JP2507452B2

JP2507452B2 - 冷却装置およびその運転方法

Info

Publication number: JP2507452B2
Application number: JP62187552A
Authority: JP
Inventors: 典英佐保; 幸祥吉松; 忠高田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPS6433474A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は冷却装置およびその運転方法に係り、特にク
ライオポンプの再生等に好適な冷却装置およびその運転
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば、クライオポンプのパネルを冷
却するのに用いており、そのクライオポンプを再生すの
に、実開昭57-54684号に記載のように、一方からクライ
オポンプ本体に加温ガスを供給し、他方から排気して、
クライオポンプを再生するものや、実公昭60-42235号に
記載のように、クライオポンプ本体内に加熱板を設け、
加熱板を所定温度に加熱して残留した液体を気化させな
がら、一方から再生ガスを供給し、他方から排して、ク
ライオポンプを再生していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、クライオポンプ再生時の冷却部であ
る膨張機の加温の点について配慮されておらず、クライ
オポンプ再生時は膨張機の運転を停止するが、膨張機は
冷却されたままになっているため、外部から常温または
加温したガスをパネル面に供給しても、膨張機の寒冷が
パネルに伝わりパネル温度が速やかに上昇せず、クライ
オポンプの再生に時間が掛かり、再使用の状態にするま
でに長時間を要するという問題があった。

本発明の目的は、寒冷発生部である膨張機を速く加温
することのできる冷却装置およびその運転方法を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、冷媒ガスを膨張機に送り断熱膨張させる
寒冷発生手段と、冷媒ガスを膨張機に送り断熱圧縮させ
る熱発生手段と、寒冷発生手段と熱発生手段との切り替
えを行なう切替手段とを具備した装置とし、膨張機への
冷媒ガスの供給手順を逆にして膨張機を加温する工程を
有する方法とすることにより、達成される。

〔作用〕

寒冷発生手段により冷媒ガスを膨張機に送って断熱膨
張させて寒冷を発生させ、被冷却体等を冷却した後、膨
張機を加温する場合は、熱発生手段により冷媒ガスの供
給手段を逆にして膨張機に送り、冷媒ガスを断熱圧縮し
て熱を発生させる。これにより膨張機内部から加温さ
れ、加温を速やかに行なえる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図によって説
明する。

第１図の図面上において、取付け台10の下面にカバー
11を取り付け、カバー11で囲まれ空間内にモータ20を設
け、ベース12を介して取付け台10にモータ20を取り付け
る。モータ20の回転軸の先端には回転バルブ21を取り付
け、回転バルブ21は取付け台10内で回転可能に支持され
る。

取付け台10の上部にはシリンダ30を取り付け、シリン
ダ30内には軸方向に移動可能なピストン32を設ける。シ
リンダ30は、この場合、２段に形成してあり、下側に第
１シリンダ30aを配し、上側に第２シリンダ30bを配して
いる。第１シリンダ30aおよび第２シリンダ30bの上端部
には、第１コールドステージ31aおよび第２コールドス
テージ31bが設けてある。ピストン32は第１シリンダ30a
および第２シリンダ30bに対応して同方向に同時に移動
可能な第１ピストン32aおよび第２ピストン32bに分けて
形成してある。第１シリンダ30aの下側端部には凹部を
設け、取付け台10に設けた凸部とスライド可能に組み合
わしてある。

第１ピストン32aおよび第２ピストン32bには空間を設
け、この場合、第１ピストン32aの空間内には銅鋼等で
構成した第１蓄冷材33aを入れ、第２ピストン32bの空間
内には鉛球等で構成した第２蓄冷材33bを入れている。

カバー11には内部空間を通じて回転バルブ21につなが
る高圧ガス供給口13が設けてある。取付け台10には回転
バルブ21につながる低圧ガス排出口14と、回転バルブ21
から取付け台10の凸部を通って第１ピストン32aの凹部
につながる通路15と、回転バルブ21から第１ピストン32
aの下側端面につながる通路16とが設けてある。第１ピ
ストン32aには凹部と第１蓄冷材33aの挿入空間とにつな
がる通路34と、第１蓄冷材33aの挿入空間から第１シリ
ンダ30aと第１ピストン32aとで形成される第１膨張室38
aにつながる通路35とが設けてある。第２ピストン32bに
は第１膨張室38aと第２蓄冷材33bの挿入空間とにつなが
る通路36と、第２蓄冷材33bの挿入空間から第２シリン
ダ30bと第２ピストン32bとで形成される第２膨張室38b
につながる通路37とが設けてある。

