气体去除不需要的微粒等的过滤器。在储罐150与吸入端口146之间可连接用于从外部补充工作气体的接收端口及配管。

压缩机主体140例如为涡旋方式或回转式的泵，发挥使被吸入的气体升压的功能。压缩机主体140向高压配管144送出已升压的工作气体。压缩机主体140为利用油进行冷却的结构，压缩机主体140上附带设置有使油循环的油冷却配管。因此，已升压的工作气体以稍微混入了该油的状态被送出至高压配管144。

因此，高压配管144在其中途设置有油分离器154。通过油分离器154从工作气体分离出来的油可返回至低压配管142，并通过低压配管142返回至压缩机主体140。油分离器154中可设置用于释放过度高压的安全阀。

在连接压缩机主体140和油分离器154的高压配管144的中途，可设置用于冷却从压缩机主体140送出的高压工作气体的热交换器（未图示）。热交换器例如通过冷却水冷却工作气体。另外，该冷却水还可以为了对冷却压缩机主体140的油进行冷却而利用。在高压配管144中，可以在热交换器的上游及下游的至少一方设置测定工作气体的温度的温度传感器。

经过油分离器154后的工作气体通过高压配管144送至吸附器156。吸附器156为了从工作气体中去除例如未能通过储罐150内的过滤器或油分离器154等的流道上的污染物质去除机构完全除去的污染成分而设置。吸附器156例如通过吸附去除气化的油成分。

吐出端口148在高压配管144的末端被设置于第1压缩机单元102的箱体。即，高压配管144连接压缩机主体140和吐出端148，在其中途设置有油分离器154及吸附器156。经过吸附器156后的工作气体通过吐出端148被送出至低温泵10。

第1压缩机单元102具备旁通机构152，所述旁通机构152具有连结低压配管142和高压配管144的旁通配管158。在图示的实施例中，旁通配管158在储罐150与压缩机主体140之间从低压配管142分支。另外，旁通配管158在油分离器154与吸附器156之间从高压配管144分支。

旁通机构152具备用于控制未送出至低温泵10而从高压配管144向低压配管142迂回的工作气体流量的控制阀。在图示的实施例中，在旁通配管158的中途并列设置有第1控制阀160及第2控制阀162。第1控制阀160及第2控制阀162例如为常闭型或常开型电磁阀。在本实施例中，使用第2控制阀162作为旁通配管158的流量控制阀。以下，还将第2控制阀162称作安全阀162。

第1压缩机单元102具备用于测定来自低温泵10的返回气体的压力的第1压力传感器164及用于测定向低温泵10的送出气体的压力的第2压力传感器166。由于在第1压缩机单元102动作期间，送出气体的压力高于返回气体的压力，因此以下有时还将第1压力传感器164及第2压力传感器166分别称作低压传感器及高压传感器。

第1压力传感器164设置为测定低压配管142的压力，第2压力传感器166设置为测定高压配管144的压力。第1压力传感器164例如设置于储罐150中，测定在储罐150中被去除脉动后的返回气体的压力。第1压力传感器164可设置于低压配管142的任意位置。第2压力传感器166设置于油分离器154与吸附器156之间。第2压力传感器166可设置于高压配管144的任意位置。

另外，第1压力传感器164及第2压力传感器166可设置于第1压缩机单元102的外部，例如可设置于第1吸入配管132及第1吐出配管128。另外，旁通机构152也可设置于第1压缩机单元102的外部，例如也可由旁通配管158连接第1吸入配管132和第1吐出配管128。

图4是有关本实施方式所涉及的低温泵系统1000的控制块图。图4表示与本发明的一实施方式相关联的低温泵系统1000的主要部分。在多个低温泵10中，对其中1个示出内部的详细内容，对于其他低温泵10，由于相同所以省略图示。相同地，对第1压缩机单元102示出详细内容，由于第2压缩机单元104与其相同，因此省略内部的图示。

如上所述，CP控制器100可通信地连接于各低温泵10的IO模块50。IO模块50包括制冷机逆变器52及信号处理部54。制冷机逆变器52调整从外部电源，例如商用电源供给的规定电压及频率的电力并供给至制冷机马达26。通过CP控制器100控制应供给至制冷机马达26的电压及频率。

