JP4369512B2 - 気体軸受け有するフリーピストン低温冷却装置用の温度制御 - Google Patents
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Description
来技術の低温冷却装置の制御システムは、その運転範囲を、気体軸受の有効性のために必要なこの最小ピストン行程と低温冷却装置の損傷を避ける最大ピストン行程との間の冷却動力出力に制限しなければならない。かかる低温冷却装置は、熱負荷の要求する冷却動力が最小ピストン行程時に与えられる冷却動力より小さい運転条件に遭遇した場合は、低温フィンガー温度は、希望の設定温度に維持することができず、より低い温度に移動するであろう。
技術的に同等の用語が含まれることを理解すべきである。例えば、用語「連結され」又はこれと同様な用語を使用することができる。これらは直接連結には限られず、本技術熟練者により同等である認識されたその他の部材を介しての連結を含む。
て冷却動力がAより大きい)ときはいつもヒーター24が熱負荷14に加熱動力を適用しないようにさせ、かつピストン駆動信号XPが最小行程の値XPminより小さい(図2において冷却動力がAより小さい)ときはヒーター24が熱負荷14に熱を適用するようにさせる。ヒーター制御要素26は、最小ピストン行程のための信号の下方の減少する作動信号の関数として増加する加熱動力を適用する。言い換えれば、制御システムは、「ヒーター運転」として示されたグラフのために図2に示されるように、ピストン行程をXPmin以下により減らそうとし、より多くの加熱動力を与える。
に加えられる冷却動力と要求される冷却動力との間の差の増加関数として、熱エネルギーが熱負荷に加えられる。所要の冷却動力に対しては適切であるが気体軸受システムの運転を効率悪くし又は効率を失うようにさせるであろう短い行程ではなく、最小行程でピストンが往復したとき、熱負荷に加えられる加熱動力が低温冷却装置により負荷に加えられる余分な冷却動力を補償する。図2は、AとDとの間の冷却動力範囲におけるこの補償を示す。この場合、熱負荷に加えられる正味の熱量は低温冷却装置の冷却動力とヒーターの加熱動力との和である。
Claims (6)
- フリーピストン低温冷却装置により冷却される質量体の温度を制御するための方法であって、
(a)出力冷却動力の要求に対して、選定された最小ピストン行程を越えるピストン行程を要求し、感知された質量体の温度と命令された基準入力温度との間の差の増加関数としてピストン行程を調整することにより低温冷却装置の出力冷却動力を制御する過程であって、選定された最小ピストン行程が、低温冷却装置の気体軸受潤滑を維持するように要する最小ピストン行程である、過程と、
(b)出力冷却動力の要求に対して、選定された最小ピストン行程より小さいピストン行程を要求して実質的に選定された最小ピストン行程にてピストン行程を維持し且つ質量体に熱エネルギーを適用する過程であって、熱エネルギが、選定された最小ピストン行程にて低温冷却装置により質量体に適用される冷却動力と冷却動力要求との間の差の増大する関数として適用される、過程と、を備え、
正常な設計運転に対する出力冷却動力の要求が、選定された最小ピストン行程における出力冷却動力より大きく且つ最大許容ピストン行程における冷却動力に対する出力冷却動力要求よりも、選定された最小ピストン行程における出力冷却動力により近い方法。 - ピストン及び閉ループ制御システムを有するフリーピストン低温冷却装置により冷却される質量体の温度を制御するための方法であって、制御システムが設定温度信号と質量体の温度を表しているフィードバック温度信号との間の差からピストン駆動信号を誘導する方法において、
(a)ピストン駆動信号を選定された最小ピストン行程を越えるピストン行程に対応させるために、ピストン駆動信号により低温冷却装置の出力冷却動力を制御する過程と、
(b)ピストン駆動信号を最小ピストン行程より小さいピストン行程に対応させるために、最小ピストン行程を、最小ピストン行程に維持する過程と、更に
