JP6526530B2 - 冷凍システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
また、冷却端の温度を計測し、演算制御部により、冷却対象の温度が目標冷却温度を維持するように複数台の冷凍機を稼働制御する技術がある。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
(構成)
図1は、第1の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図である。
第1の実施形態における冷凍システムは、極低温冷凍機1とコントローラ10とを有する。極低温冷凍機1は、第1GM冷凍機20、第2GM冷凍機30を有する。
また、第1GM冷凍機20は、冷媒ガスを圧縮するための第1圧縮機(コンプレッサ)21と接続され、第2GM冷凍機30は第2圧縮機31と接続される。
第1ディスプレーサ位相計測部26、第2ディスプレーサ位相計測部36は、例えばレーザ計測によりディスプレーサの変位を連続的に計測する。
コントローラ10は、演算装置11、第1駆動部12、第2駆動部13を有する。
第1GM冷凍機20は、モータ22、シリンダ23、ディスプレーサ24、第1冷却端25、第1ディスプレーサ位相計測部26を有する。同様に、第2GM冷凍機30は、モータ32、シリンダ33、ディスプレーサ34、第2冷却端35、第2ディスプレーサ位相計測部36を有する。
このような極低温冷凍機1は、第1GM冷凍機20の第1冷却端25と、第2GM冷凍機30の第2冷却端35とを熱的に接続して一体にした冷却端40を構成している。
以下、第1の実施形態における冷凍システムの動作について説明する。図2は、第1の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャートである。第1GM冷凍機20および第1圧縮機21の動作は、第2GM冷凍機30および第2圧縮機31の動作と同じであるため、第1GM冷凍機20および第1圧縮機21の動作を詳細に説明し、第2GM冷凍機30および第2圧縮機31の動作は簡略な説明に止める。
この位相制御は、古典制御理論に基づくPID制御や現代制御理論に基づく制御などがリアルタイムで実施されるものである。
図3に示したように、第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の振動位相71のピークのタイミングと、第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の振動位相72のピークのタイミングとが重なっていると、合成した振動位相70の値は大きくなる。一方、振動位相71のピークのタイミングと、振動位相72のピークのタイミングとがずれていると、合成した振動位相70の値は上記の重なっている場合と比較して小さい。
演算装置11は、いずれか一方の冷凍機、例えば第1GM冷凍機20のモータ22の稼働周波数を固定し、位相制御のための、第2GM冷凍機30のモータ32の新たな稼働周波数を演算してもよい。
このように、演算装置11は、互いの振動位相71,72のピークのタイミングをずらして、合成した振動位相70のピークが小さくなるような位相制御のための演算を行なう。
第1駆動部12は、例えば、直流電源と、電力変換器として複数の半導体スイッチング素子を有して直流電源に接続される単相インバータとを有する。第1駆動部12では、この制御信号を直流電源と単相インバータとにより、所望の周波数及び振幅の単相交流電圧指令値に変換し、第1GM冷凍機20のモータ22に供給する。同様に、第2駆動部13は、この制御信号を所望の周波数の単相交流電圧指令値に変換し、第2GM冷凍機30のモータ32に供給する。
このように、各冷凍機のモータの稼働周波数を制御することにより、極低温冷凍機1におけるディスプレーサの往復運動により発生する振動や騒音を抑制する。
また、極低温冷凍機1内のGM冷凍機の台数が3台以上の場合、3台目以降のGM冷凍機についても同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制することができる。
このように第1の実施形態によれば、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動や騒音を示す位相を計測し、この結果に基づいて、各GM冷凍機間で振動や騒音の位相のピークのタイミングを互いにずらすように、各GM冷凍機のモータの周波数を制御することによって、各GM冷凍機における振動や騒音を低減することができる。
次に、第2の実施形態について説明する。
(構成)
図4は、第2の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図である。
第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、第1ディスプレーサ位相計測部26、第2ディスプレーサ位相計測部36を設ける代わりに、第1圧力計測部51、第2圧力計測部52が設けられる点である。第1圧力計測部51は、第1GM冷凍機20と第1圧縮機21との間に設けられ、第2圧力計測部52は、第2GM冷凍機30と第2圧縮機31との間に設けられる。
また、第2圧力計測部52は、第2GM冷凍機30の動作圧力の変化、つまり第2圧縮機31と第2GM冷凍機30との間の冷媒ガスの流路の弁を開く間隔の変化による圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。
以下、第2の実施形態における冷凍システムの動作について説明する。図5は、第2の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャートである。
上記のように、第1圧力計測部51は、第1GM冷凍機20の動作圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。また、第2圧力計測部52は、第2GM冷凍機30の動作圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する(A21)。
極低温冷凍機1内のGM冷凍機の台数が3台以上の場合、3台目以降のGM冷凍機について同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制できる。
このように第2の実施形態によれば、第1圧力計測部51からの第1GM冷凍機20の圧力変化の計測結果、または、第2圧力計測部52からの第2GM冷凍機30の圧力変化の計測結果に基づいて、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出し、各GM冷凍機間での上記の振動や騒音の位相のピークのタイミングを互いにずらすように各GM冷凍機のモータの稼働周波数を制御することによって、各GM冷凍機における振動や騒音を低減することができる。
次に、第3の実施形態について説明する。
(構成)
図6は、第3の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図である。
第3の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、第1ディスプレーサ位相計測部26や第2ディスプレーサ位相計測部36を設ける代わりに、第1冷却端25に第1振動計測部61を設け、第2冷却端35に第2振動計測部62を設ける点である。
以下、第3の実施形態における冷凍システムの動作について説明する。図7は、第3の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャートである。