高圧ガス供給口13および低圧ガス排出口14には圧縮機
50につながる高圧配管51および低圧配管52が接続してあ
る。

このように、この場合の膨張機はソルベイサイクル方
式のものであり、膨張機の駆動手段としてはシリンダ30
内に供給される冷媒ガスで、冷媒ガスの供給手順を決め
る冷媒ガス供給手段としてはモータ20によって回される
回転バルブで、冷媒ガスの供給手順を変える反転手段と
してはモータ電源62にモータ20を反転させる信号を送る
制御装置である。

第１コールドステージ31aには上方に開口部を設けた
第１パネル44が取り付けてあり、第１パネル44の上部開
口部にはバッフル45が取り付けてある。第２コールドス
テージ31bには第１パネル44で囲まれた空間内に配置し
た第２パネル46が取り付けてある。取付け台10には第１
パネル44およびシリンダ30を囲む真空槽40が取り付けて
ある。真空槽40には上部に開口部が設けてあり上端にフ
ランジ41を設け他の機器の真空槽に接続可能としてあ
る。また、真空槽40には排気口42および再生ガス導入口
43が設けてある。

コールドステージ31aおよび31bには温度を検出するセ
ンサ63および64が取り付けてあり、センサ63および64は
真空槽40の外部に設けた温度計64につながり、温度計64
はさらに制御装置60につながる。また、高圧配管51およ
び低圧配管52には圧力計66および67が取り付けてあり、
圧力計66および67は制御装置60につながる。制御装置60
はさらにモータ20を駆動するためのモータ電源62と、圧
縮機50を駆動するための圧縮機電源61につなげてある。

制御装置60は、この場合、あらかじめ設定された時間
周期でモータ20の正反転を切り替える信号をモータ電源
62に出力するとともに、膨張室38a,38b部の温度および
圧縮機50の吐出、吸込部の圧力によって圧縮機50から吐
出する冷媒ガス量を調整するように圧縮機用モータの回
転数を制御する信号を圧縮機電源61に出力する。

このように構成されたクライオポンプの作用について
第２図から第５図により説明する。

圧縮機50で加圧された冷媒ガス、この場合、ヘリウム
ガスは高圧配管51を通ってカバー11内に送られ、回転バ
ルブ21によって所定の供給先に順次供給配送される。ま
た、回転バルブ21を介して排出されたヘリウムガスは低
圧配管52を通って圧縮機50の吸込側に戻る。

まず、膨張機を冷却運転させる場合には、回転バルブ
21は第２図に示す（ａ）から（ｄ）の４工程のように切
り替える。工程（ａ）では、回転バルブ21のバルブH₁と
L₂とが開き、バルブH₂とL₁とは閉じた状態になり、圧縮
機50からの高圧ヘリウムガスはバルブH₁を介して通路15
を通りピストン32内に入る。ピストン32内に入った高圧
ヘリウムガスは通路34を通って第１蓄冷材33aを通過
し、第１蓄冷材33aに蓄積された寒冷により冷却され
て、通路35を介して第１膨張室38aに入る。さらに高圧
ヘリウムガスは通路36を通って第２蓄冷材33bを通過
し、第２蓄冷材33bに蓄積された寒冷によりさらに冷却
され、通路37を介して第２膨張室38bに導入される。ま
た、図面上において、ピストン32の下端面の空間部39は
通路16およびバルブL₂を介して低圧配管52に連通され、
空間部39内のヘリウムガスは圧縮機50に吸い込まれる。
これにより、ピストン32は圧力差によって下降状態にあ
る。

