JP3596825B2 - 極低温冷凍機の低圧制御装置 - Google Patents
極低温冷凍機の低圧制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3596825B2 JP3596825B2 JP12336795A JP12336795A JP3596825B2 JP 3596825 B2 JP3596825 B2 JP 3596825B2 JP 12336795 A JP12336795 A JP 12336795A JP 12336795 A JP12336795 A JP 12336795A JP 3596825 B2 JP3596825 B2 JP 3596825B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- low
- refrigerant
- pressure control
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、圧縮機で圧縮されたヘリウムガス等の冷媒ガスを膨張手段で膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機において、冷媒回路にバッファタンクから冷媒ガスを供給して冷媒回路の低圧を制御するようにした低圧制御装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超電導現象を利用する超電導体においては、その温度を臨界温度以下に冷却保持するためにタンク内に貯溜した液体ヘリウムを用いることが行われているが、この液体ヘリウムがタンク内で蒸発するので、この蒸発したヘリウムガスを冷却凝縮させて液化する必要があり、この目的で極低温冷凍機が使用される。
【０００３】
このヘリウムガスを凝縮温度まで冷却する冷凍機の一例として、従来、例えば米国特許第４２２３５４０号等に記載されているように、予冷冷凍機とＪ−Ｔ冷凍機とを組み合わせた冷凍機がある。上記予冷冷凍機はＧＭサイクル（ギフォード・マクマホンサイクル）や改良ソルベーサイクル等の冷凍機からなるもので、圧縮機で圧縮されたヘリウムガス（冷媒ガス）を膨張機で断熱膨張させてそのガスの温度降下によりヒートステーションに極低温レベルの寒冷を発生させる。
【０００４】
一方、Ｊ−Ｔ冷凍機は、圧縮機から供給されたヘリウムガスを上記予冷冷凍機における膨張機のヒートステーションとの間で熱交換して予冷する予冷器と、ヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させるＪ−Ｔ弁とを接続してなるもので、圧縮機からのヘリウムガスを予冷器で予冷するとともに、該予冷されたヘリウムガスをＪ−Ｔ弁でジュール・トムソン膨張させて４Ｋレベルの寒冷を発生させるようになっている。
【０００５】
ところで、この種の極低温冷凍機においては、冷媒ガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンクを設け、このバッファタンクを、圧縮機の吐出側及び膨張機を接続する高圧配管に対し高圧制御弁を配置した冷媒戻し配管を介して、また圧縮機の吸込側及び膨張機を接続する低圧配管に対し低圧制御弁を配置した冷媒供給配管を介してそれぞれ接続し、低圧配管内の圧力が設定圧以下に低下したときに低圧制御弁の開弁により冷媒供給配管を開いて、バッファタンク内の冷媒ガスを冷媒回路に供給する一方、膨張手段の熱負荷の増大等により高圧配管内の圧力が設定圧以上に上昇したときに高圧制御弁の開弁により冷媒戻し配管を開いて、高圧配管の冷媒ガスをバッファタンクに回収することが行われる。
【０００６】
そして、冷凍機は冷却対象物を極低温レベルに冷却保持する定常運転状態に移行する前に、冷却対象物を常温から極低温レベルまで低下させるクールダウン運転が行われるが、このクールダウン運転時にも、冷媒ガスの温度低下に伴ってその体積が減少すると、そのことによる低圧配管の圧力の低下に伴い、低圧制御弁が開弁して冷媒供給配管が開き、バッファタンク内の冷媒ガスが冷媒回路に供給されて冷媒回路での冷媒ガスの不足分が補給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このクールダウン運転時には、バッファタンクから多量の冷媒ガスを冷媒回路に供給せねばならず、そのために低圧制御弁の冷媒流量を大きく設定する必要がある。
【０００８】
しかし、上記バッファタンクは高圧制御弁を配置した冷媒戻し配管を介して高圧配管にも接続されているので、冷凍機の定常運転時に、高圧配管から冷媒戻し配管及び冷媒供給配管を経て低圧配管に至るバイパス路が形成される。すなわち、冷凍機の定常運転時、低圧配管の圧力がある程度変動しても低圧制御弁が開弁してバッファタンクからの冷媒ガスの補給が可能となるように、その開弁圧は、定常運転状態での低圧配管の圧力よりも若干高い圧力に設定されており、冷凍機の冷凍能力が熱負荷と等しい定常運転時は、高圧制御弁の開弁圧が高圧配管の圧力に略等しいので、高圧配管から冷媒戻し配管及び冷媒供給配管を経て低圧配管に至るバイパス路が形成されることとなる。また、冷凍機の冷凍能力が熱負荷よりも僅かに小さくて、高圧配管の圧力が高圧制御弁の開弁圧よりも低い場合にも、時間の経過と共に高圧圧力が上昇して高圧制御弁の開弁圧を越えると、上記バイパス路が形成される。
【０００９】
このため、上記のように冷凍機のクールダウン運転時に合わせて低圧制御弁の冷媒流量を大きく設定すると、上記冷凍機の定常運転時に形成されるバイパス路を経て高圧配管から低圧配管に至る冷媒ガスのバイパス流量が増大し、その分、膨張機で寒冷発生に使用される高圧の冷媒ガスの循環量が相対的に減少して、冷凍機の能力が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、冷媒供給配管での構成を改良することで、冷凍機のクールダウン運転時にバッファタンクから多量の冷媒ガスを冷媒回路に供給できるようにしつつ、冷凍機の定常運転状態では冷媒供給配管の冷媒流量を少なくして、高圧配管から低圧配管に至るバイパス流量を減少させ、冷凍機の冷凍能力を向上維持することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、請求項１の発明では、冷凍機のクールダウン運転時、冷媒回路における低圧圧力が定常運転時の圧力よりも低下したときに限定して、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスをバッファタンクから低圧配管に供給するようにした。
【００１２】
具体的には、この発明では、図１〜図５に示すように、ヘリウムガス等の冷媒ガスを圧縮する圧縮機（４），（８）と、高圧の冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張手段（３２），（４１）とを高圧配管（１３）及び低圧配管（３）により接続してなる冷媒回路（５２）を備えるとともに、上記高圧配管（１３）に冷媒戻し配管（２０）を介して接続され、かつ低圧配管（３）に冷媒供給配管（１８）を介して接続され、冷媒ガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンク（Ｔｂ）を備え、圧縮機（４），（８）で圧縮された冷媒ガスを膨張手段（３２），（４１）で膨張させ、その膨張による温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させるとともに、低圧配管（３）内の圧力が設定圧以下に低下したときに冷媒供給配管（１８）を介してバッファタンク（Ｔｂ）内の冷媒ガスを冷媒回路（５２）に供給する一方、膨張手段（３２），（４１）の熱負荷の増大により高圧配管（１３）内の圧力が設定圧以上に上昇したときに冷媒戻し配管（２０）を介して高圧配管（１３）の冷媒ガスをバッファタンク（Ｔｂ）に回収するようにした極低温冷凍機が前提である。
【００１３】
そして、上記低圧配管（３）の圧力が定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下した冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスを上記バッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給する冷媒流量可変手段（２２）を設ける。
【００１４】
請求項２の発明では、図１に示すように、上記冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、冷媒供給配管（１８）に上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）とを備えてなるものとする。そして、上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機の定常運転時に開弁し、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機のクールダウン運転時に開弁するように各々の開弁圧を設定する。
【００１５】
請求項３の発明では、図３に示すように、冷凍機の定常運転時に開弁する上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量は、クールダウン運転時に開弁する第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量よりも小さく設定する。
【００１６】
請求項４の発明では、図４に示す如く、上記冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、冷媒供給配管（１８）に上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、かつ第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有し、低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）と、上記バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路を選択的に切り換える三方弁（５７）と、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れるように上記三方弁（５７）を切り換える制御手段（５５）とを備えてなる構成とする。
【００１７】
請求項５の発明では、図５に示すように、上記冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、冷媒供給配管（１８）に上記低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、かつ低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有する常時開の減圧手段（５８）と、上記バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧手段（５８）への流路を選択的に切り換える三方弁（５７）と、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが冷凍機の定常運転時には低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には減圧手段（５８）に流れるように上記三方弁（５７）を切り換える制御手段（５５）とを備えてなるものとする。
【００１９】
【作用】
上記の構成により、請求項１の発明では、冷凍機のクールダウン運転時に、冷媒回路（５２）における低圧配管（３）の圧力が定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下すると、冷媒流量可変手段（２２）により、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスがバッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給される。このため、冷凍機のクールダウン運転時に低圧配管（３）の圧力が低下しても、それに応じてバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒ガスを補給することができ、冷媒回路（５２）の冷媒量を確保することができる。
【００２０】
一方、冷凍機の定常運転時には、上記バッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給される冷媒ガスの流量は上記クールダウン運転時よりも小さくなる。このため、高圧配管（１３）から冷媒戻し配管（２０）及び冷媒供給配管（１８）を経て低圧配管（３）に至るバイパス路が形成されていても、そのバイパス路を流れる冷媒ガスの流量は小さくなり、膨張手段（３２），（４１）への高圧冷媒ガスの流量を大に保って冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２１】
請求項２の発明では、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機の定常運転時に開弁するように開弁圧が設定されている一方、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機のクールダウン運転時に開弁するように開弁圧が設定され、このクールダウン運転時は低圧配管（３）の圧力が定常運転時よりも低いので、冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁し、クールダウン運転時には第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の双方が開弁する。このため、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機のクールダウン運転時には、開弁した両低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量を増加させる一方、定常運転時には、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみの開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量が小さくなり、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量が小さくでき、冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２２】