CP控制器100根据传感器输出信号决定控制量。信号处理部54将从CP控制器100发送的控制量中转至制冷机逆变器52。例如，信号处理部54将来自CP控制器100的控制信号转换成可在制冷机逆变器52中处理的信号并发送至制冷机逆变器52。控制信号包括表示制冷机马达26的运行频率的信号。另外，信号处理部54将低温泵10的各种传感器的输出中转至CP控制器100。例如，信号处理部54将传感器输出信号转换为可在CP控制器100中处理的信号并发送至CP控制器100。

IO模块50的信号处理部54上连接有包括第1温度传感器23及第2温度传感器25在内的各种传感器。如上所述，第1温度传感器23测定制冷机12的第1冷却台22的温度，第2温度传感器25测定制冷机12的第2冷却台24的温度。第1温度传感器23及第2温度传感器25分别周期性地测定第1冷却台22及第2冷却台24的温度，并输出表示测定温度的信号。第1温度传感器23及第2温度传感器25的测定值隔开预定时间被输入至CP控制器100，并被储存保持在CP控制器100的预定存储区域。

CP控制器100根据低温板的温度控制制冷机12。CP控制器100以低温板的实际温度追随目标温度的方式，将运行指令提供给制冷机12。例如，CP控制器100以使第1级低温板的目标温度与第1温度传感器23的测定温度的偏差为最小化的方式而通过反馈控制对制冷机马达26的运行频率进行控制。制冷机12的热循环频率按照制冷机马达26的运行频率确定。第1级低温板的目标温度例如按照在真空腔80中进行的工艺作为规格来确定。此时，制冷机12的第2冷却台24及板结构体14被冷却至由制冷机12的规格及来自外部的热负载所确定的温度。

当第1温度传感器23的测定温度高于目标温度时，CP控制器100对IO模块50输出指令值，以便增加制冷机马达26的运行频率。与马达运行频率的增加连动，制冷机12中的热循环的频率也增加，制冷机12的第1冷却台22向目标温度被冷却。相反地，当第1温度传感器23的测定温度低于目标温度时，制冷机马达26的运行频率被减少，制冷机12的第1冷却台22朝向目标温度升温。

通常，第1冷却台22的目标温度被设定为恒定值。因此，在向低温泵10的热负载增加时，CP控制器100以增加制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值，而在向低温泵10的热负载减少时，以减少制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值。另外，可适当地变动目标温度，例如依次设定低温板的目标温度，以便在排气对象容积内实现作为目标的气氛压力。另外，CP控制器100也可控制制冷机马达26的运行频率，以使第2级低温板的实际温度与目标温度一致。

在典型的低温泵中，热循环的频率始终恒定。并设定为以较大频率运行，以便可从常温快速冷却至泵工作温度，当来自外部的热负载较小时，通过由加热器加热来调整低温板的温度。因此，消耗电力变大。相反，在本实施方式中，由于按照向低温泵10的热负载控制热循环频率，因此能够实现节能性优异的低温泵。并且，无需一定要设置加热器也有助于消耗电力的降低。

CP控制器100可通信地连接于压缩机控制器168。本发明的一实施方式所涉及的低温泵系统1000的控制部由包含CP控制器100及压缩机控制器168的多个控制器构成。在另一实施例中，低温泵系统1000的控制部可由单一的CP控制器100构成，也可在压缩机单元102、104设置IO模块来代替压缩机控制器168。此时，IO模块在CP控制器100与压缩机单元102、104的各构成要件之间中转控制信号。

压缩机控制器168根据来自CP控制器100的控制信号或者从CP控制器100独立地控制第1压缩机单元102。在一实施例中，压缩机控制器168从CP控制器100接收表示各种设定值的信号，并使用该设定值来控制第1压缩机单元102。压缩机控制器168根据传感器输出信号确定控制量。压缩机控制器168与CP控制器100同样地具备执行各种运算处理的CPU、储存各种控制程序的ROM、作为用于储存数据或执行程序的作业区来利用的RAM、输入输出界面及储存器等。

另外，压缩机控制器168将表示第1压缩机单元102的运行状态的信号发送至CP控制器100。表示运行状态的信号例如包括第1压力传感器164及第2压力传感器166的测定压力、安全阀162的开度或控制电流、压缩机马达172的运行频率等。