次に、工程（ｂ）では、回転バルブ21は1/4回転し、
バルブL₁とL₂とが開き、バルブH₁とH₂とは閉じた状態に
なり、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスはバルブH₁,H₂
で止められ、通路15および16がバルブL₁およびL₂を介し
て低圧配管52に連通され、空間部39は前工程と同様減圧
される。また、通路15に連通したピストン32内は、前工
程で膨張室38aおよび38bに供給された高圧ヘリウムガス
が圧縮機50に引かれて減圧することにより、膨張室38a
および38b内でヘリウムガスが断熱膨張して寒冷が発生
し、冷えたヘリウムガスが蓄冷材33aおよび33bを介して
圧縮機50側に戻る際に、蓄冷材33aおよび33bに寒冷が蓄
冷されて、ヘリウムガスは最終的に常温に温度回復して
圧縮機50に戻される。なお、このときシリンダ30内の圧
力は低圧状態になり、ピストン32を上昇させる圧力差は
なく、ピストン32は下降状態のままである。

次に、工程（ｃ）では、回転バルブ21は1/2回転し、
バルブH₂とL₁とが開き、バルブH₁とL₂とが閉じた状態に
なり、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスはバルブH₂を介
して通路16に入り、空間部39に供給される。また、ピス
トン32および膨張室38a,38b内は前工程と同様に減圧さ
れる。これにより、ピストン32は圧力差によって上昇す
る。

次に、工程（ｄ）では、回転バルブ21は3/4回転し、
バルブH₁とH₂とが開き、バルブL₁とL₂とが閉じた状態に
なり、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスがバルブH₂およ
び通路16を介して前工程と同様に空間部39に供給される
とともに、バルブH₁を介して通路15に流れ、ピストン32
内を通って膨張室38aおよび38bに供給される。なお、こ
のときはシリンダ30内の圧力は高圧状態になり、ピスト
ン32を下降させる圧力差はなく、ピストン32は上昇状態
のままである。

次には前記工程（ａ）に戻り、以下順次繰り返えされ
る。このときの膨張室38a,38b内におけるヘリウムガス
の状態は、第３図に示すように矩形状のPV線図となり、
第２図における工程（ａ）ないし（ｄ）はそれぞれ第３
図に示すPV線図のａないしｄ点に相当する。

このようにして運転された冷却工程により発生された
寒冷によって、膨張室38a,38b部にそれぞれ設けられた
コールドステージ31a,31bが冷却され、このコールドス
テージ31a,31bに取り付けられたパネル44,46がそれぞ
れ、例えば、約80Kおよび約20Kに冷却される。

これにより、パネル44に取り付けられたバッフル45も
約80Kに冷却され、フランジ41に接続した被排気室の比
較的沸点の高いガス、例えば、水分や炭酸ガス等が主に
バッフル45によって凝縮、凝固され吸着排気され、バッ
フル45を介してパネル44内に入った沸点の低いガス、例
えば酸素，窒素，アルゴン等のガスがパネル46によって
凝縮，凝固され吸着排気される。パネル44は真空槽40か
らの輻射熱をシールドして、パネル44内への熱侵入を防
止している。

このようにして、クライオポンプは被排気室のガスを
吸着排気して高真空にするが、バッフル45およびパネル
46の吸着量が多くなると、排気能力が低下するため、バ
ッフル45およびパネル46に吸着した固化ガスを気化して
脱ガスする再生作業を行なう。

次に、クライオポンプを加温して再生作業を行なう場
合について説明する。クライオポンプの再生に当って
は、フランジ41と図示しない被排気室との間に設けたバ
ルブを締め、真空槽40に設けた再生ガス導入口43から再
生ガス、例えば、常温の窒素ガスを導入し、排気口42か
ら排気するとともに、膨張機を加温運転させる。

膨張機を加温運転させる場合には、制御装置60によっ
てモータ20を反転させるようにモータ電源62に電源を切
り替える信号を送って、モータ20を反転させ、回転バル
ブを逆回転させる。これにより回転バルブ21は第４図に
示す（ａ）から（ｄ）の４工程のように切り替えられ
る。

工程（ａ）では回転バルブ21のバルブH₁とL₂とが開
き、バルブH₂とL₁とは閉じた状態になり、圧縮機50から
の高圧ヘリウムガスはバルブH₁を介して通路15を通りピ
ストン32内に入る。ピストン32内に入った高圧ヘリウム
ガスは通路34を通って第１蓄冷材33aを通過し、第１蓄
冷材33aに蓄積された寒冷により冷却されて、通路35を
介して第１膨張室38aに入る。さらに高圧ヘリウムガス
は通路36を通って第２蓄冷材33bを通過し、第２蓄冷材3
3bに蓄積された寒冷によりさらに冷却され、通路37を介
して第２膨張室38bに導入される。また、図面上におい
て、ピストン32の下端面の空間部39は通路16およびバル
ブL₂を介して低圧配管52に連通され、空間部39内のヘリ
ウムガスは圧縮機50に吸い込まれる。これにより、ピス
トン32は圧力差によって下降状態にある。ただし、この
場合の蓄冷材33a,33bに蓄積された寒冷は、以下に述べ
る工程により徐々に加温され昇温する。