請求項３の発明では、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量は第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量よりも小さいので、冷凍機の定常運転時に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁したとき、上記高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量をさらに小さくでき、冷凍機の冷凍能力をより効果的に確保することができる。また、この第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量が小さい分だけ、その流量を細かく設定することができる。
【００２３】
請求項４の発明では、制御手段（５５）により冷凍機の運転状態に応じて三方弁（５７）が切り換えられて、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路が選択され、冷凍機の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れ、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れる。第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大きいので、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機のクールダウン運転時には、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量を増加させる一方、定常運転時には、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量を小さくでき、冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２４】
請求項５の発明では、請求項４の発明と同様に、制御手段（５５）により冷凍機の運転状態に応じて三方弁（５７）が切り換えられて、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧手段（５８）への流路が選択され、冷凍機の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れ、クールダウン運転時には減圧手段（５８）に流れる。この減圧手段（５８）の冷媒流量は低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大きいので、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機のクールダウン運転時には、減圧手段（５８）によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量を増加させる一方、定常運転時には、低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量を小さくでき、冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図２は本発明の実施例１に係る冷凍機（Ｒ）の全体構成を示し、この冷凍機（Ｒ）は圧縮機ユニット（１）と、真空槽（Ｄ）に取り付けられる冷凍機ユニット（３１）とからなる。
【００２７】
上記圧縮機ユニット（１）には、低圧ガス吸入口（２）からの低圧ヘリウムガスを低圧配管（３）を介して吸い込んで圧縮する低段用圧縮機（４）と、この低段用圧縮機（４）から吐出されたヘリウムガスを冷却する熱交換器（５）と、この熱交換器（５）から吐出されたヘリウムガスを、中間圧ガス吸入口（６）から中間圧配管（７）を介して吸入された中間圧のヘリウムガスと共にさらに高圧に圧縮する高段用圧縮機（８）と、この高段用圧縮機（８）から吐出された高圧ヘリウムガスから圧縮機潤滑用の油を分離する前段油分離器（９）と、この前段油分離器（９）から吐出された高圧ヘリウムガスを冷却する熱交換器（１０）と、この熱交換器（１０）から吐出されたヘリウムガスからさらに潤滑用の油を分離する後段油分離器（１１）と、この後段油分離器（１１）から吐出されたヘリウムガスから不純物を吸着除去する吸着器（１２）とが配設され、該吸着器（１２）の吐出側に高圧配管（１３）の一端が接続されている。この高圧配管（１３）の他端側は予冷用高圧配管（１４）及びＪ−Ｔ用高圧配管（１５）に分岐され、予冷用高圧配管（１４）は予冷用高圧ガス吐出口（１６）に、またＪ−Ｔ用高圧配管（１５）はＪ−Ｔ用高圧ガス吐出口（１７）にそれぞれ接続されている。
【００２８】
上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）は途中で２つの分岐配管（１５ａ），（１５ｂ）に並列に分岐され、一方の分岐配管（１５ａ）には流量調整用の絞り固定式の第１絞り弁（Ｖ１）と、この第１絞り弁（Ｖ１）の吸着器（１２）側に空圧式の第１開閉弁（ＡＶ１）とが配設されている。一方、他方の分岐配管（１５ｂ）には同様の第２絞り弁（Ｖ２）と第２開閉弁（ＡＶ２）とが配設され、例えば上記第２絞り弁（Ｖ２）の開度は第１絞り弁（Ｖ１）よりも小さく設定されている。
【００２９】
さらに、上記低段用圧縮機（４）の吸込側と低圧ガス吸入口（２）との間の低圧配管（３）にはヘリウムガス供給配管（１８）の一端が分岐接続されている。また、上記高圧配管（１３）の一部であるＪ−Ｔ用高圧配管（１５）には高圧制御弁（ＨＰＲ）を配置したヘリウムガス戻し配管（２０）の一端が分岐接続され、このヘリウムガス戻し配管（２０）の他端は上記ヘリウムガス供給配管（１８）の他端と集合されてヘリウムガス給排配管（２１）の一端に接続され、このヘリウムガス給排配管（２１）の他端は、ヘリウムガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンク（Ｔｂ）に接続されている。
【００３０】
上記高圧制御弁（ＨＰＲ）は、高圧配管（１３）（Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５））でのヘリウムガスの圧力が設定圧以上に上昇したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、この高圧制御弁（ＨＰＲ）の開弁によりＪ−Ｔ用高圧配管（１５）（後述の冷媒回路（５２））のヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）内に回収される。
【００３１】
図１に拡大詳示するように、上記ヘリウムガス供給配管（１８）は途中で２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）に並列に分岐され、一方の分岐配管（１８ａ）には流路閉止用の絞り固定式の第３閉止弁（Ｖ３）と、この第３閉止弁（Ｖ３）の低圧配管（３）側に常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）とが配設されている一方、他方の分岐配管（１８ｂ）には同様の第４閉止弁（Ｖ４）と常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）とが配設されている。上記各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）は、低圧配管（３）でのヘリウムガスの圧力が設定圧以下に低下したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、この低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁に伴いバッファタンク（Ｔｂ）内のヘリウムガスが低圧配管（３）（冷媒回路（５２））に供給される。
【００３２】
そして、上記第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の各開弁状態でのヘリウムガス流量は互いに同じであるが、開弁圧は異なり、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁圧は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁圧よりも低く設定されている。すなわち、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機（Ｒ）が定常運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁し、一方、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機（Ｒ）がクールダウン運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁するように設定されている。この実施例では、上記第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）によりヘリウムガス流量可変機構（２２）が構成され、このヘリウムガス流量可変機構（２２）により、上記低圧配管（３）の圧力が冷凍機（Ｒ）の定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下した冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時、その定常運転時よりも多い流量のヘリウムガスをバッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給するようにしている。
【００３３】
これに対し、上記冷凍機ユニット（３１）には、圧縮機ユニット（１）の高段用圧縮機（８）に対し閉回路に接続された予冷冷凍機（３２）（膨張機）と、低段用圧縮機（４）及び高段用圧縮機（８）に対し直列に接続されたＪ−Ｔ冷凍機（４１）とが設置されている。上記予冷冷凍機（３２）は、Ｇ−Ｍ（ギフォード・マクマホン）サイクルの冷凍機で構成されていて、Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）におけるヘリウムガス（冷媒ガス）を予冷するためにヘリウムガスを圧縮及び膨張させる。この予冷冷凍機（３２）は上記真空槽（Ｄ）の外部に配置される密閉円筒状のケース（３３）と、該ケース（３３）に連設された大小２段構造のシリンダ（３４）とを有する。上記ケース（３３）には上記圧縮機ユニット（１）の予冷用高圧ガス吐出口（１６）にフレキシブル配管（３５）を介して接続される高圧ガス入口（３６）と、同中間圧ガス吸入口（６）にフレキシブル配管（３７）を介して接続される低圧ガス出口（３８）とが開口されている。一方、シリンダ（３４）は真空槽（Ｄ）の側壁を貫通してその内部に延びており、その大径部（３４ａ）の先端部は所定温度レベルに冷却保持される第１ヒートステーション（３９）に、また小径部（３４ｂ）の先端部は上記第１ヒートステーション（３９）よりも低い温度レベルに冷却保持される第２ヒートステーション（４０）にそれぞれ形成されている。
【００３４】
すなわち、ここでは図示しないが、シリンダ（３４）内には、上記各ヒートステーション（３９），（４０）に対応する位置にそれぞれ膨張空間を区画形成するフリータイプのディスプレーサ（置換器）が往復動可能に嵌挿されている。一方、上記ケース（３３）内には、回転する毎に開閉するロータリバルブと、該ロータリバルブを駆動するバルブモータとが収容されている。ロータリバルブは、上記高圧ガス入口（３６）から流入したヘリウムガスをシリンダ（３４）内の各膨張空間に供給し、又は各膨張空間内で膨張したヘリウムガスを低圧ガス出口（３８）から排出するように切り換わる。そして、このロータリバルブの開閉により高圧ヘリウムガスをシリンダ（３４）内の各膨張空間でサイモン膨張させて、その膨張に伴う温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させ、その寒冷をシリンダ（３４）における第１及び第２ヒートステーション（３９），（４０）にて保持する。つまり、予冷冷凍機（３２）では、高段用圧縮機（８）から吐出された高圧のヘリウムガスを断熱膨張させてヒートステーション（３９），（４０）の温度を低下させ、Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）における後述の予冷器（４６），（４７）を予冷するとともに、膨張した低圧ヘリウムガスを圧縮機（８）に戻して再圧縮するようになされている。
【００３５】
一方、上記Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）は、約４Ｋレベルの寒冷を発生させるためにヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させる冷凍機であって、この冷凍機（４１）は上記真空槽（Ｄ）内に配置された第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（４２）〜（４４）を備えている。この各Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）〜（４４）は１次側及び２次側をそれぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交換させるもので、第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の１次側は圧縮機ユニット（１）のＪ−Ｔ用高圧ガス吐出口（１７）にフレキシブル配管（４５）を介して接続されている。また、第１及び第２のＪ−Ｔ熱交換器（４２），（４３）の各１次側同士は、上記予冷冷凍機（３２）におけるシリンダ（３４）の第１ヒートステーション（３９）外周に配置した第１予冷器（４６）を介して接続されている。同様に、第２及び第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４３），（４４）の各１次側同士は、第２ヒートステーション（４０）外周に配置した第２予冷器（４７）を介して接続されている。さらに、上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の１次側は、高圧のヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させるＪ−Ｔ弁（４８）に吸着器（４９）を介して接続されている。上記Ｊ−Ｔ弁（４８）は真空槽（Ｄ）外側から操作ロッド（４８ａ）によって開度が調整される。上記Ｊ−Ｔ弁（４８）は、図外の冷却対象物に伝熱可能に配置した冷却器（５０）を介して上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の２次側に接続されている。そして、この第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の２次側は第２Ｊ−Ｔ熱交換器（４３）の２次側を経て第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の２次側に接続され、この第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の２次側はフレキシブル配管（５１）を介して圧縮機ユニット（１）の低圧ガス吸入口（２）に接続されている。
