JP2014528055A5 - - Google Patents

Description

オプションとして、圧力センサ６が高圧ライン３Ａ内の異常な圧力を検出するよう圧縮機内に設けられるのが良い。スクロール圧縮機１は又、バイパスシステム７を備え、このバイパスシステムは、高圧ライン内の圧力の限界値が検出されると作動するようになっている。公知のシステムでは、クールダウンプロセスの開始時には、高圧ライン３Ａ内の限界圧力に常時達し、この限界圧力は、クールダウンプロセスの比較的長い期間にわたってそのまま続く。機械式冷凍機の形式に応じて、かかる期間は、低い温度域に達するのに必要な全冷却時間の少なくとも１／３、最高１／２までであるのが良い。

上述の従来型ＣＣＲシステムでは、クールダウンプロセスの開始時に、圧縮機によって送り出された冷却剤ガスの質量流量を回転弁経由でＰＴＲに完全に移送することができない。これは、圧縮機の作動周期数が低すぎる（数ヘルツ）からである。その結果、圧力が圧縮機の高圧側で増大する場合がある。システムの初期重点圧力値に応じて、限界制限値を超える場合がある。代表的には、安全弁がこの圧力について限界値を下回ると動作するよう設定され、かかる安全弁は、高圧ライン内に配置される。過剰圧力を外部雰囲気に抜くか図１に示されているようにバイパスの形態の安全弁を提供し、この安全弁がヘリウムを圧縮機の低圧側に効果的に抜くようにすることが知られている。

高圧供給ライン３Ａ及び低圧戻りライン３Ｂの各々の中の冷却剤ガス圧力は、圧縮機モータ８からの動力によって提供される。したがって、バイパスは、過剰圧力弁の形態をしているのが良く、これは、ヘリウムを大気に逃がす弁と比較して望ましい。と言うのは、ヘリウムは、圧力の限界値に達した場合でもシステムから失われることがないからである。それにもかかわらず、初期クールダウン中、クールダウン手順の開始時に限界値に常時達する。

したがって、図２に示されているような例示としての装置は、ＰＴＲ２′の形態をした機械式冷凍機の定常状態における低温作動中、図１の装置と同じ利点を奏する。しかしながら、この例示の装置は又、クールダウン手順中、効率の向上を達成することができる。これは、回転弁機構体の周期数を変化させてＰＴＲ２′と圧縮機１′との間のヘリウム質量流量交換を動的に許容するようにすることによって達成される。高温、例えば室温に近い温度では、回転弁４′を最適設計周期数Ｆ_optimumよりも著しく高い対応の周期数域Ｆで作動させ、この最適設計周期数は、定常状態の低温時におけるＰＴＲ２′と関連している。高い周期数域Ｆに起因して、圧縮機の高圧側内部の圧力は、先行技術のシステムと比較して減少し、したがって、機械式冷凍機は、初期高温状態で効率を低下させることなく作動することができる。後において、ＰＴＲが冷えると、定常温度に達したときにＦ_optimumに近づき、そして次にこれを得るために周期数域を減少させるのが良い。

Claims (20)

1. 極低温冷却システムを制御する装置であって、
   使用時に圧縮機に結合されるようになった供給ガスライン及び戻りガスラインを有し、
   前記供給ガスライン及び前記戻りガスラインのうちの少なくとも一方の中の圧力をモニタするようになった圧力検出装置を有し、
   前記供給ガスライン及び前記戻りガスラインとガス連通状態にある結合要素を有し、前記結合要素は、使用中、ガスを機械式冷凍機に供給するようになっており、前記供給ガスの圧力は、前記結合要素によって周期的に調節され、
   極低温冷却システムのクールダウンプロセス中に前記結合要素によって供給される周期的ガス圧力の周期数を調節することによって前記極低温冷却システムのクールダウンプロセスを制御するようになった制御システムであって、前記周期数の調節が前記圧力検出装置によりモニタされる圧力に従う前記制御システムを有する、装置。
2. 前記結合要素は、回転弁から成る、請求項１記載の装置。
3. 前記圧力検出装置は、前記供給ガスライン又は前記戻りガスラインのうちの少なくとも一方の中の圧力をモニタする圧力センサを更に含む、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記システムは、前記機械式冷凍機の冷却領域内の温度をモニタする温度検出装置を更に含み、前記制御システムは、前記温度検出装置によってモニタされた温度に従って前記周期的ガス圧力の周期数を制御するようになっている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の装置。
5. 前記結合要素は、モータによって駆動され、前記制御システムは、前記モータの速度を制御するようになっている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の装置。
6. 極低温冷却システムであって、
   請求項１〜５のうちいずれか一に記載の装置と、
   前記供給ガスライン及び前記戻りガスラインとガス連通状態にある圧縮機及び機械式冷凍機のうちの一方又は各々とを含む、システム。
7. 前記圧縮機は、スクロール圧縮機、回転スクリュー圧縮機、回転ベーン圧縮機、回転ルブ（lube）圧縮機又はダイヤフラム圧縮機から成る群から選択される、請求項６記載のシステム。
8. 前記機械式冷凍機は、パルスチューブ冷凍機、ギフォード‐マクマホン冷凍機又はスターリング冷凍機から成る群から選択される、請求項６又は７記載のシステム。
9. 極低温冷却システムのクールダウンプロセスを制御する方法であって、前記冷却システムは、圧縮機に結合可能な供給ガスライン及び戻りガスラインと、前記供給ガスライン及び前記戻りガスラインとガス連通状態にあり且つ使用にあたり、ガスを機械式冷凍機に供給するようになった結合要素とを含み、前記供給ガスの圧力は、前記結合要素によって周期的に調節され、前記方法は、
   前記供給ガスライン及び前記戻りガスラインのうちの少なくとも一方の中の圧力をモニタするステップと、
   前記クールダウンプロセス中に前記結合要素によって供給される周期的ガス圧力の周期数を調節するステップであって、前記周期数の調節が、前記モニタされた圧力に従う前記ステップとを含む、方法。
10. 前記結合要素は、回転的に動くことができ、前記周期数は、前記結合要素を対応の回転速度で動かすことによって得られる、請求項９記載の方法。
11. 前記周期数は、所定の関係に従って調節される、請求項９又は１０記載の方法。
12. 前記周期数は、前記モニタされた圧力を所定の圧力範囲内に維持するよう調節される、請求項９〜１１のうちいずれか一に記載の方法。
13. 前記所定の圧力範囲は、前記装置の最大作動圧力に従って設定される、請求項１２記載の方法。
14. 前記所定の関係に従って、前記周期数が最小しきい周期数を下回っている場合、前記周期数は、前記最小しきい周期数に設定される、請求項１２記載の方法。
15. 前記最小しきい周期数は、前記機械式冷凍機が約６０ケルビンまでいったん冷えると、達成される、請求項１４記載の方法。
16. 前記所定の関係に従って、前記周期数が最大しきい周期数を上回っている場合、前記周期数は、前記最大しきい周期数に設定される、請求項９〜１５のうちいずれか一に記載の方法。
17. 前記周期数は、１〜５Ｈｚである、請求項９〜１６のうちいずれか一に記載の方法。
18. 前記モニタされた圧力は、１〜４０ＭＰａである、請求項９〜１６のうちいずれか一に記載の方法。
19. 前記結合要素は、モータによって駆動され、前記方法は、前記モータ速度を制御して前記周期数を制御するステップを含む、請求項９〜１８のうちいずれか一に記載の方法。
20. 前記ガスは、ヘリウムである、請求項９〜１９のうちいずれか一に記載の方法。