次に工程（ｂ）では、回転バルブ21は反対側に1/4回
転し、バルブH₁とH₂とが開き、バルブL₁とL₂とが閉じた
状態になり、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスはバルブ
H₁を介して前工程と同様に通路15を通ってピストン32内
および膨張室38a,38bに供給され、膨張室38a,38b内に入
ったヘリウムガスが高圧に断熱圧縮され発熱する。ま
た、バルブH₂を介して通路16に入り、空間部39に供給さ
れる。なお、このとき、シリンダ30内の圧力は高圧状態
になり、ピストン32を上昇させる圧力差はなく、ピスト
ン32は下降状態のままである。

次に工程（ｃ）では、回転バルブ21は反対側に1/2回
転し、バルブH₂とL₁とが開き、バルブH₁とL₂とが閉じた
状態になり、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスは前工程
と同様にバルブH₂を介して通路16に入り空間部39に供給
される。また、バルブL₁を介して圧縮機50の吸込側に連
通した通路15からは、膨張室38a,38b内で発熱して昇温
したヘリウムガスが、蓄冷材33a,33bを通って圧縮機50
の吸込側に戻る。これにより、膨張機の冷却運転で寒冷
が蓄積された蓄冷材38a,38bは加温される。また、ピス
トン32は圧力差によって上昇する。

次に工程（ｄ）では、回転バルブ21は反対側に3/4回
転し、バルブL₁とL₂とが開き、バルブH₁とH₂とは閉じた
状態になり、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスはバルブ
H₁,H₂で止められ、通路15および16がバルブL₁およびL₂
を介して低圧配管52に連通され、ピストン32および膨張
室38a,38b内は前工程と同様に減圧され、空間部39も通
路16、バルブL₂を介して減圧される。なお、このときシ
リンダ30内の圧力は低圧状態になり、ピストン32を下降
させる圧力差はなく、ピストン32は上昇状態のままであ
る。

次には前記工程（ａ）に戻り、以下順次繰り返えされ
る。このときの膨張室38a,38b内におけるヘリウムガス
の状態は、第５図に示すように右上りの直接状のPV線図
となり、第４図における工程（ａ）ないし（ｄ）はそれ
ぞれ第５図に示すPV線図のａないしｄ点に相当する。

このようにして運転された加温工程により発生された
熱によって、膨張室38a,38b部にそれぞれ設けられたコ
ールドステージ31a,31bが加温され、このコールドステ
ージ31a,31bに取り付けられたパネル44,46がそれぞれ、
常温まで素早く加温される。

これにより、パネル44に取り付けられたバッフル45も
常温まで素早く加温され、冷却工程でバッフル45および
第２パネル46に吸着していたガスが気化して、再生ガス
導入口43から供給された窒素ガスに混じって排気口42か
ら排気され、クライオポンプの再生が行なわれる。

また、本一実施例では、冷却工程および加温工程にお
いて、圧縮機50からの高圧ヘリウムガスの吐出量を調整
するようにしている。これは、膨張機内で必要とされる
ヘリウムガスの量が、圧力と温度とによって変わってく
るためであり、この場合、冷却ガスの必要流量Ｑは次式
で表わされる。

ここで、T₁ :第１膨張室の絶対温度 T₂ :第２膨張室の絶対温度 V₁ :第１膨張室の最大容積 V₂ :第２膨張室の最大容積 ΔP:圧縮機の吐出圧力と吸込圧力との差圧（１）式において、この場合、変動する値は絶対温度
T₁,T₂および差圧ΔＰであり、これらの値を求めること
により、膨張機が必要とする最適の冷媒ガス流量を求め
ることができ、膨張機の冷却運転および加温運転を効率
良く運転できる。