【００３６】
すなわち、Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）はフレキシブル配管（４５），（５１）、低圧配管（３）、両圧縮機（４），（８）及び高圧配管（３）のＪ−Ｔ用高圧配管（１５）に対し直列に接続された冷媒回路（５２）をなし、その低段用及び高段用圧縮機（４），（８）にヘリウムガスを吸入して圧縮し、この高段用圧縮機（８）により圧縮された高圧ヘリウムガスを第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（４２）〜（４４）において、圧縮機（４）側に向かう低温低圧のヘリウムガスと熱交換させるとともに、第１及び第２予冷器（４６），（４７）でそれぞれシリンダ（３４）の第１及び第２ヒートステーション（３９），（４０）で冷却した後、Ｊ−Ｔ弁（４８）でジュール・トムソン膨張させて約４Ｋの液状態のヘリウムとなし、この液体ヘリウムを冷却器（５０）で冷却対象物を冷却する。また、この冷却対象物の冷却に供されてガス状態になったヘリウムを第３〜第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）〜（４２）の各２次側を通して低段用及び高段用圧縮機（４），（８）に吸入させるようになされている。
【００３７】
図２において、（５４）は制御ユニット（５５）からの制御信号を受けて上記第１及び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）に対する空気圧の作用又は作用停止を切り換えるマニホールドユニットである。
【００３８】
また、上記制御ユニット（５５）には、信号線を図示しないが、上記高段用圧縮機（８）から吐出された高圧ヘリウムガスの圧力を検出する高圧スイッチ（ＨＰＳ）の検出信号と、低段用圧縮機（４）の吸込側に連通する低圧配管（３）内の低圧ヘリウムガスの圧力を検出する低圧スイッチ（ＬＰＳ）の検出信号と、ヘリウムガス給排配管（２１）内の圧力（バッファタンク（Ｔｂ）の内圧）を検出する中圧スイッチ（ＭＰＳ）の検出信号と、空気圧を検出する空圧スイッチ（ＡＰＳ）の検出信号と、圧縮機ユニット（１）における３つの保護スイッチ（ＳＳ１）〜（ＳＳ３）の作動信号とが入力されている。
【００３９】
尚、図２中、（２４）は前段油分離器（９）でヘリウムガスから分離された油の一部と後段油分離器（１１）で分離された油とを、低段用圧縮機（４）から吐出されて高段用圧縮機（８）に吸入されるヘリウムガス中にインジェクションする油戻し配管、（２５）は前段油分離器（９）で分離された油の残部を高段用圧縮機（８）に戻す油戻し配管、（２６）は高段用圧縮機（８）内下部の油を上記油戻し配管（２５）に供給して同圧縮機（８）内上部にインジェクションするための油インジェクション配管、（２７）は低段用圧縮機（４）内下部の油を同圧縮機（４）内上部にインジェクションする油インジェクション配管、（２８）は両圧縮機（４），（８）内下部間を連通して両者の油面レベルを一定にするための均油管である。
【００４０】
次に、上記実施例の作用について説明する。
冷凍機（Ｒ）が運転状態にあると、基本的に、圧縮機ユニット（１）の高段用圧縮機（８）から供給された高圧のヘリウムガスの一部が予冷冷凍機（３２）（膨張機）に供給される。このヘリウムガスは該予冷冷凍機（３２）におけるシリンダ（３４）内の各膨張空間で膨張し、このガスの膨張に伴う温度降下により第１ヒートステーション（３９）が所定温度レベルに、また第２ヒートステーション（４０）が第１ヒートステーション（３９）よりも低い温度レベルにそれぞれ冷却される。膨張空間で膨張したヘリウムガスは圧縮機ユニット（１）に戻り、その中間圧配管（７）を経由して高段用圧縮機（８）に吸い込まれて圧縮される。
【００４１】
一方、圧縮機ユニット（１）におけるＪ−Ｔ用高圧配管（１５）の第１開閉弁（ＡＶ１）が開弁する一方、第２開閉弁（ＡＶ２）が閉弁し、上記高段用圧縮機（８）から吐出された高圧のヘリウムガスの残部は上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第１絞り弁（Ｖ１）を経由してＪ−Ｔ冷凍機（４１）の第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の１次側に入り、そこで圧縮機（４）側へ向かう２次側の低圧ヘリウムガスと熱交換されて常温３００Ｋから例えば約５０Ｋまで冷却され、その後、上記予冷冷凍機（３２）の第１ヒートステーション（３９）外周の第１予冷器（４６）に入ってさらに冷却される。この冷却されたガスは第２Ｊ−Ｔ熱交換器（４３）の１次側に入って、同様に２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により例えば約１５Ｋまで冷却された後、予冷冷凍機（３２）の第２ヒートステーション（４０）外周の第２予冷器（４７）に入ってさらに冷却される。この後、ガスは第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の１次側に入って２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換によりさらに冷却され、しかる後にＪ−Ｔ弁（４８）に至る。このＪ−Ｔ弁（４８）では高圧ヘリウムガスは絞られてジュール・トムソン膨張し、約４Ｋの液状態のヘリウムとなり、この液体ヘリウムは冷却器（５０）で冷却対象物の冷却に利用される。この冷却対象物の冷却に供された後に液体ヘリウム自体はヘリウムガスに戻り、このヘリウムガスは第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の２次側に吸入され、第２及び第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４３），（４２）の各２次側を経由して低段用圧縮機（４）に吸い込まれて圧縮される。
【００４２】
そして、斯かる冷凍機（Ｒ）の運転が開始されるときのクールダウン運転状態では、冷媒回路（５２）の冷凍機ユニット（３１）でヘリウムガスが温度降下してその体積が減少し、それに伴って低圧配管（３）内のヘリウムガス圧が低下する。このヘリウムガスの低圧圧力の低下に伴い、バッファタンク（Ｔｂ）内のヘリウムガスがヘリウムガス給排配管（２１）及びヘリウムガス供給配管（１８）を経て低圧配管（３）に供給される。すなわち、ヘリウムガス供給配管（１８）に配設されている第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁圧は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁圧よりも低く、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機（Ｒ）が定常運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁し、一方、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機（Ｒ）がクールダウン運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁するように設定されているので、低圧配管（３）の圧力がクールダウン運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力まで低下すると、第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の双方が開弁する。このため、図１で破線の矢印にて示すように、バッファタンク（Ｔｂ）からヘリウムガスが両低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）を経て低圧配管（３）に供給され、そのヘリウムガスの流量を増加させることができ、冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時の冷媒回路（５２）でのヘリウムガス量を良好に確保することができる。
【００４３】
このクールダウン運転の終了後、冷凍機（Ｒ）が定常運転状態に移行すると、低圧配管（３）の圧力がクールダウン運転時のヘリウムガスの補給を受けて上昇した状態に安定し、その圧力は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁圧よりも低くかつ第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁圧よりも高い圧力となる。このときには第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁可能となる。このため、高圧配管（１３）からヘリウムガス戻し配管（２０）及びヘリウムガス供給配管（１８）を経て低圧配管（３）に至るバイパス路が形成されていても、上記ヘリウムガス供給配管（１８）は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみで開かれているので、図１で実線の矢印にて示すように、そのバイパス路を流れるヘリウムガスの流量は小さくなる。その結果、冷凍機ユニット（３１）への高圧のヘリウムガスの流量を大に保つことができ、冷凍機（Ｒ）の定常運転時の冷凍能力を大に確保することができる。
【００４４】
尚、上記実施例では、第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）をいずれも１つとしているが、必要に応じて複数に増やすこともでき、各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）を互いに並列に接続して同じ低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）については同じ開閉動作をするようにすればよい。
【００４５】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２を示し（尚、以下の各実施例では、図１及び図２と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施例１では、第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁圧のみを異ならせ、各々の開弁状態でのヘリウムガス流量は同じとしているのに対し、この実施例では、開弁圧が高くて冷凍機（Ｒ）の定常運転時に開く第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量を、開弁圧が低くて冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時のみに開く第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）のヘリウムガス流量よりも小さく設定したものである。
【００４６】
したがって、この実施例でも、上記実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
特に、この実施例の場合、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁時のヘリウムガス流量は第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）よりも小さいので、実施例１に比べ、冷凍機（Ｒ）の定常運転時に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁したとき、バイパス路を経て高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうヘリウムガスのバイパス流量を、流量の小さい第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）によってさらに小さくでき、冷凍機（Ｒ）の冷凍能力をより効果的に確保することができる利点がある。
【００４７】
また、この第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量が小さい分だけ、その流量を細かく設定することができる利点もある。
【００４８】
（実施例３）
図４は実施例３を示し、上記各実施例では、冷凍機（Ｒ）の定常運転時及びクールダウン運転時のバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガス供給量を第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁圧の差によって可変としているのに対し、これら両低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）に加えて三方弁を設けたものである。
【００４９】
すなわち、この実施例では、ヘリウムガス供給配管（１８）における２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）にそれぞれ配設された第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁圧は、いずれも冷凍機（Ｒ）の定常運転時に開弁するように設定されている。また、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）のヘリウムガス流量は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の同流量よりも大とされている。
【００５０】
さらに、上記２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）のヘリウムガス給排配管（２１）側（上流側）の分岐部に、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路を選択的に切り換える電気作動式の三方弁（５７）が配設されている。この三方弁（５７）には制御手段としての制御ユニット（５５）からの制御信号が入力されており、この制御ユニット（５５）により上記各種スイッチ類からの検出信号を基に冷凍機（Ｒ）の運転状態をクールダウン運転状態又は定常運転状態と判定するとともに、その運転状態に応じて三方弁（５７）を切り換え、冷凍機（Ｒ）の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスが第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れるよう三方弁（５７）を切り換える構成とされている。
【００５１】