第1压缩机单元102包括压缩机逆变器170及压缩机马达172。压缩机马达172为使压缩机主体140动作且可变更运行频率的马达，被设置于压缩机主体140上。能够与制冷机马达26相同地采用各种马达作为压缩机马达172。压缩机控制器168控制压缩机逆变器170。压缩机逆变器170调整从外部电源例如商用电源供给的规定电压及频率的电力并供给至压缩机马达172。通过压缩机控制器168确定应供给至压缩机马达172的电压及频率。

压缩机控制器168上连接有包括第1压力传感器164及第2压力传感器166的各种传感器。如上所述，第1压力传感器164周期性地测定压缩机主体140吸入侧的压力，第2压力传感器166周期性地测定压缩机主体140的吐出侧的压力。第1压力传感器164及第2压力传感器166的测定值每隔预定时间输入至压缩机控制器168，并被储存保持于压缩机控制器168的预定存储区域中。

压缩机控制器168上连接有上述安全阀162。在安全阀162附带设置有用于驱动安全阀162的安全阀驱动器174，安全阀驱动器174连接于压缩机控制器168。压缩机控制器168确定安全阀162的开度，并将表示其开度的控制信号提供至安全阀驱动器174。安全阀驱动器174将安全阀162控制在该开度。如此，控制旁通机构152的工作气体流量。安全阀驱动器174也可组装于压缩机控制器168。

压缩机控制器168控制压缩机主体140，以便将压缩机单元102的出入口之间的差压（以下，有时也称作压缩机差压）维持在目标差压。例如，压缩机控制器168以将压缩机单元102的出入口之间的差压设为恒定值的方式执行反馈控制。在一实施例中，压缩机控制器168由第1压力传感器164及第2压力传感器166的测定值求出压缩机差压。压缩机控制器168决定压缩机马达172的运行频率，以使压缩机差压与目标值一致。压缩机控制器168控制压缩机逆变器170，以便实现其运行频率。另外差压的目标值可在差压恒定控制的执行中变更。

通过这种差压恒定控制，可实现消耗电力的进一步降低。当向低温泵10及制冷机12的热负载较小时，制冷机12中的热循环频率通过上述低温板调温控制而变小。若那样，在制冷机12中需要的工作气体量变小。此时，从压缩机单元102能够送来超过需要量的气体量。由此，压缩机单元102的出入口之间的差压欲扩大。然而，本实施方式中，以使压缩机差压成为恒定的方式控制压缩机马达172的运行频率。此时，压缩机马达172的运行频率变小，以便差压缩小至目标值。因此，与如典型的低温泵那样始终以恒定运行频率运行压缩机的情况相比，能够降低消耗电力。

另一方面，当向低温泵10的热负载变大时，增加压缩机马达172的运行频率，以使压缩机差压恒定。因此，由于能够充分确保供给到制冷机12的气体量，所以能够将热负载的增加所导致的低温板温度从目标温度的背离抑制在最小限度。

尤其，为了工作气体的吸气而在高压侧打开阀的时刻在多个制冷机12重合时，必要气体的总量变大。例如，单纯以恒定的吐出流量运行压缩机时，或压缩机的吐出压不充分时，与先打开阀吸气的制冷机相比，对于之后打开阀的制冷机来说被供给的气体量变小。多个制冷机12之间的供给气体量的差异会产生制冷机12之间的制冷能力的偏差。与这种情况相比，能够通过执行差压控制来更充分确保向制冷机12的工作气体流量。差压控制不仅有助于节能性，还能够抑制多个制冷机12之间的制冷能力的偏差。

图5是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元运行控制的控制流程的图。在低温泵10的运行期间以预定周期通过压缩机控制器168反复执行图5所示的控制处理。在各压缩机单元102、104各自的压缩机控制器168中，与其他压缩机单元102、104相独立地执行该处理。图5中，用虚线划分表示压缩机控制器168的运算处理的部分，用单点划线划分表示压缩机单元102、104的硬件的动作的部分。

压缩机控制器168具备控制量运算部176。控制量运算部176例如构成为至少运算用于差压恒定控制的控制量。该实施例中，被运算的控制量分配为压缩机马达172的运行频率和安全阀162的开度来执行差压恒定控制。另一实施例中，可仅将压缩机马达172的运行频率和安全阀162的开度中的一方作为控制量来执行差压恒定控制。如后述，控制量运算部176可构成为运算用于差压恒定控制、吐出压控制及吸入压控制中的至少任一种的控制量。