この場合は、膨張室38a,38bの温度をセンサ63,64で検
出し温度計65を介して制御装置60に入力するとともに、
圧縮機50の吐出側および吸入側の圧力を圧力計66および
67で検出し制御装置60に入力する。このとき、回転バル
ブ21の切り替わりによって圧力の脈動が生じ、これが圧
力計66および67に検出されてしまうので、制御装置60で
は圧力の平均値を算出して用いる。制御装置60ではこれ
らの値を用いて前記（１）式により冷媒ガスの必要流量
Ｑを算出し、あらかじめ記憶しておいた圧縮機50の特性
から決まる吐出流量と圧力差（吐出圧力と吸込圧力の
差）の関係から、圧縮機50の吐出流量が必要流量Ｑと等
しくなるときの圧力差を求め、検出した圧力値から算出
した圧力差ΔＰと比較して、比較した値によって圧縮機
50のモータを速く回転させるようにしたり、遅く回転さ
せるようにしたりするために、圧縮機電源61を制御す
る。

冷却運転時は冷媒ガス温度が下がるので、必要流量Ｑ
は大きくなり、このため圧縮機50は吐出量が多くなるよ
うに制御され、加温運転時は逆に圧縮機50の吐出量が少
なくなるように制御される。

以上、本一実施例によれば、制御装置60によってモー
タ20を逆回転させることができ、回転バルブを反転させ
るようにしているので、膨張機を加温運転させることが
でき、従来外部からの熱侵入だけにたよって加温してい
たシリンダ30および蓄冷材33a,33bが内部から加温され
早く常温状態に戻すことができるので、再生時間を短縮
することができるという効果がある。例えば、排気速度
1500l/s（窒素ガス）のクライオポンプを再生するのに
必要な時間は、従来は２〜３時間必要であったものが、
本一実施例では約１時間に短縮できた。

また、膨張室38a,38bの温度および圧縮機50の出入口
部の圧力を検出して、膨張機が必要とする最適な流量を
算出して、圧縮機50からの吐出量を制御することができ
るので、ロスのない効率的なクライオポンプの運転を行
なうことができるという効果がある。

なお、本一実施例ではクライオポンプの効率運転を行
なうのに、温度と圧力の両方を検出して行なうようにし
ているが、運転状態が悪くなると圧力差が大きくなって
膨張機部から発生する音が大きくなるので、この音をマ
イクで検出して、所定のレベル以上の大きさになったら
圧縮機50を制御するようにしても良い。これによれば、
制御は少し雑になるが制御系を簡単にすることができ
る。

また、本一実施例ではクライオポンプの効率運転を行
なうのに圧縮機50の吐出量を調整するようにしている
が、圧縮機50の吐出量は一定にし、モータ20の回転数を
制御してピストン運動を多くしたり少なくしたりして、
単位時間当りの冷媒ガスの使用量を一定にするように制
御しても良い。この場合には、寒冷発生量や熱発生量を
多くすることができるので冷却運転および加温運転の運
転時間を短縮することができ、さらに、再生時間を短縮
することができる。なお、この場合は、シリンダ30の質
量をどこまで減せるかで、シリンダが往復運動できるサ
イクルが決まるので、モータ20の回転数をむやみに上げ
ることはできない。

さらに、本一実施例の膨張機はソルベイサイクル方式
のものであるが、スターリングサイクル方式、ギフォー
ドマクマホンサイクル方式等の往復動機関の膨張機にお
いては、全て適用できる。また、本一実施例の膨張機は
被冷却体を凍らせる冷凍装置としても使用でき、被冷却
体の冷凍または解凍を行なうのに便利であり、また、被
冷却体を冷却する冷却装置として使用し、被冷却体の冷
却または温度回復をさせるのに便利である。また、温度
回復運転は外部入力指示によって行なっても良い。

次に、本発明の第２の実施例を第６図により説明す
る。第６図は保冷装置を示すもので、内部に液化ガス73
（例えば液体窒素）を貯蔵する保冷槽70の外側を断熱空
間71（例えば真空断熱）を介して外槽72で囲み、保冷槽
70上部のフランジ74に、この場合、開口部を２箇所設
け、一方には先端にコールドステージ82を有する凝縮機
80を設け、他方にはサポート76を介して被冷却体、例え
ば、電子素子を実装したCPUやメモリを取り付けた基板7
7を支持した蓋75を設ける。この場合、基板16は保冷槽
１内の液化ガス73中に浸漬してあり、基板77に接続され
たリード線78は蓋75を貫通して外部に引き出され、外部
に設けたインターフェイス79に接続してある。