したがって、この実施例においては、冷凍機（Ｒ）の運転時、その運転状態に応じて制御ユニット（５５）により三方弁（５７）が切り換えられ、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）（各分岐配管（１８ａ），（１８ｂ））への流路が選択され、冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時にはヘリウムガス給排配管（２１）が第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に連通するように切り換えられて、図４で破線矢印にて示す如く、バッファタンク（Ｔｂ）のヘリウムガスが第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）を経て低圧配管（３）（冷媒回路（５２））に流れる。このとき、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）のヘリウムガス流量は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大であるので、多流量のヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給される。
【００５２】
この後、冷凍機（Ｒ）が定常運転状態に移ると、この定常運転時にはヘリウムガス給排配管（２１）が上記とは逆に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に連通するように切り換えられ、図４で実線の矢印にて示す如く、バッファタンク（Ｔｂ）のヘリウムガスが第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）を経て低圧配管（３）に流れる。この第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量は第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）よりも小さいので、定常運転時に高圧配管（１３）から低圧配管（３）に連通するヘリウムガスのバイパス路ができていても、そのバイパス流量は小さくなり、よって冷凍機（Ｒ）の冷凍能力を確保することができる。
【００５３】
（実施例４）
図５は実施例４を示し、上記実施例４における第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）を、減圧手段としての固定式減圧機構（５８）に代えたものである。第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）はそのままで使用され、本発明でいう低圧制御弁を構成する。
【００５４】
上記減圧機構（５８）は内部の流路にオリフィス（５８ａ）を有する常時開のもので、上記オリフィス（５８ａ）によりヘリウムガスの流量を低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量よりも大きい所定値に設定されている。その他の構成は実施例３と同じである。
【００５５】
したがって、この実施例の場合、冷凍機（Ｒ）の運転時、その運転状態に応じて三方弁（５７）が切り換えられ、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧機構（５８）への流路が選択される。つまり、冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスが減圧機構（５８）に流れる。この減圧機構（５８）のヘリウムガス流量は低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大きいので、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時には、減圧機構（５８）によりバッファタンク（Ｔｂ）からヘリウムガス供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給されるヘリウムガスの流量が増加する。
【００５６】
一方、冷凍機（Ｒ）の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスが低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる。同時に、この低圧制御弁（ＬＰＲ１）が低圧配管（３）の圧力低下により開弁し、バッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給されるヘリウムガスの流量、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうヘリウムガスのバイパス流量が小さくなる。よって冷凍機（Ｒ）の冷凍能力を確保することができる。
【００５７】
尚、上記実施例３，４における三方弁（５７）は、両分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）の低圧配管（３）側（下流側）の分岐部に配設してもよく、上流側及び下流側分岐部の双方に配設することもできる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、圧縮機と膨張手段とを高圧配管及び低圧配管により接続してなる冷媒回路に対し、その高圧配管に冷媒戻し配管を介して接続されかつ低圧配管に冷媒供給配管を介して接続されたバッファタンクを設け、圧縮機で圧縮された冷媒ガスを膨張手段で膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるとともに、低圧配管内の圧力が設定圧以下に低下したときに冷媒供給配管により、バッファタンク内の冷媒ガスを冷媒回路に供給し、膨張手段の熱負荷の増大により高圧配管内の圧力が設定圧以上に上昇したときに冷媒戻し配管にて、高圧配管の冷媒ガスをバッファタンクに回収するようにした極低温冷凍機において、低圧配管の圧力が定常運転時の低圧配管の圧力よりも低下した冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスを上記バッファタンクから低圧配管に供給する冷媒流量可変手段を設けたことにより、冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスをバッファタンクから低圧配管に供給して、冷媒回路の冷媒流量を確保できるとともに、冷凍機の定常運転時には、高圧配管から冷媒戻し配管及び冷媒供給配管を経て低圧配管に至るバイパス路が形成されていても、そのバイパス路を流れる冷媒ガスの流量を小さくして冷凍機の冷凍能力を確保でき、よって冷凍機のクールダウン運転時の冷媒流量の確保と定常運転時の冷凍能力の確保とを両立させることができる。
【００５９】
請求項２の発明では、低圧配管の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１及び第２低圧制御弁を冷媒供給配管に互いに並列に接続し、各低圧制御弁の開弁圧を、第１低圧制御弁は冷凍機の定常運転時に開弁し、第２低圧制御弁にあってはクールダウン運転時に開弁するように設定した。請求項４の発明では、低圧配管の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１及び第２低圧制御弁を冷媒供給配管に互いに並列に接続して、第２低圧制御弁の冷媒流量を第１低圧制御弁よりも大にし、バッファタンクからの冷媒ガスを冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁に流す一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁に流すように三方弁で切り換えるようにした。また、請求項５の発明では、冷媒供給配管に、低圧配管の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の低圧制御弁と、低圧制御弁の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有する常時開の減圧手段とを互いに並列に接続し、バッファタンクからの冷媒ガスを冷凍機の定常運転時には低圧制御弁に流す一方、クールダウン運転時には減圧手段に流すように三方弁で切り換えるようにした。従って、これら発明によると、上記冷媒流量可変手段の望ましい構成が具体的に得られる。
【００６０】
請求項３の発明によると、請求項２の発明において、第１低圧制御弁の冷媒流量を第２低圧制御弁の冷媒流量よりも小さく設定したことにより、冷凍機の定常運転時に第１低圧制御弁のみが開弁したとき、高圧配管から低圧配管に向かうバイパス流量をさらに小さくでき、冷凍機の冷凍能力のより一層の向上を図るとともに、第１低圧制御弁の冷媒流量が小さい分だけ、その流量を細かく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヘリウムガス流量可変機構の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施例１における冷凍機の全体構成を示す冷媒回路図である。
【図３】実施例２のヘリウムガス流量可変機構を示す図１相当図である。
【図４】実施例３のヘリウムガス流量可変機構を示す図１相当図である。
【図５】実施例４のヘリウムガス流量可変機構を示す図１相当図である。
【符号の説明】
（Ｒ） 冷凍機
（１） 圧縮機ユニット
（３） 低圧配管
（４），（８） 圧縮機
（１３） 高圧配管
（１８） ヘリウムガス供給配管（冷媒供給配管）
（１８ａ），（１８ｂ） 分岐配管
（２０） ヘリウムガス戻し配管（冷媒戻し配管）
（２２） ヘリウムガス流量可変機構（冷媒流量可変手段）
（ＨＰＲ） 高圧制御弁
（ＬＰＲ１） 第１低圧制御弁
（ＬＰＲ２） 第２低圧制御弁
（３１） 冷凍機ユニット
（３２） 予冷冷凍機（膨張手段）
（４１） Ｊ−Ｔ冷凍機（膨張手段）
（４８） Ｊ−Ｔ弁
（５２） 冷媒回路
（５５） 制御ユニット（制御手段）
（５７） 三方弁
（５８） 減圧機構（減圧手段）
（Ｔｂ） バッファタンク
【産業上の利用分野】
この発明は、圧縮機で圧縮されたヘリウムガス等の冷媒ガスを膨張手段で膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機において、冷媒回路にバッファタンクから冷媒ガスを供給して冷媒回路の低圧を制御するようにした低圧制御装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超電導現象を利用する超電導体においては、その温度を臨界温度以下に冷却保持するためにタンク内に貯溜した液体ヘリウムを用いることが行われているが、この液体ヘリウムがタンク内で蒸発するので、この蒸発したヘリウムガスを冷却凝縮させて液化する必要があり、この目的で極低温冷凍機が使用される。
【０００３】
このヘリウムガスを凝縮温度まで冷却する冷凍機の一例として、従来、例えば米国特許第４２２３５４０号等に記載されているように、予冷冷凍機とＪ−Ｔ冷凍機とを組み合わせた冷凍機がある。上記予冷冷凍機はＧＭサイクル（ギフォード・マクマホンサイクル）や改良ソルベーサイクル等の冷凍機からなるもので、圧縮機で圧縮されたヘリウムガス（冷媒ガス）を膨張機で断熱膨張させてそのガスの温度降下によりヒートステーションに極低温レベルの寒冷を発生させる。
【０００４】
一方、Ｊ−Ｔ冷凍機は、圧縮機から供給されたヘリウムガスを上記予冷冷凍機における膨張機のヒートステーションとの間で熱交換して予冷する予冷器と、ヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させるＪ−Ｔ弁とを接続してなるもので、圧縮機からのヘリウムガスを予冷器で予冷するとともに、該予冷されたヘリウムガスをＪ−Ｔ弁でジュール・トムソン膨張させて４Ｋレベルの寒冷を発生させるようになっている。
【０００５】
ところで、この種の極低温冷凍機においては、冷媒ガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンクを設け、このバッファタンクを、圧縮機の吐出側及び膨張機を接続する高圧配管に対し高圧制御弁を配置した冷媒戻し配管を介して、また圧縮機の吸込側及び膨張機を接続する低圧配管に対し低圧制御弁を配置した冷媒供給配管を介してそれぞれ接続し、低圧配管内の圧力が設定圧以下に低下したときに低圧制御弁の開弁により冷媒供給配管を開いて、バッファタンク内の冷媒ガスを冷媒回路に供給する一方、膨張手段の熱負荷の増大等により高圧配管内の圧力が設定圧以上に上昇したときに高圧制御弁の開弁により冷媒戻し配管を開いて、高圧配管の冷媒ガスをバッファタンクに回収することが行われる。
【０００６】
そして、冷凍機は冷却対象物を極低温レベルに冷却保持する定常運転状態に移行する前に、冷却対象物を常温から極低温レベルまで低下させるクールダウン運転が行われるが、このクールダウン運転時にも、冷媒ガスの温度低下に伴ってその体積が減少すると、そのことによる低圧配管の圧力の低下に伴い、低圧制御弁が開弁して冷媒供給配管が開き、バッファタンク内の冷媒ガスが冷媒回路に供給されて冷媒回路での冷媒ガスの不足分が補給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このクールダウン運転時には、バッファタンクから多量の冷媒ガスを冷媒回路に供給せねばならず、そのために低圧制御弁の冷媒流量を大きく設定する必要がある。
【０００８】
しかし、上記バッファタンクは高圧制御弁を配置した冷媒戻し配管を介して高圧配管にも接続されているので、冷凍機の定常運転時に、高圧配管から冷媒戻し配管及び冷媒供給配管を経て低圧配管に至るバイパス路が形成される。すなわち、冷凍機の定常運転時、低圧配管の圧力がある程度変動しても低圧制御弁が開弁してバッファタンクからの冷媒ガスの補給が可能となるように、その開弁圧は、定常運転状態での低圧配管の圧力よりも若干高い圧力に設定されており、冷凍機の冷凍能力が熱負荷と等しい定常運転時は、高圧制御弁の開弁圧が高圧配管の圧力に略等しいので、高圧配管から冷媒戻し配管及び冷媒供給配管を経て低圧配管に至るバイパス路が形成されることとなる。また、冷凍機の冷凍能力が熱負荷よりも僅かに小さくて、高圧配管の圧力が高圧制御弁の開弁圧よりも低い場合にも、時間の経過と共に高圧圧力が上昇して高圧制御弁の開弁圧を越えると、上記バイパス路が形成される。
【０００９】
このため、上記のように冷凍機のクールダウン運転時に合わせて低圧制御弁の冷媒流量を大きく設定すると、上記冷凍機の定常運転時に形成されるバイパス路を経て高圧配管から低圧配管に至る冷媒ガスのバイパス流量が増大し、その分、膨張機で寒冷発生に使用される高圧の冷媒ガスの循環量が相対的に減少して、冷凍機の能力が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、冷媒供給配管での構成を改良することで、冷凍機のクールダウン運転時にバッファタンクから多量の冷媒ガスを冷媒回路に供給できるようにしつつ、冷凍機の定常運転状態では冷媒供給配管の冷媒流量を少なくして、高圧配管から低圧配管に至るバイパス流量を減少させ、冷凍機の冷凍能力を向上維持することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、請求項１の発明では、冷凍機のクールダウン運転時、冷媒回路における低圧圧力が定常運転時の圧力よりも低下したときに限定して、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスをバッファタンクから低圧配管に供給するようにした。
