JP2507452C

JP2507452C -

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Publication number: JP2507452C
Authority: JP
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Publication date: 1999-04-05

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るのに、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課題】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。〔課題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３
２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１
３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３２ａ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３８ａ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３８
ｂ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６
４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，３
８ｂ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３
３ａ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３
８ａ，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Ｐ
Ｖ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
配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４
５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。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３３
ａ，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，３
８ｂ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３
８ａ，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
線状の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３８
ａ，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Δ
Ｐ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３
０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、シリンダが往復運転できるサ
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ができない。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７７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８
１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９
７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９
５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、しかも、その際、膨張機のピストン
運動回数を制御するので、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、９
７……圧縮機、９８……制御装置

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】圧縮機から供給される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、前記駆動手段は前記膨張機のピストンを往復運動させるモータとこのモータの
回転数を制御する制御装置とを含み、前記モータは正逆両方向に回転可能であり
、このモータの回転方向を冷却の場合と加温の場合とにおいて逆にすることによ
り前記膨張機の駆動と前記膨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、前記加温の場合において前記圧縮機から供給される冷媒ガス量を一定にし
て前記モータの回転数を前記制御装置により制御することを特徴とする冷却装置
。【請求項２】シリンダと該シリンダ内を往復運動するピストンとからなる膨張機と、前記ピ
ストンを往復運動させる正逆両方向に回転可能かつ回転数可変のモータとからな
る冷却装置の前記膨張機に対して圧縮機より冷媒ガスを供給し、前記モータを一
方の方向に回転させ、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、前記膨張機に対して前記冷媒ガスを供給し、前記モータを他方の方向に回転さ
せるとともに前記圧縮機より供給される冷媒ガス量を一定にしてその回転数を制
御し、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。