如图5所示，在压缩机控制器168中预先设定并输入目标差压ΔP0。例如在CP控制器100中设定目标差压，并将其给予压缩机控制器168。通过第1压力传感器164测定吸入侧的测定压PL，通过第2压力传感器166测定吐出侧的测定压PH，并将其从各传感器给予压缩机控制器168。与第2压力传感器166的测定压PH相比，第1压力传感器164的测定压PL通常为低压。

压缩机控制器168具备偏差运算部178，其由吐出侧测定压PH减去吸入侧测定压PL求得测定差压ΔP，进而由目标差压ΔP0减去测定差压ΔP求得差压偏差e。压缩机控制器168的控制量运算部176例如通过包括PD运算或PID运算在内的预定控制量运算处理而由差压偏差e计算控制量D。

另外，如图所示，压缩机控制器168即可与控制量运算部176分体具备偏差运算部178，也可由控制量运算部176具备偏差运算部178。并且，也可以在控制量运算部176的后段设置用于以预定时间对控制量D进行积分并给予输出分配处理部180的积分运算部。

压缩机控制器168具备将控制量D分配为给予压缩机逆变器170的控制量D1和给予安全阀162的控制量D2的输出分配处理部180。一实施例中，输出分配处理部180可在控制量D小于预定阈值时将控制量D的大部分分配为安全阀控制量D2。输出分配处理部180例如可在控制量D中将压缩机的运行所必需的最小限度的控制量分配为逆变器控制量D1，并将剩余的所有控制量分配为安全阀控制量D2。并且，输出分配处理部180可在控制量D为其阈值以上时将控制量D全部分配为逆变器控制量D1（即D=D1）。

若如此设定，则在控制量D较小时，通过安全阀162的控制使压力从高压侧向低压侧释放，从而可将压缩机差压调整为所希望的值。其一方面，在控制量D较大时，通过逆变器控制来调整压缩机的运行而实现所需要的运行状态。另外，代替以某一阈值切换逆变器控制和安全阀控制，输出分配处理部180也可在控制量D处于包括阈值在内的中间范围时或者在控制量D的整个范围将控制量D分配为逆变器控制量D1和安全阀控制量D2。

压缩机控制器168具备：逆变器指令部182，由逆变器控制量D1运算给予压缩机逆变器170的指令值E；及安全阀指令部184，由安全阀控制量D2运算给予安全阀驱动器174的指令值R。逆变器指令值E被给予压缩机逆变器170，并按照该指令控制压缩机主体140即压缩机马达172的运行频率。并且，安全阀指令值R被给予安全阀驱动器174，按照该指令控制安全阀162的开度。根据压缩机主体140和安全阀162的动作状态以及相关配管或罐等的特性来确定工作气体即氦气的压力。通过第1压力传感器164和第2压力传感器166测定如此确定的氦气压力。

如此，各压缩机单元102、104中通过各个压缩机控制器168独立地执行差压恒定控制。压缩机控制器168以将差压偏差e最小化（优先为0）的方式执行反馈控制。压缩机控制器168切换或同时使用将压缩机的运行频率作为操作量的逆变器控制模式和将安全阀开度作为操作量的安全阀控制模式。

图5所示的偏差e不限于差压的偏差。一实施例中，压缩机控制器168也可执行根据吐出侧测定压PH与设定压的偏差来运算控制量的吐出压控制。此时，设定压可为压缩机的吐出侧压力的上限值。压缩机控制器168可在吐出侧测定压PH大于该上限值时由与吐出侧测定压PH的偏差运算出控制量。例如可基于保证低温泵10的排气能力的压缩机的最高吐出压，适当地根据经验或实验来设定上限值。

若如此设定，则能够抑制吐出压的过度上升，并进一步提高安全性。因此，吐出压控制为用于压缩机单元的保护控制的一例。

并且，一实施例中，压缩机控制器168可执行由吸入侧测定压PL与设定压之间的偏差来运算控制量的吸入压控制。此时，设定压可为压缩机的吸入侧压力的下限值。压缩机控制器168可在吸入侧测定压PL低于该下限值时由与吸入侧测定压PL的偏差运算出控制量。例如可基于保证低温泵10的排气能力的压缩机的最低吸入压，适当通过经验或实验来设定下限值。

若如此设定，则能够抑制因工作气体流量伴随吸入压下降而下降所引起的压缩机主体的温度过度上升。并且，也有可能实现，在从工作气体的配管系统发生气体泄露时无需直接停止运行，而是防止过度的压力下降的同时使运行持续一定程度的期间。因此，吸入压控制为用于压缩机单元的保护控制的一例。

图6是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元运行控制的控制流程的图。图6所示的压缩机控制器168构成为选择性执行多个种类的压缩机单元运行控制。为此，控制量运算部176具备至少2个运算部和用于从所运算的多个控制量中选择任一控制量的选择部186。对于其以外的结构，图6所示的压缩机控制器168与图5所示的结构基本相同。

如图6所示，压缩机控制器168构成为基于测定压在每一控制周期选择上述的差压恒定控制、吐出压控制及吸入压控制来执行。压缩机控制器168通常执行差压恒定控制。换言之，作为初始设定，压缩机控制器168选择差压恒定控制。吐出压控制和吸入压控制作为保护控制而设定，可根据需要选择并执行任意一种。

压缩机控制器168的偏差运算部178接收目标差压ΔP₀、吐出侧压力上限值PH₀、吸入侧压力下限值PL₀、吐出侧测定压PH及吸入侧测定压PL的输入。如上所述，目标差压ΔP₀、吐出侧压力上限值PH₀及吸入侧压力下限值PL₀为预先设定的值。

偏差运算部178具备第1偏差运算部188、第2偏差运算部190及第3偏差运算部192。第1偏差运算部188由目标差压ΔP₀、吐出侧测定压PH及吸入侧测定压PL求出差压偏差e。第2偏差运算部190由吐出侧压力上限值PH₀减去吐出侧测定压PH来求出吐出压偏差e_H（=PH₀-PH）。第3偏差运算部192由吸入侧压力上限值PL₀减去吸入侧测定压PL来求出吸入压偏差e_L（=PL₀-PL）。

控制量运算部176构成为并列运算用于各运行控制的控制量。为此，控制量运算部176具备第1控制量运算部194、第2控制量运算部196及第3控制量运算部198。第1控制量运算部194由差压偏差e运算出执行差压恒定控制时的控制量。以下有时将此称为第1控制量C1。第2控制量运算部196由吐出压偏差e_H运算出执行吐出压控制时的控制量。以下有时将此称为第2控制量C2。第3控制量运算部198由吸入压偏差e_L运算出执行吸入压控制时的控制量。以下有时将此称为第3控制量C3。

第1控制量C1、第2控制量C2及第3控制量C3均为，为了控制压缩机单元102、104的相同构成要件而运算出的通用控制量。具体而言，为用于控制压缩机马达172和/或安全阀162的通用的控制量。控制量C1～C3被调整为，与其值的大小联动地压缩机单元102、104的输出也在增减。即，控制量C1～C3较大时压缩机单元102、104成为高输出，相反，控制量C1～C3较小时压缩机单元102、104成为低输出。

为此，第1控制量C1的运算处理被确定为当测定差压大于目标差压时（差压偏差e为负值时）控制量的值变小（例如成为负值），相反当测定差压小于目标差压时（差压偏差e为正值时）控制量的值变大（例如成为正值）。同样，第2控制量C2的运算处理被确定为当测定值大于目标值时（吐出压偏差e_H为负值时）控制量的值变小（例如成为负值），相反当测定值小于目标值时（吐出压偏差e_H为正值时）控制量变大（例如成为正值）。

关于第3控制量C3，可设为将通过包括PD运算或PID运算在内的预定控制量运算处理而由吸入压偏差e_L运算出的值的符号取反（即-1倍的）的值。由此，第3控制量C3的运算处理被确定为当测定值大于目标值时（吸入压偏差e_L为负值时）控制量的值变大（例如成为正值），相反当测定值小于目标值时（吸入压偏差e_L为正值时）控制量变小（例如成为负值）。

将第1控制量C1、第2控制量C2及第3控制量C3输入到选择部186。控制量的值越小，压缩机单元102、104成为低输出而消耗电力变小。因此，选择部186选择第1控制量C1、第2控制量C2及第3控制量C3中最小值作为实际使用的控制量D。使用如此得到的控制量D来控制压缩机马达172和/或安全阀162。

图7是涉及本发明的一实施方式，为概念地表示控制量的变化的图。在图7的左侧示出上次的控制时刻A的控制量C1～C3，在图7的右侧示出当前的控制时刻B的控制量C1～C3。从上次的控制时刻A至当前的控制时刻B，在此期间经过相当于控制周期的极短的时间Δt。

在上次的控制时刻A，第3控制量C3最大，第2控制量C2为其次，第1控制量C1最小。第2控制量C2与第1控制量C1之差极小。与第2控制量C2和第1控制量C1相比，第3控制量C3相当大。此时，第1控制量C1最小，因此选择第1控制量C1作为向压缩机单元102、104输出的控制量D。由此，在上次的控制时刻A执行第1运行控制（例如差压恒定控制）。

压缩机控制器168的控制周期Δt通常为极短的时间，因此假想设定在上次的控制时刻A和当前的控制时刻B时控制量C1～C3各自的变化较小。如图7所示，在当前的控制时刻B，第3控制量C3仍然最大，而第1控制量C1其次，第2控制量C2最小。与上次的控制时刻A相比，第1控制量C1与第2控制量C2的大小关系有所变化，但第1控制量C1与第2控制量C2之差仍然极小。

此时，由于第2控制量C2最小，因此选择第2控制量C2作为向压缩机单元102、104输出的控制量D。在当前的控制时刻B执行第2运行控制（例如吐出压控制）。即，运行控制从第1运行控制向第2运行控制变更。然而，在上次的控制时刻A和当前的控制时刻B的第1控制量C1与第2控制量C2之差仍然极小，因此作为结果而得到的控制量D的变化极小。

如此，通常假想设定，在2个控制量的大小关系将要发生变化之前一方的值微大于另一方，而在大小关系刚发生变化之后一方的控制量的值微小于另一方。因此，当切换对应的2种运行控制时的控制量D的变化变小，进而压缩机单元102、104的运行状态的变化也变小。因此，无需使低温泵系统1000中的工作气体流量较大变动，尤其无需使低温板温度较大变动，就能够持续运行压缩机单元102、104。

如已叙述，通过提高压缩机单元的工作气体的封入压力，或者通过提高差压恒定控制的差压设定值，在低温泵系统1000中无需变更低温泵10的设计就能够提高制冷机的制冷能力。然而，这种方案存在容易在运行中引起从作为压缩机单元102、104的规格而设定的工作气体压的范围脱离的可能性。根据情况，存在压缩机单元102、104所配备的安全装置工作，而压缩机单元102、104自动停止的可能性。

根据本实施例，当在执行差压恒定控制期间吐出侧测定压PH超过吐出侧压力上限值PH₀而增加时，压缩机单元的运行从差压恒定控制切换到吐出压控制。通过吐出压控制而使吐出侧测定压PH接近吐出侧压力上限值PH₀时，压缩机单元102、104的运行返回到差压恒定控制。如此，能够随时切换差压恒定控制和吐出压控制（或吸入压控制）的同时，持续运行压缩机单元102、104。

因此，若根据本实施例，通过以选择控制量最小值这种条件来随时切换压缩机单元102、104的差压恒定控制和吐出压控制，能够兼顾低温泵10的制冷能力提高对策和压缩机单元102、104的稳定的持续运行。并且，从对节能性的影响较小这一点考虑也为优选。

然而，如上所述，以控制量C1～C3的值变大压缩机单元102、104的输出也变大的方式调整控制量C1～C3。因此，由选择部186进行的控制量D的选择相当于差压恒定控制是否对压缩机单元102、104给予比吐出压控制(或吸入压控制)更大的负载的判定。换言之，基于选择部186的控制量D的选择相当于确定多个种类的压缩机单元运行控制中使消耗电力最小的运行控制。

当判定为，差压恒定控制比吐出压控制对压缩机单元102、104给予更大的负载时，压缩机控制器168使压缩机单元的控制暂时从差压恒定控制过渡到吐出压控制。当判定为，差压恒定控制比吐出压控制对压缩机单元102、104不给予更大的负载时，压缩机控制器168持续进行差压恒定控制。本实施例中，能够以从多个控制量中选择最小值这种简单的方法实现这种处理。如此，能够通过吐出压控制防止过度高压作用于压缩机单元102、104的同时，持续运行压缩机单元102、104。

假想设定，通过将吐出压控制持续一定程度，压缩机单元102、104的运行状态与吐出压控制的开始时刻相比趋于更安全的状态。例如认为，在吐出压控制的开始时刻处于规格上的安全范围的上限附近的吐出压由于将吐出压控制持续一定期间而下降并收敛至目标值附近。在该时刻，保护的必要性已经降低。之外，存在差压恒定控制能够以比吐出压控制更低的输出使压缩机单元102、104动作的可能性。

因此，当判定为，在吐出压控制期间，吐出压控制对压缩机单元102、104给予比差压恒定控制更大的负载时，压缩机控制器168使压缩机单元102、104的控制自动从吐出压控制恢复至差压恒定控制。如此，能够保持较低的消耗电力的同时持续运行压缩机单元102、104。

以上根据本发明的实施例进行了说明。本发明不限于上述实施方式，能够进行各种设计变更，能够具有各种变形例，并且这些变形例也属于本发明的范围内，这一点本领域技术人员是可以理解的。

例如，控制部可为了评价基于各运行控制的压缩机单元的负载，而代替上述控制量C1～C3而利用给予压缩机逆变器170的控制量D1、给予安全阀162的控制量D2、逆变器指令值E、安全阀指令值R之类的基于这些控制量运算出的量。

并且，控制部未必一定要利用控制量作为用于评价压缩机单元运行状态的评价参数。评价参数例如可为反映各运行控制中压缩机单元的负载的任意参数，例如可为表示用于各运行控制的设定值与测定值的背离的比较专用的参数。

作为通常控制的第1运行控制优选为节能性最优异的控制，上述实施方式中为差压恒定控制。然而通常控制不限于此，可为吐出压控制或吸入压控制这种基于工作气体压的任意的运行控制。或者例如，通常控制也可为直接控制工作气体流量的流量控制。当采用流量控制时，超低温系统或压缩机单元优选将用于测定工作气体流量的流量传感器设置于压缩机单元的吐出侧和/或吸入侧。对于保护控制也与通常控制相同，可为基于工作气体压的运行控制和/或直接控制工作气体流量的流量控制。

当超低温系统处于与通常不同的特定状态（例如低温泵的再生，或系统的启动）时，压缩机单元中可以只执行通常控制，而不执行保护控制。此时，在该特定状态下，控制部可停止与保护控制相关联的运算。通过停止运算能够降低运算负载。

并且，控制部可设为，不始终进行与保护控制相关联的运算而在必要的期间进行。例如，控制部可设为，在假想设定当前选择的运行控制的评价参数和另一运行控制的评价参数接近的情况下，运算该另一运行控制的评价参数。

上述的实施方式中，控制部将控制量为最小值这一点作为控制切换条件，但控制切换条件不限于此。例如，当重视压缩机单元的保护的情况，控制部可在工作气体压超过某一高压极限值时，将压缩机单元的运行控制直接从通常控制切换到保护控制。此时，当重视抑制运行状态的变动时，控制部可将判定为通常控制的评价参数和保护控制的评价参数接近这一点作为条件，将压缩机单元的运行控制直接从通常控制切换到保护控制。

如此，控制部中可设定有选择运行控制时的附加的（或代替的）条件。这种附加条件被满足时，控制部可选择与由主要的条件所选择的运行控制（例如上述实施方式中为给予最小控制量的运行控制）不同的运行控制。如上所述，附加的条件可为了促进压缩机单元的保护而设定，例如可包括工作气体压超过某一高压界限值的情况。当重视抑制运行状态的变动时，附加的条件可进一步包括通常控制的评价参数和保护控制的评价参数接近的情况（例如，设定范围包括2个评价参数）。

本申请主张基于2011年12月27日申请的日本专利申请第2011-285356号的优先权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

Claims

1.一种低温泵系统，其特征在于，

具备：低温泵，具备低温板和用于冷却该低温板的制冷机；

压缩机单元，用于将工作气体供给于所述制冷机；及

控制部，用于选择性执行利用通用控制量的所述压缩机单元的至少2种运行控制中的任一种，

所述至少2种运行控制包括：第1运行控制，以控制与供给气体量相关联的第1控制对象的方式，利用所述通用控制量来运行所述压缩机单元；及第2运行控制，以控制与供给气体量相关联且与所述第1控制对象不同的第2控制对象的方式，利用所述通用控制量来运行所述压缩机单元，

所述控制部根据至少2个所述通用控制量的值的比较，从所述至少2种运行控制之中选择应执行的运行控制，至少2个所述通用控制量的值包括用于所述第1运行控制的所述通用控制量的值和用于所述第2运行控制的所述通用控制量的值，

所述第1运行控制为作为常态而选择的运行控制，

所述第2运行控制为压缩机保护控制，该压缩机保护控制为了保护所述压缩机单元而根据对所述第2控制对象设定的目标值与所述第2控制对象之间的偏差来确定所述通用控制量。

2.一种低温泵系统，其特征在于，

具备：低温泵，具备低温板和用于冷却该低温板的制冷机；

压缩机单元，用于将工作气体供给于所述制冷机；及

所述第1控制对象为所述压缩机单元的吐出侧压力与吸入侧压力之间的差压，所述第1运行控制为根据该差压的目标值与该差压之间的偏差来确定所述通用控制量的差压控制，

所述第2控制对象为所述压缩机单元的吐出侧压力，所述第2运行控制为根据该吐出侧压力的目标值与该吐出侧压力之间的偏差来确定所述通用控制量的吐出压控制。

3.一种低温泵系统，其特征在于，

具备：低温泵，具备低温板和用于冷却该低温板的制冷机；

压缩机单元，用于将工作气体供给于所述制冷机；及

所述至少2种运行控制进一步包括第3运行控制，所述第3运行控制以控制与供给气体量相关联的第3控制对象的方式利用所述通用控制量来运行所述压缩机单元，

所述控制部根据至少3个所述通用控制量的值来从所述至少2种运行控制中选择应执行的运行控制，其中至少3个所述通用控制量的值包括用于所述第1运行控制的所述通用控制量的值和用于所述第2运行控制的所述通用控制量的值和用于所述第3运行控制的所述通用控制量的值，

所述第3控制对象为所述压缩机单元的吸入侧压力，所述第3运行控制为根据该吸入侧压力的目标值与该吸入侧压力之间的偏差来确定所述通用控制量的吸入压控制。

4.如权利要求1至3中任一项所述的低温泵系统，其特征在于，

所述第1运行控制为当前所选择的运行控制，所述第2运行控制为当前未被选择的运行控制中的任一种，

当用于所述第1运行控制的所述通用控制量的值与用于所述第2运行控制的所述通用控制量的值的大小关系发生变化时，所述控制部将所述第1运行控制切换为所述第2运行控制。

5.一种超低温系统，其特征在于，具备：

至少1个超低温制冷机；

至少1个压缩机单元，用于将工作气体供给于所述至少1个超低温制冷机；及

所述第1运行控制为作为常态而选择的运行控制，

6.如权利要求5所述的超低温系统，其特征在于，

所述至少1个压缩机单元为多个压缩机单元，

所述控制部对所述多个压缩机单元的每一个单独执行所述至少2种运行控制的选择。

7.一种压缩机单元的控制装置，该压缩机单元将用于使超低温装置产生寒冷的工作气体供给于该超低温装置，该压缩机单元的控制装置的特征在于，具备：

控制量运算部，对包括第1控制量和与所述第1控制量通用的第2控制量在内的至少2个控制量进行运算，其中，所述第1控制量用于控制与从所述压缩机单元向所述超低温装置供给的气体量相关联的第1控制对象，所述第2控制量用于控制与所述供给的气体量相关联且与所述第1控制对象不同的第2控制对象；及

选择部，根据所述至少2个控制量的比较，从包括所述第1控制对象和所述第2控制对象在内的至少2个控制对象中选择应控制的控制对象，

所述选择部作为常态而选择所述第1控制对象，

所述控制量运算部为了保护所述压缩机单元而根据对所述第2控制对象设定的目标值与所述第2控制对象之间的偏差来运算所述第2控制量。

8.一种压缩机单元的控制方法，该压缩机单元将用于使超低温装置产生寒冷的工作气体供给于该超低温装置，该压缩机单元的控制方法的特征在于，包括：

控制量运算工序，对包括第1控制量和与所述第1控制量通用的第2控制量在内的至少2个控制量进行运算，其中，所述第1控制量用于控制与从所述压缩机单元向所述超低温装置供给的气体量相关联的第1控制对象，所述第2控制量用于控制与所述供给的气体量相关联且与所述第1控制对象不同的第2控制对象；及

选择工序，根据所述至少2个控制量的比较，从包括所述第1控制对象和所述第2控制对象在内的至少2个控制对象中选择应控制的控制对象，

所述选择工序作为常态而选择所述第1控制对象，

所述控制量运算工序为了保护所述压缩机单元而根据对所述第2控制对象设定的目标值与所述第2控制对象之间的偏差来运算所述第2控制量。