【００１２】
具体的には、この発明では、図１〜図５に示すように、ヘリウムガス等の冷媒ガスを圧縮する圧縮機（４），（８）と、高圧の冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張手段（３２），（４１）とを高圧配管（１３）及び低圧配管（３）により接続してなる冷媒回路（５２）を備えるとともに、上記高圧配管（１３）に冷媒戻し配管（２０）を介して接続され、かつ低圧配管（３）に冷媒供給配管（１８）を介して接続され、冷媒ガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンク（Ｔｂ）を備え、圧縮機（４），（８）で圧縮された冷媒ガスを膨張手段（３２），（４１）で膨張させ、その膨張による温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させるとともに、低圧配管（３）内の圧力が設定圧以下に低下したときに冷媒供給配管（１８）を介してバッファタンク（Ｔｂ）内の冷媒ガスを冷媒回路（５２）に供給する一方、膨張手段（３２），（４１）の熱負荷の増大により高圧配管（１３）内の圧力が設定圧以上に上昇したときに冷媒戻し配管（２０）を介して高圧配管（１３）の冷媒ガスをバッファタンク（Ｔｂ）に回収するようにした極低温冷凍機が前提である。
【００１３】
そして、上記低圧配管（３）の圧力が定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下した冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスを上記バッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給する冷媒流量可変手段（２２）を設ける。
【００１４】
請求項２の発明では、図１に示すように、上記冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、冷媒供給配管（１８）に上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）とを備えてなるものとする。そして、上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機の定常運転時に開弁し、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機のクールダウン運転時に開弁するように各々の開弁圧を設定する。
【００１５】
請求項３の発明では、図３に示すように、冷凍機の定常運転時に開弁する上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量は、クールダウン運転時に開弁する第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量よりも小さく設定する。
【００１６】
請求項４の発明では、図４に示す如く、上記冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、冷媒供給配管（１８）に上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、かつ第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有し、低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）と、上記バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路を選択的に切り換える三方弁（５７）と、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れるように上記三方弁（５７）を切り換える制御手段（５５）とを備えてなる構成とする。
【００１７】
請求項５の発明では、図５に示すように、上記冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、冷媒供給配管（１８）に上記低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、かつ低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有する常時開の減圧手段（５８）と、上記バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧手段（５８）への流路を選択的に切り換える三方弁（５７）と、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが冷凍機の定常運転時には低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には減圧手段（５８）に流れるように上記三方弁（５７）を切り換える制御手段（５５）とを備えてなるものとする。
【００１９】
【作用】
上記の構成により、請求項１の発明では、冷凍機のクールダウン運転時に、冷媒回路（５２）における低圧配管（３）の圧力が定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下すると、冷媒流量可変手段（２２）により、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスがバッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給される。このため、冷凍機のクールダウン運転時に低圧配管（３）の圧力が低下しても、それに応じてバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒ガスを補給することができ、冷媒回路（５２）の冷媒量を確保することができる。
【００２０】
一方、冷凍機の定常運転時には、上記バッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給される冷媒ガスの流量は上記クールダウン運転時よりも小さくなる。このため、高圧配管（１３）から冷媒戻し配管（２０）及び冷媒供給配管（１８）を経て低圧配管（３）に至るバイパス路が形成されていても、そのバイパス路を流れる冷媒ガスの流量は小さくなり、膨張手段（３２），（４１）への高圧冷媒ガスの流量を大に保って冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２１】
請求項２の発明では、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機の定常運転時に開弁するように開弁圧が設定されている一方、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機のクールダウン運転時に開弁するように開弁圧が設定され、このクールダウン運転時は低圧配管（３）の圧力が定常運転時よりも低いので、冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁し、クールダウン運転時には第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の双方が開弁する。このため、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機のクールダウン運転時には、開弁した両低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量を増加させる一方、定常運転時には、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみの開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量が小さくなり、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量が小さくでき、冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２２】
請求項３の発明では、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量は第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量よりも小さいので、冷凍機の定常運転時に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁したとき、上記高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量をさらに小さくでき、冷凍機の冷凍能力をより効果的に確保することができる。また、この第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量が小さい分だけ、その流量を細かく設定することができる。
【００２３】
請求項４の発明では、制御手段（５５）により冷凍機の運転状態に応じて三方弁（５７）が切り換えられて、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路が選択され、冷凍機の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れ、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れる。第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大きいので、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機のクールダウン運転時には、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量を増加させる一方、定常運転時には、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量を小さくでき、冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２４】
請求項５の発明では、請求項４の発明と同様に、制御手段（５５）により冷凍機の運転状態に応じて三方弁（５７）が切り換えられて、バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧手段（５８）への流路が選択され、冷凍機の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れ、クールダウン運転時には減圧手段（５８）に流れる。この減圧手段（５８）の冷媒流量は低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大きいので、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機のクールダウン運転時には、減圧手段（５８）によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量を増加させる一方、定常運転時には、低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁によりバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給される冷媒ガスの流量、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうバイパス流量を小さくでき、冷凍機の冷凍能力を確保することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図２は本発明の実施例１に係る冷凍機（Ｒ）の全体構成を示し、この冷凍機（Ｒ）は圧縮機ユニット（１）と、真空槽（Ｄ）に取り付けられる冷凍機ユニット（３１）とからなる。
【００２７】
上記圧縮機ユニット（１）には、低圧ガス吸入口（２）からの低圧ヘリウムガスを低圧配管（３）を介して吸い込んで圧縮する低段用圧縮機（４）と、この低段用圧縮機（４）から吐出されたヘリウムガスを冷却する熱交換器（５）と、この熱交換器（５）から吐出されたヘリウムガスを、中間圧ガス吸入口（６）から中間圧配管（７）を介して吸入された中間圧のヘリウムガスと共にさらに高圧に圧縮する高段用圧縮機（８）と、この高段用圧縮機（８）から吐出された高圧ヘリウムガスから圧縮機潤滑用の油を分離する前段油分離器（９）と、この前段油分離器（９）から吐出された高圧ヘリウムガスを冷却する熱交換器（１０）と、この熱交換器（１０）から吐出されたヘリウムガスからさらに潤滑用の油を分離する後段油分離器（１１）と、この後段油分離器（１１）から吐出されたヘリウムガスから不純物を吸着除去する吸着器（１２）とが配設され、該吸着器（１２）の吐出側に高圧配管（１３）の一端が接続されている。この高圧配管（１３）の他端側は予冷用高圧配管（１４）及びＪ−Ｔ用高圧配管（１５）に分岐され、予冷用高圧配管（１４）は予冷用高圧ガス吐出口（１６）に、またＪ−Ｔ用高圧配管（１５）はＪ−Ｔ用高圧ガス吐出口（１７）にそれぞれ接続されている。
【００２８】
上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）は途中で２つの分岐配管（１５ａ），（１５ｂ）に並列に分岐され、一方の分岐配管（１５ａ）には流量調整用の絞り固定式の第１絞り弁（Ｖ１）と、この第１絞り弁（Ｖ１）の吸着器（１２）側に空圧式の第１開閉弁（ＡＶ１）とが配設されている。一方、他方の分岐配管（１５ｂ）には同様の第２絞り弁（Ｖ２）と第２開閉弁（ＡＶ２）とが配設され、例えば上記第２絞り弁（Ｖ２）の開度は第１絞り弁（Ｖ１）よりも小さく設定されている。
【００２９】
さらに、上記低段用圧縮機（４）の吸込側と低圧ガス吸入口（２）との間の低圧配管（３）にはヘリウムガス供給配管（１８）の一端が分岐接続されている。また、上記高圧配管（１３）の一部であるＪ−Ｔ用高圧配管（１５）には高圧制御弁（ＨＰＲ）を配置したヘリウムガス戻し配管（２０）の一端が分岐接続され、このヘリウムガス戻し配管（２０）の他端は上記ヘリウムガス供給配管（１８）の他端と集合されてヘリウムガス給排配管（２１）の一端に接続され、このヘリウムガス給排配管（２１）の他端は、ヘリウムガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンク（Ｔｂ）に接続されている。
【００３０】