寒冷発生手段である凝縮機80のコールドステージ82は
保冷槽70内の空間に収納してあり、この場合、凝縮機80
は前記一実施例の膨張機と同様のソルベイサイクル方式
のものであり、凝縮機80の動作を逆動作させるためのモ
ータ81は制御装置84で制御するようになっている。ま
た、制御装置84にはコールドステージ82の温度を測定す
る温度計86と、保冷槽70内の圧力を測定する圧力計85と
がつないであり、これらの信号を受けて凝縮機80を運転
するための冷媒ガスを供給する圧縮機83を制御するよう
になっている。

なお、この場合、動作切替手段としては切替え信号を
入力する制御装置84と、制御装置84から信号を受けて逆
回転する凝縮機80のモータ81と、モータ81に取り付けた
図示しない回転バルブとから成る。

このように構成された保冷装置により、液化ガス73が
蒸発して所定の圧力レベルよりも圧力が高くなると圧力
計85が信号を出し、この信号を制御装置84が受けて圧縮
機83を運転開始させるとともに、凝縮機80が冷却工程と
なるようにモータ81を回転制御する。これにより、前記
一実施例のように圧縮機83からの冷媒ガスが凝縮機80に
送られ、回転バルブを介して凝縮機80の膨張室に供給さ
れて寒冷が発生し、コールドステージ82が冷却されるこ
とにより、コールドステージ82に蒸発したガスが凝縮し
てくっつき、滴下して液化ガス73に戻る。保冷槽70内の
圧力が所定の圧力レベルまで下がると、圧力計85からの
信号が止まり、制御装置84は圧縮機83およびモータ81の
運転を停止する。

また、凝縮機80の保守点検を行なう場合には、保冷槽
70外に凝縮機80を取り出す必要があり、この場合、制御
装置84に加温指令の信号を入力することにより、制御装
置84が圧縮機83を運転開始させるとともに、凝縮機80が
加温工程となるようにモータ81を回転制御する。これに
より、前記一実施例のように圧縮機83からの冷媒ガスが
凝縮機80に送られ、回転バルブを介して凝縮機80の膨張
室に供給されて熱を発生し、冷却されていた部分を内部
から加温して常温に戻す。常温になると温度計86から信
号が出て制御装置84に入力され、制御装置84はこの信号
を受けて圧縮機83およびモータ81の運転を停止する。凝
縮機80の冷却部が常温に戻ると凝縮機80を保冷槽70外に
抜き出し、保守点検を行なう。

以上、本第２の実施例によれば、従来凝縮機80の保
守、点検を行なう場合は、凝縮機80の冷却部にモータを
取り付け常温になるまで加温していたが、この場合は、
凝縮機80のピストンやピストン内に設けた蓄冷材がなか
なか温まらず、常温まで加温するのに時間が掛かってい
たが、本実施例によれば、冷却部を内部から加温できる
ので速やかに常温まで加温することができ、保守、点検
に要する時間を短縮することができるという効果があ
る。

次に、本発明の第３の実施例を第７図により説明す
る。第７図は試料冷却装置を示すもので、真空槽93の内
部に低温に冷却される試料台92を収納するように冷却機
90を真空槽93に取り付け、真空槽93の上部に蓋94を設け
て、試料95を真空槽93内の試料台92に載置可能にしてあ
る。また、真空槽93には図示しない真空ポンプにつなが
る排気口が設けてあり、真空排気およびリークが可能に
してある。試料95にはデータを取り出すためのリード線
が取り付けてあり、リード線の他端は真空槽93の外部に
設けたインターフェイス96に接続してある。

寒冷発生手段である冷却機90は、この場合、前記一実
施例の膨張機と同様のソルベイサイクル方式のものであ
り、冷却機90の動作を逆動作させるためのモータ91は制
御装置98で制御するようになっている。また、制御装置
98には試料台92部に取り付けた温度計99から検出信号を
入力するようになっているとともに、冷却機90を運転す
るための冷媒ガスを供給する圧縮機97を制御するように
なっている。

なお、この場合、動作切替手段としては切替え信号を
入力する制御装置98と、制御装置98から信号を受けて逆
回転する冷却機90のモータ91と、モータ91に取り付けた
図示しない回転バルブとからなる。

このように構成された試料冷却装置により、試料台92
に載置した試料95を冷却する場合は、制御装置98に冷却
開始の指令を入力することによって、制御装置98が圧縮
機97を運転開始させるとともに、冷却機90が冷却工程と
なるようにモータ91を回転制御する。これにより、前記
一実施例のように圧縮機97から冷媒ガスが冷却機90に送
られ、回転バルブを介して冷却機90の膨張室に供給され
て寒冷が発生し、試料台92が冷却されることにより、試
料台92に載置した試料95が冷却される。

試料95の冷却温度を調整したい場合には、温度計99か
らの測定値を制御装置98に入力し、調整したい温度と比
較して、比較した値によって圧縮機97からの冷媒ガスの
吐出量を調整するように、制御装置98によって圧縮機97
を運転制御する。また、他の方法として、試料台93部に
ヒータ等の加熱手段を設けておき、制御装置98によって
温度計99からの測定値と調整したい値とを比較しながら
加温手段を制御するようにしても良い。

また、試料95の試験が終了し、試料95を真空槽93外部
に取り出そうとする場合には、一旦試料95を真空槽93内
で常温にしてから外部に出す必要があり、この場合は、
制御装置98に加温指令を入力することにより、制御装置
98は圧縮機97をそのまま運転させておき、冷却機90が加
温工程となるようにモータ91を回転制御する。これによ
り、前記一実施例のように圧縮機97からの冷媒ガスが冷
却機90に送られ、回転バルブを介して冷却機90の膨張室
に供給されて熱を発生し、冷却されていた部分を内部か
ら加温して常温に戻す。温度計99からの測定値が常温に
なると、制御装置98は圧縮機97およびモータ91の運転を
停止する。次に、真空槽93内を大気圧に戻し、蓋94を開
けて試料95を取り出す。

以上、本第３の実施例によれば、従来試料95の取り出
しを行なう場合には、冷却機90の冷却部にヒータを取り
付けて常温になるまで加温していたが、この場合は、冷
却機90のピストンやピストン内に設けた蓄冷材がなかな
か温まらず、常温まで加温するのに長い時間を要してい
たが、本実施例によれば、冷却部を内部から加温できる
ので速やかに常温まで加温することができ、速く試料を
取り出すことができるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膨張機へ供給する冷媒ガスの供給手
順を逆にすることによって、膨張機に供給した冷媒ガス
を断熱圧縮させて熱を発生させることができるので、膨
張機を内部から加温することができ、膨張機の加温を速
やかに行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却装置を適用した一実施例であるク
ライオポンプの構成図、第２図は第１図の膨張機の冷却
工程を示す図、第３図は第２図の冷却工程におけるPV線
図、第４図は第１図の膨張機の加温工程を示す図、第５
図は第４図の加温工程におけるPV線図、第６図は本発明
の冷却装置を適用した第２の実施例である保冷装置の構
成図、第７図は本発明の冷却装置を適用した第３の実施
例である試料冷却装置の構成図である。 20……モータ、21……回転バルブ、30a,30b……シリン
ダ、31a,31b……コールドステージ、32a,32b……ピスト
ン、44,46……パネル、50……圧縮機、60……制御装
置、70……保冷槽、80……凝縮機、81……モータ、82…
…コールドステージ、83……圧縮機、84……制御装置、
90……冷却機、91……モータ、92……試料台、93……真
空槽、97……圧縮機、98……制御装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒ガスを取り入れ該冷媒ガスを断熱膨張
する膨張機と、該膨張機の寒冷発生部に設けたパネルと、前記膨張機を駆動する駆動手段と、前記膨張機への前記冷媒ガスの供給手順を決める冷媒ガ
ス供給手段とを具備したクライオポンプにおいて、前記膨張機の駆動と前記冷媒ガスの供給手段との関係を
反転する反転手段を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスを断熱膨張
して寒冷を発生させる工程と、該発生した寒冷によりパネルを冷却する工程と、前記冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスを断熱圧縮して熱を
発生させる工程と、該発生した熱により前記パネルを加温する工程と、前記パネルを冷却する工程と前記パネルを加温する工程
とを交互に行なう工程とからなることを特徴とする冷却装置の運転方法。