(c)ピストン駆動信号を、最小ピストン行程より小さいピストン行程に対応させるために、最小ピストン行程のためのピストン駆動信号とピストン駆動信号との間の差の増加関数として質量体に熱エネルギーを適用する過程と、
を備える方法。 - 選定された最小ピストン行程が、低温冷却装置の気体軸受の潤滑を維持するために必要なピストン行程にある請求項2による方法。
- 調整可能な行程を有する原動機により往復駆動されるフリーピストンを有する改良された温度制御されたフリーピストン低温冷却装置であって、低温冷却装置が低温端部と高温端部とを有し且つ熱負荷を設けて低温端部に置かれた熱質量体から熱を取り去り輸送することができ、低温冷却装置が、(i)熱質量体の所要の低温端部温度を表す基準信号を入力するための温度命令入力、(ii)実際の低温端部温度を表す信号を発生するために低温端部に温度センサーを有するフィードバックループ、及び(iii)低温端部の所要の温度と実際の温度との間の差を表す作動用信号を発生するための加算接合部、を備えたフィードバック制御装置を具備するフリーピストン低温冷却装置において、
(a)作動信号を受けるように接続され、作動信号を、所要のピストン行程を表すピストン駆動信号に変換するピストン行程調整装置であって、所要のピストン行程が選定された最小行程を越えるときは、原動機行程を制御し、所要のピストン行程が最小行程より小さいときは最小行程を維持するために原動機に接続されたピストン行程調整装置、及び
(b)低温端部に熱的に連結されたヒーター、及び所要のピストン行程が最小ピストン行程より小さいときに所要のピストン行程と最小ピストン行程との間の差の増加関数としてヒーター動力を調整するためにピストン駆動信号を受けるように接続された入力を有するヒーター制御要素を備えた加熱装置、
を組合せ具備するフリーピストン低温冷却装置。 - ピストンのあるヒートポンプを有するフリーピストン低温冷却装置を制御するための改良された閉ループ制御システムであって、閉ループ制御システムが、低温冷却装置により冷却されている質量体の温度を制御し且つ(i)ダイナミックレッグ、(ii)所要の設定点温度を入力するための基準入力、及び(iii)第1の作動信号を提供するために温度センサーからの信号を基準入力と比較するため、冷却されている質量体に熱伝導的に連結された温度センサーを有するフィードバックレッグ、を具備する改良された閉ループ制御システムにおいて、
(a)(i)原動機及びヒートポンプを有する第1の制御された要素、及び
(ii)第1の制御された要素の入力に接続された出力及びピストンの振動の振幅を制御するために第1の作動信号が適用される入力を有する第1の制御要素であって、最小ピストン行程と実質的に対応する選定されたピストンリミット値より大きい第1の制御要素の出力を維持するためのリミッターを第1の制御要素が備えている、ピストンの振動の振幅を制御するためのダイナミックレッグの第1の分岐、及び
(b)(i)質量体に熱伝導的に連結されたヒーターを有する第2の制御された要素、及び
(ii)第2の制御された要素の入力に接続された出力及びヒーターの加熱動力出力を制御するために第2の作動信号が適用される入力を有する第2の制御要素であって、第2の作動信号が、第1の作動信号と同じか又は第1の作動信号から誘導され、選定されたピストンリミット値を越える作動信号値に対しては加熱動力を実質的に適用せず、選定されたピストンリミット値より小さい第2の作動信号値に対しては減少する第2の作動信号値の関数として増加する加熱動力を適用するための第2の制御要素
を備えたダイナミックレッグの第2の並列の分岐、
を具備する改良された閉ループ制御システム。 - 制御要素が、デジタルマイクロプロセッサー及び組み合わせられた記憶装置を備え、記憶装置に記憶された制御指令及びアルゴニズムを有するプログラムされた計算システムを、記憶装置が形成している請求項5による閉ループ制御システム。
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