上記高圧制御弁（ＨＰＲ）は、高圧配管（１３）（Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５））でのヘリウムガスの圧力が設定圧以上に上昇したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、この高圧制御弁（ＨＰＲ）の開弁によりＪ−Ｔ用高圧配管（１５）（後述の冷媒回路（５２））のヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）内に回収される。
【００３１】
図１に拡大詳示するように、上記ヘリウムガス供給配管（１８）は途中で２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）に並列に分岐され、一方の分岐配管（１８ａ）には流路閉止用の絞り固定式の第３閉止弁（Ｖ３）と、この第３閉止弁（Ｖ３）の低圧配管（３）側に常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）とが配設されている一方、他方の分岐配管（１８ｂ）には同様の第４閉止弁（Ｖ４）と常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）とが配設されている。上記各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）は、低圧配管（３）でのヘリウムガスの圧力が設定圧以下に低下したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、この低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁に伴いバッファタンク（Ｔｂ）内のヘリウムガスが低圧配管（３）（冷媒回路（５２））に供給される。
【００３２】
そして、上記第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の各開弁状態でのヘリウムガス流量は互いに同じであるが、開弁圧は異なり、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁圧は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁圧よりも低く設定されている。すなわち、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機（Ｒ）が定常運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁し、一方、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機（Ｒ）がクールダウン運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁するように設定されている。この実施例では、上記第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）によりヘリウムガス流量可変機構（２２）が構成され、このヘリウムガス流量可変機構（２２）により、上記低圧配管（３）の圧力が冷凍機（Ｒ）の定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下した冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時、その定常運転時よりも多い流量のヘリウムガスをバッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給するようにしている。
【００３３】
これに対し、上記冷凍機ユニット（３１）には、圧縮機ユニット（１）の高段用圧縮機（８）に対し閉回路に接続された予冷冷凍機（３２）（膨張機）と、低段用圧縮機（４）及び高段用圧縮機（８）に対し直列に接続されたＪ−Ｔ冷凍機（４１）とが設置されている。上記予冷冷凍機（３２）は、Ｇ−Ｍ（ギフォード・マクマホン）サイクルの冷凍機で構成されていて、Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）におけるヘリウムガス（冷媒ガス）を予冷するためにヘリウムガスを圧縮及び膨張させる。この予冷冷凍機（３２）は上記真空槽（Ｄ）の外部に配置される密閉円筒状のケース（３３）と、該ケース（３３）に連設された大小２段構造のシリンダ（３４）とを有する。上記ケース（３３）には上記圧縮機ユニット（１）の予冷用高圧ガス吐出口（１６）にフレキシブル配管（３５）を介して接続される高圧ガス入口（３６）と、同中間圧ガス吸入口（６）にフレキシブル配管（３７）を介して接続される低圧ガス出口（３８）とが開口されている。一方、シリンダ（３４）は真空槽（Ｄ）の側壁を貫通してその内部に延びており、その大径部（３４ａ）の先端部は所定温度レベルに冷却保持される第１ヒートステーション（３９）に、また小径部（３４ｂ）の先端部は上記第１ヒートステーション（３９）よりも低い温度レベルに冷却保持される第２ヒートステーション（４０）にそれぞれ形成されている。
【００３４】
すなわち、ここでは図示しないが、シリンダ（３４）内には、上記各ヒートステーション（３９），（４０）に対応する位置にそれぞれ膨張空間を区画形成するフリータイプのディスプレーサ（置換器）が往復動可能に嵌挿されている。一方、上記ケース（３３）内には、回転する毎に開閉するロータリバルブと、該ロータリバルブを駆動するバルブモータとが収容されている。ロータリバルブは、上記高圧ガス入口（３６）から流入したヘリウムガスをシリンダ（３４）内の各膨張空間に供給し、又は各膨張空間内で膨張したヘリウムガスを低圧ガス出口（３８）から排出するように切り換わる。そして、このロータリバルブの開閉により高圧ヘリウムガスをシリンダ（３４）内の各膨張空間でサイモン膨張させて、その膨張に伴う温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させ、その寒冷をシリンダ（３４）における第１及び第２ヒートステーション（３９），（４０）にて保持する。つまり、予冷冷凍機（３２）では、高段用圧縮機（８）から吐出された高圧のヘリウムガスを断熱膨張させてヒートステーション（３９），（４０）の温度を低下させ、Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）における後述の予冷器（４６），（４７）を予冷するとともに、膨張した低圧ヘリウムガスを圧縮機（８）に戻して再圧縮するようになされている。
【００３５】
一方、上記Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）は、約４Ｋレベルの寒冷を発生させるためにヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させる冷凍機であって、この冷凍機（４１）は上記真空槽（Ｄ）内に配置された第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（４２）〜（４４）を備えている。この各Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）〜（４４）は１次側及び２次側をそれぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交換させるもので、第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の１次側は圧縮機ユニット（１）のＪ−Ｔ用高圧ガス吐出口（１７）にフレキシブル配管（４５）を介して接続されている。また、第１及び第２のＪ−Ｔ熱交換器（４２），（４３）の各１次側同士は、上記予冷冷凍機（３２）におけるシリンダ（３４）の第１ヒートステーション（３９）外周に配置した第１予冷器（４６）を介して接続されている。同様に、第２及び第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４３），（４４）の各１次側同士は、第２ヒートステーション（４０）外周に配置した第２予冷器（４７）を介して接続されている。さらに、上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の１次側は、高圧のヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させるＪ−Ｔ弁（４８）に吸着器（４９）を介して接続されている。上記Ｊ−Ｔ弁（４８）は真空槽（Ｄ）外側から操作ロッド（４８ａ）によって開度が調整される。上記Ｊ−Ｔ弁（４８）は、図外の冷却対象物に伝熱可能に配置した冷却器（５０）を介して上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の２次側に接続されている。そして、この第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の２次側は第２Ｊ−Ｔ熱交換器（４３）の２次側を経て第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の２次側に接続され、この第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の２次側はフレキシブル配管（５１）を介して圧縮機ユニット（１）の低圧ガス吸入口（２）に接続されている。
【００３６】
すなわち、Ｊ−Ｔ冷凍機（４１）はフレキシブル配管（４５），（５１）、低圧配管（３）、両圧縮機（４），（８）及び高圧配管（３）のＪ−Ｔ用高圧配管（１５）に対し直列に接続された冷媒回路（５２）をなし、その低段用及び高段用圧縮機（４），（８）にヘリウムガスを吸入して圧縮し、この高段用圧縮機（８）により圧縮された高圧ヘリウムガスを第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（４２）〜（４４）において、圧縮機（４）側に向かう低温低圧のヘリウムガスと熱交換させるとともに、第１及び第２予冷器（４６），（４７）でそれぞれシリンダ（３４）の第１及び第２ヒートステーション（３９），（４０）で冷却した後、Ｊ−Ｔ弁（４８）でジュール・トムソン膨張させて約４Ｋの液状態のヘリウムとなし、この液体ヘリウムを冷却器（５０）で冷却対象物を冷却する。また、この冷却対象物の冷却に供されてガス状態になったヘリウムを第３〜第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）〜（４２）の各２次側を通して低段用及び高段用圧縮機（４），（８）に吸入させるようになされている。
【００３７】
図２において、（５４）は制御ユニット（５５）からの制御信号を受けて上記第１及び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）に対する空気圧の作用又は作用停止を切り換えるマニホールドユニットである。
【００３８】
また、上記制御ユニット（５５）には、信号線を図示しないが、上記高段用圧縮機（８）から吐出された高圧ヘリウムガスの圧力を検出する高圧スイッチ（ＨＰＳ）の検出信号と、低段用圧縮機（４）の吸込側に連通する低圧配管（３）内の低圧ヘリウムガスの圧力を検出する低圧スイッチ（ＬＰＳ）の検出信号と、ヘリウムガス給排配管（２１）内の圧力（バッファタンク（Ｔｂ）の内圧）を検出する中圧スイッチ（ＭＰＳ）の検出信号と、空気圧を検出する空圧スイッチ（ＡＰＳ）の検出信号と、圧縮機ユニット（１）における３つの保護スイッチ（ＳＳ１）〜（ＳＳ３）の作動信号とが入力されている。
【００３９】
尚、図２中、（２４）は前段油分離器（９）でヘリウムガスから分離された油の一部と後段油分離器（１１）で分離された油とを、低段用圧縮機（４）から吐出されて高段用圧縮機（８）に吸入されるヘリウムガス中にインジェクションする油戻し配管、（２５）は前段油分離器（９）で分離された油の残部を高段用圧縮機（８）に戻す油戻し配管、（２６）は高段用圧縮機（８）内下部の油を上記油戻し配管（２５）に供給して同圧縮機（８）内上部にインジェクションするための油インジェクション配管、（２７）は低段用圧縮機（４）内下部の油を同圧縮機（４）内上部にインジェクションする油インジェクション配管、（２８）は両圧縮機（４），（８）内下部間を連通して両者の油面レベルを一定にするための均油管である。
【００４０】
次に、上記実施例の作用について説明する。
冷凍機（Ｒ）が運転状態にあると、基本的に、圧縮機ユニット（１）の高段用圧縮機（８）から供給された高圧のヘリウムガスの一部が予冷冷凍機（３２）（膨張機）に供給される。このヘリウムガスは該予冷冷凍機（３２）におけるシリンダ（３４）内の各膨張空間で膨張し、このガスの膨張に伴う温度降下により第１ヒートステーション（３９）が所定温度レベルに、また第２ヒートステーション（４０）が第１ヒートステーション（３９）よりも低い温度レベルにそれぞれ冷却される。膨張空間で膨張したヘリウムガスは圧縮機ユニット（１）に戻り、その中間圧配管（７）を経由して高段用圧縮機（８）に吸い込まれて圧縮される。
【００４１】
一方、圧縮機ユニット（１）におけるＪ−Ｔ用高圧配管（１５）の第１開閉弁（ＡＶ１）が開弁する一方、第２開閉弁（ＡＶ２）が閉弁し、上記高段用圧縮機（８）から吐出された高圧のヘリウムガスの残部は上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第１絞り弁（Ｖ１）を経由してＪ−Ｔ冷凍機（４１）の第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４２）の１次側に入り、そこで圧縮機（４）側へ向かう２次側の低圧ヘリウムガスと熱交換されて常温３００Ｋから例えば約５０Ｋまで冷却され、その後、上記予冷冷凍機（３２）の第１ヒートステーション（３９）外周の第１予冷器（４６）に入ってさらに冷却される。この冷却されたガスは第２Ｊ−Ｔ熱交換器（４３）の１次側に入って、同様に２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により例えば約１５Ｋまで冷却された後、予冷冷凍機（３２）の第２ヒートステーション（４０）外周の第２予冷器（４７）に入ってさらに冷却される。この後、ガスは第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の１次側に入って２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換によりさらに冷却され、しかる後にＪ−Ｔ弁（４８）に至る。このＪ−Ｔ弁（４８）では高圧ヘリウムガスは絞られてジュール・トムソン膨張し、約４Ｋの液状態のヘリウムとなり、この液体ヘリウムは冷却器（５０）で冷却対象物の冷却に利用される。この冷却対象物の冷却に供された後に液体ヘリウム自体はヘリウムガスに戻り、このヘリウムガスは第３Ｊ−Ｔ熱交換器（４４）の２次側に吸入され、第２及び第１Ｊ−Ｔ熱交換器（４３），（４２）の各２次側を経由して低段用圧縮機（４）に吸い込まれて圧縮される。
【００４２】