上記のように、第1振動計測部61は第1GM冷凍機20自体の振動の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。第2振動計測部62は、第2GM冷凍機30自体の振動の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する(A31)。
極低温冷凍機1内のGM冷凍機の台数が3台以上の場合、3台目以降のGM冷凍機について同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制できる。
このように第3の実施形態によれば、第1振動計測部61からの第1GM冷凍機20の振動変化の計測結果、および、第2振動計測部62からの第2GM冷凍機30の振動変化の計測結果に基づいて、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出し、各GM冷凍機間での上記の振動や騒音の位相のピークのタイミングを互いにずらすように各GM冷凍機のモータの稼働周波数を制御することによって、各GM冷凍機における振動や騒音を低減することができる。
Claims (11)
- モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、
前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記ディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングの検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えた冷凍システム。 - モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、
前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記ディスプレーサの往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングの検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えた冷凍システム。 - モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、
前記複数台の極低温冷凍機の動作圧力を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を演算し、前記演算した振動の位相のピークのタイミングを検出し、前記演算した振動を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えた冷凍システム。 - モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、
前記複数台の極低温冷凍機の動作圧力を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を演算し、前記演算した騒音の位相のピークのタイミングを検出し、前記演算した騒音を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えた冷凍システム。 - モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、
前記複数台の極低温冷凍機の振動を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を演算し、前記演算した振動の位相のピークのタイミングを検出し、前記演算した振動を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えた冷凍システム。 - モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、
前記複数台の極低温冷凍機の振動を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を演算し、前記演算した騒音の位相のピークのタイミングを検出し、前記演算した騒音を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えた冷凍システム。 - 前記複数台の極低温冷凍機は、2台の極低温冷凍機であり、
前記演算手段は、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記2台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を逆位相とする、前記2台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する
請求項1、3、5のいずれか1項に記載の冷凍システム。 - 前記複数台の極低温冷凍機は、2台の極低温冷凍機であり、
前記演算手段は、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記2台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を逆位相とする、前記2台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する
請求項2、4、6のいずれか1項に記載の冷凍システム。 - 前記演算手段は、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のうち1台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を固定して、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制する、他の前記極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する
請求項1、3、5のいずれか1項に記載の冷凍システム。 - 前記演算手段は、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のうち1台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を固定して、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を抑制する、他の前記極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する
請求項2、4、6のいずれか1項に記載の冷凍システム。 - モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムの制御方法であって、
前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングを検出し、
前記検出した前記ディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングの結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制する稼働周波数であって、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングが重ならないようにする前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算し、
前記演算した結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する冷凍システムの制御方法。
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