JP2004085048A - 極低温冷凍装置、及び、その運転方法 - Google Patents

極低温冷凍装置、及び、その運転方法 Download PDF

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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/002Gas cycle refrigeration machines with parallel working cold producing expansion devices in one circuit

Abstract

【課題】インバータ圧縮機を用いた極低温冷凍装置の少数台運転時に安定した性能が得られるようにする。
【解決手段】圧縮機10の高圧側と低圧側の差圧ΔPが設定値以上に上昇した時は、圧縮機の運転周波数を下限値で固定し、圧縮機と冷凍機21〜25の間に設けた、高圧側と低圧側を連通するバイパス弁30による制御に切換える。
【選択図】   図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍装置、及び、その運転方法に係り、特に、圧縮機から複数の冷凍機へ供給される差圧をインバータにより制御するようにした極低温冷凍装置、及び、その運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
動作ガスの圧力変化と体積変化との位相差を利用して極低温を発生するギフォード・マクマホン(GM)式やパルス管式の冷凍機が知られている。このような冷凍機を、半導体製造装置のスパッタリング装置等のような大型の装置の複数箇所に設置する場合、各冷凍機毎に、該冷凍機に高圧及び低圧を供給する圧縮機を設けるのではなく、コスト低減及び省エネルギーを目的として、図1に示す如く、1台の圧縮機10で圧縮され、高圧ライン12及び低圧ライン14を介して供給されるガス(例えばヘリウムガス)を、多数の冷凍機21−25に供給することが考えられている。
【0003】
この際、圧縮機10をインバータにより供給差圧ΔPが一定になるよう制御することが考えられており、そのような圧縮機をインバータ圧縮機と称する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータ圧縮機には、機械的共振や焼付き防止のため、運転周波数に下限値がある。そこで、圧縮機の容量や運転周波数を、冷凍機の最大同時運転台数に合わせて設定すると、少数台運転の場合、圧縮機の運転周波数が下限値となり、差圧制御ができなくなる。すると、供給差圧ΔPの上昇を招き、冷凍装置の適正運転ができない恐れがある。そのため、最低運転台数を設ける必要が生じ、任意の台数による運転ができないという問題点を有していた。
【0005】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、インバータ圧縮機を用いた場合でも、冷凍機の少数台運転を可能とすることを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インバータにより供給差圧が一定になるよう制御される圧縮機と、該圧縮機から圧力が供給される複数の冷凍機とを備えた極低温冷凍装置であって、前記圧縮機と冷凍機の間に、高圧側と低圧側を連通するバイパス通路を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【0007】
又、前記の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とするクライオポンプ、超伝導マグネット、核磁気共鳴イメージング(MRI)装置、計測装置を提供するものである。
【0008】
本発明は、又、圧縮機から複数の冷凍機へ供給される差圧をインバータにより制御するようにした極低温冷凍装置の運転方法であって、高圧側と低圧側の差圧が設定値以上に上昇した時は、圧縮機の運転周波数を下限値で固定し、圧縮機と冷凍機の間に設けた、高圧側と低圧側を連通するバイパス弁による制御に切換えるようにして、前記課題を解決したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0010】
本実施形態は、図1に示したような極低温冷凍装置において、図2に示す如く、圧縮機10と冷凍機21〜25の間に、高圧ライン12と低圧ライン14とを連通するバイパス弁30と、高圧ライン12の圧力P1を監視する高圧側圧力計32と、低圧ライン14の圧力P2を監視する低圧側圧力計34とを設けたものである。
【0011】
前記バイパス弁30としては、例えば高圧ライン12と低圧ライン14の差圧ΔPが、機械的に設定された所定圧力を超えた時に開かれる、いわゆるインラインリリーフバルブを用いることができる。
【0012】
又、前記バイパス弁30として、前記高圧側圧力計32と低圧側圧力計34の出力P1、P2に応じて圧力を調整する圧力調整弁を用いることもできる。この場合には、コストはかかるが、制御は確実である。なお、高圧側圧力計32と低圧側圧力計34を独立して設けるのではなく、差圧ΔPを直接測定可能な差圧計を設けて、圧力計の数を減らしても良い。
【0013】
このようにして、高圧ライン12と低圧ライン14の供給差圧ΔPを監視し、圧縮機10の運転周波数が下限値となり、差圧がある一定値B以上に上昇した場合は、圧縮機10の運転周波数を下限値で固定とし、バイパス弁30による差圧制御(バイパス制御と称する)に切換える。又、圧縮機10が固定周波数に切換えられていた場合、冷凍機の運転台数が増えると差圧ΔPが減少することがあるが、差圧がある一定値C以下となった場合は、バイパス弁30を閉じ、再びインバータ圧縮機10による差圧制御(インバータ(INV)制御と称する)に切換える。
【0014】
図3に運転状態の例を示す。時刻t0〜t1間は、運転台数が従来の最低運転台数(例えば2台)以上なので、従来と同様にインバータ圧縮機10により差圧ΔPを目標値Aとする差圧制御(INV制御)を行う。時刻t1で最低運転台数未満の1台となると、差圧ΔPが上昇してくるので、設定値Bになった時刻t2で、圧縮機の運転周波数を最低回転数に固定して、バイパス弁30による差圧制御(バイパス制御)に切換える。時刻t2で運転台数が増えて最低運転台数以上になると、差圧ΔPが低下してくるので、設定値Cになった時刻t4で、バイパス弁30を閉じて、INV制御を再開する。
【0015】
このようにして、インバータ圧縮機10の運転周波数が下限値となった場合においても、バイパス弁30で差圧を一定に制御できるので、極低温冷凍装置が少数台運転の場合でも、極低温冷凍装置から安定した性能を得ることができる。
【0016】
なお、前記バイパス弁30の種類はインラインリリーフバルブや圧力調整弁に限定されず、図4に示す如く、オリフィス40(41)と開閉弁42(43)の組合せを用いてもよい。この際、図4に示したように、口径の異なるオリフィス40、41を、それぞれ開閉弁42、43で開閉することによって、バイパス量を変えることもできる。
【0017】
本発明の適用対象は、クライオポンプを用いたスパッタリング装置に限定されず、超伝導マグネット(例えばMCZ等)、MRI装置、計測装置(例えばX線回折測定装置、光透過測定装置、フォトルミネッセンス測定装置、超伝導体測定装置、ホール効果測定装置)等にも適用できることは明らかである。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ差圧制御とバイパスによる差圧制御を切換えることによって、極低温冷凍装置の少数台運転時に安定した性能を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1台のインバータ圧縮機で複数の冷凍機を運転するようにした冷凍装置の構成を示すブロック線図
【図2】本発明の実施形態の構成を示すブロック線図
【図3】前記実施形態の作用を説明するためのタイムチャート
【図4】前記実施形態の変形例で用いられるバイパス弁を示す構成図
【符号の説明】
10…インバータ圧縮機
12…高圧ライン
14…低圧ライン
21〜25…冷凍機
30…バイパス弁
32…高圧側圧力計
34…低圧側圧力計
40、41…オリフィス
42、43…開閉弁

Claims (6)

  1. インバータにより供給差圧が一定になるよう制御される圧縮機と、
    該圧縮機から圧力が供給される複数の冷凍機とを備えた極低温冷凍装置であって、
    前記圧縮機と冷凍機の間に、高圧側と低圧側を連通するバイパス通路が設けられていることを特徴とする極低温冷凍装置。
  2. 請求項1に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
  3. 請求項1に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とする超伝導マグネット。
  4. 請求項1に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
  5. 請求項1に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とする計測装置。
  6. 圧縮機から複数の冷凍機へ供給される差圧をインバータにより制御するようにした極低温冷凍装置の運転方法であって、
    高圧側と低圧側の差圧が設定値以上に上昇した時は、圧縮機の運転周波数を下限値で固定し、圧縮機と冷凍機の間に設けた、高圧側と低圧側を連通するバイパス弁による制御に切換えることを特徴とする極低温冷凍装置の運転方法。
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