そして、斯かる冷凍機（Ｒ）の運転が開始されるときのクールダウン運転状態では、冷媒回路（５２）の冷凍機ユニット（３１）でヘリウムガスが温度降下してその体積が減少し、それに伴って低圧配管（３）内のヘリウムガス圧が低下する。このヘリウムガスの低圧圧力の低下に伴い、バッファタンク（Ｔｂ）内のヘリウムガスがヘリウムガス給排配管（２１）及びヘリウムガス供給配管（１８）を経て低圧配管（３）に供給される。すなわち、ヘリウムガス供給配管（１８）に配設されている第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁圧は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁圧よりも低く、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機（Ｒ）が定常運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁し、一方、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機（Ｒ）がクールダウン運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力で開弁するように設定されているので、低圧配管（３）の圧力がクールダウン運転時にあるときの低圧配管（３）の圧力まで低下すると、第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の双方が開弁する。このため、図１で破線の矢印にて示すように、バッファタンク（Ｔｂ）からヘリウムガスが両低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）を経て低圧配管（３）に供給され、そのヘリウムガスの流量を増加させることができ、冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時の冷媒回路（５２）でのヘリウムガス量を良好に確保することができる。
【００４３】
このクールダウン運転の終了後、冷凍機（Ｒ）が定常運転状態に移行すると、低圧配管（３）の圧力がクールダウン運転時のヘリウムガスの補給を受けて上昇した状態に安定し、その圧力は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁圧よりも低くかつ第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の開弁圧よりも高い圧力となる。このときには第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁可能となる。このため、高圧配管（１３）からヘリウムガス戻し配管（２０）及びヘリウムガス供給配管（１８）を経て低圧配管（３）に至るバイパス路が形成されていても、上記ヘリウムガス供給配管（１８）は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみで開かれているので、図１で実線の矢印にて示すように、そのバイパス路を流れるヘリウムガスの流量は小さくなる。その結果、冷凍機ユニット（３１）への高圧のヘリウムガスの流量を大に保つことができ、冷凍機（Ｒ）の定常運転時の冷凍能力を大に確保することができる。
【００４４】
尚、上記実施例では、第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）をいずれも１つとしているが、必要に応じて複数に増やすこともでき、各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）を互いに並列に接続して同じ低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）については同じ開閉動作をするようにすればよい。
【００４５】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２を示し（尚、以下の各実施例では、図１及び図２と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施例１では、第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁圧のみを異ならせ、各々の開弁状態でのヘリウムガス流量は同じとしているのに対し、この実施例では、開弁圧が高くて冷凍機（Ｒ）の定常運転時に開く第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量を、開弁圧が低くて冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時のみに開く第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）のヘリウムガス流量よりも小さく設定したものである。
【００４６】
したがって、この実施例でも、上記実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
特に、この実施例の場合、第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の開弁時のヘリウムガス流量は第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）よりも小さいので、実施例１に比べ、冷凍機（Ｒ）の定常運転時に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のみが開弁したとき、バイパス路を経て高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうヘリウムガスのバイパス流量を、流量の小さい第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）によってさらに小さくでき、冷凍機（Ｒ）の冷凍能力をより効果的に確保することができる利点がある。
【００４７】
また、この第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量が小さい分だけ、その流量を細かく設定することができる利点もある。
【００４８】
（実施例３）
図４は実施例３を示し、上記各実施例では、冷凍機（Ｒ）の定常運転時及びクールダウン運転時のバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガス供給量を第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁圧の差によって可変としているのに対し、これら両低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）に加えて三方弁を設けたものである。
【００４９】
すなわち、この実施例では、ヘリウムガス供給配管（１８）における２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）にそれぞれ配設された第１及び第２低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁圧は、いずれも冷凍機（Ｒ）の定常運転時に開弁するように設定されている。また、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）のヘリウムガス流量は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の同流量よりも大とされている。
【００５０】
さらに、上記２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）のヘリウムガス給排配管（２１）側（上流側）の分岐部に、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路を選択的に切り換える電気作動式の三方弁（５７）が配設されている。この三方弁（５７）には制御手段としての制御ユニット（５５）からの制御信号が入力されており、この制御ユニット（５５）により上記各種スイッチ類からの検出信号を基に冷凍機（Ｒ）の運転状態をクールダウン運転状態又は定常運転状態と判定するとともに、その運転状態に応じて三方弁（５７）を切り換え、冷凍機（Ｒ）の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスが第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れるよう三方弁（５７）を切り換える構成とされている。
【００５１】
したがって、この実施例においては、冷凍機（Ｒ）の運転時、その運転状態に応じて制御ユニット（５５）により三方弁（５７）が切り換えられ、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）（各分岐配管（１８ａ），（１８ｂ））への流路が選択され、冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時にはヘリウムガス給排配管（２１）が第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に連通するように切り換えられて、図４で破線矢印にて示す如く、バッファタンク（Ｔｂ）のヘリウムガスが第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）を経て低圧配管（３）（冷媒回路（５２））に流れる。このとき、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）のヘリウムガス流量は第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大であるので、多流量のヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給される。
【００５２】
この後、冷凍機（Ｒ）が定常運転状態に移ると、この定常運転時にはヘリウムガス給排配管（２１）が上記とは逆に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に連通するように切り換えられ、図４で実線の矢印にて示す如く、バッファタンク（Ｔｂ）のヘリウムガスが第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）を経て低圧配管（３）に流れる。この第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量は第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）よりも小さいので、定常運転時に高圧配管（１３）から低圧配管（３）に連通するヘリウムガスのバイパス路ができていても、そのバイパス流量は小さくなり、よって冷凍機（Ｒ）の冷凍能力を確保することができる。
【００５３】
（実施例４）
図５は実施例４を示し、上記実施例４における第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）を、減圧手段としての固定式減圧機構（５８）に代えたものである。第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）はそのままで使用され、本発明でいう低圧制御弁を構成する。
【００５４】
上記減圧機構（５８）は内部の流路にオリフィス（５８ａ）を有する常時開のもので、上記オリフィス（５８ａ）によりヘリウムガスの流量を低圧制御弁（ＬＰＲ１）のヘリウムガス流量よりも大きい所定値に設定されている。その他の構成は実施例３と同じである。
【００５５】
したがって、この実施例の場合、冷凍機（Ｒ）の運転時、その運転状態に応じて三方弁（５７）が切り換えられ、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧機構（５８）への流路が選択される。つまり、冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスが減圧機構（５８）に流れる。この減圧機構（５８）のヘリウムガス流量は低圧制御弁（ＬＰＲ１）よりも大きいので、低圧配管（３）の圧力が低下した冷凍機（Ｒ）のクールダウン運転時には、減圧機構（５８）によりバッファタンク（Ｔｂ）からヘリウムガス供給配管（１８）を経て冷媒回路（５２）に供給されるヘリウムガスの流量が増加する。
【００５６】
一方、冷凍機（Ｒ）の定常運転時にはバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスが低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる。同時に、この低圧制御弁（ＬＰＲ１）が低圧配管（３）の圧力低下により開弁し、バッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路（５２）に供給されるヘリウムガスの流量、つまり高圧配管（１３）から低圧配管（３）に向かうヘリウムガスのバイパス流量が小さくなる。よって冷凍機（Ｒ）の冷凍能力を確保することができる。
【００５７】
尚、上記実施例３，４における三方弁（５７）は、両分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）の低圧配管（３）側（下流側）の分岐部に配設してもよく、上流側及び下流側分岐部の双方に配設することもできる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、圧縮機と膨張手段とを高圧配管及び低圧配管により接続してなる冷媒回路に対し、その高圧配管に冷媒戻し配管を介して接続されかつ低圧配管に冷媒供給配管を介して接続されたバッファタンクを設け、圧縮機で圧縮された冷媒ガスを膨張手段で膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるとともに、低圧配管内の圧力が設定圧以下に低下したときに冷媒供給配管により、バッファタンク内の冷媒ガスを冷媒回路に供給し、膨張手段の熱負荷の増大により高圧配管内の圧力が設定圧以上に上昇したときに冷媒戻し配管にて、高圧配管の冷媒ガスをバッファタンクに回収するようにした極低温冷凍機において、低圧配管の圧力が定常運転時の低圧配管の圧力よりも低下した冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスを上記バッファタンクから低圧配管に供給する冷媒流量可変手段を設けたことにより、冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスをバッファタンクから低圧配管に供給して、冷媒回路の冷媒流量を確保できるとともに、冷凍機の定常運転時には、高圧配管から冷媒戻し配管及び冷媒供給配管を経て低圧配管に至るバイパス路が形成されていても、そのバイパス路を流れる冷媒ガスの流量を小さくして冷凍機の冷凍能力を確保でき、よって冷凍機のクールダウン運転時の冷媒流量の確保と定常運転時の冷凍能力の確保とを両立させることができる。
【００５９】
請求項２の発明では、低圧配管の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１及び第２低圧制御弁を冷媒供給配管に互いに並列に接続し、各低圧制御弁の開弁圧を、第１低圧制御弁は冷凍機の定常運転時に開弁し、第２低圧制御弁にあってはクールダウン運転時に開弁するように設定した。請求項４の発明では、低圧配管の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１及び第２低圧制御弁を冷媒供給配管に互いに並列に接続して、第２低圧制御弁の冷媒流量を第１低圧制御弁よりも大にし、バッファタンクからの冷媒ガスを冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁に流す一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁に流すように三方弁で切り換えるようにした。また、請求項５の発明では、冷媒供給配管に、低圧配管の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の低圧制御弁と、低圧制御弁の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有する常時開の減圧手段とを互いに並列に接続し、バッファタンクからの冷媒ガスを冷凍機の定常運転時には低圧制御弁に流す一方、クールダウン運転時には減圧手段に流すように三方弁で切り換えるようにした。従って、これら発明によると、上記冷媒流量可変手段の望ましい構成が具体的に得られる。
【００６０】
請求項３の発明によると、請求項２の発明において、第１低圧制御弁の冷媒流量を第２低圧制御弁の冷媒流量よりも小さく設定したことにより、冷凍機の定常運転時に第１低圧制御弁のみが開弁したとき、高圧配管から低圧配管に向かうバイパス流量をさらに小さくでき、冷凍機の冷凍能力のより一層の向上を図るとともに、第１低圧制御弁の冷媒流量が小さい分だけ、その流量を細かく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヘリウムガス流量可変機構の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施例１における冷凍機の全体構成を示す冷媒回路図である。
【図３】実施例２のヘリウムガス流量可変機構を示す図１相当図である。
【図４】実施例３のヘリウムガス流量可変機構を示す図１相当図である。
【図５】実施例４のヘリウムガス流量可変機構を示す図１相当図である。
【符号の説明】
（Ｒ） 冷凍機
（１） 圧縮機ユニット
（３） 低圧配管
（４），（８） 圧縮機
（１３） 高圧配管
（１８） ヘリウムガス供給配管（冷媒供給配管）
（１８ａ），（１８ｂ） 分岐配管
（２０） ヘリウムガス戻し配管（冷媒戻し配管）
（２２） ヘリウムガス流量可変機構（冷媒流量可変手段）
（ＨＰＲ） 高圧制御弁
（ＬＰＲ１） 第１低圧制御弁
（ＬＰＲ２） 第２低圧制御弁
（３１） 冷凍機ユニット
（３２） 予冷冷凍機（膨張手段）
（４１） Ｊ−Ｔ冷凍機（膨張手段）
（４８） Ｊ−Ｔ弁
（５２） 冷媒回路
（５５） 制御ユニット（制御手段）
（５７） 三方弁
（５８） 減圧機構（減圧手段）
（Ｔｂ） バッファタンク
Claims (5)
- ヘリウムガス等の冷媒ガスを圧縮する圧縮機（４），（８）と、高圧の冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張手段（３２），（４１）とを、高圧配管（１３）及び低圧配管（３）により接続してなる冷媒回路（５２）と、
上記高圧配管（１３）に冷媒戻し配管（２０）を介して接続されるとともに、低圧配管（３）に冷媒供給配管（１８）を介して接続され、冷媒ガスを所定圧力で貯蔵するバッファタンク（Ｔｂ）とを備え、
圧縮機（４），（８）で圧縮された冷媒ガスを膨張手段（３２），（４１）で膨張させ、その膨張による温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させるとともに、
低圧配管（３）内の圧力が設定圧以下に低下したときに冷媒供給配管（１８）を介してバッファタンク（Ｔｂ）内の冷媒ガスを冷媒回路（５２）に供給する一方、膨張手段（３２），（４１）の熱負荷の増大により高圧配管（１３）内の圧力が設定圧以上に上昇したときに冷媒戻し配管（２０）を介して高圧配管（１３）の冷媒ガスをバッファタンク（Ｔｂ）に回収するようにした極低温冷凍機において、
上記低圧配管（３）の圧力が定常運転時の低圧配管（３）の圧力よりも低下した冷凍機のクールダウン運転時、定常運転時よりも多い流量の冷媒ガスを上記バッファタンク（Ｔｂ）から低圧配管（３）に供給する冷媒流量可変手段（２２）を設けたことを特徴とする極低温冷凍機の低圧制御装置。 - 請求項１記載の極低温冷凍機の低圧制御装置において、
冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、
冷媒供給配管（１８）に上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）とを備えてなり、
上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）は冷凍機の定常運転時に開弁し、第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）は冷凍機のクールダウン運転時に開弁するように各々の開弁圧が設定されていることを特徴とする極低温冷凍機の低圧制御装置。 - 請求項２記載の極低温冷凍機の低圧制御装置において、
冷凍機の定常運転時に開弁する第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量は、クールダウン運転時に開弁する第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）の冷媒流量よりも小さく設定されていることを特徴とする極低温冷凍機の低圧制御装置。 - 請求項１記載の極低温冷凍機の低圧制御装置において、
冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、
冷媒供給配管（１８）に上記第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、かつ第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有し、低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）と、
上記バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）への流路を選択的に切り換える三方弁（５７）と、
バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが冷凍機の定常運転時には第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）に流れるように上記三方弁（５７）を切り換える制御手段（５５）とを備えてなることを特徴とする極低温冷凍機の低圧制御装置。 - 請求項１記載の極低温冷凍機の低圧制御装置において、
冷媒流量可変手段（２２）は、冷媒供給配管（１８）に接続されかつ低圧配管（３）の圧力が所定の開弁圧以下になったときに開く常時閉の低圧制御弁（ＬＰＲ１）と、
冷媒供給配管（１８）に上記低圧制御弁（ＬＰＲ１）に対し並列に接続され、かつ低圧制御弁（ＬＰＲ１）の冷媒流量よりも大きい冷媒流量を有する常時開の減圧手段（５８）と、
上記バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスの低圧制御弁（ＬＰＲ１）又は減圧手段（５８）への流路を選択的に切り換える三方弁（５７）と、
バッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒ガスが冷凍機の定常運転時には低圧制御弁（ＬＰＲ１）に流れる一方、クールダウン運転時には減圧手段（５８）に流れるように上記三方弁（５７）を切り換える制御手段（５５）とを備えてなることを特徴とする極低温冷凍機の低圧制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12336795A JP3596825B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 極低温冷凍機の低圧制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12336795A JP3596825B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 極低温冷凍機の低圧制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08313086A JPH08313086A (ja) | 1996-11-29 |
| JP3596825B2 true JP3596825B2 (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=14858833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12336795A Expired - Lifetime JP3596825B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 極低温冷凍機の低圧制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3596825B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7201447B2 (ja) * | 2019-01-15 | 2023-01-10 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機の起動方法 |
| EP4332460A1 (en) * | 2021-04-30 | 2024-03-06 | Sumitomo Heavy Industries, LTD. | Cryogenic refrigerator and operating method for cryogenic refrigerator |
-
1995
- 1995-05-23 JP JP12336795A patent/JP3596825B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08313086A (ja) | 1996-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH11508678A (ja) | 混合冷媒極低温蒸気圧縮サイクル | |
| JPH1163686A (ja) | 冷却サイクル | |
| JP4022429B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JP2003130477A (ja) | 冷凍装置 | |
| JP3573384B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JP3596825B2 (ja) | 極低温冷凍機の低圧制御装置 | |
| JP3756711B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JP2910499B2 (ja) | 冷凍装置 | |
| JP2725631B2 (ja) | 極低温冷凍機の均圧制御方法及び均圧制御装置 | |
| JP3589434B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JPH0996453A (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JPH079000Y2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JP3279782B2 (ja) | 冷凍機の運転制御装置 | |
| WO2024014027A1 (ja) | 冷凍システム | |
| JP2000266416A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JP3267163B2 (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JP3765945B2 (ja) | 冷凍機の運転制御装置 | |
| JP2006125772A (ja) | 極低温冷凍機の運転制御装置 | |
| JPH07280368A (ja) | 極低温冷凍機の冷却油制御装置 | |
| JP3278993B2 (ja) | 冷凍機の運転制御装置及び運転制御方法 | |
| JPH0668419B2 (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JPH09236344A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JPH09236340A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JPH11337201A (ja) | 冷凍機 | |
| JPH0341240Y2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040302 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040413 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040506 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040413 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040520 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040824 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040906 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120917 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130917 Year of fee payment: 9 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |